Od hrčaka do babuna: Životinje kojima se znanstvenici služe kao alatom za razumijevanje koronavirusa

13

Znanstvenici već mjesecima pokušavaju naučiti kako novi koronavirus, SARS-CoV-2, uzrokuje bolest, kao pobjediti utrku za razvoj liječenja. Djelatnost se uvelike oslanja na rijetko priznatog igrača: životinje. Jedna od najneobičnijih stvari o SARS-CoV-2 je širok raspon težine bolesti koju ima kod ljudi – od blagih ili asimptomatskih infekcija do smrtonosnih. Stvaranje životinjskih modela koji odražavaju takvu kliničku raznolikost bit će teška. U mješavini su stvorenja od skromnog laboratorijskog miša do hrčaka i babuna. Još ne znamo koje će se životinje pokazati najkorisnijima – različite vrste možda su najprikladnije za odgovore na različita pitanja.

znanost-misevi

Miševi

Napredak ozbiljne bolesti posebno je naporan, ali istraživanja koronavirusa o uzrocima teških akutnih respiratornih sindroma poput SARS-a i respiratornih sindroma Bliskog Istoka poput MERS-a postavila su temelje. Istraživačke životinje su miševi: mogu se brzo uzgajati i jeftino ih je za nabaviti, a istraživači već imaju mnogo alata za rad s njima. Nažalost, čini se da ovi glodavci – iako nisu imuni na infekciju – ne trpe loše učinke novog virusa. Isto je vrijedilo i za SARS, ali dvije su se strategije pokazale učinkovitim: prilagođavanje miševa virusu ili prilagođavanje virusa miševima.

Godine 2007. mikrobiolog Stanley Perlman sa Sveučilišta Iowa i njegovi kolege genetski su miševe proizveli u ljudskoj verziji receptora za angiotenzin-konvertirajući enzim 2 (ACE2) koji je izvorni virus SARS-a te se koristio da se ‘zakači’ na stanice. Bolest je bila smrtonosna za ove miševe “hACE2”. SARS-CoV-2 koristi isti receptor pa bi miševi hACE2 također trebali biti osjetljivi na novi virus, kaže Perlman. Poslao je zamrznute uzorke sperme miša u laboratorij Jackson, koji uzgaja životinje i priprema ih za distribuciju u druge laboratorije širom svijeta. „Trebali bismo imati dovoljno da znanstvena zajednica provede svoje eksperimente do sredine lipnja“, kaže neuroznanstvenica Cat Lutz, koja usmjerava skladište miševa Jackson Laboratoryja – jedno od najvećih u Sjedinjenim Državama.

Virologinja Kanta Subbarao, tada u Nacionalnom institutu za alergiju i zarazne bolesti i njezine kolege krenuli su drugim putem: stvorili su sloj virusa SARS koji je bio smrtonosan za obične miševe. Istraživači su koristili tehniku ​​koja se zove “serijski prolaz”, a koja uključuje ekstrahiranje virusa iz pluća zaraženih miša, koristi ga za inokulaciju drugog, a zatim ponavljaja postupak u drugim miševima. Nakon 15 ciklusa, stvorili su SARS sloj koji je bio 100 posto smrtonosan za miševe. Proučavanje uključenih genetskih mutacija također im je omogućilo da nauče nešto o tome kako je virus uzrokovao bolest. Iako je velika vjerojatnost da će miševi HACE2 biti osjetljivi na novi koronavirus, oni mogu pokazati mnogo blažu bolest nego kod SARS-a. “Očekuje se da će se SARS-CoV-2 morati prilagoditi serijskim prolazom kod hACE2 miševima”, kaže Subbarao, koji je sada na Institutu za infekciju i imunitet “Peter Doherty” u Australiji. Istraživači također imaju na raspolaganju više prozaičnih alata. “Možemo manipulirati (virusnom) dozom i načinom davanja kako bismo dobili određeni stupanj ozbiljnosti”, kaže Lutz.

Perlman nije čekao da vidi kako njegov sloj HACE2 miša reagira na SARS-CoV-2. Upotrijebio je nepovezani virus kao “vektor” za prenošenje ljudskog gena ACE2 u mišje stanice odraslih, čineći ih privremeno osjetljivim na novi koronavirus – pristup kojem je započeo proučavanjem MERS-a. Ova metoda je brža od one koja uključuje promjenu sperme ili jajnih stanica. Ova tehnika je korisna za testiranje terapija koje se daju u vrijeme kada je životinja zaražena. Ali nije dobro za studije “patogeneze” kojima se znanstvenicima pokušava pomoći da shvate kako virus ulazi u stanice i replicira se ili koje stanice napada virus. Perlman također koristi uređivanje gena da promijeni mišji ACE2 receptor kako bi ga SARS-CoV-2 mogao prepoznati. Drugi uređuju genom virusa kako bi se omogućio da se prikače na mišji receptor. “Možda će se moći koristiti bilo koji tip miša za proučavanje COVID-19″, kaže Perlman. “To bi bio ogroman korak naprijed.”

