Защо коронавирусът SARS-CoV-2 се размножава по-бързо в горните дихателни пътища

Според Роналд Дийкман от Института по инфекциозни болести към университета в Берн вирусите SARS-CoV-2 и SARS-CoV имат много сходни генетични характеристики, произвеждат подобни вирусни протеини и използват един и същи рецептор за атакуване на човешките клетки.

Той обаче подчертава, че между тях има и някои съществени разлики. Инфекцията със SARS-CoV например протича тежко и е съпроводена от възпаление в долните дихателни пътища. Болните са заразни само след появата на симптоми, което прави по-лесно прекъсването на веригата по пренасянето на патогена.

Коронавирусът SARS-CoV-2 най-често се репликира в горните дихателни пътища – назалните кухини, фаринкса и трахеята, и може да се предава от един човек на друг, дори преди заразеният да има изявени симптоми. Много важно е, че изходът от инфекцията зависи от различни фактори, а протичането на болестта може да бъде безсимптомно или пък придружено от умерени или тежки симптоми. По-възрастните хора, както и пациентите с хронични заболявания (сърдечни нарушения, диабет, рак и т.н.), са по-застрашени от сериозно боледуване и често страдат от инфекция на долните дихателни пътища, висока степен на възпаление и дихателна недостатъчност.

Температура на размножаване на коронавируса

Експертите от университета в Берн използват специални човешки клетъчни култури от дихателните пътища, за да проследят какъв е ефектът от температурата в различните им участъци върху размножителния процес на вирусите SARS-CoV и да разберат защо двете инфекции имат толкова различни последици за здравето. Клетките са взети от човешки проби и по сложност наподобяват клетките в дихателните пътища. Културите са отгледани в специални съдове, като са подхранвани от долната им страна, а отгоре са изложени на влиянието на въздуха, така както се случва в трахеята на човека. Те произвеждат слуз и имат реснички, които се движат много бързо. Според Дийкман много сходната организация на клетките позволява да бъдат използвани в лабораторни условия за изучаване на респираторни вируси.

За първи път учени прилагат този добре известен модел, за да анализират влиянието на температурата върху вирусите SARS-CoV and SARS-CoV-2. Те откриват, че температурата играе ключова роля, тъй като патогенът SARS-CoV-2 предпочита да се репликира в горните дихателни пътища, където тя е 33°C. По-ниските градуси позволяват на вируса да се размножава по-бързо и по-ефективно, отколкото в случаите, когато инфекцията протича при 37°C, каквато е температурата в долните дихателни пътища. За разлита от SARS-CoV-2, репликацията на SARS-CoV не се повлиява от разликите в температурата по време на инкубационния период.

Експериментите са проведени в лаборатория с висока степен на сигурност към Института по вирусология и имунология в Кьониц и лаборатория по биобезопасност към Института по инфекциозни болести на университета в Берн.

Температурата влияе на реакцията на епителната тъкан

Екипът изследва гените, които се активират или деактивират при заразяване със SARS-CoV и SARS-CoV-2. Така той се надява да разбере как клетките от дихателните пътища реагират на инфекцията и кои вродени имунни отговори се подсилват.

Вродената имунна система на човека е неговата „първа степен на защита“ срещу атакуващите го патогени и е важна не само, защото трябва да ги отблъсква, а и защото обучава организма как да реагира по адекватен начин и да разпознава „натрапниците.“

По време на симулацията на условията в горните дихателни пътища (33°C), инфекцията със SARS-CoV-2 не активира вродения имунен отговор на клетките там, така както го прави в долните дихателни пътища, където температурата е 37°C. Дийкман допълва: „Тъй като силата на вродения имунен отговор дава директно отражение върху степента на размножаване на вируса, е напълно разбираемо, че SARS-CoV-2 се репликира много по-ефективно при по-ниските градуси. Въпреки че силната вродена имунна реакция срещу патогена като цяло има положителен ефект, все пак трябва да отбележим, че има случаи, когато тя става свръхактивна и това може да бъде опасно. Тя може да се насочи към самия човек и високите нива на възпаление да причинят увреждане на тъкани и ускоряване хода на болестта – феномен, който често се наблюдава при пациенти с тежко протичане на COVID19.

Подробният анализ на процеса на репликация на SARS-CoV-2 и промените в защитните механизми на вродения имунен отговор, които се дължат на температурните разлики, показват защо SARS-CoV-2 се размножава много бързо в горните дихателни пътища и се пренася много по-лесно от човек на човек, в сравнение със SARS-CoV.“

Още един шанс за справяне с коронавирусната пандемия

Прилагането на традиционния модел на клетъчни култури в контролирани лабораторни условия хвърля повече светлина върху въпроса за различното поведение на два сходни коронавируса в контекста на пандемията.

Дийкман споделя, че благодарение на методологията учените вече имат повече яснота за битката, която се води на молекулно ниво между вирусите и човешкия организъм по време на инфекция. Според него сега, когато са известни някои неподозирани до момента ключови фактори, свързани с репликацията на вируса, се откриват нови възможности за създаване на по-ефективни терапии и лекарствени продукти за справяне с коронавирусните инфекции.