Μια ομάδα σχεδόν 200 ερευνητών διαφορετικών πεδίων από 14 κορυφαία ινστιτούτα έξι χωρών εναντίον τριών φονικών κορωνοϊών: του διάσημου τους τελευταίους μήνες πανδημικού SARS-CoV-2 αλλά και του SARS-CoV-1 που προκάλεσε την επιδημία του συνδρόμου SARS (Σοβαρό Οξύ Αναπνευστικό Σύνδρομο) το 2002-2003 και του MERS-CoV που αναστάτωσε την ανθρωπότητα το 2012. Και μια δημοσίευση στην έγκριτη επιθεώρηση «Science», η οποία έφερε στο φως νέους κοινούς μοριακούς και θεραπευτικούς στόχους σε ό,τι αφορά τους τρεις αυτούς ιούς, αλλά και πιθανότατα και άλλους «κορωνο-συγγενείς» τους που αναμένεται να αναδυθούν στο μέλλον απειλώντας μας με νέες πανδημίες – διότι όποιος πιστεύει ότι οι πανδημίες τελειώνουν με αυτήν που βιώνουμε τώρα, πλανάται (ιογενή) πλάνην οικτράν…

Ανάλυση σε βάθος

Η μελέτη που δημοσιεύθηκε στις 15 Οκτωβρίου έδειξε επίσης μέσα από την ανάλυση των ιατρικών φακέλων εκατοντάδων χιλιάδων ασθενών με COVID-19 ότι δεν χρειάζεται απαραιτήτως να… πάμε μακριά για να ανακαλύψουμε πολυπόθητες θεραπείες για τον νέο κορωνοϊό – αρκετές από αυτές μπορεί να βρίσκονται… στην πόρτα μας, αρκεί να έχουμε την κατάλληλη μοριακή γνώση για να τις αναγνωρίσουμε. Υπάρχοντα φάρμακα – τα οποία μάλιστα έχουν σημαντικό πλεονέκτημα, καθώς είναι δοκιμασμένα στον πληθυσμό σχετικά με την ασφάλειά τους – δείχνουν να μπορούν να προσφέρουν φαρμακευτικές λύσεις τις οποίες η ανθρωπότητα έχει ανάγκη εδώ και τώρα! Τα ευρήματα αποδεικνύουν περίτρανα, σύμφωνα με την τεράστια ερευνητική ομάδα στην οποία υπήρχε και ελληνική συμμετοχή, το πώς οι μοριακές πληροφορίες που κατακτώνται στο εργαστήριο μπορούν να μεταφραστούν ταχέως σε γνώση που έχει επίδραση στην κλινική πράξη για την αντιμετώπιση της COVID-19 και άλλων νόσων στο μέλλον.

«Η ευρεία αυτή διεθνής μελέτη φέρνει για πρώτη φορά στο φως κοινά, και κυρίως «τρωτά» σημεία μεταξύ κορωνοϊών, συμπεριλαμβανομένου του πανδημικού ιού SARS-CoV-2» ανέφερε στο ΒΗΜΑ-Science ο δρ Νέβαν Κρόγκαν, διευθυντής του Ινστιτούτου Ποσοτικών Βιοεπιστημών (Quantitative Biosciences Institute, QBI) στη Φαρμακευτική Σχολή του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στο Σαν Φρανσίσκο, κύριος ερευνητής στα Ινστιτούτα Gladstone και ένας εκ των δύο επικεφαλής της μεγάλης αυτής ερευνητικής δουλειάς η οποία «πάντρεψε» ερευνητικά κέντρα και εταιρείες, συμπεριλαμβανομένων του Ευρωπαϊκού Ινστιτούτου Βιοπληροφορικής που ανήκει στο Ευρωπαϊκό Εργαστήριο Μοριακής Βιολογίας (EMBL) και έχει την έδρα του στο Κέιμπριτζ, του Πολιτειακού Πανεπιστημίου της Τζόρτζια, του Ινστιτούτου Παστέρ στο Παρίσι, του Πανεπιστημίου του Φράιμπουργκ, του Πανεπιστημίου του Σέφιλντ, της εταιρείας Aetion, η οποία δημιουργεί λογισμικό για ανάλυση δεδομένων παρατήρησης, αλλά και της εταιρείας γενετικής μηχανικής Synthego.

