Diese Unterschiede im Mikrobiom können helfen zu erklären, warum ältere Menschen und Männer anfälliger für die Entwicklung einer Coronavirus-Krankheit 19 (COVID-19) sind. im Vergleich zu jüngeren Menschen und Frauen, sagt die Mannschaft.
Rob Knight (Universität von Kalifornien, San Diego) und Kollegen sagen, dass die Studie Beweise dafür liefert, dass das menschliche Mikrobiom die Infektiosität von SARS-CoV-2 vermittelt, indem es eine dicke Schicht um die Wirtsplasmamembran, die sogenannte Glykokalyx, modifiziert.
Die Forscher schlagen vor, dass das Verständnis von Veränderungen in der Zusammensetzung von Wirt-Mikroben-Gemeinschaften dazu beitragen könnte, die Risikostratifizierung von Patienten und potenzielle Ansätze zur Prävention und Behandlung zu verbessern.
Eine Vordruckversion des Artikels ist auf dem Server verfügbar bioRxiv* , während der Artikel einem Peer-Review unterzogen wird.
Die Glykokalyx besteht aus einem reichen Netzwerk von Glykanen und Glykokonjugaten, an die viele virale Pathogene binden, um die schützende Glykokalyxschicht zu passieren und an Proteinrezeptoren auf der Plasmamembran der Wirtszelle zu binden.
Im Fall von SARS-CoV-2, ein virales Oberflächenprotein namens „Spike“ zielt auf ein Glykosaminoglykan (GAG) namens Heparansulfat (HS). Das Virus benötigt eine Bindung an HS, um das Angiotensin-Converting-Enzym 2 (ACE2) des Oberflächenrezeptors der Wirtszelle zu binden. die die virale Membranadhäsion und den Eintritt in die Wirtszelle ermöglicht.
„Die Interaktion zwischen dem SARS-CoV-2-Spike-Protein und dem HS der Wirtszelle zu reduzieren, ist, deshalb, ein attraktiver Ansatz, um das Andocken von Viren und die anschließende Infektion zu reduzieren, “ schreiben Knight und Team.
Von mehreren bakteriellen Taxa ist bekannt, dass sie Enzyme produzieren, die bestimmte Arten von GAG modifizieren. einschließlich HS, und viel Forschung zu GAGs wurde durch die Verwendung gereinigter bakterieller Enzyme vorangetrieben.
Jetzt, Knight und Kollegen haben ein Computermodell des HS-Katabolismus entwickelt, um die Fähigkeit menschlicher Mikroben zum Abbau von HS zu bewerten.
Das Team fand heraus, dass die Genome gewöhnlicher, mit dem Menschen assoziierter kommensaler Bakterien Enzyme kodieren, die HS abbauen.
Das Vorhandensein dieser HS-modifizierenden Bakterien war in Proben von bronchoalveolärer Lavageflüssigkeit (BALF) von Patienten mit COVID-19 geringer als in Proben von gesunden Kontrollen.
Die Forscher fanden auch heraus, dass in zwei unabhängigen Datensätzen des Darmmikrobioms Die Konzentrationen von HS-modifizierenden Bakterien wurden mit zunehmendem Alter reduziert und bei Frauen im Vergleich zu Männern erhöht.
Sowohl höheres Alter als auch männliches Geschlecht sind bekannte unveränderliche Risikofaktoren für die Entwicklung von COVID-19 nach einer SARS-CoV-2-Infektion. und dieser Befund kann helfen, diese erhöhte Anfälligkeit zu erklären, sagt die Mannschaft.
BALF-RNA-seq-Daten im Vergleich zwischen Studien. RNA-seq-Studien (x-Achsen) verglichen mit log-Verhältnissen (y-Achsen) von vorhergesagten HS-modifizierenden Spezies im Vergleich zu nicht-HS-modifizierenden (A), HSase relativ zum Housekeeping-Set (B), und N-Acetylglucosamin-6-O-Sulfatase relativ zum Haushaltsset (C). Schließlich, Das Team zeigte, dass die HS-modifizierenden Kommensalen in der Lage waren, die Bindung des SARS-CoV-2-Spike-Proteins an Wirtszellen zu verhindern.
