Wetenschappelijke puzzels rond het nieuwe Wuhan coronavirus

De plotselinge uitbraak van het Wuhan Novel Coronavirus (2019-nCoV) heeft ertoe geleid dat de hele provincie Hubei en drie grote steden in de provincie Zhejiang in quarantaine zijn geplaatst. Andere landen proberen naarstig hun mensen uit China te halen en er worden beperkingen opgelegd aan vluchten naar China. Omdat dit nieuwe virus een extreem hoge besmettingssnelheid (hoge R0) en een hoge dodelijkheid heeft, vormt het een grote uitdaging voor de volksgezondheid, niet alleen in China, maar over de hele wereld.

Er zijn grote lacunes in onze kennis over de oorsprong van het virus, de duur van het overbrengen van mens-op-mens en het klinische managen van geïnfecteerden op basis van de huidige beperkte informatie uit China. Desalniettemin zijn de bevindingen van die wetenschappers die recent onderzoeken naar dit virus hebben gepubliceerd hieronder samengevat.

Lancet-artikel meldt Wuhan-virus waarschijnlijk niet veroorzaakt door natuurlijke herschikking

De meeste kranten meldden dat de 2019-nCoV slechts 88 procent gerelateerd is aan het meest gelijkende vleermuis coronavirus, slechts 79 procent aan SARS en slechts 50 procent aan MERS. Professor Roujian Lu van het China Key Laboratory of Biosafety, National Institute for Viral Disease Control and Prevention, Chinese Centre for Disease Control and Prevention, en zijn co-auteurs zeiden in een artikel van 30 januari in Lancet dat “recombinatie waarschijnlijk niet de reden is van het ontstaan ​​van dit virus.”

Een onderzoek van 27 januari 2020 door 5 Griekse wetenschappers analyseerde de genetische relaties van 2019-nCoV en ontdekte dat “het nieuwe coronavirus een nieuwe lijn heeft voor bijna de helft van zijn genoom, zonder nauwe genetische relaties met andere virussen binnen het subgenus van sarbecovirus”, en heeft een ongewoon middensegment dat nog nooit eerder in een coronavirus is gezien. Dit alles duidt erop dat 2019-nCoV een gloednieuw type coronavirus is. De auteurs van het onderzoek verwierpen de oorspronkelijke hypothese dat 2019-nCoV afkomstig was van willekeurige natuurlijke mutaties van verschillende coronavirussen. (Paraskevis et al. 2020 BioRxiv) Het artikel is een preprint beschikbaar gesteld via bioRxiv en is niet door vakgenoten beoordeeld.

Puzzels van de Wuhan Novel Coronavirus (Yuhong Dong)

Zeer grote genetische identiteit bij patiënten duidt op een recente overdracht op mensen

2019-nCoV is een RNA-virus. RNA-virussen hebben hoge natuurlijke mutatiesnelheden. Het Lancet onderzoek door Lu et al. verklaart: “Als een typisch RNA-virus, is de gemiddelde evolutionaire snelheid voor coronavirussen ongeveer 10-4 nucleotidesubstituties per site per jaar, met mutaties die tijdens elke replicatiecyclus optreden. Het is daarom opvallend dat de sequentie van 2019-nCoV van verschillende hier beschreven patiënten bijna identiek waren, met meer dan 99,9% sequentie-identiteit. Deze bevinding suggereert dat 2019-nCoV binnen een zeer korte periode vanuit één bron is ontstaan ​​en relatief snel is gedetecteerd.”

Een artikel van 31 januari door Jon Cohen in Science meldde: “Hoe langer een virus circuleert in een menselijke populatie, hoe meer tijd het heeft om mutaties te ontwikkelen met verschillende stammen bij besmette mensen, en gezien het feit dat de 2019-nCoV-sequenties die tot nu toe zijn geanalyseerd met maximaal zeven nucleotiden van elkaar verschillen, suggereert dit dat het zeer recent naar mensen is overgebracht. Maar het blijft een mysterie welk dier het virus op mensen heeft overgebracht.”

