Раздел 3 Организация геномов вирусов и особенности их репликации

Раздел 3 Организация геномов вирусов и особенности их репликации

Тема 3 (Лекция 5) Особенности репродукции вирусов, имеющих эпидемио-логическое значение

1 Ретровирусы. Принципы обратной транскрипции. Провирус. Особенности синтеза ДНК провируса и геномной РНК ретровирусов. 2. Эндогенные ретровирусы. Структура и выражение генома вируса саркомы Рауса и вируса ВИЧ. Синтез субгеномных РНК ретровирусов.

3. Вирус гепатита В. Особенности структуры геномной ДНК. Транскрипция вирусной РНК и репликация на основе акта обратной транскрипции полного РНК – транскрипта.

4. Вирусы гепатита А, С, D, E, G и др.

Р е т р о в и р у с ы

Характеристика и классификация семейства.

Семейство Retroviridae включает 3 подсемейства. (3)

A. Spumavirinae — «пенящие» вирусы. При размножении в культуре клеток происходит интенсивное симпластообразование, которое придает культуре «вспенен­ный» вид.

Б. Oncovirinae — онкогенные вирусы.

В. Lentivirinae - вирусы - возбудители медленных инфекций (вирус СПИДа).

Ретровирусы обладают рядом особенностей.

1. Геном: однонитевая нефрагментированная +РНК, диплоидный (нить РНК состоит из 9000-9700 нуклеотидов, но в виде двух идентичных молекул, связанных 5'-концами). (4)

2. В состав вириона входит обратная транскриптаза (РНК-зависимая ДНК-полимераза, или ревертаза). По этому признаку семейство получило название (от англ, retro - обратно, назад). Этот фермент называют полимеразным комплексом, т.к. он состоит из нескольких доменов и обладает 3 видами активности: обратной транскриптазы, РНК-азы Н и ДНК-зависимой ДНК-полимеразы. (4)

3. Благодаря обратной транскриптазе РНК-геном вируса в клетке превращается в ДНК-геном, который интегрируется в хромосому клетки-хозяина, в результате чего она либо погибает (ВИЧ), либо превращается в опухолевую (онковирусы). (5)

4. Функция обратной транскриптазы не контролируется. Поэтому фермент допускает много ошибок, что является причиной высокой частоты мутаций в генах вируса и трудности создания эффективных вакцин. (5)

5. По структуре нуклеокапсида и его расположению в вирионе ретровирусы подразделяют на 5 форм: А, В, С, D, Е. (6)

Тип вируса Форма нуклокапсида Положение в вирионе

А шарообразная занимает большую часть вириона

В округлая расположен эксцентрично

С шарообразная расположен в центре вириона

D цилиндрическая

(напоминает снаряд) расположен эксцентрично

Е по морфологиии близки к типу С

6. Ретровирусы имеют общие структурные гены: gag, pol, env, но антигенные связи между родами вирусов или отсутствуют, или крайне слабые. *

Эндогенные ретровирусы

Если ретровирусу удается проникнуть в половые клетки, у него появляется шанс стать неотъемлемой частью хозяйского генома на долгие времена. Такие ретровирусы, встроившиеся когда-то в геном половых клеток и устойчиво передающиеся от родителей к потомкам, и называют эндогенными ретровирусами.

В большинстве случаев эти генно-инженерные эксперименты, проводимые вирусами над своими хозяевами, не приносят последним никакой пользы. Если в череде поколений возникает мутация, портящая один из генов ЭРВ, то хозяин от этого либо выигрывает, либо, по крайней мере, ничего не теряет. Поэтому отбор не отсеивает такие мутации, что приводит к постепенной деградации ЭРВ под грузом мутаций. В результате большинство ЭРВ в геномах животных — это неактивные вирусные геномы, находящиеся на той или иной стадии разрушения. Такие ЭРВ, очевидно, представляют собой бесполезный генетический «мусор» (junk DNA). Иногда перед тем, как потерять активность, ЭРВ успевают размножиться внутри генома, то есть встроить множество своих копий (до нескольких сотен) в разные места хозяйских хромосом. Так возникают целые «семейства» похожих друг на друга ЭРВ.

