Koronavirus

Koronavirus atau virus korona ialah sekumpulan virus berkaitan yang juga merupakan penyebab bagi penyakit di kalangan haiwan mamalia dan burung. Virus-virus ini berupaya menjangkiti manusia bermula dengan simptom-simptom jangkitan saluran pernafasan yang ringan seperti selesema biasa (majoriti disebabkan oleh rinovirus), sehingga penyakit yang boleh membunuh seperti SARS, MERS, dan COVID-19. Gejala-gejala yang dimanifestasi oleh virus korona ke atas spesies yang berbeza boleh berlainan, contohnya penyakit salur pernafasan atas untuk ayam, dan cirit-birit untuk lembu dan khinzir.

Koronavirus membentuk satu subfamili yang dikenali sebagai Orthocoronavirinae daripada famili Coronaviridae, order Nidovirales, dan alam Riboviria. Ia diliputi virus dengan genom RNA bebenang tunggal positif dan nukleokapsid bersimetri heliks.. Ukuran genom koronavirus berkisar antara 26 hingga 32 kilobes, salah satu yang terbesar di antara virus RNA. Virus ini mempunyai pancang berbentuk kelabu yang menonjol dari permukaannya, yang akan membentuk gambar korona suria di bawah mikrograf elektron, yang membentuk penamaannya sebagai koronavirus.

Etimologi
Nama "koronavirus" () terbit daripada kata bahasa Latin corona bermaksud "mahkota" atau "lingkaran" yang juga merupakan pinjaman dari Yunani  korṓnē, "kalungan, lingkaran".

Nama itu diciptakan oleh June Almeida dan David Tyrrell yang pertama kali memerhatikan dan mengkaji koronavirus manusia. Perkataan ini pertama kali digunakan dalam bentuk cetak pada tahun 1968 oleh sekumpulan ahli virologi tidak rasmi dalam jurnal Nature untuk menunjuk famili baru virus.  Nama itu merujuk kepada ciri khas virion (bentuk infektif virus) oleh mikroskop elektron, yang mempunyai pinggiran unjuran permukaan yang besar dan bulat sehingga menghasilkan gambar yang mengingatkan pada korona atau lingkaran cahaya matahari. Morfologi ini dicipta oleh peplomer bulir virus (S), iaitu protein yang mendiami permukaan virus dan menentukan tropisme perumah.

Sejarah

Laporan paling awal mengenai jangkitan koronavirus pada haiwan terjadi pada akhir 1920-an, ketika jangkitan pernafasan akut dari ayam peliharaan yang muncul di Amerika Utara. Arthur Schalk dan M.C. Hawn pada tahun 1931 membuat laporan terperinci pertama yang menggambarkan jangkitan pernafasan ayam baru di Dakota Utara. Jangkitan anak ayam yang baru lahir disifatkan oleh tercungap-cungap dan kelesuan dengan kadar kematian yang tinggi 40-90%. Leland David Bushnell dan Carl Alfred Brandly mengasingkan virus yang menyebabkan jangkitan pada tahun 1933. Virus itu kemudian dikenali sebagai virus bronkitis berjangkit (IBV). Charles D. Hudson dan Fred Robert Beaudette mengulturkan virus itu untuk pertama kalinya pada tahun 1937. Spesimen ini dikenali sebagai strain Beaudette. Pada akhir 1940-an, dua lagi koronavirus haiwan, JHM yang menyebabkan penyakit otak (murin ensefalitis) dan virus hepatitis tikus (MHV) yang menyebabkan hepatitis pada tikus ditemui. Pada masa itu tidak disedari bahawa ketiga-tiga virus yang berlainan ini berkaitan.

Koronavirus manusia ditemui pada tahun 1960 menggunakan dua kaedah yang berbeza di United Kingdom dan Amerika Syarikat. E.C. Kendall, Malcolm Bynoe, dan David Tyrrell yang bekerja di Unit Selsema Biasa Majlis Penyelidikan Perubatan British mengumpulkan virus selesema biasa yang dinamakan B814 pada tahun 1961. Virus ini tidak dapat dibiakkan menggunakan teknik piawai yang sama seperti teknik dalam membiakkan rinovirus, adenovirus dan virus selesema lain yang biasa. Pada tahun 1965, Tyrrell dan Bynoe berjaya membiakkan virus novel dengan menyebarkannya secara bersiri melalui kultur organ trakea embrio manusia. Kaedah pembiakan baru diperkenalkan di makmal oleh Bertil Hoorn. Virus yang telah diasingkan ketika diinokulasi secara intranasal secara tiba-tiba menyebabkan selesema dan dinyahaktifkan oleh eter yang menunjukkan bahawa ia mempunyai kurungan lipid. Dorothy Hamre dan John Procknow di University of Chicago mengasingkan novel selesema dari pelajar perubatan pada tahun 1962. Mereka mengasingkan dan mengembangkan virus dalam kultur tisu ginjal, menetapkannya sebagai 229E. Virus novel ini menyebabkan selesema secara tiba-tiba dan tidak diaktifkan oleh eter sama seperti B814.

