вирус sars cov 2 чувствителен к чему
Новые ущербы от инфекции SARS-CoV-2 за пределами дыхательной системы
Автор
Редакторы
Статья на конкурс «Био/Мол/Текст»: Все мы помним, как с начала декабря 2019 года в китайском городе Ухань был выявлен ряд случаев пневмонии, связанных с коронавирусной инфекцией COVID-19 c серьезными симптомами, такими как респираторные проблемы (кашель, одышка, поражение легких) и лихорадка. Но вы когда-нибудь задумывались о том, что же происходит с остальными органами нашего тела? Так давайте разберём, как крошечный вирус может поражать не только дыхательную систему, но и вызвать повреждение других систем человеческого организма.
Конкурс «Био/Мол/Текст»-2020/2021
Эта работа опубликована в номинации «Школьная» конкурса «Био/Мол/Текст»-2020/2021.
Генеральный партнер конкурса — ежегодная биотехнологическая конференция BiotechClub, организованная международной инновационной биотехнологической компанией BIOCAD.
Партнеры номинации — медико-биологическая школа «Вита» и «Новая школа».
Спонсор конкурса — компания SkyGen: передовой дистрибьютор продукции для life science на российском рынке.
Спонсор конкурса — компания «Диаэм»: крупнейший поставщик оборудования, реагентов и расходных материалов для биологических исследований и производств.
Введение
Согласно исследованиям немецких ученых, SARS-CoV-2 проникает внутрь организма с помощью клеточного рецептора — ангиотензинпревращающего фермента 2 (АПФ2; ACE2 — англ.), который специфически синтезируется в определенных органах и тканях. Соответственно, ACE2 играет важную роль в регуляции сердечно-сосудистой, кишечной, почечной и репродуктивной функций [1]. Попав в систему кровообращения, коронавирус, вероятнее всего, распространяется через кровоток [2]. Следуя этим данным, мы можем понять, как SARS-CoV-2 заражает не только дыхательную систему, но и представляет потенциальную угрозу для пищеварительной и мочеполовой систем, ЦНС и системы кровообращения.
Рисунок 1. Поражения органов, подтвержденные клиническими признаками или биопсией, у пациентов с COVID-19
Рисунок 2. Механизм вторжения SARS-CoV-2 в клетку
SARS-CoV-2 и пищеварительная система
Помимо главного рецептора ACE2, SARS-CoV-2 использует трансмембранную сериновую протеазу 2 (TMRPSS2), фермент, который также экспонируется на эпителиальных клетках тонкой кишки. Он способствует проникновению вируса в клетки [3]. Активность SARS-CoV-2 может вызывать модификации ACE2 в кишечнике, которые повышают восприимчивость к воспалению кишечника и диарее. ACE2 оказывает значительное влияние на состав кишечной микробиоты [4]. Первичные воспалительные стимулы вызывают высвобождение в систему кровообращения микробных продуктов и цитокинов, которые могут вызвать микробный дисбиоз и воспалительную реакцию.
Изменения микробиоты кишечника могут быть связаны с изменениями в иммунной системе и предрасположенностью к более серьезным последствиям COVID-19. Наш микробиом меняется с возрастом: в первые несколько лет жизни микробиота малоразнообразна и нестабильна [5], [6]; во взрослом возрасте стабильна и разнообразна, а к пожилому возрасту разнообразие микробиоты уменьшается, а дисбиоз увеличивается, что связывают с когнитивным дефицитом, депрессией и воспалением [7]. Сниженное разнообразие микробиоты — еще один фактор риска заражения COVID-19 для пожилых людей.
Рисунок 3. Инфекция SARS-CoV-2 и ее связи с осью легких—кишечника—мозга и дисбиозом микробиома
Изменение кишечной флоры также связано с ожирением, еще одним фактором риска для тяжелого течения COVID-19 [8], [9]. Жировая ткань может служить резервуаром для распространения SARS-CoV-2 и активации системного иммунитета [10]. Коронавирусная инфекция вызывает изменения в кишечной бактериальной флоре, которые могут повлиять на ось «кишечник—мозг». Таким образом, кишечная флора играет решающую роль в регуляции неврологических функций, таких как депрессия или тревога [11].
