ОСТАННІ НОВИНИ

Анатомія вбивці. Спроби зрозуміти SARS-CoV-2 та знайти ліки, що можуть зменшити його вплив

Львівський портал

|

Навіть незначні зміни у покращенні лікування можуть суттєво виправити ситуацію.

Взаємозв’язки сучасного світу дуже допомогли SARS-CoV-2 розповсюдитися. Без літаків, потягів та автомобілів вірус ніколи б не зміг російтися так далеко й так швидко. Лише декілька місяців тому він потрапив до першого носія. Це була людина десь в Ухані, з китайської провінції Хубей. Та вже цього тижня (стаття від 12 березня 2020 року) кількість людей, в яких був діагностований covid-19 сягнула 120, 000, від Тросмо у Норвегії до Буенос-Айресу в Аргентині, від канадської Альберти до новозеландського Окленда. При цьому більшість інфікованих людей залишаються без офіційного діагнозу.

Але водночас взаємозв’язки можуть і допомогти людству швидше подолати цей вірус. Учені у всьому світі зосередили свою увагу на геномі цього вірусу та на 27-ми простих білках (протеїнів), про які відомо, що він їх виробляє. Зараз вчені намагаються детальніше зрозуміти цей вірус та знайти шляхи його спинення. Така бурхлива діяльність призвела до публікацій більш ніж 300 статей на ресурсі медичних досліджень Medrxiv. Ці дослідження ще не переглянуті опонентами й офіційно не оприлюднені. Проте, з першого лютого 2020-го року, вчені вже виклали у вільний доступ сотні послідовностей геномів.

Пошуки вакцини відбуваються не лише в лабораторіях, з 28-го лютого у Китайському реєстрі клінічних досліджень зареєстровано 105 розпочатих випробувань ліків та вакцин для подолання SARS-CoV-2. Випробування відбуваються або на пацієнтах, яки вже надали згоду, або оголошують набір добровольців для випробувань. З 11 березня в аналогічній американській інституції, Національному реєстрі ліків, було зареєстровано 84 випробування. Така кількість випробувань може здатись передчасною, вважаючи? що вірус став відомий вченим декілька місяців потому, а зазвичай розробка ліків відбувається дуже повільно. Але у випадку з covid-19 добре зрозуміла вченим базова біологія вірусу дозволяє з’ясувати, які вже існуючі ліки можуть хоч якось допомогти та дати хоч якусь надію.

Навіть якщо ліки надають можливість зменшити кількість смертей або хворих на дуже невелику кількість, це може стати переломним моментом у боротьбі з цією хворобою. Ухань, а зараз і Італія, вже знають, що надання допомоги важкохворим у кількості, що виникає, неможливо. Жоден шпиталь на це не розрахований, і це призводить до ситуацій, з якими медична система не може впоратись. Як зазначає Джеремі Фаррар, директор організації Wellcome Trust, що фінансує дослідження: «Якщо увас буде препарат, що дозволить скоротити час, проведений у шпиталі з 20 днів до 15, це стане величезним досягненням».

Родина коронавірусів була вперше ідентифікована вченими у 1960 році, але так і залишалася майже невідомою лікарям (а що вже говорити про інших), аж до 2002-го року, коли в Гуанчжоу стався спалах SARS (тяжкий гострий респіраторний синдром). Віруси цієї родини отримали таку назву, тому що у перших електронних мікроскопах їх форма здавалась схожою на королівську корону. Хоча, насправді, якщо подивитися на вірус у сучасний мікроскоп, то він більш схожий на стару морську міну. Наразі існує більш ніж 40 відомих вірусів цієї родини, які здатні інфікувати велику кількість ссавців та птахів, включаючи дроздів, кажанів та котів. Вірусологи-ветеринари добре знайомі з цими вірусами , оскільки вони часто викликають захворювання у свиней, худоби та домашніх птиць.

Вірусологи, що спеціалізуються на людських захворюваннях, зазвичай не звертали особливої уваги на цей вірус. Попри те, що два давно відомі коронавіруси викликають від 15% до 30% симптомів, що ідентифікують як «звичайна застуда», вона зазвичай не ведуть до важких захворювань. Але у 2002-му році вірус, відомий як sars-cov перекинувся з кажана підковоноса на людину (напевно це сталось за допомогою якогось іншого посередника). Спалах, що став наслідком цього зараження спровокував смерть майже 800 осіб по всьому світу.

Деякі дослідження, що були зроблені після цього спалаху, звертали увагу на той факт, що віруси тієї ж родини можуть легко перетинати видовий бар’єр та перекинутись на людину. На жаль, зазначений ризик не спонукав до розробки окремого препарату, спрямованого на ці віруси. Коли SARS-CoV-2, що отримав таку ж назву через дуже схожий геном, спалахнув, улюдства не було готового препарату, спрямованого проти коронавірусу, а отже не було як почати лікування.

Ворог відомий

Частка вірусу SARS-CoV-2, технічно відома як віріон, становить близько 90 нанометрів (мільярдних метрів) поперек — приблизно мільйонний обсяг клітин, що викликають легеневу інфекцію у людини. Він містить чотири різних білка і нитку РНК — молекулу, яка, як і ДНК, може зберігати генетичну інформацію у вигляді послідовності хімічних монономерів, які називаються нуклеотидами. У цьому випадку ця інформація включає шлях, за яким всі інші білки, необхідні вірусу, самокопіюються, але так, щоб не переносити їх із клітини в клітину.

Зовнішні білки існують між мембраною, забезпеченою клітиною, в якій був створений вірус. Ця мембрана, утворена з ліпідів, розпадається, коли вона контактує з милом та водою, саме тому миття рук є таким цінним бар’єром для інфекції.

Найвідоміший білок, той, який надає віріонам свій коронний або міноподібний вигляд, виступаючи з мембрани, називається шипом. Два інших білка, білок оболонки і мембранний білок, сидять в мембрані між цими шипами, забезпечуючи структурну цілісність. Усередині мембрани четвертий білок, нуклеокапсид, виступає в якості скелета, навколо якого вірус обмотує 29900 нуклеотидів, які складають його геном.

Хоча вони зберігають свої гени в ДНК, живі клітини використовують РНК для ряду інших видів діяльності, таких як перенесення інструкцій, написаних у геномі клітини, до механізму, який перетворює ці інструкції в білки. Однак різні віруси зберігають свої гени на РНК. Віруси, такі як ВІЛ, який спричиняє СНІД, роблять копії ДНК свого гена РНК, як тільки вони потрапляють у клітину. Це дозволяє їм потрапляти в ядро і залишатися там на довгі роки. Коронавіруси застосовують більш простий підхід. Їх РНК відформатований так, щоб виглядати як РНК-посланець, який повідомляє клітинам, які білки робити. Як тільки ця РНК потрапляє в клітину, механізм з виготовленням білкових процесів починає зчитувати вірусні гени та виробляти описані ними білки.

Перший контакт між віріоном та клітиною відбувається через білок шипа. На цьому білку є регіон, який вписується в ACE2, протеїн, який знаходиться на поверхні деяких клітин людини, особливо в дихальних шляхах.

ACE2 відіграє свою роль у контролі артеріального тиску, а попередні дані лікарні в Ухані говорять про те, що високий кров’яний тиск збільшує ризики захворіти зі смертельним наслідком (так само це діє для діабету й серцевих захворювань). Наскільки це залежить від того, що точка введення вірусу пов’язана з регулюванням артеріального тиску, ще треба з’ясувати.

Після того, як віріон приєднався до молекули ACE2, він самовільно згинає другий білок на зовнішній стороні клітини. Це TMPRSS2, протеаза. Протеази існують для розщеплення інших білків, і вірус залежить від TMPRSS2, що обов’язково розрізає білок шипа, оголюючи пень, який називають синтезованим пептидом. Це пускає віріон у клітину, де він незабаром може відкритись та вивільнити свою РНК (див. схему).

Геноми коронавірусів є більшими, ніж інші віруси РНК. Вони приблизно втричі довші, ніж у вірусу грипу, вдвічі довші від вірусу грипу та вдвічі довші, ніж у вірусу еболи. На одному кінці — це гени для чотирьох структурних білків та вісім генів для малих білків «аксесуарів», які, здається, гальмують захисні сили власника (див. схему). Разом на них припадає лише третина геному. Решта — провінція складного гена, який називають реплікацією. Клітини не мають інтересу до створення РНК-копій молекул РНК, і тому у них немає механізму для вирішення того завдання, який вірус може викрасти. Це означає, що вірус повинен принести гени, за допомогою яких можна зробити своє. Скопійований ген створює два великих «поліпротеїни», які розрізаються на 15, а можливо й на 16, коротких «неструктурних білків» (NSPS). Вони складають механізми копіювання та коректування генома, хоча деякі з них можуть мати й інші ролі.

Як тільки клітина виробляє і структурні білки, і РНК, їй саме час почати витісняти нові віріони. Деякі молекули РНК загортаються копіями нуклеокапсидних білків. Потім вони забезпечуються шматочками мембрани, які багаті трьома зовнішніми білками. Конверт і мембранні білки відіграють велику роль у цьому процесі складання, який відбувається в молекулярній майстерні під назвою апарат Гольджі. За словами Стенлі Перлмана з Університету Айови, тут клітина може виробити від 100 до 1000 віріонів. Більшість із них здатні перейняти нову клітину — поблизу чи в іншому тілі — та запустити процес знову.

