Rozszyfrowanie biologii koronawirusa z 2019 r.

22 września 2022 Blog

W dniu pisania tego artykułu w Chinach potwierdzono ponad 20 000 przypadków nowego koronawirusa, nazwanego 2019-nCoV.1 Choroba, która pochodzi z Wuhan, miasta w prowincji Hubei w Chinach, przejęła nagłówki gazet na całym świecie, ponieważ obecnie ma potencjał do napędzania globalnej pandemii, a WHO ogłosiła ją globalnym stanem zagrożenia zdrowia. Chociaż wskaźnik śmiertelności nie jest obecnie tak wysoki jak w przypadku jego dwóch krewnych, SARS i MERS, które mają podobną biologię koronawirusa, wszyscy traktują zagrożenie poważnie, szczególnie w Chinach, gdzie miasta stały się miastami duchów.2

Co to jest koronawirus?

Koronawirusy są członkami podrodziny wirusów Coronavirinae, które wywołują infekcje układu oddechowego i jelitowego. Obecnie istnieje 7 wirusów, które mogą zakażać ludzi, a 3 z nich są znane z wywoływania poważnych chorób, 2019-nCoV, koronawirus ciężkiego ostrego zespołu oddechowego (SARS-CoV) i koronawirus bliskowschodniego zespołu oddechowego (MERS-CoV). Patogeny te były uważane za stosunkowo nieszkodliwe, dopóki u pacjentów nie zdiagnozowano SARS w 2002 roku. Wielu naukowców uważa, że wirusy te pochodzą od nietoperzy i innych gryzoni, chociaż SARS i MERS były przenoszone przez inne zwierzęta, ponieważ odkryto, że cywety maskowe są wtórnymi nosicielami SARS, a ludzie zostali pierwotnie zarażeni MERS przez dromadery.3,4

Wirusy te są największymi znanymi jednoniciowymi wirusami RNA pozytywnego sensu, grupą, która obejmuje również wirusa Zachodniego Nilu i mniej poważne patogeny, takie jak rinowirusy powodujące przeziębienie. Koronawirusy mają od 26 do 32 par zasad DNA na genom wirusowy, a zarówno SARS jak i MERS mają po 11 otwartych ramek odczytu (ORF) (odcinków DNA, które mogą być przetłumaczone na białka). Te ORFS kodują zarówno białka niestrukturalne (nsps), jak i białka strukturalne, w tym ORF-y kodujące cechy kolca (S), błony (M), otoczki (E) i nukleokapsydu (N) wirusa. Białka strukturalne są niezbędne do zakażenia i rozprzestrzeniania się wirusa, pełniąc różne funkcje, takie jak promowanie gromadzenia się i uwalniania wirusa, pakowanie wirusa do wirionów i kształtowanie wirionów. Białko S jest szczególnie istotne, ponieważ odpowiada za interakcję z receptorami powierzchniowymi gospodarza, niezbędnymi do przyłączenia się i wniknięcia wirusa. Podczas gdy o SARS wiadomo, że wnika do komórek poprzez wiązanie enzymu konwertującego angiotensynę 2 (ACE2), znajdującego się na komórkach nabłonka pęcherzyków płucnych, tchawicy, oskrzeli i gruczołów oskrzelowych, MERS wiąże peptydazę dipeptydową 4 (DPP4), wyrażoną nie tylko w nabłonku płuc, ale także nerek, jelita cienkiego, wątroby i prostaty.5,6

Jak odkryto nowego wirusa?

Artykuł w New England Journal of Medicine autorstwa Zhu i wsp. zawiera świetny opis kroków, jakie podjęli w celu odkrycia wirusa. W swoim artykule opisują 3 pacjentów, u których wystąpiły objawy zapalenia płuc około grudnia 2019 roku. Lekarze zebrali próbki popłuczyn oskrzelowo-pęcherzykowych, ale żaden z nich nie testował pozytywnie na żadnego konkretnego wirusa, więc postanowili zaszczepić próbki na wolnych od patogenów ludzkich komórkach nabłonka dróg oddechowych pobranych od pacjentów poddanych operacji z powodu raka płuc. Rozszerzyli komórki po infekcji wirusowej i określili charakter wirusa za pomocą transmisyjnej mikroskopii elektronowej, która wykazała wirusy wyglądające jak korona słoneczna (tj. jak koronawirus). Następnie z próbki wyekstrahowano RNA, a wirus został amplifikowany i sekwencjonowany za pomocą kombinacji sekwencjonowania Illumina i sekwencjonowania nanoporowego w celu potwierdzenia tożsamości wirusa.7

Od momentu odkrycia klinicyści i inni badacze zaczęli charakteryzować wirusa. Okazuje się, że objawy związane z zakażeniem 2019-nCoV to gorączka, suchy kaszel, złe samopoczucie, a wyniki badań obejmują m.in. limfopenię (zmniejszony poziom limfocytów), leukopenię (zmniejszony poziom białych krwinek) oraz obustronne zmętnienie lub konsolidację szklistą (oznaka zakażenia, przewlekłej choroby śródmiąższowej i ostrej choroby pęcherzyków płucnych) w tomografii komputerowej klatki piersiowej.8 Podejrzewa się również, że ponieważ 2019-nCoV ma 87% homologii sekwencji z SARS-CoV, może również wykorzystywać ACE2 jako swój receptor wejścia w komórkach gospodarza, choć to pozostaje do udowodnienia.3,7 Opublikowano już pewne prace dotyczące charakterystyki genomowej 2019-nCoV, ponieważ Chan i wsp. wykazali, że wirus ma 12 potencjalnych ORF i stosunkowo konserwowaną sekwencję białka S w porównaniu z SARS-CoV. Największe różnice między tymi dwoma wirusami wydają się być krótkim putatywnym białkiem znalezionym w Orf3b, które nie ma homologii z żadnym białkiem znalezionym w SARS-CoV, jak również znacznie odmiennym Orf8, który nie zawiera żadnych znanych domen funkcjonalnych lub motywów.9

Ze względu na bliską homologię do SARS-CoV, uważa się, że wirus ten, podobnie jak SARS-CoV, pochodzi od nietoperzy, chociaż zwierzę pośrednie, prawdopodobnie wąż, jest nosicielem odpowiedzialnym za przenoszenie choroby na ludzi.1,10 Naukowcy wysunęli nawet hipotezę, że rekombinacja homologiczna w obrębie białka S jest tym, co umożliwiło wirusowi przejście z węży na ludzi.10

Czy istnieją terapeutyki do leczenia zakażenia wirusem?

Obecnie nie istnieją zatwierdzone terapie dla żadnego koronawirusa, a tym bardziej 2019-nCoV. W przypadku SARS zastosowano kilka leków off label, w tym interferony, osocze rekonwalescentów od pacjentów z SARS, które potencjalnie zawierało przeciwciała przeciwko SARS, rybawirynę (lek przeciwwirusowy) oraz lopinawir/rytonawir, kombinację leków przeciwwirusowych zwykle stosowanych w leczeniu HIV, co powodowało wytwarzanie niedojrzałych, niezakaźnych cząstek wirusowych.5,11 Niektóre z tych leków zostały już wystawione na próbę, ponieważ pacjenci zakażeni 2019-nCoV w Tajlandii byli leczeni kombinacją lopinawiru/rytonawiru i oseltamiwiru, leku przeciwgrypowego, co w sumie poprawiło stan garstki pacjentów.12

Jeśli chodzi o badania kliniczne, trwa kilka dotyczących terapii przeciwko MERS, w tym szczepionka MERS i leczenie interferonem beta-1b plus lopinawir/rytonawir, podczas gdy trwa już badanie kliniczne dotyczące leczenia 2019-nCoV za pomocą lopinawiru/rytonawiru (ChiCTR2000029308).8,13

Szczepionki mające na celu zapobieganie zakażeniom koronawirusami w większości przypadków opierają się na ukierunkowaniu na białko S wirusa. Białko S stanowi główny składnik antygenowy wirusa, stymulując odpowiedź immunologiczną i powodując, że układ odpornościowy gospodarza atakuje cząstki wirusowe. Zastosowano kilka strategii, w tym szczepionki DNA, szczepionki podjednostkowe oraz atenuowane rekombinowane wirusy, takie jak adenowirusy, Ankara (wirus szczepionkowy) i parainfluenza, które kodują białko S. W przypadku MERS białko N również było wykorzystywane jako cel, wywołując silną odpowiedź immunologiczną i ochronę przed wirusem, chociaż szczepionki znajdujące się obecnie w badaniach klinicznych są ukierunkowane wyłącznie na białko S MERS, albo poprzez adenowirusy, albo wektory Ankara.5,14,15

W przypadku SARS i MERS rozważano również terapie oparte na białkach, ponieważ kilka grup testowało peptydy, które blokują interakcje w obrębie podjednostki S2, zapobiegając fuzji między błoną plazmatyczną gospodarza a otoczką wirusową. Przeciwciała monoklonalne, wytworzone z komórek B pacjentów z SARS lub specjalnie zaprojektowane, aby celować w różne fragmenty białka S, jak również w receptory na powierzchni komórek, takie jak DPP4, były również badane wcześniej pod kątem ich zdolności do zapobiegania fuzji wirusowej, dając pozytywne wyniki.5

Ostatnio naukowcy z Peter Doherty Institute for Infection and Immunity w Melbourne w Australii stali się pierwszymi, którzy z powodzeniem wyhodowali 2019-nCoV poza Chinami, wskazując, że dostarczą próbki wirusa do Światowej Organizacji Zdrowia (WHO), która podzieli się nimi z laboratoriami na całym świecie, aby pomóc w opracowaniu nowych strategii zwalczania patogenu. Podczas gdy Chiny są również w stanie wyhodować 2019-nCoV, nie wysłały jeszcze próbek poza swoje laboratoria do dalszej analizy.1

Dowiedz się o etykietach COVID-19 tutaj.

LabTAG firmy GA International jest wiodącym producentem wysokowydajnych etykiet specjalistycznych ai dostawcą rozwiązań identyfikacyjnych stosowanych w laboratoriach badawczych i medycznych, a także w instytucjach opieki zdrowotnej.

Referencje:

  1. Akst J. Australian Lab Cultures New Coronavirus as Infections Climb. The Scientist. https://www.the-scientist.com/news-opinion/australian-lab-cultures-new-coronavirus-as-infections-climb-67031. Opublikowano 2020. Dostęp 30 stycznia 2020.
  2. Mahase E. China coronavirus: what do we know so far? BMJ. January 2020:1-2. https://www.bmj.com/content/368/bmj.m308. Dostęp 29 stycznia 2020.
  3. Paules C, Marston H, Fauci A. Coronavirus Infections-More Than Just the Common Cold. JAMA. 2020:1-2.
  4. Cui J, Li F, Shi ZL. Origin and evolution of pathogenic coronaviruses. Nat Rev Microbiol. 2019;17(3):181-192.
  5. Song Z, Xu Y, Bao L, et al. Od SARS do MERS, thrusting coronaviruses into the spotlight. Viruses. 2019;11(1):1-28.
  6. Chen Y, Liu Q, Guo D. Emerging coronaviruses: genome structure, replication, and pathogenesis. J Med Virol. 2020:1-17.
  7. Zhu N, Zhang D, Wang W, Li X et al. A Novel Coronavirus from Patients with Pneumonia in China, 2019. N Engl J Med. 2020:1-7.
  8. Huang C, Wang Y, Li X, Ren L, Zhao J, Hu Y et al. Clinical features of patients infected with 2019 novel coronavirus in Wuhan, China. Lancet. 2020:1-10.
  9. Chan J, Kok K, Zhu Z, et al. Charakterystyka genomowa 2019 novel human-pathogenic coronavirus wyizolowanego od pacjenta z atypowym zapaleniem płuc po wizycie w Wuhan. Emerg Microbes Infect. 2020;9(1):221-236.
  10. Ji W, Wang W, Zhao X, Zai J, Li X. Homologiczna rekombinacja w obrębie glikoproteiny kolca nowo zidentyfikowanego koronawirusa może zwiększyć międzygatunkową transmisję z węża na człowieka. J Med Virol. 2020.
  11. AbbVie Inc. KALETRA Prescribing Information. 2019:1-59.
  12. Offord C. Flu and HIV Drugs Show Efficacy Against Coronavirus. The Scientist. February 2020.
  13. Wang C., Horby P, Hayden F, Gao G. A novel coronavirus outbreak of global health concern. Lancet. 2020:1-4.
  14. Addo M. Safety, Tolerability and Immunogenicity of Vaccine Candidate MVA-MERS-S. ClinicalTrials.gov. https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT03615911. Opublikowano 2019. Dostęp 30 stycznia 2020.
  15. King Abdullah International Medical Research Center. A Clinical Trial to Determine the Safety and Immunogenicity of Healthy Candidate MERS-CoV Vaccine (MERS002). ClinicalTrials.gov. https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT04170829. Opublikowano 2019. Dostęp 30 stycznia 2020.