Η ισχύς λοιπόν εν τη ενώσει και η ένωση αυτή – που απαίτησε και «ένωση» πλήθους επιστημονικών πεδίων, από τη βιοχημεία, τη γενετική, τη βιοπληροφορική και την ιολογία ως την πρωτεωμική και την προηγμένη απεικόνιση – απέδωσε πλούσιους καρπούς: οι ερευνητές «έχτισαν» τη νέα μελέτη επάνω σε προηγούμενη μελέτη τους που δημοσιεύθηκε πριν από μερικούς μήνες στις επιθεωρήσεις «Nature» και «Cell». Οπως εξήγησε στο ΒΗΜΑ-Science ο δρ Πέδρο Μπελτράο, επικεφαλής της ομάδας του Ευρωπαϊκού Ινστιτούτου Βιοπληροφορικής του EMBL που ήταν και η έτερη «κεφαλή» της καινούργιας μεγάλης μελέτης «αρχικώς, στη δημοσίευση που κάναμε στα Nature και Cell, αναζητήσαμε ποια τμήματα των ανθρωπίνων κυττάρων στοχεύει ο νέος κορωνοϊός SARS-CoV-2 προκειμένου να τα χρησιμοποιήσει μέσω των πρωτεϊνών του ώστε να λάβει τον έλεγχό τους. Μια τέτοια γνώση είναι καταλυτικής σημασίας προκειμένου να ανακαλύψουμε φάρμακα τα οποία σταματούν τη διαδικασία «άλωσης» των κυττάρων από τον SARS-CoV-2. Για να αποκτήσουμε αυτή τη γνώση χρησιμοποιήσαμε μια πειραματική μέθοδο που μας επέτρεψε να ανιχνεύσουμε ποιες ανθρώπινες πρωτεΐνες αλληλεπιδρούν με καθεμιά από τις ιικές πρωτεΐνες. Στη νέα μελέτη μας επεκτείναμε αυτή την αναζήτηση ώστε να εντοπίσουμε τις ανθρώπινες πρωτεΐνες που αλληλεπιδρούν με τις πρωτεΐνες και των άλλων δύο συγγενικών του SARS-CoV-2 κορωνοϊών, δηλαδή του SARS-CoV-1 καθώς και του MERS-CoV. Δημιουργήσαμε έτσι έναν χάρτη αλληλεπίδρασης των ανθρώπινων και ιικών πρωτεϊνών – interactome – και για τους τρεις ιούς μέσω του οποίου ήλθαν στο φως κυτταρικές διεργασίες-«κλειδιά» τις οποίες φάνηκε να μοιράζονται μεταξύ τους». Σύμφωνα με τον δρα Μπελτράο, τα κοινά αυτά μονοπάτια δείχνουν και τους στόχους «υψηλής προτεραιότητας» για θεραπευτικές παρεμβάσεις που θα αφορούν τόσο την τρέχουσα όσο και μελλοντικές κορωνο-πανδημίες.

Μοριακά μονοπάτια

Ποια μονοπάτια έφερε λοιπόν στο φως ο ερευνητικός δρόμος που ακολούθησαν οι επιστήμονες της διεθνούς ομάδας; Οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι μια ανθρώπινη πρωτεΐνη που ονομάζεται Tom70 αλληλεπιδρά με μια ιική πρωτεΐνη, την Orf9b, η οποία εντοπίζεται τόσο στον SARS-CoV-2 όσο και στον SARS-CoV-1. Η Τοm70 υπό φυσιολογικές συνθήκες εμπλέκεται στην ενεργοποίηση μιας πρωτεΐνης σήμανσης γνωστής ως MAVS, η οποία είναι ζωτικής σημασίας για την έμφυτη ανοσολογική απόκριση του ανθρώπινου οργανισμού στους ιούς. Η ομάδα έδειξε ότι όταν η Orf9b προσδένεται στην Tom70, αναστέλλει την αλληλεπίδρασή της με μια άλλη πρωτεΐνη, την Hsp90, που με τη σειρά της παίζει καθοριστικό ρόλο στην πρόκληση προστατευτικής αυτοκαταστροφής των κυττάρων όταν αυτά μολύνονται από έναν ιό. Κοινώς μιλάμε για μια αλυσίδα πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων της οποίας κάθε κρίκος συντελεί στο να επιτύχουν οι κορωνοϊοί το καταστροφικό τους μολυσματικό έργο.

