Когда вирус атакует клетку

Знаете ли вы, что число инфекционных болезней достигает громадной цифры, приближающейся к 1500?

Особенно распространены вирусные инфекции. Они были известны задолго до открытия вирусов. Еще Демокрит (V век до н. э.) и Аристотель (IV век до н. э.) описали клиническую картину бешенства. В самых первых летописях найдено упоминание о трахоме. С древних времен известны оспа, полиомиелит, грипп. Однако, постоянно сталкиваясь с инфекционными болезнями, люди не имели ни малейшего представления об их возбудителях. А ведь вирусы существуют на Земле миллионы лет и, по мнению некоторых ученых, являются одними из самых первых форм жизни!

Честь открытия вирусов принадлежит замечательному русскому ботанику Д. И. Ивановскому, 100-летие со дня рождения которого отмечалось в 1964 году. Исследования Д. И. Ивановского заложили основы одной из самых молодых биологических наук — вирусологии.

Действующие лица

Вместе с тем эти своеобразные частицы обладают важнейшими чертами всего живого: они имеют характерное строение, подвержены действию различных химических и физических факторов, и, что самое главное, проникнув в живую клетку, начинают размножаться, воспроизводя себе подобных и проявляя при этом потребность во внешних источниках азота, углерода и фосфора. Вирусы обладают наследственными свойствами, которые могут изменяться в определенных условиях. Иными словами, вирусам, как и всем живым существам, присущи наследственность и изменчивость.

Для нашего рассказа необходимо, хотя бы кратко, разобрать строение вирусов. После изобретения электронного микроскопа сложная задача изучения анатомии вирусов стала успешно решаться. Было обнаружено, что они отличаются друг от друга по размерам и форме. Они могут иметь вид шариков, палочек или напоминают головастиков. На рис. 1 показана форма вирусов, вызывающих оспу, грипп, мозаичную болезнь табака и разрушение бактерий. Так выглядят вирусы при увеличении примерно в 30 тысяч раз. Для электронного микроскопа это сравнительно небольшие увеличения.

Более сложные вирусы содержат в своем составе и другие вещества. Например, вирусы, вызывающие гриппоподобные заболевания человека, имеют некоторые ферменты в поверхностном слое и вещества, присущие клеткам, в которых размножается вирус.

Очень любопытно устроены вирусы бактерий. По форме они напоминают ампулу, внутреннее содержание которой составляет нуклеиновая кислота — ДНК.

Оболочка придает клетке определенную форму, защищает ее от неблагоприятных воздействий и может активно захватывать из окружающей среды инородные частицы (фагоцитоз) и капельки воды (пиноцитоз).

Ядро отделяется от цитоплазмы специальной полупроницаемой оболочкой. Оно отвечает за рост и размножение клетки. Основной элемент ядра — нити хроматина, которые определяют все наследственные свойства организма и содержат так называемый генетический код. В ядре содержится также несколько ядрышек, принимающих активное участие в синтезе белка.

Теперь перейдем к основной части нашего рассказа. Что же происходит при встрече вируса с чувствительной к нему клеткой? Так как при этом вирус заражает клетку и она как бы заболевает, то, по аналогии с заразными заболеваниями, этот процесс получил название инфекционного.

Существуют два основных типа взаимодействия вируса с клеткой. Первый из них называется вирулентной, или явной, инфекцией, второй — латентной, или маскированной, инфекцией. Названия эти означают, что в первом случае заболевание клеток острое, протекает быстро и приводит к их гибели и разрушению; во втором — что течение инфекции длительное, клетки сохраняют внешне здоровый вид, и поэтому такое заболевание трудно распознать. Между этими двумя крайними видами вирусных заболеваний существует множество переходных форм.

Для изучения пораженных клеток применяются разные методы, однако прежде всего следует остановиться на так называемом методе культуры ткани.

Оказалось, если вырезать кусочек органа животного, например печени или почки, и перенести его в пробирку, добавив питательную среду, содержащую солевой раствор, сыворотку и эмбриональный экстракт, то клетки будут не только жить в этих условиях, но и активно размножаться. Меняя периодически питательную среду и пересаживая вновь выросшие клетки в другие пробирки, можно добиться, что они будут существовать очень долго.

Посмотрите, как выглядят клетки культуры ткани под обычным микроскопом. Вы можете легко определить в них все основные компоненты — ядро, ядрышки, цитоплазму и оболочку.

А при большем увеличении, которое можно получить с помощью электронного микроскопа, легко определяются митохондрии и рибосомы — в цитоплазме клетки и хроматин — в ядре.

Известны клетки, которые культивируются уже много лет во всех вирусологических лабораториях. Например, культура HeLa, полученная в 1952 году из клеток раковой опухоли и названная так по инициалам больной, умершей через два года после операции; культура клеток НЕР-2, выделенная из рака гортани человека в 1955 году; культура АС, полученная из ангиосаркомы человека; культура СОЦ — из клеток сердца обезьяны и многие другие.

В вирусологии используется несколько разных способов культивирования тканей. Клетки могут выращиваться в жидкой среде во взвешенном состоянии. Иногда кусочки ткани прикрепляются к стенкам стекла сгустком плазмы, а сверху омываются питательной средой. Но основной метод — получение однослойной культуры из клеток, которые предварительно изолируются друг от друга ферментами, разрушающими межклеточные связи.

Следует отметить, что существует известная избирательность вирусов в отношении разных тканей. Таи, вирус ящура хорошо размножается на культурах тканей морской свинки, но не растет на тканях кур, а вирус чумы птиц размножается на эмбриональных тканях птиц, но не растет на культурах, полученных из мышей.

Понятно, что, имея в руках различные культуры ткани, исследователи могли приступить к разрешению проблемы размножения вирусов.

Незваные гости

Теперь, зная, как выглядят вирусы и клетки, из каких основных частей они состоят, и познакомившись е методом тканевых культур, мы можем проследить по этапам, как происходит война между этими вечными врагами.

Не удивляйтесь, что наш рассказ мы каждый раз будем начинать с вирусов, поражающих бактерии. Дело в том, что эти вирусы относятся к числу наиболее изученных и являются очень удобной моделью для исследований подобного рода. Система вирус — клетка отличается от системы фаг — бактерия. В связи с этим можно было ожидать, что размножение вирусов, поражающих человека и животных, будет отличаться от размножения фата. Действительно, «nipи изучении взаимоотношений разных вирусов и клеток было обнаружено много своеобразных особенностей, которые мы рассмотрим ниже.

Тем не менее, однако, несмотря на различия в отдельных деталях, основные закономерности инфекционного процесса имеют общий характер для всех вирусов. Он может быть разделен на несколько последовательных стадий.

Атака на клетку начинается с прикрепления вирусов к клеточной стенке или с так называемой адсорбции вируса. Адсорбция наблюдается фазу же после внесения вирусов в среду, где имеются клетки. Нужно сказать, что адсорбция вируса отличается большой специфичностью; каждый вирус способен адсорбироваться лишь на определенных клетках. Считается, что клеточная стенка имеет определенные участки, которые называются рецепторными полями и способны специфически адсорбировать вирусы. Адсорбции не происходит, если предварительно разрушить эти рецепторы.

Обычно адсорбцию вируса подразделяют на два последовательных этапа. Вначале между вирусом и клеточной оболочкой образуются электростатические связи. При этом положительно заряженные аминогруппы вируса соединяются с отрицательно заряженными карбоксильными группами клеточной стенки. В дальнейшем эта связь приобретает ферментативный характер.

После прикрепления к клеточной стенке начинается внедрение вирусов внутрь клетки.

Посудите сами, активный захват клетками из окружающей среды различных частиц (фагоцитоз) и капелек воды (пиноцитоз) имеет большое значение для ее нормальной жизнедеятельности, а использование этих же механизмов для захвата вирусов (виронексис) скорее напоминает самоубийство. Более примитивно построенные бактерии неспособны сами захватывать частицы из окружающей среды. Этим, по-видимому, и можно объяснить наличие у поражающих их вирусов (бактериофагов) столь сложного и совершенного аппарата, осуществляющего проникновение внутрь бактерии. А вирусы животных либо втягиваются внутрь клетки при помощи вакуоль, либо проникают непосредственно через клеточную мембрану. Некоторые сложные вирусы проникают в клетку благодаря деятельности своих ферментов.

