SARS-CoV-2 to nindża, który jest w stanie uchylić się przed najbardziej wyrafinowanymi zabezpieczeniami organizmu. Czy go przechytrzymy?
Magazyn DGP 10.04.20. / Dziennik Gazeta Prawna
Na razie patogen wciąż wyprzedza nas o parę kroków. Liczba infekcji przekroczyła w tym tygodniu 1,5 mln i nic nie wskazuje, by licznik miał znacząco wyhamować przed przekroczeniem bariery 2 mln. Co więcej, istnieje obawa, że gdy Zachód wyjdzie z pandemii, nowym ogniskiem zarazy staną się państwa rozwijające się – gdzie wirusa znacznie trudniej będzie zwalczyć z powodu niskiego poziomu tamtejszej ochrony zdrowia.
Reklama
Naukowcy z całego świata troją wysiłki mające na celu rozpoznanie słabych punktów mikroskopijnego przeciwnika. – Minęły trzy miesiące, a my wiemy już bardzo dużo. Znamy struktury krystaliczne części białek wirusa, dzięki czemu lepiej rozumiemy ich funkcję. Wiemy, jak działa jego maszyneria replikacyjna. Nie w pełni rozumiemy jeszcze, jaka jest funkcja niektórych białek wirusowych, ale wiemy już, które z nich są obiecujące jako cele terapeutyczne – czyli które z dużym prawdopodobieństwem mogą stać się celem działania leków, a które raczej nie będą przydatne – tłumaczy prof. Krzysztof Pyrć, kierownik Pracowni Wirusologii w Małopolskim Centrum Biotechnologii Uniwersytetu Jagiellońskiego, jeden z czołowych badaczy ludzkich koronawirusów w Polsce.
Postęp ten jest możliwy również dlatego, że SARS-CoV-2 jest bardzo podobny do swojego poprzednika, wirusa SARS-CoV, który w latach 2002–2003 zabił prawie 8,5 tys. osób. Badacze nie musieli zaczynać kompletnie od zera: mogli po prostu odkurzyć literaturę poświęconą agresorowi sprzed kilkunastu lat, a także jego nieco zapomnianemu następcy – wirusowi MERS.

Reklama

Jak nóż w masło

SARS-CoV-2 jest mikroskopijny. Ze swoimi ok. 100 nanometrami nawet obok ludzkiej komórki wygląda jak liliput. Nie potrzeba wiele, żeby go zniszczyć – zwykłe mydło z wodą rozrywa go na kawałki. Wszystko przez to, że jego osłonka zbudowana jest z lipidów, czyli związków należących do tej samej klasy co tłuszcze. A wiemy, co mydło robi z tłuszczem na brudnej patelni.
Zresztą nowy koronawirus jest na tyle delikatny, że nie trzeba uciekać się nawet do takich środków. Jego osłonka nie należy do najtrwalszych i szybko zaczyna się drzeć; materiał genetyczny jest niestabilny, bo ma formę bardzo długiej, podatnej na degradację nici.
Niech nas to jednak nie zmyli: mamy do czynienia z doskonalącym się przez miliony lat ewolucji profesjonalistą – nindżą, który jest w stanie uchylić się przed najbardziej wyrafinowanymi systemami zabezpieczeń naszego ciała. SARS-CoV-2 ma na swojej powierzchni wyspecjalizowaną maszynerię, za pomocą której dostaje się do wnętrza naszych komórek. Chodzi o wystające z jego powierzchni kolce, czyli tzw. białka S (z ang. „spike”, czyli kolec – to im wirusy zawdzięczają swoją nazwę, bo na starych zdjęciach z mikroskopu elektronowego wyglądają jak korona). Białko S to szwajcarski scyzoryk: hak, wytrych i nóż w jednym. Hak jest potrzebny do tego, żeby najpierw przyczepić się do komórki, inaczej SARS-CoV-2 nie mógłby zacząć przy niej majstrować.
Gdzie się przyczepić? Wybór jest duży – błony naszych komórek są upstrzone sterczącymi z nich białkami. Pełnią one dziesiątki, jeśli nie setki ważnych funkcji, m.in. regulują działalność hormonów. Jednak wirus upatrzył sobie tylko jedno. Chodzi konkretnie o enzym znany jako ACE2, który zaangażowany jest w kontrolę ciśnienia krwi. Hak działa w tym wypadku jednocześnie jak wytrych, bo białko S pasuje tylko do białka ACE2 (enzym znajduje się na powierzchni komórek pęcherzyków płucnych; to dlatego wirus przenosi się drogą kropelkową i podczas infekcji najbardziej cierpią płuca).
Teraz wirus może dostać się do wnętrza komórki. Temu służy ukryty wewnątrz „nóż”, który się rozpuszcza w tłuszczach. SARS-CoV-2 nie wyciąga go jednak sam. Wykorzystuje do tego inny enzym wystający z błon naszych komórek, znany jako TMPRSS2, który odcina kawałek białka S, eksponując w ten sposób nóż. Ponieważ błona komórkowa to podwójna warstwa związków należących do tej samej grupy co tłuszcze, nóż nie ma najmniejszego problemu, aby – dosłownie – wejść w nią jak w masło. Przy okazji zbliża do błony lipidową osłonkę wirusa, w wyniku czego te dwie zlewają się w jedno jak oczka tłuszczu w rosole.
Ten mechanizm nie jest dla nas zaskoczeniem. Już starszy brat SARS-CoV zaczynał komórkowy abordaż od zaczepienia się o ACE2. Dlaczego jednak tak prosty organizm stosuje tak skomplikowaną procedurę wejścia? Jak tłumaczy prof. Pyrć, chodzi o ewolucyjne zabezpieczenie. – Jest to wielopunktowy system kontroli, który wirusy wykształciły w toku ewolucji i dzięki niemu trafiają dokładnie tam, dokąd chcą trafić. Nie zakażają więc przez przypadek komórek, w których nie mogą się namnożyć, i nie aktywują się przez przyłączenie się do resztek martwej komórki – wyjaśnia ekspert.

Klocki i magnesy

Po zlaniu się błon materiał genetyczny wirusa dostaje się do wnętrza komórki. Co oznacza, że agresor może przystąpić do namnażania się. SARS-CoV-2 zapisuje swój genom pod postacią nici RNA, czyli kwasu rybonukleinowego. To kuzyn bardziej znanego DNA – kwasu deoksyrybonukleinowego – które służy nam, ludziom, do zapisu kodu genetycznego. Kod genetyczny to tak naprawdę olbrzymia lista instrukcji, jak budować białka: najpierw taki klocek, potem następny, i następny, i następny… Białka składają się czasem z tysięcy takich klocków.
Wirus jest na tyle cwany, że korzysta z typu RNA widzianego przez molekularną maszynerię naszych komórek jako „swój”. Dzięki temu te ostatnie od razu zabierają się za odczytywanie instrukcji zawartej w nici. Według wirusowego przepisu budowane jest najpierw jedno wielkie białko (instrukcja do jego produkcji zajmuje dwie trzecie genomu), które następnie samo tnie się na mniejsze. W ten sposób SARS-CoV-2 buduje w komórce aparat potrzebny mu potem do replikacji.
Nie wchodząc głębiej w szczegóły tego skomplikowanego procesu, można powiedzieć, że obejmuje on nawet osobne struktury w komórce – po to, aby nic nie przeszkadzało maszynerii komórkowej i wirusowym enzymom produkować „klocki” niezbędne do budowy wirusa. Gdy są już gotowe, zaczynają się składać, tworząc nowe, zakaźne wirusy. – Każdy element może połączyć się z drugim tylko w ściśle określonej konfiguracji. Kiedy trafią na siebie, łączą się jak dwa magnesy – powstaje fragment wirusa. W ten sposób, kawałek po kawałku tworzy się kompletny wirion – tłumaczy prof. Pyrć.
Cała ta wiedza przybliża nas do wygrania wojny z SARS-CoV-2, bo pozwala nam znaleźć słabości agresora. Te z kolei mogą stać się celami dla potencjalnych leków. Podobną drogę przeszliśmy z innymi patogenami, w tym przede wszystkim z ludzkim wirusem niedoboru odporności, czyli HIV. Wzięcie pod lupę procesów, jakie patogen inicjuje po wniknięciu do naszych komórek, umożliwiło identyfikację dwóch punktów kontruderzenia.
Te punkty to białka enzymy niezbędne wirusowi do namnażania się. Pierwszy to polimerazy kopiujące genom wirusa. Drugi to proteazy, które tną inne wirusowe białka i pozwalają im osiągnąć finalny kształt. Zaś bronią są związki, które przeszkadzają lub blokują ich działanie. Kontruderzenie z ich udziałem to najskuteczniejsza strategia na HIV, jaką dysponujemy do dziś. Dzięki niej AIDS ze śmiertelnego zagrożenia stało się rodzajem przewlekłej choroby.
W przypadku SARS-CoV-2 punkt nr 1 atakuje preparat znany jako remdesiwir (więcej o nim za chwilę). Broń do ataku na punkt nr 2 na razie nie istnieje. Cel – czyli proteaza koronawirusa – ma na tyle specyficzną budowę, że trudno będzie nam znaleźć związek skuteczny w hamowaniu jej aktywności, a zarazem nieszkodliwy dla pacjentów.

Małe próbki, sprzeczne wnioski

Chociaż ogólny zarys naszej strategii jest jasny, to nikt nie oczekuje, że szybko przyniesie ona efekty. – Na ten moment głównie staramy się sprawdzić, czy któryś z już dostępnych leków okaże się skuteczny w walce z wirusem – zaznacza ekspert Małopolskiego Centrum Biotechnologii.
Dzięki prezydentowi Donaldowi Trumpowi o jednym z takich specyfików stało się ostatnio wyjątkowo głośno. Chodzi o chlorochinę, czyli lek przeciwmalaryczny odkryty jeszcze w latach 30. XX w. Od niecałego miesiąca lokator Białego Domu promuje ten specyfik na Twitterze i podczas wystąpień publicznych jako rzekomo skuteczny lek na koronawirusa. Oficjalnie w USA pacjentów z SARS-CoV-2 można leczyć chlorochiną od kilku dni (ale na szczególnych zasadach). Nad Wisłą taką możliwość stworzył już w połowie marca nasz Urząd Rejestracji Produktów Leczniczych, Wyrobów Medycznych i Produktów Biobójczych. – Na razie jest to jedyny preparat, który posiada oficjalnie zapisane wskazanie do użycia w przypadku zakażenia wirusem SARS-CoV-2, dlatego dopiero zbieramy własne doświadczenia w tym względzie. W kilku czy też kilkunastodniowej terapii wydaje się on dobrą opcją – mówi dr hab. Tomasz Smiatacz, kierownik Kliniki Chorób Zakaźnych Gdańskiego Uniwersytetu Medycznego. Zaznacza jednak, że leczenie wymaga zachowania ostrożności w zakresie współistniejących chorób oczu i serca.
Kontrowersja wokół chlorochiny, jaką wzbudził Trump, bierze się stąd, że brakuje jednoznacznych dowodów na jej skuteczność. Francuskie studium o działaniu leku, które leży u podstaw entuzjazmu prezydenta USA, miało poważne wady. W tym taką, że zostało opublikowane w periodyku, którym kieruje jeden z współautorów badania (na czele zespołu badawczego stał Didier Raoult, kontrowersyjny lekarz z Marsylii). Inne studium analizujące niewielką próbkę pacjentów w Chinach nie wykazało istotnych korzyści terapeutycznych. Jeszcze inne – również z Państwa Środka – z kolei potwierdziło jego skuteczność. Każde z tych badań było jednak prowadzone na niewielkich grupach chorych i nie dają one podstaw do wyciągania wniosków rozciągających się na całe populacje.
Światowa Organizacja Zdrowia postawiła sobie za cel jak najszybciej położyć kres niepewności wokół chlorochiny. W drugiej połowie marca uruchomiła projekt „Solidarność”, którego zadaniem jest zebranie możliwie największej ilości danych o pacjentach leczonych tym specyfikiem. W jego ramach lekarze z całego świata mogą przekazywać WHO informacje na temat efektów stosowania preparatu z pierwszej linii frontu walki z koronawirusem. – To historyczne badanie, które dramatycznie skróci czas pozyskania przekonujących danych o skuteczności leków. Im więcej państw się przyłączy, tym prędzej uzyskamy wyniki – przekonywał w marcu Tedros Adhanom, dyrektor generalny Światowej Organizacji Zdrowia.
Innym dostępnym na rynku lekiem jest kombinacja lopinawiru oraz rytonawiru, używana dotychczas do leczenia zakażeń HIV. W opisywanej powyżej strategii walki z tym wirusem lopinawir służy do ataków na słaby punkt nr 2, a więc przeszkadza w działaniu proteazy patogenu, zaś rytonawir jeszcze ten efekt wzmacnia. Ale podobnie jak w przypadku chlorochiny, dotychczas nie udało się ocenić skuteczności tej kombinacji w leczeniu SARS-CoV-2. W związku z czym WHO postanowiła włączyć przeciwwirusowy duet do swojego badania (osobno oraz w połączeniu z trzecim lekiem).
Do końca kwietnia mają być znane wyniki dwóch badań przeprowadzonych na pacjentach w Chinach z wykorzystaniem remdesiwiru – eksperymentalnego leku, który nie jest jeszcze dostępny na rynku. Jego producent – firma Gilead Sciences – miał nadzieję, że preparat okaże się skuteczny w leczeniu infekcji wirusem ebola. Niestety badania na ludziach parę lat temu zakończyły się niepowodzeniem i remdesiwir trafił do szuflady. U zwierząt wykazywał jednak działanie w walce przeciw wirusowi MERS, kuzynowi SARS-CoV-2, który wywołał epidemię w 2015 r.
Skuteczność leku jest sprawdzana na dwóch grupach pacjentów z koronawirusem. W jednym badaniu wzięło udział 400 osób, które nabawiły się ciężkich objawów COVID-19. W drugim uczestniczyło ponad 300 pacjentów z lekkimi i średnimi objawami. Cudów raczej mało kto się spodziewa; pytanie brzmi nie tyle, czy remdesiwir ich wyleczył, ile – na ile im pomógł. Jednak nawet jeśli oba badania nie dadzą odpowiedzi, to w ciągu najbliższych miesięcy poznamy wyniki czterech kolejnych – w tym dwóch zainicjowanych przez firmę Gilead Sciences. Globalne dane o remdesiwirze stale zbiera również WHO w ramach projektu „Solidarność” (producent przekazał preparat dla ok. 1,7 tys. pacjentów na całym świecie w drodze wyjątku).

