Как выглядит молекула коронавирус
Обновлено: 24.04.2024
Несмотря на то, что они вызвали пандемию глобального масштаба и изменили мир, коронавирусы, включая вирус SARS-CoV-2, очень малы. Они настолько крошечные, что вы не можете увидеть их детали даже под обычным микроскопом
Первые электронные фотографии и иллюстрации, созданные на основе них, которые показывают структуру коронавируса, вызвавшего пандемию COVID-19, появились еще в феврале 2020 года 1 . С тех пор ученые изучили врага достаточно подробно, хотя он продолжает мутировать и многое о нем еще остается неизвестно. Обсудим подробнее, что ученые знают о внутренней работе патогена, поразившего мир, на сегодняшний день.
Что такое коронавирусы
Несмотря на все остающиеся загадки, связанные с новым коронавирусом и вызываемой им болезнью COVID-19, ученые за удивительно короткое время накопили невероятное количество подробных знаний.
На планете могут обитать тысячи различных коронавирусов. Четыре из них являются причиной респираторных заболеваний, протекающих как банальные простуды. Два других уже вызывали тревожные вспышки заболеваний: в 2002 году коронавирус вызвал тяжелый острый респираторный синдром (SARS), унесший жизни более 770 человек во всем мире, а в 2012 году другой штамм вызвал респираторный синдром на Ближнем Востоке (MERS), унесший более 800 жизней. SARS практически исчез за год; MERS все еще сохраняется 2 .
Новейший коронавирус, SARS-CoV-2, вызвал гораздо более смертоносную пандемию отчасти потому, что после заражения человека он может долгое время оставаться незамеченным (бессимптомное течение и длительный период инкубации, а также длительный период выделения вируса). Человек, у которого был коронавирус SARS, передавал его в течение 24–36 часов после появления таких симптомов, как лихорадка и сухой кашель; а люди, которые плохо себя чувствуют, могут быть изолированы до того, как они заразят других.
Но люди с COVID-19 могут передать вирус до того, как у них появятся явные симптомы. Не чувствуя себя больными, инфицированные мужчины и женщины работают, ездят в транспорте, ходят в магазины, едят вне дома и посещают вечеринки, при этом выдыхая коронавирус в воздушное пространство окружающих их людей. Вирус может оставаться незамеченным внутри человеческого тела так долго, отчасти потому, что его геном производит белки, которые не позволяют нашей иммунной системе бить тревогу. Тем временем клетки легких умирают, поскольку вирус тайно размножается и повреждает их. Когда иммунная система распознает вирусные частицы, она может перейти в режим цитокинового шторма, еще сильнее поражая те клетки, которые она пытается спасти.
Как выглядят коронавирусы
Коронавирусы — относительно простые вирусные структуры, а их форма и внешний вид помогает нам понять, как они работают. Они имеют сферическую форму и покрыты шипами со спайковым белком. Эти шипы помогают вирусу связываться со здоровыми клетками и заражать их.
Собственно, коронавирусы и названы в честь отличительного внешнего вида их шипов; под мощным микроскопом шипы выглядят как корона (поэтому и пришло название — коронавирус). Под этими шипами находится слой мембраны. Эта мембрана может быть повреждена дезинфицирующими, моющими средствами и спиртами, поэтому мыло, вода и спиртовые дезинфицирующие гели для рук эффективны против вируса.
Внутри мембраны находится генетический материал вируса — его геном. Все вирусы по составу генома делят на две группы – ДНК-содержащие, как, например, вирус ветряной оспы, а также РНК-вирусы (к ним относится коронавирус). РНК-вирусы имеют небольшие геномы, которые подвержены постоянным изменениям. Эти изменения, называемые мутациями, помогают вирусу адаптироваться к новым видам хозяев и инфицировать их. Считается, что новый COVID-19, вероятно, произошел от вируса летучих мышей, но пока неизвестно, позволили ли мутации осуществить этот переход от животных к людям (либо это были какие-либо иные вмешательства).
Особенности генома нового коронавируса
Геном SARS-CoV-2 представляет собой цепь РНК, длина которой составляет около 29 900 оснований — почти предел для РНК-вирусов. У гриппа около 13 500 оснований, а у риновирусов, вызывающих простуду, — около 8 000 оснований. (Основание — это пара нуклеотидных соединений, которые являются строительными блоками РНК и ДНК.) Поскольку геном настолько велик, во время репликации (создания копии) может произойти множество мутаций, которые нанесут вред вирусу, но SARS-CoV-2 могут вычислять и исправлять копии. Такой контроль качества обычен для человеческих клеток и ДНК-вирусов, но очень необычен для РНК-вирусов. В длинном геноме также есть вспомогательные гены, которые до конца не изучены, но некоторые из которых могут помочь ему противостоять нашей иммунной системе 3 .
Чем отличается новый коронавирус
Новый SARS-CoV-2 наиболее тесно связан с группой вирусов SARS-CoV, обнаруживаемых у людей, летучих мышей, ящериц и циветт. Несмотря на это, между новым COVID-19 и вирусом, вызвавшим эпидемию атипичной пневмонии (в прошлой эпидемии), также существуют различия, связанные с изменениями в их геномах. Это включает в себя то, как они передаются от одного человека к другому, и различные симптомы болезни. Изначально предполагалось, что новый коронавирус более заразен, чем вирус, вызвавший атипичную пневмонию, но с меньшей вероятностью может вызвать тяжелое заболевание. Однако, появление все новых и новых, более агрессивных мутаций (Британский, Индийский, а теперь еще Бразильский штаммы), опровергает это утверждение.
