что такое коронавирус картинка
Что такое коронавирус
Опубликовано: 2020-02-12
Обновлено: 2020-07-08
Автор статей и главный редактор
Лисневич Наталья Николаевна
врач высшей категории, стаж более 30 лет, г. Калуга,
keon@mail.ru
Новый тип коронавируса 2019-nCoV, выявленный в Китае (г. Ухань) в 2020 году пока остается загадкой для врачей. Болезнь быстро распространяется. Больные в короткое время появились во многих странах мира. Незамедлительно был запрещен выезд людей из городов Ухань и Хуанган, где были зарегистрированы первые случаи неизвестного вирусного заболевания. Усиленный санитарный контроль был введен по всей границе с Россией. В аэропортах проводится проверка прилетающих приборами тепловизорами, сигнализирующие о повышении температуры тела. Все случаи заболевших с подозрением на пневмонию подверглись лабораторному тестированию. Были исключены возбудители птичьего гриппа, ТОРС (тяжелый острый респираторный синдром или SARS, известный также как атипичная пневмония) и MERS (ближневосточный респираторный синдром). Предполагается, что причиной настоящей эпидемии явился новый тип коронаровируса.
Рис. 1. Новый коронавирус быстро распространяется и убивает человека.
Коронавирусы
Коронавирус (Coronavirus) был впервые выделен у цыплят в 1937 году. У человека — в 1965 году Tyrrell и M. Bynoe. Как выяснилось, коронавирусы поражают множество видов животных, птиц и человека. Из домашних животных болеют собаки, кошки, свиньи, индюки, овцы, крупный рогатый скот. Болезнь выявляется у крыс. Вирусы поражают обезьян, креветки, белухи, кровососущие комары и др.
Coronavirus колонизируют у человека дыхательные пути, желудочно-кишечный тракт и нервную систему (редко).
В 2002 году в Китае (провинция Гуангдонг) были зарегистрированы случаи развития у людей тяжелого острого респираторного синдрома (ТОРС), причиной развития которого явился новый тип коронавируса SARS-CoV. Во время эпидемии заболело около 8 тыс. человек, 800 случаев закончились летально. Природным резервуаром инфекции явились летучие мыши.
В 2012 году была зарегистрирована новая вспышка заболевания — ближневосточный респираторный синдром (БВРС). Местом возникновения эпидемии явилась Саудовская Аравия. Причиной эпидемии явился новый тип коронавируса — MERS-CoV. Природным резервуаром явились летучие мыши. Имеются данные об инфицировании этим вирусом верблюдов.
Рис. 2. На фото коронавирус (электронограмма). Нуклеокапсид окружен, как «солнечной короной», шиповидными отростками — булавовидными пепломерами.
Современная таксономия
Коронавирусы включает 2 подсемейства: Coronavirinae и Torovirinae.
Coronavirinae включают 2 рода: Alfacoronavirus и Betacoronavirus. Последний занимает центральное место. В него входят особо опасные возбудители летальных пневмоний — SARS-CoV и MERS-CoV.
Строение
Coronavirus имееют сфероидную форму по периферии которой располагается «солнечная корона», нуклеокапсид, липидосодержащую оболочку и белковую мембрану. Диаметр вирионов составляет от 120 до 160 нм. Вирионы рода Bafinivirus имеют бациллоподобную (палочковидную) форму. Их длина составляет от 170 до 200 нм, диаметр — от 75 до 88 нм. Вирионы рода Torovirus имеют форму крендельков. Их размер составляет 100 — 140 х 35 — 50 нм.
Внешняя оболочка состоит из 2-х белков — внешней и внутренней. Внешняя оболочка образует peplomeros — шиповидные отростки, придающие вид «солнечной короны». Отсюда происходит название семейства Coronaviridae.
Нуклеокапсид имеет спиралевидную симметрию. Его размеры составляют от 60 до 70 нм. Геном представлен одноцепочечной (+) РНК. Коронавирусы за счет присущей им генетической рекомбинации обладают уникальной способностью образовывать большое геномное разнообразие.
Рис. 3. Схема строения коронаровирусов.
Вирулентность
Важным фактором вирулентности вирионов являются пентамеры белка Е, способные формировать ионные каналы, а так же рецепторный белок S, гемагглютинин-эстераза, малый мембранный и матриксный белок, нуклеокапсид и РНК в комплексе с N-белком.
