Sars-cov-2 vermenigvuldigt zich succesvol in organoïden die model staan voor de menselijke darm. ‘Verspreiding van sars-cov-2 via de darmen is een nog onderbelichte route.’
Een Nederlandse studie met organoïden laat zien dat sars-cov-2 zich verspreidt in darmcellen. Zowel aan de binnen- als aan de buitenkant van darmorganoïden komen virusdeeltjes vrij. Dit bewijzen onderzoekers van Hubrecht Instituut, UMC Utrecht, Erasmus MC en Universiteit Maastricht. Zij publiceerden hun resultaten op vrijdag 1 mei in Science. Een tweede, Duits-Amerikaanse studie zorgt voor aanvullend bewijs.
ACE2-receptor
‘Verspreiding van sars-cov-2 via de darmen is een nog onderbelichte route’, stelt viroloog Mart Lamers, eerste auteur vanuit Erasmus MC, ‘terwijl ongeveer een derde van de covid-19-patiënten darmklachten als diarree heeft.’ Het virus-rna is vaak zelfs een aantal dagen na herstel van covid-19 nog aan te tonen in de ontlasting. Bovendien is de ACE2-receptor overvloedig aanwezig in de darm, vooral aan de kant waar het voedsel zich bevindt. Het virus heeft deze receptor nodig om de cel binnen te komen. Dat maakt het aannemelijk dat het virus ook de darm kan infecteren, volgens ontwikkelingsbioloog Joep Beumer, eerste auteur vanuit het Hubrecht Instituut. Hoe het proces van infectie in darmcellen verloopt, is nu in kaart gebracht.
Beeld: Kèvin Knoops, Raimond Ravelli en Maaike de Backer
Copyright: Universiteit Maastricht
Darmorganoïden
De organoïden – negen jaar geleden ontwikkeld door de onderzoeksgroep van Hans Clevers van het Hubrecht Instituut – bevatten alle celtypen van het darmepitheel: zowel delende cellen als gedifferentieerde cellen. Binnen 24 uur na infectie met sars-cov-2 in het viruslab van het Erasmus MC zagen de onderzoekers de eerste tekenen van verspreiding binnen de organoïde. Dit werd duidelijk na qRT-pcr op virus-rna en confocale lichtmicroscopie. Het virus dat werd geproduceerd in de organoïden was ook infectieus. Na 60 uur vertoonden de beelden geïnfecteerde cellen in de gehele mini-orgaantjes. Ook was te zien dat veel cellen het loodje hadden gelegd.
Transmissie elektronenmicroscopie (TEM) van de Universiteit Maastricht liet vervolgens alle stadia zien van de reproductie van het virus: de opname in de cel, verplaatsing van het virus-rna via blaasjes, productie van nieuwe virusdeeltjes met behulp van het endoplasmatisch reticulum en het Golgi-apparaat en afscheiding van nieuwe virusdeeltjes. Die nieuwe virussen bleken zich vooral op te hopen tussen de microvilli, de kleinste darmvlokjes, maar verschenen ook aan de kant waar in het lichaam de bloedvaten zitten. ‘Opvallend was dat niet alleen cellen met veel ACE2-receptor doelwit waren, maar ook die met weinig ACE2. Misschien is een kleine hoeveelheid wel genoeg om binnen te komen’, vermoedt Beumer. Ook kunnen andere receptoren een rol spelen bij opname in de cel.
Toiletbezoek
Hoe de virusdeeltjes de darm binnenkomen, blijft nog speculeren. Virusdeeltjes uit de darm zouden de mond kunnen bereiken via eten of via de handen na toiletbezoek. Als de luchtwegen al geïnfecteerd zijn, kan het doorslikken van snot ook voor verspreiding naar de darm zorgen. Waarschijnlijk is het virus vervolgens niet alleen actief in de dunne darm, maar ook de dikke darm. Duitse en Amerikaanse onderzoekers komen namelijk vrijwel tegelijk met resultaten van organoïden van de dikke darm (24 april op preprint server bioRxiv). Ook daarin vermenigvuldigt en verspreidt het virus zich.
‘Dat is mooi aanvullend bewijs dat het virus de darm kan infecteren’, zegt Lamers. ‘We hebben overigens nog geen hard bewijs dat het virus in de darmen van covid-19-patiënten wordt geproduceerd. Maar bij verschillende coronavirussen in dieren is dat wel zo en bij sars-1-patiënten ook. We moeten er dus wel rekening mee houden.’ Beumer: ‘Het kan zelfs zijn dat we een hele patiëntengroep missen: mensen met alleen darmklachten en geen longklachten. Die worden helemaal niet getest.’
Genen
M-rna-sequentie-analyse liet tot slot zien dat het virus de aanmaak van type 1 en type 3 interferoneiwitten en andere cytokines stimuleert. Die zijn belangrijk in de afweerreactie. Met verder onderzoek naar de veranderde genexpressie in de gastheercel begint het zoeken naar aangrijpingspunten voor behandelingen.
‘De volgende stap is om met Crispr-cas9 precies te kijken welke functies die genen in de afweer hebben en ook welke genen belangrijk zijn voor het virus om de cel in te komen. Daarmee willen we te weten komen wat het darmepitheel precies doet als het in contact komt met het virus. Welke afweercellen trekt het epitheel bijvoorbeeld aan? Die kunnen we dan bij de organoïden brengen om het model nog completer te maken. Ook zijn we van plan vergelijkbare studies uit te voeren met longorganoïden’, legt Beumer uit. Uiteindelijk hopen de onderzoekers te zien hoe het virus kan worden geremd door in te grijpen op de activiteit van de gevonden genen.
Dit artikel is op vrijdag 1 mei verschenen in biologenvakblad Bionieuws.
Afbeelding boven artikel: Darmorganoïden (blauw en groen), waarvan de rechter is geïnfecteerd met het coronavirus sars-cov-2 (wit). Foto: Joep Beumer, Hubrecht Institute
Meer artikelen in Bionieuws
Tags