Koronavirukset: rakenne, tyypit ja aiheuttamat taudit (SARS, MERS, COVID-19)

Koronavirukset: rakenne, tyypit ja taudit (SARS, MERS, COVID-19) – selkeä ja ajantasainen opas virusten rakenteesta, tartunnasta, oireista ja suojautumisesta.

Koronavirukset ovat ryhmä RNA-viruksia, jotka tarttuvat linnuissa ja nisäkkäissä, myös ihmisissä. Ne voivat aiheuttaa lieviä hengitystieinfektioita mutta myös vakavia, jopa kuolemaan johtavia tauteja. Ihmisillä tavallisia lievempiä koronavirusten aiheuttamia infektioita ovat esimerkiksi osa flunssatapauksista (flunssaa aiheuttavat myös muut virukset, kuten rinovirukset), kun taas tappavammat lajit ovat aiheuttaneet epidemioita ja pandemiota: SARSia, MERSiä ja COVID-19:tä.

Rakenne ja genominen ominaisuus

Koronavirukset ovat vaippaviruksia eli ne ovat peitttyjä viruksia, joiden ympärillä on lipidikalvo. Niillä on yksijuosteinen, positiivisen suuntaista RNA:n genomi, jonka koko on poikkeuksellisen suuri RNA-viruksiksi: noin 26–32 kilobaasia. Genomin alkuosassa sijaitsee yleensä pitkä replikaasi-geeniryhmä (ORF1a/ORF1b), joka tuottaa ei-rakenteellisia proteiineja (ns. nsp-proteiinit) ja kontrolloi viruksen replikaatiota. Rakenteelliset geenit (S, E, M, N) ovat genomin loppuosassa.

Yksi koronavirusten erikoispiirteistä on proofreading-toiminto (nsp14-eksonukleaasi), joka poistaa osan replikaatiovirheistä ja siten hidastaa mutaatioiden kertymistä verrattuna moniin muihin RNA-viruksiin. Silti rekombinaatio ja mutaatio tekevät koronaviruksista geneettisesti joustavia.

Pintarakenteet ja proteiinit

Nimi "coronavirus" tulee latinankielisestä sanasta corona, joka tarkoittaa "kruunua" tai "sädekehää", ja viittaa siihen, miltä virionit näyttävät elektronimikroskoopissa. Viruksen pinnalla on kruunun näköisiä, sipulimaisia ulokkeita. Tämän morfologian luovat piikki- (S) peplomeerit, jotka ovat pinnalla olevia proteiineja ja määräävät, mihin soluihin virus voi tarttua.

Koronavirusten tärkeimmät proteiinit ovat:

• Piikki (S) – sitoutuu isäntäsolun reseptoreihin ja mahdollistaa soluun pääsyn (esim. ACE2 on SARS- ja SARS‑CoV‑2 -virusten kohdereseptori; MERS‑virus käyttää DPP4-reseptoria).
• Kuori (E) – pieni viruksen rakenneproteiini, joka osallistuu kokoontumiseen ja virionin muodostukseen sekä voi vaikuttaa taudin vaikeusasteeseen.
• Kalvo (M) – tärkeä virionin muodon ja rakenteen ylläpidossa.
• Nukleokapsidi (N) – sitoo genomi-RNA:n ja osallistuu pakkausprosessiin sekä replikaation säätelyyn.

Luokittelu ja isäntälajit

Koronaviruksia on perinteisesti jaettu neljään pääryhmään: alfa-, beeta-, gamma- ja delta‑koronavirukset. Yleisesti ottaen alfa- ja beeta‑koronavirukset infektoivat pääasiassa nisäkkäitä (mukaan lukien ihmiset), kun taas gamma- ja delta‑koronavirukset ovat tavallisempia linnuilla ja joillain muilla eläimillä. Monet ihmisiä infektoivat koronavirukset ovat peräisin nisäkkäistä — esimerkiksi lepakoista — ja niillä voi olla väli-isäntiä, jotka helpottavat laji-loikkaa ihmiseen (esim. siviitit SARSin yhteydessä, dromedaarit MERSissä).

Tartunta, tautimuodot ja patogeneesi

Koronavirukset leviävät usein pisaratartuntana, aerosolina sekä kosketuksen kautta. Joillain eläinperäisillä koronaviruksilla on zoonoottinen potentiaali eli ne voivat hypätä lajeja yli ja aiheuttaa ihmisten epidemioita. Inkubaatioaika vaihtelee lajista riippuen (yleensä muutamasta päivästä kahteen viikkoon).

Tautimuodot vaihtelevat lievistä ylähengitystieoireista vakavaan keuhkokuumeeseen, akuuttiin hengitysvajaukseen ja monielinvaurioon. Vakavuuteen vaikuttavat viruslaji, tartunnan annos, potilaan ikä ja perussairaudet sekä immuunivaste. Joissain vakavissa coronavirus-infektioissa (SARS, MERS, COVID‑19) tulehdusreaktio, kuten ylireagointi immuunijärjestelmältä, voi osaltaan aiheuttaa kudosvaurioita.

Merkittävät ihmiskunnan kannalta tärkeät lajit

• SARS-CoV (Severe Acute Respiratory Syndrome) aiheutti epidemian vuosina 2002–2003; alkuperäisesti yhteyksiä lepakoihin ja siviittieläimiin löydettiin.
• MERS‑CoV (Middle East Respiratory Syndrome) tunnistettiin vuonna 2012; dromedaarikamelit välittävät tartuntaa ihmisille ja taudin kuolleisuus on ollut korkea verrattuna tavallisiin flunssaviruksiin.
• SARS‑CoV‑2, joka aiheuttaa COVID‑19, on maailmanlaajuinen pandemia (alkoi 2019) ja on aiheuttanut laajamittaisia terveysvaikutuksia sekä merkittäviä yhteiskunnallisia muutoksia.
• Lisäksi useat ihmisiä infektoivat koronavirukset, kuten HCoV‑229E, OC43, NL63 ja HKU1, aiheuttavat yleensä lievempiä hengitystieinfektioita.

Diagnoosi, hoito ja ehkäisy

Diagnoosi perustuu tavallisimmin nukleiinhappotestiin (RT‑PCR) potilasnäytteestä, mutta myös antigeenitestit ja serologiset tutkimukset (vasta-ainetestit) ovat käytössä. Kuvantaminen ja laboratoriolöydökset tukevat kliinistä arviota vaikeissa tapauksissa.

Spesifinen hoito riippuu viruksesta ja potilaan tilasta. Useimmissa lievissä tapauksissa hoito on oireenmukaista (levon, nesteiden ja kipulääkkeiden tuki). Vakavissa COVID‑19-tapauksissa on osoitettu hyötyä joistain antiviraaleista (esim. remdesiviiri tietyissä tilanteissa) sekä immunomoduloivista lääkkeistä (esim. kortikosteroidit kuten deksametasoni tietyille potilaille). Lisäksi on kehitetty ja käytössä monia vasta-ainepohjaisia hoitoja ja tukitoimia sairaalassa hoidettaessa. MERS- ja SARS-infektioissa hoito on pääasiassa tukevaa; spesifisiä, laajasti hyväksyttyjä antiviraaleja ei ollut alussa.

Ehkäisyssä tärkeimpiä keinoja ovat hyvä käsihygienia, yskimishygienia, maskien ja ilmanvaihdon hyödyntäminen tartuntojen estossa sekä rokotukset siellä missä ne ovat saatavilla. COVID‑19‑pandemian myötä kehitetyt rokotusteknologiat (mRNA‑rokotteet, vektorirokotteet, inaktivoidut rokotteet) ovat osoittautuneet tehokkaiksi vakavien tautimuotojen ja kuolleisuuden vähentämisessä.

Evoluutio, mutaatiot ja variantit

Vaikka koronaviruksilla on osittainen proofreading-mekanismi, ne kehittyvät ja muuntuvat ajan myötä; erityisesti pitkäkestoinen leviämisvaihe suuressa ihmispopulaatiossa tarjoaa mahdollisuuksia varianttien syntyyn. SARS‑CoV‑2‑pandemia on esimerkki siitä, miten uusia variantteja voi syntyä ja miten ne voivat vaikuttaa tarttuvuuteen, taudinkuvaan ja immuniteetin läpäisyyn. Valvonta, sekvensointi ja epidemiologinen seuranta ovat keskeisiä työvälineitä varianttien tunnistamisessa ja hallinnassa.

Yhteenveto

Koronavirukset muodostavat monimuotoisen ryhmän RNA-viruksia, jotka voivat aiheuttaa sekä lieviä että vakavia tauteja eri isäntäeläimissä. Niiden rakenne, suuri RNA-genomi ja kyky hypätä lajeja yli tekevät niistä merkittäviä ihmiselle aiheutuvien tartuntatautien näkökulmasta. Varotoimet, diagnostiikka, hoito ja rokotteet ovat keskeisiä keinoja vähentää koronavirusten aiheuttamaa taakkaa terveydenhuollossa ja yhteiskunnassa.

Koronaviruksista löytyy runsaasti lisätietoa ja tutkimusta, ja tuntemuksemme ryhmästä kehittyy jatkuvasti uusien tutkimustulosten myötä.

Rakenne

Koronavirukset ovat suuria, pallomaisia hiukkasia, joilla on ainutlaatuisia pintaprojektioita. Niiden koko vaihtelee ja on keskimäärin 80-120 nms. Kokonaismolekyylipaino on keskimäärin 40 000 kDa. Niitä ympäröi kuori, joka on täynnä ulkonevia proteiinimolekyylejä. Nämä kerrokset suojaavat virusta, kun se on isäntäsolun ulkopuolella.

Viruksen kuori koostuu lipidikaksoiskerroksesta, johon kalvo (M), kuori (E) ja piikki (S) -rakenneproteiinit on ankkuroitu. E:S:M-suhde lipidikaksoiskerroksessa on noin 1:20:300. E- ja M-proteiinit ovat rakenneproteiineja, jotka yhdessä lipidikaksoiskerroksen kanssa muokkaavat viruksen kuoren ja säilyttävät sen koon. S-proteiineja tarvitaan vuorovaikutukseen isäntäsolujen kanssa. Ihmisen koronavirus NL63 on kuitenkin siinä mielessä erikoinen, että sen M-proteiinilla on isäntäsolun sitoutumiskohta, eikä sen S-proteiinilla. Kuoren halkaisija on 85 nm.

 
Koronaviruksen rakenne  

Historia

Ensimmäiset raportit eläinten koronavirustartunnasta saatiin 1920-luvun lopulla, kun kotieläiminä pidettyjen kanojen akuutti hengitystieinfektio ilmeni Pohjois-Amerikassa. Arthur Schalk ja M.C. Hawn tekivät vuonna 1931 ensimmäisen yksityiskohtaisen raportin, jossa kuvattiin kanojen uutta hengitystieinfektiota Pohjois-Dakotassa. Tuolloin ei vielä tajuttu, että kyseessä oli kolme sukua olevaa virusta.

Ihmisen koronavirukset löydettiin 1960-luvulla kahdella eri menetelmällä. E.C. Kendall, Malcolm Bynoe ja David Tyrrel, jotka työskentelivät Britannian lääketieteellisen tutkimusneuvoston flunssavirusyksikössä, keräsivät ainutlaatuisen flunssaviruksen B814 vuonna 1961. Virusta ei voitu viljellä tekniikoilla, joilla oli onnistuttu viljelemään rinoviruksia, adenoviruksia ja muita tunnettuja flunssaviruksia. Lopulta ongelma ratkaistiin. Bertil Hoorn esitteli uuden viljelymenetelmän laboratoriossa. Kun eristetty virus laitettiin vapaaehtoisten nenään, se aiheutti flunssan. Virus inaktivoitiin eetterillä, mikä osoitti, että sillä oli lipidikuori. Uusi virus aiheutti vilustumisen vapaaehtoisille, ja B814:n tavoin se inaktivoitui eetterillä.

Skotlantilainen virologi June Almeida St Thomas' Hospitalissa Lontoossa vertasi IBV:n, B814:n ja 229E:n rakenteita vuonna 1967. Transmissioelektronimikroskopian avulla osoitettiin, että nämä kolme virusta olivat muodoltaan samankaltaisia ja että niillä oli keppimäisiä piikkejä. Samana vuonna National Institute of Healthin tutkimusryhmä eristi toisenkin tämän virusryhmän jäsenen. Kuten B814:llä, 229E:llä ja IBV:llä, myös uudella flunssavirus OC43:lla oli elektronimikroskoopilla tarkasteltuna tunnusomaisia kerhonmuotoisia piikkejä.

IBV:n kaltaiset uudet kylmävirukset muistuttivat hiiren hepatiittivirusta. Tätä uutta virusten ryhmää kutsuttiin "koronaviruksiksi" niiden kruunun kaltaisen ulkonäön perusteella. Koronaviruskanta B814 hävisi. Ei tiedetä, mikä nykyinen ihmisen koronavirus se oli. Sittemmin on tunnistettu muitakin ihmisen koronaviruksia, kuten SARS-CoV vuonna 2003, HCoV NL63 vuonna 2003, HCoV HKU1 vuonna 2004, MERS-CoV vuonna 2013 ja SARS-CoV-2 vuonna 2019. Eläinten koronaviruksia on tunnistettu suuri määrä 1960-luvulta lähtien.

 
Siirtoelektronimikroskooppikuva elimellisesti viljellystä koronaviruksesta OC43.  

Kysymyksiä ja vastauksia

K: Mitä ovat koronavirukset?

K: Millaisia sairauksia koronavirukset aiheuttavat ihmisissä?

K: Kuinka suuri on koronavirusten genomin koko?

K: Kuinka monta koronavirusten pääryhmää on olemassa?

K: Millainen virus aiheuttaa COVID-19:n ihmisissä?

K: Mistä proteiineista koronavirus koostuu?

Hae kirjaimella