Первые электронные фотографии и иллюстрации, созданные на основе них, которые показывают структуру коронавируса, вызвавшего пандемию COVID-19, появились еще в феврале 2020 года1. 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 сохраняется2.
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.
Однако те же шипы (отростки, содержащие белки) также позволяют иммунной системе «видеть» вирус. Части спайкового белка могут быть использованы в потенциальных вакцинах против коронавируса, чтобы побудить организм вырабатывать антитела против этого нового вируса.
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 системе3.
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 симптомы4.
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.
Эти вирусы могут легко передаваться от одного человека к другому. На сегодняшний день, по оценкам ВОЗ, R0, или базовое число репродукции вируса, находится где-то между 1,4 и 2,5, хотя другие оценки дают диапазон от 2 до 3. Это означает, что каждый инфицированный человек может, в свою очередь, заразить 2-3 других человека, хотя есть и «суперраспространители» заражающие и большее число людей. Чтобы контролировать эпидемию, R0 должен быть ниже 1.
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.
Источники:
- Cui J, Li F, Shi ZL. Origin and evolution of pathogenic coronaviruses. Nature Reviews Microbiology. 2019 Mar;17(3):181-192. DOI: 10.1038/s41579-018-0118-9.
- Wu F, Zhao S, Yu B, et al. A new coronavirus associated with human respiratory disease in China. Nature. 2020 Mar;579(7798):265-269. DOI: 10.1038/s41586-020-2008-3.
- Zhou P, Yang XL, Wang XG, et al. A pneumonia outbreak associated with a new coronavirus of probable bat origin. Nature. 2020 Mar;579(7798):270-273. DOI: 10.1038/s41586-020-2012-7.
- Andersen KG, Rambaut A, Lipkin WI, Holmes EC, Garry RF. The proximal origin of SARS-CoV-2. Nature Medicine. 2020 Apr;26(4):450-452. DOI: 10.1038/s41591-020-0820-9.
- Corman VM, Muth D, Niemeyer D, Drosten C. Hosts and Sources of Endemic Human Coronaviruses. Advances in Virus Research. 2018;100:163-188. DOI: 10.1016/bs.aivir.2018.01.001.
