Κορονοϊός: Υποοικογένεια ιών της οικογένειας Coronaviridae

Σε ανθρώπους και πτηνά προκαλούν λοιμώξεις του αναπνευστικού συστήματος που μπορούν να κυμαίνονται από ήπιες έως θανατηφόρες. Οι ήπιες ασθένειες στον άνθρωπο περιλαμβάνουν ορισμένες περιπτώσεις κοινού κρυολογήματος (που προκαλείται επίσης και από άλλους ιούς, κυρίως ρινοϊούς), ενώ οι θανατηφόρες περιπτώσεις προκαλούνται από τις λοιμώξεις σοβαρού οξέως αναπνευστικού συνδρόμου - ΣΟΑΣ, διεθνώς γνωστό ως SARS -, η οποία άρχισε το 2002 στην Κίνα, το αναπνευστικό σύνδρομο της Μέσης Ανατολής το 2012 - MERS - και το σοβαρό οξύ αναπνευστικό σύνδρομο τύπου 2 - Covid-19, η οποία προκάλεσε την πανδημία κορονοϊού 2019–22. Στις αγελάδες και στους χοίρους προκαλούν διάρροια, ενώ στα ποντίκια προκαλεί ηπατίτιδα και εγκεφαλοµυελίτιδα.

Κορονοϊός
H γραφική απεικόνιση του κορονοϊού τύπου 2 όπως δημιουργήθηκε από εργαζομένους του CDC
Ταξινόμηση ιού
Ομάδα: IV ((+)ssRNA) Τάξη: Nidovirales Οικογένεια: Coronaviridae Υποοικογένεια: Coronavirinae Γένος: *Alphacoronavirus Betacoronavirus Deltacoronavirus Gammacoronavirus
Τυπικό είδος
Κορονοϊός

Οι κορονοϊοί ανήκουν στην υποοικογένεια Orthocoronavirinae της οικογένειας Coronaviridae και γένος Pisuviricota Είναι ιοί με περίβλημα και φέρουν ως γονιδίωμα ένα μονόκλωνο RNA θετικής(+) πολικότητας. Το μέγεθος του γονιδιώματος των κορονοϊών κυμαίνεται από 26 έως 32 χιλιάδες βάσεις, από τα μεγαλύτερα ανάμεσα στους ιούς RNA.

Οι χαρακτηριστικές ακτίνες αποτελούνται από πρωτεΐνικά πεπλομερή, τα οποία καθορίζουν τον τροπισμό του ιού. Για παράδειγμα, στον ιό του ΣΟΑΣ οι πρωτεΐνες S προσκολλούνται στο μετατρεπτικό ένζυμο της αγγειοτενσίνης 2. Άλλες πρωτεΐνες είναι οι Ε, στο έλυτρο, Μ, στη μεμβράνη, και Ν στο πυρηνικό καψίδιο. Το πρωτεϊνικό στέμμα των κορονοϊών, σε αντίθεση με αυτό άλλων ιών, αντέχει στις συνθήκες του γαστρεντερικού συστήματος.

 

Η ονομασία "κορονοϊός" προέρχεται από την Λατινική λέξη "corona", που σημαίνει "στέμμα", την οποία δανείζεται από την ελληνική λέξη "κορώνη"Το όνομα αποδόθηκε από την Τζουν Αλμέιντα και τον Ντέιβιντ Τάιρελ οι οποίοι παρατήρησαν και μελέτησαν για πρώτη φορά τους ανθρώπινους κορονοϊούς. Η λέξη χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά το 1968 από μία άτυπη ομάδα ιολόγων στο περιοδικό Nature για να αναφέρουν μία καινούργια οικογένεια ιών. Το όνομα τους αποδόθηκε από την χαρακτηριστική όψη τους στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο όπου διακρίνονται εξογκώματα περιμετρικά της επιφάνειάς του σαν στέμμα Η επιστημονική ονομασία κορονοϊός έγινε δεκτό σαν όρος από τη Διεθνή Επιτροπή για την Ονοματολογία των ιών (αργότερα μετονομάστηκε Διεθνής Επιτροπή Ταξινόμησης των ιών) το 1971.