Będziemy gotowi za parę lat

Przykłady te nie wyczerpują listy specyfików, które są dziś testowane pod kątem przydatności w walce z koronawirusem. Choć to z nimi wiąże się największe nadzieje. Łącznie w wykazie potencjalnych kandydatów do walki z COVID-19 znajduje się ok. 60 różnych leków. Rząd brytyjski bada np. deksametazon – związek o działaniu przeciwzapalnym. W USA i w Chinach testowane są związki stosowane w reumatoidalnym zapaleniu stawów – tocilizumab i sarilumab. Z kolei naukowcy z Danii zaczęli właśnie sprawdzać wykorzystywany przy zapaleniu trzustki mesylan kamostatu, który blokuje wspomniany już enzym TMPRSS2, a więc utrudnia wirusowi dostanie się do wnętrza komórki. Kilka dni temu opublikowano optymistyczne wyniki niewielkiego badania z Państwa Środka, gdzie pacjentom z koronawirusem podawano osocze osób, które zwalczyły koronawirusa. Teraz podobne eksperymenty chcą przeprowadzić naukowcy w innych krajach. – Z całą pewnością potrzebujemy więcej opcji terapeutycznych, leków o silniejszym działaniu i jak najmniejszej liczbie działań ubocznych, tanich. Poszukiwanie takich preparatów to chyba najgorętszy obecnie temat w nauce – mówi dr hab. Smiatacz. Efekty większości z tych badań będą jednak znane najprędzej za kilka miesięcy.
Naukowcy nie ograniczają się też wyłącznie do przeczesywania katalogów obecnie stosowanych leków – poszukują też potencjalnych kandydatów na nowe preparaty. Na przykład Małopolskie Centrum Biotechnologii i Uniwersytet Jagielloński kilka dni temu ogłosiły, że odkryty przez nich związek blokuje wirusowi drogę wejścia do komórki. – Jeśli chodzi o leki dopiero co projektowane, to nie ma najmniejszych wątpliwości, że nie wykorzystamy ich w tym sezonie. Jest raczej nadzieja, że będą gotowe za parę lat, gdyby ten konkretny wirus miał się utrzymać w populacji lub kiedy przyjdą jego kuzyni, czego możemy być bardziej niż pewni – zastrzega prof. Pyrć, który był zaangażowany w prace nad związkiem.

Tylko dla ochotników

Oczywiście leki to tylko jeden z frontów walki z wirusem – kolejnym są szczepionki. W ciągu ostatnich tygodni pojawiły się doniesienia, że powstałe w rekordowo krótkim czasie preparaty zaczęto już testować na ludziach. Próby na kilkudziesięcioosobowych grupach ochotników rozpoczęły amerykańskie firmy Moderna i Inovio (ta pierwsza w Seattle, druga – w Filadelfii i Kansas City). Badania z udziałem ludzi ruszyły także w Chinach, gdzie swój preparat testuje CanSino Biologics. Dwa tygodnie temu rekrutację do własnego projektu rozpoczął też Uniwersytet Oksfordzki. Niewykluczone, że do tej stawki niebawem dołączą kolejni. Łącznie jest mowa nawet o kilkudziesięciu preparatach, w większości współfinansowanych przez państwa lub organizacje międzynarodowe.
Do sensacyjnych informacji na temat szczepionek należy jednak podchodzić ze zdrową dozą sceptycyzmu. To, że dany środek zaczął być testowany na ludziach, nie oznacza, że lada moment trafi na rynek, o czym wielokrotnie na łamach DGP wspominał dr hab. n. med. Ernest Kuchar, prezes Polskiego Towarzystwa Wakcynologii i kierownik Kliniki Pediatrii z Oddziałem Obserwacyjnym Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego. – To pierwsza faza testów klinicznych, co oznacza, że badane jest bezpieczeństwo szczepionki. Innymi słowy – czy ludziom nie dzieje się nic złego od samego faktu jej podania. Preparat może nigdy nie wyjść poza ten etap. Wystarczy wspomnieć, że szczepionki przeciw HIV w pierwszej fazie mamy od 20 lat – wyjaśniał ekspert.
Badania nad szczepionkami dzielą się na kilka etapów. Najpierw preparat jest testowany w laboratorium i na zwierzętach (w przypadku Moderny badania na zwierzętach pominięto). Później szczepionka trafia do ludzi – na tym etapie testy dzielą się na trzy fazy. W pierwszej naukowcy chcą się przekonać, czy preparat nie jest dla nich szkodliwy. W drugiej – czy wykazuje jakąś skuteczność na małej grupie badanych.
O dopuszczeniu do stosowania decydują wyniki trzeciej fazy, w której biorą udział tysiące ludzi. Dla przykładu: na początku lutego, kiedy koronawirus zaczynał szaleć w Chinach, w Afryce Południowej fiaskiem zakończyła się trzecia faza badań nad szczepionką na HIV. Jak się okazało w grupie, której podano preparat, wirusem zakaziło się mniej więcej tyle samo osób co w tej, która szczepionki nie otrzymała. W efekcie badanie po prostu przerwano.
Zresztą o skutkach ubocznych możemy się dowiedzieć dopiero po wprowadzeniu szczepionki na rynek. Cennej lekcji pod tym względem udziela historia. – Po podaniu szczepionki przeciw wirusowi RSV u niektórych dzieci kontakt z żywym patogenem kończył się reakcją zapalną tak silną, że mogła doprowadzić do śmierci. Z kolei w USA wycofano pod koniec lat 90. z użytku szczepionkę przeciw rotawirusowi, ponieważ w dwóch przypadkach na 10 tys. powodowała wgłobienie, czyli wsunięcie się jelita cienkiego w grube – tłumaczy dr hab. Kuchar.
Ze względów bezpieczeństwa szczepionka to pieśń przyszłości (minimum od 12 do 18 miesięcy) – jeśli trafi na rynek, zostanie podana milionom ludzi. Wówczas nawet efekty uboczne występujące w kilku przypadkach na 100 tys. zaszczepień mogą stać się poważnym problemem. Mimo to już teraz słychać głosy, że być może sytuacja uzasadnia odejście od wypracowywanych przez dekady procedur i skrócenie trzeciej fazy testów. W praktyce oznaczałoby celowe zakażanie ludzi wirusem SARS-CoV-2 (za ich zgodą, oczywiście).
Teraz uczestnicy testów po prostu prowadzą zwykły tryb życia. Skuteczność preparatu musi bowiem zostać potwierdzona w możliwie najbardziej naturalnych warunkach. Ale jak przekonuje trzech badaczy na łamach czasopisma naukowego „Journal of Infectious Diseases”, gra jest warta świeczki. „Owszem, istnieje ryzyko ciężkiej choroby, a nawet śmierci. Niemniej jesteśmy zdania, że przyspieszony tryb badań nad szczepionką przyczyniłby się do zmniejszenia globalnej śmiertelności spowodowanej przez wirusa” – uważają naukowcy.

Tajniacy i recydywiści

Wciąż nie wszystkie aspekty związane z „aktywnością” koronawirusa są dla nas jasne. Chociaż wiemy, że przenosi się głównie drogą kropelkową, to nie mamy pełnej jasności, dlaczego niektórzy zdają się zakażać więcej osób niż inni (to tzw. super-spreaders), oraz czy nie ma pod tym względem różnic, np. w poszczególnych grupach wiekowych. Otwarte są nadal pytania o to, na jakim etapie infekcji patogen wykazuje największą zakaźność. Opublikowane na łamach pisma „Nature” niewielkie badanie z Niemiec sugeruje, że najgorszy pod tym względem jest pierwszy tydzień od wystąpienia objawów.
Od początku pandemii sen z powiek spędza nam możliwość, że patogen roznoszą przede wszystkim ludzie bez żadnych symptomów. – Osoby o bezobjawowym przebiegu zakażenia to dla nas bardzo trudne wyzwanie z przyczyn epidemiologicznych. Nie daje się ich łatwo zidentyfikować prostym pomiarem temperatury, dlatego odgrywają trochę rolę konia trojańskiego w różnych zamkniętych populacjach, np. w domach opieki długoterminowej – tłumaczy dr hab. Smiatacz.
Jak twierdzi dr hab. Egbert Piasecki z Instytutu Immunologii i Terapii Doświadczalnej im. Ludwika Hirszfelda Polskiej Akademii Nauk, rzeczywistą skalę pacjentów bezobjawowych poznamy dopiero za kilka miesięcy lub po pandemii, kiedy na dużą skalę zaczniemy wykonywać testy na obecność przeciwciał na koronawirusa. – Informują one, czy ktoś przeszedł infekcję czy nie. Jeśli z wywiadu przy okazji wyjdzie, że u jakiejś grupy badanych nie pojawiła się nawet niewielka gorączka lub lekki kaszel, będzie to dla nas wskazówka, że taki utajony tryb choroby jest możliwy – mówi ekspert.
Poważną przeszkodą w walce z wirusem byłyby przypadki powtórnego zakażenia. Naukowcy są jednak sceptyczni co do takiej możliwości. Jak tłumaczy dr hab. Piasecki, część doniesień o powtórnym zakażeniu wynika prawdopodobnie ze specyfiki robionych testów. Teoretycznie mogą one dać pozytywny wynik u osoby, która już jest wolna od aktywnego wirusa i nie zakaża. Dzieje się tak dlatego, że test wykrywa obecność fragmentów jego kodu genetycznego. – Jeśli organizm osoby badanej zwalczył infekcję, to w pobranych od niej próbkach wciąż mogą znajdować się martwe wirusy wraz z kompletnym RNA. Zresztą nawet kiedy nić zacznie się rozpadać, to jej fragmenty wciąż mogą zawierać kompletne geny, które wykrywa test – wyjaśnia naukowiec.