A Selenium-Deficient Mouse Model of Mouse-Adapted SARS-CoV-2 Demonstrates Variant Emergence Observed in SARS-CoV-2 Pandemic Variants

Virussen zijn meesters in verandering. Ze dragen hun genetische instructies op strengen RNA, een materiaal dat gevoelig is voor het maken van kleine foutjes terwijl het virus zichzelf kopieert. Deze fouten, of mutaties, zijn de grondstof voor evolutie. Soms helpt een foutje het virus om beter te overleven, waardoor het zich gemakkelijker kan verspreiden of het immuunsysteem kan ontwijken. Wetenschappers weten al lang dat de omgeving waarin een virus leeft, invloed kan hebben op hoe vaak deze foutjes voorkomen. Eén factor die van belang kan zijn, is het dieet van het gastheerdier. Selenium is een sporenelement dat dieren in kleine hoeveelheden nodig hebben om hun cellen gezond te houden en stress te beheersen. Wanneer een dier een tekort aan selenium heeft, worstelt zijn lichaam met de stress van een infectie, en deze interne stress kan de manier waarop het virus zich gedraagt veranderen. Begrijpen of een simpel gebrek aan een voedingsstof een virus kan aanzetten tot meer variatie is belangrijk, omdat het kan helpen verklaren hoe nieuwe, gevaarlijke versies van virussen in de natuur verschijnen.

Onderzoekers zetten zich in om dit idee te testen met een specifieke versie van het virus dat COVID-19 veroorzaakt, aangepast om muizen te infecteren. Ze verdeelden groepen muizen in twee sets: één groep at een normaal, gezond dieet, terwijl de andere groep een dieet at dat volledig vrij was van selenium. De wetenschappers introduceerden het virus vervolgens bij deze muizen en lieten het zich van de ene muis naar de andere verspreiden in een reeks rondes. Door het dieet voor elke groep consistent te houden, konden ze zien of het gebrek aan selenium het virus veranderde terwijl het zich door de populatie bewoog. Na verschillende rondes van infectie bestudeerde het team de genetische code van de verzamelde virussen uit beide groepen nauwgezet. Ze ontdekten dat de virussen van de seleniumarme muizen veel meer waren veranderd dan die van de goed gevoede muizen. Het gebrek aan selenium zorgde ervoor dat het virus veel meer uiteenlopende genetische fouten genereerde, wat leidde tot een diversere populatie virale stammen binnen de dieren.

Onder de vele veranderingen die werden gevonden, identificeerden de onderzoekers achttien specifieke mutaties die alleen in de seleniumarme groep voorkwamen. Sommige van deze veranderingen waren identiek aan mutaties die tijdens de werkelijke pandemie in menselijke populaties zijn gezien. Dit suggereert dat de stress van slechte voeding een virus kan aanzetten om genetische paden te verkennen die het uiteindelijk in de echte wereld zou kunnen volgen. De mutaties namen niet allemaal tegelijk de hele viruspopulatie over; in plaats daarvan bestonden ze als een mix van verschillende versies, wat een reservoir creëerde van potentiële veranderingen waar het virus later uit kan putten. Om te zien of deze genetische veranderingen het virus gevaarlijker maakten, infecteerden de wetenschappers nieuwe muizen die een normaal dieet kregen met de virussen uit beide groepen. Ze hielden nauwlettend in de gaten of de muizen zieker zouden worden of meer gewicht zouden verliezen. De resultaten toonden aan dat de muizen niet veel van elkaar verschilden wat betreft overleving of gewichtsverlies, ongeacht welk virus ze ontvingen. De muizen geïnfecteerd met het virus van de seleniumarme groep vertoonden echter een veel sterkere reactie van hun immuunsysteem, waarbij ze hogere niveaus van signalen produceerden die oproepen tot een immuunrespons.

De studie geeft aan dat een gebrek aan selenium in de gastheer kan fungeren als een drijfveer voor virale diversiteit, waardoor het bereik van genetische variaties dat een virus kan produceren wordt uitgebreid. Hoewel de onmiddellijke ziekte veroorzaakt door het virus in dit specifieke experiment niet drastisch veranderde, suggereert de gewijzigde genetische mix dat nutritionele stress een virus kan helpen bij het opbouwen van een bibliotheek van potentiële aanpassingen. De bevindingen wijzen op het idee dat de gezondheid van de gastheer, tot op het niveau van sporenelementen, een rol speelt bij het vormgeven van hoe een virus evolueert. Deze verbinding tussen dieet en virale verandering biedt een nieuw perspectief op hoe nieuwe varianten kunnen ontstaan, wat suggereert dat de omstandigheden binnen een geïnfecteerd dier net zozeer invloed kunnen hebben op het toekomstige pad van een virus als de interne machinerie van het virus zelf.