Badacze już od 2020 roku podejrzewali, że wirus SARS-CoV-2 odpowiedzialny za COVID-19 infekuje astrocyty mózgu. Brazylijski zespół badawczy właśnie udowodnił po raz pierwszy, że wirus infekuje te komórki i bardzo szybko się replikuje.

Astrocyty to komórki zlokalizowane w ośrodkowym układzie nerwowym. Są komórkami glejowymi, czyli komórkami pełniącymi ważne role w obrębie układu nerwowego, takie jak produkcja mieliny, dostarczanie składników odżywczych czy eliminacja martwych komórek. Głównymi komórkami glejowymi są oligodendrocyty, ependymocyty, mikroglej i astrocyty.

Czytaj więcej

Omikron BA.5 ma nowe, charakterystyczne objawy

Nazwa tych komórek pochodzi od ich kształtu, który na ogół ma kształt gwiazdy. Pełnią niezbędne funkcje dla przetrwania neuronów. Służą przede wszystkim jako fizyczne wsparcie dla komórek nerwowych, ponieważ tworzą rodzaj trójwymiarowej sieci, która utrzymuje neurony na miejscu.

Astrocyty działają napoziomie synaps, interweniując w recykling neuroprzekaźników. Przejście impulsów nerwowych z jednego neuronu do drugiego odbywa się w synapsach poprzez substancje chemiczne zwane neuroprzekaźnikami uwalnianymi w szczelinie synaptycznej.

Komórki glejowe są również zaangażowane w inne procesy, m. in. regulując ilość substancji zaburzających funkcjonowanie układu nerwowego, na przykład potasu. Astrocyty zapewniają też utrzymanie bariery krew-mózg, która chroni mózg przed patogenami i przyczynia się do utrzymania homeostazy mózgu.

Aby potwierdzić zakażenie astrocytów wirusem SARS-CoV-2, naukowcy wykorzystali tkankę mózgową pobraną od pacjentów, którzy zmarli na COVID-19, którą poddali badaniom immunohistochemicznym. Jest to metoda polegająca na wykrywaniu białek w komórkach z wycinka tkanki przy użyciu przeciwciał monoklonalnych, które w szczególny sposób wiążą się z wykrywanymi antygenami. W celu umożliwienia wykrycia przeciwciała są znakowane za pomocą enzymu, który katalizuje reakcję chemiczną prowadzącą do zmiany koloru.

Dzięki tej technice naukowcy zabarwili białko Spike wirusa na zielono, astrocyty na czerwono, a genom wirusa, który pojawia się w fazie replikacji - na kolor purpurowy.

Po przeprowadzeniu tych różnych barwień nałożyli na siebie obrazy i zdali sobie sprawę, że trzy kolory pojawiły się tylko na poziomie astrocytów, potwierdzając w ten sposób ich zakażenie wirusem SARS-CoV-2.

Aby sprawdzić, w jaki sposób wirus może wpływać na neurony, naukowcy wykorzystali tkankę mózgową pochodzącą z autopsji, ale także niezainfekowane astrocyty hodowane in vitro. Dzięki technologii spektrometrii mas, która polega na identyfikacji cząsteczek na podstawie ich masy cząsteczkowej, udało im się zmapować wszystkie białka obecne w analizowanych komórkach i tkankach. Porównując wyniki uzyskane po analizie komórek zakażonych i komórek zdrowych, odkryli, że  kilka białek zostało zmodyfikowanych i że w zakażonych komórkach występuje ich znacznie więcej.

Przeprowadzając dodatkowe analizy spektrometrii mas na astrocytach uzyskanych z indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych, naukowcy uzyskali podobne wyniki i byli w stanie zaobserwować dysfunkcję metabolizmu energetycznego. Zauważyli, że z nieznanego jeszcze powodu, astrocyty zakażone wirusem COVID-19 zużywają więcej glukozy niż zdrowe komórki. Ponadto zmniejsza się komórkowe stężenie pirogronianu i mleczanu.

Ta obserwacja jest bardzo zaskakująca, ponieważ w „normalnej” komórce podczas konsumpcji glukozy dla potrzeb energetycznych komórki wytwarzany jest mleczan i pirogronian. W komórce zużywającej glukozę wzrasta poziom mleczanu i pirogronianu. Jednak w przypadku zakażonych astrocytów dzieje się odwrotnie, poziom tych dwóch związków maleje. Na razie naukowcy stawiają hipotezę, że zakażone astrocyty dążą do utrzymania funkcjonowania neuronów, zagrażając ich przetrwaniu.

Zauważyli też, że zaburzone zostało funkcjonowanie mitochondriów astrocytów, czyli organelli komórkowych wytwarzających energię komórki. To zaburzenie wpływa na poziomy niektórych neuroprzekaźników.

Praca badawcza brazylijskich naukowców potwierdza hipotezę, że infekcja SARS-CoV-2 ma tendencję do przyspieszania metabolizmu komórkowego astrocytów. Te następnie zużywają znacznie więcej cząsteczek, takich jak glukoza.

Nadal jednak jest wiele pytań bez odpowiedzi. Naukowcy nie wiedzą na przykład, w jaki sposób wirus dociera do mózgu. Podejrzewają, że wirus może przekroczyć barierę krew-mózg lub znaleźć drogę przez nerw węchowy, podczas oddychania.