Vleermuis bron van Huanan Market is niet het hele verhaal

Prof. Lu et al. besprak ook de natuurlijke gastheer van het virus. Een eerste hypothese was dat het virus op mensen was overgedragen door vleermuizen die werden verkocht op Wuhan’s Huanan Seafood Market.

Lu et al. schrijven: “Te eerste, de uitbraak werd pas eind december 2019 voor het eerst gemeld, wanneer de meeste vleermuissoorten in Wuhan in winterslaap zijn. Ten tweede werden er geen vleermuizen verkocht of gevonden op de Huanan zeevruchtenmarkt, terwijl verschillende andere niet-waterdieren (inclusief zoogdieren) te koop waren. Ten derde was de sequentie-identiteit tussen 2019-nCoV en zijn naaste familieleden bat-SL-CoVZC45 en bat-SL-CoVZXC21 minder dan 90%. Bat-SL-CoVZC45 en bat-SL-CoVZXC21 zijn dus geen directe voorouders van 2019-nCoV.”

De auteurs wijzen erop dat hoewel de 2019-nCoV die de Wuhan-uitbraak veroorzaakte aanvankelijk mogelijk in vleermuizen leefde, deze misschien via andere, nog onbekende mechanismen op mensen is overgedragen.

Het Science-artikel meldt: “De markt in Huanan speelde een rol bij de vroege verspreiding van 2019-nCoV, maar het is onzeker of het ook de oorsprong van de uitbraak was. Veel van de eerste bevestigde 2019-nCoV-gevallen – 27 van de eerste 41 in één rapport, 26 van 47 in een ander – waren verbonden met de Wuhan-markt, maar 45%, waaronder het eerste handjevol gevallen, was dat niet. Dit roept de mogelijkheid op dat de eerste overdracht naar mensen elders plaatsvond.”

4 nauwkeurige mutaties van het Spike-eiwit zonder dat die zijn affiniteit voor de menselijke receptor beïnvloeden

Elk virus moet een receptor hebben om zich te binden aan menselijke cellen. Het kan alleen in menselijke cellen leven en is afhankelijk van menselijke cellen om zich te vermenigvuldigen. Zonder deze drie eigenschappen worden virussen in het bloed of weefselvloeistoffen gemakkelijk opgeruimd door het immuunsysteem.

Virussen komen menselijke cellen binnen via specifieke eiwitkanalen aan de oppervlakte. De interactie van oppervlakte-eiwitten van virussen die zich binden aan menselijke cellen is vergelijkbaar met hoe sleutels worden gebruikt om sloten te openen.

Eerdere onderzoeken hebben aangetoond dat er verscheidene receptoren zijn waaraan verschillende coronavirussen zich binden, zoals angiotensine-converting enzyme 2 (ACE2) voor SARS-CoV. ACE2-receptoren zijn ruimschoots aanwezig in menselijk weefsel, vooral langs de epitheliale voeringen van longen en de dunne darm, bieden ze toegangswegen tot cellen voor SARS-CoV.

Volgens het Lancet-artikel van Lu et al. is er een structurele gelijkenis tussen de receptorbindende domeinen van SARS-CoV en 2019-nCoV. 2019-nCoV spike-eiwit (S-eiwit) is verantwoordelijk voor binding aan de celreceptoren en is cruciaal bij virale aanval op weefsel van de gastheer. De moleculaire modelleringsgegevens door Lu et al. suggereert dat, ondanks de aanwezigheid van aminozuurmutaties in het 2019-nCoV-receptorbindende domein, 2019-nCoV de ACE2-receptor zou kunnen gebruiken om toegang te krijgen tot cellen.

Op 21 januari 2020, Xintian Xu et al. van Key Laboratory of Molecular Virology and Immunology, Institute Pasteur of Shanghai, Centre for Biosafety Mega-Science, Chinese Academy of Sciences, Shanghai, China, publiceerde een paper getiteld ‘Evolution of the novel coronavirus from the ongoing Wuhan outbreak and modeling of its spike protein for risk of human transmission” in SCIENCE CHINA Life Sciences. Dit artikel gaf een nauwkeurigere analyse van het S-eiwit van Wuhan 2019-nCoV.

