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.

Вірусна частинка (віріон) являє собою генетичний матеріал (ДНК або РНК), загорнутий в білкову оболонку (капсид), іноді навколо білкової оболонки є ще одна оболонка з інших великих молекул (зазвичай — фрагмент оболонки клітини хазяїна). Така структура не дозволяє вірусу самостійно відтворюватись в навколишньому середовищі — для того, щоб зчитався генетичний матеріал, необхідна енергія та “будівельний матеріал”, за допомогою яких відбудеться збірка нового віріону та інші процеси, що сприятимуть розмноженню та поширенню вірусу. Це можна здійснити лише в клітині організму хазяїна, яким може виступати як багатоклітинна істота на кшталт ссавців чи рептилій, так і одноклітинна (бактерія). Тобто, віруси мають порівняно просту структуру та є обов’язковими (облігатними) 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

Цікаво, що дотепер не знайдено коронавірусів, специфічних для гомінід та інших приматів — вчені припускають, що поясненням цього явища є побутовий контакт людей з тваринами в результаті їх одомашнення.

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.
Рецепторів АПФ2 багато у легенях, тому вони є органом-мішенню при COVID-19. До речі, інші коронавіруси SARS-CoV та HCov-NL63 також зв’язуються з даними рецепторами, але їх ділянки зв’язування дещо відрізняються від таких у SARS-CoV-2.

Деякі вчені припускають, що тяжкий перебіг COVID-19 серед літніх людей та людей з важкою супутньою патологією (цукровий діабет, серцево-судинні хвороби, хвороби нирок і т.д.) пов’язаний із вживанням певних груп ліків, що знижують артеріальний тиск (інгібітори АПФ та блокатори рецепторів ангіотензину 2). Внаслідок тривалого прийому цих препаратів збільшується кількість рецепторів АПФ2, а отже, і ділянок зв’язування для SARS-CoV-2.

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


Ще на “Моя наука” про віросвіт.

Редакція також вдячна Сергію Гончарову за допомогу при підготовці цієї публікації


 

Обговорення

morozless

Чудова стаття.

Залишилося вижити 😉

Оптимізм та чітке дотримання правил гігієни допоможуть з виживанням. 🙂

Цікава стаття. Вона не лише інформативна, а ще й філософічна, адже розкриває еволюційні тенденції коронавірусів. Висновок: Нам варто шукати шляхи мирного співіснування з мікросвітом нашої планети.

Ага. Треба просто перестати хворіти.

Все докладно і зрозуміло роз’яснено. Дізнався багато нового.

Поки я тішила себе думками про якісь змови і заговори, сподівалася що вся ця канитель бистро скінчиться. Тепер же інформація про не менш успішних родичів цього сімейства не просто турбує, лякає. І. боюся, світ не готовий перезавантажитись і змінити ставлення як до навколишнього середовища, так і до фінансування наукових досліджень.
Стаття дуже цікава і актуальна, дякую автору і сайту.

Напишіть відгук

Залишити відповідь до Olena G. Скасувати відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *