SARS-CoV-2 i COVID-19: najważniejsze pytania badawcze

Choroba koronawirusowa 2019 (COVID-19) spowodowana przez ciężki ostry zespół oddechowy koronawirus 2 (SARS-CoV-2) jest aktualnym światowym zagrożeniem zdrowia. Podkreślamy tu dziewięć najważniejszych zagadnień badawczych dotyczących przenoszenia wirusa, bezobjawowego i przedobjawowego wydalania wirusa, diagnostyki, leczenia, opracowania szczepionki, pochodzenia wirusa i patogenezy wirusowej.

Wirus 2019-nCoV powoduje trwający wybuch choroby dolnych dróg oddechowych zwanej początkowo przez rząd chiński koronawirusowym zapaleniem płuc (NCP). Nazwa choroby została następnie określona przez Światową Organizację Zdrowia jako COVID-19. W międzyczasie Międzynarodowa Komisja ds. Taksonomii Wirusów zmieniła nazwę na SARS-CoV-2. Do dnia 21 marca 2020 r. na całym świecie odnotowano ponad 300 000 potwierdzonych przypadków, w tym prawie 13 000 zgonów, które dotknęły większość krajów na świecie. Pod koniec stycznia 2020 r. WHO ogłosiła to światowym zagrożeniem dla zdrowia, w marcu pandemią.

Epicentrum tej trwającej epidemii znajdowało się w mieście Wuhan w prowincji Hubei w środkowych Chinach, a rynek hurtowy owoców morza Huanan był uważany za co najmniej jedno z miejsc, w których SARS-CoV-2 z nieznanego źródła zwierzęcego mógł przekroczyć barierę gatunkową dla zakażenia ludzi.

Pionierskie badanie przeprowadzone w mieście Shenzhen koło Hongkongu przez grupę naukowców z Uniwersytetu w Hongkongu dostarczyło pierwszych konkretnych dowodów na przenoszenie się SARS-CoV-2 z człowieka na człowieka. Jest to doskonały przykład tego, w jaki sposób wysokiej jakości badanie kliniczne może w istotny sposób wpłynąć na kształtowanie polityki. W badaniu tym udokumentowano również kilka ważnych cech klinicznych COVID-19.

Po pierwsze, wskaźnik ataku na poziomie 83% w kontekście rodzinnym jest alarmująco wysoki, co wskazuje na wysoką zdolność do przenoszenia SARS-CoV-2.

Po drugie, objawy kliniczne COVID-19 w tej rodzinie wahają się od łagodnych do umiarkowanych, z bardziej systematycznymi objawami i poważniejszymi anomaliami radiologicznymi obserwowanymi u starszych pacjentów. Ogólnie rzecz biorąc, COVID-19 wydaje się mieć mniej ciężki przebieg niż SARS.

Po trzecie, u bezobjawowego dziecka stwierdzono guzki o charakterze mlecznej szyby i SARS-CoV-2 RNA w próbce plwociny. Stwierdzenie bezobjawowego wydalania wirusa zwiększa możliwość przenoszenia SARS-CoV-2 z bezobjawowych nosicieli na innych, co później potwierdzają inni.

Wreszcie wystąpienie biegunki u dwóch młodych dorosłych z tej samej rodziny sugeruje również możliwość udziału przewodu pokarmowego w zakażeniu SARS-CoV-2. Badanie wyznaczyło etap kontroli i postępowania w przypadku COVID-19. Badacze wykazali się wielką odwagą i przywództwem w bardzo trudnym czasie, kiedy to chiński urząd nie dostrzegł powszechnego przenoszenia się SARS-CoV-2 między osobami przed 20 stycznia 2020 roku.

W ciągu ostatnich kilku tygodni opublikowano kilka interesujących prac na temat SARS-CoV-2 i COVID-19, w których opisano możliwego żywiciela pośredniego i sekwencję genomową SARS-CoV-2 oraz charakterystykę kliniczną COVID-19. Mając na uwadze te ustalenia oraz pilne potrzeby w zakresie profilaktyki i kontroli SARS-CoV-2 i COVID-19, w niniejszym komentarzu podkreślamy najważniejsze kwestie badawcze w tej dziedzinie z naszego osobistego punktu widzenia.

