авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |

«Министерство образования Республики Беларусь Международный государственный экологический университет им. А.Д.Сахарова Факультет радиобиологии и экологической медицины ...»

-- [ Страница 2 ] --

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ВИРУСА С КЛЕТКОЙ-ХОЗЯИНОМ 3.1. Типы взаимодействия вируса с клеткой При проникновении вируса в клетку образуется новый биологический комплекс «вирус-клетка». Этот комплекс содержит генетический аппарат клетки и генетический аппарат вируса, функции которых могут переплетаться самым причудливым образом. По сути дела – это «химера», гибрид двух организмов.

Несмотря на огромное разнообразие клеток и вирусов, можно выделить несколько основных типов их взаимодействия.

• Клетка гибнет. При этом образуется новое поколение вирусных частиц.

Такой тип взаимодействия вируса и клетки называется продуктивным, или литическим. Вирусы, вызывающие лизис клеток - хозяев, носят название вирулентных. Так протекает большинство вирусных инфекций независимо от того, являются ли вирусы крупнымы и сложно устроенными (например, вирусы герпеса, оспы) или мелкими (ВТМ, аденовирусы).

• Инфекционный процесс носит абортивный характер – клетка выживает, вирус не образуется. Иногда погибают оба партнера – и вирус, и клетка.

• Возникает интеграция двух геномов, которые сосуществуют более или менее мирно не протяжении многих поколений. Такой тип взаимодействия носит наименование вирогении. Вирусы, способные вызывать вирогению, называются умеренными. В случае бактериофагов, такое встраивание генома вируса в ДНК клетки хозяина носит наименование лизогенией, а сами фаги, способные к такому взаимодействию с клеткой, именуются лизогенными. Кроме лизогенных фагов (фаг, например) интегративный процесс характерен для ретровирусов, многих ДНК-содержащих онкогенных вирусов (у них может происходить интеграция не только всего генома, но и его части), а также некоторых других вирусов (например, гепаднавирусов). Интегративный процесс часто приводит к трансформации клетки – приобретению ею новых гено- и фенотипических признаков.

Типы вирусных инфекций. В зависимости от степени антагонизма двух геномов: вирусного и клеточного – возможны несколько типов инфекции. Феноменологически различают персистентные инфекции, при которых вирус выделяется из организма-хозяина в течение значительно большего времени, чем при обычных литических инфекциях, завершающихся гибелью клеток-хозяев. При латентной инфекции вирус находится в организме хозяина в скрытой форме и выделяется в периоды рецидивов болезни. Медленные вирусные инфекции характеризуются очень длительным инкубационным периодом, который может длиться годами.

3.2. Общая характеристика продуктивного процесса Циклы репродукции всех вирусов имеют общие черты (рис. 3.1). В течение некоторого времени после заражения клетки в ней практически не удается обнаружить вирусных частиц. Этот период известен как фаза эклипса (затмения). В это время вирусная частица находится в клетке в дезинтегрированном состоянии. Период эклипса найден у всех без исключения вирусов, и его наличие в настоящее время рассматривается как один из критериев для отнесения того или иного биологического объекта к вирусам.

Рис. 3.1. Кривые, демонстрирующие цикл размножения бактериофага Т1 в клетках E. coli.

За периодом эклипса следует периода созревания - интервал, в течение которого вирионы потомства накапливаются внутри клетки с экспоненциальной скоростью. Фаза созревания завершается выходом потомства из клетки, что знаменует собой окончание т.н. латентного (инкубационного) периода – минимального промежутка времени, в течение которого вирусные частицы отсутствуют в окружающей клетку среде. Цикл репродукции вирусов варьирует от 30-40 мин (у многих бактериофагов) до более чем 40 ч (герпесвирусы). При этом урожай вирионов широко варьирует и иногда достигает 100 000 частиц в расчете на одну клетку (вирус полиомиелита).

3.3. Этапы взаимодействия вируса с клеткой-хозяином Чтобы заразить клетку, вирион должен связаться с ней, затем проникнуть сквозь клеточную поверхность и, наконец, «раздеться» до такой степени, чтобы его геном приобрел доступность для ферментов, обеспечивающих транскрипцию и репликацию генома.

Цикл репликации вирусов можно разложить на ряд стадий, как это проиллюстрировано на рис. 3.2.

Рис. 3.2. Основные этапы репродукции вирусов.

Следует подчеркнуть, что приведенное деление на стадии - чисто произвольное, используемое для удобства изложения. Причем на рисунке отражена репликация «типичного», т.е. по сути дела несуществующего вируса. Не все представленные на схеме стадии в реальном инфекционном процессе можно различить как отдельные этапы репликации. У большинства вирусов они накладываются друг на друга во времени, а иногда даже протекают одновременно. Некоторые из стадий репликации изучены досконально, о других известно мало, а ряд стадий остаются вообще пока умозрительными.

3.3.1. Прикрепление вируса к клетке Прикрепление (адсорбция) вируса представляет собой специфическое связывание вирионного белка (антирецептора) с молекулой клеточного рецептора. В настоящее время известно много примеров вирусных антирецепторов. Классическим примером антирецептора является гемагглютинин вируса гриппа. Некоторые сложные вирусы (в т.ч.

поксвирусы, герпесвирусы) используют более чем один рецептор.

Подавляющее большинство рецепторов и все антирецепторы, идентифицированные к настоящему времени, относятся по своей химической природе к гликопротеидам.

С рядом проблем на стадии проникновения в клетку сталкиваются вирусы растений. Причем, дело не только в том, что снаружи растения покрыты несколькими слоями воска и пектина. Более важным является то, что каждая клетка окружена толстой стенкой из целлюлозы. Пока не известны растительные вирусы, которые бы использовали для прикрепления к клетке какие-либо специфические клеточные рецепторы наподобие тех, что используют фаги или вирусы животных. Ясно, что вирусы растений могут попасть в клетку-хозяина только при нарушении целостности клеточной стенки. Такое нарушение стенки имеет место или при механическом повреждении клеток или в результате воздействия на растения насекомых переносчиков.

Вирус адсорбируется на клетке вначале обратимым образом и может быть элюирован с нее. Затем адсорбция принимает необратимый характер, что связано с изменением как вируса, так и клетки.

Следует отметить, что чувствительность клетки (т.е. ее восприимчивость к тому или иному вирусу) определяется наличием рецепторов, однако восприимчивость клеток не следует путать с пермессивностью. Так, клетки кур не восприимчивы к вирусу полиомиелита, поскольку у них отсутствуют рецепторы для связывания вирионов. Однако они способны продуцировать полноценные вирионы после заражения их интактной РНК, изолированной из вирусных частиц, т.е.

являются полностью пермиссивными в отношении этого вируса.

Одним из хорошо изученных примеров вирус-рецепторного взаимодействия является адсорбция на клетке вируса гриппа. Белок гемагглютенин образует один из двух типов гликопротеидных шипов на поверхности вирусной частицы. Второй тип шипов формирует белок – нейраминидаза. Каждый гемагглютениновый шип состоит из трех молекул, в то время как нейраминидазный шип является тетрамером.

Гемагглютениновые шипы отвечают за связывание вируса с рецепторами, которые представляют собой сиаловые (N-ацетилнейраминовые) кислоты – углеводные группы, обычно входящие в состав большинства гликозилированных белков. Из-за сравнительно низкой специфичности такого взаимодействия, вирусы гриппа (кроме клеток, в которых может иметь место продуктивная инфекция), способны связываться с клетками самых разнообразных типов (в т.ч. с эритроцитами, вызывая их агглютинацию).

Нейраминидаза является эстеразой, которая отщепляет сиаловую кислоту от углеводной цепи. Это очень важно для вируса гриппа. Поскольку рецепторы для этого вируса широко распространены, вирус часто присоединяется к неподходящим клеткам и даже к их обломкам. Для того, чтобы десорбироваться с таких неподходящих клеток, вирус гриппа способен отделяться от рецепторов в результате отщепления нейраминовой кислоты от полисахаридной части рецепторной молекулы.

В большинстве случаев наличие (или отсутствие) рецепторов на поверхности клетки определяет т.н. тропизм вируса, т.е. тип клеток-хозяев, в которых вирус способен реплицироваться. Гораздо реже такую роль играет блокирование репликации на ее более поздних стадиях. Другими словами, самая первоначальная стадия взаимодействия между вирусом и клеткой имеет важнейшее влияние на вирусный патогенез и определяет судьбу вирусной инфекции.

3.3.2. Проникновение вируса в клетку Этот процесс следует за этапом связывания вируса с рецепторами клетки и протекает сравнительно быстро. В отличие от предыдущей стадии процесс проникновения обычно требует затрат энергии. Считается, что проникновение происходит в результате одного из следующих событий:

• транслокации вируса целиком через клеточную мембрану (рис.

3.3). Такой способ вирусы использую редко и он еще плохо изучен. Процесс опосредуется белками, находящимися в составе вирусного капсида, и специфическими мембранными рецепторами;

• виропексиса (рецепторного эндоцитоза), в результате которого вирус накапливается в цитоплазматических вакуолях (рис. 3.4). По всей вероятности, это наиболее обычный способ проникновения вирусов в клетки.

Процесс эндоцитоза подобен фагоцитозу, т.е. заглатыванию чужеродных частиц клеткой. Он не требует участия каких-либо специальных вирусных белков, кроме антирецепторов. Эндоцитарные вакуоли могут перемещаться внутри клетки, перенося находящиеся в ней вирусы вплоть до ядра;

Рис. 3.3. Транслокация вириона через клеточную мембрану с помощью рецептора на поверхности клетки.

Рис. 3.4. Проникновение вируса в клетку путем эндоцитоза.

