«Μίνι-όργανα» νυχτερίδων ρίχνουν φως στη συμπεριφορά ζωονόσων

Πρωτοποριακή πλατφόρμα οργανοειδών νυχτερίδας επιτρέπει στους επιστήμονες να διερευνήσουν τις πολύπλοκες αλληλεπιδράσεις μεταξύ του ζώου και της μυριάδας των ιών που φιλοξενεί, θέτοντας νέα πρότυπα για την ετοιμότητα σε περίπτωση πανδημίας.

Γνωρίζατε ότι περισσότερο από το 75% των νέων μολυσματικών ασθενειών που προσβάλλουν τους ανθρώπους προέρχονται αρχικά από ζώα; Οι νυχτερίδες, ειδικότερα, είναι φυσικοί ξενιστές μερικών από τους πιο επικίνδυνους ιούς στον κόσμο, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που ευθύνονται για την COVID-19

Ωστόσο, παρά τη σημαντικότητά τους, οι επιστήμονες δυσκολεύονται μέχρι στιγμής να μελετήσουν το πώς συμπεριφέρονται αυτοί οι ιοί μέσα στις νυχτερίδες, απλώς επειδή δεν υπάρχουν τα κατάλληλα βιολογικά εργαλεία. Μέχρι τώρα, οι περισσότερες έρευνες βασίζονταν είτε γενικευμένα δείγματα κυττάρων των νυκτόβιων θηλαστικών, είτε σε οργανοειδή (μινι-όργανα που μιμούνται τη λειτουργίας και τη δομής του εκάστοτε οργάνου) φτιαγμένα από ένα μόνο είδος νυχτερίδας, αυτής των τροπικών φρούτων και από μόνο ένα όργανό της.

Το Υπουργείο Επιστημών και Πληροφορικής και Επικοινωνιών (ICT) ανακοίνωσε στις 15 Μαΐου πως μια ερευνητική ομάδα με επικεφαλής το Ινστιτούτο Βασικών Επιστημών (IBS) στην Κορέα, μαζί με διεθνείς συνεργάτες, δημιούργησαν τώρα την πιο ολοκληρωμένη πλατφόρμα οργανοειδών νυχτερίδων στον κόσμο, η οποία περιλαμβάνει τρισδιάστατα «μίνι-όργανα» που καλλιεργούνται από τέσσερις διακριτούς ιστούς - τραχεία, πνεύμονες, νεφρά και λεπτό έντερο - προερχόμενους από πέντε είδη εντομοφάγων νυχτερίδων σε όλη την Κορέα και την Ευρώπη. Τα ευρήματα δημοσιεύτηκαν στο επιστημονικό περιοδικό Science.

Σε αντίθεση με προηγούμενα μοντέλα, αυτή η νέα προσέγγιση ενσωματώνει πολλαπλά είδη και όργανα νυχτερίδας, επιτρέποντας μια ολιστική διερεύνηση των αλληλεπιδράσεων ιού-ξενιστή. Αναπαριστώντας πιστά στο εργαστήριο τη φυσιολογία των οργάνων της νυχτερίδας, αυτά τα οργανοειδή παρέχουν ένα εξαιρετικά σχετικό βιολογικό πλαίσιο για τη μελέτη της παθογένεσης ιών, των ανοσολογικών αποκρίσεων και του δυναμικού μετάδοσης.

Οπλισμένοι με αυτά τα νέα εργαλεία, οι ερευνητές μπόρεσαν να ελέγξουν άμεσα πώς βασικοί ιοί, συμπεριλαμβανομένων των SARS-CoV-2, MERS-CoV, της γρίπης Α και του ιού hantavirus, μολύνουν διαφορετικά είδη και όργανα νυχτερίδων και διαπίστωσαν ότι κάθε ιός συμπεριφέρεται μοναδικά, μερικές φορές μολύνοντας μόνο ορισμένα όργανα ή μερικά είδη νυχτερίδων. Για παράδειγμα, ένας ιός που αναπτύσσεται εύκολα στον πνεύμονα μιας νυχτερίδας μπορεί να μην αναπτυχθεί στο νεφρό μιας άλλης. Αυτό εξηγεί γιατί ορισμένοι ιοί μπορούν να μεταδοθούν στους ανθρώπους, ενώ άλλοι περιορίζονται στις νυχτερίδες.

«Αυτή η πλατφόρμα μας επιτρέπει να απομονώνουμε ιούς, να μελετάμε λοιμώξεις και να δοκιμάζουμε φάρμακα, όλα μέσα σε ένα σύστημα, κάτι που δεν μπορούσαμε να κάνουμε με συνηθισμένα μοντέλα εργαστηριακών κυττάρων. Μιμούμενοι το φυσικό περιβάλλον της νυχτερίδας, ενισχύουμε την ακρίβεια και την πραγματική αξία της έρευνας για τις μολυσματικές ασθένειες», δήλωσε ο ανώτερος ερευνητής KIM Hyunjoon.

Η ομάδα αποκάλυψε επίσης ένα άλλο μυστήριο: το ανοσοποιητικό σύστημα των νυχτερίδων αντιδρά διαφορετικά στον ίδιο ιό ανάλογα με το όργανο και το είδος. Αυτό θα μπορούσε να εξηγήσει γιατί οι νυχτερίδες είναι σε θέση να μεταφέρουν τόσους πολλούς ιούς χωρίς να αρρωστήσουν οι ίδιες.

Στα επιτεύγματα προστίθεται και η ανακάλυψη δύο προηγουμένως άγνωστων ιών νυχτερίδας, ενός ορθορεοϊού θηλαστικών και ενός παραμυξοϊού, απευθείας από περιττώματα άγριων νυχτερίδων. Αξίζει να σημειωθεί ότι ένας από αυτούς τους ιούς που δεν μπορούσε μέχρι τώρα να καλλιεργηθεί σε τυπικές κυτταροκαλλιέργειες, άκμασε στα νέα οργανοειδή των νυχτερίδων, αποδεικνύοντας πόσο πολύτιμη είναι αυτή η τεχνολογία για την απομόνωση ιών μελλοντικά.

Προσαρμόζοντας τα τρισδιάστατα οργανοειδή σε δισδιάστατες μονοστοιβάδες, οι επιστήμονες μπορούν να πραγματοποιήσουν υψηλής απόδοσης αντιιικό έλεγχο, αποδίδοντας ακριβέστερες προβλέψεις για την αποτελεσματικότητα των φαρμάκων σε σύγκριση με τα συμβατικά συστήματα κυτταροκαλλιέργειας. Για παράδειγμα, οι προκαταρκτικές αξιολογήσεις του Remdesivir απέδειξαν την ικανότητα της πλατφόρμας να αξιολογεί θεραπευτικές ουσίες που στοχεύουν ιούς, οι οποίοι μεταδίδονται από νυχτερίδες, ενισχύοντας το μεταφραστικό δυναμικό για τη διαχείριση μελλοντικών επιδημιών.

«Με αυτά τα τυποποιημένα οργανοειδή νυχτερίδων στοχεύουμε στον συστηματικό εντοπισμό νέων ιών που προέρχονται από νυχτερίδες και στην ανίχνευση υποψήφιων αντιιικών ουσιών που στοχεύουν παθογόνα με δυναμική πανδημίας», δήλωσε ο Δρ. CHOI Young Ki, Διευθυντής του Ινστιτούτου Έρευνας Ιών της Κορέας, στο Ινστιτούτο Βασικών Επιστημών (IBS).

Πέρα από την προώθηση της θεμελιώδους ιολογίας, η δημιουργία αυτής της ολοκληρωμένης βιοτράπεζας οργανοειδών νυχτερίδων υπόσχεται να ενισχύσει την ετοιμότητα για πανδημίες παγκοσμίως. Τυποποιώντας και κλιμακώνοντας την καλλιέργεια οργανοειδών νυχτερίδων σε πολλαπλά είδη και ιστούς, η πλατφόρμα παρέχει ένα παγκοσμίως προσβάσιμο αποθετήριο για ερευνητές που στοχεύουν στον εντοπισμό αναδυόμενων ιών προέλευσης νυχτερίδων και στην ταχεία αξιολόγηση υποψήφιων αντιιικών. Ένας τέτοιος συνεργατικός πόρος ενσωματώνει την ιική επιτήρηση με λειτουργικό πειραματισμό, γεφυρώνοντας έτσι ένα κρίσιμο κενό στην έρευνα για τους ζωονόσους ιούς.

Αυτή η πρωτοβουλία ευθυγραμμίζεται επίσης με ευρύτερες προτεραιότητες διεθνούς βιοασφάλειας, επιτρέποντας λεπτομερείς έρευνες σχετικά με τους μοριακούς καθοριστικούς παράγοντες που διέπουν την εξάπλωσης ιών. Μέσω συγκριτικών γονιδιωματικών και φαινοτυπικών αναλύσεων που υποστηρίζονται από τα οργανοειδή μοντέλα, οι επιστήμονες μπορούν να κατασκευάσουν βελτιωμένα προγνωστικά πλαίσια για την αξιολόγηση του πανδημικού δυναμικού των νεοανακαλυφθέντων ιών νυχτερίδων, ενημερώνοντας τελικά για τις κατάλληλες παρεμβάσεις στη δημόσια υγεία και για τις αντίστοιχες πολιτικές αποφάσεις.

Κοιτάζοντας μπροστά, η ερευνητική κοινοπραξία οραματίζεται την επέκταση της βιοτράπεζας ώστε να συμπεριλάβει περισσότερα είδη νυχτερίδων που ευθυγραμμίζονται με βασικά γεωγραφικά σημεία εμφάνισης ιών. Αυτή η παγκόσμια προσπάθεια στοχεύει στην παροχή ενός ολοκληρωμένου άτλαντα ιολογίας και ανοσολογικών αλληλεπιδράσεων των νυχτερίδων, αναδεικνύοντας την πλατφόρμα οργανοειδών νυχτερίδων ως πλεονέκτημα, τόσο για τους εθνικούς όσο και για τους διεθνείς οργανισμούς ελέγχου ασθενειών, συμπεριλαμβανομένου του Παγκόσμιου Οργανισμού Υγείας (ΠΟΥ).