Ahli virologi Scotland, June Almeida di St Thomas Hospital, London, bekerjasama dengan Tyrrell, membandingkan struktur IBV, B814 dan 229E pada tahun 1967. Dengan menggunakan mikroskopi elektron ketiga-tiga virus tersebut terbukti berkaitan secara morfologi dengan bentuk umum dan pancang berbentuk belantan. Kumpulan penyelidikan di Institut Kesihatan Nasional pada tahun yang sama dapat mengasingkan ahli virus kumpulan baru ini menggunakan kultur organ dan menamakan salah satu sampel OC43 (OC untuk kultur organ). Seperti B814, 229E, dan IBV, virus selesema novel OC43 mempunyai lonjakan seperti pancang berbentuk belantan yang khas ketika diperhatikan dengan mikroskop elektron.

Virus selesema seperti IBV kemudiannya menunjukkan morfologinya yang berkaitan dengan virus hepatitis tikus. Kumpulan virus baru ini diberi nama koronavirus disebabkan penampilan morfologi yang tersendiri. Koronavirus manusia 229E dan koronavirus manusia OC43 terus dikaji dalam beberapa dekad berikutnya. Strain koronavirus B814 hilang. Tidak diketahui penampilan seperti koronavirus manusia manakah strain tersebut. Koronavirus manusia lain sejak itu dikenal pasti, termasuk SARS-CoV pada tahun 2003, HCoV NL63 pada tahun 2003, HCoV HKU1 pada tahun 2004, MERS-CoV pada tahun 2013, dan SARS-CoV-2 pada tahun 2020. Terdapat juga sebilangan besar koronavirus haiwan yang dikenal pasti sejak tahun 1960-an.

Mikrobiologi

Struktur
Koronavirus adalah zarah sfera pleomorfik besar dan kasar dengan unjuran permukaan yang unik. Ukurannya sangat berubah-ubah dan diameter puratanya secara umum adalah 120 nm. Ukuran melampau diketahui dengan diameter 50 hingga 200 nm.200 nm. Jisim keseluruhan molekul rata-rata 40,000 kDa. Ianya dibungkus oleh kurungan yang disertakan dengan sejumlah molekul protein. Dwilapisan kurungan/sampul lipid, protein membran, dan nukleokapsid melindungi virus ketika berada di luar sel perumah.

Sampul virus terdiri daripada dwilapisan lipid, yang menambat protein struktur membran (M), sampul (E) dan pancang (S). Nisbah E:S:M dalam dwilapisan lipid adalah kira-kira 1:20:300. Protein E dan M adalah protein struktur yang digabungkan dengan lapisan dwilipid membentuk sampul virus dan mengekalkan saiznya. Protein S diperlukan untuk interaksi dengan sel perumah. Tetapi koronavirus manusia NL63 adalah pelik kerana protein M pada virus itu mempunyai tempat ikatan sel perumah, dan bukannya pada protein S. Diameter sampul virus adalah 85 nm. Sampul virus dalam mikrograf elektron muncul sebagai sepasang cangkerang padat elektron (cangkang yang agak legap dengan sinar elektron yang digunakan untuk mengimbas zarah virus).

Protein M adalah protein struktur utama sampul virus yang memberikan bentuk keseluruhan dan merupakan protein membran jenis ketiga (III). Ia terdiri daripada 218 hingga 263 sisa asid amino dan membentuk lapisan dengan ketebalan 7.8 nm. Ia mempunyai tiga domain seperti ektodomain terminus-N pendek, domain transmembran tiga rentang, dan endodomain terminus-C. Domain terminus-C membentuk kekisi seperti matriks yang menambah ketebalan sampul virus tambahan. Spesies yang berlainan boleh mempunyai glikans bersambung dengan -N atau -O dalam domain terminal amino protein mereka. Protein M sangat penting dalam kitaran hidup virus seperti semasa pemasangan, penunasan, pembentukan sampul, dan patogenesis.