• слияния оболочки вириона с клеточной мембраной (рис. 3.5). Этот процесс происходит или непосредственно на поверхности клетки или следует за эндоцитозом в цитоплазматической вакуоле и требует наличия в составе вирусной оболочки специфического белка слияния. Под действием этого белка происходит слияние вирусной оболочки с мембраной клетки или вакуоли, в результате чего вирусная оболочка и встроенные в нее белки становятся частью клеточной мембраны (или мембраны вакуоли), а капсид, содержащий генетический материал, проникает в цитоплазму и вызывает инфекцию.

Рис. 3.5. Проникновение ВИЧ в клетку путем слияния мембран.

С помощью первых двух способов проникают в клетку простые вирусы. Сложные вирусы используют варианты третьего механизма. При этом миксовирусы и герпесвирусы служат примерами вирусов, проникающих в клетки путем слияния их оболочек с плазматической мембраной клетки, т.е. минуя стадию эндоцитоза.

Особый механизм введения своего генома в клетку бактерий обнаружен у Т-четных фагов, хозяивами которых являются клетки E. сoli. В результате взаимодействия вириона с клеточными рецепторами происходит обнажение фермента – лизоцима, который до того был экранирован.

Лизоцим вызывает разрушение самого прочного, внутреннего слоя клеточной стенки, состоящего из мукопептидов. На следующей стадии чехол отростка, прикрепленный к клеточной стенке, сокращается, что приводит к проколу стенки и клеточной мембраны стержнем отростка. Механизм сокращения чехла сходен с механизмом сокращения мышечного белка – актина. Сократительные белки фагов обладают АТФ-азной активностью и в этом отношении также напоминают мышечные белки. Чехлы отростка содержат АТФ, которая, как известно, является источником энергии при мышечном сокращении. На заключительном этапе процесса фаговая ДНК инъецируется внутрь клетки. При этом цепь ДНК перемещается из головки внутри полости отростка, наподобие тому, как жидкость выдавливается из шприца через иглу. Характерно, что выход ДНК происходит также и при контакте фагов с изолированными клеточными рецепторами. Отсюда следует, что в процессе инъекции фаговой ДНК клетка не принимает никакого участия.

3.3.3. Раздевание вируса Раздевание – обобщенное наименование событий, которые происходят после проникновения вируса в клетку и завершаются полным (или частичным) разрушением вирусного капсида и появлением в цитоплазме вирусного генома в форме, способной к экспрессии. К сожалению, раздевание является стадией репликации вирусов, которая пока остается наименее изученной.

В определенном смысле удаление вирусной оболочки, которое происходит во время слияния вирусной и клеточной мембран, уже можно рассматривать как часть процесса раздевания. Слияние вирусной оболочки и эндосомальной мембраны контролируется вирусными белками слияния. Они обычно активируются под действием низких уровней рН внутри эндосомы.

Следует отметить, что эндоцитоз таит для вирусов определенную опасность, поскольку если он задерживается в эндосоме надолго, то необратимо повреждается лизосомальными ферментами.

Чем заканчивается стадия раздевания – зависит от вида вируса. В случае адено- и герпесвирусов клеточные ферменты разрушают капсид до ДНК или комплекса ДНК с основным (нуклеокапсидным) белком. У реовирусов удаляется только часть капсида, что не мешает однако вирусному геному экспрессировать все свои функции. Поксвирусы раздеваются в две стадии: вначале ферменты клетки-хозяина удаляют наружное покрытие, а на второй стадии для окончательного освобождения вирусной ДНК требуется участие уже вновь синтезированных вирусных ферментов.

3.3.4. Стратегия репликации генома и экспрессия генов Важной особенностью вирусов, отличающей их от других организмов, является то, что компоненты вируса синтезируются в клетке раздельно, а затем соединяются в зрелую вирусную частицу. Такой способ размножения носит название дизъюнктивного.

Ключевым моментом в репликации вирусов является использование для синтеза вирусных белков клеточной белоксинтезирующей системы. При этом основной сложностью является то, что в клетке – ни в ядре, ни в цитоплазме нет ферментов, необходимых для синтеза мРНК на вирусных РНК (т.е. нет ферментов, обеспечивающих транскрипцию вирусных РНК геномов). Кроме того, в цитоплазме нет ферментов, способных транскрибировать вирусную ДНК. В связи с этим, клеточную транскриптазу для синтеза вирусных мРНК могут использовать только ДНК-содержащие вирусы, способные проникать в ядро. Все остальные вирусы вынуждены создавать собственные ферменты для синтеза мРНК. Еще одна сложность заключается в том, что белоксинтезирующий аппарат эукариот способен транслировать только моноцистронные мРНК (он не распознает участки инициации внутри молекул мРНК). Как результат, вирусы вынуждены синтезировать либо индивидуальные мРНК для каждого гена (моноцистронные мРНК), либо мРНК, кодирующие большой полипротеин, который затем расщепляется на отдельные белки.

Стратегия любого вируса после проникновения в клетку направлена на синтез собственных белков (транскрипция и трансляция) и дочерних вирусных геномов (репликация). Способ решения этих задач зависит от природы вирусного генетического аппарата. В этом отношении все вирусы можно разделить на семь групп. Такая классификация была предложена Дэвидом Балтимором в 1971 г. Схематическое представление основных событий, происходящих во время репликации различных вирусных геномов, дано на рис. 3.6-3.12.

Группа I. (Двухцепочечная ДНК). Группу составляют вирусы инфицирующие: бактерии (напр. Podoviridae, фаги E. coli);

высших животных (Pox-, Herpes-, Adeno-, Papovaviridae);

насекомых (Baculo-, Irido- и Polydnaviridae);

эукариотические водоросли (Phycodnaviridae);

грибы.

Эти вирусы обладают: кольцевыми геномами (Papova-, Baculo-, и Polydnaviridae);

линейными геномами (Adeno- и Herpesviridae, некоторые фаги);

циркулярно пермутированными линейными геномами (фаги Т4, некоторые представители сем. Iridiviridae);

линейными геномами с ковалентно замкнутыми концами (Pox-и Phycodnaviridae).

Все вирусы, кроме входящих в сем. Polydnaviridae, имеют однокомпонентные геномы;

у представителей последнего семейства геном фрагментирован. Репликация геномов во всех случаях полуконсервативна.

Вирусы эукариот размножаются в большинстве случаев в ядре, используя клеточные ферменты (рис. 3.6).

Рис. 3.6. Схема размножения вирусов, обладающих двухцепочечной геномной ДНК.

Однако, репликация поксвирусов, некоторых бакуловирусов и иридовтрусов имеет место в вируспецифических «тельцах включения» в цитоплазме. Эти вирусы имеют все необходимые факторы для репликации и транскрипции и поэтому почти не зависят от клеточных ферментов.

Транскрипция вирусного генома носит каскадный характер, т.е.

происходит в несколько последовательных раундов с образованием т.н.

сверхранних, ранних и поздних белков.

Группа II. (Одноцепочечная ДНК). Эта группа включает вирусы инфицирующие: бактерии (фаги сем. Inoviridae и Microviridae);

млекопитающих (Circoviridae, Papovaviridae);

птиц (цирковирусподобные организмы);

растения (Geminiviridae, Nonoviridae).

Вирусы обладают: линейным однокомпонентным геномом (Papovaviridae);

кольцевым однокомпонентным геномом (Microvirida, Inoviridae Circoviridae, некоторые представители сем. Geminiviridae);

кольцевым двухкомпонентным геномом (некоторые представители сем.

Geminiviridae);

кольцевым многокомпонентным (3) геномом (Nonoviridae).

Репликация всех эти вирусов протекает (рис. 3.7) в ядре через образование т.н. «репликативной формы» - репликативного интермедиата, представляющего собой двухцепочечную ДНК, которая образуется вскоре после начала инфекции при участии (почти всегда) клеточных ДНК полимераз.

Рис. 3.7. Схема размножения вирусов, обладающих одноцепочечной геномной ДНК.

Группа III. (Двухцепочечная РНК). Группа объединяет вирусы инфицирующие: бактерии (Cystoviridae);

животных, растения, насекомых (Reoviridae, Partitiviridae);

позвоночных и беспозвоночных (Birnaviridae);

грибы (Partitiviridae, Totiviridae).

Вирусы обладают геномами: однокомпонентным (Totiviridae);

двухкомпонентным (Birna-, Cripto- и Partitiviridae);

трехкомпонентным (Cystoviridae);

многокомпонентным (10-12 сегментов) (Reoviridae).

Таким образом, большинство вирусов этой группы имеют сегментированный геном. Все фрагменты генома находятся в составе одной вирусной частицы.

Геномы вирусов этой группы реплицируются (см. рис. 3.8) в цитоплазме клетки-хозяина по консервативному механизму с помощью вирионной РНК-зависимой РНК-полимеразы. При этом двухцепочечная РНК транскрибируется в моноцистронные мРНК, которые выполняют две функции. Во-первых, они транслируются, обеспечивая синтез вирусных белков, и, во-вторых, они служат матрицами для синтеза комплементарных дочерних цепей, что ведет к образованию двухцепочечных сегментов генома.

Рис. 3.8. Схема размножения вирусов, обладающих двухцепочечной геномной РНК.

Группа IV. (Одноцепочечная (+)РНК). Эта группа включает: вирусы, инфицирующие эубактерии (Leviviridae);

вирусы насекомых (Noda- и Tetraviridae);

вирусы грибов (Barnaviridae);

вирусы растений (Bromo-, Como-, Poty-, Sequi- и Tombusviridae);

вирусы позвоночных (Astro-, Calici-, Corona-, Flavi-, Picorna- и Togaviridae).

Вирусы обладают разнообразными видами геномов. Одноцепочечные геномы свойственны представителям сем. Poty-, Picorna-, Sequi-, Calici-, Toga- Tombusviridae. Двухкомпонентные геномы найдены у вирусов сем.

Como-, Noda-Tetra- и Potyviridae. Трехкомпонентные геномы обнаружены у представителей сем. Bromoviridae.

Эти вирусы размножаются в цитоплазме и у них имеется несколько вариантов экспрессии генома. В качестве основного варианта рассмотрим репликацию пикорнавирусов. Их геномные РНК выполняют две функции.

Во-первых, она функционирует как мРНК – после проникновения в клетку связывается с рибосомами и целиком транслируются, образуя полипротеин.

Затем полипротеин с помощью специфических клеточных и вирусных протеаз расщепляется на функциональные белки. Во-вторых, геномная РНК выполняет функцию матрицы для синтеза на ней комплементарной ()РНК при участии РНК-полимеразы, появляющейся в клетке в результате расщепления полипротеина. При этом образуется репликативный интермедиат, формирующий молекулы дочерних (+)РНК, которые могут, в свою очередь, использоваться в качестве мРНК или включаться в состав вирионов. Такой вариант стратегии репликации иллюстрирует рис. 3.9.

Рис. 3.9. Схема размножения вирусов, обладающих геномной одноцепочечной (+)РНК (пикорнавирусы).

У тогавирусов реализуется иной вариант стратегии. Сначала транслируется (в виде полипротеина) часть генома, кодирующая синтез неструктурных белков (РНК-полимеразный комплекс), затем синтезируется ()РНК с образованием репликативного интермедиата. Информация для синтеза структурных белков считывается уже с дочерних (+)цепей РНК. При этом белки синтезируются в виде полипротеинов с последующим протеолитическим нарезанием.

Итак главным в репликации вирусов с позитивным геномом является то, что геномная РНК способна служить в клетке в качестве мРНК. Таким образом, вирус имеет возможность сразу же после заражения клетки синтезировать белки, ответственные за репликацию своего генома, и нет необходимости в их внесении в клетку вместе с вирионом. Вот почему «голая» РНК, изолированная из вирионов, инфекционна. Вторая особенность таких вирусов состоит в том, что первичными продуктами трансляции РНК являются нефункциональные полипротеины, которые, подвергаясь специфическому протеолизу, распадаются на функциональные белки.

Группа V. (Одноцепочечная ()РНК). Вирусы этой группы инфицируют: позвоночных (сем. Arena-, Orthomyxo- и Paramyxoviridae), позвоночных и членистоногих (Bunya- и Rhabdoviridae), растения и членистоногих (Bunya- и Rhabdoviridae).

В вирионах представителей сем. Filo-, Paramyxo -, Rhabdoviridae найдены односегментные геномы. Фрагментированные геномы обнаружены у вирусов сем. Bunya- и Orthomyxoviridae.

Вирусы этой группы считаются эволюционно молодыми, так как встречаются только в членистоногих и позвоночных. Свойство инфицировать растения возникло на сравнительно позднем этапе эволюции как результат тесных взаимоотношений насекомых с их растениями-хозяевами.

Для вирусов с геномной одноцепочечной негативной РНК (рис. 3.10) характерно то, что геномная РНК выполняет две матричные функции.

Рис. 3.10. Схема размножения вирусов, обладающих геномной одноцепочечной (-)РНК.

Во-первых, она используется для транскрипции и, во-вторых, - для репликации. В связи с тем, что для синтеза мРНК должна транскрибироваться вирусная РНК, а в клетке-хозяине соответствующего фермента нет, все вирусы с негативным геномом содержат в вирионе собственную РНК-зависимую РНК-полимеразу (транскриптазу).

Первым событием после проникновения вируса в клетку является транскрипция в цитоплазме вирусного генома, в результате чего накапливаются моноцистронные мРНК, каждая из которых кодирует один белок. Новосинтезированные вирусные белки, в свою очередь, начинают репликацию родительской РНК. Они катализируют образование полноразмерной (+)РНК, которая служит матрицей для синтеза на ней геномной ()РНК потомства.

Итак, главное в репликации вирусов с негативной геномной РНК заключается в том, что она функцинирует как матрица и для транскрипции, и для репликации. Отсюда следует, что: а) вирус должен вносить в клетку при заражении транскриптазу, б) «голая» РНК, изолированная из вирионов, неинфекционна и в) синтезируемые мРНК имеют длину одного гена, т.е. они кодируют один белок.

Группа VI. (Одноцепочечная (+)РНК, имеющая в репликативном цикле ДНК в качестве интермедиата). Вирусы этой группы инфицируют только позвоночных и представлены единственным семейством Retroviridae.

Важнейшие представители: мышиный вирус рака молочной железы, вирус лейкоза мышей (вирус Молони), вирус лейкоза обезьян, Т-лимфотропный вирус человека.

Геном вирусов – монолитный. Его уникальность среди вирусов заключается в том, что он диплоидный (представлен димерной одноцепочечной РНК).

Единственная известная функция геномной РНК – матричная функция для синтеза ДНК. Поскольку клетки-хозяева не имеют для этого соответствующего фермента, вирус кроме генома содержит еще и РНК зависимую ДНК-полимеразу (обратную транскриптазу), а также смесь тРНК хозяина, которые служат в качестве затравки. Следует отметить, что в русскоязычной литературе принят для обратной транскриптазы также термин «ревертаза».

В цикле репродукции вирусов (рис. 3.11) можно выделить ряд основных стадий.

• Синтез в цитоплазме ДНК-копии, комплементарной по отношению к РНК. Эта стадия завершается образованием кольцевой одноцепочечной молекулы ДНК, связанной водородными связями с линейной геномной РНК.

• Расщепление геномной РНК нуклеазой, атакующей только РНК в составе гибридов ДНК/РНК (РНКазой-Н, также содержащейся в вирионе).

• Синтез комплементарной копии вирусной ДНК. Эта стадия осуществляется при участии вирионной ДНК-зависимой ДНК полимеразы.

• Перемещение кольцевой двухцепочечной вирусной ДНК из цитоплазмы в ядро, где она (благодаря действию вирионной интегразы) ковалентно интегрирует с геномом клетки-хозяина.

• После интеграции в геном хозяина вирусная ДНК (провирус) попадает под контроль клетки и транскрибируется транскриптазой клетки хозяина точно также, как другие клеточные гены. Продуктом транскрипции является молекула мРНК, равная по длине геномной РНК. Эта РНК транслируется для синтеза (через стадию образования и протеолиза полипротеинов) структурных белков и ферментов, а также используется в качестве геномов дочерних популяций.

• Самосборка вирусных нуклеопротеидов происходит в цитоплазме, а созревание вирусных частиц происходит на клеточной оболочке, откуда они отделяются почкованием. При этом нуклеопротеид обволакивается клеточной мембраной, содержащей предварительно встроенные туда вирусные белки.

Рис. 3.11. Цикл репродукции вирусов 6-ой группы Балтимора.

В дополнение к описанной выше стратегии размножения ретровирусов следует отметить два важных обстоятельства. Прежде всего, все ферментативные активности, фигурирующие в описании репликационного цикла, начиная с обратной транскрипции геномной РНК и включая интеграцию вирусной ДНК в геном клетки-хозяина, являются проявлением единого, трудноразделимого вирусспецифического интегразного комплекса, который присутствует в каждом вирионе и вводится в клетку вместе с вирусным геномом. И далее, экспрессия вирусных генов в составе провируса не обязательна. В течение долгого времени провирус может ничем себя не проявлять и передаваться «вертикальным» образом потомкам клетки хозяина.

Группа VII. (Двухцепочечная ДНК, имеющая в репликативном цикле РНК в качестве интермедиата). Этот класс вирусов включает сложные вирусы, содержащие в составе вириона кольцевые двухцепочечные ДНК (обычно с брешью или разрывами цепи), которые реплицируются с образованием одноцепочечных РНК-интермедиатов.

Эти вирусы инфицируют: позвоночных (сем. Hepadnaviridae) и растения (роды Caulimoviruses и Badnaviruses).

Геномы вирусов представлены: частично двухцепочечной не замкнутой ковалентно кольцевой ДНК (Hepadnaviridae);

кольцевой двухцепочечной ДНК с разрывами в обеих цепях (Caulimoviruses и Badnaviruses).

Все эти вирусы, по-видимому, эволюционно произошли от того же предка, что и вирусы сем. Retroviridae. По этой причине некоторые исследователи предлагают все вирусы седьмой группы объединить в сем.

“Pararetroviridae“.

Экспрессия геномов этих вирусов сложна и сравнительно слабо изучена. Гепадновирусы имеют несколько перекрывающихся рамок считывания, что позволяет кодировать большой объем информации, используя относительно компактный геном.

После этапа раздевания ДНК и вирионная полимераза мигрируют в ядро клетки-хозяина, где ДНК (см. рис. 3.12) достраивается с помощью ДНК полимеразы и превращается в сверхспирализованную молекулу. Эта молекула транскрибируется с образованием молекул (+)РНК двух типов – небольших мРНК, кодирующих белки, и полноразмерной геномной РНК, которую затем транскрибирует обратная транскриптаза, синтезируя геномную ДНК.

Репликация генома включает ряд последовательных процессов.

Сначала прегеномная (+)РНК инкапсулируется в сердцевину вириона, содержащую полимеразу, где фермент, действуя как обратная транскриптаза, синтезирует ()ДНК. Затем эта цепь ДНК используется как матрица для синтеза (+)цепи ДНК, однако процесс носит незавершенный характер и заканчивается образованием двухцепочечной молекулы ДНК с неполной (+)цепью.

Одновременно с реализацией сложного репликативного цикла вирусная ДНК может нтегрироваться в геном клетки. Этот процесс не обязателен, но если он имеет место, то ДНК вируса расщепляется на много фрагментов и встраивается в различные участки клеточной ДНК. При этом доступными для транскрипции оказываются лишь некоторые фрагменты вирусной ДНК.

Рис. 3.12. Цикл репродукции вирусов 7-ой группы Балтимора.

