CC BY
33Пандемия С0Ш-19 и микробиология: роль вирусологии и бактериологии в борьбе с инфекциями
Черткоева Майя Гивиевна,
доцент кафедры микробиологии, кандидат медицинских наук, ФГБОУ ВО «Северо-Осетинская государственная медицинская академия» E-mail: docmicmai@yandex.ru
Милосская Алиса Александровна,
кафедра биохимии молекулярной биологии и медицины, клинико-лабораторная диагностика, ординатур, ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет» E-mail: milosskya@yandex.ru
Мельник Екатерина Петровна,
студент, ФГАОУ ВО «Первый МГМУ им. И.М. Сеченова» Минздрава России (Сеченовский Университет) E-mail: katerina.melnik.5@gmail.com
Эльдарова Элеонора Эльнур кызы,
студент, Майкопский государственный технологический университет
E-mail: Eldarova@yandex.ru Башиев Алим Мустафаевич,
студент, Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова E-mail: bash45@gmail.com
За последние несколько десятилетий коронавирусы (CoV) были связаны со смертоносными вспышками заболеваний в Восточной Азии и на Ближнем Востоке. Тяжелый острый респираторный синдром (ТОРС) и ближневосточный респираторный синдром (БВРС) появились в 2002 и 2012 годах соответственно. Недавно, в конце 2019 года, возник новый коронавирус, коро-навирус тяжелого острого респираторного синдрома 2 (SARS-CoV-2), вызывающий коронавирусную болезнь 2019 года (COVID-19), представляющий собой глобальную угрозу для здоровья, вызывая продолжающуюся пандемию во многих странах. Медицинские работники во всем мире до сих пор прилагают усилия для борьбы с дальнейшими вспышками заболеваний, вызванных новым CoV (первоначально названным 2019-nCoV), который был впервые выявлен в городе Ухань, провинция Хубэй, Китай, 12 декабря 2019 г.
Ключевые слова: Респираторная вирусная инфекция, вирус гриппа, SARS-CoV-2, вирусология, микробиология.
в и
см со
Введение. Респираторные вирусы, которые передаются воздушно-капельным путем, часто вызывали пандемии. Первой значительной вспышкой гриппа, с которой столкнулось человечество, была «испанка» 1918 года [1]. В этой пандемии погибло не менее 40 миллионов человек, а человечеству был нанесен исторический ущерб. С тех пор было несколько пандемий, вызванных азиатским гриппом 1957 года, гонконгским гриппом 1968 года и свиным гриппом 2009 года. До настоящего времени мир борется с новым коронавирусом, коро-навирусом тяжелого острого респираторного синдрома 2 (SARS-CoV-2), который 11 марта 2020 года Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) был признан пандемией. По состоянию на 29 марта 2023 года ВОЗ сообщила о 761 402 282 миллионах случаев заболевания во всем мире, включая 6 887 000 миллиона случаев летального исхода [2]. Эта пандемия оказала большое влияние на жизнь людей во всем мире; конвергенция пандемии является важной проблемой, стоящей сейчас перед миром.
SARS-CoV-2 является представителем ОоУ порядка Nidovirales, семейства Coronaviridae, подсемейства Ог^осогопаутпае. Это подсемейство подразделяется на четыре рода на основе генетических характеристик: альфакоронавирусы (a-CoV), бетакоронавирусы (P-CoV), гаммакоронавирусы (Y-CoV) и дельтакоронавирусы (б-CoV). Подобно SARS-CoV и MERS-CoV, SARS-CoV-2 принадлежит к кластеру p-CoV и имеет диаметр 80-160 нМ и геном РНК длиной примерно 30 килобаз [3]. SARS-CoV-2 представляет собой вирус с одноцепочечной РНК с оболочкой, на поверхности которой экспрес-сируются шиповидные гликопротеины, образующие «корону». Геном SARS-CoV-2 демонстрирует генетическую идентичность SARS-CoV на 79,6% и состоит из четырех ключевых белков [3]. Белок S обеспечивает прикрепление и проникновение SARS-CoV-2 в клетки-хозяина, белок мембраны (М) является компонентом целостности вирусной мембраны, а белок нуклеокапсида (^ связывается с вирусной РНК и поддерживает структуру нуклеокапсида, участвует в репликации мРНК [4]. Белок оболочки (Е) наименее изучен из-за его механизма действия и структуры, но, по-видимому, он играет роль в сборке и высвобождении вируса [5]. Белок S вируса связывается с рецептором ангиотензинпре-вращающего фермента 2 (АПФ-2) на поверхности клетки-хозяина, что осуществялется мембрано-связанной сериновой протеазой (TMPRSS2) [6]. ТМ-PRSS2 расщепляет белок S на две субъединицы, S1 и S2, во время проникновения вируса в клетку-хозяина посредством слияния мембран. Экспрес-
сия АПФ-2 распространена повсеместно в носовом эпителии, легких, сердце, почках и кишечнике, но редко экспрессируется в иммунных клетках [7]. Недавние исследования показали, что существуют и другие рецепторы, участвующие в проникновении вируса в различные типы клеток. Как и в случае с SARS-CoV, CD-147 на эпителиальных клетках также является рецептором для ЗЛРЗ-СоУ-2 [8]. Ой26 (дипептидилпептидаза 4, DPP4), первоначально обнаруженная во время проникновения МЕРБ-СоУ в клетки, также недавно стала потенциальным рецептором для SARS-CoV-2 [9], и структурный анализ показал, что S-белок SлRS-CoV-2 взаимодействует с Сй26 [10].
Начальные клинические проявления инфекции SARS-CoV-2 разнообразны и часто схожи с симптомами, вызываемыми другими респираторными вирусами, такими как вирусы гриппа и парагриппа, что представляет собой проблему для клинической диагностики [11]. Наиболее распространенными симптомами инфекции SARS-CoV-2 являются лихорадка, сухой кашель и утомляемость [12]. Менее распространенные симптомы включают головную боль, боль в горле, миалгию или артралгию, одышку, диарею, рвоту, озноб и изменения обоняния (аносмия, гипосмия) и вкуса (агевзия, дисгевзия) [12].
Успех разработки эффективных вакцин против COVЮ-19 примерно через год после появления SARS-CoV-2 объясняется огромными усилиями в области исследований вирусологии. За последние 100 лет вакцины значительно увеличили продолжительность жизни, коренным образом изменив общество и экономику [13]. По мере того, как вакцинация становится широко доступной и используемой, разрушительное воздействие многих инфекционных заболеваний исчезает [14]. Лечение инфекционных заболеваний является дорогостоящим, о чем свидетельствует сезонный грипп, который имеет огромное экономическое и социальное бремя для спасения тысяч жизней каждый год [15]. Широко распространенная профилактическая вакцинация может снизить эти затраты и играет ключевую роль в эффективной и устойчивой защите людей от вирусных инфекций, что приводит к полной ликвидации или значительному снижению передачи инфекции в популяции [16].
Ключевая роль, которую белок S играет в проникновении вируса, делает его привлекательной мишенью для вакцин против COVID-19 [17]. Субъединица S1 содержит избыточное состояние рецептор-связывающего домена (РСД), ответственного за связывание с АПФ-2, в то время как субъединица S2 содержит сайт расщепления, который имеет решающее значение для слияния вирусных и клеточных мембран [18]. Анализ и знания, ранее полученные о SARS-CoV и MERS-CoV, определили, что полноразмерный белок S, S1, РСД и субъединичные белки S2 являются ключевыми эпитопами для индукции нейтрализующих антител [19]. Несмотря на структурное сходство, S-белок SARS-CoV-2 показал в 20 раз более высокую аффин-
ность связывания с клетками-хозяина, чем S-белок SARS-CoV, что объясняет высокую скорость передачи COVID-19 [19]. Белок S как в SARS-CoV, так и в SARS-CoV-2 дополнительно индуцирует слияние инфицированных и неинфицированных клеток, обеспечивая прямое распространение вируса между клетками, избегая при этом нейтрализующих вирус антител. Возможность использования множественных нейтрализующих эпитопов делает белок S наиболее популярной мишенью для вакцинации. В частности, эпитоп S1, содержащий как ^концевой связывающий домен, так и РСД, использовался при разработке вакцин, и, в частности, антитела против РСД ранее продемонстрировали способность предотвращать инфекции SлRS-CoV и MERS-CoV [20].
С марта 2020 года мир находился в различных состояниях изоляции, что привело к серьезным экономическим и социальным последствиям. Кроме того, несмотря на применение масок и других протоколов безопасности, COVID-19 унес миллионы жизней. SARS-CoV-2 гораздо более смертоносен, чем вирусы ветряной оспы или гриппа, и, как было показано, оказывает длительное воздействие на легкие, сердце и центральную нервную систему, которые до сих пор полностью не изучены [20]. Вакцина крайне необходима не только для индивидуального здравоохранения, но и для достижения коллективного иммунитета, при котором необходимо будет вакцинировать не менее 70% всего населения [21].
В настоящее время программы эпиднадзора основаны на мониторинге клинически значимых инфекций посредством регулярного сбора и анализа микробиологичеких данных, что позволяет оценивать не только локальную, но и мировую заболеваемость инфекциями и их тенденции в сравнении с ретроспективными данными, а также выявлять вспышки и факторы риска и, наконец, сравнить свои показатели с данными литературы и/или других учреждений. В дополнение к этому периодическому мониторингу во времени непрерывный и своевременный лабораторный эпиднадзор обеспечивает быструю идентификацию сигнальных событий в соответствии со стандартными требованиями.
Заключение. Спустя несколько лет после глобальной эпидемии атипичной пневмонии нынешняя пандемия SЛRS-CoV-2/COVID-19 послужила напоминанием о том, как новые патогены могут быстро появляться и распространяться среди населения и в конечном итоге вызывать серьезные кризисы в области общественного здравоохранения. Программы профилактики и эпиднадзора играют ключевую роль в сдерживании любого рода инфекций. Профилактическая вакцинация - это самый безопасный и экономически эффективный способ предотвратить заболевание и смерть от COVID-19, а также лучший вариант борьбы с ожидаемыми будущими вариантами. Ежегодно вирусологи осуществляют эпиднадзор за циркулирующими штаммами вируса гриппа и корректирует протоколы, чтобы отразить результаты при подготовке вак-
сз о
о Л о
о сз о в
цин против наиболее распространенных штаммов в предстоящем году. Аналогичная глобальная стратегия необходима для предотвращения или минимизации распространенности COVID-19 и будущих вариантов SARS-CoV-2.
Литература
1. Horimoto T., Kawaoka Y. Influenza: lessons from past pandemics, warnings from current incidents // Nature Reviews Microbiology. - 2005. - Т. 3. - № . 8. - С. 591-600.
2. WHO Coronavirus (COVID-19) Dashboard. https:// covid19.who.int/ (Доступно на 29.03.2023 г.)
3. Zhou P. et al. A pneumonia outbreak associated with a new coronavirus of probable bat origin //nature. - 2020. - Т. 579. - № . 7798. - С. 270-273.
4. Astuti I. et al. Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 (SARS-CoV-2): An overview of viral structure and host response //Diabetes & Metabolic Syndrome: Clinical Research & Reviews. -2020. - Т. 14. - № . 4. - С. 407-412.
5. Schoeman D., Fielding B.C. Coronavirus envelope protein: current knowledge //Virology journal. -
2019. - Т. 16. - № . 1. - С. 1-22.
6. Walls A. C. et al. Structure, function, and antigenicity of the SARS-CoV-2 spike glycoprotein. Cell. pii: S0092-8674 (20) 30262-2. - 2020.
7. Ziegler C. G. K. et al. SARS-CoV-2 receptor ACE2 is an interferon-stimulated gene in human airway epithelial cells and is detected in specific cell subsets across tissues //Cell. - 2020. - Т. 181. - № . 5. - С. 1016-1035. e19.
8. Wang K. E. et al. CD147-spike protein is a novel route for SARS-CoV-2 infection to host cells //Sig-nal transduction and targeted therapy. - 2020. -Т. 5. - № . 1. - С. 283.
9. van Doremalen N. et al. Host species restriction of Middle East respiratory syndrome coronavi-rus through its receptor, dipeptidyl peptidase 4 // Journal of virology. - 2014. - Т. 88. - № . 16. -С.9220-9232.
10. Vankadari N., Wilce J.A. Emerging COVID-19 coronavirus: glycan shield and structure prediction of spike glycoprotein and its interaction with human CD26 //Emerging microbes & infections. -
2020. - Т. 9. - № . 1. - С. 601-604.
11. Bordi L. et al. Differential diagnosis of illness in patients under investigation for the novel coronavirus (SARS-CoV-2), Italy, February 2020 //Eurosurveil-lance. - 2020. - Т. 25. - № . 8. - С. 2000170.
12. Guan W. et al. Clinical characteristics of coronavirus disease 2019 in China //New England journal of medicine. - 2020. - Т. 382. - № . 18. - С. 17081720.
13. Greenwood B. The contribution of vaccination to global health: past, present and future //Philo-
e sophical Transactions of the Royal Society B: Bi-i ological Sciences. - 2014. - Т. 369. - № . 1645. -£ С.20130433.
~ 14. CDC Prevention CDC 2020-2021 Flu Vaccine sb Campaign Kickoff. 2020. https://www.cdc.gov/flu/
spotlights/2020-2021/2020-21-campaign-kickoff. htm/ (Доступно на 29.03.2023 г.)
15. Luyten J., Beutels P. The social value of vaccination programs: beyond cost-effectiveness //Health Affairs. - 2016. - Т. 35. - № . 2. - С. 212-218.
16. Zhang Y., Kutateladze T.G. Molecular structure analyses suggest strategies to therapeutically target SARS-CoV-2 //Nature communications. -2020. - Т. 11. - № . 1. - С. 2920.
17. Chauhan G. et al. Nanotechnology for COVID-19: therapeutics and vaccine research //ACS nano. -2020. - Т. 14. - № . 7. - С. 7760-7782.
18. Huang C. et al. Clinical features of patients infected with 2019 novel coronavirus in Wuhan, China //The lancet. - 2020. - Т. 395. - № . 10223. - С. 497-506.
19. Fani M., Teimoori A., Ghafari S. Comparison of the COVID-2019 (SARS-CoV-2) pathogenesis with SARS-CoV and MERS-CoV infections //Future Virology. - 2020. - Т. 15. - № . 5. - С. 317-323.
20. Nuzzo D., Picone P. Potential neurological effects of severe COVID-19 infection //Neuroscience research. - 2020. - Т. 158. - С. 1-5.
21. Fontanet A., Cauchemez S. COVID-19 herd immunity: where are we? //Nature Reviews Immunology. - 2020. - Т. 20. - № . 10. - С. 583-584.
THE COVID-19 PANDEMIC AND MICROBIOLOGY: THE ROLE OF VIROLOGY AND BACTERIOLOGY IN THE FIGHT AGAINST INFECTIONS
Chertkoeva M.G., Milosskaya A.A., Melnik E.P., Eldarova E.E., Bashiev A.M.
North Ossetian State Medical Academy; North Caucasus Federal University; First Moscow State Medical University named after I.M. Sechenov of the Ministry of Health of Russia (Sechenov University); Maikop State Technological University; Kabardino-Balkarian State University H.M. Berbekova
Over the past few decades, coronaviruses (CoV) have been linked to deadly disease outbreaks in East Asia and the Middle East. Severe Acute Respiratory Syndrome (SARS) and Middle East respiratory syndrome (BARS) appeared in 2002 and 2012, respectively. Recently, at the end of 2019, a new coronavirus emerged, severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), causing coronavirus disease 2019 (COVID-19), which is a global health threat, causing an ongoing pandemic in many countries. Medical professionals around the world are still making efforts to combat further outbreaks of diseases caused by the new CoV (originally named 2019-nCoV), which was first detected in Wuhan City, Hubei Province, China, on December 12, 2019.
Keywords: Respiratory viral infection, influenza virus, SARS-CoV-2, virology, microbiology.
References
1. Horimoto T., Kawaoka Y. Influenza: lessons from past pandemics, warnings from current incidents //Nature Reviews Microbiology. - 2005. - Т. 3. - № . 8. - С. 591-600.