В геноме человека большинство ЭРВ — довольно старые, они встроились в геном наших предков свыше 25 млн лет назад, еще до отделения эволюционной линии человекообразных от других обезьян Старого Света. Но есть и «молодые» ЭРВ, полученные нами уже после разделения линий шимпанзе и человека.

Среди человеческих ЭРВ пока не обнаружено ни одного активного. Все они (возможно, за немногими исключениями) уже утратили способность вести себя как настоящие вирусы, то есть заражать другие организмы. По-видимому, они не могут уже и размножаться внутри клетки и встраиваться в другие места того же генома, то есть функционировать как ретротранспозоны (ретровирус, утративший инфекционность, но сохранивший все остальные свойства, становится, по сути дела, ретротранспозоном). Этим человек отличается от мыши, кошки и свиньи — в геномах этих животных есть молодые ЭРВ, сохранившие в той или иной мере свою вирусную активность.

Встроенные вирусные гены обычно не приносят пользы хозяину, но бывают и исключения. Один из таких случаев произошел у предков обезьян более 43 млн лет назад. Два вирусных белка, когда-то служившие для построения оболочки вируса, с тех пор участвуют в работе плаценты у высших приматов, включая человека.

Вирус саркомы Рауса

Вирус саркомы Рауса был одним из первых ретровирусов кур, изолированным еще в 1911 г. Раусом (P. Rous). В геноме этого вируса классическими методами генетики и молекулярной биологии был обнаружен и выделен первый онкоген src, а позже идентифицирован и трансформирующий белок [Stehelin D. et al., 1976; Linial M., Blair D., 1982]. BCP является единственным недефектным штаммом саркомы птиц, способным вызывать близкие по морфологической характеристике саркомы и трансформировать культуры фибробластов. Из вируса саркомы Рауса изолированы различные условные (по генам gag, pol и src) и делеционные (по генам pol и env) мутанты, что позволило в деталях изучить генетику вируса [Bishop J., Varmus H., 1982]. Это, в свою очередь, способствовало идентификации онкогена и онко-белка.

Морфология вируса.

Форма ВИЧ шаровидная.

Диаметр 110-120 нм.

Суперкапсид (мембрана) в форме многогранника (12 пятиугольников и 20 шестиугольников), состоящего из двойного слоя липидов. Суперкапсид имеет гликопротеиновые шипы (72 шипа). В выступающей части шипов расположены молекулы гликопротеина gp120 (число 120 означает молекулярную массу белка в килодальтонах), каждая из которых связана с внутримембранным белком gp41, который образует “ножку” шипа и связан с белком р17МА, подстилающим суперкапсид с внутренней стороны.

Гликопротеины gр120 взаимодействуют с молекулами СD4⁺ на мембранах клеток. (9), (10), (11)

Капсид конусообразный, расположен в центре вириона и образован белком р24 (сердцевинный белок). Суженная часть капсида при участии белка р6 связана с суперкапсидом. (12)

В состав капсида входят три фермента.

1) ревертаза (RT), или pol-комплекс;

2) протеаза (PR) — p10, запускает и реализует процесс созревания вириона;

3) интеграза (III) - р31, или эндонуклеаза, обеспечивает включение провирусной ДНК в геном клетки-хозяина.

В капсиде содержится также молекула затравочной РНК (тРНК^лиз).

Геном: две идентичные несегментированные нити +РНК (9 генов). Они связаны своими 5'-концами с нуклеокапсидным белком p7NC. (13)

Антигенная структура. Группо- и видоспецифические Аг – сердцевинные (gag-) белки р24; типоспецифические Аг – оболочечные (env-) белки gр41 и gр120. В соответствии с их структурой выделяют два типа вируса (ВИЧ I и ВИЧ II). (14)

Гомология геномов этих вирусов составляет ~42%. Перекрестного иммунитета между ВИЧ-1 и ВИЧ-2 нет. Известны две крупные формы ВИЧ-1: О (Outlier) и М (Major), последнюю подразделяют на 10 субтипов (A-J). В России циркулируют 8 субтипов (А-Н). (15)

Наибольшее зна­чение имеет ВИЧ-1, доминирующий в современной пандемии. ВИЧ-2 встречается преимущественно в Западной Африке, однако он также уже отмечен в разных странах Европы и Америки. (16)

Вирус иммунодефицита человека отличается высокой антигенной изменчивостью. Даже из организма одного больного могут быть выделены штаммы вируса, существенно различающиеся по антигенным свойствам.

Резистентность. В крови и других биологических материалах при комнатной температуре ВИЧ сохраняет жизнеспособность в течение нескольких дней. ВИЧ чувствителен к действию высоких температур (при 56^оС инактивируется за 30 мин, при 70-80^оС – через 10 мин). Он погибает под влиянием солнечных лучей и УФ облучения. (17)

С П И Д

– медленная вирусная инфекция, протекающая с поражением иммунной и нервной систем и развитием на фоне иммунодефицита тяжелых инфекционных (паразитарных) заболеваний и/или злокачественных новообразований. Характеризуется многолетней персистенцией вируса. (18)

Клинические проявления

ВИЧ-инфекция – это инфекционное заболевание, отличающееся характерной клинической картиной, напоминающей хорошо известные инфекци­онные заболевания. Различают следующие стадии ВИЧ-инфекции:

1) Инкубационный период – от 2-4 недель до нескольких месяцев. (27)

2) Стадия первичных проявлений – от нескольких дней до 1-2 мес. Развитие стадии обусловлено диссеминированием ВИЧ и сероконверсией. Характерны лимфаденопатии, повышение температуры тела. Симптомы аналогичны таковым при инфекционном мононуклеозе или банальной простуде. В сыворотке крови обнаруживают Аг ВИЧ, а через 2 нед от начала острых проявлений — противовирусные AT.

3) Стадия вторичных проявлений (латентный период) – от нескольких месяцев до 8-10 лет. Характерны иммунные расстройства. Наиболее характерный симптом — генерализованная лимфаденопатия. Возможны поражения ЦНС, чаще в виде по-дострого диффузного энцефалита, истощение без объек­тивных причин. В крови определяют AT к ВИЧ и уменьшение количества СD4+-клеток. (28)

4) Поздняя ВИЧ-инфекция проявляется развитием оппортунистических инфекций, развива­ющихся вследствие прогрессирующего снижения количества СD4. Характерным является поражение органов дыхания различными вирусами, бактериями (напр. микобактерии туберкулеза), грибами (кандида, гистоплазмы, криптококки и др.). Туберкулез легких часто сопровождается внелегочными проявлениями болезни.

У большей части больных отмечается поражение пищеварительной системы в виде кандидоза ротоглотки, пищевода и желудочно-кишечного тракта, энтерита и(или) колита вирусной, бактериальной, протозойной природы.

Поздняя стадия заканчивается развитием СПИДа. На развитие СПИДа указывают развитие оппортунистических инфекций (СПИД-ассоциированных оппортунистических инфекций); прогресси­рующего синдрома истощения у взрослых или задержки развития у подростков, психических расстройств, неоплазий: 1) саркома Капоши, 2) карцинома, включая рак кожи, 3) В-клеточная лимфома, возникающая из-за злокачественного перерождения В-лимфоцитов. и др. Развитие указанных состояний зависит от выраженности иммунодефицита.

Лечение

Эффективные средства этиотропной химиотерапии отсутствуют. Наиболее перспективны препараты, подавляющие активность обратной транскриптазы.

Лечение поздней ВИЧ-инфекции и СПИДа требует проведения терапии этиотропными препаратами и профилактики развития оппортунис­тических инфекций.

Иммунопрофилактика

До сих пор надёжной и безопасной вакцины против ВИЧ не существует. Разработка сложна из-за отсутствия адекватных животных моделей и невозможности оценить их эффективность у человека. Общие методы профилактики включают выявление ВИЧ-инфицированных и больных со СПИДом среди групп риска, контроль препара­тов крови, более широкое внедрение разового медицинского инструментария, использование персоналом ЛПУ индивидуальных средств защиты (перчатки, пластиковые забрала и др.), про­ведение просветительской работы по профилактике инфекций, передающихся половым путём.

3. Вирус гепатита В. Особенности структуры геномной ДНК. Транскрипция вирусной РНК и репликация на основе акта обратной транскрипции полного РНК – транскрипта.

В и р у с ы г е п а т и т о в

Гепатиты – группа полиэтиологичных антропонозных вирусных инфекций, характеризующихся поражением печени.

Предположение об инфекционной при­роде желтух, известных со времен Гиппократа (V в. до н. э.), принад­лежит выдающемуся русскому клиницисту С. П. Боткину (1888 г.). Клинико-эпидемиологические доказательства вирусной природы заболевания получены в 1937 г. в США Дж. Финдлеем и Ф. Маккаллюмом и в 40-х годах П. П. Сергиевым и Е. М. Тареевым в России. В 1973 г. в США С. Фейнстоун открыл возбудитель инфекционного гепатита — вирус А. В 1975 г. в США была разработана вакцина про­тив гепатита В. В 1977 г. М. Ризетто и соавт. открыли дельта-анти­ген — возбудитель вирусного гепатита D. В 70-х годах был установлен факт существования группы других гепатотропных вирусов, которые в 1989— 1990 гг. возбудители были идентифицированы как вирус С и вирус Е.

Гепатит Е

Заражающая доза по сравнению с вирусом гепатита А существенно выше. Клинически болезнь протекает легче, чем гепатит А, перехода в хроническую форму не отмечено. У 85-90% больных гепатит Е протекает в легкой или средней тяжести форме, часто бессимптомно. Однако у беременных женщин гепатит Е протекает тяжело - с летальностью до 20%.

Вирусный гепатит С

Известно до 14 геновариантов и более 50 их подтипов. Геновариант вируса определяет течение инфекции, переход ее в хроническую форму и в последующем - развитие цирроза и карциномы печени.

Клиническое течение гепатита С легче, чем гепатита В. Вирус С называют «мягким убийцей». Желтуха наблюдается в 25% случаев; до 70% случаев заболевания протекают в скрытой форме. В 50—80% случаев гепатит С принимает хроническую форму.

Гепатит G

Выделено 3 типа и 5 субтипов генома HGV. Подобно гепатоцитным вирусам HBV/ HCV этот вирус способен к персистенции, но реже ведет к хронической патологии. Острые клинические проявления гепатита G также менее тяжелы, чем при гепатитах В и С.

Возбудители ОРВИ

1) Миксовирусы – это сборная группа вирусов, объединенных по характеру тропизма к мукопротеидам клеток хозяина. В эту группу входят два семейства: Orthomyxoviridae и Paramyxoviridae.

а) Семейство Orthomyxoviridae, включает два рода:

– род Influenzavirus А, В – возбудители гриппа А и гриппа В;

– род Influenzavirus С – возбудители гриппа С

Вирусы гриппа типа А поражают человека, некоторые виды животных (лошади, свиньи и др.) и птиц. Вирусы гриппа типов В и С патогенны только для людей. Наибольшую эпидемическую опасность представляют ви­русы гриппа А, вирус гриппа В вызывает локальные вспышки и эпи­демии, вирус гриппа С – спорадические случаи гриппа.

б) Семейство Paramyxoviridae: Все четыре рода этого семейства включают возбудителей инфекций у человека:

– род Paramyxovirus включает вирусы парагриппа человека 1-го и 3-го типов;

– род Rubulavirus— вирусы эпидеми­ческого паротита и парагриппа 2-го и 4-го типов;

– род Pneumovirus включает возбудителей ретикулярно-синтициальной инфекции (RS-инфекции);

– род род Morbillivirus — вирусы кори и подострого склерозирующего панэнцефалита.

Различия в свойствах ортомиксовирусов и парамиксовирусов:

2)Семейство Adenoviridae, род Mastadenovirus включает возбудителей ларингитов, фарингитов, трахеобронхитов, конъюктивитов, пневмоний и др. форм ОРЗ.

3) Семейство Coronaviridae, род Coronavirus включает возбудителей ОРЗ с поликлиническим течением.

4) Семейство Picornaviridae. ОРЗ вызывают представители двух родов:

– род Rhinovirus, представители которого вызывают риниты;

– род Enterovirus. Среди представителей этого рода ОРЗ чаще всего вызывают вирусы Коксаки А и В и вирусы ECHO.

5) Семейство Herpesviridae, п/семейство Alphaherpesviruses, род Varicellovirus – вирус герпеса 3-го типа, который вызывает два типа поражений – ветряную оспу и опоясывающий лишай.

6) Семейство Reoviridae объединяет 9 родов. Вирусы рода Reovirus вызывают у человека риниты и другие ОРЗ.

Возбудители респираторных заболеваний различаются по систематическому положению, таксономии, биологическим свойствам.

Грипп.

Грипп [от фр. gripper, хватать], или инфлюэнца [от итал. influenza di freddo, влияние холода], — острая вирусная инфекция дыхательных путей, характеризующаяся поражением слизистых оболочек ВДП, интоксикацией, катаральными явлениями, а так же поражением ССС и НС, за короткий период охватывающая большие массы людей (склонна к эпидемическому и пандемическому распространению).

Морфология и репродукция. Это сложный вирус шаровидной формы с относительно крупными размерами (80-120 нм). В свежих изолятах может иметь нитевидную форму. Геном вируса состоит из 8 фрагментов однонитевой молекулы –РНК («шарнирный геном»), каждый из которых представляет собой ген, кодирующий синтез определенных белков. В состав нуклеиновой кислоты входит РНК-зависимая РНК-полимераза.

Нуклеокапсид организован по типу спиральной симметрии и, как и геном, расчленен на 8 сегментов. Нуклеокапсид покрыт белково-липидной внутренней мембраной, внутренний слой которой образован М белком (матриксный белок). М белок выполняет формообразующую и структурную функцию.

Имеет суперкапсид, который образован липидным бислоем и пронизан гликопротеиновыми шипами (спикулы) двух типов: 1) шипы (500-600 шипов), образованные белком гемаглютинином, определяющие гемагглютинирующую (Н) активность и 2) шипы (100-160 шипов), образованные нейраминидазой, определяющие нейраминидазную (N) активность.

Гликопротеины выполняют ряд функций. Функции гемагглютининов:

1) рецепторная. Они способны адсорбироваться на поверхности клеток;

2) гемаглютинирующая. Гемаглютинин адсорбируется на эритроцитах курицы, морской свинки и 0 гр. человека, вызывая их склеивание, что лежит в основе механизма РГА (гемаглютинирующая функция);

3) обусловливает проникновение вирусов в клетки в результате слияния с мем­браной клетки и мембранами лизосом.

4) иммуногенная. АТ на гемагглютинин обладают протективными защитными свойствами, благодаря которым вирус утрачивает способность адсорбироваться на поверхности клетки.

Функции нейраминидаз:

1) распознающая и рецепторная. Нейраминидаза распознаёт и взаимодействует с рецепторами, содержащими N-ацетилнейраминовую кислоту, то есть приводит к проникновению вируса;

2) обеспечивает выход вирусов из клетки, отщепляя нейраминовую кислоту от дочерних вирионов и клеточной мембраны;

3) иммуногенная. АТ на нейрамидазу частично инактивируют вирус.

Репликация ортомиксовирусов первично реализуется в цитоплазме инфицирован­ной клетки; синтез вирусной РНК происходит в ядре. Репродукция генетического материала идет по схеме: –РНК –––>+РНК–––––>белок.

Деструкция вируса происходит в цитоплазме клетки с участием клеточных протеаз. После высвобождения вирусная –РНК доставляется в ядро, где осуществляется начало репродукционного цикла. При этом происходит синтез +РНК на матрице –РНК, катализируемый РНК-зависимой РНК-полимеразой, что приводит к образованию полных и коротких нитей. Короткие +РНК нити участвуют в синтезе белков и ферментов для дочерних популяций. Полная +РНК служит матрицей для синтеза молекул –РНК дочерних популяций. Вирионы дочерних популяций собираются на участках клеточной мембраны, модифицированных белком М и высвобождаются почкованием, захватывая ее фрагмент, служащий в дальнейшем суперкапсидом.

Антигены и изменчивость вирусов гриппа

Типовые АГ вирусов гриппа А – нейраминидаза N (10 вариантов) и гемагглютинин Н (13 ва­риантов), которые теоретически дают более 100 вариантов сочетания. Все известные варианты гемагглютинина и нейраминидазы обнаружены у вирусов, выделенных от различных видов птиц, часть из них найдена в структуре вирусов, полученных от инфицированных млекопитающих. Известны только четыре комбинации поверхностных белков в вирусах гриппа А человека (подтипы вируса А): Н₀N₁ (А/PR8 1933-1946), H₁N₁ (A/FMI 1947−1956), H₂N₂ (А/Сингапур 1947-1956) и Н₃N₂ (А/Гонконг 1968).

Антигенные различия среди вирусов типов А, В и С определяют различия в структурах нуклеопротеидов и М-белков.

У вирусов гриппа человека типа А обнаружено две разновидности антигенной изменчивости, связанной с изменением антигенных свойств гемагглютинина и нейраминидазы. Антигенный шифт − это резкое изменение антигенной структуры вируса, приводящее к появлению новых вариантов возбудителя (подтипов), вызывающих крупные эпидемии и пандемии. Антигенный шифт происходит в результате генетической рекомбинации между штаммами вируса человека и животных либо латентной циркуляции в популяции вируса, исчерпавшего свои эпидемические возможности.

Благодаря «шарнирному» геному очень легко происходит обмен фрагментами генома 2-х разных вирусов. Незначительные изменения антигенной структуры вируса гриппа, возникающие в пределах подтипа в результате точечных мутаций, называют антигенным дрейфом. Дрейф развивается в динамике эпидемического процесса и снижает специфичность иммунных реакций, развившихся в популяции в результате предшествующей циркуляции возбудителя.

Антигенные варианты вируса гриппа типа В имеют одинаковую нейраминидазу, но отличаются по структуре гемагглютинина. У вируса гриппа типа С существенных изменений этих компонентов не обнаружено.

Раздел 3 Организация геномов вирусов и особенности их репликации

Тема 3 (Лекция 5) Особенности репродукции вирусов, имеющих эпидемио-логическое значение

1 Ретровирусы. Принципы обратной транскрипции. Провирус. Особенности синтеза ДНК провируса и геномной РНК ретровирусов. 2. Эндогенные ретровирусы. Структура и выражение генома вируса саркомы Рауса и вируса ВИЧ. Синтез субгеномных РНК ретровирусов.

3. Вирус гепатита В. Особенности структуры геномной ДНК. Транскрипция вирусной РНК и репликация на основе акта обратной транскрипции полного РНК – транскрипта.

4. Вирусы гепатита А, С, D, E, G и др.

Р е т р о в и р у с ы

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: