Aká je zvláštnosť povahy vírusov? Všeobecné charakteristiky vírusov. Patogenéza vírusových ochorení Povaha vírusov a ich štúdium
Na výročnej konferencii Americkej spoločnosti klinickej onkológie, ktorá sa práve konala v San Franciscu, bola senzačná správa vedcov, ktorí objavili v tkanivách pacientov s rakovinou prostaty vírus, ktorý sa predtým vyskytoval len u myší s rakovinou. A keďže je vírus známy, je oveľa jasnejšie, ako vytvárať protinádorové lieky. Mimochodom, vírusovú teóriu rakoviny podložil sovietsky vedec Lev Zilber ešte v 40. rokoch minulého storočia.
Okrem toho bol tento vírus nájdený iba v tkanivách tých pacientov, ktorí majú určitý genetický defekt.
„Nehovoríme, že vírus je priamou príčinou choroby," povedal spoluautor štúdie Dr. Eric Klein z Cleveland Clinic. „Tento vzrušujúci objav však poukazuje na úplne nové možnosti štúdia rakoviny prostaty."
Vedci zatiaľ nevedia, ako sa myšací vírus dostane do ľudského tela, no naznačujú, že môže byť geneticky zdedený. Doktor Klein a jeho kolega Dr. Joe Derisi z Kalifornskej univerzity použili technológiu „genetického čipu“. Podobné diagnosticum vytvorili ruskí vedci z Ústavu molekulárnej biológie Ruskej akadémie vied. Derisi umiestnil na špeciálny tanier charakteristické segmenty genetického materiálu 20 tisíc známych vírusov. Klein mu poskytol 86 vzoriek tkaniva od svojich pacientov s rakovinou prostaty. Z nich boli extrahované vzorky DNA a umiestnené na čip. DNA tých 20 pacientov, u ktorých sa zistil mutantný gén, sa zhodovala s DNA myšacieho onkovírusu. Mutácia je duplikácia génu, ktorý kóduje produkciu enzýmov, ktoré ničia vírusy napadajúce telo.
Ukázalo sa, že muži s dvojitým génom produkujú podstatne menej týchto enzýmov. Spomedzi 66 pacientov s normálnym génom bol vírus zistený len u jedného. Vedci plánujú preskúmať stovky chorých a zdravých ľudí, aby objasnili súvislosť medzi prítomnosťou vírusu a rakovinou prostaty.
Objav amerických vedcov sa stáva ďalším praktickým potvrdením vírusogenetickej teórie rakoviny, ktorú sformuloval Lev Zilber ešte v 40. rokoch dvadsiateho storočia.
Lev Zilber vytvoril teóriu pôvodu rakoviny vo väzení, pred vedeckým svetom o pol storočia
Na otázky Izvestija odpovedá akademik Lev Kiselev, syn Leva Zilbera.
Je známe, že Lev Aleksandrovich vytvoril svoju teóriu v 40-tych rokoch v tábore. Ale vírusová hypotéza už bola vyslovená?
Prvé hypotézy o vírusovej povahe rakoviny boli vyjadrené začiatkom dvadsiateho storočia, vrátane nášho krajana Ilju Mečnikova. Ale Lev Zilber sformuloval holistickú virogenetickú teóriu, ktorá ďaleko predbehla svoju dobu.
- Ale súčasníci neprijali novú teóriu?
Áno, 20 rokov sám dokazoval, že mal pravdu. Až v 60. rokoch sa objavilo prvé experimentálne potvrdenie teórie. Veľkú podporu poskytlo dielo Čecha Jana Svobodu z Ústavu genetiky ČSR, stále žije.
- Dnes nie sú žiadne pochybnosti o správnosti Leva Alexandroviča?
Dnes sa verí, že až 25 % všetkých druhov rakoviny vzniká za účasti onkovírusov. To sa osvedčilo najmä pri rakovine pečene, ktorá je spôsobená chronickými vírusmi hepatitídy B a C a pri rakovine krčka maternice (ľudský papilomavírus). Existujú názory, že choroby, ako je rakovina prsníka, rakovina žalúdka a niektoré ďalšie, nevznikajú bez účasti vírusov. Bolo tiež dokázané, že všetky nádory u zvierat sú spôsobené vírusmi. Slová môjho otca „rakovina je choroba genómu“ sa ukázali ako prorocké, pretože v tom čase bolo rozlúštenie genómu neuveriteľne ďaleko.
Veľký vedec, bystrý človek
Lev Zilber sa narodil v roku 1894 v Pskove. Po absolvovaní lekárskej fakulty pôsobil v Moskve a Baku, podieľal sa na likvidácii moru v ZSSR a vypracoval teóriu kliešťovej encefalitídy naznačujúcu, že vírus choroby prenášali kliešte. Dvakrát bol uväznený za absurdné obvinenia (v rokoch 1937-39 a 1940-44). Jeho brat, spisovateľ Veniamin Kaverin a jeho bývalá manželka Zinaida Ermolyeva, známa ako tvorkyňa „sovietskeho penicilínu“, nezištne bojovali za jeho prepustenie. Je známe, že brat slúžil ako prototyp Sanyi Grigorievovej z Kaverinovho príbehu „Dvaja kapitáni“, milovaného miliónmi ľudí. Román „Otvorená kniha“ je venovaný Ermolyeve.
Zilber vytvoril svoju teóriu pôvodu rakoviny vo väzení, pričom robil experimenty vo vedeckej „sharashke“. Potkany a myši mu chytali väzni, ktorým platil tabakom. Štúdiom mechanizmov vzniku nádoru dospel Zilber k záveru, že keď sa vírus dostane do zdravej bunky, zmení svoj genetický základ, bunka sa tak vymyká kontrole tela a začne sa nerušene deliť – takto vzniká nádor. Prvý článok o svojej teórii uverejnil Lev Aleksandrovich v našich novinách v roku 1945. V tom istom roku vyšla jeho monografia na túto tému.
Zdroj:
Ďalšie články v sekcii Zdravie:
| 14. decembra 2016 |
20. mája 2016 |
17. mája 2016 |
| 22. novembra 2015 |
Vírusy objavil ruský botanik D.I. Ivanovský (1864 – 1920) v roku 1892 pri štúdiu mozaikovej choroby listov tabaku. Pojem „vírus“ prvýkrát navrhol v roku 1898 holandský vedec M. Beijerinck (1851 – 1931).
V súčasnosti je známych asi 3000 rôznych typov vírusov.
Veľkosti vírusov sa pohybujú od 15 do 350 nm (dĺžka niektorých vláknitých dosahuje 3 000 nm; 1 nm = 1·10–9 m), t.j. väčšina z nich nie je viditeľná vo svetelnom mikroskope (submikroskopická) a ich štúdium bolo možné až po vynáleze elektrónového mikroskopu.
Na rozdiel od všetkých ostatných organizmov vírusy nemajú bunkovú štruktúru!
Zrelá vírusová častica (t.j. extracelulárna, pokojová – virion) štruktúra je veľmi jednoduchá: pozostáva z jednej alebo viacerých molekúl nukleových kyselín, ktoré tvoria jadro vírus a proteínový obal (capsid)- ide o tzv jednoduché vírusy.
Komplexné vírusy(Napríklad, herpes alebo chrípka) okrem toho kapsidové proteíny a nukleová kyselina obsahujú ďalšie lipoproteín membrána(obal, superkapsida vytvorená z plazmatickej membrány hostiteľskej bunky), rôzne sacharidy A enzýmy(obr. 3.1).
Enzýmy uľahčujú prienik vírusovej NK do bunky a uvoľnenie vzniknutých viriónov do prostredia ( neuraminidáza myxovírusy, ATPáza A lyzozým niektoré fágy a pod.), zúčastňujú sa aj na procesoch transkripcie a replikácie vírusových NK (rôzne transkriptázy A replika).
Proteínová škrupina chráni nukleovú kyselinu pred rôznymi fyzikálnymi a chemickými vplyvmi a tiež zabraňuje prenikaniu bunkových enzýmov do nej, čím zabraňuje jej rozkladu (ochranná funkcia). Kapsida tiež obsahuje receptor, ktorý je komplementárny k receptoru infikovanej bunky – vírusy infikujú presne definovaný okruh hostiteľov (definujúca funkcia).
Viriony má mnoho rastlinných vírusov a množstvo fágov špirála kapsida, v ktorej sú bielkovinové podjednotky (kapsoméry) usporiadané do špirály okolo osi. Napríklad VTM ( vírus tabakovej mozaiky) má tvar tyčiniek s priemerom 15–17 nm a dĺžkou do 300 nm (obr. 3.2.). Vo vnútri jeho kapsidy je dutý kanál s priemerom 4 nm. Genetický materiál TMV je Ryža. 3.2.
Štruktúra vírusu tabakovej mozaiky.
V drážke špirálovitej kapsidy je tesne zbalená jednovláknová RNA. Pre virióny so špirálovou kapsidou sa vyznačuje vysokým obsahom bielkovín (90 – 98 %) v pomere k
Kapsidy viriónov mnohých vírusov (napr. adenovírus, vírus herpes, žltý vírus repíkové mozaiky– VZhMT) majú tvar symetrického mnohostena, najčastejšie dvadsaťstena (mnohosten s 12 vrcholmi, 20 trojuholníkovými plochami a 30 hranami). Takéto kapsidy sa nazývajú izometrický(obr. 3.3.). V takýchto viriónoch je obsah proteínu asi 50 % vzhľadom na NK.
Vírus obsahuje vždy jeden typ nukleovej kyseliny (buď DNA alebo RNA), preto sa všetky vírusy delia na DNA-obsahujúce a RNA-obsahujúce. Molekuly nukleovej kyseliny vo virióne môžu byť lineárne (RNA, DNA) alebo prstencového tvaru (DNA). Okrem toho môžu tieto nukleové kyseliny pozostávať z jedného alebo dvoch reťazcov. Vírusová NK má 3 až 200 génov.
Nukleová kyselina vírusu spája funkcie oboch kyselín (DNA a RNA) – uchovávanie a prenos dedičných informácií, ako aj riadenie syntézy bielkovín.
Na rozdiel od vírusov všetky bunkové organizmy obsahujú oba typy nukleových kyselín.
Bakteriálne vírusy majú zložitejšiu štruktúru - bakteriofágy(obr. 3.4.). Skladajú sa z hlavy a chvosta (tyč a puzdro, bazálna doska a procesné vlákna). Dlhá molekula NA (RNA alebo DNA) je zložená do špirály vo vnútri hlavy bakteriofága (proteínového obalu).
Patria sem aj vírusy viroidov– infekčné agens, ktoré sú nízkomolekulárne (krátke) jednovláknové kruhové RNA, ktoré nekódujú svoje vlastné proteíny (chýba im kapsida). Sú pôvodcami mnohých chorôb.
TO
IN
Ryža. 3.4.
Štruktúra bakteriofága. Vlákna procesu
Vedci sa domnievajú, že vírusy vznikli asi pred 3 miliardami rokov z nukleových kyselín organizmov (prokaryoty) ako výsledok izolácie voľných fragmentov z genómu, ktoré získali schopnosť syntetizovať proteínový obal a deliť sa (zdvojiť, replikovať) vo vnútri buniek. Predpokladá sa, že stále vznikajú nové typy vírusov z genómu baktérií a eukaryoty(jadrá, plastidy, mitochondrie) .
V prírode majú vírusy veľký význam, pretože sú všadeprítomné a postihujú všetky skupiny živých organizmov a často spôsobujú rôzne choroby.
Je známych viac ako 1000 chorôb rastliny spôsobené vírusmi (obsahujúce RNA). Najčastejšie sú rôzne nekróza(oblasti odumretého tkaniva), mozaiky(škvrny, fľaky, pruhy na rastlinných orgánoch), pri ktorých je poškodené tkanivo parenchýmu, znižuje sa počet chloroplastov, ničí sa floém atď.; sú pozorované zvrásnené alebo zakrpatené listy. Vírusy spôsobujú spomalenie rastu rastlín, čo vedie k zníženiu výnosov.
VZhMT – vírus žltej mozaiky vodnice, VTM – vírus tabakovej mozaiky, VKKT – paradajkový trpasličí bushiness vírus.
Vzhľad prúžkov na kvetoch niektorých odrôd tulipánov (pestrofarebných) je tiež spôsobený vírusom, ale pestovatelia kvetov tieto tulipány predávajú a vydávajú ich za špeciálnu odrodu.
U zvierat vírusy (obsahujúce DNA a RNA) spôsobujú ochorenia ako: slintačka a krívačka(u dobytka) besnota(u psov, líšok, vlkov), myxomatóza(u potkanov) sarkóm, leukémia A mor(u kurčiat) atď. Veľmi často sa ľudia nakazia týmito chorobami (kontaktom s infikovanými zvieratami).
U osoba Vírusy spôsobujú choroby ako: kiahne(vírus variola) prasiatko(paramyxovírus), chrípka(myxovírus), dýchacie choroby(ARI; rinovírusy RNA-), infekčná hepatitída, detská obrna(dojčenská paralýza; pikornavírus), besnota, herpes, AIDS(vírus ľudskej imunodeficiencie - HIV).
Chrípka - jediná infekčná choroba, ktorá sa prejavuje vo forme periodických globálnych epidémií, ktoré sú nebezpečné pre ľudský život. Infekčné vlastnosti vírusu chrípky (postihuje sliznice dýchacích ciest), podobne ako iné vírusy, závisia od špecifických proteínov vírusového obalu, ktoré sa neustále menia v dôsledku rekombinácií alebo mutácií. Preto nové kmene vírusu chrípky spôsobujú nové epidémie, keďže ľudia si voči nim ešte nevyvinuli imunitu.
V zime 1968/69 tak bolo v USA zaregistrovaných 50 miliónov prípadov hongkongská chrípka pričom zomrelo 70 000 ľudí. Epidémia z rokov 1918/19 zachvátila celú zemeguľu, prebehla v troch vlnách a vyžiadala si 20 miliónov ľudských životov.
Vírusové ochorenia sa ťažko liečia, pretože vírusy nie sú citlivé na antibiotiká. Našťastie v mnohých prípadoch imunitný systém obmedzuje ďalšie šírenie infekcie.
Je možné predchádzať mnohým vírusovým ochoreniam ľudí a zvierat imunizácia– vykonávanie preventívnych očkovaní, ktoré vám umožnia vyvinúť imunitu proti vírusom.
Vírusy sú široko používané ľuďmi v mikrobiologickom výskume (biotechnológia, genetické inžinierstvo). Na kontrolu škodcov plodín je možné použiť vírusy.
V USA s vatový tampónúčinne bojovať s pomocou vírusu. Tento spôsob kontroly je prakticky neškodný - vírus je spravidla druhovo špecifický (to znamená, že postihuje iba určitý typ organizmu).
Zistilo sa tiež, že napr. vírus nekrotickej mozaiky ryže inhibuje rast ryže. Ale iné rastliny, napr. juta(zdroj hrubých vlákien pre tašky a laná), rastú lepšie, keď sú postihnuté týmto vírusom, ako keď sú zdravé. Tento jav vedci zatiaľ nevedia vysvetliť.
Bakteriofágy infikujú baktérie (prenikajú a aktívne ich ničia), vrátane patogénnych. Preto je možné ich použiť na prevenciu a liečbu mnohých infekčných chorôb a na boj proti patogénnym baktériám: mor, týfus, cholera atď.
Prednáška 1
Povaha, pôvod a štruktúra vírusov.
Modul 1
Integrovaný účel modulu
Komplexným cieľom modulu je poskytnúť študentom pochopenie základných vlastností vírusov: ich povaha, pôvod, architektúra a morfológia vírusových častíc, typy symetrie a chemické vlastnosti vírusov. Tieto informácie by sa mali stať teoretickým základom pre ďalšie pochopenie biologickej podstaty vírusov, ktorá sa prejavuje v procesoch reprodukcie a vírusovej patogenézy. Modul pozostáva z troch prednášok, ktorých materiál umožňuje riešiť stanovený cieľ.
POVAHA VÍRUSOV
Od čias objavenia vírusov až po súčasnosť prešli predstavy o povahe vírusov výraznými zmenami.
D.I. Ivanovsky a ďalší výskumníci tej doby zdôraznili dve vlastnosti vírusov, ktoré ich umožnili izolovať od všeobecnej masy mikroorganizmov: filtrovateľnosť a neschopnosť reprodukovať sa vo všetkých umelých živných médiách. Neskôr sa ukázalo, že tieto vlastnosti nie sú absolútne, keďže boli objavené filtrovateľné formy baktérií a mykoplazmy rastúce na umelých živných médiách, ktoré sa veľkosťou blížia k najväčším vírusom (vírusom kiahní u ľudí a zvierat).
Avšak aj v prípade, keď k integrácii nedôjde a vírusový genóm je v autonómnom stave, je výskyt infekcie spôsobený konkurenciou medzi vírusovým a bunkovým genómom.
Medzi jedinečné vlastnosti vírusu patrí jeho spôsob rozmnožovania, ktorý sa výrazne líši od spôsobov rozmnožovania všetkých ostatných buniek a organizmov (binárne štiepenie, pučanie, tvorba spór). Vírusy nerastú a ich rozmnožovanie sa označuje ako disjunktívna (oddelená) reprodukcia, ktorá zdôrazňuje nejednotnosť v priestore (na území bunky) a čase syntézy vírusových zložiek (nukleových kyselín a proteínov) s následným zložením a tvorbou. viriónov.
V súvislosti s vyššie uvedeným sa neraz rozprúdili diskusie o tom, čo sú vírusy – živé či neživé, organizmy či neorganizmy. Samozrejme, vírusy majú základné vlastnosti všetkých ostatných foriem života – schopnosť rozmnožovania, dedičnosť, variabilita, prispôsobivosť podmienkam prostredia; zaberajú určitú ekologickú niku, podliehajú zákonitostiam vývoja organického sveta na zemi. Preto sa v polovici 40. rokov rozvinula myšlienka vírusov ako najjednoduchších mikroorganizmov. Logickým vývojom týchto názorov bolo zavedenie termínu „virion“, ktorý označoval extracelulárneho vírusového jedinca. S rozvojom výskumu molekulárnej biológie vírusov sa však začali hromadiť fakty, ktoré sú v rozpore s myšlienkou vírusov ako organizmov.
Absencia ich vlastných systémov syntetizujúcich proteíny, disjunktívny spôsob reprodukcie, integrácia s bunkovým genómom, existencia satelitných vírusov a defektných vírusov, fenomény viacnásobnej reaktivácie a komplementácie – to všetko veľmi nezapadá do myšlienky vírusy ako organizmy. Táto myšlienka stráca ešte väčší význam, keď sa obrátime na štruktúry podobné vírusom – plazmidy, viroidy a agens, ako je patogén klusavky.
Plazmidy (iné názvy - epizómy, epivírusy) sú dvojvláknová kruhová DNA s molekulovou hmotnosťou niekoľko miliónov, replikovaná bunkou. Prvýkrát boli objavené u prokaryotov a ich existencia je spojená s rôznymi vlastnosťami baktérií, ako je napríklad odolnosť voči antibiotikám. Pretože plazmidy zvyčajne nie sú spojené s bakteriálnym chromozómom (hoci mnohé sú schopné integrácie), považujú sa za extrachromozomálne faktory dedičnosti.
Plazmidy boli objavené aj v eukaryotoch (kvasinky a iné huby), navyše obyčajné vírusy vyšších živočíchov môžu existovať aj vo forme plazmidov, teda kruhovej DNA, bez vlastných proteínov a replikovanej enzýmami bunkovej syntézy DNA. Vo forme plazmidov môžu existovať najmä bovinné papilomavírusy a opičí vírus 40 (SV-40). Keď herpes vírus pretrváva v bunkovej kultúre, môžu sa vytvoriť plazmidy - kruhová DNA, ktoré tvoria iba časť genómu tohto vírusu.
S vírusmi sú príbuzné viroidy, činidlá objavené T. O. Dinerom v roku 1972, ktoré spôsobujú choroby niektorých rastlín a môžu sa prenášať ako bežné infekčné vírusy. Pri ich štúdiu sa ukázalo, že ide o relatívne malé molekuly kruhovej nadzávitnicovej RNA, pozostávajúcej z niekoľkých, 300-400 nukleotidov. Mechanizmus replikácie viroidov nie je úplne jasný.
Nakoniec treba spomenúť pôvodcu klusavky, pôvodcu subakútnej prenosnej spongiformnej encefalopatie oviec. Pravdepodobne podobné činidlá spôsobujú u zvierat a ľudí iné formy spongiformnej encefalopatie, ktoré sú založené na postupnej deštrukcii nervových buniek, v dôsledku čoho mozog získava spongiformnú (spongioformnú) štruktúru. Pôvodca klusavky má bielkovinovú povahu a dokonca dostal špeciálny názov - prión (od slov bielkovinová infekčná častica - bielkovinová infekčná častica). Predpokladá sa, že tento proteín je induktorom aj produktom nejakého bunkového génu, ktorý sa stal autonómnym a unikol regulácii („zbláznil sa“).
Všetky vírusy, vrátane satelitných a defektných vírusov, plazmidov, viroidov a dokonca aj pôvodcov klusavky (ich gény), majú niečo spoločné, čo ich spája. Všetky z nich sú autonómne genetické štruktúry schopné fungovať a reprodukovať sa v bunkách zvierat, rastlín, prvokov, húb a baktérií, ktoré sú na ne citlivé. Toto je zrejme najvšeobecnejšia definícia, ktorá nám umožňuje načrtnúť kráľovstvo vírusov. Na základe formulovanej definície sú vírusy, hoci nie sú organizmy, napriek tomu jedinečnou formou života, a preto sa riadia zákonmi vývoja organického sveta na Zemi.
PÔVOD VÍRUSOV
O pôvode vírusov boli urobené rôzne predpoklady. Niektorí autori sa domnievali, že vírusy sú výsledkom extrémneho prejavu regresívneho vývoja baktérií alebo iných jednobunkových organizmov. Hypotéza regresívnej evolúcie nemôže vysvetliť rozmanitosť genetického materiálu vo vírusoch, ich nebunkovú organizáciu, disjunktívny spôsob reprodukcie a absenciu systémov syntetizujúcich proteíny. Preto má v súčasnosti táto hypotéza skôr historický význam a väčšina virológov ju nezdieľa.
Podľa druhej hypotézy sú vírusy potomkami dávnych, predbunkových foriem života – protobiontov, ktoré predchádzali objaveniu sa bunkových foriem života, od ktorých sa začala biologická evolúcia. Túto hypotézu v súčasnosti tiež väčšina virológov nezdieľa, pretože nevysvetľuje tie isté problémy, ktoré prvá hypotéza nedokázala vyriešiť.
Tretia hypotéza naznačuje, že vírusy sa vyvinuli z genetických elementov buniek, ktoré sa stali autonómnymi, aj keď nie je jasné, ktorý z týchto elementov viedol k vzniku tak širokej škály genetického materiálu vo vírusoch. Táto hypotéza, ktorá sa ironicky nazývala hypotéza „bežiacich génov“, nachádza najväčší počet priaznivcov, ale nie v pôvodnej podobe, v akej bola vyjadrená, pretože nevysvetľuje prítomnosť foriem genetického materiálu vo vírusoch (jedno- reťazcová DNA, dvojvláknová RNA), chýbajúce v bunkách, tvorba kapsíd, existencia dvoch foriem symetrie atď.
Je pravdepodobné, že vírusy sú skutočne derivátmi genetických prvkov buniek, ale vznikli a vyvíjali sa spolu so vznikom a vývojom bunkových foriem života. Príroda takpovediac skúšala všetky možné formy genetického materiálu (rôzne typy RNA a DNA) na vírusoch, kým si napokon vybrala svoju kanonickú formu – dvojvláknovú DNA, spoločnú pre všetky bunkové formy organizmov, od baktérií až po ľudí. Vírusy, ktoré sú na jednej strane autonómnymi genetickými štruktúrami a na druhej strane nie sú schopné vyvíjať vonkajšie bunky, prešli v priebehu miliárd rokov biologickej evolúcie takými rôznorodými cestami vývoja, že ich jednotlivé skupiny nemajú postupné spojenie s navzájom. Zrejme rôzne skupiny vírusov vznikli v historicky odlišných časoch z rôznych genetických prvkov buniek a preto v súčasnosti existujúce rôzne skupiny vírusov majú polyfyletický pôvod, to znamená, že nemajú jediného spoločného predka. Univerzálnosť genetického kódu sa však vzťahuje aj na vírusy, čo naznačuje, že aj ony sú produktom organického sveta Zeme.
ÚLOHA VÍRUSOV V EVOLÚCII
Keďže vírusy ako špeciálne formy života nie sú mikroorganizmy, virológia nie je odvetvím mikrobiológie, ale samostatnou vednou disciplínou, ktorá má svoj vlastný predmet štúdia a vlastné metódy výskumu.
Povaha a pôvod vírusov
Antigénna variabilita vírusu chrípky a aspekty jeho štúdia.
Riešenie na získanie účinných oslabených variantov vírusu chrípky bráni jedinečná plasticita a variabilita jeho antigénnych vlastností. Takmer každoročné epidémie chrípky v rôznych intervaloch sa stávajú globálnymi. V posledných rokoch je infekciou spôsobujúcou pandémie vírus chrípky A. Analýza antigénnych posunov v rámci každého z jeho troch typov ukazuje, že k zmene antigénneho zloženia kmeňov vírusu typu AO na typ A dochádzalo postupne a k prechodu z typu A1 do A2 bol ostrý.
Po tom, čo bolo v roku 1957 zaznamenané, že sa v prírode objavil nový sérologický typ A2, zdal sa istý čas stabilný, hoci došlo k miernym zmenám. Ale už v roku 1964 sa stali významnými a po epidémii v Hongkongu sa vírusy tak dramaticky líšili, že sa predpokladalo, že vznikol nový antigénny typ A. Počas evolúcie vírusu sa zmenili nielen antigénne vlastnosti povrchových proteínov. , ale aj iné vlastnosti. Kmeň vírusu chrípky izolovaný počas epidémie v rokoch 1971-1972, na rozdiel od predtým cirkulujúcich kmeňov, výrazne zvýšil svoju reprodukčnú a neuraminidázovú aktivitu, prudko zvýšil termostabilitu vírusov a získal schopnosť pravidelne spôsobovať virémiu u myší (Zakstelskaya et al., 1969 Sokolov, Podchernyaeva, 1975).
