Będzie o przeciekawej i tajemniczej rzeczywistości naukowej, znanej nawet kinomanom, bo któż jeszcze nie obejrzał „Epidemii strachu” Stevena Soderbergha z 2011 roku. Z kronikarskiego obowiązku przypomnę, że w filmie niewierna żona grana przez Gwyneth Paltrow podczas wizyty w Chinach łapie świńsko-ptasio-nietopezią grypę, w drodze powrotnej spotyka się z europejskim kochankiem, a po dwóch dniach umiera w domu w krwotocznych męczarniach. Tak zaczyna się globalna epidemia owego wirusa, co był „Ebolą z dopalaczem”. Lekarze i naukowcy na wszystkich kontynentach próbują znaleźć szczepionkę i opanować panikę, która rozprzestrzenia się szybciej niż sam wirus.

Interesujący nas dzisiaj fragment tego niezłego filmu to rozmowa zdradzanego męża (Matt Damon – kto przy zdrowych zmysłach zdradza Matta Damona???!) z lekarką-epidemiologiem graną przez Kate Winslett. Otóż dowiaduje się on, że jest opornym na wirusa mutantem – dlatego nie złapał śmiertelnej „grypy” i raczej mu to nie grozi.

Oporny to nie to samo co odporny

Na początek niezbędne dalej pojęcia. Można być na choroby zakaźne ODPORNYM. Znaczy to, że nasz układ odporności sobie radzi z danym zakaźnym czynnikiem. Na ogół dzieje się to w wyniku wcześniejszego przechorowania lub szczepienia. Nie bez kozery jest również status owego układu, który ma nas bronić i generalnie stanu zdrowia osoby narażonej na infekcję. Zatem zagłodzeni, odwodnieni, zestresowani, niewyspani mają mniejsze szanse w walce, podobnie jak osoby z uszkodzona wątrobą czy nerkami, nowotworami, chorobami autoimmunologicznymi, otyłe i z cukrzycą etc.

Tak jest nie tylko w przypadku COVID-19, ale dokładnie każdej choroby zakaźnej. Odporność naturalna, czyli stan układu odporności, daje się poprawić, np. uzupełniając niedobory pokarmowe (witamina D, cynk, selen), dbając o dobry stan fizyczny organizmu (gimnastyka, ruch na świeżym powietrzu), a także w rozsądnych granicach hartując się. Cudów tu jednak żadnych nie będzie i człowiek będzie generalnie wrażliwy na infekcje wirusowe.

Wiara w nieograniczone możliwości układu odporności jest złudna i na faktach nie oparta. To cwany i niezmiernie rozbudowany kawał naszego organizmu, powiązany z układem nerwowym i działający dosłownie wszędzie jako główny strażnik, ale i on zależy od genów kodujących jego elementy. Jako gatunek w wielu swoich populacjach całkowicie uwolniony od presji selekcyjnej dzięki rozwojowi medycyny, składamy się z osobników o różnym stopniu genetycznej doskonałości i raczej niskiego „oszlifowania przez dobór naturalny”.

Zatem odkryte także z udziałem polskich naukowców w czasie pandemii „geny podatności na ciężki przebieg COVID-19” (po pewnej swej części neandertalskie), jak się okazuje kodują często białka związane z występowaniem odpowiedzi immunologicznej, np. warianty interferonów etc. Albo coś, czego nie znamy, jak sekwencje dla tzw. otwartych ramek odczytu, co do których nie mamy pojęcia, co kodują. Czy też tzw. sekwencje niekodujące – milczący DNA, który wcale taki milczący nie jest, bo np. reguluje działania całych zespołów genów nie kodując żadnych białek.

Można też być, jak Matt Damon w „Epidemii strachu”, OPORNYM. Czyli mutantem, który nie ma czegoś, czego wirus potrzebuje, by wejść do naszych komórek i namnażać się, lub wyjść z nich. Oczywiście to niełatwe, bo wirusy „nie są takie głupie” (czyli ewolucja oszlifowała je jak amsterdamski jubiler brylanty) i korzystają w naszych komórkach z białek nam niezbędnych. Ich receptory gwarantujące wejście do komórki ludzkiej to nie jest coś, czego możemy się lekką rączką pozbyć.

Jednak potrafimy wyobrazić sobie taką mutację, załóżmy w genie kodującym białko ACE2 (receptor dla SARS-CoV2, zaangażowany w regulacje naszego ciśnienia krwi), że nie będzie ona dla nas letalna ani poważnie chorobotwórcza, a jednocześnie wirus nie będzie się miał jak do tego białka stabilnie przykleić. Et voilà! Oczywiście do momentu pojawienia się SARS i SARS-CoV2, które korzystają z tego białka ludzkiego jako receptora, tego typu mutacje raczej nie ulegały żadnej selekcji pozytywnej, zaś jeśli dają nawet niewielki uszczerbek na zdrowiu, mogły być selekcjonowane przez naturę negatywnie. Czyli nosiciele takich wariantów genetycznych mieli w historii gatunku ludzkiego mniej zdrowego, płodnego potomstwa.

Żeby znaleźć w populacji osobniki bardziej wrażliwe na zachorowanie, np. na COVID-19, wystarczy przejść się po szpitalach. Następnie, aby ustalić geny predysponujące do tego, pobrać materiał genetyczny także od krewnych pacjentów, zwłaszcza tych, którzy też ciężko przechorowali infekcję lub przeciwnie – nawet ich nie tknęła. Po zsekwencjonowaniu ich genomów, buszując po nich algorytmami bioinformatycznymi, szukamy elementów (albo pojedynczych mutacji, tzw. SNPs, albo większych zmian), które korelowałyby ze stanem zachorowania, a byłyby nieobecne u osób zdrowych. Oczywiście całość trzeba obłożyć rozmaitymi kontrolami, aby nie porównywać „jabłek” z „pomarańczami”. [1]

Niewrażliwi na wirus SARS-CoV-2

Będziemy wracać do tych badań w kwestii COVID-19, bo to one już od roku typują osoby wrażliwe na infekcję SARS-CoV-2. To nie jest sztuka dla sztuki – jeśli wysiłki w pogoni za szczepionką nie byłyby tak efektywne, jak to się cudownie okazało, pierwszeństwo w dostępie do preparatu jakkolwiek skutecznego powinny byłyby mieć właśnie osoby „genetycznie narażone”. Gdyby szczepionki w ogóle nie było, te właśnie osoby należałoby szczególnie izolować i chronić przed infekcją. Trzeba by było wtedy opracować szybkie testy genetyczne je wykrywające, aczkolwiek…. To znowu wcale nietrywialne, bo takie zjawiska są wielogenowe najczęściej i predyspozycja genetyczna do zachorowania jest wyrażana w procencie ryzyka. Rzadko wynosi on 100 czy 90 proc.

Osoby takie mają genetycznie uwarunkowaną dysfunkcję układu odporności, ale nie wiedzą o tym. Dowiadują się przy okazji ciężkiego przebiegu COVID-19 lub zgonu na te chorobę w młodym wieku bez tzw. „chorób towarzyszących”. Wtedy ich genom jest sekwencjonowany. I okazuje się, że gdyby nie szczepienia ochronne, umarliby już we wczesnym dzieciństwie na jakąkolwiek cięższą chorobę wirusową. Powalił ich dopiero COVID-19, bo na niego jeszcze nie było szczepienia.

