Публикации: Научно-популярные статьи

Если вы заглядывали в новостную ленту в последние дни, вряд ли от вас ускользнули тревожные сообщения о распространении нового коронавируса 2019-nCoV. Минздрав РФ выпустил памятку для информирования граждан о коронавирусе и необходимых мерах защиты от инфекции (Рисунок 1) (от ред.)

Рисунок 1. Памятка Минздрава РФ

Ведущие международные научные издательства предоставляют бесплатный доступ к статьям, посвященных изучению коронавируса 2019-nCoV, информируя ученых, медиков, студентов о новейших результатах исследований, стартовая страница Google Scholar прелагает поиск статей по исследованию COVID-19 (Рисунок 2) (от ред.)

Рисунок 2. Публикации по COVID-19: открытый доступ к статьям по издательств Elsevier (a) и Nature (б), стартовая страница Google Scholar с возможностью поиска в крупнейших научных базах (в).

2019-nCoV — что мы знаем сегодня

Сразу оговоримся: о новом вирусе пока известно мало, поскольку анализ и интерпретация результатов требуют времени. Однако уже выяснено, что 2019-nCoV (рис. 3а–в) относится к коронавирусам: в это семейство входят и широко распространенные вирусы, вызывающие легкие респираторные симптомы, и такие опасные вирусы как SARS-CoV и MERS-CoV (подробнее о них ниже). Свое название они получили за форму расположения шипиков на поверхности: кажется, что вирус окружен короной.

Next 1/3

Рисунок 3а. Визуализация 2019-nCoV с помощью трансмиссионной электронной микроскопии: изолированные частицы вируса (слева) и вирус в клетках дыхательных путей человека (справа; отмечен стрелками)

[14]

Сейчас идет разработка лекарств, которые ингибируют заражение на разных стадиях цикла репликации вируса, и вакцин от SARS-CoV/MERS-CoV. Однако пока специфических препаратов от коронавирусов нет, и лечение заключается в поддерживающей терапии, назначенной по состоянию пациента [2].

Биологический экскурс в жизнь коронавирусов

Коронавирусы представляют собой сферические частицы диаметром 100–160 нм и содержат (+)ssRNA (кодирующую одноцепочечную РНК) размером более 27 т.п.н. Две трети генома с 5′-конца кодируют белок pp1ab, который расщепляется на 16 неструктурных белков, участвующих в транскрипции и репликации генома. 3′-конец кодирует структурные белки (рис. 4а и б) [3].

Next 1/2

Рисунок 4а. Строение и генетический цикл коронавируса. Слева: общий вид. Справа: схема репликации.

[3]

Семейство Coronaviridae разделяют на основе анализа филогенетических связей на четыре рода: α, β, γ и δ. Первые два инфицируют только млекопитающих. Остальные поражают птиц, но некоторые из них также могут заражать млекопитающих. α- и β-коронавирусы обычно вызывают респираторные заболевания у людей и гастроэнтерит у животных [4].

Точный механизм повреждения легких и причины болезни у человека остаются до конца не изученными. Известно, что, например, SARS-CoV преимущественно поражает эпителиальные клетки легких. Вирус способен проникать в макрофаги и дендритные клетки, но приводит только к абортивному заражению (то есть новые вирионы при таком заражении не образуются). Тем не менее инфекция этих типов клеток может иметь большое значение для развития провоспалительных процессов [5].

До вспышки SARS-CoV 2002–2003 годов считалось, что у людей коронавирусы вызывают только легкие респираторные инфекции [5].

Что еще известно о самом вирусе 2019-nCoV? Очень мало. Вирус может передаваться от человека к человеку воздушно-капельным путем (сначала исследователи решили, что вирус распространяется только через мясо, которое продавали на рынке в Ухане, но, к сожалению, эта надежда не оправдалась). ВОЗ подтвердила, что в Ухане идентифицированы случаи заражения четвертого поколения (то есть когда первый человек заражает второго, второй третьего, а третий четвертого), а за пределами Уханя — второго поколения.

Даже источник вируса пока определить не удалось: очевидно только, что это мясо дикого животного (подробнее об этом ниже). Одно из предположений, выдвинутое китайскими учеными, — что природным резервуаром для вируса являются змеи [6], однако оно уже получило множественную критику от коллег.

Центры по контролю и профилактике заболеваний выпустили руководство для медицинских работников по идентификации симптомов коронавируса 2019-nCoV. В нем идет речь о лихорадке и о таких симптомах заболевания нижних дыхательных путей как кашель и затрудненное дыхание.

Результаты анализа различных геномов вируса (например, GenBank: MN908947.3) показали, что он довольно близок к SARS-CoV, однако сделать однозначные выводы, насколько схожи клинические картины заболевания у этих двух вирусов, по этой информации нельзя [7].

В феврале 2020 года Калифорнийский университет в Санта-Круз (UCSC) опубликовал в интернете геном вируса 2019-nCoV (рис. 5).

Рисунок 5. Геном вируса 2019-nCoV и кодируемые им белки. Белки pp1ab и pp1a — неструктурные, продукты их расщепления участвуют в транскрипции и трансляции вирусного генома. S — белок Spike. E — белок оболочки. M — белок мембраны. N — белки нуклеокапсида.

Genome Composition and Divergence of the Novel Coronavirus (2019-nCoV) Originating in China

Уже известно, что 2019-nCoV взаимодействует с клетками посредством белков Spike (тех самых «шипов» на его поверхности), которые состоят из четырех компонентов: белков S1 и S2, составляющих эктодомен, трансмембранного якоря и короткого внутрикапсидного хвоста (рис. 6а). Именно эктодомен связывается с доменом RBD клеточного рецептора ACE2 (рис. 6б). По аминокислотному составу белку Spike 2019-nCoV наиболее близок белок SARS-CoV — сходство 76,47%.

Next 1/2

Рисунок 6а. Строение белка Spike. а — Вид сбоку. б — Вид сверху. в — Вид сверху при взаимодействии с клеточным рецептором.

Novel Coronavirus Antigens Now Available, рисунок адаптирован

Коронавирусы человека

Первый коронавирус человека описан в 1960-х годах. Сегодня известно семь коронавирусов, которые заражают человека и поражают его дыхательный тракт [2].

Менее опасные и широко распространенные 229E, NL63, OC43 и HKU1 обычно вызывают только легкие заболевания верхних дыхательных путей, похожие на ОРВИ. MERS-CoV, SARS-CoV и, видимо, новый 2019-nCoV вызывают более серьезные состояния вплоть до тяжелого острого респираторного синдрома (SARS). Особую опасность коронавирусы представляют для людей с ослабленной иммунной системой, в частности для новорожденных, детей и пожилых [8].

Эпидемии SARS-CoV и MERS-CoV

Рисунок 7. Электронно-микроскопическое изображение SARS-CoV в цитоплазме зараженной клетки

SARS-CoV Images

SARS-CoV (рис. 7), вызывающий тяжелый острый респираторный синдром (Severe acute respiratory syndrome), или «пурпурную смерть», впервые выявлен в Китае в ноябре 2002 года. Эпидемия 2002–2003 годов захватила более 8 тысяч людей, и 774 случая оказались смертельными. С 2004 года не было зарегистрировано новых случаев заражения.

Если вы интересуетесь эпидемиологией, обязательно почитайте про героического итальянского врача Карло Урбани, который, возможно, спас миллионы людей от болезни.

MERS-CoV, вызывающий Ближневосточный респираторный синдром (Middle East respiratory syndrome), идентифицирован в Саудовской Аравии в 2012 году. Последняя крупная вспышка заболевания произошла в Республике Корея в 2015 году, куда вирус завезли с Ближнего Востока — из Кувейта. Число погибших составило 33 человека благодаря оперативным действиям южнокорейского правительства.

Подробнее об этих вирусах можно почитать в статьях SARS and MERS: recent insights into emerging coronaviruses [9] и Origin and evolution of pathogenic coronaviruses [4].

Коронавирусы человека относятся к зоонозным, то есть передаются человеку от животных. Такая ситуация не является чем-то редким. «Биомолекула», например, подробно писала об одной из самых громких эпидемий вируса гриппа, полученного от диких птиц, — об «испанке», унесшей жизни 50 миллионов человек [10]. Возможно, человечеству предстоит открыть еще миллионы вирусов, которые переносятся животными и еще не попали в организм человека [11].

Природным резервуаром многих коронавирусов считаются летучие мыши, а от них уже заражаются другие животные (рис. 8). Так, человек, предположительно, получил MERS-CoV от верблюдов — носителей вируса. Предыдущие вспышки тяжелого острого респираторного синдрома, вызванного коронавирусом SARS-CoV, также были вызваны передачей возбудителя человеку от животного: вероятно, через мясо циветы, куда тот попал от летучих мышей.

Рисунок 8. Источники заражения коронавирусами людей: природные резервуары коронавирусов и их переносчики [4]

Так что неудивительно, что местом, откуда начал распространяться вирус, стал рынок (Huanan Seafood Wholesale Market) в Ухане, на котором продавались морепродукты и живые дикие животные для последующего употребления в пищу (рис. 9). Портал Channel New Asia указывает, что в прайс-листе рынка 112 позиций, среди которых — волки, циветы, лисы, крокодилы и змеи.

Рисунок 9. Рынок в Ухане, который стал источником распространения нового вируса

On the menu at Wuhan virus market: Rats and live wolf pups

Литература

1. Novel Coronavirus (2019-nCoV) situation reports. WHO;
2. Hulda R. Jonsdottir, Ronald Dijkman. (2016). Coronaviruses and the human airway: a universal system for virus-host interaction studies. Virol J. 13;
3. Stephen N.J. Korsman, Gert U. van Zyl, Louise Nutt, Monique I. Andersson, Wolfgang Preiser. (2012). Human coronaviruses. Virology. 94-95;
4. Jie Cui, Fang Li, Zheng-Li Shi. (2019). Origin and evolution of pathogenic coronaviruses. Nat Rev Microbiol. 17, 181-192;
5. Anthony R. Fehr, Stanley Perlman. (2015). Coronaviruses: An Overview of Their Replication and Pathogenesis. Coronaviruses. 1-23;
6. Wei Ji, Wei Wang, Xiaofang Zhao, Junjie Zai, Xingguang Li. (2020). Homologous recombination within the spike glycoprotein of the newly identified coronavirus may boost cross‐species transmission from snake to human. J Med Virol;
7. Wuhan seafood market pneumonia virus isolate Wuhan-Hu-1, complete genome. (2020). NCBI GenBank;
8. Esfandiari S. (2020). Here are the symptoms of the Wuhan coronavirus, according to a new CDC warning. ScienceAlert;
9. Emmie de Wit, Neeltje van Doremalen, Darryl Falzarano, Vincent J. Munster. (2016). SARS and MERS: recent insights into emerging coronaviruses. Nat Rev Microbiol. 14, 523-534;
10. Объяснена различная вирулентность вирусов гриппа — возбудителей «испанки»;
11. Eschner K. (2020). The timing of the Wuhan coronavirus could be a global-health nightmare. Popular Science;
12. Imai N., Dorigatti I., Cori A., Donnelly C., Riley S., Ferguson N.M. (2020). Report 2: estimating the potential total number of novel Coronavirus cases in Wuhan City, China. Imperial College London‌;
13. Dennis Normile. (2020). China reports more than 200 infections with new coronavirus from Wuhan. Science;
14. Na Zhu, Dingyu Zhang, Wenling Wang, Xinwang Li, Bo Yang, et. al.. (2020). A Novel Coronavirus from Patients with Pneumonia in China, 2019. N Engl J Med.