ไวรัสอาร์เอ็นเอสายบวกและโคโรนาไวรัส

ไวรัสอาร์เอ็นเอสายเดี่ยวชนิดสายบวกมีจีโนมที่สามารถทำหน้าที่เป็นสารพันธุกรรมอาร์เอ็นเอ (messenger RNA) ได้โดยตรง ดังนั้นจีโนมที่เข้าสู่เซลล์จะถูกแปลรหัสโดยไรโบโซมของเซลล์เจ้าบ้านทันทีเพื่อเริ่มต้นการติดเชื้อ กลุ่มไวรัสขนาดใหญ่และมีความสำคัญทางการแพทย์นี้ประกอบด้วยพิคอร์นาไวรัส (ไวรัสโปลิโอ, ไรโนไวรัส, ไวรัสตับอักเสบเอ), ฟลาวิไวรัส (ไข้เลือดออก, ซิกา, ไข้เหลือง, ไวรัสตับอักเสบซี), โทกาไวรัส และโคโรนาไวรัสที่เป็นสาเหตุของโรคซาร์ส, เมอร์ส และโควิด-19

Definition

ไวรัสอาร์เอ็นเอสายบวกคือไวรัสอาร์เอ็นเอที่มีจีโนมสายเดี่ยวซึ่งมีขั้วเดียวกับสารพันธุกรรมอาร์เอ็นเอ (messenger RNA) และสามารถถูกแปลรหัสโดยตรงโดยไรโบโซมของเซลล์เจ้าบ้านเมื่อเข้าสู่เซลล์ ในมนุษย์ ไวรัสกลุ่มนี้รวมถึงตระกูล Picornaviridae, Flaviviridae, Togaviridae และ Coronaviridae เป็นต้น

Scope

บทความนี้นำเสนอภาพรวมของตระกูลไวรัสอาร์เอ็นเอสายบวก กลยุทธ์การจำลองตัวเองที่โดดเด่น และโรคที่ก่อให้เกิดในมนุษย์ โดยให้ความสำคัญเป็นพิเศษกับโคโรนาไวรัสในฐานะตัวการของการระบาดและโรคระบาดใหญ่ที่เกิดขึ้นเมื่อไม่นานมานี้ เป็นข้อมูลอ้างอิงเกี่ยวกับชีววิทยาและระบาดวิทยาของไวรัส และไม่ได้ให้คำแนะนำเกี่ยวกับการจัดการทางคลินิกหรือการรักษา

Core questions

• เหตุใดจีโนมของไวรัสอาร์เอ็นเอสายบวกจึงสามารถทำหน้าที่เป็นสารพันธุกรรมอาร์เอ็นเอ (messenger RNA) ได้โดยตรง?
• คุณสมบัติใดของโคโรนาไวรัสที่อยู่เบื้องหลังความสามารถในการแพร่เชื้อข้ามสายพันธุ์และการอุบัติของโรค?
• อัตราการกลายพันธุ์ที่สูงของไวรัสอาร์เอ็นเอส่งผลต่อโรคและการควบคุมอย่างไร?

Key concepts

• จีโนม RNA สายเดี่ยวชนิดสายบวก
• การแปลรหัสจีโนมโดยตรง
• เอนไซม์ RNA-dependent RNA polymerase
• อัตราการกลายพันธุ์และการรวมตัวกันใหม่สูง
• Picornaviridae (ไวรัสโปลิโอ, ไรโนไวรัส, ไวรัสตับอักเสบเอ)
• Flaviviridae (ไข้เลือดออก, ซิกา, ไวรัสตับอักเสบซี)
• Coronaviridae (SARS-CoV, MERS-CoV, SARS-CoV-2)
• การอุบัติของโรคจากสัตว์สู่คน

Key theories

ต้นกำเนิดและวิวัฒนาการของโคโรนาไวรัสจากสัตว์สู่คน

การศึกษาเปรียบเทียบและวิวัฒนาการชาติพันธุ์บ่งชี้ว่าโคโรนาไวรัสที่ก่อโรคในมนุษย์ส่วนใหญ่มีต้นกำเนิดจากแหล่งรังโรคในสัตว์ โดยเฉพาะค้างคาว โดยมีการแพร่กระจายและปรับตัวทำให้เกิด SARS-CoV, MERS-CoV และ SARS-CoV-2

Mechanisms

เนื่องจากจีโนมของไวรัสอาร์เอ็นเอสายบวกมีขั้วแบบ messenger-sense ไวรัสเหล่านี้จึงสามารถถูกแปลรหัสได้ทันทีเมื่อเข้าสู่เซลล์ เพื่อสร้างโปรตีนที่จำเป็นสำหรับการจำลองจีโนม รวมถึงเอนไซม์ RNA-dependent RNA polymerase ที่เข้ารหัสโดยไวรัส ซึ่งมักจะขาดคุณสมบัติการพิสูจน์อักษรในหลายตระกูล ทำให้เกิดอัตราการกลายพันธุ์สูง โคโรนาไวรัสมีความพิเศษในบรรดาไวรัสอาร์เอ็นเอตรงที่มีเอนไซม์ exonuclease สำหรับการพิสูจน์อักษรและมีจีโนมขนาดใหญ่ และพวกมันจำลองตัวเองผ่านชุดของ messenger RNA ย่อยแบบซ้อนกัน โปรตีนหนามของพวกมันทำหน้าที่เป็นตัวกลางในการจับกับตัวรับและการเข้าสู่เซลล์ และการเปลี่ยนแปลงในโปรตีนนี้มีอิทธิพลต่อช่วงของโฮสต์และความสามารถในการแพร่เชื้อ ซึ่งมีส่วนทำให้เกิดการอุบัติของโรคจากสัตว์สู่คน

Clinical relevance

ไวรัสอาร์เอ็นเอสายบวกก่อให้เกิดโรคในมนุษย์ได้หลากหลาย ตั้งแต่ไข้หวัดธรรมดาและโปลิโอ ไปจนถึงไข้เลือดออก ตับอักเสบจากไวรัส และภาวะทางเดินหายใจรุนแรงจากโคโรนาไวรัส ชีววิทยาของพวกมันอธิบายว่าทำไมบางชนิดจึงก่อให้เกิดอาการป่วยเฉียบพลันที่หายเองได้ ในขณะที่บางชนิดก่อให้เกิดการติดเชื้อเรื้อรังหรือทำให้เกิดการระบาด บทความนี้อธิบายกลไกและความสัมพันธ์ของโรค และไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการรักษาเฉพาะบุคคล

Epidemiology

กลุ่มนี้รวมถึงไวรัสประจำถิ่นที่แพร่กระจายไปทั่วโลก และตัวการสำคัญของการระบาดและโรคระบาดใหญ่ โคโรนาไวรัสทำให้เกิดการระบาดของโรคซาร์สในปี 2003, เมอร์ส และการระบาดใหญ่ของโควิด-19 ในขณะที่ฟลาวิไวรัส เช่น ไข้เลือดออก ก่อให้เกิดการระบาดซ้ำขนาดใหญ่ในเขตร้อน

Evidence & guidelines

รายงานทางจีโนมและทางคลินิกที่อธิบายลักษณะของ SARS-CoV, MERS-CoV และ SARS-CoV-2 พร้อมกับตำราไวรัสวิทยาอ้างอิง ได้บันทึกชีววิทยาและการอุบัติของไวรัสเหล่านี้ การระบุ SARS-CoV-2 ทางจีโนมอย่างรวดเร็วในปี 2020 เป็นตัวอย่างว่าการระบาดของไวรัสอาร์เอ็นเอสายบวกได้รับการตรวจสอบอย่างไรในปัจจุบัน

History

ไวรัสโปลิโอ ซึ่งเป็นพิคอร์นาไวรัส มีบทบาทสำคัญในการศึกษาโมเลกุลของไวรัสอาร์เอ็นเอในยุคแรกเริ่ม และเป็นหนึ่งในความสำเร็จที่ยิ่งใหญ่ของการฉีดวัคซีน โคโรนาไวรัสได้เปลี่ยนจากเชื้อโรคทางเดินหายใจที่ไม่สำคัญนักมาสู่แนวหน้าของสาธารณสุขโลกด้วยการระบาดของโรคซาร์สในปี 2003 การอุบัติของเมอร์สในภายหลัง และการระบุ SARS-CoV-2 ในปี 2019-2020 ซึ่งเน้นย้ำถึงศักยภาพในการระบาดใหญ่ของไวรัสอาร์เอ็นเอสายบวกจากสัตว์สู่คน

Key figures

• Vincent Racaniello
• Zheng-Li Shi
• David Baltimore

Seminal works

• cui-2018
• zhu-2020
• ksiazek-2003

Frequently asked questions

อะไรทำให้ไวรัสเป็น 'สายบวก'?

จีโนม RNA ของมันมีขั้วเดียวกับสารพันธุกรรมอาร์เอ็นเอ (messenger RNA) ดังนั้นเมื่อเข้าสู่เซลล์แล้ว มันสามารถถูกแปลรหัสโดยตรงโดยไรโบโซมของเซลล์เจ้าบ้าน โดยไม่ต้องถูกคัดลอกเป็นสายเสริมก่อน

เหตุใดโคโรนาไวรัสจึงก่อให้เกิดการระบาดหลายครั้งเมื่อไม่นานมานี้?

โคโรนาไวรัสหมุนเวียนอยู่ในแหล่งรังโรคในสัตว์ เช่น ค้างคาว และสามารถปรับตัวเข้ากับโฮสต์ใหม่ได้ การเปลี่ยนแปลงในโปรตีนหนามของพวกมันสามารถทำให้เกิดการแพร่กระจายสู่มนุษย์ได้ ดังที่เห็นใน SARS-CoV, MERS-CoV และ SARS-CoV-2