Микробный роман ч

МИКРОБНЫЙ

РОМАН

Часть 4: Вирусология

МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

ОТ СТУДЕНТОВ СТУДЕНТАМ С ЛЮБОВЬЮ

(И НАВЕРНЯКА С КУЧЕЙ ОШИБОК)

БГМУ, 2018 Редакция вторая

Предисловие

«Не перебивайте, пожалуйста, я и сам собьюсь!»

Толчком к созданию этого студенческого методического пособия послужила нехватка литературных и электронных источников, которые бы в довольно сжатом виде содержали весь или почти весь требуемый от студентов материал. Все предлагаемые для изучения пособия либо перегружены откровенно лишней для студента лечебного (или педиатрического) факультета информацией, либо имеют существенные пробелы в тех или иных областях, изучаемых в соответствии с учебной программой БГМУ.

В результате значительная часть времени затрачивается на поиск подходящих источников, а сама подготовка (если она основательна) предполагает постоянное смещение фокуса с одного источника на другой.

При создании предлагаемого вашему вниманию пособия акцент делался на лаконичном, но при этом достаточно полном изложении именно той информации, которая необходима для подготовки к занятиям, коллоквиумам и экзамену. С целью упрощения восприятия и запоминания в пособии широко используются списки, таблицы и схемы. Некоторая не слишком важная, но особенно непростая для запоминания информация сознательно опущена.

К сожалению, обратной стороной любой компиляции (и особенно той, что выполняется студентами) являются неизбежные ошибки, неточности и потеря значимой информации. Это пособие никем не рецензировалось, поэтому мы призываем относиться ко всему изложенному с толикой подозрения и при любых сомнениях обращаться к авторитетным источникам.

Обращаем ваше внимание на то, что содержание интерактивно: по нажатию на название вопроса осуществляется переход на соответствующую страницу.

Свои замечания можно присылать на электронную почту: violinm@yandex.ru.

Составители

Белорусский государственный медицинский университет, выпуск (надеемся) 2021 г.: Лера Кисейка (лечебный факультет), Коля Чили (лечебный факультет).

Основные материалы

1.Медицинская микробиология, вирусология и иммунология : учеб : в 2 т. / под ред. В. В. Зверева – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2013. – Т. 2 – 480 с.

2.Коротяев А. И., Бабичев С. А. Медицинская микробиология, иммунология и вирусология : учеб. для мед. вузов / А. И. Коротяев, С. А. Бабичев. – СПб: СпецЛит, 2008. – 4-е изд., испр. и доп. – 767 с.

3.Поздеев О. К. Медицинская микробиология : учеб. для вузов / О. К. Поздеев; под ред. В. И. Покровского. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2001 – 768 с.

4.Медицинская микробиология : методическое пособие / Д. К. Новиков, И. И. Генералов, Н. М. Данющенкова – Витебск: ВГМУ, 2010. – 584 с.

5.Вирусология : методическое пособие / Л.П. Титов [и др.]. – Минск: БГМУ. – 76 с.

6.Микробиология, вирусология, иммунология : практикум для лечебного и педиатрического факультетов / Т. А. Канашкова [и др.]. – Минск: БГМУ, 2017. – 120 с.

7.ЭУМК кафедры микробиологии, вирусологии, иммунологии БГМУ.

2

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ……………………………………………………………... 4

131. Вирусология. Систематика вирусов. Типы и особенности вирусной инфекции. 5 132. Вирионы. Геном вируса. Прионы ………………………………………………… 8 133. Взаимодействие вируса с клеткой. Репродукция вирусов………………………. 10 134. Противовирусный иммунитет. Интерфероны …………………………………… 13 135. Этиологическая диагностика вирусных инфекций. Серологический метод…… 15 136. Культивирование вирусов в культуре клеток ………………………………........ 17 137. Культивирование вирусов в курином эмбрионе, на лабораторных животных… 19 138. Принципы химиотерапии вирусных инфекций …………………………………. 20

