SUUR ÜLEVAADE | Uurime Eesti teadlaste abiga, kuidas koroonaviirus ründab meie rakke
Tartu Ülikooli rakulise immunoloogia juhtivteadur Kai Kisand tuli Fortele appi ning koos läksime selle haigustekititaja tegevuse kõige mikroskoopilisemale tasandile, et mõista, millest see viirus õigupoolest koosneb, kuidas meie rakkudesse siseneb ja mida neis teeb. Kasutasime ka Tartu ülikooli kopsukliiniku juhataja Alan Altraja intervjuust saadud teadmisi.
Millest koosneb SARS-CoV-2?
Teeme esmalt selgeks, millest ikkagi koroonaviiruse iga üksiktegelane ehk virion täpsemalt koosneb? Tasub tähele panna, et iga koroonaviiruse virioni diameeter on vaid 50-200 nm ja need on kuni 1000 korda väiksemad kui nende ründeobjektiks olevad epiteelrakud meie ninaneelus või kopsudes. Ühe kuupmillimeetri sisse mahub koroonaviiruseid lausa kuni 50 000.
(Graafika Liisi Viskus, algallikas https://www.scientificanimations.com)
Mida need osised täpsemalt teeva:
- Pildil RNA on viiruse genoom, mis kodeerib viiruse struktuurseid ja paljunemiseks vajalikke valke. Viiruse RNA järjestus on 30 000 nukeotiidi pikk.
- Ogavalk e S-valk (Spike protein) seondub rakupinna retseptorile (ACE2) ja vahendab viiruse tungimist rakkudesse. Paikneb virioni pinnal trimeerina ja koosneb kahest alaühikust: S1 ja S2. S1 sisaldab retseptorile seonduvat domeeni (receptor binding domain(RBD)). Rakkudesse sisenemiseks on S-valk vaja aktiveerida. Seda teevad proteaasid, mis lõikavad S1 ja S2 vahelt S2 alaühiku aktiivseks, mis võimaldab virionil raku tsütoplasmasse vabaneda.
- Nukleokapsiidi valk e N-valk seondub RNAga ja aitab genoomi viirusosakestesse pakkida.
- Membraani valku e M valku leidub virionis kõige rohkem.
- Ümbrise valk e E-valk (Envelope protein) aitab viirusel peale paljunemist rakkudest vabaneda.
- Hemaglutiniini-esteraasi dimeer (HE) võimendab virioni nakatamisvõimet.
Siin ka üks värske NIAIDi (USA Riiklik allergia ja nakkushaiguste instituut) foto sellest, milline üks koroonaviirus päriselt välja näeb:
Milliseid rakke otsib koroonaviirus meie organismis?
Ninasõõrme, suu ja silma pisaranäärme kaudu organismi jõudnud viirus otsib kinnitumiseks esmalt just nina limaskesta katte- ehk epiteelrakke, mis sillutise taoliselt nina ja teiste hingamisteede limaskesta vooderdavad.
Ta infitseerib need rakud ja neis hakkabki viirus esmalt paljunema. Kõige rohkem armastab see viirus ripsmetega kaetud hingamisteede epiteelrakke. Siin fotol on näha päris viirused ühe USA patsiendi päris rakkude ümber:
Kuidas koroonaviirus rakkudesse siseneb ja mida ta seal teeb?
(Graafika Liisi Viskus, algallikas https://www.fpm.org.uk/)
- Nagu skeemil näha, otsib viirus epiteelrakkude pinnal üles ACE2 ehk angiotensiini konverteeriva ensüümi ehk reptseptori. Just seda ensüümi oma pinnal omavad rakud - neid on eriti palju hingamisteedes – ongi sellele viirusele väga vastuvõtlikud.
- Virioni ogavalk seondub ACE2 retseptorile raku pinnal ning sopistub koos rakumembraaniga sisse, mille tagajärjel moodustub viirusosakest sisaldav endosoom. TMPRSS2 ja teised proteaasid (valke lagundavad ensüümid) aitavad virionil sulanduda endosoomi membraaniga ning vabastada viiruse RNA tsütoplamasse.
- Erinevalt väga paljudest teistest, ei ole sellel viirusel vaja minna raku tuuma, vaid RNA vabaneb rakku sisse, kinnitub sellistele raku organellidele, mida nimetatakse ribosoomideks, ja seal hakatakse tootma valkusid inimese raku enda kulu ja kirjadega. Aga mitte raku enda vajalikke epiteelkoe valkusid vaid viiruse valkusid.
- Paralleelselt toimib siis ka viiruse RNA ehk tema infokandjaaine replikatsioon ehk tootmine. Ehk mõned neist valkudest moodustavad replikatsioonikompleksi, et toota juurde viiruse RNAd.
- Viiruse valgud ja RNA pakitakse kokku uueks virioniks Golgi kompleksi osalusel.
- Virionid vabastatakse rakust (6). Neid võib tekkida ühes rakus tohutu kogus. Siis jõuamegi olukorrani, kus viirus on paljunenud ja rakk on ära kurnantud.
Tagajärg: rakk kas hukkub täielikult või hukkub programmeeritud surma läbi. Viirus aga eritatakse rakkudest nii siis, kui rakk veel elus on, kui siis, kui rakk juba surnud on.
Mis saab edasi?
Nakatumisele järgmise paari päeva jooksul - tavaliselt kolmandal kuni viiendal päeval - liigub viirus alumistesse hingamisteedesse – nendesse, mis jäävad allapoole häälepealte tasandit. Hingetorusse ja kopsutorudesse ja alveoolidesse.
Umbes 20 protsendil nakatunutest võib viirus liikuda päris kopsu perifeeriasse ehk alveoolidesse välja. Alveoolide tasemel toimuvat põletikku nimetataksegi kopsupõletikuks. Alveoolides on kahte tüüpi epiteelrakke ja just teine tüüp on eriti vastuvõtlik sellele viirusele „tänu" oma retseptoritele.
Tagajärjeks on kopsupõletik, mis on uue koroonaviiruse puhul tavaliselt mõlemapoolne ja hästi nähtav röntgenis varjutusena kopsude perifeersetes osades - vastu kopsu väliseid kontuure olevates kopsu osades.
(Töötlus Liisi Viskus, video autor The George Washington University Hospital)
Edasi sõltub kõik immuunsüsteemi vastusest. Kui see on suunatud otstarbekalt: tekivad antikehad, mis viirust neutraliseerivad (ei luba rakupinna retseptorile kinnituda) ja T rakud, mis teevad kahjutuks viirust tootvad tehased, ehk nakatunud epiteelirakud, siis järgneb kiire paranemine. Kui need kaitsemehhanismid mingil põhjusel ei toimi, tekib ülemäärane loomuliku immuunsuse aktivatsioon, mida tuntakse ka tsütokiinide tormina, ja äge kopsupõletik, mis võib viia hingamispuudulikkuse tekkimisele.
Antikehade tekkimine võtab aega. Nad on määratavad alles seitse päeva pärast esimeste sümptomite tekkimist. Viirust neutraliseerida (haigust ära hoida) aitavad antikehad, mis seonduvad esimesel pildid toodud S1 valgu RBD –ga. Haiguse läbipõdemist aitavad tuvastada nii S- kui N-valgu vastased antikehad.
T rakkude vastusest selle uue haiguse puhul on veelgi vähem teada, aga iga päevaga lisandub uut ja olulist informatsiooni.
