Вирусология наука о вирусах микроскопических надмолекулярных созданиях природы, которые являются своеобразной паразитической формой жизни

Скачать 2.88 Mb. Название Вирусология наука о вирусах микроскопических надмолекулярных созданиях природы, которые являются своеобразной паразитической формой жизни страница 5/7 Дата 18.03.2013 Размер 2.88 Mb. Тип Документы

Содержание 9.2.2. Опухолеродные РНК-содержащие вирусы

9.1.3. Лиссавирусы ЛИССАВИРУСЫ — экологическая группа вирусов, природным резервуаром которых являются хищные животные. Относятся к семейству Rhabdoviridae, род Lyssavirus (lyssa — водобоязнь, гидрофобия). Вирионы рабдовирусов животных имеют пулевидную форму (50-95x130-400 н.м.), окружены липидной оболочкой с выступающими шипами размером 5-10 н.м. Изнутри липидная оболочка выстлана матриксным белком M. Внутренний компонент представлен РНП диаметром 50 нм со спиральным типом симметрии. Геном рабдовирусов представлен одной нитью РНК негативной полярности размером ~ 10-13 т.н., кодирующей последовательности 5-ти белков. Репликация/транскрипция протекает в цитоплазме в составе РНП. Каждый ген транскрибируется отдельно. Вирусы созревают путем почкования через цитоплазматическую мембрану. В процессе репликативного цикла вирус формирует делеционные мутанты — ДИ-частицы, требующие для репликации наличия нормального вируса. Семейство объединяет наиболее обширную как по количеству представителей, так и по спектру хозяев группу вирусов, поражающих млекопитающих, рыб, насекомых и растения. В семействе выделено 5 родов — 2 рода вирусов растений и 3 рода вирусов позвоночных и беспозвоночных. Род Lyssavirus включает вирус бешенства и бешенствоподобные вирусы (Мокола, Дувенхаге — патогенны для человека и животных; Лагос — вирус летучих мышей, Котонкан, Обохийанг — патогенны для животных). Типичный представитель рода — вирус водобоязни или вирус бешенства — полипатогенный нейротропный вирус. Передается при укусе. Вызывает зооантропонозное смертельное заболевание. Ряд вирусов рода сохранил способность к передаче насекомыми. Основным представителем рода является вирус бешенства или вирус гидрофобии, экология которого имеет свои особенности. Бешенство является типичной зооантропонозной инфекцией. Вирус может циркулировать в природных очагах (эпизоотия природного типа; лесное или дикое бешенство), где он существует за счет диких животных. В этом случае резервуаром инфекции являются волки, лисы, песцы и другие виды плотоядных. В странах Американского континента основным природным резервуаром вируса бешенства являются летучие мыши-вампиры Desmodus rotundus. Бешенство вампиров до настоящего времени является главной причиной смерти сотен тысяч голов крупного рогатого скота. У плотоядных животных при заражении вирусом наблюдается летальный исход, в то время как у летучих мышей вирус размножается бессимптомно, локализуясь только в слюнных железах. Вирус бешенства может сохраняться в антропургических очагах (эпизоотия городского типа). В этом случае в цепь циркуляции вируса вовлекаются уличные и домашние собаки, кошки, крупный и мелкий рогатый скот, лошади. Именно при характеристике возбудителя бешенства, циркулировавшего в антропургическом очаге, был применен термин «вирус уличного бешенства». До середины XX в. неблагополучная ситуация по бешенству определялась, в основном, существованием очагов «уличного» типа. Однако позднее в Европе начал формироваться крупный природный очаг рабической инфекции, поддерживаемый дикими плотоядными животными. В России, в результате ежегодно проводимой вакцинации животных против бешенства, собаки перестали быть естественным резервуаром рабической инфекции. Их место заняли дикие хищники, в частности красная лисица. Эти животные в поисках пищи приближаются к населенным пунктам, посещают зеленые зоны, поля, огороды, свалки, где входят в контакт с бездомными собаками, сельскохозяйственными животными и человеком. Миграция диких животных и увеличение популяции бездомных собак способствуют возникновению не только новых природных очагов рабической инфекции, но и возрастанию роли в эпизоотическом процессе домашних и особенно сельскохозяйственных животных. В связи с этим, для профилактики бешенства в отдельных регионах России начали применять антирабическую вакцину для оральной иммунизации диких животных с использованием приманок. Бешенство — острое инфекционное заболевание ЦНС. Для животных оно всегда заканчивается смертью. Человек относительно устойчив к вирусу гидрофобии. После укуса больным животным заболевает примерно 15% людей. Однако, если не принимать экстренные меры, то смертность достигает 90-95%. Инфицирование вирусом бешенства, как правило, происходит при укусе больным животным или при попадании слюны на поврежденную кожу или слизистую оболочку. При нахождении рядом с больным возможна реализация аспирационного механизма передачи. Первичное размножение вируса происходит в мышечной и соединительной ткани вблизи входных ворот инфекции. Затем возбудитель внедряется в рецепторы периферийных чувствительных нейронов и продвигается в базальные ганглии и ЦНС, где размножается в сером веществе. После этого вирус опять по периферийным нервам центробежно распространяется в различные органы и ткани, включая легкие, почки, кожу, слюнные железы. У бешеных животных подчелюстные слюнные железы содержат более 100 инфекционных доз в мл. Патоморфологически инфекция в основном проявляется дегенеративными поражениями нейронов, в клетках которых при электронномикроскопических исследованиях наблюдаются эозинофильные тельца включений, известные как тельца Бабеша-Негри. Инкубационный период заболевания варьирует от недели до года. Имеется опасный предклинический период, во время которого происходит экскреция вируса и наблюдается изменение поведенческих реакций. Животные и человек становятся агрессивными, легко возбуждаются. Передача вируса в этот период заболевания животного увеличивает риск развития инфекции у человека. Заболевание сопровождается нарушением тонуса мышц, что приводит к затруднению глотания сначала жидкостей, а затем и твердой пищи. Позднее развиваются генерализованные судороги и кома. Лиссавирусы, кроме типового вируса бешенства, включают ряд бешенствоподобных вирусов. Патогенными для животных и человека являются: вирус Лагос (изолирован от фруктоядных летучих мышей в Нигерии, от кошек, собак, человека); вирус Мокола (изолирован от землеройки в Нигерии и Камеруне, кошек, собак, умершего человека). В лабораторных условиях воспроизведено инфицирование Aedes albopictus вирусом Мокола, который передавался трансовариально. К вирусу бешенства наиболее близок вирус Дувенхаге, а вирус Мокола сильно отличается от других представителей рода. Вакцина против бешенства не защищает от инфекции вирусами данной группы. 9.1.4. Филовирусы В семейство Filoviridae входят Марбург-подобные и Эбола-подобные вирусы млекопитающих, которые не имеют антигенного родства ни с какими другими вирусами. Вирусы Марбург и Эбола вызывают у человека заболевания, протекающие по типу системных геморрагических лихорадок с высокой летальностью, которые относятся к категории особо опасных инфекций. Вирионы — плейоморфные, 80 нм в диаметре и различной длины (до 1400 нм) нитевидные образования прямой (Эбола) или извитой (Марбург) формы. Состоят из жесткого спирального нуклеокапсида диаметром 50 нм, покрытого липопротеиновой оболочкой, которая содержит поверхностные шипы, образованные монотримером гликопротеина. Геном — линейная, несегментированная (-)РНК размером до 19 т.н. Кодирует 7 структурных белков. NS-белки не идентифицированы. Репликация/транскрипция протекает в цитоплазме, вирус почкуется через цитоплазматическую мембрану. Вирус Марбург впервые был обнаружен в 1967 г. во время вспышек геморрагической лихорадки в Германии (Марбург) и Югославии (Белград) среди людей, контактировавших с зелеными мартышками Cercopithecus aethiops, импортированными из Уганды. Связь вспышки заболевания с мартышками подтверждена выделением вируса из крови и тканей обезьян. Летальность при марбургской лихорадке достигает 30-50%. Заболевание эндемично для стран Восточной и Южной Африки. Вирус Эбола впервые выделен в 1976 г. в Судане и Заире во время вспышки тяжелейшей геморрагической лихорадки, унесшей жизни 350 человек. Летальность при лихорадке Эбола достигает 90%. Природные очаги вируса не установлены. Предполагается, что резервуаром могут быть дикие грызуны или летучие мыши. Вирусы Марбург и Эбола различаются по антигенным свойствам. У вируса Эбола выделено два серологических субтипа вируса — суданский и заирский. Вирус Эбола серологически связан с другим филовирусом, выделенным от обезьян Macaca fascieularis на Филиппинах и названным вирусом Рестон. Вирус Рестон не патогенен для людей. 9.2. Онкогенные вирусы 9.2.1. История онковирусологии Онковирусология — наука об онкогенных вирусах. Гипотеза о вирусном происхождении злокачественных опухолей была впервые высказана в 1907 г. Боррелем, а в 1911 г. Раус представил доказательства существования вирусов, вызывающих опухоли. Важная роль в развитии онковирусологии принадлежит нашему соотечественнику, выдающемуся ученому Л.