INFECTIOUS DISEASE

VIROLOGJI – KAPITULLI 25
CORONAVIRUSËT, TË FTOFTIT DHE SARS

Dr. Richard Hunt
Professor Emerita
University of South Carolina School of Medicine

Përktheu:
Prof. Kristaq BËRXHOLI
Fakulteti i Mjekësisë Veterinare
Departamenti i Shëndetit Publik Veterinar
Tiranë – ALBANIA - SHQIPËRI

Figura 1 Coronavirusët janë një grup virusësh që kanë një pamje  të ngjashme me kurorën e shndritshme kur vrojtohet nën mikroskop.   CDC/Dr. Fred Murphy (top) CDC/Dr. Erskine Palmer (bottom)

Coronavirusët, të cilët  kanë një diametër rreth 100nm, janë virusët më të mëdhenj me zinxhir pozitiv ARN (në të vërtetë ata kanë genomën më të madhe se të çdo virusi me ARN). Ata infektojnë njerzit dhe kafshët tek të cilët ata shkaktojnë sëmundje respiratore dhe enterike. Coronavirusët së bashku me torovirusët dhe arterivirusët, i përkasin një grupi të quajtur nidovirale që përbëjnë një set të ngjashëm të mARN me fund zakonisht 3’ (shif më poshtë). Coronavirusët dhe torrovirusët (të cilët së bashku përbëjnë  Coronaviridae) kanë nukleokapsidë helikale, ndërsa arterivirusët kanë nukleokapsidë ikozahedrale. Coronavirusët kanë mbulesë që rrjedh nga membrana intraqelizore  dhe jo nga plazma e membranës. Në pamjen mikrografike ata kanë maja që dalin jashtë sipërfaqe së tyre (që janë glykoproteina), duke formuar dhe emrin e tyre (corona=kurorë) (Figura 1 e 2).

Ky kapitull do të diskutojë vetëm coronavirusët  pasi ata janë veçanërisht të rëndësishëm në sëmundjet respiratore të njeriut, duke shkaktuar rreth një të tretën e “ftofjeve të zakonshme” dhe syndromin akut respirator më të ri të njohur të quajtur SARS.

 
Figura 3 Struktura e Coronavirusit. Adaptuar nga  Lai and Homes. In Fields' Virology. Lippencott

Proteinat

S (maja-spike) protein (150k)

Kjo është një proteinë transmembranore me tre domene (Figura 3): domeni i madh i jashtëm (me dy nën domene), sekuenca transmembranore dhe një domen i vogël i brëndshëm. Domeni i jashtëm (N-terminal) paloset në një formë globulare  duke formuar strukturën  e majave-spikeve në pamjen mikrografike. Ky regjion i jep virusit cilësitë e tij antigjenike dhe përmban vendin e lidhjes për receptorin sipërfaqësor të qelizës. Pjesa e brëndëshme  e domenit të jashtëm ndoshta është  një coiled-coil dhe përmban  përsëritës shtat valentësh. Ka një molekulë yndyrore acyl e cila mund të stabilizojë proteinën në dyshtresoren lipidike. Pjesa e brëndëshme e domenit të jashtëm formon një strukturë të ngjashme me shkopin që bashkohet me proteinat e tjera S për të formuar  një trimer. Në disa coronavirusë,domeni i jashtëm është i çarë por dy pjesët e glykoproteinës mbeten të bashkuara nga një ndërveprim jonik (në një mënyrë të ngjashme  tek gp120 dhe gp41 të VIH). Pjesa e brëndëshme e proteinës S, e cila mund të ekspozohet gjatë lidhjes  tek qeliza bujtëse, është përgjegjëse për fuzionin e membranës . Është interesante se proteina S ka një regjion  që është i ngjashëm  me Fc e receptorëve gama për imunoglobulinat duke lejuar virusin  të veshë vetë veten me këto proteina duke mbrojtur kështu vehten e vetë nga goditja imune (herpes virusët kanë  një strategji të ngjashme). Proteina S mund të lidhet tek acidi sialic (9-O-acetyl acid neuraminic) në sipërfaqe të qelizës bujtëse e cila i jep virusit  aftësi hemoaglutinuese. Antitrupat kundrejt  proteinës S janë neutralizues. 

Proteina HE (65kD)

Vetëm disa coronavirusë  kanë një proteinë  hemaglutinin-esterase. Kjo gjithashtu formon maja (spikes) (më të shkurtër se majat S) në sipërfaqe të virusit. Ajo është dimere dhe duket se nuk është thelbësore  për replikimin në  tipet që e zotërojnë atë. Kjo proteinë gjithashtu lidh acidin sialic. Aktiviteti  esterazë i proteinës HE(hemoaglutinuese) mund të çajë  acidin sialic duke formuar një zinxhir sheqeri i cili mund të ndihmojë virusin që të  largohet nga qeliza në të cilën ai është replikuar. Antitrupat kundrejt proteinës HE mundet që gjithashtu të neutralizojnë virusin.  

Proteina M (membranore)

Kjo është një tjetër glykoproteinë bashkuese membranore, porse shumica e proteinës është e brëndëshme me vetëm një domen N-terminal të jashtëm. Kjo proteinë ndihmon ngjitjen e nukleokapsidës  tek membranat e strukturave të brëndëshme të tilla si aparati i Gloxhit dhe nuk është gjetur ne membranës e plazmës të qelizës (ndryshe nga glykoproteinat e tjera).

Proteina E (envelope-mbulesa) protein (9-12kD)

Kjo protein e vogël gjëndet gjithashtu në membranën  virale. Në qelizën e infektuar është gjetur përreth bërthamës dhe në sipërfaqe të qelizës.

Proteina N (nukleokapsid) (60kD)

Proteina  nukleokapside lidhet tek ARN genomike nëpërmjet sekuencave drejtuese dhe tek proteina M në sipërfaqen e membranës. Proteina N është e fosforiluar.

Krejt ndryshe  nga shumë virusë të tjerë  me ARN, coronavirusët nuk e  përfshijnë ARN polymerazën në particelën virale; polymeraza thuajse prodhohet pas infeksionit  duke përdorur ARN genomike pozitiv sens si një mARN. Kjo është e mundshme sepse gjeni pol  është në fundin 5’ të genomës.

Ngjitja e virusit në qelizën bujtëse

Siç është theksuar dhe më lartë, proteina kryesore ngjitëse është proteina S dhe kjo lidhet tek acidi sialik.  Proteina HE gjithashtu lidh acidin sialik. Megjithatë, acidi sialik është parë në sipërfaqe të të gjitha qelizave dhe coronavirusët  kanë një tropizëm  indor të kufizuar dhe kështu që lidhja duhet të jetë më e komplikuar. Përveç kësaj, disa coronavirusë nuk lidhen fare tek acidi sialik. Proteina S mund të lidhet tek receptorë të tjerë më specifik. Në rastin e virusit të hepatitit të murinëve, receptori duket se është një antar i superfamiljes së imunoglobulinave dhe antitrupat  kundrejt kësaj proteine bllokojnë ngjitjen e virusit. Coronavirusët e tjerë përfshi këtu coronavirusët respiratorë humanë përdorin si receptor të tyre një metallproteinazë (aminopeptidazë N) të lidhur me membranën.  

Penetrimi

Fuzioni i membranës virale me membranën qelizore, një kërkesë e domosdoshme  për replikimin viral në cytoplazmë, mund të ndodhë  në membranën e plazmës ose në endozomën acidike.

Ka një sekuencë prej 61 nukleotidesh afër fundit 3’ të genomës që është gjetur vetëm  në ARN genomike  me sens pozitiv. Kjo ndërvepron me proteinën N për të formuar nukleokapsidën. Nukleokapsida ndërvepron  me proteinën M që është e shfaqur  në sipërfaqe të cytoplazmës të membranës intraqelizore  (retikulumi endoplazmik, aparati i Golxhit dhe sidomos  një ndarje e budingut që ndodhet midis retikulumit endoplazmik  dhe aparatit të Golxhit, ndoshta sistemi cis-Golxhi). Proteina M nuk është në sipërfaqe të membranës së plazmës. Duket që protein N duhet të jetë  e lidhur me ARN për këtë që do të ndodhë. Përveç kësaj, proteina E kërkohet për budingun e nukleokapsidës në membranë ku ajo mund të ndryshojë  përkuljen, si pjesë e procesit të budingut. Ka mundësi që proteina E të ngjitet tek proteina M. Proteina E është gjetur  në virusin e maturuar, por vetëm në një sasi të vogël kështu që ajo mund të jetë një proteinë mbështetëse që nevojitet për fillimin e sistemimit  por që pas kësaj mund të shpërndahet. . Proteina S dhe HE gjithashtu ndërveprojnë në  rafshin e dyshtresores lipidike të ndarjes së budingut me proteinën M. Komplekset S-M dhe HE-M mandej lidhen  dhe zinxhirët e sheqerit përpunohen  sapo virusi kalon  nëpërmjet aparatit të Golxhit. Virusi maturohet morfologjikisht në aparatin e Golxhit  dhe grumbullohet në membranën e lidhur me vezikulat në cytoplazmë  e cila pastaj fuzionohet  me membranën  e plazmës. (Figura 4).

Coronavirusët kanë një genomë shumë të madhe një zinxhirorëshe (për virusët me ARN)  në fakt më e madhja e të gjithë virusëve  me ARN. Genoma është me sens pozitiv (që do të thotë se ka të njëjtin sens me mARN) dhe nuk është e segmentuar ( p.sh Orthomyxovirusët). ARN genomike është e kapuar dhe e polyadenyluar dhe me madhësi që varion nga 27 deri në 32 kB. Është madhësia e genomës që mbulon pamjaftueshmërinë  e proof redingut  në polymerazën e ARN që të shpie në frekuencën e lartë të mutacioneve  tek coronavirusët. Disa coronavirusë  sekuencohen, përfshi këtu virusin SARS.  Vendosja e geneve është gjithmonë  e njëjtë. Në fundin 5’ është vendosur polymeraza (pol) dhe kjo pasohet nga katër proteina strukturale  që janë parë tek të gjithë coronavirusët.

• Proteina (S) ose maja, quhet kështu për shkak  se ajo del si majë jashtë  sipërfaqes së virusit.
• Proteina e mbulesës (envelope) (E)
• Proteina  membranore (M), që është përfshirë  në brëndësi të  membranës intraqelizore  të qelizës së bujtësit  (veçanërisht tek trupzat e Golxhit)
• Proteina e nukleokapsidës (N)

Disa coronavirusë kanë një gen midis genit pol dhe genit S që mund të jetë marrë nga geni HE-hemoaglutininë  esterazë e  paramyxovirusëve. Ka gjithashtu dhe dritare të hapëta (ORFs) të cilat nuk janë shumë të ruajtura midis coronavirusëve të ndryshëm. Ka të ngjarë që këta gene të kodojnë për proteina, por funksioni i tyre është i panjohur.  Përveç geneve kodues të proteinave në ARN genomike, të gjithë coronavirusët kanë 7 sekuenca bazash të quajtura sekuenca intergenike që janë tek fundi 5’ i sejcilit gen. Në rast se sekuenca intergenike ka ndryshuar (mutuar), sub-genoma mARN që niset nga kjo pikë nuk prodhohet.

Shumica e gjatësisë së ARN genomike në qelizat e infektuara është e destinuar  për paketimin në brëndësi të particelës virale.  Këto molekula  siç duket  prodhohen nga sinteza e vazhdueshme  (në dallim nga mARN), megjithëse ka të dhëna për prodhim të ndarë  të sekuencave  drejtuese në një mënyrë të ngjashme  me ato që përdoren  për sintezën e mARN (shif më poshtë).

ARNs mesenxhere

Të gjithë  coronavirusët bëjnë një vend  fole të  mARNs që ka një fund 3’ të zakonshëm por të varfër me fund 5’ ( me përjashtim  të mARN që kodon për genin e një proteine, polymerazën)   (Figura 5). Njësoj si ARN genomike, këto sub-genoma mARNs janë të kapuara dhe të adenyluara. Vetëm një protein  translatohet nga sejcila  mARN sub-genomike, që është proteina  e enkoduar shpesh tek  5’-orf, megjithëse mendohet në të gjithë molekulën, me përjashtim  të një pjese të vogël, që ka më shumë se një  proteinë sekuencike të genit. Sejcila mARN gjithashtu ka një sekuencë drejtuese të zakonshme  të përbërë prej afro  70 bazash në fundin 5’. Kjo gjithashtu është gjetur  në fundin 5’ të ARN genomike por jo kudo  në këtë molekulë, megjithëse sekuenca intergenike  është e ngjashme  me regjionin  e sekuencës drejtuese.

