Материал: Домарадский И.В. Основы вирусологии для экологов

ток и начинаются с распознавания специфических вирусных антиге нов. Функции иммунологического распознавания осуществляют Т клетки, В клетки и макрофаги. Вирусные антигены распознаются рецепторами Т лимфоцитов на мембранах антигенпрезентирующих клеток в ассоциации с антигенами главного комплекса гистосовмес тимости класса II (MHC II). На первых стадиях распознавания при нимают участие Т хелперы, которые своими рецепторами взаимо действуют с комплексом МНС II и вирусным антигеном. Затем Т хелперы с помощью лимфокинов активируют соответствующие клоны ЦTЛ. Эффекторные ЦTЛ распознают на мембранах инфици рованных клеток вирусные антигены, презентированные в ассоциа ции с молекулами MHC класса I, и атакуют их по механизму, сходно му с описанным для нормальных киллеров.

Иммунологические механизмы защиты против вирусных ин фекций весьма эффективны, особенно в условиях вторичного от вета.

Выживание и в конечном итоге распространение вирусов в природе подразумевает выработку механизмов их ухода от ответно го иммунологического удара организма. Одним из таких механиз мов является изменчивость антигенной структуры вирусов. Наибо лее ярко она проявляется у вирусов гриппа. Постоянное накопление точечных мутаций, приводящих к постепенному изменению анти генных свойств (за счет единичных аминокислотных замен в от дельных эпитопах), получило название антигенного дрейфа. В случае же крупных генетических изменений, когда у вируса происходят за

мены целых антигенов, говорят об антигенных шифтах. В обоих слу чаях создаются условия для выживания вирусов в популяции хозяев, ранее перенесших инфекции, вызванные родственными вирусами.

Антигенные дрейф и шифт не являются единственным спосо бом уклонения вирусов от иммунологической защиты хозяина. Интегративные инфекции, как правило, и некоторые перинаталь ные вирусные инфекции сопровождаются развитием в организме

иммунологической толерантности, т.е. полной или частичной утра ты иммунореактивности. Некоторые лимфотропные вирусы (са мым ярким примером служит ВИЧ) поражают иммунокомпетент ные клетки, вследствие чего подавляются все иммунологические реакции.

6.2. Интерферон

Феномен интерференции хорошо известен в вирусологии и сводится к подавлению репродукции вируса в клетках, предвари

тельно зараженных другим вирусом (см. выше). У птичьих ретро вирусов, например, выявлено 9 групп интерференции, связанной с конкуренцией за клеточные рецепторы. В других случаях механиз

мы интерференции менее ясны.

В 1957 году А. Айсекс и Дж. Линденманн (A. Isaacs и J. Lindenmann), изучая действия на клетки инактивированного виру са гриппа, обнаружили внутриклеточный противовирусный фактор – интерферон. Интенсивные исследования интерферонов в последую щие годы поддерживались надеждой, что эти антивирусные белки су меют занять такое же место в противовирусной терапии, какое завое вали антибиотики в борьбе с бактериальными инфекциями. Большие надежды на интерфероны были вполне обоснованы, так как эти бел ки обладали очень высокой эффективностью: примерно 50 молекул на клетку уже обеспечивали антивирусную активность.

Известны три типа интерферонов, но сейчас наибольший ин терес представляют тип I и тип II3. К типу I относятся интерферо ны α и β , а к типу II – интерферон γ .

Интерферон α – представлен семейством, по крайней мере, из 15 родственных молекул, которые синтезируются преимуществен но в лимфоцитах и отличаются друг от друга иногда только одним аминокислотным остатком. Белок состоит из 143 аминокислот. Все гены, кодирующие интерфероны α , у человека находятся в де вятой хромосоме.

Интерферон β – гликопротеид, состоящий из 145 аминокис лот, синтезируется преимущественно в фибробластах. У человека его ген расположен в девятой хромосоме.

Интерферон γ – гликопротеид, состоит из 146 аминокислот, синтезируется преимущественно в лимфоцитах. Соответствующий ген расположен в двенадцатой хромосоме.

Интерфероны являются регуляторами активности клеточных функций. Они способны воздействовать на экспрессию генов, от ветственных за клеточную пролиферацию, синтез лимфокинов и других иммуномодуляторов. Интерфероны способны специфичес ки взаимодействовать с клеточными рецепторами и аллостеричес ки индуцировать запуск каскада специфических внутриклеточных

функций с клеточной поверхности. Наиболее сильным регулятор ным воздействием на клетки обладает интерферон γ .

Эффект интерферонов на вирусные инфекции in vivo имеет важнейшее значение. В экспериментах на животных показано,

3 К типу III относят интерфероны группы λ .

что вирусные инфекции в присутствии антител против интерфе ронов протекают более тяжело, чем у контрольных животных, ин фицированных теми же самыми вирусами. Механизмы действия интерферонов различны, но некоторые, действующие на ранних стадиях взаимодействия вирусов и клеток, вероятно, наиболее эф фективны. Один из таких механизмов – индукция интерфероном клеточного гена 2’,5’ олигоаденилатсинтетазы, которая активи рует латентную эндонуклеазу, участвующую в деградации вирус ной РНК.

Разработка технологии клонирования генов позволила полу чать интерфероны в промышленных масштабах.

32

Глава 7

ЛЕЧЕНИЕ И ПРОФИЛАКТИКА ВИРУСНЫХ ИНФЕКЦИЙ

Химиотерапевтические или другие способы эффективного пря мого воздействия на этиологические агенты при вирусных инфекци ях разработаны недостаточно. Исключения (римантадин или вита мин С при гриппе, азидотимидин при СПИДе) только подтверждают правило. О значении интерферонов для лечения и профилактики ви русных инфекций говорилось выше.

Среди мер профилактики специфической профилактике при надлежит ключевая роль в борьбе с инфекционными заболеваниями вообще и вирусными инфекциями в частности. Примером может служить искоренение натуральной оспы, что, несомненно, является огромным достижением медицины на рубеже ХХ и ХХI веков.

Вирусные вакцины можно подразделить на 3 основных типа: живые, инактивированные, субъединичные.

Живые вакцины – это вакцины Дженнера, Пастера и большин ство вакцин, сыгравших главные роли в борьбе с вирусными бо лезнями животных и человека. Действующим началом живых вак цин являются либо природные штаммы, не вызывающие или вы зывающие заболевание, но в легкой форме, либо искусственно (in vitro) ослабленные (аттенуированные) штаммы вирусов. Атте, нуированные вакцины преобладают среди вакцин, применяемых сейчас в медицинской и ветеринарной практике.

Инактивированные вакцины занимают важное место в вакцин ном деле и часто доминируют среди препаратов, предназначенных для профилактики инфекций. Главная и не всегда легко решаемая задача при их создании – это полная инактивация инфекционно го начала.

Субъединичные вакцины – препараты, состоящие из протектив

ных антигенов возбудителей, благодаря чему исключается возмож ность побочных реакций на прививки. Однако широкое примене ние таких вакцин лимитируется трудоемкостью производства и высокой себестоимостью.

Два последних десятилетия ознаменованы разработкой генно, инженерных вакцин. Принцип их конструирования сводится к вы

33

бору генов, кодирующих протективные антигены, клонированию этих генов и переносу их в безопасные векторы, например в геном осповакцины. Большой интерес вызывают также разработки ДНК вакцин, в которых действующим началом являются ДНК геномы заданных вирусов (в том числе ДНК копии геномов РНК содержащих вирусов), способные экспрессировать гены протек тивных антигенов в живых клетках. Все эти разработки весьма интересны и перспективны, однако до настоящего времени (за редким исключением) остаются экспериментальными. Соз данные и охарактеризованные уже в опытах на лабораторных животных генно инженерные вакцины долгое время не были раз решены ВОЗ даже для испытаний на сельскохозяйственных животных в полевых условиях. Дальнейшее продвижение генно инженерных вакцин в практику упирается в разработку молеку лярно биологических методов контроля безопасности таких пре паратов.

34

Глава 8

ВИРУСЫ И БИОСФЕРА

8.1. Общие вопросы экологии вирусов

Проблема экологии вирусов бактерий и других одноклеточ ных организмов может быть сведена к взаимоотношениям вирусов и клеток. Однако в случае животных и растений она перерастает в проблему взаимоотношения между вирусами и организмами.

Группа популяций, т. е. вид – единица эволюции. Изолиро ванные популяции, разделенные географически и экологически, сходны, но не идентичны. Изучение направленности изменений генофонда в эволюционирующих популяциях имеет важнейшее практическое значение для раскрытия причин, ведущих к возник новению массовых заболеваний. Экологические исследования обеспечивают комплексное изучение эволюционных взаимоотно шений вирусов и хозяев в меняющихся условиях существования, отслеживают изменения и прогнозируют возникновение эпидеми ческих вспышек. В теоретическом плане экология вирусов изучает закономерности выживания вирусов, эволюцию и движение их ге нофонда в биосфере.

Следует обратить внимание на то, что в литературе часто встречаются такие выражения, как «экология бешенства», «эколо гия клещевого энцефалита» и т.п. Подобные выражения некорре ктны по существу, поскольку на самом деле за ними часто скрыва ются вопросы эпидемиологии или эпизоотологии соответствую щих заразных заболеваний, а собственно экологические аспекты, т.е. взаимоотношения между возбудителем и организмом, остают ся в тени или не обсуждаются вообще.

Эпидемии, эпизоотии или эпифитотии являются следствием многообразных взаимоотношений между их возбудителями, в дан ном случае вирусами, и хозяевами возбудителей.

По механизмам передачи и типам взаимоотношений с хозяе

вами вирусов животных все вирусные инфекции условно можно разделить на две группы. К первой группе относятся инфекции с непрерывной циркуляцией возбудителей, когда передача от одно го хозяина другому происходит перманентно, как, например, в случае кори, паротита и полиомиелита. При этих инфекциях пере

35

живание возбудителей во внешней среде если и имеется, то не иг рает существенной роли в эпидемиологии и жизни вирусной попу ляции. Ко второй группе принадлежат инфекции с прерывистой передачей возбудителей, которые либо выживают в периоды меж ду эпизоотиями и эпидемиями во внешней среде, либо сохраняют ся благодаря репликации на протяжении длительного времени в одном и том же хозяине. Типичными примерами подобного пере живания являются длительное сохранение жизнеспособности ви руса ящура во внешней среде и персистенция ряда арбовирусов в клещах.

Менее ясна ситуация в случае растений, поскольку как сами вирусы, так и особенности их взаимоотношений с хозяевами изучены еще недостаточно. К тому же в экологии по крайней мере культурных растений немалую роль играет человек (выве дение новых сортов растений, агротехнические приемы, приме нение гербицидов и пр.). Поэтому здесь эти вопросы мы не рас сматриваем.

Как подчеркивал Ф. Бернет (1947), «чтобы выжить как вид, па разитирующий микроорганизм должен на каждой стадии своей эво люции обеспечить себе переход в новые восприимчивые клетки но вого организма». Но вирус должен не только уметь проникать в клетку, освобождаться из нее и существовать вне клетки. «Он еще должен научиться не убивать курицу, несущую золотые яйца» (К. Эндрюс, 1969). Как учит экология (Одум, 1986), любой паразит или даже хищник, слишком усердно истребляющий свою жертву,

тем самым лишает свое потомство источника существования. Таким образом, в процессе эволюции наиболее удачливыми паразитами оказываются те, которые наносят не слишком сильный вред своим хозяевам, и между паразитом и хозяином возникает состояние вза имной толерантности. При этом между ними может устанавливать ся такое равновесие, при котором заметные симптомы заболевания отсутствуют (латентная инфекция)4. Вместе с тем для вируса, как для любого паразита, определенная степень патогенности весьма желательна, так как она способствует его распространению. Прек расным примером этого является миксоматоз (см. раздел 8.7).

Исходя из сказанного, понятно, что в преобладающем боль шинстве случаев между вирусом и его обычным хозяином уста

4В «Основах бактериологии для экологов» мы специально останавливались на инди генной микрофлоре человека и животных. При этом подчеркивалось, что наряду с безобидными бактериями в организме имеются и потенциально патогенные микро бы. К этому теперь добавим, что то же относится к вирусам.

36

навливается определенное равновесие. Хозяин стремится ос таться в живых, поэтому силы отбора будут благоприятствовать появлению более устойчивых особей. Вирусу же выгодно не

убивать свою жертву, чтобы не погибнуть самому. Однако орга низмы, благополучно перенесшие однажды вирусную инфек цию, обычно становятся иммунными к повторному заражению тем же вирусом, и с этой точки зрения иммунный организм хо зяина так же бесполезен для вируса, как и мертвый. Поэтому эпидемия любой вирусной инфекции может поставить последу ющее поколение вызвавшего ее вируса на грань существования независимо от того, протекало ли заболевание в слабой или ле тальной форме.

Возникает вопрос: если в отношениях между вирусом и хозяи ном всегда имеется тенденция к достижению равновесия, то поче му же возникают вирусные инфекции? Ответ кроется в том, что между этими двумя сторонами никогда не бывает полного мира – только «вооруженное перемирие».

Одна из форм нарушения равновесия – это интродукция но вых видов хозяев в область распространения вирусов, о чем мы бу дем говорить в дальнейшем. Другой причиной нарушения равно весия может быть занос вируса на новые территории. В качестве примера приведем корь – детскую инфекцию, которая обычно протекает достаточно легко и возникает спорадически. Однако когда корь занесли на Фарерские острова и острова Фиджи, она охватила все население и многих людей привела к смерти.

