17

ЛЕКЦИЯ 8

Теоретическое занятие.

Морфология вирусов. Особенности репродукции вирусов. Профилактика вирусных заболеваний, особенности терапии. Основные методы диагностики вирусных инфекций.

РНК-содержащие вирусы. Вирусы гриппа. Эпидемиология и патогенез гриппа. Иммунитет. Специфическая профилактика.

ДНК-содержащие вирусы. Вирусы гепатитов. Эпидемиология и патогенез. Иммунитет. Специфическая профилактика.

ВИЧ. СПИД. Актуальность вопроса. Эпидемиология и патогенез заболевания. Профилактика.

ВИРУСЫ

Н ачало истории вирусологии связано с именем Д.И.Ивановского, который в 1892 г. открыл возбудителя мозаичной болезни листьев табака. Он отметил, что возбудитель – мельчайшее существо, проходит через бактериальные фильтры, не растёт на питательных средах, невидим в световом микроскопе.

В 1898 году Лёффлер и Фрош открыли вирус ящура.

В 1901 году Рид и Кэррол выделили вирус из трупов людей, умерших от жёлтой лихорадки.

Д 'Эррель и Туорт в 1918 г. обнаружили вирусы бактерий – бактериофаги.

Вирусы широко распространены в природе, окружающей среде и практически вездесущи. Они находятся в воздухе, воде, пище, космосе и в живых организмах, а вирусы – бактерий – бактериофаги – в бактериях.

Вирусы – это облигатные внутриклеточные паразиты, имеющие собственный геном, структурные белки и ферменты, способные репродуцироваться только в чувствительных к ним клетках животных, бактерий, растений.

Это своеобразная форма жизни, биологически активные структуры, которые подчиняются законам эволюции, не имеют типичного клеточного строения, состоят из белков и одной нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК), где закодирована вся генная информация вируса. Вирусы не обладают собственным метаболическими и энергетическими системами, их размножение происходит с использованием белок синтезирующих и энергетических систем клетки хозяина, поэтому они являются облигатными внутриклеточными паразитами и размножаются в цитоплазме или ядре клеток. Они используют рибосомы клетки хозяина для синтеза собственных белков. Имеют особый способ размножения – дизъюнктивную (разобщённую) репродукцию: в клетке отдельно синтезируются нуклеиновые кислоты и белки вирусов, а затем происходит сборка их в вирусные частицы. Возможен и второй путь – генетическая информация вируса интегрируется с геномом клетки и образуется провирус (профаг), например, у ретровирусов.

Вирусы имеют малые размеры (от 15 до 400 нм). Размеры виросов определяются с помощь электронной микроскопии, методом ультацентрифугирования, методом ультрафильтрации через фильтры с известным диаметром пор. Одним из самых мелких вирусов является вирус полиомиелита (около 20 нм), наиболее крупным – натуральной оспы (около 350 нм).

Как и другие формы жизни, вирусы обладают наследственностью и изменчивостью, которые обуславливаются наличием нуклеиновой кислоты: либо ДНК. Либо РНК. Обычно вирусы гаплоиды, т.е. содержат один набор генов. Геном вирусов представлен различными видами нуклеиновых кислот: однонитчатыми, двунитчатыми, линейными, кольцевыми, фрагментированными, нефрагментированными с повторяющимися и инвертированными последовательностями. Среди РНК-содержащих вирусов различают вирусы с положительным (плюс-нить РНК) и отрицательным (минус-нить РНК) геномом. Плюс-нить РНК выполняет наследственную функцию и функцию информационной РНК (иРНК), минус-нить РНК – выполняет только наследственную функцию.

Геном вирусов способен включаться в состав генетического аппарата клетки в виде провируса, проявляя себя генетическим паразитом клетки. Нуклеиновые кислоты некоторых вирусов (вирусы герпеса) могут находиться в цитоплазме инфицированных клеток, напоминая плазмиды.