Следует отметить, что достройка неполной цепи вирионной ДНК, синтез прегеномной РНК, обратная транскрипция этой РНК, разрушение РНК-матрицы и синтез неполной второй цепи вирусной ДНК – все эти процессы осуществляются единым вирусным полимеразным комплексом.

Таким образом, несмотря на некоторое сходство процессов обратной транскрипции у гепадна вирусов и ретровирусов, их не объединяют в одно семейство, поскольку у ретровирусов репликативным интермедиатом является не РНК, а ДНК. Кроме того, у ретровирусов в ДНК клетки-хозяина интегрирует целый геном, а у гепаднавирусов – его фрагменты. При этом у ретровирусов экспрессируется весь провирусный геном, а у гепадновирусов – только некоторые его области. К тому же интеграция ДНК у последних вообще не обязательна.

Экспрессия вирусных генов. Сегментированные вирусные геномы обычно транскрибируются с образованием моноцистронных мРНК.

Преимущество таких мРНК заключается в том, что разные белки могут синтезироваться в различных количествах.

При экспрессии несегментированных геномов существует тенденция к продукции полицистронных мРНК. Эти мРНК транслируются с образованием полипротеинов, которые затем расщепляются на зрелые (функционально активные) белковые продукты.

Для того чтобы использовать клеточную машинерию, вирусные мРНК на уровне первичной, вторичной или третичной структур должны нести определенные информационные сигналы, которые распознаются клеткой (например, сайты связывания рибосом, полиаденилатные последовательности и т.д.). Сходным образом некоторые ДНК-содержащие вирусы (например, паповавирусы) кодируют белки, которые связываются с «ориджин» для репликации и стимулируют клеточную ДНК-полимеразу реплицировать именно вирусный геном.

Известны вирусы (среди них - аденовирусы, например), которые кодируют свои собственные ДНК-полимеразы, но остаются зависимыми от некоторых клеточных факторов, необходимых для репликации.

Сложные вирусы, напр., герпесвирусы, кодируют большое число белков, вовлекаемых в процесс синтеза ДНК, и почти не зависят от клеточной машинерии.

3.3.5. Сборка вирионов Под сборкой понимают сбор всех компонентов, необходимых для формирования зрелого вириона в определенном месте клетки. Во время этого процесса формируются основные структуры вируса. Место сборки варьирует у разных вирусов. Например, пикорна-, покс- и реовирусы собираются в цитоплазме, адено-, папова- и парвовирусы - в ядре. Место сборки ретровирусов - на внутренней поверхности клеточной мембраны.

Не смотря на усиленное изучение этой стадии вирусного репликационного цикла, не понятно еще как осуществляется регуляция этого процесса. В общих чертах, считается, что увеличение внутриклеточного уровня вирусных белков и нуклеиновых кислот до какого-то критического уровня включает процесс сборки. Многие вирусы достигают высоких концентраций вновь синтезированных структурных компонентов путем концентрирования их в особых внутриклеточных компартментах, видимых в световой микроскоп, которые называют «тельцами включения». Появление таких телец – обычное явление на поздних стадиях инфекции многих вирусов. Размеры и локализация таких телец часто являются весьма характерным признаком некоторых вирусов. Например, инфекция вирусом бешенства приводит к появлению больших внутриядерных «телец Негри», которые впервые наблюдала Адель Негри в 1903 г.

Формирование вирусных частиц может быть относительно простым процессом, в котором участвуют только субъединицы капсида и нуклеиновые кислоты и который контролируется только законами симметрии. В других случаях, сборка представляет собой весьма сложный многостадийный процесс, в котором участвуют не только структурные белки, но и особые вирусспецифические белки, служащие матрицами для сборки вирусов. Формирование нуклеокапсида может происходить на ранних стадиях сборки капсида (например, многие вирусы со спиральной симметрией «собираются» на геноме), или на поздних стадиях, когда геном комплексируется с уже почти готовым капсидом.

Некоторые вирусы синтезируют морфогенетические факоры, которые не являются структурной частью вируса, но присутствие которых требуется для нормальной сборки. Эти факторы называют молекулярными шаперонами. Следует отметить, что иногда в процессах сборки вирусов принимают участие и шапероны клетки.

3.3.6. Созревание и выход вирионов из клетки На этой стадии жизненного цикла вирус приобретает инфекционность.

Она обычно сопровождается структурными изменениями частицы в результате специфического расщепления определенных полипротеинов предшественников зрелых структурных белков. Для одних вирусов сборка и созревание неразделимы, в то время как для других созревание может происходить после того, как вирусная частица покинула клетку.

Для литических вирусов (в основном простые вирусы) выход из клетки является сравнительно простым процессом: клетка разрушается, освобождая при этом вирус.

Сложные вирусы при выходе из клетки путем отпочковывания приобретают липидную оболочку. Такой способ выхода вируса из клетки не всегда приводит ее к гибели.

3.4. Система интерферона У организма-хозяина имеется ряд защитных механизмов от вирусных инфекций. Наиболее важным ответом организма позвоночных на вирусную атаку является активация гуморального и клеточного разделов иммунной системы. Гуморальный иммунный ответ находит свое выражение в продукции противовирусных антител. Главный результат активности антител – очистка сыворотки крови от вирусных частиц, что предотвращает передвижение вируса к неинфицированным клеткам и снижает нагрузку на другие защитные механизмы организма.

Прямая нейтрализация вирусов антителами достигается целым рядом способов, включающих: конформационное изменение капсида, вызванного присоединением антител, блокировку антирецепторов и т.д. Вторичным следствием связывания вируса с антителами является фагоцитоз покрытых антителами («опсонизированных») молекул-мишеней моноядерными клетками или полиморфноядерными лейкоцитами.

Связывание антител с вирионами приводит также к активации системы комплемента, которая также способствует нейтрализации вирусных частиц.

Участие системы комплемента имеет особо важное значение на ранних стадиях инфекции, когда еще в организме синтезируются ограниченные количества низкоаффинных антител.

Как предполагают, в борьбе с вирусными инфекциями более эффективен, в сравнении с гуморальным, клеточный тип иммунитета. Это предположение вытекает из следующих наблюдений.

- Врожденные дефекты клеточного иммунитета проявляются в предрасположенности в первую очередь к вирусным инфекциям (и в гораздо меньшей степени – к бактериальным).

- В случае СПИДа происходит снижение соотношения числа клеток Т хелперов (CD4+) к числу клеток Т-супрессоров (CD8+) с 1,2 (нормальный уровень) до 0,2. При этом практически все больные начинают страдать от различных оппортунистических вирусных инфекций (вызванных, например, вирусами простого герпеса, цитомегаловирусами, вирусом Епштейна-Барр), которые присутствовали и до развития СПИДа, но были тогда подавлены интактной иммунной системой.

Клеточно-опосредованный иммунитет находит свое выражение в уничтожении (лизисе) вирус-инфицированных клеток с участием т.н. NK клеток (естественных киллеров) и ЦТЛ (цитотоксических лимфоцитов).

Другим, и по-видимому, более важным фактором защиты организма– хозяина от вирусных инфекций является продукция им интерферона.

Действительно, клеточный и особенно гуморальный иммунные ответы – слишком медленные, чтобы защитить организм от быстро реплицирующихся вирусов, особенно в том случае, когда не было предварительного контакта его с вирусом. В этом отношении более мобильной является система интерферона.

В 1957 г. английский вирусолог А.Айзекс совместно со своим стажером из Швейцарии (Д.Линденманн) обнаружил, что заражение некоторых клеток вирусом делает ее и соседние с ней клетки менее восприимчивыми к последующему заражению тем же или другим вирусом.

Затем было установлено, что это явление связано с образованием в зараженной клетке особого вещества белковой природы – интерферона. В настоящее время известно, что интерфероны относятся к важнейшим факторам неспецифической резистентности клетки и организма.

Общепринято следующее определение: интерфероны – это гетерогенный класс гормоноподобных белков, которые продуцируются клетками позвоночных (от рыб до человека включительно) в ответ на вирусную инфекцию или воздействие различных агентов (индукторов) и осуществляют в организме функции, направленные на сохранение гомеостаза.

Несмотря на такой обобщенный характер определения, оно указывает на два кардинальных свойства интерферонов, а именно: интерфероны – это биологически активные белки, и для образования их в клетке необходима специальная индукция.

Когда вирус инфицирует клетку, это вызывает ответную защитную реакцию в форме синтеза интерферона. О значении интерферона свидетельствует тот факт, что у экспериментальный животных, которым после заражения вирусами вводят антисыворотку против интерферона, вирусные инфекции протекают гораздо тяжелее, чем у контрольных животных, инфицированных теми же вирусами.

Система интерферона включает в себя три взаимосвязанных звена:

индукцию, продукцию и действие.

Индукция интерферона может осуществляться многочисленными природными и синтетическими веществами, которые, в свою очередь, подразделяют на высоко- и низкомолекулярные индукторы. В настоящее время известны сотни таких индукторов. Индукторами интерферона являются: метилированный альбумин, гистоны, некоторые гормоны, антибиотики, и т.д. Наиболее активные индукторы – двухцепочечные природные и синтетические полирибонуклеотиды. Характерно, что синтез интерферона способны стимулировать не только инфекционные, но нередко и инактивированные вирусы.

Наибольший индуцирующий эффект проявляют вирусы с медленным репликативным циклом, например, парамиксо- и альфавирусы. Слабыми индукторами являются вирусы, выраженно блокирующие синтез клеточных мРНК и протеинов, например, герпес- и аденовирусы.

В отсутствии индукторов клеточные гены, кодирующие синтез интерферонов, обычно не экспрессируются. Предполагается, что в результате взаимодействия индуктора с цитоплазматической мембраной происходит дерепрессия генов интерферона согласно модели репрессии-дерепрессии Жакоба и Моно, разработанной для синтеза индуцибельных ферментов у бактерий. Непременное условие для запуска синтеза интерферонов – сохранение способности клеткой к синтезу белка вообще. При этом похоже, что прямого взаимодействия индукторов с репрессорами интерфероновых генов нет, поскольку показано, что, например, высокомолекулярные индукторы (а также иммобилизованные низкомолекулярные) в клетки не проникают.

