COVID-19 - o myszach i ludziach

W świecie naznaczonym koronawirusem mamy nadal dwa podstawowe zagadnienia do rozwiązania. Po pierwsze – zrozumieć, jak mutuje SARS-CoV-2 i po drugie – znaleźć sposoby szybkiego typowania leków zdolnych pomóc pacjentom najbardziej narażonym na śmierć w wyniku infekcji. I w obu tych tematach nauka poczyniła ostatnio nietuzinkowe postępy.

Pewna skonstruowana w laboratorium mysz pomoże wytypować leki niwelujące burzę cytokinową w przebiegu COVID-19, zaś pewien pacjent, który był zakażony koronawirusem przez – bagatela! – 158 dni, rzuca światło na meandry przebiegu mutacji Sars-CoV-2.

Zacznijmy od myszy – zwłaszcza że jest ona „humanizowana”, czyli ma w sobie coś ludzkiego, a to za sprawą posiadania ludzkich komórek jednojądrzastych krwi obwodowej (PBMC), o czym nas zapewnia na łamach niedawnego wydania „Nature” James Keck, dyrektor ds. innowacji i rozwoju produktów w Jackson Laboratory. Jest on jednym z 2,1 tys. pracowników tej niezależnej badawczej instytucji biomedycznej typu non-profit, funkcjonującej w trzech amerykańskich lokalizacjach: w Bar Harbor w stanie Maine, Sacramento w Kalifornii oraz w instytucie medycyny genomowej w Farmington w stanie Connecticut. Instytucja ta jest Centrum Onkologii wyznaczonym przez National Cancer Institute i ma centra doskonałości NIH w zakresie starzenia się i genetyki systemowej. Na całym świecie jest jednak najbardziej znana z bycia tzw. muzeum myszy.

A to dlatego, że jest źródłem ponad 8 tys. szczepów genetycznie zdefiniowanych myszy, jest domem dla bazy danych Mouse Genome Informatics i magazynuje myszy transgeniczne uzyskane gdzie indziej, najczęściej w formie ich zamrożonej w -80 st. spermy.

Gdyby nie Jackson Laboratory, dopiero teraz, a nie osiem miesięcy temu, mielibyśmy w rekach transgeniczną mysz z ludzkim wariantem genu ACE2, kodującym receptor dla SARS-CoV-2. Czyli mysz, która będzie dała się zakażać tym wirusem, jak człowiek. Zwykłe myszy laboratoryjne bowiem są bardzo złym modelem dla badania tej choroby, o czym nieco szerzej pisałam tu.

Zrobienie takiej myszy trwa co najmniej pół roku, ale na szczęście, gdy alert po SARS wygasł był kilkanaście lat temu, stosowną spermę wysłano do zamrożenia w Jackson Laboratory. I było co szybko „przywrócić do życia”, gdy w tydzień po ogłoszeniu pandemii 10 tys. różnych laboratoriów wysłało do „muzeum myszy” prośbę o przysłanie tego właśnie zwierzątka.

Tym razem, aby opracować model „burzy cytokin”, Keck i jego zespół wykorzystali trzy różne szczepy myszy z niedoborem odporności i wszczepili im wspomniane wyżej komórki krwi od 10 zdrowych ludzkich dawców. Owych myszy użyto następnie do porównania odpowiedzi cytokinowej na podane im trzy różne immunoterapie, o których wiadomo, że stymulują uwalnianie cytokin.

Problemem z immunoterapiami – stosowanymi dziś coraz bardziej masowo np. w onkologii czy chorobach reumatycznych – jest fakt, że ciężko przewidzieć, czy podany immunolek nie wywoła właśnie burzy cytokin i zaszkodzi pacjentowi, zamiast pomóc. Dziś jakiemuś szacowaniu tego zjawiska służą metody in vitro (wobec komórek pacjenta w hodowli komórkowej), ale jak wynika z badań w Jackson, metoda ta znacznie mniej jest doskonała od modelowej myszy z ludzkimi komórkami PBMC.

Co ciekawe, mimo, że wszyscy dawcy tych komórek dla myszy byli zdrowi i normalni, wszyscy de facto reagowali inaczej na tę samą terapię – i to korelowało doskonale z wynikami uzyskanymi dla „reprezentujących” ich myszy. „Znajomość zmienności indywidualnej jest bardzo ważna, ponieważ zmienność tę często obserwuje się w klinice” – wyjaśnił na łamach „Nature” dr Keck.

Zobacz także: Mleko ozdrowieńców – nowy pomysł na terapię COVID-19? 

Dziś stworzona w ten sposób „platforma”, czyli stosowna hodowla myszy na żądanie, pozwala na szeroko zakrojone przesiewowe badania przedkliniczne immunoterapii. Platforma jednak i usługa proponowana przez Jackson Laboratory mogą również pomóc naukowcom w ocenie leków hamujących zespół uwalniania cytokin u pacjentów z ciężkim COVID-19.

Pomoc dla naukowców w ocenie leków

„Wiele z tych samych cytokin indukowanych w naszych modelach występuje również u pacjentów z COVID-19” - mówi Keck. „Da się użyć zatem tego modelu, aby pomóc naukowcom w badaniach przesiewowych pod kątem leków hamujących zespół uwalniania cytokin, które, miejmy nadzieję, kiedyś trafią do kliniki”.

