Του Stephen L Archer, The Conversation.
Οι ιοί και τα βακτήρια έχουν πολύ μεγάλη ιστορία. Επειδή οι ιοί δεν μπορούν να αναπαραχθούν χωρίς ξενιστή, επιτίθενται στα βακτήρια εδώ και εκατομμύρια χρόνια. Μερικά από αυτά τα βακτήρια έγιναν τελικά μιτοχόνδρια, προσαρμοζόμενα συνεργικά στη ζωή μέσα στα ευκαρυωτικά κύτταρα (κύτταρα που έχουν πυρήνα που περιέχει χρωμοσώματα). Τελικά, τα μιτοχόνδρια έγιναν οι εστίες ισχύος σε όλα τα ανθρώπινα κύτταρα.
Περίπου το 5% των ατόμων που έχουν μολυνθεί με SARS-CoV-2 υποφέρουν από αναπνευστική ανεπάρκεια (χαμηλό οξυγόνο στο αίμα) που απαιτεί νοσηλεία. Μια ερευνητική ομάδα αναγνώρισε τον μηχανισμό με τον οποίο αυτοί οι ιοί προκαλούν τραυματισμό στους πνεύμονες και μειώνουν τα επίπεδα οξυγόνου. Είναι μια αναδρομή στον πρωτόγονο πόλεμο μεταξύ ιών και βακτηρίων -και συγκεκριμένα μεταξύ του SARS-CoV-2 και των μιτοχονδρίων μας.
Ο SARS-CoV-2 είναι ο τρίτος νέος κορωνοϊός που προκαλεί σοβαρό πλήγμα στον άνθρωπο τον 21ο αιώνα, μετά τον SARS-CoV το 2003 και τον MERS-CoV το 2012. Πρέπει να κατανοήσουμε καλύτερα πώς οι κορωνοϊοί προκαλούν τραυματισμό στους πνεύμονες για να προετοιμαστούμε για την επόμενη πανδημία.
Τα κόκκινα μιτοχόνδρια στα κύτταρα των αεραγωγών επικαλύπτονται με πράσινες πρωτεΐνες του SARS-COV-2 μετά από μόλυνση. Οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι ο ιός βλάπτει τους πνεύμονες επιτιθέμενος στα μιτοχόνδρια.
Πώς ο COVID-19 επηρεάζει τους πνεύμονες
Άτομα με σοβαρή πνευμονία COVID-19 συχνά φτάνουν στο νοσοκομείο με ασυνήθιστα χαμηλά επίπεδα οξυγόνου. Έχουν δύο χαρακτηριστικά διαφορετικά από τους ασθενείς με άλλους τύπους πνευμονίας: Πρώτον, υφίστανται εκτεταμένο τραυματισμό στον κατώτερο αεραγωγό (τις κυψελίδες, όπου απορροφάται το οξυγόνο). Δεύτερον, διοχετεύουν το αίμα σε μη αεριζόμενες περιοχές του πνεύμονα, κάτι που ονομάζεται αναντιστοιχία αερισμού-αιμάτωσης. Αυτό σημαίνει ότι το αίμα πηγαίνει σε μέρη του πνεύμονα όπου δεν οξυγονώνεται επαρκώς. Μαζί, αυτές οι ανωμαλίες μειώνουν το οξυγόνο του αίματος. Ωστόσο, η αιτία αυτών των ανωμαλιών ήταν άγνωστη. Το 2020, ερευνητές από τρία πανεπιστήμια του Καναδά άρχισαν να ξετυλίγουν το μυστήριο. Ο SARS-CoV-2 επιδείνωσε την πνευμονία COVID-19 στοχεύοντας τα μιτοχόνδρια στα επιθηλιακά κύτταρα των αεραγωγών (τα κύτταρα που επενδύουν τους αεραγωγούς) και στα λεία μυϊκά κύτταρα της πνευμονικής αρτηρίας.
Ήταν ήδη γνωστό ότι τα μιτοχόνδρια δεν είναι μόνο η ενεργειακή δύναμη του κυττάρου, αλλά και οι κύριοι καταναλωτές και αισθητήρες οξυγόνου. Τα μιτοχόνδρια ελέγχουν τη διαδικασία του προγραμματισμένου κυτταρικού θανάτου (ονομάζεται απόπτωση) και ρυθμίζουν την κατανομή της ροής του αίματος στον πνεύμονα μέσω ενός μηχανισμού που ονομάζεται υποξική πνευμονική αγγειοσύσπαση. Αυτός ο μηχανισμός έχει μια σημαντική λειτουργία. Κατευθύνει το αίμα μακριά από τις περιοχές της πνευμονίας σε καλύτερα αεριζόμενους λοβούς του πνεύμονα, γεγονός που βελτιστοποιεί την πρόσληψη οξυγόνου. Καταστρέφοντας τα μιτοχόνδρια στα λεία μυϊκά κύτταρα της πνευμονικής αρτηρίας, ο ιός επιτρέπει τη ροή του αίματος να συνεχιστεί σε περιοχές της πνευμονίας, γεγονός που μειώνει επίσης τα επίπεδα οξυγόνου.
Φαινόταν εύλογο ότι ο SARS-CoV-2 κατέστρεφε τα μιτοχόνδρια. Τα αποτελέσματα αυτής της βλάβης -μια αύξηση της απόπτωσης στα επιθηλιακά κύτταρα των αεραγωγών και η απώλεια της υποξικής πνευμονικής αγγειοσύσπασης- χειροτέρευαν τον τραυματισμό των πνευμόνων και την υποξαιμία (χαμηλό οξυγόνο στο αίμα). Η ανακάλυψη, που δημοσιεύτηκε στο Redox Biology, εξηγεί πώς ο SARS-CoV-2 μειώνει τα επίπεδα οξυγόνου στο αίμα. Ο SARS-CoV-2 σκοτώνει τα επιθηλιακά κύτταρα των αεραγωγών καταστρέφοντας τα μιτοχόνδριά τους. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τη συσσώρευση υγρού στους κατώτερους αεραγωγούς, παρεμποδίζοντας την πρόσληψη οξυγόνου. Επίσης βλάπτει τα μιτοχόνδρια στα λεία μυϊκά κύτταρα της πνευμονικής αρτηρίας, γεγονός που αναστέλλει την υποξική πνευμονική αγγειοσύσπαση και μειώνει τα επίπεδα οξυγόνου.
Επίθεση στα μιτοχόνδρια
Οι κορωνοϊοί βλάπτουν τα μιτοχόνδρια με δύο τρόπους: ρυθμίζοντας την έκφραση γονιδίων που σχετίζεται με τα μιτοχόνδρια και με άμεσες αλληλεπιδράσεις πρωτεΐνης με πρωτεΐνη. Όταν ο SARS-CoV-2 μολύνει ένα κύτταρο, πειράζει τον μηχανισμό πρωτεϊνοσύνθεσης του ξενιστή για να δημιουργήσει νέα αντίγραφα του ιού. Ωστόσο, αυτές οι ιικές πρωτεΐνες στοχεύουν επίσης πρωτεΐνες του ξενιστή, προκαλώντας δυσλειτουργία τους. Πολλές από τις κυτταρικές πρωτεΐνες του ξενιστή που στοχεύουν ο SARS-CoV-2 βρίσκονται στα μιτοχόνδρια.
Ο SARS-CoV-2 στοχεύει τα μιτοχόνδρια για να σκοτώσει τα πνευμονικά κύτταρα και να αποτρέψει την αίσθηση του οξυγόνου. Οι ιικές πρωτεΐνες κατακερματίζουν τα μιτοχόνδρια, στερώντας ενέργεια από τα κύτταρα και παρεμποδίζοντας την ικανότητά τους να ανιχνεύουν το οξυγόνο. Η ιική επίθεση στα μιτοχόνδρια ξεκινά μέσα σε λίγες ώρες μετά τη μόλυνση, ενεργοποιώντας γονίδια που σπάνε τα μιτοχόνδρια σε κομμάτια (ονομάζεται μιτοχονδριακή σχάση) και κάνουν τις μεμβράνες τους να διαρρέουν (ένα πρώιμο στάδιο απόπτωσης που ονομάζεται μιτοχονδριακή εκπόλωση). Αυτή η μιτοχονδριακή βλάβη συνέβη και με άλλους κορωνοϊούς που εξετάστηκαν.
Τώρα αναπτύσσονται φάρμακα που μπορεί μια μέρα να εξουδετερώσουν τον SARS-CoV-2 μπλοκάροντας τη μιτοχονδριακή σχάση και την απόπτωση ή διατηρώντας την υποξική πνευμονική αγγειοσυστολή. Οι προσπάθειες ανακάλυψης φαρμάκων έχουν ήδη επιτρέψει να εντοπιστεί ένας πολλά υποσχόμενο αναστολέας μιτοχονδριακής σχάσης που ονομάζεται Drpitor1a.
Η ανακάλυψη έχει επίσης τη δυνατότητα να μας βοηθήσει να κατανοήσουμε τη μακρά COVID. Τα κυρίαρχα χαρακτηριστικά αυτής της πάθησης -κόπωση και νευρολογική δυσλειτουργία- θα μπορούσαν να οφείλονται στις παρατεταμένες επιπτώσεις της μιτοχονδριακής βλάβης που προκαλείται από τη μόλυνση από SARS-CoV-2.
Αυτή η έρευνα έχει επίσης μια ενδιαφέρουσα εξελικτική οπτική γωνία. Λαμβάνοντας υπόψη ότι τα μιτοχόνδρια ήταν κάποτε βακτήρια, πριν υιοθετηθούν από κύτταρα πίσω στην αρχέγονη σούπα, τα ευρήματα αποκαλύπτουν ένα σενάριο στο οποίο οι ιοί επιτίθενται σε «βακτήρια». Τα βακτήρια προσβάλλονται τακτικά από ιούς, που ονομάζονται βακτηριοφάγοι ή σκέτα φάγοι, γιατί χρειάζονται έναν ξενιστή να πολλαπλασιαστούν. Τα βακτήρια με τη σειρά τους αντεπιτίθενται, χρησιμοποιώντας μια αρχαία μορφή ανοσοποιητικού συστήματος που ονομάζεται σύστημα CRISPR-cas, που κόβει το γενετικό υλικό των ιών. Οι άνθρωποι εκμεταλλεύτηκαν πρόσφατα αυτό το σύστημα CRISPR-cas και ένα βραβείο Νόμπελ έχει δοθεί για την ανακάλυψη της επεξεργασίας γονιδίων.
Ο συνεχής ανταγωνισμός μεταξύ βακτηρίων και ιών είναι πολύ παλιός. Ίσως λοιπόν να μην προκαλεί καθόλου έκπληξη το γεγονός ότι ο SARS-CoV-2 επιτίθεται στα μιτοχόνδριά μας ως μέρος του συνδρόμου COVID-19.
