Forscher der Icahn School of Medicine am Mount Sinai haben die ersten induzierten pluripotenten Stammzellen (iPSCs) aus Fledermäusen erzeugt und wertvolle Einblicke in die enge Beziehung zwischen Fledermäusen und Viren gewonnen. Diese Forschung öffnet die Tür zur Untersuchung, wie Viren wie SARS-CoV-2, das COVID-19 verursacht, überleben, sich ausbreiten und dem Immunsystem durch molekulare Anpassungen an neue Wirte entkommen.
Die Ergebnisse des Teams, veröffentlicht am 21. Februar in Zellekann auch Aufschluss über die einzigartigen Eigenschaften von Fledermäusen geben, die ihrer bemerkenswerten Abwehr gegen Alterung und Krebs zugrunde liegen.
„Unsere Studie deutet darauf hin, dass Fledermäuse Mechanismen entwickelt haben, um eine große Menge viraler Sequenzen zu tolerieren, und dass sie möglicherweise eine engere Beziehung zu Viren haben als bisher angenommen“, sagt Seniorautor Thomas Zwaka, MD, PhD, Professor für Zelle, Entwicklung und Regeneration Biologie am Icahn Mount Sinai. „Dies gewinnt angesichts der Tatsache, dass viele Fledermausarten gezeigt haben, dass sie Viren tolerieren und überleben, die beim Menschen eine hohe Sterblichkeitsrate aufweisen, einschließlich SARS-CoV, SARS-CoV-2, MERS-CoV und Marburg, eine neue Relevanz. Der Grund könnte eine Modulation der angeborenen Immunantwort von Fledermäusen sein, die sie zu asymptomatischen und toleranten Viruswirten macht.“
Induzierte pluripotente Stammzellen werden durch genetische und chemische Umprogrammierung von Haut- oder Blutzellen in neugeborene Stammzellen erzeugt, die das Potenzial haben, jede Zelle im Körper zu werden.
Bisher existierten keine zuverlässigen Zellmodelle zur Untersuchung der Biologie von Fledermäusen oder ihrer Reaktionen auf Virusinfektionen, was ein tieferes Verständnis ihrer genomischen Anpassungen behindert. Das Mount-Sinai-Team trägt dazu bei, diese Lücke zu füllen, indem es induzierte pluripotente Stammzellen aus der wilden Großen Hufeisennase (Rhinolophus ferrumequinum), das der häufigste asymptomatische Träger von Coronaviren ist, einschließlich Viren, die eng mit SARS-CoV-2 verwandt sind.
„Durch den Vergleich von Fledermaus-iPSCs mit anderen Säugetieren konnten wir eine einzigartige Stammzellbiologie aufdecken, die noch nie zuvor beobachtet wurde“, bemerkt Co-Autor Adolfo García-Sastre, PhD, Irene und Dr. Arthur M. Fishberg, Professor für Medizin und Direktor des Global Health and Emerging Pathogens Institute am Icahn Mount Sinai. „Das außergewöhnlichste Ergebnis war das Vorhandensein großer virusgefüllter Vesikel in Fledermausstammzellen, die große Virusfamilien, einschließlich Coronaviren, repräsentieren, ohne die Fähigkeit der Zellen, sich zu vermehren und zu wachsen, zu beeinträchtigen symbiotische Beziehung zwischen Fledermäusen und Viren.“
Die Forscher glauben, dass das von ihnen erstellte Fledermaus-Stammzellenmodell ein außergewöhnliches Werkzeug für die wissenschaftliche Gemeinschaft darstellen wird. Die Erstautorin der Studie, Marion Dejosez, PhD, Associate Professor of Cell, Developmental and Regenerative Biology am Icahn Mount Sinai, weist darauf hin, dass „pluripotente Stammzellen die einzigartige Fähigkeit haben, sich in Kultur unbegrenzt zu teilen und sich in Immunzellen und -gewebe zu verwandeln ( wie Lungen- oder Darmepithel), was sie für die Genbearbeitung und molekulare Studien zugänglich macht.“
Diese Forschung wiederum könnte dazu beitragen, so wichtige Fragen zu beantworten, wie Fledermäuse Virusinfektionen tolerieren und ob sie Taktiken von Viren genetisch simulieren, um dem Immunsystem auszuweichen, und so einen fruchtbaren Boden für die Virusproduktion fördern. Eine weitere Frage, die die Studie zu beantworten hilft, ist, ob Viren als vollwertige Agenten und Redakteure der Wirtsbiologie in einer Weise dienen, die sie zu einer reichen Quelle evolutionärer Anweisungen macht.
„Die zukünftige Forschung an Fledermaus-Stammzellen wird jeden Aspekt unseres Verständnisses der Fledermaus-Biologie direkt beeinflussen, einschließlich der erstaunlichen Fluganpassungen von Fledermäusen und der Fähigkeit, entfernte oder unsichtbare Objekte durch Echoortung zu lokalisieren, die Position von Objekten, die von Schall reflektiert werden, sowie deren Extrem Langlebigkeit und ungewöhnliche Immunität“, erklärt Dr. Zwaka, dessen Labor am Mount Sinai sich auf grundlegende Fragen rund um die Stammzellbiologie konzentriert.
Die größten wissenschaftlichen Fortschritte werden jedoch in der Fledermaus-Virosphäre erwartet. „Unsere Studie schafft eine Plattform, um die einzigartige Rolle von Fledermäusen als Virenreservoir unter den Säugetieren besser zu verstehen“, sagt Dr. García-Sastre. „Und dieses Wissen könnte dem Fachgebiet breite neue Einblicke in Krankheiten und Therapeutika liefern und uns gleichzeitig auf zukünftige Pandemien vorbereiten.“
Diese Studie wurde von den National Institutes of Health, dem National Institute of General Medical Sciences, dem Eunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health and Human Development und der Huffington Foundation finanziert.