Kāpēc ir svarīgi zināt SARS-CoV-2 plānu

Zināšanas par tā ģenētisko sastāvu ir būtiskas, lai testos atrastu jauna veida koronavīrusu, izprastu tā izplatību un izstrādātu zāles un vakcinācijas pret to

Bundesvēra Mikrobioloģijas institūta laboratorijā tiek pārbaudīti dažādi pacienta paraugi jaunajam koronavīrusam.

© Bundesveras Mikrobioloģijas institūts

Janvāra beigās Bundesvēra Mikrobioloģijas institūta zinātnieki pirmo reizi dekodēja vīrusa SARS-CoV-2 genomu. Iepriekš, sadarbojoties ar Berlīnes Charité un Minhenes klīniku Schwabing, viņi ar testa palīdzību to bija pierādījuši pirmajiem pacientiem Vācijā. Mēs runājam ar virusologu Dr. Bundesvēra institūta vadītājs Romāns Vēlfels:

Dr. Wölfel, kāpēc bija svarīgi atšifrēt SARS-Cov-2 genomu?

Lai ārstētu un saturētu jaunu slimību, mums vispirms ir jāzina, kā patogēni izplatās organismā. No otras puses, mums ir jānoskaidro, kā tie tiek pārnesti no cilvēka uz cilvēku. Abiem mums ir nepieciešama informācija no vīrusa genoma, ko iegūstam no rīkles tamponu šūnu kultūrām, un pēc tam pārbaudām tā struktūru.

Ko var secināt no vīrusa ģenētiskā sastāva?

Mūsu gadījumā, pirmkārt, vīruss no pirmajiem Bavārijas COVID-19 pacientiem bija identisks vīrusam no pacienta Ķīnas pilsētā Uhānā. Tāpēc tam bija jānāk vairāk vai mazāk tieši no turienes. Kopumā ar šādiem ģenētiskiem salīdzinājumiem var izsekot veselām infekcijas ķēdēm. Jo ikreiz, kad vīruss tiek pārnests no vienas personas uz otru un tur atkal pavairojas, tā ģenētiskajā sastāvā var notikt izmaiņas. Pamatojoties uz šīm izmaiņām, pēc tam mēs varam rekonstruēt izplatīšanās ceļu.

Kāpēc notiek izmaiņas?

Tāpat kā jebkurš vīruss, arī SARS-CoV-2 nevar pats vairoties. Lai vairotos, tas iekļūst rīkles un vēlāk plaušu šūnās. Pēc tam vīruss liek šīm inficētajām šūnām pārņemt tās reprodukciju.

Atšķirībā no cilvēka genoma, kas sastāv no divšķautņainas DNS, koronavīrusa genomu veido vienpavedienu RNS molekulārie bloki. Lai varētu pavairot šo RNS, vīrusam vispirms tas jāpārveido par cilvēka šūnu DNS.

Šīs konvertēšanas laikā rodas kļūdas. Jūs varat iedomāties, it kā jūs neuzliktu kopēšanas mašīnai būvniecības rokasgrāmatu, bet kopētu to ar rokām: nopietnu kļūdu gadījumā, piemēram, izlaidumi, kas izkropļo nozīmi, kopētais teksts nav saprotams vai vīruss nedarbojas . Nelielas kļūdas, kas pielīdzināmas komatiskajām kļūdām, parasti nav problēma. Tad tos satur visi vīrusi, kurus šūna tagad ražo masās.

Un tad?

Ja šie nedaudz modificētie vīrusi inficē jaunu cilvēku, vairojoties, atkal var rasties kļūdas, kas ir papildus vecajām. Tātad, ja mēs atklājam, ka diviem vīrusiem dažādiem pacientiem ir pareizrakstības kļūdas, bet dažādās vietās, tad mēs zinām: Šie cilvēki, iespējams, inficējās dažādos veidos, jo viņu attiecīgie vīrusi kādu laiku attīstījās neatkarīgi.

Jo vairāk vīrusu paraugu mums ir, jo labāk mēs varam pakāpeniski izveidot sava veida SARS-CoV-2 ciltskoku un atjaunot tā izplatību visā pasaulē.

PD Dr. Romāns Vēlfels, Minhenes Bundesvēra Mikrobioloģijas institūta vadītājs

© Bundesveras Mikrobioloģijas institūts

Vai šāda attīstības atšķirība ļauj izdarīt secinājumus par slimības smagumu?

Nē, tas darbojas ar dažiem citiem patogēniem, bet ar mūsu pašreizējām zināšanām, nevis ar SARS-CoV-2. Fakts, ka Covid-19 var būt dažādas smaguma pakāpes un ka katram pacientam nav vienādi simptomi, iespējams, ir vairāk saistīts ar imūnsistēmu un atsevišķām iepriekšējām slimībām. Cik zināms, tam nav nekāda sakara ar vīrusa variantiem.

Cik lielā mērā vīrusa ģenētiskais projekts palīdz izprast tā izplatīšanos organismā?

Vīrusa ģenētiskais sastāvs ir pamats tam, kas pašlaik ir vissvarīgākais vīrusa noteikšanas tests, polimerāzes ķēdes reakcija. Tas arī ļauj mums izmantot pacienta paraugu ģenētiskās zondes, lai noteiktu, kad un kur organismā mēs izmērām, cik daudz vīrusu. No otras puses, paraugos var izmantot noteiktu ģenētisko informāciju par vīrusu, lai noteiktu, vai vīruss vairojas, t.i., infekciozs, vai, iespējams, ir tikai neaktīvs vīruss.

Pirmajam mēs vairākas dienas paņēmām paraugus no pirmajiem vācu COVID-19 pacientiem no dažādām ķermeņa daļām, no rīkles, no klepus, no urīna, izkārnījumiem un asinīm. Mēs atklājām, ka kaklā pirmajās piecās dienās bija konstatējams liels vīrusa daudzums. Daudziem pacientiem bija arī iekaisis kakls. Tā kā šajā fāzē vīrusi vairojas augšējos elpceļos, tos var ļoti viegli pārnest citiem cilvēkiem ar pilienu palīdzību.

Dažiem pacientiem vīruss pēc tam migrē uz dziļākām plaušu šūnām. Pēc tam klepus var noteikt vīrusus, bet kaklā to skaits ievērojami samazinās. Dažas dienas vēlāk izkārnījumos tiek atrasti vīrusi. Atšķirībā no rīkles un plaušām, mēs pašlaik neuzskatām, ka SARS-CoV-2 kuņģa-zarnu traktā stipri vairosies.

Kā jūs to uzzināt?

Vīrusa uzbūves instrukcijās ir sadaļas, kas apzīmē vairākus dažādus patogēna veidojošos elementus: vīrusam pavairojot, tiek nolasīti vienas un tās pašas ģenētiskās informācijas gabali ar dažādu garumu un no tā tiek izgatavoti dažādi celtniecības bloki. Šīs gēnu segmenta darba kopijas sauc par subgenomisko RNS.

Tātad šo subgenomisko RNS mēs atrodam tikai tad, ja vīruss patiešām vairojas. Kaklā tas parasti notiek pirmo piecu dienu laikā pēc inficēšanās; vēlāk plaušās atrodam subgenomisko RNS. Pārbaudīto pacientu izkārnījumos mēs atradām ļoti maz šīs subgenomiskās RNS. Tāpēc mēs pieņemam, ka SARS-CoV-2, visticamāk, netiks pārnesta citiem cilvēkiem, piesārņojot izkārnījumus.

Savukārt asinīs un urīnā līdz šim mēs neesam atraduši nevienu vīrusa pēdu, ne subgenomu, ne normālu RNS. Ķīna ir saņēmusi atsevišķus ziņojumus par pozitīviem pierādījumiem, taču līdz šim nav reālu pierādījumu tam, ka COVID-19 var pārnest caur asinīm.

Vai SARS-CoV-2 pārnešana ir iespējama, ja nav pamanāmi slimības simptomi?

Jā, šķiet, ka tas notiek ar noteiktu cilvēku skaitu. Grūtības ir atrast šos cilvēkus, kamēr viņi joprojām ir lipīgi. Ikviens, kam klājas labi, neiet pie ārsta un nepārbauda. To dara tikai slimu cilvēku kontaktpersonas vai medicīnas darbinieki.

Cik ilgi jūs esat lipīgs?

Tas ir atkarīgs no konkrētā gadījuma. Iespējams, ka ne visi cilvēki ir lipīgi tikpat ilgi. Lielākajai daļai mūsu pārbaudīto pacientu 14. dienā pēc simptomu parādīšanās bija antivielu ražošana. Dažiem tas sākās pēc septiņām dienām, daudziem ap 10. dienu. Tiklīdz rodas antivielas pret vīrusu, tā infekciozitāte strauji samazinās.

Vai šīs antivielu ražošanas dēļ vīrusu infekcija ir smaga?

Dažādi faktori spēlē lomu, par kuru mēs visi šobrīd vēl nezinām. Dažiem cilvēkiem var būt receptora varianti, pie kuriem SARS-CoV-2 vīrusi piestiprinās, lai iekļūtu šūnās. Dažiem cilvēkiem vīrusi var vieglāk uzbrukt šūnām, citiem - grūtāk. Vēl citiem cilvēkiem iepriekš ir bijusi cita koronozā infekcija, un vīrusu līdzības dēļ viņiem ir zināma, ja ne absolūta aizsardzība.

Smēķētājiem, kuri saskaņā ar statistiku kļūst nopietnāki, pētījumi liecina, ka vīrusa saistošais receptors ir palielināts. Tajā pašā laikā plaušu šūnas pastāvīgi kairina cigarešu dūmi, un imūnsistēma ir novājināta. Bet tas viss ir jāizpēta rūpīgāk.

Kā darbojas šī antivielu ražošana?

Pirmkārt, tā sauktās IgA antivielas veidojas uz mutes un rīkles gļotādas. Šīs antivielas saistās ar vīrusu un neļauj tam inficēt citas šūnas. Pēc astoņām dienām mēs nespējām izdalīt nevienu vīrusu kaklā pirmajiem Minhenē izmeklētajiem pacientiem.

Pēc IgA antivielām imūnsistēma ražo IgG antivielas. Tie piedāvā ilgstošu aizsardzību un, tāpat kā IgA, novērš turpmāku šūnu uzbrukumu. Šis otrais antivielu variants veidojas ap 10. un 14. dienu pēc slimības sākuma. COVID-19 gadījumā citas IgM varianta antivielas ir nosakāmas tikai šajā laika posmā. Atšķirībā no citām vīrusu infekcijām, šķiet, ka IgM antivielām ir tikai neliela loma SARS-CoV-2 infekcijās.

Šī ķermeņa imūnās atbildes pierādījums ir svarīgs, lai uzzinātu, kad dziedinātie tiek pasargāti un vairs nevar inficēt citus cilvēkus. Atbilstošās testa procedūras pašlaik tiek izstrādātas un pārbaudītas arī šeit, Minhenē.

SARS koronavīrusa-2 elektronmikroskopa attēls no pirmā Vācijā diagnosticētā pacienta COVID-19

© Bundesveras Mikrobioloģijas institūts

Vai pasīvajai imunizācijai, izmantojot antivielas, nākotnē būs svarīga loma aizsardzībā pret COVID-19?

Pasīvā imunizācija, t.i. antivielu pārnešana no atveseļotas personas citai, piedāvā ātru aizsardzību, bet ne ilgstošu aizsardzību. Tāpēc vakcīnas izstrādes mērķim vienmēr jābūt aktīvās vakcīnas izstrādei. Aizsardzība ir ilgstoša tikai tad, ja organisms pats ražo antivielas un pat pēc gadiem var tās atkal aktivizēt no atmiņas šūnām.

Bet tas prasa ilgāku laiku: pētniekiem jāizlemj, kuru vīrusa daļu strādāt. Jums jāprecizē drošības jautājumi: vai kāds reaģē pārmērīgi, vai ir kādas nopietnas blakusparādības, kas var noliegt vakcinācijas priekšrocības? Tad ir arī jautājums, vai vakcīnu var ražot pareizā kvalitātē un daudzumā.

Vai tā ir arī daļa no jūsu darba institūtā?

Nē, mēs galvenokārt nodarbojamies ar SARS-CoV-2 diagnostiku. Šobrīd mēs veicam aptuveni 200 PCR testus dienā. Paraugi nāk no reģiona karavīriem, slimnīcas darbiniekiem, ugunsdzēsējiem un policistiem. Slimnīcu personālam ir īpaši svarīgi zināt: vai es esmu akūti inficēts? No vienas puses, lai izvairītos no pacientu inficēšanas, un, no otras puses, lai izvairītos no nevajadzīgas karantīnas un divu nedēļu prombūtnes.

Kāpēc Bundesvērs pat rūpējas par vīrusu slimībām?

Vācijas Bruņoto spēku uzdevumā mūsu institūts nodarbojas ar jaunām, bīstamām slimībām visā pasaulē, kā arī pēta un izstrādā piemērotas diagnostikas un ārstēšanas iespējas. Mērķis ir ātri identificēt tādus patogēnus kā Ebolas vai Lassa drudzis, ar kuriem mūsu karavīri varētu saslimt, piemēram, izvietojot tos ārzemēs.Tāpēc mēs esam gatavi daudziem patogēniem.

Mūsu institūta personāls arī bija daļa no vienas no pirmajām ārvalstu komandām, kas bija iesaistīta 2014. gada Ebolas uzliesmojumā Rietumāfrikā. Tomēr jaunums pašreizējā situācijā mums ir tas, ka ne mēs ceļojam uz slimības uzliesmojumu, bet šoreiz pandēmija izplatās uz mūsu pašu ieejas durvīm.