Как это происходит? Клетки живого организма покрыты оболочкой, которая состоит из слоя слизистоподобных мукополисахаридов и липопротеинов. Чтобы попасть внутрь клетки, вирус должен преодолеть оба этих барьера. Предполагается, что для этого у некоторых вирусов имеются специальные ферменты, которые образно называют входными. Одни из них способны разрушать рецепторы клеточной стенки (мукополисахариды), другие разрушают собственно клеточную стенку (липопротеины). Если заразить клетки культуры ткани большими количествами вируса, то в результате действия ферментов вируса будет происходить разрушение клеточных стенок, слияние цитоплазмы близлежащих клеток и появление многоядерных образований, которые называются симпластами. Ниже мы подробнее остановимся на этом процессе.

Существование входных ферментов доказывается и в опытах с эритроцитами, оболочки которых также содержат два слоя. После обработки эритроцитов вирусами оболочки красных кровяных телец разрушаются, и содержимое выходит наружу (это явление называется гемолизом). Следовательно, ферменты вирусов животных, как и в случае с вирусами бактерий, помогают им преодолеть заслон, состоящий из клеточной оболочки, и достигнуть наружного слоя цитоплазмы.

Вирусная нуклеиновая кислота по клеточным каналам очень быстро проникает в ядро и ядрышки клетки. С этого момента оканчивается проникновение вируса в клетку и начинается размножение вируса. Прежде чем окончить рассказ о первых стадиях взаимодействия вируса с клеткой, попробуем изобразить эти стадии схематически, а в качестве примера возьмем уже знакомый нам вирус гриппа.

Выход вновь сформировавшегося потомства вирусов — финальный этап его размножения. У бактериофагов выход сопровождается разрывом бактериальной стенки и вытеканием содержимого клетки в окружающую среду (лизис). Для вирусов полиомиелита, энцефалитов, оспы характерна взрывоподобная гибель клеток с одномоментным выходом больших количеств вируса. Большинство же других вирусов (грипп, паротит и т. д.) успевают до момента гибели клетки проделать несколько циклов размножения, постепенно истощая ресурсы клетки и вызывая ее разрушение.

Сейчас никто не сомневается в ведущей роли нуклеиновой кислоты в размножении вирусов. А играет ли какую-либо роль в этом процессе белок? Этот вопрос исследователи пытались выяснить, используя в качестве модели бактериофаги. Тщательные исследования позволили обнаружить, что незначительное количество (около 2%) белка локализовано внутри вируса и, по-видимому, связано с ДНК.

Этот белок проникает вместе с ДНК в клетку. Однако его роль в размножении до сих пор остается необъясненной. Предполагают, что этот белок может обладать ферментативной или генетической функцией, являясь как бы посредником между ДНК родительского фага и его потомками.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Как коронавирус вызывает инфекцию?

Вирус распространяется с помощью капелек, разлетающихся в воздухе при кашле или чихании. Капли, содержащие вирусные частицы, могут попадать в организм окружающих вирусоносителя людей через нос, рот или глаза. Капли также оседают на близлежащие поверхности, касаясь которых, а потом дотрагиваясь до лица, тоже можно заразиться.

Если вирусные частицы попали в нос, вместе со слизью они быстро преодолевают носовые ходы с тем, чтобы оказаться на слизистой оболочке задней поверхности глотки. Там они прикрепляются к определенному рецептору на поверхности клеток, и инфицирование начинается.

Как этот процесс вызывает проблемы с дыханием?

По мере того, как копии вируса множатся, они вырываются из инфицированной клетки и захватывают соседние. Симптомы чаще всего проявляются на задней стенке гортани — болит горло и появляется сухой кашель. Затем вирус начинает постепенно и неуклонно продвигаться вниз, к бронхам.

Когда он достигает легких, их слизистые оболочки воспаляются. Воспаление может повредить альвеолы — пузырьковые структуры, в которых происходит газообмен между атмосферным воздухом и кровью. Альвеолам приходится больше работать, чтобы насытить циркулирующую по всему телу кровь кислородом и удалить из нее углекислый газ, который затем выводится из организма с выдохом.

Вирусное повреждение тканей легких приводит к тому, что они становятся уязвимыми перед лицом бактерий. Развиваются отек и воспаление, кислороду становится труднее проникать сквозь слизистую оболочку в кровь, альвеолы наполняются жидкостью, гноем и отмершими клетками. Прогрессирует вирусно-бактериальная пневмония (воспаление легких).