Protein E adalah protein struktur kecil dan sangat selalu berubah-ubah dalam spesies yang berbeza. Hanya terdapat sekitar 20 protein E dalam koronavirus. Ia berukuran 8.4 hingga 12 kDa dan terdiri daripada 76 hingga 109 asid amino.  Ia adalah protein integral (iaitu tertanam di lapisan lipid) dan mempunyai dua domain iaitu domain transmembran dan domain terminal-ekstramembrannya hampir sepenuhnya α-heliks, dengan domain transmembran α-helikal tunggal, dan membentuk liang ion pentamerik (lima molekul) di lapisan dwilipid. Mereka bertanggungjawab untuk pemasangan virion, pengangkutan intraselular dan morfogenesis (penunasan).

Pancang adalah ciri koronavirus yang paling berbeza, dan bertanggungjawab untuk pembentukan permukaan seperti korona atau halo. Rata-rata zarah koronavirus mempunyai 74 pancang pada permukaan. Setiap pancang panjangnya kira-kira 20 nm dan terdiri daripada trimer protein S. Protein S seterusnya terdiri daripada subunit S1 dan S2. Protein homotrimerik S adalah pelakuran protein kelas satu (I) yang menjadi pengantara pengikatan reseptor dan pelakuran membran antara virus dan sel perumah. Subunit S1 membentuk kepala pancang dan mempunyai domain pengikat reseptor (RBD). Subunit S2 membentuk batang yang menambat pancang sampul virus dan pengaktifan protease memungkinkan penyatuan. Kedua-dua subunit tersebut tetap dihubungkan secara tidak kovalen kerana mereka terdedah pada permukaan virus, sehingga melekat pada membran sel perumah. Dalam keadaan aktif berfungsi, tiga S1 dilampirkan pada dua subunit S2. Kompleks subunit dibahagikan kepada subunit individu apabila virus mengikat dan menyatu dengan sel perumah di bawah tindakan protease seperti famili katepsin dan transmembran protease serina 2 (TMPRSS2) sel perumah.

Protein S1 adalah komponen yang paling kritikal dari segi jangkitan. Mereka juga merupakan komponen yang paling berubah-ubah kerana mereka bertanggungjawab untuk pengkhususan sel perumah. Mereka memiliki dua domain utama bernama domain N-terminal (S1-NTD) dan domain C-terminal (S1-CTD), yang keduanya berfungsi sebagai domain pengikat reseptor. NTD mengenali dan mengikat gula di permukaan sel perumah. Pengecualian adalah MHV NTD yang mengikat pada protein molekul lekatan sel berkait dengan antigen karsinoembrionik 1 reseptor protein (CEACAM1). S1-CTDs bertanggungjawab untuk mengenalpasti reseptor protein yang berbeza seperti enzim penukaran angiotensin 2 (ACE2), aminopeptidase N (APN), dan dipeptidil peptidase 4 (DPP4).

Sebilangan kecil koronavirus (khususnya anggota subkumpulan A betacoronavirus) juga mempunyai protein permukaan seperti pancang yang lebih pendek yang disebut hemaglutinin esterase (HE). Protein HE bertindak sebagai homodimer yang terdiri daripada sekitar 400 sisa asid amino dan berukuran 40 hingga 50 kDa. Mereka muncul sebagai unjuran permukaan kecil sepanjang 5 hingga 7 nm yang tertanam di antara pancang. Mereka membantu melekat dan melepaskan diri dari sel perumah.

Di dalam sampul virus itu, terdapat [[kapsid|nukleokapsid], yang terbentuk dari beberapa salinan protein nukleokapsid (N), yang terikat pada genom RNA bebenang tunggal positif dalam bentuk jenis seperti manik-pada-tali secara berterusan. Protein N adalah fosfoprotein berukuran 43 hingga 50 kDa, dan dibahagikan kepada tiga domain terpelihara. Sebilangan besar protein terdiri daripada domain 1 dan 2, yang biasanya kaya dengan arginina dan lisina. Domain 3 mempunyai hujung terminal karboksi pendek dan mempunyai cas negatif bersih disebabkan oleh lebihan asid berbanding sisa asid amino bes.