Powstało nawet specjalne międzynarodowe konsorcjum COVID Human Genetic Effort z ponad 200 zespołami badawczymi na pokładzie, w tym z Polski (Centralny Szpital Kliniczny MSWiA w Warszawie, laboratorium Zakładu Biofizyki Molekularnej UAM i poznański naukowy start-up MNM Diagnostics). Miałam szczęście rozmawiać rok temu z osobą bardzo zaangażowaną w powstawanie tej kooperatywy – dr Paulą Dobosz z Katedry i Kliniki Hematologii, Onkologii i Chorób Wewnętrznych I Wydziału Lekarskiego Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego, a jednocześnie dyrektor ds. Rozwoju Naukowego w MNM Diagnostics. Dziś namówiłam ją, aby spojrzała na problem od drugiej strony, czyli poszukiwania „Matów Damonów COVID-19”.

Jak wyjaśnia doktor Dobosz, wynikająca z genów oporność na infekcje to bardzo rzadkie zjawisko i trudno jest wykazać jej istnienie. – Wymaga to bardzo wielu badań na dużej grupie osób, mówimy tutaj przynajmniej o setkach czy wręcz tysiącach. W takich badaniach porównujemy genomy osób potencjalnie opornych na zakażenie (wiemy, że nie przeszli choroby, z wyników odpowiednich badań) z genomami osób, które przeszły zakażenie w różnym stopniu. Angażujemy do analiz nie tylko wielu specjalistów, ale także nowoczesne algorytmy komputerowe, często oparte na sztucznej inteligencji – tłumaczy.

Warto wiedzieć, że czasem jest to oporność całkowita, a czasem przewaga w postaci lżejszego przechodzenia danej choroby – co już jest niesamowitym plusem. Dr Paula Dobosz podkreśla: – Oporność tego typu daje przewagę ewolucyjną i w perspektywie wielu pokoleń często obserwujemy wzrost częstości występowania takiego wariantu genetycznego na obszarze występowania danej choroby. Na przykład osoby z anemią sierpowatą (ale w układzie heterozygotycznym, czyli mające po jednym z rodziców gen „zdrowy”, a po drugim „chory”) są o wiele częściej spotykane w tych regionach świata, które są endemiczne dla malarii. Z kolei pewne warianty genów kodujących białka zgodności tkankowej ważne dla transplantacji (tzw. HLA I), chronią przed progresją choroby w przypadku zakażenia wirusem HIV. Wariant innego genu, CCR5, jest nawet związany z opornością na zakażenie tym wirusem, a pewne warianty interferonów pomagają w szybszym pozbywaniu się infekcji HCV. Jest też gen FUT2, którego pewien rzadki wariant chroni przed zakażeniem norowirusem.

Jest zatem oczywiste, że żeby znaleźć te warianty oporne, trzeba się trochę bardziej wysilić. Ogłoszenie w gazecie rekrutujące uczestników do takich badań mogłoby brzmieć: „Poszukujemy osób, które pozostając w stałym bezpośrednim kontakcie z konkretnymi ciężko chorymi na COVID-19 (np. członkowie rodziny, opiekunowie społeczni etc.) i nie stosując zasad izolacji ani nie będąc zaszczepionymi, nie uległy zakażeniu i mają na to wielokrotne wyniki testów potwierdzających ten fakt, tak genetycznych, jak i serologicznych. Cel naukowy, uczestnicy badania będą wynagrodzeni za poświęcony czas”. Czy jakoś podobnie. Będzie to szukanie igły w stogu siana, czyli tych dzieci fortuny, które nie są wrażliwe na jakiegoś konkretnego wirusa, np. SARS-CoV-2 (bo na wszystkie to raczej niemożliwe, ale że na konkretną grupę wirusów to już można sobie to wyobrazić).

