Koronawirusy są drobnoustrojami, które wywołują różnego rodzaju infekcje układu pokarmowego i oddechowego, zarówno u ludzi, jak i zwierząt. Pierwsze informacje na temat koranowirusów pojawiły się w latach 60. XX wieku, gdy odkryto patogen HCoV-229E oraz HCoV-OC43, które powodują przeziębienie o łagodnym charakterze, samoistnie ustępujące po kilku dniach. Śmiertelna odmiana wirusa pojawiła się dopiero w 2002 roku w Chinach. Odmiana ta powoduje ciężką niewydolność oddechową, określaną z biegiem czasu jako SARS. Według danych WHO epidemia SARS w latach 2002-2003 spowodowała śmierć 916 osób. Koronawirusy to RNA-wirusy. Oznacza to, że ich genom zbudowany jest z RNA. Ich nazwa pochodzi od otoczki przypominającej koronę, która widoczna jest wokół wirionów w mikroskopie elektronowym.
Wśród tej grupy wyróżniamy trzy podgrupy (B814, 229E i OC43), z czego dwie ostatnie wywołują epidemie zakażeń dróg oddechowych. Dobrze poznanym reprezentantem tej grupy jest wcześniej wspomniany wirus SARS. Do koronawirusów należy również MERS-CoV (The Middle East Respiratory Syndrome Coronavirus), który od września 2012 roku wykryto u ponad 40 osób, z czego połowa zmarła. Pierwsze objawy zakażenia koronawirusami są zwykle podobne do objawów grypy. Pojawia się wysoka gorączka, ból głowy, ból gardła i kaszel, uczucie wyczerpania, brak apetytu.
Istnieje przekonanie, że wirus SARS pojawił się na skutek transmisji od nietoperzy, chociaż mogły to być również jenoty. Najbardziej zagrożonym rejonem, gdzie występuje SARS jest południowo-wschodnia Azja. Jednak wciąż aktualne pozostaje przypuszczenie, że źródłem koronawirusów dla ludzi są wielbłądy. Wirusy mogą być zlokalizowane w moczu, kale, a nawet wydzielinie dróg oddechowych i mleku zakażonego zwierzęcia. Bezpośredni kontakt z wymienionymi wydzielinami może skutkować przeniesieniem zakażenia. W niektórych sytuacjach możliwe jest zakażenie człowieka przez człowieka, chociażby wskutek bliskiego kontaktu z chorymi osobami czy wśród pracowników służby zdrowia.
Objawy infekcji koronawirusami
Zakażenie szczepami koronawirusów w postaci HCoV-229E oraz HCoV-OC43 charakteryzuje się niegroźną infekcją, w przebiegu której pojawiają się typowe objawy przeziębienia w postaci kataru oraz niekiedy kaszlu. Zazwyczaj stan ten utrzymuje maksymalnie siedem dni, po czym samoistnie znika. Patogeny te powodują znacznie cięższy przebieg u małych dzieci oraz osób w podeszłym wieku, które mają zaburzoną odporność. Wówczas koronawirusy powodują zapalenie płuc, oskrzeli lub podgłośniowe zapalenie krtani.
Inne objawy chorobowe występują u osób zarażonych SARS-CoV. Infekcja rozpoczyna się wysoką temperaturą, do której dołącza się na ogół biegunka, suchy kaszel, bóle mięśni i stawów, bóle głowy oraz duszności (kłopoty z oddychaniem). U pewnej grupy pacjentów kłopoty z oddychaniem mogą rozwinąć się w kierunku niewydolności oddechowej, której konsekwencją może być nawet śmierć pacjenta.
Z kolei infekcja spowodowana wirusem MERS-CoV daje na początku mało charakterystyczne objawy, w postaci bólu głowy, kaszlu, wysokiej temperatury, duszności oraz bólów mięśni. Czasem dołączają się nudności, wymioty, biegunka oraz ból brzucha. Wraz z rozwojem infekcji tym wirusem rozwija się zapalenie płuc, które może skutkować śmiercią pacjenta. Nie rzadko można zaobserwować upośledzone funkcjonowanie nerek.
W badaniach laboratoryjnych widoczny jest wysoki poziom dehydrogenezy mleczanowej, natomiast w badaniu radiologicznym zmiany jedno lub dwustronne i nacieki w jamie opłucnej. Obecność wirusa stwierdzana jest również w krwi, kale, moczu oraz wydzielinach układu oddechowego.
SARS-CoV-2
SARS-CoV-2 jest wirusem osłonkowym, którego genom stanowi jednoniciowe RNA o polarności dodatniej[20]. Każdy wirion SARS-CoV-2 ma kształt zasadniczo kulisty, choć nieco pleomorficzny, o średnicy 60–140 nm. Otoczony jest wyraźnymi wypustkami (ang. spikes) o długości 9–12 nm, nadającymi mu wygląd podobny do korony słonecznej[4]. Na dzień 13 marca 2020 roku przeprowadzono przynajmniej 75 kompletnych analiz genomu izolatów wirusa SARS-CoV-2[21]. Długość genomu wynosi od 29867 do 29903 nukleotydów[21] (dokładna liczba zależy od źródła i wynosi przykładowo 29891[20] lub 29903[22]), co czyni go, podobnie jak w przypadku innych koronawirusów, jednym z największych wirusów RNA, zarówno pod względem długości genomu, jak i rozmiaru wirionu.
Genom SARS-CoV-2 koduje białka niestrukturalne (ang. nonstructural proteins lub nsp; potrzebne do replikacji), strukturalne oraz pomocnicze (ang. accessory proteins). Podobnie jak inne koronawirusy, SARS-CoV-2 ma cztery białka strukturalne:
- S (ang. spike) – białko fuzyjne lub glikoproteina powierzchniowa – odpowiedzialne za interakcję z receptorem na powierzchni komórek;
- E (ang. envelope) – białko płaszcza – odpowiedzialne m.in. za formowanie wirionów;
- M (ang. membrane) – białko błonowe lub membranowe – główne białko macierzy wirusa;
- N (ang. nucleocapsid) – białko nukleokapsydu – pełniące funkcję ochronną dla dużej cząsteczki RNA oraz uczestniczące w modyfikacji procesów komórkowych i replikacji wirusa.
Białko N utrzymuje genom RNA, a białka S, E i M tworzą razem otoczkę wirusa. Białko S jest odpowiedzialne za łączenie z błoną komórki gospodarza. Glikoproteinę S funkcjonalnie różnicuje się na podjednostki S1 i S2. Podjednostka S1 pośredniczy w wiązaniu z receptorem powierzchniowym komórki gospodarza, a podjednostka S2 pośredniczy w fuzji z jej błoną komórkową i następnie wirus dostaje się do komórki poprzez endocytozę.
Porównanie białka S genomu SARS-CoV-2 z dwoma innymi izolatami wirusów pochodzących od nietoperzy: bat-SL-CoVZC45 i bat-SL-CoVZXC21 pokazuje niską, 75% zgodność. Szczególnie duże różnice wykazuje sekwencja nukleotydowa kodująca podjednostkę S1 w SARS-CoV-2 (zgodność w 68%), co czyni ją bardziej zbliżoną do odpowiedniej sekwencji nukleotydowej SARS-CoV. Można na tej podstawie wywnioskować, że SARS-CoV i nowy koronawirus wykorzystują ten sam receptor komórkowy, enzym konwertazy angiotensyny 2 (ACE2).
| Proteina | Masa atomowa [kDa] | Podobieństwo do SARS-CoV [%] | Opis funkcji |
|---|---|---|---|
| Nsp1 | 19,8 | 91,1 | Tłumienie odpowiedzi przeciwwirusowej w organizmie gospodarza |
| Nsp2 | 70,5 | 82,9 | |
| Nsp3 | 217,3 | 86,5 | Kompleks białek Nsp3-Nsp4-Nsp6 bierze udział w replikacji wirusa |
| Nsp4 | 56,2 | 90,8 | Kompleks białek Nsp3-Nsp4-Nsp6 bierze udział w replikacji wirusa |
| Nsp5 | 33,8 | 98,7 | Główna proteaza (Mpro lub 3CLpro) |
| Nsp6 | 33,0 | 94,8 | Kompleks białek Nsp3-Nsp4-Nsp6 bierze udział w replikacji wirusa |
| Nsp7 | 9,2 | 100,0 | Kompleks białek Nsp7-Nsp8 jest częścią polimerazy RNA |
| Nsp8 | 21,9 | 99,0 | Kompleks białek Nsp7-Nsp8 jest częścią polimerazy RNA |
| Nsp9 | 12,4 | 98,2 | Wiązanie ssRNA |
| Nsp10 | 14,8 | 99,3 | Istotne dla aktywności metylotransferazy Nsp16 |
| Nsp11 | 1,3 | 92,3 | Peptyd krótki |
| Nsp12 | 106,7 | 98,3 | Polimeraza RNA |
| Nsp13 | 66,9 | 100,0 | Helikaza/trifosfataza |
| Nsp14 | 59,8 | 98,7 | Egzonukleaza typu 3’→5′ |
| Nsp15 | 38,8 | 95,7 | Endorybonukleaza specyficzna wobec urydyny |
| Nsp16 | 33,3 | 98,0 | Metylotransferaza czapeczki RNA |
| S | 141,2 | 87,0 | Białko fuzyjne, pośredniczy w fuzji z receptorem powierzchniowym |
| Orf3a | 31,1 | 85,1 | Aktywuje inflamasom NLRP3 |
| Orf3b | 6,5 | 9,5 | |
| E | 8,4 | 96,1 | Białko płaszcza, biorące udział w morfogenezie i składaniu filamentów wirusowych |
| M | 25,1 | 96,4 | Białko błonowe, dominujący składnik otoczki |
| Orf6 | 7,3 | 85,7 | Antagonista IFN typu I |
| Orf7a | 13,7 | 90,2 | Wywołuje indukowaną przez wirusa apoptozę |
| Orf7b | 5,2 | 84,1 | |
| Orf8 | 13,8 | 45,3 | |
| N | 45,6 | 94,3 | Białko (fosfoproteina) nukleokapsydu, związane z genomem RNA wirusa |
| Orf9b | 10,8 | 84,7 | Antagonista IFN typu I |
| Orf9c | 8,0 | 78,1 | |
| Orf10 | 4,4 | – |
Sekwencje koronawirusa SARS-CoV-2 wykazują podobieństwa do beta-koronawirusów znalezionych u nietoperzy. Wirus ten jest jednak genetycznie odmienny od innych koronawirusów, jak koronawirus związany z SARS i koronawirus związany z MERS.
Wyizolowano i opisano pięć genomów nowego koronawirusa, w tym:
- BetaCoV/Wuhan/IVDC-HB-01/2019
- BetaCoV/Wuhan/IVDC-HB-04/2020
- BetaCoV/Wuhan/IVDC-HB-05/2019
- BetaCoV/Wuhan/WIV04/2019
- BetaCoV/Wuhan/IPBCAMS-WH-01/2019.
Wirus SARS-CoV-2 został zakwalifikowany do grupy 3 ryzyka mikrobiologicznego.
Światowa Organizacja Zdrowia zaleca przeprowadzanie prac z żywym wirusem, który może się namnażać (na przykład hodowli wirusów, izolacji wirusów, testów neutralizacji) w laboratoriach o minimum 3 stopniu bezpieczeństwa biologicznego z przepływem powietrza ukierunkowanym do wewnątrz (BSL-3).
Z kolei laboratoryjne prace diagnostyczne z preparatami inaktywowanymi (bez możliwości replikacji wirusa), takie jak na przykład sekwencjonowanie białek wirusa lub testy molekularne amplifikacji kwasów nukleinowych (NAAT) powinny być przeprowadzane w laboratoriach o minimum 2 stopniu bezpieczeństwa biologicznego (BSL-2).
W porównaniu z wirusami SARS i MERS wirus SARS-CoV-2 jest mniej wirulentny ze znacznie mniejszym wskaźnikiem śmiertelności, za to dużo bardziej zakaźny. Eliminacja nowego wirusa następuje najprawdopodobniej szybciej niż SARS i MERS, chociaż dane dotyczące przypadków krytycznych są w tym kontekście niejednoznaczne.
Wirus SARS-CoV-2 może kolonizować i atakować:
- układ oddechowy – powodując w ciężkich przypadkach ostre atypowe zapalenie płuc oraz zespół ostrej niewydolności oddechowej;
- układ nerwowy – wywołując objawy neurologiczne, jak ból głowy, nudności, uczucie splątania, zaburzenia świadomości, a w ciężkich przypadkach choroby naczyniowo-mózgowe. W przypadku wirusa SARS istnieją badania in vivo mówiące również o możliwości infekcji pnia mózgu[51];
- układ pokarmowy – powodując między innymi biegunkę i wymioty. Badania wykazały obecność wirusa w kale;
- układ moczowy – wywołując powikłania takie jak ostre uszkodzenie nerek. Badania wykazały obecność wirusa w moczu pacjentów;
- układ krwionośny – przyczyniając się do ostrej niewydolności serca.
Wirus może indukować nadmierną odpowiedź immunologiczną organizmu, co przejawia się zwiększeniem poziomów cytokin IL2, IL7, IL10, G-CSF, IP10, MCP1, MIP1A i TNFα.
W skrajnych przypadkach SARS-CoV-2 może doprowadzić do infekcji ogólnoustrojowej (sepsy), a RNA wirusa dostać się do krwi (wiremia).
Infekcja wirusem jest niespecyficzna i może przebiegać bezobjawowo lub z łagodnymi objawami, a pierwotnym szlakiem zakażenia jest najczęściej układ oddechowy. Czynniki kolonizacji nie są jednak do końca poznane.
Przenoszenie wirusa z człowieka na człowieka
20 stycznia 2020 r. Narodowa Komisja Zdrowia Chin ogłosiła, że możliwe jest przekazywanie wirusa z człowieka na człowieka, zwłaszcza gdy dwie osoby są ze sobą w bliskim kontakcie (odległość mniejsza niż 1,8 m[57] lub odległość mniejsza niż 1–2 m). Uważa się, że rozprzestrzenia się on podobnie jak inne patogeny chorób układu oddechowego drogą kropelkową. Do tej pory wirus został wykryty w wydzielinie z nosa i gardła, w plwocinie, moczu, stolcu, cieczy łzowej i krwi.
Singapurscy naukowcy zalecają traktowanie kału jako zakaźnego w oparciu o wykrycie wirusa w kale oraz zakaźnego wirusa SARS-CoV w ściekach z dwóch chińskich szpitali podczas pandemii SARS 2002/2003. Aby wykluczyć możliwość infekcji fekalno-oralnej oprócz infekcji kropelkowej i inhalacyjnej. W badaniu na niewielkiej grupie osób wykazano, że wysokie miano wirusa na tekstyliach i powierzchniach przedmiotów można wykryć w sypialniach i łazienkach osób zakażonych koronawirusem nawet metodą PCR. Ograniczeniem badania był brak hodowli wirusów w celu wykazania ich żywotności, zatem zakaźność nie została ostatecznie udowodniona, ale autorzy badania zakładają na podstawie swoich wstępnych wyników, że prawdopodobne jest przeniesienie wirusa przez zakażone przedmioty. Nowsze badania SARS-CoV-2 wykazały obecność zakaźnych cząstek wirusa w kale i w moczu, co sugeruje możliwość jego replikacji w przewodzie pokarmowym i układzie moczowym. Nie wiadomo jeszcze, czy inne płyny ustrojowe zarażonej osoby, w tym wymiociny, mleko matki lub sperma, mogą zawierać zakaźne wirusy.
Na podstawie analiz ilościowych badań RT-PCR nosowej części gardła (nasopharynx) chińscy naukowcy wywnioskowali, że wirus, podobnie jak grypa, może być przenoszony również drogą wziewną (powietrzną). U 17 badanych pacjentów z objawami choroby miano wirusa w nosie było wyższe niż w gardle, a występowanie szczególnie w górnych drogach oddechowych odróżnia SARS-CoV-2 od wirusa wywołującego SARS. Testy pacjentów z obszaru Monachium nie wykazały wirulencji z próbek kału pomimo wykrycia RNA wirusa. Miano wirusa w nosogardzieli było jednak 1000 razy wyższe niż w znanych wcześniej chorobach wywołanych koronawirusami, takimi jak SARS i MERS. Dowodzi to, że wirus replikuje się już w górnych drogach oddechowych, chociaż dopiero w głębszych obszarach płuc może wchodzić w fuzję z komórkami gospodarza i namnażać się poprzez wiązanie z receptorem błonowym ACE2 (konwertaza angiotensyny 2; kininaza II) dzięki domenie wiążącej receptor (ang. Receptor Binding Domain) zakodowanej w białku fuzyjnym S (ang. Spike) wirusa SARS-CoV-2. Rozszerzenie tropizmu tkankowego do obszarów gardła prowadzi do założenia, że wirus zawiera proteazę furynopodobną, która jest niezbędna na etapie cięcia enzymatycznego (ang. Cleaving) w celu wejścia do komórki gospodarza i następnie replikacji w niej.
Ze względu na rozmiar (od 60 do 140 nm) wirus jest przepuszczany przez maski z filtrami FFP1, P1,FFP2, P2, N95, N99, FFP3, P3, N100 (filtracja wszystkich cząstek o średnicy 0,3 mikrona lub większych).
Nie jest jasne, czy transmisja wirusa odbywa się poprzez kontakt z zanieczyszczonymi powierzchniami i przedmiotami. Analiza 22 badań dotyczących przeżywalności koronawirusów istotnych z medycznego punktu widzenia (takich jak SARS-CoV i MERS-CoV) na powierzchniach pokazuje, że wirusy te mogą utrzymywać się na powierzchniach materiałów wykonanych z metalu, szkła lub tworzywa sztucznego do dziewięciu dni w temperaturze pokojowej. Pozostają jednak zakaźne przez średnio cztery do pięciu dni, ale mogą być inaktywowane środkami dezynfekującymi. Według naukowców zaangażowanych we wspomniane badania odkrycia te można zastosować do SARS-CoV-2.
Temperatura wpływa na aktywność i przeżywalność wirusa SARS-CoV-2, który jest wysoce stabilny w temperaturze 4 °C i może w niej przetrwać znacznie dłużej niż 14 dni. W temperaturze pokojowej (22 °C) i wyższej przeżywalność wirusa nie przekracza 14 dni, a w temperaturze 70 °C czas inaktywacji wirusa to 5 minut. W temperaturze pokojowej wirus SARS-CoV-2 jest wyjątkowo stabilny w szerokim zakresie pH, wynoszącym od 3 do 10.