Как на вирус реагирует иммунитет
Поскольку этот вирус новый, ни у кого нет иммунитета к нему. Это означает, что он потенциально заразит очень большое количество людей (практически, пока все люди в той или иной мере не переболеют или не приобретут поствакцинальный иммунитет, мы будем болеть). Да, количество очень тяжелых случаев невелико в процентном отношении (хотя новые штаммы ведут себя агрессивнее), но люди переносят болезнь с массой неприятных проявлений и осложнений, предсказать течение болезни крайне сложно.
SARS-CoV-2 при заражении человека попадает в нос или рот, и циркулирует размножается в дыхательных путях, пока не задевает клетку легкого, на поверхности которой находится рецептор ACE2. Вирус связывается с этой клеткой, проскальзывает внутрь и использует внутренние механизмы клетки, чтобы создавать копии самого себя. Когда накапливается достаточный объем вирусных частиц, они вырываются наружу, оставляя клетку умирать, и проникают в другие клетки. Зараженные клетки посылают сигналы иммунной системе, чтобы попытаться нейтрализовать или уничтожить патогены, но вирусы могут предотвратить или перехватить сигналы, выиграв время для широкой репликации, прежде чем у человека появятся первые симптомы 4 .
Лекарства против вируса и вакцины
Коммерческие и университетские лаборатории по всему миру исследуют более 100 лекарств для борьбы с COVID-19, заболеванием, которое вызывает вирус SARS-CoV-2. Большинство лекарств не уничтожают вирус напрямую, но достаточно сильно мешают ему, чтобы позволить иммунной системе организма избавиться от инфекции. Противовирусные препараты обычно препятствуют прикреплению вируса к клетке легких, предотвращают размножение вируса, если он действительно вторгается в клетку, или ослабляют чрезмерную реакцию иммунной системы, которая может вызывать серьезные симптомы у инфицированных людей (цитокиновый шторм) 5 .
Вакцины подготавливают иммунную систему к быстрой и эффективной борьбе с будущей инфекцией имитируя инфекционный процесс без наличия живого вируса в организме.
Как распространяется COVID-19
Основной путь передачи нового коронавируса — по воздуху, через небольшие капли, выделяемые при кашле, чихании или разговоре, а также через аэрозоли (более мелкие капли, способные перемещаться дальше и оставаться взвешенными в воздухе), которые накапливаются в закрытых и плохо вентилируемых помещениях. Вирус также может передаваться при прикосновении к глазам, носу или рту после прикосновения к загрязненным поверхностям, хотя этот путь передачи кажется редким.
В отличие от SARS, который передается только от людей с симптомами, новый коронавирус может передаваться за день или два до появления симптомов (пресимптоматический) или даже от людей, у которых никогда не развиваются клинические симптомы (бессимптомно). Это значительно препятствует усилиям по сдерживанию распространения вирусов, и является причиной, по которой каждый должен носить маску и придерживаться социального дистанцирования.
Как диагностируется COVID-19
Чтобы определить активные инфекции нужно искать сам вирус: заражение SARS-Cov2 происходит в основном в дыхательных путях. Вот почему диагностические тесты, основанные на амплификации последовательностей вирусных генов с помощью ПЦР, должны проводиться на мазках из носа или горла. Важно помнить, что тесты ПЦР не делают различий между жизнеспособным вирусом и вирусными фрагментами. Кроме того, результат может зависеть от того, как взят образец. Другие диагностические тесты выявляют вирусные белки (экспресс-тесты на антигены) — они менее чувствительны (т.е. они не обнаруживают всех инфицированных), но быстрее и проще в использовании и могут идентифицировать людей с высокой вирусной нагрузкой и, следовательно, очень заразных.
Чтобы доказать перенесенные инфекции, ищите антитела. Другой тип теста обнаруживает вирус -специфические антитела. В этом случае достаточно пробы крови. Этот тест выявляет людей, которые ранее подвергались воздействию вируса и поэтому могут иметь иммунитет. На данный момент используемые серологические тесты широко различаются с точки зрения чувствительности (способности выявлять положительные случаи) и специфичности (способности отличать от других вирусов), поэтому результаты следует интерпретировать с осторожностью. Кроме того, наличие антител к вирусу не гарантирует иммунитета к нему. И, наоборот, клеточный иммунитет (вирус-специфические Т-клетки) наблюдается даже у выздоровевших пациентов с неопределяемыми антителами.
Новость
По оценкам ученых из Имперского колледжа Лондона, вспышка коронавируса в Китае, возможно, уже заразила несколько тысяч людей
Автор
Редакторы
Первая версия этой статьи написана в конце января. После в некоторые главы мы добавили новые сведения (при этом в заголовках указали дату обновления).
Причина, по которой нашей собеседнице приходится оставаться дома, — вирус, который ученые предварительно назвали 2019-nCoV. Источником вируса признали рынок морепродуктов в Ухане, одном из самых крупных городов центрального Китая и столице провинции Хубэй, чье население составляет более 11 миллионов человек (рис. 1). 21 января власти Китая закрыли в него въезд, и неизвестно, когда запрет на поездки будет снят. Ограничения транспорта на момент написания статьи введены в 14 городах Китая, а празднования Нового года по лунному календарю в Пекине отменены.
