сховати меню

Новий коронавірус: структура геному, реплікація та патогенез

сторінки: 19-21

Yu Chen1, Qianyun Liu1, Deyin Guo2. 1State Key Laboratory of Virology, Modern Virology Research Center, College of Life Sciences, Wuhan University, Wuhan, China. 2Center for Infection and Immunity Study, School of Medicine, Sun Yat‐sen University, Guangzhou, China

Коронавіруси (CoV) відіграють значущу роль як збудники хвороб людини та хребетних тварин. Вони можуть уражати дихальний і травний тракт, печінку та центральну нервову систему людини, худоби, птахів, кажанів, мишей та інших диких тварин [1–3]. Спалахи тяжкого гострого респіраторного синдрому (Severe acute respiratory syndrome; SARS) у 2002–2003 рр. і Близькосхідного респіраторного синдрому (Middle East respiratory syndrome; MERS) у 2012 р. продемонстрували можливість передачі нових CoV від тварини до людини та від людини до людини [4, 5].

Спалах незвичної пневмонії в Ухані, що почався в грудні 2019 р., привернув величезну увагу всього світу. Китайський уряд і дослідники вживають швидких заходів для контролю спалаху та проведення етіологічних досліджень. Збудник загадкової пневмонії був визначений як новий коронавірус (nCoV) за допомогою глибокого секвенування та етіо­логічних досліджень принаймні 5 незалежними лабораторіями Китаю (www.virological.org та www.gisaid.org). 12 січня 2020 р. Всесвітня організація охорони здоров'я (ВООЗ) тимчасово назвала його новим коронавірусом 2019 року (2019-nCoV) (11 лютого 2020 р. ВООЗ визначилась з офіційною назвою – COVID-19, що є скороченням від Coronavirus disease. – Прим. ред.).

Спорадичне виникнення нових типів CoV і обумовлених ними спалахів нагадують, що CoV становить серйозну глобальну загрозу для здоров'я. Дуже ймовірно, що у зв'язку зі змінами клімату, екології, а також збільшенням взаємодії людини з тваринами нові спалахи цієї інфекції неминучі. Таким чином, виникає нагальна потреба в розробці ефективних методів терапії та профілактики CoV-інфекції.

Структура вірусного геному та реплікація

вгору

CoV належить до підродини Coronavirinae родини Coronaviridae порядку Nidovirales. До цієї підродини належать 4 роди: Alphacoronavirus, Betacoronavirus, Gammacoronavirus і Deltacoronavirus. Геном CoV являє собою одноланцюгову позитивну РНК (+ssRNA) (~30 тис. пар нуклеотидів; т.п.н.) з 5'-метильованим кепом і 3'-полі-A-хвостом. Геномна РНК виступає матрицею для прямої трансляції поліпротеїну 1a/1ab (pp1a/pp1ab), який кодує неструктурні білки (nsp), що утворюють реплікаційно-транскрипційний комплекс (RTC) у везикулах, утворених двошаровою мембраною [6]. Далі за допомогою RTC шляхом переривчастої транскрипції синтезується вкладений набір субгеномних РНК (сгРНК) [7]. Ці субгеномні месенджерні РНК (мРНК) мають спільні 5'-лідерні та 3'-термінальні послідовності. Припинення транскрипції та формування лідерної РНК відбувається на регуляторних послідовностях транскрипції, розташованих між відкритими рамками зчитування (open reading frames; ORF). Ці мінус-ланцюги РНК слугують шаблонами для утворення субгеномних мРНК [8, 9].

Геном і субгеноми типового CoV містять щонайменше 6 ORF. Перші ORF (ORF1a/b) становлять приблизно дві третини довжини геному, кодують 16 неструктурних білків (nsp1–16), за винятком гаммакоронавірусу, в якого nsp1 відсутній. Між ORF1a і ORF1b існує –1 зсув рамки зчитування, що забезпечує утворення двох поліпептидів: pp1a та pp1ab. З цих поліпептидів під впливом вірусної хімотрипсиноподібної протеази (3CLpro) або основної протеази (Mpro) та однієї або двох папаїноподібних протеаз утворюються 16 неструктурних білків [10, 11]. Інші ORF, що займають третину геному біля 3′-кінця, кодують щонайменше 4 основні структурні білки: шип (S), мембрану (M), оболонку (E) та нуклео­капсидні білки (N). Крім цих 4 основних структурних білків різні CoV кодують спеціальні структурні та допоміжні білки, такі як HE, 3a/b, 4a/b. Усі структурні та допоміжні білки утворюються за допомогою трансляції з сгРНК [7].

Вирівнювання геномної послідовності різних CoV демонструє 58% ідентичність на ділянці, що кодує nsp, 43% ідентичність на ділянці кодування структурних білків і 54% – на рівні всього геному, що свідчить про те, шо nsp є консервативнішими, а структурні білки – різноманітнішими, бо мають адаптуватись до нових хазяїв. Оскільки частота мутацій під час реплікації РНК-умісних вірусів значно вища, ніж ДНК-умісних, довжина геному РНК-умісних вірусів зазвичай становить менше ніж 10 т.п.н. Однак довжина геному CoV набагато більша, приблизно 30 т.п.н., у порівнянні з найвідомішими РНК-умісними вірусами. Підтримання такої довжини геному CoV може забезпечуватись завдяки особливим властивостям RTC, який містить ферменти, що забезпечують процесинг РНК, зокрема 3'-5'-екзорибонуклеазу nsp14.

Екзорибонуклеаза 3'-5' є унікальною для CoV і не виявляється в інших РНК-умісних вірусів. Вона, ймовірно, забезпечує корекційну функцію RTC [12–14]. Аналіз послідовності показує, що 2019-nCoV має типову структуру геному і належить до кластеру бетакоронавірусів, до якого належать CoV кажанів – Bat-SARS-like (SL)–ZC45, Bat-SL ZXC21, – а також SARS-CoV і MERS-CoV. Виходячи з філогенетичного дерева CoV, 2019‐nCoV тісніше пов'язаний з Вat-SL–CoV ZC45 і Вat-SL–CoV ZXC21 та більш віддалено – з SARS-CoV.

Роль неструктурних і структурних білків у реплікації CoV

вгору

Більшість nsp1–16 беруть участь у реплікації CoV. Однак функції деяких nsp невідомі або вивчені недостатньо.

Основними для збирання віріонів і інфікування є 4 структурні білки. Гомотримери білків S утворюють на поверхні вірусу шипи і відповідають за приєднання до рецепторів хазяїна [53]. М-білок має три трансмембранні домени, відповідає за форму віріону, сприяє формуванню вигинів мембрани та утворює зв'язки з нуклео­капсидом [52, 53]. Білок Е бере участь у збиранні та виході вірусу, а також у патогенезі вірусної інфекції [54, 55]. Білок N має два домени, обидва з яких за допомогою різних механізмів можуть зв'язувати геном вірусної РНК. Повідомляють, що N-білок може зв'язуватися з nsp3, сприяючи приєднанню геному до RTC і упакуванню інкапсидованого геному у віріони [56–58]. Білок N також є антагоністом інтерферону (INF) і репресором інтерференції РНК, що, очевидно, є сприятливим для реплікації вірусу [59].

Різноманітність патогенезу CoV-інфекції

вгору

Різні CoV мають різноманітний спектр хазяїв і тропні до різних тканин. Зазвичай альфакоронавіруси та бетакоронавіруси вражають ссавців. Гаммакоронавіруси та дельтакоронавіруси вражають птахів і риб, але деякі з них можуть вражати і ссавців [4, 60]. До 2019 р. було відомо лише 6 CoV, здатних інфікувати людину та спричинювати респіраторні захворювання.

HCoV-229E, HCoV-OC43, HCoV-NL63 і HKU1 спричинюють легкі захворювання верхніх дихальних шляхів, в рідкісних випадках деякі з них можуть спричинювати тяжку інфекцію у немовлят, дітей молодшого та осіб похилого віку. SARS‐CoV і MERS‐CoV можуть вражати нижні дихальні шляхи та спричинювати тяжкий респіраторний синдром людини [56, 61]. Деякі CoV можуть вражати худобу, птахів, кажанів, мишей, китів і багатьох інших диких тварин, що може обумовлювати значні економічні втрати. Наприклад, у 2016 р. CoV кажанів HKU2, пов'язаний з синдромом гострої діареї свиней, спричинив масштабний спалах смертельного захворювання у Південному Китаї. Загинуло понад 24 000 поросят [62]. Це перший документально підтверджений випадок поширення CoV кажанів, що спричинив тяжкі захворювання у худоби [4, 63].

Новий CoV, 2019-nCoV, який на основі аналізу послідовності відносять до бетакоронавірусів, також може вражати нижні дихальні шляхи та спричинювати пнев­монію в людини, але, очевидно, з легшим перебігом, ніж у випадку SARS і MERS.

Спочатку багато хворих мали прямий чи опосередкований зв'язок з оптовим ринком морепродуктів Huanan в м. Ухань, який, як вважають, є початковим місцем спалаху 2019 р. Однак передача 2019-nCoV від риб до людини малоймовірна. 2019‐nCoV і CoV білуги – Beluga Whale CoV/SW1 – належать до різних родів і, очевидно, мають різний спектр хазяїв. Оскільки ринок морепродуктів в Ухані продає і інших тварин, природнього хазяїна 2019-nCoV ще належить ідентифікувати.

У зв'язку з можливістю передачі вірусу від тварини до людини слід постійно контролювати CoV-інфекцію серед свійської худоби та інших тварин, у тому числі кажанів і диких тварин, що продаються на ринку. Крім того, з'являється все більше свідчень, що 2019-NCoV передається від людини до людини, оскільки інфекція розвивається в людей, які не відвідували Ухань, але мали тісний контакт з членами сім'ї, які відвідали і були інфіковані (www.cctv.com).

Основні патогенні CoV наведено в таблиці.

Таблиця. Основні патогенні CoV

Вірус

Рід

Хазяїн

Симптоми

CoV‐229E людини

Альфакоронавіруси

Людина

Нетяжке ГРЗ

CoV‐NL63 людини

Альфакоронавіруси

Людина

Нетяжке ГРЗ

PRCV/ISU‐1

Альфакоронавіруси

Свиня

Нетяжке ГРЗ

TGEV/PUR46‐MAD

Альфакоронавіруси

Свиня

Діарея зі 100% летальністю в поросят віком до 2 тиж

PEDV/ZJU‐G1‐2013

Альфакоронавіруси

Свиня

Тяжка водяниста діарея

SeACoV‐CH/GD‐01

Альфакоронавіруси

Свиня

Тяжка гостра діарея та гостре блювання

CoV/TU336/F/2008 собак

Альфакоронавіруси

Собака

Помірні; діарея

Ізолят коронавірусу верблюдів/Riyadh

Альфакоронавіруси

Верблюд

Відсутні

Вірус інфекційного перитоніту котів

Альфакоронавіруси

Кіт

Лихоманка, васкуліти, серозити з випотом або без

CoV‐HKU1 людини

Бетакоронавіруси

Людина

Пневмонія

CoV‐OC43 людини

Бетакоронавіруси

Людина

Нетяжке ГРЗ

SARS‐CoV

Бетакоронавіруси

Людина

Гострий тяжкий респіраторний синдром, летальність 10%

MERS‐CoV

Бетакоронавіруси

Людина

Гострий тяжкий респіраторний синдром, летальність 37%

CoV/ENT великої рогатої худоби

Бетакоронавіруси

Корова

Діарея

CoV/Obihiro12‐1 коней

Бетакоронавіруси

Кінь

Лихоманка, анорексія, лейкопенія

MHV‐A59

Бетакоронавіруси

Миша

Гостра пневмонія, тяжке ураження легень

CoV/SW1 білуги

Гаммакоронавіруси

Кит

Захворювання легень, термінальна гостра печінкова недостатність

IBV

Гаммакоронавіруси

Курка

Тяжке ГРЗ

HKU11 соловейка

Дельтакоронавіруси

Соловейко

ГРЗ (виявляли під час дослідження померлих диких птахів)

HKU17 горобця

Дельтакоронавіруси

Горобець

ГРЗ (виявляли під час дослідження померлих диких птахів)

Лікування та профілактика

вгору

На сьогодні не існує специфічної противірусної терапії CoV-інфекції, основні методи лікування є підтримувальними. Рекомбінантний інтерферон з рибавірином виявляє обмежений ефект проти CoV [64]. Після епідемії SARS і MERS були спрямовані великі зусилля на розробку нових противірусних препаратів, які б діяли на протеази, полімерази, метилтрансферази та білки злиття CoV, проте жоден з них не продемонстрував ефективість у клінічних випробуваннях [65–67]. Запропоновані для застосування плазма та антитіла, отримані від реконвалесцентів [68].

Крім того, розроблено вакцини з використанням інактивованих вірусів, живих атенуйованих вірусів, вакцини на основі вірусних векторів, субодиничні вакцини, з використанням рекомбінантних білків і ДНК, але дотепер їх досліджували лише на тваринах [69, 70].

У зв'язку з відсутністю ефективної терапії та вакцини нині найкращими заходами є контроль джерел інфекції, рання діагностика, звітність, ізоляція, підтримувальне лікування та своєчасне інформування про епідемію задля уникнення зайвої паніки. Засоби особистої профілактики – належна гігієна, правильно підігнана маска, вентиляція та уникнення місць скупчення людей – допоможуть запобігти зараженню CoV.

Реферативний огляд статті Yu Chen «Emerging coronaviruses: Genome structure ,  replication, and pathogenesis», J Med Virol. 2020;92:418–423,
підготувала
Євгенія Канівець.

Повну версію статті дивіться на сайті: https://onlinelibrary.wiley.com/journal/10969071

Поділитися з друзями: