Материал: Домарадский И.В. Основы вирусологии для экологов

Глава 4

САТЕЛЛИТНЫЕ ВИРУСЫ И ВИРОИДЫ

4.1. Сателлитные вирусы

Сателлитные вирусы, или сателлиты, представляют собой не большие молекулы РНК, чья репликация невозможна в отсутствие другого вируса (как видно, даже вирусы имеют своих паразитов!). Сателлитные вирусы встречаются среди растительных вирусов и значительно реже среди бактериофагов и животных вирусов. При мером последних являются аденосателлиты2. Различают два клас са сателлитных молекул: сателлиты, которые кодируют собствен ные поверхностные белки, и сателлиты (вирусоиды), которые для синтеза белков прибегают к помощи других вирусов.

К числу типичных свойств сателлитов относятся:

–однонитевой геном, длина которого колеблется от 500 до 2000 нуклеотидов;

–низкая степень сходства их нуклеотидных последователь ностей с таковыми вирусов помощников;

–способность вызывать симптомы заболеваний растений, не свойственные вирусу помощнику;

–нарушение репликации вируса помощника в процессе собственной репликации.

4.2. Вироиды

Вироиды – это лишенные оболочки, ковалентно замкнутые кольцевые молекулы РНК, состоящие из 246–371 нуклеотидов, которые служат причиной некоторых заболеваний высших расте ний. Определена первичная и наиболее вероятная вторичная структура ряда вироидов. После того как было показано, что кло нированная кДНК вироида обладает инфекционностью, стало возможным более глубокое изучение структурно функциональ ных особенностей вироидов.

Поразительной особенностью вироидов является то, что в за раженных ими растениях не удалось обнаружить никаких вирусов помощников; следовательно, вироиды, несмотря на то что они не сут в своем составе очень мало информации, реплицируются в

2 Аденосателлиты – однонитчатые ДНК вирусы из семейства Parvoviridae.

чувствительных клетках автономно (под действием РНК полиме разы II хозяина). Каким образом РНК, приблизительно в 10 раз меньшего размера, нежели размер РНК любого другого вируса,

заставляет клетку хозяина осуществлять свою репликацию и как такая маленькая молекула может, вмешиваясь в метаболизм клет ки, вызвать заболевания, остается загадкой. Ждут ответа также вопросы о способах передачи вироидов в природе, круге их хозяев и экологических параметрах.

Глава 5

ВИРУСНЫЕ ИНФЕКЦИЙ ЧЕЛОВЕКА

ÈЖИВОТНЫХ

5.1.Патогенез вирусных инфекций

Вызываемые вирусом клинические проявления болезни – ко нечный результат множества событий. Чтобы вызвать заболевание, вирус сначала должен проникнуть в организм и вступить в контакт с чувствительными клетками. Вследствие репродукции вирус по вреждает или модифицирует восприимчивые клетки и ткани, что лежит в основе клинических проявлений болезни. Однако сама по себе репродукция вируса может протекать и латентно. Симптомы заболевания и механизмы развития патологических процессов мо гут определяться не только воздействием вирусов на чувствитель ные клетки, но и быть следствием защитных реакций организма хо зяина, например иммунологических механизмов уничтожения поврежденных или модифицированных вирусом клеток.

В патогенезе вирусных инфекций выделяют несколько специ фических стадий:

1)проникновение вируса в организм хозяина;

2)репликация и распространение вируса в организме;

3)повреждение (модификация) клеток.

Проникновение вируса в организм хозяина осуществляется раз личными путями: через кожу, дыхательные пути, алиментарный или урогенитальный тракты (табл. 2).

Кожа млекопитающих – эффективный защитный барьер про тив вирусов. Наружный слой эпидермиса состоит из мертвых кле ток и не может служить местом первичной репликации вирусов. Для проникновения под эпидермальный слой в клетки собственно дермы вирусы используют раны, ссадины, места укусов животны ми или насекомыми.

Слизистые оболочки являются местом проникновения в орга низм многих вирусов. Преодолеть действие неспецифических факторов защиты слизистых оболочек вирионам помогает, в част ности, высокая устойчивость к протеолитическим ферментам, де тергентному действию солей жирных кислот и низким значениям рН. Однако соответствующие свойства у разных вирусов выраже

22

ны не одинаково. Например, реовирус типа 3 в противополож ность реовирусу типа 1 не устойчив к действию химотрипсина (протеолитическому ферменту кишечника). Поэтому реовирус ти

па 3 не способен репродуцироваться в кишечнике мышей.

Таблица 2

Возможные места проникновения вирусов в организм хозяина

Говоря о том, как вирусы заражают организм, необходимо подчеркнуть, что при передаче от хозяина к хозяину воздушно ка пельным (респираторный путь), водным или алиментарным (фе кально оральный путь) путем вирионы подвергаются воздействию разрушающих факторов окружающей среды, снижающих эффек тивность заражения. Избежать этого некоторым вирусам помога ют переносчики, например насекомые, в организме которых виру сы способны пассивно переживать или размножаться. Вирусные инфекции, использующие переносчиков для передачи от хозяина к хозяину, называются трансмиссивными.

Важным способом распространения вирусов является верти кальная передача – от матери плоду (трансовариальная, транспла центарная, перинатальная). В противоположность горизонталь ным способам передачи, т. е. от человека или животного человеку, вертикальный способ (особенно в вирогенных/лизогенных систе

мах) передачи способствует длительной персистенции вирусов.

Первичная репликация и распространение вирусов в организме. В местах проникновения (во входных воротах инфекции) первичная репликация типична для большинства вирусов.

Если вирусы вызывают заболевание в местах проникновения, то развитие болезни происходит без перемещения его к другим органам

23

итканям. Примерами могут служить вирус гриппа или ротавирусы. Если же вирусы вызывают заболевание вдали от входных ворот, то после первичной репликации включаются специфические механиз мы переноса их к восприимчивым клеткам. Так, вирус ветрянки про никает в организм через респираторный тракт, а генерализованная инфекция проявляется на коже; энтеровирусы проникают через ки шечник, а патологические процессы развиваются в нервной системе.

Распространение вирусов осуществляется несколькими путя ми в зависимости от места проникновения и расположения чувствительных клеток мишеней. Выделяют три основных пути:

нейрогенный, лимфогенный, гематогенный. Вирус бешенства, напри мер, сначала через кожу проникает в периферические моторные нейроны, а затем в аксоны и в конце концов попадает в клетки пе редних рогов, спинальных ганглиев и головного мозга. Реовирусы, вирус полиомиелита и другие энтеровирусы взаимодействуют со специализированными эпителиальными клетками микроскладок кишечника (М клетки). Они связываются с рецепторами поверх ностных мембран М клеток, захватываются внутриклеточными везикулами и транспортируются через цитоплазму в прилежащий слой мононуклеарных лимфоидных клеток пейеровых бляшек. Да лее током лимфы вирусы переносятся в мезентериальные лимфо узлы. Гематогенное распространение, характерное для ВИЧ и ви руса гепатита, – эффективный, прямой и быстрый способ дости жения восприимчивых клеток мишеней.

Повреждение (модификация) клеток и механизмы защиты хозяина от вируса, развиваясь взаимоопосредованно, являются, как правило, причиной основных проявлений заболевания. Прямое цитопатоген ное воздействие вируса, сопровождающееся лизисом или иным спо собом быстрого разрушения клеток, – относительно редкое прояв ление вирусной инфекции. Чаще возникает процесс нарастающих изменений клеточного метаболизма, который заканчивается подав лением синтеза белка и репликации нуклеиновых кислот. Во многих случаях вирусы, размножаясь в чувствительных клетках, не повреж дают их, но модифицируют. Такие модифицированные клетки рас познаются иммунологической системой организма как чужеродные

иуничтожаются, определяя тем самым симптоматику болезни. Чувствительность клеток к вирусу может зависеть от многих

факторов, в том числе возрастных. Например, у мышей с возрас том снижается чувствительность к герпесвирусу.

Обнаружены гены, определяющие чувствительность клеток

или их невосприимчивость к определенным вирусам.

24

Расшифровка молекулярных механизмов тропности вирусов к определенным клеткам – один из перспективных подходов к про филактике вирусных инфекций.

5.2. Вирусная инфекция клеток

Вирусная инфекция клетки представляет собой комплекс про цессов, возникающих при взаимодействии клетки с вирусным ге номом. Внеклеточный вирион инертен, и эта инертность сохраня ется до тех пор, пока вирусный геном не начнет функционировать внутриклеточно, как самостоятельная генетическая единица. Кар динальным признаком, положенным в основу приведенной ниже классификации, является взаимоотношение геномов вируса и клетки. Если вирусный геном реплицируется независимо от репли кации клеточного генома – это автономный тип вирусной инфек ции. Если вирусный геном включается в состав клеточного генома

иреплицируется вместе с ним – это интегративный тип. Каждый из этих двух основных типов вирусной инфекции может быть под разделен на несколько форм по образованию вируса (продуктивная

иабортивная инфекция), по исходу инфекционного процесса для клетки (литическая и нелитическая инфекция), по динамике взаи модействия вируса и клетки (острая и хроническая инфекция).

