Científicos
estadounidenses descubrieron que las células de pulmones, fosas nasales e
intestinos son las más propensas a la infección
Investigadores
estadounidenses del MIT, del Instituto Ragon de MGH, Harvard y el Instituto
Broad junto con colegas de todo el mundo han identificado tipos específicos de
células que parecen ser los objetivos prioritarios del coronavirus que está causando
la pandemia de COVID-19.
Utilizando datos
existentes sobre el ARN que se encuentran en diferentes tipos de células, los
investigadores pudieron buscar las que expresan las dos proteínas que ayudan al
virus SARS-CoV-2 a ingresar al organismo. Encontraron subconjuntos de células
en el pulmón, las fosas nasales y el intestino que expresan el ARN de ambas
proteínas mucho más que otras células.
Los investigadores esperan
que sus hallazgos ayuden a guiar a los científicos que están trabajando en el
desarrollo de nuevos tratamientos farmacológicos o en la prueba de medicamentos
existentes que podrían reutilizarse para tratar Covid-19.
“Nuestro objetivo es
transmitir información a la comunidad y compartir datos tan pronto como sea
humanamente posible, para que podamos ayudar a acelerar los esfuerzos en curso
en las comunidades científica y médica”, explicó Alex K. Shalek, profesor Asociado
de Química del Instituto de Ingeniería Médica y Ciencia (IMES) del MIT.
Shalek y Jose
Ordovas-Montanes, un ex postdoc del MIT que ahora dirige su propio laboratorio
en el Boston Children’s Hospital, son los autores principales del estudio, que
aparece hoy en Cell. Los autores principales del artículo son los estudiantes
graduados del MIT Carly Ziegler, Samuel Allon y Sarah Nyquist; e Ian Mbano,
investigador del Instituto de Investigación de Salud de África en Durban,
Sudáfrica.
Excavando
en datos
Poco después de que
comenzara el brote de SARS-CoV-2, los científicos descubrieron que la proteína
viral “espiga” se une a un receptor en las células humanas conocido como enzima
convertidora de angiotensina 2 (ACE2). Otra proteína humana, una enzima llamada
TMPRSS2, ayuda a activar la proteína de espiga de coronavirus, para permitir la
entrada celular. La unión y activación combinadas permiten que el virus ingrese
a las células huésped.
“Tan pronto como nos dimos
cuenta de que el papel de estas proteínas había sido confirmado
bioquímicamente, comenzamos a buscar dónde estaban esos genes en nuestros datos
existentes. Estábamos realmente en una buena posición para comenzar a
investigar cuáles son las células a las que este virus podría atacar”, afirmó Ordovas-Montanes.
El laboratorio de Shalek,
miembro extramural del Instituto Koch para la Investigación Integral del Cáncer
y de Pfizer-Laubach Career Development, y en muchos otros laboratorios de todo
el mundo, se han realizado estudios a gran escala de decenas de miles de
células humanas, no humanas de primates y ratones, en las que utilizan la
tecnología de secuenciación de ARN de una sola célula para determinar qué genes
se activan en un tipo de celda dado.
Desde el año pasado,
Nyquist ha estado construyendo una base de datos con socios en el Broad
Institute para almacenar una gran colección de estos conjuntos de datos en un
solo lugar, lo que ahora permite a los investigadores estudiar posibles roles
para células particulares en una variedad de enfermedades infecciosas.
Gran parte de los datos
provienen de laboratorios que pertenecen al proyecto Human Cell Atlas, cuyo
objetivo es catalogar los patrones distintivos de la actividad genética para
cada tipo de célula en el cuerpo humano. Los conjuntos de datos que el equipo
del MIT utilizó para este estudio incluyeron cientos de tipos de células de los
pulmones, las fosas nasales y el intestino. Los investigadores eligieron esos
órganos para el estudio Covid-19 porque la evidencia previa había indicado que
el virus puede infectar a cada uno de ellos. Luego compararon sus resultados
con los tipos de células de órganos no afectados.
“Debido a que tenemos este
increíble repositorio de información, pudimos comenzar a observar lo que
probablemente serían células objetivo para la infección. Aunque estos conjuntos
de datos no fueron diseñados específicamente para estudiar a Covid, es de
esperar que nos hayan dado un salto en la identificación de algunas de las
cosas que podrían ser relevantes allí", sostuvo Shalek.
"Puede que esta no
sea la historia completa, pero definitivamente nos da una imagen mucho más
precisa que donde estaba el campo antes. Ahora podemos decir con cierto nivel
de confianza que estos receptores se expresan en estas células específicas en
estos tejidos", indicó Ordovas-Montanes.
Lucha
contra la infección
En sus datos, los
investigadores también vieron un fenómeno sorprendente: la expresión del gen
ACE2 parecía estar correlacionada con la activación de genes que se sabe que
son activados por el interferón, una proteína que el cuerpo produce en
respuesta a una infección viral. Para explorar esto más a fondo, los
investigadores realizaron nuevos experimentos en los que trataron células que
recubren las vías respiratorias con interferón, y descubrieron que el
tratamiento en realidad activaba el gen ACE2.
El interferón ayuda a
combatir la infección al interferir con la replicación viral y ayudar a activar
las células inmunes. También activa un conjunto distintivo de genes que ayudan
a las células a combatir infecciones. Estudios anteriores han sugerido que ACE2
juega un papel en ayudar a las células pulmonares a tolerar el daño, pero esta
es la primera vez que ACE2 se ha conectado con la respuesta de interferón.
"Este no es el único
ejemplo de eso. Hay otros ejemplos de coronavirus y otros virus que logran
dirigirse a los genes estimulados por interferón para luego ingresar a las
células. En cierto modo, es la respuesta más confiable del huésped",
sostuvo Ordovas-Montanes.
Debido a que el interferón
tiene tantos efectos beneficiosos contra la infección viral, a veces se usa
para tratar las generadas por la hepatitis B y la hepatitis C. Los hallazgos
del equipo del MIT sugieren que el papel potencial del interferón en la lucha
contra Covid-19 puede ser complejo. Por un lado, puede estimular genes que combaten
la infección o ayudan a las células a sobrevivir al daño, pero por otro lado,
puede proporcionar objetivos adicionales que ayudan al virus a infectar más
células.
“Es difícil llegar a conclusiones generales
sobre el papel del interferón contra este virus. La única forma en que
comenzaremos a entender eso es a través de ensayos clínicos cuidadosamente
controlados. Lo que estamos tratando de hacer es publicar información, porque
hay muchas respuestas clínicas rápidas que las personas están dando. Estamos
tratando de darles a conocer las cosas que podrían ser relevantes”, precisó
Shalek, que ahora espera trabajar para perfilar modelos de tejidos que
incorporen las células identificadas en este estudio. Dichos modelos podrían
usarse para probar medicamentos antivirales existentes y predecir cómo podrían
afectar la infección por SARS-CoV-2.
El equipo del MIT y sus
colaboradores han puesto todos los datos que usaron en este estudio a
disposición de otros laboratorios que quieran usarlo. Muchos de ellos se
generaron en colaboración con investigadores de todo el mundo, que estaban muy
dispuestos a compartirlos, dijo Shalek: “Ha habido una increíble cantidad de
información de la comunidad científica con varias partes interesadas en
contribuir a la batalla contra Covid de cualquier manera posible. Ha sido
increíble ver a un gran número de laboratorios de todo el mundo reunirse para
tratar de abordar esto en colaboración”.
La investigación fue
financiada por el Programa de Becarios Searle, el Programa de Investigadores
Jóvenes Beckman, el Programa de Becarios Pew-Stewart para la Investigación del
Cáncer, una Beca Sloan en Química, los Institutos Nacionales de Salud, la
Fundación Aeras, la Fundación Bill y Melinda Gates, el Richard and Susan Smith
Family Foundation, el Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales, el
Programa Piloto de Proyectos del Centro de Ciencias Clínicas y Traslacionales
UMass, y la Oficina del Subsecretario de Defensa para Asuntos de Salud. INFOBAE
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