Чувствительность
Коронавирусы проявляют повышенную чувствительность к воздействию химических и физических факторов. Всвязи с наличием в оболочке липидов вирионы чувствительны к этанолу, эфиру, формалину, хлороформу, пропиолактону. Инактивируют коронавирусы резко щелочная и кислая среды, УФО. Во внешней среде возбудители выживают от 7 до 12 дней.
Рис. 4 и 5. На фото Coronavirus (электронная микроскопия). Возбудители имеют сферическую форму и периферийное образование в виде солнечной короны.
Роль коронавирусов в патологии человека
Коронавирусы у человека способны вызвать:
Рис. 6. На фото MERS-коронавирусы, почкующихся на поверхности клетки-хозяина (синяя окраска). Электронная микрофотография.
Поражение желудочно-кишечного тракта
Осложнения со стороны ЖКТ чаще отмечаются при инфицировании вирусами родов Alphacoronavirus (HCoV NL63, HCoV 229E) и Torovirus (HToV).
Данная патология развивается в основном на фоне поражения верхних дыхательных путей (90% случаев). Острый энтерит обычно развивается у новорожденных и лиц со сниженным иммунитетом. В 75% случаев болезнь начинается остро с высокой температуры тела, у больных отмечается интоксикация, боли в животе, повторная рвота и необильный жидкий стул в течение 2 — 5 дней.
Рис. 7. На фото коронавирус, обнаруженный в испражнениях ребенка, страдающего острым гастроэнтеритом.
Поражение верхних дыхательных путей
Среди респираторных заболеваний у человека коронаровирусная инфекция составляет от 5 до 19%. Ее причиной чаще всего являются вирусы HCoV NL63, HCoV 229E, BetaCoV 1, HCoV HKU1 и HtoV. Обычно при инфицировании развивается острый ринит, фарингит и трахеит.
Коронавирусы HCoV NL63, HCoV 229E (род Alphacoronavirus) и HtoV (род Torovirus) чаще являются причиной поражения ЖКТ.
Эпидемиология
Коронавирусы распространены повсеместно. Дети болеют в 5 — 7 раз чаще взрослых. Сезонный подъем заболеваемости отмечается в конце зимы и весной. Эпидемические вспышки регистрируются каждые 2 — 3 года. Распространение инфекции происходит воздушно-капельным путем, фекально-оральным и контактным путями. Распространителями коронавирусов являются больные со стертой формой и клинически выраженными формами заболевания. Во внешней среде возбудители выживают в течение 7 — 12 дней.
В основном (до 70 — 80%) коронавирусы участвуют в инфекционном процессе в содружестве с другими вирусами — гриппа А, парагриппа, адено- и риновирусами. Смешанные инфекции отличаются довольно тяжелым течением.
Клиника заболевания
При инфицировании коронавирусы поражают эпителиальные клетки верхних дыхательных путей, где интенсивно размножаются. На своей поверхности эпителиальные клетки имеют специфические рецепторы, взаимодействующие с поверхностным S-белком возбудителя. Инкубационный период составляет 2 — 5 суток.
Болезнь начинается чаще всего остро с явлений ринита и фарингита. Отмечается отек и гиперемия слизистой оболочки. Симптомы интоксикации выражены умеренно. Температура тела часто нормальная.
В 3 — 8% случаев коронавирусная инфекция проявляется в виде пневмонии, которая особенно тяжело протекает у детей раннего возраста.
Иммунитет непродолжительный. Возможно развитие реинфекции.
Рис. 8 и 9. Электронная микрофотография коронавирусов.
Тяжелый острый респираторный синдром (ТОРС)
В ноябре 2002 года в Китае (провинция Гуандун) было впервые зафиксировано новое заболевание — тяжелый острый респираторный синдром (ТОРС). Через 9 месяцев ВОЗ сообщила, что в ходе эпидемии в 30 странах мира было зарегистрировано 8422 случая заболевания и 916 случаев смертельных исходов (10,9%).
Рис. 10. Распространенность ТОРС на начало августа 2003 года.
Этиология
Было установлено, что новый возбудитель не имеет сродства ни с одним из ранее известных коронавирусов. Новый тип вирус был промаркирован как SARS–CoV.