Ludzie na co dzień nieparający się nauką mogą nie zdawać sobie sprawy, że istnienie tzw. międzynarodowej społeczności uczonych przejawia się właśnie w takich miejscach jak Jackson Laboratory bardziej niż gdzie indziej. Każdy, kto pracuje nad jakimś zagadnieniem i potrzebuje stosownego modelu (w wypadku nauk przyrodniczych i medycznych to są konkretne naturalne lub transgeniczne wirusy, bakterie, komórki rożnych organizmów, nicienie, muszki owocowe, rybki Danio pręgowany czy wreszcie myszy i szczury laboratoryjne), nie muszą ich „robić” od podstaw czy utrzymywać w wielu wariantach latami, co jest niezmiernie kosztowne. Dzięki gigantycznym nierzadko nakładom naukowych potęg tego świata, miejsca przechowujące tego typu kolekcje powstają i są na stałe utrzymywane, dając dostęp uczonym z całego świata do swoich zasobów.

Kwestia mutacji SARS-CoV-2 jest kolejną spędzającą sen z oczu uczonych, producentów szczepionek i rządzących. Jednak dzięki wnikliwej obserwacji meandrów mutowania pandemicznego koronawirusa w jednym tylko pacjencie, być może wiemy, a co za tym idzie, rozumiemy w tej sprawie dziś znacznie więcej.

Mutacja charakterystyczna dla tzw. wariantu brytyjskiego i wariantu RPA koronawirusa, określana N501Y, umożliwia znacznie ściślejsze, a zatem efektywniejsze wiązanie się białka Spike wirusa z jego receptorem, wspomnianym wyżej ludzkim białkiem ACE2. Mutacja jednak nie pojawiła się dopiero w listopadzie w ośmiomilionowym Londynie, a już na wiosnę w Brigham and Women's Hospital w Bostonie (USA).

Został tam przyjęty 45-letni pacjent z ciężką chorobą autoimmunologiczną, a zatem na leczeniu immunosupresyjnym, który zapadł na COVID-19 i nie mógł z oczywistych względów zwalczyć infekcji. Przez chwilę czuł się lepiej, a potem wirus zaczął kontratakować.

Ostatecznie trafił na oddział intensywnej terapii. Zmarł pięć miesięcy po wstępnej diagnozie zakażenia.

Podczas infekcji tego mężczyzny lekarze co kilka tygodni wyodrębniali trapiącego go non-stop koronawirusa z jego organizmu i sekwencjonowali cały genom wirusa. Sekwencje pokazały, że wirus w tym pojedynczym pacjencie zmienia się bardzo szybko – uzyskał ostatecznie ponad 20 mutacji.

W tym jednym pacjencie zaobserwowano tempo mutacji najszybsze z wszystkich obserwowanych dotąd makroskopowo podczas całej pandemii. Pacjent był np. leczony także eksperymentalnymi przeciwciałami monoklonalnymi firmy Regeneron, które u innych chorych działały cuda, a lekarze widzieli, jak dosłownie mutant im przed tą terapią ucieka. Czyli w wirusie powstają kolejne mutacje uniemożliwiające rozpoznanie przez lecznicze przeciwciało i neutralizację.

Przypomina to do złudzenia wyścig Czerwonej Królowej z Alicją w słynnej powieści dla dzieci Lewisa Carolla. „Trzeba bardzo szybko biec, aby stać w miejscu” – wyjaśniała Królowa. My stosujemy kolejne leki i jeśli układ odporności pacjenta jest wyłączony, wirus będzie miał szansę uciekać tym lekom, nawet najbardziej wyszukanym. Podobnie szczepionkom.

Zobacz także: Nowe leki przeciw COVID-19 

Lekarze z Bostonu opublikowali swoje odkrycia w „The New England Journal of Medicine” na początku listopada 2020 r., ale nikt nie zwrócił na nie uwagi, dopóki kilka tygodni później nie pojawił się wywołujący paraliż systemu kontroli i leczenia COVID-19 na Wyspach tzw. wariant brytyjski. Nie, nie toczka w toczkę identyczny z tym z Bostonu, ale podobny do niego w kilku kluczowych punktach, w tym mający wspomnianą wyżej mutację N501Y, o której wiadomo, że pomaga wirusowi mocniej wiązać się z komórkami ludzkimi.

A także mutację oznaczaną E484K, o której wiadomo, że pomaga wirusowi uniknąć wykrycia przez przeciwciała terapeutyczne. Kilka innych zespołów zgłosiło od listopada podobne przypadki, w których wirus szybko ewoluował wewnątrz osoby z obniżoną odpornością z przewlekłą infekcją koronawirusem. Powstające mutacje to jakby ewolucja globalna wirusa w pojedynczej ludzkiej probówce.

Najważniejsze, abyśmy zrozumieli z tej przedziwnej historii infekcji SARS-CoV-2, która trwała od detekcji do zgonu 158 dni, to fakt, że wirusy nie mutują w powietrzu, tylko w konkretnych zakażonych ludziach. Prawdopodobnie częściej w tych, których zakażenia trwają dłużej (bo np. są na terapii immunosupresyjnej), ale niekoniecznie.

Wirusy nie mutują w powietrzu, tylko w ludziach

To my, nie dbając o siebie i innych i narażając się na zakażenie, doprowadziliśmy do rozbujania się tej pandemii. A gdy pandemii się już nie da kontrolować, wirus ma nie tylko coraz większą szansę zabijać coraz liczniejsze ofiary, ale też pojawiać się będzie coraz więcej mutantów – uciekających lekom i szczepionkom oraz niewidzialnych dla testów diagnostycznych lub/i coraz bardziej zakaźnych.

Wirusy bowiem – powtórzę to raz jeszcze – nie mutują w powietrzu, tylko w ludziach, w ich komórkach – czyli tam, gdzie się namnażają.

#koronawirus #pandemia #covid-19