Koronawirusy przez lata znajdowały się na uboczu głównego nurtu badań w wirusologii i medycynie, ponieważ panowało przekonanie, że wywołują łagodne przeziębienie, które bez żadnej interwencji ustępuje w ciągu kilku dni. Brak metod diagnostycznych oraz skutecznej terapii dodatkowo pogłębiał pogląd, że patogeny te mogą być interesujące badawczo, jednak per se nie stanowią problemu medycznego. Pojawienie się nowych, wysoce patogennych gatunków koronawirusów oraz zrozumienie, że wirusy te u dzieci, osób starszych oraz osób z niedoborami odporności mogą prowadzić do rozwoju poważnej, zagrażającej życiu choroby spowodowały wzrost zainteresowania tymi patogenami.

Niniejsza praca ma na celu przedstawienie podrodziny Coronavirinae, skupiając się na charakterystyce klinicznej oraz dostępnych danych epidemiologicznych.

Na początku warto wspomnieć, że koronawirusy nie stanowią wyłącznie problemu w medycynie człowieka. Wirusy te zakażają ptaki i ssaki, powodując liczne choroby układu oddechowego, nerwowego, narządów wewnętrznych czy układu pokarmowego. Do najbardziej znanych chorób wywoływanych przez zwierzęce koronawirusy zaliczyć można zakaźne zapalenie otrzewnej u kotów, epidemiczną biegunkę świń, wirusowe zapalenie żołądka i jelit u bydła czy zakaźne zapalenie oskrzeli u ptactwa. Pierwsze wzmianki o ludzkich koronawirusach pochodzą z lat 60., kiedy to udało się wyizolować i opisać dwa patogeny – HCoV-229E oraz HCoV-OC43 – powodujące u ludzi schorzenia układu oddechowego (1, 2). Przez wiele lat pozostawały one jedynymi przedstawicielami rodzaju, zdolnymi zakażać ludzi. Dopiero początek XXI wieku przyniósł światu epidemię choroby wywołanej przez nieznany wcześniej, wysoce zakaźny gatunek koronawirusa. Został on nazwany od nazwy zespołu chorobowego wirusem SARS (ang. severe acute respiratory syndrome) (3-5). Wysoka śmiertelność (~ 10%) oraz bardzo wysoka zakaźność patogenu doprowadziły do globalnej paniki, której efekty ekonomiczne można obserwować do dnia dzisiejszego. Szczęśliwie, dzięki zastosowanym środkom zaradczym oraz naturalnej sezonowości występowania koronawirusów, już po kilku miesiącach wirus zniknął z ludzkiej populacji. Epidemia przyczyniła się do zintensyfikowania prac badawczych, które doprowadziły w następnych latach do identyfikacji i opisania kolejnych ludzkich koronawirusów – NL63 oraz HKU1. W 2012 roku, po 10 latach od epidemii SARS-CoV, ogłoszono przypadki nowej choroby układu oddechowego wywoływanej przez koronawirus MERS (ang. middle east respiratory syndrome). Tym razem nie doszło do wybuchu ogólnoświatowej epidemii, jednakże zagrożenie nie zniknęło – liczba zakażeń i ofiar śmiertelnych wzrasta z roku na rok.

Wirusy należące do tej rodziny zostały sklasyfikowane do dwóch odrębnych podrodzin: Coronavirinae i Torovirinae. Podrodzina Coronavirinae po uwzględnieniu cech genetycznych poszczególnych gatunków podzielona została na cztery rodzaje: alfa-, beta-, delta- oraz gamma-koronawirusy. Najbardziej interesujące z medycznego punktu widzenia są wirusy grup alfa oraz beta, do których należą wszystkie znane gatunki zakażające ludzi.

Koronawirusy są jednymi z największych wirusów RNA pod względem długości genomu (~ 30 000 nukleotydów) oraz rozmiaru wirionu (sferyczny, 80-180 nm średnicy). Pierwsze 2/3 wirusowego RNA od strony 5’ zajmuje gen kodujący białka tworzące maszynerię replikacyjną. Gen ten ulega transkrypcji i translacji do pojedynczej poliproteiny, która na etapie obróbki potranslacyjnej ulega autoproteolizie, co prowadzi do powstania zestawu dojrzałych białek odpowiedzialnych za replikację genomu, modyfikację środowiska komórkowego czy wreszcie interferencję z naturalnymi mechanizmami obronnymi organizmu. Pozostała 1/3 genomu zajęta jest przez geny kodujące białka strukturalne S-E-M-N (S – białko odpowiedzialne za interakcję z receptorem na powierzchni komórek; E – białko płaszcza, odpowiedzialne m.in. za formowanie wirionów; M – białko błonowe, będące głównym białkiem macierzy wirusa; oraz N – białko nukleokapsydu, jedno z głównych białek wirusowych, pełniące zarówno funkcję ochronną dla dużej cząsteczki RNA, jak i aktywnie uczestniczące w modyfikacji procesów komórkowych i w replikacji wirusa). W niektórych przypadkach w genomie kodowane są również białko HE, odpowiedzialne m.in. za interakcję z komórką gospodarza, oraz białka dodatkowe, których liczba i charakter są zmienne w zależności od gatunku. Kodujące RNA wirusowe flankowane jest z obu stron regionami niekodującymi, które są kluczowe dla replikacji wirusa.

Pierwszy ludzki koronawirus B814 został wyizolowany w 1962 roku od dziecka z objawami przeziębienia, kiedy zastosowano hodowlę narządową pochodzącą z tchawicy (1, 6). Dokładna przynależność gatunkowa tego izolatu pozostaje jednak nieznana, gdyż próbka zaginęła zanim dostępne były metody badawcze pozwalające na identyfikację nowych patogenów wirusowych. Dalsze badania doprowadziły do pozyskania innych izolatów klinicznych, włączając w to koronawirusy 229E i OC43, które z czasem uznane zostały za przedstawicieli odrębnych gatunków (1, 2, 7).

Obraz infekcji ludzkimi koronawirusami został nakreślony dzięki badaniom przeprowadzonym z udziałem zdrowych ochotników. Po zakażeniu koronawirusami 229E oraz OC43 u zdrowych osób wystąpiły typowe objawy przeziębienia, głównie nieżyt błony śluzowej nosa, a w pojedynczych przypadkach kaszel. Objawy utrzymywały się przez okres do tygodnia, po czym samoistnie ustępowały (1, 2, 8). Dalsze doświadczenia kliniczne potwierdziły, że wirusy te powodują stosunkowo łagodną, często subkliniczną infekcję u dorosłych. Jednakże w przypadku dzieci, osób starszych oraz osób o osłabionej odporności patogeny te mogą powodować ciężką chorobę o ostrym przebiegu (m.in. zapalenie oskrzeli, podgłośniowe zapalenie krtani, zapalenie płuc) (9-12).

W przeszłości pojawiły się hipotezy, że ludzkie koronawirusy OC43 oraz 229E mogą również powodować lub indukować rozwój innych chorób. Przykładowo, sugerowano, że HCoV-OC43 może powodować zakażenia układu pokarmowego. Nie udało się jednak w tym przypadku wykazać związku przyczynowo-skutkowego, a kolejne badania pokazały, że obecność wirusów w kale wynikała z drogi rozprzestrzeniania się wirusa, a nie aktywnej infekcji komórek układu pokarmowego (13-16). Sugerowano również, że wirus HCoV-OC43 może brać udział w rozwoju stwardnienia rozsianego (SM). Powiązania tego dokonano w oparciu o obserwacje, że w tkance mózgowej pacjentów z SM można wykryć koronawirusy, a miano przeciwciał specyficznych względem ludzkich koronawirusów jest znacznie wyższe u pacjentów z SM niż w grupach kontrolnych. Również w tym wypadku nie udało się jednoznacznie potwierdzić związku patogenu z chorobą (17-21).

