Большой коронавирусный ликбез: Часть 1
Здравствуйте, дорогие читатели. Уже прошло более полутора лет с начала эпидемии коронавируса в Ухане. Он давно шагнул за пределы Поднебесной и уносит жизни и калечит людей по всему миру. По данным университета Джона Хопкинса, ведущего сбор статистики в мировом масштабе с самого начала пандемии, на июнь 2021 года заразилось более 172 миллионов человек, а погибло почти 4 миллиона.
Возросшая нагрузка на “оптимизированную” медицину привела к острой нехватке медперсонала и коек в инфекционных больницах, что вынудило власти спешно перепрофилировать имеющиеся медицинские учреждение в ковидарии, а гинекологов и прочих врачей в инфекционистов. А значит, для нековидных пациентов, для которых и до пандемии доступ к медпомощи был ограничен жадностью медицинских и страховых компаний, он стал ещё более затруднительным. Для РФ в сумме с другими факторами это означало резкий рост смертности на 323,8 тысяч человек с января по декабрь 2020 года.
Однако эти цифры, похоже, слабо влияют на отношение россиян к опасности коронавируса и необходимости делать прививки. По данным Левада-центра, 56% россиян не боятся заразится коронавирусом и 62% респондентов не готовы привиться вакциной. Эти показатели ясно свидетельствуют о провале разъяснительной кампании, проводимой правительством. А также об общем низком уровне образования населения. В связи с чем редакция “Лаборатории Будущего” считает важным внести свой скромный вклад в ликвидацию безграмотности по данному вопросу. И для этого мы пригласили нашего старого товарища и консультанта, мнс, специалиста-биохимика Александра Лопачева. Интервью вышло на редкость объёмным и богатым ссылками, так что мы решили сделать его в письменном виде.
Здравствуйте, Александр.
- Далёкому от науки человеку сложно ориентироваться в потоке информации, который генерируют охочие до сенсаций малограмотные журналисты. Как формируется научное знание и почему мнение известного врача или даже стареющего нобелевского лауреата не равноценно статьям в научных рецензируемых журналах? Чем отличается научный консенсус от результатов демократического голосования? Какие источники информации вы посоветуете для наших читателей?
Какие материалы были использованы при подготовке к этому интервью и почему именно они?
У нас уже была статья на эту тему, но стоит повторить и здесь
В текущей ситуации проблемы современного общества в работе с информацией и базовой научной грамотностью особенно обострились. Если раньше лженаучная и псевдонаучная информация приносила заметный вред обществу, то сейчас речь идет об угрозе жизни и здоровью многих миллионов людей со стороны дезинформации и захламления информационного потока различного рода мнениями. В данном материале сделана выжимка основных фактов о COVID-19 и вызывающем его SARS-COV-2, а также об основных мифах, связанных с данным заболеванием в научно-популярной форме.
2. А теперь перейдём к основной теме нашего интервью и начнём с самых азов, которые все посещавшие школу проходили на уроках биологии. Что же такое вирус и чем он отличается от других инфекционных агентов?
