Tartalomjegyzék:

A Hörcsögöktől A Páviánokig: A Tudósokat Segítő állatok Megértik A Koronavírust
A Hörcsögöktől A Páviánokig: A Tudósokat Segítő állatok Megértik A Koronavírust

Videó: A Hörcsögöktől A Páviánokig: A Tudósokat Segítő állatok Megértik A Koronavírust

Отличия серверных жестких дисков от десктопных
Videó: Átalakítottuk a hörcsög ketrecét 2023, Január
Anonim

Különböző fajok segítenek megválaszolni az emberek COVID-19-szel kapcsolatos különböző kérdéseit az oltások és kezelések kifejlesztése érdekében.

A hörcsögöktől a páviánokig: A tudósokat segítő állatok megértik a koronavírust
A hörcsögöktől a páviánokig: A tudósokat segítő állatok megértik a koronavírust

A tudósok megküzdenek azzal, hogy megtudják, az új koronavírus, a SARS-CoV-2 hogyan okozza a betegséget, valamint versenyeznek a kezelések és kritikusan egy oltás kifejlesztése érdekében. A mű nagyban támaszkodik egy ritkán elismert játékosra: kutatóállatokra. Az egyik legszokatlanabb dolog a SARS-CoV-2-ben a betegség súlyosságának széles skálája az emberben - az enyhe vagy tünetmentes fertőzéstől a halálosig. Az ilyen klinikai sokféleséget tükröző állatmodellek létrehozása fontos lesz, bár nehéz. A szerény laboratóriumi egertől a hörcsögökig és a páviánokig terjedő lények keverednek. Még nem tudjuk, mely állatok bizonyulnak a leghasznosabbnak; különböző fajok lehetnek a legalkalmasabbak a különböző kérdések megválaszolására.

A súlyos betegségek reprodukálása különösen bonyolult, de a súlyos akut respirációs szindrómát (SARS) és a közel-keleti respirációs szindrómát (MERS) okozó koronavírusok vizsgálata fontos alapot adott. Az orvosi kutatási állatok egerek: gyorsan tenyészthetők és olcsón megszerezhetők, és a kutatóknak már sok eszközük van a velük való együttműködésre. Sajnos ezek a rágcsálók - bár nem védettek a fertőzéstől - úgy tűnik, nem szenvednek semmilyen rossz hatást az új vírus miatt. Ugyanez vonatkozott a SARS-ra is, de két stratégia hatékonynak bizonyult: az egerek alkalmazkodása a vírushoz vagy a vírus alkalmazkodása az egerekhez.

Mérnök egerek

2007-ben Stanley Perlman, az Iowai Egyetem mikrobiológus és munkatársai genetikailag módosították az egereket az angiotenzin-konvertáló enzim 2 (ACE2) receptor emberi változatának előállításához, amelyet az eredeti SARS vírus használt a sejtekre. A betegség halálos volt ezeknek a „hACE2” egereknek. A SARS-CoV-2 ugyanazt a receptort használja, ezért a hACE2 egereknek is érzékenyeknek kell lenniük az új vírusra, mondja Perlman. Fagyasztott egérsperma-mintákat küldött a Jackson Laboratóriumba, amely tenyésztette az állatokat, és felkészült arra, hogy szétosztja azokat a világ többi laboratóriumában. "Elégnek kell lennünk ahhoz, hogy a tudományos közösség június közepéig elvégezhesse kísérleteit" - mondja Cat Lutz idegtudós, aki a Jackson Laboratory egértárházát irányítja - az Egyesült Államok egyik legnagyobb.

Kanta Subbarao virológus, akkor az Országos Allergiai és Fertőző Betegségek Intézetében, és munkatársai egy másik utat választottak: létrehozták a SARS vírus törzsét, amely halálos volt a közönséges egerek számára. A kutatók a soros passzálásnak nevezett technikát alkalmazták, amely magában foglalja a vírus kivonását egy fertőzött egér tüdejéből, egy másik beoltására, majd a folyamat további egerekben történő megismételésére. 15 ciklus után létrehoztak egy SARS törzset, amely 100% -ban halálos volt az egerek számára. Az érintett genetikai mutációk tanulmányozása lehetővé tette számukra, hogy megtanuljanak valamit arról is, hogy a vírus hogyan okozta a betegséget. Bár a hACE2 egerek nagy valószínűséggel fogékonyak az új koronavírusra, sokkal enyhébb betegségeket mutathatnak ki, mint a SARS esetén. "Az elvárás az, hogy a SARS-CoV-2-t a HACE2 egerek [soros] passzálásával kell adaptálni" - mondja Subbarao, jelenleg az ausztráliai Peter Doherty Fertőzés- és Immunológiai Intézetben. A kutatóknak prózaibb eszközök is rendelkezésre állnak. "Esetleg manipulálhatjuk a [vírusos] dózist és az alkalmazás módját, hogy súlyosságot kapjunk" - mondja Lutz.

Perlman nem várta meg, hogy lássa, hogyan reagál hACE2 egér törzse a SARS-CoV-2-re. Nem rokon vírust használt "vektorként", hogy az emberi ACE2 gént felnőtt egérsejtekbe vigye, átmenetileg hajlamossá téve őket az új koronavírusra - ez a megközelítés, amelyet MERS tanulmányozása során vezetett be. Ez a módszer gyorsabb, mint a spermiumok vagy a petesejtek megváltoztatása. A technika hasznos az állatok fertőzésének időpontjában adott terápiák tesztelésére. De nem jó azoknak a „patogenezis” vizsgálatoknak, amelyek megkísérlik segíteni a tudósokat abban, hogy megértsék, hogyan jut be a vírus a sejtekbe és replikálódik, vagy mely sejteket támadja meg a vírus. Perlman génszerkesztést is alkalmaz az egér ACE2 receptorának megváltoztatására, hogy a SARS-CoV-2 fel tudja ismerni. Mások a vírus genomját szerkesztik, hogy lehetővé tegyék az egér receptorához való kapcsolódást. "Lehet, hogy bármilyen egér törzset felhasználhatnak" a COVID-19 tanulmányozásához, mondja Perlman. "Ez hatalmas előrelépés lenne."

Hörcsögök, görények és macskák

A kutatók az egereken is túlmutatnak. Subbarao és munkatársai úgy találták, hogy a hörcsögök hasznosak a SARS tanulmányozásához, ezért néhány kutató újra felhasználja őket a COVID-19-hez. A hongkongi egyetem egy csapata kimutatta, hogy a SARS-CoV-2 replikálódik a hörcsögökben, és ez az embereknél észlelt tüdőkárosodás egy részét produkálja. Egyik állat sem pusztult el, de voltak betegség jelei, beleértve a fogyást is. A hörcsögök antitesteket termeltek. A meggyógyult állatok vérszéruma, amelyet másoknak adtak a fertőzés előtt, csökkentette a vírusszintet, de nem csökkentette jelentősen a tüdő patológiáját.

A tudósok gyakran vizsgálják a görények légúti megbetegedéseit, mert tüdőfiziológiájuk hasonló az emberekéhez. Egy dél-koreai csapat megállapította, hogy a SARS-CoV-2-vel fertőzött görényeknek magas a hőmérséklete és enyhe tüdőbetegsége van. A napokkal később közzétett tanulmány azonban azt mutatta, hogy a vírus hatékonyan csak a görények felső légutakban replikálódik, nem pedig az alsó részükben, ami nem tükrözi az emberek súlyos betegségét. Ez a tanulmány azt is megállapította, hogy a vírus a szomszédos ketrecekben lévő macskák között terjedt, ami légúti cseppek által történő átvitelre utal. Tehát a macskák hasznosak lehetnek a vírus terjedésének vizsgálatában. Egyes állatokkal azonban nehezebb dolgozni, mint másokkal. "Az immunrendszer tanulmányozásának sok eszköze, amely egerekben van, még közel sem olyan fejlett a görények vagy hörcsögök számára" - mondja David O'Connor patológus, a Wisconsini Egyetem – Madison Egyetem munkatársa, aki részeként nem emberi főemlősöket tanulmányoz. a különféle módszereket alkalmazó kutatók nagy együttműködéséről, és minden adataikat egy CoVen nevű online portálba helyezik. "Még kevesebb kutatást végeznek a macskákon, ezért még kevesebb az eszköz." Egyes állatokat szintén nehezebb megszerezni, gondozni, vagy drágábbak, de a kutatóknak több információra van szükségük, mielőtt bármilyen fajt kizárnának. "Egy ilyen vészhelyzetben, ahol nincs luxus időnk, hagynunk kell, hogy a biológia irányítson minket" - mondja O'Connor. "Kiderülhet, hogy ezek a kevésbé hagyományos modellek a legjobb megközelítés, ebben az esetben a szaktudást kell fejlesztenünk a tanulmányozásukhoz."

Majmok

A nem emberi főemlősök „az aranystandardok az oltások és a terápiás szerek tesztelésében” - mondja Barry Rockx virológus, a holland Erasmus Egyetem Orvosi Központja. Chuan Qin, a Kínai Orvostudományi Akadémia és a Pekingi Unió Orvostudományi Főiskola virológusának és munkatársainak márciusban online közzétett előnyomtatványa megállapította, hogy a vírus a rhesus makákók orrában, tüdejében és belében szaporodik. Az állatok szintén lefogytak és tüdőgyulladás jeleit mutatták. A tanulmány felkeltette a figyelmet, mert a kutatók kimutatták, hogy a felépült majmokat nem lehet újrafertőzni. "Ez jó híreket szolgáltatott: hogy a védő immunválaszokat természetes fertőzés váltja ki" - mondja O'Connor, "bár a tartósságot még mindig ki kell deríteni." Egy amerikai csapat egy preprint tanulmányban bebizonyította, hogy a vírusellenes remdesivir-t kapó fertőzött rhesus makákók (amelyeket nemrégiben engedélyeztek sürgősségi alkalmazásra a COVID-19 betegek kezelésében) enyhébb tünetekkel és tüdőbetegséggel jártak.

Kép
Kép

Az egyik fő tényező, amely befolyásolja a COVID-19 súlyosságát az emberekben, az, hogy az egyén hány éves, ezért néhány kutató különböző korú állatokat vizsgál. Rockx egy nemrégiben végzett vizsgálatot vezetett, mind fiatal, mind idős cynomolgus makákók felhasználásával - egyik sem mutatott nyilvánvaló tüneteket. "Nincsenek klinikai tünetek, de látja a tüdő elváltozását" - mondja. Ez az állatmodell hasznos lehet annak tesztelésére, hogy a gyógyszerek csökkentik-e a betegség terjedését, vagy vannak-e káros hatásai - teszi hozzá Rockx. Kollégáival több vírus észlelt hosszabb ideig az idősebb majmoknál, de ezeknek az állatoknak a betegsége nem volt súlyosabb. Eközben a Texas Biomedical Research Institute (Texas Biomed) kutatói egyszerre vizsgálják a rhesus makákókat, páviánokat és marmoseteket. "Összehasonlítunk több nem emberi főemlős fajt, hogy lássuk, összefoglalhatjuk-e az emberekben megfigyelt [betegség-tartományt]" - mondja Deepak Kaushal, a Texas Biomed délnyugati nemzeti prímkutató központjának igazgatója. Csapata szintén nem lát szignifikáns különbségeket a kor súlyosságában.

Emlékezzünk azonban arra, hogy a COVID-19-ben szenvedő betegek csak kis hányada válik kritikusan betegsé. És ezek a tanulmányok viszonylag kis számú majmot használtak fel. Ezek a figyelmeztetések a nem emberi főemlősök hátrányát szemléltetik: etikai és gyakorlati aggályok miatt nem lehet elég nagy számot tanulmányozni a betegség minden aspektusának feltárására, sőt értelmes statisztikákat sem lehet kiszámítani. De ez nem az elsődleges cél. O'Connor tanulmányai a vírus injekcióit tartalmazzák a cynomolgus makákók tüdejébe mélyen, hogy mérhető betegségeket kiváltsanak. "Tüdőbetegségünk van, amely számszerűsíthető, ami azt jelenti, hogy ennek csökkentését mérhetjük orvosi ellenintézkedések kiolvasásaként" - mondja. A súlyos betegség kérdése „akadémikussá” válik - teszi hozzá -, mert ha nem tudja folyamatosan elérni ugyanazt az olvasmányt, akkor nincs megfelelő rendszere az oltások és gyógyszerek tesztelésére. A nem emberi főemlősöket azonban a legmagasabb etikai korlátok illetik meg a kutatás szempontjából, ezért takarékosan használják őket.

A végcél

Az állatkísérletek döntő előnye a kontroll. "Az embereknél nem tudhatod, hogy mikor fertőződnek meg, mi történik pontosan" - mondja Perlman. "Kísérletileg fertőzött állatnál sokkal jobban megértheti a betegséget, mert manipulálhatja a paramétereket", például az expozíció útját, a fertőzés dózisát és idejét. Ugyanez az elv érvényes a hatékonysági és biztonsági adatok előállítására is. "Soha nem lesz ilyen kontrollja egy klinikai vizsgálat során" - mondja O'Connor. „Itt az állatmodellek elengedhetetlenek.”.

A meglévő oltási stratégiák - részben a SARS-re kidolgozott stratégiákon alapulva - a COVID-19 oltóanyag néhány jelöltjéhez vezettek az állatkísérleti fázistól. "A COVID-19 korszakában kihívást jelent, mert az emberek nem akarnak várni" - mondja Perlman. - A drogok esetében nem jó ötlet kihagyni az állati lépéseket. De az oltások esetében valóban kihagyják vagy minimalizálják őket. " A sürgős szükség, a jól bevált állatmodellek hiánya és a vakcina-platformokkal kapcsolatos korábbi tapasztalatok mind felgyorsították az idősort. Az a tény, hogy az oltási stratégiákat emberen tesztelték, még akkor is, ha különböző kórokozókra vonatkozik, némi megnyugvást nyújt a biztonság terén, de van egy korábbi állatkísérletek által felvetett nézet is: a vakcinák néha fokozhatják a betegséget, többek között az antitestfüggő néven ismert jelenség révén fokozás. Ha ez a probléma a COVID-19 vakcinával fordulna elő, „akkor ezt tudni szeretné” - mondja Larry Schlesinger, a Texas Biomed elnöke. A tudósoknak meg kell érteniük az immunválaszokat is. A Kínából származó legfrissebb adatok azt sugallják, hogy nem mindenki, aki a vírussal fertőzött, elegendő védő vagy „semlegesítő” antitestet termel ahhoz, hogy immunissá váljon. És a SARS-CoV-2 nem volt elég régen ahhoz, hogy tudjuk, meddig maradnak olyan emberek, akiket védeni lehet. "Ennek fontos következményei vannak a vakcina kinézetére nézve" - ​​mondja O'Connor.

Qin és munkatársai éppen a múlt héten a Science-ben publikálták egy inaktivált SARS-CoV-2 vírus vakcinajelölt vizsgálatának eredményeit, amely semlegesítő antitesteket termel, amelyek kötődnek a vírus „tüskefehérjéhez”, amely lehetővé teszi a sejtekbe való bejutást. A kutatók kimutatták, hogy a PiCoVacc nevű vakcina immunválaszokat generált, amelyek egerekben, patkányokban és rhesus makákókban védettek a vírus több törzse ellen. Megnyugtatóan nem látták az antitestfüggő fokozás jeleit. Az emberi kísérletek várhatóan még ebben az évben megkezdődnek. Ha azonban ezek a kezdeti kísérletek nem járnak sikerrel, az alapkutatások kritikussá válhatnak. A kifinomultabb stratégiák megvalósításához jobb megértésre lehet szükség. És a vírus megértéséhez a kutatóknak élő organizmusokban kell tanulmányozniuk. "Mindenki reméli, hogy az általunk már tesztelt általános megközelítések látványosan sikeresek lesznek" - mondja O'Connor. Az oltóanyag kifejlesztése „egyszerű lehet, de fel kell készítenünk az embereket arra a lehetőségre, hogy ez nem biztos”.

Itt olvashat többet a Scientific American koronavírus-járványáról. És olvassa el a tudósítást a nemzetközi magazinhálózatunkról itt.

A téma által népszerű