Alai

Bevezetés

A cikk célja, hogy általános ismereteket nyújtson a vírusokról, arról, hogyan vezetnek fertőzéshez és hogyan reagál a szervezet immunrendszere. Bár a vírusok aprók, mégis összetett, változatos entitások, amelyek képesek megfertőzni a gazdaszervezeteket, szaporodni, majd további gazdaszervezetekre terjedni. Ezenkívül a vírusok néha átkerülhetnek a gazdafajok között, vagy mutálódhatnak, és újra megfertőzhetik az eredeti gazdafajt.

Mi a vírus?

A vírusok genetikai információk (DNS vagy RNS, a vírustípustól függően) mikroszkopikus méretű csomagjai, amelyeket fehérjeburokba burkolnak. Alakjuk és méretük változhat, és jellemzően 20-300 nanométer között mozog (egy nanométer egy méter osztva ezermillióval) (1. ábra). A vírusok képesek a gazdaszervezetükön kívül létezni, de nem tudnak elszigetelten szaporodni, nem rendelkeznek a normál sejtek sejtes “gépezetével”, és nincs anyagcseréjük sem. Valójában vita folyik arról, hogy a vírusok valóban az élet egyik formája-e, és néha úgy tekintik, hogy az “élet peremén” vannak. A valódi életformákhoz hasonlóan a vírusok is rendelkeznek genetikai anyaggal, képesek szaporodni, és mutációval és természetes szelekcióval járó folyamatok révén fejlődnek (bár a mutációhoz gazdasejtre van szükség, nem pedig önállóan történik, ellentétben az élő szervezetekkel).

Copyright: Open University

1. ábra. A különböző víruscsaládok morfológiája és hozzávetőleges relatív mérete. A vírusok DNS-ből vagy RNS-ből állnak, amely a nagyobb stabilitás érdekében gyakran szorosan fehérjékhez kapcsolódik. A genetikai anyagot (DNS vagy RNS) szabályos alakú fehérjék tartalmazhatják, amelyek geometriai formát adnak (kapszidok), vagy lazább membránborítással rendelkeznek, vagy mindkettő.

A gazdaszervezet megfertőzése után a vírus bejut a gazdaszervezet sejtjeibe (egy adott szöveten belül vagy általánosabban, a vírustól függően), és átveszi a sejtrendszereket, ezáltal a sejtet sok új vírusrészecskét termelő vírusgyárrá alakítja. Ez az invázió és a megváltozott működés drámai változásokat okozhat a gazdaszervezet sejtjeiben, amelyek károsíthatják vagy elpusztíthatják azokat. Az új vírusrészecskék termelődése a gazdaszervezet több sejtjének megfertőződéséhez vezet, és ez áll a vírus új gazdaszervezetre való átvitelének hátterében.

A becslések szerint minden milliliter tengervíz akár 100 millió vírust is tartalmazhat, míg a tavi üledékek grammonként mintegy 20 milliárd vírust tartalmaznak.Az, hogy egy vírus mennyi ideig maradhat életképes a gazdaszervezetén kívül, a vírustól és a környezetétől függ. Egyes vírusok a levegőben vagy szilárd felületeken több napig vagy hétig is életben maradhatnak. Míg a vízben lévő vírusok általában hosszabb ideig maradnak életben – tiszta hideg vízben akár egy évig is. A hő, a mosószer vagy az UV-fény perceken belül inaktiválhatja a vírusokat. Ezzel szemben a fagyasztás képes megőrizni a vírusokat.

A vírusoknak sokféle típusa van, és mindenütt jelen vannak. Becslések szerint például minden milliliter tengervíz akár 100 millió vírust is tartalmazhat, míg a tavi üledékek grammonként mintegy 20 milliárd vírust tartalmaznak. A fertőzött egyének rengeteg vírusrészecskét üríthetnek. A gyomorbetegségben, rotavírusban szenvedő betegek akár 10 milliárd vírusrészecskét is kibocsátanak a széklet grammjában.

A vírusok által megfertőzött élő szervezetek köre hatalmas. Valójában úgy tartják, hogy minden szervezet, az egysejtű lényektől, mint például a baktériumok, a bonyolultabb többsejtű növényekig és állatokig, fogékony a különböző típusú vírusok általi fertőzésre. Egyes vírusok kifejezetten bizonyos gazdafajokat fertőznek, míg mások a különböző fajok széles körét fertőzik. A vírusfertőzés következményei is nagymértékben eltérnek az egyes gazda-vírus kölcsönhatások között. Általában, bár nem mindig, a vírusfertőzés a gazdaszervezet megbetegedését eredményezi.

