Wirusy grypy pod supermikroskopem: Jak wirusy grypy komunikują się z komórkami

Wirusy grypy (influenzawirusy) należą do najpoważniejszych potencjalnych czynników wywołujących przyszłe pandemie. Zespół badaczy z Centrum Badań nad Zakażeniami Helmholtza (HZI) oraz Uniwersyteckiego Szpitala Klinicznego we Fryburgu opracował metodę, która pozwala badać interakcje wirusów z komórkami gospodarza z niespotykaną dotąd szczegółowością. Korzystając z nowej techniki, przeanalizowano także, jak nowatorskie szczepy wirusa grypy wykorzystują alternatywne receptory do wnikania do komórek docelowych. Wyniki tych badań opublikowano niedawno w dwóch artykułach w czasopiśmie Nature Communications.

Wirusy nie posiadają własnego metabolizmu i muszą wnikać do komórek gospodarza, aby się rozmnażać. Kontakt wirusa z powierzchnią komórki jest zatem kluczowym pierwszym krokiem, którego zablokowanie może skutecznie zapobiec infekcji. „Interakcja influenzawirusów z komórkami gospodarza jest niezwykle krótkotrwała. Dodatkowo, aby ją dokładnie zbadać w nanoskali, konieczne jest użycie mikroskopii o bardzo wysokiej rozdzielczości. Dotychczasowe metody nie pozwalały jednak dokładnie przeanalizować tego krytycznego pierwszego kontaktu” – wyjaśnia prof. Christian Sieben, kierownik grupy badawczej „Nanoinfekcjologia” w HZI.

Zespół Siebena, we współpracy z działem „Biologii Chemicznej” prowadzonym przez prof. Marka Brönstrupa, opracował uniwersalny protokół badania komunikacji wirusów z komórkami. W tym celu pojedyncze wirusy unieruchamiano na szklanej powierzchni, po czym na tej samej powierzchni wysiewano komórki. W tradycyjnych eksperymentach wirusy dodawano do już wysianych komórek. „Zaletą naszego ‘odwróconego’ układu eksperymentalnego jest to, że wirusy wchodzą w interakcje z komórkami, ale nie wnikają do ich wnętrza – dzięki temu można ustabilizować i przeanalizować kluczowy moment pierwszego kontaktu” – mówi Sieben.

Na przykładzie sezonowego wirusa grypy A, badacze pokazali przy pomocy mikroskopii wysokiej i superrozdzielczości, że kontakt wirusa z powierzchnią komórki uruchamia kaskadę reakcji komórkowych. Najpierw w miejscu wiązania wirusa lokalnie gromadzą się receptory komórkowe. Dzieje się tak, ponieważ receptory poruszają się wolniej w pobliżu miejsca wiązania i przez to lokalnie się kumulują. Następnie do miejsca kontaktu rekrutowane są specyficzne białka komórkowe, a ostatecznie dochodzi do dynamicznej reorganizacji cytoszkieletu aktynowego.

Zespół zastosował swoją metodę nie tylko do znanego modelu wirusa grypy A, ale także do nowego szczepu pochodzenia zwierzęcego – wirusa H18N11, występującego u nietoperzy w Ameryce Środkowej i Południowej. W odróżnieniu od większości wirusów grypy, które do infekcji wiążą się z glikanami (łańcuchami cukrowymi na powierzchni komórek), H18N11 ma inny cel. „Ten wirus wiąże się z kompleksami MHC klasy II – receptorami białkowymi typowo występującymi na wybranych komórkach układu odpornościowego” – wyjaśnia dr Peter Reuther, kierownik grupy badawczej w Instytucie Wirusologii Uniwersyteckiego Szpitala Klinicznego we Fryburgu, zajmujący się mechanizmami wnikania wirusów grypy pochodzenia od nietoperzy.

Dzięki technice śledzenia pojedynczych cząsteczek naukowcy po raz pierwszy wykazali, że cząsteczki MHCII po kontakcie z wirusem specyficznie skupiają się na powierzchni komórki – jest to proces kluczowy dla wnikania wirusa do wnętrza. Zespoły z Brunszwiku i Fryburga scharakteryzowały tym samym nowy model infekcji wirusem grypy A: wiązanie z MHCII jako alternatywnym receptorem i związana z tym reorganizacja powierzchni komórki. „Odkrycie, że wirusy grypy nie wiążą się wyłącznie z glikanami komórkowymi, otwiera nowe perspektywy badawcze” – podkreśla Reuther. „W kontekście ich potencjału zoonotycznego kluczowe jest lepsze zrozumienie tych alternatywnych receptorów”.

Etap wiązania wirusa z komórką jest również kluczowym elementem rozpoczynającego się na początku 2025 roku projektu unijnego COMBINE (https://www.combine-marv.eu/), koordynowanego przez prof. Siebena. W ramach COMBINE naukowcy z pięciu europejskich krajów badają mechanizmy wnikania nowych, potencjalnie pandemicznych wirusów. „Proces wnikania to potencjalny cel dla terapii przeciwwirusowych. Opracowana przez nas metodologia analizy tego procesu może być zastosowana również do innych wirusów” – mówi Sieben. Nowe odkrycia nie tylko dostarczają szczegółowych informacji o biologii wirusów grypy, ale także tworzą podstawy metodyczne do bardziej ukierunkowanego badania mechanizmów wnikania wirusów o potencjale pandemicznym – a tym samym identyfikacji nowych celów dla terapii przeciwwirusowych.

Źródło: Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung, fot. HZI/Broich