139. ОРВИ. Вирусы гриппа. Грипп……...……………………………………………... 22

140. Вирусы гриппа А …………………………………………………………………... 24

141. Вирусы «птичьего» и «свиного» гриппа. Риновирусы………………………….. 26 142. Этиологическая диагностика гриппа……………………………………………... 27 143. Парамиксовирусы. Эпидемический паротит. Коронавирусы…………………… 28 144. Вирус кори. Корь. Подострый склерозирующий панэнцефалит………………... 30

145. Рубивирусы. Краснуха…………………………………………………..…………. 32 146. Арбовирусы. Клещевой энцефалит. Вирус Зика………………….……………… 34 147. Робовирусы. Вирус ГЛПС. Аренавирусы. Филовирусы………………………… 37 148. Вирус бешенства...……………………….………………………………………… 40 149. ОКИ. Энтеровирусы. Вирусы Коксаки и эховирусы. Ротавирусы……………... 43 150. Вирусы полиомиелита …………………………………………………………….. 46

151.Вирус гепатита А…………………………………………………………………… 47

152.Вирус гепатита Е. Норовирусы……………………………………………………. 49

153.Вирус гепатита В. Вирус гепатита D ……………………………………………... 50

154.Вирус гепатита С. Вирус гепатита G ……………………………………………... 53

155.Ретровирусы. Вирусы иммунодефицита человека………………………………. 55

156.ДНК-вирусы. Аденовирусы. Бокавирус. Натуральная оспа…………………….. 60

157.Герпесвирусы. Простой герпес........………………………………………………. 63

158.Ветряная оспа и опоясывающий лишай. ВЭБ. Цитомегаловирус…………......... 66

159.Онкогенные вирусы. Папилломавирусы…………………………………………. 68

160.Бактериальные вирусы (фаги) …………………………………………………….. 70

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Классификация и характеристика наиболее важных изучаемых семейств вирусов………………………………………………………………………… 72

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Сравнительная характеристика вирусов гепатита………………. 73 ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Структурные схемы некоторых вирусов……………………….... 74

3

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АГ – антиген БВРС – ближневосточный респираторный синдром

ВААРТ – высокоактивная антиретровирусная терапия ВИЧ – вирус иммунодефицита человека ВОЗ – Всемирная организация здравоохранения ВЭБ – вирус Эпштейна-Барр ГВЧ – герпесвирус человека

ГЭБ – гематоэнцефалический барьер ДНКзв – ДНК-зависимая ДНКпм – ДНК-полимераза ИФ – интерферон

ИФА – иммуноферментный анализ КРС – крупный рогатый скот

мРНК – матричная (информационная) РНК ОРВИ – острая респираторная вирусная инфекция

ОТ-ПЦР - полимеразная цепная реакция с обратной транскрипцией ПЦР – полимеразная цепная реакция РБН – реакция биологической нейтрализации РИА – радиоиммунный анализ РИФ – реакция иммунофлюоресценции РН – реакция нейтрализации

РНГА – реакция непрямой (пассивной) гемагглютинации РОНГА – реакция обратной непрямой (пассивной) гемагглютинации РСК – реакция связывания комплемента РТГА – реакция торможения гемагглютинации РТГАдс – реакция торможения гемадсорбции РНКзв – РНК-зависимая РНКпм – РНК-полимераза

СПИД – синдром приобретенного иммунодефицита ТОРС – тяжелый острый респираторный синдром ЦПД – цитопатическое действие ЭПС – эндоплазматическая сеть

4

131. Вирусология: определение, задачи, методы. Систематическое положение и классификация вирусов. Работы Ивановского. Отличия вирусов от бактерий. Типы вирусной инфекции клеток. Изменения клеток хозяина в процессе вирусной инфекции. Особенности вирусной инфекции организма. Острые, хронические и медленные инфекции

131.1. Вирусология: история, определение, методы, задачи

Вирусология – это наука, изучающая морфологию, физиологию, генетику, экологию и эволюцию вирусов.

В задачи вирусологии входит изучение:

• принципов систематики и номенклатуры вирусов;

• морфологии и химического состава вирусов;

• особенностей репродукции и изменчивости вирусов;

• патогенеза и иммуногенеза при вирусных болезнях;

• методов диагностики, специфической профилактики и лечения вирусных инфекций. В вирусологии применяются следующие методы:

-фильтрация инфекционных агентов (вместе со следующим – исторически первый);

-заражение чувствительных организмов;

-культивирование вируса в куриных эмбрионах и клеточных культурах;

-биологические (основаны на способности к гемагглютинации, гемолизу, образованию включений, цитопатическому действию) и применение бактериофагов;

-иммунологические (основаны на взаимодействии антигенов и антител);

-биохимические (определение химического состава вирионов);

-физико-химические (ультрацентрифугирование, применение радиоактивных изотопов, электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа);

-молекулярные (секвенирование, гибридизация, генная инженерия).

Отсчет истории вирусологии ведется с 1892 г., когда русский физиолог растений и микробиолог Дмитрий Иосифович Ивановский на сессии Академии наук сделал доклад об открытии «фильтрующегося» возбудителя табачной мозаики (болезни растений).

Его выводы основывались на следующих наблюдениях:

-сок больного растения заражал здоровое растение, однако при микроскопии никакие бактерии не обнаруживались;

-на питательных средах после посева сока колонии не образовывались (в то время считалось, что любой микроорганизм можно вырастить на правильно подобранной среде);

-после фильтрации сока через фарфоровые фильтры он сохранял заразительную способность (потому обнаруженный агент он назвал «фильтрующимся»);

-при последовательном заражении соком больных растений болезнь проявлялась всегда, то есть заразное начало не разбавлялось после введения в растения, а размножалось.

Опыты Ивановского в 1898 г. воспроизвел Бейеринк и назвал инфекционный агент вирусом (лат. яд). В том же году был открыт первый вирус животных (вирус ящура), а человека – в 1901 г. (вирус желтой лихорадки). Следующими открытыми вирусами человека стали вирус бешенства (1903 г.), вирус натуральной оспы (1908 г.) и вирус полиомиелита

(1909 г.).

131.2. Вирусы. Отличия вирусов от бактерий. Систематика вирусов

Вирус – это неклеточный инфекционный агент, который может воспроизводиться только внутри живых клеток. Вирусы характеризуют как «организмы на границе живого». С живым их сближают способности к размножению, эволюции (путем естественного отбора) и наличие генетического материала. Напротив, отсутствие клеточного строения, соб-

5

ственного обмена веществ, способности к размножению делением и вне клетки говорит против причисления вирусов к форме жизни. Этот вопрос остается дискуссионным.

Основные отличия вирусов от бактерий:

1.Не имеют клеточного строения.

2.Имеют субмикроскопические размеры, большинство от 20 до 300 нм.

3.Имеют только один тип нуклеиновой кислоты: или ДНК, или РНК, где закодирована вся информация вируса.

4.Не обладают собственными метаболическими и энергетическими системами.

5.Размножение вирусов происходит с использованием белоксинтезирующих и энергетических систем клетки-хозяина, поэтому вирусы – это облигатные внутриклеточные паразиты (как, впрочем, и некоторые отдельные бактерии).

6.Не способны к росту и бинарному делению, размножаются путём репродукции их белков и НК в клетке хозяина с последующей самосборкой вирусной частицы.

Несмотря на отсутствие консенсуса по отнесению вирусов к живому, в таксономии живой природы для них выделен отдельный таксон в корневом таксоне Biota (живое). Таким образом, они классифицируются наряду с тремя доменами «клеточной жизни»: прокариотами, археями и эукариотами.

Систематика вирусов определяется Международным комитетом по таксономии ви-

русов (ICTV). Из-за малого размера генома и высокой частоты мутаций выяснение родства больших порядков затруднительно, поэтому наивысшим таксоном для вирусов являет-

ся порядок (-virales). Далее следует семейство (-viridae), подсемейство (-virinae), род

(-virus) и вид (также -virus). При этом не все семейства включены в порядки, не все роды –

всемейства, а большинство видов вирусов до сих пор никак не классифицированы.

Воснове классификации лежат самые разнообразные критерии, например тип нуклеиновой кислоты, ее структура, наличие оболочки, морфология вириона, антигенная структура, стратегия репликации, патогенность, восприимчивые хозяева, география и эпидемиология вируса.

Классификацию изучаемых вирусов см. в Приложении 1.

