В начале пандемии ученые концентрировались преимущественно на том, как SARS-CoV-2   влияет на состояние легких. По мере того как стали поступать сообщения об органной недостаточности и других серьезных осложнениях, внимание исследователей расширилось на весь организм. Результаты показывают, что коронавирус изменяет митохондрии на генетическом уровне, что приводит к "перебоям в снабжении энергией" во всех основных органах. 

"Мы обнаружили, что в пиковое время заражения наблюдаются отчетливые изменения в различных областях мозга, в том числе значительное уменьшение количества митохондриальных генов в мозжечке. Это участок, который контролирует мышцы, баланс, когнитивные функции и эмоции, — говорит Джонатан С. Шислер из Медицинской школы Университета Северной Каролины. — Легкие являются основным местом заражения, но молекулярные сигналы передаются по всему телу, причем сердце, почки и печень поражаются сильнее, чем другие органы. И это заметно спустя долгое время после того, как вирус исчез".

Каждая клетка нашего тела оснащена биологическими электростанциями, известными как митохондрии, которые особенно важны для поддержания функции энергоемких органов, таких как сердце, мозг и легкие. Для производства энергии митохондриям требуются гены из митохондриальной и ядерной ДНК, передающие инструкции о том, как преобразовывать молекулы кислорода в клеточную энергию, источником которой является аденозинтрифосфат (АТФ).

Используя мазки из носа и образцы ткани, взятые у больных пациентов и животных моделей, исследователи обнаружили, что вирус блокирует определенные гены, которые используют кислород для создания АТФ, заставляя организм истощать ограниченные энергетические запасы. Без источника энергии клетки всего тела начинают голодать, причем больше всего страдают те, что питают мозг и сердце.

Чтобы поддерживать функционирование организма, сердечные клетки и нейроны могут потреблять собственные части, включая митохондрии. В конце концов, они лишаются жизненно важных элементов и инициируют запрограммированный процесс гибели, называемый некроптозом. В отличие от других форм клеточной гибели, некроптоз вызывает каскад побочных эффектов, включая мощную воспалительную реакцию, которая приводит к высвобождению провоспалительных клеток, называемых цитокинами, по всему организму. 

Шислер говорит, что гибель клеток и воспаление могут объяснить, почему у пациентов с длительным течением COVID, вероятно, будут сохраняться сердечно-сосудистые, когнитивные и воспалительные побочные эффекты после того, как первоначальная инфекция прошла.

"Если мы сможем оценить и понять, как каждая система органов в долгосрочной перспективе адаптируется к вирусной инфекции, и если мы сможем раскрыть биологию, объясняющую, почему люди по-разному реагируют на SARS-CoV-2, мы будем лучше подготовлены к борьбе с длительным течением коронавируса, при котором могут поражаться клетки сердца, иммунные клетки или нейроны нашего мозга", — объясняет Шислер.

Опираясь на прошлые исследования, ученые знают, что при тяжелых респираторных инфекциях количество определенной микроРНК, небольшого фрагмента РНК, циркулирующего по всему организму, увеличивается. Эта конкретная микроРНК, которая может влиять на экспрессию митохондриальных генов во многих клетках и тканях, может стать новой терапевтической мишенью против SARS-CoV-2.

Результаты также указывают на новые способы решения проблемы митохондриальной дисфункции, возникающей во время инфекции COVID. Диета, физические упражнения, природные соединения или комбинация этих трех факторов могут стимулировать работу митохондрий, но пока неизвестно, эффективны ли они для пациентов с длительным течением коронавируса. В дальнейшем исследовательская группа будет изучать, как долго сохраняется митохондриальная дисфункция в организме, особенно в случаях хронической болезни, и как можно восстановить работу энергетических станций клетки.

Исследование было опубликовано в Science Translational Medicine.