Ale nie każdy może być Matem Damonem…

Już w 1994 roku lekarze podczas wielu rund testów stwierdzili, że Stephen Crohn, pomimo kontaktu z licznymi partnerami roznoszącymi HIV, nie miał oznak zakażenia tym wirusem. Naukowcy odkryli później, że miał mutację genetyczną „delta 32”, która zapobiegała przedostawaniu się wirusa HIV do jego komórek. Jednak dalsze badania wskazały, że oporność na HIV rzadko jest tak prosta, jak jedna mutacja. W badaniach prostytutek w Kenii stwierdzono, że może istnieć kilka genów i białek, które nadają taką oporność. Te badania są prowadzone już od 20 lat, poszukują w organizmach kobiet wszelkich biologicznych anomalii (od białek pochwowych do produkcji konkretnych cząsteczek RNA w ich komórkach) sprawiających, że mimo nieustannego ryzyka nie są nosicielkami HIV ani nie chorują na AIDS.

Gdy szukamy wszelkich „predyspozycji” i „podatności” na choroby zakładamy, że powstają one w nas, są genetycznie uwarunkowane i środowisko będzie tu pełnić rolę mniejszą niż nasze wnętrze. Jednak z chorobami zakaźnymi jest inna sprawa. Patogen to chorobotwórczy drobnoustrój lub cząsteczka, a nie nasz własny gen. Obraz się gwałtownie komplikuje. Trudno bowiem ocenić, jak bardzo ktoś był narażony na infekcję. A że wirusy mutują, boleśnie się przekonujemy przy kolejnych wariantach SARS-CoV-2, mających coraz większy potencjał zakażania czy chorobotwórczy. Tym bardziej trudno ocenić, kiedy wirus wywołuje u kogoś chorobę. Powraca także zagadnienie odporności i oporności oraz ich wzajemnego splotu w konkretnym człowieku.

Jak podsumowuje dr Dobosz: – W przypadku COVID-19 od samego początku pandemii było można zaobserwować, że są osoby, które nigdy nie zakażają się wirusem SARS-CoV-2, pomimo ewidentnego narażenia na zakażenie przez bardzo długi czas, czy takie, które przechodzą chorobę bardzo łagodnie, wręcz bezobjawowo, podczas gdy inni walczą o życie. Teraz, gdy mamy skuteczne szczepionki przeciwko COVID-19, z punktu widzenia opieki zdrowotnej i samych pacjentów o wiele istotniejsze jest szybkie wykrycie tych osób, które mogą być narażone na wyjątkowo ciężki przebieg choroby, aby móc szybko wdrożyć odpowiednie terapie czy hospitalizację. I to właśnie w tym kierunku prowadzone były badania naukowe, a dopiero później przyszła pora na analizę genomów osób potencjalnie opornych na zakażenie SARS-CoV-2. Okazało się, że sporo było w tej grupie osób, które sądziły, że są oporne, jednak szczegółowe badania wykazały, że przeszły zakażenie bezobjawowo.

O tego typu badawczych staraniach pisała ostatnio na łamach portalu STAT dr Amitha Kalaichandran [2]. Opowiada ona historię wieloletnich badań Mayany Zatz, brazylijskiej genetyk z Uniwersytetu w São Paulo, nad wrażliwością na wirusa Zika, powodującego małogłowie u noworodków. Rzecz jest kluczowa, bo wirus jest tropikalny, roznoszony przez komary, zabija lub uszkadza najmłodszych, a skutecznej szczepionki jak nie było, tak nie ma. W 2018 roku Zatz opublikowała badanie dziewięciu par bliźniąt – siedmiu różnojajowych i dwóch jednojajowych, a zatem identycznych – urodzonych przez matki zarażone wirusem Zika. W każdej parze jeden bliźniak urodził się z małogłowiem i opóźnieniem rozwojowym, podczas gdy drugi nie był zakażony. Genetyk podejrzewała, że oporność na Zika leży w ich genach.

Aby przetestować tę hipotezę, pobrała krew od trzech par i przeprogramowała ich komórki w laboratorium, aby wygenerować indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste (iPS) i niedojrzałe komórki mózgowe zwane neuroprogenitorowymi (NPC), z których część miała genomy identyczne z genomami opornych, a część – tych wrażliwych na zakażenie niemowląt. Następnie jej zespół zainfekował NPC wirusem Zika i odkrył, że wirus zniszczył NPC tylko tych, którzy nie byli oporni — wspierając ideę, że ta cecha jest genetyczna.