Вслед за этим может последовать наиболее тяжелое, грозящее летальным исходом осложнение — острый респираторный дистресс-синдром, при котором легкие вообще перестают насыщать кровь кислородом, в них скапливается большое количество жидкости, и пациента приходится подключать к аппарату искусственной вентиляции легких.

Причиной такого развития событий является так называемый цитокиновый шторм — из-за гиперактивности иммунной системы, пытающейся подавить очаг воспаления в легких, происходит мощный, неконтролируемый выброс определенных белков — цитокинов, которые активизируют иммунные клетки в очаге. Последние, в свою очередь, выбрасывают новую порцию цитокинов, и так далее. В результате образуется порочный круг, что приводит к разрушению не только поврежденной легочной ткани, но и соседних здоровых тканей.

При этом, как установил профессор патологоанатомии из Школы медицины Чикагского университета Шу Юань Сяо (Shu-Yuan Xiao), распространяясь в легких, коронавирус выбирает довольно нестандартную траекторию. Профессор Сяо проанализировал отчеты о вскрытии пациентов, погибших от COVID-19 в Китае, и обнаружил, что вирусное вторжение начинается на периферии обоих легких, и до того момента, как оно достигает центральных областей, проходит некоторое время.

По мнению Сяо, этим обстоятельством может объясняться тот факт, что поначалу в Ухане, где началась вспышка коронавируса, позже переросшая в пандемию, очень много случаев заболевания не смогли сразу диагностировать. Поэтому множество людей с симптомами отправляли обратно домой без какого-либо лечения, предполагая, что они больны чем-то другим. Эти люди либо пытались обращаться за помощью в другие больницы, либо сидели дома и заражали членов семьи и других людей, с которыми контактировали, что стало одной из причин столь широкого распространения инфекции, считает профессор.

Такую версию косвенно подтверждают итоги недавнего исследования, проведенного командой ученых из Школы медицины Икана Медицинского центра Маунт Синай. Они выяснили, что более чем у половины из 121 пациента китайских больниц в начале болезни были абсолютно нормальные результаты компьютерной томографии (КТ) легких. Однако по мере прогрессирования заболевания на КТ-сканах начинают проявляться затемнения в центральных отделах легких.

Легкие — единственная часть организма, которую затрагивает болезнь?

Совсем необязательно. Вирусные частицы способны поражать клетки слизистых оболочек многих органов, в первую очередь желудочно-кишечного тракта, у клеток эпителия которого присутствует тот же рецептор, к которому прикрепляется вирус, что и у клеток легочного эпителия. Именно поэтому у части пациентов симптомы инфекции проявляются не в виде кашля и пневмонии, а в виде диареи и болей в животе. Это также подтверждается тем, что РНК коронавируса была выделена в образцах стула пациентов, правда, пока неясно, может ли вирус распространяться подобным путем. Вирусная РНК также обнаруживалась в крови пациентов.

Как объяснил доктор Шэфнер, в принципе, попадая в организм, вирус поражает все основные его органы: печень, сердце, почки, а также костный мозг и кровеносные сосуды — и теоретически способен вызвать в них повреждения. Кроме того, если иммунная система начнет работать на предельной мощности, чтобы побороть инфекцию, из-за сильной воспалительной реакции органы могут отказать.

В результате у некоторых пациентов к урону, наносимому организму самим вирусом, прибавляется ущерб от идущей вразнос собственной иммунной системы, что грозит фатальными последствиями.

Правда, пока неизвестно, как инфекция действует на головной мозг. Ученые, изучавшие вирус SARS, вызывающий атипичную пневмонию, пришли к выводу, что в некоторых случаях инфекция может проникать в мозг. Учитывая большое сходство между SARS и COVID-19, авторы недавней публикации в журнале Journal of Medical Virology считают, что риск поражения части нервных клеток при COVID-19 исключать нельзя.

Почему у некоторых людей болезнь протекает очень тяжело, а у большинства нет?

Примерно у 80% людей, заразившихся новым коронавирусом, наблюдаются сравнительно легкие симптомы. Но оставшиеся 20% болеют значительно тяжелее, а для приблизительно 2% в Китае заболевание оказывалось смертельным.

