مشخصات یک قاتل؛ زیست شناسی پیچیده‌ای که به کرونا کمک می‌کند

فرارو- ابهامات درباره کروناویروس جدید به قدری زیاد است که هر روز از گوشه و کنار جهان خبر‌های متفاوتی از منشاء، راه‌های انتقال، علائم بیماری، سرعت گسترش، میزان کُشندگی و راه‌های درمان آن می‌شنویم. همزمان که خبر‌هایی از تولید واکسن این بیماری مرگبار به گوشمان می‌رسد، در طرفی دیگر سخن از لزوم آمادگی برای زندگی مسالمت آمیز با این ویروس می‌شنویم. این تناقضات درباره این ویروس به ماهیت پیچیده آن باز می‌گردد که نشریه علمی Nature طی مقاله‌ای به بررسی ابعاد مختلف آن پرداخته است.

در سال ۱۹۱۲، دامپزشکان آلمانی از پیدا شدن یک گربه تب دار با شکم بسیار متورم دچار تعجب شدند. تصور می‌شود که این اولین نمونه گزارش شده از قدرت بیماری زای یک کروناویروس است. دامپزشکان آن زمان این نوع ویروس را نمی‌شناختند، اما کروناویروس‌ها به برونشیت مرغ‌ها و روده خوک‌ها در آن دوران یورش می‌بردند و بسیاری از آن‌ها را به کام مرگ می‌کشاندند.

ارتباط این پاتوژن‌ها تا دهه ۱۹۶۰ که محققان در انگلستان و ایالات متحده، دو ویروس را با ساختار‌های تاج دار شناسایی کردند که باعث سرماخوردگی در انسان می‌شد، پنهان ماند. دانشمندان به زودی متوجه شدند ویروس‌های شناسایی شده در حیوانات بیمار، دارای ساختار کاملاً محکم یکسان و پروتئین‌های برجسته هستند. زیر میکروسکوپ‌های الکترونیکی، این ویروس‌ها شبیه به تاج خورشیدی (گلوله‌ای پوشیده از خار) به نظر می‌رسیدند که همین امر باعث شد محققان در سال ۱۹۶۸ اصطلاح کروناویروس‌ها coronaviruses را برای کل این گروه به دست آورند.

این خانواده از ویروس ها، قاتلانی پویا بودند: کروناویروس سگ می‌تواند به گربه‌ها آسیب برساند و ویروس گربه‌ها قادر است روده‌های خوک را ویران کند. محققان تصور می‌کردند که کروناویروس‌ها فقط می‌تواند علائم خفیفی در انسان ایجاد کند، تا اینکه شیوع سندرم حاد تنفسی حاد (SARS) در سال ۲۰۰۳ نشان داد که این ویروس‌های همه کاره، چگونه به راحتی می‌توانند باعث از بین رفتن انسان‌ها شوند.

اکنون، در حالی که تعداد کشته شدگان ناشی از بیماری همه گیر COVID-۱۹ رو به فزونی می‌رود، محققان تلاش می‌کنند تا حد ممکن در مورد زیست شناسی جدیدترین کروناویروس موسوم به SARS-CoV-۲، جزئیات بیشتری کشف کنند. مشخصات این قاتل در حال شناسایی است و دانشمندان در حال بررسی این مسئله هستند که این ویروس چگونه مجموعه‌ای از سازگاری‌ها را تکامل داده است و تبدیل به قاتلی بسیار کشنده‌تر از سایر ویروس‌هایی شده که انسان تاکنون با آن روبرو شده است. بر خلاف دیگر کروناویروس‌های مشابه، SARS-CoV-۲ می‌تواند به راحتی در چندین نقطه به سلول‌های انسانی حمله کند، هرچند که اهداف اصلی ریه‌ها و گلو است. شواهد ژنتیکی همچنین نشان می‌دهد که احتمالاً این ویروس ده‌ها سال است که در طبیعت پنهان شده است.

