Odkryto genetyczne podłoże ciężkiego przebiegu COVID-19 – badania z udziałem Polaków

Wskazanie kluczowych obszarów w genomie człowieka odpowiadających za podatność na zakażenie SARS-CoV-2 i ciężki przebieg COVID-19 – to jedno z głównych odkryć opublikowanych w „Nature”. Współautorką tekstu jest dr Karolina Chwiałkowska z UM w Białymstoku.

COVID-19 może mieć wiele różnych objawów o różnym stopniu nasilenia. Chociaż obecnie wiadomo, że statystycznie większość przypadków przebiega bezobjawowo lub łagodnie, u części pacjentów rozwija się ciężka postać choroby, która prowadzi do zespołu ostrej niewydolności oddechowej i w konsekwencji do powikłań wielonarządowych. Od początku pandemii do teraz zanotowano już ponad 6,4 mln zgonów z powodu COVID-19.

Naukowcy już na wczesnym etapie pandemii zauważyli, że czynniki kliniczne, takie jak podeszły wiek czy choroby współistniejące, nie wyjaśniają w pełni tego, dlaczego niektóre osoby przechodzą COVID-19 łagodnie, a inne bardzo ciężko. Trudne przypadki obserwowano także wśród młodych, dotychczas zdrowych osób, a ich współwystępowanie w obrębie rodziny sugerowało rolę czynników genetycznych.

Największe badania nad COVID-19 na świecie
Aby lepiej zrozumieć biologiczne podstawy przebiegu zakażenia SARS-CoV-2, tysiące naukowców z całego świata utworzyło na początku 2020 r., zaraz po wybuchu pandemii, grupę badawczą o nazwie „COVID-19 Host Genetics Initiative” (HGI - www.covid19hg.org). Przyłączyły się do niej także grupy badawcze z Polski, w tym projekt prowadzony przez Uniwersytet Medyczny w Białymstoku pod kierownictwem prof. Marcina Moniuszko, realizowany we współpracy z zajmującą się badaniami wielkoskalowymi polską firmą biotechnologiczną IMAGENE.ME, której przewodzi dr hab. Mirosław Kwaśniewski.

– Inicjatywa HGI przyniosła wiele interesujących odkryć. Już rok temu w „Nature” opublikowano wyniki poprzedniej analizy. Wówczas skupiono się na poznaniu genów odpowiedzialnych za ciężki przebieg COVID-19. Analogiczny projekt realizowaliśmy w Polsce na populacji pacjentów, którzy przechodzili COVID-19, w różnym stopniu ciężkości choroby. Kolejnym, naturalnym etapem prac konsorcjum HGI, było rozdzielenie dwóch procesów: zakażenia i późniejszego przebiegu choroby – opisuje dr hab. Mirosław Kwaśniewski z IMAGENE.ME.

COVID-19 Host Genetics Initiative to największe w historii nauk biologicznych konsorcjum badawcze, działające na bezprecedensową skalę. HGI prowadzi badania oparte na 60 niezależnych projektach z 25 krajów świata. W obecnej analizie badaniu poddano ponad 125,5 tys. osób zakażonych SARS-CoV-2 i ponad 2,5 mln pacjentów kontrolnych. To robi wrażenie, a przede wszystkim pozwala wyciągać wartościowe wnioski dotyczące globalnej pandemii.

Warianty genetyczne mają wpływ na podatność na zakażenie koronawirusem. Na początku sierpnia prestiżowy magazyn naukowy „Nature” opublikował wyniki najnowszej analizy konsorcjum HGI dotyczącej nie tylko poszukiwania podłoża genetycznego ciężkiego przebiegu COVID-19 u części pacjentów, lecz także samej podatności na zakażenie wirusem SARS-CoV-2. Współautorką tego artykułu jest dr Karolina Chwiałkowska, jedyna badaczka z polskiej jednostki naukowej.

– To kompleksowe badania. Zidentyfikowano aż 11 nowych obszarów w genomie człowieka, których zmienność genetyczna jest istotna w kontekście podatności na zakażenie koronawirusem i przebiegu wywoływanej przez niego choroby. Wytypowano też 7 regionów w DNA związanych z podatnością na zakażenie i aż 16 związanych z ciężkością przebiegu COVID-19 – wylicza dr Karolina Chwiałkowska.

Zidentyfikowano szereg genów odgrywających rolę w procesach związanych z surfaktantami płucnymi, tworzącymi warstwę lipidowo-białkową pokrywającą nabłonek pęcherzyków płucnych. To m.in. gen SFTPD kodujący jedno z białek uczestniczących we wrodzonej odpowiedzi immunologicznej i chroniący tym samym płuca przed wdychanymi mikroorganizmami. Jego rekombinowany fragment wiąże się z białkiem wirusa SARS-CoV-2 i potencjalnie hamuje wiązanie z receptorem dla białka na powierzchni komórek ludzkich – ACE2. To oznacza, najprościej rzecz ujmując, że osoby posiadające określony wariant genu SFTPD są mniej podatne na zakażenie koronawirusem.

Interesującym odkryciem było także zidentyfikowanie wariantów ochronnych zlokalizowanych w genie kodującym wspomniany receptor ACE2. Hipotezę o istotności zmienności genetycznej w obrębie genu kodującego ten receptor wysnuto już w roku 2020, kiedy planowano pierwsze prace badawcze. Okazało się bowiem, że jest on swoistą „bramą” dla SARS-CoV-2, przez którą wirus może wnikać do komórek ludzkich.

– Dopiero teraz, po przebadaniu ogromnej liczby pacjentów z całego świata, udało się tę hipotezę potwierdzić i zidentyfikować konkretne warianty genetyczne. Co ciekawe, uzyskane wyniki nie wskazują na istnienie dużych różnic w tym zakresie pomiędzy populacjami z różnych krajów świata. Początkowo spodziewaliśmy się, że ze względu na to, że niektóre kraje były bardziej dotknięte ciężkimi przypadkami, być może podłoże genetyczne będzie bardziej zróżnicowane – zaznacza dr Chwiałkowska.

Dr Karolina Chwiałkowska jest zaangażowana nie tylko w pracę badawczą, lecz także w popularyzowanie wiedzy o genetyce. Kierowany przez nią zespół naukowy od tego roku prowadzi m.in. grupę dyskusyjną „Badania genetyczne WES, WGS: opinie ekspertów, diagnostyka i profilaktyka”, w ramach której każda osoba może zadać pytanie z obszaru genetyki, na które odpowiedź przygotuje zespół ekspertów z dziedziny biotechnologii, genetyki molekularnej czy genetyki klinicznej.