Враховуючи вплив мікробіому та дієти на інфекцію SARS-CoV-2: ролі нанотехнологій

Курош Калантар-Заде

† Школа хімічної інженерії, Університет Нового Південного Уельсу, Кенсінгтон, Новий Південний Уельс 2052, Австралія

Стефані А. Уорд

‡ Департамент геріатричної медицини, лікарня “Price of Wales”, Рандвік, Новий Південний Уельс 2031, Австралія

§ Центр здорового старіння мозку, Університет Нового Південного Уельсу, Кенсінгтон, Новий Південний Уельс 2052, Австралія

Кам’яр Калантар-Заде

Center Центр досліджень та епідеміології хвороб нирок Гарольда Сіммонса, Відділ нефрології та гіпертонії, Каліфорнійський медичний центр, Ірвін, 101 The City Drive, City Tower, Suite 400, Orange, Каліфорнія 92868, США

Section Нефрологічний відділ, Медичний центр ветеранів у справах ветеранів Тібора Рубіна, 5901 E Seventh Street, Лонг-Біч, Каліфорнія 90822, США

Емад М. Ель-Омар

# Дослідницький центр мікробіомів, клінічна школа Сент-Джордж і Сазерленд, Університет Нового Південного Уельсу, Сідней, Новий Південний Уельс 2052, Австралія

Анотація

На сьогоднішній день вплив дієтичного режиму та коменсального мікробіому на сприйнятливість та тяжкість зараження вірусом важкого гострого респіраторного синдрому коронавірусу 2 (SARS-CoV-2) на сьогоднішній день ігнорується. У цій перспективі ми представляємо обгрунтування нагальної потреби дослідити цей можливий вплив та терапевтичні варіанти COVID-19 на основі модифікацій дієти та мікробіомів. Висвітлено пом'якшувальну роль нанотехнологій щодо впливу вірусу SARS-CoV-2.

Тяжкий гострий респіраторний синдром коронавірус 2 (SARS-CoV-2) - це новий коронавірус, який спричиняє коронавірусну хворобу 2019 (COVID-19). З моменту свого першого виявлення в грудні 2019 року це вразило мільйони людей у всьому світі, рівень смертності набагато перевищував звичайний грип. Хоча існує нагальна потреба у ефективному лікуванні на основі противірусних препаратів та вакцин, необхідно вивчити будь-які інші ефективні стратегії втручання, які можуть знизити рівень смертності та захворюваності на це захворювання.

Можливо, можливо буде шукати в кишечнику рішення або пом’якшення інфекції ГРВІ-CoV-2. Екосистема кишечника та коменсальна мікробіота можуть як регулювати, так і регулюватись шляхом вторгнення вірусів, сприяючи стимулюючим або супресивним ефектам. 1 Отже, цілком можливо розглянути, чи може взаємодія кишечника та ГРВІ-CoV-2 відігравати значну роль в інтенсивності інфекції та її клінічних результатах.

Цілісність мікробіома кишечника (колективних геномів різноманітної мікробіоти, що мешкає в шлунково-кишкових шляхах людини) могла бути порушена ГРВІ-CoV-2, що спричиняє дисбіоз кишечника у господаря (рис. інфекційні захворювання. Існують ознаки, які можуть пов’язувати функціональність кишечника та реакції мікробіомів на SARS-CoV-2. Наприклад, інкубаційний період ГРВІ-CoV-2, як правило, становить 5–6 днів, тоді як середній інкубаційний період грипу становить 2 дні, 2, а діарея може бути характерною ознакою для пацієнтів з ГРВІ-CoV-2. 3 Нові дослідження показують, що ГРВІ-CoV-2 може поширюватися фекально-оральним шляхом. 4 Найвищий рівень смертності та захворюваності на ГРВІ-CoV-2 спостерігається у людей похилого віку та осіб із основними проблемами зі здоров’ям, пов’язаними із запаленням та іншими розладами, такими як діабет. 5 Цікаво, що ці когорти, як правило, мають менш різноманітні мікробіоми кишечника. 6

Гомеостаз та можливі механізми дисбактеріозу вірусом SAR-CoV-2.

Постійно демонструються зв’язки між мікробіомом кишечника та віковим зниженням здоров’я. 7 Старіння пов’язане зі значними зрушеннями у різноманітті мікробіомів та прозапальних станах. Літній мікробіом, як правило, демонструє зсув від Firmicutes, який домінує у молодих дорослих, до таких родів, як Алістіпес та Парабактероїди. 8 Сильна міндивидуальна мінливість характеризується у літнього мікробіома кишечника, коливання включають Faecalibacterium та Ruminococcus, а також деякі скупчення Clostridium, особливо IV та XIVa. Це може частково пояснити різний вплив вірусних інфекцій на людей похилого віку.

Існують також специфічні тенденції у змінах мікробіомів, які спостерігаються у хворих на астму та діабет. Цікаво, що астма, як видається, недостатньо представлена серед супутніх захворювань для критично хворих пацієнтів, інфікованих ГРВІ-CoV-2. 9 При важкій формі астми контроль астми та нейтрофілія мокротиння пов’язані з типом протеобактерій, що стосується таких патогенів, як ешерихія, сальмонела, вібріон та хелікобактер. 10 Крім того, при хронічній обструктивній хворобі дихальних шляхів знижується тип Bacteroidetes (наприклад, Prevotella). 10 Навпаки, кількість H2-продукуючих Prevotellaceae (наприклад, Prevotella) була значно збагачена у людей із ожирінням, схильних до діабету II типу. Крім того, було показано, що велика кількість біфідобактерій (які можуть утворювати бутират) у хворих на цукровий діабет II типу покращує толерантність до глюкози. Щодо цього питання, слід приділити увагу цікавим, але обмеженим, повідомленням про чисельність препарату Превотелла у послідовності наборів даних пацієнтів із COVID-19. 13−15

Важливим кроком для розуміння впливу кишечника на ГРВІ-CoV-2 є визначення основних видів мікробіомів кишечника, що взаємодіють з цим вірусом. У зв'язку з цим можливість ускладнення ГРВІ-CoV-2 з одним або багатьма з 1500 видів мікробіоти в кишечнику ускладнює справу. Таким чином, без будь-яких випробувань на людях неможливо посилатися на будь-який конкретний вид, який впливає на патогенез ГРВІ-CoV-2. Однак можна розглянути гіпотезу про взаємодію кишечника SARS-CoV-2 на основі минулих доказів. Багато різних прямих або непрямих шляхів мікробіому можуть сприяти взаємодії SARS-CoV-2-кишечника. Враховуючи запалення легенів, яке спостерігається у пацієнтів з ГРВІ-CoV-2 на другому тижні зараження, можна взяти до уваги як прямі, так і непрямі шляхи. Безпосереднє придушення або стимулювання вірусної інфекції мікробіомом може відбуватися за допомогою різних механізмів, таких як генетична рекомбінація, зміна стабільності віріонів, стимулювання проліферації клітин, імітація прив’язаності до пермісивних клітин та сприяння придушенню вірусної реплікації; сприяння вірусному зараженню може відбуватися шляхом індукування імунорегуляторних систем та порушення локальних імунних реакцій. 1

Незважаючи на те, що повідомлення про пряме та непряме вірусне просування бактерій для вірусів грипу рідкісні, прикладів спостережуваного придушення багато. Види лактобактерій, як результат бродіння вуглеводів, можуть виробляти молочну кислоту, а подальші зміни рН інактивують різні віруси. 1 Цілісність епітеліальних клітин у кишечнику важлива, оскільки вони виробляють противірусні сполуки, ворожі вірусам. Функціональність клітин епітеліального відділу товстої кишки значною мірою залежить від наявності в просвіті бутирату як джерела енергії, а основні бактерії, що продукують бутират, у кишечнику належать до типу Firmicutes.

На сьогоднішній день не повідомлялося про жодне дослідження з ідентифікації видів мікробіоти, які взаємодіють з ГРВІ-CoV-2. Беручи до уваги представлену дискусію, дієтичні та дієтичні стратегії, спрямовані на відновлення добре відомої корисної мікробіоти, яка, можливо, може придушити вірусну інфекцію у людей похилого віку та тих, хто має основні проблеми зі здоров’ям, можуть стати ефективною стратегією пом’якшення шкідливого впливу цього вірусу.

Важливо відзначити, що препарат Prevotella досить часто спостерігався в клінічних зразках хворих на ГРВІ-CoV-2, 11-13, і тлумачення його ролі є складним та незрозумілим. Досі невідомо, чи стає Prevoltella рясною внаслідок вірусної модуляції, чи, навпаки, модулює SARS-CoV-2. Незрозуміло, чи ця кількість Превотелли зумовлена давніми режимами харчування чи походить від модуляції мікробіому після вторгнення вірусу. Залежно від того, чи слід посилити або придушити присутність Превотелли, можна вибрати відповідну терапевтичну дію. Минулі дослідження показують, що дієти з високим вмістом жиру збільшують кількість Превотелли, тоді як дієти на рослинній основі та ферментована їжа призводять до зворотного. 18

Бачення майбутніх дослідницьких підходів

Взаємозв'язок між дієтичним та мікробіомним ефектом та сприйнятливістю до інфекції та тяжкістю захворювання слід досліджувати за допомогою різних методологій. Всеохоплююча стратегія повинна включати великі, адекватні міжнародним дослідженням, які набирають пацієнтів із COVID-19 та контрольні групи для збору клінічних даних, детальних оцінок дієти, генетики хазяїна, імунного фенотипування та багатомісних маркерів мікробіомів. Міжнародний підхід дозволить включити населення з різних регіонів з різним походженням, різними режимами харчування та екологічним впливом. Цей комплексний та спільний підхід є важливим для розкриття факторів, що визначають клінічні наслідки цієї інфекції, та для розробки цілеспрямованих терапевтичних та профілактичних заходів. Помірні ефекти високоміцної клітковини (особливо при виборі їжі з високим вмістом клітковини), свіжозброжених та різноманітних продуктів харчування також слід розглядати як профілактичні та пом'якшувальні заходи.

Нанотехнологічні дії

Примітки

Автори заявляють про відсутність конкуруючих фінансових інтересів.