Различают просто устроенные (например, вирус полиомиелита) и сложно устроенные (например, вирус гриппа, кори) вирусы. У просто устроенных вирусов нуклеиновая кислота связана с белкой оболочкой, называемой капсидом (от лат capsa – футляр). Капсид состоит из белковых субъединиц – капсомеров. Нуклеиновая кислота и капсид, взаимодействуя друг с другом образуют нуклеоркапсид. У сложно устроенных вирусов капсид окружён дополнительной липопротеидной оболочкой – суперкапсидом или пеплосом (производное мембранных структур клетки-хозяина), имеющей «шипы».

Полностью сформированная покоящаяся вирусная частица, вне клетки, называется вирион. Он выполняет функцию переноса генома из одной клетки в другую. Вирион способен кристаллизоваться, обладает инфекционностью, т.е. благодаря белкам прикрепления, ферментам проникает в клетку, где его называют «вирус».

Для вирионов характерен спиральный, кубический и сложный тип симметрии капсида. Спиральный тип симметрии обусловлен винтообразной структурой нуклеокапсида, кубический тип симметрии – образованием изометрически полого тела из капсида, содержащего вирусную нуклеиновую кислоту.

Внутренние структуры вирусов называются сердцериной. Капсид и суперкапсид обуславливают избирательное взаимодействие (адсорбцию) с клетками, определяют антигенные и иммуногенные свойства вирионов, защищают вирионы от влияния окружающей среды.

Различают три типа взаимодействия вируса с клеткой: продуктивный тип – репродукция завершается образованием вирусного потомства, абортивный тип – не образуются новые вирусные частицы, так как инфекционный процесс прерывается на одном из этапов; интегрированный тип – вирогения – характеризуется встраиванием вирусной ДНК в хромосому клетки хозяина.

Репродукция вирусов протекает в несколько стадий.

1.Адсорбция вируса на специфических рецепторах чувствительной клетки благодаря адресным белкам или белкам прикрепления (адгезинам). Вначале происходит единичная связь вириона с рецептором – такое прикрепление непрочное – адсорбция носит обратимый характер. Чтобы наступила необратимая адсорбция должны появиться множественные связи между рецептором вируса и рецептором клетки, т.е. стабильное мультивалентное прикрепление.

2.Проникновение вируса в клетку может идти двумя путями: виропексиса и слияния вирусной и клеточной мембран.

При виропексисе (эндоцитозе) происходит инвагинация участка клеточной мембраны, образование внутриклеточной вакуоли, а далее вакуоль с вирусом может попадать в разные участки цитоплазмы или ядро клетки.

Процесс слияния осуществляется с помощью вирусных белков капсидной или суперкапсидной оболочек, которые сливаются с плазматической мембраной клетки хозяина. Белки слияния служат важнейшим фактором вирулентности вирусов. Они приводят к образованию клеточного синцития (например, при ВИЧ-инфекции).

3. «Раздевание» вирионов или депротеинизация – это процесс освобождения вируса от суперкапсида или капсида с последующим проникновением нуклеиновой кислоты в цитоплазму или ядро клетки. «Раздевание» вириона начинается сразу после его прикрепления к клеточным рецепторам и продолжается в эндоцитарной вакуоли, а также в ядерных порах или околоядерном пространстве.

4. Биосинтез компонентов вирусов. Нуклеиновая кислота, проникшая в клетку, несёт генетическую информацию, которая конкурирует с генетической информацией клетки. Она дезорганизует работу клеточных систем, подавляет метаболизм клетки и заставляет её синтезировать вирусные белки и нуклеиновые кислоты, которые идут на построение вирусного потомства.

5. Формирование нуклеокапсидов происходит, когда синтезированные вирусные нуклеиновые кислоты и белки специфично узнают друг друга и соединяются гидрофобными солевыми и водородными связями. Основой самосборки простых вирионов служит способность вирусных полипептидов соединяться в капсомеры, образующие многогранник. Полипептиды могут также окружать в виде спирали вирусную нуклеиновую кислоту.