Рисунок 1а. 11-миллионный Ухань, один из самых крупных городов центрального Китая и столица провинции Хубэй, закрыт на карантин
Рисунок 1б. 11-миллионный Ухань, один из самых крупных городов центрального Китая и столица провинции Хубэй, закрыт на карантин
Рисунок 1в. 11-миллионный Ухань, один из самых крупных городов центрального Китая и столица провинции Хубэй, закрыт на карантин
Рисунок 1г. Досмотр прибывающих пассажиров в международном аэропорте Куала-Лумпур
Карантин подобного масштаба — это экстраординарное событие, однако сможет ли он эффективно остановить распространение вируса, учитывая сегодняшнюю скорость и свободу передвижения по планете — не ясно.
2019-nCoV — что мы знаем сегодня (11 марта 2020 г.)
Сразу оговоримся: о новом вирусе пока известно мало, поскольку анализ и интерпретация результатов требуют времени. Однако уже выяснено, что 2019-nCoV (рис. 2а–в) относится к коронавирусам: в это семейство входят и широко распространенные вирусы, вызывающие легкие респираторные симптомы, и такие опасные вирусы как SARS-CoV и MERS-CoV (подробнее о них ниже). Свое название они получили за форму расположения шипиков на поверхности: кажется, что вирус окружен короной.
Рисунок 2а. Визуализация 2019-nCoV с помощью трансмиссионной электронной микроскопии: изолированные частицы вируса (слева) и вирус в клетках дыхательных путей человека (справа; отмечен стрелками)
Рисунок 2б. Ещё одна фотография с помощью трансмиссионной электронной микроскопии. Сделана в феврале 2020 года.
Рисунок 2в. Вирус 2019-nCoV, взятый у пациента из США. Частицы вируса окрашены оранжевым цветом, клетки — сиреневым. Фотография сделана с помощью сканирующей электронной микроскопии в феврале 2020 года.
Сейчас идет разработка лекарств, которые ингибируют заражение на разных стадиях цикла репликации вируса, и вакцин от SARS-CoV/MERS-CoV. Однако пока специфических препаратов от коронавирусов нет, и лечение заключается в поддерживающей терапии, назначенной по состоянию пациента [2].
Биологический экскурс в жизнь коронавирусов
Коронавирусы представляют собой сферические частицы диаметром 100–160 нм и содержат (+)ssRNA (кодирующую одноцепочечную РНК) размером более 27 т.п.н. Две трети генома с 5′-конца кодируют белок pp1ab, который расщепляется на 16 неструктурных белков, участвующих в транскрипции и репликации генома. 3′-конец кодирует структурные белки (рис. 3а и б) [3].
Рисунок 3а. Строение и генетический цикл коронавируса. Слева: общий вид. Справа: схема репликации.
Рисунок 3б. Жизненный цикл коронавируса SARS-CoV
Семейство Coronaviridae разделяют на основе анализа филогенетических связей на четыре рода: α, β, γ и δ. Первые два инфицируют только млекопитающих. Остальные поражают птиц, но некоторые из них также могут заражать млекопитающих. α- и β-коронавирусы обычно вызывают респираторные заболевания у людей и гастроэнтерит у животных [4].
Точный механизм повреждения легких и причины болезни у человека остаются до конца не изученными. Известно, что, например, SARS-CoV преимущественно поражает эпителиальные клетки легких. Вирус способен проникать в макрофаги и дендритные клетки, но приводит только к абортивному заражению (то есть новые вирионы при таком заражении не образуются). Тем не менее инфекция этих типов клеток может иметь большое значение для развития провоспалительных процессов [5].
До вспышки SARS-CoV 2002–2003 годов считалось, что у людей коронавирусы вызывают только легкие респираторные инфекции [5].
Что еще известно о самом вирусе 2019-nCoV? Очень мало. Вирус может передаваться от человека к человеку воздушно-капельным путем (сначала исследователи решили, что вирус распространяется только через мясо, которое продавали на рынке в Ухане, но, к сожалению, эта надежда не оправдалась). ВОЗ подтвердила, что в Ухане идентифицированы случаи заражения четвертого поколения (то есть когда первый человек заражает второго, второй третьего, а третий четвертого), а за пределами Уханя — второго поколения.
Даже источник вируса пока определить не удалось: очевидно только, что это мясо дикого животного (подробнее об этом ниже). Одно из предположений, выдвинутое китайскими учеными, — что природным резервуаром для вируса являются змеи [6], однако оно уже получило множественную критику от коллег.
Центры по контролю и профилактике заболеваний выпустили руководство для медицинских работников по идентификации симптомов коронавируса 2019-nCoV. В нем идет речь о лихорадке и о таких симптомах заболевания нижних дыхательных путей как кашель и затрудненное дыхание.
Результаты анализа различных геномов вируса (например, GenBank: MN908947.3) показали, что он довольно близок к SARS-CoV, однако сделать однозначные выводы, насколько схожи клинические картины заболевания у этих двух вирусов, по этой информации нельзя [7].
В феврале 2020 года Калифорнийский университет в Санта-Круз (UCSC) опубликовал в интернете геном вируса 2019-nCoV (рис. 4).
Рисунок 4. Геном вируса 2019-nCoV и кодируемые им белки. Белки pp1ab и pp1a — неструктурные, продукты их расщепления участвуют в транскрипции и трансляции вирусного генома. S — белок Spike. E — белок оболочки. M — белок мембраны. N — белки нуклеокапсида.
Рисунок 5а. Строение белка Spike. а — Вид сбоку. б — Вид сверху. в — Вид сверху при взаимодействии с клеточным рецептором.
Рисунок 5б. Взаимодействие клеточного рецептора ACE2 с доменом RBD белка Spike. Слева: сравнение последовательностей белка у 2019-nCoV и SARS-CoV.
Коронавирусы человека
Первый коронавирус человека описан в 1960-х годах. Сегодня известно семь коронавирусов, которые заражают человека и поражают его дыхательный тракт [2].
Менее опасные и широко распространенные 229E, NL63, OC43 и HKU1 обычно вызывают только легкие заболевания верхних дыхательных путей, похожие на ОРВИ. MERS-CoV, SARS-CoV и, видимо, новый 2019-nCoV вызывают более серьезные состояния вплоть до тяжелого острого респираторного синдрома (SARS). Особую опасность коронавирусы представляют для людей с ослабленной иммунной системой, в частности для новорожденных, детей и пожилых [8].
Эпидемии SARS-CoV и MERS-CoV
Рисунок 6. Электронно-микроскопическое изображение SARS-CoV в цитоплазме зараженной клетки
Если вы интересуетесь эпидемиологией, обязательно почитайте про героического итальянского врача Карло Урбани, который, возможно, спас миллионы людей от болезни.
MERS-CoV, вызывающий Ближневосточный респираторный синдром (Middle East respiratory syndrome), идентифицирован в Саудовской Аравии в 2012 году. Последняя крупная вспышка заболевания произошла в Республике Корея в 2015 году, куда вирус завезли с Ближнего Востока — из Кувейта. Число погибших составило 33 человека благодаря оперативным действиям южнокорейского правительства.
Природным резервуаром многих коронавирусов считаются летучие мыши, а от них уже заражаются другие животные (рис. 7). Так, человек, предположительно, получил MERS-CoV от верблюдов — носителей вируса. Предыдущие вспышки тяжелого острого респираторного синдрома, вызванного коронавирусом SARS-CoV, также были вызваны передачей возбудителя человеку от животного: вероятно, через мясо циветы, куда тот попал от летучих мышей.
Рисунок 7. Источники заражения коронавирусами людей: природные резервуары коронавирусов и их переносчики
Так что неудивительно, что местом, откуда начал распространяться вирус, стал рынок (Huanan Seafood Wholesale Market) в Ухане, на котором продавались морепродукты и живые дикие животные для последующего употребления в пищу (рис. 8). Портал Channel New Asia указывает, что в прайс-листе рынка 112 позиций, среди которых — волки, циветы, лисы, крокодилы и змеи.
Рисунок 8. Рынок в Ухане, который стал источником распространения нового вируса
Сегодняшняя ситуация (24 января 2020 г.)
По оценкам экспертов из Имперского колледжа Лондона (Imperial College London), которые учитывают инкубационный период, задержки в диагностике, неполноту информации и другие факторы, к 18 января симптомы заражения должны были проявиться в среднем у 4000 людей [12].
Рисунок 9. Жители Уханя
ВОЗ уже опубликовала рекомендации по защите от заражения на своем сайте. В целом они сводятся к стандартным процедурам мытья рук, избегания контакта с зараженными людьми и настоятельной рекомендации обращаться к врачу при появлении симптомов заболевания.
P.S. На 15 марта домашний карантин в Ухане все еще продолжается. Жительница Уханя и ее муж не покидали дом уже более полутора месяцев.
Инфекция 2019-nCoV: симптомы, профилактика и лечение
Вирус передается воздушно-капельным путем (при кашле, чихании, разговоре), воздушно-пылевым, контактным и фекально-оральным. Факторы передачи: воздух, пищевые продукты и предметы обихода, контаминированные 2019-nCoV.
Инкубационный период — 2–14 суток.
Подозревать инфекцию новым коронавирусом можно, если человек:
- имеет симптомы ОРВИ, бронхита или пневмонии;
- за последние 14 дней побывал в странах, где сейчас вспышка заболевания, контактировал с побывавшими там или контактировал с зараженными вирусом 2019-nCoV.
Определить наличие вируса возможно с помощью ПЦР.
Симптомы инфекции 2019-nCoV
- повышенная температура тела (90% случаев);
- кашель (80%);
- одышка (55%);
- миалгия и утомляемость (44%).
Заболевание может сопровождаться сепсисом.
Наиболее тяжелые формы развиваются у пациентов старше 60 лет.
Лечение инфекции 2019-nCoV
Специфического лечения пока нет.
ВОЗ рекомендует применение рибавирина (противовирусного препарата против гепатита С и гемморагических лихорадок) и интерферона β-1b. Они могут неспецифически подавлять размножение вируса и улучшать течение заболевания.
Пациентам с пневмонией следует вводить антимикробные препараты. При сепсисе — гидрокортизон.
Симптоматическое лечение инфекции 2019-nCoV
- прием жаропонижающих средств (при температуре выше 38–38,5 °C);
- обильное питьё (2,5–3,5 л в сутки и более);
- купирование ринита (в основном промывание носа солевыми растворами);
- терапия бронхита (прием муколитических и бронхолитических средств).
Профилактика инфекции 2019-nCoV
- ношение маски при контакте с больными (не обычной марлевой, а специальной с зажимом для носа, например);
- ношение специальных очков при контакте с больными;
- мытье рук;
- тщательное мытье овощей и фруктов перед употреблением.
