Pohľad klinického mikrobiológa na COVID-19

Svet zažíva pandémiu, ktorej dôsledky nemajú za posledné storočie obdobu. Pandémiu tzv. španielskej chrípky si už prakticky nikto nepamätá, keďže skončila pred 100 rokmi. Aj po nej ešte vypukli rôzne pandémie ako ázijská či hongkonská chrípka, no ani zďaleka neovplyvnili globalizovaný svet takým výrazným spôsobom ako terajšia pandémia COVID-19. Život vo svete sa na nejaký čas výrazne spomalil vďaka malej mikročastici, ktorú nielenže nevieme eliminovať, ale ako takú ju nie je jednoduché ani definovať. André Lwoff, francúzsky mikrobiológ, nositeľ Nobelovej ceny, to povedal pregnantným spôsobom: „Vírus je vírus“.

Už Hippokrates v roku 412 p. n. l. opísal ochorenie, ktoré malo všetky znaky chrípkovej epidémie. Počas nasledujúcich 2 500 rokov ľudstvo zažilo nepreberné množstvo epidémií, z ktorých nie jedna dosiahla rozmerov pandémie. V období pandémie španielskej chrípky o jej pôvodcovi ešte nikto nič nevedel, keďže vírus chrípky A bol prvýkrát izolovaný v Anglicku až v roku 1933.
 
Viac ako dve tretiny ľudských vírusov môžu infikovať aj nehumánnych hostiteľov, najmä cicavce a niekedy aj vtáky. Mnohé špecializované ľudské vírusy majú tiež pôvod v cicavcoch alebo vo vtákoch. Podstatná časť vírusov cicavcov môže byť schopná preklenúť medzidruhovú bariéru a infikovať človeka, aj keď asi iba polovica z nich je schopná prenosu z človeka na človeka a približne polovica z nich je schopná vytvoriť väčšie ohniská infekcií. Existuje vyše 200 druhov vírusov, ktoré dokážu infikovať človeka. Ako prvý bol objavený vírus žltej zimnice v roku 1901 a každý rok vedci objavia ďalšie tri až štyri nové druhy vírusov (1).

Koncom minulého roka k epidemickým vírusom SARS-CoV, MERS-CoV, HIV, ebola, vírusom prenášanými komármi Aedes ako vírus Zika, Chikungunya a vírus horúčky dengue, vírusom chrípky A(H1N1) a iným pribudol nový koronavírus, dnes známy ako koronavírus 2 spôsobujúci ťažký akútny respiračný syndróm (SARS-CoV-2).

Objavil sa v decembri 2019 v čínskom meste Wuhan (Wu-chan) a spôsobil infekčné ochorenie agresívne sa šíriace po celom svete. Svetová zdravotnícka organizácia ho pomenovala ako „koronavírusová choroba 2019“ (COVID-19) a 11. marca 2020 ho vyhlásila za pandémiu. Koncom mája bolo celosvetovo registrovaných vyše 6 miliónov prípadov tejto infekcie. Podľahlo jej viac ako 370 000 tisíc ľudí a uzdravilo sa ich takmer 2 800 000 (2).

Aj globalizácia má svoje úskalia. Prvý prípad COVID-19 v Číne môže byť dohľadaný do polovice novembra 2019 (3) a na Slovensku sme zachytili prvý prípad už po necelých 4 mesiacoch, 6. marca 2020. A to bol už vírus všade naokolo. Podľa údajov Úradu verejného zdravotníctva SR bolo ochorenie na Slovensko importované z 52 krajín, najviac z Rakúska, Spojeného kráľovstva a Nemecka (4).

Odkedy Oskar Seifried, nemecký zverolekár, prvýkrát opísal koronavírus v roku 1931, ubehlo takmer 90 rokov. Dnes vieme, že existuje nespočetné množstvo ďalších koronavírusov, ktoré spôsobujú ochorenia rôznej závažnosti, od prechladnutia po potenciálne smrteľné ochorenia ako MERS (Middle East Respiratory Syndrome) a SARS (Severe Acute Respiratory Syndrome) a aktuálne COVID-19. SARS-CoV-2 je siedmy koronavírus, o ktorom je známe, že infikuje ľudí, po 229E, NL63, OC43, HKU1, MERS-CoV a SARS-CoV (5).

Obrázok č. 1 – Klasifikácia rôznych typov koronavírusov v rámci čeľade Coronaviridae, podčeľade Orthocoronavirinae a jej rody: alfa-, beta-, gama- a deltakoronavírusy. SARS-CoV-2 je klasifikovaný ako betakoronavírus. Prebrané z: Hossam M. Ashour et al. Insights into the Recent 2019 Novel Coronavirus (SARS-CoV-2) in Light of Past Human Coronavirus Outbreaks. Pathogens 2020, 9, 186.


