Opowiedz nam o sobie.

Pochodzę z Lugano w Szwajcarii, a studiowałem w Genewie i Heidelbergu zanim zacząłem pracować w Zurychu i Yale. Swoją grupę wirusologiczną założyłem w Szwajcarii, zanim przeniosłem się do Kliniki Mayo, gdzie jestem od ponad 20 lat.

To pokazuje, jak bardzo młodzi naukowcy podróżują. W piątek zorganizowałem spotkanie laboratoryjne Zoom z trzema badaczami, którzy dołączą do laboratorium, jeden w Brazylii, jeden w Niemczech i trzeci w Indiach. Spotkanie laboratoryjne na czterech kontynentach i w czterech strefach czasowych! Na początku swojej kariery sporo się przemieszczasz, a kiedy zakładasz laboratorium, zostajesz na miejscu i ludzie przychodzą do ciebie.

Co robisz w wolnym czasie?

Kiedy byłem w Zurychu, uprawiałem bieg na orientację, czyli bieganie po lesie z mapą i kompasem. Tutaj, w Minnesocie, zimą głównie jeżdżę na nartach biegowych, a latem jeżdżę na rowerze. Jesteśmy blisko Kanady, a zima jest chłodna i słoneczna. Więc jeśli nie jest bardzo wietrznie, wychodzimy na zewnątrz.

Dlaczego przeniosłeś swoje badania do Mayo Clinic?

Klinika miała wizję aby nie tylko badać wirusy jako patogeny, ale także do wykorzystania ich do leczenia raka. Było to dla mnie bardzo interesujące, ponieważ pozwoliło mi na kontynuowanie moich podstawowych badań nad wirusami, ale także na opracowanie genetycznie zmodyfikowanych wirusów do leczenia raka. To w zasadzie podsumowuje to, co robimy. Bierzemy poszczególne fragmenty wirusów i modyfikujemy je, a następnie wymieniamy nowy fragment na stary w genomie wirusa. Następnie, infekujemy zwierzęta tymi genetycznie zmodyfikowanymi wirusami, aby zrozumieć, w jaki sposób powodują choroby. Opracowujemy również genetycznie zmodyfikowane wirusy, które atakują określone typy raka i testujemy je na modelach zwierzęcych. Niektóre z tych nowych wirusów przechodzą do badań klinicznych na ludziach.

Czy istnieje konkretny wirus, którego używasz jako podstawy?

Wirus odry. Każdy ma swoją specjalizację, a my wiemy całkiem sporo o biologii wirusa odry i możemy przewidzieć, co zadziała inaczej, jeśli zmienimy wirusa w określony sposób. Testujemy to eksperymentalnie.

Czy mógłbyś opisać swoje laboratorium?

W laboratorium jest od sześciu do dziesięciu osób; połowa naukowców z tytułem doktora oraz kilkoro techników i studentów. Laboratorium jest podobne do tych z filmów. Są ławki, a na nich wirówki i żelowe aparaty. Ludzie noszą okulary ochronne, białe fartuchy i rękawiczki.

Coś, co naprawdę ułatwia naszą pracę, to tworzenie wirusów, które zawierają fluorescencyjne białko, które możemy wykorzystać do śledzenia rozprzestrzeniania się wirusa w komórkach, zarówno na płytce Petriego, jak i u zwierząt. Możemy zarazić fretkę wirusem nosówki psów (podobnym do odry) i zobaczyć, gdzie wirus się replikuje. Dzięki temu procesowi wiele się uczymy; znajdujemy igłę w stogu siana, ponieważ igła się świeci.

Twoje laboratorium skupiało się głównie na odrze, a teraz pracujesz nad SARS-CoV-2. Jak przebiegła ta zmiana?

Laboratorium zostało zmodyfikowane do badań nad SARS-CoV-2 na początku tego roku, ale teraz wróciliśmy do pracy 50-50, więc połowa naszych działań ponownie dotyczy odry. W styczniu miałem moment deja vu: w 2003 roku, kiedy na horyzoncie pojawił się pierwszy wirus „ciężkiego ostrego zespołu oddechowego” (SARS), ludzie w laboratorium byli podekscytowani i stworzyliśmy przeciwko niemu przeciwciała. Ale zanim te odczynniki były gotowe, wirus był już w zasadzie pod kontrolą. W styczniu naprawdę się zastanawiałem, czy tym razem będzie się działo więcej.

