ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 05.12.2023
Просмотров: 122
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Holmes, George F Gao, Guizhen Wu¶, Weijun Chen¶, Weifeng Shi¶, Wenjie Tan¶ Genomic characterisation and epidemiology of 2019 novel coronavirus: implications for virus origins and receptor binding //Lancet, 22–28 February 2020, Volume 395, Issue 10224, , Pages 565-574, https://doi.org/10.1016/S0140-6736(20)30251-8)
РНК кодирует четыре основных вирусных структурных белка, а именно гликопротеин (S), оболочечный (E), мембранный (M) и нуклеокапсидный (N) белки. Эти четыре структурных белка необходимы для сборки вириона.
Гликопротеин S коронавирусов является структурным белком пепломеров, формирующим булавовидные отростки на поверхности вириона, с помощью которых вирус прикрепляется к клеточным рецепторам. Белок S является крупнейшим среди четырех структурных белков коронавируса. Это трансмембранный белок типа I с крупным N-концевым эктодоменом, одним трансмембранным доменом и коротким эндодоменом в С-конце. В большинстве коронавирусов белок S расщепляется протеазами-хозяевами на две функциональные субъединицы примерно одинакового размера. N-концевой домен S1 составляет глобулярную головку белка S и содержит рецептор-связывающий домен (RBD), тогда как домен S2 формирует «ствол» белка S, за которым следуют две гептадные повторяющиеся области (
heptad repeat regions -
HR1 и HR2), трансмембранный домен и цитозольный хвост. Расщепление S-гликопротеина клеточными протеазами на два полипептида индуцирует способность вируса к репликации и вызывает слияние клеток.
Белок
S модифицируется образованием дисульфидных связей, гликозилированием N-конца и пальмитоилированием. Образование дисульфидной связи требуется для правильного сворачивания и тримеризации белка. N-связанное гликозилирование способствует антигенной, фузогенной и иммуномодулирующей активности белка.
Пальмитоилирование в консервативных цитозольных остатках цистеина необходимо для транспортировки и сворачивания белка S, способствует сборке вириона и влияет на инфекционность вируса.
Белки М и Е играют важную роль в сборке вируса.
Белок М является наиболее распространенным белком в вирионе коронавируса. Размер колеблется от 220 до 260 аминокислот. Белок содержит три гидрофобных трансмембранных домена с коротким N-концевым эктодоменом и крупным C-концевым эндодоменом. Белок М обеспечивает образование каркаса для сборки вириона, в то время как взаимодействие с другими белками приводит к доставке комплекса и геномной РНК к месту сборки вириона. Единственная известная посттрансляционная модификация белка М – гликбозилирование его эктодомена, которое является исключительно O-связанным, в некоторых бета-коронавирусах, но исключительно N-связанным − в других коронавирусах. О-связанное и N-связанное гликозилирование не требуется для сборки вириона. О-связанное гликозилирование способствует индукции интерферона типа I.
Белок Е играет роль в сборке вируса. Анализ первичной и вторичной структуры показал, что белок Е имеет короткий гидрофильный конец, состоящий из 7–12 аминокислот, за которыми следует гидрофобный трансмембранный домен (TMD) из 25 аминокислот и заканчивается длинным гидрофильным концом, который включает в себя большую часть белка. В последних четырех аминокислотах С-конца белка Е коронавируса SARS обнаружен PBM домен, играющий значимую роль в изменении патогенности вируса (
Schoeman D., Fielding
В.С.
Coronavirus envelope protein: current knowledge //Virology Journal
(2019) 16:69, р.1-22).
Предполагается, что белок E вируса инфекционного бронхита содержит один сайт гликозилирования в N-конце (в консенсусной последовательности Asn-X-Ser / Thr), в то время как белок E SARS может содержать два
потенциальных сайта гликозилирования. Информации по гликозилированию белка E SARS-CoV-2 и его роли очень мало. Пальмитоилирование способствует стабильности и переносу белка E вируса гепатита мыши (MHV) и требуется для эффективной сборки вирионов.
Белок N содержит два домена (N- и С-концевые домены), оба могут связывать вирусную
РНК, С-концевой домен также важен для димеризации белка N. Кроме этого показано, что С- конец является критически важным для взаимодействия белков N и М коронавируса. Белок N может связываться с nsp3 белком, способствуя связи геномной РНК с обратно транскриптазным комплексом (RTC) и упаковке генома в вирионы. N-белок является антагонистом интерферона
(IFN). Белок N модифицируется в основном фосфорилированием, которое обычно происходит в N- и С-концевых доменах и в серин/аргинин богатых районах белка. Показано, что нефосфорилированная форма белка N (57 кДа) выявляется исключительно в цитозоле, а последующая фосфорилированная (60 кДа) форма связана с клеточной мембранной и находится в зрелом вирионе, что может свидетельствовать о важности фосфорилирования для регулирования сборки вириона. Сайты фосфорилирования и соответствующие протеинкиназы были идентифицированы для некоторых коронавирусов. Для альфа-коронавируса TGEV в N-белке были идентифицированы четыре сайта фосфорилирования, а именно S9, S156, S254 и S256. С помощью масс-спектроскопии в IBV были идентифицированы два кластера сайтов фосфорилирования, а именно кислотные остатки S190/S192 и T378/S379. Важно то, что фосфорилированный белок N вируса IBV связывался с вирусной РНК с более высокой аффинностью, чем с невирусной РНК, по сравнению с нефосфорилированным N-белком IBV. Это предполагает, что фосфорилирование белка N может способствовать дифференциальному распознаванию вирусной РНК. Белок N расщепляется каспазой во время апоптоза, вызванного коронавирусом (
To Sing Fung, Ding Xiang Liu. Post- translational modifications of coronavirus proteins: roles and function //Future Virol. (2018) 13(6), 405–430)
У ряда бета-коронавирусов обнаружен белок гемагглютинин-эстераза (Г-Э, НЕ- hemagglutinin-esterase), который образует второй, меньший по размеру шип на оболочке некоторых коронавирусов этого рода (Kienzle et al., 1990; Smits et al., 2005; Yokomori et al., 1991,
1989). Г-Э синтезируется в виде полипептида с молекулярной массой 42 кДа, гликозилированного до 65 кДа, с помощью дисульфидной связи образует гомодимер. Гемагглютинин-эстераза вируса
MHV (Mouse hepatitis virus) имеет 30%-ную гомологию последовательности с субъединицей HA1 гемагглютинина вируса гриппа С (Luytjes et al., 1988), приводя к предположению, что ген Г-Э был получен с помощью негомологичной РНК-рекомбинацией с участием бета-коронавируса, который не кодирует белок Г-Э (Snijder et al., 2003). Белок Г-Э связывает сиаловую кислоту и ацетилэстеразу
(или разрушает рецептор) (Brian et al., 1995; Kienzle et al., 1990), что потенциально может способствовать проникновению и/или высвобождению вируса с поверхности клетки посредством взаимодействия с сиаловой кислотой.
Внутренний белок (I – internal protein) представляет собой гидрофобный асоциированный с мембраной вириона структурный белок с неизвестной функцией молекулярной массой 23 кДа.
Ген I кодируется в пределах 1-й рамки считывания N orf (Fischer et al., 1997).
Для большинства неструктурных белков nsp 1‐16 их конкретные роли в репликации коронавируса описаны. Описаны также посттрансляционные модификации неструктурных белков.
Неструктурные белки nsp3 и nsp4 – это трансмембранные белки, модифицированные гликозилированием N-конца, что может играть критическую роль во время синтеза вирусной РНК и образования везикулы с двойной мембраной. Белок nsp9 человеческого коронавируса 229E образует гомодимер, связанный дисульфидной связью, что может влиять на его аффинность
Белок N содержит два домена (N- и С-концевые домены), оба могут связывать вирусную
РНК, С-концевой домен также важен для димеризации белка N. Кроме этого показано, что С- конец является критически важным для взаимодействия белков N и М коронавируса. Белок N может связываться с nsp3 белком, способствуя связи геномной РНК с обратно транскриптазным комплексом (RTC) и упаковке генома в вирионы. N-белок является антагонистом интерферона
(IFN). Белок N модифицируется в основном фосфорилированием, которое обычно происходит в N- и С-концевых доменах и в серин/аргинин богатых районах белка. Показано, что нефосфорилированная форма белка N (57 кДа) выявляется исключительно в цитозоле, а последующая фосфорилированная (60 кДа) форма связана с клеточной мембранной и находится в зрелом вирионе, что может свидетельствовать о важности фосфорилирования для регулирования сборки вириона. Сайты фосфорилирования и соответствующие протеинкиназы были идентифицированы для некоторых коронавирусов. Для альфа-коронавируса TGEV в N-белке были идентифицированы четыре сайта фосфорилирования, а именно S9, S156, S254 и S256. С помощью масс-спектроскопии в IBV были идентифицированы два кластера сайтов фосфорилирования, а именно кислотные остатки S190/S192 и T378/S379. Важно то, что фосфорилированный белок N вируса IBV связывался с вирусной РНК с более высокой аффинностью, чем с невирусной РНК, по сравнению с нефосфорилированным N-белком IBV. Это предполагает, что фосфорилирование белка N может способствовать дифференциальному распознаванию вирусной РНК. Белок N расщепляется каспазой во время апоптоза, вызванного коронавирусом (
To Sing Fung, Ding Xiang Liu. Post- translational modifications of coronavirus proteins: roles and function //Future Virol. (2018) 13(6), 405–430)
У ряда бета-коронавирусов обнаружен белок гемагглютинин-эстераза (Г-Э, НЕ- hemagglutinin-esterase), который образует второй, меньший по размеру шип на оболочке некоторых коронавирусов этого рода (Kienzle et al., 1990; Smits et al., 2005; Yokomori et al., 1991,
1989). Г-Э синтезируется в виде полипептида с молекулярной массой 42 кДа, гликозилированного до 65 кДа, с помощью дисульфидной связи образует гомодимер. Гемагглютинин-эстераза вируса
MHV (Mouse hepatitis virus) имеет 30%-ную гомологию последовательности с субъединицей HA1 гемагглютинина вируса гриппа С (Luytjes et al., 1988), приводя к предположению, что ген Г-Э был получен с помощью негомологичной РНК-рекомбинацией с участием бета-коронавируса, который не кодирует белок Г-Э (Snijder et al., 2003). Белок Г-Э связывает сиаловую кислоту и ацетилэстеразу
(или разрушает рецептор) (Brian et al., 1995; Kienzle et al., 1990), что потенциально может способствовать проникновению и/или высвобождению вируса с поверхности клетки посредством взаимодействия с сиаловой кислотой.
Внутренний белок (I – internal protein) представляет собой гидрофобный асоциированный с мембраной вириона структурный белок с неизвестной функцией молекулярной массой 23 кДа.
Ген I кодируется в пределах 1-й рамки считывания N orf (Fischer et al., 1997).
Для большинства неструктурных белков nsp 1‐16 их конкретные роли в репликации коронавируса описаны. Описаны также посттрансляционные модификации неструктурных белков.
Неструктурные белки nsp3 и nsp4 – это трансмембранные белки, модифицированные гликозилированием N-конца, что может играть критическую роль во время синтеза вирусной РНК и образования везикулы с двойной мембраной. Белок nsp9 человеческого коронавируса 229E образует гомодимер, связанный дисульфидной связью, что может влиять на его аффинность
связывания с РНК. Белок nsp16 коронавируса SARS взаимодействует с E3 лигазой E3 von Hippel
Lindau. Гемагглютинин-эстераза некоторых бета-коронавирусов, белки 3a и 8ab вируса SARS и 3b вируса TGEV являются вспомогательными белками, модифицированными гликозилированием.
Белок nsp3 подавляет продукцию интерферона типа I и его функцию передачи сигналов. SARS- уникальный домен в белке nsp3 коронавируса SARS усиливает активность E3 лигазы RCHY1 (Ring
Finger And CHY Zinc Finger Domain Containing 1, белок, содержащий домен цинкового пальца) и способствует протеасомной деградации р53, тем самым модулируя активацию врожденного иммунного ответа. Белки N, ORF6 и ORF9b вируса SARS препятствуют убиквитинированию клеточных белков и модулируют врожденный иммунитет хозяина. Белок nsp5 коронавируса свиней (PDCoV - porcine deltacoronavirus) обеспечивает расщепление NEMO и STAT2, подавляя продукцию интерферона типа I и его функцию передачи сигналов
(To Sing Fung, Ding Xiang Liu. Post-translational modifications of coronavirus proteins: roles and function //Future Virol. (2018) 13(6), 405–430.)
Коронавирусы SARS и MERS обладают пятью и восемью дополнительными белками, соответственно, которые могут влиять на передачу сигналов активации интерферонов типа I.
Генетические характеристики вирусов SARS, MERS и SARS-CoV-2
1>
Lindau. Гемагглютинин-эстераза некоторых бета-коронавирусов, белки 3a и 8ab вируса SARS и 3b вируса TGEV являются вспомогательными белками, модифицированными гликозилированием.
Белок nsp3 подавляет продукцию интерферона типа I и его функцию передачи сигналов. SARS- уникальный домен в белке nsp3 коронавируса SARS усиливает активность E3 лигазы RCHY1 (Ring
Finger And CHY Zinc Finger Domain Containing 1, белок, содержащий домен цинкового пальца) и способствует протеасомной деградации р53, тем самым модулируя активацию врожденного иммунного ответа. Белки N, ORF6 и ORF9b вируса SARS препятствуют убиквитинированию клеточных белков и модулируют врожденный иммунитет хозяина. Белок nsp5 коронавируса свиней (PDCoV - porcine deltacoronavirus) обеспечивает расщепление NEMO и STAT2, подавляя продукцию интерферона типа I и его функцию передачи сигналов
(To Sing Fung, Ding Xiang Liu. Post-translational modifications of coronavirus proteins: roles and function //Future Virol. (2018) 13(6), 405–430.)
Коронавирусы SARS и MERS обладают пятью и восемью дополнительными белками, соответственно, которые могут влиять на передачу сигналов активации интерферонов типа I.
Генетические характеристики вирусов SARS, MERS и SARS-CoV-2
1>
SARS
MERS
SARS-CoV-2
Длина генома
29 727 нуклеотидов
30 119 нуклеотидов
29 844 нуклеотида
Открытые рамки считывания (ORF)
11 11
Количество структурных белков
4 4
Длина спайк S (spike) белка
1 255 нуклеотидов
1 353 нуклеотида
1 271 нуклеотид
Субъединица S1
-Рецептор-свя зывающий домен (RBD)
318-510 367-588 333-527
-Рецептор-связывающий мотив
(RBM)
424-494 484-567 438-506
Субъединица S2
-Heptad repeat 1
(HR1) домен
892-1013 984-1104
-
-Heptad repeat
2 (HR2) домен
1145-1190 1246-1295
-
Количество неструктурных (NS) белков
Как минимум 5 16 16
Количество вспомогательных белков
(Accessory proteins)
8 5
-
Порядок расположения генов
5’-replicase ORF1ab, spike (S), envelope (E), membrane (M), nucleocapsid (N)-
3’
Вирионы имеют сферическую форму диаметром 60–140 нм. Поверхность вириона покрыта булавовидными отростками (S-гликопротеин) длиной около 20 нм, придающими им неповторимую форму короны, безошибочно распознаваемой при электронно-микроскопическом
исследовании.
А
Б
Рис. 4. Электронные фотографии вирионов коронавируса SARS (А), SARS-
CoV-2 (Б), получены в ГНЦ ВБ «Вектор», негативное контрастирование
уранилацетатом
Проникновение коронавируса SARS в клетку происходит через ACE2 рецептор, CD209L является альтернативным рецептором с гораздо более низким сродством. В дыхательных путях
ACE2 широко экспрессируется на эпителиальных клетках альвеол, трахеи, бронхов, альвеолярных моноцитах и макрофагах. Проникновение коронавируса MERS в клетку происходит через многофункциональный белок клеточной поверхности дипептидил пептидаза 4 (DPP4, также известная как CD26), которая широко экспрессируется на эпителиальных клетках в почках, альвеолах, тонкой кишке, печени и простате, а также на активированных лейкоцитах.
(
de Wilde AH,
Snijder EJ, Kikkert M, van Hemert MJ. Host Factors in Coronavirus Replication. Curr Top Microbiol Immunol. 2018;419:1‐42. doi:10.1007/82_2017_25)
Наблюдаемый под микроскопом процесс разрушения клеток при размножении вируса
SARS-CoV-2 показан на рис. 5, 6.
А
Б
В
Рис.5. Разрушение монослоя клеток Vero E6, зараженных коронавирусом SARS-CoV-
2 штамм «Виктория» А) 2-сут., Б) 5 сут., В) 6 сут. [фотография получена в ГНЦ
ВБ «Вектор»]
А
Рис.6. Разрушение монослоя клеток Vero E6, зараженных коронавирусом SARS-CoV-
2 штамм «Виктория» А) 0-сут., Б) 4 сут. [фотография получена в ГНЦ ВБ
«Вектор»]
Формирование вирионов коронавируса происходит путем «почкования» на поверхности зараженных клеток. На рис. 7 (А) показана клетка культуры Vero, репродуцирующая коронавирус
MERS.
А
Б
Рис. 7. Репродукция вируса MERS. А – Клетка культуры Vero, зараженная
коронавирусом MERS (стрелками показаны вирионы MERS, фотография
получена в ГНЦ ВБ «Вектор»), Б - схема репродукции вируса [A11]
Коронавирус SARS-CoV-2 проникает в клетку через рецептор ACE2 (ангиотензин- превращающего фермент II), также известный как ACEH, который является членом семейства дипептидил-карбоксидипептидаз, высоко гомологичен ACE1. ACE1 и ACE2 превращают ангиотензин 1 в ангиотензин 1-9 и ангиотензин 2 − в ангиотензин 1–7. ACE2 имеет высокое сродство к рецепторам ангиотензин II типа 1 и типа 2 и играет важную регулирующую роль во многих физиологических функциях, таких как пролиферация клеток и гипертрофия, воспалительная реакция, коррекция кровяного давления и водно-солевого баланса. ACE2 специфически экспрессируется в определенных органах и тканях и играет важную роль в регуляции работы сердечно-сосудистой системы, мочевыводящей и репродуктивной функций (
A.J.
Turner, Chapter 25 - ACE2 cell biology, regulation, and physiological functions, in: T. Unger, U.M. Steckelings, R.A.S. dos Santos (Eds.), The
Protective Arm of the Renin Angiotensin System (RAS), Academic Press, Boston, 2015, pp. 185–189.; E.M. Richards, M.K. Raizada, ACE2 and pACE2: a pair of aces for pulmonary arterial hypertension treatment? Am. J. Respir. Crit. Care Med. 198 (4) (2018) 422–423)
. Анализ продукта гена ACE2 в 27 различных типах тканей и 95 образцах тканей человека показал, что экспрессия ACE2 высока в двенадцатиперстной и тонкой кишке и низка − в легких. Кроме того, выраженная экспрессия ACE2 обнаружена в клетках плацентарной хориокарциномы (BEWO), эпидермальных клетках человека (HaCaT), раковых клетках печени (HepG2), клетках острого промиелоцитарного лейкоза (NB-4), клетках множественной миеломы (RPMI 8226), клетках рака мочевого пузыря (RT4) и клетках глиобластомы (SHSY5Y) (
Yuhao Zhang et al. New understanding of the damage of
SARS-CoV-2 infection outside the respiratory system //Biomedicine & Pharmacotherapy 127 (2020) 110195)
Рис.8. Схема строения коронавируса https://www.economist.com/briefing/2020/03/12/understanding-sars-cov-2-and-the-drugs-that-might- lessen-its-power
Таблица 1. Свойства коронавирусов и белков вириона
Snijder EJ, Decroly E, Ziebuhr J. The Nonstructural Proteins Directing Coronavirus RNA Synthesis and Processing. Advances in Virus Research. 2016
;96:59-126. DOI: 10.1016/bs.aivir.2016.08.00
Fehr AR, Perlman S. Coronaviruses: an overview of their replication and pathogenesis. Methods Mol Biol. 2015;1282:1‐23. doi:10.1007/978-1-4939-
2438-7_1
Вирион
Размер
Форма
Физические свойства
РНК
Поcледователь
ность генов (на
примере SARS)
от 60 до 140 nm
сферическая
При комнатной температуре вирус способен сохранять жизнеспособность на пластиковых поверхностях до 72 ч, в фекалиях – более 2 суток, а при повышении pH последних (например, при диарее) − до 4 суток. Нагревание до 56°С инактивирует вирус в течение 15-30 мин. В высушенном виде при -70°С вирус сохраняет инфекционную активность в течение нескольких лет, эффективно инактивируется дезинфектантами. одноцепочечная, положительной полярности, размер = около 30 000 оснований.
Белок
Размер
Локализация
Предполагаемые
свойства
и
важные
особенности
Амино
кислот
Мол.
масса
(кДа)
В инфици
рованной
клетке
В
вирионе
Спайк
(spike -S)
1160-
1400 180-
200
Цитоплаз ма
Поверх ностный, трансмем бранный
Содержит от 1160 аминокислот для вируса инфекционного бронхита птиц (IBV) и до 1400 аминокислот − для кошачьего коронавируса
(FCoV). Белок сильно гликозилирован, содержит от
21 до 35 сайтов N-гликозилирования. Собирается в тримеры на поверхности вириона, формирует отличительную «корону». Имеет одинаковую организацию в двух доменах: N-концевой домен с именем S1, который отвечает за связывание рецептора, и C-концевой домен S2, который отвечает за слияние.
Субъединица S2 консервативна, субъединица S1 вариабельна.
Нуклео протеин
(nucleoprot ein-N)
500 43-60
Цитоплаз ма
Нуклео капсид
Наиболее широко представлен среди вирусных белков, связывается с + и – РНК, фофорилирован.
Белок Е
(
Е-protein)
76-109 8-12
С-конец расположе н в цитоплазм е, N-конец находится в просвете комплекса
Гольджи,
ЭПР
Поверхно стный, трансмем бранный
Более распространен в инфицированных клетках, чем в вирионах, участвует в регуляции транскрипции и репликации, образует комплекс с
N и L, фосфорилирован.
