Dr. Tomas Kačergius: ką mokslas žino apie koronavirusą

Sunkaus ūminio respiracinio sindromo koronovirusas 2 (angl. SARS-CoV-2) yra Coronaviridae šeimos virusas, sukeliantis ūminę viršutinių ir apatinių kvėpavimo takų infekciją, vadinamą koronavirusine liga 2019 (angl. COVID-19) [1]. Koronavirusų pavadinimas yra kilęs iš lotyniško žodžio – corona, reiškiančio vainiką arba karūną, kuri gerai matoma šių virusų elektroninėse nuotraukose dėl ganėtinai ilgų (20 nm) kuokos formos išsikišimų (glikoproteinų), esančių ant jų apvalkalo paviršiaus [2].

Be dabartinio koronaviruso varianto, yra žinomi dar šeši koronavirusų variantai, sukeliantys žmonėms kvėpavimo takų infekcijas [3]. Pirmieji koronavirusai, t. y. jų variantai HCoV-229E ir HCoV-OC43, buvo atrasti ir išskirti iš žmonių kvėpavimo takų, atitinkamai – 1966 m. ir 1967 m. [3]. Globaliniu mastu kiekvienais metais šie virusai sukelia žmonėms viršutinių kvėpavimo takų infekcijas, pasireiškiančias peršalimo simptomais (sloga, gerklės skausmu, kartais karščiavimu ir kosuliu).

2002 m. Kinijoje buvo atrastas ir išskirtas iš žmonių kvėpavimo takų sunkaus ūminio respiracinio sindromo koronavirusas (angl. SARS-CoV), sukeliantis gyvybei pavojingą ūminį respiracinio distreso sindromą [3]. Mirštamumas nuo šio viruso sąlygotos infekcijos siekia 9 proc. 2004 m. ir 2005 m. atrasti dar du nauji koronavirusų variantai – HCoV-NL63 ir HCoV-HKU1, lemiantys žmonėms tiek viršutinių, tiek ir apatinių kvėpavimo takų infekcijas (pvz., bronchiolitą, pneumoniją) [3].

Galiausiai, 2012 m. Saudo Arabijos Karalystėje buvo atrastas ir išskirtas iš žmonių kvėpavimo takų labai patogeniškas Artimųjų Rytų respiracinio sindromo koronavirusas (angl. MERS-CoV), sukeliantis ne tik gyvybei pavojingą ūminį respiracinio distreso sindromą, bet ir gastroenteritą bei inkstų pažeidimus [3]. Mirštamumas nuo MERS-CoV infekcijos siekia 36 proc. Daugumos koronavirusų natūralūs šeimininkai yra šikšnosparniai, iš kurių jie per tarpinius šeimininkus (pvz., civetas, kupranugarius) perduodami žmonėms [4].

Atlikta naujojo koronaviruso (SARS-CoV-2) genomo filogenetinė analizė nustatė 88–89 proc. nukleotidų sekų homologiją su šikšnosparnių koronavirusų SL-CoV ZC45 ir SL-CoV ZXC21 padermėmis, 79 proc. – su žmogaus SARS-CoV koronavirusu ir apytiksliai 50 proc. – su žmogaus MERS-CoV koronavirusu [5]. Be to, SARS-CoV-2 geno, koduojančio viruso replikazę, filogenetinė analizė atskleidė 98,7 proc. nukleotidų sekų panašumą su pasagnosinių šikšnosparnių (Rhinolophus gentis) koronaviruso BtCoV/4991 paderme [6]. Taigi, palyginamoji genetinė analizė aiškiai rodo, kad SARS-CoV-2 natūralūs šeimininkai yra Rhinolophus genties šikšnosparniai, o įtariami tarpiniai šeimininkai – pangolinai (arba skujuočiai), kuriais prekiaujama Kinijos turguose [7].

Morfologiškai koronavirusai yra pleomorfiški, dažniausiai sferinę formą turintys virusai, kurių skersmuo svyruoja nuo 100 nm iki 150 nm [2]. Struktūriškai koronavirusai yra sudaryti iš genetinės medžiagos (ribonukleorūgšties [RNR]) ir ją dengiančio apvalkalo, sudaryto iš baltymų ir dvisluoksnės lipidinės membranos, kurią stabilizuoja transmembraniniai baltymai [2].

Apvalkalo paviršiuje yra išsidėstę, jau minėti, kuokos formos glikoproteinai, reikalingi koronavirusų prisitvirtinimui prie specifinių receptorių ląstelių membranose. Reikia pažymėti, kad koronavirusų genomą sudaranti ribonukleorūgštis yra viengrandė tiesioginės (+) krypties RNR molekulė, galinti jungtis prie užkrėstos ląstelės ribosomų ir vykdyti transliaciją, t.y. viruso baltymų sintezę. Koronavirusų, įskaitant SARS-CoV-2, genominės RNR dydis siekia beveik 30 kb, o tai yra didžiausias genomas iš visų žinomų RNR virusų [2, 8].

