Описание семейства коронавирусов: строение, штаммы, COVID-19

Описание и классификация коронавирусов

Современная классификация включает 43 разновидности вирусов, наследственный материал которых представлен РНК, объединенных в семейство Коронавирусы (Coronaviridae). Они поражают земноводных, пресмыкающихся, птиц и млекопитающих.

Вирион коронавирусов сферический, размеры 80-130 нанометров. Особенностью вирусов данного семейства является наличие так называемой «короны» - на поверхности мембраны нуклеокапсида располагаются булавовидные отростки, образованные различными сенсорными белками и липидами. Именно благодаря им вирусная частица присоединяется к мембране живых клеток, после чего начинается процесс проникновения генома вируса внутрь. От их состава и строения зависит круг хозяев и тканеспецифичность.

Структура коронавируса

У всех представителей данного семейства генетический материал представлен молекулами РНК (одноцепочечная рибонуклеиновая кислота), которых может быть от одной до нескольких штук. Кроме РНК, в структуру коронавируса, его сердцевины, входят внутренние геномные одиночные молекулы белков-ферментов, которые обеспечивают транскрипцию и репликацию вирусных генов в клетке-хозяине.

Сферический вирион образует внутренняя белковая и наружная липидная оболочка, которые формируют суперкапсид. По ее поверхности расположены вирусные белки, которые отвечают за проникновение вируса в клетку организма хозяина. Липопротеиновая оболочка схожа по составу с цитоплазматической мембраной клетки-хозяина, что также облегчает проникновение вируса.

Строение коронавирусов позволяет отнести их к сложным вирусам с суперкапсидом.

Самые опасные штаммы

Как уже упоминалось, для человека опасными являются 7 штаммов данного семейства, а именно:

В 60-х годах прошлого столетия был выявлен HCoV-229E – коронавирус человека 229E. Его обнаружили в разное время и в разных уголках мира. Он поражает летучих мышей и человека. Входит в число вирусов, вызывающих ОРВИ.

В 1967 году был выявлен HCoV-OC43 – коронавирус человека OC43. Кроме людей, он патогенен для крупного рогатого скота. Долгое время он не имел даже своего названия, так как вызывал респираторные заболевания легкой степени тяжести. Сегодня он выступает коинфекцией в 10-15% ОРВИ.

Первое заболевание тяжелым острым респираторным синдромом (ТОРС, SARS), иное название атипичная пневмония, было выявлено в 2002 году в южных провинциях Китая. Заболевание вызывает SARS-CoV-1 – очень патогенный штамм. Заболевание протекает как вирусное поражение легких с быстрым прогрессом к легочной недостаточности. Мировая эпидемия атипичной пневмонии унесла 774 жизни (2002-2003).

В 2004 году в Амстердаме у семимесячного малыша, который болел бронхиолитом, выявили HCoV-NL63 – коронавирус человека NL63. Он был много кратно выявлен у детей, пациентов со слабым иммунитетом и пожилых людей, страдающих острыми респираторными заболеваниями. Выступает как составная коинфекции при легких и тяжелых заболеваниях верхних дыхательных путей, крупе и бронхиолите.

В 2005 году в Гонконге, а позднее и по всему миру, был выявлен HCoV-HKU1 – коронавирус человека HKU1, вызывающий заболевания дыхательных путей со склонностью к прогрессированию в пневмонию. Предполагается, что он появился гораздо раньше, как коинфекция при ОРВИ.

MERS-CoV – выявленный в 2015 году, ближневосточный респираторный синдром (БВРС, MERS),. В России случаев заболевания не выявлено. Этот опасный штамм коронавируса приводит к летальному исходу у 50% зараженных. Каждый год регистрируется 1-10 случаев заражения по всему миру. Природный резервуар штамма - летучие мыши и верблюды.

И, наконец, возбудитель сегодняшней пандемии - SARS-CoV-2 или 2019-nCoV , который вызывает инфекционное заболевание COVID-19. Впервые его выявили в декабре 2019 года.

Все представители семейства относятся к зооантропонозным инфекциям. Это означает, что передача его от животных человеку возможна. Все они имеют свои природные резервуары – животных, которые не болеют, но являются носителями. Большинство коронавирусов имеет сезонную предрасположенность.

Коронавирус и COVID-19

Современная андемия острого вирусного заболевания COVID-19 (ковид) была объявлена Всемирной организацией здравоохранения, дата - 11 марта 2020 года. Этому предшествовала эпидемия, которая началась в г. Ухань (провинция Хубэй, Китай) с сотрудника Института вирусологии. Он заболел пневмонией в декабре 2019 года. Вот тогда и выявили возбудителя инфекционной пневмонии – вирус с временным названием 2019-nCoV.

Уже 7 января 2019 года ВОЗ была оповещена китайскими вирусологами о нескольких случаях пневмоний, причинами которых был неизвестный ранее вирус. А уже 10 января вирусологи Китая оповестили мир о расшифровке генома нового патогена из семейства коронавирусов. К 20 января передача патогена от человека к человеку была подтверждена. И новый патогенный вирус, который получил название SARS-CoV-2 (Severe acute respiratory syndrome-related  coronavirus 2) начал распространяться по миру.

Анализ генома нового вируса показал его родство с вирусом, который вызвал эпидемию ТОРС в 2002-2003 годах. И именно SARS-CoV-1, возбудитель атипичной пневмонии, стал вирусом-основателем SARS-CoV-2 (в русском переводе - тяжелый острый респираторный синдром коронавирус 2), который ответственен за развитие респираторного заболевания по классификации ВОЗ носящему название COVID-19 (в русском - коронавирусная болезнь 2019 года).

Разделение названия клинической картины и патогена, который ее вызывает, позволяет различать вирусную инфекцию и широкие клинические ее проявления.

Особенности SARS-CoV-2

Биология коронавируса, который вызвал современную пандемию, очень схожа с родственным вирусом SARS-CoV-1. Это РНК-содержащий вирус, геном которого на 70% идентичен его вирусу-основателю. Размеры вириона около 100нм, сферической формы. Суперкапсид из двух оболочек, и короной белков по всей поверхности.

Возбудитель COVID-19 имеет определенную тканеспецифичность, что определяется наличием определенного типа сенсорных (рецепторных) белков на поверхности его капсида. Для данного вируса этими рецепторами являются S-белки к ферментам клетки-хозяина (фермент АПФ2 и гликопротеин басигинин CD147), которые расположены на мембранах клеток альвеол легких (что приводит к развитию их патологий) и на энтероцитах слизистых оболочек тонкого кишечника (что объясняет развитие дисперсных проявлений у зараженных).

Зооантропонозным резервуаром стали летучие мыши. Хотя сегодня эти данные уточняются.

Как передается вирус

Сегодня пути передачи патогена от человека к человеку изучены и доказаны.

Вирус распространяется:

1. Воздушно - пылевым путем (через вдыхаемый воздух и частицы пыли, осемененные патогеном).
2. Воздушно-капельным путем (выделение заболевшим или носителем вирионов с жидкостями при разговоре, чихании или кашле).
3. Контактным путем (при контакте с поверхностями, на которых сохраняется патоген).
4. Фекально-оральным путем (попадание вирионов в пищеварительный тракт).

Вирус остается жизнеспособным в окружающей среде от 3 часов до 4 суток. Так, на стали он остается патогенным до 2 суток, на пластиковых поверхностях – 3 суток. В воздухе вирус сохраняет свою патогенность в течение 3 часов.

Механизм развития и протекание болезни

Одним из путей передачи вируса возбудитель COVID-19 попадает на слизистый эпителий глаз, носа, полости рта. Далее вирус должен попасть к тропным клеткам-мишеням. После чего запускается процесс его проникновения внутрь клетки. Главная роль в обеспечении проникновения принадлежит рецепторным белкам и липидам оболочки капсида вируса.

Попав в клетку-мишень, вирус запускает процессы репликации своих генов. Взаимодействие вируса и клетки идет по продуктивному сценарию – вирус делает множество своих копий за счет ресурсов клетки, после чего он выходит наружу, а клетка-хозяин погибает.

При этом на первых этапах клетки слизистых оболочек и альвеол легких продолжают некоторое время выполнять свои функции. Именно поэтому возможно бессимптомное начало заболевания, когда инфицированный еще не болен, но уже выделяет в окружающую среду патогены. Этот инкубационный период может составлять от 2 дней до 2 недель.

Симптомы коронавируса у человека

Проявления COVID-19 варьируются от бессимптомного, когда болезнь может подтвердить только ПЦР-тест, или легкого течения до тяжелой клинической картины и крайне тяжелого течения со смертельным исходом.

Основными клиническими проявления донного заболевания являются:

1. Температура тела выше 38 градусов (90%).
2. Кашель, заложенность носа (80%).
3. Одышка (55%).
4. Миалгия, утомляемость (44%).
5. Тяжесть в грудной клетке (20%).
6. Спутанность сознания (9%).
7. Диарея (3%).
8. Гипосмия (нарушения обоняния).

Если клинические симптомы не осложнены, заболевание длится до 7 дней. Ухудшение состояния может наступить после 7 дня болезни.

Вакцина от коронавируса

Сегодня одобрены и зарегистрированы к применению несколько вакцин, формирующих приобретенный искусственный иммунитет у человека:

1. «Спу́тник V», торговое наименование «Гам-КОВИД-Вак». Разработка Национального исследовательского центра эпидемиологии и микробиологии имени Н. Ф. Гамалеи (Россия). Вводится внутримышечно, двукратно. Статус иммунитета формируется на 42 день после начала вакцинации.
2. ЭпиВакКорона. Разработка ФБУН «Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии „Вектор Роспотребнадзора"»(Россия). 2 дозы, вводятся внутримышечно. Иммунная реакция формируется на 35-42 день после начала вакцинации.
3. КовиВак. Разработка ФГБНУ «Федеральный научный центр исследований и разработки иммунобиологических препаратов им. М. П. Чумакова РАН»(Россия). Внутримышечное введение, 2 дозы. Иммунитет к вирусу формируется после 28 дня начала вакцинации.
4. Pfizer/BioNTech (BNT162b2). Разработка биотехнологической компании BioNTech(Германия) при сотрудничестве с американской Pfizer(США) и китайской Fosun Pharma(Китай). Внутримышечная двукратная вакцинация. Иммунный статус формируется на 42 день после начала вакцинации.
5. Moderna (mRNA-1273). Разработка компании Moderna (США). Внутримышечно, 2 дозы. Иммунный ответ формируется на 45 день после начала вакцинации.
6. AstraZeneca. Разработка Оксфордского университета и компании AstraZeneca (Великобритания). Вводят внутримышечно, две дозы. Иммунная реакция формируется на 4-12 неделе после начала вакцинации.
7. Johnson & Johnson. Разработка компании Johnson & Johnson совместно с Janssen-Cilag International N.V.(США). Вводят внутримышечно, однократно. Ответ формируется после 28 дня начала вакцинации.
8. Sinopharm. Разработка Sinopharm Group Co., Ltd. (Китай). Внутримышечное, 2-х дозовое введение. Антитела формируются на 42 день после начала вакцинации.
9. Covaxin. Разработка компании Bharat Biotech International (Индия). Ведение внутримышечно, 2 дозы. Ответ иммунной системы формируется на 42-43 день после начала вакцинации.