ประเด็นน่ารู้เกี่ยวกับไวรัส SARS-CoV-2: ไวรัสที่ก่อให้เกิดโรคโควิด-19
รศ.ดร.พญ.ทวิติยา สุจริตรักษ์
สาขาวิชาโรคติดเชื้อ ภาควิชากุมารเวชศาสตร์
คณะแพทยศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่
บทนำ
ไวรัสโคโรนา (Coronavirus)
ไวรัสซาร์ส-โควี-2 (Severe Acute Respiratory Syndrome-Coronavirus-2; SARS-CoV-2)
ประเด็นน่าสนใจของไวรัส SARS-CoV-2
ไวรัสซาร์ส-โควี-2 เกิดขึ้นได้อย่างไร และเป็นไวรัสที่มนุษย์สร้างขึ้นได้หรือไม่
สมมติฐานที่ 1: ไวรัสซาร์ส-โควี-2 เป็นไวรัสที่อุบัติขึ้นมาใหม่ (มีความเป็นไปได้มากที่สุด)
สมมติฐานที่ 2: ไวรัสซาร์ส-โควี-2 เป็นไวรัสที่มนุษย์สร้างขึ้นมา (มีความเป็นไปได้น้อย)
สมมติฐานที่ 3: ไวรัสซาร์ส-โควี-2 เกิดจากการกลายพันธุ์ของไวรัสโคโรนาชนิดอื่นๆ ที่สามารถก่อโรคในมนุษย์ได้ (มีความเป็นไปได้น้อย)
ด้วยหลักฐานทางวิทยาศาสตร์ในปัจจุบัน พบว่าสมมติฐานที่ว่าไวรัสซาร์ส-โควี-2 เกิดจากการกลายพันธุ์ของไวรัสโคโรนาชนิดอื่นๆ ที่สามารถก่อโรคในมนุษย์ (other human coronaviruses) นั้น มีความเป็นไปได้น้อย เนื่องจากโครงสร้างหลักของไวรัสซาร์ส-โควี-2 นั้น มีความชัดเจนและจำเพาะเจาะจงมาก (distinct backbone) ดังที่กล่าวไปแล้วเบื้องต้น และร่องรอยทางพันธุกรรมของไวรัสชนิดนี้ มีความแตกต่างกับไวรัสโคโรนาที่สามารถก่อโรคในมนุษย์ชนิดอื่นๆ เป็นอย่างมาก กล่าวคือ แตกต่างจากไวรัสซาร์ส-โควี (SARS-CoV) ที่ทำให้เกิดโรคทางเดินหายใจเฉียบพลันรุนแรง หรือโรคซาร์ส มากถึงร้อยละ 20 และแตกต่างจากไวรัสซาร์สของค้าวคาว (bat SARS-like coronavirus) ประมาณร้อยละ 4 (คิดเป็นประมาณ 800 นิวคลีโอไทด์)4 ซึ่งต้องใช้ระยะเวลาในการวิวัฒนาการตามธรรมชาติ (natural evolution) ประมาณ 50 ปีเป็นอย่างน้อย จึงจะได้ไวรัสที่มีลักษณะเหมือนกับไวรัสซาร์ส-โควี-2 ที่พบในปัจจุบัน ดังนั้นจึงมีความเป็นไปได้น้อยมากที่ไวรัสซาร์ส-โควี-2 จะเกิดจากการกลายพันธุ์ของไวรัสโคโรนาชนิดอื่นๆ ที่สามารถก่อโรคในมนุษย์ได้
การอุบัติใหม่ของไวรัสซาร์ส-โควี-2
จากการศึกษาของ Andersen และคณะ (2020) ได้มีการตั้งสมมติฐานของการอุบัติใหม่ของไวรัสซาร์ส-โควี-2 ไว้ 2 สมมติฐาน5 ดังนี้
เนื่องจากผู้ป่วยด้วยโรคโควิด-19 กลุ่มแรกในประเทศจีนมีประวัติเกี่ยวข้องกับตลาดค้าสัตว์ในเมืองอู่ฮั่น ทำให้มีความเป็นไปได้ว่าสัตว์ที่เป็นแหล่งต้นตอของไวรัสซาร์ส-โควี-2 นั้น อาจมาจากสัตว์ในพื้นที่ดังกล่าว โดยจากหลักฐานในปัจจุบันเชื่อว่าค้างคาวเป็นสัตว์ที่มีความเป็นไปได้มากที่สุดที่จะเป็นแหล่งต้นตอของการอุบัติใหม่ของไวรัสชนิดนี้ เนื่องจากเมื่อวิเคราะห์ความสัมพันธ์เชิงวิวัฒนาการ (phylogenetic tree) พบว่าไวรัสซาร์ส-โควี-2 มีความใกล้เคียงกับไวรัสซาร์สของค้าวคาว (bat SARS-like coronavirus) ประมาณร้อยละ 964 อย่างไรก็ตามเมื่อพิจารณาเพิ่มเติมแล้ว พบว่าลำดับของกรดอะมิโนทั้ง 6 ชนิด บน RBD ของไวรัสซาร์สของค้าวคาว มีความแตกต่างจากของไวรัสซาร์ส-โควี-2 ดังนั้นไวรัสซาร์สของค้าวคาวไม่น่าจะสามารถก่อให้เกิดโรคในมนุษย์ได้โดยตรง