Как дополнение к этой систематике вирусов используется классификация по Балтимору, критерием для которой служит механизм образования мРНК. В конечном счете, она различает вирусы по строению генома и стратегии его репликации. Выделяют семь групп вирусов по Балтимору (ранее – пять):

I: ДНК, двунитевая (например, герпесвирусы).

II: ДНК, однонитевая (парвовирусы). III: РНК, двунитевая (ротавирусы).

IV: РНК, однонитевая, положительная (пикорнавирусы). V: РНК, однонитевая, негативная (ортомиксовирусы).

VI: РНК, однонитевая, имеется ДНК-стадия (ретровирусы). VII: ДНК, двунитевая, имеется РНК-стадия (вирус гепатита В).

131.3. Типы вирусной инфекции клеток. Изменения клеток при вирусной инфекции

На клеточном уровне выделяют автономные инфекции, при которых вирусный геном реплицируется независимо от клеточного генома, и интеграционные инфекции, при которых вирусный геном включается в состав клеточного.

Автономные инфекции делятся на продуктивные, при которых образуется инфекционное потомство, и абортивные, при которых инфекционный процесс обрывается и новые инфекционные частицы не образуются.

В зараженных вирусом клетках (тканях) могут происходить следующие изменения:

•воспаление – инфильтрация тканей мононуклеарами (лимфоцитами и моноцитами);

•форма клеток изменяется на округлую (поражение цитоскелета);

6

•дистрофические изменения ядра: кариопикноз, краевое расположение глыбок хроматина и др.;

•образование симпластов (гигантских многоядерных клеток) и синцитиев (скопления клеток, связанных между собой цитоплазматическими мостиками);

•микроскопически обнаружимые тельца включений:

-представляют собой вирусные «фабрики» или депо побочных продуктов;

-при заражении ДНК-вирусами располагаются в ядре (кроме телец включений поксвирусов), РНК-вирусами – в цитоплазме.

131.4. Особенности вирусной инфекции. Острые, хронические, медленные инфекции

Вирусные инфекции имеют следующие особенности:

•широкое распространение (удельный вес в структуре инфекций – около 80%);

•внутриклеточное размножение вирусов приводит к массовой гибели клеток;

•за некоторыми исключениями, вирусные инфекции сопровождаются вирусемией – циркуляцией возбудителя в крови;

•размножение некоторых вирусов (ВИЧ, вирусы кори, гепатита В, С) в клетках иммунной системы приводит к развитию иммунодефицитных состояний;

•способность некоторых вирусов интегрироваться с геномом клетки (ВИЧ, вирус гепатита В, онкогенные РНК-содержащие вирусы);

•некоторые вирусы (краснухи, цитомегалии) обладают тератогенным действием;

•инфекционные вирусы могут провоцировать развитие опухолей (герпесвирусы, вирусы гепатитов В, С и др.);

•вирусы могут вызывать медленные инфекции;

•иммунопрофилактика большинства вирусных инфекций отсутствует;

•диагностика вирусных заболеваний применяется не в каждом конкретном случае из-за массовости этих заболеваний;

•до настоящего времени недостаточно эффективных средств для лечения вирусных заболеваний.

По течению различают острую и персистирующую инфекции. Персистирующая инфекция может протекать в виде вирусоносительства, латентной (без выделения вируса),

хронической или медленной инфекции.

Хроническая инфекция сопровождается выделением вируса и периодами ремиссии и обострения. Медленные инфекции характеризуется длительным инкубационным периодом и последующим длительным прогрессирующим течением с летальным исходом. Их вызывают вирусы кори, краснухи, герпеса, гепатитов, ВИЧ а также прионные белки.

На уровне организма вирусные инфекции делят на очаговые (размножение происходит у входных ворот) и генерализованные (вирус разносится по органам и тканям).

7

132. Формы существования вирусов. Морфология и биохимическая структура вирионов. Геном вирусов. Структура, свойства и функции нуклеиновых кислот, белков, липидов и углеводов вирионов. Прионы, роль в патологии. Прионные заболевания: лабораторная диагностика, профилактика

132.1. Формы существования вирусов. Морфология вирионов

Вирусы существуют в трех формах:

•вирион (вирусная частица) – внеклеточная, покоящаяся, не проявляющая свойств живого форма вируса, выполняющая функцию переноса его генома из одной клетки в другую;

•вегетативная (внутриклеточная, репродуктивная) форма;

•провирус – форма интеграции (встраивания) вирусного генома с геномом клеткихозяина, при которой репродукции вируса не происходит.