При этом тяжелое протекание COVID-19, требующее подключения к ИВЛ и другим системам жизнеобеспечения, в США наблюдали у людей всех возрастов, даже у молодых и прежде здоровых. Другое дело, что у таких пациентов гораздо больше шансов на выживание, чем у пожилых, ослабленных людей, а также у тех, кто страдает от других хронических, системных заболеваний, например от диабета, рака или хронической обструктивной болезни легких.

Чего ученые пока не знают о COVID-19?

На самом деле очень многого. Хотя болезнь напоминает во многих аспектах атипичную пневмонию, а также имеет проявления, часто встречающиеся при гриппе и обычной пневмонии, специалисты пока до конца не понимают, почему у разных пациентов заболевание протекает по-разному.

Так, состояние некоторых пациентов может оставаться стабильным на протяжении более недели, а потом вдруг быстро развивается пневмония. Некоторые пациенты, казалось бы, совершенно выздоравливают, а потом симптомы у них появляются снова.

У некоторых китайских пациентов возврат симптомов был связан с тем, что из-за поврежденной вирусом легочной ткани у них развивалась бактериальная инфекция, и они умирали уже от нее, а не от вируса. Но речь идет об отдельных случаях, причина гибели большинства пациентов иная, отметил профессор Сяо.

Делая недавно обход больных в отделении интенсивной терапии на 20 коек, врач Джошуа Денсон (Joshua Denson) оценил состояние двоих пациентов с судорожными припадками, нескольких с легочной недостаточностью и еще нескольких, у кого в опасном состоянии были почки. За несколько дней до этого он был вынужден прервать свой обход, чтобы вместе с коллегами попытаться реанимировать молодую женщину, у которой остановилось сердце. По словам Денсона, работающего пульмонологом и реаниматологом на медицинском факультете Тулейнского университета, у всех этих больных была одна общая черта — они заразились COVID-19.

Количество подтвержденных случаев заражения COVID-19 во всем мире перевалило за 2,2 миллиона, а число умерших превысило 150 000 человек. В этих условиях лечащие врачи и специалисты по лабораторной диагностике силятся понять, какой ущерб коронавирус наносит организму, когда проникает в него. Они понимают, что эпицентром следует считать легкие, однако вирус поражает самые разные органы, в том числе, сердце, кровеносные сосуды, почки, кишечник и головной мозг.

Инфекция начинается

Когда инфицированный человек капельным путем передает вирус другому человеку, который его вдыхает, SARS-CoV-2 попадает в носоглотку. Он находит теплый прием в слизистой оболочке носа, о чем в черновике своей работы рассказывают ученые из Института Сенгера и других исследовательских учреждений. Они обнаружили, что находящиеся там клетки имеют много рецепторов под названием ACE2 (ангиотензинпревращающий фермент 2). ACE2, который обычно помогает регулировать кровяное давление, присутствует в уязвимых для инфекции тканях, потому что вирусу такой рецептор необходим для проникновения внутрь клетки. Оказавшись внутри, вирус берет под контроль клеточные механизмы, воспроизводя с их помощью многочисленные копии себя самого и проникая в новые клетки.

По мере размножения коронавируса инфицированный человек распространяет его в больших количествах, особенно в первую неделю после заражения. В это время симптомы могут отсутствовать. Либо же у новой жертвы вируса появляется высокая температура, сухой кашель, боль в горле, он теряет обоняние и вкус, у него появляется головная боль и ломота в теле.

Если на этом начальном этапе иммунная система не победит SARS-CoV-2, вирус спускается вниз в трахею и поражает легкие. Там он может стать источником смертельной опасности. Более тонкие и удаленные ветви респираторного легочного древа заканчиваются крошечными воздушными мешочками под названием альвеолы. У каждой легочной альвеолы есть покров из одного слоя клеток, у которых тоже имеется множество рецепторов АСЕ2.

