Ako môže zabíjať niečo tak malé a jednoduché ako vírus?

Vírus je pár desiatok až stoviek kópií proteínov, ktoré obaľujú genóm. Niektoré, ako napr. koronavírusy, majú ešte aj lipidickú membránu, ktorá im poskytuje ďalšiu ochranu. Ako prenikne niečo takto jednoduché do vysoko sofistikovaných ľudských buniek? A ako to, že je SARS-CoV-2 tak úspešný? Na túto otázku teraz poskytol odpoveď článok, ktorý nedávno vyšiel v Nature.

Keď vírus prvýkrát príde do styku s ľudskou bunkou, musí sa na ňu najprv zakotviť. SARS-1 aj SARS-CoV-2 sa na ľudskú bunku zachytia pomocou „spike“ proteínu, ktorý je na ich povrchu. Vírus si môžeme predstaviť ako malú guličku, v strede ktorej je ukrytý genóm. Táto gulička má rôzne výstupky – proteíny. Jedným z týchto výstupkov je aj spike proteín. Ako ale vírus rozpozná, že ide o ľudskú bunku? Veď by sa mohol prichytiť na čokoľvek a zostať tam navždy. Vírus musí vedieť rozpoznať niečo špecifické iba pre ľudské bunky.

Tým niečím sú rôzne proteíny prítomné na povrchu ľudských buniek. Konkrétne vírus SARS-CoV-2 rozpoznáva proteín nazývaný ACE2 receptor (skratka pre Angiotensin-converting enzyme 2). Tento proteín si môžete predstaviť ako „kľučku“, ktorú keď vírus nahmatá, tak ju chytí, otočí a otvorí sa mu brána do bunky, v ktorej sa potom namnoží. Každý vírus rozpoznáva iné takéto „kľučky“. Napríklad HIV musí nájsť až dva takéto proteíny a to CD4 (cluster of differentiation 4) a väčšinou CCR5 (chemokine receptor type 5). Iný koronavírus – MERS – zasa rozpoznáva DPP4 (Dipeptidyl Peptidase 4).

Rôzne bunky v našom tele majú na sebe rôzne proteíny a aj toto je jeden zo znakov, ktorými sa od seba odlišujú. Tieto proteíny tam samozrejme nie sú na to, aby slúžili ako „kľučky“ pre vírusy. Naopak, sú pre nás životne dôležité a napríklad pomáhajú regulovať krvný tlak, imunitnú odpoveď organizmu či množstvo cukrov v krvi. Evolúcia zariadila, že vírusy sú schopné rozpoznať tieto životne dôležité proteíny a zneužiť ich na to, aby sa prichytili na našich bunkách, otočili „kľučkou“, následne prenikli do domu (bunky). Tam využijú všetku dostupnú energiu bunky na tvorbu stoviek až tisícov svojich kópií. Tie sa potom z bunky uvoľnia a hľadajú ďalšie, do ktorých môžu vniknúť. HIV takto napáda T-bunky, pretože T-bunky sú obalené CD4 a CCR5. T-bunky sú zodpovedné za imunitnú odpoveď organizmu a HIV je týmto spôsobom schopný zničiť náš imunitný systém.

„Kľučka“ (proteín) ACE2, ktorý rozpoznáva SARS1 a SARS-CoV-2, je prítomný na mnohých typoch buniek, vrátane tých, ktoré tvoria naše dýchacie cesty. Do dýchacích ciest sa to dostane buď kontaktom alebo pomocou kvapôčok. SARS-1 z roku 2003 napadol horné dýchacie cesty, čo u nakazených vyvolalo silný kašeľ a hlavne tým sa tento vírus šíril. Vďaka tomu sa však príznaky prejavili veľmi rýchlo a bolo tak možné nakazených jedincov izolovať. Na druhej strane, dnešný SARS-CoV-2 sa uchytí najprv na bunkách v hrdle, v ktorých keď sa množí, tak spôsobuje často len mierne a ťažko badateľné symptómy. Takáto osoba nie je vôbec symptomatická, prípadne má príznaky bežného prechladnutia, no je veľmi efektívnym prenášačom vírusu, keďže nevie, že už je infikovaná.

Približne po týždni od prvej infekcie v hrdle sa vírus prenesie do okolia pľúc, kde spôsobí akútny zápal a až v tento moment je väčšina pacientov hospitalizovaných a izolovaných. Takáto izolácia už ale nemá žiadny efekt, keďže celý týždeň predtým táto osoba vírus roznášala.

Keď porovnáme tieto dva vírusy, tak SARS-1 bol pomerne hlúpy – po napadnutí rýchlo putoval do pľúc, kde sa rýchlo namnožil, spôsobil zápal a s tým spojené príznaky a až vtedy sa začal šíriť z infikovaného jedinca. Oproti tomu SARS-CoV-2 je omnoho zákernejší a množí sa najprv potichu, aby nevzbudil podozrenie a mohol sa voľne šíriť.

Aké z toho vyplýva ponaučenie pre nás? Na to, aby sme zamedzili stratám na životoch a voľnému šíreniu vírusu nie je dostatočné izolovať iba osoby s príznakmi ochorenia. Musíme sa (do určitej možnej miery) izolovať všetci a správať sa ako potenciálni nosiči ochorenia.

Jedna pozitívna vec je, že keď pacienti prekonali ochorenie, mali v tele protilátky proti vírusu SARS-CoV-2, ktoré boli schopné označiť a zničiť vírus skôr, než vyvolal ochorenie. Zatiaľ však nie je známe, koľko takáto imunita vydrží. Vakcína, keď bude dostupná, stimuluje tvorbu protilátok skôr, než organizmus napadne skutočný vírus, telo sa s ním v takom prípade rýchlo vysporiada. Kým však bude vakcína dostupná, je našou najlepšou zbraňou zodpovedné správanie.

[Dominik, CEITEC Masarykova univerzita, PlevkaLab]

PS: Mal SARS1 iné receptory, resp. v čom fungoval inak? Proteíny na povrchu vírusu SARS-1 majú rovnakú funkciu, dokonca aj ich štruktúra je veľmi podobná. Receptor pre SARS-1 je úplne rovnaký proteín ako pre SARS-CoV-2.

Avšak prichytenie sa je iba prvý krokom v infekcii. Na to aby vírus prenikol do bunky je nutné aby bola časť jeho spike proteínu rozstrihnutá bunkovou proteázou TMPRSS2 (proteín ktorý je schopný špecificky rozstrihnúť iný proteín). Ukázalo sa (zatiaľ ako preprint) že SARS-CoV-2 je vďaka mutácii v spike proteíne schopný využiť štiepenie pomocou TMPRSS2 oveľa efektívnejšie ako SARS-1. Toto môže byť jedným z faktorov prečo je SARS-CoV-2 úspešnejší ako SARS-1 aj keď zdieľajú spoločný receptor.

Tiež môže byť rozdiel v ďalších krokoch infekcie. Po vniknutí do bunky, musí vírus nakopírovať svoj genóm a z týchto kópií vytvárať kopu iných vírusových proteínov, ktoré sa postarajú o to, že úplne prevezme vládu nad bunkou, vypne obranné mechanizmy bunky atď. Toto bude pravdepodobne tiež jeden z rozdielových faktorov medzi SARS-1 a SARS-CoV-2.

PS2: Dostáva sa SARS-1 a SARS-CoV-2 do teľa rovnakým spôsobom? Oba vírusy vniknú do tela primárne cez bunky nosového epithelu (aspoň čo som našiel štúdie, myslím že toto sa nevie úplne na 100%), avšak rozdiel medzi SARS-1 a SARS-CoV-2 je, že v ktorých častiach dýchacieho systému sa vírus dokáže efektívne množiť.

PS3: Toto bol len základný úvod do tejto problematiky. Pôsobenie SARS-CoV-2 v tele je samozrejme oveľa komplikovanejšie.