V populácii strednej Európy koluje viacero kmeňov koronavírusov, ktoré dokážeme diagnostikovať. Napr. 229E, HKU1, NL63, OC43. Tieto 4 sezónne kmene sa vyskytujú hlavne u malých detí a spôsobujú ľahké respiračné ochorenia. Diagnostika sa vykonáva metódou RT-PCR (polymerázová reťazová reakcia s reverznou transkripciou), čiže presne tak, ako sa testuje COVID-19. Hovorí sa tomu aj vyšetrenie extrahumánnych genómov.

Koronavírusy patria do čeľade Coronaviridae (podčeľad Orthocoronavirinae, rad Nidovirales). Sú to obalené vírusy s tvarom pripomínajúcim korunu, podľa čoho sú aj pomenované. Dva výrazne patogénne koronavírusy boli zodpovedné za SARS a MERS. SARS-CoV pochádzal z Číny, odkiaľ sa rozšíril do ostatných krajín a infikoval okolo 8 000 ľudí s celkovou letalitou (smrtnosťou – percentuálny podiel počtu zomretých ku všetkým infikovaným) 10 % počas pandémie v rokoch 2002 – 2003. MERS-CoV sa objavil na Strednom východe v roku 2012, rozšíril sa do 27 krajín a mal na svedomí celkovo takmer dva a pol tisíc potvrdených prípadov s vysokou letalitou na úrovni 37 %. Pri SARS, ako aj pri MERS boli ako dôležitý rezervoár identifikované netopiere. Išlo teda o zoonózy. Medzihostiteľom v prípade SARS boli cibetky a pri MERS ťavy. Medzihostiteľ SARS-CoV-2 zatiaľ známy nie je (6).

Zvieratá predstavujú efektívny rezervoár, ktorý koronavírusom poskytuje primerané bunkové prostredie, v ktorom sa môžu množiť a získať rad výhodných genetických mutácií. Tieto mutácie ich potom môžu uschopniť vzájomne sa medzidruhovo krížiť a účinne infikovať a množiť v rámci ľudskej populácie (7).

Hoci sú mutácie nevyhnutným dôsledkom existencie vírusov, stále platí, že ako môže mutácia prispieť k vyššej infekčnosti vírusu, podobne môže prispieť aj k jeho nižšej virulencii. V skutočnosti sú mutácie prirodzenou súčasťou životného cyklu vírusov a len zriedkavo dramaticky ovplyvňujú epidémie. Navyše, SARS-CoV-2 je pomerne stabilný vírus, ktorý mutuje relatívne pomaly, v porovnaní s inými RNA vírusmi (8).

Čeľaď Coronaviridae pozostáva zo štyroch rodov, a to alfakoronavírusy, betakoronavírusy, gamakoronavírusy a deltakoronavírusy (3). Koronavírusy boli identifikované u niekoľkých vtáčích hostiteľov, ako aj u cicavcov vrátane ľudí, netopierov, cibetiek, myší, psov, mačiek, kráv a tiav. V súčasnosti sa iba u alfa a beta-koronavírusov dokázala schopnosť infikovať ľudí. Veľký počet alfakoronavírusov spôsobuje rôzne ochorenia dýchacích ciest u ľudí, hoci väčšina spôsobuje príznaky bežného prechladnutia. Závažné ochorenia SARS, MERS, ako aj COVID-19 sú spôsobené betakoronavírusmi (3).

Pred epidémiou SARS nebolo známe, že netopiere sú hostiteľmi koronavírusov. V posledných 15 rokoch sa zistilo, že netopiere sú rezervoárom viac ako 30 koronavírusov. SARS-CoV aj MERS-CoV majú pôvod v netopieroch a geneticky rozmanité koronavírusy, ktoré súvisia s týmito agensami, boli objavené v netopieroch po celom svete. Predchádzajúce štúdie na rôznych druhoch netopierov z Číny umožnili identifikáciu najmenej 41 nových betakoronavírusov (3).

SARS-CoV-2 má vysokú sekvenčnú podobnosť s netopierími koronavírusmi (96 %) (9). Je obalený, má pozitívnu polaritu a jednovláknovú RNA (+ssRNA) s priemerom 50 – 200 nm (7). Na RNA vírus má neobvykle veľký genóm. Jeho sekvencia RNA obsahuje približne 30 000 báz. Ide o najväčší známy genóm RNA vírusu. Obsahuje štyri hlavné štrukturálne proteíny: S (spike), E (envelope), M (membrane) a N (nucleocapsid). Genetická evolučná analýza SARS-CoV-2 odhalila, že vírus je geneticky podobný koronavírusu SARS-CoV z roku 2002 (10).

