SARS-CoV-2

SARS-CoV-2 (lyhenne englanninkielisistä sanoista "severe acute respiratory syndrome coronavirus 2", , aiemmin 2019-nCoV) on Kiinan Wuhanista 7. tammikuuta 2020 ensi kerran eristetty koronavirus, joka aiheuttaa COVID-19 nimisen taudin. Virus on aiheuttanut vuoden 2019 lopussa alkaneen SARS-CoV-2-pandemian. SARS-CoV-2 on positiivisjuosteinen RNA-virus eli ssRNA(+)-virus ja beetakoronavirus. SARS-CoV-2:n perimä on samankaltainen SARS:ia aiheuttavan koronaviruksen (SARS-CoV) kanssa.
Nimet.
Virusta on kutsuttu muun muassa nimillä Wuhanin koronavirus, Wuhanin nuha, uusi koronavirus tai yleisesti vain koronavirukseksi.
2019-nCo-virus eli 2019-nCoV (eng. "2019-novel coronavirus", "2019 uusi koronavirus") oli Maailman terveysjärjestö WHO:n aluksi suosittelema väliaikainen nimi virukselle. Nimeämisessä WHO:n pyrkimyksenä oli välttää paikannimiä, jotta nimi ei leimaisi mitään ihmisryhmää. 11. helmikuuta 2020 WHO antoi viruksen aiheuttamalle taudille nimen COVID-19 (eng. "coronavirus disease 2019, "koronavirustauti 2019""). Samana päivänä Kansainvälinen virusluokituskomitea ICTV antoi virukselle uuden nimen, SARS-CoV-2 (eng. "severe acute respiratory syndrome coronavirus 2", "SARS-koronavirus 2"), jota komitea suosittelee käytettävän nimen 2019-nCoV sijaan. Nimi tulee viruksen perimän samankaltaisuudesta SARS:ia aiheuttavan koronaviruksen (SARS-CoV) kanssa. ICTV vaihtoi SARS-CoV-2:n nimen elokuussa 2023 ja antoi uudeksi lajinimeksi "Betacoronavirus pandemicum."
Rakenne ja invaasiomekanismi.
SARS-CoV-2 on seitsemäs tunnettu koronavirus, joka on tarttunut ihmiseen. Muita ovat olleet SARS:ta aiheuttava SARS-CoV ja MERS:ää aiheuttava MERS-CoV sekä HCoV-OC43, HCoV-229E, HCoV-NL63 ja HCoV-HKU1.
Kuten SARS:n ja MERS:n aiheuttajat, SARS-CoV-2 on beetakoronavirus. Se koostuu kapsidista, jota ympäröi rasva-ainekalvo. Viruksen halkaisija on 50–200 nanometriä (metrin miljardisosaa). Kapsidin sisällä on viruksen perimä. SARS-CoV-2 on muiden koronavirusten tapaan positiivinen RNA eli ssRNA(+)-virus. Perimä siis koostuu yhdestä RNA-juosteesta. Juosteen pituus on noin 30 000 nukleotidia. Perimä koodaa 16 rakenteeseen liittymätöntä proteiinia (nsp, eng. "non-structural proteins"). Esimerkki tällaisesta proteiinista on viruksen monistumiseen vaadittu RNA-replikaasi. Nsp3 ja nsp4 ovat vastuussa replikaatio-organellin luomisesta, joka koostuu kahden membraanin vesikkelistä (DMV, eng. double membrane vesicles), joka kiinnittyy solulimakalvostoon nsp6:n avulla. 
