Вирусы являются внутриклеточными инфекционными агентами. Весь репликативный цикл вируса осуществляется с исполь зованием метаболических и генетических ресурсов клеток. Поэтому патогенез вирусных инфекций, в первую очередь, следует рассматривать на молекулярном и клеточном уровнях (В.И. Покровский, О.И. Киселев, 2002).
Вместе с тем, инфекционный процесс, вызванный вирусами, развивается в пределах того или иного органа или ткани, так как большинство вирусов обладают достаточно высокой органной или тканевой тропностью.
Поэтому характер развития внутритканевых процес сов при вирусных инфекциях, с одной стороны, определяется, как правило, цитопатическим действием вируса на клетки данной ткани и органа, а с другой стороны, реакцией внутритканевых и органных систем защиты от вирусной инфекции.
Последние не редко носят деструктивный характер и усугубляют течение забо левания и его последствия. Поэтому понимание патогенеза вирусных инфекций представляется исключительно важным для создания рациональных схем лечения, основанных на гармоничном сочетании симптоматического лечения и противовирусной химиотерапии.
В клинической практике важное значение имеют процессы, вызванные вирусной инфекцией, виремией – (степень «вирусной нагрузки» прямо коррелирует с явлениями общего токсикоза, тяжестью состояния пациента, лихорадкой; тесным взаимодействием с иммунной системой), реакция которой в значительной степени определяет характер течения инфекционного процесса и его исход; присоединением бактериальной инфекции и развитием осложнений. Смешанные инфекции представляют собой опасный путь развития процесса.
Стадии репликативного цикла вируса гриппа представлены на рис. 1.
Такой же репликативный цикл свойствен большинству РНК- и ДНК-содержащих вирусов, кроме тех, кото рые обладают особыми механизмами хронизации процесса, латенции и способностью к интеграции в клеточный геном (например, ВИЧ, гепатит С, вирус папилломы и.т.).
Ключевыми стадиями репликативного цикла вируса являются проникновение в клетки, декапсидация, активация процессов транскрипции и трансляции, собственно репликация вирусного генома и созревание зрелых вирусных частиц с выходом нового потомства инфекционного вируса.
Проникновение вируса в клетки — одна из ключевых стадий патогенеза инфекционного процесса. Для большинства вирусов степень цитопатического действия вируса прямо зависит от множественности заражения.
В естественных условиях инфицирова ние клеток вирусами не происходит обычно с высокой множе ственностью. Исключение составляют респираторные вирусы, которые передаются воздушно-капельным путем с высокой инфицирующей дозой.
ВИЧ и гепатиты, наоборот, эффективно передаются с кровью в самых незначительных трудно определяе мых титрах. Такие вирусы имеют особые свойства, определяющие их контагиозность.
Для проникновения вируса в клетку, необходимо: высокое сродство к вирусоспецифическому рецептору; множественность рецепторов; эффективность слияния вируса с клетками при инфицировании; способность к образованию синцития, к образованию гигантских синпластов, состоящих из множества слившихся клеток, в которых вирусный нуклеопротеид без эндоцитоза беспрепятственно переходит от одной зараженной клетки к множеству других через цитоплазму.
Такими свойствами из респираторных вирусов обладает респираторно-синцитиальный вирус, а среди ретровирусов – вирус иммунодефицита человека.
Стадии жизненного цикла вируса гриппа и соответствующие ингибиторы репродукции в известной степени могут быть экстраполированы на многие другие вирусы, за исключением тех, жизненный цикл которых включает интеграцию в клеточный геном.
В процессе репликации вирусов обычно происходит селективная блокада трансляции клеточных мРНК и активация экспресси клеточных генов, кодирующих провоспапительные лимфокины. Многократные раунды репликации вирусного генома приводят к истощению энер гетических ресурсов клеток и пула предшественников азотистых оснований.
Повышенное содержание провоспалительных лимфокинов приводит к развитию воспалительной реакции и локально му генерированию свободных радикалов, оказывающих, в свою очередь, повреждающее действие на клетки и ткани через перекисное окисление липидов клеточных мембран, инактивацию жизненно важных ферментов.
Поэтому одним из важнейших факторов патогенности вирусов является их репликативный потенциал: чем активнее происходит репликация, тем сильнее цитопатическое действие вирусов на клетки и пораженную ткань (орган).
Значительный вклад в цитопатическое действие вирусов вносит репродукция вирусов в митохондриях, что сопровождается нарушением функций этих органоидов, падением продукции АТФ и индукцией опосредованного митохондриями пути апоптоза.
Впервые возможность репродукции вирусов в митохондриях была доказана выдающимся отечественным вирусологом В.М. Ждановым. Узкий тропизм вирусов, в известной степени, спасителен для организма, так как инфекционный процесс ограничен одним органом.
Это обстоятельство позволяет, проводит рациональную симптоматическую терапию, направленную на защиту данной ткани или органа и ориентировать противовирусные средства в данный орган, например, легкие.
Возбудители гриппа относятся к семейству ортомиксовирусов (Orthomyxo-viridae) и являются пневмотропными вирусами. Схематическое строение вируса гриппа представлено на рис. 2.1. Геном вируса складывается из 8-ми фрагментов однонитчатой РНК, которые кодируют 10 вирусных белков.
Фрагменты РНК имеют общую белковую оболочку, соединяющую их, образуя антигенно-стабильный рибонуклеопротеид (S-антиген), который определяет принадлежность вируса к серотипу А, В или С.
Снаружи вирус покрыт двойным липидным слоем с внутренней стороны которого находится слой мембранного белка.
Рис. 1. Репликативный цикл вируса гриппа (В.И.Покровский, О.И.Киселев, 2002)
Представлены 4 основные фазы репликативного цикла вируса гриппа: 1 – адсорбция и проникновение вируса в клетку хозяина; 2 – транскрипция вирусной РНК и трансляция вирусных белков; 3 – репликация вирусной РНК и 4 – самосборка вирионов и последующий выход их из клетки.
Над оболочкой вируса поднимаются два типа «шипов» (гликопротеины) – гемаглютинин (Н) и нейраминидаза (N) – поверхностные антигены вируса гриппа. Гемаглютинин – полипептид, назван так благодаря способности гемолизировать эритроциты.
Он имеет высокую изменчивость и иммуногенность, обеспечивая прикрепление вируса к клетке.
Нейраминидаза – этогликопротеидный комплекс, который определяет ферментативную активность, отвечает за способность вирусной частицы проникать в клетку хозяина и выходить из нее после размножения.
Рис. 2. Схематическое строение вируса гриппа
Гемаглютинин и нейраминидаза являются факторами агрессии вируса гриппа. Интенсивность интоксикации при гриппе определяется свойствами гемаглютинина, а нейраминидаза обладает выраженным иммунодепресивным действием.
Оба поверхностных антигена характеризуются выраженной способностью к изменчивости, в результате чего появляются новые антигенные варианты вируса. Гемаглютинины 1, 2, 3 типов и нейраминидазы 1, 2 типов содержат вирусы, которые поражают человека.
Другие антигены характерные для вирусов гриппа животных (свиней, собак, лошадей, многих видов птиц и др.).
Вирусы гриппа А. Эти возбудители более вирулентны и контагиозны, чем вирусы гриппа В и С.
Это обусловлено тем, что вирус А содержит 2 типа нейраминидазы (N1, N2) и 4 –гемаглютинина (H0, H1, H2, H3); вирус В – 1 и 1 соответственно, поэтому он имеет лишь антигенные варианты внутри одного серотипа; вирус С содержит только гемаглютинин и не содержитнейраминидазу, но он имеет рецептор, который разрушает энзим. Вирусу С не свойственная изменчивость.
Одновременно циркулируют и имеют эпидемическое распространение 2 подтипа вируса гриппа А H3N2 и H1N1. На сегодняшний день во всем мире доминирует вариант А/Сидней/05/97, А/Берн/07/95 и А/Пекин/262/95.
Характерной чертой современных вирусов гриппа А (H3N2) является изменение ряда их биологических свойств: тяжело размножаются в куриных эмбрионах, не агглютинируют эритроциты кур, взаимодействуют только с эритроцитами человека или морской свинки, имеют низкую иммуногенную активность.
Вирусы гриппа В выделяются только от людей. По вирулентности и эпидемиологической значимости они уступают вирусам гриппа А. По антигенным свойствам гемаглютинин инейраминидазу вируса В можно разделить на 5 подтипов.
Их изменчивость носит более постепенный и медленный характер, что объясняет эпидемиологические особенности вируса гриппа В (эпидемии возникали 1 раз в 3-4 года до 1988 г.). В мире сейчас циркулируют 2 варианта вируса гриппа В: В/Пекин/184/93 (Европа, Америка, Африка, Австралия) и В/Виктория/2/87 (Юго-Восточная Азия).
Характерной чертой современных вирусов гриппа А и В является их высокая чувствительность к ингибиторам гемаглютинирующей и инфекционной активности, которые содержатся в сыворотке крови нормальных животных.
Вирусы гриппа С . Вирусы гриппа С, в отличие от вирусов А и В, не вызывают эпидемий, но они могут быть причиной вспышек в организованных детских коллективах. Подъемы заболеваемости гриппом С нередко предшествуют или сопровождают эпидемии гриппа А и В. У детей раннего возраста и более старших возрастных группах он приводит к заболеваниям в легкой ибессимптомной форме.
Для вирусов гриппа С характерна значительно большая стабильность антигенных и биологических свойств. По ряду биологических характеристик эти возбудители отличаются от других представителей семейства ортомиксовирусов.
Им присуща низкая репродуктивная активность в разных клеточных системах и наличие других, чем у вирусов гриппа А и В, рецепторов на поверхности эритроцитов.
Рецептор-деструктирующая активность связана не с нейраминидазой, как у вирусов гриппа А и В, а с ферментом нейраминат-0-ацетилестеразою.
Сложность этиологии усиливают факты выделения от людей вирусов, которые не свойственные человеку.
Гены вируса гриппа (H5N1), выделенные в 1997 году от человека в Гонконге, оказались подобными генам птичьего вируса, который преодолел межвидовой барьер.
Оказалось, что человеческие и птичьи вирусы гриппа были реасортантами (рекомбинантные штаммы), которые получили внутренние гены РВ1 и РВ2 от перепелиного вируса гриппа А (H9N2) – штаммы А/перепел/Гонконг/61/97.
Вирусы гриппа малоустойчивы во внешней среде, в течение нескольких часов при комнатной температуре разрушаются. Под действием дезинфицирующих растворов (спирта, формалина, сулемы, кислот, щелочей) они быстро погибают.
Нагревание до 50-60°С инактивирует вирусы в течение нескольких минут, в замороженном состоянии при температуре -70° С они сохраняются годами, не теряя инфекционных свойств, быстро погибают под воздействием ультрафиолетового излучения. Оптимум размножения вируса происходит при +37°С в слабощелочной среде.
Как и другие вирусы, возбудитель гриппа отнюдь не чувствительный к антибиотикам и сульфаниламидам.
Вирус гриппа не растет на обычных питательных средах. Его можно выделить из материала, который получен от больного в первые дни болезни (смывы из носоглотки, мокроты), путем заражения культур или клеток куриных эмбрионов.
Традиционно считалось, что человеческий организм освобождается от возбудителя в ближайшие дни после выздоровления. Однако постепенно накапливались косвенные свидетельства, которые опровергают эту точку зрения. И в 1985 г.
были получены прямые доказательства формирования длительной персистенции вируса гриппа. У одного человека удалось многократно выделять вирус гриппа в течение 9-ти месяцев и дольше.
Возможность пожизненной персистенции вируса в организме человека продолжает изучаться.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Грипп и другие респираторные вирусные инфекции / под ред. О.И. Киселева, И.Г. Мариничева, А.А. Сомининой. – СПб. – 2003.
2. Дриневский В.П., Осидак Л.В., Цыбалова Л.М. Острые респираторные инфекции у детей и подростков // Практическое руководство под редакцией О.И. Киселева. – Санкт-Петербург. – 2003.
3. Железникова Г.Ф., Иванова В.В., Монахова Н.Е. Варианты иммунопатогенеза острых инфекций у детей. – Санкт-Петербург. – 2007. – 254 с.
4. Ершов Ф.И. Грипп и другие ОРВИ // Антивирусные препараты. Справочник. – М., 2006. –С. 226-247.
5. Ершов Ф.И., Романцов М.Г. Антивирусные средства в педиатрии. – М., 2005. – С.159-175.
6. Ершов Ф.И., Киселев О.И. Интерфероны и их индукторы (от молекул до лекарств). – М., 2005. – С. 287-292.
7. Иванова В.В. Острые респираторно-вирусные заболевания // Инфекционные болезни у детей. – М., 2002.
8. Онищенко Г.Г., Киселев О.И., Соминина А.А. Усиление надзора и контроля за гриппом как важнейший элемент подготовки к сезонным эпидемиям и очередной пандемии. – М., – 2004. – С.5-9.
9. Об утверждении стандарта медицинской помощи больным гриппом, вызванным идентифицированным вирусом гриппа (грипп птиц) // Приказ Минздравсоцразвития №460 от 07.06.2006 г.
10. Романцов М.Г., Ершов Ф.И. Часто болеющие дети: Современная фармакотерапия. – М., 2006. – 192 с.
11. Стандартизированные принципы диагностики, лечения и экстренной профилактики гриппа и других острых респираторных инфекций у детей / под ред. О.И. Киселева. – СПб. – 2004. – С. 82-95.
12. Лекарственные средства в фармакотерапии патологии клетки / под редакцией Т.Г. Кожока.-М., 2007.
Как размножаются разные типы вирусов
Одни вирусы способны интегрироваться в геном клетки-мишени и таким образом оставаться во всех дочерних клетках, которые будут в будущем получены после ее деления.
К таким вирусам относятся гаммаретровирусы и лентивирусы. Другие делать этого не умеют (например, адено- и аденоассоциированные вирусы).
Но для производства белков и репликации (размножения) все они используют клетку и ее синтетический аппарат.
Несмотря на некоторую «несамостоятельность» в размножении, вирусы способны наследовать генетические мутации и подвержены эволюционному отбору. Выживает сильнейший, а в случае вируса — самый устойчивый и заразный.
Как это работает?
Для того чтобы вирус мог проникнуть в клетку, белки его оболочки должны связаться с мембранными белками клетки-мишени. Важно отметить, что проникает вирус только в те клетки, которые могут в дальнейшем помочь его репликации. Вирус ВИЧ живет в клетках иммунной системы, вирус гепатита С — в клетках печени. Есть особые вирусы, которые поражают только растения или даже только бактерии.
В целом у вирусов существуют разные стратегии доставки вирусного материала в клетку. Какие-то вирусы размножаются в ее цитоплазме, а какие-то — в ядре. Некоторые умеют «впрыскивать» свою генетическую информацию прямо через мембрану, когда сам капсид остается снаружи.
Объединяет их одно: после того как вирусная информация доставлена в клетку, та, «забывая» о своей изначальной функции, начинает заниматься в первую очередь репликацией вируса. Клетка производит матричную РНК (мРНК), с которой затем синтезируются вирусные белки и копируется геном, и сама собирает новую вирусную частицу.
Строение вируса гриппа. Под оболочкой вириома — генетический материал вируса, необходимый для его воспроизводства в клетке.
В большинстве случаев вирус убивает клетку, чтобы выйти наружу и приступить к поиску новой «жертвы». Но иногда этого не происходит: некоторые вирусы, в том числе ВИЧ, могут отделяться от клетки, обзаведясь собственной оболочкой и оставив клетку в живых, чтобы та продолжила производить новые вирусные частицы.
Содержащие неактивный вирус и оставшиеся в живых клетки иногда сохраняют возможность нормального функционирования. В этом случае клетки могут быть заражены, но вирус проявит себя спустя длительный период времени. Так устроен герпес.
В зависимости от того, каким типом нуклеиновой кислоты представлен генетический материал, выделяют ДНК-содержащие вирусы и РНК-содержащие вирусы. И тут стоит остановиться на классификации.
Типы вирусов. Коротко о главном
Современная типология вирусов содержит 7 классов и была предложена Дэвидом Балтимором еще в 1971 году. С тех пор, впрочем, она была уточнена и расширена, в том числе советскими учеными. И выглядит в настоящее время таким образом:
Вирусы, содержащие двухцепочечную ДНК
Описание
Для репликации вирусу необходимо попасть в ядро клетки-мишени и воспользоваться ее ДНК-полимеразой. Иногда вирус вызывает незапланированное деление самое клетки, то есть становится онкогенным. Эти вирусы хорошо изучены.
- Пример: Вирус герпеса, адено- и папилломавирусы
- Вирусы, содержащие одноцепочечную ДНК
- Описание
- Попадая в ядро клетки, вирусы образуют двухцепочечную ДНК, после чего реплицируются так же, как вирусы класса I.
- Пример: Парво- и цирковирусы
- Вирусы, в которых РНК способна к репликации (редупликации)
- Описание
Вирусы этого класса могут размножаться в цитоплазме клетки, им не нужна молекула ДНК. Каждый ген, находящийся в РНК вируса, кодирует только один вирусный белок.
- Пример: Бирна- и реовирусы
- Вирусы, содержащие одноцепочечную (+) РНК
- Описание
Из геномной (+) РНК на рибосомах хозяина создаются вирусные белки. В одном фрагменте РНК могут быть закодированы разные белки, что увеличивает сложность вируса без удлинения генов.
- Пример: Пикорнавирусы (полиомиелит, гепатит А) и коронавирусы
- Вирусы, содержащие одноцепочечную (–) РНК
- Описание
(–) РНК этих вирусов предварительно должна быть транскрибирована в (+) РНК вирусными РНК-полимеразами, после чего может начаться синтез вирусных белков. Вирусы этого класса делятся еще на две группы, в зависимости от их генома и места его репликации (цитоплазма или ядро).
- Пример: Филовирусы, аренавирусы (геморрагическая лихорадка Ласса), ортомиксовирусы (вирусы гриппа) и так далее.
- Вирусы, содержащие одноцепочечную (+) РНК, реплицирующиеся через стадию ДНК
- Описание
Такие вирусы используют фермент обратную транскриптазу для превращения (+) РНК в ДНК, которая встраивается в геном хозяина ферментом интегразой. Дальнейшая репликация происходит при помощи полимераз клетки хозяина.
- Пример: Ретровирусы (в том числе ВИЧ)
- Вирусы, содержащие двухцепочечную ДНК, реплицирующиеся через стадию одноцепочечной РНК
- Описание
- Молекула ДНК замкнута в кольцо и является матрицей для синтеза мРНК и дополнительных молекул РНК, которые используются при репликации вирусного генома обратными транскриптазами.
- Пример: Колимовирусы (вызывают инфекции растений) и гепаднавирусы (например, гепатит В)
Как правило, организмы умеют бороться с паразитирующими на них вирусами. На примере млекопитающих и человека мы обычно говорим о главном инструменте — врожденном иммунитете.
Впрочем, наиболее эффективен этот вид защиты в отношении бактериальных инфекций и не может обеспечить продолжительную и надежную защиту, особенно от инфекций вирусных.
Именно поэтому огромное значение имеет приобретенный иммунитет, в результате которого клетки иммунной системы обучаются вырабатывать специфические к вирусу антитела, способные уничтожать как саму вирусную частицу, так и зараженные ею клетки.
Еще одна врожденная система борьбы с вирусными инфекциями — внутриклеточная. Как правило, клетка способна распознать чужеродную РНК в своей цитоплазме, куда ее сперва и доставляют многие вирусы, и имеет специальные комплексы для ее деградации. Но часть вирусов научились обходить и эту ловушку. К примеру, ротавирусы, которые даже внутри клетки сохраняют капсид с геномной РНК.
С приобретенным иммунитетом тоже не все гладко. Некоторым вирусам, например, ВИЧ, удается избежать иммунного ответа.
Другим, например нейротропным вирусам, — уклониться от него, выбрав безопасную среду обитания: они распространяются среди клеток нервной системы, где их не может «достать» иммунная система.
Самый известный из таких вирусов — вирус бешенства, который способен проникать в нейроны.
Миссия: уничтожить
Основная сложность в лечении вирусных заболеваний заключается в том, что они используют естественные функции клеток-мишеней для своего размножения, поэтому ученым зачастую оказывается не так-то просто придумать препарат, который будет токсичен для вируса и безопасен для самой клетки. Если такой безопасности достичь не удастся, лекарство будет иметь слишком много побочных эффектов, повреждающих сам организм, что окажется нецелесообразно для использования.
Сравнение жизненных циклов ВИЧ и вируса гриппа. Если первый использует обратную транскрипцию и живет в клетках иммунной стистемы, вирион второго, проникая в эпительные клетки дыхательных путей целиком — а именно там он и обитает — распадается уже внутри клетки, а репликация вирусной РНК происходит в ядре с помощью вирусных полимераз PA, PB1 и PB2 путем комплементарного копирования.
По принципу действия противовирусные препараты подразделяются на две группы: стимулирующие иммунную систему атаковать вирусы (например, за счет индукции синтеза белков-интерферонов) и атакующие вирусы напрямую.
Препараты второй группы различаются по этапу жизненного цикла вируса, на котором они активны: это препараты, препятствующие проникновению вируса в клетку, препятствующие размножению вируса внутри клетки и препятствующие выходу копий вируса из клетки.
Чтобы помешать проникновению вируса, препарат должен заблокировать рецептор на клетке, с которым связывается вирусная частица. Так работает, например, ибализумаб — зарегистрированный в США новый препарат против ВИЧ, о котором мы недавно писали.
Такие противовирусные препараты, как уже давно известный ацикловир (им лечат инфекции, вызванные простым вирусом герпеса) или ламивудин (активен против ВИЧ и гепатита В), представляют собой синтетические аналоги нуклеозидов — «букв», из которых состоят нуклеиновые кислоты. Если эти модифицированные, неправильные нуклеозиды попадают в клетку, вирусный геном, в который они оказались встроены, становится непригоден для дальнейшего распространения вируса.
Еще один класс противовирусных препаратов блокирует ферменты, необходимые для создания и модификаций белков вируса. Такие лекарства называют протеазными ингибиторами.
Вместо заключения: а могут ли вирусы приносить пользу?
Безусловно, да. Несмотря на то, что вирусы ассоциируются у большинства людей с однозначным вредом, они могут приносить и пользу — если речь идет о так называемых вирусных векторах и терапевтических подходах на их основе.
Исследователи давно научились помещать в белковую оболочку вируса интересующие их нуклеиновые кислоты, чтобы доставлять нужный ген в клетки, а также убирать те гены, которые делают вирус опасным для организма.
Это позволило сделать возможной генную терапию, помогающую бороться с заболеваниями, вызванными известными генетическими мутациями. Создание вирусных векторов — достаточно непростая задача, к тому же ограниченная свойствами самих вирусных частиц: количеством помещающейся генетической информации, местом ее вставки, стабильностью.
Кроме того, вирусный вектор, используемый в медицине, не должен вызывать иммунного ответа или критично влиять на жизнедеятельность клетки. Тем не менее эти сложности решаются, поэтому уже одобрен ряд вполне успешных и безопасных генных терапий.
А в качестве основы для вирусных векторов чаще всего используются ретро-, ленти-, адено- и аденоассоциированные вирусы.
Репродукция вируса | справочник Пестициды.ru
Процесс депротеинизации (освобождения вирусной нуклеиновой кислоты – раздевание вируса) осуществляют протеолитические ферменты клетки (протеазы и липазы)[2].
Смысл этого процесса состоит в удалении капсидов (вирусных оболочек). Конечные продукты раздевания вируса – сердцевины, нуклеокапсиды, нуклеиновые кислоты.
Некоторые вирусы в качестве конечного продукта представлены нуклеиновыми кислотами, связанными с внутренним вирусным белком. После прохождения этапа депротеинизации выделить вирус из культуры клеток невозможно.
Такое положение называют теневой фазой или фазой эклипса (затмения). В этот период вирус перестает существовать в качестве оформленного вириона[2].
Синтез компонентов вируса
Синтез компонентов вирусов заключается в репликации вирусных нуклеиновых кислот и синтезе вирусных белков. Под репликацией понимается процесс самовоспроизведения нуклеиновых кислот, генов и хромосом, в основе которого лежит ферментативный синтез ДНК или РНК, проходящий по матричному синтезу[1].
Место синтеза компонентов дочерних вирионов зависит от типа генома:
ДНК-содержащий вирус, проникший в цитоплазму, транспортирует нуклеокапсид к ядру клетки.
Вирусная ДНК проникает в структуры клеточного ядра, где и совершается транскрипция или переписывание информации с ДНК на РНК при помощи клеточной полимеразы. Исключение – вирус оспы.
Несмотря на то, что он относится к ДНК-содержащим, но его транскрипция протекает в цитоплазме при участии ДНК-полимеразы, проникающего в клетку в составе вириона[2].
Результатом транскрипции является и то, что на одной из нитей ДНК синтезируется иРНК. В последствии, она перемещается в цитоплазму клетки и запускает процесс трансляции – перевода генетической информации с иРНК на последовательность аминокислот в вирусных белках[2].
Синтез белков наблюдается в рибосомах клетки-хозяина. Одновременно в ядре клетки протекает репликация (образование) дочерних нуклеиновых кислот на матрице материнской ДНК[2].
Синтезированные дочерние молекулы ДНК в составе нуклеокапсида путем почкования перемещаются из ядра клетки в цитоплазму. При этом они захватывают фрагмент ядерной мембраны. В цитоплазме процесс репродукции завершается[2].
Репликация «плюс»-РНК-содержащих вирусов происходит в цитоплазме. В данном случае функцию иРНК выполняет вирусная нуклеиновая кислота.
В итоге трансляции на рибосомах формируется белковая молекула, которая разрезается клеточными протазами на структурные или неструктурные вирусные белки. Одновременно образуется полимераза, способствующая образованию «минус»-РНК на матрице родительской «плюс»-РНК.
На матрице «минус»-РНК происходит синтез молекул «плюс»-РНК, принимающих участие в биосинтезе белков дочерних вирионов[2][4].
Вирусы, содержащие «минус»-РНК, отличаются тем, что их геном не способен выполнить функцию иРНК. Поэтому в цитоплазме клетки на матрице «минус»-РНК первоначально синтезируется «плюс»-РНК. Процесс катализируется полимеразой (транскрипазой), находящейся в составе проникшего в клетку вириона[2][4].
Синтез «плюс»-РНК приводит к образованию полных и коротких нитей. Короткие «плюс»-РНК–нити принимают участие в синтезе ферментов и бликов для дочерних популяций.
Полные нити «плюс»-РНК служат матрицей для синтеза молекул «минус»-РНК дочерних вирионов. Последние транспортируются к клеточной мембране и высвобождаются, захватывая при этом ее фрагмент.
Этот фрагмент служит для вирусной частицы суперкапсидом[2][4].
РНК-содержащие ретровирусы отличаются тем, что после проникновения в клетку генетическая информация с их РНК переписывается на ДНК, то есть с помощью фермента ревертаза происходит обратная транскрипция. Ревертаза так же попадает в клетку вместе с ретровирусом.
Вновь образованная ДНК интегрирует с клеточным геномом и в его составе участвует в образовании иРНК, необходимой для синтеза вирусных белков.
Транскрипцию интегрированной ДНК в составе клеточных геномов (переписывание информации с ДНК на РНК) осуществляет клеточная ДНК-зависимая РНК полимераза[2][4].
Формирование дочерних вирионов
Сборка дочерних вирионов возможна только при узнавании вирусных нуклеиновых кислот и белков, и самопроизвольном их соединении друг с другом. На мембранах эндоплазматического ретикулума взаимодействуют нуклеиновая кислота и белки просто устроенных вирусов, что приводит к образованию упорядоченной структуры[2].
Сложно устроенные вирусы характеризуются многоступенчатой сборкой. Первоначально их нуклеиновые кислоты взаимодействуют с внутренними белками, образуя нуклеокапсиды.
Затем нуклеокапсиды выстраиваются с внутренней стороны клеточной мембраны под участками модифицированными оболочечными вирусными белками. В результате происходит самосброска вирионов.
Количество зрелых вирионов, сформировавшихся в клетке, варьирует от 10 до 10000 и более[2].
Выход вирионов
Высвобождение дочерних вирионов из клетки может быть осуществлено двумя способами:
- взрывной – путем лизиса клетки;
- путем почкования[2].
Путь лизиса клетки тесно связан ее деструкцией. Он характерен для безоболочечных вирусов, не имеющих суперкапсидной оболочки (суперкапсида)[2].
Выход путем почкования характерен для оболочечных вирусов. При этом клетка-хозяин некоторое время сохраняет жизнеспособность. Содержащие суперкасид вирусы, высвобождаются в течении 2–6 часов.
В начале суперкапсидные белки устанавливаются на наружной поверхности мембраны в виде своеобразных шипов, вытесняя клеточные белки.
Затем через модифицированную клеточную мембрану проходит нуклеокапсид с образованием суперкапсида[2].
Вирус гриппа А: новые научные исследования
Абстракт: Вирусы гриппа А – зоонозные патогены, которые продолжительно циркулируют и изменяются в некоторых животных-носителях, включая птиц, свиней, лошадей и людей. Имеет высокую вероятность появление новых штаммов вируса, способных стать причиной эпидемий или пандемий у человека.
Здесь мы обсудим значение наблюдения и характеристики природного вируса гриппа и рассмотрим вопрос о влиянии новых лабораторных разработок, направленных на понимание нами тропности хозяина и вирулентности вируса.
Мы так же пересмотрим уроки, извлеченные из вирусных пандемий за последние 100 лет.
Вирусы гриппа А постоянно циркулируют во многих животных-носителях, таких как люди, птицы, лошади, собаки и свиньи. Сезонные вирусные инфекции гриппа у людей вызывают ежегодные эпидемии, результатом которых является заражение миллионов людей во всем мире и которые важны для бремени болезней и экономического бремени.
Пандемии гриппа так же могут иметь истребляющий эффект на глобальном уровне, приводя к многочисленным смертям.
Вирус гриппа А имеет сегментированный геном – восемь одноцепочечных молекул РНК, которые как правило кодируют 11 или 12 вирусных белков, включая N40, недавно идентифицированный белок, который экспрессируется сегментом РВ1 (рис. 1а).
Хорошо известно, что одновременное инфицирование одной клетки двумя различными вирусами гриппа А может привести к смешению генов или рекомбинации, которая может стать результатом образования нового штамма вируса гриппа и считается, что большинство вирусных пандемий человека возникло в этой манере.
Вирусы гриппа А разделяются на подтипы в соответствии с антигенными характеристиками их гликопротеинов – гемагглютинина (ГА) и нейраминидазы (НА). ГА играет важную роль в определении тропности хозяина, связываясь с рецепторами клеток носителя, которые содержат компоненты терминально α‑2,6-сцепленных или α‑2,3-сцепленных сиаловых кислот (α‑2,6‑SA или α‑2,3‑SA).
Он так же содержит участок рестрикции, который может расщеплять протеазы клеток хозяина. Аминокислотная последовательность этого участка рестрикции модулирует тканевой тропизм и системное распространение, воздействуя на тяжесть заболевания (обсуждается ниже).
Активность нейраминидазы имеет решающее значение, для разрушения SA-содержащих рецепторов хозяина и вирусной мембраны, процесса, который требуется для правильного почкования и отделения дочерних вирионов с поверхности клетки хозяина.
В настоящее время штаммы вируса образованные 16 подтипами ГА и девятью подтипами НА циркулируют в птицах, и штаммы двух подтипов вируса циркулируют в людях: H1N1 и H3N2 (штаммы H2N2 так же циркулировали в людях с 1957 по 1968). В целом, подтипы ГА делятся на две группы (или линии) на основании их антигенных свойств и основных структурных особенностей (рис. 1б).
Группа 1 заключает в себе филогенетические ветви H1a, H1b и H9, которые включают подтип Н1, содержащийся в обоих пандемических штаммах H1N1 1918 и 2009 гг и сезонных штаммах H1N1 человека, и подтип ГА H5, который содержат высоко патогенные штаммы птичьего гриппа (HPAI) H5N1. Группа 2 состоит из филогенетических ветвей Н3 и Н7, которые содержат штаммы H3N2 человека и HPAI H7N7 соответственно (рис.
1б). Антигенная эволюция сезонных вирусов гриппа А человека происходит посредством антигенного дрейфа и характеризуется сезонной селекцией новых штаммов, ГА и НА которых содержат аминокислотные замены. Эти изменения частично преодолевают ранее существовавший иммунитет человека и главным образом эти новые штаммы содействуют сезонным эпидемиям гриппа.
Более выраженные изменения в подтипе ГА, обусловленные антигенной изменчивостью, традиционно связывались с появлением пандемических вирусов, хотя эту точку зрения оспаривает пандемия H1N1 2009 года (обсуждается ниже). Таким образом ГА не только играет важную роль в жизненном цикле вируса гриппа (рис 1с), но также, через изменения в его генотипе, является определяющим фактором восприимчивости хозяина и патогенеза.
Зоонозный источник пандемий гриппа человека хорошо описан и привлекает внимание общественности увеличением числа летальных исходов у людей инфицированных вирусами HPAI H5N1, которые распространены в домашних птицах на всем протяжении Восточной и Юго-Восточной Азии, Ближнем Востоке, Африке и Европе.
К счастью, эти антигенно новые вирусы до сих пор не поддерживают передачу от человека к человеку и потому не в состоянии привести к потенциально гибельной пандемии.
Напротив, сюрпризом для сообщества исследователей вируса гриппа стал новый, происходящий от свиней вирус гриппа H1N1 (SOIV), который возник в 2009 году и привел к первой пандемии гриппа человека в двадцать первом веке.
В течение 1 года, этот вирус распространился на 214 стран и стал причиной> 18000 подтвержденных смертей по всему миру. Считается, что к апрелю 2010 года, в одних только Соединенных Штатах от 43 млн до 89 млн человек были инфицированы этим вирусом.
В связи с распространением в 2009 году пандемического H1N1 SOIV, с целью охарактеризовать геномную последовательность и патогенность и исследовать способность к передаче, антигенные характеристики и чувствительность к противовирусным препаратам были незамедлительно развернуты современные системы наблюдения, а также недавно созданные экспериментальные инструменты и модели на животных. Выдающаяся совместная работа множества лабораторий во всем мире послужила гарантией того, что пандемия была преодолена как можно быстрее. В течение этого периода был отмечен несомненный прогресс в различных областях современных исследований вируса гриппа, который значительно улучшил нашу компетенцию в быстроте реагирования. Тем не менее, так же было очевидно, что пандемия застала мир врасплох и что специфические аспекты плана действий по готовности к пандемии все еще нуждаются в улучшениях. В обзоре обсуждаются последние достижения и будущие потребности в полном и систематическом наблюдении животных и человека, уточнении оценки вирулентности новых штаммов для людей и улучшения понимания вирусной тропности, которые лежат в основе механизмов патогенеза.
Источник: журнал Nature
Репликация и антигенная классификация вирусов гриппа А.
a | Геном вируса гриппа А состоит из восьми одноцепочечных РНК, которые кодируют 11 или 12 белков.
Белок ядерного экспорта (NEP; так же известный как NS2) и противовирусный ответ хозяина антагонисты неструктурного белка 1 (NS1), который кодируется на сегменте NS; матричный белок М1 и ионный канал М2, которые кодируются сегментом М; рецептор-связывающий белок гемагглютинин (ГА), разрушающий сиаловую кислоту фермент нейраминидаза (НА), нуклеопротеин(NP) и компоненты комплеса РНК-зависимой РНК-полимеразы (PB1, PB2 и PA), все экспрессируются соответствующими сегментами геном; и недавно идентифицированный белок N40, который экспрессируется сегментом РВ1 и имеет неизвестную функцию. Кроме того, некоторые вирусы экспрессируют про-апоптотический белок PB1‑F2, который кодируется второй ORF сегмента РВ1. Внутри вириона, каждый восьмой вирусный сегмент формирует комплекс вирусного рибонуклеопротеина (РНП); вирусная РНК обернута вокруг NP и эта структура затем связывается с комплексом вирусной полимеразы.
b | Антигенные характеристики ГА позволяют классифицировать вирусы гриппа А в две главные группы, 1 и 2, которые классифицируются на 5 филогенетических ветвей и 16 подтипов.
c | На начальных стадиях репликации вируса гриппа А, вирусная ГА присоединяется к рецепторам клетки-хозяина содержащим терминальные фрагменты α‑2,6-связанных и α‑2,3-связанных сиаловых кислот (α‑2,6‑SA илиα‑2,3‑SA) и вирус проникает в клетку путем рецепторно-опосредованного эндоцитоза.
Расщепление ГА клеточными протеазами необходимо для экспозиции пептида ГА, который отвечает за слияние вирусной оболочки и мембраны эндосомы (см. ниже). Закисление везикул эндоцитоза открывает ионный канал М2, в результате чего закисляется внутренняя часть вириона, процесс, который необходим для правильного раздевания комплексов РНП, содержащих вирусный геном.
Закислениеэндосомы так же вызывает pH-зависимый шаг слияния, который опосредуется ГА и приводит к выпуску комплексов РНП в цитоплазму.
Они перемещаются в ядро, где РНК-зависимая РНК-полимераза транскрибирует и реплицирует негативную вирусную РНК ((-) вРНК), что приводит к формированию трех типов молекул РНК: комплиментарная позитивная РНК ((+кРНК), которая используется им для генерации большего количества вРНК; негативные маленькие вирусные РНК (мвРНК), которые, как полагают, регулируют переход от транскрипции к репликации; и вирусные мРНК, которые экспортируются в цитоплазму для трансляции. Вирусные белки, необходимые в репликации и транскрипции транслоцируются обратно к ядру и потомство РНП затем экспортируется в цитоплазму для распаковки, при содействии М1 и NEP. Вирусные ГА, НА и М2 транспортируются секреторным путем через комплекс Гольджи и зрелые белки приходят к плазматической мембране, где М1 способствует образованию вирусных частиц. Затем происходит почкование и высвобождение из клетки хозяина опосредованное нейраминидазной активностью НА, которая разрушает сиаловые кислоты клеточных и вирусных гликопротеинов, которые могли бы сохранить новые вирионы на поверхности клетки.
Штаммы гриппа А двадцать первого века
Пандемический потенциал вируса HPAI H5N1, как и многочисленные вспышки, вызванные подтипами вирусов Н5, Н7 и Н9 у диких птиц, послужили толчком к наблюдениям за вирусами гриппа птичьих видов в различных регионах по всему миру.
Тем не менее, появление пандемического H1N1 от свиней в 2009 году пролило свет на недостаток систематического наблюдения за другими восприимчивыми хозяевами.
Широкомасштабное усиленное наблюдение способствовало разработке ряда ключевых технологий, в том числе технических средств с высокой пропускной способностью и глубоко-секвенирующих (которые использовались для получения полных последовательностей вирусного генома из полевых и клинических изолятов), баз данных выделенных последовательностей и филогенетических усложнений и инструментов коалесцентных анализов. Эти инструменты делают возможными быстрые, более полные эпидемиологические исследования вирусов гриппа в человеке и натуральных резервуарах.
Наблюдение за птичьими вирусами.
Вирусы HPAI H5N1 вероятно возникли в результате мутаций участка рестрикции ГА, путем внедрения низко патогенного птичьего вируса H5N1 от диких птиц к домашним птицам. Несколько крупных вспышек вирусов HPAI H5N1 происходили у домашних птиц, а первый случай инфицирования человека HPAI H5N1 был задокументирован в 1997 году.
В целом, до сведения ВОЗ были доведены 562 случая заболевания людей из разных стран со смертельным исходом ~59% (329 смертей), и, на сегодняшний день, большинство случаев были ассоциированы с непосредственным контактом человека с инфицированными видами птиц.
Наблюдение за дикими птицами – ключ к пониманию происхождения, патогенеза, эволюции и распространенности этих вирусов в мире. Начиная с 2002 года, генотип Z (который содержит небольшие делеции в генах, кодирующих белки НА и NS1) был преобладающим генотипом H5N1 в южной части Китая.
Тем не менее, на сегодняшний день, были идентифицированы десять различных, хорошо развитых филогенетических ветвей вируса HPAI H5N1, что наглядно показывает комплексную и динамическую эволюцию этих вирусов в природе.
Комплексные геномные исследования разнообразной выборки вирусов птичьего гриппа продемонстрировали наибольшую изменчивость в белках ГА, НА и NS1, и привели к открытию предполагаемого доменного лиганда PDZ карбоксильного конца NS1, который может быть замешан в вирулентности.
Наблюдение за дикими птицами Северной Америки показало, что штаммы Евразии и Америки редко смешиваются, и не обнаружило никаких свидетельств вирусов HPAI H5N1.
Тем не менее, изоляты AIV из США продемонстрировали высокий уровень степени рекомбинаций среди циркулирующих штаммов, хотя не было найдено совершенного соответствия характерных участков среди сегментов РНК (то есть, видимо, для пар или групп рекомбинирующихся сегментов не существует никаких требований). Это скорее наводит на мысль о постоянном смешении геномов AIV, чем о постоянном распространении ограниченного и стабильного набора сегментов, которые характеризуют адаптацию млекопитающих к вирусам гриппа А.
В 2005 году вирус HPAI H5N1 был ответственен за вспышку среди водоплавающих птиц на озере Цинхай, на западе Китая, результатом чего стала высокая смертность птиц и повышение обеспокоенности возможностью непрерывной передачи вирусов HPAI H5N1 среди перелетных птиц.
В последствии, генетически и антигенно различные филогенетические ветви HPAI H5N1 появились на протяжении широкого географического ареала в Юго-Восточной Азии и стали эндемичными у домашних птиц.
Совсем недавно, приводя к селекции вирусов, способных инфицировать множество птиц переносчиков и обеспечивая возможность трансмиссии в другие географические регионы,в результате рекомбинации с эндемичными вирусами, которые присутствуют у местных водоплавающих птиц, возникли вирусные линии HPAI H5N1.
Оба транспорта, от домашних и мигрирующих птиц, кажется, играют важную роль в распространении вирусов HPAI H5N1 на дальние дистанции и, возможно, объясняют вспышки в Европе, на ближнем Востоке и в Африке. Тем не менее, отсутствие дальнейшей рекомбинации этих вирусов после их экспорта из Китая указывает, что различные факторы, влияющие на эпидемиологию AIV могут существовать в других областях мира.
В дополнение к вызванным вирусами HPAI H5N1 вспышкам у диких птиц и болезни человека, в последние два десятилетия наблюдались вспышки у домашних птиц, а также зоонозное инфицирование людей вирусами подтипов Н7 и Н9 в Европе, Азии и Америке.
Эти вспышки мотивировали усилить наблюдения, чтобы лучше понять экологию, геномные характеристики и глобальную циркуляцию этих и других AIV. Широкомасштабные филогенетические анализы вирусов H9N2 выявили явные географические и хозяин-специфические паттерны, которые отражают сложную эволюцию этих вирусов.
В южном Китае, долгосрочное становление множества линий AIV, таких как линии H9N2 и H5N1, как полагают, способствует высокому уровню рекомбинаций наблюдаемых в этом регионе, таким образом, приводя к возникновению большого генетического разнообразия этих вирусов.
Интересно, что у вирусов AIV и HPAI H5N1, являющихся изолятами человеческих вирусов эндемичных в Китае, которые изучались в течение 2007 и, видимо, на протяжении 13 лет подвергались положительной селекции, но не подвергались рекомбинации, были найдены гены, аналогичные генам, кодирующим внутренние белки вирусов H9N2 (PB2, PB1, PA, NP, M и NS).
Обширные сегментарные рекомбинации также наблюдались у вирусов Н7, которые имеют несколько подтипов НА, что связывались и оказывали поддержку специфическим белкам Н7 – ГА, на протяжении различных географических регионов (к примеру, вирусы Н7 в Австралии образуют монофилетическую ветвь, основанную на их белке ГА, который может сочетаться с подтипами N2, N3, N4, N6 и N7).
Последние вирусы Н7, которые были изолированы в результате наблюдения за дикими птицами в Европе были тесно связаны с вирусами Н7, которые вызвали вспышку среди домашней птицы в Италии (1999-2000) и Нидерландах (2003), что подчеркивает значение систематического усиленного наблюдения направленного на обнаружение птичьих вирусов, потенциально опасных для человека.
Вирус гриппа А H1N1 2009 года, возможно, появился в апреле 2009 года путем одиночного внедрения в людей в Северной Америке (скорее всего, в Мексике).
Его геном не имеет ни одного из известных ранее маркеров адаптации человека, и его предшественники, возможно, некоторое время циркулировали незамеченными в свиньях, предполагается, что рекомбинация предшествующих свиных линий вероятно происходила годы до момента обнаружения вируса у людей.
Ранние эпидемиологические данные показали, что базовое число репродукций (R0; мера передачи от человека к человеку) составляла примерно 1,2, походя на нижний предел оценок R0 во время предыдущих пандемий гриппа, и у детей
Загрузка...