Prečo počet prípadov COVID-19 prekročil celkový počet nakazených SARS už koncom januára 2020?

Existuje niekoľko vysvetlení. Po prvé, situácia je iná. Wuhan, hlavné mesto čínskej provincie Chu-pej a najľudnatejšie mesto v strednej Číne, prvé epicentrum COVID-19, kombinuje viac prvkov, ktoré podporujú šírenie vírusu. Ide o hlavný dopravný uzol a centrum priemyslu a obchodu, domov najväčšej železničnej stanice, najväčšieho letiska a najväčšieho hlbokomorského prístavu v strednej Číne. Jeho populácia sa za posledné desaťročie viac než zdvojnásobila. Aktuálne má vyše 11 miliónov obyvateľov (11).

Ďalší aspekt je infekčné obdobie, ktoré tu je iné. Izolácia bola pri SARS účinná, pretože k maximálnemu uvoľneniu vírusu došlo až po tom, čo sa u pacientov prejavili závažnejšie
respiračné príznaky a bolo ich možné ľahko identifikovať (11).

SARS-CoV-2 sa v bunkách hostiteľa viaže na angiotenzín konvertujúci enzým (ACE2) asociovaný s membránou buniek. Viaže sa pomocou S proteínu (spike – hrot). Ten hrá zásadnú rolu pri väzbe vírusu na bunkové receptory. Funkčne je rozdelený na doménu S1 a S2, zodpovednú za väzbu na receptor a fúziu bunkových membrán. Štúdiami týchto proteínov sa zistilo, že SARS-CoV-2 má 10- až 20-krát vyššiu väzobnú afinitu k ľudskému ACE2 enzýmu než SARS-CoV (10).

ACE2 sa nachádza prevažne na bunkách endotelu (výstelka ciev), ale je prítomný aj v bunkách pľúcnych alveol (mechúrikov), v bunkách čreva a v epitelových bunkách ústnej sliznice (13). Schopnosť tohto vírusu replikovať sa v ústnej sliznici umožňuje ľahký prenos podobne ako pri chrípkových vírusoch. Toto postihnutie horných dýchacích ciest a vysoká virémia na začiatku infekcie umožňujú prenos na ďalšie osoby ešte predtým, než sa objavia príznaky. Teda môžu šíriť infekciu ešte počas inkubačnej doby, počas symptomatického priebehu, ale aj počas obdobia klinického zotavovania a dokonca aj v asymptomatickom štádiu (bezpríznakovom) (7).

Zdá sa, že fatálny koniec býva spôsobený najmä rozvojom syndrómu akútnej respiračnej tiesne (ARDS), ktorý môže súvisieť s komorbiditami (ďalšími chorobami v rámci jednej osoby) a následne môže spôsobiť zlyhanie viacerých orgánov, ktoré vedie k smrti (13).

Ďalším faktorom, ktorý ovplyvňuje rýchlosť šírenia akejkoľvek infekcie, je základné reprodukčné číslo (R₀). Je to ústredný pojem v epidemiológii infekčných chorôb, ktorý naznačuje riziko šírenia infekčného agensu vzhľadom na jeho epidemický potenciál. Vírus chrípky má R = ~ 1,3, zatiaľ čo SARS-CoV-2 má R = ~ 2,3. Preto môže každý pacient s COVID-19 infikovať skoro 2-krát viac osôb, s ktorými príde do kontaktu, v porovnaní s chrípkou. SARS-CoV-2 má vyššiu prenosnosť, infekčnosť a nižšiu letalitu než SARS-CoV a MERS-CoV (14).

Aj klinické spektrum COVID-19 je odlišné. Čínska pôvodná definícia prípadu bola zameraná na zápal pľúc a miera úmrtnosti pôvodného prípadu (CFR – case fatality rate) bola na základe tejto úzkej definície uvádzaná na úrovni približne 10 %. Ako sa však epidémia rozvíjala, je zrejmé, že mierne prípady COVID-19 sú častejšie. Pritom ľudia s miernymi prejavmi choroby často uniknú systému surveillance (dohľadu), a tak môžu ochorenie nepozorovane šíriť ďalej (14).

Ďalším vysvetlením je, že expanzia COVID-19 v komunite je výraznejšia. SARS sa šíril hlavne nozokomiálne (v nemocničnom prostredí) (13).