Kur ARN genomike  futet në cytoplazmë, ajo kopjohet  në zinxhir komplementar negativ. Mandej ky kopjohet përsëri  në zinxhir pozitiv genomik dhe mARNs sub-genomike. Qelizat gjithashtu prodhojnë  zinxhirë negativë sub-genomikë ARN (anti sens)  por këto gjithmonë janë në komplekset e zinxhirëve dyfish  me zinxhirët sens. Nuk është e njohur  se si mARNs  sub-genomike prodhohen me sekuencat e tyre drejtuese por janë dhënë disa mundësi.  Për shembull, sekuenca drejtuese  e zinxhirit negativ  mund të kopjohet tek zinxhiri  me sens pozitiv prej rreth 70 bazave. Sekuenca drejtuese i disocion ato  nga zinxhiri genomik  dhe njef një nga  sekuencat intergenike  në templetin.  Këtu ajo mund të sintetizojë zinxhirin  e parë pozitiv me sa duket në fund të  ARN genomike. Në mbështetje të këtij modeli të pavazhduar  të sintezës së mARN  është observimi që duke futur artificialisht  një sekuencë intergenike në genomë, një mARN e re  ka filluar në këtë pikë, përfshi dhe formimin e  sekuencës drejtuese.

Polymeraza (replikaza)

Geni i parë  në fundin  5’ të genomës është ai që enkodon replikazën ose ARN polymerazën. Ai mund të marrë më shumë se gjysmën e genomës (meqënëse ajo është e gjatë  20 kB). Sekuencimi tregon që ky gen aktualisht përmban  dy sekuenca  protein-koduese që janë në reading frame të ndryshme  dhe mbimbulojnë njera tjetrën. Megjithatë dy sekeunca  ndihmojnë në shfaqjen e një proteine, e quajtur polyproteinë, nga bllokimi ribozmal kur ribozomet vijnë  në fillim të sekuencës së dytë. Sapo është prodhuar një sasi e madhe e polyproteinës, ajo pritet nga  proteazat  që janë pjesë të proteinës fqinje. Një prej proteinave që është çliruar  është ARN polymeraza.

Mutacioni dhe  rekombinimi

Coronavirusët kanë një genomë të madhe që replikohet nga replikazë/polymerazë e enkoduar tek virusi. ARN polymeraza nuk ka aftësi të proof reading dhe pikërisht ka një nivel gabimi prej rreth 1:10.000 nukleotide. Meqënëse genoma e një coronavirusi mesatar  është afërsisht 30 kB, kjo nënkupton se do të ketë në të disa mutacione në sejcilin virus pasardhës. Tek coronavirusët ka gjithashtu shumë mutacione me fshirje. Tek coronavirusët, ka një frekuencë shumë të lartë të rekombinimeve e cila nuk është tipike për virusët me genomë të pasegmentuar. Kjo mund të jetë nga mënyra e ndërprerjes së replikimit të ARN tek i cili prodhohet sekuenca drejtuese  dhe mandej polymeraza drejtuese mund të kalojë tek një zinxhir tjetër. Këto nivele të larta të  rekombinimit  rezultojnë  në një evolucion të shpejtë të virusit dhe formimin e shtameve të reja.

Patogjeneza

Coronavirusët shkaktojnë sëmundje respiratore dhe enterike në shumë lloje kafshësh. Tek njerzit, vendi kryesor i replikimit të virusit janë qelizat epiteliale të traktit respirator dhe rreth një e treta e ftofjeve shkaktohen nga coronavirusët. Shënjat janë të ngjashme me ato  të ftofjes nga rhinovirusët (rrjedhje hundësh, dhëmbje fyti, kollë, dhëmbje koke, ethe, dridhje etj) me një periudhë inkubacioni prej rreth 3 ditësh. Përhapja e virusit  kufizohet nga përgjigjia  immune e shumë pacientëve, por ky imunitet është shumë i shkurtër. Shënjat mund të vazhdojnë një javë me variacione të ndryshme midis pacientëve. Shpesh nuk shfaqen shënja por pacienti vazhdon të eliminojë virus. 

Në dallim nga rhinovirusët, të cilët janë pambulesë, coronavirusët  janë  mjaft të paqëndruueshëm. Transmetimi ndodh nga transferimi i sekrecioneve nazale nëpërmjet aerozoleve të shkaktuara nga tështimat.  Virusët që infektojnë qelizat epiteliale të traktit enterik  shkaktojnë diarre. Kjo mund të ndodhë tek neonatët humanë, në shumë kafshë të reja ku infeksioni mund të jetë fatal. Megjithëse infeksionet e  coronavirusëve zakonisht janë lokalë, ata mund të përhapen. Tek njerzit, këta virusë mund të jenë përgjegjës për infeksionet në veshin e mesëm, në disa pneumoni në personat me imunitet të ndrydhur dhe në miokarditet, por përkundrazi, tek kafshët, infeksionet sistemikë janë shumë më të rënda (si p.sh. perioniti infektiv i maceve).  

Coronavirusët, të cilët infektojnë qelizat nervore në laborator, mund të shkaktojnë  sëmundje tek rodentët  që duket shumë e ngjashme me sklerozën multiple, duke shpurë në mendimin  e pjesëmarrjes së tyre në sëmundjet e njeriut; demielinizimi, karakteristikë  e sklerozës  multiple (të shumfishtë) tek rodentët model, është e lidhur me proteinën S dhe ka shpurë në mendimin që kjo sëmundje rezulton nga mimikrija molekulare në të cilën përgjigjia immune  kundrejt proteinës S rezulton në një atak imun tek mielina. Megjithatë, megjithëse virusi  mund të zbulohet në trurin e pacientëve, lidhja me sklerozën e shumfishtë mbetet e pa provuar.  

Epidemiologjia

Shumë njerëz prodhojnë antitrupa  kundrejt coronavirusëve , po reinfeksioni  është një tregues i zakonshëm që tregon se në popullatën humane, ka në qarkullim shumë serotype. Nuk duket se  kafshët janë rezervuarë për virusët që infektojnë njeriun.  

Si dhe në shumë infeksione respiratore, coronavirusët që shkaktojnë të ftoftin janë më të zakonshëm në dimër  për shkak të kontaktit të ngushtë. Shpërthimet e  mëdha  ndodhin çdo disa vjet  me një cikël që varet nga tipi i virusit pjesëmarrës.

Diagnoza

Shumica e infeksioneve nga coronavirusët shkojnë të padiagnostikuara dhe sëmundja vetë kufizohet. Diagnoza  mund të kryhet  duke përdorur imuno mikroskopinë elektronike dhe serologjinë. Nuk ka antiviralë për infeksionet rutinë të coronavirusëve, por një numur medikamentesh që lehtësojnë shënjat janë të nevojshmë për tu përdorur.

Figura 7. Ndryshimet cytopatologjike  tregues të dëmtimeve difuze të alveolave  dhe gjithashtu qeliza gjigande pa inkluzione virale të dukshme.
CDC/Dr. Sherif Zaki

Figura 8. Radiografi e krahërorit të  pacientit  me syndromin respirator të rëndë akut (SARS). a, shënjat në ditën e  5; ditën e 10; c, ditën e 13; d, ditën e 15.
Li-Yang Hsu, Cheng-Chuan Lee, Justin A. Green, Brenda Ang, Nicholas I. Paton, Laërence Lee, Jorge S. Villacian, Poh-Lian Lim, Arul Earnest, and Yee-Sin Leo - Tan Tock Seng Hospital, Tan Tock Seng, Singapore. Emerging and Infectious Diseases

LIBRI

REFERENCË PËR SARS
pdf

 

Kthehu në seksionin e virologji të Microbiology and Immunology On-line

faqja së fundi e ndërruar në  Monday, February 16, 2015
faqja mbahet nga  Richard Hunt