Dessa mikrobiomskillnader kan hjälpa till att förklara varför äldre individer och män är mer mottagliga för att utveckla coronavirus-sjukdom 19 (COVID-19), jämfört med yngre individer och kvinnor, säger laget.
Rob Knight (University of California, San Diego) och kollegor säger att studien ger bevis för att det mänskliga mikrobiomet förmedlar smittsamheten hos SARS-CoV-2 genom att modifiera ett tjockt lager som omger värdplasmamembranet som kallas glykokalyx.
Forskarna föreslår att förstå förändringar i sammansättningen av värdmikrobiella samhällen kan bidra till att förbättra risklagring av patienter och potentiella metoder för förebyggande och behandling.
En förtryckt version av artikeln finns på servern bioRxiv* , medan artikeln genomgår peer review.
Glykokalyxen består av ett rikt nätverk av glykaner och glykokonjugat som många virala patogener binder till för att passera genom det skyddande glykokalyxskiktet och fästa vid proteinreceptorer på värdcellens plasmamembran.
När det gäller SARS-CoV-2, ett viralt ytprotein som kallas "spik" riktar sig mot ett glykosaminoglykan (GAG) som kallas heparansulfat (HS). Viruset kräver anslutning till HS för att binda värdcellsytreceptorn angiotensin-konverterande enzym 2 (ACE2), vilket möjliggör vidhäftning av viralt membran och värdcellinträde.
"Att minska interaktionen mellan SARS-CoV-2-spikproteinet och värdcells-HS är, därför, ett attraktivt tillvägagångssätt för att minska viral dockning och efterföljande infektion, ”Skriver Knight och team.
Flera bakterietaxa är kända för att producera enzymer som modifierar vissa typer av GAG, inklusive HS, och mycket forskning om GAG har avancerat med hjälp av renade bakteriella enzymer.
Nu, Knight och kollegor har utvecklat en beräkningsmodell för HS -katabolism för att bedöma förmågan hos mänskliga mikrober att bryta ned HS.
Teamet fann att genomerna för vanliga mänskligt associerade kommensala bakterier kodade enzymer som bryter ned HS.
Förekomsten av dessa HS-modifierande bakterier var lägre i bronkoalveolär sköljvätska (BALF) prover tagna från patienter med COVID-19 än bland prover tagna från friska kontroller.
Forskarna fann också att i två oberoende tarmmikrobiomdatauppsättningar, nivåer av HS-modifierande bakterier reducerades med stigande ålder och ökade hos kvinnor jämfört med män.
Äldre ålder och manligt kön är båda kända omodifierbara riskfaktorer för att utveckla COVID-19 efter SARS-CoV-2-infektion, och detta fynd kan hjälpa till att förklara denna ökade mottaglighet, säger laget.
BALF RNA-seq data jämfört mellan studier. RNA-seq-studier (x-axlar) jämförda med log-förhållanden (y-axlar) för förutsagda HS-modifierande arter i förhållande till icke-HS-modifierande (A), HSase i förhållande till hushållsset (B), och N-acetylglukosamin-6-O-sulfatas i förhållande till hushållningssats (C). Till sist, teamet visade att HS-modifierande commensals kunde förhindra bindningen av SARS-CoV-2 spikproteinet till värdceller.
”Vi tillhandahåller bevis för en roll för det mänskliga mikrobiomet vid förmedling av SARS-CoV-2-infektivitet genom modifiering av värdglykokalyxen, ”Skriver Knight och kollegor. ”HS-modifierande bakterier i mänskliga mikrobiella samhällen kan reglera viral vidhäftning, och förlust av dessa kommensaler kan predisponera individer för infektion. ”
Även om den exakta underliggande skyddsmekanismen ännu inte är känd, Bacteroide -stammarna Bacteroides ovatus och Bacteroides thetaiotaomicron , som är mycket utbredda i tarmbakterier hos människor, har tidigare visat sig katalysera HS, säger forskarna.
Verkligen, laget fortsatte att visa det in vitro behandling av H1299 humana lungceller med B. ovatus och B. thetaiotaomicron kataboliserad cellyta HS och minskad SARS-CoV-2 proteinbindning med 20 till 30 gånger, jämfört med obehandlade H1299 -celler.
Bakterier som kodar för heparansulfat (HS) lyas (HSase) utarmas hos COVID -patienter jämfört med kontroller. BALF RNA-seq-data från friska försökspersoner (kontroll) och COVID-19-patienter (COVID) (x-axlar) jämfört med log-förhållanden (y-axlar) för förutsagda HS-modifierande arter i förhållande till icke-HS-modifierande (A), HSase relativt hushållningsset (B), och N-acetylglukosamin-6-O-sulfatas i förhållande till hushållningssats (C). Betydelsen utvärderades av ett t-test och felstaplar representerar medelfelets standardfel. Presenterade p-värden är från oparade tvåsidiga t-test. "Denna rapport ger bevis för rollen av glykokalyx-mikrobiota-interaktioner som en ny konkurrensmekanism i kampen mot SARS-CoV-2, ”Skriver forskarna.
De säger att ytterligare arbete behövs för att klargöra de translationella konsekvenserna av resultaten eftersom det fortfarande är oklart vilka specifika mikrobiella enzymer som bryter ned GAG för att förhindra SARS-CoV-2-bindning. Det är inte heller klart om dessa enzymer skulle kunna användas för att begränsa virusspridning under en aktiv infektion.
Ändå, "Analyserna som presenteras här beskriver en nyckelmekanism genom vilken värdmikrobiomer kan spela en roll vid SARS-CoV-2-infektion, ge en potentiell förklaring till hälsoskillnader mellan åldersgrupper i COVID-19-sjukdomen och lyfta fram vikten av att karaktärisera det potentiella framtida molekylära vapenloppet mellan människor och virus, Säger forskarna.
"Utforskning av det stora samspelet mellan värdmikrober och virusinfektion kan möjliggöra förbättrad riskskiktning, förebyggande, och intervention, ”Avslutar de.
bioRxiv publicerar preliminära vetenskapliga rapporter som inte är fackgranskade och, därför, ska inte betraktas som avgörande, vägleda klinisk praxis/hälsorelaterat beteende, eller behandlas som etablerad information.
Varför COVID-19-patienter har fler patogena bakterier i näsan
Mikroplast identifierad i mänskligt avfall för första gången
Varför du bör inkludera naturliga fiberkällor i din kost
Forskare utvinner fullständigt mänskligt genom från ett tusentals år gammalt "tuggummi"
COVID-19-restriktioner har lett till 86 procent minskning av norovirusinfektioner i USA,
SARS-CoV-2-överföring från mor till barn under graviditet möjlig men sällsynt
Biologisk terapi kan minska risken för allvarlig COVID-19
En ny observationsstudie av spanska forskare, för närvarande tillgänglig på medRxiv* förtrycksserver, föreslår att patienter med immunförmedlade sjukdomar som får biologisk terapi kan ha en lägre ri
Typ 1 -diabetes kopplad till tarmmikrobiom och genetiska faktorer
En ny studie från Lingköpings universitet i Sverige och University of Florida har avslöjat att tarmmikrobiomet hos barn med hög genetisk risk att utveckla typ 1 -diabetes skiljer sig markant från barn
Studien beskriver den initiala baslinjen friska tarmmikrobiomdatabasen och överflödsprofilen
En initial baslinje för hälsosam tarmmikrobiomdatabas och överflödsprofil beskrivs i en studie publicerad 11 september, 2019 i open access Journal PLOS ONE av Charles Hadley King från George Washingto