Pierwsze pytanie dotyczy tego, w jaki sposób SARS-CoV-2 jest obecnie transmitowany. Aby zminimalizować rozprzestrzenianie się SARS-CoV-2, Chiny od 23 stycznia 2020 r. zamykają Wuhan i pobliskie miasta. Bezprecedensowe środki kontroli, w tym zawieszenie całego transportu miejskiego, najwyraźniej skutecznie zapobiegły dalszemu rozprzestrzenianiu się SARS-CoV-2 na inne miasta. Jednakże liczba potwierdzonych przypadków w Wuhan nadal rosła.

Należy zatem ustalić, czy wzrost ten jest spowodowany dużą liczbą zakażonych osób przed zamknięciem lub niepowodzeniem w zapobieganiu powszechnemu przenoszeniu się choroby wewnątrz rodziny, zakażenia wewnątrzszpitalnego lub wewnątrz społeczności. Na podstawie liczby przypadków wyeksportowanych z Wuhan do miast poza Chinami kontynentalnymi przewidywano, że w dniu 25 stycznia 2020 r. w Wuhan może być ponad 70 000 osób zakażonych SARS-CoV-2. Powinno to zostać ustalone eksperymentalnie w Wuhan, jak omówiono poniżej, i ujawni, czy rzeczywista liczba osób zakażonych i bezobjawowych nosicieli jest rzeczywiście poważnie niedoszacowana.

Poza wykrywaniem wirusowego RNA, bardzo pomocny byłby pomiar przeciwciał IgM i IgG oraz antygenów. Do szczegółowej analizy należy wybrać kilka reprezentatywnych obszarów mieszkalnych, tak aby można było wywnioskować obraz sytuacji. Analiza powinna obejmować wszystkie osoby zdrowe i chore na danym obszarze w celu identyfikacji osób, które wyzdrowiały po zakażeniu lub mają aktywne zakażenie. Powinien zostać również określony stosunek liczby bezobjawowych nosicieli. Analizę należy również rozszerzyć w celu wykrycia RNA i antygenu wirusów grypy.

Aktywność grypy sezonowej w Wuhan osiągnęła szczyt również na początku 2020 roku. Interesujące będzie sprawdzenie, czy sezon grypowy zakończył się i ile osób z gorączką jest obecnie faktycznie zakażonych wirusem grypy. Precyzyjne środki kontroli dla SARS-CoV-2 powinny zostać opracowane specjalnie dla grup wysokiego ryzyka w oparciu o wyniki tej analizy. Zróżnicowanie osób cierpiących na grypę i uniemożliwienie im zarażenia się wirusem SARS-CoV-2 w warunkach szpitalnych może również mieć krytyczne znaczenie.

Drugie pytanie dotyczy tego, jak bardzo SARS-CoV-2 jest zakaźny i patogenny w trzecim i czwartym pokoleniu rozprzestrzenia się u ludzi. Ciągłe przenoszenie się SARS-CoV-2 w Wuhan sugeruje, że doszło do rozprzestrzenienia się trzecio- i czwartorzędowego. Czy w porównaniu z pierwotnym i wtórnym rozprzestrzenianiem się, podczas którego SARS-CoV-2 był przenoszony ze zwierzęcia na człowieka i z człowieka na człowieka, szybkość przenoszenia wzrosła, a patogeniczność spadła?

Alternatywnie, czy wirus jest mniej zdolny do przenoszenia się po kilku przejściach u ludzi? Retrospektywna analiza wszystkich potwierdzonych przypadków w Wuhan powinna być bardzo pouczająca. Odpowiedzi na powyższe pytania mają kluczowe znaczenie dla wyniku wybuchu epidemii. W przypadku osłabienia przenoszenia, ognisko może ostatecznie zakończyć się, a SARS-CoV-2 zostanie wyeliminowany z organizmu ludzkiego. Przeciwnie, jeśli uda się utrzymać skuteczną transmisję, zwiększa się szansa, że SARS-CoV-2 stanie się kolejnym nabytym przez społeczność ludzką koronawirusem, podobnie jak cztery pozostałe koronawirusy ludzkie (229E, OC43, HKU1 i NL63), powodując jedynie przeziębienie. Podstawowa liczba reprodukcyjna (R0) SARS-CoV-2 została oszacowana na 2,68, co powoduje podwojenie czasu epidemii o około 6,4 dnia. Inne szacunki wskazują, że R0 może wzrosnąć do 4, więcej niż SARS-CoV, który jest niższy niż 2. Ustalenie rzeczywistego R0 rzuci światło na to, czy i w jakim stopniu środki kontroli zakażeń są skuteczne.

Trzecie pytanie odnosi się do znaczenia bezobjawowego i przedobjawowego wydalania wirusa przy przenoszeniu SARS-CoV-2. Asymptomatyczne i przedobjawowe wydalanie wirusów stanowi duże wyzwanie dla kontroli zakażeń. Ponadto chorzy z łagodnymi i niespecyficznymi objawami są również trudni do zidentyfikowania i poddania kwarantannie.

Zwłaszcza brak gorączki w zakażeniu SARS-CoV-2 (12,1%) jest częstszy niż w zakażeniu SARS-CoV (1%) i w bliskowschodnim zespole niewydolności oddechowej (MERS-CoV; 2%). W związku z tym należy zrewidować skuteczność stosowania metody wykrywania gorączki jako metody nadzoru. Jednak na podstawie wcześniejszych badań nad wirusami grypy i koronawirusami ludzkimi nabytymi w społeczeństwie ładunek wirusów u nosicieli bezobjawowych jest stosunkowo niski. Jeśli tak jest również w przypadku SARS-CoV-2, ryzyko powinno pozostać niskie.

Pilnie potrzebne są badania nad naturalnym przebiegiem zakażenia SARS-CoV-2 u ludzi. Zidentyfikowanie grupy bezobjawowych nosicieli w Wuhan i śledzenie ich wiremii, obrazu klinicznego i miana przeciwciał w czasie dostarczy wskazówek co do tego, ile osób ma objawy w późniejszej fazie, czy wydalanie wirusa z badanych jest rzeczywiście mniej odporne i jak często mogą oni przenosić SARS-CoV-2 na innych.

Czwarte pytanie odnosi się do znaczenia drogi kałowo-oralnej w transmisji SARS-CoV-2. Oprócz transmisji kropelkowej i bliskiego kontaktu, w pewnych okolicznościach wykazano, że istnieje również transmisja kałowo-oralna. Udział przewodu pokarmowego w zakażeniu SARS-CoV-2 i izolacja SARS-CoV-2 z próbek kału pacjentów potwierdzają znaczenie drogi kałowo-oralnej w przenoszeniu SARS-CoV-2.

Chociaż biegunka była rzadko spotykana w badaniach z dużymi grupami, nie można nie doceniać możliwości przenoszenia SARS-CoV-2 przez ścieki, odpady, zanieczyszczoną wodę, system klimatyzacji i aerozole, szczególnie w takich przypadkach jak statek wycieczkowy Diamond Princess z 3700 osobami, wśród których co najmniej 742 zostało potwierdzonych jako prawdopodobnie zakażonych SARS-CoV-2. Niezbędne są dalsze badania w celu określenia roli przenoszenia drobinek kału w tych przypadkach oraz w obrębie reprezentatywnych obszarów mieszkalnych wybranych do szczegółowych badań epidemiologicznych w Wuhan, jak wcześniej omówiono.

Piąte pytanie dotyczy tego, w jaki sposób należy diagnozować COVID-19 i jakie odczynniki diagnostyczne należy udostępniać. Wykrywanie RNA SARS-CoV-2 oparte na RT-PCR w próbkach oddechowych stanowi jedyny specyficzny test diagnostyczny w początkowej fazie epidemii. Odgrywa on bardzo krytyczną rolę we wczesnym wykrywaniu pacjentów zakażonych SARS-CoV-2 poza Wuhan, co oznacza, że powszechne zakażenie wirusem wystąpiło w Wuhan co najmniej na początku 2020 roku.

Zmusiło to również władze chińskie do uznania powagi sytuacji. Ze względu na trudności z pobieraniem próbek i inne problemy techniczne związane z tym testem, należy jak najszybciej zidentyfikować i poddać kwarantannie pacjentów. Ostatnio dostępne były również zestawy ELISA do wykrywania przeciwciał IgM i IgG przeciwko N i innym białkom SARS-CoV-2. Umożliwiło to postawienie konkretnej diagnozy trwającego i przeszłego zakażenia. W szczególności, serokonwersja dla przeciwciał IgM zwykle występuje kilka dni wcześniej niż dla IgG. Odczynniki ELISA do wykrywania antygenów SARS-CoV-2, takich jak S i N, są nadal w pilnej potrzebie i dostarczyłyby kolejnego testu wysoce komplementarnego do wykrywania wirusowego RNA.

Szóste pytanie dotyczy tego, jak należy traktować COVID-19 i jakie możliwości leczenia powinny być dostępne. COVID-19 jest chorobą samoistnie ustępującą się u ponad 80% pacjentów. Ciężkie zapalenie płuc wystąpiło w około 15% przypadków, co zostało ujawnione w badaniach z dużymi grupami pacjentów. Według stanu na dzień 21 marca 2020 r. śmiertelność brutto wynosi 3,4% na całym świecie. Na dzień dzisiejszy nie mamy jeszcze żadnych specyficznych leków anty-SARS-CoV-2, ale lek anty-Ebola, Remdesivir, może pomagać. Jako analog nukleotydowy, Remdesivir okazał się skuteczny w zapobieganiu replikacji MERS-CoV u małp. Nasilenie choroby, replikacja wirusa i uszkodzenie płuc uległy zmniejszeniu, gdy lek był podawany przed lub po zakażeniu MERS-CoV.

Wyniki te stanowią podstawę do szybkiego sprawdzenia korzystnego działania Remdesiviru w przebiegu COVID-19. Innymi lekami przeciwwirusowymi wartymi dalszych badań klinicznych są rybawiryna, inhibitory proteaz lopinawiru i rytonawiru, interferon α2b, interferon β, fosforan chlorochiny i Arbidol. Należy jednak pamiętać również o działaniach niepożądanych tych środków przeciwwirusowych. Na przykład, interferony typu I, w tym interferon α2b i interferon β, są dobrze znane ze swojej aktywności przeciwwirusowej. Ich korzystne działanie we wczesnej fazie zakażenia jest dobrze oczekiwane. Jednak podanie ich w późniejszym okresie niesie ze sobą ryzyko nasilenia burzy cytokinowej i zaostrzenia stanu zapalnego. W szczególności sterydy są szeroko stosowane eksperymentalnie w leczeniu SARS i nadal są preferowane przez niektórych lekarzy chińskich w leczeniu COVID-19. Mówi się, że są one w stanie powstrzymać burzę cytokinową i zapobiec zwłóknieniu płuc. Jednak okno, w którym sterydy mogą być korzystne dla pacjentów z COVID-19 jest bardzo wąskie. Innymi słowy, sterydy mogą być stosowane tylko wtedy, gdy SARS-CoV-2 został już wyeliminowany przez odpowiedź immunologiczną człowieka. W przeciwnym razie replikacja SARS-CoV-2 zostanie zintensyfikowana, co doprowadzi do zaostrzenia objawów, znacznego wydalania wirusa, a także zwiększonego ryzyka zakażenia szpitalnego i zakażenia wtórnego. W związku z tym interesujące będzie ustalenie, czy doniesienia o zakażeniach grzybiczych w płucach niektórych pacjentów w Wuhan mogą być związane z niewłaściwym stosowaniem sterydów. Niemniej jednak badania przesiewowe nowych leków, związków o małej cząsteczce i innych środków o silnym działaniu anty-SARS-CoV-2 pozwolą z powodzeniem uzyskać nowe, lepsze związki i środki, które mogą okazać się przydatne w leczeniu COVID-19.

