Forskning visar hur poliovirus tar över cellerna inifrån

För första gången kan nu forskare vid Umeå universitet visa hur det fruktade polioviruset bär sig åt när det tar över en infekterad cell och lurar cellen att producera nya viruspartiklar. Polio ansågs nästan utrotat men smitta har nu åter upptäckts i London och New York.

– Vi får nu en helt annan förståelse för hur viruset agerar och därmed också bättre möjligheter för forskningen att i framtiden kanske hitta nya sätt att hejda virusets framfart, säger Lars-Anders Carlson vid Institutionen för medicinsk kemi och biofysik vid Umeå universitet.

Det fruktade polioviruset hör till samma stora familj, enterovirus, som flera vanliga förkylningar. Det är sedan tidigare känt att enterovirus stökar runt mycket inne i infekterade celler, men man har inte vetat exakt hur, helt enkelt för att tekniken inte har gjort det möjligt att se så djupt in i cellerna. Tack vare det avancerade kryoelektronmikroskop som finns i Umeå har forskare för första gången lyckats ta tredimensionella bilder av hur polioviruset bildas och tar över mänskliga celler.

– Vi blev överraskade av att se hur viruset omvandlar processer i cellen som annars används för att förstöra virus till att istället producera nya virus, säger Lars-Anders Carlson.

Forskarna kunde identifiera den plats i cellen där polioviruset bildar nya viruspartiklar, genom att man såg platser med halvt hopbyggda virus. Denna ”virusfabrik” i cellen visade sig förvånande nog vara ytor i cellen som påminde om en annars normal process i cellen, autofagi. Autofagi är en relativt nyupptäckt process i cellerna som gav nobelpris 2016. Normalt sett tjänar autofagi till att bryta ned partiklar som cellen vill bli av med, till exempel viruspartiklar. Men polioviruset lyckas omprogrammera denna cellens försvarsmekanism mot virus till att istället producera mer virus.

Forskarna kunde se att vissa proteiner är särskilt betydelsefulla. Proteinet VSP34 används av viruset för att bygga nya viruspartiklar. När forskarna hämmade VSP34 kunde man se att viruset knappt lyckades bygga ihop hela virus, utan det blev mest bara halva viruspartiklar. Ett annat viktigt protein heter ULK1, och det bromsar istället produktionen av virus. Forskarna kunde se att mängden virus exploderade när man hämmade detta protein. Det bekräftar teorin att polioviruset bryter ned denna ”broms”.

När viruset väl har mångfaldigats i cellen, ska partiklarna släppas fria för att kunna infektera nya celler. Det sker genom att partiklarna skickas i små paket, vesiklar. Här gjorde forskarna också en överraskande upptäckt; en noggrann sortering sker av vad som packas i vesiklarna. Bara virus som är korrekt bildade och bär på virusets genetiska material platsar i vesiklarna, medan tomma viruspartiklar inte får vara med. På det viset sprids viruset effektivare.

– Den nya kunskap som vi bidrar med om autofagins roll i virusbildning kan ge nya uppslag för utveckling av framtida antiviraler som skulle kunna vara ett komplement till vaccin. Vi har goda skäl att tro att våra rön stämmer för den stora grupp av virus som poliovirus tillhör, enterovirus. Det finns inget vaccin mot flertalet enterovirus, men en antiviral som verkar på autofagi-systemet skulle kunna vara verksam mot många av dem. Dit är det dock långt kvar, säger Lars-Anders Carlson.

Polio är med rätta en fruktad sjukdom som kan medföra såväl förlamning som död. Polioviruset börjar i tarmarna men kan sedan angripa ryggmärgen. Det finns ännu ingen bot mot sjukdomen, utan det enda sättet att hindra den är att bli vaccinerad. I stora delar av världen har vaccinationskampanjer varit så framgångsrika att sjukdomen har betraktats som närmast utrotad. Dock har polio funnits kvar i några länder i Asien, Afrika och Mellanöstern. Polioviruset överförs främst via avföring. Under 2022 har viruset åter upptäckts i avloppsvatten i New York och i London. I New York har dessutom det första fallet på tio år upptäckts där en person drabbats av förlamning till följd av polioinfektion.

Att poliosmitta nu åter upptäcks i industriländer kan delvis bero på att vaccinationsgraden har försämrats, eftersom sjukdomen betraktats som nästan utrotad och även på grund av ökande vaccinationsmotstånd.

Projektet är ett samarbete med forskare vid National Institutes of Health i USA och Monash University i Australien. Studien är publicerad i den vetenskapliga tidskriften Nature Communications.

Om den vetenskapliga publiceringen
Membrane-assisted assembly and selective secretory autophagy of enteroviruses
Selma Dahmane, Adeline Kerviel, Dustin R. Morado, Kasturika Shankar, Björn Ahlman, Michael Lazarou, Nihal Altan-Bonnet, Lars-Anders Carlson
DOI: 10.1038/s41467-022-33483-7
https://www.nature.com/articles/s41467-022-33483-7

3D-animation poliovirus
umu.se/media/t/0_n989scsm

För mer information, kontakta gärna
Lars-Anders Carlsson
Telefon: 076-117 97 79
E-post: lars-anders.carlson@umu.se