Kako nastaje kovid infekcija?

4. Jul 2021.
Dr Miloš Babić, molekularni biolog i neurobiolog, za publikaciju Nauka u Srbiji napisao je tekst o tome kako nastaje kovid infekcija – uprošćenu patofiziologiju SARS-CoV-2 virusa.
fusion-medical-animation-rnr8D3FNUNY-unsplash
Foto: Fusion Medical Animation / Unsplash

Autor: Nauka u Srbiji

1. Struktura korona virusa ― “virus sa krunom” ili “virus sa buzdovanom”?

Na donjoj slici možete da vidite izolovane SARS-CoV-2 viruse snimljene elektronskim mikroskopom. Pojedinačni virusi izgledaju kao nepravilne loptice okružene “krunom” šiljaka ― osobina zbog koje je njihova familija i dobila ime “korona virusi” (krunisani virusi). Ako pažljivo pogledate, videćete da ti šiljci liče na pečurkice: imaju “stalak” na kome se nalazi mnogo šira “glava.”

Detalje možemo jasnije prepoznati kroz elektronske tomograme, u kojima se na osnovu gustine “senke” može izračunati trodimenzionalna struktura. Lep primer je slika ispod [1], na kojoj se vidi presek jedne izolovane čestice novog korona virusa.

Kako nastaje kovid infekcija? 3
(Preuzeto iz Fig. 4 u referenci [1], Klein et al. Nat Commun 11, 5885)

Na slici a se nalazi direktan tomogram (snimak) virusa, dok je slika b rekonstrukcija na osnovu snimka: ljubičasto je virusna membrana, žuto su šiljci, a plavo su vRNP čestice koje nose virusni genom. Ispod toga, na slikama d i e možete da vidite ukrupnjeni snimak pojedinačnog šiljka, sa strane i odozgo; na slici f je rekonstrukcija šiljka na osnovu fotografije i strukturalnih informacija prikupljenih iz prethodnih studija. Kao što možete da vidite, “šiljak” je u stvari loš naziv ― možda bi bolje bilo reći “buzdovan”.

Iz stotina studija i analiza ovog tipa (na primer [2, 3, 4]) naučnici su otkrili celu strukturu virusa. U svom slobodnom obliku, virusna čestica se sastoji od šest osnovnih delova:

Fosfolipidne (masne) membrane

Ova membrana je slična membrani ljudskih ćelija; što nije začuđujuće, jer virus “krade” tu svoju membranu iz naših ćelija. Kada vas zarazi virus, on u vaše telo donosi komadiće membrane ćelija osobe koja vas je zarazila. Čisto ako vam treba još razloga zašto infekcija treba da se izbegne.

E proteina (od “envelope,” što znači “omotač”)

Ovaj protein kontroliše pravilno formiranje membrane virusa, veličinu virusnih čestica i upravlja oslobađanjem potpuno formiranih virusnih čestica unutar ljudskih ćelija. Od svih korona virusih proteina, E proteini su najstabilniji i najmanje se menjaju od vrste do vrste; praktično su identični kod svih sojeva novog virusa. Međutim, oni nisu dobre mete za antitela, jer su skoro potpuno skriveni unutar membrane, i samim tim nedostupni imunom sistemu.

M proteina (membranskih)

Ovaj protein kontroliše formiranje membrane, kao i pakovanje virusnih genoma unutar same virusne čestice. Za razliku od prethodno pomenutog E proteina, M je vrlo varijabilan i lako mutira.

N proteina (nukleokapsida)

Funkcija ovog proteina je da “zapakuje” virusni genom u vRNP čestice koje ga čuvaju od oštećenja i raspada dok ne dođe do nove ćelije koja može biti zaražena.

S proteina (“spike,” čuveni “šiljak”)

Ovaj protein formira trimere: tri kopije koje se povezuju jedna sa drugom u piramidalni oblik koji vidimo na slikama, te proizvode “šiljke” na površini virusa. Ovaj protein prepoznaje ljudske ćelije koje virus može da inficira, i pokreće proces infekcije. Blokada ove funkcije sprečava širenje infekcije kroz telo, zbog čega je ovaj protein specifična meta najvećeg broja vakcina.

Virusne iRNK

Dugački lanci RNK, umotani oko N proteina, formiraju čestice koje virus oslobađa u naše ćelije. Ti iRNK molekuli preuzimaju kontrolu i teraju našu ćeliju da postane fabrika novih virusa.

Kako nastaje kovid infekcija? 4
Kako nastaje kovid infekcija? 5
Model preseka korona virusa, sa označenim glavnim delovima. Izvor: UKRI

2. Infekcija po fazama

Faza 1

Virus koji stigne u usta ili nos nezaražene osobe i dalje ima niz prepreka koje mora da savlada: neophodno je da dospe do epitelijalnih ćelija (koje prekrivaju površinu sluzokože) ili do pluća, a da se pritom ne zaglavi u sluzi i da ga ne unište pasivni mehanizmi kojima se telo neprestano brani od svih virusa.

Zbog ovoga je važan nivo izlaganja (količina virusnih čestica), i nošenje maske: čak i ako ne uspete da sprečite da do vas dođe virus, ako smanjite broj virusnih čestica koje dospeju do vas, smanjujete mogućnost da će neka od njih uspeti da zaobiđe sve ove sisteme odbrane.

Faza 2

Na površini naših ćelija se nalazi mnogo proteina koji su “ukorenjeni” u membranu ćelije. Ovi proteini uglavnom prenose ili primaju signale iz okoline, prave kontakte sa drugim ćelijama, i generalno omogućavaju koordinaciju sa drugim delovima tkiva, organa i organizma. Jedan od više hiljada takvih proteina se zove “ACE2” i on učestvuje u kontroli lokalnog krvnog pritiska ― tako što reguliše koliko će se krvni sudovi raširiti ili stisnuti u neposrednoj okolini (detaljniji opis nalazi se malo kasnije u tekstu, a za više detalja pogledajte i referencu [5]).

Virusne čestice koje uspeju da prođu kroz sve pasivne prepreke i dođu do neke ljudske ćelije (obično su u pitanju ćelije sluzokože u nosu ili epitelijalne ćelije u plućima) vezuju se upravo za ovaj ACE2 receptor [6, 32, 33, 34]. S protein, tj. šiljak, na sebi ima površinu koja po obliku i naelektrisanju “odgovara” vrhu ACE2 receptora i to je razlog što se snažno zalepi za njega. Nakon vezivanja za receptor, virus ima dva osnovna pravca kojima može da uđe u ćeliju.

Faza 3

U okolini naših ćelija, a i vezano na njihovoj površini, nalaze se proteaze, enzimi kojima je posao da “seku” druge proteine na manje komade. Ovo ima razne funkcije: uklanjanje oštećenih proteina iz opticaja, aktivaciju određenih signala ili prosto odbrane od spoljnih napadača. Ali isto kao što ACE2 može da se iskoristi za prepoznavanje mete, virus takođe zloupotrebljava i naše proteaze.

U najprostijem, direktnom načinu ulaska, jedna od naših proteaza (najčešće proteaza ćelijske površine TMPRSS-2) preseče šiljak na dva mesta. Prvo sečenje dovodi do podele S proteina na dva domena, S1 i S2. Drugi presek deli S2 i odvoji kratki lanac koji se ubaci u membranu ljudske ćelije, što proizvodi spajanje naše i virusne membrane. Time virusna RNK bude oslobođena u ćeliju.

U indirektnom načinu ulaska, proteaze na površini ćelije preseku S protein u S1 i S2, ali virus nakon toga ostaje vezan. Ćelija uoči da je nešto zakačeno za njenu površinu i uvuče u sebe taj deo svoje membrane zajedno sa virusom, s namerom da eliminiše problem. Taj uvučeni deo se pretvara u takozvani endozom koji počinje da se razvija u lizozom — ćelijsku organelu u kojoj se uništavaju proteini i masti, što je proces kojim ćelija planira da takođe uništi i zakačeni virus. Međutim, deo ovog procesa je povećanje kiselosti endozoma, što aktivira proteaze zvane katepsini. Aktivirani katepsini preseku S2, i oslobode isti onaj kratki lanac koji u ovom slučaju dovodi do spajanja virusne membrane sa membranom endozoma. I opet, virusna RNK biva oslobođena u ćeliju.

Kako nastaje kovid infekcija? 6
Slika: virus se vezuje za ACE2 receptore (plavo), zatim ulazi u ćeliju kroz jedan od dva osnovna mehanizma. Levo: direktni put, u kome proteoliza (sečenje) šiljka dovodi do direktnog spajanja virusne i ćelijske membrane. Desno: vezivanje virusa za receptor dovodi do endocitoze (unošenja receptora i virusa u unutrašnjost ćelije); tokom procesa, proteoliza šiljka dovodi do spajanja virusne membrane sa endozomalnom. U oba slučaje, virusna RNK biva oslobođena u unutrašnjost ćelije. Adaptirano iz Murgolo et al., PLoS Pathog. 2021 Feb 17;17(2):e1009225, referenca [34].

Bez obzira na to da li virus uspe da se spoji sa membranom kroz direktan ili kroz indirektan mehanizam, virusna iRNK upadne u ćeliju i tamo se izmeša sa drugim ljudskim iRNK molekulima. Naša ćelija prati instrukcije na iRNK molekulima i počinje da prati i te instrukcije koje je dobila iz virusa. Na osnovu tih virusnih iRNK, naši ćelijski sistemi budu zavarani i počinju da proizvode sve gorenavedene strukturalne proteine (E, M, N, S), od kojih se stvaraju stotine ili hiljade novih virusnih čestica.

Pored ova četiri strukturalna proteina, virus u ćeliju ubacuje iRNK za još 16 dodatnih gena koji su važni za njegovu reprodukciju [4]. Od posebne važnosti je virusna RNK polimeraza RdRp, koja kopira virusni genom i proizvodi niz novih virusnih iRNK koje će biti zapakovane u nove virusne čestice.

Za našu analizu takođe su važni nsp3 i nsp5, na osnovu kojih se proizvode virusne proteaze. Naime, virus prevodi većinu svojih proteina u vidu dugačkog lanca, koji zatim mora da se pravilno iseče na sastavne delove (pojedinačne proteine koji dalje vrše svoje funkcije u replikaciji virusa). Pošto to nije normalna funkcija zdravih ljudskih ćelija, zaustaviti rad tih proteaza je dobra meta za razvoj novih lekova protiv SARS-CoV-2. Nekoliko takvih se nalazi u prvim fazama ispitivanja.

Ovde treba naglasiti i sledeće: mnogo straha postoji oko iRNK vakcina zato što one u ćelije unose iRNK za S protein. Virus takođe unosi tu istu iRNK u naše ćelije, zajedno sa još 19 drugih. Znači, virus po definiciji mora da izaziva bilo šta što vakcina izaziva, plus još 19 puta više drugih stvari. Da se vakcina “integriše u genom”, virus bi se takođe integrisao u genom. Da vakcina izaziva sterilitet, virus bi to još više radio. Na sreću, nijedna od tih priča nije istinita.

Fama o Hidroksihlorokinu kao leku za koronu

Ovde možemo ubaciti jednu zanimljivost o temi o kojoj se mnogo pisalo tokom 2020. godine. Hidroksihlorokin (HCQ) je lek koji ometa i usporava normalan razvoj endozoma. Ovo je smrtonosno za plazmodijume, parazitske organizme koji dovode do malarije, zbog čega se koristi kao lek protiv te bolesti. Takođe, smanjenje endozomalne funkcije ometa neke aspekte imunog sistema, zbog čega se HCQ takođe koristi i protiv nekih autoimunih bolesti. Kada se Covid-19 pojavio, HCQ je predložen kao lek na osnovu toga što može da ometa ili blokira indirektni način virusnog ulaska u ćelije. Drugim rečima, HCQ nikada nije mogao biti lek za Covid-19, samo je mogao da teorijski (donekle) pomogne protiv jednog virusnog mehanizma. Nažalost, u praksi se ispostavilo da HCQ ne pomaže, a po konačnim meta-analizama [35] ima i negativne efekte na bolesnike.

Tekst u celosti čitajte na online Medium publikaciji “Nauka u Srbiji”, neprofitnom projektu namenjenom proverenom, naučnom i jasnom informisanju građana. Svi autori su naučnici koji koriste svoje znanje i iskustvo za teme koje obrađuju, a urednici svoje medijsko iskustvo. Za još tekstova posetite: https://medium.com/science-in-serbia-nauka-u-srbiji

Članak je prenet sa portala Danas.

Članak je prenet sa portala Danas.

Share