Genom 

Kesemua virus korona mempunyai genom RNA bererti-positif dan bebenang tunggal. Saiz genom koronavirus lazimnya di antara 27 dan 34 kilobes. Saiz genom virus ini merupakan antara yang terbesar di kalangan virus-virus RNA. Genom ini mempunyai satu kepala 5-prima (5') bermetil dan satu ekor 3-prima (3') berpoliadenil.  

Genom koronavirus ini mempunyai organisasi yang berstruktur kepala 5' dengan kawasan tak ditranslasi (kepala 5′-UTR)-replikase/transkriptase-bulir/pepaku (S)-sampul (E)-membran (M)-nukleokapsid (N)- ekor 3' UTR poli-A. Dua per tiga pertama daripada genom virus ini adalah terdiri daripada rangka bacaan terbuka 1a dan 1b, yang mengekod poliprotein replikase dan transkriptase. Poliprotein replikase dan transkriptase terbelah secara sendiri untuk membentuk protein tidak berstruktur (nsps). 

Rangka bacaan di bahagian belakang pula mengekod empat protein berstruktur terbesar yakni protein pepaku, protein sampul, protein membran, dan protein nukleokapsid. Rangka-rangka bacaan lain yang terapit di antara rangka-rangka tersebut adalah rangka bacaan untuk protein-protein hiasan lain. Bilangan protein-protein hiasan dan fungsinya adalah unik bergantung kepada jenis-jenis koronavirus.

Kitaran hidup

Kemasukan 

Jangkitan bermula apabila glikoprotein pepaku (S) virus ini bersambung dengan pelengkap reseptor sel perumah. Selepas penyambungan berjaya, protease dari sel perumah akan terbelah dan mengaktifkan protein pepaku yang tersambung. Pembelahan dan pengaktifan ini membenarkan kemasukan virus ke dalam sel perumah melalui sama ada endositosis atau penyatuan langsung antara envelop virus dengan membran perumah, namun proses ini bergantung kepada ketersediaan protease sel perumah.  

Sewaktu virus ini memasuki sel perumah, zarah virus ini dinyahlapis dan kandungan genom virus ini memasuki sitoplasma sel. Genom RNA koronavirus mempunyai kepala 5' bermetil dan ekor 3' berpoliadenil yang membenarkan RNA virus bergabung dengan ribosom sel perumah untuk proses translasi. Ribosom dari perumah mentranslasi bahagian permulaan dari rangka bacaan terbuka genom virus yang bertindan dan membentuk poliprotein yang panjang. Poliprotein ini juga mempunyai protease tersendiri yang berupaya untuk membelah poliprotein kepada pelbagai protein tak berstruktur.

Pereplikaan 
Sebahagian dari protein-protein tak berstruktur ini akan bertaut untuk membentuk kompleks multiprotein replikase-transkriptase (RTC). Protein replikase-transkriptase yang utama ialah polimerase RNA yang bergantung pada RNA (RdRp). Ianya terlibat secara langsung dalam pereplikaan dan pentranskriptaan RNA dari seutas RNA. Protein-protein tidak berstruktur daripada kompleks tersebut turut terlibat dalam proses replikasi dan transkriptasi. Contohnya, eksoribonuklease (yang juga merupakan sebahagian daripada protein tak berstruktur) terlibat dalam penyemakbetulan rantaian RNA yang direplikasi. Proses ini adalah penting kerana polimerase RNA bergantung pada RNA tidak dapat melakukan proses ini.

Salah satu dari fungsi utama kompleks ini adalah mereplikasi genom virus ini. RdRp secara langsung mengantara sintesis genom RNA bererti-negatif dari genom RNA bererti-positif, dan kemudiannya mensintesis semula genom RNA bererti-positif dari templat genom RNA bererti-negatif. Satu lagi fungsi lain yang penting bagi kompleks ini adalah mentranskript genom virus. RdRp mengantara secara langsung sintesis molekul-molekul subgenom RNA bererti-negatif dari genom RNA bererti-positif, yang dikuti dengan transkripsi molekul-molekul RNA ini kepada pengutus RNA (mRNA) bererti-positif.

