Kompleksowe podsumowanie ich dotychczasowych prac, które opublikowano w prestiżowym czasopiśmie naukowym „Nature”, wskazuje na 13 loci lub lokalizacji w ludzkim genomie, które są silnie związane z infekcją lub ciężkim przebiegiem COVID-19. Badacze zidentyfikowali również takie czynniki przyczynowe, jak palenie papierosów i wysoki wskaźnik masy ciała (BMI). Wyniki te pochodzą z jednego z największych badań asocjacyjnych całego genomu (GWAS – genome-wide association studies), jakie kiedykolwiek przeprowadzono i które obejmuje prawie 50 tys. pacjentów z COVID-19 i 2 mln niezainfekowanych osób, będących kontrolami w badaniu. Ten globalny wysiłek, zwany COVID-19 Host Genomics Initiative (HGI), został założony w marcu 2020 r. przez Andrea Ganna, lidera zespołu badawczego w Fińskim Instytucie Medycyny Molekularnej (FIMM), Uniwersytetu w Helsinkach oraz Marka Daly, dyrektora FIMM i pracownika the Broad Institute of MIT and Harvard. Inicjatywa rozrosła się do jednej z najszerszych współprac w genetyce człowieka, obejmując 61 projektów z 25 krajów. 

Ben Neale, dyrektor Programu Genetyki Medycznej i Populacyjnej w the Broad Institute i współautor oraz lider projektu, mówi, że chociaż szczepionki zapewniają ochronę przed COVID-19, nadal istnieje wiele możliwości poprawy leczenia choroby, które mogą być zasilane informacjami z analiz genetycznych. Dodaje, że udoskonalenie metod leczenia może pomóc w transformacji pandemii, która wymagała dużych przerw w pracy w wielu częściach świata, w chorobę endemiczną, która występuje bardziej lokalnie i na niskim, ale stałym poziomie w populacji, podobnie jak grypa. – Gdybyśmy mieli mechanizm leczenia infekcji i wyprowadzania kogoś ze szpitala, radykalnie zmieniłoby to sposób reagowania instytucji zdrowia publicznego – punktuje Neale.

Wykorzystanie różnorodności

Ze względu na dużą ilość danych napływających z całego świata naukowcy byli w stanie znacznie szybciej przeprowadzić analizy o dużej mocy statystycznej na podstawie większej różnorodności populacji niż jakakolwiek pojedyncza grupa mogłaby to zrobić samodzielnie. Spośród 13 loci, zidentyfikowanych do tej pory przez zespół, dwa miały wyższą częstość występowania wśród pacjentów o pochodzeniu wschodnioazjatyckim lub południowoazjatyckim niż u pacjentów o pochodzeniu europejskim. – Odnieśliśmy znacznie większy sukces niż wcześniejsze próby zgromadzenia różnorodności genetycznej, ponieważ podjęliśmy wspólny wysiłek, aby dotrzeć do populacji na całym świecie – akcentuje  Daly. Zespół zwrócił szczególną uwagę na jedno z tych dwóch loci, w pobliżu genu FOXP4, który jest powiązany z rakiem płuc. Wariant FOXP4 związany z ciężkim przebiegiem COVID-19 zwiększa ekspresję genu, co sugeruje, że hamowanie genu może być potencjalną strategią terapeutyczną. Inne loci związane z ciężkim przebiegiem COVID-19 obejmowały DPP9 (gen również zaangażowany w raka płuc i zwłóknienie płuc) oraz TYK2, który ma związek z niektórymi chorobami autoimmunologicznymi.

Mari Niemi z FIMM, główny analityk w tych badaniach, podkreśla, że konsorcjum nadawało priorytet ścieżce komunikacyjnej i gdy naukowcy wykonywali analizę kolejnej porcji danych, natychmiast publikowali wyniki na swojej stronie internetowej, oczywiście po sprawdzeniu ich wiarygodności. Naukowcy będą nadal prowadzić badania jak tylko napłyną kolejne dane i planują aktualizować swoje wyniki za pomocą formatu „Matters Arising” w „Nature”. Oprócz analiz dotyczących podatności na infekcję i ciężki przebieg choroby planują także rozpocząć badania nad pacjentami, którzy odczuwają symptomy COVID-19 przez wiele miesięcy. – Chcemy dążyć do uzyskania garści bardzo konkretnych hipotez terapeutycznych w przyszłym roku. Realistycznie najprawdopodobniej przez długi czas będziemy zajmować się COVID-19 jako poważnym problemem zdrowotnym. Każda terapia, która pojawi się w tym roku, np. poprzez zmianę zastosowania istniejącego już na rynku leku w oparciu o jasne wskazówki genetyczne, mogłaby mieć wielki wpływ – dodaje Daly. 

Nowa przestrzeń dla genetyki

Ganna tłumaczy, że ​​naukowcy byli w stanie znaleźć mocne sygnały genetyczne dzięki ich wspólnym wysiłkom, spójnemu duchowi dzielenia się danymi i przejrzystości oraz szybkości działań, które wiązały się ze świadomością, że cały świat stoi w obliczu tego samego zagrożenia w tym samym czasie. – Odkrycia te były naprawdę pouczające i uświadomiły nam, że istnieje duży niewykorzystany potencjał w adaptacji genetyki do zrozumienia i potencjalnego opracowania terapii w chorobach zakaźnych. Mam nadzieję, że to stanowi przykład tego, jak możemy wprowadzić model podejścia genetyki populacyjnej do nowego typu problemów, które są szczególnie ważne w rozwijających się częściach świata – dopowiada Daly. 

– Opisywany artykuł jest dziełem ponad 3500 współautorów z ponad 1200 jednostek naukowych i klinicznych z całego świata, co świadczy o ogromnej skali całego przedsięwzięcia. Konieczna była sprawna organizacja całego konsorcjum HGI od strony nadzoru merytorycznego projektów partnerskich, administracji, przepływu informacji pomiędzy członkami i udostępnienia bezpośrednich kanałów komunikacji i administracji nadsyłanych danych genomicznych oraz bieżącego udostępniania wyników metaanaliz – zwraca uwagę dr Karolina Chwiałkowska, współautor publikacji, pracownik naukowy z Uniwersytetu Medycznego w Białymstoku. Dr Karolina Chwiałkowska była zaangażowana we wsparcie zarządzaniem konsorcjum COVID-19 Host Genomics Initiative od pierwszych miesięcy jego istnienia. Współpracowała ściśle z liderami projektu z The Broad Institute oraz FIMM. Warto podkreślić, że do prac w ramach konsorcjum HGI zostały włączone dwa niezależne projekty z Polski, których wyniki są obecnie przygotowywane do publikacji: „POLCOVID-Genomika” (lider: Uniwersytet Medyczny w Białymstoku, partner technologiczny: firma biotechnologiczna IMAGENE.ME) oraz „Search for genomic markers predicting the severity of the response to COVID-19” (Centralny Szpital Kliniczny MSWiA w Warszawie, MNM Diagnostics, Wielospecjalistyczny Szpital Miejski im. Józefa Strusia).

W ramach projektu „POLCOVID-Genomika”, który kierowany jest przez prof. dr. hab. n. med. Marcina Moniuszkę (Uniwersytet Medyczny w Białymstoku) oraz dr. hab. n. biol. Mirosława Kwaśniewskiego (Uniwersytet Medyczny w Białymstoku, IMAGENE.ME), przeprowadzono zaawansowane analizy asocjacyjne, pozwalające na zidentyfikowanie cech klinicznych oraz wariantów genetycznych w populacji polskiej związanych z ciężkim przebiegiem COVID-19. Badania prowadzone były we współpracy z Instytutem Gruźlicy i Chorób Płuc w Warszawie oraz 15 jednostkami klinicznymi z całej Polski. Wykonano bardzo precyzyjne profilowanie genomu z wykorzystaniem technologii sekwencjonowania eksomów (WES), które objęło ponad 1400 pacjentów zakażonych SARS-CoV-2 o różnym przebiegu klinicznym choroby COVID-19. Na podstawie kilku parametrów fenotypowych, klinicznych oraz genetycznych, opracowano model szacujący szanse ciężkiego przebiegu COVID-19. Matematyczny model zaadaptowano w formie kalkulatora ryzyka, który będzie mógł zostać wykorzystywany przez instytucje kliniczne w całej Polsce.