Не вся новостворена РНК завершується упакованою у віріони; залишки циркулюватимуть у ширшому середовищі. Коронавірусні тести, які зараз використовуються, підбирають та підсилюють специфічні для SARS-CoV-2 послідовності РНК, виявлені в мокроті інфікованих пацієнтів.

Не квапся, поспішай

Оскільки вірусний геном не має місця для пасивних елементів, то очевидно, що всі білки, які виробляє SARS-CoV-2, потрапляючи в клітину, мають життєво важливе значення. Це робить кожного з них потенційною мішенню для розробників ліків. Однак під час пандемії акцент робиться на цілях, які можуть бути уражені вже наявними медикаментами.

Очевидна ціль — це реплікаційна система. Неуражені клітини не роблять копій РНК молекул, тож препарат, що порушуватиме цей процес, може стати смертельним для вірусу, але в той самий час зовсім не обов’язково втручатиметься у нормальні процеси організму. Такі ж роздуми призвели до створення першого покоління анти-ВІЛ препаратів, що були спрямовані на процеси, які вірус використовує для того, щоб переписати свій РНК геном у ДНК — це те, чого здорові клітини не роблять.

Як й перші ліки проти ВІЛ, деякими з найбільш обнадійливих способів лікування SARS-CoV-2 є молекули, відомі як «нуклеотидні аналоги». Вони виглядають як літери, з яких складається послідовність ДНК або РНК, але коли вірус намагається їх використати, то вони різними шляхами порушують цей процес.

Препарат нуклеотидного аналогу, що здобув більше всього уваги як засіб для боротьби із SARS-CoV-2 має назву Ремдізівір (Remdesivir). Він був розроблений американською біотехнологічною компанією Gilead Sciences для боротьби із лихоманкою Еболи. Цей засіб був визнаний безпечим для використання людиною, але оскільки препарати на основі антитіл були значно ефективнішими для лікування Еболи, то Ремдізівір відклали у сторону. Проте тести у лабораторних умовах показали, що цей препарат ефективний проти низки інших вірусів на основі РНК, включно із вірусами sars-cov. Ті ж випробування зараз показують що препарат також може блокувати розмноження SARS-CoV-2.

Зараз тривають різноманітні випробування ефективності Ремдізівіру на пацієнтах, уражених covid-19. Gilead організовує два випробування в Азії, де загальна кількість учасників сягає 1000 інфікованих. Компанія обіцяє оприлюднити результати всередині або наприкінці квітня. Робота над іншими медикаментами нуклеотидного аналогу триває. Група дослідників Державної лабораторії вірусології у в Ухані вже дослідила 7 інших препаратів, що були сертифіковані для лікування інших хвороб на те, як вони можуть протидіяти SARS-CoV-2. Дослідники побачили певний потенціал у рибавіріні (ribavirin), антивірусному препараті, що серед іншого, спрямований на лікування гепатиту С. Це й препарат вже єу списку необхідних медикаментів, що був оприлюднений Весвітною організацією охорони здоров’я (ВООЗ).

Нуклеотидні аналоги не є єдиною групою антивірусних препаратів. Другим поколінням анти-ВІЛ препаратів були «інгібітори протеази», що використовують разом із нуклеотидними аналогами. Цей підхід став революційним у лікуванні ВІЛ. Вони діють проти фременту, за допомогою якого ВІЛ розрізає великі білки на маленькі частини, схожим чином, як «неструктурні білки» (NSPS) вірусу SARS-CoV-2 нарізають великі поліпротеїни на маленькі. Попри те, що ці два вірусні ферменти роблять одну й ту ж саму роботу, у них не має нічого спільного. ВІЛ та SARS-CoV-2 мають приблизно стільки ж спільного, як людина і мандарин. Проте, коли препарат Калетра (Kaletra), що є сумішшю двох інгібіторів протеази: ритонавіру (ritonavir) та лопінавіру (lopinavir), був випробуваний на хворих під час спалаху SARS у 2003-му році, він, здавалось, міг би стати у пригоді.

Інший препарат, що був розроблений для боротьби із вірусами на основі РНК , зокрема грипу, це фавіпіравір (Favipiravir). Цей медикамент порушує роботу одного з неструктурних білків, що бере участь у створенні нової РНК. Проте вже відомі препарати, що можуть допомогти у боротьбі з SARS-CoV-2, не обмежується антивірусними препаратами. Хлорохін (Chloroquine), засіб, що здебільшого використовується для лікування малярії, у 2000-их показав, що може певним чином вплинути на віруси sars-cov. Зокрема, при дослідженнях клітинної культури препарат скорочував можливість для вірусу як проникати всередину клітини, так і розмножуватися всередині. Це, можливо, відбувається за рахунок зміни кислотності комплексу Ґольджі. Камостат мезилат (camostat mesylate), що використовується для лікування раку, блокує дію протеази схожої на tmprss2, білку у клітковій мембрані, що активує викид білку.

Не всі ліки мають бути спрямовані на боротьбу із вірусом. Деякі можуть допомогти імунній системі. Інтерферони допомагають поширенню антивірусної реакції уражених клітин шляхом вимкнення функції виробництва білку та активації ферментів, що знищують РНК вірусу. Обидві дії зупиняють поширення вірусу. Дослідження оригінального вірусу SARS припускали, що інтерферони можуть бути корисними інструментами для того, щоб зупиняти розростання вірусу, та їх варто використовувати у поєднанні з іншими препаратами.

І навпаки, деякі частини імунної системи занадто активні при боротьбі з covid-19. Вірус вбиває не шляхом знищення клітин, доки жодної не залишиться, але шляхом надмірної стимуляції відгуку імунної системи на запалення. Частина цього відгуку регулюється молекулою інтерлейкін-6, над якою, серед певної кількості інших модуляторів імунної системи, біотехнологічні компанії працюють з огляду на роль цих молекул в аутоімунних захворюваннях.

Актемра (Actemra (tocilizumab)) — це антитіло, що спрямовано на рецептори інтерлейкіну-6 на поверхнях клітини. Антитіла склеюються з рецепторами таким чином, щоб інтерлейкін-6 не міг до них дістатись. Цей препарат був розроблений для боротьби з ревматоїдним артритом. Китай щойно дозволив його використання у боротьбі з covid-19. Є також не підтверджені чутки про те, що цей препарат призвів до клінічних покращень в Італії.

У той час, коли багато випробувань наразі відбувається у Китаї, скорочення кількості хворих також впливає на можливість організації нових випробувань. У Італії, де вирує епідемія, організація випробувань це розкіш, яку медична системи не може собі дозволити. Отже, вченим залишається тільки розробити протоколи для подальших клінічних досліджень у країнах, що очікують на велику кількість нових випадків захворювання. Доктор Фаррар сказав 9 березня, що Великобританія мусить започаткувати свої програми випробувань протягом тижня.

Міжнародні випробування мають високий пріоритет. Соум’я Сваминатхан, керівниця досліджень у ВООЗ, каже що вони намагаються завершити «основний протокол» для проведення випробувань. Це може допомогти багатьом країнам. Проводячи опитування пацієнтів по всьому світу, використовуючи стандартизовані критерії, як от: кого включати та як вимірювати результати, можна отримати можливість створити випробування для тисяч хворих. Робота в такому масштабі дозволяє отримати невеликі, проте дуже значні переваги. Деяке лікування, наприклад, може допомогти молодим, а не старшим пацієнтам. Оскільки кількість молодших пацієнтів не така велика, як старших, такий нюанс можна легко пропустити у невеликих випробуваннях.

Приходь, як є

Навантаження при пандемії дуже важко передбачити, тож може так статися, що навіть корисні препарати не можна буде застосовувати у всіх випадках. Також вже існують деякі сумніви щодо того, чи можна буде швидко налагодити постачання ліків у разі, якщо їхня користь буде підтверджена. Для того, щоб переконатися в цьому, ВООЗ вже звернулось до виробників препаратів з питанням, чи зможуть вони забезпечити виробництво у достатній кількості. Виробники загальних препаратів запевнили ВООЗ, що зможуть збільшити виробництво до мільйонів доз ритонавіру (ritonavir) та лопінавіру (lopinavir), та одночасно продовжувати постачати ліки ВІЛ-позитивними пацієнтами, які від цих ліків залежать. Тим часом в Gilead є достатньо ремдесвіру (remdesivir), щоб підтримувати клінічні дослідження, і навіть здійснювати неавторизоване використання. Компанія повідомила, що працює над виробництвом препарату «так швидко, як це можливо», навіть незважаючи на те, що в них немає доказів безпечності препарату для використання.

У лабораторіях вчені продовжують вивчати SARS-CoV-2. Вони з’ясовують, в чому полягає його особливість, та які найкращі частини білку перетворити на вакцину. Але то все майбутне. Сьогодні лікарі можуть тільки сподіватися на те, що поєднання нового розуміння та не таких вже й нових ліків зможуть досягти хоч якогось позитивного результату.

Джрело: переклад статті The Economist «Anatomy of a killer. understanding SARS-CoV-2 and the drugs, that might lessen its power».

Перекладали: Ярина Боренько, Олесандра Першина

Реклама партнерів

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься.


Загрузка...