По строению вириона различают простые и сложные вирусы. Их внутреннее строение одинаково. Сердцевину вируса составляет геном (о его устройстве см. далее) в виде молекул РНК или ДНК. Геном покрывается белковой оболочкой – капсидом, который состоит из повторяющихся субъединиц – капсомеров. Вместе геном (нуклеиновая кислота) и капсид образуют

нуклеокапсид. Для простых вирусов он является внешней оболочкой.

У сложных вирусов есть дополнительная внешняя оболочка – суперкапсид. Его основу составляют липиды (фосфолипиды и гликолипиды) клеточных мембран кле- ток-хозяев. С внутренней стороны может иметься матриксный слой из М-белка. С наружной стороны, то есть на поверхности суперкапсида, располагаются гликопро-

теиновые шипы или нити.

По типу симметрии капсида различают капсиды:

•икосаэдрической (кубической) симметрии:

-в основе лежат различные комбинации равносторонних треугольников из шаровидных белковых субъединиц;

-самая эффективная и экономичная симметрия для формирования замкнутого чехла;

-капсид приобретает псевдосферическую форму (чем больше капсомеров и чем они меньше, тем сильнее форма приближается к сферической);

•спиральной симметрии:

-белковые субъединицы располагаются по спирали, между ними (также по спирали) уложена нуклеиновая кислота;

-вирусы часто приобретают нитевидную форму (но не обязательно);

-геном защищен лучше, чем при кубической симметрии, но требуется большее количество белка.

132.2. Геном вирусов. Функции белков, липидов и углеводов вирионов

Нуклеиновые кислоты обеспечивают наследственные признаки, являются хранителями генетической информации и необходимы для репродукции вирусов. Многие из них

8

могут вызывать инфекционный процесс самостоятельно, достаточно их проникновения в клетку.

Геном вирусов представлен либо ДНК, либо РНК. Вирусная ДНК может быть одно- и двунитевой, фрагментированной, линейной или кольцевой. От клеточной ДНК она отличается наличием прямых или инвертированных повторов на концах (для замыкания в кольцо).

Вирусная РНК также может быть фрагментированной, линейной или кольцевой, и даже двунитевой (по типу двойной спирали ДНК). РНК вирусов имеет положительную (+) или отрицательную (–) полярность. +РНК обладает функциями мРНК, то есть непосредственно с нее может идти трансляция белка. Напротив, –РНК выполняет только наследственную функцию и сама не является матрицей для рибосом. В этом случае, чтобы получить мРНК, необходима РНК-зависимая РНК-полимераза, которая на матрице –РНК построит +РНК.

Компоненты вириона выполняют следующие функции:

•белки:

-структурные – защита генома от нуклеаз, распознавание и взаимодействие с клетками, антигенные и иммуногенные свойства;

-неструктурные – полимеразы и регуляторные белки;

•липиды: стабилизация вирусной частицы, инфекционность;

•углеводы (в составе гликопротеидов суперкапсида): рецепторная и гемагглютинирующая активность, антигенные свойства.

132.3. Прионы

Прионы (англ. prion от protein – «белок» и infection – «инфекция») – это особый класс инфекционных агентов, представленных белками с аномальной третичной структурой и не содержащих нуклеиновых кислот. Прионы не являются вирусами.

Все прионные болезни млекопитающих вызываются аномальной изоформой белка PrP, нормальная изоформа которого присутствует в норме в мембранах многих клеток. При спонтанном возникновении или экзогенном привнесении белка с аномальной третичной структурой он начинает изменять третичную структуру нормальных белков, также превращая их в прионы. Прионный белок устойчив к протеазам и накапливается в клетках (его количество растет в геометрической прогрессии).

Прионами можно заразиться алиментарным путем, при переливаниях крови, через хирургические инструменты и иммунобиологические препараты. После репликации преимущественно в лимфоидных тканях прионы переносятся в головной мозг, где накапливаются в больших количествах и приводят к нейродегенерации, превращая мозг в подобие губки (отсюда и собирательное название болезней – губчатые энцефалопатии).