Siódme pytanie dotyczy tego, czy szczepionki inaktywowane stanowią realną opcję dla SARS-CoV-2. Szansa na to, że SARS-CoV-2 stanie się endemiczny na niektórych obszarach, a nawet pandemiczny, zwiększyła się ze względu na jego wysoką zdolność do przenoszenia, bezobjawowe i przedobjawowe wydalanie wirusa, dużą liczbę pacjentów z łagodnymi objawami, a także dowody na superrozprzestrzenianie się. W związku z tym rozwój szczepionki staje się niezbędny do zapobiegania i ostatecznej eliminacji SARS-CoV-2. Szczepionki inaktywowane są jednym z głównych typów konwencjonalnych szczepionek, które mogą być łatwo produkowane i szybko opracowane. W tym podejściu wirusy SARS-CoV-2 mogą być inaktywowane chemicznie i/lub fizycznie w celu wywołania przeciwciał neutralizujących. W przypadku SARS-CoV i MERS-CoV, przeciwciała neutralizujące zostały skutecznie i solidnie wywołane przez szczepionkę inaktywowaną we wszystkich rodzajach doświadczeń na zwierzętach, ale istnieją obawy o nasilenie infekcji wirusowej zależnej od przeciwciał i inne kwestie bezpieczeństwa. Podczas gdy szczepionki inaktywowane powinny być nadal testowane, alternatywne podejścia obejmują żywe szczepionki atenuowane, szczepionki podjednostkowe i szczepionki wektorowe. Wszystkie one zasługują na dalsze badania i testy na zwierzętach.

Ósme pytanie odnosi się do pochodzenia SARS-CoV-2 i COVID-19. Krótko mówiąc, zidentyfikowano dwa rodzicielskie wirusy SARS-CoV-2. Pierwszym z nich jest koronawirus pałeczkowy RaTG13 znaleziony w Rhinolophus affinis z prowincji Yunnan i ma on 96,2% udział w ogólnej tożsamości sekwencji genomu z SARS-CoV-2. Jednak RaTG13 może nie być bezpośrednim przodkiem SARS-CoV-2, ponieważ nie przewiduje się stosowania tego samego receptora ACE2, który jest używany przez SARS-CoV-2 ze względu na rozbieżność sekwencji w domenie wiążącej receptory, która ma 89% udział w sekwencji aminokwasów z SARS-CoV-2.

Drugi z nich to grupa betakoronawirusów występujących u zagrożonych gatunków małych ssaków znanych jako pangoliny, które są często spożywane jako źródło mięsa w południowych Chinach. Dzielą one około 90% ogólnej tożsamości sekwencji nukleotydów z SARS-CoV-2, ale posiadają domenę wiążącą receptory, która przewiduje interakcję z ACE2 i 97,4% tożsamości w sekwencji aminokwasów z SARS-CoV-2. Są one ściśle związane zarówno z SARS-CoV-2, jak i RaTG13, ale wydaje się mało prawdopodobne, aby były one bezpośrednim przodkiem SARS-CoV-2 ze względu na rozbieżności w sekwencji w całym genomie. Przedstawiono wiele hipotez dotyczących rekombinacji, konwergencji i adaptacji, aby zasugerować prawdopodobną ścieżkę ewolucji dla SARS-CoV-2, ale żadna z nich nie jest poparta bezpośrednimi dowodami. Wciąż nie wiadomo, jakie zwierzęta mogą służyć jako rezerwuar i żywiciel pośredni SARS-CoV-2. Chociaż jako pierwotne źródło SARS-CoV-2 i COVID-19 zaproponowano hurtowy rynek owoców morza Huananan, istnieją dowody na zaangażowanie innych rynków dzikich zwierząt w Wuhan. Konieczne są dalsze badania w celu wyjaśnienia pochodzenia SARS-CoV-2 i COVID-19.