Доктор Комаровский о коронавирусе 2019-nCoV (31.01.2020)
Видео 1. В этом ролике Евгений Комаровский рассказывает о статистике заболеваемости, новой больнице в Китае, профилактике инфекции и многом другом. Как всегда, кратко, чётко и метко.
Во всем мире, по последним данным ВОЗ, насчитывается 108,5 миллиона инфицированных, а по подсчетам Университета Джонса Хопкинса, их число уже превысило 109 миллионов. Умерли 2,4 миллиона человек.
По теме (1)
17 июля 2021, 13:48
ПОДЕЛИТЬСЯ
ПРИСОЕДИНИТЬСЯ
Увидели опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter
Комментарии (1)
МегаФон расширяет свое присутствие в сегменте восстановленной техники. К программе trade-in, позволяющей получить скидку на новый гаджет в обмен на старый, компания запускает продажу восстановленных смартфонов. Также в ближайшее время в салонах оператора появится новая услуга — прямой выкуп техники у клиентов.
Компания и основатели START планируют объединить два онлайн-кинотеатра. После слияния на видеосервисе START появится новое контентное предложение: в рамках единой подписки продолжат выходить премьеры оригинальных проектов, запустится интернет-вещание широкого пакета телеканалов, а также значительно увеличится предложение зарубежных фильмов и сериалов.
Материалы рубрики
Информация
Рубрики
Проекты
Мы в соцсетях
© 2000-2022 Фонтанка.Ру
Свидетельство Роскомнадзора ЭЛ № ФС 77-66333 от 14.07.2016
Обзор
Межвидовые контакты приводят к зоонозам
коллаж автора статьи (изображения из открытых источников)
Автор
Редакторы
Генеральный партнер конкурса — ежегодная биотехнологическая конференция BiotechClub, организованная международной инновационной биотехнологической компанией BIOCAD.
Спонсор конкурса — компания SkyGen: передовой дистрибьютор продукции для life science на российском рынке.
Надо признаться: мы не знаем, сколько вирусов существует в природе. Сейчас известно 6590 видов этих облигатных внутриклеточных паразитов. Но, по некоторым осторожным оценкам, только среди млекопитающих могут циркулировать сотни тысяч пока не описанных видов вирусов [1]. Отмечу, что разнообразие живого мира, мягко говоря, не ограничивается одним классом позвоночных животных. Безусловно, неизвестные вирусы способны вызывать заболевания человека. Самое грустное в том, что даже при наличии известной геномной последовательности (а чаще всего сиквенса нет — объект-то неизвестный!) невозможно сказать, насколько опасен тот или иной вирус. Таким образом, неизвестно даже примерное число вирусов, потенциально способных приводить к эпидемиям или пандемиям.
Чем чаще и тяжелее протекает инфекция, тем больше ресурсов вкладывают в изучение аспектов взаимодействия патогена с организмом человека. Из понимания этих деталей возникают идеи для разработки лекарств. Сейчас эффективно и специфично можно вылечить или предотвратить примерно 20 вирусных заболеваний, от которых погибало или погибает много людей (например полиомиелит и бешенство). Но наше знание даже, казалось бы, хорошо изученных объектов весьма обрывочно. Например, десятки, если не сотни, научных групп много лет активно изучают вирус полиомиелита. Структуру генома и вирусные белки описали десятилетия назад. А в 2019 году внезапно нашли еще один белок, облегчающий распространение вируса в клетках кишечного эпителия [2].
Сейчас активно разрабатывают методы специфической терапии еще примерно 20 болезней, которые вызывают вирусы (например ВИЧ или SARS-CoV-2). Но это лишь верхушка айсберга: около 200 других вирусов (например лиссавирус Иркут [3] или тоготовирус Бурбон [4]) приводят к заболеваниям человека разной степени тяжести. Про них по большей части можно сказать только то, что:
- нуклеотидная последовательность известна;
- это опасно.
Более того, есть страшная статистика. Когда человек умирает от вирусного энцефалита (воспаления головного мозга, вызванного вирусной инфекцией), в 60% случаев конкретный возбудитель заболевания остается неизвестным [5].
Возможность межвидовой передачи вирусов зависит от интенсивности контактов между разными животными [6]. Например, число контактов между людьми и летучими мышами считается небольшим: летучих мышей, как правило, не содержат в качестве домашних животных и не разводят для употребления в пищу. Тем не менее в некоторых регионах мира этих животных едят. В рационе почти половины жителей деревень на юге Камеруна присутствуют летучие мыши [7]. Летучие мыши этого региона — естественные резервуары филовирусов и хенипавирусов, вызывающих такие опасные заболевания, как лихорадка Эбола [8] и инфекция Нипах [9]. Таким образом, прямая передача вируса от летучих мышей к людям возможна, что периодически и происходит в разных уголках земного шара.
Возможность распространения патогена зависит от многих факторов. Например, вирус бешенства передается при ослюнении раневой поверхности. Такой способ делает возможным циркуляцию бешенства среди лисиц [15]. Но заражение человека бешенством от другого человека в литературе не описано — у людей в норме не принято кусать друг друга. По этой причине бешенство было и будет оставаться классическим примером зооноза для людей. Отмечу, что эта болезнь не всегда циркулировала в популяции плотоядных животных.
Какие бывают коронавирусы и все ли они опасны для человека?
Cемейство Coronaviridae включает в себя два подсемейства. Подсемейство Letovirinae состоит из единственного вида Microhyla letovirus 1, недавно обнаруженного в лягушках [17]. Подсемейство Orthocoronavirinae состоит из четырех родов: Alphacoronavirus (19 видов), Betacoronavirus (14 видов), Deltacoronavirus (7 видов), Gammacoronavirus (5 видов) (рис. 1). До введения греческих букв в качестве приставок (альфа-, бета-, гамма-) рода называли классификационными группами номер 1, 2 и 3 соответственно [18]. После пересмотра номенклатурных деталей описали четвертый род вирусов, который по аналогии назвали дельтакоронавирусами. Коронавирусы могут поражать разных позвоночных животных (куриц, индеек, собак, свиней, дельфинов, китов, грызунов, летучих мышей, верблюдов и других).
Рисунок 1. Филогенетические взаимоотношения избранных представителей подсемейства Orthocoronavirinae. Названия вирусов, описанных у человека, выделены жирным шрифтом.
Неизвестно, какие из коронавирусов потенциально способны распространиться в нашей популяции, а какие — нет. Более того, непонятна даже доля уже обнаруженных коронавирусов: тут можно предположить любое значение в диапазоне между 0 и 100 процентами. При этом даже родственные коронавирусы могут распространяться между людьми с разной эффективностью. Например, SARS-CoV и SARS-CoV-2 принадлежат к одному виду коронавирусов [19]. SARS-CoV — это аббревиатура от Severe Acute Respiratory Syndrome CоronaVirus, то есть вызывающий тяжелый острый респираторный синдром коронвирус (ТОРС-КоВ). После вспышки атипичной пневмонии 2002–2004 годов у диких животных обнаружили сотни вирусов, которые, согласно филогенетическому анализу, принадлежали к этому же виду. Совокупность таких патогенов обозначили как родственные SARS-CoV. К февралю 2020 года стало понятно, что ранее неизвестный представитель SARS-related coronavirus вызывает человеческую респираторную инфекцию. Всемирная организация здравоохранения и международный комитет по таксономии вирусов предложили назвать коронавирусную инфекцию, начавшуюся в 2019 году, аббревиатурой COVID-19 (Coronavirus disease 2019), а возбудителя болезни — SARS-CoV-2 соответственно. Два человеческих SARS-коронавируса (то есть два варианта одного вида) приводят к разным заболеваниям. В летучих мышах циркулируют другие представители этого вида, случаи заражения человека которыми пока не описали. Пандемический потенциал этих вызывающих SARS коронавирусов неясен, но вызывает серьезные опасения. Сейчас известно, что люди заражались коронавирусами животных как минимум семь раз.
Естественным резервуаром предков бетакоронавирусов HKU1 и OC43 были грызуны, а предков альфакоронавирусов NL63 и 229E — летучие мыши (рис. 2) [32]. Промежуточными хозяевами OC43 считаются коровы, а 229E — альпаки [25]. Такие выводы получают при сравнении нуклеотидных последовательностей патогенов. Практически идентичные последовательности геномов вирусов, выделенных из разных видов животных, показывают недавнюю межвидовую передачу вируса. Отсутствие же очень похожих последовательностей вирусов в разных видах говорит лишь о незнании реального распространения патогена в окружающей среде.
Рисунок 2. Летучие мыши — это естественные резервуары NL63, 299E, SARS-CoV, MERS-CoV, SARS-CoV-2, а грызуны — естественные резервуары HKU1 и OC43. Коровы, альпаки, циветы и верблюды — промежуточные хозяева OC43, 229E, SARS-CoV и MERS-CoV соответственно. Промежуточные хозяева HKU1, NL63 и SARS-CoV-2 неизвестны из-за неполноты знаний экологии коронавирусов.
рисунок автора статьи
В XXI веке произошло три случая заражения человека коронавирусами животных, в результате которых инфекция начала циркулировать в нашей популяции. Все три вируса относятся к бетакоронавирусам.
SARS-CoV
В 2002–2004 годах в Китае случилась вспышка атипичной пневмонии. Это заболевание назвали SARS. Эпидемия началась в ноябре 2002 года в южной провинции Гуандун, откуда быстро распространилась на соседние территории. Последний случай первой вспышки SARS зафиксировали в июне 2003-го. Всего заболело примерно 8000 человек, 9% погибло [33]. Следует отметить, что в конце 2003 года, спустя полгода после завершения эпидемии, в Китае произошли новые заражения SARS [33]. Вторую вспышку быстро локализовали, заболели всего четыре человека. Природным резервуаром SARS-CoV оказались летучие мыши. От летучих мышей заразились циветы — промежуточные хозяева коронавирусной инфекции, через контакт с которыми SARS-CoV попал в человеческую популяцию [32].
MERS-CoV
Второй случай возникновения способного к передаче от человека к человеку коронавируса произошел на Аравийском полуострове. Инфекцию назвали MERS, то есть Middle East Respiratory Syndrome, или ближневосточный респираторный синдром. Эту болезнь вызывает коронавирус MERS-CoV. Конкретное время начала эпидемии остается загадкой: называют сроки от ноября 2009 года до апреля 2012 года [34]. Всего, по данным ВОЗ, на 31 января 2020 года были лабораторно подтверждены 2506 случаев в 27 странах. Максимальное число заражений произошло в 2013–2015 годах, однако эпидемия продолжается до сих пор. Заболевание протекает как бессимптомно, так и с развитием тяжелой пневмонии, септическим шоком и полиорганной недостаточностью, что приводит к смерти примерно в 36% случаев [35]. Естественным резервуаром предковых форм MERS-CoV оказались летучие мыши, а промежуточными хозяевами — верблюды. Антитела к MERS-CoV у верблюдов обнаружили в архивном биологическом материале, собранном в 1983 году. Это значит, что не позднее 1983 года вирус попал в популяцию верблюдов, которые стали промежуточными хозяевами [32]. Заражение человека от верблюда вирусом MERS-CoV происходило много раз, то есть MERS продолжает оставаться инфекцией зоологического происхождения (зоонозом). Передача вируса от человека к человеку тоже возможна, но считается недостаточно эффективной для развития пандемии [35]. Тем не менее при нарушении эпидемиологических норм возможно успешное распространение MERS-CoV в человеческой популяции. Например, в 2015 году гражданин Южной Кореи путешествовал по странам Аравийского полуострова. После возвращения домой у пациента поднялась температура и появился кашель. Больной посетил три больницы, где находился в переполненных помещениях, ожидая своей очереди к врачу [36]. Всего в результате единственного завоза MERS-CoV в Южную Корею заболели 186 человек, 38 из них погибли. Эпидемия продлилась два месяца. Вспышку удалось локализовать за счет составления общей сети распространения инфекции, выявления возможных контактов и последующего карантина двух десятков тысяч человек [37].
SARS-CoV-2
Согласно филогенетическому анализу, SARS-CoV-2 попал в человеческую популяцию в конце ноября — начале декабря 2019 года [38], [39]. Судя по всему, это было единичное случайное событие. SARS-CoV-2 вызывает COVID-19 [40]. SARS-коронавирусы чаще всего циркулируют в летучих мышах, которые являются естественными резервуарами этих патогенов. Пандемический потенциал других SARS-коронавирусов неясен, но вызывает серьезные опасения.
Филогенетически ближайший к SARS-CoV-2 коронавирус RaTG13 обнаружили у летучей мыши в китайской провинции Юннань [41]. Число идентичных нуклеотидов между геномами этих двух вирусов составляет приблизительно 96%. Четыре процента различий — это довольно много. Последний общий предок SARS-CoV-2 и RaTG13 существовал десятки лет назад: за один год в геноме возникает примерно 0,08% мутаций. Некоторые участки поверхностного белка SARS-CoV-2 больше похожи на соответствующие регионы коронавируса, выделенного из панголинов [39]. Это говорит лишь о том, что сейчас не известны практически идентичные SARS-CoV-2 последовательности геномов вирусов, выделенных не из человека. Значит, промежуточный хозяин SARS-CoV-2, от которого заразился нулевой пациент, пока неизвестен. Отметим, что геномы коронавирусов, выделенных из цивет и верблюдов, практически идентичны геномам SARS-CoV и MERS-CoV соответственно. В результате промежуточный хозяин двух предыдущих человеческих коронавирусов был быстро определен. Есть надежда, что секвенирование вирома животных того региона, где началась пандемия, покажет промежуточного хозяина SARS-CoV-2 [39].
По разным оценкам, в результате предыдущей пандемии (гриппа в 2009 году) погибли десятки [42] или сотни [43] тысяч человек. А от все еще продолжающейся пандемии COVID-19 по данным на июль 2020 года умерли сотни тысяч пациентов. К сожалению, пока не наступило то время, когда можно было бы оценить итоговый урон, нанесенный человечеству этой коронавирусной инфекцией. В текущей ситуации больше всего пугает неизвестность нового патогена. Аспекты взаимодействия SARS-CoV-2 с хозяином на молекулярном, клеточном, тканевом, организменном и популяционном уровнях остаются предметом активного изучения, которое, по сути, началось лишь несколько месяцев назад. Очень многие детали неясны. Например, NL63 можно повторно обнаружить в пациенте спустя несколько месяцев после первого выздоровления [44]. Непонятно, насколько подобная особенность характерна для других человеческих коронавирусов. Другая деталь — существует феномен антитело-зависимого усиления (antibody-dependent enhancement, ADE) инфекции, при котором болезнь протекает тяжелее, если в организме уже есть антитела к возбудителю. Эту особенность наблюдали для вирусов Эбола, Зика, Денге, SARS-CoV [45]. Роль ADE в патогенезе COVID-19 сейчас активно изучается. Кроме того, для HKU1 и OC43 показана сезонность в распространении инфекции [46]. Но для SARS-CoV-2 сейчас отсутствует понимание вклада этого важнейшего фактора, прошло слишком мало времени. Для ответа на эти и многие другие вопросы потребуются годы кропотливой работы тысяч исследователей. Но, несмотря на то, что очень многого мы пока не знаем, некоторые факты уже известны. Например, концентрация SARS-CoV-2 при COVID-19 в верхних дыхательных путях на несколько порядков выше, чем у SARS-CoV при SARS [47]. Значит, SARS-CoV-2 эффективнее реплицируется в глотке, что приводит к более интенсивному распространению респираторной инфекции.
Заключение
На этом рисунке американского ученого и художника Дэвида Гудселла (David S. Goodsell) изображен попавший в легкие коронавирус SARS-CoV-2 — точнее, одна его вирусная частица, или вирион. Она могла проникнуть в легкие со вдохом в составе аэрозоля, выделившегося в воздух при чихании или кашле зараженного человека, или же из верхних дыхательных путей, если вирус осел и размножился сначала там (при этом активно передаваясь другим людям).
