COVID-19: как коронавирусът може би ни задушава на молекулярно ниво

Автор: Росица Ташкова, магистър по молекулярна биология и микробиология

Настоящият материал се основава на предпечатна статия [ref. 1] (т.нар. пре-принт), представена от китайски учени за обсъждане в научната общност. Данните в нея очакват рецензия, като са необходими усилията и на други изследователски екипи, които да потвърдят предложените взаимовръзки. Статията търпи обосновани критики, например, че за да достигне до хемоглобина, вирусът трябва да навлиза активно в червените кръвни клетки, които го носят, а няма данни това да е така. Освен това, според критиците не е възможно вирусът да се свързва с порфирина и да измества желязото, тъй като е много по-голям от пространството, в което трябва да влезе, за да направи това. Все пак ще разгледаме информацията в предпечатната статия.

За да я осмислим, е необходимо първо да отговорим на някои въпроси.

Хемоглобинът е белтък, който се намира в червените кръвни клетки (еритроцитите), дава характерния червен цвят на кръвта и участва активно в пренасянето на кислород до всяка клетка, тъкан и орган, и на въглероден диоксид обратно до белия дроб, където той се освобождава, а хемоглобинът се свързва с нови молекули кислород и цикълът се затваря.

Хемоглобинът се състои от четири части или субединици: 2-α и 2-β, като всяка субединица има по още една малка структура - хем, свързан с желязо. Хемът е важен компонент на хемоглобина. Ако желязото се махне от него, той се нарича порфирин.

Когато желязото е двувалентно, хемоглобинът може да отделя въглероден диоксид и да улавя кислородните атоми в клетките на най-малките отдели на белия дроб - алвеолите, като в този момент желязото се окислява и става тривалентно. Когато чрез кръвта хемоглобинът достигне до други клетки в тялото, той освобождава кислорода и улавя въглеродния диоксид, а желязото се редуцира до двувалентно.

Нека първо разгледаме какво притежава коронавирусът в своя арсенал. Белтъците, които изграждат структурата на вируса включват: Spike протеин (S), протеин на обвивката (E), мембранен протеин (M) и нуклеокапсиден фосфопротеин. Но в гените му са записани и кодовете за изграждане на т.нар. неструктурни белтъци, които се синтезират, когато вирусът зарази и подчини нашите клетки. Те включват: orf1ab, ORF3a, ORF6, ORF7a, ORF10 и ORF8.

Поради ограниченията на съществуващите експериментални методи, специфичните функции на вирусни протеини като ORF8 и повърхностния гликопротеин все още не са ясни. Механизмът, по който новият коронавирус причинява заболяването остава някак загадъчен.

Структури на вирусните белтъци: E2 повърхностен гликопротеин; Протеин на обвивката; Нуклеокапсид фосфопротеин; orf1ab протеин; ORF8 протеин; ORF7a протеин. Credit: Wenzhong Liu, Hualan Li

А сега малко биохимия, която ни е нужна, за да разберем вероятния механизъм, по който вирусът пречи на дишането, според авторите на научната публикация.

По-рано публикуван доклад [ref. 2] показва някои необичайни явления на свързани с хемоглобина биохимични индекси на 99 пациенти с новия коронавирус SARS-CoV-2. Този доклад показва, че хемоглобинът и броят на неутрофилите при повечето пациенти са намалели, а стойностите на индекса на серумния феритин, скоростта на утаяване на еритроцитите, С-реактивният протеин, албуминът и лактатната дехидрогеназа при много пациенти са се увеличили значително.

Това предполага, че хемоглобинът на пациента намалява, а количеството на хема се увеличава и тялото ще натрупва твърде много вредни железни йони, което ще предизвика възпаление в организма и ще се увеличи С-реактивният протеин и албуминът. Клетките реагират на стреса от възпалението, произвеждайки големи количества серумен феритин, който да свърже свободните йони на желязото и така да намали щетите.

Разглежданото тук проучване е установило, че вирусният белтък ORF8 и повърхностният гликопротеин имат функция да се комбинират с порфирина, като образуват с него комплекс, докато белтъците orf1ab, ORF10, ORF3a координират атаката на хема върху 1-бета веригата на хемоглобина, което води до отделяне на желязото от хема и образуването на порфирин (както казахме, порфирин се нарича хем без желязо в него). Този механизъм на вируса потиска нормалния метаболитен път на хема и води до проява на симптоми на заболяването.

Нека обобщим: атаката ще доведе до това да има все по-малко хемоглобин, който да може да пренася кислород и въглероден диоксид. Белодробните клетки ще претърпят изключително интензивно отравяне и възпаление, поради невъзможността често да обменят въглероден диоксид и кислород, което в крайна сметка води и до характерния изглед на белите дробове на снимките.

Основавайки се на тези резултати, учените провели изследването, проверили и ролята на двата медикамента, които дават добри резултати - хлорохинов фосфат (chloroquine phosphate) и фавипиравир (favipiravir).

Хлорохиновият фосфат е антималарийно лекарство, което се използва клинично повече от 70 години. Трябва да се отбележи, че хлорохинът също е и често използвано лекарство за лечение порфирия [ref. 3].

Учените смятат, че хлорохинът може да попречи на вирусните белтъци orf1ab, ORF3a и ORF10 да атакуват хема, като освободят желязото и се образува порфирин, както и че потиска свързването на белтъка ORF8 и повърхностните гликопротеини с порфирините до известна степен, което ефективно облекчава симптомите на респираторен дистрес. Тъй като способността на хлорохина да потиска структурните протеини не е особено очевидно, терапевтичният ефект върху различни хора може да бъде различен.

От друга страна, фавипиравирът може да попречи на белтъка на обвивката (Е) и белтъка ORF7a да се свържат с порфирин, да попречи на вируса да навлезе в клетките на гостоприемника, както и да хваща свободните порфирини.

Трябва да се има предвид, че хлорохинът има тежки странични ефекти, възможни са алергични реакции и това не е лекарство, което може да бъде използвано за самолечение или профилактика! Предоставената информация има нужда от потвърждаване и от други научни екипи и не е предназначена за практическо приложение.

*Как да разберете дали статията вече е рецензирана и публикувана: когато това стане, тя ще се появи в нашата търсачка за научни статии от областта на медицината и биологията https://bioseek.eu (Sanatio е проект на BioSeek) - може да проверявате периодично като търсите статията по заглавието (понякога то може да бъде променено впоследствие при публикуването в научното списание), ето така: линк. С регистрацията си в Sanatio, имате регистрация и в BioSeek и не е нужна нова.