Человечество сражается с чем-то в пять миллионов раз меньшим, чем мы. Новый коронавирус, который появился в Ухане в Китае, за несколько месяцев превратился из неизвестного врага в опасного во всем мире.
Поскольку она продолжает распространяться по всему миру, принося с собой панику, ученые стремятся разработать способы борьбы с этой ранее неизвестной угрозой. Для отслеживания и прогнозирования передачи вируса используется сложное компьютерное моделирование, в то время как вирусологи пытаются разработать вакцину. Другие ищут медикаментозное лечение, которое может помочь тем, кто заболел этой инфекцией.
Но это не первый коронавирус, с которым столкнулись ученые, и победить их труднее, чем вы думаете. Даже после десятилетий попыток, коронавирусы являются грозными врагами.
Некоторые из наиболее распространенных и сложных заболеваний вызываются коронавирусами. Одним из вирусов, вызывающих простуду, является коронавирус, и мы до сих пор не нашли эффективной вакцины или лекарства от него, несмотря на годы работы. Вспышки смертельно Тяжелого Острого Респираторного Синдрома (ТОРС) и Ближневосточного Респираторного Синдрома (БВРС) также были вызваны коронавирусами.
Все они принадлежат к большой группе вирусов, которые могут поражать как людей, так и животных и иногда могут преодолевать видовой барьер. Например, впервые о БВРС было сообщено в 2012 году, когда мальчик был заражен после тесного контакта с верблюдом. С тех пор поступило много сообщений о случаях заражения людей верблюдами.
Новый коронавирус, который был предварительно назван 2019-nCoV, по-видимому, является молодым вирусом, который, возможно, появился где-то в начале декабря, согласно попыткам проследить его происхождение. Основываясь на анализе его генетического кода, первоначально предполагалось, что 2019-nCOV перешел к людям от летучих мышей. Было обнаружено, что человеческий вирус имеет много генетических сходств с двумя коронавирусами у летучих мышей, но другие предположили, что он, возможно, произошел от змей, хотя эта идея была широко отвергнута вирусологами.
Совсем недавно исчезающие ящеры, чьи чешуйки широко используются в китайской традиционной медицине, были предложены в качестве вероятного проводника вируса. Некоторые исследователи предположили, что коронавирус летучей мыши, возможно, объединился с другим коронавирусом у ящеров, чтобы произвести штамм, который сейчас заражает людей.
Но в то время как первые случаи, вероятно, произошли у людей, которые имели тесный контакт с инфицированными животными, похоже, что большинство новых случаев из этого 2019-nCoV передаются от человека к человеку. ” Мы считаем, что он пришел с местного рынка, и этот рынок сейчас закрыт", - говорит Кристл Доннелли, статистический эпидемиолог, работающий в Имперском колледже Лондона и Оксфордском университете. “Значит, она, безусловно, поддерживается человеческой передачей.” Коронавирусы обычно поражают верхние дыхательные пути, вызывая целый ряд заболеваний, которые потенциально могут включать пневмонию. Но есть все больше доказательств того, что они могут двигаться дальше вниз по телу, а также воздействовать на центральную нервную систему, вызывая долгосрочные неврологические повреждения. Само название коронавирус происходит от латинского слова корона, потому что они имеют форму шара, но покрыты шипами, которые напоминают корону.
Внутри этой колючей оболочки содержится цепочка одноцепочечного генетического кода, называемая РНК. По мере того как они распространяются от хозяина к хозяину, этот код РНК может легко перемешиваться, позволяя коронавирусам быстро мутировать. Это увеличивает шансы на то, что они приобретут способность переключаться между видами, а также изменять другие характеристики, такие как степень их инфекционности и тяжесть болезни, которую они вызывают. Именно поэтому постоянно появляется так много новых видов коронавирусов. Именно поэтому с ними так трудно бороться – трудно попасть в постоянно меняющуюся цель с помощью вакцин и лекарств.
