Relazione sullo stato di avanzamento della pandemia di coronavirus
Nel primo di una serie di editoriali, guardiamo indietro ad alcune delle scoperte chiave della razza degli scienziati per demistificare la SARS-CoV-2.
Nell’arco di otto mesi, il nuovo coronavirus SARS-CoV-2 e la malattia che provoca, COVID-19, hanno dominato il lavoro di migliaia di ricercatori in uno sforzo globale senza precedenti.
In una serie di editoriali, guardiamo indietro alle principali scoperte scientifiche che hanno rivelato importanti caratteristiche del virus e di COVID-19, compresi gli approcci emergenti al trattamento e alla prevenzione. Iniziamo, questa settimana, con il modo in cui il virus è stato identificato; i dettagli molecolari del suo meccanismo di infezione; come si trasmette tra le persone; e i molti modi in cui colpisce il corpo umano.
Cracking del codice del virus
Quando un focolaio di una malattia simile alla sindrome respiratoria acuta grave (SARS) è emerso a Wuhan, in Cina, alla fine del 2019, i ricercatori sospettavano che un nuovo coronavirus si fosse diffuso tra gli esseri umani. Molti dei primi casi identificati erano legati a un unico mercato di animali vivi della città.
I ricercatori in Cina hanno immediatamente iniziato a lavorare per isolare e sequenziare il virus. Quando il virus originale della SARS, ora noto come SARS-CoV-1, è emerso nell’uomo nel 2002, ci sono voluti mesi per ottenere una sequenza completa del genoma del virus. Questa volta, i progressi nelle tecnologie di sequenziamento hanno fatto sì che gli scienziati fossero in grado di estrarre il codice RNA del virus entro poche settimane dalla comparsa dei primi casi.
L’11 gennaio, Yong-Zhen Zhang della Fudan University di Shanghai e i suoi colleghi hanno depositato in un database pubblico la sequenza del genoma di un virus isolato da un quarantunenne che aveva lavorato al mercato animale. Così facendo, hanno avvertito il mondo dell’esistenza di un nuovo coronavirus correlato alla SARS-CoV-1. I loro risultati sono stati successivamente pubblicati su Nature.
Sebbene il team di Zhang avesse sequenziato il virus da un solo paziente, il lavoro simultaneo di altri gruppi ha identificato lo stesso virus da altre persone affette da polmonite. Insieme, questi ricercatori hanno implicato fermamente questo nuovo coronavirus come causa della malattia. Una delle squadre, guidata da Shi Zhengli all’Istituto di virologia di Wuhan, ha anche stabilito che il parente più vicino conosciuto del nuovo virus era un coronavirus del pipistrello.
Circa sei mesi dopo, il coronavirus ha devastato il mondo. Gli scienziati hanno ora generato più di 80.000 sequenze virali. Questa ricchezza di informazioni genetiche ha permesso di tracciare le catene di trasmissione – rivelando, ad esempio, una trasmissione criptica della comunità negli Stati Uniti – oltre a dimostrare che una variante che sembra essere particolarmente contagiosa per le cellule coltivate è ormai diventata dominante in tutto il mondo. Cosa significhi questa alterata infettività per la trasmissione e la malattia non è ancora chiaro.
Non solo un virus respiratorio
Le prime segnalazioni della malattia, denominate COVID-19 l’11 febbraio, descrivevano una grave malattia respiratoria simile a quella causata dalla SARS-CoV-1. Le scansioni del torace mostravano ombre frammentarie – note come ‘opacità del vetro smerigliato’ – nei polmoni di molti pazienti, secondo i primi studi condotti negli ospedali di Wuhan. Inoltre, gli anziani, gli uomini e le persone con altre malattie avevano maggiori probabilità di essere ricoverati in terapia intensiva, mentre i bambini sembravano avere una malattia più lieve.
Ma è diventato subito evidente che la SARS-CoV-2 non è solo un virus respiratorio. Colpisce anche i vasi sanguigni, causando trombosi e ictus. In rari casi, i bambini possono sviluppare quella che viene chiamata sindrome infiammatoria multisistemica, che ricorda la malattia di Kawasaki.
Le autopsie hanno trovato il virus in organi diversi dai polmoni, compresi i reni, il fegato, il cuore e il cervello, così come nel sangue. Ora sappiamo che i sintomi di COVID-19 possono includere complicazioni gastrointestinali, neurologiche, renali, cardiovascolari e altre complicazioni.
I sintomi sperimentati da diverse persone possono essere dettati da una combinazione di quali cellule e tessuti sono infetti; il danno diretto che il virus causa a queste cellule; l’interferenza con la normale funzione dei recettori ACE2 delle cellule ospiti, a cui il virus si lega; e le variazioni individuali nella risposta immunitaria al virus. Ad esempio, i pazienti gravemente malati mostrano un’iperattivazione della loro risposta immunitaria, che danneggia i polmoni.
Il disfacimento di questi contributi porterà, si spera, a trattamenti efficaci. Il farmaco steroide desametasone, che calma la risposta immunitaria iperattiva, ha già dimostrato di ridurre la mortalità da gravi COVID-1912. Sono stati fatti progressi anche nella gestione delle malattie gravi. Tuttavia, ciò che causa l’improvviso insorgere di difficoltà respiratorie acute in alcune persone non è ancora noto.
Modalità di infezione
Una domanda scottante all’inizio era come il nuovo virus infetta le cellule umane – la risposta aiuterebbe a spiegare la patologia della malattia, oltre ad offrire indizi su come bloccare l’infezione.
I coronavirus sono decorati con proteine “spike”. Queste interagiscono con proteine specifiche sulla superficie delle cellule che stanno infettando. Dopo il legame al recettore cellulare, il picco deve essere scisso da un enzima chiamato proteasi nella cellula ospite. Questo attiva il picco, che fonde il virus e le membrane cellulari.
Gli scienziati hanno presto dimostrato che sia la SARS-CoV-1 che il nuovo coronavirus utilizzano lo stesso recettore cellulare, ACE2, e la stessa proteasi, TMPRSS2, per entrare nelle cellule. Ma la SARS-CoV-2 può anche infettare le linee cellulari che non esprimono il TMPRSS2, che potrebbe sviluppare il farmaco stymie.
I ricercatori hanno usato le cellule Vero – che non esprimono TMPRSS2 – in un primo studio che suggeriva che la clorochina del farmaco potrebbe funzionare come trattamento per COVID-19. Ma la clorochina non si è dimostrata efficace negli studi clinici, e gli scienziati hanno scoperto che non inibisce il virus nelle cellule polmonari che esprimono TMPRSS2.
Nonostante la somiglianza strutturale complessiva tra le proteine del picco dei due coronavirus della SARS, gli scienziati hanno scoperto che il picco della SARS-CoV-2 lega il recettore ACE2 almeno dieci volte più strettamente rispetto alla SARS-CoV-116. Questo potrebbe spiegare alcune delle differenze tra il modo in cui i due virus infettano le persone e causano la malattia.
Il picco SARS-CoV-2 ha anche una caratteristica che manca di SARS-CoV-1: una sequenza di aminoacidi che permette di essere riconosciuto e scisso da un enzima chiamato furina. Come questa sequenza contribuisca alla virulenza della SARS-CoV-2 non è ancora noto. Ma sequenze simili si trovano anche nella proteina che lega i recettori di alcuni virus influenzali e contribuiscono alla loro virulenza.
Qualcosa nell’aria
Ben presto divenne chiaro che la SARS-CoV-2 poteva saltare da una persona all’altra. Ciò poteva avvenire attraverso il contatto diretto o la trasmissione indiretta, come ad esempio attraverso le goccioline espulse durante la tosse, o anche una semplice espirazione. Ciò che non era chiaro – ed è ancora oggetto di dibattito – è quanto debbano essere grandi quelle goccioline e quanto lontano possano viaggiare.
È una domanda importante. Le goccioline più grandi cadranno rapidamente a terra, ma quelle più piccole e leggere – note come aerosol – possono rimanere sospese in aria. Un virus in grado di agganciare un passaggio su goccioline così piccole può viaggiare più lontano e potrebbe aumentare il rischio di infezione in spazi interni poco ventilati.
Il potenziale del nuovo coronavirus di viaggiare in questo modo è stato al centro di uno studio, pubblicato in aprile, sull’aerodinamica della SARS-CoV-2 in due ospedali di Wuhan. I ricercatori hanno scoperto che alcune aree degli ospedali, in particolare alcune aree del personale, avevano concentrazioni relativamente elevate di RNA virale in goccioline delle dimensioni di un aerosol.
Il team non ha determinato se quelle goccioline erano infettive, ma un team con sede negli Stati Uniti ha riferito in aprile che sia la SARS-CoV-2 che la SARS-CoV-1 erano stabili e infettive negli aerosol generati artificialmente per tre ore.
Non è stato ancora dimostrato in modo definitivo che la SARS-CoV-2 si stia diffondendo in questo modo, in parte perché è difficile misurare separatamente le diverse modalità di trasmissione del virus.
Malattia invisibile
Quando il virus ha iniziato a diffondersi in tutto il mondo, ci sono stati suggerimenti che le persone senza sintomi potrebbero essere in grado di trasmetterlo.
A marzo, i dati della nave da crociera Diamond Princess hanno rivelato che il 17,9% di coloro che sono risultati positivi al COVID-19 sulla nave non aveva sintomi. Più di 3.700 persone erano state messe in quarantena a bordo della nave a febbraio dopo che un ex passeggero era stato trovato con COVID-19. In aprile, uno studio su 94 persone ha dimostrato che lo “spargimento virale” – il rilascio di un virus nell’ambiente – sembrava avere un picco prima o contemporaneamente all’insorgenza dei sintomi. I ricercatori hanno anche valutato 77 coppie di persone, una delle quali probabilmente era stata infettata dall’altra, e hanno scoperto che il 44% delle infezioni è stato trasmesso prima che i partecipanti sviluppassero i sintomi.
Quale percentuale di portatori di virus non mostra mai sintomi è ancora oggetto di dibattito, ma è chiaro che le persone possono trasmettere il virus anche se non sono malate, il che probabilmente contribuisce alla sua diffusione.
Abbiamo fatto molta strada per capire come è nata la pandemia e come si è diffusa in tutto il mondo – studiando le caratteristiche del virus e la sua trasmissione, e come provoca la malattia. Nelle prossime puntate di questa serie editoriale, esamineremo le ricerche su come controllarla, così come i progressi nelle terapie e nei vaccini.
