Πώς Προκαλούν Νόσηση οι Κοροναϊοί; Από το Κοινό Κρυολόγημα μέχρι τη Σοβαρή Πνευμονία

Ο ιός 2019-nCoV που ευθύνεται για την επιδημία των τελευταίων ημερών ανήκει στην οικογένεια των κοροναϊών, την οποία γνωρίζουμε εδώ και αρκετές δεκαετίες. Οι περισσότεροι άνθρωποι έχουν αντιμετωπίσει στο παρελθόν ηπιότερα στελέχη των κοροναϊών, τα οποία ενοχοποιούνται για το 1/5 περίπου των συνολικών περιστατικών κοινού κρυολογήματος. Άλλα στελέχη προκαλούν λοίμωξη σε συγκεκριμένους πληθυσμούς ζώων. Μέχρι πρότινος, όλα τα στελέχη που μπορεί να επηρεάσουν τον άνθρωπο προκαλούσαν ήπιες λοιμώξεις, επομένως η έρευνα για τους κοροναϊούς δεν είχε συγκεντρώσει μεγάλο ενδιαφέρον.

Αυτό άλλαξε το 2003, όταν διαπιστώθηκε ότι το παθογόνο που ευθύνεται για την επιδημία του SARS στην Κίνα ήταν ένας κοροναϊός. «Κανείς δεν περίμενε αυτή την εξέλιξη», είπε η μικροβιολόγος Susan Weiss από το Πανεπιστήμιο της Πεννσυλβάνια. «Η επιστημονική κοινότητα άρχισε να ενδιαφέρεται αρκετά για τους κοροναϊούς». Η επιδημία αυτή είχε ξεκινήσει από τη μεταπήδηση του ιού από τις γάτες στον άνθρωπο. Η ικανότητα των κοροναϊών να μεταπηδούν από τα ζώα στον άνθρωπο διαπιστώθηκε ακόμα μία φορά με την επιδημία του MERS, η οποία ξεκίνησε από τις καμήλες. Η επιδημία αυτή προκάλεσε το θάνατο σε 858 ασθενείς, δηλαδή στο 34% περίπου αυτών που είχαν μολυνθεί.

Τελευταία δεδομένα δείχνουν ότι ο SARS, ο MERS, αλλά και ο νέος κοροναϊός ξεκίνησαν τελικά από τις νυχτερίδες. Η πιο πρόσφατη ανάλυση του γονιδιώματος του 2019-nCoV διαπίστωσε ότι το RNA του ιού ταυτίζεται κατά 96% με έναν κοροναϊό που ανιχνεύθηκε στις νυχτερίδες της Κίνας. «Οι ιοί αυτοί κυκλοφορούν στις νυχτερίδες εδώ και αρκετά χρόνια», χωρίς ωστόσο να προκαλούν νόσηση στα ζώα αυτά, είπε ο μικροβιολόγος Stanley Perlman από το Πανεπιστήμιο της Άιοβα. Ωστόσο, η αγορά του Wuhan από την οποία ξεκίνησε η επιδημία δεν είχε νυχτερίδες, γεγονός που δείχνει ότι προφανώς παρενεβλήθη ένα άλλο είδος ζώου για τη μεταφορά του ιού στον άνθρωπο. Αυτό φαίνεται ότι είναι αρκετά σύνηθες με τις επιδημίες των κοροναϊών. Το ενδιάμεσο ζώο φαίνεται ότι διευκολύνει τις μεταλλάξεις του ιού.

Τι είναι όμως οι κοροναϊοί; Τι καθορίζει αν, πότε και πώς θα μεταπηδήσουν τον άνθρωπο, αλλά και πόσο λοιμώδεις θα είναι; Ποιοι παράγοντες επηρεάζουν αν η νόσηση που προκαλεί ο ιός είναι ένα απλό κρυολόγημα ή μία απειλητική για τη ζωή νόσος; Από το 2003, οι επιστήμονες μελετούν τη μοριακή βιολογία των ιών σε μία προσπάθεια να δώσουν απαντήσεις στα παραπάνω ερωτήματα.

Ανατομία των Κοροναϊών

Οι κοροναϊοί περιέχουν μία έλικα RNA (και όχι DNA) η οποία καλύπτεται με ένα πρωτεϊνικό περίβλημα. Οι ιοί γενικά έχουν στο σύνολό τους παρόμοια λειτουργία: εισέρχονται σε ένα κύτταρο και χρησιμοποιούν τους μηχανισμούς του για να πολλαπλασιαστούν, μολύνοντας στη συνέχεια και άλλα κύτταρα. Ωστόσο, η αντιγραφή του RNA δεν έχει αρκετούς από τους μηχανισμούς επιδιόρθωσης που χρησιμοποιούνται κατά την αντιγραφή του DNA από τα κύτταρα, με αποτέλεσμα να γίνονται αρκετά λάθη. Οι κοροναϊοί έχουν το μεγαλύτερο γονιδίωμα από όλους τους RNA ιούς, το οποίο αποτελείται από 30.000 βάσεις. Όσο μεγαλύτερο είναι το μέγεθος ενός γονιδιώματος, τόσο υψηλότερος είναι ο κίνδυνος να γίνουν λάθη κατά την αντιγραφή του. Ως αποτέλεσμα, οι ιοί αυτοί μεταλλάσσονται πολύ γρήγορα. Ορισμένες από τις μεταλλάξεις αυτές προσδίδουν στους ιούς νέες ιδιότητες, όπως για παράδειγμα την ικανότητα να μολύνουν νέα είδη κυττάρων ή ακόμα και άλλους οργανισμούς.

Ο κοροναϊός αποτελείται από 4 δομικές πρωτεΐνες: το νουκλεοκαψίδιο, το έλυτρο, τη μεμβράνη και τις προεκβολές (spike). Το νουκλεοκαψίδιο σχηματίζει το γενετικό πυρήνα, ο οποίος περικλείεται μέσα σε μία σφαίρα που δημιουργείται από το έλυτρο και τις πρωτεΐνες της μεμβράνης. Η πρωτεΐνη spike σχηματίζει προεκβολές που προεξέχουν από τη σφαίρα και ομοιάζουν με μία κορόνα, εξ’ ου και το όνομα του ιού. Οι προεκβολές αυτές προσδένονται στους υποδοχείς των κυττάρων, καθορίζοντας έτσι τον κυτταρικό τύπο και κατά συνέπεια τα είδη που μπορεί να μολύνει ο ιός.

Η κύρια διαφορά ανάμεσα στους κοροναϊούς που προκαλούν κοινό κρυολόγημα και αυτούς που προκαλούν σοβαρή νόσηση είναι ότι οι πρώτοι επηρεάζουν κυρίως το ανώτερο αναπνευστικό σύστημα (τη ρίνα και το λαιμό), ενώ οι τελευταίοι στοχεύουν κυρίως το κατώτερο αναπνευστικό (τους πνεύμονες) προκαλώντας πνευμονία. Ο ιός SARS προσδένεται σε έναν υποδοχέα που λέγεται ACE2, ενώ ο MERS στον DPP4, οι οποίοι βρίσκονται στα κύτταρα του πνεύμονα, αλλά και σε κύτταρα άλλων οργάνων. Οι διαφορές στην κατανομή των υποδοχέων αυτών στους ιστούς και τα διάφορα όργανα αποτελούν πιθανώς τον παράγοντα που καθορίζει τις διαφορές ανάμεσα στις δύο νόσους. Ο ιός MERS δεν είναι ιδιαίτερα λοιμώδης, γεγονός που αποδίδεται στην εντόπιση των υποδοχέων DPP4 σύμφωνα με τους επιστήμονες. «Οι υποδοχείς DPP4 βρίσκονται συνήθως στους χαμηλότερους βρόγχους, επομένως προκειμένου να παρατηρηθεί μόλυνση ο ασθενής πρέπει να λάβει ένα μεγάλο αριθμό σωματιδίων του ιού, καθώς ο οργανισμός μπορεί να απομακρύνει τα περισσότερα παθογόνα», είπε η ιολόγος Christine Tait-Burkard από το Πανεπιστήμιο του Εδιμβούργου. «Πρέπει να γίνει παρατεταμένη έκθεση για να φτάσει ο ιός στους πνεύμονες. Αυτός είναι και ο λόγος που οι περισσότεροι ασθενείς από τον MERS δούλευαν σε περιβάλλον με καμήλες».

Αντιθέτως, τα παθογόνα μπορούν να εισέλθουν στους ανώτερους αεραγωγούς ευκολότερα, επομένως οι ιοί που πολλαπλασιάζονται σε αυτούς, είναι περισσότερο λοιμώδεις. «Η ικανότητα πολλαπλασιασμού σε διαφορετικές θερμοκρασίες παίζει επίσης μεγάλο ρόλο, καθώς το ανώτερο αναπνευστικό σύστημα έχει συνήθως χαμηλότερες θερμοκρασίες», είπε η Tait-Burkard. «Αν ο ιός είναι πιο σταθερός στις θερμοκρασίες αυτές, δεν χρειάζεται να μετακινηθεί στο κατώτερο αναπνευστικό σύστημα». Οι κατώτεροι αεραγωγοί αποτελούν επίσης πιο εχθρικό περιβάλλον για τους ιούς, τόσο βιοχημικά όσο και ανοσολογικά. Μία ανάλυση του 2019-nCoV έδειξε ότι ο ιός αυτός χρησιμοποιεί τους υποδοχείς ACE2, όπως και ο SARS για να εισέλθει στα κύτταρα. Η παρατήρηση αυτή επιβεβαιώνεται από το γεγονός ότι ο 2019-nCoV είναι λιγότερο θανατηφόρος από τον MERS, κάτι που ωστόσο μπορεί να αλλάξει αν ο ιός επεκταθεί περισσότερο.

Ένας παράγοντας που καθιστά την ανάλυση του ιού ακόμα πιο σύνθετη είναι το γεγονός ότι οι ιοί που χρησιμοποιούν τους ίδιους υποδοχείς μπορεί να προκαλέσουν διαφορετικά συμπτώματα. Για παράδειγμα, ο κοροναϊός NL63 προσδένεται στον ίδιο υποδοχέα με τον SARS, ωστόσο προκαλεί λοιμώξεις στο ανώτερο αναπνευστικό, ενώ ο SARS επηρεάζει συνήθως το κατώτερο. «Δεν γνωρίζουμε γιατί συμβαίνει αυτό», είπε ο Perlman. Μία άλλη παρατήρηση με ιδιαίτερο ενδιαφέρον είναι ότι ο υποδοχέας ACE2 βρίσκεται σε μεγάλη συχνότητα στα κύτταρα της καρδιάς, ωστόσο ο SARS δεν επηρεάζει καθόλου το όργανο αυτό. «Αυτό αποτελεί ένδειξη ότι εμπλέκονται και άλλοι υποδοχείς», είπε ο μοριακός βιολόγος Burtram Fielding από το Πανεπιστήμιο του Western Cape στη Νότια Αφρική. Η πρόσδεση του ιού στον υποδοχέα αποτελεί το πρώτο βήμα για τη μόλυνση ενός κυττάρου. Μόλις ο ιός προσδεθεί στο κύτταρο-ξενιστή, το σύμπλεγμα αυτό αρχίζει να μεταλλάσσεται με αποτέλεσμα να προσδεθούν στους υποδοχείς και άλλες πρωτεΐνες του ιού. «Για τη μόλυνση ενός κυττάρου δεν αρκεί ένας υποδοχέας», είπε ο Fielding. «Σίγουρα παίζουν ρόλο και άλλοι».

Η Μάχη με το Ανοσοποιητικό Σύστημα

Ένα άλλο σημαντικό χαρακτηριστικό των κοροναϊών είναι οι βοηθητικές πρωτεΐνες τους, οι οποίες βοηθούν τους ιούς να αποφύγουν την απόκριση από το έμφυτο ανοσοποιητικό σύστημα του ξενιστή. Η απόκριση αυτή εκκινείται όταν ένα ανοσιακό κύτταρα του οργανισμού ανιχνεύει ένα παθογόνο. Ακολούθως ξεκινά η απελευθέρωση ιντεφερονών, οι οποίες παρεμβαίνουν στην ικανότητα πολλαπλασιασμού των ιών. Οι ιντερφερόνες ενεργοποιούν μία σειρά από αντιιικούς μηχανισμούς, από τη διακοπή της σύνθεσης πρωτεϊνών στα κύτταρα που έχουν μολυνθεί με τους ιούς, μέχρι τον κυτταρικό θάνατο. Δυστυχώς, οι περισσότεροι από τους παραπάνω μηχανισμούς είναι επιβλαβείς και για τον ξενιστή. «Αρκετά από τα συμπτώματα που διαπιστώνουμε προκαλούνται από την ανοσιακή απόκριση (φλεγμονή) που εκκινείται μετά την ανίχνευση των ιών από τον οργανισμό», είπε ο Weiss. «Αυτό καθορίζει πόσο σοβαρή νόσηση μπορεί να προκαλέσει ένας ιός. Αν προκαλεί δηλαδή, καταστροφική ανοσιακή απόκριση ή προστατευτική». Αυτός είναι και ο λόγος που έχουν σημασία οι συνοδές παθήσεις σε έναν ασθενή. Οι περισσότεροι ασθενείς που κατέληξαν από τον ιό 2019-nCoV «είχαν συννοσηρότητες, όπως για παράδειγμα αυτοάνοσες παθήσεις ή δευτερογενείς λοιμώξεις, οι οποίες ενισχύονται σημαντικά όταν το έμφυτο ανοσοποιητικό σύστημα επικεντρώνεται στην αντιμετώπιση του ιού», είπε η Tait-Burkard. «Για το λόγο αυτό πρέπει να χορηγούμε αντιβιοτικά στους ασθενείς με συννοσηρότερες με σκοπό να αποτρέψουμε την επιδείνωση των βακτηριακών λοιμώξεων».

Φυσικά, ο σκοπός της ανοσιακής απόκρισης είναι να καταστρέψει τα παθογόνα, επομένως οι ιοί έχουν αναπτύξει μηχανισμούς άμυνας. Το χαρακτηριστικό αυτό δημιουργεί τις διαφοροποιήσεις στους περισσότερους κοροναϊούς. «Οι ιοί αυτοί έχουν αρκετές ομοιότητες , ωστόσο διαφέρουν ως προς τις βοηθητικές τους πρωτεΐνες», είπε ο Weiss Και πρόσθεσε ότι «έχουν μεταλλάξεις οι οποίες αποκλείουν αρκετές δράσεις της έμφυτης ανοσίας». Ορισμένοι επιστήμονες πιστεύουν ότι οι κοροναϊοί δεν προκαλούν νόσηση στις νυχτερίδες καθώς οι τελευταίες δεν παρουσιάζουν εξίσου έντονη ανοσιακή απόκριση με τον άνθρωπο. «Αρκετά από τα σηματοδοτικά μόρια που ενεργοποιούν το ανοσοποιητικό σύστημα είναι κατεσταλμένα στις νυχτερίδες, επομένως δεν εμφανίζεται νόσηση», είπε η Tait-Burkard. Αντί να αντιδρούν έντονα στην παρουσία των ιών, οι νυχτερίδες διατηρούν μία χαμηλή απόκριση, η οποία ενισχύει τις μεταλλάξεις των ιών. «Οι νυχτερίδες εκφράζουν συνέχεια ιντερφερόνες, γεγονός που επιτρέπει στους ανθεκτικούς ιούς να επιβιώσουν», είπε η Tait-Burkard. «Επομένως οι νυχτερίδες βοηθούν τους ιούς να αναπτύξουν ανθεκτικότητα στην ανοσιακή απόκριση».

Σήμερα, υπάρχουν αρκετά που δεν γνωρίζουμε για τις βοηθητικές πρωτεΐνες. «Έχουμε παρατηρήσει ότι η αφαίρεση των πρωτεϊνών αυτών από τους ιούς δεν επιβραδύνει την ικανότητά τους να πολλαπλασιάζονται», είπε ο Perlman. «Θεωρητικά, αν μία πρωτεΐνη παίζει σημαντικό ρόλο στην καταστολή της ανοσιακής απόκρισης, η αφαίρεσή της θα επέτρεπε στην τελευταία να καταστρέψει τους ιούς, ωστόσο αυτό δεν συμβαίνει». Ορισμένοι επιστήμονες πιστεύουν ότι οι βοηθητικές πρωτεΐνες επηρεάζουν τη σοβαρότητα της λοίμωξης από τους κοροναϊούς. Διάφορες έρευνες έχουν δείξει ότι η αφαίρεση μία βοηθητικής πρωτεΐνης από τον ιό SARS περιόρισε τη σοβαρότητα της λοίμωξης, χωρίς να μειώνει την ικανότητα πολλαπλασιασμού των ιών. «Οι ιοί συνεχίζουν να πολλαπλασιάζονται, ωστόσο η λοίμωξη είναι ηπιότερη», είπε ο Fielding.

Οι κοροναϊοί έχουν την ικανότητα να διορθώνουν ορισμένα λάθη κατά τον πολλαπλασιασμό τους, ωστόσο η ικανότητα αυτή είναι περιορισμένη για συγκεκριμένες περιοχές του γονιδιώματος, είπε η Tait-Burkard. Οι περιοχές που είναι περισσότερο ευάλωτες σε μεταλλάξεις είναι αυτές που κωδικοποιούν τις βοηθητικές πρωτεΐνες και τις προεκβολές. «Στις δύο αυτές περιοχές γίνονται συχνά λάθη, γεγονός που οδηγεί σε ταχεία μετάλλαξη των ιών, η οποία τους επιτρέπει να προσδένονται σε νέους υποδοχείς και να αποφεύγουν τη δράση του ανοσοποιητικού συστήματος σε νέους οργανισμούς», είπε η Tait-Burkard. «Αυτός είναι και ο λόγος που οι κοροναϊοί μπορούν να μεταπηδούν εύκολα από το ένα είδος στο άλλο».

Βιβλιογραφία: Scientific American

Ακολουθήστε μας στο Google News για την έγκυρη επιστημονική ενημέρωσή σας, έγκαιρα!

Μην χάσετε:
Σχετικά Αρθρα