Чтобы получить достоверную модель распространения болезни, говорит Доннелли, нам нужно знать о вирусе несколько вещей. Во-первых, как долго кто-то может быть заражен им, прежде чем развиваются симптомы. Это называется инкубационным периодом. Во-вторых, мы должны знать, как долго человек с вирусом остается заразным, и в тех случаях, когда пациенты не выздоравливают, как быстро вирус может вызвать смерть. “Это помогает нам оценить уровень летальности, - говорит Доннелли.
Еще одним важным фактором является репродуктивное число, то есть то, сколько других людей кто-то с болезнью заразит. Доннелли и ее коллеги подсчитали, что новый коронавирус имеет число размножения около 2,6. “Если это число больше единицы, то вы ожидаете вспышки болезни”, - говорит она.
Число людей, которых пациент может заразить, может сильно варьироваться. Один пациент с новым коронавирусом, например, заразил 14 медицинских работников. Эти люди классифицируются как "супер распространители" и несут ответственность за непропорциональную долю распространения болезни. Это происходит потому, что при кашле или чихании они выбрасывают гораздо большее количество вирусных частиц, чем другие пациенты, увеличивая вероятность того, что они заразят кого-то еще.
Это представляет особую проблему при попытке сдержать вспышку болезни. Супер-распространитель может позволить болезням распространяться быстрее. Как вспышки атипичной пневмонии, так и вспышки БВРС осложнялись ролью супераспредителей.
Но точно определить, кто такой суперпредставитель, может быть трудно. Тот, кто становится супер распространителем, - это сочетание их собственной биологии, самого вируса и окружающей среды, в которой они находятся. Иммунная система некоторых людей позволяет им переносить вирус с незначительными или умеренными симптомами. Это означает, что они будут часто перемещаться и даже путешествовать на большие расстояния с вирусом. Другие, однако, могут страдать противоположными симптомами – тяжелыми симптомами, которые заставляют их часто чихать и кашлять, и таким образом распространяют болезнь больше на окружающих.
Общие меры предосторожности, такие как ношение масок для лица, мытье рук и строгие карантинные процедуры, могут помочь ограничить распространение инфекции.
Новые технологии также облегчают диагностику конкретных вирусов в первую очередь, что поможет усилиям не только сдержать вспышку, но и облегчить понимание того, как она распространяется. Во всем мире ученые пытаются разработать новые быстрые диагностические инструменты, которые могут быть использованы. Американский Центр по контролю и профилактике заболеваний (CDC) выпустил диагностический набор на основе ДНК для нового вируса, который может дать результаты примерно за четыре часа, но требует дорогостоящего лабораторного оборудования для работы. Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Франциско и ряда биотехнологических компаний, как сообщается, работают над более быстрыми подходами, которые не требуют специального оборудования.
Даже если его можно быстро диагностировать, найти эффективное лечение для такого вируса, как этот, как известно, трудно.
Основной способ лечения вирусной инфекции заключается в том, чтобы найти небольшие молекулы, которые препятствуют вирусу размножаться внутри наших клеток. Эти "антивирусные препараты" мешают вирусу проникать в наши клетки, нарушают его способность захватывать наши клеточные механизмы для репликации или предотвращают его побег из инфицированных клеток.
К сожалению, существует не так много эффективных противовирусных препаратов для лечения коронавирусов. Одним из возможных методов лечения на 2019 год является противовирусное лечение, первоначально разработанное для борьбы с вирусом Эбола. Он был дан первому пациенту в США с новым коронавирусом, который выздоровел в течение нескольких дней. Врачи, которые лечили его, говорят, что они не могут быть уверены, что препарат, называемый ремдесивир, был ответственен за его выздоровление, но другие исследования показали, что он эффективен против коронавируса Mers у мышей. Препарат известен как антивирус широкого спектра действия, то есть он может блокировать способность ряда вирусов создавать копии самих себя.
Дальнейшие исследования показали, что ремдесивир был способен ингибировать способность 2019-nCOV заражать человеческие клетки в лабораторных тестах, но он все еще должен быть одобрен регуляторами для использования против 2019-nCOV у пациентов. Это же исследование также показало, что хлорохин, препарат, используемый для профилактики и лечения малярии, также эффективен против вируса. Клиническое испытание с участием двух препаратов, используемых для лечения ВИЧ, также проводится в больнице в Ухане, Китай.
Но противовирусные препараты не всегда срабатывают. Впервые БВРС был выявлен у человека в 2012 году, и восемь лет спустя врачи все еще ищут широко распространенное лечение. Исследование 2019 года, в котором изучались все доступные исследования, изучающие методы лечения БВРС, показало, что консенсуса не было. Авторы призвали к рандомизированным клиническим испытаниям, чтобы найти его.
Скорость, с которой коронавирусы мутируют, также означает, что они потенциально могут развить устойчивость к противовирусным препаратам.
Но есть и более радикальные способы лечения. В одном из исследований, опубликованном в прошлом году, рассматривалось использование квантовых точек-частиц размером в несколько нанометров с необычными проводящими свойствами, вызванными квантовой механикой, которые, по-видимому, способны ингибировать заражение клеток человеческими коронавирусами.
Тем временем идет также гонка за разработкой вакцины против нового коронавируса. Если определенная часть населения может получить иммунитет к вирусу с помощью вакцины, то ее распространение можно контролировать.
Скорость, с которой коронавирусы мутируют и таким образом изменяют свои характеристики, затрудняет их вакцинацию. Вакцины, как правило, обучают иммунную систему нацеливаться на определенную особенность, такую как белковая структура на оболочке вируса. Но постоянно изменяя его внешний вид, наша иммунная система с трудом распознает различные инфекции. Отчасти именно поэтому было так трудно разработать вакцину против простуды.
Разработка вакцин может быть долгим и дорогостоящим процессом. В конце января было объявлено, что коалиция За инновации в области готовности к эпидемиям (CEPI) предоставила фармацевтической компании Inovio грант в размере до $9 млн (£6,8 млн) на разработку вакцины против коронавируса в течение 16 недель.
Вакцина работает, обучая иммунную систему распознавать часть вируса. Это помогает гарантировать, что человек, получающий вакцину, не заболеет, но у него вырабатываются антитела, которые работают против этого вируса при любой будущей инфекции. Но получение правильной версии вируса для использования часто может занять много попыток.
"Мутант создается путем изучения последовательности интересующего гена, или длины последовательности ДНК, и изменения одной, двух или более букв этой последовательности ДНК", - говорит Эмили Лепруст, исполнительный директор Twist Bioscience, компании, базирующейся в Сан-Франциско, которая работает с Inovio над разработкой вакцины. Роль Twist заключается в том, чтобы производить большое количество точных последовательностей ДНК, чтобы ускорить процесс.
” Есть мутанты, которые будут более опасными, и те, которые будут менее опасными", - говорит Лепру. “Во многих отношениях это похоже на то, что делают вирусы, когда они мутируют, чтобы создать новый штамм.- Разница в том, что, когда это делается в лаборатории, это может быть сделано контролируемым образом. Эта синтетическая ДНК почти идентична живому вирусу, но она не способна к самовоспроизведению и распространению.
Twist также сотрудничает с Университетом Вандербильта в рамках платформы DARPA по предотвращению пандемии, которая нацелена на разработку вакцинотерапии в течение 60 дней после начала вспышки.
Еще один способ разработать вакцину-это изолировать клетки от пациента, который выздоровел после болезни. “Эти клетки могут быть затем проверены [на антитела], и общие области этих антител могут быть воспроизведены, чтобы увидеть, является ли это активной и эффективной вакциной”, - говорит Лепруст.
Но все еще остается открытым вопрос о том, будет ли найдено лечение или вакцина в течение нескольких месяцев или же это займет годы. До тех пор, говорит Доннелли, все, что можно сделать, это продолжать следить за вирусом и пытаться остановить его распространение.