2. WHO Coronavirus (COVID-19) Dashboard. https://covid19. who.int/ (Доступно на 29.03.2023 г.)
3. Zhou P. et al. A pneumonia outbreak associated with a new coronavirus of probable bat origin //nature. - 2020. - Т. 579. -№ . 7798. - С. 270-273.
4. Astuti I. et al. Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 (SARS-CoV-2): An overview of viral structure and host response //Diabetes & Metabolic Syndrome: Clinical Research & Reviews. - 2020. - Т. 14. - № . 4. - С. 407-412.
5. Schoeman D., Fielding B.C. Coronavirus envelope protein: current knowledge //Virology journal. - 2019. - Т. 16. - № . 1. -С. 1-22.
6. Walls A. C. et al. Structure, function, and antigenicity of the SARS-CoV-2 spike glycoprotein. Cell. pii: S0092-8674 (20) 30262-2. - 2020.
7. Ziegler C. G. K. et al. SARS-CoV-2 receptor ACE2 is an interferon-stimulated gene in human airway epithelial cells and is detected in specific cell subsets across tissues //Cell. -2020. - T. 181. - № . 5. - C. 1016-1035. e19.
8. Wang K. E. et al. CD147-spike protein is a novel route for SARS-CoV-2 infection to host cells //Signal transduction and targeted therapy. - 2020. - T. 5. - № . 1. - C. 283.
9. van Doremalen N. et al. Host species restriction of Middle East respiratory syndrome coronavirus through its receptor, dipepti-dyl peptidase 4 //Journal of virology. - 2014. - T. 88. - № . 16. -C. 9220-9232.
10. Vankadari N., Wilce J.A. Emerging COVID-19 coronavirus: gly-can shield and structure prediction of spike glycoprotein and its interaction with human CD26 //Emerging microbes & infections. - 2020. - T. 9. - № . 1. - C. 601-604.
11. Bordi L. et al. Differential diagnosis of illness in patients under investigation for the novel coronavirus (SARS-CoV-2), Italy, February 2020 //Eurosurveillance. - 2020. - T. 25. - № . 8. -C. 2000170.
12. Guan W. et al. Clinical characteristics of coronavirus disease 2019 in China //New England journal of medicine. - 2020. -T. 382. - № . 18. - C. 1708-1720.
13. Greenwood B. The contribution of vaccination to global health: past, present and future //Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences. - 2014. - T. 369. - № . 1645. - C. 20130433.
14. CDC Prevention CDC 2020-2021 Flu Vaccine Campaign Kickoff. 2020. https://www.cdc.gov/flu/spotlights/2020-2021/2020-21-campaign-kickoff.htm/ (Доступно на 29.03.2023 г.)
15. Luyten J., Beutels P. The social value of vaccination programs: beyond cost-effectiveness //Health Affairs. - 2016. - Т. 35. -№ . 2. - С. 212-218.
16. Zhang Y., Kutateladze T.G. Molecular structure analyses suggest strategies to therapeutically target SARS-CoV-2 //Nature communications. - 2020. - Т. 11. - № . 1. - С. 2920.
17. Chauhan G. et al. Nanotechnology for COVID-19: therapeutics and vaccine research //ACS nano. - 2020. - Т. 14. - № . 7. -С. 7760-7782.
18. Huang C. et al. Clinical features of patients infected with 2019 novel coronavirus in Wuhan, China //The lancet. - 2020. -Т. 395. - № . 10223. - С. 497-506.
19. Fani M., Teimoori A., Ghafari S. Comparison of the C0VID-2019 (SARS-CoV-2) pathogenesis with SARS-CoV and MERS-CoV infections //Future Virology. - 2020. - Т. 15. - № . 5. - С. 317323.
20. Nuzzo D., Picone P. Potential neurological effects of severe COVID-19 infection //Neuroscience research. - 2020. - Т. 158. -С. 1-5.
21. Fontanet A., Cauchemez S. COVID-19 herd immunity: where are we? //Nature Reviews Immunology. - 2020. - Т. 20. - № . 10. - С. 583-584.
