В течение восьми месяцев новый коронавирус SARS-CoV-2 и вызываемое им заболевание COVID-19 доминировали в работе тысяч исследователей в беспрецедентных глобальных усилиях.
В этой статье мы начнем с того, как был идентифицирован вирус; молекулярные детали механизма заражения; как он передается между людьми; и множество способов воздействия на человеческий организм.
Взлом кода вируса
Когда в конце 2019 года в Ухане, Китай, возникла вспышка заболевания, похожего на тяжелый острый респираторный синдром (SARS), исследователи заподозрили, что новый коронавирус распространился на людей. Многие из первых выявленных случаев были связаны с единственным рынком живых животных в городе.
Исследователи в Китае немедленно начали работу по выделению и секвенированию вируса. Когда оригинальный вирус SARS, теперь известный как SARS-CoV-1, появился у людей в 2002 году, потребовались месяцы, чтобы получить полную последовательность вирусного генома. На этот раз развитие технологий секвенирования означало, что ученые смогли распознать РНК-код вируса в течение нескольких недель после появления первых случаев.
11 января Юн-Чжэнь Чжан из Университета Фудань в Шанхае и его коллеги разместили последовательность генома вируса, выделенного у 41-летнего человека, работавшего на рынке животных, в общедоступную базу данных. При этом они предупредили мир о существовании нового коронавируса, связанного с SARS-CoV-1. Их результаты были впоследствии опубликованы в Nature.
Хотя команда Чжана секвенировала вирус только у одного пациента, одновременная работа других групп позволила идентифицировать этот же вирус у других людей с пневмонией. Вместе эти исследователи твердо заявили, что этот новый коронавирус является причиной заболевания. Одна из команд, возглавляемая Ши Чжэнли из Уханьского института вирусологии, также определила, что ближайшим известным родственником нового вируса является коронавирус летучих мышей.
Примерно шесть месяцев спустя коронавирус опустошил мир. Ученые создали более 80 000 вирусных последовательностей. Это богатство генетической информации позволило проследить цепочки передачи - например, выявить передачу загадочного сообщества в Соединенных Штатах, - а также показать, что вариант, который кажется особенно заразным для культивируемых клеток, теперь стал доминирующим во всем мире. Что означает эта измененная инфекционность для передачи и болезней, пока не ясно.
Не только респираторный вирус
В первоначальных сообщениях о заболевании, получившем название COVID-19 от 11 февраля, описывалось тяжелое респираторное заболевание, аналогичное заболеванию, вызванному SARS-CoV-1. Согласно ранним исследованиям, проведенным в больницах Ухани, сканирование грудной клетки показало пятнистые тени - известные как `` матовое стекло '' - в легких многих пациентов . Более того, пожилые люди, мужчины и люди с другими заболеваниями чаще попадали в реанимацию, в то время как у детей, по-видимому, более легкое заболевание.
Но быстро стало очевидно, что SARS-CoV-2 - это не просто респираторный вирус. Он также влияет на кровеносные сосуды, вызывая тромбоз и инсульты. В редких случаях у детей может развиться так называемый мультисистемный воспалительный синдром, напоминающий болезнь Кавасаки.
Вскрытие выявило вирус в других органах, кроме легких, включая почки, печень, сердце и мозг, а также в крови. Теперь мы знаем, что симптомы COVID-19 могут включать желудочно-кишечные, неврологические, почечные, сердечно-сосудистые и другие осложнения.
Симптомы, испытываемые разными людьми, могут быть обусловлены комбинацией инфицированных клеток и тканей; прямой ущерб, который вирус наносит этим клеткам; вмешательство в нормальную функцию рецепторов ACE2 клеток-хозяев, с которыми связывается вирус; и индивидуальные вариации иммунного ответа на вирус. Например, у тяжелобольных пациентов наблюдается гиперактивация иммунного ответа, которая повреждает легкие.
Мы надеемся, что раскрытие этих вкладов приведет к эффективному лечению. Уже было показано, что стероидный препарат дексаметазон, который успокаивает сверхактивный иммунный ответ, снижает смертность от тяжелой формы COVID-19. Также был достигнут прогресс в лечении тяжелых заболеваний. Однако до сих пор не известно, что вызывает внезапное начало острого респираторного расстройства у некоторых людей.
Способы заражения
На раннем этапе животрепещущим вопросом было, как новый вирус заражает человеческие клетки - ответ поможет объяснить патологию болезни, а также даст подсказки о том, как заблокировать инфекцию.
Коронавирусы украшены белками-шипами. Они взаимодействуют со специфическими белками на поверхности клеток, которые они заражают. После связывания с клеточным рецептором спайк должен быть расщеплен ферментом, называемым протеазой в клетке-хозяине. Это активирует спайк, который объединяет вирус и клеточные мембраны.
Вскоре ученые показали, что и SARS-CoV-1, и новый коронавирус используют один и тот же клеточный рецептор, ACE2, и одну и ту же протеазу TMPRSS2 для проникновения в клетки. Но SARS-CoV-2 может также инфицировать линии клеток, которые не экспрессируют TMPRSS2, что может помешать разработке лекарств.
Исследователи использовали клетки Vero, которые не экспрессируют TMPRSS2, в раннем исследовании, которое показало, что препарат хлорохин может работать в качестве лечения COVID-19. Но хлорохин не оказался эффективным в клинических испытаниях, и ученые обнаружили, что он не ингибирует вирус в клетках легких, экспрессирующих TMPRSS2 .
Несмотря на общее структурное сходство между белками спайков двух коронавирусов SARS, ученые обнаружили, что спайк SARS-CoV-2 связывает рецептор ACE2 как минимум в десять раз сильнее, чем SARS-CoV-1. Это может объяснить некоторые различия между тем, как два вируса заражают людей и вызывают болезни.
Спайк SARS-CoV-2 также имеет особенность, которой не хватает SARS-CoV-1: последовательность аминокислот, которая позволяет ему распознаваться и расщепляться ферментом фурин. Как эта последовательность способствует вирулентности SARS-CoV-2, пока не известно. Но аналогичные последовательности также обнаруживаются в рецептор-связывающем белке некоторых вирусов гриппа и способствуют их вирулентности.
Что-то в воздухе
Вскоре стало ясно, что SARS-CoV-2 может переходить от одного человека к другому. Это могло произойти при прямом контакте или косвенной передаче, например, через капли, выделяемые во время кашля, или даже при простом выдохе. Что не было ясно - и до сих пор остается предметом споров - так это того, насколько большими должны быть эти капли и как далеко они могут перемещаться.
Это важный вопрос. Более крупные капли быстро упадут на землю, а более мелкие и легкие, известные как аэрозоли, могут оставаться в воздухе. Вирус, который может зацепиться за такие крошечные капельки, может распространяться дальше и повышать риск заражения в плохо вентилируемых помещениях.
Возможность нового коронавируса перемещаться таким образом была в центре внимания опубликованного в апреле исследования аэродинамики SARS-CoV-2 в двух больницах в Ухане. Исследователи обнаружили, что в некоторых помещениях больниц, особенно в некоторых помещениях для персонала, наблюдались относительно высокие концентрации вирусной РНК в каплях размером с аэрозоль.
Команда не определила, были ли эти капли заразными, но команда из США сообщила в апреле, что и SARS-CoV-2, и SARS-CoV-1 были стабильными и заразными в искусственно созданных аэрозолях в течение трех часов.
Пока еще не было окончательно показано, что SARS-CoV-2 распространяется таким образом, отчасти потому, что трудно отдельно измерить различные пути передачи вируса.
Невидимая болезнь
Когда вирус начал распространяться по миру, появились предположения, что люди без симптомов могут его передать.
В марте данные с круизного лайнера Diamond Princess показали, что у 17,9% тех, кто дал положительный результат на COVID-19 на судне, не было никаких симптомов. В феврале более 3700 человек были помещены на карантин на борт судна после того, как у бывшего пассажира была обнаружена COVID-19. В апреле исследование с участием 94 человек показало, что «распространение вируса» - выброс вируса в окружающую среду - похоже, достигает пика до или одновременно с появлением симптомов. Исследователи также оценили 77 пар людей, одна из которых, вероятно, была инфицирована другим, и обнаружили, что 44% инфекций были переданы до того, как у участников развились симптомы.
Вопрос о том, какая доля вирусоносителей никогда не проявляет симптомов, все еще остается предметом споров, но ясно, что люди могут передавать вирус, даже если они не больны, что, вероятно, способствует его распространению.
Мы прошли долгий путь к пониманию того, как возникла пандемия и как она распространилась по миру, - изучив характеристики вируса, его передачу и то, как он вызывает болезнь. В следующих выпусках этой редакционной серии мы рассмотрим исследования о том, как с этим бороться, а также прогресс в лечении и вакцинах.