Какими свойствами живого обладают вирусы

Вирусы у всех на слуху. С одними мы неизбежно сталкиваемся лично, например, с вирусами гриппа или теми, что вызывают простуду. Другие будоражат медицинское сообщество, наводняют новости и становятся зловещими прообразами для популярной литературы и кино.

И это неудивительно хотя бы потому, что вирусы — штука довольно непонятная. Неясно даже, считать их живыми или нет. С одной стороны, это просто хрупкий набор молекул, который не может существовать автономно, без живой клетки. Он не производит и не накапливает энергии, а также не поддерживает постоянства внутренней среды — ее попросту нет. Но когда вирус попадает в клетку, он проходит жизненный цикл, копирует себя и эволюционирует. Невидимое глазу нечто существует в огромном количестве, постоянно меняется, переходит от одних хозяев к другим и причиняет страдания разной степени тяжести всему человечеству.

Как устроены вирусы?

Вирусная частица, или вирион, — это нуклеиновая кислота (ДНК или РНК) в обертке из белков. В некоторых случаях она покрыта дополнительным слоем липидов, «украденных» у клетки-хозяина. У вирусов есть своя классификация: царства, семейства и прочие таксоны (группы), за списком которых следит Международный комитет по таксономии вирусов. Самый большой таксон — реалм. Сейчас ученые выделяют четыре реалма, из которых три — ДНК-содержащие вирусы. К ним относятся, например, вирусы оспы, герпеса и папилломавирусы.

РНК-содержащие вирусы можно разделить на собственно РНК-вирусы и ретровирусы. Первые — это вирусы гриппа, бешенства, гепатита С, а также коронавирусы и вирус Эбола. Они содержат РНК и используют для размножения РНК-зависимую РНК-полимеразу, с ее помощью на исходной молекуле РНК сразу синтезируется новая. А к ретровирусам относится, например, ВИЧ. Он содержит РНК, но в ходе жизненного цикла она превращается в ДНК и встраивается в геном клетки-хозяина. После чего новая РНК синтезируется уже на основе молекулы ДНК — то есть так же, как у нас.

Жизненный цикл вируса, на примере вируса иммунодефицита

Как с ними бороться?

Можно выделить три стратегии борьбы с вирусами. Первая — «пожар проще предотвратить, чем потушить». Защититься от заражения можно по-разному, например, избегать незащищенного секса или контакта с зараженной кровью. Более изощренный способ — контроль природных резервуаров вируса: осушение болот (чтобы предотвратить вспышки желтой лихорадки), карантин, вакцинация или отстрел животных.

Еще одна стратегия — активная и пассивная иммунопрофилактика. Активная — это простая и всем знакомая вакцинация. Человеку вводят неактивную форму вируса или его кусочек, в организме срабатывает иммунный ответ и синтезируются антитела, которые защитят человека в будущем, если он когда-нибудь встретится с настоящим живым вирусом. Но вакцину не всегда можно создать, да и уже существующие порой не работают на все сто. Так, вакцина от гриппа защищает только от нескольких — самых распространенных в текущем сезоне — штаммов (видов) вируса. Пассивная иммунопрофилактика — это введение готовых антител тем, кто уже встретился с вирусом или с большой вероятностью сделает это. Такие лекарства существуют для респираторно-синцитиального вируса (рекомендованы недоношенным младенцам) и ветряной оспы (для людей с подавленным иммунитетом).

И, наконец, последняя стратегия на случай, если ничто не помогло и человек заболел, — антивирусные препараты. Их развитие подстегивали научный прогресс и насущные проблемы. Чтобы придумать противовирусный препарат, нужно сначала изучить вирус и его жизненный цикл и выбрать возможные мишени для атаки. Причем такие, чтобы они как можно сильнее отличались от человеческих аналогов. Иначе лекарство будет бороться и с вирусами, и с невинными человеческими клетками, вызывая сильные побочные эффекты.

Первые клеточные культуры, в которых можно было имитировать взаимодействие вируса с хозяином, появились в 1950-х годах. До этого удобных моделей in vitro (в пробирке) не существовало, и изучение вирусов было затруднено. Уже в 1963 году появился первый антивирусный препарат — идоксуридин. Это был нуклеозидный аналог дезоксиуридина — одного из четырех «кирпичиков» молекулы ДНК. Препарат до сих пор используется при лечении герпеса.

В 80-е произошло другое громкое открытие — вирус иммунодефицита человека. Это породило шквал научных работ, посвященных разработке новых противовирусных лекарств. К тому времени связанный с ним СПИД уже распространился по миру, а в США началась эпидемия.

Какие бывают антивирусные препараты?

Их можно разделить на 13 групп, причем к шести относятся различные лекарства против ВИЧ. Это ингибиторы входа вируса в клетку, вирусных ферментов интегразы и протеазы, а также три вида ингибиторов вирусного фермента обратной транскриптазы, или ревертазы. Все они действуют на разные этапы жизненного цикла вируса:

1. Проникновение в клетку

Это первое, что должен сделать вирус, попав в организм. То, какую клетку он поразит, определяется рецептором на ее поверхности. У ВИЧ это рецептор CD4, который есть у Т-хелперов, макрофагов, а также некоторых других видов клеток. Кроме него в связывании вируса и его проникновении участвуют: рецепторы CXCR4 и CCR5 со стороны клетки и поверхностные гликопротеины gp120 и gp41 — со стороны вируса.

Сейчас FDA (американское Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов) одобряет четыре лекарства, работающие на этой стадии. Каждый связывается с каким-то из участников процесса и мешает его работе. Например, к этой группе принадлежит самый новый препарат против ВИЧ — фостемсавир, его одобрили в США в июле 2020 года. В организме он превращается в активную форму темсавир, соединяется с вирусным гликопротеином gp120 и мешает ему связаться с клеточным рецептором CD4. Другой препарат — ибализумаб — связывается с самим CD4, причем так, что рецептор не может участвовать в проникновении вируса, но выполняет свою нормальную иммунную функцию — связывает и узнает антигены на поверхности антигенпрезентирующих клеток.

Подобные препараты также используются для лечения респираторно-синцитиального вируса, вирусов ветряной оспы и простого герпеса. Они тоже действуют на вирусные гликопротеины и их связывание с клеточными рецепторами. К этой же группе можно отнести препараты для пассивной иммунопрофилактики антителами.

2. Подготовка к размножению, часть 1

Когда вирус попал в клетку, он должен в ней размножиться, то есть создать копии себя, используя ресурсы самой клетки. Так как ВИЧ — ретровирус, его генетический материал — РНК, которая должна достроиться до двухцепочечной ДНК и встроиться в ДНК клетки. Процесс достраивания называется обратной транскрипцией, и для него необходим вирусный фермент обратная транскриптаза, ее еще называют ревертазой. Это самая популярная мишень препаратов против ВИЧ, которые делятся на две группы: нуклеозидные и ненуклеозидные.

Механизм дейсвтия ингибиторов обратной транскриптазы

3. Подготовка к размножению, часть 2

Чтобы наконец размножиться, ВИЧ, уже в виде молекулы ДНК, необходимо встроиться в геном клетки-хозяина. В этом участвует другой вирусный фермент — интеграза. Ее ингибируют несколько одобренных лекарств, причем они часто используются вместе с другим препаратом — кобицистатом. Он никак не действует на вирус, но ингибирует некоторые ферменты печени и увеличивает биодоступность самих антивирусных препаратов.

Попав в геном, вирус может запустить транскрипцию и синтезировать новые РНК и белки. А может и «заснуть». Именно поэтому ВИЧ почти нельзя вылечить: всегда останутся клетки со «спящим» вирусом, который себя не проявляет, а значит, не может быть мишенью для атаки. Активация вируса связана с активацией клетки. Так как ВИЧ инфицирует в основном иммунные клетки, именно те из них, что борются с инфекцией, и становятся его жертвой.

4. Созревание

Белки ВИЧ синтезируются в виде длинных полипротеинов, которые нужно «нарезать», чтобы получить зрелые формы. Для этого необходим вирусный фермент протеаза. Это — вторая по популярности мишень антивирусных препаратов. Большинство из них — белковые аналоги вирусного полипептида. Они ингибируют работу фермента, и зрелые вирусные белки и новые вирусные частицы не образуются. Подобно ингибиторам обратной транскриптазы, к препаратам из этой группы тоже очень быстро развивается резистентность. И, как и с ингибиторами вирусной интегразы, с ними часто используется кобицистат.

Препараты ингибирования вирусной протеазы также существуют для лечения вируса гепатита С. Несмотря на большие отличия в структуре и способе репликации, белки этого вируса тоже синтезируются в незрелой форме, которую нужно «нарезать».

Другие препараты

Есть три группы антивирусных препаратов, которые мы еще не упоминали. Во-первых, это ингибиторы белков NS5A и NS5B вируса гепатита С, которые играют важную роль в репликации РНК вируса. Во-вторых, лекарства против вируса гриппа: три ингибитора вирусного белка нейраминидазы и один ингибитор РНК-полимеразы вируса. И, наконец, сборная солянка препаратов, которые не действуют прицельно на вирусные компоненты. Это интерфероны, а также иммуностимуляторы и ингибиторы митоза клеток.

Первые заслуживают особого внимания из-за обилия отечественных лекарств против гриппа и простуды на их основе. FDA одобряет инъекции (!) интерферонов только для лечения гепатита B и С, причем на практике они используются очень осторожно из-за серьезных побочных эффектов. Отечественные противовирусные препараты с интерферонами, которые выпускаются в форме мазей, спреев и суппозиториев, вряд ли работают. И слава богу. Иммуностимуляторы и ингибиторы митоза клеток выпускаются в виде мазей и используются для лечения генитальных бородавок, то есть папилломавируса человека.

Наука не стоит на месте, и разработка противовирусных препаратов продолжается, подстегиваемая новыми вирусами, эпидемиями, а также развитием резистентности к существующим лекарствам. Но по-прежнему самыми изученными и многочисленными препаратами остаются ингибиторы вирусных обратной транскриптазы или ДНК-полимеразы и протеазы. Для разработки других стратегий борьбы ученым еще предстоит изучить детали работы вирусов — как давно известных, так и совершенно новых.

Да, вирусы остаются источником зловещих идей в популярной культуре. Но существующих препаратов и методов уже достаточно, чтобы мы могли избежать заражения, быстро вылечиться или свести негативные последствия болезни к нулю.

СПИД — вирусное заболевание

Пути передачи и профилактика СПИДа

Природа вирусов. Основные свойства вирусов. Признаки «живой» и «неживой» материи.

Царство: Vira

Вирусы =НК(нуклеиновая кислота) + белок

Вирусы – ультрамикроскопические организмы, обладающие только одним типом нуклеиновых кислот, лишенные собственных систем синтеза белка и мобилизации энергии и являющиеся абсолютными внутриклеточными паразитами.

Основные отличия вирусов от других форм жизни

u Ультрамикроскопические размеры (мелкие до 40 нм, средние 40-130 нм, крупные – более 130 нм)
u Содержат только один тип нуклеиновой кислоты (либо РНК, либо ДНК)

u Отсутствуют собственные белоксинтезирующие системы, автономный метаболизм,
u Не способны к росту и бинарному делению

u Репродуцируются дизъюнктивным способом – разобщенность в пространстве и во времени синтеза вирусных компонентов,

u Облигатные внутриклеточные паразиты на молекулярно-генетическом уровне,
u Присуща изменчивость, что ведет к появлению новых инфекционных агентов.

Формы существования вирусных агентов
u Внеклеточная – вирион
u Внутриклеточная – вирус

Принципы классификации вирусов.

Принципы классификации вирусов
u Тип нуклеиновой кислоты
u Наличие липопротеиновой оболочки
u Размер и морфология вирионов
u Стратегия вирусного генома
u Чувствительность к химическим агентам
u Антигенная структура
u Механизм заражения
u Тропизм

Взаимодействие вирусов с клеткой. Репродукция вирусов.

Репродукция вирусов (продуктивная инфекция)

Вироиды и прионы. Пролиферация прионов. Прионные болезни.

Близкие к вирусам инфекционные агенты если:
1. только НК = вироид,
2. только белок = прион.

Терминология

n ПРИОН– (частичная анограмма от англ. Proteinaceous infectious particles) – белковоподобная инфекционная частица;
n PrP– прионный белок (от англ. Prion protein);
n PrPc– неинфекционный клеточный белок («С» от англ. Cell – клетка)
n PrPSc– инфекционный прионный белок («Sc» – от англ. Scrapie – распространенная болезнь овец и коз);
n PRNP– ген, кодирующий синтез клеточного прионного белка (PrPc) в организме человека, локализованный на хромосоме 20;

Вироиды это – инфекционные агенты, состоящие только из кольцевой РНК. Вироиды это лишенные оболочки небольшие молекулы кольцевой, обычно одноцепочечной РНК. Вироиды способны автономно инфицировать клетки хозяина.

Прионы – особый класс инфекционных агентов, представленных белками с аномальной третичной структурой и не содержащих нуклеиновых кислот.

Прионные болезни — это группа заболеваний человека и животных, при которых происходит гибель нервных клеток головного мозга за счет накопления патологического белка (приона). Прионный белок существует в головном мозге и в норме, но при патологии он становится способным к формированию больших белковых агрегатов, мешающих работе нервной клетки. Белковые комплексы сначала накапливаются внутри клетки, а потом высвобождаются во внеклеточное пространство, где формируют «амилоидные бляшки».

Пролиферация патологических прионов: превращение прионов в измененные формы происходит при нарушении кинетически контролируемого равновесия между ними. Процесс усиливается при возрастании количества патологического (РгР) или экзогенного приона. РгР является нормальным белком, заякоренным в мембрану клетки. РгР’ – глобулярный гидрофобный белок, образующий агрегаты с собой и с РгР” на поверхности клетки: в результате РгР’ преобразуется в РгР” и далее цикл продолжается. Патологическая форма РгР”’ накапливается в нейронах, придавая клетке губкообразный вид.

Нозологические формы прионных болезней человека:
n болезнь Крейтцфельдта-Якоба (БКЯ)
n Куру
n синдром Герстманна-ШтреусслераШейнкера (СГШШ)
n фатальная семейная инсомния (ФСИ)

7. Общая характеристика и строение бактериофагов. Этапы взаимодействия вирулентного фага с бактерией-хозяином.

8. Умеренные бактериофаги: особенности, репродукция. Лизогения и лизогенная конверсия.

9. Применение бактериофагов в медицине.

Виды энтеровирусов Серотипы

Полиовирусы Вирусы полиомиелита 3 серотипа

Энтеровирусы А 16 (Коксаки А 2-8, 10, 12, 14, 16, EV71, EV76)

Энтеровирусы В 53 (Коксаки А 9, Коксаки В 1-6, ECHO 1- 7, 9, 11-21, EV69, EV73-75, EV100-101) ECHO – Enteric Cytopathogenic Human Orphan – кишечные цитопатогенные человеческие сиротские

Энтеровирусы С 12 (Коксаки А1, 11, 13, 17, 19-22, 24, PV 1-3

Энтеровирусы D 2 (EV 68, 70)

Свойства энтеровирусов

Устойчивы к :

-К действию эфира, 70% спирта, 5% раствору лизола, 3% раствору фенола,

-К повышению и понижению РН,

-К многократномузамораживанию и оттаиванию.

Инактивируются:

-Хлорсодержащими агентами: хлорамином, гипохлоридом,

-Под влиянием УФО

-При нагревании до 50С через 30 мин

Культивирование.

Энтеровирусы репродуцируются в культуре клеток человека и обезьян, которые обладают специфическими рецепторами липопротеидной природы, адсорбирующими данные вирусы.

Вирион проникает в клетку хозяина прямым путем, не образуя пиноцитарной вакуоли. Дезинтеграция вириона начинается во время адсорбции и проникновения вклетку. Биосинтез вирусной нуклеиновой кислоты и белков осуществляется в цитоплазме. При этом вирусная РНК сама связывается с рибосомами, выполняя функции иРНК, и целиком транслируется с образованием гигантской молекулы полипептида. Затем происходит расщепление полипептида на отдельные фрагменты при помощи протеолитических ферментов. Один из фрагментов является вирусспецифической РНК-зависимой РНК-полимеразой (РНК-репликаза), участвующей в репликации вирусной нуклеиновой кислоты. После образования фонда РНК и фонда капсидных полипептидов начинается сборка вирионов. В одной клетке синтезируется около 150 вирионов полиовируса, которые могут образовывать кристаллические скопления в цитоплазме. На ранних стадиях репродукции энтеровирусов происходят подавление синтеза клеточных белков, РНК и ДНК и освобождение рибосом для синтеза вирионных белков.

Вирус Poliovirus

Структура: типичные представители рода Enterovirus.

Антигенные свойства: различают 3 серотипа I, II, III. Невызывают перекрестного иммунитета.

Все серотипы патогенны для обезьян, у кт. возникает заболевание сходное с полиомиелитом человека.

Полиомиелит – острое лихорадочное заболевание, которое иногда сопровождается поражением серого вещества ( полиос – серый) спинного мозга и ствола головного мозга, в результате – вялые параличи и парезы мышц ног, туловища рук.

*здесь есть эпидемиология (источник и пути передачи)

Различают 3 серотипа: 1, 2, 3, не вызывающие перекрестного иммунитета. Серотип 1 вызывает в 85% случаев паралитические формы болезни

Эпидемиология полиомиелита

Источник инфекции – больной человек или вирусоноситель

Механизм: фекально-оральный и аэрогенный

Пути передачи: пищевой, водный, контактно- бытовой и воздушно-капельный

Факторы передачи: вода, пища, предметы обихода, воздух

Патогенез полиомиелита

Проникнув в клетку, вирус освобождает­ся от своей оболочки («раздевание»), в результате чего высвобождается вирусная РНК. Затем РНК транслируется, при этом образуются белки, отве­чающие за репликацию РНК, подавляющие синтез белков клетки-хозяина, а также структурные ком­поненты капсида вируса. Через 6-8 ч образуются зрелые вирионы, которые выделяются в окружаю­щее пространство при разрушении клетки.

Вирусы полиомиелита проникают в организм через ЖКТ. Патогенез полиомиелита, вызванно­го вакцинным штаммом, напоминает патогенез природного полиомиелита. Основным местом репликации могут быть М-клетки, выстилающие слизистую оболочку тонкой кишки. В процесс вовлекаются регионарные лимфатические узлы, и через 2—3 дня развивается первичная виремия. Вирус оседает в различных органах и тканях, вклю­чая ретикулоэндотелиальную систему, бурую жи­ровую ткань и скелетные мышцы. Вероятно, вирус проникает в ЦНС по периферическим нервам. По­скольку вирусы реплицируются в эндотелии, наи­большей поддержкой пользуется виремическая теория проникновения вирусов полиомиелита в ЦНС. Однако эти вирусы практически никогда не удается выделить из СМЖ больных с паралити­ческой формой полиомиелита, кроме того, у боль­ных с серозным менингитом, вызванным вирусами полиомиелита, никогда не развивается паралича. Первые симптомы инфекции, не связанные с ЦНС, по-видимому, говорят о вторичной виремии, кото­рая развивается вследствие бурной репликации вируса в ретикулоэндотелиальной системе.

Эпидемиология

Энтеровирусные инфекции распространены повсеместно, часто встречается вирусоносительство

Чаще поражают детей младшего возраста

Источники: больной или носитель

Механизм заражения: фекально-оральный

Пути передачи: контактно-бытовой, водный, алиментарный, редко воздушно-капельный

Патогенез.

Вирус внедряется, по-видимому, через слизистую оболочку глотки и другие отделы пищеварительного тракта, проникает в кровь; при явлениях менингита его выделяют из ликвора. Изменения тканей находят в пораженных мышцах сердца, в мозге. Вирусы Коксаки и ECHO вызывают острые энтеровирусные инфекции, которые характеризуются полиморфизмом клинического течения: полиомиелитоподобные заболевания, желудочно-кишечные расстройства, обще лихорадочные заболевания с сыпью и без нее. Чаще вирусы Коксаки А вызывают паралитические формы, сходные с полное миелитом, заболевания дыхательных путей, перикардиты, Коксаки В — асептические миокардиты у детей, лихорадочные заболевания. Для энтеровирусных инфекций характерно наличие стертых и бессимптомных форм болезни, а также кишечное вирусоносительство.

22. Эпидемиология и патогенез коксакивирусного сторматита (герпангины).

Клинические формы

1.Лихорадочная (30-50%, исход благоприятный);

2,Менингеальная (до 40% с менингеальным синдромом и лихорадкой. Двухволновый характер, постинфекционный астенический синдром);

3. Очаговая (8-15%, менингеальные симптомы и очаги поражения НС. Наиболее тяжёлая – параличи шеи и верхних конечностей. Летальность высокая); У 1 – 3 % наблюдается хронически-прогредиентное течение:

 синдром хронического полиомиелита

 синдром бокового амиотрофического склероза

 эпилепсия кожевниковского типа

Динамика появления антител

 через неделю после заражения – антигемагглютинины (РТГА)

 через 2 недели после заражения – комплементсвязывающие (РСК)  через месяц после заражения – вирус нейтрализующие (РН)

Лабораторная диагностика

1. Экспресс-диагностика

 Ag в крови (РНГА, ИФА)

 геном вируса в крови (ПЦР)

2. Вирусологический метод кровь, ликвор интрацеребральное заражения мышей-сосунков 3 – 4 пассажа Ag в мозговой ткани

 РНГА

 РСК

 РН (наиболее специфичная реакция)

3. Серологический метод

 парные сыворотки (в зависимости от динамики появления антител)

Иммунопрофилактика

1. Вакцина (инактивированная культуральная, Энцепур, Энцевир)

2. Иммуноглобулин специфический

 донорский

 гетерологичный

Патогенез

 укус иксодового клеща контактный путь –> Размножение в макрофагах–> Кровь (размножение в эндотелии сосудов)–> тяжёлые множественные кровоизлияния

 полость желудка

 полость кишечника

 лёгкие  кожа (сыпь)

–>[инфекционно-токсический шок с диссеминированным внутрисосудистым свёртыванием крови] Смертность 8 – 12 % (может – до 40 %)

Природа вирусов. Основные свойства вирусов. Признаки «живой» и «неживой» материи.

Царство: Vira

Вирусы =НК(нуклеиновая кислота) + белок

Вирусы – ультрамикроскопические организмы, обладающие только одним типом нуклеиновых кислот, лишенные собственных систем синтеза белка и мобилизации энергии и являющиеся абсолютными внутриклеточными паразитами.

Основные отличия вирусов от других форм жизни

u Ультрамикроскопические размеры (мелкие до 40 нм, средние 40-130 нм, крупные – более 130 нм)
u Содержат только один тип нуклеиновой кислоты (либо РНК, либо ДНК)

u Отсутствуют собственные белоксинтезирующие системы, автономный метаболизм,
u Не способны к росту и бинарному делению

u Репродуцируются дизъюнктивным способом – разобщенность в пространстве и во времени синтеза вирусных компонентов,

u Облигатные внутриклеточные паразиты на молекулярно-генетическом уровне,
u Присуща изменчивость, что ведет к появлению новых инфекционных агентов.

Формы существования вирусных агентов
u Внеклеточная – вирион
u Внутриклеточная – вирус