А. Зильберу, сформулировшему вирусогенетическую теорию рака. Согласно этой теории, злокачественные новообразования развиваются вследствие влияния на клетки онкогенных вирусов, геномы которых полностью или частично интегрируют в геном клетки хозяина. Вирус наследственно изменяет нормальную клетку в опухолевую. Интегрированные провирусы находятся в латентном состоянии и активируются под действием канцерогенных факторов химической и физической природы. Вирусогенетическая теория происхождения рака весьма отличалась от классической вирусологической теории происхождения рака, высказанной Боррелем. Согласно теории Борреля, вирус, вызывающий рак, является инфекционным агентом. По Зильберу все происходит иначе — вирусы наследственно превращают нормальную клетку в опухолевую и не играют никакой роли в дальнейшем развитии неопластического процесса. Прогресс онковирусологии напрямую связан с работами Нобелевских лауреатов 1975 г. в области медицины Дульбекко, Темина и Балтимора, внесших существенный вклад в понимание механизмов интеграционных взаимодействий онкогенных вирусов с клеткой. Онкогенными (опухолеродными) являются вирусы, способные трансформировать клетки в культуре, индуцировать образование опухолей у лабораторных животных и в ряде случаев вызывать злокачественное перерождение клеток in vivo, т. е. являться этиологическим агентом рака. В общебиологическом смысле трансформация — это внесение экзогенной ДНК в клетку. Чужеродная ДНК может интегрировать в ДНК хозяина, а может этого не делать. При характеристике опухолеродных вирусов под трансформацией понимают индуцирование состояния неконтролируемого роста клеток эукариот, которое имеет много общего или совпадает с опухолевым перерождением клеток. На практике трансформированной называют такую клетку, которая приобрела устойчивые ростовые свойства, не характерные для родительской клетки. Опухолеродные вирусы могут быть как ДНК-содержащим и, так и РНК-содержащими. ^ 9.2.2. Опухолеродные РНК-содержащие вирусы Опухолеродными РНК-содержащими вирусами являются представители пяти родов ретровирусов (Retroviridae) — Alpharetrovirus (вирус миелобластоза птиц — AMV, вирус саркомы Рауса — RSV), Betatetravirus (вирус опухолей молочных желез мышей — MMTV), Gammaretrovirus (вирус лейкемии мышей — MuLV), Deltaretrovirus (вирус лейкоза крупного рогатого скота, вирус T-клеточного лейкоза человека — BLV, HTLV), Epsilonretrovirus (вирус лейкомы роговицы — WDSV). Ретровирусы, как правило, не убивают клетку, а вызывают хроническую инфекцию, для достижения которой геном осуществляет стратегию сохранения ДНК-копии своего генома в геноме клетки хозяина в форме клеточных генов — эндогенных провирусов. Это необычное свойство ретровирусов в случае интеграции в ДНК клеток зародышевой линии позволяет вирусу передаваться вертикально по закону Менделя. Ряд других ретровирусов (экзогенные ретровирусы) передаются от хозяина к хозяину горизонтально. Вирионы имеют диаметр 80-130 нм. Представляют собой электроноплотный нуклеоид, окруженный одно- или двухслойной липидсодержашей оболочкой, имеющей гликопротеиновые поверхностные шипы. Нуклеоид — это РНП, окруженный, в свою очередь, икосаэдрическим капсидом. Между оболочкой и капсидом расположен изометрический матриксный белок. По морфологии выделяют четыре типа вирионов ретровирусов: A, B, C и D. Частицы типа A — безоболочечные, обнаруживаются только внутри клеток, не инфекционны. Для частиц типа B характерно асиметричное расположение нуклеоида, формирование вириона в цитоплазме и приобретение оболочки в процессе почкования. У вирионов типа C формирование вириона происходит после почкования. Нуклеоид располагается в центре частицы. Частицы типа D также характеризуются центральным положением нуклеоида, однако формирование вириона происходит в цитоплазме. Отличительной особенностью ретровирусов является наличие в составе вириона РНК-зависимой ДНК-полимеразы (ревертазы), осуществляющей синтез ДНК на матрице геномной РНК. Геном ретровирусов диплоиден, представлен двумя идентичными плюс-нитями РНК размером 3,5-9 т.н. Геномные РНК представляют собой мРНК и имеют 5'-концевую кэп-структуру и 3'-поли-A последовательность. С 5'-концом каждой РНК связана, специфичная для каждого вируса, клеточная тРНК, которая играет роль затравки в синтезе ДНК-копии. Репликация генома ретровирусов на первых стадиях протекает в цитоплазме, далее — в ядре. Выделено три необычных свойства репликации: — наличие обратной транскрипции; — дупликация концевых последовательностей РНК с образованием длинных концевых повторов (LTR); — интеграция ДНК в геном клетки хозяина в строго определенной ориентации. Для репликации ретровирусов необходимы три гена: gag — кодирует белки сердцевины, pol — кодирует обратную транскриптазу, env —— кодирует белки оболочки. Кроме этого, геном ряда ретровирусов содержит минигены, которые не участвуют в репликации и выполняют регуляторную функцию. Кроме наличия в репликации стадии обратной транскрипции и существования некоторых вирусов в форме эндогенных провирусов, опухолеродные ретровирусы имеют еще одно необычное свойство. Оно заключается в том, что эти вирусы содержат гены, очень близкие высококонсервативным клеточным генам и способные вызывать трансформацию клеток в культуре. Такие гены повышают онкогенный потенциал вируса, но не нужны ему для репликации. Это так называемые трасформирующие гены или онкогены. Их обозначают v-onc, а соответствующие клеточные гены — c-onc. Таких генов в клетке много настоящее время они определены, их функции изучены. Онкогены обозначают тремя буквами, например myc, sis, myb. Вирусные онкогены — это несколько видоизмененные клеточные онкогены, то есть ряд ретровирусов является переносчиком онкогенов клетки. Схема 10. По наличию или отсутствию онкогенов в геноме ретровирусы подразделяют на onc+ и onc-. Все onc+ ретровирусы способны к трансформации, но дефектны по репликации, для осуществления которой необходимо присутствие недефектного onc- ретровируса. Встраивание дефектных onc+ онкогенов в геном ретровируса приводит к его инактивации за счет делетирования части гена, участвующего в репликации. Присутствие в клетке, наряду с дефектным v-onc+, нормального v-onc-ретровируса вызывает острую трасформацию и гибель клеток, так как онкоген кодирует белок трасформации. Дефектными v-onc+ ретровирусами являются вирус опухолей молочных желез мышей (MMTV), вирус лейкемии мышей (MuLV), вирус миелобластоза птиц (AMV). Исключением из правила дефектности является вирус саркомы Рауса, который сохранил способность и к трансформации клеток, и к репликации. Геном этого вируса на 1 т.н. длиннее генома других ретровирусов, так как вирус является рекомбинантом между дефектным вирусом и вирусом-помощником и содержит src-onc, встроенный в ген поверхностных белков вируса (ген gag). Отсутствие гена onc у ретровирусов не является условием отсутствия опухолеродности. Существует группа HTLV-подобных лимфотропных ретровирусов, являющихся v-onc-, но вызывающих злокачественные перерождения клеток иммунной системы. Эта группа онкогенных ретровирусов включает вирусы T-клеточного лейкоза (лейкемии) человека HTLV-1, HTLV-2, вирус лейкемии быка (BLV) и вирус T-клеточной лейкемии обезьян (STLV). Эти вирусы вызывают острые инфекции, сопровождающиеся иммунодефицитом в связи со злокачественным перерождением CD4+ T-лимфоцитов (рак крови), приводящим к снижению количества нормальных T-хелперов. Вирусы передаются как горизонтально (половым путем, при гемотрансфузиях), так и вертикально (от матери — плоду). Могут переноситься комарами. Трансформирующие свойства вирусов T-клеточного лейкоза обусловлены особенностями, детерминированными геномом. Как и другие ретровирусы, HTLV-подобные вирусы имеют провирусный геном размером 9,032 т.п.н., содержащий на двух концах LTR и интегрированный в геном хозяина в случайном месте. Однако кроме трех основных OPC (гены gag, pol, env), прогеном имеет дополнительную рамку считывания pX, расположенную на 3'-конце нуклеотидной последовательности (схема 10). Эта область генома кодирует три неструктурных фосфопротеина — p40tax, p27rex и p21x (трансформирующие факторы). Установлено, что p40tax является активатором транскрипции провируса, p27rex — модулятором транспорта мРНК из ядра в цитоплазму. P40tax активизирует транскрипцию провирусных генов опосредованно через ДНК-связанные белки, расположенные на транскрипционном энхансере LTR. Однако этот вирусный фактор активизирует не только энхансер провируса, но и другие, структурно не связанные с LTR, энхансеры транскрипции клеточных генов. При этом активизируется транскрипция генов, функция которых связана с индукцией непрерывного роста клеток — гены интерлейкина-2, рецептора интерлейкина-2 и ген c-Fos. 9.2.3. Опухолеродные ДНК-содержащие вирусы К опухолеродным ДНК-содержащим вирусам относятся представители пяти семейств вирусов: полиомавирусы, папиломавирусы, аденовирусы, герпесвирусы, гепаднавирусы. Следует отметить, что не все вирусы этих семейств обладают онкогенным потенциалом. Кроме того, опухолеродные вирусы этих семейств, обладая трансформирующей способностью, не всегда способны вызывать рак (табл. 8). Таблица 8 Свойства опухолеродных ДНК-содержащих вирусов Семейство: Вирус Способность трансформиро­вать культуру клеток Способность индуци­ровать опухоли у ла­бораторных животных Способ­ность вы­зывать рак Полиомавирусы: Ру мыши SV40 обезьян BKV человека JCV человека + + + + + + + + — — — — Папиломавирусы: Животных Птиц Человека + + + + + + + + Рак шейки матки Аденовирусы: Животных Человека + (все) + + (C-E) + + — Герпесвирусы: Вирус простого герпеса Цитомегаловирус Вирус Эпштейна-Барр + + + — — + — — Лимфома Бёркетта, рак носоглотки Гепаднавирусы: Грызунов, птиц Крупного рогато­го скота Человека (HBV) — — — — — — + — Гепатоцеллюлярная карцинома Онкогенность ДНК-содержащих вирусов обусловлена наличием у них так называемых трансформирующих генов, кодирующих транс­формирующие антигены (Т-АГ), которые выполняют те же функции, что и продукты онкогенов ретровирусов и онкогенов раковых клеток. Этих функций две: 1. Создание условий неограниченного роста — обозначается терми­ном иммортализация. Функция реализуется в ядре клетки и обеспечивается генами, кодирующими большой Т-АГ полиомавирусов, E1A-АГ аденовирусов и онкогеном myc. Продукты этих генов влияют на меха­низм программируемой клеточной гибели — апоптоз, сдвигая регуляторные процессы в сторону неограниченной пролиферации клеток. 2. Создание условий для появления фенотипических признаков пол­ной трансформации — изменение морфологии клетки и формирование опухоли. Эта функция закодирована в среднем Т-АГ полиомавирусов, Е1В-АГ аденовирусов и семействе онкогенов ras. Клетки, трансформированные onc-содержащим и ДНК-геномными вирусами, приобретают целый ряд новых биологических свойств, что обусловлено активацией или репрессией специфических клеточных ге­нов в результате действия Т-АГ. Происхождение Т-АГ не определено. Т-гены не гибридизуются с клеточной ДНК, в то время как онкогены ретровирусов, по всей вероятности, произошли от клеточных генов. В то же время, недавно установлено, что Т-гены аденовирусов (Е1А) структурно родственны онкогенам ретровирусов myc и myb, а онкогены v-myc (вирусный онкоген) и c-myc (клеточный онкоген) содержат целые участки, гомологичные участкам генома цитомегаловируса. Аденовирусы (Adenoviridae) Семейство включает крупные, с характерной морфологией ядерные вирусы, поражающие позвоночных (млекопитающих и птиц). Вирионы безоболочечные, с икосаэдрическим типом симметрии капсида (Т = 25) размером 60-90 нм, организованного по принципу ан­самблей. В состав вириона входит 11 полипептидов. Капсид состоит из 252 капсомеров — 240 гексонов и 12 пентонов. Гексоновый капсомер — это тример, состоящий из трех молекул белка II. Пентоны расположены на вершинах икосаэдра и состоят из основания пентона (5 молекул бел­ка III) и фимбрии (3 молекулы белка IV). Длина фибрилл различается у аденовирусов разных серотипов. В ряде случаев один вирион может содержать фибриллы разной длины, например 8,5 нм и 47 нм. Кроме этого в состав капсида входит еще пять минорных белков (VI, VIII, IX, IIIa,1Va). Геном — линейная днДНК размером до 36 т.п.н., ассоциирована с щелочным белком VII и небольшим полипептидом µ, образует шесть петель нуклеопротеина. Эти петли упакованы в ДНК-белковый ком­плекс белком V, который на вершинах икосаэдра ассоциирован с капсидным белком VI. Геномная ДНК на 5'-концах каждой цепи содержит терминальный белок 55 кД, ковалентно связанный с инвертированными концевыми повторами, длиной 100-140 п.н., в зависимости от серотипа вируса. Аденовирусы инфицируют клетки высокодифференцированных тканей — скелетных мышц, легких, головного мозга, сердца, желудочно-кишечного тракта. Местом первичной репликации вируса являются эпителиальные клетки бронхов. Вирус адсорбируется на клеточной поверхности за счет взаимодействия фимбрий с клеточными рецепторами, входящими в суперсемейство иммуноглобулинов. После этого во взаимодействие вовлекается RGD-мотив пентонового основания, который взаимодействует с клеточными интегринами. Вирус проникает в клетки путем рецепторного эндоцитоза, который осуществляется с участием цитоскелета — актиновых филаментов, динеина и микротрубочек. В эндосоме капсид вириона частично разрушается вирусной протеиназой. В ядро проникает только ДНК вируса, которая инициирует первичную транскрипцию. Транскрипция протекает в две стадии: ранняя транскрипция осуществляется до репликации ДНК, поздняя — после. На ранних этапах транскрибируются четыре так называемых кассетных гена — Е1, Е2, ЕЗ и Е4. Их продукты, в свою очередь, стимулируют репликацию вирусной ДНК, выключают синтез клеток хозяина и активируют 5 других кассетных генов L1-L5, кодирующих структурные белки. Процессинг первичных аденовирусных транскриптов протекает по механизму альтернативного сплайсинга. Предполагается, что в процессе сплайсинга принимают участие особые вирус-ассоциированные (VA) РНК, которые представляют собой небольшие нетранслируемые РНК, синтезируемые РНК-полимеразой III. Необходимо отметить, что наличие сплайсинга у аденовирусов сделало эти вирусы моделью для изучения ряда общебиологических процессов в клетках эукариот. Репликация ДНК аденовирусов идет с использованием белок-нуклеотидной затравки по полу консервативному механизму без образования репликативных вилок путем вытеснения цепи. Цепи ДНК аденовирусов могут образовывать кольца за счет взаимодействия геномных белков или инвертированных повторов. В связи с этим, среди специалистов обсуждается возможность реализации модифицированной модели катящегося кольца. Сборка вирусных частиц происходит в ядре, однако этот сложный многоступенчатый процесс начинается в цитоплазме со сборки капсомеров с участием так называемого «белка подложки». В ядре, в первую очередь, происходит самосборка пустых капсидов из капсомеров гексона, которая идет через образование наномеров. Следующим этапом сборки является стадия «легкого капсида», в состав которого включены белки сердцевины. Голая ДНК, имеющая на левом конце богатый тимином упаковочный сигнал, входит в капсид через одну из открытых вершин — стадия «молодого вириона». На этой стадии в составе вириона обнаруживаются также белки пентона. На последней стадии морфогенеза происходит протеолитическое расщепление всех предшественников. Часть белков деградирует, при этом частицы уплотняются и становятся недоступными для нуклеаз. Из ядра вирионы выходят в результате серьезных изменений в проницаемости ядерной мембраны, а из клетки — путем дезинтеграции цитоплазматической мембраны. Взаимодействие аденовирусов с клеткой может проявляться тремя типами инфекции: продуктивной, персистирующей и трансформирующей. Стратегия выживания аденовирусов направлена на подавление апоптоза инфицированной клетки. Установлен целый ряд молекулярных взаимодействий, обеспечивающих вирусу преодоление механизмов клеточной защиты. Продукт ранней транскрипции гена Е1А влияет на уровень транскрипции клеточного фактора p53, который является опухолевым супрессором генов апоптоза. Продукт Е1В является аналогом клеточного протоонкогена Bcl-2 и регулирует клеточное деление. Один из продуктов группы генов ЕЗ (gp19K) взаимодействует с молекулами гистосовместимости первого класса, чем препятствует их доставке на поверхность клетки. В результате, инфицированная аденовирусом клетка не узнается цитотоксическими B-лимфоцитами. Еще один путь блокирования апоптоза заключается в том, что продукты генов E3 участвуют в удалении Fas(CD95) молекулы, опосредующей апоптоз, с клеточной поверхности и ее деградации. Аденовирусы также блокируют активность ферментов, участвующих в каталитическом расщеплении клеточных белков, которое происходит при апоптозе. На основе генома аденовирусов созданы векторы, выражающиеся в клетках млекопитающих. Способность этих векторов экспрессироваться в гемопоэтических и эпителиальных клетках широкого круга хозяев, производить устойчивые интеграны, включающие большие (до 7,5 т.п.н.) последовательности, делают аденовирусные векторы перспективными в терапии инфекционных заболеваний. Аденовирусные векторы могут быть использованы: для введения генов, которые приведут к супрессии опухоли и ее элиминации (терапия рака); для доставки генов в ткани с целью исправления дефектных генов (генная терапия); для доставки генов, экспрессия которых будет препятствовать развитию болезни (добавочная терапия). В семействе выделено два рода, представители которых не имеют антигенной общности. Однако, внутри каждого рода вирусы объединены родоспецифическим антигеном, детерминанты которого расположены внутри гексона. 1. Mastadenovirus — включает 53 серотипа (вида) аденовирусов животных (обезьяны, крупный рогатый скот, свиньи, овцы, лошади, козы мыши) и 51 серотип аденовирусов человека, Типоспецифические антигены ассоциированы с фибрами и с поверхностью гексонов. Аденовирусы человека по гемагглютинирующим свойствам распределены на группы I-IV, по молекулярным характеристикам (электрофоретическому белковому профилю и рестриктному профилю ДНК) — на подгруппы от A до F. Аденовирусы человека могут трансформировать клетки крысы в культуре и вызывать опухоли у этих животных. Это свойство, впервые описанное в 1962 г., было использовано еще для одной классификации вирусов. По этому признаку выделяют: — высокоонкогенные аденовирусы, которые индуцируют опухоли у новорожденных крыс в течение месяца; — слабоонкогенные вирусы, которые индуцируют опухоли реже и только через длительный период времени; — неонкогенные (подгруппы C-F), не трансформируют клетки крысы в культуре. У человека аденовирусы вызывают острые респираторные заболевания, фарингоконъюнктивиты у детей, конъюнктивиты, инфекции дыхательных путей, гастроэнтериты, редко менингоэнцефалит и геморрагический цистит. 2. Aviadenovirus — включает 21 серотип вирусов птиц (кур, индеек, гусей, фазанов, уток). Аденовирусы этого рода реплицируются не только в организме птиц. Известны случаи трансформации клеток млекопитающих. У птиц аденовирусы вызывают геморрагический энтерит, «мраморную» болезнь селезенки, водянку, отек и закупорку легких. 9.2.4. Биология и иммунология рака Раковые клетки имеют ряд особенностей, среди которых можно выделить следующие: — безудержный, неуправляемый пролиферативный рост. Раковые клетки отличаются абсолютной автономностью; — раковые клетки внедряются в другие ткани, метастазируют из основного очага, проникая через стенку кровеносных и лимфатических сосудов. Раковые клетки, отделившиеся от опухоли и попавшие в лимфу, задерживаются в лимфоузлах. В результате происходит увеличение лимфатических узлов — раковая лимфаденопатия. То есть, метастазирование бластомы (опухоли) осуществляется через кровеносные и лимфатические сосуды; — канцерогенез рассматривается как перерождение генетической программы клетки, то есть трансформация. Опухоль — это клон трансформированных клеток. Две основные теории канцерогенеза гласят, что, во-первых, трансформация обусловлена соматическими мутациями соответствующих клеток. Во-вторых, возможна избирательная активация латентных, запрещенных генов и клонов клеток. Все это приводит к бесконтрольной пролиферации. От первых трансформированных клеток до возможного диагностирования очага проходит в среднем 5 лет. После 30 удвоений в опухоли скапливается до 1 млрд. клеток и весит она 1 г. Но новообразования обнаруживаются, когда количество опухолевых клеток достигает 100 млрд. и опухоль весит 10-100 г. Предложивший вирусогенетическую теорию происхождения опухолей выдающийся советский микробиолог, вирусолог, иммунолог Лев Зильбер посвятил экспериментальной онкологии многие годы жизни. Его целью было создание противоопухолевой вакцины. Большим вкладом в науку явилась его монография «Учение о вирусах». Основная идея вирусогенетической теории происхождения опухолей заключается в том, что при определенных условиях нуклеиновая кислота вируса может интегрировать в геном клетки. При этом возникает трансформация. Пусковым механизмом в этом процессе может быть действие физических и химических канцерогенов. Именно поэтому охрана и защита окружающей среды рассматриваются как профилактика рака. Как указано в предыдущем разделе, некоторые РНК- и ДНК-содержащие вирусы онкогенны, могут трансформировать инфицированные ими клетки и тем самым индуцировать образование опухоли. Понимание онкогенных вирусов перекрывается с признанием существования многочисленных протоонкогенов. Протоонкогены, как правило, первично можно рассматривать как физиологические гены. В ряде случаев они подвергаются нормальному транскрибированию и синтезу соответствующего продукта, например, факторов роста некоторых клеток и тканей. Таким образом, утрата нормальной регуляции экспрессии протоонкогенов превращает их в онкогены. Возможны разные механизмы трансформации — пространственное перемещение протоонкогенов в процессе хромосомных перестроек транслокации генов. Например, доказана возможность транслокации участков хромосомы 8, содержащей протоонкоген c-myc и участка 18 — в хромосому 14. Эти перестройки являются основой для развития различных вариантов B-клеточных лимфом и других опухолей. Например, лимфома Бёркетта вызывается вирусом Эпштейна-Барр, который относительно часто присутствует в организме в латентном состоянии или может вызвать инфекционный мононуклеоз. Вирусы являются причиной развития некоторых T-клеточных острых лейкозов взрослых. Примером является вирус HTLV-I, который по ряду свойств сходен с ВИЧ-1. Отличием является то, что HTLV-I вызывает трансформацию и пролиферацию T-лимфоцитов, а не разрушение клеток, как ВИЧ-1. При многих лимфомах происходит комплексное воздействие на организм и вируса и дополнительного эндемического фактора, что связано с генетикой популяций, этносов и биогеохимическими экологическими нишами. Например, эндемической нишей для T-клеточного острого лейкоза взрослых являются Южные Японские острова. Следует подчеркнуть, что злокачественные заболевания закономерно возникают на фоне иммунодефицита. Различные вторичные иммунодефициты являются основополагающим фоном возникновения рака. Патологическая пролиферация клеток, которая начинается с одной единственной трансформированной клетки, возникает в результате вторжения онковирусов, генной трансформации, превращения протоонкогенов в онкогены. Исключительное значение придается и действию различных химических и физических мутагенов. В пролиферативные процессы могут вовлекаться принципиально различные клетки. Малигнизации потенциально могут быть подвержены все клетки организма. Основой процесса является ослабление эффективности иммунной защиты. При этом преобладают супрессорные влияния. То есть, при всех злокачественных заболеваниях возникает тотальный иммунодефицит. Рак развивается на фоне иммунодефицитов различного происхождения и приводит к дальнейшей супрессии иммунной системы. В этом заключается порочный круг развития болезни. Современное направление иммунологической онкологии рассматривает, прежде всего, клеточный иммунитет как основу противобластоматозной защиты. В реализации клеточного иммунитета принимают участие, в первую очередь, цитотоксические T-лимфоциты и натуральные киллеры (NK-клетки). Иммунодефицит с селективным или преимущественным дефектом NK-клеток проявляется высокой чувствительностью не только к раковым процессам, но и к вирусным инфекциям, например, к развитию диссеминированной герпетической инфекции. Итак, состояние иммунной системы во многом определяет возможность развития опухолей. Конкретных причин и механизмов несколько: снижение клеточного иммунитета; нарушение синтеза интерферона и цитокинов, а также других факторов, например растворимых рецепторов цитокинов. Следует подчеркнуть, что онкогенные антигены, которые представлены на поверхности раковой клетки, являются слабыми и распознавание их затруднено. Ученик Зильбера, известный профессор Г.И. Абелев, сформулировал ряд общих принципов, которые имеют первостепенное значение для понимания антигенной структуры опухолей, возможностей их иммунодиагностики и иммунотерапии, в том числе и с помощью моноклональных антител. Эти принципы следующие: — возникновение опухоли из одной единственной клетки (моноклональность); — происхождение опухолей в ряде случаев из клеток-предшественников, что создает наибольшую злокачественность; — наличие в опухолях вирусного происхождения полипептидов, кодируемых вирусным геномом. Возникновение опухолевой ткани из клеток-предшественников ведет к появлению в них особых эмбриональных антигенов. Это альфа-фетопротеин при опухолях печени и яичка; раково-эмбриональный антиген при опухолях кишечника; «общий» антиген при острых B-клеточных лейкозах; трофобластический антиген при хориоэпителиомах и другие. Таким образом, при многих опухолях в клетке возникает возврат к эмбриональным путям белкового и углеводного обмена и, как следствие этого, появление в опухолевых клетках эмбриональных протеинов, используемых в иммунодиагностике в качестве онкомаркеров. 9.3. Возбудители медленных инфекций Термин «медленные инфекции» был введен Сигурдсоном в 1954 г., когда он впервые сформулировал основные положения учения о медленных инфекциях. Медленная инфекция — это форма взаимодействия вируса с организмом хозяина, являющаяся частным случаем персистенции вирусов. Для этой формы инфекции характерны следующие признаки: 1. Необычайно продолжительный инкубационный период. 2. Медленный прогрессирующий характер течения заболевания. 3. Своеобразное поражение органов и тканей. 4. Как правило, смертельный исход. Первоначально этот термин использовался в отношении трех инфекций овец — мэди, рида и паратуберкулеза. Затем в группу включили болезни висна, скрепи, куру, болезнь Крейцфельдта-Якоба и др. Позднее было установлено, что медленные формы инфекции в определенных условиях могут вызываться многими вирусами, известными ранее лишь как возбудители острых вирусных инфекций. Например, вирус кори может вызывать подострый склерозирующий панэнцефалит; вирус краснухи — прогрессирующую врожденную краснуху, вирус герпеса — атеросклероз. Успехи молекулярной биологии и вирусологии в последние годы позволили открыть новые вирусы и установить природу уже известных возбудителей медленных инфекций. 9.3.1. Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ, HIV) Характеристика ВИЧ (Retroviridae, Lentivirus) В 1983 г., практически одновременно и независимо, в США, Галло (Национальный институт рака) и во Франции, Монтанье (Институт Пастера) открыли и описали вирус — возбудитель иммунодефицита человека, названный HTLV-III и LAV, соответственно. После того, как было установлено, что они являются одним и тем же вирусом, ICTV было утверждено единое название — вирус иммунодефицита человека или ВИЧ-1. Вирионы ВИЧ имеют размер 100-120 н.м., покрыты липопротеиновой оболочкой. Наружная поверхность вириона имеет 80 грибоподобных выступов (d = 15 н.м., h = 9 н.м.). Выступы образованы тетрамером белка gp120, ковалентно связанным с двумя гликопротеинами gp41. Оболочка вируса с внутренней стороны выстлана матриксным белком p17, образующим изометрическую структуру. Внутренний компонент вириона представлен спиральным РНП, заключенным в капсулу. Капсула состоит из белка p24 и имеет форму груши, поскольку РНП расположен экстентрично (вирион B-типа). Гликопротеины gp120 и gp41 являются основными протективными антигенами вируса и несут в общей сложности более 10 антигенных детерминант. gp120 и gp41 — поверхностные белки, играющие определяющую роль в проникновении вируса в клетку. gp120 — это прикрепительный белок, служащий лигандом клеточных рецепторов вируса. Рецепторами являются молекула CD4, выполняющая роль «фиксатора» вируса, и рецепторы для ряда хемокинов. Поскольку тропизм к конкретным типам клеток обеспечивается соответствующими хемокиновыми рецепторами, не все CD4-положитель-ные клетки инфицируются ВИЧ. Чувствительными к ВИЧ являются T-лимфоциты, моноциты, макрофаги и некоторые другие клетки. Небольшое количество gp120 может произвольно отделяться от вириона и попадать в кровь и ткани в виде растворимой субстанции. gp41 — белок слияния. Этот белок участвует в трех процессах: — слияние вирусной оболочки с клеточной мембраной; — слияние соседних участков клеточных мембран; — слияние мембран соседних клеток. Первый из этих процессов обеспечивает проникновение вируса в клетку. gp41 индуцирует слияние мембран при нейтральных значениях pH. Слияние ВИЧ с мембраной клетки приводит к проникновению вируса в клетку, дезинтеграции вируса и выбросу РНП ВИЧ в цитоплазму. Здесь РНК подвергается транскрибированию с помощью обратной транскриптазы в двухнитевую ДНК, которая транспортируется в ядро и с помощью интегразы встраивается в геном. Теоретически вирион может проникать в клетку и путем эндоцитоза и путем прямой пенетрации. Геном ВИЧ, так же, как и у других ретровирусов, представлен двумя молекулами РНК позитивной полярности размером 9200 н.о. В вирионе РНК ассоциирована с нуклеокапсидным белком, ревертазой и интегразой. РНК кэпирована, полиаденилирована и каждая ассоциирована с лизиновой тРНК. Геном содержит гены gag, pol, env и minigene, но отличается от других ретровирусов тем, что гены pol и env не перекрываются, а отделены друг от друга рядом регуляторных генов (схема 11). Другой отличительной особенностью организации генома ВИЧ является наличие регуляторных генов, названных трансактиваторами. Они расположены на некотором расстоянии от генов, на которые воздействуют. Трансактиваторы усиливают работу структурных и NS генов более чем в 100 раз. Схема 11. Репликация ВИЧ идет по схеме, характерной для ретровирусов, и включает стадию обратной транскрипции (синтез кДНК происходит в цитоплазме в составе РНП), транспорт кДНК в ядро и ее интеграцию в геном клетки. В состоянии латентного провируса ВИЧ может находиться до 10-15 лет без проявления клинических симптомов заболевания. Лиц, содержащих ВИЧ в латентном состоянии, называют ВИЧ-инфицированными. Активация провируса приводит к репликации вируса и развитию клинических проявлений инфекции, заканчивающейся летально. При активации провируса ВИЧ-инфекция переходит в заболевание, названное синдромом приобретенного иммунодефицита (СПИД). Активация провируса приводит к транскрипции полноразмерных геномных РНК, часть которых в процессе сплайсинга образует мРНК gag, gag-pol и env и ряд коротких субгеномных РНК. Основные субгеномные РНК транслируют полипротеины-предшественники, которые затем нарезаются вирус-специфическими и клеточными протеазами на функциональные белки. Продукт гена gag нарезается вирус-специфической аспарагиновой протеазой на 4 белка — p17 (матриксный белок), p24 (капсидный белок), p7 и p9 (белки нуклеокапсида). Продукт гена gag-pol, состоящий из протеазы и ревертазы, расщепляется на функциональные белки-ферменты за счет аутокаталитической активности протеазы. Продукт гена env (gp160) нарезается клеточной трипсиноподобной протеазой на поверхностные белки p120 и p41, которые после нарезания гликозилируются в аппарате Гольджи. Сборка вирионов ВИЧ осуществляется на цитоплазматической мембране, куда транспортируются поверхностные белки. Матриксный белок, ассоциированный с капсидным белком, заякоривается на внутренней поверхности цитоплазматической мембраны за счет своего миристилированного N-конца. Спиральный нуклеокапсид собирается в цитоплазме самостоятельно и почкуется через мембрану в местах скопления матриксного белка. Как уже отмечалось, gp41 обеспечивает слияние клеток изнутри. При достижении определенной концентрации этого гликопротеина на мембране клетки происходит слияние мембран соседних клеток, что приводит к образованию многоядерных синцитиев, которые включают десятки, и даже сотни лимфоцитов. Клетки, входящие в состав синцития, погибают. Цитопатическое действие вирус оказывает только на T-лимфоциты, что постепенно приводит к их количественному уменьшению. Моноциты являются резервуаром вируса, так как вирус может длительное время персистировать в ядре, не нанося ущерба этим клеткам. ВИЧ характеризуется очень высокой скоростью изменчивости, которая в 10 раз превышает скорость мутаций у вируса гриппа и в 100 раз — скорость мутаций клеточных ДНК. В процессе репродукции ВИЧ в организме за счет высокой изменчивости происходит образование и накопление нескольких подтипов вируса (квазивидов). Это придает вирусу селективные преимущества в борьбе за выживание под прессом иммунной системы, позволяя уходить от иммунологического надзора. Скорость образования квазивидов, как правило, выше скорости формирования эффекторных клонов иммунокомпетентных клеток хозяина (T- и B-лимфоциты). В результате, даже здоровая иммунная система не в состоянии бороться с ВИЧ-инфекцией. История происхождения ВИЧ/СПИД Много загадок и принципиальных вопросов связано с происхождением ВИЧ-инфекции. Несомненно, что эта антропонозная инфекция имела (и имеет) резервуар в природе, в животном мире; этиологический объект, полагают, взаимосвязан с персистирующими вирусами зеленых мартышек. Именно в Африке существует наибольшее количество обезьян, пораженных ретровирусами. Однако для того, чтобы изменилась тропность вируса, круг его хозяев необходима мутация вируса и изменение реактивности хозяина (популяции). Такие эффекты, очевидно, и произошли при возникновении медленной ВИЧ-инфекции. Что может привести к мутациям, увеличить число естественных перестроек генома? Прежде всего — повышенная реактивность и некоторые агрессивные химические агенты-мутагены. Кстати, в районах Центральной Африки отмечена повышенная радиация за счет огромных залежей урана и соответствующих разработок. Вообще новые инфекции появляются и проявляются во время развития цивилизации в периоды различных экологических и социальных катастроф и кризисов. В настоящее время на фоне экологического кризиса это нашествие наиболее знаково. Так, за последние десятилетия появились десятки новых инфекций и, главное, проявилось принципиально новое течение старых инфекций, модифицировался видовой, специфический барьер, произошла трансформация микроорганизмов и вирусов, изменились взаимоотношения макро- и микроорганизмов. В этом плане следует вспомнить такие инфекционные заболевания, как широкий и расширяющийся спектр гепатитов, сибирская язва, стрептококковая инфекция (например, «стрептококк мясоед»), лихорадка Эбола, болезнь легионеров, кишечная инфекция, вызываемая кишечной палочкой 0-157 в Японии, и разнообразные медленные инфекции, например, губчатый энцефалит коров, инвазионный для человека, и многие другие новые и трансформированные заболевания, например сапронозы. Но на первом месте стоит загадка человечества — СПИД, как «наказание» за экологический и нравственный кризис цивилизации. Сегодняшний уровень биологической науки и практики здравоохранения позволяет успешно бороться со многими, если не с большинством инфекционных заболеваний. Победа человечества над оспой, успехи в снижении заболеваемости тифами, полиомиелитом, столбняком, дифтерией, туберкулезом, корью и другими инфекциями позволяют сегодня разрабатывать и осуществлять конкретные меры по стабилизации и последовательному снижению инфекционной патологии, сделать их управляемыми. На фоне реализации конкретных научных и практических программ первые сообщения о возникновении ВИЧ-инфекции явились большой неожиданностью, равно как и мрачные социально-медицинские прогнозы относительно широты распространения и уровня летальности новой болезни, которая в последних стадиях СПИДа достигает, по существу, 100%. ВИЧ-инфекция — это единственная инфекция, которой была посвящена сессия ООН в 2001 году, постольку социально-медицинские проблемы ее глобальны. В мире от эпидемии СПИДа уже погибло 17,3 миллиона человек, из них почти 4 миллиона — дети. И это произошло за очень короткий срок. Первые случаи СПИДа и смерть пятерых молодых мужчин в США описаны в 1981 году. И вот спустя всего 20 лет — цифра в 17,3 миллиона. Прогноз экс-директора глобальной программы по СПИДу Манна состоял в том, что к концу XX века число зараженных ВИЧ составит 20 миллионов человек. Но их оказалось почти вдвое больше — 36 миллионов. Каждый день приносит 8500 новых случаев заражения ВИЧ. И мы просто обязаны признать за этой болезнью особый статус. Статус явления демографического и социально-политического. Всемирный день памяти умерших от СПИДа — это не только реквием по 17,3 миллионам, это — предостережение человечеству. Ситуация в Нижегородской области по заболеваемости ВИЧ-инфекцией неотделима от ситуации в России и в мире, поскольку тенденции развития эпидемии одинаковы во всех странах мира, где сегодня она в полной мере приобрела характер пандемии. На территории России эпидемия ВИЧ-инфекции продолжает распространяться. Начиная с 1987 года, когда был выявлен первый ВИЧ-инфицированный в СССР, по 1995 год заболеваемость в стране составляла всего 0,48 на 100 тыс., населения. В 1996 году началась эпидемия, которая явно обозначилась на тех нескольких территориях, где активными действиями здравоохранения эпидемический процесс был выявлен. Заболеваемость в России в 1996 году возросла до 1,03, в 1998 - до 2,38, в 1999 году последовал резкий рост до 10,31, а в 2000 году заболеваемость выросла еще в 3,5 раза и достигла 36,53. Происхождение СПИДа В июне 1981 года, когда Готлиб с соавторами сообщили о пневмоцистной пневмонии у 5 молодых гомосексуалистов в Лос-Анджелесе, они едва ли могли предполагать, что эта информация означала начало новой пандемии, которая уже через несколько лет унесет десятки и сотни тысяч жизней и поставит под угрозу здоровье еще миллионов людей на всех континентах. Особенностью заболевания пневмоцистной пневмонией было то, что оно приобретало затяжное, хроническое, злокачественное, агрессивное течение и заканчивалось смертью больного. У всех больных установлен резко выраженный иммунный дефицит. Вскоре в Америке были обнаружены случаи агрессивного течения редкой до этого формы геморрагического рака кожи — саркомы Капоши. Ранее эта опухоль имела три характерные черты: развивалась у людей старше 60 лет, локализовалась преимущественно на нижних конечностях, имела длительное, в том числе доброкачественное течение. Однако мы еще в 1974 году отметили, что саркома Капоши облигатно сопровождается иммунодефицитом (Н.А. Добротина). Естественно, к СПИДу это не имело никакого отношения. При СПИДе саркома Капоши имела ряд особенностей. Во-первых, она значительно «помолодела» — ее обнаруживали у людей моложе 40 лет. Во-вторых, саркома Капоши, причем в более агрессивной форме, стала появляться в необычных локализациях, приобрела генерализованный характер с поражением лимфоидной ткани, слизистых оболочек и внутренних органов. В-третьих, у всех больных наблюдалась также глубокая иммунная недостаточность с избирательным поражением клеточного иммунитета. Тщательный анализ этих случаев позволил американским исследователям прийти к заключению о развитии у больных нового, ранее неизвестного синдрома, который клинически проявляется неуклонно прогрессирующими случайными инфекциями и злокачественными опухолями, а иммунологически — глубокими поражениями системы клеточного иммунитета. Сообщения о подобных заболеваниях среди молодых людей приобрели лавинообразный характер, что в значительной мере связано с сексуальной революцией 70-80 годов, развитием принципов свободной любви, признанием гомосексуализма, движением хиппи. Стало очевидным, что в мире возникла новая, возможно инфекционная, форма иммунного дефицита, которая имеет медицинское, социальное, биологическое значение. В 1986 году Международный комитет по таксономии вирусов рекомендовал ввести единое обозначение нового ретровируса, вызывающего иммунодефицит — Human Immunodeficiency Virus type I (HIV-1), которое со временем стало общепринятым. В дальнейшем сходные вирусы были выделены от различных видов обезьян (Simian Immunodeficiency Virus, SIV), а также от инфицированных людей в Западной Африке. Этот последний вирус, более близкий к SIV, чем к HIV-1, был назван вирусом иммунодефицита человека типа 2 (HIV-2). Таким образом, уже в начальный период открытия семейства вирусов иммунодефицита человека стала ясна его исключительная гетерогенность, полиморфизм. Было понятно, что предковые гены, основополагающий геном этих вирусов, который дал такую трансформацию, находился в природе. В 1984-1985 гг. были получены многочисленные вирусологические, серологические и клинические данные, которые свидетельствовали об основной этиологической роли HIV-1 в возникновении СПИДа. Исследования банков сывороток, собранных в 1959 г. в Заире, продемонстрировали факт наличия HIV-1 у людей в течение, по крайней мере, четырех последних десятилетий. Тем не менее, широкое распространение инфекции и ее клинически выраженной формы началось только на рубеже 80-х годов. При общем согласии о природном происхождении возбудителя СПИДа, вопрос о географическом регионе его возникновения и источнике собственно эпидемического штамма HIV-1 остается не совсем ясным. Откуда же «пришел» вирус? Первое предположение о природе и происхождении СПИДа высказал американский ученый Роберт Галло, который использовал для его обоснования результаты более чем 10-летних исследований по выделению первых ретровирусов иммунодефицита человека. Уточняя географию HTLV-1, исследователи показали наличие эпидемических очагов инфекции не только в Африке, но и на островах Японии и в некоторых районах США, в большинстве стран Карибского региона, Южной Америки. Установлено, что многие виды африканских зеленых обезьян имеют антитела, специфически реагирующие с HTLV-1. От этих обезьян выделены близкородственные HTLV-1 вирусы, что дало возможность предположить тесную связь между антигенным гомеостазом обезьян и человека. Все эти факты, по мнению Галло, свидетельствуют в пользу того, что T-лимфотропные вирусы человека, к которым исследователь относит и возбудитель СПИДа, в прошлом возникли в Африке от одного общего предшественника. Высказывались бездоказательные версии об искусственном происхождении вируса СПИДа, о рождении его в лабораториях Пентагона в связи с разработкой нового вида бактериологического оружия. Таким образом, версия, обвиняющая генную инженерию в преднамеренном создании возбудителя СПИДа в научных лабораториях и использовании его в качестве нового вида бактериологического оружия, не имеет убедительных доказательств. Большинство вирусологов, эпидемиологов, инфекционистов, занимающихся вопросами эпидемиологии и профилактики СПИДа, считают, что эпидемия СПИДа началась в 1976-1977 годах в Африке, на Гаити и в США, а вирус, вызывающий ее, имеет скорее всего «обезьянье» происхождение. Неразрешенной загадкой, несмотря на множество гипотез, остаются вопросы «как, когда, где и почему» вирус СПИДа обезьян преодолел видовой барьер и приобрел эпидемическое распространение в человеческой популяции. Относительно того, как вирус за короткое время вышел за пределы африканского континента, высказано следующее предположение. Известно, что США используют развивающиеся страны Африки и Латинской Америки в качестве сырьевой базы для получения крови, применяемой как при производстве ряда лечебных препаратов, так и для прямых переливаний крови. Считают, что именно таким путем и был завеян возбудитель СПИДа в Америку, а из нее — и в другие страны, закупающие эти препараты, но это лишь один из возможных вариантов. Более оправдан естественный путь половой передачи вируса, что связано с миграцией населения и сексуальной революцией. Заражение ВИЧ-инфекцией ВИЧ-инфекция относится к антропонозным инфекциям и потому всякие измышления о прямом заражении от животных беспочвенны. В опытах на крысах, мышах, различных обезьянах, кошках, как и на энтомологических объектах ни разу не удалось получить заражения. Для возникновения конкретного инфекционного заболевания и развития эпидемического процесса необходим выход возбудителя, его накопление в критической массе и, затем, проникновение его в организм, инвазия через определенные входные ворота (Л.В. Громашевский). Для ВИЧ-инфекции характерен парентеральный механизм заражения с использованием полового и искусственного путей, а также заражение при рождении ребенка от больной матери. Вирус может передаться от больной матери во время беременности и родов; заражаются от 30 до 50% рожденных детей. К заражению приводят 1 из 100 гетеросексуальных контактов и 1 из 10 гомосексуальных половых актов с носителем вируса, хотя эта статистика подтверждается только на большом материале. При гомосексуальных контактах заражение происходит закономерно, что обусловлено измененным и сниженным местным иммунитетом в прямой кишке. Исходя из распространения СПИД гомосексуалистами, это извращение должно рассматриваться как исключительно опасное социальное явление. Как же протекает ВИЧ-инфекция? Клиника заболевания ВИЧ-инфекция моделируется в виде айсберга. Над водой выступает вершина — больные СПИДом, летальность, по существу, составляет 100%, хотя уже описываются отдельные, единичные случаи ремиссии. Многие теоретики (Б. М. Медников, С. Лем и др.) справедливо считают, что любая, даже особо опасная инфекция, в том числе и ВИЧ-инфекция, будет эволюционировать в плане «сохранения» хозяина, повышения его специфического иммунитета. Первые составляющие подводной громады айсберга — больные с отдельными проявлениями ВИЧ-инфекции, а глубоко под водой — огромная часть айсберга — носители вируса. По данным В.В. Покровского, в год могут заболеть до 3-5% зараженных (по данным Н. Новгорода эта цифра ниже). Ведущим звеном в развитии иммунодефицита считается поражение CD4-положительных лимфоцитов (хелперов), которое подтверждается у больных СПИДом прогрессирующей лимфаденопатией. Уменьшается количество не только Т-хелперов, но и снижается соотношение CD4+/CD8+ клеток (иммунорегуляторный индекс), который при СПИДе всегда меньше единицы. Снижение соотношения CD4+/CD8+ клеток является главной особенностью иммунологического эффекта при СПИДе и определяется при всех его клинических вариантах. Дальнейшее сложное преобразование иммунной системы под влиянием инфекции приводит к тому, что организм оказывается неспособным элиминировать ВИЧ и противостоять вторичной инфекции. Он становится беззащитным в отношении воздействия многих вирусов, грибов, некоторых бактерий. Ведущими в клинике СПИДа становятся оппортунистические инфекции и опухоли. ВИЧ-инфекция подразделяется на периоды. Ее течение исключительно индивидуально и зависит от общей реактивности организма, состояния иммунитета, ассоциированных инфекций и других факторов. Бессимптомный период рассматривают как инкубационный период. Он может длиться годы и заканчивается переходом ВИЧ-инфекции в СПИД. В этот период можно установить сам факт инфицирования путем определения в крови вирусных белков (антигенов) или антител к ним. Количество вирусных белков в крови в первое время резко увеличивается, затем, начиная с 6-8 недели, когда появляются антиВИЧ-антитела, снижается, то есть происходит сероконверсия. В большинстве случаев в инкубационный период симптомов заболевания нет. Однако у некоторых отмечается синдром, похожий на мононуклеоз: лихорадка, увеличение различных групп лимфатических узлов, иногда острый энцефалит. Но проявления этого синдрома проходят обычно в течение нескольких недель. Второй период — период персистирующей генерализованной лимфаденопатии — характеризуется стойким, в течение нескольких месяцев, увеличением различных групп лимфатических узлов. В основе лимфаденопатии лежит неспецифическая гиперреактивность В-клеток, проявляющаяся фолликулярной гиперплазией лимфатических узлов (увеличение лимфоидных фолликулов и их центров). Длительность этого периода может достигать 3-5 лет. При быстром локальном увеличении размеров лимфатических узлов. У больного следует думать о саркоме Капоши или о злокачественной лимфоме. Особенно характерно поражение этими опухолями бедренных, парааортальных, забрюшинных лимфоузлов. Бубоны обычно наблюдаются при злокачественной лимфоме, туберкулезе или атипичной микобактериальной инфекции. Одним из характерных признаков генерализованной лимфаденопатии является температурная реакция. Отмечается подъем температуры до 38-39 градусов, которая сопровождается обильными ночными потами. Наблюдается диарея, приводящая к снижению массы тела. Третий период заболевания, возникающий на фоне умеренного иммунодефицита, называют преСПИДом или СПИД-ассоциированным комплексом. Для него характерны лихорадка, лимфаденопатия, диарея, незначительная потеря массы тела. На этом фоне появляется наклонность к развитию вторичных инфекций, опоясывающего лишая, пиодермии и др. Этот период длится несколько лет. Четвертый период заболевания, который продолжается около двух лет, — это период синдрома приобретенного иммунодефицита (СПИД). Для него характерны оппортунистические инфекции и опухоли, истощение и деменция. В этот финальный период, как правило, снижается количество антиВИЧ-антител (они могут вообще не определяться), а количество вирусных антигенов нарастает, что необходимо учитывать при диагностике СПИДа. Клинические синдромы, наблюдаемые при СПИДе, можно сгруппировать по системным органам: легочный синдром, неврологический синдром, кишечный синдром, поражение кожи и слизистых оболочек, лимфаденопатия, лихорадка неясного генеза, ретинальный синдром. Пневмоцистная пневмония — наиболее частая оппортунистическая инфекция при СПИДе, встречается у 85% больных. Другая частая оппортунистическая инфекция у больных СПИДом — атипичная микобактериальная инфекция, вызываемая M. avium intracellulare. Эта инфекция поражает тонкую кишку. Следует помнить, что оппортунистические инфекции и саркома Капоши не являются специфичным проявлением ВИЧ-инфекции и могут наблюдаться при тяжелых вторичных дефицитах иммунитета различного генеза, в частности, связанных с длительным применением антибиотиков, цитостатиков, кортикостероидов или других лекарственных препаратов, обладающих иммуносупрессивным действием. Факторы и механизмы, которые могут рассматриваться как этиотропные в появлении ВИЧ-инфекции — Большой риск передачи генетической информации и трансформации у вирусов, образование новых форм. Незащищенность путей передачи генетической информации при обратной транскрипции РНК-> ДНК-> РНК-> Белок. — Наличие колоссального резервуара вирусов вообще. — Нарушения биоценозов организма, что приводит к выраженным иммунодефицитам, нарушениям системы факторов патогенности и соответствующей неспецифической резистентности и иммунитета. Уменьшение и изменение бактериальных и паразитарных биоценозов, в частности снижение стрептококкового влияния и влияния других микроорганизмов, появление L-форм, хламидиозов, вирусных оппортунистических инфекций. — Применение многочисленных лекарственных препаратов и химических воздействий при наличии ретровирусов, являющихся возбудителями медленных инфекций у животных. Например, в Африке, где, возможно, возник ВИЧ, урановые рудники создают условия для сильного мутагенеза, что, вероятно, предшествовало переходу вируса от зеленых мартышек к человеку. — Антигенные перегрузки организма, обусловленные биологическими и химическими загрязнениями в условиях экологического кризиса: вирусные гиперинфекции (цитомегаловирусы, вирус Эпштейна-Барр, вирусы герпеса, гепатитов, онковирусы) и многие другие, которые резко нарушают антигенные биоценозы и гомеостаз организма, способствуя формированию иммунодефицитов. — Новые социальные факторы: колоссальная миграция населения, сексуальная революция, новые медицинские и биотехнологические вмешательства и манипуляции, что породило новое ограничивающее направление — биоэтику. Воздействие ВИЧ на иммунную систему Нарушения иммунитета при СПИДе исключительно значительны. При ВИЧ-нфекции развивается дисфункция как гуморального, так и клеточного звена иммунитета. Несмотря на нормальное количество циркулирующих B-лимфоцитов, реакция их на антигены резко снижена. В то же время увеличено число B-лимфоцитов, спонтанно секретирующих Ig. Установлено, что ВИЧ, вызывая повышенную продукцию интерлейкина-6 и интерлейкина-10, активирует B-лимфоциты, в результате чего развивается поликлональная гипергаммаглобулинемия за счет роста концентрации IgG, IgM, IgA. Однако количество специфических клонов B-лимфоцитов, обеспечивающих продукцию антител против белков ВИЧ, сведено к минимуму. По мере развития ВИЧ-инфекции B-клеточный ответ постепенно истощается. В результате прекращается продукция специфических антител ко всем другим микроорганизмам. ВИЧ-инфекция приводит к глубоким нарушениям клеточного иммунитета. Вирус поражает оба типа CD4+ T-хелперов. Обнаружено, что в клетках Th1 хелперов, которые продуцируют гамма-интерферон, интерлейкин-2, фактор некроза опухолей и индуцируют клеточный ответ, вирус встраивается в геном рядом с регуляторными последовательностями гена интерлейкина-2, подавляя продукцию интерлейкина-2. Этого не происходит в случае инфицирования Th2 клеток, продуцирующих интерлейкины-4, 5, 10 и индуцирующих гуморальный ответ. Главной чертой T-клеточного ответа при ВИЧ-инфекции является снижение продукции цитокинов первого типа (Th1-клетки), причем более значительное, чем нарастание продукции цитокинов-2 типа (Th2-клетки). Указанный дисбаланс играет роль пускового механизма для реализации программированной клеточной гибели (апоптоза) T-хелперов. Данный механизм является одной из основных причин снижения количества CD4 лимфоцитов, и в первую очередь, T-хелперов 1 типа. Результатом происходящих нарушений является, кроме того, смещение равновесия между Th1 клетками и Th2 лимфоцитами в сторону последних. Напомним, что противовирусный иммунитет связан с Th1 клетками. Переход от Th1 к Th2 ответу сопровождается одновременным нарастанием функциональной недостаточности иммунного ответа, наблюдаемой при развитии ВИЧ-инфекции. Прогрессирующая T-клеточная дисфункция характеризуется исчезновением пролиферативного ответа на антигены, снижением продукции T-клетками интерлейкина-2 и гаммаинтерферона на фоне роста продукции интерлейкина-4 и интерлейкина-10. Это изменение означает смещение равновесия T-хелперов в сторону Th2 клеток, то есть от клеточного иммунитета к гуморальному. Чем более выражено преобладание гуморального звена иммунного ответа, тем в большей степени прогрессирует ВИЧ-инфекция. Однако только смещением равновесия популяций T-хелперов не ограничивается многофакторное действие ВИЧ. Из числа дополнительных механизмов цитопатического действия ВИЧ на CD4+ клетки выделяют следующие: — Непосредственная гибель клеток в результате репликации ВИЧ внутри клетки. — Формирование синцития, приводящего к функциональной неполноценности и гибели клеток. — Некроз инфицированных клеток. — Повреждение и гибель инфицированных клеток-предшественников в тимусе. — Цитотоксическое действие высоких концентраций фактора некроза опухолей, реализуемое через индукцию апоптоза. — Специфический иммунный ответ на инфицированные вирусом клетки со стороны CD8+ цитотоксических T-лимфоцитов и NK-клеток. Взаимодействуя с макрофагами, ВИЧ подавляет их антиген-представляюшую функцию. Таким образом, нарушается цикл активации Т-хелперов с развитием специфического иммунного «паралича». Моноциты под действием ВИЧ гибнут медленнее, чем CD4+ лимфоциты. В зараженных клетках вирус способен размножаться (формируется резервуар вируса в организме), что приводит их или к гибели, или к изменению уровня продуцируемых цитокинов, что, в свою очередь, приводит к формированию цитокинового дисбаланса. При СПИДе антимикробные функции моноцитов сохраняются, но значительно снижаются. В целом, все перечисленные изменения ведут к значительной супрессии иммунной системы, что в дальнейшем способствует развитию различных оппортунистических инфекций, в свою очередь также подавляющих иммунитет. Таким образом, иммунопатологические проявления ВИЧ-инфекции исключительно многообразны, что и приводит к полному поражению иммунной системы, организм становится «голым среди волков» — оппортунистических инфекций. Новые варианты вируса СПИДа В апреле 1986 года в журнале «Сайенс» было опубликовано сообщение, что группа американских ученых выделила у здоровых людей в Сенегале вирус, сходный с вирусом африканских зеленых мартышек. Сыворотки зараженных людей содержали антитела, реагирующие с антигенами вируса мартышек, но не давали реакции (или они были слабыми) с антигенами ВИЧ. Предполагалось, что вирус мог быть предшественником ВИЧ. Авторы наименовали выделенный вирус HTLV-4. HTLV-4, подобно ВИЧ, инфицирует T-хелперы, но не убивает их. Электронный микроскоп не зафиксировал его отличий от ВИЧ. По мнению исследователей, хотя HTLV-4 инфицирует T-хелперы у клинически здоровых людей, не исключено, что в последующем они заболеют. В конце 1986 года Монтанье и сотрудники объявили об открытии нового вируса у двух больных СПИДом. По своему строению он не отличался от ВИЧ, тоже убивал T-хелперы, но, в противоположность ВИЧ, в сыворотках больных отсутствовали антитела к последнему и РНК обоих вирусов не были идентичны. Авторы обозначили новый вирус как HIV-2 (ВИЧ-2). Сыворотки больных при ВИЧ-2 реагировали с вирусом зеленых мартышек, поэтому Монтанье считает, что у них может быть общее происхождение. Сравнительное изучение геномов ВИЧ-1 и ВИЧ-2 показало, что в эволюционном плане ВИЧ-2 далеко отстоит от ВИЧ-1. Авторы высказывают предположение, что оба вируса существовали задолго до возникновения современной эпидемии СПИДа. В некоторых странах Западной Африки встречены типичные случаи СПИДа при отсутствии антител к ВИЧ. У больных выделены ретровирусы, которые подобно ВИЧ-1, обладают сродством к CD4+-хелперам и вызывают их гибель. ВИЧ-2 обнаруживается, главным образом, в Западной Африке. Он родственен возбудителю СПИД-подобного заболевания у макак и способен инфицировать разные виды приматов, удаленные от человека на лестнице эволюции, тогда как ВИЧ-1 заражает только людей и шимпанзе. Предполагается, что непатогенный вирус HTLV-4 эволюционировал в безвредный вирус африканских зеленых мартышек, который затем превратился в патогенный ВИЧ-2 — предшественник ВИЧ-1. Изучение СПИД стимулировало поиски сходных возбудителей. Помимо ВИЧ-1, в разных странах, преимущественно в Западной Африке, встречаются различные ВИЧ-подобные варианты вируса, патогенные и непатогенные для человека. С другой стороны, в этих же странах циркулируют варианты обезьяньих вирусов. Возможно, что новые ВИЧ-подобные вирусы человека больше сходны по своим биологическим и антигенным свойствам с обезьяньими вирусами, чем с ВИЧ. Можно предположить, что по мере исследований будут найдены неизвестные ранее разновидности ВИЧ-подобных вирусов человека. Сообщение об одном из таких открытий появилось в 1990 году. Предполагается, что выделен новый тип вируса иммунодефицита человека — ВИЧ-3. Вирус выделен от клинически здоровой женщины, которая была половым партнером положительного по антителам к ВИЧ мужчины. Сыворотка женщины давала слабо положительную реакцию на наличие антител к ВИЧ. Более детальное изучение обнаруженного ретровируса показало, что выделенный изолят не является ВИЧ-1. Сравнение белков выделенного изолята с белками ВИЧ-1 и ВИЧ-2 выявило, что их молекулярная масса отличается от соответствующих белков ВИЧ-1 и ВИЧ-2. Нуклеотидная последовательность генома выделенного вируса существенно отличается от последовательностей геномов ВИЧ-1 и ВИЧ-2. 3'-концевая последовательность вирусного генома отличается примерно на 30% от 3'-концевой последовательности ВИЧ-1 и более, чем на 50% от последовательности ВИЧ-2. Обнаруженные отличия дают основания полагать, что выделен новый, третий представитель семейства вирусов-возбудителей СПИД — ВИЧ-3. 9.3.2. Прионы (Неопределенный таксон) Природные медленные инфекции (подострые спонгиозные энцефалопатии), вызываемые «неканоническими вирусами», известны давно. Это куру, болезнь Крейцфельдта-Якоба, синдром Герстманна-Штраус-слера-Шейнкера и смертельная семейная бессонница у людей, скрепи у овец и коз, губчатообразная энцефалопатия у крупного рогатого скота и др. Основной особенностью этих заболеваний является то, что все они связаны с патологией центральной нервной системы (продолговатый и средний отделы головного мозга). Размножение инфекционного агента при таких заболеваниях идет очень медленно и сопровождается нарастанием симптомов энцефалопатии в течение нескольких месяцев или лет с последующей деменцией и неизбежной смертью. Инфекционный агент не вызывает иммунного ответа, не способен индуцировать интерферон и не чувствителен к его действию. За доказательство небактериальной инфекционной природы куру, скрепи и болезни Крейцфельдта-Якоба в 1976 году Гайдушеку была присуждена Нобелевская премия. На первых этапах изучения природы инфекционных агентов этих заболеваний в тканях мозга умерших были обнаружены белковые фибриллы размером 10-20x100 нм, способные к агрегации с образованием еще больших филаментов, однако морфологически различимые вирионы обнаружены не были. Также не было обнаружено и присутствие в фибриллах нуклеиновой кислоты. Долгое время считалось, что отсутствие нуклеиновой кислоты у инфекционных агентов куру и скрепи связано с методическими ошибками. Однако интенсивное развитие молекулярной биологии вирусов позволило уяснить, что это не так, и что причиной спонгиозных энцефалопатий является новый инфекционный агент белковой природы — прион. Концепция прионовой природы губчатообразных спонгиозных энцефалопатии разработана американским ученым Стенли Прузинером, за что в 1997 г. он также получил Нобелевскую премию. Таким образом, за расшифровку природы прионовых заболеваний в разное время исследователи получили две Нобелевские премии, что отражает исключительную сложность и драматизм решаемой ими проблемы. Прионы (proteinaceous infections particle) — белковые инфекционные частицы. Новый инфекционный агент белковой природы, не содержащий нуклеиновой кислоты, классифицирован в пределах царства Vira в виде неопределенного таксона Prione. Инфекционный модифицированный прион обозначают PrPsc (от screpi). Этот белок имеет нормальный клеточный аналог PrPc (от cellular), который превращается в модифицированный PrPsc в ходе посттрансляционных изменений. Нормальный клеточный прионовый белок играет чрезвычайно важную роль в жизнедеятельности организма: участвует в передаче нервных импульсов и в поддержании суточных ритмов, регулируя циклы активности и покоя в клетках, органах и в организме в целом. Нормальная клеточная изоформа приона (PrPc) — это белок с м.м. 33-35 кД. Его концентрация в норме достигает 1 мкг/г ткани мозга. Белок является мембранной молекулой, заякоренной на поверхности клеток гликозилинозитольным фосфолипидным якорем (GPI). PrPc синтезируется в шероховатом эндоплазм этическом ретикулюме. Затем от M-конца отщепляется сигнальный пептид длиной 22 аминокислоты, а от C-конца — пептид длиной 23 аминокислоты, после чего к C-концу прикрепляется GPI и белок транспортируется на поверхность клетки. Человеческий PrPc состоит из 253 аминокислот. Из них 40% аминокислот находится в составе α-спиралей и 3% — в виде β-структур. В молекуле приона установлено наличие 4 α-спиральных доменов -H1, H2, HЗ и H4. Домен H1 соответствует трансмембранному участку и отсутствует у искусственно созданных рекомбинантных секретируемых форм. M-конец прионового белка связывает два атома меди. Медь влияет на содержание α-спирали в белке. Предполагается, что накопление в нервной ткани прионовых белков может привести к нарушению метаболизма меди вследствие его повышенного связывания. Снижение уровня меди может приводить к дисфункции ЦНС, как это показано для человека и животных, но не доказано в отношении прионов. Инфекционная форма приона (PrPsc) также обнаруживается на поверхности нервных клеток, но в гораздо больших концентрациях — более 10 мкг/г ткани мозга. PrPsc имеет ту же первичную структуру, что и PrPc, но отличается от нормального белка вторичной и третичной структурой — то есть характером укладки полипептидной цепи. В структуре PrPsc, в отличие от PrPc, обнаруживается существенно больше β-складчатых структур (43%) при одновременном уменьшении содержания α-спиралей. Белок PrPsc является конформационным изомером нормального прионового белка. Изменение конформации происходит при непосредственном взаимодействии нормального и прионового белка. Идентифицировано два участка белковой молекулы, с помощью которых происходит взаимодействие. Эти участки соответствуют аминокислотам в положении 95-170 и 180-205. Молекулярно-генетические исследования с использованием трансгенов показали, что PrPsc действует в качестве матрицы для рефолдинга (изменения конформационной структуры) PrPc в PrPsc. В этом процессе принимает участие дополнительный белок (X-фактор), который, по всей вероятности, является шапероном (вспомогательным белком, поддерживающим конформационное состояние белка). В ходе превращения нормального клеточного прионового белка в PrPsc, часть его α-спиральных и неупорядоченных участков переходит в форму β-структуры. Наиболее существенным является то, что при этом аминокислотная последовательность остается соответствующей нормальному белку. На протяжении более чем 25 лет общепринятым было то, что аминокислотная последовательность определяет одну биологически активную конформацию белка. На примере прионового белка показано, что одна и та же первичная структура может принимать, по крайней мере, 2 разные конформации, что и объясняет существование PrPsc и PrPc. Другими словами, репликация инфекционного приона представляет собой уникальный механизм конформационной перестройки белковой молекулы, индуцируемой и облегчаемой другой белковой молекулой. Ограниченный протеолиз PrPsc, происходящий на клеточной поверхности, приводит к отщеплению с N-конца 67 аминокислот. В результате образуется белок 27-30 кД, который и является протеазоустойчивым и термостабильным инфекционным прионом. Этот белок гидрофобен и склонен к образованию как in vitro, так и в мозговой ткани агрегатов в виде нерегулярных стержнеподобных фибрилл неправильной формы, сходных с фибриллами амилоида. Процесс агрегации происходит спонтанно и может приобретать характер цепной реакции. Образование на поверхности нейрона агрегатов миелоидоподобных фибрилл и бляшек приводит на ранних стадиях инфекции к слиянию и гибели отдельных клеток, а позже — к очаговому дегенеративному перерождению серого вещества мозга. У больных губчатообразной энцефалопатией в головном мозге образуются полости. Мозг становится похожим на губку. Уникальной особенностью прионовых заболеваний является то, что они могут возникать двумя путями. Известны две формы прионовых болезней — наследственная и инфекционная. Нужно заметить, что вне зависимости от возникновения заболевания, оно может быть передано далее инфекционным путем. Наследственная форма прионовых заболеваний проявляется редко, предполагается, что у людей наследственная форма прионового заболевания возникает с частотой 1 случай в год на 1 млн. человек. Эта форма заболевания является результатом точковых мутаций в гене PrP, определяющих изменение первичной структуры белка и обеспечивающих его превращение в инфекционный прион, который индуцирует превращение всех вновь синтезированных молекул в конформационно измененную форму. Ген PrP расположен у человека в коротком плече хромосомы 20, а у мыши — в коротком плече хромосомы 2. Животные, гомозиготные по делеции гена PrP, устойчивы к прионовым заболеваниям, т. к. не имеют клеточного белка, способного к конформационным изменениям. Нормальный ген PrP имеет одну OPC внутри одного экзона, которая ограничена 5' и 3' HTP. Такая особенность гена белка-приона исключает возможность происхождения различных форм прионового белка путем альтернативного сплайсинга РНК. Ген PrP является высококонсервативным и характеризуется высоким уровнем экспрессии в нейронах, где концентрация мРНК PrPc в 50 раз выше, чем в глии. В настоящее время известно более 20 мутаций PrP-гена, приводящих к наследуемой прионовой болезни. Все известные точковые мутации PrP, имеющие биологическое значение, происходят или внутри или рядом с зонами, определяющими вторичную структуру PrPc, и дестабилизируют ее. Показано существование внутримолекулярной дисульфидной связи, наличие которой необходимо для образования PrPsc. Мутантный ген PrP генетически связан с развитием семейной прионовой болезни. Еще одна форма наследственной прионовой болезни может возникать как следствие увеличения N-концевых повторов аминокислотной последовательности прионового белка. На N-конце обычно находится 5 повторов, состоящих из 8 аминокислот, которые играют существенную роль в организации структуры белка и влияют на возможность его превращения в прион-инфекционную форму. Показано, что увеличение числа повторов до 12 приводит к наследственной прионовой болезни. Инфекционная форма заболевания распространена гораздо шире. Примером могут служить болезни куру, скрепи, губчатый энцефалит крупного рогатого скота. Болезнь Крейцфельдта-Якоба также вызывается инфекционным прионом. Однако до 15% случаев заболевания имеют наследственную природу. Инфекционная форма заболевания возникает вследствие попадания в организм измененной формы прионового белка с последующим превращением нормальных белковых молекул в патогенную форму приона. Существует несколько вариантов укладки конформационно измененных молекул. Такие варианты воспроизводятся при последующем попадании прионового белка в новый организм Важным является то, что при этом не происходит каких-либо изменений в первичной структуре белка и в строении кодирующего его гена. Инфицирование патогенными прионами здоровых лиц может происходить при попадании в организм ксеногенных образцов тканей, и в первую очередь — мозговых тканей, а также в результате использования недостаточно стерилизованного инструментария (парентерально). Основным механизмом передачи инфекционных прионов признан алиментарный, осуществляемый в процессе питания. Так, распространение первого из описанных хронических нейродегенеративных заболеваний человека — куру (дрожание, тряска), поражавших аборигенов Новой Гвинеи, было связано с ритуальным каннибализмом. Источником заболеваний крупного рогатого скота губчатообразной энцефалопатией, приобретавших характер эпизоотии, явилось добавление в рацион их питания мясокостной муки, получаемой из туш овец, среди которых были животные, больные скрепи. Возможность осуществления пищевого пути передачи прионных инфекций связана с особенностями свойств прионного белка, его уникальной устойчивостью к воздействию физико-химических факторов. Отметим его протеазоустойчивость и устойчивость к высоким температурам. Инфекционные прионы, попав в организм тем или иным путем, аккумулируются в клетках органов иммунной системы (миндалинах, тимусе, лимфатических узлах, особенно в селезенке). Прионы обнаруживаются в В-лимфоцитах, разносятся током крови по организму. Нормальный прионовый белок является мембранным протеином и синтезируется клетками иммунной системы. В 2001 году он был включен в номенклатуру дифференцировочных антигенов клеток иммунной системы и обозначен как CD232 антиген. Предполагается, что из клеток иммунной системы инфекционные прионы или их производные могут каким-то образом передаваться на мембрану нервных клеток и транспортироваться вдоль аксонов в разные участки головного мозга. Здесь они служат причиной конформационных перестроек нормального клеточного белка и образования агрегатов кристаллической формы, состоящих из конформационно модифицированного приона. Начавшаяся в 1986 г. эпизоотия коровьего бешенства в Великобритании явилась причиной обсуждения проблемы межвидовой трансмиссии инфекционных прионов. Эпизоотия была связана с кормлением животных мясокостной мукой, полученной из туш овец, среди которых были больные скрепи. Возможность трансмиссии была подтверждена в эксперименте на трансгенных мышах, оказавшихся чувствительными к прионам хомяка. Вопрос о преодолении прионами межвидового барьера был поднят повторно, когда в 1995 г. от новой болезни, очень похожей ,на болезнь Крейцфельдта-Якоба, впервые стали умирать люди молодого возраста. Официальная причина — употребление в пищу говядины, зараженной возбудителем коровьего бешенства. К 2001 г. умерли 80 больных. Следствием произошедших событий явилось ограничение потребления говядины в Европе. В большинстве случаев межвидовые барьеры не абсолютны, они не препятствуют, а лишь затрудняют передачу инфекционных агентов от особей одного вида к особям другого вида. Перенос прионов между видами почти всегда сопровождается продолжительным инкубационным периодом в ходе первого переноса и его уменьшением в ходе последующих пассажей. На сроки инкубационного периода влияют: — величина различий в аминокислотной последовательности прионовых белков донора и реципиента, поскольку прионы, синтезируемые de novo, отражают последовательность гена хозяина, а не донорской инфекционной молекулы; — недавно обнаруженные штаммовые особенности приона, проявляющиеся в различной третичной структуре инфекционного белка. Они обусловлены наличием естественного полиморфизма, возникающего в результате мутаций гена, или же появлением новых форм прионов без изменений первичной структуры белка; — видовая специфичность X-фактора, связывающего клеточный прион и ускоряющего его переход в инфекционную форму. Феномен прионов распространен в природе более широко, чем представлялось ранее. Белки с прионоподобными свойствами обнаружены у низших эукариот — у дрожжей Saccharomyces и гриба Podospora.

---

Ваша оценка:

Похожие:

	Одним из наиболее частых поводов обращения больных к неврологу являются головные боли. Головные боли		Тема: «общая биология наука об изучении общебиологических закономерностей живой природы»
	Программа по биологии для поступления в колледж на базе 9-ти классов Ботаника наука о растениях. Растительный мир как составная часть природы, его разнообразие, распространение...		История вирусологии. Принципы классификации вирусов Вирусология наука, изучающая морфологию, физиологию,
	Хроническое и прогрессирующее заболевание суставов дегенеративно-дистрофической природы, причиной		Урок Строение, жизнедеятельность и многообразие плесневых грибов. Их роль в жизни человека и природы
	Гематология наука, занимающаяся изучением и лечением заболеваний крови. Наиболее сложной и прогностически		Вирусология вирусология — раздел биологии, изучающий вирусы
	Устранение явлений, которые непосредственно угрожают жизни пострадавшего		Об установлении перечня заболеваний, которые являются медицинским основанием для освобождения учащихся

Разместите кнопку на своём сайте:
Медицина

---