6. Выход вирусов из клетки происходит: 1) путём взрыва оболочки (при этом клетка погибает), что характерно для вирусов, не имеющих суперкапсида; 2) путём почкования, что присуще вирусам имеющим суперкапсид. На заключительном этапе сборки нуклеокапсиды фиксируются на клеточной плазматической мембране и выпячивают её, образуется «почка», которая затем отделяется от клетки. Клетка при этом сохраняет жизнеспособность.

Время необходимое для репродукции, колеблется от 5-6 часов (для вируса гриппа) до нескольких суток (вирусы кори, аденовирусы).

Вирусы устойчивы во внешней среде, многие сохраняют жизнеспособность при замораживании, высушивании, резистентны к антибиотикам, но чувствительны к высокой температуре.

Кроме типичных вирусов известны необычные инфекционные частицы: прионы и вироиды.

Прионы – белковые инфекционные частицы, которые имеют вид фибрилл размером 10-20×100-200 нм, не содержат нуклеиновой кислоты, устойчивы к нагреванию, к действию протеаз, УФ-лучей, ультразвука, ионизирующей радиации. Прионы возникают как продукты мутации собственного гена, или попадают в организм при употреблении мяса животных, содержащего прионы. Прионы накапливаются в поражённом органе, не вызывая цитопатологического действия (ЦПД), иммунного ответа и воспалительных реакций. Они могут блокировать или активировать гены человека или животного.

Вироиды – это небольшие молекулы кольцевой суперспирализованной РНК, не содержащие белка, вызывающие заболевания у растений, возможно и у млекопитающих.

Классификация вирусов

В силу своих особенностей вирусы выделены в отдельное надцарство Vira, в котором по типу нуклеиновой кислоты различают рибовирусы и дезоксирибовирусы.

Подцарства делятся на семейства, которые подразделяются на подсемейства и роды. Вид – совокупность вирусов, имеющих почти идентичный геном (ДНК или РНК), свойства и способности вызывать определённый патологический процесс. Названия семейства имеют окончание viridae, подсемейство – virinae, рода – virus.

РНК- содержащие вирусы имеют разнообразные структуры и химический состав: от простых, состоящих из нуклеопротеида и 1-2 генов (пикорнавирусы), до сложноустроенных, содержащих десятки генов и имеющих в своём составе различные белки и ферменты (вирус гриппа, ВИЧ). РНК у вирусов в основном одноцепочечная цельная структура, но у вируса гриппа она фрагментирована, а семейство реовирусов имеет двухцепочечную РНК

К ДНК-содержащим вирусам относят 6 семейств.

ДНК вирусов неоднотипна. Чаще всего вирусы содержат двухцепочечную циркулярно замкнутую ДНК, у вируса натуральной оспы она двухспиральная линейная, а у парвовирусов тоже линейная, но односпиральная.

ДНК-содержащие вирусы менее изменчивы, более консервативны, чем РНК-содержащие, большинство из них реплицируется в ядрах клеток.

Вирус гриппа

Грипп – острое инфекционное заболевание, характеризующееся поражением слизистых оболочек верхних дыхательных путей, лихорадкой, симптомами общей интоксикации, нарушением деятельности сердечно-сосудистой и нервной системы. Грипп отличается склонностью к эпидемическому и пандемическому распространению благодаря высокой контагиозности и изменчивости возбудителя.

В 1933 г. У.Смит, К.Эндрюс и П.Лейдлоу от больных гриппом выделили вирус, названный впоследствии, вирусом гриппа А. В 1940 г. Т.Френсис и Т.Меджил открыли вирус гриппа типа В, а в 1949 г.Р. Тэйлор – вирус гриппа типа С. В России вирусы гриппа были выделены в 1936 г. А.А.Смородинцевым и отнесены к типу А.

РНК-содержащие вирусы гриппа относятся к семейству Orthomyxoviridae . Семейство включает два рода: род Influenzavirus объединяет вирусы гриппа типов А и В, род Influenza С представлен вирусом гриппа типа С.

Морфология, химический состав и культивирование.

Вирионы имеют сферическую форму (80-120 нм), реже палочковидную и нитевидную. Состоят из сердцевины и наружной липопротеидной оболочки. Сердцевина содержит однонитчатую линейную фрагментированную минус-нитевую РНК, каждый из её 8-ми фрагментов кодирует свой вирусный протеин. РНК покрыта белковым капсидом который, окружён дополнительной мембраной – слоем матриксного белка, участвующего в сборке вирионов. Нуклеокапсид имеет спиральный тип симметрии, содержит фермент РНК-полимеразу, фосфопротеин, который связан с РНК.

На поверхности суперкапсида есть шипы – гликопротеиды со свойствами гемагглютинина и нейраминидазы.

Для культивирования вируса гриппа используют куриные эмбрионы, культуры клеток, иногда лабораторных животных

Антигенная структура

В ирусы гриппа имеют внутренние и поверхностные антигены. Внутренние сердцевидные антигены являются типоспецифическими, на основании чего вирусы гриппа подразделяются на типы А, В, С. Поверхностные представлены:

- гемагглютинином (Н). Основной специфический антиген, вызывает образование вируснейтрализующих антител и обеспечивает адсорбцию вируса на клетках, в том числе эритроцитах

- нейраминидазой (N). Нейраминидаза вызывает образование антител, частично нейтрализующих вирусы; являясь ферментом, участвует в освобождении вирусов из клетки.

Харктерной особенностью вирусов гриппа, в основном типа А, является изменчивость антигенов Н и N. Известны три разновидности Н и две разновидности N. В зависимости от их сочетания выделяют три подтипа вируса гриппа А человека: Н1N1, Н2N2, Н3N2, соответственно А1,А2, А3. Внутри подтипов имеется множество антигенных вариантов, отличающихся по структуре Н- и N-антигенов.

Изменчивость поверхностных антигенов связана с фрагментарным строением РНК вируса и может происходить в виде дрейфа и шифта. Дрейф – постоянно осуществляющиеся незначительные изменения Н- и N-антигенов в результате точечных мутаций, приводящие к возникновению новых антигенных вариантов вируса. Шифт (скачок) – редко встречающиеся значительные изменения Н- и N-антигенов в результате рекомбинаций, приводящие к появлению новых подтипов вируса. При антигеном шифте происходит полная замена гена.

По сравнению с вирусами гриппа А антигенная структура вирусов гриппа типа В изменяется только по типу дрейфа. А тип С не имеет N-антигена и мало изменчив.

Резистентность. В воздухе вирусы гриппа могут сохранять инфекционные свойства при комнатной температуре в течение нескольких часов; чем выше температура и относительная влажность воздуха, тем быстрее инактивируются вирусы. Возбудители гриппа чувствительны к действию УФ-лучей, многим дезинфицирующим средствам (формалину, этиловому спирту, фенолу. Хлорамину), жирорастворителям; в жидкой среде инактивируются при температуре 50-60⁰С в течение нескольких минут. Длительное время сохраняются в замороженном состоянии и в глицерине.

Восприимчивость животных. В естественных условиях вирусы гриппа А поражают как человека, так и животных; вирусы типов В и С – только человека. Среди лабораторных животных к вирусам гриппа чувствительны африканские хорьки, сирийские хомяки, белые мыши. Заболевание характеризуется поражением лёгких и нередко заканчивается гибелью животных.

Эпидемиология. Из всех острых респираторных вирусных инфекций грипп является наиболее массовым и тяжёлым заболеванием. Пандемии и эпидемии гриппа охватывают до 30-50% населения земного шара и более, наносят огромный ущерб здоровью людей и экономике стран. Так, пандемия гриппа «испанки», вызванная вирусам А (Н1N1) в 1918-1920 гг., охватила около 1,5 млрд человек и унесла более 20 млн жизней. Пандемия 1957 г. ( «азиатская») охватила 2 млрд. людей, её причиной был вирус А (Н2N2). В 1968 г. пандемию вызвал вирус А (Н3 N2) - Гонконг. Восприимчивость людей к гриппу высока. Болеют все возрастные группы населения, преимущественно в зимнее время года.

Возникновение пандемий и крупных эпидемий обычно связано с появлением нового подтипа вируса гриппа А. Ежегодные эпидемические вспышки вызываются новыми антигенными вариантами одного подтипа. В последние годы эпидемии гриппа связаны с вирусом гриппа А (Н3N2), хотя среди населения продолжают циркулировать вирусы гриппа А (Н1N1) и В.

Источником гриппозной инфекции является больной человек с клинически выраженной или бессимптомной формой. Путь передачи – воздушно-капельный (при разговоре, кашле, чиханье)

Патогенез и клиническая картина. Вирусы гриппа внедряются и репродуцируются в эпителиальных клетках слизистой оболочки верхних дыхательных путей. Через эрозированную поверхность слизистой оболочки вирус попадает в кровь, вызывая вирусемию. Циркуляция вируса в крови сопровождается повреждением эндотелиальных клеток кровеносных капилляров , в результате чего повышается их проницаемость. В тяжёлых случаях наблюдаются кровоизлияния в лёгкие, миокард и другие внутренние органы. Вирусы гриппа, проникая в лимфатические узлы, повреждают лимфоциты, вследствие чего развивается приобретённый иммунодефицит, который способствует присоединению вторичных инфекций.

Инкубационный период короткий – от нескольких часов до 1-2 суток. Начинается заболевание с общих симптомов. Чаще всего наблюдаются лихорадка, озноб, головная и мышечная боль. Разбитость, глазные симптомы (светобоязнь, слёзотечение, жжение и боль при движении глаз). Позже присоединяются респираторные проявления – кашель. Насморк, фарингит, ларингит. С 3-4-го дня начинается выздоровление.

Тяжесть и исход болезни нередко связаны с осложнениями, вызванными самим вирусом гриппа (гриппозная пневмония, острый отёк лёгких) или условно-патогенными бактериями. Развитию осложнений способствует угнетающее действие вирусов гриппа на процессы кроветворения и иммунную систему организма.

Иммунитет. После перенесённого заболевания формируется типо-, подтипо- и вариантоспецифический иммунитет, который обуславливается гуморальными и клеточными факторами защиты. Большое значение имеют антитела класса Ig A. Пассивный естественный иммунитет сохраняется у детей до 8-11 месяцев жизни.

Специфическая профилактика и лечение. Для специфической профилактики используются живые и инактивированные вакцины из вирусов гриппа А(Н1N1), А (Н3N2) и В, культивированных в куриных эмбрионах.

Ведутся разработки по созданию гриппозных вакцин нового поколения: синтетических, генно-инженерных. К сожалению, в отдельные годы отмечается довольно низкая эффективность вакцинации вследствие высокой изменчивости вирусов гриппа.

Для лечения, а также экстренной профилактики гриппа применяют химиотерапевтические противовирусные препараты (ремантадин, виразол, арбидол и др.), препараты интерферона и иммуномодуляторы (дибазол, левамизол и др.). При тяжёлом течении гриппа, особенно у детей, показано применение донорского противогриппозного иммуноглобулина, а также препаратов, являющихся ингибиторами клеточных протеаз: гордокса, контрикала, аминокапроновой кислоты.

Лабораторная диагностика. Материалом для обнаружения вируса или вирусного антигена служат мазки-отпечатки со слизистой оболочки носовой полости, отделяемое носоглотки, при летальных исходах – кусочки лёгочной ткани или мозга.

Экспресс-диагностика основана на выявлении вирусного антигена с помощью РИФ; разработана тест-система для ИФА.

Для выделения вирусов используют куриные эмбрионы. Индикацию вирусов гриппа осуществляют при постановке реакции гемагглютинации. Идентифицируют вирусы поэтапно: типовую принадлежность определяют с помощью РСК, подтип – РТГА. Серодиагностику проводят с помощью РСК, РТГА, РН в культуре клеток, реакции преципитации в геле, ИФА.