Самый заметный из белков коронавируса — S-белок (spike protein). Именно он отвечает за проникновение коронавируса в клетку. И именно благодаря шипам-пепломерам, образующим вокруг вирусной частицы ореол, под микроскопом напоминающий солнечную корону, коронавирусы получили свое название. (Впрочем, сам шип, образованный тремя S-белками, тоже похож на корону, только обычную, а не солечную. Но выяснилось это, конечно, позже.)
Диаметр вириона — 120–160 нм без учета шипов, длина шипа — 20 нм. SARS-CoV-2 почти на два порядка меньше клеток, которые он заражает.
В самом начале этой РНК (на 5'-конце, см. 5'-end) находятся молекулярные структуры, характерные для матричных РНК клетки. Поэтому клеточные системы синтеза белков — рибосомы — принимают РНК вируса за свою и собирают на ее матрице длинную цепь аминокислот, прочитывая при этом примерно две трети вирусного генома. Эта длинная цепь — полипротеин ORF1ab — разрезается на 16 неструктурных (т. е. не образующих вирион) белков. Среди них есть и клеточные ножницы — протеазы; они еще в составе общей цепи правильно сворачиваются и начинают работать. Именно они и нарезают цепь на отдельные белки — получается, что полипротеин режет себя сам.
Подробный рассказ о белках, кодируемых вирусом SARS-CoV-2, см. в популярной статье из газеты New York Times Bad News Wrapped in Protein: Inside the Coronavirus Genome. На схеме из этой статьи видно, как гены неструктурных, структурных и вспомогательных белков расположены на РНК вируса от ее начала (слева) к концу
Вирусные РНК-полимеразы часто ошибаются и вставляют в РНК не те нуклеотиды — то есть вносят мутации. Это помогает РНК-содержащим вирусам быстро эволюционировать, однако из-за большой частоты мутаций они не могут позволить себе иметь длинный геном и много белков — всё время что-то будет ломаться. Поэтому средняя длина вирусных РНК-геномов — всего 9000 нуклеотидов. Но коронавирусы — исключение: длина их геномов достигает 30 000 нуклеотидов. Это связывают с тем, что у коронавирусов есть уникальный для РНК-вирусов белок, способный отрезать только что прикрепленный нуклеотид от синтезируемой цепи, если он не комплементарен матрице. Это помогает снизить процент ошибок при синтезе новых молекул РНК.
Субгеномные РНК служат матрицей для производства четырех структурных белков (S, E, M и N) и еще нескольких вспомогательных, см. схему выше. Вспомогательные белки не входят в состав вириона. Некоторые из них взаимодействуют с иммунной системой организма или помогают готовым вирионам покинуть клетку, функции других пока не вполне ясны. Известно, что в лаборатории они не нужны вирусу для размножения, а в организме — просто необходимы.
С каждой субгеномной РНК транслируется только один или два белка, после чего трансляция останавливается (следующие белки транслируются уже со своих субгеномных РНК). Это позволяет вирусу четко регулировать количественное соотношение производимых белков: оно определяется вероятностями, с которыми РНК-полимераза перескакивает от их генов к началу генома.
Полные копии вирусной РНК запускают новые круги репликации вируса: с них считываются новые копии неструктурных белков, из которых опять собираются РНК-полимеразы. Они, в свою очередь, порождают новые копии вирусного генома и новые матричные субгеномные РНК, по которым рибосомы клетки синтезируют вирусные белки. Таким образом, в клетке накапливается всё необходимое для сборки новых вирусных частиц. Нам осталось понять, как они формируются и покидают клетку.
Жизненный цикл коронавируса SARS-CoV (у SARS-CoV-2 он такой же). Вирион проникает в клетку путем эндоцитоза; затем S-белок расщепляется, вследствие чего мембраны вируса и эндосомы сливаются и РНК выходит. Первые две трети генома транслируются в полипротеины (1ab или укороченный 1a). Они режутся (протеолиз) на неструктурные белки, из которых собирается вирусная РНК-полимераза (репликаза). С ее помощью формируются (транскрипция) копии РНК вируса и восемь видов субгеномной мРНК — шаблоны для генерации структурных и вспомогательных белков в просвете (ERGIC) между эндоплазматическим ретикулумом (ER) и аппаратом Гольджи. Вирионы собираются в цитоплазме и выходят из клетки путем экзоцитоза. Схема из статьи Компьютерные технологии против коронавируса: первые результаты (неадаптированная схема — в статье L. Du et al., 2009. The spike protein of SARS-CoV — a target for vaccine and therapeutic development)
Белки S, M и E — мембранные. Как и мембранные белки самой клетки, их синтезируют рибосомы, связанные с эндоплазматическим ретикулумом (ЭПР) — органеллой, представляющей собой совокупность мембранных полостей. С помощью специальных молекулярных комплексов белки внедряются в мембрану ЭПР прямо во время своего удлинения. Потом часть мембраны с новыми белками отпочковывается от ЭПР, получившийся транспортный пузырек отправляется к внешней клеточной мембране и впоследствии сливается с ней.
Как видите, мы имеем дело с очень интересным вирусом. Несмотря на это, хочется всем пожелать не знакомиться с ним лично!
Читайте также: