Бета-коронавирус

Бета-коронавирус — это один из четырёх родов (Betacoronavirus) подсемейства Coronavirinae в семействе коронавирусов (Coronaviridae). Представители этого рода являются оболочечными вирусами с одноцепочечной РНК положительной полярности. Бета-коронавирусы поражают преимущественно млекопитающих, включая человека, и известны способностью вызывать тяжёлые респираторные, желудочно-кишечные и неврологические заболевания. К этому роду относятся такие значимые патогены человека, как SARS-CoV, MERS-CoV и SARS-CoV-2, вызвавший пандемию COVID-19.

Таксономия и классификация

Род Betacoronavirus входит в подсемейство Orthocoronavirinae, семейство Coronaviridae, порядок Nidovirales. Согласно классификации Международного комитета по таксономии вирусов (ICTV), род делится на пять подродов (субродов):

• Sarbecovirus (от англ. SARS-like Betacoronavirus) — включает SARS-CoV, SARS-CoV-2 и множество вирусов летучих мышей.
• Embecovirus (от англ. murine hepatitis virus, MHV-like Betacoronavirus) — включает вирус гепатита мышей (MHV), коронавирус крупного рогатого скота (BCoV) и человеческие коронавирусы OC43 и HKU1.
• Merbecovirus (от англ. MERS-like Betacoronavirus) — включает MERS-CoV, коронавирус летучих мышей HKU4 и HKU5.
• Nobecovirus — включает коронавирусы летучих мышей, такие как Rousettus bat coronavirus HKU9.
• Hibecovirus — включает коронавирусы летучих мышей, выделенные в отдельный подрод.

Человеческие бета-коронавирусы

Известно семь коронавирусов, способных инфицировать человека. Четыре из них относятся к роду Betacoronavirus:

1. HCoV-OC43 (подрод Embecovirus) — один из возбудителей острых респираторных вирусных инфекций (ОРВИ), обычно вызывающий лёгкие симптомы. Открыт в 1967 году.
2. HCoV-HKU1 (подрод Embecovirus) — также вызывает ОРВИ, чаще у детей и пожилых людей. Открыт в 2005 году в Гонконге.
3. SARS-CoV (подрод Sarbecovirus) — возбудитель тяжёлого острого респираторного синдрома (SARS). Вызвал вспышку атипичной пневмонии в 2002–2004 годах. Считается, что природным резервуаром являются летучие мыши, а промежуточным хозяином — циветты.
4. MERS-CoV (подрод Merbecovirus) — возбудитель ближневосточного респираторного синдрома (MERS). Впервые выявлен в 2012 году в Саудовской Аравии. Природный резервуар — летучие мыши, промежуточный хозяин — одногорбые верблюды.
5. SARS-CoV-2 (подрод Sarbecovirus) — возбудитель коронавирусной инфекции COVID-19. Выявлен в декабре 2019 года в Ухане, Китай. Природный резервуар — летучие мыши, промежуточный хозяин окончательно не установлен (предположительно панголины или норки). В 2020 году Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) объявила вспышку пандемией.

Строение вириона

Бета-коронавирусы имеют характерную сферическую форму диаметром от 80 до 160 нм. Основные структурные компоненты:

• Оболочка (суперкапсид) — липидная мембрана, происходящая из мембран эндоплазматического ретикулума или аппарата Гольджи клетки-хозяина.
• S-белок (шип, пепломер) — гликопротеин, формирующий характерные выступы на поверхности вириона, напоминающие корону (от лат. corona — корона). S-белок отвечает за прикрепление вируса к рецептору клетки-хозяина (например, ACE2 для SARS-CoV и SARS-CoV-2, DPP4 для MERS-CoV) и слияние мембран. Состоит из двух субъединиц: S1 (рецептор-связывающий домен, RBD) и S2 (слияние).
• M-белок (мембранный) — трансмембранный гликопротеин, основной компонент оболочки. Отвечает за сборку вириона и придание ему формы.
• E-белок (оболочечный) — небольшой трансмембранный белок, участвует в сборке, почковании и патогенезе.
• N-белок (нуклеокапсидный) — фосфопротеин, связывается с геномной РНК, формируя нуклеокапсид внутри оболочки.
• HE-белок (гемагглютинин-эстераза) — присутствует только у представителей подрода Embecovirus (HCoV-OC43, HCoV-HKU1, BCoV). Обладает гемагглютинирующей и эстеразной активностью, способствует проникновению вируса в клетку.

Геном и репликация

Геном бета-коронавирусов представлен одноцепочечной РНК положительной полярности (ssRNA(+)) длиной от 27 до 32 тысяч нуклеотидов — один из самых больших геномов среди РНК-вирусов. Геномная РНК имеет 5'-кэп и 3'-полиадениловый хвост, что позволяет ей выступать в качестве матрицы для трансляции.

Репликация происходит в цитоплазме клетки-хозяина. После проникновения вируса и раскрытия капсида геномная РНК транслируется в два больших полипротеина (pp1a и pp1ab), которые затем расщепляются вирусными протеазами на 16 неструктурных белков (nsps). Эти белки формируют репликазно-транскрипционный комплекс (РТК), связанный с модифицированными мембранами эндоплазматического ретикулума. РТК осуществляет репликацию геномной РНК и синтез субгеномных мРНК, которые транслируются в структурные и вспомогательные белки.

Сборка новых вирионов происходит на мембранах промежуточного компартмента между эндоплазматическим ретикулумом и аппаратом Гольджи (ERGIC). Затем вирионы транспортируются к клеточной мембране и высвобождаются путём экзоцитоза.

Патогенез и клинические проявления

Разные бета-коронавирусы вызывают заболевания различной степени тяжести.

• Лёгкие инфекции: HCoV-OC43 и HCoV-HKU1 являются частыми возбудителями сезонных ОРВИ, проявляющихся ринитом, фарингитом, кашлем, иногда бронхитом. У детей и пожилых людей могут вызывать пневмонию.
• Тяжёлые инфекции: SARS-CoV, MERS-CoV и SARS-CoV-2 поражают нижние дыхательные пути, вызывая интерстициальную пневмонию, острый респираторный дистресс-синдром (ОРДС) и полиорганную недостаточность. Для этих вирусов характерен цитокиновый шторм — чрезмерная воспалительная реакция иммунной системы, приводящая к повреждению тканей. MERS-CoV отличается высокой летальностью (около 35%), SARS-CoV — около 10%, SARS-CoV-2 — значительно ниже (по разным оценкам, от 0,5% до 3% в зависимости от штамма, возраста и сопутствующих заболеваний). SARS-CoV-2 также вызывает широкий спектр внелёгочных проявлений: тромбозы, поражение сердечно-сосудистой системы, желудочно-кишечного тракта, почек и нервной системы.

Передача и эпидемиология

Основной путь передачи бета-коронавирусов — воздушно-капельный и контактный (через загрязнённые поверхности). Для SARS-CoV-2 доказана также передача аэрозольным путём в закрытых помещениях. Вирусы могут сохраняться на различных поверхностях от нескольких часов до нескольких дней.

Природным резервуаром большинства бета-коронавирусов являются летучие мыши (особенно подроды Sarbecovirus и Merbecovirus). Передача человеку часто происходит через промежуточного хозяина (циветты для SARS-CoV, верблюды для MERS-CoV). Для HCoV-OC43 предполагается, что он произошёл от коронавируса крупного рогатого скота (BCoV) в результате зоонозного перехода.

Эпидемии, вызванные бета-коронавирусами, характеризуются сезонностью (пик заболеваемости ОРВИ, вызванных HCoV-OC43 и HCoV-HKU1, приходится на зиму и весну) и способностью к быстрому распространению в человеческой популяции, как это произошло с SARS-CoV-2.

Диагностика и лечение

Диагностика инфекций, вызванных бета-коронавирусами, основана на:

• Полимеразной цепной реакции с обратной транскрипцией (ОТ-ПЦР) — золотой стандарт для выявления РНК вируса в мазках из носоглотки.
• Иммуноферментный анализ (ИФА) — обнаружение антител (IgM, IgG) к вирусу в сыворотке крови.
• Экспресс-тесты — выявление антигенов вируса.

Специфическое этиотропное лечение доступно не для всех бета-коронавирусов. Для COVID-19 разработаны противовирусные препараты (рекомбинантный интерферон, фавипиравир, ремдесивир) и моноклональные антитела. Терапия тяжёлых форм включает кислородную поддержку, глюкокортикостероиды (дексаметазон) для подавления цитокинового шторма и антикоагулянты для профилактики тромбозов.

Профилактика

Профилактика инфекций включает:

• Вакцинация: Разработаны и применяются вакцины против COVID-19 (мРНК-вакцины, векторные, инактивированные, белковые). Вакцины против SARS-CoV и MERS-CoV находятся в стадии клинических испытаний.
• Неспецифические меры: Соблюдение респираторного этикета (ношение масок, социальное дистанцирование), гигиена рук, дезинфекция поверхностей, изоляция заболевших, карантин для контактных лиц.
• Эпиднадзор: Мониторинг циркуляции вирусов среди животных и людей, геномный надзор для выявления новых вариантов.

Эволюция и происхождение

Считается, что бета-коронавирусы произошли от общего предка, который циркулировал среди летучих мышей и грызунов. Анализ геномов показывает, что подрод Sarbecovirus, включающий SARS-CoV и SARS-CoV-2, имеет общего предка с коронавирусами летучих мышей. Предполагается, что предок HCoV-OC43 отделился от коронавируса крупного рогатого скота (BCoV) около 120 лет назад.

Бета-коронавирусы обладают высокой скоростью мутаций и рекомбинаций, что позволяет им адаптироваться к новым хозяевам и уклоняться от иммунного ответа. Появление новых вариантов SARS-CoV-2 (альфа, бета, гамма, дельта, омикрон) связано с накоплением мутаций в S-белке, особенно в рецептор-связывающем домене (RBD), что повышает заразность и способность уклоняться от антител.

Источники

1. ICTV (International Committee on Taxonomy of Viruses). Taxonomy of Viruses.
2. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ). Коронавирусная инфекция (COVID-19).
3. Центры по контролю и профилактике заболеваний (CDC). Human Coronavirus Types.
4. Cui, J., Li, F., & Shi, Z. L. (2019). Origin and evolution of pathogenic coronaviruses. Nature Reviews Microbiology.
5. Zhou, P., Yang, X. L., Wang, X. G., et al. (2020). A pneumonia outbreak associated with a new coronavirus of probable bat origin. Nature.
6. Masters, P. S. (2006). The molecular biology of coronaviruses. Advances in Virus Research.