Эпидемиология
Эпидемиологическое расследование показало, что природным резервуаром возбудителей явились летучие мыши Microchiroptera (отряд рукокрылые), от которых в природе заражаются Виверровые — семейство млекопитающих (отряд хищники), которых жители Юго-Восточной Азии держат в качестве домашних животных и часто употребляют в пищу. Но более вероятным является следующий путь проникновения вирусов в человеческую популяцию: летучие мыши → гималайские циветты (дикие млекопитающие), енотовидные собаки и бирманские хорьковые барсуки, чье непрожаренное мясо часто можно встретить в китайских ресторанах. Так SARS–CoV попадает в организм человека.
Возбудители передаются в основном воздушно-капельным и контактным путями. В группе риска находятся медицинские работники.
Клиническая картина
Инкубационный период при ТОРС составляет от 2 до 10 суток. При контакте с больным человеком инкубационный период более короткий (на превышает 5-и дней), при передаче инфекции от больных животных — более продолжительный.
Болезнь в 97% случаев начинается остро с повышения температуры тела до 38 — 39 0 С.
В первые дни заболевания на первый план выходят симптомы интоксикации в виде сильной головной и мышечно-суставных болей, слабости и головокружения. Отмечаются кашель, боли в горле и явления ринита.
На 3 — 7 сутки развивается респираторная фаза заболевания, характеризующаяся поражением нижних дыхательных путей. Кашель усиливается, появляется и нарастает одышка и чувство нехватки воздуха. Быстро развивается гипоксия и гипоксемия. У некоторых больных появляются признаки поражения ЖКТ: повторная рвота, тошнота, диарея. Развитию пневмонии всегда предшествовал респираторный дистресс-синдром.
Исход
В 80 — 90% случаев заболевание заканчивается выздоровлением, нередко с развитием фиброза. У части больных регистрировались рецидивы пневмонии. У лиц пожилого возраста ТОРС протекала тяжело и характеризовалась высокой (до 40%) летальностью.
Рис. 11. На фото рентгенограмма больной с синдромом ТОРС. Отмечается стремительное развитие пневмонии (в течение полутора суток).
Ближневосточный респираторный синдром (БВРС)
В 2012 году была зарегистрирована новая вспышка заболевания — ближневосточный респираторный синдром (БВРС). Местом возникновения эпидемии явилась Саудовская Аравия. Далее заболевание распространилось на 27 стран мира Европы и Америки. Причиной эпидемии явился новый тип коронавируса — MERS-CoV. Природным резервуаром явились летучие мыши. Имеются данные об инфицировании этим вирусом верблюдов. Клиника БВРС схожа с тяжелым гриппом, протекающим с поражением легочной ткани. В период вспышки заразились около 2500 человек, из которых 35% случаев закончились летально. Крупные вспышки заболевания в последующем возникали в больницах. Особенно тяжелыми из них отмечались в Саудовской Аравии (2014 — 2016 годы) и Корее (2015 год).
Рис. 12. Распространенность БВРС на 29.10. 2013 года.
Эпидемиология
На основании результатов молекулярно-генетического изучения было установлено, что природным резервуаром нового типа коронавируса являются летучие мыши. Промежуточный хозяин не установлен. Существуют данные о заражении MERS-CoV верблюдов.
Рис. 13. MERS-CoV циркулирует среди одногорбных верблюдов.
Клиническая картина
Болезнь начинается с типичных признаков ОРВИ, протекающего с лихорадкой, затрудненным дыханием и одышкой. В большинстве случаев отмечается быстрое развитие первичной вирусной пневмонии с тяжелым течением. У лиц с иммунодефицитом отмечается поражение желудочно-кишечного тракта и почек. Смертность от БВРС составляет около 30%.
Рис. 14. Новый тип коронавируса MERS-CoV (электронная микрофотография).
Диагностика коронавирусных заболеваний человека
Из лабораторных методов исследования с целью диагностики коронавирусной инфекции используются:
Рис. 15. Культивирование Mers-коронавирусов на клеточных культурах.
Лечение атипичной пневмонии
Для лечения случаев атипичной пневмонии используются этиотропное, патогенетитческое и симптоматическое лечение.