Het is bekend dat het S-eiwit gewoonlijk de meest variabele aminozuursequenties heeft in vergelijking met andere gendomeinen van het coronavirus. Ondanks de aanzienlijke genetische afstand tussen de Wuhan CoV en het mensen infecterende SARS-CoV, en de in het algemeen lage homologie (hoeveelheid overeenkomstige sequenties DNA of RNA duidend op gemeenschappelijke oorsprong) van het Wuhan CoV S-eiwit met die van SARS-CoV, had het Wuhan CoV S-eiwit verschillende stukken sequenties in het receptorbindende (RBD) domein met een grote homologie met die van het SARS-CoV. De residuen op posities 442, 472, 479, 487 en 491 in SARS-CoV S-eiwit werden gesignaleerd op het receptorcomplex-interface en cruciaal bevonden voor overdracht tussen soorten gastheren en de overdracht van mens op mens van SARS-CoV. Dus tot onze verrassing bleek het Wuhan CoV S-eiwit, ondanks dat vier van de vijf belangrijke interface-aminozuurresiduen vervangen zijn, een significante bindingsaffiniteit te hebben voor menselijke ACE2. De vervangende residuen op posities 442, 472, 479 en 487 in het Wuhan CoV S-eiwit veranderden de structurele bevestiging niet. Het Wuhan CoV S-eiwit en SARS-CoV S-eiwit deelden een vrijwel identieke 3-D-structuur in het RBD-domein, waardoor vergelijkbare van der Waals en elektrostatische eigenschappen in de interactie-interface behouden bleven. Zodoende is de Wuhan CoV nog steeds in staat een aanzienlijk risico voor de volksgezondheid te vormen door menselijke overdracht via het bindende pad S-eiwit-ACE2-.”

We weten al dat de novel 2019-nCoV een ander virus is dan SARS. Het is duidelijk dat het S-eiwit sterk variabel is. Het zou geen verrassing zijn als de genetische sequentie, eiwitstructuur en zelfs de functie van het S-eiwit bij 2019-nCoV anders is dan die bij het SARS-virus. Maar hoe kan dit nieuwe virus zo intelligent zijn dat het precies op die locaties muteert, terwijl het zijn bindingsaffiniteit voor de menselijke ACE2-receptor behoudt? Hoe veranderde het virus slechts vier aminozuren van het S-eiwit? Wist het virus hoe Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR) te gebruiken om ervoor te zorgen dat dit zou gebeuren?

Verbluffende vondst: S-proteïne-inserties van HIV

Op 27 januari 2020 publiceerde Prashant Pradhan et al. van het Indiase instituut voor technologie een artikel met de titel ‘Uncanny similarity of unique inserts in the 2019-nCoV spike protein to HIV-1 gp120 and Gag’, dat momenteel wordt herzien. Een auteur van dit artikel, professor Bishwajit Kundu, is gespecialiseerd in eiwitgenetica en genetische manipulatie en heeft de afgelopen 17 jaar ongeveer 41 artikelen gepubliceerd op PubMed, waaronder invloedrijke biomedische tijdschriften.

De auteurs vonden 4 inserties (een toevoeging van een of meer nucleotiden aan een DNA- of RNA-sequentie) in de spike glycoprotein (S) die uniek zijn voor de 2019-nCoV en niet aanwezig zijn in andere coronavirussen. “Belangrijk is dat aminozuurresiduen in alle 4 de inserties identiek of vergelijkbaar zijn met die van HIV-1 gp120 of HIV-1 Gag. Interessant is dat, ondanks dat de inserties discontinu zijn op de primaire aminozuursequentie, 3D-modellering van de 2019-nCoV suggereert dat ze convergeren om de receptorbindingsplaats te vormen. De vondst van 4 unieke inserties in de 2019-nCoV, die allemaal identiteit / gelijkenis vertonen met aminozuurresiduen in belangrijke structurele eiwitten van HIV-1, is waarschijnlijk niet toevallig van aard.”