اما هنوز ناشناخته‌های مهم بسیاری در مورد این ویروس وجود دارد. از جمله اینکه این ویروس دقیقاً چگونه می‌کُشد، آیا میزان کشندگی آن ممکن است کم یا زیاد شود و یا اینکه این ویروس می‌تواند اطلاعاتی درباره شیوع احتمالی کروناویروس بعدی به ما نشان دهد. «اندرو رامبوت» که در رشته تکامل ویروسی در دانشگاه ادینبورگ انگلستان تحصیل می‌کند، می‌گوید: «هنوز چیز‌های زیادی برای دانستن وجود دارد».

یک خانواده بدنام

از بین ویروس‌هایی که به انسان حمله می‌کنند، کروناویروس‌ها نسبتاً بزرگ هستند. با قطر ۱۲۵ نانومتر، آن‌ها همچنین برای ویروس‌هایی که از RNA برای تکثیر استفاده می‌کنند، نیز نسبتاً بزرگ هستند. اما کروناویروس‌ها واقعاً از نظر ژنوم بسیار متمایز هستند. با ۳۰۰۰۰ کد ژنتیکی، کروناویروس‌ها دارای بیشترین ژنوم در میان کلیه ویروس‌های RNA هستند. ژنوم آن‌ها بیش از سه برابر ویروس HIV و هپاتیت C. و بیش از دو برابر آنفولانزا است.

کروناویروس‌ها همچنین از معدود ویروس‌های RNA با مکانیسم تصحیح ژنومی هستند که ویروس را از جهش‌هایی که می‌تواند باعث تضعیف آن شود، حفظ می‌کند. در واقع همین توانایی است که باعث شده آنتی ویروس‌های رایجی مانند ریباویرین، که می‌توانند ویروس‌هایی مانند هپاتیت C. را خنثی کنند، قادر نباشند SARS-CoV-۲ را متوقف کنند. در اصل این دارو‌ها با ایجاد جهش، ویروس‌ها را تضعیف می‌کنند، اما کروناویروس‌ها با این مکانیسم تصحیح می‌توانند این تغییرات را از بین ببرند.

جهش‌ها می‌توانند مزایایی را برای ویروس‌ها به همراه داشته باشند. آنفلوانزا سه بار بیش از کروناویروس‌ها جهش می‌یابد، سرعتی که باعث می‌شود به سرعت تکامل یافته و از واکسن‌ها بگریزد. اما کروناویروس‌ها ترفند ویژه‌ای دارد که به آن‌ها پویایی کشنده‌ای می‌بخشد: آن‌ها غالباً نوترکیب می‌شوند و تکه‌های RNA خود را با سایر کروناویروس‌ها عوض می‌کنند. به طور معمول، تبادل و تعامل مشابه میان دو ویروس مشابه بی معنی است، اما رامبوت می‌گوید هنگامی که دو کروناویروس هم خانواده، اما دور در یک سلول به سر می‌برند، نوترکیبی ژنی می‌تواند به نسخه‌های قابل ملاحظه‌ای منجر شود که قادر است انواع سلول‌ها را آلوده کرده و به گونه‌های دیگر پرش کند.

نوترکیبی ژنی اغلب در خفاش‌ها اتفاق می‌افتد که دارای ۶۱ ویروس شناخته شده هستند که می‌توانند انسان‌ها را آلوده کنند. در بعضی موارد ویروس‌ها به خفاش‌ها آسیب نمی‌رسانند و چندین نظریه نیز وجود دارد که چرا سیستم ایمنی خفاش‌ها می‌توانند با این مهاجمان مقابله کنند. مقاله‌ای که در ماه فوریه منتشر شده استدلال می‌کند که سلول‌های خفاش آلوده به ویروس‌ها به سرعت سیگنالی را منتشر می‌کنند که باعث می‌شود سلول‌ها بتوانند بدون کشتن، میزبان ویروس باشند.