Для того, чтобы начать рассказ о вирусах как инфекционных агентах стоит сперва напомнить о том, что из себя представляют живые организмы в целом. Живые организмы состоят из клеток, либо являются одной клеткой. Почему клеткой? Такое название дано, поскольку существует разграничение между этим живым и внешней средой. Данное ограничение обеспечивается мембраной клетки, которая состоит из липидов (это жиры и жироподобные вещества), поэтому не может раствориться в воде. Внутренняя среда клетки заполнена всем необходимым для жизнедеятельности и воспроизводства. Если бы не было мембраны, то содержимое клетки расплылось бы по окружающей среде. Клеточную структуру имеют как бактерии, так и “высшие” многоклеточные организмы типа человека или дерева. Собственно, чем занимаются клетки, например, бактерий? Они самовоспроизводятся, то есть размножаются. Способность размножаться не является уникальным свойством живого. При этом живое делает это особым образом. Оно воспроизводит копии последовательности мономеров в молекуле ДНК. А когда ДНК удваивается, то клетка может разделиться на две. Для того, чтобы осуществлять данный процесс, недостаточно просто иметь в клетке молекулу ДНК, поскольку необходимы также “строительные материалы” и энергия. Для этого ДНК кодирует информацию, которая необходима для построения РНК и белков (ДНК->РНК->белок). РНК и белок необходимы, в свою очередь, для поддержания работы и размножения ДНК и клеток в целом. Так вот, вирусы, во-первых, в качестве носителя информации, который они размножают, могут иметь как ДНК, так и РНК. Во-вторых, они не умеют размножаться вне клеток, поскольку не имеют в своей ДНК или РНК информации для обеспечения всего необходимого для воспроизведения. Поэтому они внедряются в клетки и используют их ресурсы. Вне клетки вирусы представляют собой инертные комплексы молекул (обычно это ДНК или РНК и белки, но могут быть покрыты украденной у клеток мембраной). Также они не стабильны (в отличие от бактерий), если их не заморозить при низкой температуре. Из этого следует, что если вирус не будет передаваться между организмами, например, людьми, то он имеет все шансы вымереть в отличие от многих болезнетворных бактерий и простейших. При этом вирус размножается гораздо активнее, чем те же бактерии, поскольку он маленький. А еще малый размер вирусов относительно клеток дает им больше возможностей для распространения воздушно-капельным путем. Таким образом, эпидемию какого угодно респираторного вируса можно предотвратить, если все люди изолируются на время его инкубационного периода. Заболевшие либо уничтожат вирус в своем организме, либо умрут. Таким образом, вирус также вымрет. Однако такая схема в современном обществе невозможна (по крайней мере, нежелательна).
Читать по теме на русском:
https://biomolecula.ru/articles/virusy-i-chelovek-protivostoianie-dlinoi-v-tysiacheletiia
https://biomolecula.ru/articles/virusnye-genomy-v-sisteme-evoliutsii
На английском:
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7149408/
3. Covid-19 не единственный в своём семействе, его собратья уже давно живут в человеческих телах. Расскажите об других коронавирусах человека и их отличиях от Covid-19
SARS-CoV-2 является не первым и не единственным коронавирусом человека. Существуют 4 типа циркулирующих по всему миру коронавирусов человека, вызывающих ОРВИ. В первую очередь разные вирусы различаются генетически. От этого зависят все остальные характеристики. Во-вторых, они связываются с разными белками на поверхности клеток человека. От этого зависит специфичность вирусов в отношении разных органов и тканей. В-третьих, они отличаются по тяжести вызываемых заболеваний, стабильности в окружающей среде, инкубационному периоду и т.д. В большинстве случаев заражение данными вирусами приводит к обычной простуде. Также было как минимум две “репетиции” современной коронавирусной пандемии. MERS-CoV, вспышка заражений которым наблюдалась в 2015 году, вызывает слишком острое течение заболевания (летальность около 50%), поэтому не может вызвать глобальную пандемию в нынешнем виде. Всего было зарегистрировано около 2500 случаев заболевания. Больные просто не успевают достаточно разнести инфекцию.
SARS-CoV (2002-2004 гг) обладал меньшей летальностью (около 10%) и вызвал более 8000 случаев заболевания. SARS-CoV-2 (COVID-19) исходно вызывал смертность порядка 1-2% и для него был характерен длительный инкубационный период (до 2 недель). Симптомы позволяли больным некоторое время (а в случае легкого течения и весь период заболевания) продолжать вести активный образ жизни и работать. Данная особенность SARS-CoV-2 и позволила ему вызвать глобальную пандемию. Данный вирус попал в то окно тяжести заболевания, которое позволяет активно распространяться за счет того, что носители не ложатся сразу в тяжелом состоянии и умирают, но при этом последствия заболевания и летальность не позволяют относиться к нему как к обычной простуде.
О коронавирусах человека подробнее здесь
4.Теперь давайте несколько подробнее остановимся на нашем главном герое. Чем он так опасен и насколько он опасен в сравнении с другими причинами смертности?
Прежде чем говорить о вирусе, стоит напомнить, что клетки умеют поглощать и выбрасывать из себя относительно крупные частицы. Клетка окружена липидной мембраной, которая ограничивает вход/выход больших (белки и др.) молекул, малых водорастворимых молекул (аминокислоты, моносахара и др.) и ионов. Также в самой мембране при помощи жирорастворимого участка закреплен ряд белков, которые нужны для связи клетки со внешним миром.
