Badanie: Ewolucja SARS-CoV-2 w ośrodkowym układzie nerwowym myszy powoduje dywersyfikację wirusa. Źródło obrazu: Stock_Good / Shutterstock.com

Wiele następstw infekcji wirusowych wywołanych przez koronawirusa SARS-CoV-2 (zespół ostrej niewydolności oddechowej) wiąże się z powikłaniami neurologicznymi, które potencjalnie przypisuje się bezpośredniemu zakażeniu ośrodkowego układu nerwowego (OUN). Ostatnie Mikrobiologia natury badanie porównuje ewolucję SARS-CoV-2 w płucach i ośrodkowym układzie nerwowym.

Patologia COVID-19

SARS-CoV-2 jest czynnikiem wywołującym pandemię choroby koronawirusowej 2019 (COVID-19). Ten wirus, który replikuje się w komórkach nabłonka płuc, może również wpływać na ośrodkowy układ nerwowy, a także wywoływać ostre uszkodzenie nerek, zapalenie mięśnia sercowego i zakrzepicę. Do tej pory podstawowe cechy gospodarza i wirusa, które prowadzą do tych patologii, nie są dobrze poznane.

Wejście SARS-CoV-2 do komórki gospodarza jest pośredniczone przez glikoproteinę kolca wirusa (S), która obejmuje podjednostki S1 i S2 w miejscu rozszczepienia furiny (FCS). Ciągła ewolucja SARS-CoV-2 doprowadziła do pojawienia się bardziej zakaźnych wariantów budzących obawy (VOC). VOC SARS-CoV-2 zazwyczaj zawierają mutacje, które wpływają na wydajność rozszczepienia FCS i stabilność interakcji S1/S2.

Większość badań badających FCS monitorowała ładunek wirusowy w płucach. Dynamika zmienionych wariantów wirusa FCS i sposób, w jaki te mutacje zmieniają tropizm wirusa i patogenezę choroby, pozostają niejasne.

O badaniu

W bieżącym badaniu wykorzystano dwa różne modele myszy, aby ocenić, jak SARS-CoV-2 ewoluuje w różnych tkankach gospodarza i czy istniejąca wcześniej odporność wpływa na ewolucję wirusa. W tym celu myszy podzielono losowo na grupy eksperymentalne i zaszczepiono donosowo lub wewnątrzczaszkowo dwoma rodzajami szczepionek wektorowych Ad5.

Szczepionki badane w bieżącym badaniu kodowały otwartą ramkę odczytu SARS-CoV-2 S (Ad5-S) lub otwartą ramkę odczytu nukleokapsydu (N) (Ad5-N). Roztwór buforowany fosforanem (PBS) był stosowany jako kontrola. Po trzech tygodniach myszy poddano wyzwaniu o wysokiej częstości mutacji w kolcu FCS.

Przeprowadzono testy fokusowania i ilościowe testy łańcuchowej reakcji polimerazy w czasie rzeczywistym (RT-qPCR). Przeprowadzono również sekwencjonowanie całego genomu z wirusowego RNA, aby wyjaśnić czynniki determinujące ewolucję wirusa. Entropia Shannona została obliczona w celu porównania i oceny dywersyfikacji wewnątrz gospodarza u różnych zwierząt i tkanek.

Wyniki badań

Szczepy SARS-CoV-2 pozbawione FCS ulegają atenuacji w płucach, co może być spowodowane zwiększoną zależnością pseudowirusów ΔFCS od niezależnej od transbłonowej serynowej proteazy 2 (TMPRSS2) ścieżki wejścia do endosomów. Odkrycie to jest zgodne z wynikami poprzedniego badania, które wykazało, że brak FCS w innych koronawirusach zwiększał tropizm do OUN.

Pseudowirus ΔFCS nie może wnikać do komórek płuc tak skutecznie jak komórki tkanki tłuszczowej trzewnej (VAT). W niniejszym badaniu przyjęto, że osłabiony wzrost wirusów ΔFCS po donosowym zaszczepieniu był spowodowany zmniejszonym wnikaniem wirusa do komórek układu oddechowego, niższymi mianami wirusa w płucach i zmniejszoną patologią.

Nie stwierdzono, aby status szczepienia i formuła miały wpływ na rozbieżność wirusów w płucach. Jednak izolaty mózgowe były różne, niezależnie od rodzaju szczepienia.

U myszy PBS i Ad5-N różnorodność wirusów była wyższa w płucach niż w mózgu. Nie zaobserwowano różnic w ogólnej różnorodności u myszy Ad5-S i Ad5-N + Ad5-S. We wszystkich grupach różnice w różnorodności wirusów w płucach nie były statystycznie różne.

W mózgu myszy Ad5-S i Ad5-N + Ad5-S wykazywały większą różnorodność niż grupa kontrolna. Zatem Ad5-S zmniejsza różnorodność wirusów w płucach, podczas gdy większa różnorodność jest utrzymywana w mózgu.

Zaobserwowano znaczące wzbogacenie różnorodności S, przy czym największa różnorodność występowała w FCS i wokół niego. Obserwacje te zostały dalej zbadane w alternatywnym modelu, w którym neuroinwazja wywołała presję selekcyjną na mutacje lub delecje FCS, niezależnie od wcześniejszego statusu odporności.

Poprzednie badania zakładały, że usunięcie FCS jest wybierane, ponieważ utrzymuje presję na wirusa, aby faworyzować wejście pośredniczone przez endosom. Jednak konieczne są dodatkowe badania, aby wyjaśnić, czy ta presja selekcyjna jest uzyskiwana poprzez tropizm określonego typu transportowanych komórek, czy też inne czynniki związane z wąskim gardłem populacji.

Na podstawie wyników immunohistochemii stwierdzono, że zarówno wirusy dzikiego typu, jak i zmutowane wirusy FCS skutecznie zakażają komórki neuronowe. Jednak szczep zmutowany FCS proliferował szybciej, co wskazuje na możliwość wystąpienia presji selekcyjnej w komórkach docelowych OUN.

Zgodnie z wynikami niniejszego badania, wcześniejsze badania wykazały, że replikacja wirusa w ośrodkowym układzie nerwowym wiąże się z mutacjami wariantowymi, w szczególności delecjami w obrębie białka S.

Wnioski

Obecne badanie podkreśla występowanie selektywnej presji na białko SARS-CoV-2 podczas neuroinwazji i transportu kompartmentowego. W przyszłości potrzebne są dalsze badania, aby określić rolę kompartmentalizacji w pojawianiu się nowych wariantów wirusa. Ponadto ważne jest, aby ocenić, czy bezpośrednie zakażenie wirusem w OUN jest odpowiedzialne za powikłania neurologiczne obserwowane podczas ostrego COVID-19 i długiego COVID.