Pradedame suprasti viruso biologiją

Covid-19 virusas yra naujausias žmonijos priešas, galintis per anksti užbaigti milijonus gyvenimų. Norint šį naują virusą kontroliuoti, būtina jį suprasti. Laboratorijos visame pasaulyje dabar pluša be perstojo, siekdamos pažinti priešą.

Virusologus kamuoja trys esminiai klausimai. Dėl ko naujasis virusas taip gerai užkrečia žmones? Kaip jam pavyksta, atsidūrus mūsų kūne, taip greitai daugintis? Ir kodėl virusas simptomų nesukelia iš karto, kas jam leidžia plisti nepastebėtam? Atsakymai padės sukurti gydymo ir vakcinavimo būdus (žr. „Kaip greitai turėsime vakciną?“). Užuominų galima rasti viruso biologijoje.

Covid-19 virusas – kaip ir visi virusai – negali daugintis pats, jis siekia patekti į gyvą ląstelę ir ją užvaldyti, priverstiv idinę ląstelės mašineriją gaminti naujų virusų komponentus. Tada šie nauji virusai išsigauna iš ląstelės ir užkrečia naujas ląsteles – to paties kūno, arba naujo nešiotojo.

Covid-19 virusas priklauso ganėtinai sudėtingai koronavirusų šeimai. Kiekvieno koronaviruso šerdyje yra RNR, panaši į DNR molekulė, pernešanti viruso genus. Aplink yra baltymo apvalkalas, kurį dengia du lipidų sluoksniai. Ši išorinė membrana išmarginta baltymais, ir dalis jų styro, nelyginant jūrų ežio spygliai.

Šie spyglių baltymai yra kritiškai svarbūs, sako Michael Letko iš Nacionalinio alergijos ir infekcinių ligų instituto Montanoje. Virusas juos naudoja kaip inkarus, kuriais prisijungia prie ląstelės išorėje esančių baltymų.

Kovo 9 dieną publikuotame darbe, Washingtono universiteto Seattle tyrėjai, vadovaujami Alexandra Walls, elektroniniu mikroskopu nustatė atominę covid-19 viruso spyglio baltymo struktūrą (Cell,doi.org/dpvh). Turint šią informaciją, gali būti kuriami vaistai, blokuojantys prisijungimą prie žmogaus ląstelių.

Šie spyglių baltymai yra kritiškai svarbūs. Jie veikia kaip inkaras, kuriais virusas prisijungia prie ląstelės išorėje esančių baltymų.

Dar būtų galima paveikti žmogaus ląstelių paviršiaus baltymus, prie kurių prisitvirtina virusų spygliai. Tam reikia žinoti, kokie tai yra baltymai. Vienas iš kandidatų – baltymas, kuriuo naudojosi giminingas SARS virusas: angiotensino konvertavimo fermentas 2 (ACE2). Vasario gale Letko komanda buvo viena iš kelių, patvirtinusių, kad naujojo koronaviruso spyglio baltymas irgi jungiasi prie ACE2 (Nature Microbiology, doi.org/dpvk).

Letko sako, kad ACE2 kandidatūra atrodo tinkama. „Šis baltymas yra išreiškiamas plaučiuose ir virškinamajame trakte, taigi, gali iš dalies paaiškinti, kodėl virusas gali užkrėsti šias vietas.“

Tačiau šis virusas ne tik prisitvirtina prie ACE2. Iš pradžių spyglio baltymas turi pats perskilti, ir tam jis pasinaudoja žmogaus ląstelės baltymu. Tam tinka transmembraninis proteazės serinas 2 (TMPRSS2), identifikuotas dviejuose kovą publikuotuose tyrimuose (Cell, doi.org/ggnq74PNAS, doi.org/dpvm). Wallso komanda išsiaiškino, kad spyglio baltymą gali perskelti ir kitas baltymas, furinas.

„Jis irgi gali būti taikiniu,“ sako Rolf Hilgenfeld iš Lübecko universiteto Vokietijoje. Jei galėtume vaistais užblokuoti šiuos baltymus, virusas negalėtų patekti į šeimininko ląstelę – tačiau būtų sutrikdyta ir įprasta baltymo funkcija, kas gali sukelti pašalinį poveikį.

Virusui patekti į ląstelę gali sutrukdyti ir limfocito antigenas 6E (LY6E) baltymas, susijęs su imuniniu atsaku. Kovo 7 dieną publikuotame tyrime, Stephanie Pfänder su kolegomis iš Ruhro universiteto Bochume, Vokietijoje parodė, kad LY6E daugeliui koronavirusų, taip pat ir covid-19 virusui, neleidžia patekti į ląstelę, ir kad pelės, kurioms trūksta LY6E, užsikrečia lengviau, nei jo turinčios (bioRxiv, doi.org/dpvn).

Ji sako, kad išsiaiškinus, ką šis baltymas daro, būtų galima pamėgdžioti šį veikimą vaistais, ir taip būtų galima kovoti su daugelio koronavirusų sukeliamomis infekcijomis. „Akivaizdu, turėti [koronaviruso] inhibitorių būtų labai svarbu kovojant ne tik su dabartine pandemija, bet ir su būsimais protrūkiais,“ pažymi ji.

Neleisti virusui patekti į ląstelę, savaime aišku, svarbu, bet jeigu žmogus jau užkrėstas, tai gali nepadėti. Tuomet reikia būdo sutrukdyti viruso gebėjimą kopijuoti save ląstelėse.

Yra du akivaizdūs puolimo taškai. Kad virusas galėtų daugintis, jam reikia kurti baltymus ir kopijuoti savo RNR genomą. Iš pradžių sukuriami baltymai. Kai viruso RNR patenka į ląstelę, jos mašinerija nuskaito viruso genus ir sujungia du didelius „polibaltymus“, kuriuose yra keli viruso baltymai. Kai kurie iš jų yra fermentai, vadinami proteazėmis, kurie pirmiausia išsivaduoja iš polibaltymo, o tada iškerpa ir kitus baltymus, kad jie galėtų atlikti savo funkcijas.

„Sutrikdžius šį procesą, virusas daugintis negali,“ sako Hilgenfeldas. Jo komanda nustatė pagrindinės proteazės atominę struktūrą (bioRxiv, doi.org/dpvp) ir identifikavo prie jos prisijungiančias medžiagas (bioRxiv, doi.org/dpvq).

Jo grupė kūrė pagrindinių koronavirusų ir giminingos enterovirusų grupės proteazių inhibitorių, tikėdamasi, kad toks vaistas būtų pakankamai plačiai pritaikomas, kad patrauktų vaistų kompanijų dėmesį. Tyrėjai dabar modifikavo vaistą taip, kad jis veiktų ir covid-19 virusą ir parodė, kad jų vaistas veikia su atskira ląstekle. Tačiau dar tebelaukia daug bandymų, kol vaistas galės būti naudojamas žmonėms, užkrėstiems covid-19.

Galima būtų neleisti virusui kopijuoti savo genomo. Tai atlieka kitas viruso baltymas – nuo RNR priklausanti RNR polimerazė (RdRP). Dauguma RNR virusų neieško klaidų savo genomo kopijose, tad, juos būtų galima užblokuoti, panaudojant modifikuotus RNR statybinius blokus, kuriuos įtrauktų RdRP, „jei virusas yra pakankamai kvailas“, sako Hilgenfeldas.

Deja, tokie koronavirusai kaip covid-19 virusas, turi klaidų aptikimo fermentą eksonukleazę, pašalinančią modifikuotus RNR komponentus ir kopijavimas gali tęstis. „Dauguma esančių RdRP inhibitorių nuo koronavirusų negelbsti,“ sako Hilgenfeldas.

Tačiau Chengdu medicinos koledžo Kinijoje tyrėjų komanda, vadovaujama Tai Yang, identifikavo septynias medžiagas, kurios, kaip rodo skaičiavimai, galėtų prie jo jungtis (Preprints, doi.org/dpvs). O kol kas Ebolai gydyti sukurtas vaistas remdesiviras, irgi pasirodė kaip perspektyvus RdRP inhibitorius.

Žvelgiant į tolimesnę perspektyvą, reikia išsiaiškinti, kodėl šis virusas taip gerai plinta. „Būtent jo neaptiktas plitimas ir smarkiai prisidėjo prie šio protrūkio sunkumo,“ pastebi Letko.

Kad virusas galėtų plisti, jam svarbiausia gebėti daugintis mūsų kūnuose, kuo ilgiau nesukeliant imuninės sistemos atsako. Atpažįstamiausius covid-19 simptomus – karščiavimą ir kosulį – iš tiesų sukelia prieš virusą kovojanti mūsų pačių imuninė sistema, bet virusas šios kovos pradžią pavėlina keliais papildomais genais.

Šie „nestruktūriniai genai“ koduoja baltymus, trukdančius mūsų imuninei sistemai. Užkrėsta ląstelė įjungia interferono aliarmo sistemą. „Virusas turi baltymų, kurie trukdo šiai signalinei sistemai,“ sako Letko.

2
Tiek išorinių lipidų sluoksnių saugo covid-19 virusą

Kai kurie nestruktūriniai covid-19 viruso genai panašūs į žinomus genus, tad, galima gan pagrįstai nuspėti jų funkciją. „Bet apie kai kuriuos negalime ko nors tvirtai pasakyti,“ paaiškina Letko.

Artimiausioje ateityje šių baltymų supratimas gali ir nesulėtinti protrūkio, bet vėliau gali padėti sukurti antivirusinius vaistus.