Dziewiąte pytanie dotyczy tego, dlaczego SARS-CoV-2 jest mniej patogenny. Jeśli zmniejszona patogeniczność SARS-CoV-2 jest wynikiem adaptacji u ludzi, to bardzo ważne będzie zidentyfikowanie molekularnych podstaw tej adaptacji. Indukcja burzy cytokinowej jest główną przyczyną patogennego zapalenia zarówno w SARS jak i COVID-19. Wiadomo, że SARS-CoV jest niezwykle skuteczny w hamowaniu odporności antywirusowej i aktywacji odpowiedzi prozapalnej. Intrygujące jest zatem, że SARS-CoV-2 może różnić się od SARS-CoV pod względem właściwości antymagnetycznych interferonu i aktywujących zapalenie. Warto zauważyć, że niektórzy antagoniści interferonu i aktywatory zapalne kodowane przez SARS-CoV nie są zachowane w SARS-CoV-2. W szczególności, ORF3 i ORF8 w SARS-CoV-2 są bardzo różne od ORF3a i ORF8b w SARS-CoV, które są znane z indukowania aktywacji zapalnej NLRP3. ORF3 w SARS-CoV-2 różni się również znacząco od antagonisty interferonu ORF3b w SARS-CoV. Dlatego te białka wirusowe SARS-CoV i SARS-CoV-2 powinny być porównywane ze względu na ich zdolność do modulowania odpowiedzi antywirusowej i prozapalnej. Hipoteza, że SARS-CoV-2 może być mniej skuteczny w tłumieniu odpowiedzi antywirusowej i aktywacji zapalenia NLRP3 powinna być testowana doświadczalnie.

Po wybuchu SARS-CoV w 2003 r. osiągnięto znaczny postęp w zakresie nadzoru i kontroli chorób zakaźnych w Chinach. W międzyczasie wzmocniono również badania wirusologiczne w tym kraju. Nowy system sprawozdawczości i nadzoru nad chorobami funkcjonował stosunkowo dobrze podczas pandemii świńskiej grypy w 2009 r. W tym czasie w kraju wzmocniono również badania wirusologiczne. W ostatnich latach odkryto również nowe patogeny wirusowe, takie jak wirus ptasiej grypy H7N9 i zespół ostrej gorączki krwotocznej, co wskazuje na siłę i żywotność chińskiego nadzoru nad chorobami zakaźnymi i badań wirusologicznych. Jednak trwający obecnie wybuch SARS-CoV-2 nie tylko spowodował znaczną zachorowalność i śmiertelność w Chinach, ale także ujawnił poważne problemy systemowe w zakresie kontroli i profilaktyki chorób zakaźnych w tym kraju. Niestety, wiele z wniosków z wybuchu epidemii w 2003 r. nie zostało wyciągniętych. Co ważne, w walce z SARS-CoV-2 i COVID-19 specjaliści ds. zwalczania chorób, praktykujący lekarze i naukowcy są oderwani od rzeczywistości. Ponadto ważne decyzje nie zostały podjęte przez ekspertów w tej dziedzinie. Miejmy nadzieję, że kwestie te zostaną szybko i zdecydowanie rozwiązane w trakcie i po wybuchu epidemii.

Powyżej omówiliśmy dwie możliwości rozwoju tej epidemii. Jeśli SARS-CoV-2 nie zostanie wyeliminowany u ludzi poprzez kwarantannę i inne środki, można go nadal wyeliminować poprzez szczepienia. Jeśli osłabi się, by stać się kolejnym nabytym przez społeczność ludzkim koronawirusem wywołującym łagodną chorobę dróg oddechowych, przypominającą cztery pozostałe koronawirusy ludzkie związane z przeziębieniem, to nie będzie to również katastrofa. Zanim SARS-CoV-2 ulegnie dalszemu osłabieniu do znacznie mniej zjadliwej postaci, kluczem do zmniejszenia śmiertelności jest wczesna diagnoza i lepsze leczenie ciężkich przypadków. Powinniśmy pozostać czujni, ale są podstawy do strzeżonego optymizmu. Podwojenie naszych wysiłków badawczych nad SARS-CoV-2 i COVID-19 wzmocni podstawy naukowe, na których podejmowane są ważne decyzje.

Przygotowane na podstawie https://link.springer.com/article/10.1186/s13578-020-00404-4, wniesione zostały zmiany redaktorskie.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany.