Молекулярна біологія віл.

Геном ВІЛ приблизно в 100 тис. разів менший, ніж геном людини. Він складається лише з 9749 нуклеотидів і має вигляд дволанцюгової стрічки рибонуклеїнової кислоти (РНК). У загальних рисах життєвий цикл ВІЛ такий, як і в інших ретровірусів.

Ретровіруси одержали таку назву тому, що в їхньому розвитку є етап, коли перенесення інформації відбувається в напрямку, зворотному до нормального. Генетичним матеріалом клітини-хазяїна є дезоксирибонуклеїнова кислота (ДНК). У процесі експресії активації генів спочатку відбувається транскрипція ДНК: утворюється рибонуклеїнова кислота (РНК), яка її копіює і потім служить матрицею для синтезу білків. Генетичним матеріалом ретровірусів служить РНК і, щоб відбулася експресія генів, має з’явитися ДНК — копія вірусної РНК Ця відбудована ДНК звичайним шляхом забезпечує синтез вірусних білків.

Життєвий цикл ВІЛ (рис. 7.1) розпочинається з того, що вірусна частка приєднується зовні до клітини і вводить усередину її свою серцевину. Серцевина віріону має 2 ідентичні ланцюги РНК, а також структурні білки та ферменти, необхідні на подальших стадіях життєвого циклу. Один із ферментів здійснює перший етап переносу генетичної інформації вірусу — синтез ДНК. Він має назву „зворотна транскриптаза” і володіє кількома ферментативними активностями. Завдяки ДНК-полімеразній активності спочатку синтезується одноланцюгова ДНК, комплементарна вірусній РНК, а завдяки рибонуклеазній активності розщеплюється початкова РНК Потім зворотна транскриптаза синтезує другий ланцюг ДНК, використовуючи перший як матрицю.

Рис. 7.1. Життєвий цикл ВІЛ.

Генетична інформація вірусу, тепер уже у формі дволанцюгової ДНК (тобто в тій самій формі, що і власні гени клітин), проникає в ядро клітини-хазяїна. Завдяки третій інтегрованій ферментативній активності ця ДНК вбудовується в хромосомну ДНК. У такому вигляді вірусна ДНК (провірус) буде відтворюватися разом із генами клітини-хазяїна під час її ділення та передаватися наступним поколінням клітини-хазяїна. Таким чином, інфекція стає надто тривалою, розвивається практично протягом усього життя інфікованої людини.

Друга частина життєвого циклу ВІЛ — утворення нових віріонів — здійснюється тільки в деяких заражених клітинах. Вона розпочинається в той час, коли довгі кінцеві повтори — LTR ініціюють транскрипцію вірусних генів; при цьому ферменти, які належать клітині-хазяїну, синтезують РНК-копії провірусу. Частина цих РНК стане генетичним матеріалом нового покоління вірусних часток. На основі ланцюгів деяких РНК утворюються структурні білки та ферменти, котрі ввійдуть у склад нових віріонів. Синтез вірусних білків здійснюється за допомогою клітинного апарату хазяїна. Кожна вірусна частка складається з безлічі копій двох різних молекул білків, співвідношення котрих приблизно дорівнює 20:1. Білок, кількість якого більша, є попередником білкової капсули, котра оточує генетичний матеріал вірусу та ферменти у зрілому віріоні. Молекулярна маса іншого білка більша: фактично він є першим білком, до якого приєднані інші ферменти. Після завершення їх синтезу ці білки переміщуються на периферію клітини і за допомогою жирної кислоти, котра є на кінці NН₂ кожного з них, приєднуються до внутрішнього боку клітинної мембрани. У процесі агрегації білки-попередники взаємодіють між собою і утворюють сферичну структуру, яка починає випинатися під клітинною мембраною. Під час формування віріону в нього втягуються 2 ланцюги РНК.

Один із ферментів, який входить до складу великого білка-попередника, здійснює кінцевий етап формування зрілого віріону. Цим ферментом є протеїназа. Вона відділяється від поліпептидного ланцюга білка-попередника і відщеплює від нього зворотну транскриптазу (ДНК-полімеразу, рибонуклеазу та інтегразу), а також решту молекул протеїнази, потім розщеплює молекули коротшого від себе білка і те, що залишилося від молекул довгого білка-попередника, — на 4 сегменти кожну. Ці сегменти об’єднуються по 3, утворюючи кулеподібну серцевину, котра оточує РНК і ферменти, а четвертий сегмент залишається прикріпленим до внутрішньої поверхні клітинної мембрани. У такому стані віріон відділяється від клітини й опиняється в оточенні шматочка мембрани клітини-хазяїна. Ця оболонка є останнім структурним елементом-білком оболонки ВІЛ, молекули котрого випинаються з мембрани, як шипи. Білок оболонки утворюється та транспортується до поверхні клітини незалежно від білків серцевини. Кожний шип утворений двома чи трьома ідентичними субодиницями, котрі, у свою чергу, впорядковані з двох зв’язаних компонентів, які є глікопротеїнами (білки, що вміщують залишки цукру). Компонент gp120 (глікопротеїн із молекулярною масою до 120 тис. кілодальтонів) випинається над поверхнею клітини, а gp41, встановлений у вигляді стержня, — у мембрану. Ці глікопротеїнові комплекси визначають здатність ВІЛ заражати нові клітини.

ВІЛ, як і всі віруси, є внутрішнім паразитом. Сама по собі вірусна частка інертна і не здатна розмножуватися або чинити якусь шкоду, доки вона не потрапить усередину клітини-хазяїна. Перший крок будь-якої вірусної інфекції — зв’язок вірусної частки з компонентом мембрани клітини, котру вона заражає. Для ВІЛ роль такого рецепторного компонента відіграють білок, антиген СD4. Наявність на поверхні клітин білка СD4 відповідає тропізму ВІЛ до тих чи інших клітин і тканин та дає можливість ВІЛ уражати їх. Антиген СD4 зустрічається частіше на поверхні лімфоцитів, так званих Т4-хелперів; ВІЛ буквально виснажує цю популяцію лімфоцитів, тому ВІЛ-інфекція супроводжується важкими та незворотними порушеннями всієї імунної системи.

Особливі труднощі для дослідників у вивченні вірусу зумовлені трьома обставинами:

1. мінлива природа вірусу, котрий може „ховатися” всередині клітин, міняти склад своєї оболонки і вбудовувати свої гени в геном клітини-хазяїна;

2. неможливість відтворення експериментальної моделі хвороби на тваринах, що уповільнює пошук стратегії створення вакцин, які були б ефективними у боротьбі з вірусом;

3. складність, яка виникає під час клінічних досліджень, пов’язана з науковою невизначеністю результатів, етичними проблемами та недостатньою кількістю добровольців.