Pradhan et al. voegde eraan toe: “Tot onze verbazing waren deze sequentie-inserties niet alleen afwezig in het S-eiwit van SARS, maar werden ze ook niet waargenomen in enig ander lid van de Coronaviridae-familie. Dit is verrassend, omdat het vrij onwaarschijnlijk is dat een virus dergelijke unieke inserties op natuurlijke wijze in korte tijd heeft verworven.”

“Onverwachts komen alle inserties overeen met Human immunodeficiency Virus-1 (HIV-1). Verdere analyse onthulde dat overeenkomstige sequenties van HIV-1 met 2019-nCoV werden afgeleid van oppervlakte glycoproteïne gp120 (aminozuursequentieposities: 404-409, 462-467, 136-150) en van Gag-eiwit (366-384 aminozuur). Gag-eiwit van HIV is betrokken bij de gastheermembraanbinding, inpakken van het virus en bij de vorming van virusachtige deeltjes. Gp120 speelt een cruciale rol bij het herkennen van de gastheercel door zich te binden aan de primaire receptor CD4. Deze binding brengt structurele herschikkingen op gang in GP120, waardoor een bindingsplaats met hoge affiniteit ontstaat voor een chemokine co-receptor zoals CXCR4 en / of CCR5.”

Het is bekend dat CD4-cellen essentieel zijn voor de menselijke afweer en ze zijn het directe doelwit van het Human Immunodeficiency Virus of HIV. HIV hecht zich aan CD4-cellen, komt ze binnen en infecteert ze. Het virus verandert vervolgens elke geïnfecteerde CD4-cel in een fabriek die meer HIV-virussen creëert totdat uiteindelijk alle CD4-cellen zijn vernietigd. Mensen die besmet zijn met HIV verliezen hun immuniteit of afweersysteem, net als een land dat de functie van zijn leger verliest.

Als we de 4 inserties van het S-eiwit in figuur 3 (van Pradhan et al. 2020 bioRxiv) nader bekijken, bevinden ze zich allemaal op het bindende oppervlak van het eiwit, schijnbaar ontworpen om te kunnen binden aan celreceptorplaatsen van het doelwit. Natuurlijke toevallige mutatie zou willekeurig zijn verdeeld over de gehele lengte van het S-eiwit. Het is zeer onwaarschijnlijk dat al deze inserties zich toevallig zouden manifesteren op de bindingsplaats van het S-eiwit.

Het artikel van Pradhan et al. is een preprint beschikbaar gesteld via bioRxiv en is niet door vakgenoten beoordeeld.

bioRxiv meldt: “Dit artikel is door de auteurs ingetrokken. Ze zijn van plan het te herzien als reactie op ontvangen opmerkingen uit de onderzoeksgemeenschap over hun technische aanpak en hun interpretatie van de resultaten. Neem bij vragen contact op met de betreffende auteur.”

Klinisch bewijs: Patiënten hebben Cytokine Storm met progressieve vermindering van bloedlymfocyten

Zijn de bevindingen van Pradhan et.al. juist of fout? Indien correct, zou het virus in staat moeten zijn menselijke CD4 T-cellen binnen te dringen en resulteren in overeenkomstige klinische kenmerken. Een artikel gepubliceerd in The Lancet op 24 januari 2020 door professor Chaolin Huang van het Jin Yin-tan Hospital, Wuhan, China, et al., recensie van “Klinische kenmerken van patiënten geïnfecteerd met het nieuwe coronavirus 2019 in Wuhan, China” ondersteunt Pradhan et al.’s conclusies.

Huang onderzocht 41 opgenomen ziekenhuispatiënten met bevestigde 2019-nCoV-infectie vanaf 2 januari 2020. “Slechts 27 (66%) van de 41 patiënten waren blootgesteld aan de Huanan zeevruchtenmarkt. Veel voorkomende symptomen bij het begin van de ziekte waren koorts (98%), hoest (76%) en spierpijn of vermoeidheid (44%); minder vaak voorkomende symptomen waren sputumproductie (28%), hoofdpijn (8%), hemoptyse (5%) en diarree (3%). Dyspneu ontwikkelde zich bij 55% (gemiddelde tijd vanaf het begin van de ziekte tot dyspneu 8 · 0 dagen). 63% had lymfopenie. Alle 41 patiënten hadden longontsteking met abnormale bevindingen op de CT van de borst. Complicaties omvatten acuut respiratoir noodsyndroom (29%), RNAemie (15%), acuut hartletsel (12%) en secundaire infectie (10%). 32% van de patiënten werden opgenomen op een Intensive Care en zes (15%) stierven er. In vergelijking met niet-IC-patiënten hadden IC-patiënten hogere plasmaspiegels van IL2, IL7, IL10, GSCF, IP10, MCP1, MIP1A en TNFα. De 2019-nCoV-infectie veroorzaakte clusters van ernstige aandoeningen van de luchtwegen vergelijkbaar met het ernstige acute respiratoire syndroom (SARS) coronavirus en werd geassocieerd met IC-opname en hoge mortaliteit.”

Hoewel lage aantallen witte bloedcellen vaak voorkomen bij virus infecties, is het verrassend dat 63 procent van alle geïnfecteerde patiënten en 85 procent van degenen die op de IC werden opgenomen, lymfopenie met lymfocytenaantallen <1 · 0 × 109 / L hadden. In een onderzoek over SARS gepubliceerd in maart 2004 door C.M. Chu et al. in het tijdschrift Thorax was het gemiddeld gerapporteerd aantal lymfocyten vaak normaal.

Op 22 januari 2020 werden twee klinische richtlijnen voor de diagnose en behandeling van Wuhan 2019-nCoV gepubliceerd op Chinese websites. De ene is “Snelle handleiding voor de diagnose en behandeling van nieuwe Coronavirus-longontsteking”, geschreven door de expertgroep van het Tongji-ziekenhuis, en de andere is “Instructies voor de omgang met het nieuwe Coronavirus 2019” van het Wuhan Union Hospital van Tongji Medical College van Huazhong University of Science en Technology. De eerste richtlijn wijst duidelijk op een “progressieve lymfocytenreductie“, terwijl de tweede richtlijn “het belang van monitoring van de absolute waarde van lymfocyten“.

Daarom moet de waargenomen vermindering van lymfocyten bij een bepaald deel van de patiënten van klinische betekenis zijn. CD4-positieve T-lymfocyten vormen een belangrijk deel van alle lymfocyten. Hoewel het geen routinetest is voor patiënten met een coronavirusinfectie, is het misschien nuttig om het aantal CD4-cellen te controleren bij patiënten met 2019-nCoV.

Een ander klinisch kenmerk van patiënten die zijn geïnfecteerd met 2019-nCoV zijn de hoge niveaus van serum-cytokines en chemokines, die worden gedefinieerd als een cytokine-storm (Huang et al. 2020 Lancet). Dit komt overeen met de waarneming van Pradhan et al. dat het 2019-nCoV S-eiwit structurele herschikkingen teweeg brengt in GP120, waardoor een bindingsplaats met hoge affiniteit voor een chemokine-co-receptor zoals CXCR4 en / of CCR5 wordt gecreëerd. Het is bekend dat activering van T-celoppervlakreceptoren een cytokinestorm kan veroorzaken. Cytokinestormen kunnen potentieel aanzienlijke schade aan organen en lichaamsweefsels veroorzaken. Als er een cytokine-storm in de longen optreedt, kunnen immuuncellen zoals macrofagen en vloeistof weefselschade veroorzaken die resulteert in acute ademnood en mogelijk de dood.

De Centers for Disease Control van de Verenigde Staten verklaarden: “Er is geen specifieke antivirale behandeling aanbevolen voor 2019-nCoV-infectie.” Maar er zijn enkele casusverslagen van Wuhan 2019-nCoV-patiënten die profijt hebben van behandeling met anti-HIV-medicijnen zoals lopinavir. Meer van dergelijke gedetailleerde klinische ervaringen moeten worden gedeeld.

Conclusie

Er zijn veel wetenschappelijke vragen over dit nieuwe virus. Gebaseerd op recent gepubliceerde wetenschappelijke artikelen, heeft dit nieuwe coronavirus ongekende virologische kenmerken die suggereren dat er mogelijk genetische manipulatie is geweest bij het ontstaan ervan. Het virus vertoont serieuze klinische kenmerken, waardoor het een aanzienlijke bedreiging vormt. Het is absoluut noodzakelijk voor wetenschappers, artsen en mensen in de hele wereld, inclusief overheden en volksgezondheidsinstanties, om alles in het werk te stellen dit mysterieuze en verdachte virus te onderzoeken om de oorsprong ervan op te helderen en om de bevolking in China en de rest van de wereld beter in staat te stellen te reageren.

DOOR YUHONG DONG op 3 februari 

Yuhong Dong heeft een MD van de Beijing Medical University en een doctoraat in infectieziekten aan de Beijing University. Dong heeft 17 jaar werkervaring in klinische behandeling van virale infectieziekten en onderzoek naar antivirale geneesmiddelen. Dong werkte als arts in het eerste aangesloten ziekenhuis van de Beijing Medical University en later als medisch wetenschappelijk expert gespecialiseerd in klinisch onderzoek naar antivirale geneesmiddelen in R&D van Novartis. Ze werkt momenteel als Chief Scientific Officer in een Zwitsers Biotech-bedrijf.

De Epoch Times verwijst naar het nieuwe coronavirus als CCP virus, omdat het verzwijgen en mismanagement door de CCP (Chinese Communistische Partij) het mogelijk maakte dat het virus zich door heel China heeft verspreid en een wereldwijde epidemie heeft veroorzaakt.

Origineel op 3 februari gepubliceerd op The Epoch Times: Scientific Puzzles Surrounding the Wuhan Novel Coronavirus

Referenties

  1. Lu R, Zhao X, Li J, et al. Genomic characterisation and epidemiology of 2019 novel coronavirus: implications for virus origins and receptor binding. The Lancet 2020. Online Full Text
  2. Paraskevis D., Kostaki E.G., Magiorkinis G., et al. Full-genome evolutionary analysis of the novel corona virus (2019-nCoV) rejects the hypothesis of emergence as a result of a recent recombination event. bioRxiv 2020.01.26.920249. Online Full Text
  3. Huang C, Wang Y, Li X, et al. Clinical features of patients infected with 2019 novel coronavirus in Wuhan, China. The Lancet, 2020. Online Full Text
  4. Cohen Jon. Mining coronavirus genomes for clues to the outbreak’s origins. Science 2020. Online Full Text
  5. Pradhan P, Pandey AK, Mishra A, et al. Uncanny similarity of unique inserts in the 2019-nCoV spike protein to HIV-1 gp120 and Gag. bioRxiv 2020.01.30.927871. Online Full Text
  6. Xu X, Chen P, Wang J, et al. Evolution of the novel coronavirus from the ongoing Wuhan outbreak and modeling of its spike protein for risk of human transmission, In Journal of SCIENCE CHINA Life Sciences. 2020 Online Full Text
  7. Chu CM, Cheng VC, Hung IF, et al. HKU/UCH SARS Study Group. Role of lopinavir/ritonavir in the treatment of SARS: initial virological and clinical findings. Thorax. 2004 Mar;59(3):252-6. Online Full Text
  8. US CDC: Interim Clinical Guidance for Management of Patients with Confirmed 2019 Novel Coronavirus (2019-nCoV) Infection https://www.cdc.gov/coronavirus/2019-ncov/hcp/clinical-guidance-management-patients.html
 
SOORTGELIJKE ARTIKELEN