Этиотропное лечение
Достоверные данные о клинической эффективности противовирусных препаратов при лечении ТОРС и БВРС, полученные в рамках контролируемых исследований, отсутствуют. Предполагается, что эффективными в лечении могут быть противовирусные средства с широким спектром действия — Рибавирин или Ингавирин. Подавление патологического действия коронавирусов достигалось путем применения препаратов на основе ИФН — Альфаферона, Бетаферона и Веллферона.
Патогенетическое и симптоматическое лечение
В случаях среднетяжелого и тяжелого течения проводится интенсивная дезинтоксикационная терапия. С этой целью применяется реополиглюкин, гемодез и др. в объеме, не превышающем 400 — 800 мл в сутки.
С целью предупреждения развития отека легких назначаются диуретики. Показано введение донорского иммуноглобулина с высоким титром антител к коронавирусам. Для восстановления поверхностного натяжения в альвеолах при развитии острого респираторного дистресс-синдрома применяются препараты сурфактанта. Показано введение таких глюкокортикоидов, как преднизолон или гидрокортизон. При тяжелом течении заболевания внутривенно вводится метилпреднизолон. Респираторная поддержка больных осуществляется путем искусственной вентиляции легких. С целью профилактики развития бактериальной пневмонии назначаются антибиотики.
Профилактика коронавирусной инфекции
Ношение масок и частое мытье рук являются основными профилактическими мероприятиями. Следует помнить, что коронавирусы могут проникнуть в организм человека через слизистую оболочку глаз.
В периоды эпидемий необходимо максимально ограничить контакт с другими людьми и следовать всем рекомендациям властей.
Отказ от ответственности: Этот материал не предназначен для обеспечения диагностики, лечения или медицинских советов. Информация предоставлена только в информационных целях. Пожалуйста, проконсультируйтесь с врачом о любых медицинских и связанных со здоровьем диагнозах и методах лечения. Данная информация не должна рассматриваться в качестве замены консультации с врачом.
Корона вируса
На этом рисунке американского ученого и художника Дэвида Гудселла (David S. Goodsell) изображен попавший в легкие коронавирус SARS-CoV-2 — точнее, одна его вирусная частица, или вирион. Она могла проникнуть в легкие со вдохом в составе аэрозоля, выделившегося в воздух при чихании или кашле зараженного человека, или же из верхних дыхательных путей, если вирус осел и размножился сначала там (при этом активно передаваясь другим людям).
Вирусную частицу окружили защитные белки межклеточного пространства легких — муцины (Mucins), интерфероны, иммуноглобулины и др. Их задача — не дать вирусу заразить новую клетку. Задача же вируса — загрузить в клетку свой геном (при этом вирион разрушается) и заставить ее собирать новые вирусные частицы. У SARS-CoV-2 носитель генома — одна длинная молекула РНК (изображенная как голубовато-белая лента). Она покрыта множеством копий белка N (на рисунке синий). Вместе они окружены липидной мембраной (белая), в которую в разных количествах встроены три белка — S, spike-белок (розовый), М (светло-оранжевый) и E (тоже розовый, так уж решил художник). Белка Е в вирионе меньше всего — сможете найти его на картинке? Если нет, вот ее подписанная версия (а если вы хотите раскрасить вирус иначе, на сайте Дэвида Гудселла можно скачать раскраску). Белки S, M, E и N называются «структурными», так как они формируют вирион. Они есть у всех коронавирусов (а у некоторых имеется еще и пятый структурный белок). В РНК вируса закодированы и другие белки, которые нужны будут для сборки вируса в клетке, но в вирион они не попадают — поэтому на рисунке их нет.
Самый заметный из белков коронавируса — S-белок (spike protein). Именно он отвечает за проникновение коронавируса в клетку. И именно благодаря шипам-пепломерам, образующим вокруг вирусной частицы ореол, под микроскопом напоминающий солнечную корону, коронавирусы получили свое название. (Впрочем, сам шип, образованный тремя S-белками, тоже похож на корону, только обычную, а не солечную. Но выяснилось это, конечно, позже.)
Раскрашенная фотография SARS-CoV-2, полученная на просвечивающем электронном микроскопе. Хорошо видна корона из шипов (красная). Фото Национального института аллергии и инфекционных заболеваний (NIAID) с сайта flickr.com
Диаметр вириона — 120–160 нм без учета шипов, длина шипа — 20 нм. SARS-CoV-2 почти на два порядка меньше клеток, которые он заражает.