Если транспорт ионов и малых водорастворимых молекул можно осуществить через специальные встроенные в мембрану белки, то нечто более крупное, как те же белки, таким образом выкинуть и затащить внутрь клетки не получится. Как не получится встроить в мембрану или изъять из нее белок, который содержит жирорастворимый участок. Для этой цели у клетки есть процессы эндоцитоза (это когда клетка вместе с куском своей собственной мембраны захватывает внешние частицы), экзоцитоза (когда мембранные пузырьки изнутри самой клетки сливаются с окружающей клетку мембраной, выбрасывая свое водорастворимое содержимое в окружающую среду), а также везикулярного транспорта - когда внутри самой клетки переносятся мембранные контейнеры с различным содержимым.
Так вот, вирусы используют эти способности клеток в своих коварных целях. Для попадания в клетку вирусу сначала необходимо связаться с каким-то мембранным белком, чтобы вызвать процесс эндоцитоза. SARS-CoV-2, попадая в организм, связывается с ангиотензинпревращающим ферментом 2 (АПФ2, ACE2), который является встроенным в клеточную мембрану белком. Этот белок является карбоксипептидазой, конвертирующей ангиотензин I в ангиотензин 1-9 и ангиотензин II в ангиотензин 1-7, обладающий сосудорасширяющей активностью. SARS-CoV-2 окружен мембраной, которую ранее украл у клетки, в которой был произведен. В эту мембрану у вируса встроен специальный S-белок, который связывается с АПФ2.
Носоглотку человека, куда в первую очередь попадают вдыхаемые вирусные частицы, выстилает мерцательный эпителий. Это клетки со множеством выростов - ресничек, которые нужны чтобы транспортировать выделяемый секрет (попросту сопли). Так вот эти клетки в больших количествах на своей мембране содержат АПФ2. В этих клетках происходит первичное размножение вируса. Собственно, поэтому потеря обоняния и сухой кашель часто являются одними из первых симптомов заболевания.
Таким образом получается, что в клетке вирус оказывается окружен двумя мембранами: “своей” и частью мембраны клетки, которая стала эндосомой (это мембранные пузырьки внутри клетки, которые возникают в результате эндоцитоза). Затем эти мембраны сливаются, образуя одну, внутреннее пространство которой образовано бывшим пространством между мембранами, а геномная вирусная одноцепочечная РНК выходит внутрь клетки. На ее основе синтезируются белки, которые обеспечивают ее дальнейшее копирование, а также образуют мембранные структуры, защищающие от внутриклеточных противовирусных механизмов.
Копирование начинается с создания комплементарной цепи РНК с образованием двухцепочечной РНК (с цепи ДНК или РНК невозможно синтезировать такую же цепь, а лишь комплементарную, поэтому чтобы копировать исходную, нужно сперва сделать комплементарную). Также происходит образование субгеномных РНК, которые содержат только определенные гены вируса, кодирующие различные структурные белки. Они нужны в разных количествах, но их нужно много. Собственно, поэтому производятся субгеномные РНК, чтобы не загружать основную, которая должна самовоспроизводиться в первую очередь. Структурные вирусные белки связываются с новой вирусной одноцепочечной геномной РНК, обзаводятся мембраной за счет мембранных компонентов внутри клеток (аппарат Гольджи) и выходят наружу путем экзоцитоза. На производство вирусов у клеток уходят все ресурсы и клетки гибнут.
АПФ2 также присутствует в клетках альвеолярных клетках 2 типа. Но у здорового человека его экспрессия там не высокая. А вот теперь, как говорится, следите за руками. В случае воспалительных реакций вследствие инфекции, либо хронических воспалительных заболеваний, или заболеваний/состояний (сахарный диабет, курение, онкология и др.), связанных с воспалением, его там становится гораздо больше.
Собственно, АПФ2 начинает нарабатываться, чтобы уменьшить воспалительную реакцию организма (например, при той же бактериальной пневмонии для уменьшения повреждения ткани и ее восстановления). Но в то же время это создает условия для более активного проникновения вируса в клетки. То есть борьба организма с воспалением приводит к большей восприимчивости клеток к вирусу. В свою очередь, повреждения и гибель зараженных клеток, а также увеличение вирусной нагрузки приводят к усилению воспаления. Круг замкнулся.
