El SARS-CoV-2 se dirige a muchos tipos de células, sugiere un análisis de datos de una sola célula

El SARS-CoV-2 solo puede ingresar a las células que tienen el receptor ACE2 (blanco) y una enzima conocida como proteasa (rojo o verde) . Los investigadores encontraron ambas moléculas en las células que revisten diminutos sacos de aire en los pulmones (arriba). Crédito: Tata Lab, Duke University

El nuevo coronavirus invade las células que tienen ciertas moléculas en sus superficies. Una red de investigadores se dio cuenta de que ya tenían los datos para identificar estas células.

Antes de que pueda enfermar a las personas, el nuevo coronavirus primero debe infiltrarse en sus células. Pero no cualquier celular servirá. El virus solo puede ingresar a aquellos con una cierta combinación de moléculas en sus superficies.

A principios de este año, un grupo de científicos del proyecto Human Cell Atlas se dio cuenta de que podían buscar estas moléculas en las células de todo el cuerpo usando datos que ya habían recopilado de personas sanas.

Con información de más de 4 millones de células humanas de personas de diferentes edades, los científicos identificaron lugares donde el virus, llamado SARS-CoV-2, puede invadir el cuerpo . Sus hallazgos sugieren que el virus puede ingresar a más tipos de células de lo que se pensaba anteriormente. El trabajo también ofrece pistas sobre dos preguntas centrales del SARS-CoV-2: cómo el virus puede dañar tantos órganos diferentes y por qué algunas personas son más vulnerables a la infección. El equipo publicó un análisis preliminar en bioRxiv el 20 de abril de 2020.

Una colaboración masiva de casi 200 científicos hizo posible este esfuerzo, dice Aviv Regev, uno de los colaboradores e investigador del Instituto Médico Howard Hughes en el Instituto de Tecnología de Massachusetts. «Al reunirnos y compartir los datos recopilados para otros fines, pudimos sacar conclusiones que no podríamos haber obtenido de otra manera», dice ella. «Esto sucedió debido al SARS-CoV-2. Y la red Human Cell Atlas nos ayudó a cambiar rápidamente. La ciencia normalmente no funciona así».

Una imagen completa

Regev , como la mayoría de los científicos implicados en el proyecto, forma parte del Human Cell Atlas. A partir de 2016, el Atlas reunió a biólogos de todo el mundo para describir minuciosamente cada tipo de célula del cuerpo. Para hacerlo, debían recopilar y compartir datos.

A medida que se propagaba el COVID-19, la enfermedad causada por el virus, los investigadores de células pulmonares decidieron ver qué podían aprender de la información que tenían a mano, dice Martijn Nawijn, miembro de Atlas que estudia enfermedades respiratorias crónicas en la Universidad de Groningen en los Países Bajos. «Ya habíamos estado colaborando y la infraestructura ya estaba allí, por lo que pudimos responder rápidamente», dice. El esfuerzo se expandió rápidamente para incluir partes adicionales del cuerpo.

Los investigadores habían recolectado previamente los niveles de expresión de ARN de células individuales usando una técnica llamada RNA-Seq de células individuales. Estos datos les permitieron identificar la expresión de genes que codifican moléculas en las superficies de las células, una información crucial para los científicos que estudian el SARS-CoV-2. El virus usa dos de esas moléculas para ingresar a las células: un receptor llamado ACE2 y una enzima conocida como proteasa.

Los miembros del grupo internacional, Human Cell Atlas Lung Biological Network, reunieron datos en un esfuerzo por predecir qué células SARS -CoV-2 podría invadir. Crédito: Anna Hupalowska, Broad Institute

Los científicos querían examinar el cuerpo en busca de células con ambas moléculas; estas células son potencialmente vulnerables a la infección por SARS-CoV-2. Cada laboratorio normalmente tenía datos de ARN-seq de una sola célula de solo un número relativamente pequeño de individuos, por lo que grupos de científicos se juntaron para colaborar. El análisis del equipo actualmente incorpora 117 conjuntos de datos, incluidos 22 para los pulmones y las vías respiratorias, aunque se están agregando 10 conjuntos de datos adicionales, dice Nawijn.

Hasta ahora, la colaboración ha producido cuatro artículos. Uno, publicado el 23 de abril en Nature Medicine, utilizó datos más limitados para identificar ciertas células nasales como sitios probables de infección y transmisión viral. El artículo de bioRxiv, que aún no ha pasado por el proceso de verificación científica conocido como revisión por pares, esboza una imagen más completa.

Pistas de una enfermedad compleja

COVID-19 mata a muchos los pacientes al dañar gravemente sus pulmones, pero se ha vuelto cada vez más claro que la enfermedad también causa lesiones en otros lugares, y eso también puede conducir a la muerte. Incluso los pacientes con casos leves pueden experimentar pérdida del olfato y el gusto, a veces diarrea y rara vez lesiones en la piel. Mientras tanto, los pacientes con enfermedades graves pueden experimentar insuficiencia cardíaca y renal, coágulos de sangre espontáneos, accidentes cerebrovasculares e incluso convulsiones. Nadie entiende completamente por qué, pero los hallazgos del equipo podrían ayudar.

«Los datos tienen buenas pistas para varios de los enigmas de COVID-19, incluida la amplia afectación de órganos observada en nuestros pacientes», dice Naftali Kaminski. , médico científico y miembro de Atlas. Kaminski es el jefe de medicina pulmonar, de cuidados intensivos y del sueño en la Facultad de Medicina de la Universidad de Yale, y su facultad de médicos está a la vanguardia en el cuidado de pacientes críticos con COVID-19. En el análisis, por ejemplo, las moléculas de entrada clave aparecieron en los tejidos de todo el cuerpo, desde las células que recubren los pulmones hasta las células del corazón, el cerebro y los riñones. Esto explica potencialmente cómo, si no se controla, el virus se propaga y daña el cuerpo órgano por órgano.

El nuevo estudio también ofrece pistas sobre la contribución de la respuesta inmunitaria a la enfermedad. Los médicos han notado que COVID-19 puede hacer que el sistema inmunitario se sobrecargue, lo que provoca daños en el cuerpo. De hecho, las células con las moléculas de entrada viral también expresaron genes inmunes listos para la acción, encontraron los científicos. Estos genes podrían contribuir potencialmente a la reacción exagerada del cuerpo, dice Kaminski.

Han surgido otros patrones distintos en la pandemia: la enfermedad afecta más gravemente a los hombres, las personas mayores y los fumadores. El equipo quería ver si estas diferencias aparecían a nivel celular. Sus comparaciones revelaron que las dos moléculas generalmente están presentes en niveles más altos en los hombres y los niveles tienden a aumentar con la edad. El efecto de fumar necesita más estudio, dicen.

Las conclusiones del estudio vienen con una advertencia importante, señala Regev. Debido a que el análisis se basó en células de personas sanas, las células identificadas como potencialmente vulnerables al SARS-CoV-2 son solo predicciones, dice. Para averiguar qué sucede realmente durante la infección, los científicos de Atlas ahora están examinando células de pacientes con COVID-19.

Aún así, agrega Regev, este estudio sugiere que en todas las células del cuerpo, «existe un potencial generalizado para el SARS- Infección por CoV-2».

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Células nasales clave identificadas como posibles puntos de entrada del virus COVID-19 Más información: Christoph Muus et al. Los análisis integrados de atlas de células individuales revelan asociaciones de edad, sexo y tabaquismo con la expresión específica del tipo de célula de mediadores de la entrada viral del SARS-CoV-2 y destacan los programas inflamatorios en células diana putativas, bioRxiv (2020). DOI: 10.1101/2020.04.19.049254

Los factores de entrada del SARS-CoV-2 se expresan en gran medida en las células epiteliales nasales junto con genes inmunitarios innatos, Nature Medicine (2020). DOI: 10.1038/s41591-020-0868-6 Información de la revista: Nature Medicine