Коронавируси: дефиниция, структура, видове и свързани заболявания (COVID‑19, MERS)

Коронавируси: структура, видове и свързани заболявания (COVID‑19, MERS) — симптоми, предаване, диагностка и ефективни мерки за профилактика.

Коронавирусите са група РНК вируси. Те причиняват болести по птиците и бозайниците, включително и по хората. Тези заболявания могат да бъдат леки или фатални. При хората и птиците те причиняват инфекции на дихателните пътища. Леките заболявания при хората включват някои случаи на обикновена настинка (която се причинява и от други вируси, например риновируси). По-смъртоносните разновидности могат да причинят ТОРС, MERS и COVID-19.

Те са обвити вируси с РНК геном с положителен смисъл. Размерът на генома на коронавирусите е от 26 до 32 килобази, което е изключително голям размер за РНК вирус. Съществуват четири основни групи коронавируси, наречени алфа, бета, гама и делта.

Най-известният коронавирус е един от бета-вирусите, който причинява коронавирусна болест 2019 (COVID-19) при хората.

Името "коронавирус" идва от латинската дума corona, която означава "корона" или "ореол", и се отнася до начина, по който изглеждат вирионите под електронен микроскоп (ЕМ). Те имат периферия от големи, луковични повърхностни изпъкналости, приличащи на корона. Тази морфология се създава от пепломера на вирусния шип (S), който представлява белтък на повърхността на вируса. Те решават кои клетки може да зарази вирусът.

Протеините на коронавирусите са шип (S), обвивка (E), мембрана (M) и нуклеокапсид (N).

Класификация и разпространение

Коронавирусите се разделят на четири големи рода: алфа-, бета-, гама- и делтакоронавируси. Повечето човешки патогени са от групите алфа и бета. Някои коронавируси са специфични за животни (напр. птичи коронавируси), докато други могат да преминават от животни към хора (зоонози). Естествени резервоари на много коронавируси са прилепите; при MERS важен междинен гостоприемник са камилите, а при ТОРС през 2002–2003 г. — диви животни като цивети.

Структура и геном

Коронавирусите са обвити вируси с единичноверижна РНК с положителен смисъл и относително голям геном — 26–32 килобази. Това е най-големият геном сред известните РНК вируси. Геномът кодира структурни и неструктурни белтъци, включително:

• S (шип) — белтъкът, който разпознава и се свързва с рецепторите на клетките (напр. ACE2 при SARS-CoV и SARS-CoV-2) и е ключов за навлизане в клетката.
• M (мембранен) — основният структурен белтък, участва в оформянето на вирусната обвивка.
• E (обвивен) — малък белтък, който играе роля в съзряването и отделянето на новите вириони.
• N (нуклеокапсид) — обвива РНК генома и участва в репликацията и пакетиране на генетичния материал.

В корпуса на коронавирусите има и множество неструктурни белтъци (включително РНК-зависима РНК-полимераза, протеази и екзонуклеаза), които подпомагат репликацията и позволяват относително по-ниска честота на грешки в сравнение с други РНК вируси.

Жизнен цикъл и репликация

Жизненият цикъл започва с прикрепване чрез S-протеина към рецептори на клетъчната повърхност, следва сливане на вирусната и клетъчната мембрана и освобождаване на генома в цитоплазмата. Геномът се превежда и се синтезират репликативни ензими, които образуват репликативни комплекси в мембранно-обвързани структури. След репликация и транскрипция се синтезират структурните белтъци, новите вириони се сглобяват и се отделят от клетката, като при това придобиват своята обвивка от клетъчната мембрана.

Резервоари, предаване и епидемиология

Много коронавируси циркулират в животни и само някои преминават към хората. Пътищата на предаване включват капкова инфекция (капки от дихателните пътища), аерогенни частици (аерозоли), контакт с заразени повърхности и, при някои варианти, фекално-орален път. Инкубационният период и степента на заразност варират в зависимост от вида—при SARS-CoV-2 (COVID-19) инкубацията обикновено е 2–14 дни.

Клинични прояви при хората

Коронавирусните инфекции при хората могат да протичат от асимптоматично или лека настинка до тежки дихателни заболявания. Общи симптоми:

• треска, кашлица, задух;
• умора, миалгии, главоболие;
• загуба на вкус и мирис (характерно за някои случаи на COVID-19);
• при прогресиране — пневмония и дихателна недостатъчност.

Тежестта зависи от вирусния щам, възрастта и съпътстващите заболявания на пациента.

Диагностика

Диагнозата се поставя на базата на клинични данни и лабораторни тестове:

• RT‑PCR — златен стандарт за откриване на вирусна РНК.
• антигенни тестове — по-бързи, но с по-ниска чувствителност.
• серология — за откриване на антитела и проследяване на имунен отговор.

Лечение и профилактика

Специфичното лечение зависи от вида на коронавируса и тежестта на заболяването. Общи подходи:

• поддържащо — кислород, хидратация, лечение на усложнения;
• антивирусни средства — при някои инфекции (напр. ремдесивир при COVID-19) и моноклонални антитела при определени случаи;
• кортикостероиди (напр. дексаметазон) — при тежки форми на COVID-19 с хипервъзпаление;
• ваксини — съществена профилактична мярка срещу COVID-19 (мРНК, векторни и инактивирани ваксини), които значително намаляват тежкото заболяване и смъртността.

Превантивни мерки включват хигиена на ръцете, носене на маски в затворени и претъпкани пространства, добра вентилация и избягване на тесен контакт с болни хора. Проследяването на контактите и изолацията са важни за ограничаване на епидемии.

Еволюция и варианти

Коронавирусите могат да мутират и да развиват нови варианти с промени в заразността, вирулентността или имунния „бяг“ от антитела. Затова се извършва глобално наблюдение на генетичните промени и оценка на ефекта им върху ваксините, диагностиката и терапиите.

Исторически бележки и значими епидемии

Най-значимите епидемии от коронавируси през последните десетилетия включват:

• ТОРС (SARS) — 2002–2003, причинен от SARS-CoV, с висока смъртност, но ограничена по разпространение;
• MERS — първо описан през 2012 (MERS‑CoV), с тежки пневмонии и висока смъртност; свързан с камилите;
• COVID-19 — пандемията, започнала през 2019, причинена от SARS‑CoV‑2, с огромно въздействие върху общественото здраве и системите на здравеопазване.

Научни изследвания и перспективи

Текущите изследвания обхващат механизми на междувидов трансфер, разработване на по-широко действащи ваксини и антивирусни средства, мониторинг на варианти и изследване на дългосрочните последици от инфекциите (напр. „дълъг COVID“). Разбирането на биологията на коронавирусите помага за по-добра подготовка при бъдещи епидемии.

Кратко резюме: коронавирусите са разнообразна група вируси с големи РНК геноми, които могат да причиняват леки до тежки инфекциозни заболявания при животни и хора. Контролът им включва комбинирани мерки — обществено здраве, ваксинация, диагностика и клинично лечение.

Структура

Коронавирусите са големи, сферични частици с уникални повърхностни проекции. Размерът им е променлив, средно от 80 до 120 nms. Общото молекулно тегло е средно 40 000 kDa. Те са затворени в обвивка, обсипана с изпъкнали протеинови молекули. Тези слоеве защитават вируса, когато той се намира извън клетката-гостоприемник.

Вирусната обвивка е съставена от липиден бислой, в който са закрепени структурните протеини на мембраната (M), обвивката (E) и шипа (S). Съотношението E:S:M в липидния бислой е приблизително 1:20:300. Протеините E и M са структурните протеини, които в комбинация с липидния бислой оформят вирусната обвивка и поддържат нейния размер. S протеините са необходими за взаимодействието с клетките-гостоприемници. Но човешкият коронавирус NL63 е специфичен с това, че неговият M протеин има място за свързване с клетката гостоприемник, а не S протеинът му. Диаметърът на обвивката е 85 nm.

 
Структура на коронавирус  

История

Първите съобщения за коронавирусна инфекция при животни са от края на 20-те години на миналия век, когато в Северна Америка се появява остра респираторна инфекция при домашни пилета. През 1931 г. Артър Шалк и М.К. Хоун правят първия подробен доклад, в който описват нова респираторна инфекция на пилета в Северна Дакота. По онова време не е било осъзнато, че става въпрос за три свързани вируса.

Човешките коронавируси са открити през 60-те години на миналия век с помощта на два различни метода. През 1961 г. Е.К. Кендъл, Малкълм Биньо и Дейвид Тирел, работещи в Отдела за простудни заболявания към Британския съвет за медицински изследвания, събират уникален вирус на простуда B814. Вирусът не може да бъде култивиран с техниките, с които успешно са култивирани риновируси, аденовируси и други известни вируси на обикновената настинка. В крайна сметка проблемът е решен. Новият метод за култивиране е въведен в лабораторията от Бертил Хурн. Изолираният вирус, поставен в носовете на доброволци, предизвиква настинка. Вирусът е инактивиран с етер, което показва, че има липидна обвивка. Новият вирус предизвиква настинка при доброволци и, подобно на B814, се инактивира с етер.

През 1967 г. шотландският вирусолог Джун Алмейда от болница "Сейнт Томас" в Лондон сравнява структурата на IBV, B814 и 229E. С помощта на трансмисионна електронна микроскопия е доказано, че трите вируса са със сходна форма и имат шипове, наподобяващи бухалки. През същата година изследователска група в Националния институт по здравеопазване изолира друг член на тази група вируси. Подобно на B814, 229E и IBV, новият вирус на настинката OC43 има характерни, подобни на клубове шипове, когато се наблюдава с електронен микроскоп.

Новите вируси на настинката, подобни на IBV, приличат на вируса на хепатита при мишките. Тази нова група вируси са наречени "коронавируси" заради външния им вид, наподобяващ корона. Щамът на коронавируса B814 е изгубен. Не е известно кой от представените човешки коронавируси е бил той. Оттогава са идентифицирани и други човешки коронавируси, включително SARS-CoV през 2003 г., HCoV NL63 през 2003 г., HCoV HKU1 през 2004 г., MERS-CoV през 2013 г. и SARS-CoV-2 през 2019 г. От 60-те години на миналия век насам са идентифицирани голям брой коронавируси при животните.

 
Предавателна електронна микрография на коронавирус OC43, култивиран в органи  

Въпроси и отговори

В: Какво представляват коронавирусите?

В: Какви болести причиняват коронавирусите при хората?

В: Колко голям е геномът на коронавирусите?

В: Колко основни групи коронавируси има?

В: Какъв вид вирус причинява COVID-19 при хората?

Въпрос: Какви протеини съставляват коронавируса?

Търсене по буква