Почему же ковид приводит к повреждениям систем органов, а не просто пневмонии? Ответов на этот вопрос несколько.
Во-первых, АПФ2 есть не только в носоглотке и легких. Он также экспрессируется в кишечнике, сердце, сосудах, почках, клетках иммунной системы, а также в семенниках, яичниках и даже плаценте. SARS-CoV-2 вызывает поражение сердечно-сосудистой системы. У 21.2% пациентов возникают нарушения миокарда, у 15.3% - аритмия, у 14.4% - сердечная недостаточность, которая является одной из основных причин смерти от ковида после дыхательной недостаточности.
Также есть три основных системных фактора негативного воздействия ковида на организм человека помимо дыхательной недостаточности из-за повреждения легких: воспаление (включая “цитокиновый шторм”), тромбоз мелких сосудов, окислительные повреждения. Таким образом, при тяжелом течении заболевания развивается комбинация негативных для организма эффектов, которые приводят к повреждению многих органов и тканей. Так, было показано, что перенесенный ковид нарушает функцию головного мозга. То есть часть мозга гибнет. С учетом того, что центральная нервная система, в отличие от других, функционально (за счет замещения функции погибших частей другими) восстанавливается долго и с большим трудом, а органически (непосредственно образование новой нервной ткани) практически не восстанавливается, данное последствие тяжелого течения ковида остается с человеком на всю оставшуюся жизнь.
Также заболевание ковидом приводит к повреждению почек и нарушению их функции.
В обществе постоянно происходит бурление из-за вбросов на тему влияния вакцин на репродуктивную функцию. Особенно эта тема стала горячей в контексте вакцин от ковида. На данный момент нет ни одного доказательства (научного, а не от сестры кошкиной бабушки соседки знакомого) негативного влияния вакцин на репродуктивную функцию. А вот доказательств того, что ковид убивает семенники, вагон и маленькая тележка. Как уже было написано выше, в семенниках есть АПФ2, что делает их уязвимыми для вируса. Таким образом, после заболевания ковидом мужчина имеет неплохие шансы стать стерильным. Также ковид оказывает негативное влияние на репродуктивную функцию женщин, хотя на эту тему пока мало данных собрано.
Таким образом, мы разобрали то, почему SARS-COV-2 реально очень опасен. Теперь перейдем к мерам борьбы с ним. Ниже — ещё полезные ссылки по рассмотренному выше вопросу:
Жизненный цикл коронавирусов, патогенез
Филогения коронавирусов и механизмы того, как они перекидываются на человека
5.Ситуация, когда человечество встречается с новым патогеном, не нова. Письменная история знает достаточно много таких примеров. Расскажите в двух словах об этом опыте и его уроках.
На протяжении своей истории человечество сталкивалось со многими инфекционными заболеваниями, в том числе вызываемыми различными вирусами. На самом деле, различные инфекционные заболевания поражают не только людей, но и все другие живые организмы. Даже у бактерий случаются эпидемии, вызываемые вирусами-бактериофагами. Почему же тогда вирусы еще не уничтожили все живое? Дело в том, что если инфекционное заболевание убивает всех носителей, до которых сможет дотянуться, то сам возбудитель заболевания также погибнет. Таким образом возникает баланс, при котором инфекционные заболевания превращаются в эпидемии только когда количество особей превышает определенный предел. В природных условиях - это один из механизмов регуляции численности популяций. Возвращаясь к людям, стоит сказать, что эпидемии случались с тех пор, как появились первые государства, и стали масштабными, когда эти государства начали друг с другом взаимодействовать.
Главным виновником эпидемий древности, а также средневековья была чума. В целом можно сказать, что как только людей становилось очень много по тем временам и падал уровень жизни, так возникала эпидемия. Первым действенным средством от эпидемий стал карантин. Когда стало понятно, что заболевания могут быть вызваны микроорганизмами, то появились эффективные средства индивидуальной защиты (СИЗ). Также появились первые прививки.
Подробно и увлекательно на примере оспы можно прочитать по ссылке.
