Forskare har upptäckt nya immunsvar som hjälper till att förklara hur vissa individer undviker att få COVID-19.
Med hjälp av encellssekvensering har forskare från Wellcome Sanger Institute, University College London (UCL), Imperial College London, Netherlands Cancer Institute och deras samarbetspartners studerat immunsvar mot SARS-CoV-2-infektion hos friska vuxna frivilliga, som en del av världens första COVID-19-utmaningsstudie på människor.
Inte alla exponerade deltagare utvecklade en COVID-19-infektion, vilket gjorde det möjligt för teamet att avslöja unika immunsvar som är förknippade med att motstå ihållande virusinfektion och sjukdom.
Resultaten, som publiceras i Nature, ger den hittills mest omfattande tidslinjen för hur kroppen reagerar på SARS-CoV-2-exponering eller någon annan infektionssjukdom. Arbetet är en del av initiativet Human Cell Atlas som syftar till att kartlägga alla celltyper i människokroppen.
Svårt akut respiratoriskt syndrom coronavirus 2 (SARS-CoV-2) har smittat miljontals människor över hela världen med Coronavirus sjukdom 2019 (COVID-19). Även om det är potentiellt dödligt kommer många att ha kommit i kontakt med någon som har testat positivt för COVID-19, men har lyckats undvika att bli sjuka själva, antingen genom att förbli negativa vid PCR-testning eller ha ett asymptomatiskt fall av sjukdomen.
Tidigare studier har undersökt covid-19-patienter efter symtomdebut, men i den här nya studien har forskarna för första gången försökt fånga upp immunsvaret direkt efter exponering i en immunologiskt naiv kohort.
Som en del av den brittiska COVID-19 Human Challenge-studien, som leds av Imperial College London, fick 36 friska vuxna frivilliga utan tidigare covid-19-historia SARS-CoV-2-virus genom näsan.
Forskarna utförde detaljerad övervakning i blodet och nässlemhinnan och följde hela infektionen samt aktiviteten i immuncellerna före själva infektionstillfället hos 16 frivilliga. Teamen vid Wellcome Sanger Institute och UCL använde sedan encellssekvensering för att generera ett dataset med över 600 000 enskilda celler.
Hos alla deltagare upptäckte teamet tidigare orapporterade reaktioner som var involverade i omedelbar virusdetektering. Detta inkluderade aktivering av specialiserade immunceller i slemhinnan i blodet och en minskning av inflammatoriska vita blodkroppar som normalt uppslukar och förstör patogener.
Individer som omedelbart rensade viruset visade inte ett typiskt utbrett immunsvar utan monterade istället subtila, aldrig tidigare sett medfödda immunsvar. Forskare föreslår att höga nivåer av aktivitet hos en gen som kallas HLA-DQA2 före exponering också hjälpte människor att förhindra att en ihållande infektion fick fäste.
Däremot uppvisade de sex individer som utvecklade en ihållande SARS-CoV-2-infektion ett snabbt immunsvar i blodet men ett långsammare immunsvar i näsan, vilket gjorde att viruset kunde etablera sig där.
Forskarna identifierade vidare gemensamma mönster bland aktiverade T-cellsreceptorer, som känner igen och binder till virusinfekterade celler. Detta ger insikter i immuncellernas kommunikation och potential för att utveckla riktade T-cellsterapier mot inte bara covid-19 utan även andra sjukdomar.
Dr Rik Lindeboom, studiens försteförfattare och nu verksam vid Netherlands Cancer Institute, säger: ”Det här var en otroligt unik möjlighet att se hur immunsvaret ser ut när man möter en ny patogen – hos vuxna utan tidigare covid-19-historia, i en miljö där faktorer som infektionstid och samsjuklighet kunde kontrolleras.”
Dr. Marko Nikolić, senior författare till studien vid UCL och hedersdoktor i andningsmedicin, säger: ”Dessa resultat kastar nytt ljus över de avgörande tidiga händelser som antingen gör att viruset får fäste eller snabbt rensar det innan symtom utvecklas. Vi har nu en mycket större förståelse för hela spektrumet av immunsvar, vilket kan utgöra en grund för att utveckla potentiella behandlingar och vacciner som efterliknar dessa naturliga skyddssvar.”
Dr Sarah Teichmann, huvudförfattare till studien och medgrundare av Human Cell Atlas, tidigare vid Wellcome Sanger Institute och nu verksam vid Cambridge Stem Cell Institute, University of Cambridge, säger: ”Eftersom vi bygger upp Human Cell Atlas kan vi bättre identifiera vilka av våra celler som är avgörande för att bekämpa infektioner och förstå varför olika människor reagerar på coronaviruset på olika sätt.
”Framtida studier kan jämföra med vår referensdataset för att förstå hur ett normalt immunsvar mot en ny patogen kan jämföras med ett vaccininducerat immunsvar.”
Shobana Balasingam, forskningsledare i Wellcomes Infectious Disease-team, säger: ”Human challenge models är ett ovärderligt sätt att bygga upp vår förståelse för hur kroppen reagerar på infektionssjukdomar. Dessa studier gör det möjligt för oss att noggrant övervaka vad som händer från infektionstillfället genom att vi kan följa immunsvaret fram till utvecklingen och svårighetsgraden av symtomen.
”Dessa resultat är ett spännande tillskott till vår kunskapsbas om hur olika människor kan reagera på, eller skyddas mot, covid-19-infektioner. Vi måste förstå hur faktorer som naturlig exponering för sjukdomen påverkar kroppens svar på viruset eller ett vaccin. Därför är det avgörande att studier som denna utvidgas till lågresursmiljöer där sjukdomar är endemiska, för att säkerställa att vi utvecklar kontextspecifika verktyg och behandlingar som fungerar för de mest utsatta.”
Ytterligare information: Rik Lindeboom, Human SARS-CoV-2 challenge uncovers local and systemic response dynamics, Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07575-x. www.nature.com/articles/s41586-024-07575-x
