Probables puntos de entrada para el SARS-CoV-2

La identificación de esas células por investigadores del Instituto Wellcome Sanger, el Centro Médico Universitario de Groninga, la Universidad de la Costa Azul y el CNRS de Niza y sus colaboradores, como parte de la Red Biológica Pulmonar del Atlas de Células Humanas, podría ayudar a explicar la alta tasa de transmisión del SARS-CoV-2.

Esta primera publicación de la Red Biológica Pulmonar, publicada en Nature Medicine, forma parte de un esfuerzo internacional en curso para utilizar los datos del Atlas de Células Humanas para comprender las infecciones y enfermedades. Muestra además que las células del ojo y algunos otros órganos como el corazón también contienen las proteínas de entrada viral. El estudio también predice cómo se regula una proteína de entrada clave con otros genes del sistema inmunológico y revela objetivos potenciales para el desarrollo de tratamientos para reducir la transmisión.

La nueva enfermedad del coronavirus - COVID-19 - afecta principalmente a los pulmones y las vías respiratorias. Los síntomas del paciente pueden ser similares a los de la gripe, incluyendo fiebre, tos y dolor de garganta, mientras que algunas personas pueden no experimentar síntomas pero aún así tienen el virus transmisible. En los peores casos, el virus causa neumonía que puede llevar a la muerte. Se cree que el virus se propaga a través de las gotitas respiratorias que se producen cuando una persona infectada tose o estornuda, y parece que se transmite fácilmente dentro de las zonas afectadas. Hasta ahora el virus ha costado más de 176.000 vidas.

Señalando los tipos de células involucradas en la infección

Los científicos de todo el mundo están tratando de entender exactamente cómo funciona el virus, para ayudar a prevenir la transmisión y desarrollar una vacuna. Si bien se sabe que el virus que causa la enfermedad COVID-19, conocido como SARS-CoV-2, utiliza un mecanismo similar para infectar nuestras células como un coronavirus relacionado que causó la epidemia de SARS de 2003, los tipos de células exactas involucradas en la nariz no habían sido señalados anteriormente.

Para descubrir qué células podrían estar involucradas en COVID-19, los investigadores analizaron múltiples conjuntos de datos del consorcio del Atlas de Células Humanas (HCA) de la secuenciación del ARN de una sola célula, de más de 20 tejidos diferentes de personas no infectadas. Estos incluían células de pulmón, cavidad nasal, ojo, intestino, corazón, riñón e hígado. Los investigadores buscaron qué células individuales expresaban ambas de dos proteínas de entrada clave que son usadas por el virus para infectar nuestras células.

El Dr. Waradon Sungnak, el primer autor del artículo del Instituto Wellcome Sanger, dijo: "Encontramos que la proteína receptora - ACE2 - y la proteasa TMPRSS2 que puede activar la entrada del SARS-CoV-2 se expresan en las células de diferentes órganos, incluyendo las células del revestimiento interior de la nariz. Luego revelamos que las células caliciformes productoras de moco y las células ciliadas de la nariz tenían los niveles más altos de ambas proteínas del virus, de todas las células de las vías respiratorias. Esto hace que estas células sean la ruta de infección inicial más probable para el virus".

Las células de la nariz son altamente accesibles al virus

El Dr. Martijn Nawijn, del Centro Médico Universitario de Groningen, en los Países Bajos, dijo, en nombre de la Red Biológica Pulmonar de HCA: "Esta es la primera vez que estas células particulares de la nariz se han asociado con COVID-19. Aunque hay muchos factores que contribuyen a la transmisibilidad del virus, nuestros hallazgos son consistentes con las rápidas tasas de infección del virus vistas hasta ahora. La ubicación de estas células en la superficie del interior de la nariz las hace altamente accesibles al virus, y también pueden ayudar a la transmisión a otras personas".

Las dos proteínas de entrada claves ACE2 y TMPRSS2 también se encontraron en las células de la córnea del ojo y en el revestimiento del intestino. Esto sugiere otra posible ruta de infección a través del ojo y las glándulas lagrimales, y también reveló un potencial de transmisión fecal-oral.

Cuando las células están dañadas o luchando contra una infección, se activan varios genes inmunes. El estudio demostró que la producción de receptores ACE2 en las células de la nariz probablemente se activa al mismo tiempo que estos otros genes inmunes.

La ACE2 también se puede encontrar en el corazón

Hasta el 20% de los pacientes hospitalizados por COVID-19 también sufren daños miocárdicos y la consiguiente descompensación cardíaca. Por lo tanto, era crucial trazar un mapa del receptor del SARS-CoV-2 y permitir la expresión del gen de las proteasas también en el corazón. "Analizamos ~500.000 células individuales de 14 corazones humanos e identificamos tres compartimentos celulares que expresan el receptor de entrada: pericitos, células de la red capilar fina del corazón; células del músculo cardíaco; y fibroblastos, las células que contribuyen a mantener la estructura del corazón", dijo la Dra. Michela Noseda del Instituto Nacional del Corazón y el Pulmón del Imperial College de Londres. "Conocer las células diana exactas del virus en el corazón proporciona la base para comprender los mecanismos de daño y orientar las opciones de tratamiento".

"Disponemos de un conjunto excepcional de datos de células únicas", dijo el profesor Norbert Hübner, jefe del grupo de Genética y Genómica de las Enfermedades Cardiovasculares del Centro Max Delbrück de Medicina Molecular (MDC), que también dirige proyectos en el Instituto de Salud de Berlín (BIH ) y en el Centro Alemán de Enfermedades Cardiovasculares (DZHK ). Junto con el Dr. Jonathan Seidman, el Profesor Bugher de Genética Cardiovascular de la Facultad de Medicina de Harvard, coordina un equipo de 13 científicos de Alemania, el Reino Unido y los Estados Unidos dedicados a explorar y comprender el corazón humano, célula por célula. Michela Noseda y Sarah Teichmann forman parte de este equipo. "Encontramos el receptor ACE2 en particular en los pericitos. Este receptor probablemente tiene un papel fundamental en el mantenimiento del flujo sanguíneo en el cuerpo. Sin embargo, su papel en los problemas cardíacos de los pacientes con COVID-19 es otro asunto. Aún no sabemos si el daño cardíaco es causado por el propio virus o si es un efecto secundario".

Usando el Atlas de Células Humanas para entender COVID-19

La labor se llevó a cabo como parte del consorcio mundial del Atlas de Células Humanas, cuyo objetivo es crear mapas de referencia de todas las células humanas para comprender la salud y la enfermedad. Más de 1.600 personas de 70 países participan en la comunidad de HCA, y los datos están a disposición de los científicos de todo el mundo.

La Dra. Sarah Teichmann, autora principal del Instituto Wellcome Sanger y copresidenta del Comité Organizador del HCA, dijo: "Mientras estamos construyendo el Atlas de Células Humanas ya se está utilizando para comprender el COVID-19 e identificar cuáles de nuestras células son críticas para la infección y transmisión inicial. Esta información puede ser utilizada para comprender mejor cómo se propaga el coronavirus. Saber qué tipos exactos de células son importantes para la transmisión del virus también proporciona una base para el desarrollo de posibles tratamientos para reducir la propagación del virus".

La Red Biológica Pulmonar de HCA a nivel mundial sigue analizando los datos a fin de proporcionar más información sobre las células y los objetivos que probablemente estén implicados en COVID-19, y relacionarlos con las características de los pacientes.

El profesor Sir Jeremy Farrar, Director de Wellcome, dijo: "Al señalar las características exactas de cada tipo de célula, el Atlas de Células Humanas está ayudando a los científicos a diagnosticar, controlar y tratar enfermedades, incluyendo COVID-19, de una manera completamente nueva. Los investigadores de todo el mundo están trabajando a un ritmo sin precedentes para profundizar en nuestra comprensión de COVID-19, y esta nueva investigación es un testimonio de ello. Colaborar a través de las fronteras y compartir abiertamente la investigación es crucial para desarrollar rápidamente diagnósticos, tratamientos y vacunas eficaces, asegurando que ningún país se quede atrás".