Следовательно, режим питания играет значительную роль во время заражения вирусом SARS-CoV-2. Из-за вирусной инфекции иногда начинается дисбиоз, который может быть скомпенсирован компонентами диеты и пробиотиками [12]. Несколько исследований показывают, что оптимальный иммунный ответ зависит от правильного питания [13], [14]. Недоедание может поставить под угрозу иммунитет, тем самым влияя на уязвимость ответа на COVID-19. Потребление достаточного количества белка имеет решающее значение для выработки антител, поддержания ворсинчатой морфологии кишечника и уровня кишечного иммуноглобулина, что улучшает кишечный барьер [15–17]. Таким образом, высококачественные белки являются важным компонентом противовоспалительной диеты, которая включает омега-3 жирные кислоты, витамины С и Е, фитохимические вещества, которые широко присутствуют в продуктах растительного происхождения (фруктах, овощах, орехах, злаках и т.д.) [18–21]. Правильная диета укрепляет иммунную систему и способствует защите организма от тяжелого течения COVID-19.
SARS-CoV-2 и центральная нервная система (ЦНС)
Кроме пищеварительной системы, коронавирусная инфекция (COVID-19) также затрагивает центральную и периферическую нервную систему. Неврологические проявления могут возникать по разным причинам, включая прямое вирусное поражение центральной нервной системы (ЦНС) и иммунноопосредованные процессы. Примеры заболеваний ЦНС при COVID-19 могут включать энцефалит (воспаление головного мозга), менингит и инсульт. В периферической нервной системе COVID-19 ассоциируется с дисфункцией обоняния и вкуса, повреждением мышц и синдромом Гийена—Барре, при котором иммунная система человека поражает собственные периферические нервы.
Рисунок 4. Коронавирусная инфекция и нервная система
Ученые Университета Гонконга отметили, что механизмы инфекции SARS-CoV-2 могут быть аналогичны механизмам инфекции SARS-CoV из-за 79,5% сходства последовательностей РНК этих двух коронавирусов [22]. Однако SARS-CoV-2 обладает более мощной способностью к распространению, чем SARS-CoV и MERS-CoV. Причина в том, что SARS-CoV-2 и ACE2 обладают более сильной связывающей способностью [23]. S-белок (спайк-белок) на поверхности коронавируса связывается с ACE2 и прикрепляется к поверхности клетки; затем сериновая протеаза (TMPRSS2) активирует S-белок, что помогает вирусу проникать в нейрон [1]. Так как клетки кровеносных сосудов экспонируют ACE2 в большом количестве, SARS-CoV-2 может атаковать эндотелиальные клетки в кровеносных сосудах головного мозга через этот рецептор и нарушить гематоэнцефалический барьер (ГЭБ — барьер между кровеносной системой и центральной нервной системой). Нарушенный ГЭБ может способствовать вторжению вируса в ткани мозга и нейроны и привести к серьезным неврологическим осложнениям [24].
SARS-CoV-2 и система кровообращения
Помимо дыхательных путей, SARS-CoV-2 поражает сердечно-сосудистую систему. Это приводит к высвобождению высокочувствительных сердечных тропонинов (hs-cTnl) — белков, содержащихся в сердце и скелетных мышцах человека. В процессе заражения мембраносвязанный белок ACE2 может расщепляться трансмембранным дезинтегрином ADAM17, высвобождая ACE2 в кровоток. Таким образом, вирус циркулирует в крови зараженного организма. Воспаление сосудистой системы и миокарда может привести к миокардиту, сердечной недостаточности и быстрому ухудшению состояния больного [25].
Рисунок 5. Сердечно-сосудистое поражение при COVID-19
SARS-CoV-2 и мочеполовая система
Инфекция репродуктивной системы требует большего внимания, потому что она не только влияет на нынешнее поколение, но также может распространяться на потомство через поврежденные гаметы. На сегодняшний день несколько исследований подтвердили влияние SARS-CoV-2 как на мужскую, так и на женскую репродуктивную систему [26], [27]. В настоящее время хорошо известен факт, что мужчины более восприимчивы к инфекции SARS-CoV-2 и у них выше уровень смертности, чем у женщин. Это объясняется тем, что клетки семенного протока и сперматогонии синтезируют много ACE2 [28–30].
По мнению ученых, SARS-CoV-2 нарушает репродуктивные функции мужчин через несколько механизмов, таких как воспалительные реакции, окислительный стресс и апоптоз [31–33]. Инфекция SARS-CoV-2 приводит к перепроизводству активных форм кислорода, которые могут усиливать внутриклеточные сигнальные пути (NF-κB-TLR). Это приводит к высвобождению цитокинов, что еще больше усиливает воспалительный ответ. К примеру, орхит, вызванный инфекцией SARS-CoV-2, может привести к окислительному стрессу в тканях яичка. Окислительный стресс может вызвать внутриклеточное окислительное повреждение сперматозоидов, что приводит к ухудшению их качества и мужскому бесплодию.
Рисунок 6. Инфекция SARS-CoV-2 и репродуктивная система
Рецепторы ACE2 были также обнаружены в женских яичниках [34], [35]. Можно предположить, что SARS-CoV-2 поражает ткань яичников и клетки гранулезы и таким образом ухудшает функцию яичников и жизнеспособность ооцитов, что может привести к бесплодию или невынашиванию [33]. Недавно ученые (Виванти и др.) сообщили о трансплацентарной передаче вируса от матери, инфицированной COVID-19, новорожденному. Мать была инфицирована в последнем триместре беременности, и гены SARS-CoV-2 были обнаружены в ткани плаценты. Согласно этому отчету, трансплацентарная передача может привести к воспалению плаценты [36]. Однако стоит отметить, что плацента имеет плацентарный барьер, который не смешивает кровь матери и плода, тем самым защищая плод от всех видов материнской инфекции. Невосприимчивые клетки плаценты обладают противовирусными свойствами, которые дополнительно предотвращают проникновение SARS-CoV-2 в клетки ребенка [37].
Вывод
Прочитав эту статью, мы с вами узнали, как вирус поражает не только дыхательную систему, но и другие системы человека. Это осложняет потенциальные клинические проявления и затрудняет лечение случаев COVID-19. Однако биомедицинские исследования могут помочь нам больше узнать о способностях нового коронавируса и о том, как с ним бороться, чтобы определить важные ориентиры для дальнейших исследований, диагностики и лечения. Также стоит всегда помнить, что соблюдая правильную диету и карантинные меры, мы снижаем риски заражения и ухудшения состояния здоровья во время COVID-19. Ведь вирус не всегда может вызвать вышеуказанные осложнения, если мы будем правильно заботиться о своем здоровье.
Кратко о коронавирусе SARS-COV-2 и его мутациях
В последнее время в некоторых странах мира зафиксированы случаи повторного заражения (реинфекции) возбудителем новой коронавирусной инфекции под названием COVID-19.
Также установлено, что если человек заболевает снова, то это, скорее всего, связано со встречей с другим вариантом той же инфекции. Кроме того, известно, что в этом случае заболевание может протекать в тяжелой форме.
ЧТО ТАКОЕ ШТАММ КОРОНАВИРУСА SARS-COV-2?
Геном SARS-CoV-2 представляет собой длинную последовательность РНК, состоящую почти из 30 000 символов (нуклеотидов), которые работают в строгой последовательности. Этот порядок может измениться: если каждая новая копия вируса собрана в одном из этих соединений, может произойти ошибка — замена одного нуклеотида другим — и в результате код всей цепи немного изменится. В каждом новом» хозяине» геном вируса изменяется незначительно.
Эти изменения могут быть очень незначительными, но они позволяют установить связь между инфицированными людьми или следовать по пути, который выбрал вирус. Под словом «племя» ученые подразумевают генетически иную ветвь вируса, которая отличается от своего «отца» одной или несколькими мутациями. Разница может составлять лишь долю процента от общего генома, но каждая новая последовательность РНК может вызвать новую ветвь вируса, то есть новый штамм.
