Por qué el SARS-CoV-2 se replica mejor en el tracto respiratorio superior – ScienceDaily

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Un equipo de investigadores del Instituto de Enfermedades Infecciosas (IFIK) de la Universidad de Berna y del Instituto Federal de Virología e Inmunología (IVI) evaluó el crecimiento del virus y la activación de los mecanismos de defensa celular en el tracto respiratorio. Demostraron que las diferencias naturales de temperatura que existen en el tracto respiratorio superior e inferior tienen una profunda influencia en la replicación del SARS-CoV-2 y la posterior activación inmune innata en las células humanas. Los hallazgos pueden ayudar a desarrollar medicamentos antivirales y medidas preventivas.

“El SARS-CoV-2 y el SARS-CoV son genéticamente muy similares, generan un repertorio homólogo de proteínas virales y usan el mismo receptor para infectar células humanas. Sin embargo, a pesar de estas similitudes, también existen importantes diferencias entre los dos virus”. Ronald Dijkman del Instituto de Enfermedades Infecciosas (IFIK) de la Universidad de Berna. Por ejemplo, la infección por SARS-CoV se caracteriza por una enfermedad e inflamación graves del tracto respiratorio inferior, y las personas infectadas solo son contagiosas después de que aparecen los síntomas, lo que facilita la identificación y ruptura de las cadenas de infecciones.

Por el contrario, el SARS-CoV-2 se replica preferentemente en las vías respiratorias superiores (cavidad nasal, faringe, tráquea) y puede transmitirse eficazmente de un individuo a otro antes de la aparición de los síntomas de la enfermedad. Además, el resultado de la infección por SARS-CoV-2 varía mucho de una persona a otra y puede manifestarse como una enfermedad asintomática, leve o grave. Las personas mayores y las personas con ciertas afecciones médicas subyacentes (enfermedad cardíaca, diabetes, cáncer) tienen un mayor riesgo de desarrollar una enfermedad grave, que a menudo se asocia con infecciones del tejido respiratorio inferior, altos niveles de inflamación e insuficiencia pulmonar.

La temperatura es la clave

Para comprender mejor por qué las infecciones por SARS-CoV y SARS-CoV-2 conducen a resultados clínicos tan diferentes, los investigadores de la Universidad de Berna utilizaron cultivos de células de las vías respiratorias humanas especializadas para estudiar el impacto de las temperaturas del tracto respiratorio en el SARS. -CoV y SARS-CoV -2 réplicas. Las células provienen de muestras humanas e imitan la complejidad de las células que se encuentran en el tracto respiratorio. Crecen en recipientes especiales, se alimentan por la parte inferior y están expuestos al aire por la parte superior, al igual que las células de la tráquea humana. Los cultivos también producen moco y tienen pestañas que laten muy rápidamente. “Debido a que la organización de estas células se parece mucho a las células que se encuentran en los tejidos humanos, son un sistema relevante que se puede utilizar en un laboratorio para estudiar los virus respiratorios”, dice Dijkman.

Los investigadores ahora han utilizado este modelo existente por primera vez para estudiar los efectos de las temperaturas respiratorias en la replicación del SARS-CoV y del SARS-CoV-2. Descubrieron que la temperatura juega un papel importante ya que el SARS-CoV-2 prefería replicarse a las temperaturas típicas de las vías respiratorias superiores (33 ° C). Las temperaturas de incubación más bajas permitieron que el virus se replicara más rápido y en mayor medida que cuando las infecciones se realizaron a 37 ° C para imitar el entorno pulmonar inferior. A diferencia del SARS-CoV-2, la replicación del SARS-CoV no se vio afectada por las diferentes temperaturas de incubación. Los experimentos se llevaron a cabo tanto en el laboratorio de alta seguridad de IVI en Mittelhäusern como en el laboratorio de bioseguridad del Instituto de Enfermedades Infecciosas (IFIK) de la Universidad de Berna en el edificio de sitem-insel, el Instituto Suizo de Medicina. .

La temperatura también afecta la respuesta del epitelio.

El equipo también analizó qué genes se activan y desactivan después de la infección por SARS-CoV y SARS-CoV-2 para comprender cómo responden las células del tracto respiratorio humano a la infección y qué programas inmunitarios innatos se activan. El sistema inmunológico innato es la “primera línea de defensa” de nuestro cuerpo contra los patógenos invasores y es fundamental no solo para contener al invasor, sino también para enseñar a otras ramas del sistema inmunológico cómo reaccionar adecuadamente.

Al imitar las condiciones que se encuentran en las vías respiratorias superiores (33 ° C), el equipo descubrió que la infección por SARS-CoV-2 no estimulaba la respuesta inmune innata dentro de estas células con tanta fuerza como lo hacía al imitar las afecciones encontradas en el tracto respiratorio inferior. (37 ° C). “Dado que la fuerza de la respuesta inmune innata puede afectar directamente el grado de replicación viral, esto puede ayudar a explicar por qué el SARS-CoV-2 se replica de manera más eficiente a temperaturas más bajas”, dice Dijkman. Aunque generar una fuerte respuesta inmune innata contra el virus es generalmente beneficioso, es importante tener en cuenta que en algunos casos la respuesta inmune innata puede sobreactivarse. Esto, a su vez, puede ser perjudicial para el individuo infectado, ya que los altos niveles de inflamación también pueden inducir daño tisular y acelerar la progresión de la enfermedad, un fenómeno que se observa a menudo en pacientes con COVID19 grave.

“El análisis detallado de la replicación del SARS-CoV-2 y los cambios inducidos por la temperatura en los mecanismos de defensa inmune innatos del huésped ayuda a explicar por qué el SARS-CoV-2 se replica tan bien en el tracto respiratorio superior, y es quizás la razón por la que el SARS-CoV- 2 muestra una mayor transmisibilidad de persona a persona que el SARS-CoV ”, explica Dijkman.

Conocimientos importantes para combatir las infecciones por coronavirus

Se ha demostrado que el uso de este modelo de cultivo celular auténtico en un entorno de laboratorio controlado refleja con precisión el comportamiento diferente de dos virus similares en el contexto de una pandemia. “Este sistema único proporciona información sobre la batalla molecular que ocurre entre el virus y el huésped durante una infección y subraya la importancia de los cambios sutiles en el microambiente del virus-huésped que pueden afectar la replicación y propagación del virus”, dice Dijkman. Comprender qué actores clave están involucrados en este proceso y si favorecen al huésped o al virus abre nuevas oportunidades para el establecimiento de estrategias de intervención altamente específicas y el desarrollo de nuevos compuestos farmacéuticos que ayudarán a combatir las infecciones por coronavirus.

Este trabajo fue apoyado por la Comisión Europea (Marie Sklodowska-Curie Innovative Training Network “HONORS”), la Swiss National Science Foundation SNSF (Special Coronavirus Invitation) y el Ministerio Federal de Educación e Investigación de Alemania, proyecto RAPID.

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