Wabah COVID-19: Gambaran Umum

 Blog Dokter Sobri

Wabah COVID-19: Gambaran Umum

Latar belakang: Pada akhir Desember 2019, otoritas kesehatan Tiongkok melaporkan wabah pneumonia yang tidak diketahui asalnya di Wuhan, Provinsi Hubei. Ringkasan: Beberapa hari kemudian, genom dari sebuah novel coronavirus dirilis (http://virological.org/t/novel-2019-coronavirus-genome/319; Wuhan-Hu-1, aksesi GenBank No. MN908947) dan dibuat tersedia untuk umum bagi komunitas ilmiah. Virus corona baru ini untuk sementara dinamai 2019-nCoV, sekarang SARS-CoV-2 menurut Kelompok Studi Virus Corona dari Komite Internasional Taksonomi Virus. SARS-CoV-2 milikkeluarga Coronaviridae ,genus Betacoronavirus , subgenus Sarbecovirus. Sejak ditemukan, virus telah menyebar secara global, menyebabkan ribuan kematian dan berdampak besar pada sistem kesehatan dan ekonomi kita. Dalam ulasan ini, kami merangkum pengetahuan terkini tentang epidemiologi, filogenesis, pemodelan homologi, dan diagnostik molekuler SARS-CoV-2. Pesan Utama: Analisis filogenetik penting untuk memahami evolusi virus, sedangkan pemodelan homologi penting untuk strategi dan terapi vaksin. Tes diagnostik yang sangat sensitif dan spesifik adalah kunci untuk identifikasi kasus, pelacakan kontak, identifikasi sumber hewan, dan implementasi tindakan pengendalian.

© 2020 S.Karger AG, Basel

---

pengantar

Pada Desember 2019, wabah pneumonia yang tidak diketahui asalnya dilaporkan di Wuhan, Provinsi Hubei, Cina. Sebagian besar kasus ini secara epidemiologis terkait dengan Pasar Grosir Makanan Laut Huanan. Inokulasi cairan lavage bronchoalveolar diperoleh dari pasien dengan pneumonia yang tidak diketahui asalnya ke dalam sel epitel saluran napas manusia dan garis sel Vero E6 dan Huh7 menyebabkan isolasi virus corona baru, SARS-CoV-2, yang sebelumnya bernama 2019-nCov [ 1 ].

Coronavirus termasuk dalam famili Coronaviridae dan merupakan virus RNA untai tunggal positif yang dikelilingi oleh amplop. Mereka dibagi menjadi empat genera: Alpha- , Beta- , Gamma- , dan Deltacoronavirus . Sampai saat ini, tujuh virus corona manusia (HCoV) telah diidentifikasi, yang termasuk dalam genera Alpha- dan Betacoronavirus . The Alphacoronavirus genus termasuk HCoV-NL63 dan HCoV-229E , sedangkan Betacoronavirus genus terdiri HCoV-OC43 , HCoV-HKU1 , SARS-CoV(Coronavirus sindrom pernafasan akut parah), MERS-CoV (Coronavirus terkait sindrom pernafasan Timur Tengah), dan novel SARS-CoV-2 (Coronavirus sindrom pernafasan akut berat 2) [ 2 - 7 ]. Alpha-coronaviruses HCoV-NL63 dan HCoV-229E dan betacoronaviruses HCoV-OC43 dan HCoV-HKU1 biasanya menyebabkan flu biasa, tetapi juga infeksi saluran pernapasan bawah yang parah, terutama pada orang tua dan anak-anak [ 8 ]. Infeksi HCoV-NL63 juga secara signifikan dikaitkan dengan croup (laringotrakheitis) [ 9 , 10], dan infeksi HCoV-OC43 dengan infeksi saluran pernapasan bawah yang parah pada anak-anak [ 11 ].

SARS-CoV dan MERS-CoV berasal dari zoonosis; menyebabkan sindrom pernafasan yang parah dan seringkali berakibat fatal [ 12 ]. Sejak awal epidemi pada akhir Desember 2019, SARS-CoV-2 kini telah menyebar ke semua benua, dan per 18 Maret 2020, WHO mengomunikasikan 179.111 kasus yang dikonfirmasi dan 7.426 kematian secara global (Laporan Situasi-57). Dalam ulasan kali ini, kami mencoba merangkum pengetahuan terbaru tentang beberapa parameter epidemiologi termasuk gejala klinis, penularan virus, dan masa inkubasi. Selanjutnya akan dibahas diagnostik molekuler, pemodelan protein spike glikoprotein, dan filogenesis virus.

Epidemiologi SARS-CoV-2

Gejala Klinis

Pasien yang terinfeksi SARS-CoV-2 dapat menunjukkan berbagai gejala mulai dari yang ringan hingga yang parah. Demam, batuk, dan sesak napas adalah gejala yang paling umum dilaporkan pada 83, 82, dan 31% pasien [ 13 ]. Pada pasien yang mengalami pneumonia, bintik-bintik multipel dan ground-glass opacity dijelaskan pada foto toraks [ 1 , 13 ]. Pasien yang mengembangkan sindrom gangguan pernapasan akut dapat memburuk dengan cepat dan meninggal karena kegagalan banyak organ [ 13 ].

Juga telah dilaporkan bahwa sekitar 2–10% pasien dengan COVID-19 mengalami gejala gastrointestinal seperti muntah, diare, dan sakit perut [ 13 , 14 ]. Diare dan mual mendahului perkembangan demam dan gejala pernapasan pada 10% pasien [ 13 ].

Penularan Virus

Saat ini, mekanisme penularan SARS-CoV-2 secara pasti masih belum sepenuhnya dipahami. Penularan dari manusia ke manusia melalui droplet adalah jalur utama penularan dalam populasi yang rentan. Otoritas kesehatan China melaporkan R 0 1,4-2,5 pada 23 Januari 2020, kepada Komite Darurat Peraturan Kesehatan Internasional WHO (2005). Penularan oleh pembawa asimtomatik tidak dapat dikesampingkan. Sebenarnya, dilaporkan bahwa anggota keluarga tanpa gejala yang melakukan perjalanan dari pusat epidemi Wuhan kemungkinan besar bertanggung jawab atas kelompok keluarga pneumonia COVID-19 begitu kembali ke rumah. Hasil reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR) nya positif untuk SARS-CoV-2, tetapi gambar CT dadanya tidak menunjukkan perubahan yang signifikan [ 15 ].

Jalur lain penularan virus yang mungkin adalah jalur oral-feses. Literatur ilmiah menunjukkan bahwa SARS-CoV dan MERS-CoV dapat bertahan dalam kondisi lingkungan yang memfasilitasi penularan melalui mulut-tinja. SARS-CoV telah terdeteksi di air limbah dua rumah sakit Cina di mana pasien dengan SARS dirawat, dan MERS-CoV ditemukan dapat hidup pada permukaan yang berbeda pada suhu rendah dan kelembaban rendah [ 16 , 17 ]. SARS-CoV-2 terdeteksi pada tinja pasien dengan pneumonia COVID-19, serta pada sampel pernapasan [ 18 ]. Dengan demikian, masuk akal bahwa SARS-CoV-2 juga dapat ditularkan melalui jalur oral-feses maupun melalui fomites.

Masa inkubasi

Mengetahui masa inkubasi infeksi SARS-CoV-2 adalah kunci untuk melaksanakan tindakan pengendalian dan pengawasan. Diperkirakan bahwa median masa inkubasi adalah 5,1 hari (95% CI, 4,5-5,8), dan 97,5% subjek yang terinfeksi akan mengalami gejala dalam 11,5 hari (95% CI, 8,2-15,6) infeksi. Berdasarkan perkiraan ini, dapat diasumsikan bahwa 101 dari 10.000 kasus akan mengalami gejala setelah 14 hari observasi atau karantina [ 19 ]. Perkiraan ini konsisten dengan penelitian lain yang melaporkan masa inkubasi rata-rata 6,4 hari (interval kredibel 95%: 5,6-7,7), mulai dari 2,1 hingga 11,1 hari (persentil 2,5 hingga 97,5) [ 20 ] atau 5,2 hari ( 95% CI, 4.1-7.0), dengan persentil ke-95 dari distribusi pada 12,5 hari [ 21]. Dengan demikian, pemantauan 14 hari disarankan setelah kontak dengan kasus SARS-CoV-2 yang mungkin atau dikonfirmasi [ 22 ].