 

Οι πρώτες αναφορές λοίμωξης από κορονοϊό σε ζώα σημειώθηκαν στα τέλη της δεκαετίας του 1920, όταν εμφανίστηκε στη Βόρεια Αμερική οξεία αναπνευστική λοίμωξη εξημερωμένων κοτόπουλων

Οι ανθρώπινοι κορονοϊοί ανακαλύφθηκαν τη δεκαετία του 1960 χρησιμοποιώντας δύο διαφορετικές μεθόδους στο Ηνωμένο Βασίλειο και τις Ηνωμένες Πολιτείες. Οι Ε.Σ. Κένταλ, Μάλκολμ Μπάινοου και Ντέιβιντ Τάιρελ συνέλεξαν έναν ξεχωριστό κοινό ιό κρυολογήματος που ονομάστηκε B814 το 1961. Ο ιός δεν μπορούσε να καλλιεργηθεί χρησιμοποιώντας τις κλασσικές τεχνικές που είχαν χρησιμοποιήσει επιτυχώς σε ρινοϊούς, αδενοϊούς και άλλους γνωστούς ιούς κοινού κρυολογήματος. Το 1965, οι Τάιρελ και Μπάινοου πέτυχαν να καλλιεργήσουν τον νέο ιό μέσω της καλλιέργειας οργάνων ανθρώπινης εμβρυϊκής τραχείας. Η νέα μέθοδος καλλιέργειας εισήχθη στο εργαστήριο από τον Μπέρτιλ Χουρν. Ο απομονωμένος ιός όταν εμβολιάστηκε ενδορινικά σε εθελοντές προκάλεσε κρυολόγημα και αδρανοποιήθηκε από αιθέρα που έδειξε ότι είχε φάκελο λιπιδίων. Η Ντόροθι Χαμρ και ο Τζον Πρόκνοου στο Πανεπιστήμιο του Σικάγου απομόνωσαν ένα νέο ιό από φοιτητές ιατρικής το 1962. Απομόνωσαν και μεγάλωσαν τον ιό σε καλλιέργεια ιστών νεφρών, ονομάζοντάς τον 229Ε. Ο νέος ιός προκάλεσε κρυολόγημα στους εθελοντές και, όπως το Β814, απενεργοποιήθηκε από τον αιθέρα. Η ιολόγος Τζουν Αλμέιντα σε συνεργασία με τον Τάιρελ, συνέκρινε τις δομές των ιών B814 και 229E το 1967. Χρησιμοποιώντας ηλεκτρονικό μικροσκόπιο, οι ιοί αποδείχθηκε ότι σχετίζονται μορφολογικά με το γενικό σχήμα τους και τις διακριτικές αιχμές που μοιάζουν με ακίδα.

Δομή

 

Ο κορονοϊός είναι μεγάλος, περίπου σφαιρικός, με εξογκώματα στην περίμετρο της επιφάνειάς του. Το μέσο μέγεθός του κυμαίνεται διαμετρικά από 80 έως 120νμ. Ενώ το μεγαλύτερο από αυτόν είναι 50 έως 200νμ σε διάμετρο. Το μέσο συνολικό του βάρος είναι περίπου 40.000kDa. Περικλείονται από ένα φάκελο που αποτελείται από λιπιδική διπλοστοιβάδα, μόρια πρωτεΐνης και το νουκλεοκαψίδιο, τα οποία προστατεύουν τον ιό όταν βρίσκεται έξω από το κύτταρο ξενιστή.

Ο ιικός φάκελος αποτελείται από μια λιπιδική διπλοστοιβάδα στην οποία υπάρχουν οι δομικές πρωτεΐνες της μεμβράνης (Μ), του φακέλου (Ε) και των ακίδων (S). Η αναλογία Ε: S: M στη λιπιδική διπλοστοιβάδα είναι περίπου 1 : 20: 300. Η πρωτεΐνη Ε και Μ είναι οι δομικές πρωτεΐνες που συνδυάζονται με τη λιπιδική διπλοστιβάδα για να διαμορφώσουν τον ιικό φάκελο και να διατηρήσουν το μέγεθός του. Οι πρωτεΐνες S χρειάζονται για αλληλεπίδραση με τα κύτταρα ξενιστές.

Η πρωτεΐνη Μ είναι η κύρια δομική πρωτεΐνη του φακέλου που διαμορφώνει το συνολικό σχήμα και είναι μια πρωτεΐνη μεμβράνης τύπου III και σχηματίζει ένα στρώμα πάχους 7,8 νανομέτρων. Η πρωτεΐνη Μ είναι κρίσιμη κατά τη διάρκεια των σταδίων συναρμολόγησης του ιού μέσω της σύνδεσης του νουκλεοκαψιδικού πυρήνα στον ιϊκό φάκελο κατά τη διαδικασία της εκβλάστησης.

