Кишечник ребенка, зараженного ротавирусом, похож на поле боя. С одной стороны, вирус проникает в эпителиальные клетки, формирующие выстилку тонкой кишки. Вирус реплицируется, вызывая хаос в кишечной среде, что вызывает сильную диарею, рвоту, лихорадку и боль в животе. Обычно следует обезвоживание, и, если ребенка не лечить, смерть может наступить. На другой стороне битвы тело ребенка дает отпор. Эпителиальные клетки первыми реагируют на вирусную атаку и могут продуцировать противовирусные соединения, такие как интерфероны (ИФН), в частности ИФН типа I и III. Трудно определить, что склоняет чашу весов в пользу вируса или защитных сил организма. Понимание того, как взять верх над телом, помогло бы ежегодно спасать жизни сотен тысяч детей в возрасте до 5 лет по всему миру.
«Этот и другие человеческие вирусы пищеварительной системы было трудно изучать, потому что они плохо растут на экспериментальных животных или в клеточных культурах в лаборатории», - сказала доктор Мэри Эстес, профессор Cullen Endowed человека и молекулярной вирусологии и микробиологии в Бэйлоре и почетный директор-основатель Центра болезней пищеварительного тракта Техасского медицинского центра. «Это изменилось после разработки кишечных энтероидов человека (HIEs), лабораторной модели кишечника человека, которая резюмирует многие биологические и физиологические свойства тонкой кишки человека».
Используя лабораторную модель кишечника человека, Эстес и его коллеги раскрыли стратегию, которую ротавирус человека использует, чтобы уклониться от попыток человеческого организма уничтожить его. Они обнаружили, что хотя вирусу не удается предотвратить начальные шаги защитной реакции, он способен свести к минимуму последующие шаги, которые могут остановить его рост. Используя модель живого человеческого кишечника, ученые также продемонстрировали клеточные стратегии противодействия вирусному ответу.
Изучение противовирусной защиты на живой модели человеческого кишечника
«В этом исследовании мы использовали модель кишечника HIE, которая включала эпителиальные клетки, чтобы изучить, что происходит, когда эти клетки сталкиваются с вирусом, и как вирус реагирует на интерфероны», - сказал Эстес.
Исследователи разработали HIE на нескольких пациентах, чтобы сравнить ответы разных людей. Их результаты показывают, что каждая культура от отдельного пациента демонстрирует разнообразие в экспрессии базовых генов, однако после вирусной инфекции все культуры реагировали очень похожим образом.
Когда исследователи добавили ротавирус человека к культурам HIE в лаборатории, эпителиальные клетки активировали гены IFN типа III, которые, в свою очередь, активировали другие гены, участвующие в противовирусном ответе. Однако эта активация не снижала репродукцию вируса. Неожиданно почти ни один IFN типа I не был активирован.
Затем ученые посмотрели, привела ли активация генов IFN к образованию желаемых белков IFN, которые представляют собой молекулы, которые в конечном итоге выполняют работу по подавлению вируса. Они обнаружили, что при добавлении живого ротавируса в культуры гены IFN типа III были активны, но не прошли процесс эффективной трансляции своих инструкций в белки IFN. С другой стороны, когда ученые добавили инактивированный ротавирус, который может проникать в клетки, но не размножаться, эпителиальные клетки реагировали как активацией генов интерферона III типа, так и продукцией белков интерферона.
«Эти эксперименты показали нам, что в культурах HIE активный ротавирус способен подавлять выработку большинства белков IFN, направленных на контроль репродукции вируса», - сказал Эстес. «Добавление IFN типа I к культурам HIE с живым ротавирусом снижало репликацию вируса более эффективно, чем добавление IFN типа III. Это говорит о том, что интерферон типа I может иметь более важное значение для ограничения роста вируса, и этот интерферон может быть получен из источника, отличного от эпителиальных клеток». вирусы и другие микроорганизмы, вызывающие кишечные заболевания, и то, как эти микроорганизмы противодействуют защите организма. Это первый шаг к разработке методов лечения для предотвращения или контроля этих смертельных заболеваний.