Diagnosis Molekuler SARS-CoV-2

Konfirmasi kasus dengan dugaan infeksi SARS-CoV-2 dilakukan dengan mendeteksi rangkaian virus unik dengan tes amplifikasi asam nukleat seperti reverse real-time PCR (rRT-PCR). Segera setelah 7 Januari 2020, otoritas kesehatan Tiongkok telah menyatakan bahwa virus korona baru bertanggung jawab atas wabah pneumonia ini di Wuhan, jaringan laboratorium akademis dan publik Eropa merancang protokol rRT-PCR berdasarkan perbandingan dan penyelarasan Urutan genom SARS-CoV dan virus korona terkait kelelawar yang sebelumnya tersedia serta lima urutan yang berasal dari novel coronavirus SARS-CoV-2 yang disediakan oleh otoritas China [ 23 ]. Tiga tes dikembangkan. Tes baris pertama menargetkan pengkodean gen E untuk protein amplop, yang umum untuk Sarbecovirussubgenus, sedangkan uji spesifik kedua menargetkan gen RdRp yang mengkodekan RNA polimerase yang bergantung pada RNA. Pengujian ini berisi dua probe: satu probe, yang bereaksi dengan gen SARS-CoV dan SARS-CoV-2 RdRp, dan probe kedua (RdRP_SARSr-P2) yang khusus untuk SARS-CoV-2. Akhirnya, uji konfirmasi tambahan ketiga menargetkan gen nukleokapsid (N). Pengujian terakhir ini tidak divalidasi lebih lanjut karena sedikit kurang sensitif [ 23 ]. Protokol ini diadopsi di lebih dari 30 laboratorium Eropa [ 24 ]. Baru-baru ini, uji rRT-PCR baru yang menargetkan wilayah berbeda dari gen RdRp / Hel dari SARS-CoV-2 telah dikembangkan yang menunjukkan sensitivitas dan spesifisitas yang lebih tinggi daripada uji RdRp-P2 [ 25 ].

Saat ini, beberapa protokol amplifikasi yang tersedia di pasar dan divalidasi untuk in vitro digunakan diagnostik (CE ditandai): GeneFinder TM COVID-19 Ditambah Nyata Amp Kit (Osang Healthcare Co, Ltd, Korea Selatan); genesig® Real-Time PCR Coronavirus (COVID-19) (genesig, Inggris); Allplex TM 2019-nCoV Assay (Seegene, Korea Selatan), dll. Pengujian diagnostik yang sangat sensitif dan spesifik adalah kunci untuk identifikasi kasus, pelacakan kontak, identifikasi sumber hewan, dan implementasi tindakan pengendalian [ 26 - 28 ].

Saat melakukan uji amplifikasi asam nukleat, perlu diingat bahwa beberapa faktor dapat menyebabkan hasil negatif pada individu yang terinfeksi, seperti kualitas spesimen yang buruk, waktu pengumpulan spesimen (spesimen dikumpulkan terlalu dini atau terlalu cepat). terlambat selama infeksi), penanganan atau pengiriman spesimen yang tidak tepat, dan alasan teknis.

Pemodelan SARS-CoV-2

Masuknya virus corona ke dalam sel inang dimediasi oleh glikoprotein transmembrane spike (S) yang membentuk homotrimer yang menonjol dari permukaan virus [ 29 ]. Protein S terdiri dari dua subunit S1 dan S2 yang bertanggung jawab untuk mengikat reseptor sel inang dan fusi membran virus dan sel. Coronavirus yang berbeda menggunakan domain yang berbeda dalam subunit S1 untuk memasuki sel. Domain-domain ini bernama S A dan S B . SARS-CoV dan virus korona terkait SARS berinteraksi dengan enzim pengubah angiotensin 2 (ACE2) melalui domain S B untuk memasuki sel target [ 30 - 34 ]. Baru-baru ini ditunjukkan bahwa SARS-CoV-2 mengikat reseptor ACE2 melalui S Bdomain serupa dengan SARS-CoV, dan bahwa antibodi poliklonal murine menghambat masuknya SARS-CoV-2 ke dalam sel yang dimediasi oleh S. Data ini menunjukkan bahwa antibodi penetral silang yang menargetkan epitop S yang dilestarikan yang ditimbulkan oleh vaksinasi dapat digunakan untuk melawan SARS-CoV-2 , SARS-CoV, dan virus korona terkait SARS [ 35 ].

Penelitian sebelumnya telah menunjukkan adanya tekanan selektif positif pada daerah Nucleocapsid, Spike glycoprotein, dan ORF1ab, sementara sampai sekarang tidak ada bukti adanya tekanan selektif positif yang ditemukan pada Envelope, Membrane, dan protein ORF lainnya.

Di wilayah Nukleokapsid, seleksi episodik yang signifikan ( p <0,05) ditemukan di 2 tempat. Pada posisi asam amino 380 dari urutan virus korona Wuhan terdapat residu Gln bukan Asn, sedangkan pada posisi asam amino 410 terdapat residu Thr dan bukan Ala. Seleksi negatif yang signifikan ( p <0,05) menyebar di 6 situs (14 %) telah dibuktikan dan dikonfirmasi oleh analisis FUBAR (Fast Unconstrained Bayesian Approximation) [ 36 ].

Di daerah glikoprotein Spike, seleksi episodik yang signifikan ( p <0,05) ditemukan di 2 lokasi berbeda (posisi nukleotida ke-536 dan 644 menggunakan urutan referensi). Pada urutan ke 536 asam amino urutan virus corona Wuhan terdapat residu Asn sebagai pengganti residu asam Asp, sedangkan pada posisi asam amino 644 terdapat residu Thr sebagai pengganti residu Ala. Seleksi negatif yang signifikan ( p <0,05) di 1.065 lokasi (87%) telah dibuktikan dan dikonfirmasi oleh analisis FUBAR, menunjukkan bahwa wilayah S dapat sangat dilestarikan [ 36 ].

Mengenai situs di bawah tekanan selektif positif yang ditemukan pada Spike glycoprotein, hasilnya menunjukkan bahwa posisi asam amino 536 dalam COVID-19 memiliki residu Asn, sedangkan coronavirus mirip SARS Kelelawar memiliki residu Gln; virus SARS, sebaliknya, memiliki residu Asp. Pada posisi asam amino 644 urutan COVID-19 terdapat residu Thr, sedangkan virus mirip SARS Kelelawar memiliki residu Ser; sebaliknya, virus SARS memiliki residu Ala. Studi lain menyoroti bahwa beberapa residu kunci yang bertanggung jawab untuk mengikat domain pengikat reseptor SARS-CoV ke reseptor ACE2 adalah variabel dalam domain pengikat reseptor COVID-19 (termasuk Asn439, Asn501, Gln493, Gly485, dan Phe486; COVID-19 penomoran), dan sejumlah peristiwa penghapusan dalam posisi asam amino 455–457, 463–464, dan 485–497 terjadi pada strain yang diturunkan dari kelelawar [ 37].

Juga di wilayah ORF1ab, situs potensial di bawah tekanan selektif positif telah ditemukan ( p <0,05). Khususnya, pada posisi asam amino 501, COVID-19 memiliki residu Gln, Coronavirus mirip SARS Kelelawar memiliki residu Thr, dan virus SARS memiliki residu Ala. Pada posisi 723 urutan COVID-19 terdapat residu Ser, sedangkan virus mirip SARS Kelelawar dan virus SARS memiliki residu Gly. Pada posisi asam amino 1.010, COVID-19 memiliki residu Pro, virus korona mirip SARS Kelelawar memiliki residu Nya, dan virus SARS memiliki residu Ile.

Sedangkan untuk residu di posisi 723 (543 dalam protein nsp3), urutan COVID-19 menampilkan Ser, menggantikan Gly di virus korona SARS dan SARS seperti Kelelawar. Dalam kasus ini, dapat dikatakan bahwa substitusi ini dapat meningkatkan kekakuan lokal rantai polipeptida baik untuk efek sterik (berbeda dengan Ser, Gly tidak memiliki rantai samping) dan untuk kemampuan rantai samping Ser membentuk ikatan-H . Selain itu, Ser dapat bertindak sebagai nukleofil dalam lingkungan struktural yang ditentukan, seperti situs aktif enzim, dan dapat menjadi situs fosforilasi. Namun, dalam model I-TASSER, posisi ini diperkirakan memiliki aksesibilitas pelarut yang rendah.

Mengenai posisi asam amino 1.010 (sesuai dengan posisi 192 dari protein nsp3), wilayah homolog dari virus corona seperti SARS Kelelawar dan virus SARS memiliki asam amino polar dan apolar, sedangkan COVID-19 memiliki residu Pro. Dalam hal ini, mungkin berspekulasi bahwa karena tonjolan sterik dan kekakuan Pro, struktur molekul COVID-19 dapat mengalami gangguan konformasi lokal dibandingkan dengan protein dari dua virus lainnya. Dalam nsp3, mutasi berada di dekat domain poliprotein yang mirip dengan fosfatase yang juga ada dalam virus korona SARS (PDB code 2ACF) memainkan peran kunci dalam proses replikasi virus dalam sel yang terinfeksi [ 38 ]. Menurut model I-TASSER, posisi tersebut sebagian dapat diakses oleh pelarut.

Situs di bawah tekanan selektif positif dalam protein ini mungkin menyarankan interpretasi yang mungkin dari beberapa fitur klinis virus ini dibandingkan dengan SARS dan virus korona mirip SARS Kelelawar. Analisis ini harus menemukan situs mana yang mungkin paling umum mengalami perubahan asam amino, memberikan wawasan tentang beberapa protein penting COVID-19 yang terlibat dalam mekanisme masuknya virus dan replikasi virus. Data ini harus berkontribusi untuk meningkatkan pemahaman kita tentang bagaimana virus ini bertindak dalam patogenisitasnya. Selain itu, untuk mengidentifikasi target molekul potensial adalah fundamental untuk mengikuti evolusi molekuler virus, yang dapat menyarankan beberapa situs menarik untuk terapi atau vaksin potensial.

Kesamaan struktural dari wilayah di mana tekanan selektif positif terjadi, dan mutasi stabil yang jatuh pada domain protein nsp2 yang terkait dengan endosom, seharusnya menjadi alasan yang mungkin mengapa virus ini lebih menular daripada SARS. Sebaliknya, mutasi destabilisasi yang terletak di dekat domain fosfatase protein nsp3 dapat menjelaskan mengapa replikasi virus lebih lambat daripada di SARS dengan masa inkubasi yang lebih lama. Bagaimanapun, studi lebih lanjut diperlukan pada aspek ini [ 39 ].

Ketersediaan informasi struktural protein merupakan prasyarat penting untuk interpretasi fenomena biologis. Dalam hal ini, pengetahuan tentang struktur protein virus akan sangat meningkatkan kemungkinan untuk memahami makna biologis dari mutasi yang diamati. Saat ini, hanya struktur sinar-X dari protease COVID-19 nsp5 (kode PBD 6LU7) yang tersedia, meskipun diharapkan banyak struktur lain akan segera tersedia. Sementara itu, pemodelan homologi dapat memberikan petunjuk struktural awal. Pemodelan homologi membutuhkan templat struktural yang memiliki kesamaan urutan yang cukup dengan target. Pada Gambar 1 dan Tabel 1, daftar templat potensial untuk pemodelan homologi dari protein yang dikodekan oleh genom COVID-19 ditampilkan. Struktur dengan cakupan terbesar dan urutan identitas terbesar telah dimasukkan ke dalam Gambar 1 dan Tabel 1 . Berdasarkan daftar ini, terbukti bahwa sebagian besar protein virus berada pada jarak pemodelan dari struktur PDB. Informasi ini harus dieksploitasi secepat mungkin.

Tabel 1.

Kode PDB dari semua model homolog yang menunjukkan kesamaan dengan wilayah SARS-CoV-2 relatif, melaporkan fungsi protein, posisi urutan dalam ORF virus, dan persentase identitas.

Gambar 1.

Pemetaan HHpred dari struktur homolog semua protein yang dikodekan oleh genom 2019-nCoV. Angka di bawah persegi panjang terbuka mengacu pada semua frame pembacaan terbuka (ORF) yang terdeteksi. Garis merah mewakili struktur homolog PDB (Protein Data Bank). Kode PDB dilaporkan dalam garis merah yang sesuai. Rincian diberikan pada Tabel 1.

Filogeni SARS-CoV-2

Analisis filogenetik dari genom SARS-CoV-2 menunjukkan bahwa virus corona baru yang bertanggung jawab atas wabah pneumonia di Wuhan, Cina, termasuk dalam genus Betacoronavirus , subgenus Sarbecovirus [ 37 ]. Dalam genus Betacoronavirus , 2019-nCov ( SARS-CoV-2 ) jauh dari SARS-CoV (sekitar 79% identitas) dan MERS-CoV (sekitar 50% identitas) yang bertanggung jawab atas 2002-2003 [ 4 ] dan 2012 [ 7 ] epidemi, masing-masing, tetapi terkait erat (88% identitas) dengan dua virus korona mirip kelelawar (SARS) kelelawar-SL-CoVZC45 dan kelelawar-SL-CoVZXC21 [37 ].

Asal virus masih belum jelas; namun, analisis genom menunjukkan bahwa SARS-CoV-2 paling dekat hubungannya dengan virus yang sebelumnya diidentifikasi pada kelelawar (Gbr.  2 ). Masuk akal bahwa ada penularan hewan perantara lainnya sebelum diperkenalkan ke manusia. Namun, tidak ada bukti ular sebagai perantara [ 36 ].

Gambar 2.

Pohon filogenetik dari semua urutan 2019-nCov tersedia pada tanggal 9 Februari 2020 ( n = 74, klade wabah kartun), ditambah n = 1 urutan mirip CoV Kelelawar, n = 5 SARS Manusia, n = 4 urutan mirip SARS Kelelawar, dan n = 2 dari MERS. Angka di sepanjang cabang mewakili nilai bootstrap> 0,90. Bilah skala mewakili substitusi yang diharapkan per situs nukleotida.

Menggunakan 74 genom novel coronavirus (nCoV) yang dibagikan secara publik, kami memeriksa keragaman genetik untuk menyimpulkan tanggal nenek moyang yang sama dan tingkat penyebarannya. Kemiripan yang tinggi dari genom menunjukkan bahwa mereka berbagi nenek moyang yang sama. Jika tidak, kami mengharapkan lebih banyak perbedaan antara sampel. Lonjakan dari kelelawar ke manusia kemungkinan besar terjadi pada akhir November atau awal Desember 2019 (25 November 2019; 95% HPD: 28 September 2019; 21 Desember 2019) [ 40 ].

Penelitian sebelumnya tentang virus korona terkait menunjukkan bahwa virus-virus ini menumpuk antara 1 dan 3 perubahan dalam genom mereka per bulan (tingkat 3 × 10 –4 hingga 1 × 10 –3 per situs per tahun). Kalibrasi jam molekuler memperkirakan laju evolusi seluruh rangkaian genom SARS-CoV-2 pada penggantian 6,58 × 10 –3 per situs per tahun (95% HPD: 5,2 × 10 –3 hingga 8,1 × 10 –3 ).

Wabah pertama kali dimulai di Wuhan, Cina, tetapi kasus telah diidentifikasi di banyak negara Asia Timur dan Tenggara, AS, Australia, Timur Tengah, dan Eropa. Vietnam, Jepang, dan Jerman telah melaporkan penularan di dalam negeri, meskipun selalu dengan hubungan yang diketahui ke Wuhan, Cina (Gbr.  3 ).

Gambar 3.

Filogeni kredibilitas klade maksimum diperkirakan menggunakan semua sekuens genom 2019-nCov lengkap dan hampir lengkap yang tersedia hingga 9 Februari 2020 ( n = 74). Probabilitas posterior clade ditampilkan pada node yang didukung dengan baik. Warna mewakili lokasi yang berbeda.

Kesimpulan

Kajian ini merupakan gambaran dari penelitian terkini tentang evolusi molekuler, epidemiologi, dan diagnostik dalam merespon wabah COVID-19. Banyak penelitian telah diterbitkan dalam disiplin ilmu yang berbeda dengan tujuan untuk mengendalikan dan mencegah pandemi ini. Analisis filogenetik dan pemodelan homologi menambah pengetahuan baru bersama dengan metode epidemiologi dan diagnostik. Studi yang mengeksplorasi genom dan struktur protein virus sangat penting untuk menentukan tindakan pencegahan dan pengendalian untuk meminimalkan dampak wabah. Semua pengetahuan ini akan membuka jalan bagi pengembangan vaksin dan terapi antivirus.

Regards

Muhammad Sobri Maulana