Οι πρωτεΐνες Ε είναι μικρές δομικές πρωτεΐνες οι οποίες παρουσιάζουν μεγάλη ποικιλομορφία. Υπάρχουν μόνο περίπου 20 αντίγραφα του μορίου της πρωτεΐνης Ε σε ένα μόριο κορονοϊού. Έχουν μέγεθος 8,4 έως 12 kDa και αποτελούνται από 76 έως 109 αμινοξέα.Είναι υπεύθυνα για την δόμηση νέων ιοσωμάτων κατά τη συναρμολόγηση του ιού και απελευθέρωση από το κύτταρο μέσω εκβλάστησης

Οι πρωτεΐνες S, δηλαδή οι ακίδες, είναι το πιο αναγνωρίσιμο χαρακτηριστικό των κορονοϊών και είναι υπεύθυνες για την όψη της κορόνας στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο. Ένα σωματίδιο κορονοϊού έχει κατά μέσο όρο 74 ακίδες, οι οποίες έχουν μέγεθος περίπου 20νμ. Η πρωτεϊνική ακίδα είναι υπεύθυνη για την προσκόλληση και μόλυνση του κυττάρου ξενιστή.

Μέσα στον φάκελο, υπάρχει το νουκλεοκαψίδιο, το οποίο σχηματίζεται από πολλαπλά αντίγραφα της πρωτεΐνης νουκλεοκαψιδίου (Ν), τα οποία συνδέονται με το γονιδίωμα μονόκλωνο RNA θετικής(+) πολικότητας σε μια συνεχή χορδή από σφαιρίδια. Η πρωτεΐνη Ν είναι μια φωσφοπρωτεΐνη μεγέθους 43 έως 50 kDa.

 

Ο πιο πρόσφατος κοινός πρόγονος όλων των κορονοϊών εκτιμάται ότι υπήρχε από το 8000π.Χ., αν και ορισμένα μοντέλα τον εκτιμούν από 55 εκατομμύρια έτη ή περισσότερα, πράγμα που συνεπάγεται μακροχρόνια παράλληλη εξέλιξη με είδη νυχτερίδων και πτηνών. Ο πιο πρόσφατος κοινός πρόγονος του γένους των αλφα-κορονοϊών εκτιμάτε το 2400 π.Χ., του γένους των βήτα-κορονοϊών το 3300 π.Χ., του γένους του γάμμα-κορονοϊού το 2800 π.Χ. και του γένους των δέλτα-κορονοϊών περίπου το 3000 π.Χ. Οι νυχτερίδες και τα πουλιά, ως θερμόαιμα σπονδυλωτά είναι ιδανικοί φορείς των γονιδίων των κορονοϊών (Οι νυχτερίδες ως φορείς των άλφα και βήτα κορονοϊών και τα πτηνά ως φορείς των γάμμα και δέλτα κορονοϊών). Ο μεγάλος αριθμός ειδών νυχτερίδων και πτηνών ως φορείς είχαν σαν αποτέλεσμα την εκτεταμένη εξέλιξη και η παγκόσμια γεωγραφική κάλυψη των ειδών την διάδοση των κορονοϊών.

Πολλοί ανθρώπινοι κορονοϊοί έχουν σαν προέλευσή τους τις νυχτερίδες. Ο ανθρώπινος κορονοϊός NL63 μοιράζεται κοινό πρόγονο με έναν κορονοϊό νυχτερίδας (ARCov.2) μεταξύ 1190 μ.X. και 1449 μ.X. Ο ανθρώπινος κορονοϊός 229Ε μοιράζεται κοινό πρόγονο με έναν κορονοϊό νυχτερίδας(GhanaGrp1 Bt Cov) μεταξύ 1686 μ.Χ. και 1800 μ.Χ.

Σε αντίθεση με άλλους ιούς βήτα-κορονοϊών, ο βοοειδής κορονοϊός θεωρείται ότι προέρχεται από τα τρωκτικά και όχι από νυχτερίδες.

Φυλογενετικά, ο ιός της ηπατίτιδας των ποντικιών (κορονοϊός ποντικών), ο οποίος μολύνει το συκώτι και το κεντρικό νευρικό σύστημα του ποντικού, σχετίζεται με τον ανθρώπινο κορονοϊό OC43 και τον κορονοϊό των βοοειδών. Ο ανθρώπινος κορονοϊός HKU1, όπως και ο προηγούμενος ιός, έχει επίσης ρίζες στα τρωκτικά.

 

Οι κορονοϊοί ποικίλλουν σημαντικά στον παράγοντα κινδύνου. Μερικοί μπορούν να σκοτώσουν περισσότερο από το 30% των ανθρώπων που έχουν μολυνθεί, όπως ο MERS-Cov και μερικοί είναι σχετικά αβλαβής και έχουν συμπτώματα όπως ένα κοινό κρυολόγημα. Οι κορονοϊοί μπορούν να προκαλέσουν κρυολογήματα με σοβαρά συμπτώματα, όπως πυρετό και πονόλαιμο από πρησμένες αμυγδαλές. Οι κορονοϊοί μπορούν να προκαλέσουν πνευμονία (είτε άμεση ιογενή πνευμονία είτε δευτερογενή βακτηριακή πνευμονία) και βρογχίτιδα (είτε άμεση ιογενή βρογχίτιδα είτε δευτερογενή βακτηριακή βρογχίτιδα). Ο ανθρώπινος κορονοϊός που ανακαλύφθηκε το 2003, SARS-CoV, ο οποίος προκαλεί σοβαρό οξύ αναπνευστικό σύνδρομο (SARS), έχει μια μοναδική παθογένεση επειδή προκαλεί λοιμώξεις του ανώτερου αλλά και του κατώτερου αναπνευστικού συστήματος.

Έξι είδη ανθρώπινων κορονοϊών είναι γνωστά, με ένα είδος να χωρίζεται σε δύο διαφορετικά στελέχη, καθιστώντας συνολικά επτά στελέχη ανθρώπινων κορονοϊών.

 

Τέσσερις ανθρώπινοι κορονοϊοί προκαλούν συμπτώματα που είναι γενικά ήπια, παρόλο που υποστηρίζονταν ότι μπορεί να ήταν πιο επιθετικά στο παρελθόν:

1. Ανθρώπινος κορονοϊός OC43(HCoV-OC43), βήτα - κορονοϊός, β-CoV
2. Ανθρώπινος κορονοϊός HKU1(HCoV-HKU1), β-CoV
3. Ανθρώπινος κορονοϊός 229E(HCoV-229E), άλφα - κορονοϊός, α-CoV
4. Ανθρώπινος κορονοϊός NL63(HCoV-NL63), α-CoV

Τρεις ανθρώπινοι κορονοϊοί προκαλούν λοιμώξεις οι οποίες είναι πιθανώς σοβαρές:

1. Αναπνευστικό σύνδρομο της Μέσης Ανατολής (MERS-CoV), β-CoV
2. Σοβαρό οξύ αναπνευστικό σύνδρομο (SARS-CoV), β-CoV
3. Σοβαρό οξύ αναπνευστικό σύνδρομο τύπου 2 (SARS-CoV-2), β-CoV

Έχει αναπτυχθεί ένας αριθμός εμβολίων που χρησιμοποιούν διαφορετικές μεθόδους δράσης για την αντιμετώπιση του SARS-CoV-2. Αντιιικές φαρμακευτικές αγωγές ενάντια στους ανθρώπινους κορονοϊούς χρησιμοποιούνται όπως οι ιικές πρωτεάσες, πολυμεράσες και οι πρωτεΐνες εισόδου. Φάρμακα βρίσκονται υπό ανάπτυξη στοχεύουν αυτές τις πρωτεΐνες σε διαφορετικά στάδια της ιογενούς αντιγραφής.

Εμβόλια επίσης υπάρχουν για την αντιμετώπιση των κορονοϊών που προσβάλουν τα ζώα αλλά η αποτελεσματικότητάς τους είναι περιορισμένη. Σε περίπτωση έξαρσης ενός πολύ μεταδοτικού κορονοϊού στα ζώα, όπως ο PEDV, θανατώνουν ολόκληρη την αγέλη ως μέτρο πρόληψης για την αποφυγή της διάδοσης.

• Virus Pathogen Database and Analysis Resource (ViPR): Coronaviridae
• German Research Foundation (Coronavirus Consortium)