Unii pacienți pot avea un rezultat pozitiv la testul pentru COVID-19, mult timp după vindecare. Explicația oamenilor de știință

Mostră de sânge pentru testarea COVID-19. Sursa foto: Profimedia
  • Unii pacienți continuă să fie testați pozitiv după recuperarea de la COVID-19. 
  • Secvențele genetice ale virusului ARN SARS-CoV-2 se pot integra în genomul celulei gazdă printr-un proces numit transcripție invers.
  • SARS-CoV-2 nu este singurul virus care se integrează în genomul uman.

În primele luni ale pandemiei COVID-19, medicii care au analizat rezultatele testelor au început să observe ceva ciudat: pacienții care se vindecasera deja de COVID-19 au uneori rezultate pozitive inexplicabile la testul PCR săptămâni sau chiar luni mai târziu. 

Deși oamenii se pot contamina cu COVID-19 pentru a doua oară acest lucru nu pare să fie cazul acestor pacienți; niciun virus viu nu a fost izolat din probele lor, iar unele studii au găsit aceste rezultate fals pozitive chiar și în timp ce participanții erau în carantină. De asemenea, ARN-urile au, în general, o durată scurtă de viață – majoritatea rămân doar câteva minute – așa că este puțin probabil ca testele pozitive să fie rezultatul ARN-urilor reziduale.

Acum, o nouă lucrare a laboratorului membru al Institutului Whitehead și profesorului de biologie al MIT Rudolf Jaenisch poate oferi un răspuns la motivul pentru care unii pacienți continuă să testeze pozitiv după recuperarea de la COVID-19. 

În lucrare, publicată online pe 6 mai în Proceedings of the National Academy of Sciences, Jaenisch și colaboratorii arată că secvențele genetice ale virusului ARN SARS-CoV-2 se pot integra în genomul celulei gazdă printr-un proces numit transcripție inversă. Aceste secțiuni ale genomului pot fi apoi „citite” în ARN-uri, care ar putea fi preluate de un test PCR

SARS-CoV-2 nu este singurul virus care se integrează în genomul uman. Aproximativ opt la sută din ADN-ul nostru este format din rămășițele virușilor vechi. Unii viruși, numiți retrovirusuri, se bazează pe integrarea în ADN-ul uman pentru a se replica. „SARS-CoV-2 nu este un retrovirus, ceea ce înseamnă că nu are nevoie de transcriere inversă pentru replicarea sa”, spune Liguo Zhang co-autor al studiului. Cu toate acestea, secvențe de virus ARN non-retrovirale au fost detectate în genomul multor specii de vertebrate, inclusiv la oameni.

Având în vedere acest lucru, Zhang și Jaenisch au început să proiecteze experimente pentru a testa dacă această integrare virală s-ar putea întâmpla cu noul coronavirus. Cercetătorii au infectat celule umane cu coronavirus în laborator și apoi au secvențiat ADN-ul din celulele infectate două zile mai târziu pentru a vedea dacă acesta conține urme de material genetic al virusului. 

Pentru a se asigura că rezultatele lor ar putea fi confirmate cu o metodologie diferită, au folosit trei tehnici diferite de secvențiere a ADN-ului. În toate probele, au găsit fragmente de material genetic viral (deși cercetătorii subliniază că niciunul dintre fragmentele inserate nu a fost suficient pentru a recrea un virus viu).

Zhang, Jaenisch și colegii au examinat apoi ADN-ul din apropierea micilor secvențe virale pentru a găsi indicii despre mecanismul prin care au ajuns acolo. În aceste secvențe înconjurătoare, cercetătorii au găsit semnul distinctiv al unei caracteristici genetice numită retrotransposon. 

Uneori numite „gene săritoare”, transpozonii sunt secțiuni ale ADN-ului care se pot deplasa dintr-o regiune a genomului în alta. Acestea sunt adesea activate pentru a „sări” în condiții de stres ridicat sau în timpul cancerului sau al îmbătrânirii și sunt agenți puternici ai schimbării genetice. 

Un transposon comun în genomul uman se numește retrotransposonul LINE1, care este alcătuit dintr-o combinație puternică de mașini de tăiat ADN și transcriptază inversă, o enzimă care creează molecule de ADN dintr-un șablon de ARN (cum ar fi ARN-ul SARS-CoV-2 ). 

„Există o amprentă foarte clară pentru integrarea LINE1”, spune Jaenisch. „La joncțiunea secvenței virale cu ADN-ul celular, se face o dublare de 20 de perechi de baze.” 

Pe lângă duplicare, o altă caracteristică ca dovadă a integrării mediate de LINE1 este o secvență de recunoaștere a endonucleazei LINE1. Cercetătorii au identificat aceste caracteristici în aproape 70 la sută din ADN-urile care conțineau secvențe virale, dar nu în toate, sugerând că ARN-ul viral se poate integra în ADN-ul celular prin mecanisme multiple. 

„Fracțiunea de celule care se integrează ar putea fi foarte mică”, spune Jaenisch. „Chiar dacă este rar, există peste 140 de milioane de oameni care au fost deja infectați, nu?”

Pentru a examina integrarea virală în afara laboratorului, cercetătorii au analizat seturi de date publicate de transcripții ARN din diferite tipuri de probe, inclusiv probe de pacienți COVID-19. Cu aceste seturi de date, Zhang și Jaenisch au reușit să calculeze fracția de gene care au fost transcrise în celulele acestor pacienți care conținea secvențe virale care ar putea fi derivate din copii virale integrate. Procentul a variat de la eșantion la eșantion, dar pentru unii, o fracțiune relativ mare a transcrierilor virale pare să fi fost transcrisă din materialul genetic viral integrat în genom. 

O versiune anterioară a lucrării cu această constatare a fost publicată online pe serverul de preimprimare bioRxiv. Cu toate acestea, cercetări recente au arătat că cel puțin unele dintre citirile virale-celulare ar putea fi produsul unor artefacte înșelătoare ale metodei de secvențiere a ARN-ului. În lucrarea de față, cercetătorii au reușit să elimine aceste artefacte care ar fi putut ascunde rezultatele. 

În loc să numească pur și simplu transcrierile care conțin material viral, cercetătorii au analizat în ce direcție au fost citite transcrierile. Dacă citirile virale ar fi rezultatul virusurilor vii sau ale ARN-urilor virale existente în celulă, cercetătorii s-ar aștepta ca majoritatea transcrierilor virale să fi fost citite în orientarea corectă pentru secvențele în cauză; în celulele infectate în cultură, peste 99 la sută se află în orientarea corectă. Dacă transcrierile ar fi produsul integrării virale aleatorii în genom, totuși, ar exista o divizare de aproape 50-50 – jumătate din transcrieri ar fi fost citite înainte, cealaltă jumătate înapoi, în raport cu genele gazdă. „Asta am văzut în unele probe de pacienți”, spune Zhang. Aceasta sugerează că o mare parte din ARN-ul viral din unele probe ar putea fi transcris din secvențe integrate. 

Deoarece setul de date pe care l-au folosit a fost destul de mic, Jaenisch subliniază că sunt necesare mai multe informații pentru a stabili exact cât de comun este acest fenomen în viața reală și ce ar putea însemna pentru sănătatea umană. 

Este posibil ca doar foarte puține celule umane să experimenteze orice fel de integrare virală. În cazul unui alt virus ARN care se integrează în genomul celulei gazdă, doar o fracțiune dintr-un procent din celulele infectate (între .001 și .01) conținea ADN viral integrat. Pentru SARS-CoV-2, frecvența integrării la om este încă necunoscută. „Fracțiunea de celule care se integrează ar putea fi foarte mică”, spune Jaenisch. „Chiar dacă este rar, există peste 140 de milioane de oameni care au fost deja infectați, nu?”

În viitor, Jaenisch și Zhang intenționează să investigheze dacă fragmentele de material genetic SARS-CoV-2 ar putea fi transformate în proteine. „Dacă fac acest lucru și declanșează răspunsuri imune, acesta poate oferi protecție continuă împotriva virusului”, spune Zhang.

De asemenea, ei speră să investigheze dacă aceste secțiuni integrate ale ADN-ului ar putea fi parțial de vină pentru unele dintre consecințele autoimune pe termen lung pe care le experimentează unii pacienți cu COVID-19. „În acest moment, nu putem decât sa facem speculatii”, spune Jaenisch. „Dar un lucru pe care credem că îl putem explica este de ce unii pacienți sunt PCR pe termen lung pozitivi.”