Ponad 1000 genów powiązanych z ciężkim przebiegiem Covid-19

Gdy chodzi o przebieg infekcji Covid-19, znaczenie mają czynniki takie, jak wiek, wskaźnik masy ciała (BMI) i wcześniej istniejące problemy zdrowotne. Istotną rolę odgrywa również genetyka. Niektórzy zdrowi dorośli zakażeni Covid-19 poważnie chorują, podczas gdy inni mają niewiele objawów.

Naukowcy z University of Sheffield (Wielka Brytania) oraz Stanford University (USA) odkryli, że u osób, u których rozwinęła się ciężka infekcja koronawirusem, występują specyficzne cechy genetyczne.

Korzystając z uczenia maszynowego, autorzy zidentyfikowali ponad 1000 genów powiązanych z rozwojem ciężkich przypadków Covid-19, które wymagały wspomagania oddychania lub doprowadziły do śmierci. Zespół był również w stanie zidentyfikować określone typy komórek, na które te geny oddziałują. To jedno z pierwszych badań, łączących geny związane z koronawirusem z określonymi funkcjami biologicznymi.

Odkryliśmy architekturę genetyczną, leżącą u podstaw infekcji koronawirusem - dowodząc, że te 1000 genów odpowiada za trzy czwarte genetycznych czynników, powodujących ciężki przebieg Covid-19. Jest to istotne dla zrozumienia, dlaczego niektórzy ludzie mieli cięższe objawy Covid-19 niż inni - mówi dr Johnathan Cooper-Knock z University of Sheffield, współautor badania.

Badaniem kierował profesor Michael P. Snyder ze Stanford we współpracy z doktorami Sai Zhangiem i Cooper-Knockiem. Zespół wykorzystał kilka dużych zestawów danych. Pierwszy zawierał informacje genetyczne ze zdrowej ludzkiej tkanki płucnej. Dane pomogły zidentyfikować ekspresję genów w 19 różnych typach komórek płuc, w tym w komórkach nabłonkowych dróg oddechowych, które są pierwszą linią obronną przed infekcją.

Inne dane pochodziły z Covid-19 Host Genetics Initiative, jednego z największych badań genetycznych krytycznie chorych pacjentów z koronawirusem. Naukowcy szukali mutacji DNA zwanych polimorfizmami pojedynczego nukleotydu - które mogą wskazywać, że ktoś ma wyższe ryzyko ciężkiego Covid-19. Śledzili, czy niektóre mutacje występowały częściej lub rzadziej u pacjentów z ciężkim przebiegiem Covid-19.

Mutacje, które nadal pojawiały się lub były wyraźnie nieobecne u pacjentów, u których rozwinął się ciężki przebieg Covid-19, sugerowały, że te zmiany mogą być przyczyną ciężkości infekcji.

Jednak same mutacje genetyczne mogą być trudne do zinterpretowania. Aby lepiej zrozumieć swoje odkrycia, zespół wykorzystał inne dane opisujące, które regiony genomu są ważne dla różnych typów komórek w tkance płucnej. Dzięki temu naukowcy mogli wskazać, które geny były dysfunkcyjne w których typach komórek.

Okazało się też, że ciężki Covid-19 jest w dużej mierze związany z osłabioną reakcją dwóch dobrze znanych komórek odpornościowych -NK (natural killer) i limfocytów T. Komórki NK i podtyp zwany "CD56 bright" są uważane za najważniejsze.

Komórki NK, z którymi ludzie się rodzą i które są pierwszą linią obrony organizmu przed infekcjami, znane są ze swojej zdolności do niszczenia wirusów i komórek rakowych. Pomagają również w wytwarzaniu szeregu białek układu odpornościowego zwanych cytokinami. Jedna z cytokin, interferon gamma, jest kluczowym aktywatorem komórek układu odpornościowego. Działając wspólnie z interferonem gamma, komórki NK zapewniają natychmiastową i skoordynowaną obronę przed infekcjami wirusowymi - wskazał dr Jonathan Cooper-Knock. Komórki NK są jak generałowie kierujący wojną. Mobilizują inne komórki odpornościowe, mówiąc im, gdzie iść i co robić. Odkryliśmy, że u osób z ciężką infekcją koronawirusem krytyczne geny w komórkach NK są mniej wyrażane, więc jest mniej silna odpowiedź immunologiczna. Komórka nie robi tego, co powinna - dodał Cooper-Knock.

Prof. Snyder porównał geny ryzyka Covid-19 do szkodliwych wariantów genów BRCA, które predysponują niektóre osoby do raka piersi i jajnika. Jak powiedział profesor, "nasze odkrycia kładą podwaliny pod test genetyczny, który może przewidzieć, kto rodzi się ze zwiększonym ryzykiem ciężkiego przebiegu Covid-19. Wyobraź sobie, że istnieje 1000 zmian w DNA związanych z ciężkim Covid-19. Jeśli masz 585 z tych zmian, może to sprawić, że będziesz dość podatny i będziesz chciał podjąć wszelkie niezbędne środki ostrożności".

Dr Cooper-Knock zauważył również, że leki, które uruchamiają powolne komórki NK, są już proponowane do leczenia niektórych rodzajów raka: Leki wiążą się z receptorami na komórkach NK i wywołują silniejszą reakcję - powiedział. Trwają badania nad podawaniem tych leków w przypadku ciężkiego Covid-19".