Pagrindinis COVID-19 plitimo kelias yra oro lašelinis. SARS-CoV-2, patekęs į kvėpavimo takus su skysčio lašeliais, per savo paviršiaus glikoproteinus jungiasi su angiotenziną konvertuojančio fermento 2 (ACE2) receptoriais, esančiais bronchų epitelinių ląstelių membranose bei alveolių I ir II tipo epitelinių ląstelių membranose [9]. Po susijungimo su specifiniais receptoriais, virusas susilieja su ląstelės citoplazmine membrana ir patenka į ląstelę endocitozės būdu [2].

Suardžius viruso apvalkalą, viruso genominė RNR patenka į ląstelės citoplazmą ir yra panaudojama virusinės replikazės (nuo RNR priklausomos RNR polimerazės) sintezei. Šis fermentas transkribuoja viruso tiesioginės (+) krypties RNR molekulę į atvirkštinės (–) krypties RNR molekulę, kuri toliau yra panaudojama kaip matrica viruso iRNR sintezei ir viruso genominės RNR sintezei [2].

Visi sintezuoti viruso komponentai (struktūriniai baltymai, genominė RNR) yra sujungiami ląstelės endoplazminiame tinkle ir pūslelių pavidalu transportuojami į citoplazminės membranos paviršių. Koronavirusų replikacija vyksta tik ląstelės citoplazmoje, nepatekdama į branduolį. Iš užkrėstos ląstelės koronavirusai išeina egzocitozės būdu, nužudydami ląstelę.

Kadangi virusas dėl replikacijos pažeidžia plaučių alveolių sieneles, o plaučių audinys yra gausiai infiltruojamas neutrofilais, monocitais ir makrofagais, tai vystosi plaučių uždegimas (pneumonija). Visas koronavirusų replikacijos ciklas ląstelėje gali trukti 24–48 val. [2]. Vadinasi, koronavirusų replikacija vyksta lėčiau negu, pavyzdžiui, gripo virusų, kurių replikacijos ciklas trunka 6 val. [2]. Savo ruožtu, tai lemia ilgesnį inkubacinį periodą (4–8 d.), nustatomą esant COVID-19 infekcijai [8].

Reikia pažymėti, kad koronavirusai pasižymi dideliu mutacijų dažniu – kiekvieno RNR replikacijos ciklo metu viruso genominėje RNR atsiranda keletas taškinių mutacijų dėl RNR polimerazės padarytų klaidų [2]. Be to, koronavirusams yra būdingas didelis RNR rekombinacijų dažnis, kuris yra daugiau nei 25 proc. (visam koronaviruso genomui) [2]. Tai unikalus reiškinys, būdingas koronavirusams, kuris atsiranda dėl transkripcijos nutraukimo atvirkštinės (–) krypties RNR grandinės sintezės metu ir RNR polimerazės „šokinėjimo“. Šis procesas sugeneruoja daug subgenominių RNR molekulių, susikaupiančių bei galinčių rekombinuotis užkrėstoje ląstelėje. Dėl nuolat vykstančių mutacijų ir rekombinacijų, koronavirusai geba geriau ir lengviau prisitaikyti prie skirtingų šeimininkų, t. y. įvairių gyvūnų, taip pat ir žmogaus.

Kalbant apie koronavirusų infektyvumą, reikėtų pabrėžti, kad mažo skersmens (< 1 µm) skysčio lašeliuose, kurie susidaro žmogui kosint, koronavirusai (įskaitant SARS-CoV-2) išsilaiko ore infektyvūs apytiksliai 2 val. [8]. Be to, nustatyta, kad, dėl savo struktūros ypatumų, ant negyvų daiktų ir aplinkos paviršių (metalo, stiklo, plastiko) koronavirusai išlieka infektyvūs kambario temperatūroje iki 9 d. (SARS-CoV, MERS-CoV) [10].

Tyrimais taip pat yra parodyta, jog 75 ºC temperatūra koronavirusus inaktyvuoja per 45 min. (SARS-CoV); ultravioletiniai spinduliai (UV-C: 254 nm) koronavirusus inaktyvuoja per 15 min. (SARS-CoV); gama spinduliai inaktyvuoja koronavirusus paveikus 2 × 10⁶ radų doze (SARS-CoV); 62–71 proc. etanolis, 0,5 proc. vandenilio peroksidas, 0,1 proc. natrio hipochloritas ir 2 proc. glutaraldehidas inaktyvuoja koronavirusus per 1 min. (SARS-CoV, MERS-CoV, HCoV-229E) [10, 11].

Pasaulio sveikatos organizacija (PSO) 2020 m. kovo 11 d. COVID-19 paskelbė pandemija [12]. Kadangi pagrindinis COVID-19 plitimo kelias – oro lašelinis, o žmonės neturi šiam naujam koronaviruso variantui imuniteto, tai ši infekcija yra labai užkrečiama ir greitai plinta visuomenėje.

Remiantis PSO 2020 m. kovo 14 d. duomenimis, epidemiologinė COVID-19 situacija globaliniu mastu yra tokia: patvirtinti COVID-19 atvejai – 142 320; nustatytos mirtys – 5388; šalių, kuriose nustatytas COVID-19, skaičius – 129 [13]. Mirštamumas nuo COVID-19 siekia 3,6 proc.. Dabartiniu metu pagrindinis laboratorinis metodas, naudojamas COVID-19 diagnostikai, yra kiekybinė tikrojo laiko atvirkštinės transkripcijos–polimerazės grandininė reakcija, atliekama su ėminiais iš kvėpavimo takų (pvz., ėminiai iš nosiaryklės, paimti tamponu, skrepliai, bronchoalveolinis lavažas). Šiuo metodu yra identifikuojami SARS-CoV genai, koduojantys viruso replikazę ir jo apvalkalo baltymus [14]. Deja, bet kol kas nėra sukurta nei specifiškai veikiančių vaistų, nei vakcinų prieš COVID-19.

Literatūra:

1. Centers for Disease Control and Prevention. 2020. Coronavirus Disease 2019 (COVID-19) [interaktyvus]. [žiūrėta 2020 m. kovo 14 d.]. Prieiga per internetą: <https://www.cdc.gov/coronavirus/2019-ncov/cases-updates/summary.html?CDC_AA_ refVal=https%3A%2F%2Fwww.cdc.gov%2Fcoronavirus%2F2019-ncov%2Fsummary.html>.
2. Holmes K.V., Lai M.M.C. Coronaviridae: The Viruses and Their Replication. Fields Virology. 3rd edition. Eds. Fields B.N., Knipe D.M., Howley P.M. Lippincott-Raven Publishers, Philadelphia, PA, USA.1996, Vol. 1., pp. 1075–1093.
3. Su S., Wong G., Shi W., Liu J., Lai A.C.K. Zhou J., Liu W, Bi Y., Gao G.F. Epidemiology, genetic recombination, and pathogenesis of coronaviruses. Trends Microbiol. 2016, 24(6): 490–502.
4. Cui J., Li Fang, Shi Z.L. Origin and evolution of pathogenic coronaviruses. Nat Rev Microbiol. 2019, 17(3): 181–192.
5. Chen Y., Liu Q., Guo D. Emerging coronaviruses: Genome structure, replication, and pathogenesis. J Med Virol. 2020, 92: 418–423.
6. Lai C.C., Shih T.P., Ko W.C., Tang H.J., Hsueh P.R. Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) and coronavirus disease-2019 (COVID-19): The epidemic and the challenges. Int J Antimicrob Agents. 2020 Feb 17:105924. doi: 10.1016/j.ijantimicag.2020.105924.
7. Zhai S.L., Wei W.K., Lv D.H., Xu Z.H., Chen Q.L., Sun M.F., Wang D. Where did SARS-CoV-2 come from? Vet Rec. 2020 Feb 29; 186(8): 254. doi: 10.1136/vr.m740.
8. Han Q., Lin Q., Jin S., You L. Recent insights into 2019-nCoV: A brief perspective from the front line. J Infect. 2020 Feb 25. pii: S0163-4453(20)30087-6. doi: 10.1016/j.jinf.2020.02.010.
9. Sun P., Lu X., Xu C., Sun W., Pan B. Understanding of COVID-19 based on current evidence. J Med Virol. 2020 Feb 25. doi: 10.1002/jmv.25722.
10. Kampf G., Todt D., Phaender S., Steinmann E. Persistence of coronaviruses on inanimate surfaces and their inactivation with biocidal agents. J Hosp Infect. 2020 Mar; 104(3): 246­–251. doi: 10.1016/j.jhin.2020.01.022.
11. Darnell M.E.R., Subbarao K., Feinstone S.M., Taylor D.R. Inactivation of the coronavirus that induces severe acute respiratory syndrome, SARS-CoV. J Virol Methods. 2004, 121(1): 85–91.
12. World Health Organization. 11 March 2020. WHO Director-General’s opening remarks at the media briefing on COVID-19 – 11 March 2020 [interaktyvus]. [žiūrėta 2020 m. kovo 14 d.]. Prieiga per internetą: <https://www.who.int/dg/speeches/detail/who-director-general-s-opening-remarks-at-the-media-briefing-on-covid-19---11-march-2020>.
13. World Health Organization. 14 March 2020. Novel Coronavirus (COVID-19) Situation [interaktyvus]. [žiūrėta 2020 m. kovo 14 d.]. Prieiga per internetą: < https://experience. arcgis.com/experience/685d0ace521648f8a5beeeee1b9125cd>.
    Taip pat skaitykite:

    • Ištirtas visas Italijos kaimas: daugiau nei pusė užsikrėtusių koronavirusu – be jokių simptomų, bet gali užkrėsti kitus
    • Britai griežtina izoliavimosi sąlygas: nuomonę pakeitė koronaviruso situacijos modeliavimas
    • „Stebuklingi“ vaistai nuo koronaviruso iš Rusijos: internetas ošia, bet ar saugu?
14. Seegene Inc. 2020. Allplex^™ 2019-nCoV Assay [interaktyvus]. [žiūrėta 2020 m. kovo 14 d.]. Prieiga per internetą: <http://www.seegene.com/assays/allplex_2019_ncov_assay#>.