Автономный тип вирусной инфекции клетки характерен для большинства известных вирусов животных и человека. При этом типе инфекции геном вируса реплицируется независимо от репли кации клеточного генома.

Продуктивная автономная вирусная инфекция характеризуется образованием полноценного вируса. Это наиболее изученная фор ма взаимодействия вирусов и клеток. Основные механизмы репро дукции вирусов, о которой говорилось в главе 3, исследованы и описаны именно для данной формы инфекции.

Автономная абортивная вирусная инфекция возникает, если вза имодействие вируса с клеткой не завершается образованием полно ценных вирионов. Обычно это имеет место при заражении клеток дефектным вирусом; при проникновении вируса в резистентные к нему клетки; при инфицировании чувствительных клеток полно

ценным вирусом в непермиссивных условиях.

Литическая автономная вирусная инфекция приводит клетку к гибели. Вирус, вызывающий гибель клетки, называется цитопато генным, а повреждение клетки обозначается термином «цитопа, тогенный эффект». Характер цитопатологических изменений при вирусных инфекциях весьма разнообразен. Это может быть деге

25

нерация клеток (вакуолизация цитоплазмы, пикноз ядер, хромо сомные аберрации), образование специфических вирусных внут риклеточных включений, возникновение гигантских клеток типа поликариоцитов или симпластов. Лизис клетки – заключительная стадия действия цитопатогенных вирусов. Для проявления цито патогенности вирусу не требуется воспроизведение генома и реа лизация всей генетической информации.

Нелитическая автономная вирусная инфекция характерна для вирусов, содержащих липопротеидную внешнюю оболочку и по кидающих клетки почкованием. Ретро , ортомиксо , парамиксо , аренавирусы способны вызывать продуктивную нелитическую ин фекцию клеток. Однако в наиболее типичных случаях нелитичес кий характер свойственен абортивным инфекциям, когда отсут ствуют или не проявляются генетические свойства вирусов, необ ходимые для осуществления цитопатогенных функций.

По динамике инфекционного процесса вирусные инфекции подразделяют на острые и хронические. При острой инфекции в зараженной клетке происходит образование вирионов, после че го инфекционный процесс прекращается. При хронической ин фекции зараженная клетка продуцирует вирионы или вирусные компоненты до своей естественной гибели (не от данной вирус ной инфекции), при этом дочерние клетки остаются инфициро ванными. Продуктивная и абортивная литическая инфекция – всегда носит острый характер. Продуктивная нелитическая ин фекция – всегда хроническая. Абортивная нелитическая инфек

ция, как правило, имеет хроническое течение, но может проте кать и в острой форме.

Интегративный тип вирусной инфекции характеризуется физи ческим объединением (интеграцией) вирусного и клеточного гено мов. При этом вирусный геном реплицируется и функционирует как составная часть клеточного генома. Такой тип вирусной инфек ции обязателен для ретровирусов и возможен в случае папова , аде но и герпесвирусов.

Интегративные инфекции могут быть классифицированы по тем же параметрам, что и автономные, – по продуктивности, ди намике и исходу; интеграционные взаимоотношения вируса и клетки также могут быть продуктивными и абортивными. Продук, тивная интегративная инфекция типична для ретровирусов. Абор, тивная интегративная инфекция, вызываемая ретровирусами, воз никает при тех же условиях, которые описаны выше для абортив

ных автономных инфекций. Так, дефектные ретровирусы, лишен

26

ные части генома (некоторые штаммы вируса саркомы Рауса, ви русы саркомы мышей, кошек, обезьян, вирусы лейкоза мышей Френда и Раушера и т.п.) способны сами по себе вызывать только

абортивную интегративную инфекцию, которая может превра щаться в продуктивную при наличии вируса помощника. Приме ром абортивной интегративной инфекции, вызываемой полно ценным ретровирусом в непермиссивных клетках, является зара жение птичьим вирусом саркомы Рауса клеток млекопитающих. При этом в клетках протекает абортивный процесс интеграции, характеризующийся пониженным образованием вирусной РНК, накоплением неполного ассортимента вирусных белков, наруше нием их процессинга, отсутствием образования вирионов.