تخمین‌ها برای تولد اولین کروناویروس نیز متفاوت است و از ۱۰۰۰۰ تا ۳۰۰ میلیون سال پیش، در نوسان است. دانشمندان اکنون از وجود ده‌ها گونه کروناویروس آگاهی دارند که هفت مورد آن‌ها انسان را آلوده می‌کند. از بین چهار گونه کروناویروسی که باعث سرماخوردگی می‌شوند، دو گونه OC۴۳ و HKU۱ از جوندگان و دو مورد دیگر یعنی ۲۲۹E و NL۶۳ از خفاش‌ها به وجود آمده اند. سه مورد بیماری شدید سارس SARS-CoV، سندرم تنفسی خاورمیانه MERS-CoV و کرونا SARS-CoV-۲ همه از خفاش‌ها ناشی شده اند. اما دانشمندان فکر می‌کنند که معمولاً یک واسطه وجود دارد، یعنی حیوانی که توسط خفاش‌ها آلوده شده و سپس ویروس را به انسان منتقل کرده است. در مورد SARS، واسطه اصلی گربه زباد‌ها بودند که در بازار‌های حیوانات زنده در چین به فروش می‌رسد.

منشأ SARS-CoV-۲ هنوز هم یک سوال بی پاسخ باقی مانده است. محققان می‌گویند، این ویروس در ۹۶ ٪ از مواد ژنتیکی خود را با ویروس موجود در خفاش غار یوننان چین، مشترک است و همین امر برای بسیاری استدلال قانع کننده‌ای است تا این ویروس را ناشی از خفاش‌ها بدانند. اما در این میان یک تفاوت اساسی وجود دارد. پروتئین سنبله کروناویروس‌ها دارای واحدی به نام دامنه اتصال گیرنده است که برای موفقیت آن‌ها در ورود به سلول‌های انسانی، بسیار مهم است. دامنه اتصال SARS-CoV-۲ خصوصاً کارآمد است و از نظر عملکرد با ویروس خفاش یوننان تفاوت دارد که به نظر می‌رسد افراد را آلوده نمی‌کند.

 

---

بیشتر بخوانید:
مقصر بیماری کرونا ما هستیم نه پنگولین‌ها!
(تصاویر) «بازار‌های مرطوب» چین آنگونه نیست که تصور می‌کنیم!

---

یک بررسی دیگر در خصوص جانوری به نام پنگولین، نشان داد که دامنه اتصال یک نوع کروناویروس موجود در بدن این جانور با گونه انسانی آن مشابهت دارد. اما بقیه کروناویروس‌های موجود در بدن این جانور تنها ۹۰ درصد مشابهت ژنتیکی نشان داد، بنابراین برخی محققان فرضه واسطه بودن این جانور را رد کردند. در واقع جهش و نوترکیبی ژنی این ویروس، تلاش برای ترسیم یک نمودار خانوادگی از این ویروس‌ها را پیچیده می‌کند.

اما مطالعات منتشر شده طی چند ماه گذشته، که هنوز مورد بازبینی قرار نگرفته اند، نشان می‌دهند که SARS-CoV-۲ -یا یک نمونه بسیار مشابه - ده‌ها سال است که در بعضی از حیوانات پنهان شده است. طبق مقاله‌ای که در ماه مارس به صورت آنلاین منتشر شده، صفات کروناویروس منتهی به SARS-CoV-۲، بیش از ۱۴۰ سال پیش از یک نمونه‌ای که امروزه در پنگولین‌ها مشاهده شده، جدا شده است. سپس، در ۴۰-۷۰ سال پیش، اجداد SARS-CoV-۲ از گونه خفاش جدا شدند و دامنه اتصال گیرنده مؤثر را که در اجدادشان وجود داشت، در SARS-CoV-۲ باقی ماند.

«راسموس نیلسن»، زیست شناس تکاملی می‌گوید این نتایج یک سابقه خانوادگی طولانی با تعداد زیادی شاخه‌های کروناویروس در خفاش‌ها و احتمالاً پنگولین‌هایی را نشان می‌دهد که حامل همان دامنه اتصال کشنده به عنوان SARS-CoV-۲ هستند. مواردی که ممکن است توانایی‌های مشابهی برای ایجاد بیماری همه گیر داشته باشند. این دانشگاه کالیفرنیا می‌افزاید: «نیاز به نظارت مستمر و افزایش هوشیاری نسبت به ظهور گونه‌های ویروسی جدید از طریق انتقال جانوری وجود دارد».