Ak boli predtým vírusy typu B relatívne stabilné, potom od roku 1967 dochádza k nepretržitým zmenám (Seihachiro, Mitsuo, 1974). V apríli až máji 1974 boli izolované nové kmene vírusu chrípky, z ktorých B/Hong Kong 15/72 sa považuje za nový variant a iné za medzistupeň medzi starými a novými kmeňmi, čo nám umožňuje revidovať údaje o antigénnu stabilitu vírusu chrípky B a naznačujú vznik nového sérotypu.
Vzniká tak obraz významných antigénnych zmien v rámci typov A a B. To, prirodzene, priťahuje veľkú pozornosť vedcov zaoberajúcich sa problémom chrípky. Keďže ani prítomnosť intenzívnej imunity v populácii nemôže spôsobiť také veľké antigénne zmeny vo víruse chrípky, bola vyslovená hypotéza o periodicite rekombinácií, ktoré sa vyskytujú medzi ľudskými a zvieracími vírusmi chrípky, ako aj medzi ľudskými a vtáčími vírusmi. Pri rozvíjaní tejto hypotézy sa ukázalo, že chrípka prirodzene postihuje ošípané, kone, morky, kurčatá, kačice, rybáriky a tento zoznam stále rastie. V krvnom sére majú protilátky proti vírusom ľudskej chrípky. To nie je prekvapujúce, pretože fragmentácia genómu vírusu chrípky určuje možnosť nielen intrašpecifickej, ale aj interšpecifickej rekombinácie.
Preparatívna separácia neuraminidázy a hemaglutinínu otvára vyhliadky na hĺbkovú analýzu vzťahu medzi jednotlivými charakteristikami. Niektorí výskumníci (Webster a. o., 1973; Gorev a kol., 1974) poznamenávajú, že rekombinantný vírus súčasne s hemaglutinínom získava virulenciu. Existuje súbor rekombinantov so špecifikovaným hemaglutinínom a neuraminidázou.
V súčasnosti mnohé virologické laboratóriá po celom svete študujú epizootiku chrípky a analyzujú antigénne vzťahy s ľudskou chrípkou. Prácu v tomto smere koordinuje a stimuluje WHO. Zložitosť tohto problému si vyžaduje nejednoznačný prístup k jeho riešeniu. Paralelné hľadanie iných prístupov k tejto problematike by sa nemalo považovať za alternatívy.
V 40-50 rokoch bol experimentálne dokázaný vznik antigénnych variantov pri prechode vírusu v tele imunizovaných zvierat (Archetti, Horsfoll, 1960). Tieto zmeny boli celkom perzistentné, vírusy si zachovali svoju novú antigénnu špecificitu v sériových pasážach in ovo a v neprítomnosti imunoséra. Navyše dlhodobé prechody vírusu chrípky cez telá neimunizovaných zdravých zvierat menia jeho biologické vlastnosti. Napríklad K. Paucker (1960) počas pasáží kmeňa PR8 dostával dlhý čas vírus, ktorý bol antigénne odlišný od pôvodného a nepodobný iným typom chrípkového vírusu. Autor sa domnieva, že medzi pasážami 103 a 107 sa vytvoril mutant, ktorý následne nahradil pôvodný vírus. Podobné údaje poskytuje K. Zgozelska a kol., (1973).
Vidíme tu prejav základného zákona vývoja akejkoľvek populácie, vrátane vírusovej – genofond populácie sa v čase mení: na jednej strane sa vyčerpáva v dôsledku vymierania organizmov obsahujúcich jednotlivé gény, dochádza k ich úbytku, ale aj k ich úbytku. a na druhej strane sa obohacuje v dôsledku mutácií, ktoré vedú k vzniku nových génov.
Práca S. Fazekasa de Sent Grotha, C. Hannouna (1973) o selekcii spontánnych antigénnych mutantov vírusu chrípky A pod „imunopresom“ (t. j. v prítomnosti imunoséra) umožnila reprodukovať hierarchické usporiadanie vírusov v rámci každého typu. Navyše vo všetkých svojich záveroch vychádzal z ukazovateľov prierezového RZGA. V experimentoch na selekcii neskorých mutantov získaných pomocou protilátok dokázal reprodukovať prirodzený proces selekcie epidemických kmeňov. Navrhol tiež jednoduchý model interakcie protilátky s antigénom. Autor prezentoval antigénnu zónu proteínového obalu vírusu vo forme malého počtu aminokyselinových proteínových reťazcov vyčnievajúcich za povrch vírusu. Schematicky to vyzerá ako vidlica so zubami rôznych dĺžok a šírok a zodpovedajúce protilátky sú dutiny komplementárne k niektorým alebo všetkým zubom. Kontakt antiséra s príbuzným antigénom teda vedie k eliminácii homológnych antigénov a antigény s nekomplementárnymi oblasťami, t.j. mutanty, zostávajú v populácii.
Tento diagram predstavuje logický vývoj základných princípov imunológie, ktoré sa objavili v 40. rokoch, o interakcii antigénu a protilátky a teórii biosyntézy protilátok. Podľa týchto prác má aktívna skupina protilátok konfiguráciu dodatočnú ku konfigurácii určujúcej skupiny antigénu. Predpokladalo sa, že tieto skupiny sa k sebe vzťahujú tak, ako sa objekt vzťahuje k svojmu zrkadlovému obrazu. K. Landsteiner (1946) uskutočnil pokusy s umelým antigénom získaným komplexovaním molekúl proteínu s rôznymi nízkomolekulárnymi zlúčeninami, ktoré ukázali, že špecifickosť tohto antigénu môže byť určená len malou skupinou naviazanou na proteín. Protilátky „nerozpoznajú“ antigén, ak sa líši iba polohou metylovej skupiny v aromatickom kruhu od tej, ktorá stimulovala tvorbu týchto protilátok, alebo priestorovou polohou hydroxylu (Boyd 1969).
Ak sa teda vrátime k problematike antigénnej variability vírusu, môžeme konštatovať selekčnú úlohu protilátok v tomto procese. Ako mutantné častice vznikajú vo vírusovej populácii je jednou z otázok, ktoré je potrebné zodpovedať, aby sme pochopili vývoj chrípkových vírusov.
Každá vírusová populácia obsahuje spontánne mutanty, ktoré vznikajú v dôsledku pôsobenia vonkajších alebo vnútorných faktorov. V závislosti od získaných vlastností môže mať mutant výhodu v reprodukcii a prevládať v populácii. V niektorých prípadoch je možné identifikovať faktor, ktorý zohral rozhodujúcu úlohu pri vzniku mutanta. Pandémia z roku 1918 je predmetom najväčšieho záujmu výskumníkov zaoberajúcich sa problémom chrípky, pretože jej vírus bol pre ľudí extrémne patogénny. Retrospektívna analýza tohto vírusu viedla niektorých výskumníkov k presvedčeniu, že pandémiu spôsobil vírus prasacej chrípky izolovaný v roku 1930, pretože kmene majú antigény súvisiace s antigénmi prasacích vírusov. Z iného pohľadu je nárast aktivity vírusu spôsobený objavením sa mutantných častíc pod vplyvom horčičného plynu, ktorý sa používal počas prvej svetovej vojny, teda pred pandemickou vlnou chrípky (Blashkovich 1966). Horčičný plyn je skutočne extrémne silné biologicky aktívne chemické činidlo. Jeho mutagénna aktivita bola prvýkrát preukázaná C. Auerbachom a T. M. Robsonom (1946). Zároveň sa zistilo, že horčičný plyn má priamy mutagénny účinok na chromozómy. Neskôr sa zistilo, že horčičný plyn môže spôsobiť mutácie vírusov a baktérií. V dôsledku toho nemožno vylúčiť jeho možnú úlohu mutagénneho činidla, ak vezmeme do úvahy, že chemické a fyzikálne faktory môžu spôsobiť genetické zmeny biologických objektov vo všetkých štádiách vývoja a vírusy zjavne nie sú výnimkou.
Faktory, ktoré môžu v prirodzených podmienkach pôsobiť ako mutagény, zahŕňajú farmakologické liečivá. Existujú práce, ktoré analyzujú vzťah medzi teratogénnou aktivitou a chemickou štruktúrou molekúl liečiva; V mikroorganizmoch sa pozoruje podobný fenomén rozsiahleho výskytu mutantných foriem rezistentných na liečivá. Na vrchole chrípky, keď sa vírus rozmnožuje v tele, pacienti užívajú lieky, ktoré sú syntetickými chemickými zlúčeninami.
Je známe, že antivírusové látky sú celkom účinné iba vtedy, ak sú schopné selektívne potlačiť syntézu nukleových kyselín, to znamená, že prichádzajú do priameho kontaktu s genetickým aparátom. Zdá sa, že vďaka zvláštnostiam genómu vírusu chrípky je hranica medzi čisto antivírusovými a mutagénnymi účinkami chemických zlúčenín ľahko prekročená.
Naše experimenty študujúce vplyv chemických zlúčenín na antigénnu špecifickosť chrípkových vírusov patriacich do sérotypu AO ukázali, že niektoré zlúčeniny z triedy supermutagénov môžu spôsobiť zmeny, ktoré nepresahujú homológny sérotyp. Najmä prví dvaja zástupcovia nitrózoalkylmočovín vyvolali mutácie tohto znaku (Chulanova, 1968; Akhmatullina et al. 1974). Použili sme nami navrhovanú modifikáciu RZGA, ktorá umožnila stanoviť koeficient Ap a na jeho základe určiť mieru rozdielu v antigénnej špecifickosti divokých a mutantných vírusov.
Experimenty s veľkým súborom chemických zlúčenín odhalili medzi nimi ďalšie činidlo - 1,4-bis-diazoacetylbután, ktorý je aktívny v mutácii na základe antigénovej špecifickosti. Použili sme aj imunopressovú metódu, po expozícii mutagénu bol vírus pasážovaný v prítomnosti homológneho séra. Nemodifikované vírusové častice boli neutralizované komplementárnymi protilátkami a boli vytvorené selektívne podmienky pre indukované mutanty. Výsledné antigénne mutanty boli študované v teste krížovej reakcie so sérom na divoké a mutantné vírusy a v precipitačnej reakcii a ukázali významné antigénne posuny.
Ďalšie experimentálne štúdium indukovaných mutantov s použitím veľkého súboru chemických zlúčenín teda poskytne informácie o skúmanom probléme.
Chrípka. Liečba a prevencia.
Chrípka je akútne infekčné ochorenie horných dýchacích ciest. Chrípka, ktorá je sama o sebe nebezpečná, zhoršuje priebeh iných chronických ochorení a spôsobuje vážne komplikácie kardiovaskulárneho a centrálneho nervového systému, tráviacich orgánov, obličiek atď. Chrípka je najnebezpečnejšia pre deti a starších ľudí. Rýchlosť šírenia chrípky, závažnosť ochorenia, frekvencia komplikácií a niekedy smrť – to všetko robí jej prevenciu obzvlášť dôležitou. Ľudia, ktorí sa venujú športu a gymnastike, majú oveľa menšiu pravdepodobnosť, že budú vystavení vírusu chrípky. Je známych niekoľko typov vírusu chrípky – A, B, C atď.; pod vplyvom environmentálnych faktorov sa ich počet môže zvýšiť. Vzhľadom na to, že imunita proti chrípke je krátkodobá a špecifická, je možné opakované ochorenie v jednej sezóne. Podľa štatistík chrípkou ročne trpí v priemere 20 – 35 % populácie.
Zdrojom infekcie je chorý človek; Ako šíritelia vírusu sú najnebezpečnejší pacienti s miernou formou vírusu, keďže sa neizolujú včas – chodia do práce, využívajú verejnú dopravu, navštevujú miesta zábavy.
Infekcia sa prenáša z chorých na zdravých prostredníctvom vzdušných kvapôčok pri rozprávaní, kýchaní, kašľaní alebo prostredníctvom domácich potrieb.
Latentné obdobie chrípky trvá od 1 – 12 hodín do 3 dní. Choroba začína akútne: prudké zvýšenie teploty na 38-400, zimnica, bolesť hlavy, bolesť kostí a svalov, celková slabosť; objavuje sa bolesť a bolesť hrdla, poruchy chuti a vône; Po 12-24 hodinách sa objaví výtok z nosa.
Teplota trvá 1-3 dni, niekedy až 6-7 dní. Spravidla sa do konca prvého týždňa teplota vráti do normálu. Pri správnej liečbe a starostlivosti dôjde k zotaveniu za 7-9 dní.
Pri podozrení na chrípku treba pacienta izolovať a uložiť do postele. Toto sa musí urobiť pred príchodom lekára. Vzhľadom na to, že chrípkové patogény sú vo vonkajšom prostredí veľmi nestabilné a pod vplyvom kyslíka a dezinfekčných prostriedkov sa ľahko ničia, miestnosť musí byť pravidelne vetraná. Aspoň raz denne miestnosť namokro vyčistite pomocou bielidla, formaldehydu, sódy, chlóramínu a mydla na pranie.
Pacient musí mať individuálne jedlá. Riad a čajový riad pacienta je potrebné umyť vriacou vodou a sódou bikarbónou alebo ošetriť 5 % roztokom chlóramínu. Systematická dezinfekcia spodnej bielizne a posteľnej bielizne pacienta varením v mydlovom roztoku je povinná.
Všetky lieky predpísané lekárom by sa mali skladovať na špeciálne určenom mieste. Okrem liekov je vhodné počas všetkých období ochorenia piť veľa tekutín: čaj s medom alebo citrónom, brusnicový džús, teplé mlieko, ovocné a zeleninové šťavy. Jedlo musí mať vysoký obsah kalórií. Je potrebné prísne dodržiavať pokyny lekára. Samoliečba je neprijateľná. Lieky nemožno užívať bez lekárskeho predpisu. Osobitnú opatrnosť treba venovať antibiotikám a sulfónamidom – nepôsobia na vírus chrípky a ak sa užívajú bez povolenia a nepresného dávkovania, môžu vyvolať alergické reakcie. Čo však môžete bezbolestne použiť, sú kúpele na nohy, horčičné obklady, cibuľa, cesnak. Silice obsiahnuté v cibuli a cesnaku, ktoré sa uvoľňujú pľúcami, zvyšujú sekréciu hlienu a tým uľahčujú vykašliavanie pri ochoreniach dýchacích ciest.
Zdravotníctvo má aj množstvo špecifických protichrípkových látok, medzi ktoré patrí predovšetkým živá vakcína a špeciálne sérum s obsahom ochranných proteínov. Lieky zavedené do praxe sú interferón a oxolínová masť.
Otužovanie, vyvážená strava, čerstvý vzduch a včasná liečba chronických ochorení vám pomôže predchádzať prechladnutiu, najmä chrípke.
Predpokladá sa, že vírusy (z lat. vírus- jed) - niečo škaredé, čo neprináša nič iné ako problémy. Ale toto je vážna chyba. Vírusy sú kľúčovými tvorcami živej prírody a motormi jej vývoja.
Jedným z hlavných argumentov proti hypotéze, že vírusy „unikli“ z buniek, je skutočnosť, že vírusové genetické systémy sú oveľa rozmanitejšie ako bunkové. Ako je známe, bunkové organizmy majú len dvojvláknové - lineárne alebo kruhové - DNA genómy. A genóm vírusu môže byť reprezentovaný jednovláknovými aj dvojvláknovými molekulami RNA alebo DNA, lineárnymi alebo kruhovými. Existujú aj systémy, ktoré využívajú reverznú transkripciu. V retrovírusoch (napríklad niektoré onkovírusy, HIV) a pararetrovírusoch (vírusy hepatitídy B, karfiolová mozaika a pod.) sa teda na templáte RNA syntetizuje jeden z reťazcov genómovej DNA. Vírusy, na rozdiel od bunkových organizmov, implementujú všetky teoreticky možné spôsoby uchovávania a vyjadrovania genetickej informácie.
Druhým dôležitým argumentom proti tomu, aby sa vírusy považovali za pochádzajúce z buniek, je, že existuje veľa vírusových génov, ktoré v bunkových organizmoch neexistujú. Bunkové organizmy sa nielen vyvinuli z vírusov, ale od nich zdedili (a naďalej dedia) významnú časť svojho genetického materiálu. V tomto smere sú obzvlášť zaujímavé endogénne vírusy (časti genómu RNA alebo DNA vírusov integrované do genómu bunky), medzi ktorými prevládajú gény odvodené od retrovírusov. Predpokladá sa, že cicavce zdedili viac ako polovicu svojho genómu od vírusov a ich najbližších príbuzných - „sebeckých“ genetických prvkov, napríklad plazmidov a transpozónov. Vírusy sú teda spolurodičmi ľudí. Často sú génové sekvencie endogénnych vírusov, ktoré sa nachádzajú vo veľkom počte v ľudskom genóme, zmenené a už nekódujú proteíny. Existuje dobrý dôvod domnievať sa, že takéto sekvencie sa podieľajú na regulácii bunkových génov, hoci ich špecifické biologické funkcie sú často neznáme. Niečo dôležité však vieme: napríklad proteín syncytín, ktorý je kódovaný obalovým génom jedného endogénneho retrovírusu, je nevyhnutný pre bunkovú fúziu pri tvorbe placenty. To znamená, že ani ľudia, ani placentárne zvieratá by sa nemohli narodiť bez tohto endogénneho vírusu. Existuje ďalší dôležitý príklad. Ukázalo sa, že zložka genómu jedného z endogénnych vírusov riadi expresiu prolíndehydrogenázy v niektorých oblastiach centrálneho nervového systému. Tento enzým mohol zohrať dôležitú úlohu vo vývoji ľudského mozgu. Ak je expresia tohto enzýmu v dôsledku mutácií narušená, dochádza k duševným chorobám vrátane schizofrénie. Vírusy a ich príbuzní zohrávajú dôležitú úlohu aj pri horizontálnom prenose bunkových génov – z jedného organizmu do druhého.