Pembebasan 

Genom RNA bererti-positif yang tereplikasi menjadi genom virus-virus progeni. mRNA-mRNA ini merupakan transkrip-transkrip gen daripada sepertiga terakhir genom virus selepas rangka bacaan awal yang bertindan. Mereka ditranslasi oleh ribosom-ribosom perumah kepada protein-protein berstruktur dan sebilangan dari protein-protein aksesori. Translasi RNA berlaku dalam retikulum endoplasma. Protein-protein viral berstruktur S, E dan M bergerak melalui laluan perembesan ke dalam kompartmen sederhana Golgi. Di situ juga, protein-protein M mengawal kebanyakan interaksi-interaksi antara protein yang diperlukan untuk pembentukan virus-virus baharu selepas protein-protein M ini berpaut kepada nukleokapsid. Virus-virus progeni ini dibebaskan melalui vesikel rembesan dari sel-sel perumah melalui proses eksositosis.

Virus-virus korona manusia 

Virus-virus korona berbeza antara satu sama lain dengan ketara dari segi faktor risiko. Sesetengah daripada virus korona boleh menyebabkan penyakit yang membunuh lebih daripada 30% pesakit yang dijangkiti (contohnya MERS-CoV), dan penyakit bagi sesetengah virus lain pula secara relatifnya adalah tidak berbahaya, seperti selesema biasa. Virus-virus ini berupaya untuk menyebabkan selesema dengan gejala-gejala utama seperti demam dan sakit tekak yang berpunca daripada adenoid yang bengkak, dan kebiasaannya jangkitan berlaku pada musim sejuk dan awal musim bunga. Koronavirus boleh menyebabkan pneumonia (sama ada secara langsung daripada virus ataupun jangkitan sekunder dari bakteria) dan bronkitis (juga boleh diperolehi secara langsung daripada virus mahupun secara sekunder dari bakteria). SARS-CoV, sejenis koronavirus manusia yang banyak dikemukakan dalam dunia perubatan ditemui pada tahun 2003, yang juga penyebab sindrom pernafasan akut teruk (SARS), mempunyai ciri patogenesis yang unik kerana ia menyebabkan jangkitan-jangkitan trakus pernafasan atas dan bawah.

Terdapat enam jenis virus-virus korona yang diketahui dengan salah satu daripada spesies-spesies tersebut terbahagi kepada dua sub-strain yang berbeza, menjadikan jumlah strain secara keseluruhannya tujuh. Empat daripada stain-strain ini menyebabkan gejala-gejala selesema biasa yang ringan:
Koronavirus manusia OC43 (HCoV-OC43), daripada genus β-CoV
Koronavirus manusia HKU1, β-CoV, mempunyai persamaan genom dengan OC43 sebanyak 75%
Koronavirus manusia 229E (HCoV-229E), α-CoV
Koronavirus manusia NL63 (HCoV-NL63, Koronavirus New Haven), α-CoV

– dan tiga lagi strain (daripada dua spesies) berupaya untuk menyebabkan gejala-gejala yang teruk, dan ketiga-tiga strain ini adalah daripada kumpulan strain β-CoV:
Koronavirus berkaitan sindrom pernafasan Timur Tengah (MERS-CoV), sebelum ini dikenali dengan nama koronavirus baharu 2012 (novel coronavirus 2012) dan HCoV-EMC
Koronavirus berkaitan sindrom pernafasan akut teruk (SARS-CoV or "klasik SARS")
Koronavirus sindrom pernafasan akut teruk 2 (SARS-CoV-2), sebelum ini dikenali dengan nama 2019-nCoV atau "koronavirus baharu 2019"

Virus-virus korona HCoV-229E, -NL63, -OC43, and -HKU1 menyebar secara berterusan di kalangan populasi manusia dan menyebabkan jangkitan-jangkitan pernafasan secara berterusan di kalangan orang dewasa dan kanak-kanak serata dunia.

Lihat juga 

Zoonosis
Virus bawaan kelawar
 Koronavirus manusia HKU1
 Koronavirus manusia OC43
 Koronavirus manusia 229E
 MERS-CoV
 Koronavirus kelawar Rhinolophus HKU2
 SADS-CoV
 SARS-CoV
 Koronavirus kelawar Pipistrellus HKU5
 Koronavirus kelawar Tylonycteris HKU4
Fermente gıda
 Koronavirus kelawar Rousettus HKU9
 Bat SL-CoV-WIV1 
 London1 novel CoV/2012 
 HCoV-EMC/2012
 2019-nCoV''

Rujukan

Bacaan lanjut

Pautan luar 

 Virus Pathogen Database and Analysis Resource (ViPR): Coronaviridae 
 German Research Foundation (Coronavirus Consortium)

Virologi haiwan