SARS-CoV-2 infectivity can be modulated through bacterial grooming of the glycocalyx
2 Danone Research
3 Skaggs School of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences [San Diego]
4 CSU - Colorado State University [Fort Collins]
5 UC San Diego - University of California [San Diego]
6 MICALIS - MICrobiologie de l'ALImentation au Service de la Santé
7 B2A-IBPS - Adaptation Biologique et Vieillissement = Biological Adaptation and Ageing
8 CUDOS ARC Centre of Excellence, School of Physics
9 ASU - Arizona State University [Tempe]
10 UC - University of California
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Résumé
The gastrointestinal (GI) tract is a site of replication of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) and GI symptoms are often reported by patients. SARS-CoV-2 cell entry depends upon heparan sulfate (HS) proteoglycans, which commensal bacteria that bathe the human mucosa are known to modify. To explore human gut HS-modifying bacterial abundances and how their presence may impact SARS-CoV-2 infection, we developed a task-based analysis of proteoglycan degradation on large-scale shotgun metagenomic data. We observed that gut bacteria with high predicted catabolic capacity for HS differ by age and sex, factors associated with coronavirus disease 2019 (COVID-19) severity, and directly by disease severity during/after infection, but do not vary between subjects with COVID-19 comorbidities or by diet. Gut commensal bacterial HS-modifying enzymes reduce spike protein binding and infection of authentic SARS-CoV-2, suggesting that bacterial grooming of the GI mucosa may impact viral susceptibility. IMPORTANCE Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), the virus responsible for coronavirus disease 2019, can infect the gastrointestinal (GI) tract, and individuals who exhibit GI symptoms often have more severe disease. The GI tract’s glycocalyx, a component of the mucosa covering the large intestine, plays a key role in viral entry by binding SARS-CoV-2’s spike protein via heparan sulfate (HS). Here, using metabolic task analysis of multiple large microbiome sequencing data sets of the human gut microbiome, we identify a key commensal human intestinal bacteria capable of grooming glycocalyx HS and modulating SARS-CoV-2 infectivity in vitro . Moreover, we engineered the common probiotic Escherichia coli Nissle 1917 (EcN) to effectively block SARS-CoV-2 binding and infection of human cell cultures. Understanding these microbial interactions could lead to better risk assessments and novel therapies targeting viral entry mechanisms.