В недавнем исследовании, опубликованном на сервере bioRxiv *, исследователи изучили репликативную способность семи изолятов коронавируса тяжелого острого респираторного синдрома 2 (SARS-CoV-2) в 17 клеточных линиях, чтобы понять их фенотипические вариации и круг хозяев. Варианты, отслеживаемые в исследовании, включали предковый штамм SARS-CoV-2 B.1, вызывающие озабоченность варианты (VOC) Alpha, Beta, Gamma, Delta, Omicron (BA.1) и ранее представляющий интерес вариант (VOI) Zeta.

Фон

SARS-CoV-2, этиологический агент коронавирусной болезни 2019 г. (COVID-19), продемонстрировал высокую генетическую пластичность с тех пор, как он инициировал первую волну пандемии в конце 2019 г. К 2020 г. SARS-CoV-2 привел к множеству ЛОС и VOI различаются по своим генетическим, клиническим и эпидемиологическим характеристикам.

Интересно, что большинство вариантов SARS-CoV-2 эволюционировали не друг от друга по установленной схеме, а независимо от предкового штамма. Например, Omicron VOC, появившийся в 2022 году, генетически больше всего напоминал штамм SARS-CoV-2, циркулировавший в середине 2020 года. Другим примером является VOI Zeta, который возник вместе с Gamma VOC в Южной Америке в течение короткого периода времени.

Об исследовании

В настоящем исследовании исследователи использовали дифференцированные трехмерные (3D) ткани дыхательных путей человека и органоиды, чтобы резюмировать ситуацию в естественных условиях. Кроме того, они использовали ряд иммортализованных клеточных линий домашних и диких видов, особенно европейского происхождения.

Эти клеточные линии включали первичные эпителиальные клетки дыхательных путей человека (HAE), полученные из назального эпителия, и клеточные линии, полученные из легких. Они использовали линии клеток животных, полученные от летучих мышей, грызунов, насекомоядных и плотоядных видов. Кроме того, исследователи получили все изоляты SARS-CoV-2 после одного пассажа в клетках Vero-E6. Поскольку Vero-E6 был менее восприимчив к бета-ЛОС, они выделили его в клеточной линии A549-ACE-2 после второго пассажа в смешанных клетках Vero-E6:A549-ACE-2 (1:1). Эти изоляты выделяют инфицированные клеточные культуры с множественностью заражения (MOI) 0,1 при 37°C и 33°C. Группа провела все клеточные культуры при 37 ° C и 5% CO 2 . В аналогичных условиях они выполнили все тесты на инфекцию SARS-CoV-2.

Команда количественно определила нагрузку рибонуклеиновой кислоты (РНК) SARS-CoV-2 в образцах с помощью количественной полимеразной цепной реакции с обратной транскриптазой в реальном времени (qRT-PCR) и представила результаты в виде среднего log 10 копий РНК/мл (RNAc/мл).

Результаты исследования

Авторы наблюдали отчетливый фенотип Omicron BA.1 с более короткими, но более быстрыми и более эффективными репликативными способностями и инфекционным выделением вируса в модели клеток носового НАО. Все эти свойства, в дополнение к их свойствам уклонения от иммунитета, вероятно, способствуют заразности Омикрона и высокой скорости вторичной атаки в реальных условиях.

Менее эффективная репликация в нижних дыхательных путях объясняет снижение клинической тяжести Omicron BA.1, в то время как ранняя эффективная репликация, вероятно, способствует его эффективному распространению в сообществе. Кроме того, улучшенное связывание ангиотензинпревращающего фермента 2 (ACE-2) и более эффективный эндоцитоз способствуют эффективному проникновению и репликации клеток Omicron. Модель HAE позволила изучить раннюю фазу репликации SARS-CoV-2, которая остается незамеченной при диагностическом тестировании, в котором используются клинические образцы, собранные после появления симптомов. Кроме того, в модели НАО отсутствовал адаптивный иммунитет, подавляющий репликацию вируса.

Примечательно, что уровни РНК препарата Омикрон и титр бляшкообразующих единиц (БОЕ) быстро снижались в клетках НАО по сравнению с препаратом Дельта за 96 часов. В бронхах человека ex vivo Omicron BA.1 снова показал раннюю и быструю репликацию, но не в паренхиме легкого. Общая репликативная эффективность SARS-CoV-2 была ниже в клетках легких по сравнению с культурами HAE. Родовой штамм SARS-CoV-2 с мутацией D614GS демонстрировал более эффективную репликацию в моделях носа и легких in vitro. Альфа и Бета ЛОС и Зета VOI лучше реплицировались и больше выделяли инфекционные вирионы при более низкой температуре, чем Дельта и Омикрон.

Сохранение рецептора-хозяина ACE-2 у млекопитающих способствовало межвидовой передаче SARS-CoV-2. Возможно, именно по этой причине он продолжает создавать все новые и новые резервуары животных. Тем не менее, это также вызывает беспокойство, поскольку увеличивает риск новых мутаций вируса и повторного распространения вируса на людей. В этом контексте исследователи отметили, что как Delta, так и Omicron BA.1 не показали увеличения диапазона хозяев в линиях клеток животных, полученных от нескольких европейских мелких млекопитающих (например, летучих мышей семейства Rhinolophidae ). Кроме того, они не показали признаков репликации в клетках, полученных от более вездесущей летучей мыши, не относящейся к Rhinolophidae, P. pipistrellus .

Только клеточная линия, полученная из почек кролика, была чувствительна к репликации Omicron, B.1 и Delta. Удивительно, но никакие другие клеточные линии кроликов или клетки, происходящие от норок и хорьков, не показали какой-либо восприимчивости к SARS-CoV-2, хотя он поражает оба вида. Может быть несколько объяснений наблюдаемых расхождений между данными in vitro и результатами естественных инфекций и исследований на животных. Например, модели клеточных культур не точно отражают место репликации in vivo и имеют сниженную экспрессию рецепторов.

Кроме того, SARS-CoV-2 использует разные рецепторы у некоторых видов животных. Хотя фенотипическая оценка в клеточных линиях не полностью отражает восприимчивость in vivo , она может дополнять биоинформационные исследования, направленные на выявление восприимчивых видов животных путем сравнения последовательностей ACE-2.

Выводы

Данные исследования показали, что Омикрон имеет наиболее выраженные фенотипические отличия по сравнению со всеми другими вариантами SARS-CoV-2. Более того, он имеет человеческое происхождение, поскольку SARS-CoV-2 с трудом реплицируется в клетках летучих мышей, имеющих расходящиеся последовательности рецептор-связывающего домена, такие как RaTG13.

Кроме того, исследование показало, как модели клеточных культур могут помочь лучше понять фенотипические различия и инфекционность вариантов SARS-CoV-2 у людей. Несмотря на их ограниченную способность отражать окружающую среду in vivo , эти модели актуальны для оценки риска зоонозного распространения SARS-CoV-2.

*Важное замечание

bioRxiv публикует предварительные научные отчеты, которые не рецензируются экспертами и, следовательно, не должны рассматриваться как окончательные, направляющие клиническую практику/поведение, связанное со здоровьем, или рассматриваться как установленная информация.