Was bedeutet das Überleben der Stärksten bei der Coronavirus-Pandemie?

Was bedeutet das Überleben der Stärksten bei der Coronavirus-Pandemie? Was würde Darwin als die beste Anpassung zum Schutz vor dem Coronavirus betrachten? rolbos

Charles Darwin hat das Konzept des Überlebens der Stärkeren als einen Mechanismus populär gemacht, der der natürlichen Selektion zugrunde liegt, die die Evolution des Lebens antreibt. Organismen mit besser für die Umwelt geeigneten Genen werden zum Überleben ausgewählt und an die nächste Generation weitergegeben.

Wenn also eine neue Infektion ausbricht, die die Welt noch nie zuvor gesehen hat, beginnt der Prozess der natürlichen Selektion von vorne.

Wer ist im Zusammenhang mit der Coronavirus-Pandemie der „Stärkste“?

Dies ist eine herausfordernde Frage. Aber als Immunologie Forscher An der Universität von South Carolina können wir eines klar sagen: Ohne wirksame Behandlungsmöglichkeiten hängt das Überleben gegen die Coronavirus-Infektion vollständig von der Immunantwort des Patienten ab.

Wir haben daran gearbeitet, wie die Immunantwort ist ist ein zweischneidiges Schwert - einerseits hilft es dem Wirt, Infektionen zu bekämpfen, andererseits verursacht es erheblichen Schaden in Form von Autoimmunerkrankungen.

Was bedeutet das Überleben der Stärksten bei der Coronavirus-Pandemie? Darwin erkannte, dass Finken mit Schnäbeln, die an die spezifischen Nahrungsquellen auf einer Insel angepasst waren, eher überlebten und ihre Gene an die nächste Generation weitergaben. Vögel mit den richtigen Schnäbeln wurden als die Stärksten definiert. Photos.com

Die zwei Phasen der Immunantwort

Die Immunantwort ist wie ein Auto. Um ein Ziel sicher zu erreichen, benötigen Sie sowohl ein Gaspedal (Phase 1) als auch eine Bremse (Phase 2), die gut funktionieren. Ein Ausfall in beiden Fällen kann erhebliche Konsequenzen haben.

Eine wirksame Immunantwort gegen einen Infektionserreger beruht auf dem empfindlichen Gleichgewicht zweier Aktionsphasen. Wenn ein Infektionserreger angreift, beginnt der Körper mit Phase 1, die die Entzündung fördert - ein Zustand, in dem sich verschiedene Immunzellen an der Infektionsstelle sammeln, um den Erreger zu zerstören.

Darauf folgt Phase 2, in der Immunzellen, sogenannte regulatorische T-Zellen, Entzündungen unterdrücken, so dass das infizierte Gewebe vollständig heilen kann. Ein Mangel in der ersten Phase kann ein unkontrolliertes Wachstum des Infektionserregers wie eines Virus oder eines Bakteriums ermöglichen. Ein Defekt in der zweiten Phase kann massive Entzündungen, Gewebeschäden und den Tod auslösen.

Das Coronavirus infiziert Zellen, indem es an einen Rezeptor bindet, der als Angiotensin-Converting-Enzym 2 bezeichnet wird (ACE2), das in vielen Geweben des Körpers vorhanden ist, einschließlich der Atemwege und des Herz-Kreislauf-Systems. Diese Infektion löst eine Phase-1-Immunantwort aus, bei der die Antikörper produzierenden B-Zellen neutralisierende Antikörper auspumpen, die an das Virus binden und dessen Bindung an ACE2 verhindern können. Dies verhindert, dass das Virus mehr Zellen infiziert.

Während der Phase 1 produzieren auch die Immunzellen Zytokine, eine Gruppe von Proteinen, die andere Immunzellen rekrutieren und Infektionen bekämpfen. Mit dabei sind auch Killer-T-Zellen, die die virusinfizierten Zellen zerstören und die Replikation des Virus verhindern.

Wenn das Immunsystem geschwächt ist und in Phase 1 schlecht funktioniert, kann sich das Virus schnell replizieren. Zu den Menschen mit geschwächtem Immunsystem zählen ältere Menschen, Empfänger von Organtransplantationen, Patienten mit Autoimmunerkrankungen, Krebspatienten, die sich einer Chemotherapie unterziehen, und Personen, die mit Immunschwächekrankheiten geboren wurden. Viele dieser Personen produzieren möglicherweise nicht genügend Antikörper oder Killer-T-Zellen, um dem Virus entgegenzuwirken, wodurch sich das Virus unkontrolliert vermehren und eine schwere Infektion verursachen kann.

Was bedeutet das Überleben der Stärksten bei der Coronavirus-Pandemie? Molekülmodell eines Coronavirus-Spike (S) -Proteins (rot), das an einen Angiotensin-Converting-Enzym-2 (ACE2) -Rezeptor (blau) auf einer menschlichen Zelle gebunden ist. Sobald sich das Virus in der Zelle befindet, verwendet es die Maschinerie der Zellen, um mehr Kopien von sich selbst zu erstellen. JUAN GAERTNER / SCIENCE PHOTO LIBRARY

Lungenverletzung durch Entzündung

Eine erhöhte Replikation von SARS-CoV-2 löst zusätzliche Komplikationen in der Lunge und anderen Organen aus.

Normalerweise gibt es eine Vielzahl von schädlichen und gutartigen Mikroorganismen, die in Harmonie in der Lunge leben. Während sich das Coronavirus ausbreitet, ist es jedoch wahrscheinlich, dass die Infektion und die daraus resultierende Entzündung dieses Gleichgewicht stören und schädliche Bakterien in der Lunge dominieren lassen. Dies führt zur Entwicklung einer Lungenentzündung, bei der sich die Luftsäcke der Lunge, Alveolen genannt, mit Flüssigkeit oder Eiter füllen, was das Atmen erschwert.

Was bedeutet das Überleben der Stärksten bei der Coronavirus-Pandemie? Wenn die Alveolen, der Ort, an dem Sauerstoff absorbiert und Kohlendioxid ausgestoßen wird, mit Flüssigkeit gefüllt sind, ist weniger Platz zum Absorbieren von Sauerstoff vorhanden. ttsz / Getty Images

Dies löst eine zusätzliche Entzündung in der Lunge aus, die zum akuten Atemnotsyndrom (ARDS) führt bei einem Drittel der COVID-19-Patienten gesehen. Das Immunsystem, das nicht in der Lage ist, Virusinfektionen und andere neu auftretende Krankheitserreger in der Lunge zu kontrollieren, reagiert noch stärker auf Entzündungen, indem es mehr Zytokine freisetzt, was als „Zytokinsturm“ bezeichnet wird.

In diesem Stadium ist es auch wahrscheinlich, dass die Phase-2-Immunantwort zur Unterdrückung von Entzündungen versagt und den Zytokinsturm nicht kontrollieren kann. Solche Zytokinstürme können ein freundliches Feuer auslösen - zerstörerische, ätzende Chemikalien, die infizierte Zellen zerstören sollen, die von den Immunzellen des Körpers freigesetzt werden und zu schweren Schäden an der Lunge und anderen Organen führen können.

Da ACE2 im gesamten Körper vorhanden ist, können die Killer-T-Zellen aus Phase 1 virusinfizierte Zellen über mehrere Organe hinweg zerstören, was zu einer umfassenderen Zerstörung führt. So können Patienten, die übermäßige Zytokine und T-Zellen produzieren, nicht nur an Verletzungen der Lunge, sondern auch anderer Organe wie Herz und Nieren sterben.

Der Balanceakt des Immunsystems

Das obige Szenario wirft mehrere Fragen zur Prävention und Behandlung von COVID-19 auf. Weil der Die Mehrheit der Menschen erholt sich von einer Coronavirus-InfektionEs ist wahrscheinlich, dass ein Impfstoff, der neutralisierende Antikörper und T-Zellen auslöst, um zu verhindern, dass das Virus in die Zellen gelangt und sich repliziert, erfolgreich ist. Der Schlüssel zu einem wirksamen Impfstoff ist, dass er keine übermäßige Entzündung auslöst.

Darüber hinaus besteht bei Patienten, die zu einer schwereren Form wie ARDS und einem oft tödlichen Zytokinsturm übergehen, ein dringender Bedarf an neuartigen Erkrankungen entzündungshemmende Medikamente. Diese Medikamente können den Zytokinsturm weitgehend unterdrücken, ohne die Immunantwort übermäßig zu unterdrücken, wodurch die Patienten das Coronavirus entfernen können, ohne die Lunge und andere Gewebe zu schädigen.

Möglicherweise gibt es nur ein enges Zeitfenster, in dem diese Immunsuppressiva wirksam eingesetzt werden können. Solche Mittel sollten nicht in einem frühen Stadium der Infektion eingesetzt werden, wenn der Patient das Immunsystem benötigt, um die Infektion zu bekämpfen. Sie können jedoch nicht zu lange nach der ARDS-Entwicklung verzögert werden, wenn die massive Entzündung unkontrollierbar ist. Dieses Fenster der entzündungshemmenden Behandlung kann durch Überwachung der Antikörper- und Zytokinspiegel bei Patienten bestimmt werden.

Mit COVID-19 sind Personen, die eine normale Immunantwort der Phasen 1 und 2 aufweisen, die „Stärksten“. Dies bedeutet eine starke Immunantwort in Phase 1, um die primäre Coronavirus-Infektion zu beseitigen und ihre Ausbreitung in der Lunge zu hemmen. Anschließend sollte eine optimale Phase-2-Reaktion erfolgen, um eine übermäßige Entzündung in Form eines „Zytokinsturms“ zu verhindern.

Impfstoffe und entzündungshemmende Behandlungen müssen diesen heiklen Spagat sorgfältig handhaben, um erfolgreich zu sein.

Mit diesem Coronavirus ist es nicht leicht zu wissen, wer die geeignetsten Personen sind. Es sind nicht unbedingt die jüngsten, stärksten oder sportlichsten Personen, die dieses Coronavirus garantiert überleben. Am besten geeignet sind diejenigen mit der „richtigen“ Immunantwort, die die Infektion schnell beseitigen können, ohne übermäßige Entzündungen zu verursachen, die tödlich sein können.

Über den Autor

Prakash Nagarkatti, Vizepräsident für Forschung und Carolina Distinguished Professor, University of South Carolina und Mitzi Nagarkatti, SmartState-Stiftungslehrstuhl des Zentrums für die Entdeckung von Krebsmedikamenten, Carolina Distinguished Professor und Vorsitzender der Abteilung für Pathologie, Mikrobiologie und Immunologie, University of South Carolina

Dieser Artikel wird erneut veröffentlicht Das Gespräch unter einer Creative Commons-Lizenz. Lies das Original Artikel.

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