Шлях диверсанта: від краплі у повітрі до результатів аналізів (частина перша)
Коли до нашої оселі підходить чергова епідемія, то всі раптом стають експертами-вірусологами, клініцистами, аналітиками та іншими важливими особами. В цьому плані мене завжди дивувала пластичність та універсальність нашої освіти (*сарказм*).
Оскільки я біохімік, то можу собі дозволити говорити про конкретні специфічні ознаки, які свідчать про наявність тієї чи іншої інфекції в нашому організмі — антитіла та нуклеїнову кислоту паразиту. Не може бути нічого більш специфічного за ці показники. Однак, їх наявність і кількість може варіювати в значних межах під час захворювання і лише їх сукупність, звичайно, в комбінації зі спостереженням за симптомами, можуть повною мірою описати стан пацієнта.
Але, у випадку з COVID-19, симптоматика може бути слабкою або відсутньою у більш ніж 80% інфікованих осіб. І як виявити те, що не можна побачити? Звичайно, що шукати характерні маркери.
Маркерами є будь-які специфічні ознаки будь-якого процесу чи молекули чи організму. У випадку з SARS-CoV-2 — це специфічна послідовність нуклеотидів рибонуклеїнової кислоти (РНК) самого вірусу та реакція нашого організму на вірус — антитіла (імуноглобуліни IgM та IgG).
Щоб зрозуміти, що і як відбувається, варто розглянути процес проникнення вірусу в організм та подальшу реакцію організму на це. Оскільки даних суто по SARS-CoV-2 мало в цьому аспекті, то, за потреби, я буду наводити приклади на основі цього коронавірусу та інших патогенів. Принцип той самий.
З чого вірус складається і до чого тут мило?
Знаєте, чомусь мене останнім часом дуже сильно тригерять заклики до науковців “показати молекулу вірусу”. Тому давайте почнемо з будови та організації шуканого суб’єкту. Вірус — це не живий організм і не молекула. Це, скоріше, високорганізована сукупність молекул різної природи (нулеїнові кислоти, ліпіди, протеїни та цукри). Багато хто з Вас вже запам’ятав, що цей моднявий коронавірус, як і його родичі, є РНК вірусом. Що це значить? Його генетична інформація зберігається не у вигляді більш стабільної молекули ДНК, а у вигляді РНК. Ця молекула є більш чутливою до впливу оточуючих умов, а, відповідно, і значно швидше мутує. Саме цей феномен обумовлює той факт, що в світі наразі існує декілька штамів (різновидів) цього вірусу, які відрізняються генетично.
Для особливо допитливих, у прекрасному аналізі від Наталії Атамась для журналу Куншт “Вони дочекалися, або чому COVID-19 перший, але не останній” ґрунтовно розбирає “як ми докотилися до такого життя?”.
“РНК-віруси — адаптивні, здатні до дуже швидких перебудов геному, такі, що не бояться природного довкілля, високовірулентні та мінливі — тільки чекали свого часу. Здається, вони дочекалися.”
Як і в справжніх клітинах, генетичний матеріал вірусу захищений ліпідною мембраною, в якій заякорені протеїни. Мембрана представлена амфіфільними (один кінець гідрофільний — водорозчинний, а другий гідрофобний — нерозчинний в воді) молекулами ліпідів (по суті, це жири), які організовані в цілісну структуру з нековалентними зв’язками. Незважаючи на свою стабільність у водних розчинах та деяких поверхнях, ці структури досить легко руйнуються під дією таких детергентів як мило. Парадокс в тому, що мило саме є сукупністю амфіфільних молекул. При правильному використанні, воно розчиняє мембрану, руйнуючи її структуру та робить генетичний матеріал вірусу доступним та вразливим. Тобто, ми використовуємо «жир» для боротьби із «жиром» (підступно, егеж?). Цей аспект особистої гігієни дуже гарно представлений у відео на каналі Клятого Раціоналіста.
Добре, а що стається, якщо ми таки не змили вірус з поверхні рук та таки помацяли наш писок?
Чхання та кашляння неналежним чином ( і навіть звичайна розмова) продукують аерозолі із частинками вірусу в повітря навколо, які звичайно осідають на всіх поверхнях, до яких доберуться.
Як зазначила Дженніфер Ханрахан, начальник відділу інфекційних хвороб Медичного центру університету Толедо:
“Some pathogens can last for about nine days on surfaces, so we are constantly coming in contact with potential pathogens that can cause an infection,” — Деякі збудники хвороб можуть виживати близько дев’яти днів на поверхні, тому ми постійно контактуємо з потенційними збудниками, які можуть спричинити інфекцію.
Як зазначається в дослідженні щодо стабільності вірусів SARS-CoV-1 та SARS-CoV-2 на різних поверхнях, обидва віруси мають дуже подібні часові проміжки щодо виявлення «життєздатних» вірусних частинок. Мідь — до 8 годин, картон — до 24 годин, сталь — до 72 годин, пластик — до 72 годин.
Інше дослідження показує, що вірус SARS-CoV-2 виявляється на банкноті після 2 днів, на сталевих поверхнях, пластику та внутрішньому шарі маски — після 4 днів, а на зовнішній поверхні — після 7 днів.
Тобто, лише своєчасна гігієна та дезінфекція поверхонь можуть запобігти від потрапляння вірусу до слизової оболонки нашого організму. А що буде, якщо цього не зробити?
Відповідно до досліджень людина торкається свого обличчя близько 20 разів на годину, 44% з яких призводить до контакту з очима, носом та ротом.
Доктор Мартін С. Гірш (Martin S. Hirsch), старший лікар відділення інфекційних хвороб загальної лікарні штату Массачусетс, сказав, що ще багато чому навчитися, але експерти підозрюють, що вірус може діяти аналогічно до SARS-CoV 13-річної давнини.
“It’s a respiratory virus and thus it enters through the respiratory tract, we think primarily through the nose. But it might be able to get in through the eyes and mouth because that’s how other respiratory viruses behave.”- Це респіраторний вірус, і тому він потрапляє через дихальні шляхи. Ми думаємо, головним чином, через ніс. Але він може потрапити через очі та рот, відповідно до поведінки інших респіраторних вірусів.
Оскільки саме ця стаття не має на меті характеризувати медичні симптоми пацієнтів інфікованих SARS-CoV-2, то подальшу розповідь скерую саме в напрямку певних молекулярних механізмів взаємодії вірусу із організмом, реакції нашої імунної системи та коректного виявлення негідника.
Як вірус взаємодіє із організмом?
Потрапивши всередину організму, він починає інфікувати епітеліальні клітини в слизовій оболонці дихальних шляхів. Рецептор на поверхні вірусу може взаємодіяти з рецепторами клітини-господаря і проникати в клітину. Всередині клітини-господаря вірус починає розмножуватися, поки не вбиває клітину. Це спочатку відбувається у верхніх дихальних шляхах, до яких належать ніс, рот, гортань та бронхи.
Відповідно до дослідження, S-глікопротеїн SARS-CoV, MERS-CoV і SARS-CoV-2 має від 1104 до 1273 амінокислот і містить аміно (N) — кінцеву субодиницю S1 з рецептор-зв’язуючим доменом (receptor-binding domain, RBD) та карбоксильну (С) — кінцеву субодиницю S2. RBD складається з двох субдоменів: основного та зовнішнього. Основний субдомен RBD відповідає за утворення частинок S тримера. Зовнішній субдомен містить дві відкриті петлі на поверхні, які зв’язуються з ACE2.
Якщо це все сказати людською мовою, то цей рецепторний S-глікопротеїн має подібну структуру у всіх трьох вірусів, яка дозволяє їм взаємодіяти із тим самим АСЕ2-рецептором в нашому організмі. Однак, також показано, що спорідненість рецептору SARS-CoV-2 S з АСЕ2 набагато вища, ніж у SARS-CoV.
ну, добре, а хто такий, АСЕ2 і де він водиться?
АСЕ2 (Angiotensin-converting enzyme 2) відноситься до І типу трансмембранних металокарбоксипептидаз. Основним субстратом для АСЕ2 є ангіотензин II, який він деградує з утворенням ангіотензину-(1–7). Таким чином, цей протеїн (і одночасно рецептор) бере участь у ренін-ангіотензиновій системі (Renin-Angeotensin system, RAS). А ця система, в свою чергу, регулює нормальну фізіологію та патогенез серцево-судинних захворювань.
АСЕ2, в основному, наявний в судинних ендотеліальних клітинах, епітелії ниркових канальців та клітинах Лейдіга в яєчках. Однак, також експресується в легенях, нирках та шлунково-кишковому тракті, тобто тканинах, показаних для «попереднього» вірусу SARS-CoV.
Про цей протеїн можна ще почитати тут, тут, тут, ось тут і в гуглі…
Невже все так просто “взям, зв’язався і проник”?
Так, але є нюанс. Показано, що на продуктивність такої взаємодії між S-глікопротеїном вірусу SARS-CoV-2 та білком АСЕ2 на поверхні клітин епітелію нашого організму безпосередньо впливає трансмембранна серинова протеаза 2 (transmembrane protease serine 2, TMPRSS2). Цей мембранний ензим залучений до багатьох фізіологічних та патологічних процесів, зокрема, за інфікування SARS-CoV, SARS-CoV-2, вірусу грипу А та онкологічних захворювань.
Відповідно, для виявлення тканин та органів, які першочергово піддаються впливу SARS-CoV-2, принципове значення мають ті, де найбільш ймовірно зустрічаються обидва білки: АСЕ2 та TMPRSS2. При Національному Інституті Здоров’я (NIH) США було організоване співробітницво в межах якого науковці дослідили шляхи проникнення та взаємодії вірусу SARS-CoV-2 в межах нашого організму. В цій колаборації було показано, що першочергово вразливими є епітеліальні тканини дихальної системи (нюхальний епітелій, інші тканини носа та легень), очей, печінки та клубкової кишки. Менш вразливими є епітелій серця, сечового міхура, яєчок, простати та нирок. На привеликий жаль, більшість з цих даних ще не встигли опублікувати. Але враховуючи рівень відповідальності та репутацію NIH, це було зроблено не заради гайпу, а у якості дії на випередження у боротьбі з кривдником людства.
За рахунок злагодженої роботи цих та інших науковців вже були обрані конкретні мішені, вплив на які запобігає розповсюдженню вірусу SARS-CoV-2. Одна з таких мішеней є TMPRSS2, інгібування якого призводить до блокування проникнення вірусу в клітину. Що не менш важливо, такі властивості мають деякі вже схвалені FDA препарати, які раніше використовували для боротьби із попередником — SARS-CoV.
Чому все це так важливо? Бо це є ключовим моментом у взаємодії з вірусом. Після цього організм вже боротиметься за життя, продукуючи самостійно свого кривдника.
Про реплікацію вірусу в організмі та шляхи його детекції, а також про певні особливості поведінки нашої імунної системи буде в другій частині.
Мийте руки, не торкайтеся писка і маски брудними руками, носіть маски в місцях скупчення людей, читайте тільки перевірену інформацію, не паліть траву та вишки 5G. Бережіть себе! Адже від здоров’я кожного з нас залежить те, з яким рахунком і коли ми вийдемо з цієї епідемії.
