Eftersom intensiva ansträngningar pågår för att motverka viruset, en ny studie av ett internationellt team av forskare rapporterar en bakteries oväntade framgång med att modulera immunsvaret i luftvägarna och skydda cellerna mot infektion med detta virus.
Studie:Dolosigranulum pigrum modulerar immunitet mot SARS-CoV-2 i respiratoriska epitelceller. Bildkredit:creativeneko / Shutterstock Teamets resultat har publicerats i tidningen Patogener .
SARS-CoV-2 kommer in i värdcellen via angiotensin-konverterande enzym 2 (ACE2), uttryckt på cellerna i andningsepitelet och lungan. I allvarliga fall, sjukdomen är förknippad med omfattande lungskador och akut andningssyndrom (ARDS), och skada på flera organ, ibland leder till döden.
Man tror att sjukdomens svårighetsgrad inte bara beror på virusets cytopatiska effekter på viruset på de infekterade cellerna, men ännu mer, genom ett hyperaktivt inflammatoriskt svar. Viruset verkar hämma frisättningen av typ I och III interferoner (IFN), liksom antivirala faktorer, främja svår infektion.
Dessutom, infektionsinducerad epitelceldöd leder till frigörande av inflammatoriska mediatorer och migration av inflammatoriska immunceller till de skadade luftvägarna. Alla dessa frigör ytterligare kemokiner och cytokiner, och en ond cirkel av ökande inflammation bildas.
I ett försök att motverka dessa destruktiva processer, antiinflammatoriska läkemedel och antivirala medel har använts, samt immunmodulerande läkemedel. Det nya papperet ger en annan möjlighet, att använda andningsmikrobiomet för att minska virusets påverkan.
En studie av COVID-19-patienter med ett allvarligt spektrum visade att inte mindre än 60 bakteriella operativa taxonomiska enheter (OTU) hittades endast hos SARS-CoV-2-patienter, mestadels från filum Bacteroidota och Firmicutes . Dessutom, Prevotella var det vanligaste bakteriesläktet som bara hittades hos allvarliga COVID-19-patienter, medan Dolosigranum arter hittades i mild COVID-19 i omvänd proportion till Prevotella .
Uppföljning av detta, de nuvarande forskarna visade tidigare en positiv effekt av denna bakterie på det medfödda immunsvaret i luftvägarna. När det ges intranasalt, bakterien D. pigrum 040417 rensade inte bara viruset snabbare utan förhindrade lungskador på grund av inflammation. De fann också att bakteriens fördelaktiga effekt var specifik för den stam de använde.
Hos möss, nasal administrering av D. pigrum 040417 modulerade det medfödda immunsvaret och förbättrade motståndet mot både pneumokock- och respiratoriska syncytialvirus (RSV) infektioner.
I föreliggande tidning, de använde Calu-3-celler, en mänsklig lungepitelcellinje. Vid inkubering med D. pigrum 040417, epitelcellerna i kulturen påverkades inte negativt. Dock, produktionen av IFN-β och IL-6 ökade, besparande CXCL8. Denna effekt sågs inte med D. pigrum 030918.
Detta experiment är baserat på det faktum att dubbelsträngad ribonukleinsyra (dsRNA) är en mellanprodukt under replikation och transkription av coronaviruset. Detta upptäcks av cellulära antivirala försvar i andningsepitelet, utlöser cytokinfrisättning.
Specifikt, mönsterigenkänningsreceptorer (PRR) i värden känner igen dsRNA från viruset, som leder till produktion av interferoner av typ I och III, det primära antivirala försvaret. Detta utlöser interferonstimulerad genuttryck (ISG), som i sin tur aktiverar andra antivirala system.
Coronavirusen kan gömma sig från dessa försvarssystem. Faktiskt, anti-dsRNA-system aktiveras mindre starkt av SARS-CoV-2 än med Sindbis-viruset, men mer än med det tidigare respiratoriska syndromet i Mellanöstern (MERS-CoV). Detta kan innebära att SARS-CoV-2 inte är lika bra som andra SARS-liknande virus för att undkomma dsRNA-beroende immunvägar.
Om så är fallet, interferonbanan kan användas för att öka det tidiga antivirala försvaret för att begränsa viral replikation med detta virus.
Efter inkubation med bakterien D. pigrum , cellerna visade en ökning av nivåerna av IFN-β, IL-6 och CXCL8 vid baslinjen. När den senare stimuleras av den Toll-liknande receptor 3 (TLR3) agonisten, polyinosin:polycytidylic acid poly (I:C), som motsvarar dsRNA, både kontroll- och behandlade celler visade en fyra till fem gånger ökning av nivåerna av IFN-ß och IL-6.
Kemokinerna CCL5 och CXCL10 var frånvarande vid baslinjen, men producerades efter stimulering.
Ökningen av IFN-β och IL-6 var signifikant större för de celler som förbehandlats med D. pigrum 040417 vid baslinjen och efter stimulering, jämfört med kontroller. Omvänt, stigningarna i CXCL8, CCL5- och CXCL10 -koncentrationerna var lägre i D. pigrum 040417-behandlade celler.
D. pigrum 030918 inducerade ingen förändring i cytokinnivåer jämfört med kontroller.
Forskarna fann också att SARS-CoV-2-replikationen i Calu-3-celler var långsammare efteråt D. pigrum 040417 förbehandling, åtföljs av minskade LDH -nivåer. LDH är en markör för cellskador. På nytt, D. pigrum 030918 visade ingen fördelaktig effekt.
I obehandlade celler, nivåerna av IFN-β och IL-6 ökade efter infektion 48 timmar efter infektion, liksom CXCL8, CCL5 och CXCL10. Dock, medan den förra förblev på samma nivå efter 72 timmar, den senare fortsatte att öka.
Efter inkubation med D. pigrum 040417, tillsammans med fördröjningen i replikeringen, cytokinprofilen visade också en signifikant förändring. Medan IFN-β och IL-6 steg till högre nivåer, CXCL8 -nivåerna sjönk både vid 48 och 72 timmar, medan CCL5 och CXCL10 gick ner vid 72 timmar.
För första gången, denna studie har visat att nasal administrering av D. pigrum 040417 modulerar det medfödda immunsvaret hos näsepitelet mot TLR3-stimulering genom poly (I:C) och mot SARS-CoV-2-infektion. Det kan vara så att närvaron av fördelaktiga kommensala bakterier förändrar immunologiska egenskaper hos respiratoriska epitel och därmed ökar deras resistens mot vissa patogener.
Den förbättrade IFN-β-produktionen med D. pigrum 040417 kan vara ansvarig för den lägre replikationshastigheten för SARS-CoV-2, genom att indikera ökad effektivitet av dsRNA -antagonism av värdcellens immunvägar.
Sena interferonsvar är associerade med intensiv inflammation och vävnadsskada. Faktiskt, vissa studier har visat att SARS-CoV-2 inducerar inflammation i ett tidigt infektionsstadium, med höga halter av flera kemokiner, inklusive CXCL8.
Höga nivåer av dessa cytokiner finns karakteristiskt vid allvarliga eller kritiska COVID-19, indikerar ett dysreglerat inflammatoriskt svar på både respiratoriska och systemiska nivåer. Minskningen av CXCL8, CCL5 och CXCL10 i epitelceller vid förbehandling med D. pigrum 040417 kanske, kanske, indikerar att denna bakterie kan hjälpa till att förhindra sådana inflammatoriska skador.
Studien pekar också på behovet av att identifiera de mest fördelaktiga bakteriestammarna, eftersom alla inte har samma effekt. Dessutom, Det är anmärkningsvärt att D. pigrum 040417 hade endast en partiell effekt på viral replikation. Således, det finns ett behov av att avgöra vilka bakteriestammar och släkten som fungerar tillsammans för att skydda mot infektion eller symtomatisk sjukdom.
Tarmmikrobiom och IBD - kopplingen kanske i kosten säger studie
Varför COVID-19-patienter har fler patogena bakterier i näsan
Ulcerös kolit
SARS-CoV-2-överföring från mor till barn under graviditet möjlig men sällsynt
Ny modell för vaginal mikrobiomtransplantation
Tarmbakterier kopplade till starkare muskler hos äldre
Förekomst av vissa tarmbakterier hos mödrar kan skydda barn från matallergier
Forskare vid Deakin University i Australien har funnit att vissa bakterier som finns i en mammas tarm under graviditeten kan skydda sitt barn från att utveckla matallergier inom sitt första levnadsår.
Forskning tittar på aerobiomer,
träd och konsekvenser för folkhälsan Miljömikroorganismer spelar en viktig roll för människors hälsa - de olika konsortierna, desto bättre. Mångfald i mikroorganismerna hjälper immunsystemet att reage
Forskning visar att probiotika kan hjälpa till att bekämpa ångest och depression
Tidigare forskning har knutit psykiska problem och utvecklingsstörningar till tarmhälsan. Nu, ett team av brittiska forskare har visat att livsmedel som utvidgar profilen för hjälpsamma bakterier i ta