Agentul celei mai mari pandemii din ultimii 100 de ani, COVID-19: contagiozitate, mutații și memorie imunitară – Grigore Mihăescu, virusolog al Universității din București

COVID-19, agentul celei mai mari pandemii din ultimii 100 de ani, a provocat până acum peste 6000 de decese, o stare de îngrijorare globală fără precedent şi schimbarea fundamentală a planurilor noastre, sociale şi individuale, cel puţin pentru viitorul imediat, scrie profesorul universitar dr. Grigore Mihăescu, cercetător virusolog la Universitatea din București.

Structura

COVID-19 este un ribovirus (virus cu genom ARN) care face parte din familia CORONAVIRIDAE. Denumirea acestuia vine de la aspectul particular al particulelor virale infecțioase (denumite virioni), care prezintă pe înveliș spicule glicoproteice (S) proeminente, ce formează o coroană. Virionii corona au formă sferică, sunt relativ mari (120-160 nm în diametru) şi au cel mai mare genom dintre toate virusurile cu genom ARN!

Genomul este reprezentat de o singură moleculă de ARN nesegmentat (spre deosebire de cel al virusurilor gripale A, B, C, care este segmentat), asociat cu proteina N. Cele 2 componente formează nucleocapsida, care are simetrie helicală. Nucleocapsida este acoperită cu un înveliş (peplos), care își are originea în membranele intracelulare (reticul endoplasmic. aparatul Golgi).

Virionul corona este format dintr-o nucleocapsidă alcătuită din ARN şi proteina N, acoperită de peplosul în care sunt inclavate glicoproteinele virale. Pe suprafaţa virionului proemină sub forma spiculelor glicoproteinele E2 (S), cele care conferă virionilor aspectul caracteristic de coroană. O altă proteină a peplosului este E1 (=M-transmembranară), componentă minoră a peplosului. Unele coronavirusuri prezintă o proteină suplimentară, E3 (HE =hemaglutinin-esteraza) (după Weiss & Navas-Martin  2005).

Patogeneza

Coronavirusurile determină, în primul rând, infecţii respiratorii la om, dar şi la animalele domestice: gastroenterita la porc, la câine, la feline, hepatita murină, etc. Unele coronavirusuri (virusul gastroenteritei porcine transmisibile – TGEV, coronavirusul bovin – BCoV, virusul bronşitei infecţioase aviare – IBV) au importanţă veterinară.

La om, coronavirusurile produc 15-20% din infecţiile tractului respirator superior (răceala comună), dar pot fi implicate și în cazuri de pneumonie şi miocardită. COVID-19 infectează nu numai celulele tractului respirator, dar şi enterocitele, infecţia putând fi asociată și cu tulburări diareice. În anul 2003 un coronavirus nou (SARS-CoV) a produs epidemia SARS (sindromul acut respirator sever).

COVID-19 este al 7-lea coronavirus din lista celor infecţioase pentru om. Are omologie genetică de circa 80% cu SARS-CoV. După ce a trecut de la Civeta civetictis (pisica indoneziană), la om, în 2003 a infectat peste 8000 de persoane, cu peste 800 de decese.

COVID-19 este foarte asemănător din punct de vedere genetic cu coronavirusul liliecilor. Se consideră că de la lilieci, coronavirusul a trecut la pangolin, un mamifer placentar foarte apreciat pentru solzii tegumentari, intens comercializat în China.

Infecţia naturală se face cu o doză mică de virus pe care organismul infectat o elimină prin aerosolii expulzaţi prin tuse, strănut şi chiar prin vorbire (picăturile lui Pfluge).

Virionii se fixează prin intermediul spiculilor S, pe receptorii suprafeţei celulelor epiteliale ale tractului respirator, este internalizat  şi se multiplică în aceste celule.