Schopnosť SARS-CoV-2 prežiť niekoľko dní mimo tela hostiteľa pomáha vysvetliť, ako sa môže šíriť kontaktom, pričom vírus bol dokázaný nielen v slinách, ale aj v iných telesných tekutinách (moč, ejakulát) a v stolici, čo naznačuje ďalšie možné cesty prenosu. Stolicou sa vylučuje ešte 5 týždňov po odznení respiračných problémov. Preto je tu vysoká pravdepodobnosť fekálno-orálneho prenosu (15). Prenos pohlavným stykom zatiaľ nebol potvrdený.

Aj keď vplyv klimatických podmienok typických pre koniec jari a nastupujúce leto, ako napr. vyššie teploty, dlhšie UV žiarenie počas dlhých dní a nižšia vlhkosť prostredia, napomáha prerušeniu prenosu chrípkových vírusov a podmieňuje ich sezónnosť, klimatické zmeny pravdepodobne nebudú mať veľký vplyv na dynamiku prenosu COVID-19, ako to dokazuje jeho logaritmické šírenie v krajinách s teplejším podnebím (13).

Inkubačná doba COVID-19 je dlhšia ako pri SARS alebo MERS. Priemerné trvanie od prvých príznakov po dýchavičnosť, prijatie do nemocnice a rozvoj ARDS predstavuje v priemere 8 dní (rozsah 6 až 12 dní) (10).

Aj keď dnes je pomaly každý s dýchacími ťažkosťami suspektný (podozrivý) z infekcie COVID-19, netreba zabúdať, že existuje mnoho príčin respiračných problémov. Aj tých infekčných je viacero. V rámci diferenciálnej diagnostiky je užitočné myslieť aj na iných známych pôvodcov pneumónie, ako sú chrípkové vírusy, vírus parainfluenzy, adenovírusy, respiračný syncyciálny vírus (RSV), rinovírus – a iné – a tiež aj na mykoplazmy, chlamýdie a v neposlednom rade na pneumokoky a iné baktérie uplatňujúce sa v etiológii zápalu pľúc (10).

Preto je nevyhnutná laboratórna diagnostika. V prvej fáze ochorenia je najspoľahlivejšia práve detekcia vírusovej nukleovej kyseliny pomocou RT-PCR v reálnom čase z výteru z nosohltana. Vzorky sa môžu odoberať z horných dýchacích ciest (orofaryngeálne a nazofaryngálne výtery) a dolných dýchacích ciest (endotracheálny aspirát, vykašľané spútum alebo bronchoalveolárna laváž) (16). Postupom času však pravdepodobnosť detekcie vírusu vo výtere klesá, preto po určitom čase už nie je vhodná. Čím dlhší čas prešiel od infikovania, tým menej je táto metóda spoľahlivá, ale na druhej strane je väčšia pravdepodobnosť, že budeme schopní detegovať protilátky (16). Práve nepriama diagnostika protilátok nám môže pomôcť identifikovať aj tých, ktorí prekonali infekciu bezpríznakovo a zistiť tak reálnejšiu prevalenciu (pomer všetkých nakazených voči celkovej populácii).

Aktuálne neexistuje žiadna kauzálna (príčinná) liečba COVID-19 a vakcína tiež ešte nie je k dispozícii. Nefarmakologické postupy, ako napríklad nosenie rúška, zakrytie úst a nosa pri kašľaní alebo kýchaní, časté umývanie rúk a udržiavanie sociálneho dištancu môžu iba spomaliť šírenie vírusu a zmierniť zaťaženie zdravotníckeho systému touto chorobou (17). Spomínané postupy ho však nedokážu eradikovať (úplne vyhubiť). Vývoj situácie naznačuje, že SARS-CoV-2 tu s nami ostane ešte dlhší čas a naša imunita sa s ním bude musieť vysporiadať. Ale to, akým spôsobom, vyvoláva ešte stále veľa nezodpovedaných otázok.

V súčasnosti máme veľmi obmedzené dôkazy o imunite po prekonaní COVID-19. Štúdia na opiciach makaka rhesus naznačuje, že primárna infekcia SARS-CoV-2 môže chrániť pred reinfekciou. Štúdia však bola malá a neposkytla žiadne informácie o trvaní imunity. Dve štúdie preukázali udržateľnú hladinu IgG protilátok jeden až dva roky po infekcii SARS-CoV, nie je však jasné, či je toto zistenie možné aplikovať aj vo vzťahu k SARS-CoV-2 a tiež to, či trvalé hladiny protilátok poskytujú úplnú ochranu proti reinfekcii (18). Nevieme zatiaľ, či nás imunita po prekonaní COVID-19 ochráni pred iným typom koronavírusu (zmutovaným), keďže už dnes je známych viac mutácií SARS-CoV-2.

