Строение коронавируса

Если излагать совсем просто, то вирусы – это агрегаты белков и нередко липидов, содержащее нуклеиновые кислоты в качестве хранителей наследственной информации и способные размножаться только в живых клетках, используя их белковые машины. Коронавирус SARS-CoV-2 – это РНК-содержащий вирус. Кроме него наиболее важным заболеваниями человека, вызываемыми РНК-вирусами являются вирусы, вызывающие геморагическую лихорадку Эбола, ТОРС, бешенство, простуду (или острое респираторное заболевание), грипп, гепатит C, гепатит E, лихорадку Западного Нила. Коронавирусы – это семейство вирусов, объединённых в два подсемейства, которые поражают человека и животных. Название связано со строением вируса, шиповидные отростки которого напоминают солнечную корону.

Коронавирус SARS-CoV-2 представляет из себя частицу диаметром около 80 нм, окруженную одной биологической мембраной, которая построена из двух обращенных друг к другу гидрофобными цепями слоев липидов. Каждый слой состоит из расположенных в одной плоскости молекул. На поверхности вирусной частицы (вириона) имеются шипы, похожие на зонтики с утолщением на конце. Эти шипы делать проекцию вириона похожей на корону. Интересно, что ретровирусы тоже имеют корону. Имеется одна работа из Индии, где в электронном микроскопе показан этот коронавирус после негативного окрашивания (5).

Внутри вируса имеется белковый кристалл или капсид, который содержит одну достаточно длинную цепь рибонуклеиновой кислоты (РНК). РНК – это цепь, состоящая из из 4 нуклеотидов, в последовательности которых записана информация о последовательности аминокислот в белках

Аналогией генетического кода может служить азбука Морзе где пауза, длинная пауза короткий и длинный сигналы кодируют буквы, а мы уже из букв строим слова. Эти сигналы азбуки Морзе – аналоги нуклеотидов, а комбинации сигналов – аналоги так называемых триплетов, последовательностей из трех нуклеотидов, которые кодируют буквы, то бишь аминокислоты). Эта РНК является положительной цепью. То есть, она похожа на информационные РНК, на которых синтезируются белки животных клеток (см. упрощенное изложение генетических вопросов в 6).

Выполненный в ходе пандемии трехмерный высокого разрешения анализ коронавируса показал, что тонкая ножка шипов внедрена в мембрану с помощью особого гидрофобного участка. Кроме этих шипов имеются белки, тоже встроенные в саму мембрану, но не образующие шипов. На конце шипов располагается агрегат белков, включая и таких, которые не встроены в липидную мембрану вируса. Кристалл окружен биологической двухслойной липидной мембраной, в который закреплены белковые комплексы, имеющие сходство с зонтом. Ножка зонтообразного шипа коронавируса погружена в липидный двойной слой.

Вирусная липидная (жировая) мембрана окружает особый белковый агрегат, который включает в себя также цепь РНК, в которой зашифрована наследственная информация а именно, строение белков коронавируса. То есть, коронавирус SARS-CoV-2 относится к РНК-содержащим вирусам, то есть его геном состоит из РНК. Для того, чтобы вирус начал размножаться, необходимо, чтобы геномная РНК была преобразована в более короткие матричные или информационные РНК, с которых уже считывается информация во время синтеза этих белков. Было подтверждено наличие 9 предсказанных информационных РНК, каждая из которых несет в себе информацию о строении одного вирусного белка, и определено, на каком месте общей геномной РНК находится каждый из генов (7).

