Сімейство з прізвищем «корона»: ще раз про SARS-CoV-2 та його не менш успішних родичів

Стрімкі темпи епідемії нової коронавірусної інфекції COVID-19 викликали поширення не тільки нового респіраторного вірусу SARS-CoV-2 (офіційна назва збудника), а й занепокоєння на межі з істерією. Для звичайної людини це мов сніг на голову, але в природі нічого не буває зненацька. Біологічні загрози людській популяції виникали й виникають постійно, у тому числі через віруси. Відкидаючи філософські роздуми, ми ставимо конкретне питання: коронавірус — це щось принципово нове для людства? Коротка відповідь — ні.

Для розгорнутої відповіді необхідно зробити декілька кроків назад та зазирнути в основи біології, науки про живе. Будь-який організм на нашій планеті має дві мети. Перша — зберегти своє життя, друга — продовжити життя власного виду. Природно, що ці дві мети в живій природі реалізуються ніби одночасно та за рахунок одна одної — без збереження життя індивіда важко забезпечити продовження виду як такого, а продовження виду передбачає репродукцію окремих особин та, власне, їх існування. Давайте поглянемо на ці механізми в контексті відповіді на питання про походження SARS-CoV-2.

Усі віруси (організми, які являють собою генетичний матеріал, тобто РНК чи ДНК, та оболонку навколо нього) є облігатними, тобто обов’язковими паразитами.

В їхньому випадку зберегти власну цілісність у чужому тілі вдається за допомогою різних механізмів. Насамперед необхідно проникнути в клітину організму хазяїна, де знаходяться необхідні для виживання та репродукції ресурси, бо довго перебувати в навколишньому середовищі вірус не може. Потрібно забезпечити якомога швидшу, надійнішу, ряснішу передачу до наступного хазяїна. Але якщо хазяїн віруса (наприклад, людина) швидко помре, вірусу не вдасться забезпечити поширення і розвиток собі подібних, а отже це не вигідно для продовження роду. Набагато краще викликати легке захворювання, коли хазяїн збереже життєздатність та активність, ходитиме і спілкуватиметься з собі подібними та сам створить умови для інфікування великої кількості нових хазяїв. SARS-CoV-2 блискуче виконав це завдання — близько 80% людей хворіють у легкій формі та хвороба закінчується видужуванням. Наразі не до кінця зрозуміло, чому збудник COVID-19 викликав пандемію такого масштабу та чому одні популяції (населення Італії, Іспанії, Ірану) виявились більш сприйнятливими до даної інфекції, проте вчені працюють над дослідженням цих питань.

Наразі їх 7

Однак новий коронавірус не перший іде шляхом респіраторного патогену — представники родини Coronaviridae спричиняють до 30% від усіх випадків звичайної застуди. Вони відомі під назвами HCoV (англ. Human Coronavirus): HCoV-HKU1, HCoV-NL63, HCoV-OC43 та HCoV -229E. Перші свідчення, що члени родини коронавірусів здатні чинити патогенний вплив на людський організм, були опубліковані ще в 1960-ті роки (описаний вірус HCov-229E, який виділили зі зразків, наданих студентами-добровольцями), але вперше прискіпливу увагу світової спільноти до даної родини в 2002-2003 роках привернув представник SARS-CoV (англ. Severe Acute Respiratory Syndrome), який спричинив спалах атипової пневмонії в провінції Гуандун, Китай. Внаслідок епідемії SARS захворіло приблизно 8000 людей, летальність складала близько 10%. Епідемія була міжнародною та викликала неабияку настороженість, але після 2004 року випадків інфекції SARS не реєструвалось. Удруге світ сколихнула звістка про коронавіруси у 2012 році — у Саудівській Аравії був зареєстрований летальний випадок до цього невідомої атипової пневмонії, яка дала початок новій епідемії — MERS (Близькосхідний Респіраторний Синдром) з рівнем летальності приблизно 35%. Її збудник — представник родини Coronaviridae, наразі відомий під назвою MERS-CoV. Випадки MERS реєструються і досі, їх загальне число перевищує 2000. Таким чином, SARS-CoV-2, виявлений у 2019 році, є сьомим людським коронавірусом, який за патогенністю займає проміжне положення в порівнянні з іншими представниками своєї родини.

Місія: вижити та заразити

Реалізація стратегії виживання виду не обмежується лише забезпеченням передачі збудника між хазяями. Ще один доволі успішний і поширений механізм — інфікування не лише одного виду, а декількох. У випадку коронавірусів це відбулося за рахунок зараження людини від тварин. Загальна тенденція еволюції коронавірусів ссавців тяжіє до походження від дрібних ссавців — переважно кажанів, але не тільки. Так, віруси MERS-CoV, SARS-CoV, HCov-NL63 та HCov-229E походять від кажанів, а інші два види (HKU1 та OC43) походять від гризунів. Кажани та гризуни, проте, не є джерелом інфікування для людини (принаймні, у більшості випадків). Вони є натуральними хазяями — тобто видами, в яких циркулює найбільше різноманіття вірусів даного виду, притому циркулює постійно та не обмежено популяцією однієї території. Також існують проміжні хазяї — це види, які не підпадають під критерії натурального хазяїна, проте можуть бути джерелом інфекції. Так, при дослідженні SARS-CoV було виявлено, що зараження людини відбулось від цивет (хижі ссавці), завдяки яким вірус зміг пристосуватися до людських рецепторів та уражати Homo sapiens. Для порівняння — зараження людини вірусами HCov-229E та MERS-CoV відбулось через представників родини Верблюдових — HCov-229E асоційований з коронавірусом альпак, а зараження людини MERS-CoV відбулось від одногорбих верблюдів. Тобто, коронавіруси взагалі прийшли до нас від тварин.

Не з лабораторії, а з природи

Як же вчені виявляють, звідки взявся той чи інший вірус? Зміни, завдяки яким вірус пристосовується до умов організму хазяїна, є водночас свідченням його еволюційного шляху, яке використовують вчені для дослідження походження вірусу. Адаптація до нових умов відбувається шляхом молекулярних змін певних структур вірусу, які можна відслідкувати і порівняти з іншими вірусами (більше про це — див. молекулярна епідеміологія). Саме таким шляхом було досліджене походження SARS-CoV-2 і виявлено, що вірус є результатом природної еволюції. Щодо походження є різні гіпотези, припускається, що предком SARS-CoV-2 є коронавірус панголінів, який мутував. Згідно з іншою теорією, SARS-CoV-2 є результатом тривалого пристосування в людському організмі та передачі між людьми тваринного предка вірусу, які завершились формуванням даного виду та його здатністю повноцінно інфікувати людину.

У випадку SARS-CoV-2 новим інструментом пристосування стала зміна послідовностей амінокислот у деяких білках вірусу та зміна структури шипів. Змін зазнали дві ділянки:

• ділянки зв’язування з рецепторами ангіотензинперетворюючого ферменту 2 (скорочено АПФ; це білки, які приймають участь у каскаді біохімічних перетворень гормону ангіотензину, кінцевим ефектом є підвищення артеріального тиску) та
• ділянка з’єднання з фурином (фурин це білок клітини-хазяїна, який розрізає певну ділянку іншого білка, в даному випадку вірусного, та активує його). Це сприяє злиттю оболонки віруса та мембрани клітини, і проникненню вірусу всередину.

Проаналізувавши амінокислотні послідовності даних ділянок, вчені порівняли їх з аналогічними у інших вірусів, як людських, так і тваринних, і виявили, що SARS-CoV-2 зазнав перетворень у навколишньому середовищі, а не лабораторії, та на 99% збігається з коронавірусом панголінів.

Отож, пройшовши весь складний шлях, SARS-CoV-2 врешті став людським патогеном. Аналізуючи походження SARS-CoV-2, стає зрозуміло, що цей вірус не єдиний з сімейства коронавірусів, специфічних для людини, що він, ймовірно, походить від тварин та що захворювання COVID-19, яке він викликає, є проміжним за рівнем летальності порівняно з іншими хворобами, які спричинені коронавірусами. Свою частину роботи з виживання він виконав, а чи виконаємо ми власну стратегію та вистоїмо проти загроз, які несе епідемія COVID-19, тепер залежить лише від нас.

Джерела

• ВООЗ питання та відповіді про коронавірус
• Liu, Ying; Gayle, Albert A; Wilder-Smith, Annelies; Rocklov, Joacim (2020-03-13). The reproductive number of COVID-19 is higher compared to SARS coronavirus. Journal of Travel Medicine PMC7074654. PMID32052846 doi:10.1093/jtm/taaa021.
• Corman, Victor M.; Muth, Doreen; Niemeyer, Daniela; Drosten, Christian (2018). Hosts and Sources of Endemic Human Coronaviruses. Advances in Virus Research doi:10.1016/bs.aivir.2018.01.001.
• Diaz, James H (2020-03-23). Hypothesis: angiotensin-converting enzyme inhibitors and angiotensin receptor blockers may increase the risk of severe COVID-19. Journal of Travel Medicine doi:10.1093/jtm/taaa041.
• Andersen, Kristian G.; Rambaut, Andrew; Lipkin, W. Ian; Holmes, Edward C.; Garry, Robert F. (2020-03-17). The proximal origin of SARS-CoV-2. Nature Medicine doi:10.1038/s41591-020-0820-9.
• Brock Biology of Mictoorganisms, 13th edition – Michael T Madigan; San Francisco: Benjamin Cummings, 2012.
• Зображення: NIAID-RML Novel Coronavirus SARS-CoV-2 (у суспільному надбанні)

Ще на “Моя наука” про віросвіт.

Редакція також вдячна Сергію Гончарову за допомогу при підготовці цієї публікації