Весьма распространена губчатая энцефалопатия крупного рогатого скота («коровье бешенство»). У человека прионы вызывают следующие очень редкие медленные болезни:

•Крейтцфельда-Якоба – провалы в памяти, утрата интереса к окружающему, нарушение координации движения, галлюцинации, выраженные когнитивные нарушения;

•Куру – головная боль, судороги, тремор туловища, головы и конечностей, нарушения памяти и внимания; болезнь распространена среди аборигенов-каннибалов Новой Гвинеи;

•синдром Герстмана-Штраусслера-Шейнкера (семейный) – нарушения координа-

ции движения, глотания и прогрессирующая деменция;

•фатальная семейная бессонница – бессонница (снотворные неэффективны), галлюцинации, полная неспособность спать, истощение, деменция.

Все прионные болезни заканчиваются смертью в течение 1-10 лет. Диагностика возможна только иммуногистохимическими методами с тканями мозга. Лечение не разработано. Меры профилактики включают тщательную стерилизацию инструментария, использование одноразовых инструментов для нейрохирургических операций, ограничение на использование препаратов, приготовленных из тканей крупного рогатого скота.

9

133. Взаимодействие вируса с восприимчивой клеткой. Строгий паразитизм и цитотропизм вирусов, факторы, его обусловливающие. Рецепторы клеток для вирусов. Репродукция вирусов. Стратегия репродукции ДНК и РНК вирусов

133.1. Взаимодействие вируса с восприимчивой клеткой

Различают три типа взаимодействия вируса с клеткой:

-продуктивный тип – репродукция завершается образованием вирусного потомства;

-абортивный тип – новые вирусные частицы не образуются, так как инфекционный процесс прерывается на одном из этапов;

-интегрированный тип (вирогения) – встраивание вирусной ДНК в геном клетки хозяина.

Вирусы – облигатные внутриклеточные паразиты, способные размножаться только в живой клетке. Строгий паразитизм вирусов обусловлен отсутствием у них каких-либо метаболических и энергетических систем. Геном вируса содержит информацию только о строении компонентов вируса, но не кодирует ни одной биологической системы, которые позволили бы эти компоненты создать.

Строгий цитотропизм вирусов заключается в их способности поражать только определенные типы клеток (тканей) и часто определенного вида (например, человека). Он обуславливается, прежде всего, соответствием метаболических свойств этих клеток репликативным потребностям вируса. Как следствие, антирецепторы вириона комплементарны рецепторам цитоплазматической мембраны клеток этого типа.

На начальном этапе репродукции вируса происходит его адсорбция – комплементарное связывание с вирусспецифическим клеточным рецептором. Такие рецепторы служат для связывания с каким-либо эндогенным субстратом, то есть они не экспрессируются на клетке специально для вируса (что было бы странно). Однако благодаря правильно «подобранному» антирецептору вирус получает возможность прикрепляться к клетке, используя этот рецептор.

По химической природе рецепторы, на которых фиксируются вирусы, относятся к двум группам: мукопротеидным (на них фиксируются, например, вирусы гриппа и аденовирусы) и липопротеидным (энтеровирусы, вирусы герпеса).

133.2. Репродукция вирусов: общая схема

В цикле репродукции любого вируса можно выделить несколько стадий, которые будут иметь особенности у различных вирусов. Для иллюстрации используется схема репродукции парамиксовирусов (сложный вирус с однонитевой –РНК).

I. Адсорбция – специфическое связывание вирионных белков с клеточными рецепторами. Необратимая адсорбция наступает при установлении множественных связей.

II. Проникновение вируса в клетку посредством одного из двух механиз-

мов: слияния суперкапсида с мембраной клетки либо эндоцитоза с образованием внутриклеточной вакуоли. Слияние обеспечивается белками капсида или суперкапсида.

III. Раздевание (депротеинизация) вирионов – освобождение нуклеиновой кислоты от капсида при помощи вирусных или клеточных ферментов.

IV. Синтез вирусных компонентов – подробно описывается далее.

10