Скорость, с которой происходят генетические изменения, варьируется от вируса к вирусу, и SARS-CoV-2 мутирует относительно медленно. Большинство геномов этого вируса отличаются друг от друга небольшим количеством точечных заменителей, а число отличий от исходного варианта не превышает 30-почти 30 тысяч нуклеотидов.
КАКИЕ ШТАММЫ КОРОНАВИРУСА СУЩЕСТВУЮТ?
Основных штаммов нового коронавируса семь, они начинались с букв GR, G, GH, O, S, L и V. С индексом L — вирус был обнаружен в декабре 2019 года в Ухане, Китай. Но теперь он постепенно исчезает.
Остальные штаммы неравномерно распределены по всему миру: на каждом континенте, как правило, наиболее распространены не более двух основных вариаций.
ЧТО НУЖНО ЗНАТЬ О СТРУКТУРЕ И ДЕЙСТВИИ КОРОНАВИРУСА SARS-COV-2?
Последний импортируется не из Китая, а из других азиатских стран. Эти два штамма были обнаружены в 99% образцов, протестированных в России. На рисунке схематически показано, как проявляет себя коронавирус в отношении человека.
КАК РАЗВИВАЛСЯ КОРОНАВИРУС SARS-COV-2 В РОССИИ?
Общее число мутаций, обнаруженных в секвенированных геномах вируса SARS-CoV-2, составляет многие тысячи, но лишь немногие из них были зарегистрированы и стабильно наследуются.
Сейчас таких единичных мутаций насчитывается около 22, они произошли в январе-марте этого года. Позднее новые племена перестали широко распространяться, т. е. до начала эпидемии в России в геноме вируса стабильно регистрировались три основные группы мутаций, которые, согласно исследованию Роспотребнадзора, формировали «три ветви эволюционного развития».
К концу марта 2020 года развитие этих трех основных направлений и циркулирующих штаммов с мутациями в генах orf1b (P314L) и S (D614G) замедлилось. Эти две мутации были основными долгосрочными изменениями в геноме вируса SARS-CoV-2, подчеркивается в исследовании.
Роспотребнадзор считает, что мутация в гене S связана со снижением патогенности (способности вызывать заболевания, попадающие в организм). Агентство отмечает, что это также связано с улучшением лечения пациентов во время пандемии. Влияние мутации в гене orf1b (P314L) до сих пор плохо изучено.
Вирусы постоянно мутируют, но коронавирусы мутируют гораздо медленнее, чем другие РНК-вирусы. Несмотря на активную циркуляцию по всему миру, SARS-CoV-2 изменился менее чем на 0,1% по сравнению с вирусом, первоначально выделенным в Китае 11 месяцев назад.
Основные изменения были выявлены в первые месяцы размножения, и распространенные в настоящее время варианты вируса аналогичны тем, которые были выделены весной. Штамм S (D614G) в настоящее время является предметом пристального внимания ученых.
Впервые он был обнаружен в Индонезии в августе 2020 года; в то время сообщалось, что этот штамм был в 10 раз более заразным, чем исходный штамм вируса. Некоторые исследования, проведенные в Forerunner (т. е. не рецензируемые и не опубликованные в научных публикациях), заключают, что эта мутация действительно может иметь более высокую инфекционную способность и более высокую вирусную нагрузку при заражении этой разновидностью. Но окончательных решений нет. Вирус быстро замещает S (Спайк) вирион в поверхностном белке, что повышает переносимость (свойство инфекционных заболеваний, венерических организмов — здоровых), но не клиническое течение заболевания, так как другие различия в штаммах вируса минимальны.
Первые варианты вируса двух мутаций, распространенные в России, были обнаружены в конце января 2020 года в Китае, а затем и в Австралии. В феврале 2020 года эти варианты были обнаружены в большинстве западноевропейских стран, Саудовской Аравии, США, Канаде, Мексике, Бразилии, Марокко и Сенегале. Детальное сравнение геномов вирусов в России и за рубежом показывает, что в стране циркулируют штаммы, завезенные из Западной Европы. Они были отправлены в марте и апреле 2020 года.
Коронавирус очень мало мутировал за эти девять месяцев и не изменился в местах, ответственных за проявления эпидемического процесса, за его, скажем так, агрессивность и ожесточенность. Минздрав России считает, что вирус обладает низкой способностью к мутациям — он накапливает всего около двух точечных изменений в месяц, то есть за год может произойти около 24 мутаций. Распространение основных вариантов вируса, циркулирующих в России, в целом аналогично распространению в Европе.
Есть некоторые различия, но у нас нет оснований полагать, что эти различия каким-то образом изменяют клиническое течение или эпидемиологию COVID-19 в России по сравнению с европейскими странами. Роспотребнадзор сообщил, что ежемесячно ученые ФБУН ГНЦ совместно с РИЦ «Вектор» полностью расшифровывают более 150 геномов нового коронавируса. Полученные ими данные будут использованы для анализа актуальности используемых диагностических тест-систем, выявления завозных случаев заболевания и оценки региональных особенностей генетического разнообразия SARS-CoV-2.
Сейчас геномы вирусов секвенируются и собирают данные в различных лабораториях по всему миру, в том числе в российском центре имени Чумакова. Ученые, по ее словам, будут коррелировать геномы вирусов с клинической картиной пациентов, от которых они изолированы, что прольет свет на важность наиболее распространенных мутаций. Она признает, что изучение влияния каждой конкретной мутации на клиническую картину КОВИДА-19 сложно.
Ученые должны изучить важность каждой конкретной мутации для структуры мутировавших белков и определить роль этих мутаций в развитии клинических симптомов и повреждении легких в экспериментах на животных. В настоящее время разрабатываются, анонсируются и регистрируются всё новые вакцины против SARS-CoV-2.
ДОЛЖНЫ ЛИ МЫ БОЯТЬСЯ МУТАЦИЙ?
Важен также вопрос о различном воздействии инфицированных, например, могут ли некоторые штаммы быть более заразными, чем другие. Из заявлений Роспотребнадзора следует, что мутации вируса не так уж плохи. Однако в научной литературе уже сообщалось о нескольких случаях повторной коронавирусной инфекции. Для повторного выявления инфекции ученые каждый раз проверяют генетический состав возбудителя и убеждаются, что штамм вируса отличается от первого, чем вызывает заболевания, — иначе нельзя с уверенностью сказать, что это вторичная инфекция, а не длительный первичный случай. Голландское информационное агентство BNO подсчитывает все повторяющиеся заболевания, когда-либо записанные, и сопровождает их ссылкой на источник.
По данным агентства, во всем мире известно 24 случая повторных инфекций, один из которых был смертельным. 89-летний пациент из Нидерландов скончался от рака. Повторные случаи заражения также произошли в Гонконге, Бельгии, США и Эквадоре. Каждый день в России почти 20 тысяч случаев, некоторые из которых связаны с вирусами, издавна циркулирующими в стране, частично с импортными вариантами, связанными с инфекциями в других странах, часто очень далекими.
Поэтому, конечно, можно импортировать, а затем изолировать вариант вируса, который ранее не был обнаружен в России, как это было недавно в Норвегии. Однако это не означает немедленного изменения эпидемиологической ситуации с Ковид-19. 
В октябре 2020 года The Lancet опубликовала исследование, в котором были описаны два случая повторной коронавирусной инфекции. У пациента из американского штата Невада болезнь была более тяжелой после очередной инфекции. 25- летний мужчина должен был попасть в больницу из-за недостатка кислорода, и компьютерная томография показала, что у него вирусная пневмония.
Ученые обнаружили, что он был заражен другим штаммом, генетически отличным от предыдущего возбудителя. Таким образом, более раннее воздействие SARS-CoV-2 не может гарантировать полный иммунитет. Все люди, независимо от того, был ли ранее диагностирован коронавирус или нет, должны принимать те же меры предосторожности.
БУДУТ ЛИ ВАКЦИНЫ ЭФФЕКТИВНЫМИ, ЕСЛИ ВИРУС МУТИРУЕТ?