Napriek svojej kľúčovej úlohe v evolúcii sú však vírusy najznámejšie ako patogény ľudí, zvierat a rastlín (mimochodom, práve preto boli prvýkrát objavené). A potom budeme hovoriť o povahe vírusovej patogenity. Vírusy (najmä eukaryotické vírusy) nemajú žiadnu špeciálnu „túžbu“ hostiteľovi ublížiť, tým menej ho zabiť. A v mnohých prípadoch vírusy koexistujú celkom pokojne a priateľsky s bunkami. Prečo je toľko vírusov tak škodlivých? Zvyčajným vysvetlením je, že patológiu infikovanej bunky spôsobuje „plienenie“ jej zdrojov (materiálových a štrukturálnych), ktoré vírus smeruje k vlastným potrebám reprodukcie. Najväčšie škody však môžu nastať pri neuvážených ochranných činnostiach hostiteľov a ochrannej činnosti vírusov, ktorá priamo nesúvisí s ich rozmnožovaním.
Mechanizmy ochrany a protiobrany
Aké sú hlavné obranné mechanizmy infikovanej bunky? Sú to zložky vrodenej imunity: degradácia RNA (vírusovej aj bunkovej), inhibícia syntézy proteínov (vírusovej aj bunkovej), autodeštrukcia (apoptóza a iné typy programovanej smrti) a napokon zápal. V skutočnosti mnoho vírusov zistilo svoju existenciu týmto spôsobom - kvôli zápalu, ktorý spôsobujú (encefalitída, zápal pľúc atď.). Bunka bojuje s vírusom narušením vlastného metabolizmu a/alebo štruktúry a jej obranné mechanizmy sa zvyčajne poškodzujú. Dalo by sa povedať, že osoba, ktorá zomrela na detskú obrnu (a to je menej ako 1 %), sa zabila pri boji s infekciou.
V reakcii na bunkovú obranu sa vírusy vyvíjajú tak, aby vyvinuli obranu, a medzi vírusom a bunkou sú preteky v zbrojení. Tieto lieky sú namierené predovšetkým proti všeobecným metabolickým procesom, ktoré sú základom obranných reakcií bunky. Ide opäť o inhibíciu syntézy bunkovej RNA a proteínov, narušenie vnútrobunkovej infraštruktúry a bunkového transportu, potlačenie alebo naopak spustenie apoptózy a iných mechanizmov, ktoré spôsobujú programovanú bunkovú smrť. Obranná stratégia vírusu je teda v mnohom podobná obrannému správaniu bunky. Obrazne povedané, zápasníci používajú rovnaké techniky a dosahujú rovnaké ciele. Napríklad bunka, ktorá potláča syntézu vírusových proteínov, používa interferón a na inhibíciu jeho tvorby vírus naopak inhibuje syntézu proteínov v bunke. V závislosti od okolností z toho profituje jedna alebo druhá strana. Ukazuje sa, že hlavným príspevkom k patológii nie je rozmnožovanie vírusu ako takého, ale konfrontácia medzi bunkovou obranou a vírusovou obranou. V patológii rastlín už dlho existuje pojem „tolerancia“: patogénny vírus sa môže aktívne množiť v infikovanej rastline bez toho, aby spôsoboval bolestivé príznaky.
Nižšie si povieme hlavne o RNA vírusoch (toto je jednoduchší príklad). Ako RNA vírus, keď vstúpi do bunky, odhalí svoju prítomnosť? A ako bunka vie, že sa do nej dostal vírus? Hlavnou črtou, vďaka ktorej to bunka „rozumie“, je vírusová dvojvláknová RNA, ktorá sa v zásade môže tvoriť v neinfikovanej bunke, ale nie v takom množstve a na takých miestach. V niektorých prípadoch bunka rozpoznáva aj vírusovú jednovláknovú RNA a niekedy (oveľa menej často) vírusové proteíny. Je dôležité, aby rozpoznanie vírusovej RNA bolo nešpecifické: keď bunka „sníma“ dvojvláknovú RNA, môže si „myslieť“, že do nej vstúpil vírus, ale nevie, ktorý z nich. RNA zachytávajú dva typy senzorov: toll-like (z angl. ako mýtne a od neho. mýto- pozoruhodné) receptory a špecializované helikázy RNA. Zahŕňajú množstvo ochranných mechanizmov na transkripčnej úrovni, vrátane tvorby interferónu. Okrem toho sú vírusové RNA rozpoznávané „vykonateľmi“ – dvojvláknovou RNA-dependentnou proteínkinázou PKR, ktorá fosforyluje niektoré translačné iniciačné faktory, čím inhibuje syntézu proteínov; oligoadenylátsyntetáza (OAS), ktorá aktivuje RNázu L, ktorá štiepi RNA; RNA interferenčný systém, čo vedie k degradácii RNA a narušeniu jej translácie.
Pretože vírus je rozpoznaný ako niečo nešpecifické, bunka nemôže poznať svoje „zámery“. A vo všeobecnosti by bolo nemožné prísť s individuálnym vrodeným obranným systémom pre akýkoľvek možný vírus. To znamená, že bunka môže bojovať proti vírusu iba štandardnými technikami. A preto sú jeho obranné akcie často neprimerané existujúcej hrozbe. Ak sú však obranné reakcie bunky také nešpecifické, prečo rôzne vírusy stále spôsobujú rôzne ochorenia? Po prvé, každý vírus môže infikovať iba určitý typ buniek v konkrétnom organizme. Je to spôsobené tým, že na to, aby prenikla do bunky, musí interagovať s bunkovými receptormi, ktoré sú pre ňu „vhodné“. Okrem toho je pre reprodukciu vírusov potrebné určité vnútrobunkové prostredie (často sú potrebné špecifické bunkové proteíny). Po druhé, zatiaľ čo obranné reakcie bunky sú štandardné, obrana vírusu je prevažne individuálna, hoci je namierená proti štandardným bunkovým mechanizmom.
V rastlinách hrá RNA interferencia veľmi dôležitú úlohu ako antivírusový mechanizmus. Dvojvláknová RNA sa tvorí z vírusovej RNA (dôležitý faktor, ktorým sa bunka dozvie o prítomnosti vírusu). Za účasti komponentov RNA interferenčného systému - enzýmu Dicer, ktorý štiepi túto dvojvláknovú RNA na fragmenty s dĺžkou 21-25 nukleotidových párov, a následne RNA-proteínový komplex RISC - prípadne jednovláknové krátke RNA fragmenty sú tvorené. Hybridizujúce sa s vírusovou RNA spôsobujú buď jej degradáciu, alebo inhibíciu jej translácie. Tento ochranný mechanizmus je účinný, ale môže poškodiť samotnú bunku, ako je jasne vidieť na príklade viroidov. Ide o rastlinné patogény, krátke (niekoľko stoviek nukleotidov) kruhové jednovláknové molekuly RNA nepokryté proteínovým obalom. Viroidy nekódujú proteíny, ale môžu spôsobiť vážne príznaky v infikovanej rastline. Stáva sa to preto, že bunka sa chráni. Výsledná viroidná dvojvláknová RNA je vystavená všetkým zložkám RNA interferenčného systému, čo vedie k vytvoreniu jednovláknových fragmentov RNA, ktoré nehybridizujú s vírusovou RNA, ale s bunkovou RNA. To vedie k jeho degradácii a rozvoju symptómov ochorenia. Mnohé rastlinné vírusy však kódujú rôzne proteíny, ktoré interferujú s interferenciou RNA ( vírusové supresory umlčania RNA - VSR). Buď inhibujú rozpoznávanie a štiepenie vírusových RNA, alebo potláčajú tvorbu a fungovanie komplexu RISC. Preto tieto VSR proteíny môžu narušiť fyziologicky dôležité (nevírusové) RNA interferenčné mechanizmy, čo spôsobuje patologické symptómy.
Bezpečnostné proteíny
Obrana vírusov, najmä pikornavírusov, malých patogénov obsahujúcich RNA, do značnej miery závisí od práce takýchto proteínov. Do tejto veľkej skupiny patria najmä patogény poliomyelitídy, hepatitídy A, slintačky a krívačky atď.. Zvláštnosťou týchto vírusov je, že až na zriedkavé výnimky sú ich proteíny syntetizované vo forme jedného polyproteínu, z ktoré potom vznikajú jednotlivé zrelé bielkoviny. Medzi nimi možno rozlíšiť tri skupiny. Prvú tvoria kľúčové proteíny – vitálne, s fixnými funkciami, priamo zabezpečujúce reprodukciu vírusu: RNA-dependentné RNA polymerázy, potrebné na replikáciu vírusového genómu; kapsidové proteíny, ktoré tvoria proteínový obal vírusu; proteázy zapojené do procesu premeny polyproteínov na zrelé proteíny; VPg proteín ( vírusový proteínový genóm spojený- vírusový proteín spojený s genómom), ktorý slúži ako primér pre syntézu molekúl RNA; Helikáza je veľmi cenný enzým, ktorý majú všetky pikornavírusy, ale hrá úlohu, ktorá nie je príliš jasná. Do druhej skupiny patria aj životne dôležité proteíny, ale tie, ktoré vykonávajú „pomocnú“ prácu – hydrofóbne „vodiace“ proteíny 2B a 3A. Smerujú kľúčové proteíny do svojich cieľov a pomáhajú vytvárať optimálne vnútrobunkové prostredie pre reprodukciu vírusu. Do tretej skupiny patrí vedúci proteín L, objavený v našom laboratóriu pred 30 rokmi, a proteín 2A; nazvali sme ich „bezpečnostné“ proteíny ( bezpečnosť- bezpečnosť). Ide o špecializovanú protiobrannú „zbraň“ pikornavírusov. Vo všeobecnosti všetky tri tieto triedy proteínov dokážu bojovať s obrannými mechanizmami bunky. Ale kľúčové bielkoviny a vodiace bielkoviny vykonávajú túto prácu na čiastočný úväzok, pretože majú iné dôležité povinnosti, ktorým sa ich štruktúra a funkcia musí prispôsobiť. Následne sú ich obranné schopnosti obmedzené potrebou vykonávať základné práce. Ale „bezpečnostné“ veveričky pracujú na plný úväzok vo svojej špecializácii – evolúcia ich „najala“ špeciálne pre „bezpečnosť“ (neskôr sa niektoré z nich „naučili“ robiť niečo iné). Môžu mať akúkoľvek potrebnú štruktúru na vykonávanie svojich povinností.
Jednou z najdôležitejších funkcií bezpečnostných proteínov je, že sa podieľajú na určovaní osudu infikovanej bunky. Existuje mnoho rôznych možností jeho smrti, ale dva hlavné, najznámejšie mechanizmy sú nekróza a apoptóza, ktoré sa líšia morfologickými a biochemickými charakteristikami. Počas nekrózy sa bunka lýzuje a jej obsah sa vyleje do medzibunkového priestoru. Pri apoptóze sa na jej povrchu vytvoria jasne viditeľné výbežky, jej DNA sa degraduje na nukleozomálne fragmenty a v konečnom dôsledku sa bunka fragmentuje na jednotlivé apoptotické telieska obmedzené na plazmatickú membránu. Je veľmi dôležité, ako presne bunka odumiera. Pri nekróze vzniká ochranný zápal, ale vírus opúšťa bunku a šíri sa. Pri apoptóze je šírenie vírusu obmedzené a väčšinou nedochádza k zápalovej reakcii. Smrť infikovanej bunky je spravidla aktom sebaobetovania, ktorý obmedzuje reprodukciu vírusu.
Zistili sme, že infekcia pikornavírusmi, najmä poliovírusom (poliovírus), spúšťa bunkový apoptotický program. K tomu dochádza pozdĺž jednej z klasických dráh, keď sa cytochróm uvoľňuje z mitochondrií c a aktivuje sa kaskáda proteolytických enzýmov, kaspáz. No na druhej strane sa ukázalo, že vírusy majú antiapoptotický mechanizmus – schopnosť potlačiť apoptotickú reakciu bunky. HeLa bunky infikované poliovírusom alebo vírusom encefalomyokarditídy (tiež pikornavírusom) odumierajú s príznakmi nekrózy. Ak však vypnete antiapoptickú „zbraň“ (potlačíte syntézu vírusových proteínov), bunka zomrie na apoptózu (sebaobetovanie). V oboch vírusoch slúžia ako zbrane „bezpečnostné“ proteíny. Vo víruse encefalomyokarditídy však túto úlohu zohráva proteín L a pri poliovíruse je to proteín 2A. Vedúci proteín nemá žiadnu enzymatickú aktivitu, zatiaľ čo proteín 2A je proteáza. Nemajú nič spoločné ani štruktúrne, ani biochemicky, ale obe majú antiapoptotické účinky založené na rôznych molekulárnych mechanizmoch.
Ďalším antiprotektívnym mechanizmom pikornavírusových bezpečnostných proteínov je narušenie jadrovo-cytoplazmatického transportu [10–12]. Ukázali sme, že pri infekcii týmito vírusmi sa zvyšuje priepustnosť jadrovej membrány a dochádza k narušeniu aktívnej výmeny makromolekúl medzi cytoplazmou a jadrom. A ak je bunková štruktúra poškodená, potom nemôže zapnúť svoje regulačné mechanizmy na boj s vírusom. V poliovíruse bezpečnostný proteín 2A narúša jadrový-cytoplazmatický transport hydrolýzou nukleoporínov, zložiek jadrových pórov. A vedúci proteín vírusu encefalomyokarditídy funguje - ovplyvňuje bunkovú kaskádu fosforylácie nukleoporínov [,].
Anti-ochranná funkcia „bezpečnostných“ proteínov sa môže prejaviť aj inak. L-proteíny kardiovírusov (vrátane vírusu encefalomyokarditídy) a 2A-proteíny enterovírusov (vrátane poliovírusu) teda inhibujú tvorbu interferónu. A jeho pôsobenie je inhibované L-proteínom vírusu slintačky a krívačky a 2A proteínom poliovírusu. Avšak „bezpečnostné“ proteíny pikornavírusov nie sú životne dôležité. Obaja strážcovia môžu byť odstránení alebo v nich môžu byť spôsobené veľké delécie (ako v prípade L proteínu kardiovírusov, 2A proteínov vírusu hepatitídy A a kardiovírusov) bez toho, aby sa vírus stal životaschopným.
Vzájomné odzbrojenie
Aké budú dôsledky inaktivácie vírusových „bezpečnostných“ proteínov pre bunku? Na jednej strane sa zvýši citlivosť vírusov na ochranné mechanizmy vrodenej bunkovej imunity. No na druhej strane sa zvýši aj jeho sebapoškodzujúca, samovražedná aktivita. Čo sa stane, ak súčasne vypnete obranné mechanizmy bunky a vírusu? Túto situáciu sme študovali na príklade interakcie medzi mengovírusom (kmeň vírusu encefalomyokarditídy) a bunkami HeLa. Infikované divokým typom vírusu rýchlo umierajú na nekrózu. A ak je vírus čiastočne odzbrojený (vedúci proteín je inaktivovaný), HeLa bunky žijú o niečo dlhšie a nezomrú nie na nekrózu, ale na apoptózu. Keď je vzájomná obrana znížená (apoptóza je v bunke vypnutá chemickou zlúčeninou, ktorá inhibuje kaspázy a vedúci proteín vírusu je inaktivovaný), aj po dvojnásobne dlhšom čase sa bunky cítia výrazne lepšie ako tie, ktoré neboli. odzbrojený. A rozmnožovanie vírusu (dynamika aj zber) prebiehalo úplne rovnako, bez ohľadu na to, či bola vypnutá len jeho obrana, alebo či bola súčasne odstránená aj obrana bunková. Ukazuje sa, že v bunkách, ktoré ešte nemajú vážne patologické poškodenie (tzv. cytopatický efekt), už môže vzniknúť množstvo vírusových častíc. Na reprodukciu vírusu teda nie je potrebné poškodenie buniek. Preto účinnou stratégiou antivírusovej terapie zameranej na zmiernenie symptómov ochorenia môže byť súčasné potlačenie vírusovej aj bunkovej obrany.
Naprogramovaná smrť
Táto séria našich experimentov tiež poskytla príležitosť preniknúť hlbšie do podstaty nekrotickej smrti spôsobenej vírusom. Čo je to - zabitie bunky vírusom alebo jej samovražda (sebaobetovanie), keď sa rozhodne, že pre spoločné dobro je vhodnejšie zomrieť? Nasledujúce sú vystavené nekrotickým léziám:
- plazmatická membrána (zvyšuje sa jej priepustnosť, tvoria sa „pľuzgiere“)
- cytoplazma (zmena mikrotubulov a mikrofilament),
- jadro (zmenšuje sa, deformuje, kondenzuje chromatín),
- metabolická aktivita (redukčné reakcie závislé od NADH, zmena životaschopnosti).
Keď je apoptóza vypnutá (pridanie chemického inhibítora kaspázy), rôzne nekrotické zmeny závisia od toho, či vírusový vedúci proteín funguje alebo nie. Napríklad, ak je inaktivovaná, nemení sa priepustnosť bunkovej membrány, neobjavia sa „pľuzgiere“ spojené s nerovnováhou osmotickej rovnováhy a nevznikne množstvo iných nekrotických lézií. Jedným z možných vysvetlení tohto účinku je, že L proteín pôsobí na viaceré ciele v rôznych bunkových kompartmentoch. Ale pretože proteín je malý a nemá žiadnu enzymatickú aktivitu, je pravdepodobnejšie, že jeho priame ciele sú oveľa menšie. Predpokladáme, že vedúci proteín pôsobí na jeden alebo viacero kľúčových bunkových elementov, ktoré riadia osud bunky, a v dôsledku toho sa spustí jej nekrotický program, ktorý je zodpovedný za väčšinu vymenovaných patologických zmien. V dôsledku toho to nie je vírus, ktorý nekroticky zabíja bunku, ale samotná bunka spácha samovraždu (vykonáva akt sebaobetovania). Tento pohľad je v súlade s novými myšlienkami, podľa ktorých okrem apoptózy existuje množstvo ďalších fyziologicky dôležitých typov programovanej (zakódovanej v bunkovom genóme) bunkovej smrti, vrátane nekroptózy, ktorá je podobná nekróze.
