Prečo je nový koronavírus infekčnejší než pôvodca SARS?

Aby vírus mohol infikovať bunku, musí sa s ňou najprv spojiť, a potom preniknúť do jej vnútra. Prvým krokom pre SARS-CoV-2, ktorý spôsobil pandémiu covid-19, pri interakcii s ľudskými bunkami je väzba vírusového S-proteínu, na ktorom je špecifické väzbové miesto, s bunkovým receptorom ACE2 (Vesmír 99, 344, 2020/6). Podobne s bunkou reagoval aj starší SARS‑CoV, ktorý v rokoch 2002–2003 spôsobil epidémiu SARS.

Napriek identickým bunkovým receptorom je vírus SARS-CoV-2 oveľa infekčnejší než SARS-CoV. Ako tento fenomén vysvetliť?

Z viacerých možností prichádza do úvahy hypotéza o významnej úlohe miesta štiepenia pre bunkový enzým furín proteázu, ktoré bolo identifikované v S-proteíne SARS‑CoV‑2, ale nie pri SARS‑CoV. Túto hypotézu podporuje aj fakt, že podobné miesto štiepenia majú aj iné nebezpečné vírusy, napríklad vírus eboly, HIV či vysoko patogénne kmene vírusu vtáčej chrípky. Okrem toho si vedci všimli, že na povrchu S-proteínu SARS‑CoV‑2 je malý kúsok proteínu navyše, ktorý pri SARS‑CoV nepozorovali.

Tieto poznatky inšpirovali medzinárodný kolektív vedcov z Nemecka, Fínska, Estónska a Austrálie orientovať výskum na toto unikátne miesto [1]. Pozoruhodné je, že paralelne so spomínaným vedeckým tímom aj ďalší medzinárodný kolektív vedcov zo Spojeného kráľovstva, Austrálie, Estónska, Švajčiarska, Maďarska, Fínska a Singapuru začal študovať ten istý jav [2]. A oba vedecké tímy dospeli k rovnakému záveru, preto ich články v časopise Science zaradili vedľa seba.

Zo štúdií vyplynulo, že SARS‑CoV‑2 využíva na povrchu buniek nielen receptor ACE2, ale aj druhý receptor, neuropilin-1 (NRP1), ktorý sa často vyskytuje pri rôznych bunkách, napr. bunkách dýchacieho aparátu, krvných bunkách a neurónoch. Úloha nového receptora spočíva v tom, že napomáha väzbe SARS‑CoV‑2 s bunkou. Mechanizmus tejto pomoci je založený na tom, že furínová proteáza štiepi S-proteín na dve podjednotky S1 a S2. Po rozštiepení je podjednotka S1 ukončená štyrmi aminokyselinami (Arg-Arg-Ala-Arg), ktoré majú vysokú afinitu k receptoru NRP1. Táto väzba zvyšuje infekčnosť pandemického koronavírusu.

A ako je koordinovaná činnosť oboch receptorov? Jeden z autorov to približuje jednoduchším spôsobom: kým receptor ACE2 je kľúčom od dverí pre vstup vírusu do bunky, úloha receptora NRP1 spočíva v usmerňovaní vírusu do týchto dverí. ACE2 sa syntetizuje vo väčšine buniek len v malom množstve, takže pomoc NRP1 je pri infekcii bunky pre vírus vítaná.

Významnú úlohu NRP1 naznačujú aj pokusy s bunkami, pri ktorých bol NRP1 odstránený alebo vyblokovaný monoklonálnymi protilátkami (pozri obr.). Tieto experimentálne zásahy viedli k zníženiu infekčnosti koronavírusu. Niet preto pochýb o tom, že NRP1 významne pomáha novému koronavírusu pri prieniku do bunky, zvyšuje jeho infekčnosť, čo sa prejavuje v jeho rýchlom šírení v ľudskej populácii. Či sa tento poznatok využije v boji s pandémiou covid-19, zatiaľ ťažko predpovedať.

Ľudské bunky napadnuté koronavírusom SARS -CoV-2, vírusové proteíny sú zelenej farby. Kým receptor ACE 2 funguje ako „kľúč od dverí“ do bunky, receptor NRP 1 vírus k týmto dverám navádza. Zablokovanie NRP 1 vedie k nižšej infekčnosti vírusu (pravá dolná časť obrázku).Snímky The University of Bristol