Обычно интегративные инфекции являются нелитическими, как в случае ретровирусов типов В, С, D, онкогенных папова , аде но , герпесвирусов, но существуют и литические инфекции, вызы ваемые цитопатогенным ретровирусом ретикулоэндотелиоза птиц, или «пенящим» вирусом.

Вирогенная интегративная инфекция – это абортивная ин фекция, которую можно перевести в продуктивную форму. Клет ки с такой формой инфекции могут спонтанно или под влиянием специальных (физических, химических, биологических) воздей ствий начать продукцию инфекционного вируса. Это явление названо вирогенией, а клетки обозначаются как вирогенные, по аналогии с лизогенией и лизогенными клетками в системе фаг – бактерия.

5.3. Медленные инфекции

Своеобразной формой взаимодействия вирусов и организма животных являются процессы, которые именуются «медленными инфекциями». Ниже приводятся четыре главных признака, отли чающих медленные инфекции:

l необычно продолжительный (месяцы и годы) инкубацион ный период;

l медленно прогрессирующий характер течения; l необычность поражения органов и тканей;

l неизбежность смертельного исхода.

Ряд медленных инфекций могут вызываться вирусами, извест ными как возбудители острых заболеваний, например вирусом ко ри или герпеса. Другие же вызываются особой группой вирусов. Однако наряду с этим существуют медленные инфекции, возбуди телей которых долгое время выделить не удавалось (их называли

27

«необычными вирусами»). К числу таких заболеваний относится группа «трансмиссивных губкообразных энцефалопатий» (ТГЭ) – фатальных поражений центральной нервной системы (табл. 3).

Таблица 3

Классификация прионных болезней человека и животных

(Â.À. Çóåâ è ñîòð., 1999)

Проблема возбудителей ТГЭ была решена относительно не давно при использовании биохимических, а не вирусологических методов исследования. Ими оказались не связанные с нуклеино выми кислотами низкомолекулярные (25–30 кДа) белки, назван ные прионами (от англ. proteinaceous infections particles). Таким об разом, был открыт новый тип возбудителей заболеваний человека и животных, не имеющих, как полагают, отношения ни к вирусам, ни к бактериям. Поэтому подробнее рассматриваться они не будут. Укажем лишь еще раз, что мы упомянули о ТНЭ потому, что ранее им приписывали вирусную этиологию и включали их в число ви русных медленных инфекций.

28

Глава 6

ПРОТИВОВИРУСНЫЙ ИММУНИТЕТ

6.1. Иммунитет

Традиционно выделяют гуморальные факторы иммунологи ческой защиты – антитела и клеточные факторы – прежде всего нормальные киллеры и цитотоксические лимфоциты (ЦТЛ).

При вирусных инфекциях антитела задерживают или исклю чают переход вирионов из клетки в клетку. Воздействовать же на внутриклеточные процессы репродукции и формирования вирио нов антитела не могут, поскольку не способны проникать внутрь клеток.

Антитела воздействуют на вирусы различным образом: путем блокировки рецепторов, обеспечивающих взаимодей

ствие вирусов с клетками мишенями. В результате стерических препятствий вирионы оказываются неспособными связаться с восприимчивыми клетками и вызвать инфекцию;

за счет опсонизации, благодаря чему антитела способствуют фагоцитозу вирусов и последующему разрушению их внутри мак рофагов;

с помощью альтернативного пути активации системы компле, мента, приводящего к виролизу, т.е. разрушению вирионов в сос таве иммунных комплексов.

Первыми реагирующими клетками иммунологической системы являются нормальные киллеры. Их активность развивается еще до появления антител или специализированных ЦТЛ. На поверхности инфицированных клеток происходит взаимодействие вирусных ан тигенов с белками мембран, в том числе с антигенами главного комп, лекса гистосовместимости класса l (МНС l). Распознавание изме ненных антигенов МНС l и включение (с участием интерферона γ ) каскада реакций, приводящих к активации внутри нормальных кил леров перфоринов и лизису клеток мишеней, выполняют важную

функцию ранней защиты организма от вирусных инфекций. Однако эффективность данного неспецифического ответа (без специфичес кого распознавания чужеродных антигенов) невысока. Главные ме ханизмы иммунологической защиты против вирусных инфекций развертываются в условиях кооперации иммунокомпетентных кле

29