เนื่องจาก RBD ไม่สามารถจับกับโปรตีน ACE2 บนผิวเซลล์มนุษย์ได้ดี ดังนั้นแสดงว่าไวรัสซาร์สของค้าวคาวต้องมีการคัดเลือกตามธรรมชาติในสัตว์ตัวกลาง (intermediate host) ก่อน เพื่อเพิ่ม polybasic cleavage site ในโปรตีนตรงส่วนหนาม (spike protein) ของไวรัส รวมทั้งปรับเปลี่ยน RBD ให้สามารถจับกับโปรตีน ACE2 บนผิวของเซลล์มนุษย์ได้ดีที่สุด ก่อนที่จะถ่ายทอดโรคมาสู่มนุษย์ (zoonotic infection) ทั้งนี้ในปัจจุบันยังไม่มีหลักฐานยืนยันที่แน่ชัดว่าสัตว์ตัวกลางนั้นเป็นสัตว์ชนิดใด แต่มีความเป็นไปได้ว่าอาจเป็นลิ่นซุนดา (Malayan pangolin, Manis javanica)5
สมมติฐานนี้เชื่อว่าการคัดเลือกตามธรรมชาติของไวรัสซาร์ส-โควี-2 ได้แก่ การเพิ่ม polybasic cleavage site ในโปรตีนตรงส่วนหนาม (spike protein) ของไวรัส รวมทั้งปรับเปลี่ยน RBD เพื่อให้ไวรัสสามารถจับกับโปรตีน ACE2 บนผิวของเซลล์มนุษย์ได้ดีนั้น เกิดขึ้นหลังจากที่ไวรัสซาร์ส-โควี-2 ถ่ายทอดมาสู่มนุษย์แล้วแต่ยังไม่ก่อให้เกิดโรคหรืออาการผิดปกติ (undetected human-to-human transmission) โดยหลังจากที่ไวรัสมีวิวัฒนาการเพิ่มเติมทำให้สามารถเข้าเซลล์มนุษย์ได้ดีแล้วนั้น จึงทำให้เกิดการแพร่ระบาดเป็นวงกว้างตามมา ทั้งนี้หากสมมติฐานนี้เป็นจริง แสดงว่าการอุบัติใหม่ของไวรัสซาร์ส-โควี-2 รวมถึงการถ่ายทอดของเชื้อไวรัสชนิดนี้จากสัตว์มาสู่มนุษย์ในช่วงแรกนั้น อาจเกิดขึ้นตั้งแต่ช่วงปลายเดือนพฤศจิกายน ถึงต้นเดือนธันวาคม พ.ศ. 25625
ไวรัสซาร์ส-โควี-2 มีการกลายพันธุ์หรือไม่ และมีผลกระทบอย่างไรบ้าง
เนื่องจากไวรัสซาร์ส-โควี-2 เป็นไวรัสชนิดอาร์เอ็นเอ (RNA virus) จึงมีโอกาสกายพันธุ์ (mutation) ได้สูงมาก ในปัจจุบันการกลายพันธุ์ที่มีความสำคัญทางระบาดวิทยา คือ การกลายพันธุ์ของสารพันธุกรรมเพียงตำแหน่งเดียว (single nucleotide mutation) ตรงตำแหน่งที่ 614 ทำให้กรดอะมิโนเปลี่ยนแปลงจาก aspartate (D) เป็น glycine (G) หรือที่เรียกว่าการกลายพันธุ์แบบ D614G โดยไวรัสซาร์ส-โควี-2 สายพันธุ์ดังกล่าวได้แพร่กระจายไปทั่วโลกในเวลาอันรวดเร็ว และกลายเป็นสายพันธุ์หลักที่ก่อให้เกิดโรคโควิด-19 ในปัจจุบัน (รูปที่ 3)6,7 ทั้งนี้ไวรัสซาร์ส-โควี-2 ที่มีการกลายพันธุ์แบบ D614G นั้น จะสามารถก่อให้เกิดการติดเชื้อได้ดีกว่า (more infectious) เนื่องจากไวรัสสามารถจับกับโปรตีน ACE2 และเข้าสู่เซลล์มนุษย์ได้ดีขึ้น7,8 นอกจากนี้ไวรัสที่มีการกลายพันธุ์ดังกล่าวยังสามารถแพร่กระจายและติดต่อได้ดีขึ้น (more transmissible) เนื่องจากมีหลักฐานทางการแพทย์แสดงให้เห็นว่าปริมาณของไวรัสชนิดกลายพันธุ์แบบ D614G จะเพิ่มมากขึ้นในเยื่อบุทางเดินหายใจส่วนบนของมนุษย์ ทำให้มีการแพร่กระจายของไวรัสได้ดียิ่งขึ้น9 อย่างไรก็ตามการกลายพันธุ์ของไวรัสดังกล่าว ไม่ทำให้ไวรัสสามารถหลบหนีจากภูมิคุ้มกันชนิด neutralizing antibody ที่ร่างกายสร้างขึ้นมาได้ เนื่องจากตำแหน่งของการกลายพันธุ์ไม่ได้อยู่บน RBD ของโปรตีนตรงส่วนหนาม (spike protein) ของไวรัส ซึ่งเป็นตำแหน่งที่เป็นเป้าหมายของ neutralizing antibody7 และไม่มีผลกระทบต่อประสิทธิภาพของวัคซีนป้องกันโรคโควิด-19 (หากมีการพัฒนาสำเร็จ) เนื่องจากภูมิคุ้มกันโรคที่สร้างขึ้นต่อไวรัสสายพันธุ์ที่นำไปผลิตวัคซีนสามารถข้ามมาป้องกัน (cross protection) ไวรัสที่มีการกลายพันธุ์แบบ D614G ได้ด้วย7,10
สรุป
ไวรัสซาร์ส-โควี-2 เป็นไวรัสที่มีการอุบัติใหม่ และสามารถก่อโรคโควิด-19 ในมนุษย์ได้ ในปัจจุบันพบการกลายพันธุ์ของไวรัสไปแล้ว อย่างไรก็ตามองค์ความรู้ทางด้านไวรัสวิทยาของเชื้อไวรัสชนิดนี้ ยังคงต้องมีการติดตามอย่างต่อเนื่องต่อไป
1. World Health Organization. Naming the coronavirus disease (COVID-19) and the virus that causes it [Internet]. 2020 [cited 2020 November 9]. Available from: https://www.who.int/emergencies/diseases/novel-coronavirus-2019/technical-guidance/naming-the-coronavirus-disease-(covid-2019)-and-the-virus-that-causes-it
2. World Health Organization. WHO Director-General's opening remarks at the media briefing on COVID-19 - 11 March 2020 [internet]. 2020 [cited 2020 November 9]. Available from: https://www.who.int/dg/speeches/detail/who-director-general-s-opening-remarks-at-the-media-briefing-on-covid-19---11-march-2020
3. Li X, Luk H, Lau S, Woo P. Human coronavirus: General features. Reference Module in Biomedical Sciences. 2019: B978-0-12-801238-3.95704-0.
4. Zhou P, Yang XL, Wang XG, et al. A pneumonia outbreak associated with a new coronavirus of probable bat origin. Nature. 2020;579:270-3.
5. Andersen KG, Rambaut A, Lipkin WI, Holmes EC, Garry RF. The proximal origin of SARS-CoV-2. Nat Med. 2020;26(4):450-2.
6. Korber B, Fischer WM, Gnanakaran S, et al. Tracking changes in SARS-CoV-2 spike: Evidence that D614G increases infectivity of the COVID-19 virus. Cell. 2020;182(4):812-827.e19.
7. Callaway E. The coronavirus is mutating - does it matter? Nature. 2020;585(7824):174-7.
8. Zhang L, Jackson CB, Mou H, et al. The D614G mutation in the SARS-CoV-2 spike protein reduces S1 shedding and increases infectivity. https://doi.org/10.1101/2020.06.12.148726.
9. Plante JA, Liu Y, Liu J, et al. Spike mutation D614G alters SARS-CoV-2 fitness and neutralization susceptibility. doi: https://doi.org/10.1101/2020.09.01.278689.
10. Weissman D, Alameh MG, de Silva T, et al. D614G spike mutation increases SARS CoV-2 susceptibility to neutralization. doi: https://doi.org/10.1101/2020.07.22.20159905.
รูปที่ 2 ลักษณะโปรตีนตรงส่วนหนาม (spike protein) ของไวรัสซาร์ส-โควี-2
คัดลอกจากเอกสารอ้างอิงที่ 5
รูปที่ 3 การกลายพันธุ์ของไวรัสซาร์ส-โควี-2
คัดลอกจากเอกสารอ้างอิงที่ 6