37d598e5a04344da81c76621ba273915

Hrčci, mačke i tvorovi

Istraživači također traže više od miševa. Subbarao i njezini kolege otkrili su da su hrčci korisni za proučavanje SARS-a pa ih neki istraživači ponovo koriste za COVID-19. Tim sa Sveučilišta u Hong Kongu pokazao je da se SARS-CoV-2 replicira u hrčcima, stvarajući dio oštećenja pluća koja se vide kod ljudi. Nijedna od životinja nije umrla, ali bilo je znakova bolesti, uključujući gubitak kilograma. Hrčci su proizveli antitijela. Krvni serum životinja koji je dobiven prije infekcije smanjio je virusnu razinu, ali nije značajno smanjio patologiju pluća.

Znanstvenici često proučavaju respiratorne bolesti kod tvorova, jer je njihova fiziologija pluća slična onoj u ljudi. Tim iz Južne Koreje otkrio je da tvorovi zaraženi SARS-CoV-2 imaju povišenu temperaturu i blagu bolest pluća. No, rad objavljen nekoliko dana kasnije pokazao je da se virus učinkovito reproducira samo u gornjim dišnim putovima, a ne u donjem, što se ne odražava na tešku bolest kod ljudi.

Ta studija je također otkrila da se virus prenosi između mačaka u susjednim kavezima – što sugerira prijenos respiratornim kapljicama. Stoga mačke mogu biti korisne za ispitivanje širenja virusa. “Mnogo alata za proučavanje imunološkog sustava koji imamo kod miševa nije ni približno tako dobro razvijeno za tvorove ili hrčke“, kaže patolog David O’Connor sa Sveučilišta u Wisconsinu-Madison, koji proučava primate neljudskih primata kao dio velike suradnje istraživača koji su se služili raznim metodama i stavljanjem svih svojih podataka na internetski portal nazvan CoVen. “Postoji čak i manje istraživanja na mačkama pa postoji još manje alata.” Neke je životinje također teže nabaviti ili brinuti o njima ili su skuplje, ali istraživačima je potrebno više informacija prije nego što se bilo koja vrsta odbaci. “U ovakvom hitnom slučaju, gdje nemamo luksuz vremena, moramo pustiti biologiju da nas vodi”, kaže O’Connor. “Možda se ispostavi da su ovi manje uobičajeni modeli najbolji pristup. U tom ćemo slučaju morati razviti stručnost da bismo ih proučili.”

46118

Majmuni

Nehumani primati “zlatni su standard kada je u pitanju testiranje cjepiva i terapija”, kaže virolog Barry Rockx sa Medicinskog centra Sveučilišta Erasmus u Nizozemskoj. Dokument koji je napisao virolog Chuan Qin s Kineske akademije medicinskih znanosti i Medicinskog fakulteta Peking Union i njegovih kolega, objavljen na internetu u ožujku, otkrio je da se virus razmnožavao u nosu, plućima i crijevima rezusnih makaki. Životinje su također smršavile i pokazivale su znakove upale pluća. Studija je privukla pažnju jer su istraživači pokazali da se oporavljeni majmuni ne mogu ponovno inficirati. “To je pružilo dobre vijesti: da se zaštitnim imunološkim reakcijama može javiti prirodna infekcija”, kaže O’Connor i dodaje, “iako se trajnost tek treba utvrditi.” Američki tim također je pokazao u studiji koja je prethodila tisku da inficirani rezusni makaki s obzirom na antivirusni remdesivir (koji je nedavno odobren za hitnu uporabu u liječenju bolesnika s COVID-om) ima blaže simptome i patologiju pluća.

Jedan od glavnih čimbenika koji utječu na ozbiljnost COVID-19 kod ljudi je koliko je osoba stara pa neki istraživači proučavaju životinje u raznim životnim dobima. Rockx je vodio nedavno istraživanje koristeći makake mladih i starih cynomolgusa – od kojih nijedan nije pokazao otvorene simptome. “Nema kliničkih znakova, ali vidite lezije u plućima”, kaže on. Ovaj bi životinjski model mogao biti koristan za testiranje i spoznaju smanjuju li lijekovi prijenos bolesti ili imaju štetne učinke, dodaje Rockx. On i njegovi kolege otkrili su više virusa koji duže ostaju kod starijih majmuna, ali bolest tih životinja nije bila ozbiljnija. U međuvremenu, istraživači iz Teksaskog instituta za biomedicinsko istraživanje (Texas Biomed) istodobno proučavaju rezus makake, babune i marmozete. “Usporedimo više vrsta nehumanih primata da vidimo možemo li rekapitulirati raspon bolesti koji se opaža kod ljudi“, kaže Deepak Kaushal, direktor Nacionalnog istraživačkog centra za primorje jugozapada države Texas Biomed. Njegov tim također ne primjećuje značajne razlike u ozbiljnosti s godinama.

Podsjetimo, međutim, da samo mali dio ljudi s COVID-19 postaje kritično bolestan. A u tim se istraživanjima koristio relativno mali broj majmuna. Ovi upozorenja predstavljaju nedostatak primata nečovjeka: zbog etičke i praktične zabrinutosti, nije moguće proučiti dovoljno veliki broj njih da bi se otkrile sve strane bolesti – ili čak izračunali značajne statistike. Ali to nije primarni cilj. O’Connor-ove studije uključuju ubrizgavanje virusa duboko u pluća makaka cinomolgusa da bi se dobila mjerljiva bolest. “Imamo plućnu bolest koja se može mjeriti, što znači da možemo smanjiti smanjenje kao očitavanje medicinskih mjera suzbijanja,” kaže on. Pitanje teške bolesti postaje “akademsko”, dodaje on, “jer ako ne možete stalno dobiti isto očitanje, nemate dobar sustav za testiranje cjepiva i lijekova.” Međutim, neljudski primati su podvrgnuti najvišoj etičkoj mjeri za istraživanje pa ih se upotrebljava rijetko.

Ključna prednost ispitivanja na životinjama je kontrola. “S ljudima ne znate kada se zaraze, što se točno događa“, kaže Perlman. “Možete mnogo bolje razumjeti bolest eksperimentalno zaražene životinje, jer možete manipulirati parametrima“, poput načina izlaganja, doze i vremena zaraze. Isti princip odnosi se na generiranje podataka o učinkovitosti i sigurnosti. “Nikada nećete imati takvu kontrolu u kliničkom ispitivanju”, kaže O’Connor. “Tu su modeli životinja nužni.”

Postojeće strategije cjepiva – dijelom zasnovane na onima razvijenim za SARS – dovele su do toga da su neki kandidati za cjepivo COVID-19 preskočili fazu ispitivanja na životinjama. “To je izazov u eri COVID-19, jer ljudi ne žele čekati”, kaže Perlman. “Za lijek, nije dobra ideja preskočiti životinjske korake. Ali za cjepiva se oni zaista preskaču ili umanjuju.” Hitna potreba, nedostatak dobro uspostavljenih životinjskih modela i prethodno iskustvo s nekim platformama cjepiva ubrzalo je vremenski rok. Činjenica da su strategije cjepiva testirane na ljudima, čak i ako su različiti patogeni, daje sigurnost u sigurnosti, ali postoji i spektar na temelju prethodnih studija na životinjama: cjepiva mogu ponekad poboljšati bolest, uključujući i fenomen poznat kao antitijelu ovisno poboljšanje. Da se taj problem pojavio s cjepivom protiv COVID-19, „to biste željeli znati“, kaže Larry Schlesinger, predsjednik tvrtke Texas Biomed. Znanstvenici također trebaju razumjeti imunološke odgovore. Najnoviji podaci iz Kine sugeriraju da svi zaraženi virusom ne stvaraju dovoljno zaštitnih ili “neutralizirajućih” antitijela da postanu imuni. A SARS-CoV-2 ne postoji dovoljno dugo da bismo znali koliko dugo ljudi koji su zaštićeni ostaju takvi. “To ima važne implikacije na to kako će izgledati cjepivo”, kaže O’Connor.

Prošli tjedan u časopisu Science, Qin i kolege objavili su rezultate ispitivanja inaktiviranog kandidata za cjepivo protiv virusa SARS-CoV-2 koji proizvodi neutralizirajuća antitijela koja se vežu na protein “šiljka” virusa, što mu omogućuje ulazak u stanice. Istraživači su pokazali da cjepivo, nazvano PiCoVacc, stvara imunološke odgovore koji su štitili od nekoliko slojeva virusa u miševa, štakora i rezusa makaki. Uvjerljivo, nisu vidjeli znakove pojačanja ovisnosti o antitijelima. A ljudska suđenja i testiranja očekuju se da će započeti kasnije ove godine. Ako niti jedan od ovih početnih pokušaja ne bude uspješan, osnovna istraživanja mogu postati kritična. Možda će biti potrebno bolje razumijevanje za primjenu sofisticiranijih strategija. A da bi razumjeli virus, istraživači ga trebaju proučavati na živim organizmima. “Svi se nadaju da će generički pristupi koje već testiramo biti nevjerojatno uspješni”, kaže O’Connor. Razvijanje cjepiva “možda je jednostavno, ali moramo pripremiti ljude na mogućnost da to možda i nije.”

Izvor: Scientific american

Komentari