دو درب باز

اگرچه کروناویروس‌های شناخته شده انسانی می‌توانند بسیاری از انواع سلول‌ها را آلوده کنند، اما همه آن‌ها به طور عمده باعث عفونت‌های تنفسی می‌شوند. تفاوت در این است که چهار گونه ویروسی که باعث سرماخوردگی می‌شوند به راحتی به دستگاه تنفسی فوقانی حمله می‌کنند، در حالی که MERS-CoV و SARS-CoV در این منطقه موفق نیستند و بیشتر در آلوده کردن سلول‌های ریه مهارت دارند.

متاسفانه، SARS-CoV-۲ می‌تواند هر دو منطقه (دستگاه تنفسی فوقانی و ریه) را به راحتی آلوده کند. «شو یوآن شیائو»، آسیب شناس در دانشگاه شیکاگو می‌گوید: این امر آزادی عمل بیشتری به ویروس می‌دهد تا فرد را آلوده کند. در واقع این ظرفیت‌های مختلف ممکن است توضیح دهد که چرا افراد مبتلا به COVID-۱۹ چنین تجربیات متفاوتی دارند. این ویروس می‌تواند در گلو یا بینی شروع شود، سرفه ایجاد کرده و حس بویایی و چشایی را مختل کند و بعد ماجرا به همان جا ختم شود. یا ممکن است راه خود را به سمت ریه‌ها بچرخاند و بدن را ناتوان کند. «استنلی پرلمن»، متخصص ایمونولوژیست در دانشگاه آیووا، می‌گوید: «اینکه چگونه این ویروس به ریه‌ها می‌رسد، واقعاً معلوم نیست. آیا سلول به سلول پیش می‌رود یا از طریق نوعی شسته شدن منتقل می‌شود، هنوز دانسته نیست».

«کلمنس مارتین ونتنر»، یک پزشک بیماری عفونی در کلینیک مونیخ آلمان، می‌گوید این ممکن است یک مشکل سیستم ایمنی باشد که باعث می‌شود ویروس به ریه‌ها نفوذ کند. بیشتر افراد آلوده آنتی بادی‌های خنثی را ایجاد می‌کنند که متناسب با سیستم ایمنی بدن هستند تا با ویروس پیوند خورده و از ورود آن به سلول جلوگیری کنند. ونتنر می‌گوید، اما به نظر می‌رسد برخی از افراد قادر به ساختن چنین آنتی بادی‌هایی نیستند. به همین دلیل است که برخی افراد، بعد از یک هفته علائم خفیف، بهبود می‌یابند، در حالی که برخی دیگر به عفونت ریوی حاد مبتلا می‌شوند. با این حال ونتنر معتقد است که ویروس همچنین می‌تواند سلول‌های گلو را دور بزند و مستقیماً وارد ریه‌ها شود. در این صورت بیماران ممکن است بدون علائم خفیف معمول مانند سرفه یا تب، ذات الریه کنند. به عبارت بهتر داشتن این دو ویژگی، به این معنی است که SARS-CoV-۲ می‌تواند روش انتقال ویروس‌های سرماخوردگی را با قدرت کُشندگی ویروس‌های MERS-CoV و SARS-CoV ترکیب کند.

توانایی ویروس در عفونت و تولید مثل فعال در دستگاه تنفسی فوقانی با توجه به اینکه گونه هم خانواده ژنتیکی نزدیک آن یعنی، SARS-CoV، فاقد این توانایی است، جای تعجب دارد. در ماه گذشته، ونتنر نتایج آزمایشی را منتشر کرد که در آن تیم وی با بررسی ویروس در گلوی بیمار مبتلا به COVID-۱۹، نشان داد که ویروس قادر بوده در همانجا به طور جدی تولید مثل و عفونت ایجاد کند. SARS-CoV-۲ حتی قبل از شروع علائم می‌تواند ذرات ویروسی را از گلو به درون بزاق بریزد و این موارد می‌توانند به راحتی از فرد به فرد دیگر منتقل شوند. SARS-CoV در ساخت چنین پرشی بسیار کمتر موفق بود و فقط وقتی علائم بیمار کاملاً بود بود، امکان پرش آسان‌تر می‌شد.

این اختلافات باعث سردرگمی برخی پیرامون قدرت کُشندگی SARS-CoV-۲ شده است. برخی از کارشناسان و گزارش‌های رسانه‌ای کُشندگی آن را کمتر از SARS-CoV توصیف می‌کردند، زیرا تنها باعث کشته شدن حدود ۱ ٪ از افراد آلوده می‌شد، در حالی که SARS-CoV تقریباً ده برابر این میزان را کشته است. اما پرلمن می‌گوید که این روش نادرستی برای بررسی میزان کُشندگی SARS-CoV-۲ است. در واقع عفونت در بسیاری از افراد آلوده به ریه‌ها پیشرفت نمی‌کند و اگر این اتفاق رخ بدهد به همان میزان ویروس‌های کشنده هم خانوده خود، مرگ و میر ایجاد خواهد کرد.

SARS-CoV-۲ مانند SARS-CoV و آنفلوانزا، آلوئول ها- کیسه‌های ریز در ریه‌ها که اکسیژن را به جریان خون می‌رسانند - آلوده و از بین می‌برد. با جدا شدن سد سلولی که این کیسه‌ها را از رگ‌های خونی جدا می‌کند، مایع حاصل از عروق در آن نشت می‌کند و مانع رسیدن اکسیژن به خون می‌شود. پاسخ قوی سیستم ایمنی بدن، همه این اختلالات را در بعضی از بیماران ترمیم می‌کند، اما واکنش بیش از حد سیستم ایمنی بدن می‌تواند آسیب بافت را بدتر کند. اگر التهاب و آسیب بافت خیلی شدید باشد، ریه‌ها هرگز بهبود نمی‌یابند و فرد می‌میرد یا با ریه‌های آسیب دیده به حیات خود ادامه می‌دهد.

مانند SARS-CoV، MERS-CoV و کروناویروس‌های حیوانات، آسیب به ریه‌ها متوقف نمی‌شود. یک عفونت SARS- CoV-۲ می‌تواند یک واکنش ایمنی بیش از حد –موسوم به طوفان سیتوکین- را ایجاد کند که می‌تواند منجر به نارسایی اندام‌های متعدد و حتی مرگ شود. این ویروس همچنین می‌تواند روده، قلب، خون، اسپر، چشم و احتمالاً مغز را نیز آلوده کند. «گوان وی وی»، متخصص مغز و اعصاب در انستیتوی سلامت تنفسی گوانگژو می‌گوید: آسیب به کلیه، کبد و طحال مشاهده شده در افراد مبتلا به COVID-۱۹ نشان می‌دهد که ویروس می‌تواند در خون گردش کند و اندام‌ها یا بافت‌های مختلفی را آلوده کند. گوان می‌گوید در واقع ویروس ممکن است بتواند اندام‌های مختلفی را در هر کجا که خون رسانی به آنجا انجام می‌شود، آلوده کند.

سنبله‌های جادویی

SARS-CoV-۲ برای ورود به سلول‌ها به طور منحصر به فردی مجهز است. هر دو SARS-CoV و SARS-CoV-۲ با استفاده از ACE۲ متصل می‌شوند، اما دامنه اتصال گیرنده SARS-CoV-۲ عملکرد بسیار بهتری دارد. نکته جالب‌تر این است که به نظر می‌رسد SARS-COV-۲ از آنزیم فورین میزبان برای ترشح پروتئین سنبله ویروسی استفاده می‌کند. محققان می‌گویند این نگران کننده است، زیرا این آنزیم در دستگاه تنفسی به وفور یافت می‌شود و در سراسر بدن وجود دارد. دانشمندان معتقدند که درگیر شدن فورین می‌تواند توضیح دهد که چرا SARS-CoV-۲ در پرش از سلول به سلول، شخص به شخص دیگر و احتمالاً حیوان به انسان بسیار خوب است. «رابرت گری»، ویروس شناس دانشگاه تولون نیواورلئان، تخمین می‌زند که این ویژگی به SARS-CoV-۲، ۱۰۰ تا ۱۰۰۰ برابر بیشتر از SARS-CoV توان می‌دهد که وارد ریه‌ها شود. او می‌گوید: «وقتی دیدم SARS-CoV-۲ دارای محل برش است، آن شب خیلی خوب نخوابیدم». در واقع مجموعه چگونگی اتصال و ایجاد برش توسط ویروس بزرگترین معمای این بیماری است. اگرچه ویروس احتمالاً آن را از طریق نوترکیب شدن انجام می‌دهد، اما این مجموعه خاص هرگز در هیچ گونه کروناویروس دیگری دیده نشده است.

آخر این بازی

برخی محققان امیدوارند که ویروس با گذشت زمان از طریق سلسله جهش‌هایی که آن را با ماندگاری در انسان سازگار می‌کند تضعیف می‌شود. اما محققان هنوز هیچ علامتی از چنین تضعیفی دریافت نکرده اند و این احتمالاً به دلیل مکانیسم ترمیم ژنتیکی کارآمد ویروس است. «گائو دیین» از دانشگاه سون یات سن گوانگژو، می‌گوید: «ژنوم ویروس COVID-۱۹ بسیار پایدار است و من هیچ تغییری در بیماری زایی ناشی از جهش ویروس نمی‌بینم» رامبوت نیز شک دارد که ویروس با گذشت زمان خفیف‌تر شود و میزبان خود را نیز راحت کند. او می‌گوید: «این ویروس اینگونه عمل نمی‌کند. تا زمانی که بتواند سلول‌های جدید را با موفقیت آلوده، تولید مثل و انتقال به سلول‌های جدید را انجام دهد، عملکرد آن تغییری نخواهد کرد».

اما برخی دیگر فکر می‌کنند که فرصت برای نتیجه گیری بهتر وجود دارد. به گفته «کلاوس استور»، رئیس بخش تحقیقات و اپیدمیولوژی سارس سازمان بهداشت جهانی، می‌توان آنتی بادی‌هایی را ارائه کرد که حداقل حمایت جزئی را ایجاد کند. استور می‌گوید ایمنی کامل ایجاد نخواهد شد، اما کسانی که از این بیماری بهبود می‌یابند، دیگر شاهد ابتلا‌های شدید نخواهند شد. وی می‌گوید، مکانیسم تصحیح ویروس به این معنی است که این ویروس به سرعت جهش نمی‌یابد و افرادی که آلوده شده اند، نسبت به آن مصونیت قوی پیدا خواهند کرد.

استور می‌گوید: «تاکنون محتمل‌ترین سناریو این است که ویروس در مدت زمان نسبتاً کوتاهی همچنان به گسترش و آلوده سازی بیشتر جمعیت جهان بپردازد. پس از آن، ویروس احتمالاً برای همیشه در جمعیت بشر گسترش خواهد یافت. این امر به مرور مانند دیگر کروناویروس‌های عامل سرما خوردگی، به مرور تضعیف می‌شود و بنابراین دیگر نیازی به واکسن هم نیست». بررسی تاریخی شماری از کروناویروس‌های خفیف امروزی که منجر به سرما خوردگی می‌شوند نیز تأییدی بر این مدعاست. اکنون ثابت شده است که برخی از این کروناویروس‌ها در گذشته انسان‌ها را به راحتی به کام مرگ می‌کشانده اند، اما امروزه کاملاً بی خطر به نظر می‌رسند.

اما هنوز مشخص نیست که اتفاق مشابهی برای SARS-CoV-۲ رخ می‌دهد یا خیر. یک مطالعه در میمون‌ها نشان داد که آن‌ها آنتی بادی را در برابر SARS-CoV-۲ حفظ کردند، اما محققان تنها در ۲۸ روز اول پس از عفونت را گزارش کرده اند، بنابراین مشخص نیست که این ایمنی چه مدت به طول می‌انجامد. غلظت آنتی بادی‌ها در برابر SARS-CoV نیز طی یک دوره دو تا سه ساله به طور قابل توجهی کاهش یافت. اینکه سطح ایمنی پایین آمده برای جلوگیری از عفونت یا کاهش شدت بیماری کافی باشد، هنوز آزمایش نشده است. به نظر نمی‌رسد که گربه ها، گاوها، سگ‌ها و مرغ‌ها در برابر کروناویروس‌هایی که گاه منجر به مرگ و میر آن‌ها می‌شود، مصونیت داشته باشند.