В заключение опять таки сошлемся на положения общей экологии. Чаще всего периоды равновесия между хищником и его добычей, а также между паразитом и его хозяином резко варь ируют как по длительности, так и по интенсивности. В послед нем случае эти колебания принимают форму резких вспышек и последующего затухания инфекций. Они определяются самыми разными факторами, частично внешнего порядка, частично свя занными с изменениями паразита и хозяина. В случае вирусных инфекций изменения паразита, как правило, являются следстви ем мутаций. Изменения же хозяина могут быть генетического по

рядка, но гораздо чаще – иммунологического. Научно технический прогресс оказывает мощное давление на

экосистемы, вызывая быстрое изменение эпидемиологической обстановки. Укажем лишь на некоторые антропогенные факторы, оказывающие отрицательное влияние на биосферу. Это – загряз нение среды промышленными отходами, избыточное повсемест

37

ное накопление пестицидов, антибиотиков, ряда продуктов но вейших биотехнологий. Это – урбанизация с предельной концент рацией населения в мегаполисах и современные виды транспорта (за 30 часов самолет доставит человека в любую точку планеты). Это – индустриальное животноводство с огромной численностью и плотностью разнородных популяций животных. Все сказанное приводит к значительным изменениям в структуре экосистем, из меняет свойства и пути циркуляции уже известных вирусов и спо собствует включению в эпидемические процессы ранее неизвест ных возбудителей.

8.2. Членистоногие и вирусы

Членистоногие – один из самых многочисленных типов жи вотного мира (известно свыше миллиона видов!). Поэтому вопрос о взаимоотношениях между ними и вирусами требует специально го обсуждения. С одной стороны, членистоногие выступают в ро ли переносчиков вирусов; при этом взаимодействие между ними носит характер нейтрализма или комменсализма. Однако нельзя исключать также взаимодействия типа протокооперации и даже му, туализма, так как симбиоз между обоими партнерами складывал ся в процессе их длительной совместной эволюции. С другой сто роны, членистоногие часто являются жертвами вирусов, которые выступают в роли паразитов членистоногих. В таких случаях от ви русов страдают или только членистоногие, или жертвами вирусов становятся также другие животные. Хорошим показателем адапта ции вирусов к организму членистоногих может служить использо вание in vitro тканей насекомых переносчиков для культивирова ния вирусов растений.

Типичным примером взаимоотношений первого типа (нейт рализма) является роль членистоногих в фитопатологии.

Членистоногие переносчики с колющим хоботком, высасыва ющие сок растений, весьма эффективно переносят вирусы, пос кольку они обладают способностью вводить вирус в относительно глубоко расположенные ткани растения. Наиболее широкий спектр вирусов характерен для тлей, например для Myzus persicae,

которая является переносчиком более 50 различных вирусов кар тофеля, фасоли и других растений.

Различают два типа переноса вирусов растений тлями и други ми насекомыми.

1. Внешний перенос, осуществляемый стилетом насекомого, при котором вирус не циркулирует в организме переносчика.

38

В этом случае вирус адсорбируется на стилете насекомого, когда оно питается на одном растении, и может быть немедленно пере несен на другое растение. Способность к передаче вируса сохраня

ется в течение ряда дней, но после очередной линьки насекомое теряет инфекционность. Специфический характер переноса неко торых вирусов, передаваемых от растения к растению, таким обра зом, говорит в пользу того, что в основе этого типа переноса лежит не просто механический контакт, а какие то иные, более сложные явления.

2. Перенос, при котором имеет место циркуляция и размноже ние вируса в организме переносчика. В этом случае переносчик сохраняет способность передавать вирус другому растению значи тельно дольше, иногда в течение всей своей жизни; при переносе этого типа вирус циркулирует в тканях насекомого и при линьке способность к переносу вируса не теряется. Существенно, что во многих случаях другому растению вирус передается не сразу после питания переносчика на больном растении, а лишь по окончании определенного латентного периода. Продолжительность латент, ного периода (от нескольких часов до нескольких дней) как раз и соответствует тому промежутку времени, который необходим для размножения вируса.

Как указывалось, членистоногие сами могут служить жертва ми вирусов.

Известны различные вирусные болезни насекомых. Некото рые из них поражают полезных насекомых, таких, например, как тутовый шелкопряд, другие же – насекомых вредителей, и в меха низме, контролирующем численность популяции этих насекомых, вирусные заболевания играют важную роль.

Одной из характерных особенностей многих вирусных заболе ваний насекомых является образование в их клетках полиэдричес ких включений. Именно поэтому такие заболевания и были назва ны полиэдрозами. Полиэдры являются специфическими продукта ми жизнедеятельности инфицировавших клетку вирусов. При одних вирусных инфекциях полиэдры образуются в ядре заражен ных клеток, тогда как при других – в цитоплазме. При некоторых

же вирусных заболеваниях насекомых, называемых гранулёзами, в пораженных клетках образуются не полиэдры, а гранулярные включения, или капсулы. Однако иногда патогенные для насеко мых вирусы вовсе не образуют внутриклеточных включений.

Усилия исследователей во всем мире в последней четверти ми нувшего столетия привели к выделению вирусов, которые в естест

39