Клетка (зеленая) в окружении вирионов SARS-CoV-2 (розовые). Многочисленные выросты клетки говорят о том, что она находится на конечной стадии апоптоза — программируемой клеточной смерти — и скоро будет фрагментирована. Заражение клетки вирусом — один из поводов для апоптоза. Раскрашенная фотография, полученная с помощью сканирующего электронного микроскопа, с сайта npr.org
Заражение клетки начинается с того, что вирус, с помощью шипов из S-белка, прикрепляется к «торчащим» из клеточной мембраны молекулам ангиотензинпревращающего фермента 2 (АПФ2, или ACE2 — от англ. Angiotensin-converting enzyme 2). Давно известно, что ACE2 экспрессируется в клетках легких, кровеносных сосудов, сердца, почек, кишечника (возможно, поэтому среди симптомов COVID-19 встречается понос). Но только в этом году выяснилось, что на поверхности клеток эпителия верхних дыхательных путей и глаз ACE2 тоже присутствует, хоть и в меньшем количестве. S-белок SARS-CoV-2 связывается с ACE2 в 10–20 раз прочнее, чем аналогичный белок его родственника и предшественника SARS-CoV, возбудителя атипичной пневмонии. Возможно, именно поэтому новый вирус может активно размножаться в верхних дыхательных путях, что делает его более заразным. Ведь, размножаясь в клетках на границе с внешней средой, вирус легче передается другим людям, чем когда он продуцируется в легких.
Эта пространственная модель шипа (вид сбоку и сверху) собрана на основе 3207 изображений, полученных методом криоэлекторонной микроскопии. Один из трех S-белков в составе шипа изображен цветными лентами. Участок, связывающийся с ACE2 (RBD, рецептор-связывающий домен), показан зеленым. Этот участок спонтанно «прячется» и «выставляется» на поверхности шипа, и у двух оставшихся молекул S-белка он как раз «спрятан» (RBD down). Изображение из статьи D. Wrapp et al., 2020. Cryo-EM structure of the 2019-nCoV spike in the prefusion conformation
Фермент ACE2 — важный компонент так называемой ангиотензин-рениновой гормональной системы. В норме он «ловит» и инактивирует пептидный гормон ангиотензин. В сосудах ACE2 способствует снижению кровяного давления, а в легких он успокаивает воспалительную реакцию, возникающую в ответ на повреждение тканей. Получается, что вирус не только эксплуатирует клетки, но и нарушает механизм защиты тканей. Возможно, это вносит свой вклад в тяжесть поражения легких у больных COVID-19.
SARS-CoV-2, связавшийся с ACE2 (голубой) на поверхности клетки. Трехмерная иллюстрация с сайта news-medical.net
Связывание вируса с ACE2 запускает в клетке процесс эндоцитоза: в месте контакта с вирусом клеточная мембрана вдавливается внутрь клетки, пока вокруг вируса не образуется пузырек. Внутри этого мембранного пузырька — эндосомы — вирус и попадает в клетку. Клетка использует эндоцитоз для поглощения крупных молекул, которые затем расщепляются и используются ею как сырье для синтеза нужных ей веществ. Поэтому в эндосомах есть свои «пищеварительные» ферменты — протеазы, которые разрезают белки, узнавая определенные последовательности аминокислот. На одной из внешних цепей S-белка как раз есть участок, который такие ферменты разрезают. Вирус только этого и ждет: под местом разреза обнажаются «пептиды слияния» (fusion peptides, см. Lipid bilayer fusion) — цепочки аминокислот, способные внедряться в мембрану эндосомы. Укороченный S-белок, одним концом связанный с мембраной вируса, а другим — с мембраной эндосомы, складывается, притягивая мембраны друг к другу. В результате мембрана вируса сливается с мембраной эндосомы, их целостность нарушается, и всё содержимое — включая геном вируса — выбрасывается наружу, в цитоплазму клетки.
С этого момента клетка уже заражена, а «троянский конь», доставивший в нее нитку вирусной РНК, — вирион с его короной из S-белков и тремя другими белками — сыграл свою роль и больше вирусу не нужен. Теперь уже сама клетка начнет делать то, ради чего вирус в нее внедрился, — производить копии его РНК и белков и собирать из них новые вирусные частицы. Но пока в клетке нет необходимого для этого аппарата: она умеет строить РНК на матрице ДНК (транскрипция) и белки на матрице РНК (трансляция), но не умеет «размножать» РНК. Следующий этап жизненного цикла вируса — сборка такого аппарата. Точнее, его самосборка из белков, которые клетка построит по вирусной РНК.
