COVID-19 enfeksiyonunun metabolik etkilerinin araştırılması
Investigation of the metabolic effects of COVID-19 infection
Yazar: ŞEYMA ÇİMEN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ RABİA İCLAL ÖZTÜRK ; DR. EMRAH EROĞLU
İstanbul Medipol Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Beslenme ve Diyetetik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Beslenme ve Diyetetik = Nutrition and Dietetics ; Biyokimya = Biochemistry ; Enfeksiyon Hastalıkları ve Klinik Mikrobiyoloji = Infectious Diseases and Clinical Microbiology
Dizin: COVID 19 = COVID 19 ; Enerji metabolizması = Energy metabolism ; Korona virüs enfeksiyonları = Coronavirus enfections ; Mitokondriler = Mitochondria

Özet:
Bu çalışmada, COVID-19'un hücre metabolizması ve mitokondriyal aktivite 
üzerindeki etkilerinin araştırılması amaçlanmıştır. Çalışmaya 21'i hastanede yatan 
akut COVID-19 hastası, 21'i ise sağlıklı ve daha önce COVID-19 geçirmemiş kontrol 
olmak üzere 18-75 yaş aralığında toplam 42 erkek gönüllü dahil edilmiştir. Bireylerden 
kan örnekleri toplanmış, mononükleer kan hücreleri ve serumları izole edilmiştir. 
Kontrol ve COVID-19 gruplarına ait mononükleer kan hücrelerinde SARS-CoV-2 
enfeksiyonunun oluşturduğu metabolik ve biyoenerjetik değişiklikler Seahorse 
Metabolizma Ölçüm Cihazı ile incelenmiştir. Mitokondriyal aktivite ölçümleri 
tamamlanan 15 kişilik kontrol grubunun yaş ortalaması 37,7±12,2 yıl iken COVID-19 
grubunun yaş ortalaması 43,5±13,2 yıldır. COVID-19 hastalarına ait hücrelerde 
maksimal solunum, yedek solunum kapasitesi, ATP eşleşme verimliliği ve 
Biyoenerjetik Sağlık İndeksi (BHİ)'nin anlamlı olarak azaldığı görülmüştür (p<0,05). 
Kontrol grubunun BHİ ortalaması 2,16±0,22 iken, COVID-19 grubunun ortalaması
1,49±0,17'dir. Bu çalışmalara ek olarak, hasta serumu ve SpikeΔ19 pseudovirüs 
müdahalelerinin metabolik etkileri MRC-5+ACE2 ve mononükleer kan hücresi 
modellerinde araştırılmıştır. COVID-19 hastalarına ait serumların mitokondriyal 
aktivite üzerindeki etkilerinin hücre modelleri arasında farklılık gösterdiği 
belirlenmiştir. MRC-5+ACE2 hücrelerinde serum uygulamaları sonrasında maksimal 
solunum ve yedek solunum kapasitesi artış göstermiştir (p<0,05). Sağlıklı 
mononükleer kan hücrelerinde hasta serumu uygulamaları ise, akut hasta hücrelerinde 
görüldüğü gibi mitokondriyal aktivite parametrelerinde düşüşe neden olmuştur. 
SpikeΔ19 pseudovirüs uygulaması ise iki modelde de mitokondriyal aktivite üzerinde 
belirgin bir değişikliğe neden olmamıştır. Tez kapsamında, bu çalışmalara ek olarak 
genetik kodlu biyosensör temelli enerji metabolizması görüntüleme yaklaşımları 
geliştirilmesine yönelik karakterizasyon çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak 
COVID-19 enfeksiyonunun insan hücrelerinin metabolik profilinde önemli 
değişiklikler oluşturabileceği, BHİ'nin hastalığın etkilerini değerlendirmede ve 
mitokondriyal sağlığın takibinde önemli bir biyobelirteç olabileceği gösterilmiştir.

Abstract:
In this study, the aim was to investigate the effects of COVID-19 on cell metabolism 
and mitochondrial activity. A total of 42 male volunteers aged 18-75 participated in 
the study, comprising 21 hospitalized acute COVID-19 patients and 21 healthy 
controls who had never contracted the virus. Blood samples were collected from the 
individuals, and mononuclear blood cells and sera were isolated. Metabolic and 
bioenergetic changes induced by SARS-CoV-2 infection in the mononuclear blood 
cells of the control and COVID-19 groups were examined using the Seahorse 
Analyzer. The average age of the 15 control group subjects whose mitochondrial 
activity measurements were completed was 37.7±12.2 years, while the average age of 
the COVID-19 group was 43.5±13.2 years. It was found that maximal respiration, 
spare respiratory capacity, ATP coupling efficiency, and the Bioenergetic Health Index 
(BHI) significantly decreased in the cells of COVID-19 patients (p<0.05). The average 
BHI of the control group was 2.16±0.22, whereas the COVID-19 group's average was 
1.49±0.17. In addition to these studies, the metabolic effects of patient serum and 
SpikeΔ19 pseudovirus interventions were investigated in the MRC-5+ACE2 and 
mononuclear blood cell models. It was determined that the effects of the sera from 
COVID-19 patients on mitochondrial activity varied between cell models. In the 
MRC-5+ACE2 cells, maximal respiration and spare respiratory capacity increased 
after serum applications (p<0.05). In healthy mononuclear blood cells, patient serum 
applications caused decreases in mitochondrial activity parameters, similar to results
seen in acute patient cells. The application of the SpikeΔ19 pseudovirus did not cause 
any significant change in mitochondrial activity in either model. Within the scope of 
this thesis, characterization studies were also conducted to develop genetically 
encoded biosensor-based multiparametric energy metabolism imaging approaches. In 
conclusion, it was shown that COVID-19 infection can cause significant changes in 
the metabolic profile of human cells and that BHI can be an important biomarker in 
assessing the effects of the disease and monitoring mitochondrial health.