Tok infekcija virusom SARS-CoV-2 zavisi ne samo od toga koliko je virus agresivan, već i od imunološkog odgovora zaražene osobe. Koristeći jednoćelijsku analizu, grupa istraživača predvođena Samantom Praktiknjo iz Berlinskog instituta za zdravlje u Charite (BIH), Markusom Landthalerom iz Mak Delbruck centra i Jakobom Trimpertom sa Freie Universitat Berlin, identifikovala je dva različita obrasca koji su tipični za umjerenu i teški tokovi bolesti, respektivno. Naučnici su mogli da prate tokom vremena šta se dešava u molekularnoj biologiji od početka infekcije do oštećenja organa.
Ključni igrači na ćelijskom nivou su neutrofili (imune ćelije) i endotelne ćelije (ćelije koje oblažu krvne sudove), kako grupa piše u časopisu Izveštaji ćelija.
Svako ko želi da pozitivno utiče na napredovanje SARS-CoV-2 treba informacije o ranoj fazi infekcije. Studije na pacijentima koji su već zaraženi COVID-19 javljaju se prekasno u procesu bolesti. S druge strane, životinjski modeli se mogu koristiti za ispitivanje šta se dešava od trenutka infekcije.
„Koristeći jednoćelijsku RNK analizu, možemo prikupiti podatke o ekspresiji gena u mnogim pojedinačnim ćelijama i posmatrati molekularne biološke procese kako infekcija napreduje“, objašnjava dr Samanta Praktiknjo, istraživač sa berlinskog Instituta za zdravlje u Šarite i jedan od ko-poslednji autori nedavno objavljene studije u kojoj su učestvovali naučnici iz BiH, Mak Delbruck Center, Charite—Universitatsmedizin Berlin i Freie Universitat Berlin.
„Naša studija pokazuje koliko moćna može biti kombinacija jednoćelijskih tehnologija i najsavremenije bioinformatičke analize kada je u pitanju istraživanje složenih bolesti i njihovih komplikacija, kao što je teška upala pluća uzrokovana COVID-19. kaže prof. Markus Landthaler, koji vodi laboratoriju u Mak Delbruck centru i takođe je koautor studije.
Naučnici su sistematski upoređivali podatke dobijene iz studija o COVID-19 kod ljudi, uključujući bronhoalveolarno ispiranje i bris iz nosa i postmortalne preglede plućnog tkiva, sa podacima dobijenim iz životinjskog modela pre nego što su procenili njihovu relevantnost za ljude. Pokazalo se da su hrčci prikladan životinjski model za COVID-19, jer se lako mogu zaraziti istim SARS-CoV-2 varijantama kao i ljudi i pokazuju sličan obrazac bolesti.
Koristeći jednoćelijsko sekvenciranje RNK, istraživači su pregledali biopsije pluća zdravih i zaraženih životinja u različitim vremenskim tačkama nakon infekcije. Oni su uporedili dinamičke ćelijske i molekularne procese kod dve različite vrste hrčaka: zlatnog ili sirijskog hrčka, koji pokazuje umereni tok COVID-19, i Roborovskog patuljastog hrčka, koji obično doživljava tešku progresiju bolesti.
Jednoćelijsko RNK sekvenciranje se može koristiti da se otkrije koji su delovi genetskih informacija aktivirani u ćelijama u vreme uzorkovanja. „Tehnika jednoćelijskog sekvenciranja RNK nam omogućava da dobijemo pregled onoga što se dešava u različitim ćelijama uzoraka tkiva“, kaže Praktiknjo.
Istraživanja poslednjih godina pokazala su da agresivna priroda virusa nije jedini faktor odgovoran za teške tokove infekcije COVID-19. Inflamatorni odgovor organizma domaćina takođe igra ulogu. Upala je vitalni odbrambeni mehanizam koji štiti telo od patogena i potpuno je normalan. Ali kada zapaljenje preraste i oslobodi velike količine proinflamatornih signalnih molekula, to može izazvati oštećenje različitih organa.
Od čega zavisi da li će bolest kod pacijenta imati težak tok, ranije je bilo nejasno, kao i pitanje kada će se tačno taj tok postaviti. Istraživači sa sedištem u Berlinu pokušali su da pronađu odgovore na ova pitanja uz pomoć dubinske analize sekvenciranja RNK u jednoj ćeliji. Ovo je uključivalo korišćenje novih metoda mašinskog učenja za karakterizaciju ćelijske aktivnosti od trenutka infekcije, omogućavajući naučnicima da identifikuju dva različita obrasca aktivacije gena u životinjskom modelu.
I u umerenim i u teškim slučajevima COVID-19, neutrofilni granulociti (ili neutrofili), koji pripadaju prvoj liniji odbrane urođenog imunološkog odgovora, aktiviraju se ubrzo nakon infekcije. U umerenim slučajevima, neutrofili se aktiviraju na kratak vremenski period, ali onda druge imune ćelije kao što su prirodne ćelije ubice (imuni odgovor tipa 1) preuzimaju. U teškim slučajevima, međutim, neutrofili ostaju trajno aktivirani (imunski odgovor tipa 3), što dovodi do „oluje“ proinflamatornih signala i masivnih inflamatornih odgovora u plućima.
Obilježje teške progresije COVID-19 je oštećenje endotela (obloge krvnih sudova) u više organa. Kod obe vrste hrčaka, istraživači su otkrili snažnu aktivaciju vaskularnog endotela pluća, što je izazvalo neutrofile da oslobađaju proinflamatorne signale. Kod hrčka Roborovski, ovo je rezultiralo teškim oštećenjem endotela, ali kod zlatnog hrčka endotelne ćelije su se vratile u osnovno stanje bez značajnijeg oštećenja.
„Naša metodologija nam je omogućila da po prvi put dokumentujemo ključnu ulogu koju endotelne ćelije igraju u razvoju teškog toka bolesti“, kaže dr Stefan Pejdli, jedan od prvih autora studije.
„Naše studije potvrđuju i proširuju nalaze o ulozi prekomernih imunoloških i inflamatornih odgovora u COVID-19“, dodaje Praktiknjo. „Nastavićemo naše istraživanje u ovom pravcu i nadamo se da ćemo identifikovati ciljeve za inovativne terapije koje se mogu koristiti za usmeravanje procesa infekcije na pravi put u ranoj fazi.“