Продукция интерферона. Образующаяся в результате транскрипции генов интерферона мРНК транслируется клеточной белоксинтезирующей системой. После соответствующего процессинга интерферон секретируется в окружающую среду.

Интерфероны подразделяются на три антигенных типа:, и.

Интерферон- (или лейкоцитарный интерферон) продуцируется преимущественно лейкоцитами периферической крови. Имеется по крайней мере 15 молекулярных видов этого интерферона;

некоторые из них отличаются лишь по одной аминокислоте. Все гены (около двадцати), кодирующие интерферон-, у человека локализуются на 9 хромосоме.

Основными индукторами являются вирусы, природные и синтетические полинуклеотиды. Зрелый белок (молекулярная масса 17 000) содержит аминокислоты.

Интерферон- - фибробластный интерферон – продуцируется преимущественно фибробластами при использовании тех же индукторов, которые вызывают синтез интерферона-. Способность к образованию этого интерферона кодирует единственный ген, также расположенный на хромосоме. Зрелый белок состоит из 145 аминокислот и, в отличие от интерферона-, гликозилирован.

Интерферон- (иммунный интерферон) - продукт стимулированных Т лимфоцитов, нормальных киллеров и (возможно) макрофагов. Способность к образованию кодирует один ген 12 хромосомы. Зрелый белок содержит аминокислот и гликозилирован. По первичной структуре имеет очень мало общего с описанными выше интерферонами- и -. Этот вид интерферона до сих пор остается наименее изученным.

3.4.1. Основные биологические свойства интерферонов Противовирусная активность (наиболее детально изученное биологическое свойство итерферонов) имеет следующие основные черты:

- универсальность. Интерфероны активны против широкого круга как РНК-, так и ДНК-содержащих вирусов;

- видоспецифичность. Каждый биологический вид продуцирует свои уникальные белки, порой весьма похожие по структуре и физико химическим свойствам, но не способные проявлять антивирусное действие в условиях организма другого вида. Другими словами, интерфероны высокоактивны только в гомологичных системах и слабоактивны (или неактивны) в гетерологичных. Так, огромные количества интерферона, выделенного из мышиной ткани, оказываются неспособными защищать от вирусов ткань куриных фибробластов, и наоборот;

- последействие. Даже после удаления интерферона в обработанных им клетках сохраняется способность подавлять репродукцию вирусов в течение довольно длительного времени;

- внутриклеточная точка приложения. Интерферон не действует непосредственно на вирионы или их нуклеиновые кислоты и активны лишь на вирусы в процессе их репродукции;

Развитие индуцируемого интерфероном состояния противовирусной резистентности имеет характерную динамику. Резистентность начинает отмечаться спустя 1,5-2 ч после контакта клетки с интерфероном и достигает максимума к 5-6 ч. При этом достигаемый уровень резистентности зависит от сочетания таких параметров, как концентрация интерферона, время его добавления по отношению к началу вирусной инфекции, множественность заражения и т.д.

Интерферон обладает обширным спектром так называемых непротивовирусных эффектов. Из них наиболее важными считаются антипролиферативный, иммуномодуляторный и радиопротекторный.

3.4.2. Механизмы действия интерферона Эксперименты показали, что антивирусным эффектом обладает не проникающий в клетки комплекс интерферона с высокополимерным углеводом – сефарозой. Следовательно, стадия проникновения интерферона в соседнюю клетку для придания ей антивирусного состояния не является необходимой. В настоящее время установлено, что для активирования генов, ответственных за развитие антивирусного состояния, достаточно интерферону адсорбироваться на специальных рецепторах, локализующихся на клеточных мембранах.

Как уже отмечалось выше, интерферон не действует на вирионы или выделенную из них РНК, а действует лишь на вегетативную форму вирусов.

Причем тот факт, что ингибирующий эффект обнаруживается даже при использовании для заражения клеток инфекционных РНК, служит доказательством тому, что интерферон не затрагивает ранние фазы размножения вирусов – адсорбцию, пенетрацию и раздевание.

Многочисленными экспериментами доказано, что основной эффект интерферона заключается в нарушении способности вирусных мРНК транслироваться. К такому результату действия интерферона приводят следующие биохимические события.

Интерферон активирует гены, некоторые из которых кодируют образование ферментов с прямым антивирусным действием – РНК активируемой протеинкиназы (см. рис. 3.13) и 2’,5’-олигоаденилатсинтетазы (см. рис. 3.14). Индуцируемая протеинкиназа обладает способностью фосфорилировать в белках остатки серина и треонина. При связывании с двухцепочечной вирусной РНК она активируется, аутофосфорилируется, а затем фосфорилирует белковый фактор eIF2. В норме eIF2 в комплексе с ГTФ заставляет мет-тРНК связаться c 40S рибосомальной субъединицей, что инициирует синтез белка. Фосфорилирование фактора инициации трансляции eIF2 приводит его к инактивации, вследствие чего рассматриваемая стадия синтеза белка блокируется. При этом преимущественное подавление трансляции вирусных матриц обусловлено, по-видимому, несколько большей чувствительностью вирусной системы трансляции к фосфорилированию упомянутого фактора.

2’,5’-Олигоаденилатсинтетаза активируется в присутствии двухцепочечной РНК и полимеризует из АТФ семейство олигоаденилатов с общей формулой (2’,5’)рррА(рА)n. В молекулах этих соединений остатки аденозина соединены друг с другом не обычными (3’-5’-, как в РНК), а т.н.

изомеризованными, 2’-5’-фосфодиэфирными связями. Структуру важнейшего (наиболее активного) из них - тринуклеотида (2’,5’)рррА(рА) (сокращенно 2’-5’А) – можно видеть на рис. 3.15. Образовавшийся 2’-5’А активирует латентную (неактивную) РНКазу-L, присутствующую в клетках, не обработанных интерфероном. Наконец, активированная РНКаза-L разрушает свободные (не связанные с рибосомами) вирусные и клеточные РНК.

Таким образом, блокирование стадии инициации трансляции мРНК и разрушение самих мРНК обусловливает универсальный механизм действия интерферона. Следует отметить, что платой за такую универсальность является приостановка в клетке-хозяине биосинтеза белка вообще. С этим, кстати, связан антипролиферативный эффект интерферона. Таким образом, отрицательный эффект действия интерферона имеет и положительную сторону – подавление опухолевого роста.

Рис. 3.13. Механизм действия интерферона, опосредованный индукцией протеинкиназы.

Рис. 3.14. Механизм действия интерферона, опосредованный индукцией 2’-5’ олигоаденилатсинтетазы.

NH N N O O O _ NH OPOP OPO N N O N OH OH OH N O NH HO OPO N N O O_ N N O HO OPO N N O _ O HO OH Рис. 3.15. Химическая структура молекулы 2’,5’-олигоаденилата.

Следует отметить, что интерферон может воздействовать и на другие стадии вирусной репродукции. Например, в ряде случаев происходит блокирование депротеинизации нуклеокапсида (стадии раздевания вириона) или выхода зрелых вирусных частиц из клетки-хозяина.

Далее, - и -интерфероны (но не -интерферон) активируют один из генов, находящихся на 21 хромосоме человека. Продукт экспрессии этого гена – белок Mx – ингибирует транскрипцию генома вируса гриппа (но не других вирусов!). Точный механизм ингибирования пока не расшифрован.

Общепринято, что система интерферона представляет собой один из основных факторов, обусловливающих выздоровление человека от вирусных инфекций. Например, при отсутствии осложнений, больные гриппом выздоравливают обычно спустя три дня. В тоже время иммунитет (даже обусловленный выработкой в организме иммуноглобулинов класса IgM) развивается не ранее чем через четыре-пять дней.

Справедливости ради, необходимо отметить, что, несмотря на то, что система интерферона является довольно мощной (причем широко специфичной, и, поэтому, казалось бы надежной) защитной системой клетки, некоторым вирусам удается с легкостью преодолевать этот эшелонированный защитный редут. Среди таких вирусов можно упомянуть вирус осповакцины, который в значительной мере устойчив к действию интерферона. Исследования показали, что эта устойчивость обусловлена тем, что вирус сам способен направлять синтез белка, по первичной структуре гомологичного клеточному белку eIF2, и таким образом в значительной мере нивелировать действие интерферониндуцированной клеточной протеинкиназы.

Реовирусный капсидный белок экранирует молекулы двухцепочечных РНК, препятствуя активации РНК-активируемой протеинкиназы.

При транскрипции ДНК аденовирусов синтезируются две небольшие молекулы РНК, которые не кодируют никакой информации и обладают прочной двухспиральной структурой. Эти короткие РНК так прочно связываются с РНК-активируемой протеинкиназой, что ингибирует ее активность.

В цикле репликации вируса Эпштейна-Барр также есть такие короткие РНК, которые защищают вирус от действия интерферона.

Рекомендуемая литература Основная Букринская А.Г., Жданов В.М. Молекулярные основы патогенности вирусов. М.: Медицина, 1991. 256 с.

Волкова М.А. Основные представления об интерферонах // Гематол. и трансфузиол. 1999. Т. 44, № 4. С. 32-36.

Ершов Ф.И. Система интерферона в норме и патологии. М.: Медицина, 1996. 239 с.

Тарасишин Л.А. Взаимодействие рецептор-антирецептор при вирусных инфекциях // Молекул. генет., микробиол. и вирусол. 1997. № 4. С. 12-15.

Хаитов Р.М., Пинегин Б.В. Современные представления о защите организма от инфекции // Иммунология. 2000. № 1. С. 61-64.

Cann A.J. Principles of molecular virology. San Diego etc.: Academic Press, 1997. 310 p.

Mathews M.B. Viruses and the protein synthesis machinery of the cell:

offence, defense and dependence // Molecular Aspects of Host-Pathogen Interaction / Ed. by M.A.McCrae, J.R.Saunders, C.J.Smyth, N.D.Stow.


Cambridge: University Press, 1997. P. 211-236.

Mettenleiter T.C. Brief overview on cellular virus receptor // Virus Res.

2002. V. 82, № 1-2. P. 3-8.

Stark G.R., Kerr I.M., Williams B.R. et al. How cells respond to interferons // Annual Rev. Biochem. 1998. V. 67. P. 227-264.

Дополнительная Бажан С.И., Белова О.Е. Молекулярно-генетические аспекты индукции и противовирусного действия интерферона // Вестн. РАМН. 1998. № 3. С. 18 24.

Вирусология в 3-х томах / Под ред. Б.Филдса, Д.Найпа. Перев. с англ.

М.: Мир, 1989.

Мэтьюз Р. Вирусы растений. Перев. с англ. М.: Мир, 1973. 600 с.

Dimitrov D.S. How do viruses enter cells? The HIV coreceptors teach us a lesson of complexity / Cell. 1997. V. 91, № 6. P. 721-730.

Schneider-Schanlies J. Cellular receptors for viruses: links to tropism and pathogenesis // J. Gen. Virol.-2000.-V. 81, № 6.-P. 1413-1429.

Whittaker G.R., Kann M., Helenius A. Viral entry into the nucleus // Annual Rev. Cell and Development. Biology.-2000.-V. 16.-P. 627-651.

Глава 4.

ВИРУСОПОДОБНЫЕ ИНФЕКЦИОННЫЕ АГЕНТЫ Могут ли существовать вирусы с геномами размером в нуклеотидов? А может ли существовать инфекционные агенты вообще без генома? Если первое еще можно себе представить, то гипотеза о существовании инфекционных агентов без генома вроде бы подрывает основы основ молекулярной биологии. Как это ни странно, и те и другие агенты существуют и вызывают заболевания растений, животных и человека.

В последние годы все чаще говорят о сателлитах, вироидах и прионах.

Это необычные инфекционные агенты, которые характеризуются тем, что обладают очень маленьким геномом, а в случае прионов – не обладают им вообще.

4.1. Сателлиты и вироиды Сателлиты (сателлитные вирусы, сателлитные РНК) - это маленькие молекулы РНК, которые абсолютно нуждаются для своего размножения в присутствии в клетке вируса, выступающего в качестве вируса-помощника.

Таким образом, даже вирусы имеют своих паразитов. Большинство сателлитов ассоциированы с вирусами растений, но некоторые из них ассоциированы с бактериофагами или вирусами животных. Примером последних могут служить т.н. аденоассоциированные вирусы, которые, как следует из названия, сопутствуют аденовирусам.

Типичные свойства сателлитов:

- геном сателлитов (одноцепочечная РНК) имеет размер около 500 2000 нуклеотидов;

- они вызывают специфические проявления заболеваний у растений, которые не обнаруживаются при инфекции тех же хозяев только вирусами-помощниками;

- геномы сателлитов по первичной структуре не похожи на геномы вирусов-помощников.

Вироиды – это очень маленькие (200-400 нуклеотидов) палочкообразные молекулы РНК, которые обладают характерной вторичной структурой (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Схематическая структура молекулы вироидной РНК.

Они не имеют капсида и оболочки и состоят только из одной молекулы нуклеиновой кислоты. Вироиды вызывают заболевания растений и отличаются от сателлитов по ряду характеристик (табл. 4.1).

Таблица 4.1. Характеристика сателлитов и вироидов Характеристика Сателлиты Вироиды Для репликации необходим Да Нет вирус-помощник Геном кодирует белки Да Нет Геном реплицируется при помощи: ферментов вируса- РНК-полимеразы помощника клетки-хозяина Место репликации То же, что и Ядро вируса-помощника Первым открытым и наиболее изученным вироидом является вироид, вызывающий веретеновидность клубней картофеля. Вироиды не кодируют никаких белков и реплицируются при помощи РНК-полимеразы клетки хозяина. Детали репликации еще до конца не выяснены, но похоже, что она протекает по механизму «катящегося кольца» с последующим аутокаталитическим расщеплением и лигированием. Вироиды различаются по первичной структуре, и это служит основанием для разделения их на те или иные виды. Однако все вироиды несут общую последовательность нуклеотидов, которая расположена в центральной части молекулы и, как полагают, важна для репликации (см. рис. 4.1).

Не ясно, как вироиды вызывают симптомы заболеваний, но не вызывает сомнения, что это является результатом нарушения нормального метаболизма клетки. Они демонстрируют несомненное сходство по первичной структуре с некоторыми последовательностями в геноме эукариотической клетки-хозяина, в частности с интроном, расположенным между 5,8S и 25S рРНК. Отсюда, предположено, что вироиды могут нарушать посттранскрипционый процессинг РНК инфицированной клетки.

Большинство вироидов передаются от клетки к клетке при вегетативном размножении хозяев, т.е. делении инфицированных растений, хотя некоторые могут распространяться и при помощи насекомых переносчиков или механическим путем. Поскольку вироиды не имеют преимущества защитной оболочки, вироидные РНК имеют исключительный риск деградировать во внешней среде. Однако их малый размер и высокий процент вторичной структуры в достаточной степени их защищают;

и они способны существовать вне клетки-хозяина в течение достаточно долгого периода чтобы успеть переместиться в другого хозяина.

Происхождение вироидов загадочно. По одной из версий, они являются пережитком – примитивным геномом, сохранившимся с тех времен, когда еще не было ДНК. По другой гипотезе, вироиды возникли «совсем недавно»

и олицетворяют собой крайнюю степень паразитизма. Похоже, что мы никогда не узнаем, какая из этих альтернатив истинна. Ясно одно – вироиды существуют и вызывают заболевания растений и человека.

К уникальным в своем роде агентам следует отнести вирус гепатита дельта (ВГD). Он представляет собой молекулу РНК, обладающую свойствами, как сателлита, так и вироида. ВГD для своей репликации нуждается в вирусе-помощнике, в качестве которого выступает вирус гепатита В (ВГB). Поэтому неудивительно, что ВГD находят только в клетках, инфицированных ВГB. Переносится ВГD тем же путем, что и ВГB, извлекая при этом выгоду из наличия защитной оболочки, состоящей из липида и белка ВГB. Вирусные препараты, полученные из ВГB/ВГD инфицированных клеток, содержат гетерогенные частицы, которые представляют собой капсид ВГB, содержащий ковалентно замкнутую кольцевую РНК ВГD, имеющую форму стержня, характерную для всех вироидов. Однако, в отличие от всех других вироидов, РНК ВГD кодирует белок - -антиген, который является фосфопротеином. Считается, что геном ВГD реплицируется путем РНК-зависимого синтеза РНК с использованием ДНК-зависимой РНК-полимеразы.

Похоже, что ВГD усугубляет патогенные эффекты инфекции ВГB.

Например, скоротечная форма гепатита (летальность около 80%) в 10 раз более обычна в случае смешанной инфекции, по сравнению с моноинфекцией только ВГB. Специфической терапии ВГD не существует, однако, поскольку он требует для репликации присутствия в клетке ВГB, его можно контролировать путем вакцинации против ВГB.

4.2. Прионы Прионы – это инфекционные агенты, которые вызывают трансмиссивные спонгиформные (от «спонги», что в переводе означает губку) энцефалопатии человека и животных. Среди них: скрейпи овец, губчатая энцефалопатия крупного рогатого скота (коровье бешенство), трансмиссивная энцефалопатия норок, болезнь Крейцфельда-Якоба (КБЯ) и куру человека.

Для всех этих заболеваний характерно:

- накопление в мозгу амилоидоподобных образований;

при этом ткань мозга принимает пористую форму наподобие губки;

- полное отсутствие воспалительных явлений;

У больных наблюдаются деменеции, потеря координации движения, конвульсии конечностей. Патологический процесс протекает медленно, но неизменно заканчивается гибелью пациентов. Средства специфической лекарственной терапии отсутствуют.

Скрейпи – болезнь, известная уже несколько столетий. Название происходит от английского слова «scrape» – скоблить, тереть. Дело в том, что больные животные соскребают с себя почти всю шерсть. В 1935 году французские исследователи доказали, что болезнь можно передать от одной овцы к другой путем прививки. Возможность трансмиссии указывало на существование инфекционного агента.

Скрейпи оставалось заболеванием, известным лишь ветеринарам, до 1959 года, когда было замечено, что срейпи и куру – родственные болезни. О куру мир узнал двумя годами раньше из работ Гейдушека. Этот исследователь доказал, что заболевание, встречающееся у жителей Новой Гвинеи, связано с ритуальным каннибальским обрядом, который состоял в поедании мозга умерших родственников. Инфекционную природу куру Гейдушек продемонстрировал, сумев передать заболевание от умершего человека обезьяне. Вскоре Гейдушек показал, что обезьянам от человека можно передавать и БКЯ.

Сходство проявлений скрейпи, куру, БКЯ и других подобных заболеваний навело исследователей на мысль о родственности этих патологий. Сейчас уже известно, что все эти заболевания могут возникать не только в результате инфекции – описаны спорадические и наследственные их формы. При этом существенно, что независимо от происхождения заболевания, оно может быть передано здоровому реципиенту инфекционным путем.

Химическая природа прионов. Прионы не задерживаются бактериальными фильтрами. Это характерный признак вирусов. Однако у прионов гораздо больше таких свойств, которыми вирусы не обладают. Более того, по физическим свойствам они не соответствуют ни одному из известных биологических объектов.

• - Прионы устойчивы к тепловой инактивации. Инфекционность не исчезает после прогревания при 90оС в течение 30 мин.

Инфекционность падает, но не исчезает совсем даже при автоклавировании (135оС;

18 мин).

• - Прионы устойчивы к повреждающему действию коротковолнового УФ-облучения и ионизирующей радиации. Такая обработка вызывает инактивацию всех известных патогенных организмов, поскольку повреждает их геномы. Существует обратная зависимость между размерами молекул ДНК (мишени) и дозой радиоактивности или УФ облучения, необходимой для их инактиваци. Иначе говоря, большие молекулы чувствительны к гораздо меньшим дозам, чем те дозы, которые губительны для маленьких молекул. Эксперименты по облучению агента скрейпи показали, что если он и содержит нуклеиновую кислоту, то она не может быть больше 80 нуклеотидов.


• - Прионы устойчивы к ДНКазам, РНКазам и многим другим агентам в условиях, разрушающих нуклеиновые кислоты и все известные вирусы, сателлиты и вироиды.

• - Прионы чувствительны к обработке мочевиной, додецилсульфатом натрия, фенолом и другими химическими соединениями, денатурирующими белки.

Совокупность приведенных выше свойств (см. также табл. 4.2) указывает на то, что исследуемый агент является скорее белком, чем нуклеиновой кислотой или вирусом. Действительно, единственным компонентом, связанным с инфекционным началом приона, оказался белок и этот белок получил обозначение PrPSc. Биохимическая очистка патогена скрейпи приводит к препаратам, высоко обогащенным белком PrPSc, и, наоборот, по мере очистки препаратов PrPSc увеличивается их инфекционность.

Таблица 4.2. Отношение прионов к некоторым химическим соединениям и ферментам Вид обработки Концентрация Действие на Действие на Действие на агента нуклеиновые белки прионы кислоты Гидроксиламин 0,1-0,5 мМ + - Насыщенный Фенол - + + раствор Додецилсульфат 1-10% - + + натрия (ДСН) Мочевина 3-8 М - + + Ионы цинка 2мМ + - (Zn2+) Псорален 10-500 мкг/мл + - ДНКаза 100 мкг/мл + - 0,1- РНКаза-А + - мкг/мл Протениназа К 100 мкг/мл - + + Трипсин 100 мкг/мл - + + В 1984 г. Прузинер определил последовательность в 15 аминокислот на конце очищенного PrPSc. Это привело к открытию того факта, что все клетки млекопитающих содержат ген (prp), который кодирует белок, идентичный по первичной структуре PrPSc. Этот белок нормальных клеток принято обозначать PrPC. Таким образом, очищенный инфекционный агент оказался белком, первичная структура которого закодирована в геноме хозяина.

В отличие от нормальных клеток, инфицированные прионом клетки содержат только PrPSc. При заражении экспериментальных животных прионом, как и в случае других инфекционных агентов, существует зависимость доза-эффект, которая демонстрирует четкую корреляцию между количеством PrPSc в инокулюме и продолжительностью инкубационного периода до развития болезни.

Чувствительность того или иного организма к прионовой инфекции определяется наличием гена prp. Мутанты, у которых этот ген отсутствует или поврежден, воспринимать прионовую инфекцию не способны.

В настоящее время установлено существование по крайней мере различных штаммов PrPSc (с идентичной первичной структурой этого белка, но различающихся по величине инкубационного периода развития болезни).

Прионовая гипотеза является революционной, и закономерно была встречена по началу многими скептически. Хотя свидетельства в ее пользу постоянно накапливаются, есть данные, которые ей противоречат. Например, она очень трудно сочетается с существованием прионовых штаммов.

В течение многих лет исследования спонгиоформных энцефалитов тянулись чрезвычайно медленно, потому что каждый эксперимент отнимал по меньшей мере один год. С началом молекулярно-биологических этапа эти исследования превратились быстро прогрессирующую область науки.

Однако пока рациональная терапия заболеваний, вызванных прионами (как и заболеваний, вызванных сателлитами и вироидами), не разработана.

Привычная стратегия борьбы с вирусными инфекциями, основанная на лекарственных препаратах и вакцинах, не имеет в случае этих необычных агентов никакого эффекта. Ясно, что перед тем как будут найдены способы лечения прионовых патологий, необходимо всестороннее и доскональное изучение химии и биологии прионовых белков.

Как же может клеточный белок, безобидный в норме, вызывать болезнь? Никаких химических различий в т.ч. в первичной структуре между РrPSc и прионом не было обнаружено. На основании этих данных было предположено, что фундаментальное отличие между инфекционной формой приона (PrPSc) и непатогенной эндогенной формой (PrPC) скрыто в конформации этих белковых молекул.

В настоящее время считается доказанным, что во вторичной структуре C PrP преобладает -спираль. Прион, напротив, имеет преимущественно складчатую -структуру. Было предположено, что молекула PrPC, взаимодействуя с прионом, сама превращается в прион (см. рис. 4.2). Это приводит к амплификации приона и исчезновению пула белка предшественника. Процесс носит характер цепной реакции.

Очень редко имеет место спонтанное перерождение молекулы PrPC в прион. В принципе, как следует из рис. 4.3, такая трансформация энергетически выгодна, однако кинетически она сильно затруднена, из-за большого активационного барьера, препятствующего самопроизвольному превращению белка PrPC в белок PrPSc. Вот почему самопроизвольные формы прионовых заболеваний чрезвычайно редки (приблизительно один случай на 1000000 человек). Тем не менее они имеет место и являются, как полагают, следствием соматической мутации в гене рrp. Понятно, что мутация не задевает структурную часть гена, кодирующую первичную структуру белка. Мутация понижает энергию активации на пути перехода PrPC в PrPSc, что делает появление PrPSc в организме статистически вероятным.

Рис. 4.2. Молекулярная биология прионов.

Уровень свободной энергии Энергия активации PrPC PrPSc Рис. 4.3. Энергетическая схема реакции трансформации белка PrPС в прион.

Суммируем факты, которые согласуются с гипотезой приона:

- при всех прионовых заболевания наблюдается сверхпродукция белка PrPSc;

- животные, которые в результате мутации не способны к образованию в организме белка PrPC, проявляют абсолютную невосприимчивость к прионовой инфекции;

- увеличение экспрессии гена рrp, напротив, способствует возникновению заболеваний.

Итак, белок-предшественник приона PrPC является нормальным клеточным белком, функция которого пока не известна. В инфекционного агента PrPSc он превращается в результате любого из двух событий: а) при контакте с прионом и б) спонтанно (крайне редко). В обоих случаях при этом происходит только изменение конформации молекулы.

Уникальная особенность этих заболеваний состоит в том, что они могут возникать не только в результате инфекции. Известны спорадические и наследственные формы таких патологий. Причем независимо от происхождения заболевания оно может быть передано инфекционным путем.

Таким образом, мы как бы имеем дело с самозарождением инфекции.

Согласно современным представлениям, прион представляет собой особую изоформу нормального клеточного белка, отличающуюся от него плохой растворимостью и склонностью к агрегации, которая и является причиной образования амилоидов в тканях мозга.

Прион, попадая в клетку или спонтанно в ней возникая, способствует путем белок-белковых взаимодействий превращению клеточной формы PrPC в форму PrPSc. В целом процесс трансформации напоминает цепную реакцию.

Существование наследственных форм прионовых заболеваний в рамках этой концепции может объясняться повышенной способностью «мутантных» белков к спонтанному превращению в прионовую форму.

Все перечисленные факты полностью согласуются с гипотезой о белковом материальном носителе прионовых заболеваний. Животные, лишенные гена prp, не заболевают просто потому, что их клетки не содержат предшественника, способного к конформационной перестройке. При увеличении количеств молекул этого белка должна возрастать вероятность спонтанного перехода какой-либо из молекул в патогенную форму.

Пониженная инфекционность чужого приона при межвидовом заражении может объясняться ухудшенной способностью белка PrPSc передавать свое патогенное состояние белку PrPc, несколько отличающемуся от него по первичной структуре.

При всей привлекательности гипотезы приона, есть факты и наблюдения, которые с ней пока не согласуются. Например, одно из наиболее удивительных свойств прионов – это существование различных штаммов (при неизменной первичной структуре!). Каждый штамм у генетически однородных (линейных) животных вызывает заболевание, отличающееся по продолжительности инкубационного периода и некоторым другим параметрам. Существование различных штаммов было подтверждено биохимически. Оказалось, что различные штаммы прионов несколько различаются по своей вторичной структуре.

В настоящее время установлена первичная структура прионов, изолированных из многих организмов. Она оказалась высоко консервативной. У разных видов млекопитающих прион лишь незначительно отличается по первичной структуре. Тем более удивительным является факт наличия межвидовых барьеров на пути передачи.

Долгое время изучение прионов представляло исключительно теоретический интерес. Однако в конце прошлого века проблема прионов приобрела существенное практическое значение в связи со вспышками соответствующих эпизоотий среди сельскохозяйственных животных в некоторых европейских странах, а также с появлением наблюдений о возможности передачи этих заболеваний от животных к человеку.

В заключение следует отметить, что феномен прионов распространен в природе шире, чем это считалось до недавних пор. В последнее время появились данные о существовании прионов у дрожжей Saccharomyces cerevisiae. Некоторые их нехромосомно-наследуемые детерминанты имеют свойства, полностью укладывающиеся в прионовую модель.

Если у млекопитающих заболевания, вызываемые прионами, представляют собой пример молекулярных патологий, то вопрос о том, является ли возникновение прионов у дрожжей болезнью или их существование имеет для дрожжей биологический смысл, остается пока открытым. Дело в том, что в данном случае переход предшественников прионов в прионы изменяет фенотип клетки;

при этом расширяется набор азотсодержащих соединений, которые клетка может ассимилировать, что может приводить к увеличению ее адаптивных возможностей.

В свете новых данных прионы можно определить как белки, способные через взаимодействие друг с другом передавать свое конформационное состояние от одной молекулы к другой. В этом случае определение «прионы»

может быть распространено и на соответствующие белки дрожжей и подобные белки других организмов, которые несомненно будет еще открыты в будущем.

Рекомендуемая литература Основная Завалишин И.А., Шитикова И.Е., Жученко Т.Д. Прионы и прионные болезни // Клин. микробиол. и антимикроб. химиотерапия. 2000. Т. 2, № 2. С.

12-19.

Орлянкин Б.Г. Структура и биология прионов (обзор) // С.-х. биол. Сер.

биол. животных. 1998. № 2. С. 46-58.

Prusiner S.B. Prions // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. 1998. V. 95, № 23. P.

13363-13383.

The Viroids / Ed. by T.O.Diener. New York: Plenum Press, 1987.

Дополнительная Гривенников С.И., Стволинский С.Л. Прионные белки и нейродегенеративные заболевания // Нейрохимия. 1998. Т. 15, № 4. С. 343 349.

Зуев В.А. Прионы – проблема, которая грозит стать бедствием для человечества // Рос. мед. вести. 1998. Т. 3, № 1. С. 44-46.

Labat M.L. Possible retroviral origin of prion diseases // Med. Hypotheses.

1997. V. 49, № 6. P. 461-466.

Prusiner S.B. Molecular biology of prion diseases // Science. 1991. V. 252.

P. 1515-1522.

Глава 5.

ТЕРАПИЯ И ПРОФИЛАКТИКА ВИРУСНЫХ ИНФЕКЦИЙ К антивирусным препаратам относятся препараты, обладающие этиотропным эффектом. Этиотропный контроль вирусных инфекций включает следующие варианты (см. также табл. 5.1):

• специфический, достигаемый с помощью вакцин;

• неспецифический, когда стимуляция резистентности организма достигается с помощью интерферона, его индукторов и иммуномодуляторов;

• химический – при использовании химиопрепаратов, избирательно подавляющих репродукцию вирусов.

Каждый из перечисленных способов имеет свои достоинства и недостатки. Так, вакцины, обладая максимальной эффективностью и длительностью защиты, отличаются узкой направленностью и пригодны в основном для профилактики. Напротив, интерферон, характеризующийся универсально широким спектром действия, пригоден для терапии и менее эффективен в качестве средства профилактики. Еще в большей мере это относится к химиопрепаратам, для которых характерны, за редким исключением, узкая направленность действия и кратковременный эффект.

Таблица 5.1. Характеристика способов контроля вирусных инфекций Тип контроля Препараты Эффективность Длительность Спектр эффекта активности Вакцины Высокая Длительный Узкий Специфи ческий От средней до Кратко- Очень широкий Неспецифи- Интерферон, высокой временный ческий иммуномо дуляторы От низкой до Кратко- Узкий Химический Химио средней временный препараты 5.1. Вакцинотерапия и вакцинопрофилактика Существуют две принципиально различные стратегии борьбы с патогенными вирусами: упреждение инфекции и лечение уже развившегося заболевания. Для упреждения инфекции полагаются на личную и общественную гигиену (напр., снабжение чистой питьевой водой и своевременное удаление нечистот, стерилизация медицинских инструментов и т.д.) и на вакцинацию которая заставляет иммунную систему человека сражаться с проникшими в организм вирусами. Однако, поскольку большинство повреждений клеток во время вирусных инфекций происходит очень рано (часто еще до появления клинических симптомов заболевания), это очень усложняет своевременную диагностику и последующее лечение вирусной инфекции. Отсюда следует, что профилактика вирусных инфекций более предпочтительна, чем их лечение.

Для создания эффективных противоирусных вакцин важно не только понимать механизмы иммунного ответа на вирусную инфекцию, но и хорошо представлять себе стадии вирусной репликации, которые могут являться подходящими мишенями для иммунной атаки. Чтобы быть эффективными, вакцины должны стимулировать в организме как можно большее число защитных механизмов. На практике принцип вакцинации заключается в том, чтобы заранее снабдить организм информацией о патогене и подготовить его иммунную систему таким образом, чтобы при атаке вируса на вакцинированный субъект, мощный (т.н. вторичный) иммунный ответ привел к быстрой элиминации вируса из организма (в идеале еще до развития заболевания). Образно говоря, речь идет о своеобразном «минировании»

организма на случай атаки его со стороны того или иного вируса.

Следует отметить, что для упреждения эпидемии не обязательно надо стремиться к 100%-ной вакцинации населения. В случае, если достаточно большая пропорция населения провакцинирована, развивается т.н.

«групповой иммунитет», благодаря которому цепочки передачи вируса обрываются до возникновения эпидемической вспышки.

Атрибуты «идеальной» вакцины:

• способность обеспечить у иммунизированного субъекта (в случае его заражения) иммунный ответ, достаточный для предохранения от заболевания;

• долговременная, а в идеале – пожизненная, защита от инфекции;

• безопасность (вакцинация сама по себе не должна приводить к заболеванию);

• дешевизна.

5.1.1. Типы вакцин Существуют два основных типа вакцин: живые и убитые.

Живые (аттенуированные) вирусные вакцины. Стратегия использования таких вакцин состоит в том, что с целью стимулирования иммунного ответа без развития самого заболевания, в организм вводится вирус со сниженной патогенностью.

В качестве вакцинных штаммов могут использоваться циркулирующие в природе вирусы. Используя такой вирус, Эдвард Дженнер в 1798 г осуществил иммунизацию против оспы, что ознаменовало начало успешной борьбы против инфекционных заболеваний, независимо от их природы – вирусной или бактериальной. Э.Дженнер применил в качестве иммунизирующего начала вирус коровьей оспы. Этот вирус, будучи иммунологически родственным вирусу натуральной оспы, все же достаточно отличается от него, вследствие чего не может вызвать у вакцинированного человека серьезного заболевания.

Часто, для того чтобы вирус не смог вызвать заболевания, его аттенуируют (ослабляют). Ослабленным он становится после пассажей через организм какого-либо животного, во время чего он мутирует и становится менее вирулентным для человека. (Вирус коровьей оспы можно рассматривать как ослабленный вирус натурально оспы, получившийся естественным путем). Основным преимуществом живых вирусных вакцин является то, что они активируют все компоненты иммунной системы, вызывая сбалансированный ответ: системный и местный, причем каждый из них состоит из гуморального и клеточного ответов. Это особенно важно для инфекций, при которых важную роль играет клеточный иммунитет, а также для инфекций слизистых оболочек, при которых необходим как местный, так и системный иммунитет.

Живые вирусные вакцины обладают высокой иммуногенностью и индуцируют длительный иммунитет. Они характеризуются сравнительно низкой стоимостью и легкостью введения пациентам. Однако ослабленный вирус – все-таки живой и, следовательно, сохраняет способность изменяться.

Он может снова мутировать таким образом, что его вирулентность для человека возрастет. К сожалению, несмотря на интенсивные попытки, до сих пор не предложен универсальный метод, согласно которому можно быстро и надежно аттенуировать любой вирус.

При получении живой вакцины не исключена вероятность загрязнения ее другими, возможно, патогенными вирусами. Именно такой случай произошел в 1960 г. с вакциной против полиомиелита. Оказалось, что эта вакцина контаминирована живым вирусом SV40 (вакуолизирующий вирус обезьян).

Для полиовирусной вакцины восстановление вирулетности вакцинного вируса наблюдается чрезвычайно редко – примерно в 1 случае на 10-6-10- иммунизаций. Как правило такие случаи имеют место с субъектами, входящими в группу риска, например, с беременными или обладающими дефектной иммунной системой. Еще одна потенциальная сложность заключается в возможности развития в результате вакцинации персистентной инфекции. Например, описаны случаи выделения из лимфоцитов людей с нормальной иммунной системой спустя 6 лет после иммунизации вируса краснухи. Наконец, нельзя не отметить, что для некоторых вакцинных вирусов (таких, как вирус кори, например) серьезной проблемой является их стабильность. Необходимость хранения и транспортировки живых вакцин при пониженной (4оС) температуре ограничивает их применение, особенно в регионах с жарким климатом.

Несмотря на перечисленные трудности, вакцинация против патогенных вирусов – одно из крупнейших достижений 20-го столетия. При этом большинство удач обусловлено применением живых вакцин. Особого упоминания заслуживает ситуация с натуральной оспой. В мае 1980 г.

Всемирная Организация Здоровья (ВОЗ) официально декларировала, что натуральная оспа побеждена. Таким образом, первое вирусное заболевание исчезло с лица Земли!

Следует отметить, что хотя упреждение инфекции при помощи профилактической вакцинации в подавляющем большинстве случаев является предпочтительной стратегией, в некоторых случаях важна и вакцинация после случившегося заражения. Для иллюстрации можно привести пример с вирусом бешенства. Развитие инфекции может быть столь длительным, что появляется возможность при помощи «вакцинации вдогонку» индуцировать в организме эффективный иммунный ответ и спасти пациента.

Живые рекомбинантные вакцины. В настоящее время генно инженерная техника позволяет вводить в геном того или иного, аттенуированного вакцинного вируса ген, кодирующий белок неродственного патогенного вируса. После инъекции такого рекомбинатного вируса в организм он реплицируется и экспрессирует чужеродный антиген в количествах, достаточных для индукции специфического иммунного ответа на патогенный вирус. В качестве вектора при реализации такого подхода можно использовать многие вирусы, но на практике наиболее часто применяют геном вируса осповакцины. Этот вирус уже использовался для вакцинации миллионов людей по всему миру во время кампании по ликвидации оспы и доказал свою безопасность и эффективность.

Убитые (инактивированные) вакцины. Такие вакцины приготовляют путем инактивации вируса формалином или некоторыми др.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.