В самом начале этой РНК (на 5′-конце, см. 5′-end) находятся молекулярные структуры, характерные для матричных РНК клетки. Поэтому клеточные системы синтеза белков — рибосомы — принимают РНК вируса за свою и собирают на ее матрице длинную цепь аминокислот, прочитывая при этом примерно две трети вирусного генома. Эта длинная цепь — полипротеин ORF1ab — разрезается на 16 неструктурных (т. е. не образующих вирион) белков. Среди них есть и клеточные ножницы — протеазы; они еще в составе общей цепи правильно сворачиваются и начинают работать. Именно они и нарезают цепь на отдельные белки — получается, что полипротеин режет себя сам.
Подробный рассказ о белках, кодируемых вирусом SARS-CoV-2, см. в популярной статье из газеты New York Times Bad News Wrapped in Protein: Inside the Coronavirus Genome. На схеме из этой статьи видно, как гены неструктурных, структурных и вспомогательных белков расположены на РНК вируса от ее начала (слева) к концу
Благодаря тому, что предшественники SARS-CoV-2, очень похожие на него и также вызвавшие опасные эпидемии, активно изучались, мы уже довольно многое знаем о его неструктурных белках. Некоторые из них обманывают защитные механизмы клетки, другие блокируют сборку ее собственных белков. Но главное, из нескольких неструктурных белков собирается РНК-зависимая РНК-полимераза (РНК-репликаза) — белковый комплекс, способный синтезировать РНК по РНК (а не по ДНК, как это обычно происходит в клетке). Репликация РНК выполняется в два этапа, каждый из которых аналогичен транскрипции нитки ДНК в РНК. Сначала по принципу комплементарности на матрице геномной РНК синтезируется «антигеномная» РНК, которая уже служит матрицей для новых геномных РНК.
Вирусные РНК-полимеразы часто ошибаются и вставляют в РНК не те нуклеотиды — то есть вносят мутации. Это помогает РНК-содержащим вирусам быстро эволюционировать, однако из-за большой частоты мутаций они не могут позволить себе иметь длинный геном и много белков — всё время что-то будет ломаться. Поэтому средняя длина вирусных РНК-геномов — всего 9000 нуклеотидов. Но коронавирусы — исключение: длина их геномов достигает 30 000 нуклеотидов. Это связывают с тем, что у коронавирусов есть уникальный для РНК-вирусов белок, способный отрезать только что прикрепленный нуклеотид от синтезируемой цепи, если он не комплементарен матрице. Это помогает снизить процент ошибок при синтезе новых молекул РНК.
РНК-полимеразный комплекс коронавируса состоит из нескольких неструктурных белков (nsp, от англ. non-structural proteins). Nsp12 (собственно полимераза) — фермент, который осуществляет синтез РНК по матрице РНК. Nsp7 и nsp8 синтезируют для полимеразы «затравку» (primer), с которой начинается синтез новой цепи РНК. Nsp14 при содействии nsp10 контролирует, насколько аккуратно работает полимераза. Nsp9 держит матричную цепь в развернутом состоянии до прихода полимеразы. Схема из статьи E. C. Smith and M. R. Denison, 2013. Coronaviruses as DNA Wannabes: A New Model for the Regulation of RNA Virus Replication Fidelity
Как и все полимеразы, вирусная полимераза реплицирует РНК «задом-наперед»: не от начала (5′-конца), а с конца (от 3′-конца, см. 3′-end). Таким образом, репликация начинается как раз с той трети генома, по которой на первом этапе белки не собирались. В процессе синтеза «антигеномной» цепи РНК-полимераза проходит через специальные регуляторные последовательности нуклеотидов, расположенные между генами белков. От каждой из таких регуляторных последовательностей она с некоторой вероятностью может «перескочить» в самый конец своего пути по матрице, пропуская всё остальное. Если это происходит, образуются укороченные «антигеномные» матрицы, по которым затем собирается так называемая субгеномная мРНК. В ней есть 5′-конец со стандартным началом матричной РНК, затем все гены неструктурных белков (и некоторых структурных) пропущены, и сразу идут гены из конца вирусной РНК. Поскольку регуляторных последовательностей, способных вызвать перескок, в последней трети генома несколько, разных субгеномных РНК получается тоже несколько. Все они заканчиваются одинаково, и (если смотреть от конца) более короткие из них вложены в более длинные, а все вместе — в полную РНК. Вложены — по-английски nested (если переводить буквально, образуют гнездо); именно с этой особенностью связано название отряда, в который входят коронавирусы: нидовирусы (Nidovirales), от лат. nidus «гнездо».
Субгеномные РНК служат матрицей для производства четырех структурных белков (S, E, M и N) и еще нескольких вспомогательных, см. схему выше. Вспомогательные белки не входят в состав вириона. Некоторые из них взаимодействуют с иммунной системой организма или помогают готовым вирионам покинуть клетку, функции других пока не вполне ясны. Известно, что в лаборатории они не нужны вирусу для размножения, а в организме — просто необходимы.
С каждой субгеномной РНК транслируется только один или два белка, после чего трансляция останавливается (следующие белки транслируются уже со своих субгеномных РНК). Это позволяет вирусу четко регулировать количественное соотношение производимых белков: оно определяется вероятностями, с которыми РНК-полимераза перескакивает от их генов к началу генома.
Полные копии вирусной РНК запускают новые круги репликации вируса: с них считываются новые копии неструктурных белков, из которых опять собираются РНК-полимеразы. Они, в свою очередь, порождают новые копии вирусного генома и новые матричные субгеномные РНК, по которым рибосомы клетки синтезируют вирусные белки. Таким образом, в клетке накапливается всё необходимое для сборки новых вирусных частиц. Нам осталось понять, как они формируются и покидают клетку.
Жизненный цикл коронавируса SARS-CoV (у SARS-CoV-2 он такой же). Вирион проникает в клетку путем эндоцитоза; затем S-белок расщепляется, вследствие чего мембраны вируса и эндосомы сливаются и РНК выходит. Первые две трети генома транслируются в полипротеины (1ab или укороченный 1a). Они режутся (протеолиз) на неструктурные белки, из которых собирается вирусная РНК-полимераза (репликаза). С ее помощью формируются (транскрипция) копии РНК вируса и восемь видов субгеномной мРНК — шаблоны для генерации структурных и вспомогательных белков в просвете (ERGIC) между эндоплазматическим ретикулумом (ER) и аппаратом Гольджи. Вирионы собираются в цитоплазме и выходят из клетки путем экзоцитоза. Схема из статьи Компьютерные технологии против коронавируса: первые результаты (неадаптированная схема — в статье L. Du et al., 2009. The spike protein of SARS-CoV — a target for vaccine and therapeutic development)
Белки S, M и E — мембранные. Как и мембранные белки самой клетки, их синтезируют рибосомы, связанные с эндоплазматическим ретикулумом (ЭПР) — органеллой, представляющей собой совокупность мембранных полостей. С помощью специальных молекулярных комплексов белки внедряются в мембрану ЭПР прямо во время своего удлинения. Потом часть мембраны с новыми белками отпочковывается от ЭПР, получившийся транспортный пузырек отправляется к внешней клеточной мембране и впоследствии сливается с ней.
Вирусные белки, встроеные в мембрану пузырька, могут плавать по его поверхности и собираться вместе, так что из них складывается «мозаика». Молекулы белка М, связываясь друг с другом, образуют в стенке пузырька плотную решетку. Попутно, тоже связываясь с М, в решетку включаются копии белков E и S. Последние объединяются по трое и образуют шипы, смотрящие внутрь пузырька. Пока транспортный пузырек движется через клетку, с обращенными в цитоплазму участками белков М связываются многочисленные копии белка N, окружающие геномную РНК вируса. Все эти взаимодействия приводят к тому, что решетка смыкается вокруг вирусной РНК, и готовая вирусная частица — со свеженькой короной вокруг нее — оказывается внутри транспортного пузырька. А когда пузырек сливается с мембраной клетки, вирус оказывается снаружи.
Вирионы SARS-CoV-2 высвобождаются из одной из клеток лабораторной культуры. Электронная микрофотография с сайта modernhealthcare.com
Как видите, мы имеем дело с очень интересным вирусом. Несмотря на это, хочется всем пожелать не знакомиться с ним лично!