Tak, i nie było sposobu, żebyś wiedział, co się wydarzy.

Tak. Ale ludzie w laboratorium byli bardzo podekscytowani. Był to koronawirus, wirus typu RNA z otoczką, jak wirus odry, więc wiedzieliśmy, jak sobie z nim radzić. Mieliśmy wiele systemów eksperymentalnych, które można było zastosować do nowego wirusa. Kiedy pod koniec stycznia stało się jasne, że SARS-CoV-2 stanowi poważne zagrożenie dla zdrowia publicznego, zaczęliśmy zbierać i wytwarzać odczynniki do badań. Niektórzy studenci bardzo chcieli od razu zacząć nad tym pracować. W marcu, kiedy klinika została całkowicie zamknięta dla innych badań, a potem nastąpił ‘lockdown’, wszystko przeszło na badania nad SARS-CoV-2. Pozwolono nam kontynuować pracę, ponieważ przygotowywaliśmy klinikę do reagowania na ten stan zagrożenia zdrowia publicznego. Można powiedzieć, że wirus przyszedł do nas, a nie na odwrót.

Jak bardzo to zmiana zmieniła protokoły w laboratorium?

W laboratorium nie było tak wielu zmian. Musieliśmy przeznaczyć wyciąg chemiczny na procedury ekstrakcji wirusowego RNA, ale było to dla nas łatwe, ponieważ wirusy odry i SARS-CoV-2 są podobne. Z drugiej strony, wprowadziliśmy zmiany, aby zminimalizować kontakt między ludźmi. Zaczęliśmy zawsze nosić maseczki i przenieśliśmy spotkania, kluby, seminaria i wszystkie spotkania naukowe lub administracyjne do wirtualnych systemów komunikacji.

Czy możesz wyjaśnić, dlaczego te wirusy są tak podobne?

Oba są wirusami układu oddechowego, które atakują te same komórki, więc mieliśmy już komórki, w których wirus rośnie. Dodatkowo, zarówno odra, jak i SARS-CoV-2 mają warstwę otoczki i RNA (nie DNA) jako materiał genetyczny, co pozwala im szybko przystosować się do nowych nosicieli. Tak więc główne cechy wirusów są takie same. Możemy użyć tych samych technik do badania obu wirusów.

Masz również wcześniejsze doświadczenia z SARS w 2003 roku.

Tak. To trochę zabawne, ale wzięliśmy kilka przeciwciał, które stworzyliśmy w 2003 r. przeciwko białku otoczki SARS („spike” – kolec) i których nie używaliśmy od 17 lat, z zamrażarki. Sprawdziliśmy je na SARS-CoV-2, a ponieważ SARS i SARS-CoV-2 są bardzo podobnymi wirusami, odczynniki te działają.

Jak wpłynęły na ciebie ograniczenia finansowe i czasowe?

System amerykański reaguje bardzo szybko. To było przerażające i pouczające. Aby zapewnić, że instytucja zachowuje odpowiedzialność finansową, w pewnym momencie pensje pracowników zostały obniżone, a niektóre wewnętrzne granty badawcze zostały zamrożone. Z drugiej strony, fundusze zostały szybko udostępnione na ukierunkowane badania nad SARS-CoV-2. Kiedy to się stało, mieliśmy wstępne dane i projekt grantu, więc przeszliśmy przez krytyczną fazę bez większych zawirowań. Teraz sytuacja finansowa jest dużo lepsza, a nasze pensje zostały przywrócone. Próbujemy również zdobyć więcej funduszy na dalsze prace nad SARS-CoV-2.

Jaka jest obecnie główna aktywność w laboratorium?

Prowadzimy bardzo owocną współpracę z kardiologami. Wirus może powodować problemy z sercem. Niektóre z tych problemów są spowodowane przez komórki odpornościowe infiltrujące serce, ale odkryliśmy, że wirus jest w stanie łączyć komórki serca i powodować arytmię, powodując zmianę rytmu serca, co z kolei może być śmiertelne. To jedna linia badań, w jaki sposób wirus wywołuje chorobę w sposób inny niż klasyczna infekcja dróg oddechowych (*).

Inna gałąź badań dotyczy zmienności wirusa i tego, czy dostosowuje się on do różnych narządów.