Honnan származnak a vírusok?

A vírusok eredetével kapcsolatban számos elmélet létezik. Az a tény, hogy az élet minden formáját megfertőzik, arra utal, hogy ősi eredetűek.A vírusok eredetével kapcsolatban több elmélet is létezik. Az a tény, hogy az élet minden formáját megfertőzik, arra utal, hogy ősi eredetűek. Mint már említettük, a vírusok lényegében genetikai anyagból (DNS vagy RNS) állnak, amelyet fehérjeburok vesz körül. Ahhoz, hogy a vírusok genetikai anyaga (amelyet általában “vírusgenomnak” neveznek) sikeres legyen, elegendő számú gént kell kódolnia ahhoz, hogy a vírus képes legyen a fertőzés-replikáció-replikáció-fertőzés ciklusra. A vírusban lévő genetikai információ mennyisége igen kicsi. A koronavírusok genomja például körülbelül 30 000 nukleotidbázist tartalmaz, míg az emberi genom körülbelül 10 000-szer nagyobb, több mint 3 milliárd bázispárból áll (“bázisok” és “bázispárok” a biológia terminológiája, amely az RNS és a DNS kémiai szerkezetére utal; az RNS és a DNS bázissorozatai kódolják az összes fehérjét, és meghatározzák a szervezetek fizikai jellemzőit).

De hogyan jöttek létre a vírusok? Az egyik elképzelés szerint a vírusok olyan rövid genetikai anyagszekvenciákból fejlődtek ki, amelyek eredetileg egy nagyobb egység részei voltak. Azt feltételezik, hogy ezek a rövid genetikai anyagszekvenciák, amelyek egy életképes vírusgenomot foglalnak magukba, kiszabadultak az eredeti sejtből. Valójában ismert, hogy egyes DNS-szekvenciák képesek kivágni magukat a sejt genomjából, és visszailleszkedni a genom egy másik részébe. Ha az ilyen “transzponálható elemek” a sejtmembrán egy darabjába kötődnének, és kiszabadulnának a sejtből, akkor egy másik sejtbe kerülhetnének – hasonlóan ahhoz, ahogyan egy vírus is átkerülne. Egy másik nézet szerint azonban a vírusok valójában sokkal ősibbek, mint más sejtek. Ennek az az oka, hogy a vírusfehérjék többsége nem mutat hasonlóságot más élőlények fehérjéivel, ami arra utal, hogy genomjuk különálló, és a sejtes élet előttiek. Mivel nagyon sokféle vírustípus létezik, lehetséges, hogy mindkét elképzelés helytálló, és a vírusok különböző családjai egymástól függetlenül alakultak ki.

A különböző vírustípusok különböző replikációs stratégiákat alkalmaznak, amikor megfertőznek egy sejtet. A retrovírusok például RNS genommal rendelkeznek. A retrovírusok egy olyan enzimmel is rendelkeznek, amely az RNS-sablonból DNS-t tud előállítani, amely aztán beilleszthető a gazdasejt DNS-ébe. Ez azt jelenti, hogy a fertőzött sejt és annak bármely utódja vírusos DNS-t tartalmaz. Retrovirusra példa a humán immundeficiencia vírus (HIV). A vírusgenomnak a gazdasejt genomjába való beépülésének ez a folyamata évmilliók óta zajlik, és becslések szerint a DNS-ünk mintegy 8%-a valójában vírusoktól származik.

Hogyan fertőznek meg minket a vírusok?

A legtöbb vírus felszíne fehérjékkel van tele, amelyek lehetővé teszik a vírusrészecskék számára, hogy a gazdasejtekhez kapcsolódjanak és bejussanak. A vírusok és a gazdasejtek kölcsönhatása specifikus vírus- és gazdasejtfehérjék kölcsönhatásán keresztül történik: ennek a kölcsönhatásnak a blokkolása a vírusfertőzések gátlásának egyik lehetséges módja. A sejt belsejében a vírusrészecskék szétszerelődnek, és a vírus genetikai információja sablonként szolgál a gazdasejt számára, hogy új vírusfehérjék és genomok előállítását kezdje meg. Az új vírusrészecskék vagy kiszabadulnak a gazdasejtből, miközben az tovább működik, vagy a gazdasejt felrobban és elpusztul, ezáltal kiszabadítva a benne lévő vírusrészecskéket.

Hogyan reagál a szervezet a vírusra?

A különböző fajok különböző stratégiákat fejlesztettek ki a vírusfertőzések legyőzésére. Az embernél az immunrendszer két típusba sorolható: veleszületett és adaptív, mindkettő védelmet nyújt a vírusfertőzéssel szemben. A veleszületett immunrendszer fizikai gátakból (pl. nyálkahártya), kémiai hírvivő anyagokból (pl. citokinek; a sejtek által használt jelzőmolekulák egy típusa) és különböző típusú sejtekből (pl. leukociták; fehérvérsejtek) áll, és az első védelmi vonal a behatoló mikroorganizmusokkal szemben. Különösen fontos citokin az interferon, amelyet a sejtek szabadítanak fel, amikor vírusrészecskékkel fertőződnek. A fertőzött sejt által felszabadított interferonmolekulák aktiválhatják a szomszédos sejtekben a további vírusfertőzést gátló jelzőmechanizmusokat. Felmerült, hogy a SARS-CoV-2 vírussal fertőzött sejtek esetleg nem szabadítanak fel olyan mértékben interferont, mint más vírusfertőzések esetén.

A veleszületett immunrendszerrel ellentétben az adaptív immunrendszer nagy előnye, hogy emlékszik a vírusokra és baktériumokra, amelyekkel már találkozott.A vírusok elleni célzottabb beavatkozások az adaptív immunrendszerből származnak. Az adaptív immunrendszerben is részt vesznek a leukociták, például a limfociták, amelyek felismerik az idegen fehérjéket és antitesteket termelnek. Az antitest az idegen fehérje egy meghatározott régiójához (az úgynevezett epitóphoz) kötődik, így csak a betolakodó anyagot lehet célzottan eltávolítani. Az adaptív immunrendszeren keresztül történő antitesttermelés több napot is igénybe vehet, így a fertőzés kezdete és a válaszreakció kialakulásának képessége között késedelem léphet fel. A veleszületett immunrendszerrel ellentétben azonban az adaptív immunrendszer nagy előnye, hogy emlékszik azokra a vírusokra és baktériumokra, amelyekkel már találkozott. Következésképpen, ha a szervezet újra ki van téve ugyanannak a kórokozónak, gyorsan képes újra növelni a specifikus antitestek termelését. Ez az immunitás idővel csökkenhet, ahogy a kórokozóra emlékező sejtek leépülnek, ezért előfordulhat, hogy az embereket újra kell oltani egy adott betegség ellen.

A vírusok szervezetünkben való terjedésének megakadályozása érdekében egyes fertőzött sejtek az apoptózis (más néven “programozott sejthalál”) nevű speciális elpusztulásnak vetik alá magukat. Az apoptózis fiziológiai folyamat, és az élet normális része, amelyet szigorúan szabályozott módon használnak a sérült, nem kívánt vagy fertőzött sejtek eltávolítására minden szövetben. A vírussal fertőzött sejtek képesek apoptózist kiváltani és ezáltal elpusztulni. Ez drasztikus eljárásnak hangzik, de hatékonyan korlátozza az új vírus folyamatos kibocsátását a sejtből.

Nem minden vírus “rossz”

Az utóbbi években sok baktérium ellenállóvá vált az antibiotikumokkal szemben. A baktériumokat megfertőző és elpusztító vírusok ezért az orvosi kutatások középpontjába kerültek. Ezek a bakteriofágok néven ismert vírusok nem fertőzik meg az emberi sejteket, így szelektív antibiotikumként használhatók. Más vírusok, amelyek szelektíven fertőzik az emberi sejteket, arra használhatók, hogy terápiás DNS-t juttassanak a beteg sejtjeibe, ez az úgynevezett génterápia.

Mit tudunk a COVID-19-et okozó új koronavírusról?

A COVID-19-et egy újonnan felismert, SARS-CoV-2 nevű koronavírus-típus okozza. Elméletek születtek arról, hogyan alakult ki ez az új coronavírus, de még több információra van szükség ahhoz, hogy megállapítható legyen az eredete. A koronavíruscsalád más tagjai közé tartoznak a súlyos akut légúti szindrómáért (SARS) és a közel-keleti légúti szindrómáért (MERS) felelős vírusok, amelyek szintén súlyos felső légúti fertőzéseket okoznak az emberekben. Ugyanezek a vírusok az állatokat is megfertőzhetik. Csirkékben szintén légúti fertőzést, míg tehenekben és sertésekben hasmenést okoznak. A jelenlegi adatok szerint a SARS-CoV-2 kisebb halálozási kockázatot okoz (a fertőzöttek ~1%-a hal meg), mint a SARS (10%) és a MERS (37%), de magasabb, mint az influenza (0,1%).

A SARS-CoV-2 felszínét “spike” fehérjék csoportjai borítják (2. ábra). Ezek a fehérjék specifikusan kötődnek az angiotenzin-konvertáló enzim 2 (ACE2) nevű fehérjéhez, amely a tüdő és más szervek, például a szív, a vese és a belek sejtjeinek felszínén van jelen. A kötődés után a SARS-CoV-2 internalizálódik a sejtbe, a vírusrészecske kinyílik és felszabadítja RNS-genomját, amelyet aztán sablonként használnak fel további vírus-RNS és fehérjék előállításához. Kiderült, hogy a SARS-CoV-2 fertőzést követően a veleszületett és az adaptív immunrendszerben egyaránt részt vevő sejtek gyorsan kimerülhetnek, ami súlyosan veszélyezteti a vírusellenes immunitást.

The Open University under Creative Commons BY-NC-SA 4.0 license

2. ábra. A coronavírus szerkezetének ábrája.

Az ábra a koronavírus szerkezetét mutatja keresztmetszetben. A coronavírus genomja egy hosszú RNS-szál, amely egy fehérje köré tekeredik, és egy membránfehérjéből álló héjba épül be. Ezt a szerkezetet egy burok veszi körül, amely további két fehérjét tartalmaz, amelyek közül az egyik, a spike fehérje felelős a vírusnak a célsejthez való kapcsolódásáért a fertőzés előtt. További részletekért lásd: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22816037.

Nagy hangsúlyt fektetnek jelenleg a SARS-CoV-2 terjedésének matematikai modelljeire, amelyek tájékoztatják a közegészségügyi döntéseket az egészségügyi ellátás túlterhelésének elkerülése érdekében. A matematikai modellezés meghaladja e cikk kereteit, de az érdeklődő olvasók figyelmébe ajánlunk egy informális videót, amely a betegség átvitelének “SIR-modelljét” (Susceptible, Infected, Recovered/Removed) magyarázza, amely a COVID-19-re is alkalmazható: https://www.youtube.com/watch?v=k6nLfCbAzgo.

Mi az “állományimmunitás”?

A vírusfertőzés csak akkor tud végigsöpörni egy populáción, ha az arra fogékony egyének kapcsolatba kerülnek a vírusrészecskékkel. Ha az emberek elszigetelik magukat, akkor sokkal kisebb az esélye annak, hogy találkoznak a vírussal, vagy továbbadják azt a fogékony egyéneknek. Ráadásul, ha valaki egyszer már átesett egy vírusfertőzésen, és védő antitesteket fejlesztett ki ellene, akkor általában nem fogékony az újrafertőződésre. Minél több ember van egy populáción belül, aki felépült a vírusból, annál kisebb az esélye annak, hogy a vírus találkozik egy fogékony személlyel, és annál kisebb az esélye annak, hogy a vírus elterjed. Ezt a koncepciót csorda-immunitásnak nevezik.

A csorda-immunitás eléréséhez a populáció azon részének aránya, amelynek immunisnak kell lennie a fertőzéssel szemben, több tényezőtől függ. Kritikus tényező az emberek közötti érintkezés mértéke, mivel így terjedhetnek a vírusrészecskék. Egy szabadon keveredő populációban a csordaimmunitás attól függ, hogy átlagosan hány ember fertőződik meg egy egyed által (ez az úgynevezett “alapvető szaporodási szám”; R0). Az R0 értéke a vírus típusától függően változik. A COVID-19 becsült R0 értéke 2,5 körül van. Ezzel szemben a kanyaró sokkal könnyebben terjed, az R0 értéke 12-18 közötti. A népességnek azt az arányát, amely ahhoz szükséges, hogy immunis legyen egy betegséggel szemben, és ezáltal hatékonyan megállítsa annak terjedését, “állományimmunitási küszöbértéknek” nevezik, és az R0 segítségével a következő egyenletben számítható ki:

A állományimmunitási küszöbérték = (R0 – 1)

Így a COVID-19 esetében, amelynek R0 értéke 2.5, az egyenlet a következő lenne:

CoVID-19 nyájimmunitási küszöb = (2,5 – 1)

Akkor a lakosság mintegy 60%-ának kell immunisnak lennie a COVID-19 ellen a további terjedés megakadályozásához.

A védettséget úgy lehet elérni, hogy az emberek megfertőződnek, és immunrendszerük rezisztenciát fejleszt ki, vagy olyan oltásokkal, amelyek a vírus olyan darabjait használják, amelyek az adaptív immunrendszer válaszát váltják ki anélkül, hogy betegséget okoznának. Minél fertőzőbb egy betegség, annál nagyobb az emberek aránya, akiket be kell oltani. A kanyaró esetében például, amelynek R0 értéke 12-18, az Egészségügyi Világszervezet 95%-os oltási arányt javasol a betegség felszámolásához, amit az Egyesült Királyság jelenleg nehezen tud elérni.

A COVID-19 ellen jelenleg nincs vakcina, ami azt jelenti, hogy a nyájimmunitás csak úgy jöhet létre, ha a lakosság körülbelül 60%-a megfertőződik és immunitást fejleszt. Az Egyesült Királyságban ehhez közel 40 millió embernek kellene megfertőződnie ahhoz, hogy a nyájimmunitás elérje a célt. A ~1%-os halálozási kockázat mellett azonban sok ezer ember halna meg a fertőzésben. Ráadásul a fertőzöttek közül sok tízezer ember szenvedne légzési nehézségekben és szorulna kórházi kezelésre, és ezek a számok egyszerre túlterhelnék az egészségügyi rendszert. Hosszabb távon a világ lakossága immunitást alakíthat ki a COVID-19 ellen, ami enyhítheti a további járványkitöréseket, de a csordaimmunitás nem jelent plauzibilis megoldást a jelenlegi COVID-19 válságra.

A vírusok különböző fehérjék előállításával képesek megkerülni a védőoltás vagy az eredeti vírusnak való korábbi kitettség révén szerzett immunitást.Kimutatták, hogy a SARS-CoV-2 spike fehérjéje ellen irányuló antitestek megakadályozhatják a vírus sejtekbe jutását. A SARS-CoV-2-vel kapcsolatos ismereteink ilyen mértékű fejlődése olyan tesztek kifejlesztéséhez fog vezetni, amelyek megmutatják, hogy egy személy megfertőződött-e és már nem fogékony-e, valamint terápiás vakcinák kifejlesztéséhez.

A COVID-19 elleni küzdelemben az egyik kritikus információ, amelyre szükség van, hogy tudjuk, mennyire képes a SARS-CoV-2 vírus genomja mutációra. A mutáció az RNS-genomjában lévő bázissorozatok megváltozásából eredne, ami egy másik fehérje előállításához vezetne. A különböző fehérjék előállításával a vírusok megkerülhetik a védőoltás vagy az eredeti vírusnak való korábbi kitettség révén szerzett immunitást. Ismeretes, hogy a SARS-CoV-2 képes mutálódni, és a jelenleg világszerte terjedő vírus valóban mutációkon ment keresztül, amikor eredeti fajából átkerült az emberbe. Ezenkívül ismert, hogy genetikai különbségek vannak a kínai Wuhanban kialakult eredeti SARS-CoV-2 és a jelenleg az Egyesült Államokban COVID-19-et okozó vírustörzsek között. Ez azt jelenti, hogy a SARS-CoV-2 mutálódik, miközben áthalad az emberi gazdaszervezeteken. Jó hír azonban, hogy a SARS-CoV-2 mutációs rátája nem olyan magas, mint más vírusoké, például az influenzát okozó vírusoké.

Biogyógyászati, gyógyszerészeti és klinikai kutatók jelentős része fordította figyelmét a SARS-CoV-2-re. A kutatási publikációs adatbázisok, például a PubMed gyors ellenőrzése azt mutatja, hogy 2019 egészében 695 publikált cikket találtak a Coronavírusról. Míg 2020 első 3 hónapjában már 1818 publikációt számlálnak. Minden egyes új információval közelebb kerülünk a vírus megértéséhez és az ellene való védekezés megoldásainak kidolgozásához.