Οι περισσότερες επιδημίες ξεκινούν όταν ένας ιός ή άλλο παθογόνο εισέρχεται στον άνθρωπο από ένα ζώο. Πολλοί επιστήμονες πιστεύουν ότι έτσι προήλθε ο Covid-19. Ο ιός που ευθύνεται για αυτήν την ασθένεια, SARS-CoV-2, σχετίζεται στενά με τον κοροναϊό που βρίσκεται στις νυχτερίδες.
Τώρα, μια ομάδα ερευνητών στο UCSF Quantitative Biosciences Institute (QBI), Mount Sinai, Institut Pasteur και Fred Hutchinson Cancer Center’s Icahn School of Medicine εντόπισε μια εξαιρετικά μικρή γενετική διαφορά που μπορεί να εξηγήσει πώς ορισμένοι ζωικοί ιοί προσαρμόζονται στον άνθρωπο και προκαλούν σοβαρές ασθένειες.
Τα ευρήματά τους, δημοσιεύθηκαν Κύτταρο ξενιστής και μικρόβιοδείχνουν ότι η αλλαγή ενός μόνο αμινοξέος σε μια πρωτεΐνη κορωνοϊού μπορεί να αλλάξει τον τρόπο με τον οποίο ο ιός αλληλεπιδρά με το ανοσοποιητικό σύστημα των νυχτερίδων και των ανθρώπων, οδηγώντας σε πολύ διαφορετικές αντιδράσεις στη μόλυνση.
Μικρές γενετικές αλλαγές, μεγάλες βιολογικές επιπτώσεις
Για να διερευνήσουν τον μηχανισμό, οι ερευνητές συνέκριναν τον SARS-CoV-2 με τον RaTG13, έναν στενά συγγενή κορωνοϊό που μολύνει τις νυχτερίδες αλλά δεν είναι γνωστό ότι μολύνει τους ανθρώπους.
Η ομάδα εξέτασε πώς κάθε ιός αλληλεπιδρά με πρωτεΐνες του ανοσοποιητικού συστήματος τόσο στα κύτταρα του πνεύμονα του ανθρώπου όσο και στα κύτταρα της νυχτερίδας. Η εργασία κατέστη δυνατή από την πρώτη κυτταρική σειρά πνευμόνων που αναπτύχθηκε σε εργαστήριο και αναπτύχθηκε από το μεγαλύτερο πέταλο.
Μια ιική πρωτεΐνη, γνωστή ως OrfB9, ξεχωρίζει ως ιδιαίτερα σημαντική. Αν και οι εκδόσεις SARS-CoV-2 και RaTG13 του OrfB9 είναι σχεδόν πανομοιότυπες, διαφέρουν μόνο κατά ένα αμινοξύ από τα περίπου 100 αμινοξέα της πρωτεΐνης.
Διαφορετικές αποκρίσεις σε κύτταρα ανθρώπου και νυχτερίδας
Αυτή η μικρή διαφορά παρήγαγε εντυπωσιακά διαφορετικά αποτελέσματα.
Στα ανθρώπινα πνευμονικά κύτταρα, η έκδοση SARS-CoV-2 του OrfB9 απενεργοποιεί ένα σημαντικό ανοσοποιητικό σύστημα συναγερμού, επιτρέποντας στον ιό να αναπαραχθεί πιο αποτελεσματικά.
Στα κύτταρα του πνεύμονα της νυχτερίδας, ωστόσο, η έκδοση RaTG13 ενεργοποίησε μια ανοσοποιητική πρωτεΐνη που βοήθησε στον έλεγχο του ιού.
Τα ευρήματα υποδεικνύουν ότι ακόμη και εξαιρετικά μικρές γενετικές αλλαγές μπορούν να επηρεάσουν το αν ένας ιός παραμένει περιορισμένος στον φυσικό του ζώο ξενιστή ή αποκτά την ικανότητα να ευδοκιμεί στους ανθρώπους.
“Η διαφορά μεταξύ ενός ιού στις νυχτερίδες και ενός ιού που εξαπλώνεται στους ανθρώπους και προκαλεί καταστροφικές ασθένειες μπορεί να οφείλεται σε εξαιρετικά μικρές γενετικές αλλαγές”, δήλωσε ο Nevan J. Croghan, διευθυντής του QBI και ανώτερος συγγραφέας της μελέτης. “Χαρτογραφώντας αυτές τις αλληλεπιδράσεις σε επίπεδο πρωτεΐνης — σε δύο ιούς και δύο είδη — μπορούμε να διαβάσουμε μοριακές υπογραφές που προβλέπουν τον κίνδυνο διάχυσης. Αυτό είναι το σύστημα έγκαιρης προειδοποίησης που χρειάζεται ο κόσμος.”
Κατανόηση των μελλοντικών κινδύνων διάχυσης
Η έρευνα παρέχει νέες γνώσεις για τις μοριακές αλλαγές που μπορεί να βοηθήσουν τους ζωικούς ιούς να προσαρμοστούν στους ανθρώπινους ξενιστές. Εντοπίζοντας συγκεκριμένες αλληλεπιδράσεις πρωτεϊνών που σχετίζονται με συμβάντα διάχυσης, οι επιστήμονες μπορεί να είναι σε θέση να αναγνωρίσουν καλύτερα τους ιούς με τη δυνατότητα να πηδήξουν είδη προτού πυροδοτήσουν μελλοντικά ξεσπάσματα.
Συγγραφέας: Οι συγγραφείς του UCSF είναι ο Jyoti Batra, PhD. Yuan Zhu, MS; Rithika Adavikolanu; Durga Ananda; Suraj Verma; Martin Gordon, MS; Shivali Malpotra, MS; Jack M. Moen, PhD; Ajda Rojc, MS; Atoshi Banerjee, PhD; Saurabh Maji, Ph.D. Monita Muralitharan, PhD; Helen Faussard, PhD; Irene P. Chen, PhD; CJ San Felipe, PhD; Lorena Giuliani-Alvarez, PhD; Pramita Chowdhury, PhD; Kirsten Obernier, PhD; Rahul Suryavanshi, PhD; Taha Y. Taha, PhD, PharmD; Clement A. Verba, PhD; James S. Fraser, PhD; Robert M. Stroud, PhD, MA; Melanie Ott, MD, PhD; Ben Polacco, PhD; Daniel L. Swaney, PhD; Ignacia Echevarria, PhD; και Manon Eckhardt, Ph.D. Δείτε την εργασία για όλους τους συγγραφείς.
Χρηματοδότηση: Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας (U19AI135990, U19AI135972, U54AI170792, F31AI164671-01, G20AI174733, UL1TR004419, S10OD026880, S10OD030463); Howard Hughes Medical Institute; James B. Pendleton Charitable Trust; Roddenberry Foundation; P. and E. Taft; Ινστιτούτο Gladstone; γρήγορη επιχορήγηση? Innovative Genomics Institute; Chan Zuckerberg BioHub – Σαν Φρανσίσκο; ANR EmerCoV AAP CE35.