Obraz ludzkich koronawirusów, jako stosunkowo niegroźnych patogenów zmienił się wraz z pojawieniem się w listopadzie 2002 roku w chińskiej prowincji Guangdong nowego gatunku ludzkiego koronawirusa – wirusa SARS-CoV (3-5). Pierwszą osobą, u której stwierdzono zakażenie, był 45-letni mężczyzna w mieście Foshan, u którego 16 listopada 2002 roku pojawiły się gorączka i objawy ze strony układu oddechowego. Transmisja wirusa pomiędzy pacjentami następowała w szybkim tempie, a w niektórych przypadkach dochodziło do masowych zakażeń. Przykładem takiego zakażenia może być przypadek 44-letniego mężczyzny, hospitalizowanego w Guangzhou 30 stycznia 2003 roku. W czasie choroby zakaził on 19 krewnych oraz ponad 50 osób należących do personelu medycznego. Dalsza transmisja i przekroczenie granic kraju stały się tylko kwestią czasu, i tak jeden z zakażonych lekarzy w czasie swojej podróży do Hong Kongu zakaził kolejne 17 osób, co umożliwiło transmisję wirusa poza granice Chin. W ciągu jednego sezonu wirus rozprzestrzenił się do 37 krajów, stwierdzono 8273 przypadków zakażenia, a dla 775 osób choroba zakończyła się zgonem (22). Co zaskakujące, 5 lipca 2003 roku, a więc niespełna 8 miesięcy od pierwszego stwierdzonego przypadku zakażenia, WHO ogłosiła eradykację wirusa SARS-CoV. Nagłe zniknięcie wirusa można tłumaczyć dwojako. Po pierwsze, zakażenia ludzkimi koronawirusami mają charakter sezonowy, z częstością najwyższą w zimie i wczesną wiosną. Można więc założyć, że zakończenie epidemii na początku lipca nie było przypadkowe. Po drugie, objawy zakażenia są stosunkowo wyraźne i pojawiają się zanim pacjent wejdzie w najbardziej zakaźną fazę choroby (ilość wirusa w wydzielinach wzrasta stopniowo w czasie choroby, osiągając maksimum po pierwszym tygodniu). Umożliwiło to zastosowanie skutecznych środków zapobiegających transmisji wirusa oraz izolację chorych (23).

Tak nagłe pojawienie się nowego ludzkiego patogenu wywołało liczne spekulacje co do jego pochodzenia. Przeprowadzone badania wykazały u osób trudniących się handlem żywymi zwierzętami wysokie miana przeciwciał specyficznych względem wirusa SARS-CoV, chociaż nie zgłaszali oni przebycia choroby. Było to o tyle frapujące, że u osób sprzedających inne towary spożywcze nie stwierdzano podwyższonych mian przeciwciał. Szczegółowe badania zwierząt na rynku chińskim wykazały obecność wirusa w organizmach łaskunów chińskich (Paguma larvata) oraz jenotów (Nyctereutes procyonoides), których mięso w Chinach wykorzystywane jest w celach konsumpcyjnych. Nasunęło to przypuszczenie, że wirus mógł przenieść się na ludzi bezpośrednio z tych zwierząt (24, 25). Jednakże, zarówno stosunkowo niewielka zmienność genetyczna wirusa zwierzęcego, jak i stosunkowo rzadkie jego występowanie u tych zwierząt wskazywały, że prawdziwego rezerwuaru wirusa należy szukać gdzie indziej (26). Dalsze badania wykazały, że najbardziej prawdopodobnym naturalnym gospodarzem wirusa SARS-CoV były nietoperze. U zwierząt tych zidentyfikowano wirusy prawie identyczne pod względem genetycznym do wirusa ludzkiego (RsSHC014 oraz Rs3367). Wykazano również, że wirusy izolowane od nietoperzy były w stanie zakażać komórki ludzkie. Co więcej, u niektórych gatunków nietoperzy (rodzaj Rhinolophus) stwierdzono obecność przeciwciał neutralizujących, specyficznych względem białek wirusa SARS-CoV (25-27). Dostępne dane wskazują, że wirus SARS-CoV pojawił się w populacji ludzkiej na skutek transmisji od nietoperzy, przy czym pośrednimi gospodarzami mogły być również inne zwierzęta, takie jak łaskuny czy jenoty.