Новый вирус, вызывающий тяжелое дыхание и почечную недостаточность, вызывает особую реакцию клеток дыхательных путей, позволяющую ему размножаться. Ученые, изучающие Медицинский центр по коронавирусу человека-Эразмус, который впервые появился на Ближнем Востоке в апреле 2012 года, обнаружили полезные подробности о тактике его оплота.
Их результаты предсказывают, что некоторые доступные в настоящее время соединения могут лечить инфекцию. Они могли действовать, не убивая вирус напрямую, а не давая клеткам легких создавать благоприятную среду для размножения вируса.
Исследователи предупреждают, что их лабораторные и компьютерные прогнозы необходимо будет проверить, чтобы увидеть, работают ли лекарства клинически.
Результаты опубликованы 30 апреля в выпуске mBio, Журнала Американского общества микробиологии.
Вирусолог из Вашингтонского университета Лоуренс Джоссет – ведущий автор статьи, "Реакция клетки-хозяина на инфекцию новым коронавирусом человека – EMC предсказывает потенциальные противовирусные препараты и важные различия с коронавирусом SARS."
Она провела исследования в лаборатории старшего автора Майкла Г. Катце, профессор микробиологии UW, известный за новаторские подходы системной биологии к взаимодействиям хозяина и патогенов.
Одиннадцать из 17 зарегистрированных случаев EMC коронавируса человека во всем мире закончились смертельным исходом. Вирус назван в честь голландской больницы, которая идентифицировала образец от пациента из Саудовской Аравии. До сих пор болезнь не передавалась легко от человека к человеку.
Новый возбудитель болезни относится к семейству бета-коронавирусов, как и вирус тяжелого острого респираторного синдрома, атипичная пневмония. Оба вируса атакуют легкие. Однако новый вирус более тесно связан с коронавирусами летучих мышей, чем с атипичной пневмонией. Два вируса цепляются за разные рецепторы и заражают клетки.
Джоссет, Катце и их команда узнали, что вскоре после того, как человеческий коронавирус-EMC проникает в клетки легких, он, как и вирус SARS, вызывает изменения в том, как регулируются гены клеток. Но новый вирус делает это раньше.
Позже и на протяжении всей инфекции человеческий коронавирус EMC провоцирует массовый саботаж – гораздо более серьезный, чем вирус SARS – многих генетических средств контроля производства белка в клетках легких, выращенных в лаборатории.
"Мы обнаружили, что набор из 207 генов в клетках легких был нарушен на ранних и постоянных этапах заражения коронавирусом человека EMC," Джоссет сказал. Повышение или понижение различных уровней РНК.
Новый вирус, по-видимому, специально препятствует работе нескольких генов, которые позволяют организму ощущать присутствие вирусов. Ученые считают, что такая перенастройка гена вирусом может значительно снизить способность клеток легких вызывать соответствующую противовирусную реакцию.
В то время как SARS и EMC активировали несколько похожих реакций легочных клеток для своей собственной выгоды, в целом не произошло особого совпадения. У каждого злоумышленника были свои собственные методы вмешательства в деятельность генов клеток легких.
"Эти различия в ответах на экспрессию генов-хозяев в лабораторных клетках легких," исследователи сказали, "может повлиять на то, как каждый вирус вызывает болезнь у инфицированного человека."
В настоящее время не существует доказанного лечения коронавируса человека EMC. Поскольку вирус успешно размножается, захватывая клеточные процессы, инициированные в ответ на инфекцию, ученые искали лекарства, которые могли бы воздействовать на эти клеточные реакции и тем самым остановить размножение вируса.
Исследователи отметили, что этот же подход уже тестируется при лечении гриппа. Лекарства, уменьшающие чрезмерную воспалительную реакцию организма на вирус гриппа, обладают терапевтическим эффектом.
Ученые получили быструю и всестороннюю оценку инфекционных стратегий нового коронавируса, создав глобальный профиль того, как он нарушает транскрипцию генов, процесс, посредством которого ДНК копируется в РНК для последующей трансляции в белки.
Они проанализировали эти обширные данные с помощью компьютерных программ, которые предсказывают, какие современные лекарства могут быть повторно использованы для коррекции иммунного ответа, кооптированного вирусом.
Этот метод может найти широкое применение в борьбе с опасными вирусами будущего.
"Такой подход имеет преимущество в ускорении доступности лечения, что может иметь решающее значение в случае вспышки нового патогена," Джоссет сказал.
Катце согласился, "Лоуренс и другие члены нашей группы разрабатывают новые вычислительные подходы для эффективного использования информации о профилях экспрессии генов, вызванных существующими лекарствами и небольшими молекулами. Наша цель – быстро идентифицировать лекарства, которые могут изменить конкретную реакцию хозяина на вирусную инфекцию."
В случае человеческого коронавируса EMC этот подход открыл две многообещающие возможности. Анализ показал, что ранние и устойчивые изменения в регуляции генов клеток легких могут быть отменены четырьмя типами ингибиторов киназ и одним видом глюкокортикоидов.
По словам исследователя, необходимы дополнительные исследования для определения безопасности, эффективности и необходимых дозировок этих препаратов для лечения EMC от коронавируса человека.
По словам Джоссета, это исследование подчеркивает преимущества быстрого автоматического анализа транскриптома (всех информационных РНК, транскрибируемых из генома) инфицированных клеток.
"Этот метод глобально и эффективно характеризует реакцию хозяина на появляющиеся патогены," Джоссет сказал. Данные об основных свойствах нового вируса и его взаимодействиях с клетками-хозяевами обычно можно собрать быстро. В среднем это занимает от двух недель до месяца после выявления и выделения вируса.
По ее словам, данные об экспрессии генов, полученные в результате анализа EMC-инфекции коронавируса человека, были настолько надежными, что "предоставляет множество данных для дальнейшего понимания и идей для тестирования нового вируса."
"Потому что," она добавила, "профили ответа хозяина также могут быть использованы для быстрого определения возможных стратегий лечения, мы ожидаем, что создание таких профилей станет общей стратегией для быстрой характеристики будущих появляющихся вирусов."
Катце отметил, "Появление новых вирусов, таких как вирус гриппа H7N9 в Китае, по-прежнему будет представлять угрозу для здоровья населения. Разработка новых стратегий для быстрого выявления эффективных противовирусных препаратов является приоритетной задачей."