Bunkové sebaobetovanie počas vírusovej infekcie sa teda môže prejaviť ako nekroptóza alebo apoptóza. Nekroptóza môže byť ochranná reakcia bunky na vírusovú infekciu, a to nielen v prípade pikornavírusov. Ktorý mechanizmus je pre vírus výhodnejší, závisí od podmienok. Vidíme, že jeho antiprotektívny účinok sa môže prejaviť vo forme „presmerovania“ mechanizmov zakódovaných v bunkovom genóme. Ide o dôležitý (aj keď nie jediný) spôsob obrany a jeden z hlavných mechanizmov patogenity vírusov. Vírusom vyvolané programy apoptózy a nekrózy si navzájom konkurujú. Ukázali sme, že keď sú bunky HeLa infikované poliovírusom, apoptóza sa najskôr aktivuje a potom sa potlačí a spustí sa nekrotická dráha. Infekcia bunky vírusom v nej teda aktivuje množstvo ochranných akcií, medzi ktorými sú dva samovražedné mechanizmy programovanej smrti – apoptotický a nekrotický. A potom nastáva súťaž medzi týmito dráhami: potlačenie jednej z nich aktivuje druhú a naopak. A to všetko regulujú bunkové proteíny, vírusové proteíny (predovšetkým „bezpečnostné“ proteíny), ako aj vonkajšie faktory.
Preteky v zbrojení
Keďže bunky majú obranné mechanizmy a vírusy obranné mechanizmy, prirodzene medzi nimi prebiehajú preteky v zbrojení. Nekonzervatívna povaha bezpečnostných proteínov naznačuje, že sú prispôsobené tak, aby pôsobili proti obranným mechanizmom konkrétneho hostiteľa. A preto môže byť jeho zmena sprevádzaná stratou funkcie „bezpečnostného“ proteínu a v dôsledku toho aj zvýšením obranných reakcií hostiteľa. To môže vysvetliť špeciálnu patogenitu „nového“ ( novo vznikajúce- vznikajúce) vírusy. Vírus chrípky je teda nízkopatogénny, takmer neškodný črevný vírus voľne žijúcich vtákov. Keď nakazí človeka, môže sa vyskytnúť španielska chrípka, vtáčia chrípka alebo prasacia chrípka. Vírus SARS je pre netopiere relatívne bezpečný, no u ľudí spôsobuje ťažký akútny respiračný syndróm sprevádzaný vysokou úmrtnosťou. Napokon, HIV (presnejšie jeho predok) je pre opice prakticky neškodný, no u ľudí spôsobuje AIDS. Je veľmi dôležité, aby sa u týchto vírusov pri prechode na nového hostiteľa nevyvinuli nové faktory patogenity (jednoducho v dôsledku niekoľkých mutácií, ktoré zabezpečujú prienik do bunky, získavajú schopnosť infikovať človeka). Ďalším možným mechanizmom nerovnováhy medzi vírusom a hostiteľom a objavenia sa nových patogénov môže byť zmena vírusových obranných zbraní, napríklad strata starých alebo získanie nového „bezpečnostného“ proteínu.
Dlhodobá koevolúcia hostiteľa a vírusu by však mala viesť k zníženiu patogenity vírusu (obojstranne prospešné odzbrojenie). Klasickým príkladom je myxómový/fibrómový vírus. V polovici 19. stor. Európske králiky boli privezené do Austrálie, rýchlo sa rozmnožili a stali sa vážnou hrozbou pre poľnohospodárstvo. O 100 rokov neskôr sa na kontrolu ich populácie začal používať patogénny fibroma/myxoma vírus (z čeľade poxvírusov, kam patrí aj vírus pravých kiahní). Rôzne králiky reagujú na tento vírus odlišne. U brazílskych králikov tri týždne po infekcii spôsobí nezhubný nádor – fibróm (lokalizovaný uzlík na koži). Ale u európskych králikov citlivých na tento vírus sa do 10 dní po infekcii vyvinie generalizované smrteľné ochorenie.
Vírus zavlečený do Austrálie spôsobil letné epidémie prenášané komármi, pri ktorých viac ako 99 % infikovaných králikov zomrelo za menej ako dva týždne. Menej virulentné varianty vírusu mali väčšiu pravdepodobnosť, že prežijú zimu, a to viedlo k selekcii oslabených (oslabených) kmeňov. A asi po 10 rokoch sa úmrtnosť európskych králikov na vyvinutý vírus znížila na polovicu. Zároveň boli vybrané rezistentné králiky: ich úmrtnosť na pôvodný vírus sa znížila približne štyrikrát. Len za desaťročie (z evolučného hľadiska zanedbateľné obdobie) sa vzťah medzi patogénom a hostiteľom zlepšil približne 10-krát. Toto je, samozrejme, trochu zjednodušená schéma, pretože preteky v zbrojení sa nezastavia: v reakcii na zvýšenú rezistenciu u králikov sa môže zvýšiť aj virulencia vírusu. Toto je však nápadný príklad úlohy interakcie vírusov a bunkových organizmov pri evolúcii oboch. Vírusy a bunky sa navzájom „učia“ a získané „vedomosti“ sa dedia. V roku 2013 dvaja absolventi Katedry virológie Moskovskej štátnej univerzity, Evgeny Kunin a Valeryan Dolya, publikovali článok o „virocentrickom“ pohľade na evolúciu, podľa ktorého je odolnosť a spolupráca vírusov a bunkových organizmov hlavným faktorom ich vývoj.
Môj príbeh nevyčerpáva tému: o povahe patogenity vírusov sa vie oveľa viac. Veľa z toho, čo teraz vieme, sme sa naučili v posledných rokoch a je dôvod očakávať nové prekvapenia. Za závažné ochorenia môžeme a máme viniť vírusy a je potrebné s nimi bojovať, no vírusom by sme mali byť vďační za existenciu a rozmanitosť živej prírody, vrátane existencie človeka.
Autor je vďačný svojim kolegom vo vedeckej spolupráci - pracovníkom Ústavu detskej obrny a vírusovej encefalitídy pomenovaných po. M. P. Chumakov RAMS, Moskovská štátna univerzita. M.V. Lomonosov, Inštitút proteínu RAS (Pushchino, Moskovský región), Univerzita v Bazileji (Švajčiarsko), Univerzita vo Wisconsine (USA), Univerzita v Nijmegene. Radboda (Holandsko).
Článok vychádza z prednášky na škole „Moderná biológia a biotechnológie budúcnosti“ (Zvenigorod, 26. januára - 1. februára 2014).
. Belov G. A., Lidský P. V., Mikitas O. V. a kol. Obojsmerné zvýšenie permeability jadrového obalu po infekcii poliovírusom a sprievodné zmeny jadrových pórov // J. Virol. 2004. V. 78. S. 10166–10177. doi:10.1128/JVI.78.18.10166-10177.2004. Lidský P. V., Hato S., Bardina M. V. a kol. Nukleocytoplazmatická dopravná porucha vyvolaná kardiovírusmi // J. Virol. 2006. V. 80. S. 2705–2717. doi:10.1128/JVI.80.6.2705-2717.2006
. Bardina M. V., Lidsky P. V., Sheval E. V. a kol. Mengovírusom vyvolané preskupenie komplexu jadrových pórov: únos bunkového fosforylačného mechanizmu // J. Virol. 2009. V. 83. S. 3150–3161. doi:10.1128/JVI.01456-08
. Mikitas O. V., Ivin Y. Y., Golyshev S. A. a kol. Potlačenie poranení spôsobených lytickým RNA vírusom (mengovírus) a ich odpojenie od vírusovej reprodukcie vzájomným odzbrojením bunky/vírusu // J. Virol. 2012. V. 86. S. 5574–5583. doi:10.1128/JVI.07214-11
. Agol V. I., Belov G. A., Bienz K. a kol. Konkurenčné programy smrti v bunkách infikovaných poliovírusom: zmena záväzku uprostred infekčného cyklu // J. Virol. 2000. V. 74. S. 5534–5541. doi:10.1128/JVI.74.12.5534-5541.2000
. Agol V. I. Cytopatické účinky: vírusovo modulované prejavy vrodenej imunity? // Trends Microbiol. 2012. V. 20. S. 570–576. doi:10.1016/j.tim.2012.09.003
. Koonin E. V., Dolja V. V. Virocentrický pohľad na evolúciu života // Curr. Opin. Virol. 2013. V. 3. S. 546–557. doi:10.1016/j.coviro.2013.06.008
