COVID-19:SelteneZellenimBlutweisenaufschwerenVerlaufhin

EinForschungsteammitBeteiligungdesExzellenzclustersPMIhatbestimmteZelltypenimBlutidentifiziert,dieaufschwereKrankheitsverlufebeiCOVID-19hindeuten.

 

BeischwerenVerlufeneinerCOVID-19-ErkrankungspielennichtnurdieblicherweisealsImmunzellenbezeichnetenZelltypeneineRolle.InsbesondereunreifeVorluferzellenimBlut,dienormalerweisenurimKnochenmarkvorkommenunddiedorterstdurchReifungzuBlutzellenwerden,weisenaufeinenbesondersschwerenVerlaufderErkrankunghinundknntenzuvielenderklinischenKomplikationenbeiCOVID-19beitragen,wieeininternationalesForschungsteamunterBeteiligungdesExzellenzclustersPrecisionMedicineinChronicInflammation(PMI)zeigenkonnte.DieneuenErkenntnissehabendieForschendenderChristian-Albrechts-UniversittzuKiel(CAU),desUniversittsklinikumsSchleswig-Holsteins(UKSH)undderUniversittenBonn,Kln,Lbeck,TbingenundNijmegensowiedesForschungszentrumsBorstelLeibnizLungenzentrumunddesDeutschenZentrumsfrneurodegenerativeErkrankungen(DZNE)gemeinsammitKolleginnenundKollegendesnationalenDFGForschungsverbundesDeutscheCOVID-19OMICSInitiative(DeCOI)amDonnerstag(26.11.2020)imrenommiertenFachmagazinImmunitypubliziert.

AufderSuchenacheinemBiomarkerfreinenschwerenCOVID-19-Verlauf

InfektionenmitdemneuartigenCoronavirusSARS-CoV2nehmensehrunterschiedlicheklinischeVerlufe.Whrendvielemildodersogarsymptomlosverlaufen,knnensieinsbesonderebeilterenMenschenauchlebensbedrohlichwerden.IndiesenschwerenFormen,dieeinenKrankenhausaufenthaltnotwendigmachen,knnennebeneinerLungenentzndungauchweitereOrganewiedasHerzoderdieNieremitbetroffensein.HierbeispielteinefehlgeleiteteEntzndungsreaktioneinewichtigeRolle.DarberhinausdeutenimmermehrBefundedaraufhin,dassSchdenankleinenBlutgefenundeinezustarkeBlutgerinnungentscheidendeFaktorenfrschwereVerlufesind.SosindBlutgerinnselinderLungeeinederhufigstendirektenTodesursachenbeiCOVID-19.

TrotzzahlreicherStudienwissenwirimmernochrelativwenigdarber,wasdenKrankheitsverlaufunddieSchwerederErkrankungbeeinflusst.WelcheZelltypenspielenhierwanneinewichtigeRolle?UndknnenwiraufdieseWeisebestimmtemolekulareFingerabdrckeimBlutidentifizieren,dieschonfrhaufeinenschwerenVerlaufhinweisen?DaswarenFragen,diewirunsamAnfanggestellthaben.LetztlichhabenunsgenaudieseSerienaufnahmenderKrankheitzuvorherunbeachtetenZelltypengefhrt,diecharakteristischfreineschwereCOVID-19-Erkrankungsind,erklrteinerderfederfhrendenAutorenderStudie,ProfessorPhilipRosenstiel,DirektordesInstitutsfrklinischeMolekularbiologie(IKMB)derCAUunddesUKSHundVorstandsmitgliedimExzellenzclusterPMI.

ZweiunreifeBlutzelltypencharakteristischfrschwerenVerlauf

UntersuchthatdasTeamdazuBlutprobenvonPatientinnenundPatienten,dieandenUniversittsklinikeninKiel,Bonn,KlnundNijmegenwegeneinerCOVID-19-Erkrankungstationrbehandeltwurden.BeieinerGruppevon14ErkranktenwurdendieimBlutvorkommendenZellenineinerZeitserie,alsozuverschiedenenZeitpunktenwhrendderErkrankung,analysiert.AlsVergleichsgredientenBlutprobengesunderPersonen.DasBesondereist,dasswirmithilfedersogenanntenEinzelzellgenomikHunderttausendeZellendurchSequenzierungparallelanalysierthabenunddamitauchseltenereZelltypenidentifizierenkonnten,erklrtDr.JoanaPimentaBernardes,NachwuchswissenschaftlerindesExzellenzclustersPMIundPostdocamIKMB,diegemeinsammitdenanderenbeidenjungenForschendenDr.FlorianTran,ClinicianScientistdesExzellenzclustersPMI,undDr.NehaMishraErstautorinderStudieist.Mishra,diealsPostdocebenfallsamIKMBforscht,erklrtweiter:ZusammenmitanderenDatenwieklinischenLaborwertenundMessungenvonEntzndungsbotenstoffenkonntenwireineArtFingerabdruck,eineSignatur,derverndertenFunktionsweisedieserZellen,erstellenundberdieZeitverfolgen.

