Материал: Лекция КОРОНАВИРУСЫ. Сем Coronaviridae. Характеристика новой коронавирусной инфекции

ЛЕКЦИЯ Вирусы семейства Coronaviridae

Лектор: Годовалов Анатолий Петрович

(доц. кафедры микробиологии и вирусологии)

Характеристика коронавирусной инфекции

В настоящее время известно примерно 6590 видов вирусов - облигатных внутриклеточных паразитов. По некоторым осторожным оценкам, только среди млекопитающих могут циркулировать сотни тысяч пока не описанных видов вирусов. Вероятно, неизвестные вирусы способны вызывать заболевания человека. К сожалению, даже при расшифрованной геномной последовательности вируса невозможно сказать, насколько опасен тот или иной вирус. Таким образом, неизвестно даже примерное число вирусов, потенциально способных приводить к эпидемиям или пандемиям.

В декабре 2019 года началась крупнейшая за последнее время пандемия. Это новая коронавирусная инфекция, что в латинизированной транскрипции выглядит как nCOVID-19 (new COronaVIrus Disease 2019).

NB! Пандемия (греч. πανδημία «весь народ») - необычайно сильная эпидемия, распространившаяся на территории стран, континентов; высшая степень развития эпидемического процесса. Другими словами, это эпидемия, охватывающая подавляющую часть мира. Согласно критериям ВОЗ, пандемия - распространение нового заболевания в мировых масштабах.

Судя по всему, появление nCOVID-19 было вызвано случайным, но в то же время закономерным попаданием в нашу популяцию из мира животных уже седьмого по счету коронавируса. 

nCOVID-19 - это потенциально тяжёлая острая респираторная инфекция, вызываемая коронавирусом SARS-CoV-2 (2019-nCoV).

Эпидемиология

Наиболее вероятный путь передачи SARS-CoV-2 от человека к человеку - воздушно-капельный, а также контактная передача через загрязненные поверхности и руки.

Базовое репродуктивное число SARS-CoV-2 составляет не менее 2,2-3,4, что сопоставимо с аналогичными показателями SARS-CoV и вируса гриппа. 

NB! Базовое репродуктивное число - количество людей, заразившихся от одного инфицированного человека; характеризует скорость распространения инфекции.

Летальность при COVID-19 примерно 5,7%; при SARS - 9,6%; при MERS- 34,4% (последняя цифра скорее всего завышена из-за невыявления легких форм инфекции). 

Коронавирусы могут поражать разных позвоночных животных (куриц, индеек, собак, свиней, дельфинов, китов, грызунов, летучих мышей, верблюдов и других).

Связь с заболеванием человека

До настоящего времени неизвестно, какие из коронавирусов потенциально способны распространиться в нашей популяции, а какие — нет. Непонятна и доля уже обнаруженных коронавирусов. 

Даже родственные коронавирусы могут распространяться между людьми с разной эффективностью. Так, SARS-CoV и SARS-CoV-2 принадлежат к одному виду коронавирусов. 

SARS-CoV - это аббревиатура от Severe Acute Respiratory Syndrome CоronaVirus, то есть вызывающий тяжелый острый респираторный синдром коронвирус. После вспышки атипичной пневмонии 2002–2004 годов у диких животных обнаружили сотни вирусов, которые, согласно филогенетическому анализу, принадлежали к этому же виду. Совокупность таких патогенов обозначили как "родственные SARS-CoV". 

К февралю 2020 года стало понятно, что ранее неизвестный представитель SARS-related coronavirus ("родственные SARS-CoV") вызывает человеческую респираторную инфекцию. ВОЗ и международный комитет по таксономии вирусов предложили назвать коронавирусную инфекцию, начавшуюся в 2019 году, аббревиатурой COVID-19 (Coronavirus disease 2019), а возбудителя болезни — SARS-CoV-2. 

Два человеческих SARS-коронавируса (то есть два варианта одного вида) приводят к разным заболеваниям. В летучих мышах циркулируют другие представители этого вида, случаи заражения человека которыми пока не описали. Пандемический потенциал этих вызывающих SARS коронавирусов неясен, но вызывает серьезные опасения. Сейчас известно, что люди заражались коронавирусами животных как минимум семь раз.

Альфакоронавирусы NL63 и 229E, а также бетакоронавирусы HKU1 и OC43 вызывают до 30% случаев острых респираторных заболеваний человека. Чаще всего связанные с этими четырьмя коронавирусами болезни протекают легко и без серьезных последствий. К сожалению, иногда происходят осложнения. 

SARS-CoV

В 2002–2004 годах в Китае случилась вспышка атипичной пневмонии. Это заболевание назвали SARS. Эпидемия началась в ноябре 2002 года в южной провинции Гуандун, откуда быстро распространилась на соседние территории. Последний случай первой вспышки SARS зафиксировали в июне 2003-го. Всего заболело примерно 8000 человек, 9% погибло. В конце 2003 года, спустя полгода после завершения эпидемии, в Китае произошли новые заражения SARS. Вторую вспышку быстро локализовали, заболели всего четыре человека. 

Природным резервуаром SARS-CoV оказались летучие мыши. От летучих мышей заразились циветы — промежуточные хозяева коронавирусной инфекции, через контакт с которыми SARS-CoV попал в человеческую популяцию.

MERS-CoV

Второй случай возникновения способного к передаче от человека к человеку коронавируса произошел на Аравийском полуострове. Инфекцию назвали MERS, то есть Middle East Respiratory Syndrome, или ближневосточный респираторный синдром. 

Эту болезнь вызывает коронавирус MERS-CoV. Конкретное время начала эпидемии остается загадкой: называют сроки от ноября 2009 года до апреля 2012 года. Всего, по данным ВОЗ, на 31 января 2020 года были лабораторно подтверждены 2519 случаев в 27 странах, в т.ч. 866 со смертельным исходом. Максимальное число заражений произошло в 2013-2015 годах, однако эпидемия продолжается до сих пор. 

Заболевание протекает как бессимптомно, так и с развитием тяжелой пневмонии, септическим шоком и полиорганной недостаточностью, что приводит к смерти примерно в 36% случаев. 

Естественным резервуаром предковых форм MERS-CoV оказались летучие мыши, а промежуточными хозяевами — одногорбые верблюды. Антитела к MERS-CoV у верблюдов обнаружили в архивном биологическом материале, собранном в 1983 году. Это значит, что не позднее 1983 года вирус попал в популяцию верблюдов, которые стали промежуточными хозяевами. Заражение человека от верблюда вирусом MERS-CoV происходило много раз, то есть MERS продолжает оставаться инфекцией зоологического происхождения (зоонозом). Передача вируса от человека к человеку тоже возможна, но считается недостаточно эффективной для развития пандемии. Тем не менее, при нарушении эпидемиологических норм возможно успешное распространение MERS-CoV в человеческой популяции. 

Описаны случаи заражения при употреблении непастеризованного верблюжьего молока. Возможен аэрозольный путь передачи инфекции среди верблюдов, от верблюдов к человеку, а также от человека к человеку. 

Сохраняется риск адаптации вируса и повышения контагиозности при передаче между людьми, что представляет потенциальную угрозу для глобального благополучия. 

В России случаев заболеваний, вызванных MERS-CoV, не зарегистрировано. 

SARS-CoV-2

Согласно филогенетическому анализу, SARS-CoV-2 попал в человеческую популяцию в конце ноября — начале декабря 2019 года. Это было единичное случайное событие. 

SARS-коронавирусы чаще всего циркулируют в летучих мышах, которые являются естественными резервуарами этих патогенов.

Характеристика вируса

Семейство Coronaviridae включает в себя два подсемейства:

1. Подсемейство Letovirinae состоит из единственного вида Microhyla letovirus 1, который обнаружили в лягушках. 

2. Подсемейство Orthocoronavirinae состоит из четырех родов: 

- Alphacoronavirus (19 видов), 

- Betacoronavirus (14 видов), 

- Deltacoronavirus (7 видов), 

- Gammacoronavirus (5 видов). 

Остановимся подробнее на строении вируса SARS-CoV-2, который вызвал нынешнюю пандемию.

Это оболочечный вирус, имеющий большой несегментированный геном, представленный одноцепочечной (+)РНК.

Геномная (+)РНК коронавируса непосредственно служит матрицей для трансляции вирусных белков. В отличие от РНК многих других РНК-вирусов, РНК коронавирусов схожа с клеточной мРНК: имеет кэп-структуру на 5'-конце и полиадениловый хвост на 3'-конце.

Среди неструктурных белков основное значение имеют репликаза, протеазы и белки, подавляющие иммунный ответ хозяина. 

Нуклеокапсид вируса представлен спирально свернутой геномной РНК в комплексе с белком N. Нуклеокапсид окружен фосфолипидной мембраной, в которую встроены белки E, M, S.

Геном sars-CoV-2

Геномная РНК содержит 2 основные, длинные рамки считывания, занимающие около 70% генома: ORF 1a и ORF 1b, кодирующие полипротеины. После процессинга полипротеина образуется около 12 неструктурных белков, которые образуют репликативный комплекс. Остальная часть кодирует структурные белки вируса S, E, M и N

Жизненный цикл коронавирусов

Клеточным рецептором, который используется вирусами SARS-CoV-2 и SARS-CoV для входа в клетки-мишени, служит ангиотензин-превращающий фермент 2 (ACE2). Рецептором для MERS-CoV является молекула CD26, или дипептидилпептидаза-4 (DPP-4), представленная на эпителиальных клетках бронхов и различных клетках иммунной системы. Все три вируса связываются с рецепторами с помощью белка S. Вход вируса в клетку осуществляется через стадию эндоцитоза вирионов. 

С помощью белка S вирусы могут прикрепляться к рецептору DC-SIGN (CD209) на поверхности дендритных клеток, не инфицируя их, в результате через дендритные клетки превращаются в "разносчиков" вируса по организму.

После входа вируса в клетку на матрице геномной (+)РНК вируса транслируется вирусная репликаза (РНК-зависимая РНК-полимераза), которая синтезирует (-)РНК, комплементарную геномной РНК. 

В состав вирусного репликазного комплекса входят экзонуклеазы, исправляющие ошибки РНК-полимеразы, в связи с чем частота мутаций в геноме коронавирусов сравнительно невелика.

На матрице (-)РНК та же репликаза синтезирует новые копии геномной (+)РНК, которые включаются в новые вирионы, а также более короткие субгеномные (+)РНК, служащие матрицами для трансляции вирусных белков. 

Продукция новых вирионов происходит путем их отпочковывания в просвет клеточных везикулярных структур, занимающих промежуточное положение между эндоплазматическим ретикулумом и комплексом Гольджи. Отпочковавшиеся вирионы экзоцитируются. 

Вирус SARS-CoV хорошо реплицируется в эпителиальных клетках дыхательных путей и альвеол, тогда как инфекция гемопоэтических клеток носит абортивный характер. Вирус MERS-CoV реплицируется также в макрофагах, дендритных клетках и в активированных Т-клетках.  

Гуморальный иммунный ответ

IgM против белка N вируса SARS-CoV-2 выявляются у пациентов уже на 7-е сутки заболевания, IgG против этого же антигена - после 7-х суток и их уровень возрастает к 10-м суткам.

У пациентов повышается уровень интерлейкинов-1бета, 1RA, 2, 4, 6, 8, 9, 10, 13, Г-КСФ, ГМ-КСФ, ИФН-гамма, MIP-1альфа, ФНО и ряда других. При этом чем выше концентрация ИЛ-2, ИЛ-10, Г-КСФ, MIP-1альфа и ФНО, тем тяжелее клиническая картина инфекции. Такая картина указывает на развитие в ходе инфекции "цитокинового шторма", отражающего тяжесть воспаления в органе-мишени.

Антитело-зависимое усиление проявлений инфекции: антитела к белку S вируса SARS-CoV могут способствовать инфицированию клеток, экспрессирующих Fc-рецепторы. Иммунные комплексы, состоящие из антигена (белок S вируса) и антителами быстрее подвергаются эндоцитозу фагоцитирующими клетками, например дентритными, что является начальным этапом инфицирования.

Клеточный иммунный ответ

Примерно у 70% пациентов наблюдается лимфопения. 

РНК-вирусы могут распознаваться несколькими рецепторами клеток врожденного иммунитета: эндосомальные TLR3, TLR7, TLR8, а также цитозольными рецепторами RIG-1, MDA5. В соответствие с локализацией этих рецепторов TLR распознают РНК-вирусы на стадии их входа в клетку (стадии эндоцитоза), а RIG-1 и MDA5 - на стадии репликации. Общий результат активации этих рецепторов является индукция выработки ИФН I и III типов, а также провоспалительных цитокинов. 

В свою очередь SARS-CoV, MERS-CoV и, вероятно, SARS-CoV-2 подавляют интерфероновый ответ как на стадии его индукции, так и на стадии реализации. 

Цитопатическое действие коронавирусов приводит к гибели клеток с высвобождением аларминов, дополнительно активирующих клетки врожденного иммунитета.   

Привлечение Т-клеток по времени совпадает со снижением вирусной нагрузки и развитием интерстициальной пневмонии, что может указывать как на положительную (элиминация вируса), так и отрицательную (развитие иммунопатологии) роль Т-клеточного ответа. 

В эксперименте на мышах показано, что удаление CD8-Т-клеток не влияет на параметры репликации SARS-CoV в легких, тогда как удаление CD4-Т-клеток приводит к уменьшению привлечения лимфоцитов в ткань легких, снижению продукции специфических антител, развитию интерстициальной пневмонии и задержке элиминации вируса.

В целом показана положительная роль Т-хелперного и В-клеточного звена в элиминации вируса и разрешении воспаления.

Фактор, препятствующий элиминации вируса - ингибирующее действие альвеолярных макрофагов на эмиграцию дендритных клеток их легких в дренирующие лимфатические узлы, что препятствует своевременному развитию адаптивного иммунного ответа. 

Один из неструктурных белков SARS-CoV (nsp6) ингибирует слияние аутофагосом с лизосомами, что препятствует представлению вирусных антигенов дендритными клетками. Белок Е вируса MERS-CoV ингибирует эффекторную стадию Т-клеточного ответа, вызывая апоптоз Т-клеток.

Пул вирус-специфических CD8-Т-клеток у людей, переболевших SARS, сохраняется дольше, чем повышенные титры антител.  

Получение материала для исследования

Забор материала производят из носоглотки:

1. Мазки берут сухими стерильными зондами. 

2. Зонд вводят легким движением ПО НАРУЖНОЙ СТЕНКЕ полости носа на глубину 2-3 см до нижней носовой раковины. 

3. Затем зонд слегка опускают книзу, вводят в нижний носовой ход под нижнюю носовую раковину и удаляют вдоль НАРУЖНОЙ СТЕНКИ полости носа, производя вращательные движения (3-4 см у детей и 5-6 см – у взрослых). 

1. Мазки берут сухими стерильными зондами с ватными тампонами вращательными движениями с поверхности задней стенки ротоглотки. 

2. Конец зонда отламывают с расчетом, чтобы он позволил плотно закрыть крышку пробирки. 

3. Пробирку с раствором и рабочей частью зонда закрывают. 

Допускается мазок из носоглотки и мазок из ротоглотки помещать в одну пробирку для большей концентрации вируса!

Пробы крови для серологических исследований получают при венепункции кубитальной вены.