Cele mai multe infecţii respiratorii sunt inaparente (subclinice), pentru că celulele nespecifice ale sistemului imunitar (fagocitele profesioniste – neutrofile şi macrofage) distrug virusul, iar interferonii induc o stare antivirală în celulele adiacente celor infectate.

Infecţiile clinice au grade variate de severitate, în funcţie de starea fiziologică generală a organismului, dar în special de eficienţa funcţională a mecanismelor imunitare de protecţie.

În fapt, este imposibil să separăm funcţionarea sistemelor protectoare de starea fiziologică generală.

Cel mai mare risc de infecţie clinică severă îl au persoanele cu patologie de fond: afecţiuni pulmonare (bronhopneumonie obstructivă cronică, tuberculoză, astm), insuficienţă renală, obezitate (asociată totdeauna cu o stare inflamatorie cronică), imunosupresie, diabet, maladii autoimune. Vârstnicii sunt mai sensibili din cauza imunosupresiei fiziologice instalate odată cu înaintarea în vîrstă. Fumatul reprezintă un factor de risc deoarece macrofagele şi celulele dendritice pulmonare sunt activate de gudroanele din fum şi secretă interleukine proinflamatorii.

Manifestările clinice severe, cu insuficienţă respiratorie, se datorează incapacităţii sistemului imunitar de a neutraliza procesul infecţios la nivelul etajului superior al arborelui respirator. Astfel, infecţia cu COVID-19 coboară până la etajul profund al arborelui respirator şi infectează macrofagele interstiţiale şi pe cele din peretele alveolelor pulmonare. Reacţia inflamatorie asociată procesului infecţios determină exsudarea componentei lichide a sângelui şi inundarea alveolei, rezultatul fiind insuficienţa respiratorie şi implicit nevoia ventilării mecanice. Astfel, patogeneza pneumoniei COVID-19, ca şi a SARS-CoV, pare a fi datorată, în primul rând, unui răspuns inflamator amplu, scăpat de sub control, amplificat de citokine şi nu unui răspuns imun specific faţă de antigenele virale.

Un alt factor al patogenezei coronavirusurilor este persistenţa infecţiei: virusul se menţine în populaţia de animale gazdă (porc, bovine, câine, pisică, şoarece, şobolan, iepure, pui de găină, curcan): în organismul clinic sănătos, celulele infectate rămân viabile o perioadă de câteva zeci de zile şi eliberează virus, pe care purtătorul îl diseminează la organismele sensibile.

Patogeneza coronavirusurilor este amplificată de faptul că virusul limitează expunerea componentelor sale antigenice, contactului cu celulele imunitare:  învelişul viral nu derivă din membrana citoplasmatică (ca la cele mai multe ribovirusuri), ci din membranele intracelulare.

Diagnostic

Metoda sensibilă şi specifică de diagnostic este real time PCR pentru detectarea ARN viral în probele din tractul respirator, scaun, ser, urină. Aspiratul endotraheal are încărcătura virală cea mai mare. Dată fiind perioada lungă de incubaţie (circa 14 zile), în primele 5 zile de boală, încărcătura virală este mică şi rezultatul PCR poate fi negativ.  ARN viral rămâne detectabil în secreţiile respiratorii şi în scaun mai multe săptămâni după declanşarea bolii.

Perspective privind controlul infecției cu COVID-19 prin vaccinare

O întrebare firească frământă mintea tuturor: când se va stinge pandemia? Este imposibil să se formuleze un răspuns cert.

Fiecare coronavirus are un număr mare de variante antigenice (serotipuri), care nu dau reacţie încrucişată, ceea ce înseamnă că organismul imunizat faţă de un serotip rămâne sensibil la infecţia cu celelalte serotipuri ale aceluiaşi coronavirus.