Σύμφωνα με τους ερευνητές, η λειτουργική σημασία αυτών των πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων που εντοπίστηκαν στο πλαίσιο της μελέτης απαιτεί τώρα περαιτέρω διερεύνηση, ωστόσο το γεγονός ότι οι αλληλεπιδράσεις εντοπίστηκαν τόσο σε ό,τι αφορούσε τον SARS-CoV-2 όσο και τον SARS-CoV-1, πιθανώς δείχνουν προς έναν καθολικό θεραπευτικό στόχο ενάντια στους κορωνοϊούς.

Ολα τα μεγάλα πρωτοποριακά «όπλα» που χρησιμοποιούνται στα εργαστήρια ανά τον κόσμο για έρευνα αποτέλεσαν «συμμάχους» των επιστημόνων προκειμένου αυτή η μελέτη να πάρει «σάρκα και οστά». Η παρέμβαση RNA (RNAi) αλλά και η… κάτοχος του εφετινού Νομπέλ τεχνική CRISPR εφαρμόστηκαν ώστε να απενεργοποιηθούν οι ανθρώπινες πρωτεΐνες που φάνηκε ότι αλληλεπιδρούν με τις πρωτεΐνες των κορωνοϊών προκειμένου οι ερευνητές να εξετάσουν αν και κατά πόσο η έλλειψη αυτών των πρωτεϊνών μπορεί να επηρεάσει την ικανότητα των κορωνοϊών να μολύνουν τα ανθρώπινα κύτταρα.

Πρωτεϊνικοί στόχοι

Με βάση τα ευρήματα, εντοπίστηκαν 73 πρωτεΐνες οι οποίες φάνηκε να είναι σημαντικές για τον πολλαπλασιασμό των κορωνοϊών εντός των ανθρώπινων κυττάρων και αποτελούν τις κύριες υποψήφιες στη λίστα νέων πιθανών θεραπευτικών στόχων. Ανάμεσά τους περιλαμβάνονται ο υποδοχέας του φλεγμονώδους μορίου ιντερλευκίνης-17 (IL-17) που έχει αποδειχθεί από πολλές άλλες μελέτες ότι αποτελεί βασικό δείκτη σχετικά με τη δριμύτητα της νόσου COVID-19, η συνθετάση της προσταγλανδίνης Ε2 (PGES2) η οποία αλληλεπιδρά με την πρωτεΐνη Νsp7 και στους τρεις κορωνοϊούς που μελετήθηκαν καθώς και ο υποδοχέας σ1 ο οποίος αλληλεπιδρά με την πρωτεΐνη Nsp6 τόσο του SARS-CoV-1 όσο και του SARS-CoV-2.

Μπορεί αυτά να μοιάζουν με βαριά – έως ασήκωτη – επιστήμη για όλους εμάς τους κοινούς θνητούς (και είναι), ωστόσο προσέξτε πώς η βασική έρευνα είναι αναντικατάστατη προκειμένου να ανοίξουν γρήγορα πιθανές θεραπευτικές οδοί ενάντια στον νέο κορωνοϊό (και πιθανότατα και ενάντια στους συγγενείς του), γεγονός που είναι σίγουρα… αναντικατάστατο για τον καθένα μας, αφού κάθε μονάδα του παγκόσμιου πληθυσμού μπορεί ανά πάσα στιγμή να «συναντηθεί» με τον ιό και να κινδυνεύσει εξαιτίας του. Οι ερευνητές, εξοπλισμένοι με τη γνώση που απέκτησαν σχετικά με την πρωτεϊνική αλληλεπίδραση, πραγματοποίησαν αναδρομική ανάλυση των ιατρικών φακέλων περίπου 740.000 ατόμων που είχαν λάβει θετική διάγνωση για τον SARS-CoV-2.

Επαλήθευση ευρημάτων

Ανακάλυψαν ότι από την ομάδα ασθενών που δεν είχαν χρειαστεί νοσηλεία εξαιτίας του νέου κορωνοϊού, όσοι έλαβαν το μη στεροειδές αντιφλεγμονώδες φάρμακο ινδομεθακίνη, το οποίο στοχεύει το PGES-2 (έναν από τους στόχους δηλαδή που έδειξε η μοριακή μελέτη), αντιμετώπιζαν μικρότερο κίνδυνο να χρειαστούν νοσηλεία σε σύγκριση με άτομα θετικά στον SARS-CoV-2 τα οποία έλαβαν σελεκοξίμπη, ένα άλλο μη στεροειδές αντιφλεγμονώδες φάρμακο το οποίο όμως δεν στοχεύει το PGES-2.

Σε ασθενείς πάλι που νοσηλεύθηκαν με COVID-19, η ανάλυση των ιατρικών φακέλων βασίστηκε στη σύγκριση της επίδρασης δύο κατηγοριών αντιψυχωσικών φαρμάκων στην έκβαση της πορείας τους. Για ποιον λόγο οι ερευνητές επικεντρώθηκαν σε αντιψυχωσικά φάρμακα, θα αναρωτηθείτε και θα έχετε δίκιο. Διότι σε πειράματα που διεξήγαγαν σε κυτταρικές καλλιέργειες ανακάλυψαν ότι μια κατηγορία αντιψυχωσικών φαρμάκων που είναι γνωστά ως «τυπικά αντιψυχωσικά» προσδένονται στον υποδοχέα σ1 (αυτόν που είχε προκύψει από την προηγούμενη μοριακή μελέτη) και εμφανίζουν αντι-ιική δράση – την ίδια στιγμή η δεύτερη κατηγορία αντιψυχωσικών, τα αποκαλούμενα «άτυπα» αντιψυχωσικά φάρμακα, δεν προσδένονται στον συγκεκριμένο υποδοχέα και δεν φάνηκε να έχουν αντι-ιική δράση. Με βάση τα συγκεκριμένα πειραματικά ευρήματα, η ανάλυση σχετικά με άτομα που νοσηλεύθηκαν με COVID-19 έδειξε ότι 50% λιγότεροι ασθενείς που έλαβαν για πρώτη φορά «τυπικά» αντιψυχωσικά φάρμακα (στο πλαίσιο βέβαια αντιμετώπισης ψυχικής νόσου από την οποία παράλληλα έπασχαν και όχι για την COVID-19) χρειάστηκαν τελικώς μηχανική υποστήριξη της αναπνοής σε σύγκριση με όσους έλαβαν «άτυπα» αντιψυχωσικά φάρμακα.

Οπως βέβαια υπογράμμισε ο δρ Μπελτράο, τα «τυπικά» αντιψυχωσικά συνδέονται με σημαντικές παρενέργειες, οπότε δεν θα ήταν συνετή η διερεύνηση της χρήσης τους για την COVID-19. «Ωστόσο υπάρχουν και άλλα πιο αβλαβή φάρμακα που στοχεύουν τον υποδοχέα σ1, ενώ αρκετά ακόμη με την ίδια δράση βρίσκονται σε διαδικασία ανάπτυξης» συμπλήρωσε ο ερευνητής.

Η δύναμη της γνώσης

Σχολιάζοντας αυτά τα ευρήματα ο δρ Κρόγκαν τόνισε ότι «είναι σημαντικό να αναφερθεί πως οι μελέτες σχετικά με την επίδραση φαρμάκων που αναλύσαμε με βάση τη νέα μοριακή γνώση που αποκτήσαμε ήταν μικρού εύρους και μη παρεμβατικές. Αποτελούν όμως ισχυρά παραδείγματα σχετικά με το πώς οι νέες μοριακές πληροφορίες που κατακτούμε μπορούν να «γεννήσουν» γρήγορα κλινικές υποθέσεις και να βοηθήσουν στο να επιλεγούν υποψήφια φάρμακα για κλινικές δοκιμές. Είναι απαραίτητο βέβαια να προηγηθεί προσεκτική ανάλυση των οφελών και των πιθανών κινδύνων της εκάστοτε υποψήφιας θεραπείας προτού προχωρήσουμε σε κλινικές δοκιμές ή θεραπευτικές παρεμβάσεις».

Στη δύναμη της βιολογικής και μοριακής γνώσης που «ξεπηδά» από το εργαστήριο στάθηκε και ο δρ Μπελτράο. «Οι αναλύσεις αυτές αποδεικνύουν πώς οι βιολογικές και μοριακές πληροφορίες μπορούν να έχουν επίδραση στον πραγματικό κόσμο σε ό,τι αφορά τη θεραπεία της COVID-19 και άλλων ιογενών νόσων. Μετά από έναν αιώνα συνύπαρξής μας με σχετικώς «αθώους» κορωνοϊούς, τα τελευταία 20 χρόνια έχουμε έρθει αντιμέτωποι με τρεις κορωνοϊούς που ήταν φονικοί. Διερευνώντας εξονυχιστικά τόσο τον ανθρώπινο οργανισμό όσο και τους ιούς αυτούς έχουμε πλέον τη δυνατότητα να εντοπίσουμε πιθανές καθολικές θεραπείες οι οποίες ίσως αποδειχθούν αποτελεσματικές ενάντια στην τρέχουσα πανδημία αλλά και σε μελλοντικές «επιθέσεις» από κορωνοϊούς».

Επένδυση για το μέλλον

Ο ερευνητής πρόσθεσε ότι οι τρεις κορωνοϊοί που εξετάστηκαν στη νέα μελέτη και οι οποίοι έχουν αποτελέσει τους κύριους κορωνο-εχθρούς της ανθρωπότητας τις τελευταίες δεκαετίες ανήκουν στην υπο-ομάδα των β-κορωνοϊών. «Είναι πιθανό να αναδυθούν και άλλοι β-κορωνοϊοί στο μέλλον ως επικίνδυνα παθογόνα για τον άνθρωπο. Αν αυτοί οι μελλοντικοί επικίνδυνοι κορωνοϊοί είναι στενοί συγγενείς κάποιου από τους τρεις ιούς που μελετήσαμε, είναι πολύ πιθανό οι πρωτεΐνες-στόχοι που ανακαλύψαμε τώρα να αφορούν και τις μελλοντικές απειλές». Ετσι, χάρη σε τέτοιου είδους έρευνες, θα μπορούν να υπάρχουν προτεινόμενες θεραπείες για τους μελλοντικούς εν δυνάμει ιογενείς δολοφόνους του πληθυσμού άμα τη εμφανίσει τους.

Τα επόμενα βήματα για την ερευνητική ομάδα, διά στόματος του δρος Μπελτράο, είναι το να εμβαθύνει ακόμη περισσότερο στο πώς ο νέος κορωνοϊός κατακτά τον έλεγχο των ανθρώπινων κυττάρων που στοχεύει – «αρκετοί επιστήμονες από την ομάδα θα συνεχίσουν την έρευνα προς αυτή την κατεύθυνση στο μέλλον». Παράλληλα ιδιαίτερο βάρος θα δοθεί και σε ό,τι αφορά την ανάλυση των ευρημάτων που προέκυψαν από τους ιατρικούς φακέλους ασθενών. «Θα προσπαθήσουμε να κάνουμε αναπαραγωγή των αποτελεσμάτων σχετικά με τα φάρμακα σε μια ανεξάρτητη ομάδα ασθενών» κατέληξε ο ερευνητής. Διότι πράγματι το τελικό ζητούμενο είναι αυτό: να βρεθούν θεραπείες όσο το δυνατόν ταχύτερα για τους ασθενείς με COVID-19 που τις χρειάζονται και οι οποίοι δυστυχώς πληθαίνουν παγκοσμίως. Μελέτες σαν και αυτή για την οποία διαβάσατε σήμερα τρέχουν στη… λωρίδα ταχείας κυκλοφορίας ώστε να φθάσουμε μια ώρα αρχύτερα στον τελικό προορισμό που θα σηματοδοτήσει τη νίκη μας ενάντια στον ιό.

Η υπόσχεση που δίνουν τα υπάρχοντα φάρμακα

Τη στιγμή που η επιστημονική κοινότητα δίνει έναν αγώνα χωρίς προηγούμενο προκειμένου να αναπτύξει νέες θεραπείες ενάντια στην COVID-19, η χρήση ήδη εγκεκριμένων φαρμάκων που έχουν αναπτυχθεί αρχικώς για άλλες ενδείξεις φαίνεται ως ένα άκρως υποσχόμενο «φως στο τούνελ». Πρόκειται για το αποκαλούμενο repurposing of drugs το οποίο έχει ήδη δείξει τη δυναμική του στην πανδημία – το φάρμακο ρεμδεσιβίρη που χρησιμοποιείται ευρέως αυτή τη στιγμή σε νοσηλευόμενους ασθενείς με COVID-19 αποτελεί ένα χαρακτηριστικότατο παράδειγμα καθώς πρόκειται για μια θεραπεία που είχε αρχικώς αναπτυχθεί για την αντιμετώπιση του Εμπολα. Ωστόσο με δεδομένο ότι δεν έχει βρεθεί ακόμη το «Αγιο (φαρμακευτικό) δισκοπότηρο» ενάντια στον νέο κορωνοϊό, το repurposing of drugs δίνει σημαντικές ελπίδες, όπως δείχνει και η νέα μελέτη του «Science». Οπως επεσήμανε ο δρ Μπελτράο, «η συγκεκριμένη στρατηγική η οποία εκμεταλλεύεται τα υπάρχοντα δεδομένα σχετικά με τη φαρμακοκινητική και την τοξικότητα στον άνθρωπο υπαρχόντων φαρμάκων μπορεί να οδηγήσει σε επιτάχυνση των κλινικών δοκιμών και των εγκρίσεων, γεγονός άκρως σημαντικό σε συνθήκες πανδημίας που απαιτούν άμεσες θεραπευτικές λύσεις».

Η ελληνική συμμετοχή στη μεγάλη μελέτη

Μεταξύ των ονομάτων που υπογράφουν τη νέα, μεγάλη, σημαντική μελέτη φιγουράρει και αυτό μιας Ελληνίδας. Πρόκειται για τη διδακτορική φοιτήτρια στην ομάδα του δρος Μπελτράο στο Ευρωπαϊκό Ινστιτούτο Βιοπληροφορικής του EMBL στο Κέιμπριτζ κυρία Ειρήνη Πετσαλάκη. Η κυρία Πετσαλάκη μίλησε στο ΒΗΜΑ-Science για τη δική της συμβολή στη δημοσίευση που, όπως επανειλημμένως τόνισε, ήταν μόνο ένα από τα πολλά λιθαράκια που συνέθεσαν το πολύπλοκο αυτό ερευνητικό «οικοδόμημα». «Μέρος της δημοσίευσης αποτέλεσε ο πειραματικός προσδιορισμός των περιοχών του ανθρωπίνου κυττάρου όπου μπορούν να εντοπιστούν πρωτεΐνες οι οποίες προέρχονται από τα τρία διαφορετικά είδη κορωνοϊών που μελετήσαμε, συγκεκριμένα τους SARS-CoV-2 (που προκαλεί την COVID-19), SARS-CoV-1 και MERS-CoV. Η τοποθέτηση της κάθε πρωτεΐνης στο κύτταρο έχει σημαντική επίπτωση στη λειτουργία της, οπότε είναι σημαντικό να γνωρίζουμε αν αυτή αλλάζει μεταξύ των διαφορετικών ειδών κορωνοϊών. Τελικώς αποδείξαμε ότι η τοποθέτηση παρόμοιων πρωτεϊνών σε μεγάλο βαθμό δεν αλλάζει μεταξύ των τριών κορωνοϊών. Η δική μου συμβολή αφορούσε την ενίσχυση της εμπιστοσύνης μας σε αυτά τα αποτελέσματα: στο συγκεκριμένο πλαίσιο έκανα μία θεωρητική πρόβλεψη της τοποθέτησης κάθε πρωτεΐνης χρησιμοποιώντας δύο διαφορετικές μεθόδους της Βιοπληροφορικής».