„Wir liefern Beweise für eine Rolle des menschlichen Mikrobioms bei der Vermittlung der SARS-CoV-2-Infektiosität durch Modifikation der Wirtsglykokalyx. “ schreiben Knight und Kollegen. „HS-modifizierende Bakterien in menschlichen mikrobiellen Gemeinschaften können die Virusadhäsion regulieren, und der Verlust dieser Kommensalen könnte die Anfälligkeit für eine Infektion erhöhen.“
Obwohl der genaue zugrunde liegende Schutzmechanismus noch nicht bekannt ist, die Bacteroide-Stämme Bacteroides ovatus und Bacteroides thetaiotaomicron , die in menschlichen Darmbakterien weit verbreitet sind, von denen bereits früher gezeigt wurde, dass sie HS katabolisieren, sagen die Forscher.
In der Tat, Das hat das Team weiter gezeigt in vitro Behandlung von H1299 menschlichen Lungenzellen mit B. ovatus und B. thetaiotaomicron katabolisierte Zelloberflächen-HS und reduzierte die SARS-CoV-2-Proteinbindung um das 20- bis 30-fache, verglichen mit unbehandelten H1299-Zellen.
Bakterienarten, die Heparansulfat (HS)-Lyase (HSase) kodieren, sind bei COVID-Patienten im Vergleich zu Kontrollen erschöpft. BALF-RNA-seq-Daten von gesunden Probanden (Kontrolle) und COVID-19-Patienten (COVID) (x-Achsen), verglichen nach Log-Verhältnissen (y-Achsen) von vorhergesagten HS-modifizierenden Spezies im Vergleich zu nicht-HS-modifizierenden (A), HSase relativ zum Housekeeping-Set (B), und N-Acetylglucosamin-6-O-Sulfatase relativ zum Haushaltsset (C). Die Signifikanz wurde durch einen t-Test bewertet und Fehlerbalken repräsentieren den Standardfehler des Mittelwertes. Die präsentierten p-Werte stammen aus dem ungepaarten zweiseitigen t-Test. „Dieser Bericht liefert Beweise für die Rolle von Glykokalyx-Mikrobiota-Interaktionen als neuartiger Wettbewerbsmechanismus im Kampf gegen SARS-CoV-2. “ schreiben die Forscher.
Sie sagen, dass weitere Arbeiten erforderlich sind, um die translationalen Implikationen der Ergebnisse zu klären, da unklar bleibt, welche bestimmten mikrobiellen Enzyme GAGs abbauen, um die Bindung von SARS-CoV-2 zu verhindern. Es ist auch nicht klar, ob diese Enzyme verwendet werden könnten, um die Virusausbreitung während einer aktiven Infektion zu begrenzen.
Nichtsdestotrotz, „Die hier vorgestellten Analysen beschreiben einen Schlüsselmechanismus, durch den Wirtsmikrobiome eine Rolle bei der SARS-CoV-2-Infektion spielen könnten, eine mögliche Erklärung für gesundheitliche Unterschiede zwischen den Altersgruppen bei der COVID-19-Erkrankung liefern und die Bedeutung der Charakterisierung des möglichen zukünftigen molekularen Wettrüstens zwischen Mensch und Viren hervorheben, “, sagen die Forscher.
„Die Untersuchung des enormen Zusammenspiels zwischen Wirtsmikroben und Virusinfektionen könnte eine bessere Risikostratifizierung ermöglichen. Verhütung, und eingreifen, “ schließen sie.
bioRxiv veröffentlicht vorläufige wissenschaftliche Berichte ohne Peer-Review und deshalb, sollte nicht als schlüssig angesehen werden, die klinische Praxis/das gesundheitsbezogene Verhalten anleiten, oder als etablierte Information behandelt.
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