Происхождение и миграция коронавируса во время пандемии

Информация о переносе коронавируса в ходе развития пандемии очень противоречива. То ли коронавирус попал в Италию через Германию и Сингапур, то ли из Ирана. Были попытки реконструировать маршруты распространения инфекции на севере Италии. Но они не увенчались успехом. Я не буду приводить детали. Оми мало интересны. На данный момент до конца так и не понятен источник и происхождение вируса SARS-CoV-2. Сначала власти Китая утверждали, что вирус распространился не из пробирок ученых, а из организма змей. Затем некоторые китайские ученые высказали предположение, что смертельно опасный коронавирус мог появиться на свет в исследовательской лаборатории, расположенной в шаговой доступности от печально известного рынка диких животных в городе Ухань, откуда и началась нынешняя эпидемия. В лабораториях центра удерживали зараженных животных, включая 650 летучих мышей. Наконец, были проанализированы 254 генома (полных последовательностей нуклеотидов РНК) коронавирусов, в том числе те 244 генома SARS-CoV-2, которые были изолированы у людей. Еще девять были найдены в китайских панголинах, которых подозревают в качестве промежуточных хозяин. Один геном был найден в Rhinolophus affinis – одном из видов летучих мышей. Коронавирус человека соответствует вирусу Rhinolophus affinis. на 96, 2 %. Генеалогическое древо показывает, что вирусы превратились в 3 различных типа. Тип А больше всего похож на коронавирус летучих мышей. Тип B вскоре развился из типа А. Вирусы отличаются 2 мутациями. Еще одна мутация привела к развитию типа С типа В. Согласно анализу генеалогического древа, тип B преобладал в Ухане. Это наиболее распространенный тип в Восточной Азии. Типы A и C распространились в Европе, Австралии и Америке. Тип C также распространен и в Сингапуре (8).

По мнению китайских учёных (Journal of Medical Virologyruen от 22 января 2020 года), новые вирусы появились ориентировочно два года назад от летучей мыши и китайских змей. Однако ряд исследователей в статье, опубликованной в журнале Nature, оспаривает подобный вывод китайских учёных и утверждает, что вирус произошел от млекопитающих и птиц. Это говорит о том, что убедительных доказательств естественного происхождения вируса нет. Оказалось, что геном вируса, выделенного у группы пациентов с атипичной пневмонией из Уханя, на 89 % совпадает с вирусом летучих мышей под названием SARS-like-CoVZXC21 и на 82 % – с человеческим вирусом SARS-CoV-1, эпидемия которого случилась в 2002–2004 годах. По этой причине вирус получил название SARS-CoV-2. Также геном вируса совпадает на 96 % с геномом вируса летучих мышей RaTG1 (9, 10). Однако затем ученые из Глазго в Шотландии показали, что летучие мыши как носители коронавирусных инфекций не представляют большей угрозы по сравнению с другими животными (11)

Изменчивость коронавируса

За время распространения по миру коронавирус мутировал (изменился). Исходный тип вируса оказался наиболее распространен в Австралии и США. Ученые назвали его «типом А». Позже он мутировал в «тип В», который и вызвал эпидемию в Китае. У жителей Европы чаще встречается «тип С», который является дочерним от «типа В» (12).

Считалось, что РНК вирусы имеют очень высокую частоту мутаций по-сравнению с ДНК-вирусами, то есть теми вирусами, у которых наследственная информация записана в ДНК. И это, мол, одна из причин того, почему так трудно сделать эффективную вакцину для предотвращения болезней, вызываемых РНК-вирусами. Однако оказалось, что SARS-CoV-2 мутирует в восемь-десять раз медленнее вирусов гриппа. Пока ученые зафиксировали всего 11 изменений на 30 тысяч нуклеотидный пар. Поэтому симптомы и тяжесть протекания заболевания определяются не штаммом вируса, а больше зависят от состоянии здоровья и иммунной системы. Таким образом,"мягкой версии" коронавируса, скорее всего, не существует (13, 14).

Другие ученые выяснили, что с момента вспышки коронавируса в Китае в декабре 2019-го появилось восемь новых штаммов."Вирус мутирует так медленно, что его штаммы очень похожи друг на друга", – сказал профессор кафедры медицины и инфекционных заболеваний Калифорнийского университета в Сан-Франциско Чарльз Чиу.

По данным специалистов, коронавирус мутирует (изменяется) в 8-10 раз медленнее вирусов гриппа (15).

Такую же информацию также озвучила главный санитарный врач РФ А. Попова во время ее интервью Познеру (она там чуть ли не на библии клялась), и эта же информация прозвучала в Италии в официальных пресс-конференциях по поводу коронавируса – мутации в этом вирусе практически не идут. С другой стороны, когда китайские врачи передали несколько десятков штаммов вируса, выделенных за время эпидемии в стране, в них уже было 149 мутаций, но, скорее всего, эти мутации были заменами только одного нулеотида, которые часто не вызывали изменений в строении белков, а если и вызывали то в тех участках полипептидной (белковой) цепочки, которая не важна для функции белка.

Вот все, что пока достоверно (то есть, на базе сведений, опубликованных в научных статьях) известно о самом вирусе. Поскольку сейчас в биологической науке господствуют молекулярные биологи, то большинство таких ученых забыли базовые сведения по гистологии и патанатомии. Поэтому стандартные эксперименты по взаимодействию клеток в пробирке в вирусом и вируса с клетками дыхательных путей почему то не проводятся. А жаль. Наконец, исходя из неких общих закономерностей, считается, что коронавирус ослабнет исходя из общих законов природы, принципов эволюции. Паразит не должен убивать всех своих хозяев (16).

Взаимодействие вируса с клетками

Мои попытки найти научную информацию о том как новый коронавирус взаимодействует с клетками, не дали значительного результата. Корейские ученые обнаружили вирусные частицы SARS-CoV-2 диаметром 70–90 нм в вакуолях, расположенных внутри клеток Vero (это опухолевые клетки) (17). Однако подробного анализа механизмов проникновения, образования транспорта и выделения коронавируса в статье нет. В журнале Наука (Science) приводится схема жизни коронавируса в клетке, высосанная из пальца. Между тем необходимо провести исследование взаимодействию всех известных вирусов с человеческими клетками и ин ситу на животных. Другие базовые вопросы взаимодействия вируса SARS-CoV-2 с клетками практически не изучены от слова совсем. Это свидетельствует, о том, что в клинической вирусологии преобладает грубая эмпирия. Более того, очень мало известно и взаимодействии клеток с другими вирусами, механизмах попадания вирусов в клетки, Это особенно важно, но не изучено для клеток не в культуре ткани, а в органе.

Перечислю эти вопросы.

1. Вирус SARS-CoV-2 попадает в клетку сливаясь с оболочкой клетки или путем эндоцитоза (то есть образования вдавления оболочки клетки внутрь и его последующего отщепления от оболочки; при этом вирус SARS-CoV-2 должен быть внутри образуемого пузырька)?

2. Есть ли рецепторы АСЕ2 на апикальный плазматической мембране эпителиальных клеток человека, а если есть, то на каких клетках и какова их концентрация, как они восстанавливаются после эндоцитоза?

3. В каких клетках его больше?

4. Как вирус взаимодействует с АПМ после приклеивания к рецептору своим зонтиком,

5. Если вирус приникает в клетку путем слияния с плазматической мембраной, то как идет растворение белкового кристалла (капсида), который заключает в себе нуклеиновую кислоту, и как освобождается РНК?

6. Если вирус захватывается клеткой путем эндоцитоза (то есть, образование углубления внутрь цитоплазмы с последующим отщеплением этого углубления с образованием эндоцитозного пузырька или прямой доставки вируса в более крупные вакуоли [эндосомы), то как вирус прорывается через липидную мембрану пузырька/эндосомы в раствор белков цитоплазмы (в цитозоль)?

6. Он синтезирует отрицательную цепь РНК используя свои белки, затем на отрицательной цепи синтезируются копии положительной цепи. На них начинается синтез белков капсида, кристалла, и оболочки. Как?