Поскольку дальше речь пойдет во многом про прививки, то стоит немного рассказать о том, как организм человека (и других зверей) в целом защищается от инфекции. То есть, описать принцип действия иммунной системы. Механизмы иммунитета можно разделить на врожденные и приобретенные в процессе жизни организма. Врожденный иммунитет опосредуется различными рецепторами на поверхности иммунных клеток (макрофаги, нейтрофилы), которые не распознают каждый конкретный антиген, а просто реагируют на все незнакомое и напоминающее среднестатистический антиген чего-то болезнетворного.
Антигены - это либо различные молекулы, которые располагаются на поверхности патогена, либо просто чужеродные молекулы, оказывающиеся внутри организма. Макрофаги захватывают чужеродное тело (бактерии, вируса) и стараются его расщепить внутри себя. Параллельно запускают реакцию воспаления, которая привлекает другие клетки иммунной системы и заодно вызывает спектр всем известных неприятных ощущений и последствий.
Таким образом, врожденный иммунитет действует не очень эффективно, поскольку неспецифичен (а патогены в процессе эволюции развивают различные механизмы уклонения от него) и его действие может быть весьма травматично для самого организма из-за запускаемого процесса воспаления. В то же время при столкновении с конкретным патогеном в первый раз врожденный иммунитет - это единственное, что организм может экстренно противопоставить. Совсем другая история - если организм сталкивается с патогеном вторично.
Дело в том, что при попадании нового патогена в организм им интересуются не только те клетки врожденного иммунного ответа, которые его пытаются уничтожить, но и особые, так называемые, дендритные клетки. Они захватывают антигены патогена и перемещаются в лимфатические узлы, в которых показывают наловленные антигены лимфоцитам. Лимфоциты (T и B) отвечают за приобретенный иммунный ответ.
Процесс приобретения происходит следующим образом. Образующиеся лимфоциты (путем деления как и все другие клетки) занимаются тем, что перестраивают особую область своей ДНК случайным образом (представьте себе, прям занимаются генетической модификацией). В результате получается, что у каждого получившегося лимфоцита есть уникальный ген, кодирующий антитело (или рецептор), который может узнать молекулу определенной структуры и их миллионы таких уникальных. Так вот дендритные клетки показывают свой “улов” этим многочисленных лимфоцитам и выбирают тех, у которых рецептор связался с антигеном. Эти лимфоциты начинают активно делиться и производить нейтрализующие антиген антитела в случае B-лимфоцитов и рецепторы на своей поверхности в случае T-лимфоцитов.
Собственно антитела связываются с антигеном и нейтрализуют его, а также помечают для других клеток иммунной системы. Например, антитела могут связываться с белками вируса, которыми тот взаимодействует с клетками, и вирус перестает иметь возможность провзаимодействовать с клетками. В свою очередь, T-клетки могут узнавать зараженные клетки организма благодаря представленным на поверхности этих клеток вирусным белкам и уничтожать эти клетки, препятствуя размножению в них вируса.
Другой вопрос, что постоянно поддерживать толпы лимфоцитов в полной боевой готовности на все случаи жизни для организма проблематично, поэтому через несколько месяцев после перенесенного заболевания количество специфических лимфоцитов падает, соответственно уменьшается и количество антител к специфическому антигену. Но часть из них превращается в так называемые “клетки памяти”, которые при столкновении организма с антигеном способны быстро восстановить популяцию специфических лимфоцитов в организме.
Теперь перейдем к идее вакцинации. Как было уже отмечено, приобретенный иммунитет гораздо более эффективен для борьбы с патогенами, чем врожденный. Но для его формирования организму в естественных условиях нужно столкнуться с патогеном, то есть, заболеть. Но людям болеть не очень хочется, поскольку от болезни можно и умереть, либо получить неприятные хронические последствия. Та же оспа, если не убивала человека, то уж точно не делала его симпатичнее. Как же получить приобретенный иммунитет к инфекционному заболеванию, но минимизировать риски и последствия?
Ответом на данный вопрос оказались вакцины. Современная вакцина знакомит иммунную систему организма с антигеном возбудителя заболевания, но не вызывает самого заболевания. То есть вырабатывается приобретенный иммунитет, но, поскольку патогена нет, то он не может навредить организму. Также не возникают разрушительные для организма последствия реакции врожденного иммунного ответа на большое количество патогена (да, обычно после прививки есть повышение температуры и недомогание, но в подавляющем большинстве случаев ненадолго и в несоизмеримо меньшем масштабе, чем при развитии реального заболевания).
6.Какие современные методы профилактики рекомендует наука?
Вакцины, вакцины и ещё раз вакцины, маски и другие СИЗ, без особой нужды не попадать в большое скопление людей особенно в замкнутом помещении, вакцины, изолироваться и не распространять вирус, если сам подцепил, и еще раз вакцины.
Начнем с вакцин.
Вакцина для нашей иммунной системы - это как учения для военных. Про историю создания вакцин существует много материалов, в том числе те, на которые я ссылаюсь в данной работе. Методы вакцинации постоянно совершенствуются. Если исходно людей прививали живым вирусом (вариоляция) в биологическом материале больных, то затем появились прививки на основе биоматериалов из “похожих” вирусов, либо ослабленных штаммов. Следующим этапом стало создание чистых ослабленных вирусов, которые не вызывали симптомов заболевания у людей с нормальным иммунитетом. Затем стали использовать не целый вирус, а отдельные белки.
Последним достижением стали ДНК-вакцины на основе аденовирусных векторов и мРНК-вакцины. Суть в том, что в организм вводится ДНК или РНК, кодирующие антиген возбудителя заболевания, а не сам антиген. Кто на ком стоял? Клетки организма сами продуцируют антиген, вызывая иммунную реакцию. Именно последние технологии позволили столь быстро разработать и произвести вакцины от SARS-COV-2. Дело в том, что данные технологии разрабатывались последние лет 30, но очень кстати “созрели” для широкого использования в медицинских целях в последние 3-4 года. Таким образом, эти технологии не придумали за несколько месяцев. Просто они позволяют делать разные вакцины на одной и той же платформе в короткие сроки. В общем, прогресс не стоит на месте, что пугает широкую публику не меньше, чем паровозы в XIX в.
Научпоп про вакцины тут
7.Если все эти методы не дают 100% защиты для индивида, то зачем им следовать?
Давайте рассмотрим данный вопрос на примере автомобиля. Известно, что в ситуации когда человек садится за руль, он подвергает себя риску попасть в аварию. Для того чтобы уменьшить количество ДТП, используют целый ряд мер. В первую очередь, превентивные, которые включают в себя противопоказание к вождению в состоянии опьянения, соблюдение дистанции на дороге и так далее, которые нацелены на уменьшение вероятности возникновения аварийной ситуации. Второй тип мер - это экстренные, которые предназначены для уменьшения серьезности последствий для уже попавших в аварию. К таким мерам можно отнести ремни, подушки безопасности, использование закаленного и триплексного стекла, а также АБС тормозов. Однако, никакие подушки безопасности и ремни не помогут, если нетрезвый водитель на скорости выше 80 км/ч въедет под грузовой фургон.
Также и с методами профилактики. Маски, перчатки, социальная дистанция и в целом профилактические меры снижают риск возникновения “аварийной ситуации”, или заражения. Но для того чтобы получить максимальный уровень защиты, нужно соблюдать все меры, а не часть. Это первое. Во вторых, вероятность аварии становится еще меньше, если все ездят по правилам. С коронавирусом тоже самое - когда профилактическим методам следуют все, вероятность заражения становится еще меньше. Тут стоит отдельно упомянуть прививки - отсутствие прививки можно приравнять к алкогольному опьянению на дороге. Такой человек представляет опасность и для себя, и для своих близких которые едут с ним в одной машине, и для всех окружающих.
Есть одно но - в случае аварии чаще всего страдает 1-2 машины и находящиеся в них люди, а в случае коронавируса, один безалаберный водитель (переносчик) может создать внушительное количество аварий (заражений) до того как авария настигнет его самого.
Продолжение следует
Источники:
1. Университет Джона Хопкинса
2. Тасс “Общая смертность в России в 2020 году выросла на 17,9%”
3. Левада центр “КОРОНАВИРУС И ВАКЦИНА”
4. Pubmed