SignaturenvonzweiunreifenZelltypensinddemnachfrdieCOVID-19-Erkrankungbesonderscharakteristisch:vonVorluferzellenvonBlutplttchen,sogenanntenMegakaryozyten,undvonunreifenrotenBlutkrperchen.Dasistvorallemberraschend,weildieseVorluferzellensichnormalerweisenichtimBlut,sondernimKnochenmarkbefinden,erklrtTran.WirkennensolcheAusschwemmungenvonVorluferzelleninsBlutvonschwerkrankenPatientinnenundPatienten,etwabeieinerbakteriellenSepsis(Blutvergiftung).FrCOVID-19istdiesbishersonichtbeschriebenworden,soTranweiter.

MithilfeunsererAnalysenkonntenwireinsehrdetailliertesBildvondenzellulrenVernderungenwhrenddesgesamtenKrankheitsverlaufszeichnen.WhrendbishervorallemdieImmunzellenBeachtungfanden,konntenwirmitdenVorluferzellennunauchZelltypenfinden,diebisherbersehenwordensind,sagteinerderSenior-AutorenJoachimSchultze,ProfessoranderUniversittBonnundDirektorfrSystemmedizinamDeutschenZentrumfrneurodegenerativeErkrankungen(DZNE).

MglicheErklrungfrGerinnungsproblemebeiCOVID-19gefunden

BesondereEinblickebekamendieWissenschaftlerinnenundWissenschaftlerdurcheineGruppevon39COVID-19-Patientinnenund-Patienten,dieinNijmegenaufderIntensivstationbehandeltwordenwaren,alsobesondersschwereVerlufehatten.Aufflligwarhier,dassbeidenPersonen,dieanderErkrankungverstarben,whrenddesKrankheitsverlaufsdieSignaturderMegakaryozytenundderVorluferzellenderrotenBlutkrperchendeutlichstrkerausfiel,alsbeidenPersonen,diedieIntensivstationspterwiederverlassenkonnten.DieMegakaryozytenspiegelneinbekanntesCOVID-19-Problemwieder:BlutplttchensindzustndigfrdieBlutgerinnungundeinederhufigstendirektenTodesursachenbeiCOVID-19sindGerinnungsprobleme.DieaktiviertenMegakaryozytenimBlutbringenmglicherweiseBlutplttchenhervor,dieleichteraggregierenunddamitzudenGerinnungsproblemenfhren,sagtRosenstiel.DieZunahmederVorluferzellenderrotenBlutkrperchendeutetaufeinenSauerstoffmangelhinundistalsNotfallreaktionbeischwerenLungenerkrankungenbekannt.

GemeinsamzumErfolg

DieStudiewurdedurchdasbundesweiteKonsortium,derDeutschenCOVID-19OMICSInitiative(DeCOI),ermglichtundentstandunterMitwirkungvonPartnernausdemHumanCellAtlas,eineminternationalenKonsortiumzurEinzelzellanalyse.NurdurchdieseTeamarbeitkonntendiekomplexenAnalysenunddieInterpretationderDatenberhauptinderkurzenZeitbewltigtwerden,sagtSchultze,derauchKoordinatorvonDeCOIist.

DurchdievorliegendeArbeithabenwireineGrundlagefrdiagnostischeTestverfahrengeschaffen,dieanhandvonBlutprobenbereitsfrheinenschwerenKrankheitsverlauferkennen.DamitknntedieVersorgungbesondersschwerbetroffenerPatientinnenundPatientengezieltverbessertwerden,betonteinerderSenior-AutorenProfessorStefanSchreiber,DirektorderKlinikfrInnereMedizinI,UKSH,CampusKiel,DirektoramIKMB,SprecherdesExzellenzclustersPMI.Besondersfreutesmich,dassdreiNachwuchswissenschaftlerinnenundNachwuchswissenschaftlerdesExzellenzclustersPMIalsErstautorinnenund-autorenmageblichandieserArbeitbeteiligtwaren,darunteraucheinerunsererClinicianScientists.Daszeigt,wiegeradedieWissenschaftlerinnenundWissenschaftlerdernchstenGenerationexzellenteForschungmitRelevanzfrdieGesellschaftleisten.

berDeCOI:

DeCOIisteinnationalesNetzwerkzahlreicherGenomforschendenvonmehrals45Institutionen,dieindemKonsortiumihreExpertiseundSequenzierinfrastrukturbndeln,umeinenwissenschaftlichenBeitragzurBewltigungderCOVID-19-Pandemiezuleisten.DeCOIbasiertaufdemvonderDFGgefrdertenNetzwerkvonNext-Generation-Sequencing(NGS)-Kompetenzzentren,dasExpertiseinderSequenzierungundNGS-Datengenerierungzusammenfhrt.DasDeutscheHumangenomphnomen-Archiv(GHGA)unddasNFDI4Microbiota-Konsortiumsindd<