До сих пор ученые считают, что вакцины, разработанные во всем мире для борьбы с первыми штаммами нового коронавирус, будут столь же эффективны против новых мутаций. Ученые пояснили, что большинство вакцин, разработанных во всем мире, были смоделированы оригинальным штаммом d-вируса, который чаще встречается в последовательностях, опубликованных в начале пандемии.
С тех пор вирус мутировал в штамм G, вариации которого в настоящее время доминируют в мире. Исследователи были обеспокоены тем, что эта мутация негативно повлияет на эффективность разработанных вакцин. Несмотря на мутацию d614g в белке, эксперименты и моделирование подтвердили, что вакцины остаются эффективными.
Наиболее распространенный штамм G, вероятно, не требует частого выбора новых вакцин, в отличие от гриппа, который требует разработки вакцин против циркулирующих штаммов каждый год. Поскольку различия в штаммах, циркулирующих в России, минимальные, они, вероятно, существенно не влияют на структуру вирусных белков.
Таким образом, созданные и применяемые вакцины от COVID-19, не нужно воспроизводить каждый год.
Составили: канд. мед. наук, доцент Гуменюк С.А., врач-оториноларинголог Байчорова О.Х. , 2021 год
Отслеживание вариантов вируса SARS-CoV-2
Все вирусы, включая вирус SARS-CoV-2, являющийся возбудителем коронавирусной болезни COVID-19, со временем претерпевают изменения. Большинство изменений не влияют или практически не влияют на свойства соответствующего вируса. Однако некоторые изменения могут затрагивать и свойства вируса, например его способность к распространению, связанный с этим уровень контагиозности или эффективность вакцин, терапевтических препаратов, средств диагностики или иных медико-санитарных и социальных мер.
ВОЗ совместно с партнерами, экспертными сетями, национальными органами, учреждениями и исследовательскими кругами проводит мониторинг и оценку эволюции вируса SARS-CoV-2 с января 2020 г. Появление в конце 2020 г. новых вариантов вируса, ставших источником повышенного риска для глобального общественного здравоохранения, подтолкнуло к ускоренному проведению классификации отдельных вариантов, вызывающих интерес (ВВИ), и вариантов, вызывающих озабоченность (ВВО), чтобы обеспечить уделение приоритетного внимания глобальному мониторингу и исследованиям и в конечном счете предоставить информацию, полезную для нынешнего ведения борьбы с пандемией COVID-19.
ВОЗ и ее международные сети экспертов ведут мониторинг эволюции вируса, с тем чтобы в случае выявления значимых замен аминокислот в геноме вируса страны и общественность могли быть проинформированы о мерах, которые следует принять для борьбы с новыми вариантами и предупреждения их распространения. Во всем мире действуют и развиваются системы обнаружения сигналов о возможном появлении вариантов, вызывающих озабоченность (ВВО) или интерес (ВВИ), и их оценки с точки зрения риска, который они представляют для здоровья населения во всем мире. Национальные органы могут принять решение о присвоении такого статуса другим вариантам, вызывающим интерес/озабоченность на местном уровне.
Снижение интенсивности распространения вируса посредством проверенных противоэпидемических мероприятий, а также предупреждение интродукции вируса в популяции животных являются важнейшими аспектами глобальной стратегии по сокращению количества мутаций, способных вызвать негативные последствия для здоровья населения.
Текущие стратегии и мероприятия, рекомендованные ВОЗ, остаются эффективными для борьбы с вариантами вируса, выявленными с начала пандемии. Полученные в ряде стран с широким распространением ВВО данные свидетельствуют о том, что противоэпидемические меры и ограничения, включая меры по профилактике инфекций и инфекционному контролю (ПИИК), позволяют эффективно снижать число случаев заболевания COVID-19, госпитализации и смерти. Национальным и местным органам власти настоятельно рекомендуется сохранять и укреплять существующие противоэпидемические меры, а также мероприятия в области ПИИК. Органам власти также рекомендуется укреплять возможности по ведению эпиднадзора и геномного секвенирования и придерживаться систематического подхода для получения репрезентативных данных об интенсивности распространения вариантов SARS-CoV-2 с учетом местных условий, а также для выявления событий, необычных в эпидемиологическом отношении.