Вирус смог быстрее распространиться по организму мышей
Китайские вирусологи исследовали на мышах и культурах клеток, как влияет загрязнение воздуха аэрозольными частицами фракции PM2.5, песчаной пылью, сажей и золой на заражение клеток вирусом гриппа A/H1N1 и на протекание инфекции. Связь вируса с твердыми частицами упростила его доставку в нижние отделы дыхательной системы и дальнейшее распространение по организму. Более того, в эксперименте на культурах клеток вирус, связанный с аэрозольными частицами, смог проникать даже в клетки, не имеющие необходимых рецепторов. Исследование опубликовано в виде статьи в журнале Science Advances.
Свойства воздуха, по которому респираторные вирусы передаются от человека к человеку, влияют на протекание эпидемий. По примерам ковида и гриппа известно, что на скорость распространения влияет температура, влажность воздуха, скорость ветра и поведение людей (о многогранности и сложностях в анализе передачи вирусов по воздуху от человека к человеку мы рассказывали в материале «Заразить за 60 секунд»).
Меньше изучено то, как влияет загрязненность воздуха на эпидемии респираторных инфекций. Наблюдательные исследования показывают, что загрязнение воздуха аэрозольными частицами ответственно за несколько процентов смертей от ковида. Но механизм этой связи остается неясен.
Китайские токсикологи и микробиологи во главе с Сыцзинем Лю (Sijin Liu) из Университета Китайской академии наук в Пекине решили исследовать взаимодействие между различными типами твердых аэрозольных частиц и вирусом гриппа A/H1N1 и изучить, как это взаимодействие влияет на протекание инфекции.
Ученые анализировали четыре вида мелких частиц, участвующих в загрязнении воздуха: фракцию PM2.5 из пекинского воздуха (частицы средним размером 300-2000 нанометров), мелкие частицы диоксида кремния, имитирующие песчаную пыль (500-6000 нанометров), частицы золы от сжигания твердого топлива (200-3200 нанометров) и сажи от сгорания природного газа (20-90 нанометров).
Все виды частиц связывались с вирусами гриппа, но больше всего вирусов на себе несли (в пересчете на единицу массы частиц) PM2.5, а меньше всего — песчаная пыль.
В экспериментах на культурах клеток вирусы, связанные с твердыми частицами, связывались с клетками так же или на 10-30 процентов слабее, чем свободные вирионы гриппа, зато давали на 14 (песчаная пыль) — 174 (сажа) процентов больше вторичных вирионов, чем контрольная группа.
Удаление сиаловых кислот (рецепторы вируса гриппа) с поверхности клеток сиаловые кислоты делало клетки неуязвимыми для свободных вирионов гриппа. Но вирусы, связанные с твердыми частицами, сохраняли способность к заражению клеток — пусть она и снижалась в 1,5-5 раз. Оказалось, что твердые частицы активируют эндоцитоз (преимущественно клатрин-опосредованный), а, кроме того, вызывают прямое повреждение плазматической мембраны (особенно этим отличились гидрофобные частицы сажи).
Чтобы понять, влияют ли открытые эффекты на протекание инфекции на уровне целого организма, ученые ввели мышам интраназально вирусы гриппа, связанные с частицами, в дозе, эквивалентной дыханию воздухом с концентрацией аэрозольных частиц 12 микрограмм на кубометр (это сопоставимо с реальными данными о загрязненности воздуха в большинстве городов мира).
У мышей, получивших A/H1N1 на песчаной пыли, PM2.5 или золе, вирус быстрее проникал в легкие и в периферические органы (селезенку, почки и печень), чем у животных, которым интраназально ввели свободные вирионы гриппа. Частицы фракции PM2.5 и зола лучше оседали на уровне бронхиол, тогда как частицы диоксида кремния доходили до альвеол. Вирус, встроенный в частицы сажи, напротив, оседал в полости носа, в результате инфекция медленнее поражала легкие. Заражение связанным вирусом вызывало более выраженные воспалительные изменения в крови (повышение уровня нейтрофилов и понижение уровня лимфоцитов), чем свободный вирус в такой же дозе.
Таким образом, загрязнение воздуха аэрозольными частицами способствует рецепторнезависимому проникновению вируса гриппа в клетки и облегчает распространение вируса по организму. Данные, полученные на мышах, согласуются с исследованиями на людях, показывающими, что частицы из фракции PM2.5 влияют на активность воспаления в дыхательных путях и способны проходить через аэрогематический барьер, достигая периферических тканей. Размер и форма твердых частиц влияет на их «грузоподъемность» и вирусную нагрузку.
Не стоит сбрасывать со счетов и влияние многих соединений из фракции PM2.5 на врожденный иммунный ответ — в частности, на экспрессию провоспалительных цитокинов и на привлечение макрофагов.
Вирус гриппа физически взаимодействует не только с аэрозольными частицами, но и с другими вирусами. В одном из исследований было показано, что вирус гриппа А способен к образованию гибридных частиц с респираторно-синцитиальным вирусом.