Viruksen koodaamia proteiineja ovat sen lipidikalvon pinnan useat spike-glykoproteiinit. Kussakin on S1- ja S2-proteiinidomeenit. S1- ja S2 domeenit ovat ei-kovalenttisesti toisiinsa sidottuja, mikä auttaa domeenien aktivoitumiseskaskaadissa tarttumisen aikana. Ihmisissä viruksen spike-proteiini 1 (S1) kiinnittyy ensiksi tartuttamansa solun solukalvossa olevaan ACE2 eli angiotensiinikonvertaasi 2 -reseptoriin, joka aiheuttaa proteiinissa konformaatiomuutoksen. Kiinnittymisen jälkeen solun pinnalla ollessa TMPRSS2 (transmembraaniproteaasi seriini 2) reseptoreja, virusproteiini S1 tunnistaa nämä ja aktivoituu uudelleen konfromatiivisesti muuttuen. TMPRSS2 aiheuttaa S1-domeenin karistamisen ja S2-domeenin S2'-reaktiokeskuksen paljastumisen. S2’-keskus auttaa virusta luomaan viruksen ja kohdesolun lipidikalvojen välille fuusiokanavan, jota kautta viruksen RNA pääsee solun sisään. Jos solun solukalvolla ei ole TMPRSS2-reseptoreja, solu ottaa virionin endosytoosilla solun sisään hajotettavaksi. Endosomissa oleva virioni pyritään happamoittamaan, ja prosessissa olevat katepsiinit ja varsinkin katepsiini L voivat aktivoida S1:n karistamisen ja S2’-reaktiokeskuksen paljastumisen ja aiheuttavat lopulta fuusiokanavan syntymisen endosomin ja viruslipidin kanssa. Viruksen RNA:n päätyminen infektoitavien solujen sisään voi siis tapahtua joko endosomaalisen tai solunpinnan kautta, riippuen solujen TMPRSS2 ekspressiosta. Eri SARS-Cov-2-variantit suosivat erilaisia invaasioreittejä. Viruksen RNA vapautuu soluun, jolloin solu monistaa RNA:n ja tuottaa siitä viruksen proteiineja. RNA:t ja proteiinit koostuvat uusiksi viruksiksi, jotka purkautuvat ulos solusta. S1-domeeni voi kiinnittyä myös neuropiliini 1 -proteiiniin (NRP1), jonka kautta virus voi myös tartuttaa solun ACE2:n sijaan.
Viruksen piikkiproteiinin konformaatio voi olla joko suljettu tai avoin. Konformaatio vaikuttaa osaan viruksen ominaisuuksista. Suljettu konformaatio suojaa virusta neutralisoivilta vasta-aineilta ja siten mahdollistaa viruksen paremman selvitymisen isäntäorganismissa. Suljetussa konformaatiossa viruksen sitoutuminen ACE2-reseptoriin on myös vahvempi. Viruksen piikkiproteiinin konformaation ollessa avoin, virus pääsee tehokkaammin siirtymään isäntäsoluun. Sitoutuminen ACE2-reseptoriin ei ole yhtä vahva, kuin suljetussa konformaatiossa, mutta se taphtuu todennäköisemmin. Konformaatiomuutos mahdollistaa viruksen tehokkaamman leviämisen, kun se pystyy piilottelemaan isäntäorgamismin immuunivasteelta, ja samalla siirtymään isäntäsoluihin tehokkaasti. Konformaatiomuutoksen aiheuttaa mutaatio S1-domeenissa, ribosomin sitoutumispaikassa numero 417. Mutaatio on K417V, jossa lysiini on muuttunut valiiniksi. Tämä mutaatio mahdollistaa useamman SARS-CoV-2 -viruksen piikkiproteiinin rakenteen muuttua siten, että konformaatio muuttuu suljetusta avoimeksi, ja siten myös osa ominaisuuksista muuttuu. 
Sen lisäksi, että piikkiproteiinit mahdollistavat viruksen tunkeutumisen isäntäsoluun, SARS-CoV-2 S2 piikkiproteiinilla on havaittu olevan myös immuunijärjestelmää aktivoivia ominaisuuksia. S2 itsessään ei kykene tähän, mutta siitä lähtöisin oleva peptidi nimeltään P3 kykenee vapautuessaan esimerkiksi isäntäsolun proteosomin hajotuksen ansiosta. Tämän peptidin sekvenssi on osittain homologinen tunnettujen superantigeenien SEB, E ja H (stafylokokkien enterotoksiineja) kanssa, joka osittain selittää P3:n kykyä aktivoida immuunisoluja. Laskennallisen mallinnuksen perusteella P3 vaikuttaisi myös toimivan samaan tapaan kuin superantigeenit sitoutumalla T-solureseptorien (TCR) ja antigeenejä esittelevien MHC-II reseptorien runkojen β-ketjuihin ja näin pakottamalla T-solut aktivoitumaan. P3:n interaktio näiden reseptorien kanssa johtaa T-solujen yliaktivaatioon, joka voi pahimmillaan johtaa sytokiinimyrskyihin ja koko kehon shokkitiloihin.
SARS-Cov-2:ssa on piikkiproteiinissa geenipätkä (ns. "furin clevage site") joka puuttuu muista lähisukuisista koronaviruksista. Kyseisen pätkän koodaama proteiini aiheuttaa piikkiproteiinien S1 ja S2 domeenien ei-kovalenttisen sitoutumisen, kun niiden välinen furin cleavage site pilkotaan furiinin toimesta solussa, jossa viruspartikkelit tuotetaan. Tämä piikkiproteiinin pilkkominen kahteen helpottaa viruksen kiinnittymistä ihmisen soluihin, minkä vuoksi virus leviää tehokkaasti ihmisten keskuudessa. Kyseisen geenipätkän ilmaantumista viruksen perimään pidetään edelleen mysteerinä 
Alkuperä.
"The Wall Street Journalin" mukaan kolme Kiinan Wuhanissa sijaitsevan virologisen instituutin tutkijaa hakeutui marraskuussa 2019 sairaalaan oireiden vuoksi, jotka olivat samoja kuin SARS-CoV-2-viruksen aiheuttamat. Ensimmäinen diagnosoitu koronavirustapaus vahvistettiin Wuhanissa seuraavan kuukauden 8. päivänä, mutta koronaviruksen oli täytynyt kiertää sitä ennen alueella joitakin viikkoja. Kiinan viranomaiset ilmoittivat myöhemmin, että varhaisin tunnettu tartunta oli ilmennyt jo 17. marraskuuta. 
Laboratoriohypoteesi.
Wuhanissa sijaitsevan virologisen instituutin tutkimuslaboratorioissa ympättiin vuonna 2019 lepakoiden koronaviruksiin uusia piikkiproteiinisia geenejä, minkä jälkeen tutkittiin, millaisen taudin ne aiheuttivat humanisoiduissa hiirissä. Laboratorion tutkijat kertoivat löytäneensä yli sata uutta hyvin paljon SARSia muistuttavaa virusta, jotka kykenivät tarttumaan ihmisiin. Yhdysvaltalaisviranomaiset olivat havainneet tarkastuskäyntinsä yhteydessä, ettei kyseisen laboratorion henkilökunta ollut riittävän perehtynyttä turvatoimiin, joiden tarkoitus on varmistaa, etteivät virukset pääse tarttumaan ihmisiin. Asiaa on ollut kuitenkin vaikea selvittää tarkemmin, koska Kiina ei ole suostunut laboratorion työntekijöiden haastatteluihin, eikä instituutti ole luovuttanut tietokantojaan.
Saksan ulkomaantiedustelupalvelu BND arvioi vuonna 2020, että pandemian aiheuttanut koronavirus vapautui vahingossa 80–90 prosentin todennäköisyydellä Wuhanin virologian instituutin laboratoriosta. BND:n arvio perustui avoimen datan lisäksi liittokansleri Angela Merkelin tilaamaan julkaisematta jätettyyn tiedusteluoperaatioon nimeltä ”Saaremaa”. BND:n mukaan oli viitteitä siitä, että kiinalaislaboratoriossa oli tehty riskialttiita kokeita, joissa viruksia muokattiin helpommin leviäviksi. Laboratoriossa oli myös rikottu useita turvallisuussääntöjä. BND:n arvio levisi julkisuuteen vasta vuonna 2025.
Wuhanin tutkimushanketta rahoittaneen yhdysvaltalaisen Eco Health Alliancen johtaja Peter Daszak järjesti keväällä 2020 Lancet-tiedelehteen 27 tutkijan kannanoton, jossa he asettuivat tukemaan kiinalaisten tutkijoiden, terveysviranomaisten ja lääkärien "tarmokasta", "ripeää", "avointa", "läpinäkyvää" ja "huomattavaa" toimintaa uuden viruksen leviämisen rajoittamiseksi ja sen alkuperän selvittämiseksi. Allekirjoittajat ilmaisivat samalla huolensa siitä, että viruksen alkuperästä levitetyt juorut, misinformaatio ja salaliittoteoriat vaarantaisivat kyseisen toiminnan. Allekirjoittaneiden mukaan eri maista lähtöisin olevat tutkijat ovat lisäksi päätyneet "ylivoimaisesti" siihen, että uusi koronavirus on peräisin villieläimistä, kuten monet aikaisemmatkin taudinaiheuttajat. Facebook ryhtyi sensuroimaan salaliitoteoriaväitteiden vuoksi aiheeseen liittyvää keskustelua, eivätkä laboratorioteoriasta kiinnostuneet tutkijat uskaltaneet käsitellä aihetta leimautumisen pelossa. Toukokuussa 2021 "Science"-tiedelehdessä julkaistiin kuitenkin vetoomus SARS-CoV-2:n alkuperää koskevan perusteellisen selvityksen käynnistämiseksi, jossa tutkittaisiin puolueettomasti myös sitä mahdollisuutta, että kyseessä olisi laboratoriokarkulainen. Vetoomuksen allekirjoittajat ovat mikrobiologian ja epidemiologian tutkijoita muun muassa Yalen, Stanfordin ja Baselin yliopistoista. Vetoomuksessa on 18 allekirjoittajaa.
Brittiläinen "The Sunday Times" -lehti päätyi vuonna 2023 siihen tulokseen, että SARS-CoV-2-virus todennäköisesti karkasi Wuhanin virologisesta instituutista, jossa kehitettiin armeijan rahoituksella sekä rokotteita että biologisiksi aseiksi tarkoitettuja virusmuunnoksia. Tutkijat löysivät vuonna 2016 Yunnan-maakunnan kaivosluolasta uudenlaisia, tappavia koronaviruksia, mutta salasivat tiedon löydöstä. Salaisessa ohjelmassa pyrittiin sen jälkeen kehittämään herkemmin tarttuvia koronaviruksia. Virus pääsi leviämään laboratoriosta onnettomuuden seurauksena. Myös Yhdysvaltain energiaministeriö arveli vuonna 2023, että pandemian alkulähde olisi laboratoriovuodossa. Suurin osa muista valtion virastoista kannatti kuitenkin luontaisen leviämisen hypoteesia.
Yhdysvaltain tiedustelupalvelu CIA:n kanta oli pitkään se, ettei sillä ollut tarpeeksi tietoa viruksen alkuperästä. Se uudisti kuitenkin arviotaan vuonna 2025. Uuden arvion mukaan koronavirus on "todennäköisemmin" lähtöisin laboratoriosta kuin eläimistä. Virasto painotti samalla sitä, ettei aiheesta ole saatavilla kovin luotettavaa tietoa. 
Luontaisen leviämisen hypoteesi.
Ensimmäistä laajempaa koronaviruksen aiheuttamaa epidemiaa yhdisti se, että potilaat olivat vierailleet Wuhanissa sijaitsevalla Huanan kalatorilla. Kyseisellä torilla kaupattiin kalojen lisäksi myös villieläimiä, joita käytetään perinteisessä kiinalaisessa lääketieteessä ja ruuanlaitossa. Kiinan tautientorjunnan keskuksen johtaja Gao Fu ilmoitti tammikuussa 2020, että Kiinasta löydetyn uuden koronaviruksen alkuperänä olisi Wuhanin kalatorilla laittomasti myydyt villieläimet. Kyseisellä torilla oli myynnissä noin 50 eri lajin selkärankaista villiä eläinlajia. Viruksen epäiltiin aluksi siirtyneen ihmiseen naamaripalmunäädästä, minkä jälkeen alettiin epäillä lepakoita. Muina mahdollisina väli-isäntinä on pidetty käärmeitä, mäyriä, rottia ja muurahaiskäpyjä. Kalatori-teorian puolustajat ovat korostaneet, että häkeissä stressaantuneiden villieläinten immuunipuolustus on tavallista heikompi, mikä edesauttaa virusten leviämistä. Sitä, mikä välittäjälaji olisi ollut kyseessä, ei ole saatu koskaan selville.
Jos virus on syntynyt luontaisen evoluution kautta, sen on täytynyt levitä hyvin nopeasti eläimistä ihmisiin. Syynä on se, että epidemian levitessä ihmisistä vuoden 2020 tammikuun loppuun mennessä löydettyjen SARS-CoV-2-kantojen perimät olivat keskenään yli 99,9-prosenttisesti samankaltaisia vaikka koronavirusten tyypillinen mutaatiotaajuus on nopea eli 1/1000 mutaatiota per nukleotidi per vuosi.
Muita hypoteeseja.
Kiinassa on levitelty myös teoriaa, jonka mukaan SARS-CoV-2 ei olisikaan peräisin Wuhanista. Paikallisten asukkaiden keskuudessa on käsitys, että virus olisi tullut Wuhaniin siellä 18.–27. lokakuuta 2019 järjestettyjen Sotilasurheilun maailmankisojen (Military World Games) ansiosta. Virusta on kuitenkin saattanut olla Wuhanissa jo elokuussa 2019. 
Toisissa teorioissa on esitetty, että virus olisi saapunut Kiinaan ulkomaisen pakasteruoan mukana. Tälle väittämälle ei ole kuitenkaan olemassa tieteellistä pohjaa. Helsingin yliopiston zoonoosivirologian professori Olli Vapalahden mukaan on ilmeistä, että virus lähti leviämään Wuhanista.
Tutkimus.
SARS-CoV-2:n perimän selvittivät sekvensoimalla ensimmäisen kerran kiinalaiset tutkijat, ja se julkaistiin 12. tammikuuta 2020 GenBank-tietokannassa. Sekvensoitu virus eristettiin ensimmäisenä kiinalaismieheltä, joka oli 26.12.2019 hengenahdistuksen takia hakeutunut hoitoon Wuhanin keskussairaalaan. Mies oli aiemmin ollut töissä Wuhanin merieläimiä myyvällä torilla. Yksi ensimmäisistä tutkimuksista uuden viruksen aiheuttamasta taudista ja viruksen mahdollisesta alkuperästä julkaistiin Nature-tiedelehdessä 3.2.2020.
Kanadalaistutkijat ilmoittivat, että he onnistuivat eristämään ja kopioimaan viruksen maaliskuussa 2020.
Virus ylittää veri-aivoesteen ja vaikuttaa aivosoluihin. Tätä vaikutusta tutkitaan A. I. Virtanen -instituutissa Neurobiology of Disease -tutkimusryhmässä.
Virusmuunnokset.
Kun SARS-CoV-2 leviää maailmalla, siitä kehittyy muunnoksia. Vuoden 2021 tammikuussa tunnetuimmat muunnokset Suomessa olivat Britannian virusmuunnos ja Etelä-Afrikan virusmuunnos. Britannian muunnos levisi nopeammin kuin alkuperäinen Wuhanista lähtenyt virustyyppi. Tätä muunnosta 20B/501Y.V1 tai B.1.1.7 epäiltiin myös tappavammaksi kuin Wuhanin virusta.
Etelä-Afrikassa tavattu virusmuunnos 20C/501Y.V2 tai B.1.351 oli vastustuskykyisempi rokotteille kuin alkuperäinen virusmuoto. Tämä viruslaji tarttuu Britanniankin virusta herkemmin. Keväällä 2021 löydettiin uusi Vietnamin muunnos, joka tarttuu helpommin kuin mikään muu virusmuunnos aikaisemmin. Vietnamin muunnos on kehittynyt Britannian virusmuunnoksesta. 
Marraskuussa 2021 löydettiin uusi virusmuunnos Etelä-Afrikasta. WHO antoi variantti B.1.1.529 nimeksi Omicron. Omicronilla on paljon uusia mutaatioita ja WHO määritti variantin huolestuttavaksi. 
Omicron-muunnos muuttui valtamuunnokseksi Skotlannissa muutamassa viikossa eristetyistä näytteistä. Sen nopeaa leviämistä ihmisten välillä sekä ihmisiin, joilla on immuunitunnistusta muita muunnoksia vastaan joko sairastetusta taudista tai rokotteista, edesauttavat runsaat mutaatiot tarttumiseen liittyvässä piikkiproteiinissa. Mutaatiot vaikuttavat Omicron-alavarianttien vasta-aineisiin sitoutuviin alueisiin ja tekevät niistä resistentimpiä muista muunnelmista jo saadulle immuniteetille. ACE2-reseptoriin sitoutuvassa domeenissa havaittiin myös mutaatioita. Myös "furin cleavage site" oli mutatoitunut, vaikuttaen virionien tehokkaampaan kokoamiseen tuottosolujen sisällä. Omicron-muunnoksen huomattiin suosivan enemmän endosomaalista invaasioreittiä, verrattaessa sitä Delta-muunnokseen, joka suosii solunpinnan invaasioreittiä. Tämä johtaa Delta- ja Omicron-muunnoksien eriävään taudinkuvaan, missä Delta aiheuttaa useammin keuhkotautia ja Omicron enemmän ylätieinfektioita johtuen näiden solutyyppien erillaisten reseptorien ekspressiosta. Tutkimuksessa huomattiin myös, että Delta-variantti luo solusitkosta kudoksessa, joka liittyy vakavaan koronatautiin. Omicron-muunnos ei tutkimuksessa osoittanut solusitkoksen luomiskykyä.