Także główny autor wiodących prac COVID Human Genetic Effort, immunolog dziecięcy Jean-Laurent Casanova z Rockefeller University wyjaśnił – tak w „Science” sprzed roku [2 i 3], jak i w „Science Immunology” dziś [4] – co zacytowano na łamach portalu STAT. „Biologiczne implikacje [identyfikacji genu oporności] są ważne, ponieważ zapewnią jeszcze jeden element układanki patogenezy COVID. […] Można bowiem pomyśleć o zablokowaniu tego samego składnika na powierzchni komórek, którego nie ma genetycznie” – napisał.

Inni naukowcy przeprowadzili eksperymenty laboratoryjne z wykorzystaniem technologii edycji genomu CRISPR, w poszukiwaniu tych genów, którymi by można by manipulować, aby chronić masy ludzkie nie mające naturalnej oporności na koronawirusa. Bo to będą potencjalne miejsca docelowe działania antykoronawirusowych leków! I po to się głównie dziś takie badania prowadzi.

Tu można wymienić zespół naukowców z New York University i związanej z nim Icahn School of Medicine nowojorskiego szpitala Mount Sinai, który jako pierwszy zgłosił na łamach „Cell” ze stycznia 2021 odkrycie genów prawdopodobnie powiązanych z opornością na COVID-19 [5]. Na początku 2020 roku tamtejszy profesor mikrobiologii Benjamin tenOever, wraz z asystentem profesora biologii na NYU Nevillem Sanjanąi kolegami z New York Genome Center, postanowili przeanalizować potencjalne czynniki genetyczne leżące u podstaw oporności na COVID. W tym celu wykorzystali technologię edycji genomu CRISPR do wyłączenia każdego z 20 000 ludzkich genów w komórkach płuc, a następnie wystawili je na działanie SARS-CoV-2. Te, które przeżyły, miały mutacje chroniącą przed wirusem.

Tu prym wiódł gen RAB7A, istotny dla przemieszczania się dowolnego białkowego ładunku z wnętrza komórki na jej powierzchnię. Bez niego koronawirus nie może się obejść. Hamowanie RAB7A zmniejsza infekcję SARS-CoV-2, bowiem wtedy receptory ACE2 są zatrzymywane wewnątrz komórki, co czyni je niedostępnymi dla wirusa SARS-CoV-2 na jej powierzchni. Skoro nabłonki płucne z zablokowanym „recyklingiem” ACE2 nie zdychały, pozostaje się upewnić, czy inne komórki też by przeżyły interwencję polegającą na czasowym osłabieniu owego recyklingu, np. farmakologicznie. Zawsze też istnieje możliwość obmyślenia sposobu dostarczania leku tylko do komórek nabłonków płucnych (inhalacja), a nie ogólnoustrojowo.

Jednak wiele jeszcze wody w Wiśle upłynie, zanim z tego odkrycia będzie lek. Jak podkreśla Benjamin tenOever, „pomimo zidentyfikowania mutacji, która wiele lat temu blokowała zakażenie wirusem HIV i wydania miliardów dolarów od tego czasu, nie wymyśliliśmy skutecznego sposobu na uodpornienie się na HIV”.

W naturze ludzkie mutanty w genie RABA7A są niezmiernie rzadkie, jeśli więc ktoś liczy, że nim jest i w efekcie nie będzie się szczepił, postąpi bardzo nieroztropnie. Nie każdy jest Mattem Damonem, nieprawdaż?

– Magdalena Kawalec-Segond

TYGODNIK TVP, ul. Woronicza 17, 00-999 Warszawa. Redakcja i autorzy