Aus Koinfektionen gebildete hybride Viruspartikel zeigen Immunumgehung und erweiterten Tropismus

In einer kürzlich veröffentlichten Studie in Naturmikrobiologieuntersuchten die Forscher Virus-Virus-Wechselwirkungen unter Verwendung menschlicher Lungenzellen, die mit zwei gemeinsam zirkulierenden Viren, die Atemwegsinfektionen verursachen, dem Respiratory-Syncytial-Virus (RSV) und dem Influenza-A-Virus (IAV), co-infiziert waren.

Lernen: Eine Koinfektion durch das Influenza-A-Virus und das Respiratory-Syncytial-Virus erzeugt hybride Viruspartikel. Bildnachweis: Kateryna Kon/Shutterstock

Hintergrund

Intrazelluläre Pathogene wie Viren zeigen im Allgemeinen Tropismus, wobei sie Affinität zu ausgewählten Zelltypen zeigen. Einige Zellen und Gewebe können von taxonomisch unterschiedlichen Viren co-infiziert werden, da verschiedene Viren eine Affinität für denselben Zelltyp haben können.

Koinfektionen bieten eine ökologische Nische für Viren, um miteinander zu interagieren. Zu diesen Wechselwirkungen gehört die Pseudotypisierung, bei der Oberflächenproteine ​​eines Virus in das andere Virus eingebaut werden, oder sie könnten zu genomischen Umlagerungen führen, die zu völlig neuen Stämmen mit erhöhtem Infektionspotenzial führen könnten. Während einige Studien behaupten, dass die Krankheitsergebnisse unabhängig von Koinfektionen sind, weisen andere auf eine Zunahme schwerer Folgen aufgrund von Koinfektionen hin. Die Mechanismen der viralen Interaktionen während Koinfektionen, die den Krankheitsverlauf bestimmen, bleiben jedoch unklar.

Über das Studium

In der vorliegenden Studie wurden Madin-Darby-Hundenierenzellen (MDCK) und humane Epidermoidkarzinomzellen (HEp-2) verwendet, um Virusstämme von Hämagglutinin-1-Neuraminidase 1 (H1N1) IAV bzw. RSV-Stamm A2 zu züchten. Kultivierte humane Lungenadenokarzinomzellen (A549) wurden mit IAV und RSV einzeln und synchron mit hoher Infektionsmultiplizität (MOI) infiziert.

Plaque-Assays wurden verwendet, um infektiöse Titer von IAV und RSV in MDCK- bzw. HEp-2-Zellen zu bestimmen. Immunfluoreszenzmikroskopie wurde verwendet, um einzelne und co-infizierte Zellen zu bewerten, um die Wirkung von Co-Infektionen auf die Lokalisierung viraler Proteine ​​und die Proportionen infizierter Zellen zu bestimmen. Virionen mit IAV-Hämagglutinin und RSV-Fusionsglykoprotein-Immunmarkierungen wurden unter Verwendung von superauflösender konfokaler Mikroskopie untersucht, um zu bestimmen, ob das Mischen der zwei viralen Glykoproteine ​​dazu führte, dass die knospenden Viruspartikel Komponenten von IAV und RSV enthielten.

Zusätzlich wurde eine Kryo-Elektronentomographie durchgeführt, um die strukturellen Eigenschaften der RSV- und IAV-Filamente zu untersuchen, die aus den koinfizierten Zellen sprossen. Da hybride virale Partikel Oberflächenglykoproteine ​​sowohl von RSV als auch von IAV enthalten würden, wurden darüber hinaus Antikörper gegen das IAV-Hämagglutinin und das RSV-Fusionsglykoprotein in Neutralisationsassays gegen IAV- und RSV-Viren verwendet, die aus einzeln und synchron infizierten Zellen gesammelt wurden.

Der zelluläre Rezeptor für IAV, Sialinsäure, wurde unter Verwendung von Neuraminidase entfernt, und die Zellen wurden mit IAV- und RSV-Viren aus einzeln infizierten oder co-infizierten Zellen inokuliert, um zu bestimmen, ob der Einbau von RSV-Glykoproteinen den IAV-Rezeptortropismus hybrider Viruspartikel erweitern könnte. Die Zellen wurden auf die IAV- und RSV-Nukleoproteine ​​immungefärbt und quantifiziert.

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Zusätzlich wurden menschliche Bronchialepithelzellen mit RSV und IAV co-infiziert, und in Paraffin eingebettete infizierte Kulturen wurden auf IAV-Hämagglutinin und -Nukleoprotein und das gesamte RSV-Virion immungefärbt, um zu bestimmen, ob andere relevante biologische Systeme hybride Viruspartikel bildeten.

Ergebnisse

Die Ergebnisse berichteten, dass die IAV-Titer in koinfizierten Zellen gleich oder geringfügig höher und die RSV-Titer niedriger waren als bei Zellen, die einzeln mit den beiden Viren infiziert waren. Im Gegensatz dazu wurde in Zellen, die mit IAV und Rhinovirus koinfiziert waren, die IAV-Replikation gehemmt. Dies deutete darauf hin, dass die Ergebnisse der Koinfektion von der Art der beteiligten Viren und den nachfolgenden virusspezifischen Zellreaktionen abhängig waren.

Darüber hinaus zeigte die Studie, dass die während Koinfektionen erzeugten hybriden Viruspartikel strukturelle, funktionelle und genomische Komponenten beider Elternviren enthielten und infektiös waren. Diese viralen Hybridpartikel zeigten eine Umgehung der IAV-gerichteten Neutralisierung und die Fähigkeit, Neuraminidase-behandelte IAV-Rezeptor-negative Zellen zu infizieren, was auf eine modifizierte Antigenität und breite Tropismus-Eigenschaften hinweist.

Der Neutralisationstest unter Verwendung von Anti-RSV-Glykoprotein-Antikörpern zeigte, dass der Eintritt hybrider Viruspartikel in Zellen durch das RSV-Fusionsglykoprotein vermittelt wird, was darauf hindeutet, dass IAV ein nicht verwandtes virales Glykoprotein als funktionelles Hüllprotein rekrutieren könnte.

Obwohl IAV-Infektionen im Allgemeinen auf die oberen Atemwege beschränkt sind, könnten hybride Viruspartikel mit strukturellen und funktionellen Komponenten beider Viren IAV-Infektionen in den Regionen der unteren Atemwege ermöglichen. Diese Ergebnisse weisen auf die potenzielle Zunahme der Pathogenität und Schwere der Erkrankung sowie auf Komplikationen wie virale Lungenentzündung hin.

Da IAV außerdem hohe Mutationsraten erfährt, könnten hybride Viruspartikel, die die unteren Atemwege infizieren, zur Selektion von Viruspartikeln mit erhöhter Pathogenese und größerem Tropismus für die unteren Regionen der Atemwege führen. Die Ergebnisse zeigten auch, dass hybride Viruspartikel über mehrere Infektionsrunden erhalten blieben und die Ausbreitung von IAV in refraktäre Zellpopulationen unterstützten.

Die Koinfektion menschlicher Bronchialepithelzellen zeigte die Bildung hybrider Viruspartikel in biologisch relevanten Geweben und wies darauf hin, dass, da IAV und RSV beide während derselben Saison zirkulieren und den Tropismus für Flimmerepithelzellen teilen, die Wahrscheinlichkeit von Koinfektionen und der in vivo-Erzeugung von hybriden Viruspartikeln besteht ist hoch.

Schlussfolgerungen

Insgesamt zeigte die Studie, dass Koinfektionen durch RSV und IAV hybride Viruspartikel bilden, die eine modifizierte Antigenität und einen erweiterten Tropismus aufweisen, und deutete auf die Möglichkeit anderer solcher hybrider Viruspartikelbildungen aus Koinfektionen mit pleomorph umhüllten Viren wie RSV hin.

Die Autoren glauben, dass, während die Bildung von hybriden Viruspartikeln von verschiedenen anderen Faktoren als strukturellen Kompatibilitäten abhängt, wie Überschneidungen in der Zirkulationssaison und Geographie und Tropismus, Koinfektionen das Risiko von hybriden Viruspartikeln mit breitem Tropismus und erhöhter Immunevasion darstellen.

Referenz:

• Haney, J., Vijayakrishnan, S., Streetley, J., Dee, K., Goldfarb, DM, Clarke, M., Mullin, M., Carter, SD, Bhella, D., & Murcia, PR (2022) . Eine Koinfektion durch das Influenza-A-Virus und das Respiratory-Syncytial-Virus erzeugt hybride Viruspartikel. Naturmikrobiologie. doi: https://doi.org/10.1038/s41564-022-01242-5 https://www.nature.com/articles/s41564-022-01242-5

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