Обычно кислород через легочные альвеолы попадает в капилляры, крошечные кровеносные сосуды, находящиеся за воздушными мешками. По ним кислород разносится по всему организму. Но когда иммунная система ведет сражение с захватчиком, это сражение само по себе препятствует нормальному снабжению тела кислородом. Находящиеся на переднем крае белые кровяные тельца лейкоциты выделяют воспалительные молекулы хемокины, которые в свою очередь привлекают иммунные клетки к очагу воспаления, и те убивают инфицированные вирусом клетки, оставляя после себя гной (это смесь жидкости и мертвых клеток). Такова основная патология пневмонии с соответствующими симптомами, такими как кашель, высокая температура и быстрое, неглубокое дыхание. Некоторые заболевшие COVID-19 выздоравливают, получив лишь незначительную помощь в виде вдыхаемого через назальные канюли кислорода.

У других же состояние ухудшается, порой совершенно неожиданно. У них возникает синдром острой дыхательной недостаточности. Содержание кислорода в крови резко падает, и таким пациентам становится все труднее дышать. Рентгеновские снимки и томография показывают, что легкие у них пронизаны белыми помутнениями там, где должно быть черное пространство, то есть, воздух. Обычно таким пациентам ставят аппарат искусственной вентиляции легких. Многие умирают. Вскрытие показывает, что легочные альвеолы у них заполнены жидкостью, лейкоцитами, слизью и остатками разрушенных легочных клеток.

Некоторые врачи подозревают, что причиной такого ухудшения состояния у многих тяжелобольных пациентов является катастрофическая чрезмерная реакция иммунной системы, известная как гиперцитокинемия (цитокиновая буря). Она возникает и при других вирусных инфекциях. Цитокины это химические сигнальные молекулы, которые управляют здоровой иммунной реакцией. Но при цитокиновой буре содержание некоторых цитокинов намного превосходит необходимый уровень, и иммунные клетки начинают атаковать здоровые ткани. Кровеносные сосуды начинают протекать, кровяное давление падает, образуются тромбы, и в результате могут отказать жизненно важные органы человеческого организма.

Между тем, некоторые ученые обращают внимание совсем на другие органы, которые, по их словам, способствуют быстрому ухудшению состояния у ряда пациентов. Это сердце и кровеносные сосуды.

Удар по сердцу

В итальянской Брешии 53-летняя женщина попала в реанимацию местной больницы с классическими симптомами инфаркта. На инфаркт указывала ЭКГ и высокое содержание в крови веществ, говорящих о повреждении миокарда. Дальнейшие анализы показали увеличение сердца и повреждения на нем. А левый желудочек, который обычно является главным генератором сердца, был настолько слаб, что перекачивал крови в три раза меньше нормы. Но когда врачи ввели красящее вещество в коронарные артерии, чтобы найти место закупорки, указывающее на инфаркт, они ничего не обнаружили. Провели еще один анализ, и причина стала ясна: у женщины был COVID-19.

Как вирус атакует сердце и кровеносные сосуды — это остается загадкой; но многие ученые и врачи в своих отчетах показывают, что такое случается часто. 25 марта в журнале JAMA Cardiology была опубликована статья, указывающая на то, что почти у 20% из 416 пациентов, лечившихся в Ухане от COVID-19, были найдены признаки повреждения миокарда. В другом исследовании говорится, что у 44% из 138 госпитализированных пациентов была аритмия.

Если COVID-19 поражает кровеносные сосуды, этим можно объяснить и то, почему у пациентов с поврежденными от воздействия других болезней сосудами (скажем, у диабетиков и гипертоников) выше риск заболеть тяжело. Последние данные Центра по контролю и профилактике заболеваний по госпитализированным пациентам в 14 американских штатах указывают на то, что около трети страдали хроническими легочными заболеваниями, у трети есть диабет, а у половины гипертония.

Ученые пока не могут понять, что именно вызывает поражение сердца и сосудов. Возможно, вирус непосредственно атакует сердце и кровеносные сосуды, у которых, как в носу и в альвеолах, на поверхности много рецепторов АСЕ2. А может, сосуды повреждаются из-за нехватки кислорода, вызванной хаосом в легких. Или же цитокиновая буря повреждает сердце так же, как и другие органы.

Война на множество фронтов

Согласно предварительным данным одного исследования, 27% из 85 госпитализированных в Ухане пациентов страдали от почечной недостаточности. По другим данным, у 59% из почти 200 госпитализированных с COVID-19 пациентов в Ухане и его окрестностях в моче содержался белок и кровь. А это говорит о том, что у них были не в порядке почки. Больные COVID-19 с острой почечной недостаточностью умирали в пять раз чаще тех, у кого этой болезни не было.

Поражение мозга

Но есть и другие факторы, наносящие ущерб головному мозгу. Например, цитокиновая буря способна вызвать отёк головного мозга, а повышенная свертываемость крови может послужить причиной инсульта. Сейчас пора переходить от предположений к уверенности, потому что медики заняты спасением людей, и даже оценки неврологов по поводу причин рвотного рефлекса или транспортировки пациентов для сканирования головного мозга могут создать риск распространения вируса.

В прошлом месяце невролог из Медицинского центра Питтсбургского университета Шерри Чоу (Sherry Chou) приступила к созданию всемирного консорциума, который сегодня объединяет 50 центров. Он занимается сбором неврологических данных о пациентах, находящихся на лечении. Начальные задачи довольно просты: выявить неврологические осложнения у госпитализированных пациентов и посмотреть, какие у них результаты. В дальнейшем Чоу с коллегами надеется собрать данные МРТ, лабораторных анализов и прочую информацию, которая поможет лучше понять воздействие вируса на нервную систему, в том числе, на головной мозг.

Доходя до кишечника

Присутствие вируса в желудочно-кишечном тракте говорит о том, что он может передаваться через кал. Но пока непонятно, что содержится в кале: живой и заразный вирус, или только РНК и белки. На сегодня у нас нет свидетельств того, что передача с фекальными массами важна, говорит эксперт по коронавирусам Стэнли Перлман (Stanley Perlman) из университета штата Айова. Центр контроля и профилактики заболеваний сообщает, что если исходить из опыта борьбы с SARS и вирусом ближневосточного респираторного синдрома, который является еще одним опасным родственником нового коронавируса, то риск передачи инфекции с фекальными массами наверняка очень низок.

Все эти рассказы о разрушительном воздействии COVID-19 на организм — не более чем черновой набросок. Пройдут году напряженных исследований, прежде чем мы сможем составить объективную картину. Между тем, это воздействие может запустить целый каскад иммунных и сердечно-сосудистых последствий. Пока наука торопливо занимается поисками, исследуя под микроскопом ткани и проверяя на пациентах препараты, нам остается надеяться, что создаваемые лекарства окажутся более хитроумными и сильными, чем вирус, который застопорил весь мир.

Дженнифер Казин-Франкель — научный журналист, обозреватель Science, специализируется на проблемах биомедицинских и клинических исследований и этических вопросах.

Джослин Кайзер — инженер-химик, обозреватель Science.

Кэтрин Матасич — младший редактор онлайн-версии Science, специализируется на проблемах лингвистики и общественных наук.

Материалы ИноСМИ содержат оценки исключительно зарубежных СМИ и не отражают позицию редакции ИноСМИ.

Вопреки распространенному заблуждению коронавирус не появился из ниоткуда, как черт из табакерки. Сьюзен Вайс, профессор кафедры микробиологии из Пенсильванского университета, изучает коронавирусы уже около 40 лет.

- Когда я начинала ими заниматься на меня смотрели с сожалением, как смотрят на чудаков, которые делают ставку на заведомого аутсайдера, - рассказала Сьюзен Вайс изданию The Atlantic. - Считалось, что коронавирусы не оказывают заметного влияния на здоровье людей. Семейство коронавирусов, которые передаются человеку, состояло из 6 штаммов. Четыре из них— OC43, HKU1, NL63 и 229E открыты достаточно давно и вызывают треть общих простудных заболеваний (среди них банальный насморк), они переносятся достаточно легко. Два других члена семейства MERS-CoV (коронавирус, вызывающий ближневосточный респираторный синдром) и SARS-CoV (стал причиной вспышки атипичной пневмонии в Китае в 2002 году) вызывают гораздо более тяжелые заболевания. Но когда появился SARS-CoV-2 (так называется сам вирус), спровоцировавший пандемию Covid-19 (название болезни, которую вирус вызывает), уже никто не будет относиться к коронавирусам свысока.

Какая мутация сделала вирус убийцей

Однако почему именно седьмой коронавирус оказался таким опасным и агрессивным?

Ключ к ответу таится в структуре вируса. По форме он представляет колючий шар. Его шипы цепляются к белку под названием ACE2, который находится на поверхности наших клеток, выстилающих оболочку органов дыхания. В отличие от своего предшественника SARS-classic, (он причина вспышки атипичной пневмонии 2002 года), SARS-CoV-2 образно говоря обзавелся шипами новой конструкции. Их можно грубо сравнить с раздвоенным наконечником стрелы. Такие стрелы в старину делали, чтобы нанести максимальный урон противнику: тормозя на огромной скорости в теле жертвы, лепестки наконечника стрелы раскрывались, разрывая плоть и застревая в теле жертвы. В SARS-classic эти шипы раскрывались плохо (а только так вирус мог проникнуть в клетку жертвы) поэтому число заболевших было невелико - 8096 случаев заболевания в 29 странах, умерли 774 человека.

Однако в SARS-CoV-2 скрепляющее соединение, которое держало раздвоенные наконечники шипа вместе, легко растворялось ферментом под названием фурин, он вырабатывается в организме человека. “Колючки” вируса, как репей, впивались в свою мишень - белок ACE2, и проникали в клетку.

Модель вируса SARS-CoV-2. Фото: ru.wikipedia.org

- Такая конструкция имеет решающее значение для передачи от человека к человеку, - считает Ангела Расмуссен из Колумбийского университета. - Она позволяет SARS-CoV-2 сильнее прилипать к клеткам, которые он атакует. В общих чертах это означает, что ему необходима значительно меньшая концентрация вирусов, чтобы инфицировать организм.

Почему 80 процентов людей болеют бессимптомно, а в группе риска высокая смертность

Другая особенность седьмого коронавируса заключается в его “всеядности”. Большинство респираторных вирусов имеют специализацию: они атакуют либо верхние, либо нижние дыхательные пути. Заболеваниями верхних дыхательных путей люди страдают чаще, но переносят легче. В то же время инфекции нижних дыхательных путей (бронхи, трахея и легкие) труднее передается, но приводят к более тяжелым последствиям. Новый коронавирус вероятнее всего не так избирателен: он поражает и верхние и нижние дыхательные пути. Эта особенность объясняет, почему 80 процентов людей переносят коронавирус бессимптомно и сами того не подозревая являются “тайными агентами” по его распространению. А в случаях, когда вирус сумел пустить корни глубоко, течение болезни очень тяжелое и нередко приводит к воспалению легких.

Как COVID-19 убивает организм

Попав в организм коронавирус атакует клетки обладающие белком АСЕ2, которые выстилают наши дыхательные пути. По мере развития инфекции отмирающие клетки опускаются все ниже и попадают в легкие, перенося туда и вирус.

Когда легкие наполняются мертвыми клетками и жидкостью, затрудняется дыхание и начинается одышка - человек пытается частотой дыхания компенсировать недостаток кислорода.

Иммунная система в свою очередь предпринимает атаку на вирус, используя традиционные испытанные средства: чтобы доставить иммунные клетки к очагу заражения кровеносные сосуды расширяются, а проницаемость сосудов увеличивается. Эта борьба организма с инфекцией внешне проявляется в виде повышения температуры, воспаления, покраснения и отека тканей. Но проницаемость сосудов и приток крови приводят к тому, что легкие еще больше заполняются жидкостью. Защитная реакция иммунной системы переходит в неконтролируемую форму и несет угрозу самому организму.

Финальным аккордом саморазрушения организма является так называемый “ цитокинов ый шторм”. Цитокины - это молекулы, которые обеспечивают мобилизацию воспалительного ответа и активируют иммунные клетки. Но когда уровень цитокинов в крови становится запредельным, иммунная система идет вразнос принося организму больше вреда, чем сам вирус. Иммунные клетки уничтожают очаг воспаления вместе с тканями, но процесс воспаления распространяется на соседние участки. Постепенно этот иммунный шторм охватывает весь организм и может убить своего хозяина.

Такие самоубийственные неконтролируемые реакции иммунной системы провоцировала “испанка” - вирус гриппа, который в 1918 году унес жизни более 50 миллионов человек в мире. Этим же инструментом пользуются вирус Эболы, птичий грипп H5N1 и тяжелый острый респираторный синдром, который вызывал предшественник Covid-19. Но чем больше ученые узнают о SARS-CoV-2, тем больше шансов, что его удастся остановить.