Numărul mare de serotipuri este rezultatul frecvenţei înalte a mutaţiilor, dar și al evenimentelor de recombinare. Mutaţia este, în general, un mecanism care generează noi variante antigenice, dar numai o variaţie limitată a potenţialului patogenic. Mutațiile apar în cursul ciclului de multiplicare a virusului, deoarece ARN-polimeraza, enzima implicată în acest proces, este predispusă la erori (încorporarea greşită a unei baze azotate în molecula de ARN apare cu o frecvență de circa 1/10⁴) care nu sunt “corectate” prin mecanismele de proof reading. Recombinarea se produce mai rar, deoarece presupune, ca o condiţie preliminară obligatorie, infecţia simultană a unei celule sensibile cu două tulpini diferite de virus, care favorizează schimbul de informaţie genetică între moleculele de ARN ale celor două virusuri. Recombinarea produce un virus cu proprietăţi antigenice noi.

Mai rămâne o singură condiţie pentru producerea epi(pan)demiei: capacitatea de diseminare (contagiozitatea).  Emergenţa unei tulpini virale noi este așadar condiţionată de capacitatea sa de multiplicare şi de diseminare la organismele sensibile, ceea ce justifică necesitatea implementării precoce a măsurilor epidemiologice de urgență (izolare, carantină, limitarea deplasărilor și a contactelor interumane) pentru limitarea extinderii epidemiei.

Speranţele în succesul vaccinării sunt mari, pentru că frecvenţa mutaţiilor, este totuşi, mult mai mică în comparaţie cu cea responsabilă de variaţia antigenică sezonieră a virusului gripal de tip A!

Vaccinul va reprezenta soluţia de limitare a extinderii epidemiei, cel puţin temporară, până când virusul, prin mutaţii acumulate într-un interval de câteva sezoane, va îmbrăca o nouă “haină antigenică“: spiculele inclavate în peplos (în special spiculul E2 (S) vor dobândi, prin mutaţii, în timp, noi  specificităţi  antigenice. Noile variante se vor disemina însă doar într-o măsură limitată, într-o populaţie care va fi imunizată cu COVID-19, a cărui memorie imunitară va fi păstrată de toţi cei vaccinaţi.

_______________________________________________________________________________________________

Prof. univ. dr. Grigore Mihăescu este cadru didactic al Departamentului de Botanică şi Microbiologie al Facultății de Biologie a UB. Profesor titular al disciplinelor Microbiologie generală, Imunobiologie, Imunologie clinică și Virologie medicală, prof. Mihăescu este autorul a numeroase studii cunoscute la nivel internațional. Doctor în Științe Biologice, prof. Grigore Mihăescu are drept interese de cercetare studiul celulelor neurosecretoare ale nucleilor hipotalamici şi al reactivităţii splenice în condiţii experimentale, studiul intracţiunilor virus-celulă animală in vitro, obţinerea şi regenerarea protoplaştilor bacterieni, studiul procesului fixării biologice a N2 sau rolul opsoninelor în medierea interacţiunii unor bacterii patogene cu substratul celular sau studiul mecanismelor de rezistenţă bacteriană la acţiunea antibioticelor şi a unor Agenţi chimioterapeutici.

Bibliografie

Kathryn V. Holmes – Coronaviridae and Their Replication, în Virology, Second Ed., ed. B. N. Fields, D. M. Knipe et al., Raven Press, Ltd, New York, 1990.

Susan R. Weiss and Sonia Navas-Martin – Coronavirus Pathogenesis and the Emerging Pathogen severe Acute Respiratory Coronavirus – MMBR, 2005, 69, 4, p. 635-664.

Leonard Norkin – Virus Receptors : Implications for Pathogenesis and Design of Antiviral Agents – Clin. Micr. Reviews, 1995, 8, 2, p. 293-315.

S. M. Peiris and L. L. M. Poon – Severe Acute Respiratory Syndrome (SARS), în Encyclopedia of Virology, third edition, 2008, Editor Brian W. J. Mahy, Marc H. V. Van Regenmortel, AP.

FOTO: unibuc.ro