Мембран ный
(M protein)
220-260 25-30
Внутренний листок плазматическо й мембраны, цитоплазма
(персистентно инфицирован ные клетки)
Трансмем бранный
Сборка вирионов и их инкапсуляция. Возможно, ингибирует транскрипцию.
Неструктур ный белок
1 (nsp-1)
Клеточная деградация мРНК, ингибирование регуляции продукции интерферона
Неструктур ный белок
2 (nsp-2)
Неизвестно
Неструктур ный белок
3 (nsp-3)
Участие в расщеплении полипептидов, блокирование иммунного ответа, коррекция экспрессии цитокинов, взаимодействует с N- белком
Неструктур ный белок
4 (nsp-4)
Трансмембранный каркасный белок, участие в формировании мембранной везикулы
Неструктур ный белок
5 (nsp-5)
Химотрипсин-подобная протеаза, М-протеаза, расщепление полипротеина, ингибирование регуляции продукции интерферона
Неструктур ный белок
6 (nsp-6)
Ограничение формирования аутофагосом, трансмембранный каркасный белок, участие в формировании мембранной везикулы
Неструктур ный белок
7 (nsp-7)
Кофактор для nsp-8 и nsp-12
Неструктур ный белок
8 (nsp-8)
200
Кофактор для nsp-7 и nsp-12, праймаза
Неструктур ный белок
9 (nsp-9)
110
Димер, связывание в основном одноцепочечной
РНК не специфичным для последовательности образом
Неструктур ный белок
10 (nsp-10)
1 39 для
SARS
Консервативный белок, служит многофункциональным кофактором в репликации, каркасный белок для выполнения функций белками nsp-14 и nsp-16
Неструктур ный белок
11 (nsp-11)
Неизвестно
Неструктур ный белок
12 (nsp-12)
Праймер-регулируемая РНК-зависимая РНК- полимераза
Неструктур ный белок
13 (nsp-13)
РНК-хеликаза, 5‘-трифосфатаза
Неструктур ный белок
14 (nsp-14)
Экзорибонуклеаза, N7-метилтрансфераза
Неструктур ный белок
15 (nsp-15)
Эндорибонуклеаза, маскирует от связывания с дсРНК хозяина в макрофагах
Неструктур ный белок
16 (nsp-16)
2’-O-метилтрансфераза, распознавание MDA5
(melanoma differentiation-associated protein 5), подавление регуляции иммунитета
Заболеваемость коронавирусами
Различные коронавирусы демонстрируют различный спектр хозяев и тканевой тропизм.
Обычно альфа- и бета-коронавирусы поражают млекопитающих. Напротив, гамма- и дельта- коронавирусы поражают птиц и рыб, хотя некоторые из них могут также заразить млекопитающих. Некоторые коронавирусы способны инфицировать домашний скот и птицу и могут нанести большой экономический ущерб. Например, в 2016 году коронавирус летучей мыши
HVU2 вызвал крупномасштабную вспышку смертельного заболевания у свиней в Южном Китае, при которой погибли около 24 тысяч поросят. Это первое документированное распространение коронавируса летучих мышей, вызвавшее тяжелое заболевание в животноводстве.
Основные патогенные для человека и животных коронавирусы
(Chen Y, Liu Q, Guo D. Emerging coronaviruses: Genome structure, replication, and pathogenesis. J Med Virol. 2020;92:418–423. https://doi.org/10.1002/jmv.25681).
Вирус
Род
Хозяин
Симптомы болезни
Человеческий коронавирус CoV-229E
Альфа-
Человек
Инфекция среднего респираторного тракта
Человеческий коронавирус CoV-HL63
Альфа-
Человек
Инфекция среднего респираторного тракта
PRCV/ISU-1
Альфа-
Свинья
Инфекция среднего респираторного тракта
TGEV/PUR46-MAD
Альфа-
Свинья
Диарея, 100%-ная летальность для молодняка до 2-недельного возраста
PEDV/ZJU-G1-2013
Альфа-
Свинья
Тяжелая диарея
SeACoV-CH/GD
‐01
Альфа-
Свинья
Тяжелая острая диарея с выраженным токсическим синдромом
Canine CoV/TU336/F/2008
Альфа-
Собаки
Диарея, умеренные клинические признаки
Camel alphacoronavirus isolate camel/Riyadh
Альфа-
Верблюды
Бессимптомное течение
Feline infectious peritonitis virus
Альфа-
Кошки
Лихорадка, васкулит, серозит
Человеческий коронавирус CoV-
HKU1
Бета-
Человек
Пневмония
Человеческий коронавирус CoV-
OC43
Бета-
Человек
Инфекция среднего респираторного тракта
Коронавирус SARS
Бета-
Человек
Тяжелый острый респираторный синдром (ТОРС, SARS) или «атипичная пневмония», летальность – около 10%
Коронавирус MERS
Бета-
Человек
Ближневосточный респираторный синдром (БВРС, MERS), летальность – около 35%
Коронавирус SARS-CoV-2
Бета-
Человек
COVID-19
, летальность – около 4
(1-15) %
Bovine CoV/ENT
Бета-
КРС
Диарея
Equine CoV/Obihiro12-1
Бета-
Лошади
Лихорадка, потеря аппетита, лейкопения
MHV-A59
Бета-
Мыши
Острая пневмония с тяжелым поражением легких
Beluga Whale CoV/SW1
Гамма-
Китообразные Болезнь легких, острая печеночная недостаточность
IBV
Гамма-
Цыплята
Острое респираторное заболевание
Bulbul coronavirus HKU11
Дельта-
Бюлбюли, короткопалые дрозды
Респираторное заболевание (вирус выделен из дыхательных путей мертвых диких птиц)
Sparrow coronavirus HKU17
Дельта-
Воробьи
Респираторное заболевание (вирус выделен из дыхательных путей мертвых диких птиц)
Коронавирусы птиц
Количество видов птиц, в которых были обнаружены коронавирусы в последние годы, огромно. До последнего времени знания о коронавирусах у птиц были ограничены в основном тремя представителями отряда Galliformes, а именно курами (Gallus gallus), индейками (род
Meleagris) и фазанами (Phasianidae), с их вирусом инфекционного бронхита кур (ВИБК, IBV), коронавирусом индейки (TCoV) и коронавирусом фазана (PhCoV), соответственно. Эти три вируса долгое время считались разными видами по нескольким причинам: разные органы мишени
(энтеротропный или респираторный), спектр хозяев и антигенность белков (Cavanagh, 2007). Все изменилось после открытия нескольких новых коронавирусов с высоким генетическим разнообразием у разных видов птиц и принятия новых правил для обозначения видов
(исследовательская группа по коронавирусу
(CSG https://talk.ictvonline.org/ictv-reports/ictv_9th_report/positive-sense- rna-viruses-2011/w/posrna_viruses/222/coronaviridae)
Коронавирус, который был обнаружен у пингвинов, голубей, павлинов, попугаев, водоплавающих птиц – чирок, перепел, утка и лебедь-кликун
(Cavanagh et al., 2002; Circella et al., 2007; Domanska-Blicharz et al., 2014; Torres et a l., 2013; Hughes et al., 2009; Liu et al., 2005; Wille et al., 2016;
Jordan et al., 2015; Bande et al., 2016; Suryaman et al., 2019) был определен как один и тот же вид вируса – птичий коронавирус (ACoV) в пределах подрода Igacovirus рода Gammacoronavirus.
ВИБК и ВИБК-подобные штаммы обнаруживаются во многих видах птиц, в части из которых заболевание течет бессимптомно. Это может означать, что эти виды являются природными резервуарами и способствуют распространению штаммов ВИБК по всему миру (de
Wit et al., 2011). ВИБК вызывает инфекционный бронхит, термин, принятый в 1931 году для описания основных клинических характеристик трансмиссивного респираторного заболевания домашней птицы, выявленного впервые в Северной Дакоте (США). Инфекционный бронхит является одним из самых важных вирусных заболеваний домашней птицы, характеризуется поражением респираторного тракта, иногда почек и репродуктивных органов и зависит от штамма вируса (Cavanagh and Gelb, 2008).
С годами возникло множество антигенных или генотипических вариантов ВИБК, с различающимися молекулярными, биологическими, антигенными свойствами. Коронавирус ИБК обладает значительной способностью изменяться как за счет точечных мутацией, так и при рекомбинации, которая может вызвать вставки в геном (Cavanagh and Gelb, 2008). Особенно часто появление новых вариантов связано с изменениями в гипервариабельной области S1. В настоящее время выделяют 32 линии, разделеные на шесть генотипов (от G I до G VI) (Valastro et al., 2016). Через S-белок вирус ИБК и ВИБК-подобные штаммы распознают как клеточные рецептор-хозяин-гликан сиаловой кислоты, связанный с α2,3, широко распространенный в дыхательных путях и в некоторых других тканях хозяина. Широкое использование вакцин в значительной степени способствовало появлению новых вариантов ВИБК за счет рекомбинации между вакцинами и дикими штаммами вируса, а также под влиянием давления иммунной системы вакцинированных птиц (
Nicola Decaro, Alessio Lorusso. Novel human coronavirus (SARS-CoV-2): A lesson from animal coronaviruses // Veterinary Microbiology 244 (2020) 108693).
Коронавирусы рукокрылых
Летучие мыши являются древней и разнородной группой и представляют почти четверть всего разнообразия млекопитающих на земле. Они принадлежат к порядку рукокрылых
Chiroptera
, который состоит из двух подотрядов Yinpterochiroptera и Yangochiroptera. Считается, что летучие мыши содержат большое количество вирусов разных семейств, среди прочих: лиссавирусы, филовирусы, хенипавирусы, реовирусы (Calisher et al., 2006). Первое свидетельство о нахождении коронавируса у летучих мышей было опубликовано в 2005 году (Poon et al., 2005).
После эпидемии атипичной пневмонии в 2003 году более 200 новых коронавирусов были идентифицированы у летучих мышей. Примерно 35% вирома летучей мыши на сегодняшний день состоит из коронавирусов (Chen et al., 2014), однако в настоящее время лишь небольшая часть этих коронавирусов была официально признана международным таксономическим комитетом.
Наиболее близкородственный для SARS-CoV-2 вирус (96,2% нуклеотидов идентичность последовательности) штамм BatCoVRaTG13 идентифицирован у летучей мыши Rhinolophus affinis из провинции Юньнань, Китай (
Nicola Decaro, Alessio Lorusso. Novel human coronavirus (SARS-CoV-2): A lesson from animal coronaviruses // Veterinary Microbiology 244 (2020) 108693)
Рис. 9. Rhinolophus affinis
(
http://www.bio.bris.ac.uk/research/bats/China%20bats/rhinolophusaffinis.htm
)
Летучие мыши являются переносчиками коронавирусов, однако, как показали исследования
(Ahn, M., Anderson, D.E., Zhang, Q. et al. Dampened NLRP3-mediated inflammation in bats and implications for a special viral reservoir host. Nat Microbiol 4, 789–799 (2019). https://doi.org/10.1038/s41564-019-0371-3)
,
сами практически не реагируют на присутствие вируса. В исследовании сравнивали реакцию первичных иммунных клеток летучих мышей, лабораторных мышей и людей на инфицирование коронавирусом MERS, вирусом гриппа A и вирусом Melaka. В клетках летучих мышей обнаружена пониженная активность образования белка NLRP3, отвечающего за запуск воспалительного процесса при заражении инфекционными агентами. Это приводит к тому, что летучие мыши не реагируют на инфекцию излишним воспалительным ответом, который часто приводит к патологическим поражениям. Четкая демонстрация ослабленных воспалительных реакций первичных иммунных клеток летучей мыши, не связанных с вирусной нагрузкой, согласуется с уникальным бессимптомным статусом вирусного резервуара у летучих мышей и характерна только для этого вида животных. Таким образом, особенности иммунной системы летучих мышей позволяют бессимптомно переносить присутствие в их организме таких опасных для человека вирусов, как коронавирусы SARS, MERS, SARS-CoV-2, вирусы Нипах и Хендра, эболавирусы, марбургвирус и др.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 14
MERS
SARS-CoV-2
Длина генома
29 727 нуклеотидов
30 119 нуклеотидов
29 844 нуклеотида
Открытые рамки считывания (ORF)
11 11
Количество структурных белков
4 4
Длина спайк S (spike) белка
1 255 нуклеотидов
1 353 нуклеотида
1 271 нуклеотид
Субъединица S1
-Рецептор-свя зывающий домен (RBD)
318-510 367-588 333-527
-Рецептор-связывающий мотив
(RBM)
424-494 484-567 438-506
Субъединица S2
-Heptad repeat 1
(HR1) домен
892-1013 984-1104
-
-Heptad repeat
2 (HR2) домен
1145-1190 1246-1295
-
Количество неструктурных (NS) белков
Как минимум 5 16 16
Количество вспомогательных белков
(Accessory proteins)
8 5
-
Порядок расположения генов
5’-replicase ORF1ab, spike (S), envelope (E), membrane (M), nucleocapsid (N)-
3’
Вирионы имеют сферическую форму диаметром 60–140 нм. Поверхность вириона покрыта булавовидными отростками (S-гликопротеин) длиной около 20 нм, придающими им неповторимую форму короны, безошибочно распознаваемой при электронно-микроскопическом
исследовании.
А
Б
Рис. 4. Электронные фотографии вирионов коронавируса SARS (А), SARS-
CoV-2 (Б), получены в ГНЦ ВБ «Вектор», негативное контрастирование
уранилацетатом
Проникновение коронавируса SARS в клетку происходит через ACE2 рецептор, CD209L является альтернативным рецептором с гораздо более низким сродством. В дыхательных путях
ACE2 широко экспрессируется на эпителиальных клетках альвеол, трахеи, бронхов, альвеолярных моноцитах и макрофагах. Проникновение коронавируса MERS в клетку происходит через многофункциональный белок клеточной поверхности дипептидил пептидаза 4 (DPP4, также известная как CD26), которая широко экспрессируется на эпителиальных клетках в почках, альвеолах, тонкой кишке, печени и простате, а также на активированных лейкоцитах.
(
de Wilde AH,
Snijder EJ, Kikkert M, van Hemert MJ. Host Factors in Coronavirus Replication. Curr Top Microbiol Immunol. 2018;419:1‐42. doi:10.1007/82_2017_25)
Наблюдаемый под микроскопом процесс разрушения клеток при размножении вируса
SARS-CoV-2 показан на рис. 5, 6.
А
Б
Рис. 4. Электронные фотографии вирионов коронавируса SARS (А), SARS-
CoV-2 (Б), получены в ГНЦ ВБ «Вектор», негативное контрастирование
уранилацетатом
Проникновение коронавируса SARS в клетку происходит через ACE2 рецептор, CD209L является альтернативным рецептором с гораздо более низким сродством. В дыхательных путях
ACE2 широко экспрессируется на эпителиальных клетках альвеол, трахеи, бронхов, альвеолярных моноцитах и макрофагах. Проникновение коронавируса MERS в клетку происходит через многофункциональный белок клеточной поверхности дипептидил пептидаза 4 (DPP4, также известная как CD26), которая широко экспрессируется на эпителиальных клетках в почках, альвеолах, тонкой кишке, печени и простате, а также на активированных лейкоцитах.
(
de Wilde AH,
Snijder EJ, Kikkert M, van Hemert MJ. Host Factors in Coronavirus Replication. Curr Top Microbiol Immunol. 2018;419:1‐42. doi:10.1007/82_2017_25)
Наблюдаемый под микроскопом процесс разрушения клеток при размножении вируса
SARS-CoV-2 показан на рис. 5, 6.
А
Б
В
Рис.5. Разрушение монослоя клеток Vero E6, зараженных коронавирусом SARS-CoV-
2 штамм «Виктория» А) 2-сут., Б) 5 сут., В) 6 сут. [фотография получена в ГНЦ
ВБ «Вектор»]
А
Рис.6. Разрушение монослоя клеток Vero E6, зараженных коронавирусом SARS-CoV-
2 штамм «Виктория» А) 0-сут., Б) 4 сут. [фотография получена в ГНЦ ВБ
«Вектор»]
Формирование вирионов коронавируса происходит путем «почкования» на поверхности зараженных клеток. На рис. 7 (А) показана клетка культуры Vero, репродуцирующая коронавирус
MERS.
А
Б
Рис. 7. Репродукция вируса MERS. А – Клетка культуры Vero, зараженная
коронавирусом MERS (стрелками показаны вирионы MERS, фотография
получена в ГНЦ ВБ «Вектор»), Б - схема репродукции вируса [A11]
Коронавирус SARS-CoV-2 проникает в клетку через рецептор ACE2 (ангиотензин- превращающего фермент II), также известный как ACEH, который является членом семейства дипептидил-карбоксидипептидаз, высоко гомологичен ACE1. ACE1 и ACE2 превращают ангиотензин 1 в ангиотензин 1-9 и ангиотензин 2 − в ангиотензин 1–7. ACE2 имеет высокое сродство к рецепторам ангиотензин II типа 1 и типа 2 и играет важную регулирующую роль во многих физиологических функциях, таких как пролиферация клеток и гипертрофия, воспалительная реакция, коррекция кровяного давления и водно-солевого баланса. ACE2 специфически экспрессируется в определенных органах и тканях и играет важную роль в регуляции работы сердечно-сосудистой системы, мочевыводящей и репродуктивной функций (
A.J.
Turner, Chapter 25 - ACE2 cell biology, regulation, and physiological functions, in: T. Unger, U.M. Steckelings, R.A.S. dos Santos (Eds.), The
Protective Arm of the Renin Angiotensin System (RAS), Academic Press, Boston, 2015, pp. 185–189.; E.M. Richards, M.K. Raizada, ACE2 and pACE2: a pair of aces for pulmonary arterial hypertension treatment? Am. J. Respir. Crit. Care Med. 198 (4) (2018) 422–423)
. Анализ продукта гена ACE2 в 27 различных типах тканей и 95 образцах тканей человека показал, что экспрессия ACE2 высока в двенадцатиперстной и тонкой кишке и низка − в легких. Кроме того, выраженная экспрессия ACE2 обнаружена в клетках плацентарной хориокарциномы (BEWO), эпидермальных клетках человека (HaCaT), раковых клетках печени (HepG2), клетках острого промиелоцитарного лейкоза (NB-4), клетках множественной миеломы (RPMI 8226), клетках рака мочевого пузыря (RT4) и клетках глиобластомы (SHSY5Y) (
Yuhao Zhang et al. New understanding of the damage of
SARS-CoV-2 infection outside the respiratory system //Biomedicine & Pharmacotherapy 127 (2020) 110195)
Рис.8. Схема строения коронавируса https://www.economist.com/briefing/2020/03/12/understanding-sars-cov-2-and-the-drugs-that-might- lessen-its-power
Таблица 1. Свойства коронавирусов и белков вириона
Snijder EJ, Decroly E, Ziebuhr J. The Nonstructural Proteins Directing Coronavirus RNA Synthesis and Processing. Advances in Virus Research. 2016
;96:59-126. DOI: 10.1016/bs.aivir.2016.08.00
Fehr AR, Perlman S. Coronaviruses: an overview of their replication and pathogenesis. Methods Mol Biol. 2015;1282:1‐23. doi:10.1007/978-1-4939-
2438-7_1
Вирион
Размер
Форма
Физические свойства
РНК
Поcледователь
ность генов (на
примере SARS)
от 60 до 140 nm
сферическая
При комнатной температуре вирус способен сохранять жизнеспособность на пластиковых поверхностях до 72 ч, в фекалиях – более 2 суток, а при повышении pH последних (например, при диарее) − до 4 суток. Нагревание до 56°С инактивирует вирус в течение 15-30 мин. В высушенном виде при -70°С вирус сохраняет инфекционную активность в течение нескольких лет, эффективно инактивируется дезинфектантами. одноцепочечная, положительной полярности, размер = около 30 000 оснований.
Белок
Размер
Локализация
Предполагаемые
свойства
и
важные
особенности
Амино
кислот
Мол.
масса
(кДа)
В инфици
рованной
клетке
В
вирионе
Спайк
(spike -S)
1160-
1400 180-
200
Цитоплаз ма
Поверх ностный, трансмем бранный
Содержит от 1160 аминокислот для вируса инфекционного бронхита птиц (IBV) и до 1400 аминокислот − для кошачьего коронавируса
(FCoV). Белок сильно гликозилирован, содержит от
21 до 35 сайтов N-гликозилирования. Собирается в тримеры на поверхности вириона, формирует отличительную «корону». Имеет одинаковую организацию в двух доменах: N-концевой домен с именем S1, который отвечает за связывание рецептора, и C-концевой домен S2, который отвечает за слияние.
Субъединица S2 консервативна, субъединица S1 вариабельна.
Нуклео протеин
(nucleoprot ein-N)
500 43-60
Цитоплаз ма
Нуклео капсид
Наиболее широко представлен среди вирусных белков, связывается с + и – РНК, фофорилирован.
Белок Е
(
Е-protein)
76-109 8-12
С-конец расположе н в цитоплазм е, N-конец находится в просвете комплекса
Гольджи,
ЭПР
Поверхно стный, трансмем бранный
Более распространен в инфицированных клетках, чем в вирионах, участвует в регуляции транскрипции и репликации, образует комплекс с
N и L, фосфорилирован.
Мембран ный
(M protein)
220-260 25-30
Внутренний листок плазматическо й мембраны, цитоплазма
(персистентно инфицирован ные клетки)
Трансмем бранный
Сборка вирионов и их инкапсуляция. Возможно, ингибирует транскрипцию.
Неструктур ный белок
1 (nsp-1)
Клеточная деградация мРНК, ингибирование регуляции продукции интерферона
Неструктур ный белок
2 (nsp-2)
Неизвестно
Неструктур ный белок
3 (nsp-3)
Участие в расщеплении полипептидов, блокирование иммунного ответа, коррекция экспрессии цитокинов, взаимодействует с N- белком
Неструктур ный белок
4 (nsp-4)
Трансмембранный каркасный белок, участие в формировании мембранной везикулы
Неструктур ный белок
5 (nsp-5)
Химотрипсин-подобная протеаза, М-протеаза, расщепление полипротеина, ингибирование регуляции продукции интерферона
Неструктур ный белок
6 (nsp-6)
Ограничение формирования аутофагосом, трансмембранный каркасный белок, участие в формировании мембранной везикулы
Неструктур ный белок
7 (nsp-7)
Кофактор для nsp-8 и nsp-12
Неструктур ный белок
8 (nsp-8)
200
Кофактор для nsp-7 и nsp-12, праймаза
Неструктур ный белок
9 (nsp-9)
110
Димер, связывание в основном одноцепочечной
РНК не специфичным для последовательности образом
Неструктур ный белок
10 (nsp-10)
1 39 для
SARS
Консервативный белок, служит многофункциональным кофактором в репликации, каркасный белок для выполнения функций белками nsp-14 и nsp-16
Неструктур ный белок
11 (nsp-11)
Неизвестно
Неструктур ный белок
12 (nsp-12)
Праймер-регулируемая РНК-зависимая РНК- полимераза
Неструктур ный белок
13 (nsp-13)
РНК-хеликаза, 5‘-трифосфатаза
Неструктур ный белок
14 (nsp-14)
Экзорибонуклеаза, N7-метилтрансфераза
Неструктур ный белок
15 (nsp-15)
Эндорибонуклеаза, маскирует от связывания с дсРНК хозяина в макрофагах
Неструктур ный белок
16 (nsp-16)
2’-O-метилтрансфераза, распознавание MDA5
(melanoma differentiation-associated protein 5), подавление регуляции иммунитета
Заболеваемость коронавирусами
Различные коронавирусы демонстрируют различный спектр хозяев и тканевой тропизм.
Обычно альфа- и бета-коронавирусы поражают млекопитающих. Напротив, гамма- и дельта- коронавирусы поражают птиц и рыб, хотя некоторые из них могут также заразить млекопитающих. Некоторые коронавирусы способны инфицировать домашний скот и птицу и могут нанести большой экономический ущерб. Например, в 2016 году коронавирус летучей мыши
HVU2 вызвал крупномасштабную вспышку смертельного заболевания у свиней в Южном Китае, при которой погибли около 24 тысяч поросят. Это первое документированное распространение коронавируса летучих мышей, вызвавшее тяжелое заболевание в животноводстве.
Основные патогенные для человека и животных коронавирусы
(Chen Y, Liu Q, Guo D. Emerging coronaviruses: Genome structure, replication, and pathogenesis. J Med Virol. 2020;92:418–423. https://doi.org/10.1002/jmv.25681).
Вирус
Род
Хозяин
Симптомы болезни
Человеческий коронавирус CoV-229E
Альфа-
Человек
Инфекция среднего респираторного тракта
Человеческий коронавирус CoV-HL63
Альфа-
Человек
Инфекция среднего респираторного тракта
PRCV/ISU-1
Альфа-
Свинья
Инфекция среднего респираторного тракта
TGEV/PUR46-MAD
Альфа-
Свинья
Диарея, 100%-ная летальность для молодняка до 2-недельного возраста
PEDV/ZJU-G1-2013
Альфа-
Свинья
Тяжелая диарея
SeACoV-CH/GD
‐01
Альфа-
Свинья
Тяжелая острая диарея с выраженным токсическим синдромом
Canine CoV/TU336/F/2008
Альфа-
Собаки
Диарея, умеренные клинические признаки
Camel alphacoronavirus isolate camel/Riyadh
Альфа-
Верблюды
Бессимптомное течение
Feline infectious peritonitis virus
Альфа-
Кошки
Лихорадка, васкулит, серозит
Человеческий коронавирус CoV-
HKU1
Бета-
Человек
Пневмония
Человеческий коронавирус CoV-
OC43
Бета-
Человек
Инфекция среднего респираторного тракта
Коронавирус SARS
Бета-
Человек
Тяжелый острый респираторный синдром (ТОРС, SARS) или «атипичная пневмония», летальность – около 10%
Коронавирус MERS
Бета-
Человек
Ближневосточный респираторный синдром (БВРС, MERS), летальность – около 35%
Коронавирус SARS-CoV-2
Бета-
Человек
COVID-19
, летальность – около 4
(1-15) %
Bovine CoV/ENT
Бета-
КРС
Диарея
Equine CoV/Obihiro12-1
Бета-
Лошади
Лихорадка, потеря аппетита, лейкопения
MHV-A59
Бета-
Мыши
Острая пневмония с тяжелым поражением легких
Beluga Whale CoV/SW1
Гамма-
Китообразные Болезнь легких, острая печеночная недостаточность
IBV
Гамма-
Цыплята
Острое респираторное заболевание
Bulbul coronavirus HKU11
Дельта-
Бюлбюли, короткопалые дрозды
Респираторное заболевание (вирус выделен из дыхательных путей мертвых диких птиц)
Sparrow coronavirus HKU17
Дельта-
Воробьи
Респираторное заболевание (вирус выделен из дыхательных путей мертвых диких птиц)
Коронавирусы птиц
Количество видов птиц, в которых были обнаружены коронавирусы в последние годы, огромно. До последнего времени знания о коронавирусах у птиц были ограничены в основном тремя представителями отряда Galliformes, а именно курами (Gallus gallus), индейками (род
Meleagris) и фазанами (Phasianidae), с их вирусом инфекционного бронхита кур (ВИБК, IBV), коронавирусом индейки (TCoV) и коронавирусом фазана (PhCoV), соответственно. Эти три вируса долгое время считались разными видами по нескольким причинам: разные органы мишени
(энтеротропный или респираторный), спектр хозяев и антигенность белков (Cavanagh, 2007). Все изменилось после открытия нескольких новых коронавирусов с высоким генетическим разнообразием у разных видов птиц и принятия новых правил для обозначения видов
(исследовательская группа по коронавирусу
(CSG https://talk.ictvonline.org/ictv-reports/ictv_9th_report/positive-sense- rna-viruses-2011/w/posrna_viruses/222/coronaviridae)
Коронавирус, который был обнаружен у пингвинов, голубей, павлинов, попугаев, водоплавающих птиц – чирок, перепел, утка и лебедь-кликун
(Cavanagh et al., 2002; Circella et al., 2007; Domanska-Blicharz et al., 2014; Torres et a l., 2013; Hughes et al., 2009; Liu et al., 2005; Wille et al., 2016;
Jordan et al., 2015; Bande et al., 2016; Suryaman et al., 2019) был определен как один и тот же вид вируса – птичий коронавирус (ACoV) в пределах подрода Igacovirus рода Gammacoronavirus.
ВИБК и ВИБК-подобные штаммы обнаруживаются во многих видах птиц, в части из которых заболевание течет бессимптомно. Это может означать, что эти виды являются природными резервуарами и способствуют распространению штаммов ВИБК по всему миру (de
Wit et al., 2011). ВИБК вызывает инфекционный бронхит, термин, принятый в 1931 году для описания основных клинических характеристик трансмиссивного респираторного заболевания домашней птицы, выявленного впервые в Северной Дакоте (США). Инфекционный бронхит является одним из самых важных вирусных заболеваний домашней птицы, характеризуется поражением респираторного тракта, иногда почек и репродуктивных органов и зависит от штамма вируса (Cavanagh and Gelb, 2008).
С годами возникло множество антигенных или генотипических вариантов ВИБК, с различающимися молекулярными, биологическими, антигенными свойствами. Коронавирус ИБК обладает значительной способностью изменяться как за счет точечных мутацией, так и при рекомбинации, которая может вызвать вставки в геном (Cavanagh and Gelb, 2008). Особенно часто появление новых вариантов связано с изменениями в гипервариабельной области S1. В настоящее время выделяют 32 линии, разделеные на шесть генотипов (от G I до G VI) (Valastro et al., 2016). Через S-белок вирус ИБК и ВИБК-подобные штаммы распознают как клеточные рецептор-хозяин-гликан сиаловой кислоты, связанный с α2,3, широко распространенный в дыхательных путях и в некоторых других тканях хозяина. Широкое использование вакцин в значительной степени способствовало появлению новых вариантов ВИБК за счет рекомбинации между вакцинами и дикими штаммами вируса, а также под влиянием давления иммунной системы вакцинированных птиц (
Nicola Decaro, Alessio Lorusso. Novel human coronavirus (SARS-CoV-2): A lesson from animal coronaviruses // Veterinary Microbiology 244 (2020) 108693).
Коронавирусы рукокрылых
Летучие мыши являются древней и разнородной группой и представляют почти четверть всего разнообразия млекопитающих на земле. Они принадлежат к порядку рукокрылых
Chiroptera
, который состоит из двух подотрядов Yinpterochiroptera и Yangochiroptera. Считается, что летучие мыши содержат большое количество вирусов разных семейств, среди прочих: лиссавирусы, филовирусы, хенипавирусы, реовирусы (Calisher et al., 2006). Первое свидетельство о нахождении коронавируса у летучих мышей было опубликовано в 2005 году (Poon et al., 2005).
После эпидемии атипичной пневмонии в 2003 году более 200 новых коронавирусов были идентифицированы у летучих мышей. Примерно 35% вирома летучей мыши на сегодняшний день состоит из коронавирусов (Chen et al., 2014), однако в настоящее время лишь небольшая часть этих коронавирусов была официально признана международным таксономическим комитетом.
Наиболее близкородственный для SARS-CoV-2 вирус (96,2% нуклеотидов идентичность последовательности) штамм BatCoVRaTG13 идентифицирован у летучей мыши Rhinolophus affinis из провинции Юньнань, Китай (
Nicola Decaro, Alessio Lorusso. Novel human coronavirus (SARS-CoV-2): A lesson from animal coronaviruses // Veterinary Microbiology 244 (2020) 108693)
Рис. 9. Rhinolophus affinis
(
http://www.bio.bris.ac.uk/research/bats/China%20bats/rhinolophusaffinis.htm
)
Летучие мыши являются переносчиками коронавирусов, однако, как показали исследования
(Ahn, M., Anderson, D.E., Zhang, Q. et al. Dampened NLRP3-mediated inflammation in bats and implications for a special viral reservoir host. Nat Microbiol 4, 789–799 (2019). https://doi.org/10.1038/s41564-019-0371-3)
,
сами практически не реагируют на присутствие вируса. В исследовании сравнивали реакцию первичных иммунных клеток летучих мышей, лабораторных мышей и людей на инфицирование коронавирусом MERS, вирусом гриппа A и вирусом Melaka. В клетках летучих мышей обнаружена пониженная активность образования белка NLRP3, отвечающего за запуск воспалительного процесса при заражении инфекционными агентами. Это приводит к тому, что летучие мыши не реагируют на инфекцию излишним воспалительным ответом, который часто приводит к патологическим поражениям. Четкая демонстрация ослабленных воспалительных реакций первичных иммунных клеток летучей мыши, не связанных с вирусной нагрузкой, согласуется с уникальным бессимптомным статусом вирусного резервуара у летучих мышей и характерна только для этого вида животных. Таким образом, особенности иммунной системы летучих мышей позволяют бессимптомно переносить присутствие в их организме таких опасных для человека вирусов, как коронавирусы SARS, MERS, SARS-CoV-2, вирусы Нипах и Хендра, эболавирусы, марбургвирус и др.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 14
Коронавирусы грызунов
Аналогично летучим мышам, но в меньшей степени, грызуны также играют важную роль в эволюции коронавирусов, в частности те, которые принадлежат к подроду Embecovirus рода
Betacoronavirus. Грызуны (Rodentia) – самый крупный отряд млекопитающих, состоящий из более чем 2000 видов, распространенных по всему миру, они являются одним из основных источников зоонозных инфекционных заболеваний (Han et al., 2015). На протяжении многих лет только один вид коронавирусов – коронавирус мышей (Murine coronavirus
, подрод Embecovirus, род
Betacoronavirus), был связан с грызунами. Прототипный вирус, который был назван вирусом гепатита мыши (MHV), был впервые выделен из мыши в 1949 году. (Cheever et al., 1949). Вариант
MHV был в 1970 году идентифицирован у крыс (Parker et al., 1970). Процесс выявления новых коронавирусов у грызунов продолжается: анализ 1465 грызунов, отловленных в провинции
Чжэцзян, Китай, в течение 2011–2013 годов, показал, что почти 2% грызунов дали положительный результат на содержание коронавирусов (Wang et al., 2015). В частности, коронавирусы были обнаружены у мыши (Apodemus agrarius) и у крыс (Rattus norvegicus, Rattus losea, Rattus tanezumi,
Niviventer confucianus).
Репликация коронавируса SARS была изучена на мышах, сирийских золотистых и китайских хомячках. Наиболее тяжелые симптомы ОРВИ наблюдались у взрослых животных. Коронавирус
SARS-CoV-2 реплицировался в сирийских золотистых хомячках, хорьках. Исследования показали, что мыши, морские свинки и хомяки не подвержены экспериментальному заражению коронавирусом MERS, главным образом потому, что их гомологичные молекулы DPP4 не функционируют в качестве рецепторов для проникновения этого вируса (Cockrell et al., 2014).
Первая модель мышиной инфекции MERS, о которой было сообщено в 2014 году, включала интраназальное ко-инфицирование животных рекомбинантным аденовирусом 5, кодирующим человеческие молекулы DPP4 (hDPP4), и это привело к репликации MERS в легких. Эта модель мыши также показала клинические симптомы интерстициальной пневмонии, включая инфильтрацию воспалительных клеток и отек.
Коронавирусы свиней
В настоящее время шесть видов коронавирусов циркулируют у свиней, включая:
- 4 альфа-коронавируса: трансмиссивный вирус гастроэнтерита свиней (transmissible gastroenteritis virus of swine, TGEV), его дериват – респираторный коронавирус свиней (porcine respiratory coronavirus, PR-CoV), вирус эпидемической диареи свиньи (porcine epidemic diarrhoea virus, PEDV) и вирус острой диареи свиней (Swine acute diarrhea syndrome coronavirus, SADS-CoV);
- 1 бета-коронавирус – вирус гемагглютинирующего энцефаломиелита свиней (porcine haemagglutinating encephalomyelitis virus, PHEV);
- 1 дельта-коронавирус – дельтакоронавирус свиней (porcine deltacoronavirus, PD-CoV).
Коронавирусы TGEV, PEDV, SADS-CoV and PD-CoV ответственны за острый гастроэнтерит у свиней с высоким уровнем летальности для поросят, рожденных от серонегативных свиноматок,
PR-CoV вызывает респираторное заболевание средней степени тяжести, PHEV является возбудителем неврологического и/или кишечного заболевания у свиней.
TGEV был впервые описан в Великобритании в 1950-х годах, и представляет собой самый известный коронавирус свиней. PEDV, скорее всего, попал в популяцию свиней в 1970-х годах от летучих мышей. Вирус был впервые описан в Европе и в основном поддерживался как эндемичный патоген в европейских и азиатских популяциях свиней, в Северную Америку был завезен в 2013 году. PEDV и BtCoV/512/2005, вероятно, имеют общего эволюционного предшественника (Banerjee et al., 2019).
Было проведено несколько исследований для оценки циркуляции коронавирусов у домашних и диких кабанов (Sus scrofa). Антитела против TGEV/PR-CoV были обнаружены у