Ako povedal koncom 19. storočia Louis Pasteur: „Rola nesmierne malých je v prírode nesmierne veľká.“ Naše poznatky o novom koronavíruse a jeho dôsledkoch sa každým dňom rozširujú. Dnes sme v inej pozícii ako ľudstvo pred storočím počas španielskej chrípky. Vtedy o jej pôvodcovi ani netušili a dôsledok boli desiatky miliónov obetí. Dnes máme k dispozícii elektrónovú mikroskopiu, sofistikované diagnostické metódy, systém surveillance a vedecké tímy po celom svete, usilovne pracujúce na vývoji novej vakcíny.

Na záver si dovolím parafrázovať Louisa Pasteura, priekopníka a jedného zo zakladateľov modernej mikrobiológie. Tak ako ani nový koronavírus nepozná hranice štátov, ani veda nepozná žiadnu krajinu, pretože vedomosti patria ľudstvu a sú pochodňou, ktorá osvetľuje svet. Mám nádej v lepšiu budúcnosť. Koniec koncov, nech je situácia akokoľvek dobrá či zlá, jedno je isté, zmení sa.


Literatúra

  1. Human viruses: discovery and emergence Mark Woolhouse et al. Phil. Trans. R. Soc. B (2012) 367, 2864–2871
  2. https://www.worldometers.info/coronavirus/
  3. Fernando L. Tort, Matías Castells, Juan Cristina. A comprehensive analysis of genome composition and codon usage patterns of emerging coronaviruses. Virus Research 283 (2020) 197976.
  4. https://korona.gov.sk/koronavirus-na-slovensku-v-cislach/
  5. A Novel Coronavirus from Patients with Pneumonia in China, 2019. New England Journal of Medicine (United States), 24 January 2020. ISSN 0028-4793.
  6. Petrosillo N et al., COVID-19, SARS and MERS: are they closely related?, Clinical Microbiology and Infection, https://doi.org/10.1016/j.cmi.2020.03.026.
  7. Kakodkar P, Kaka N, Baig M (April 06, 2020) A Comprehensive Literature Review on the Clinical Presentation, and Management of the Pandemic Coronavirus Disease 2019 (COVID-19). Cureus 12(4): e7560. DOI 10.7759/cureus.7560.
  8. Nathan D. Grubaugh et al. We shouldn’t worry when a virus mutates during disease outbreaks. Nature Microbiology, VOL 5 March 2020, 529–530.
  9. Peng Zhou. A pneumonia outbreak associated with a new coronavirus of probable bat origin [online]. nature.com, 03 February 2020.
  10. Coronavirus disease 2019 (COVID-19): a clinical update Min Zhou et al. Front. Med. https://doi.org/10.1007/s11684-020-0767-8.
  11. Annelies Wilder-Smith, Calvin J Chiew, Vernon J Lee. Can we contain the COVID-19 outbreak with the same measures as for SARS? Lancet Infect Dis 2020; 20: e102–07 Published Online March 5, 2020.
  12. COVID-19 and globalization, One Health 9 (2020) 100132.
  13. Mohamed E. El Zowalaty, Josef D. Järhult. From SARS to COVID-19: A previously unknown SARS- related coronavirus (SARS-CoV-2) of pandemic potential infecting humans – Call for a One, Health approach, One Health 9 (2020) 100124.
  14. L. Wang, Y. Wang and D. Ye et al., Review of the 2019 novel coronavirus (SARS-CoV-2) based on current evidence, International Journal of Antimicrobial Agents, https://doi.org/10.1016/j.ijantimicag.2020.105948.
  15. Benato, G., Dioscoridi, L. Faecal-oral transmission of SARS-COV-2: practical implications. Gastroeneterology (2020).
  16. Di Wu et al. The SARS-CoV-2 outbreak: What we know. International Journal of Infectious Diseases 94 (2020) 44–48
  17. C. Mesa Vieira, et al. COVID-19: The forgotten priorities of the pandemic. Maturitas 136 (2020) 38–41.
  18. Flodgren GM, Immunity after SARS-CoV-2 infection. Rapid review 2020. Oslo: Norwegian Institute of Public Health, 2020.
Hodnotenie článku

inVitro 2/2020

Koronavírus

Tento článok sa nachádza v čísle InVitro 2/2020 Koronavírus. Ak máte záujem o časopis v tlačenej verzii, ozvite sa nám.
Objednať inVitro