Czy może nauczyć się atakować różne narządy?

Cóż, dostosowuje się. Wszystkie wirusy RNA mają wbudowany system szybkiej zmiany. W każdym genomie, który replikują, wprowadzają kilka zmian. Większość tych zmian lub mutacji ma neutralny lub negatywny wpływ na ich standardowe środowisko, ale jeśli wirus dostanie się do innego środowiska (innego organu), niektóre mutacje mogą mieć korzystny wpływ. Wirusy z tymi mutacjami replikują się preferencyjnie, dzięki czemu szybko dostosowują się do nowego środowiska tkankowego. To jest coś, co zbadaliśmy i scharakteryzowaliśmy pod kątem wirusa odry. Można by przypuszczać, że byłoby podobnie w przypadku SARS-CoV-2, ponieważ początkowo replikuje się w płucach, ale następnie powoduje problemy w innych miejscach. Niektóre z tych problemów wynikają z nadreaktywności układu odpornościowego, ale nie wszystkie. Czasami tak naprawdę wirus namnaża się poza płucami.

Jaka jest najbardziej satysfakcjonująca część Twojej pracy?

Prawdopodobnie fakt, że mogę kształcić i kształtować innych naukowców. Na początku swojej kariery naukowca chcesz dokonywać odkryć, publikować w najlepszych czasopismach. Chcesz umieścić swoje imię na czymś istotnym i zapadającym w pamięć. Ale później bardziej satysfakcjonujące jest obserwowanie, jak ludzie, którzy trenowali z Tobą, rozwijają się, zajmują odpowiedzialne stanowiska i wykonują dobrą pracę. Jestem w regularnym kontakcie z co najmniej połową moich byłych członków grupy.

Który mit dotyczący SARS-CoV-2 lub ogólnie wirusów chciałbyś obalić?

Jest jedna rzecz, która po prostu nie trafia do opinii publicznej. Istnieje proste wyjaśnienie, dlaczego wskaźnik hospitalizacji z powodu SARS-CoV-2 jest znacznie niższy niż wskaźnik zakażeń. Pojęcie dawki śmiertelnej. Chodzi mi o to, że naprawdę ważne jest, aby zminimalizować liczbę wirusów, które otrzymujesz, gdy jesteś zarażony. Można to zrobić za pomocą masek.

Maski nie blokują 100% wirusa, ale nawet jeśli blokują 50%, kiedy ty i inna osoba macie na sobie maski, dawka zakaźna będzie równa jednej czwartej dawki wymienianej między osobami, które nie noszą masek. A jeśli nosisz maski, które ciasno zakrywają twarz w 80%, dawka zakaźna jest 25 razy niższa.

I tu pojawia się pojęcie śmiertelnej dawki. Pierwszą rzeczą, którą robimy, kiedy ustalamy zwierzęcy model choroby, jest podanie nosicielowi dużej ilości wirusa. Następnie zmniejszamy dawkę dziesięciokrotnie i być może tylko 80 lub 90% zwierząt umiera. Jeśli podamy 100 razy mniej wirusa, umiera tylko 10 lub 20% zwierząt, a jeśli zejdziemy do 1000 razy mniejszej ilości, żadne zwierzę nie umrze. To prosty eksperyment, który został wykonany dla wielu wirusów na różnych nosicielach. Są wszelkie powody, by sądzić, że to samo dzieje się z SARS-CoV-2 u ludzi. Niektórzy ludzie tego nie rozumieją. Chodzi o to, że wszystko, co robisz, aby uzyskać mniej wirusa na początku, pomoże Ci, bo może zmienić dawkę śmiertelną na dawkę ciężkiej infekcji lub infekcję bezobjawową.

To prawda, tak naprawdę nie było o tym mówione w mediach.

Czasami rozmawiam o tym z sąsiadami. I mówię im to, ale potem oni mówią: „Ale dlaczego się o tym nie mówi?” a ja nie wiem. Naprawdę nie wiem.

Podziękowania dla dr. Roberto Cattaneo za rozmowę.

(*) W tym miejscu załączamy najnowszą publikację z laboratorium dr Cattaneo (przedruk w trakcie przeglądu w czasopiśmie Nature Research) na temat wpływu SARS-CoV-2 na kardiomiocyty:

https://www.researchsquare.com/article/rs-95587/v1