Семейство коронавирусов (Coronaviridae)

20.1.3.1. Общая характеристика

Коронавирусы объединяют в семейство Coronaviridae, в которое входит единственный одноименный род Coronavirus. Это гетерогенная группа возбудителей, которые вызывают заболевания у человека, животных и птиц.

Различают 3 основных группы коронавирусов. В 1 и 2 группу входят вирусы, патогенные для млекопитающих, в 3 группу – патогенные только для птиц. Внутри каждой группы коронавирусы делятся в зависимости от организации генома и по антигенной структуре. Обычно для отдельного варианта коронавирусов характерен свой узкий круг поражаемых организмов. Они вызывают тяжелые заболевания у животных. Наиболее широко распространен вирус инфекционного бронхита кур, вирус кошачьего инфекционного перитонита и т.д.

Вирусы, патогенные для человека, представлены как в первой (вариант HCoV-229E), так и во второй группе (вариант HCoV-ОС43). Они поражают верхние дыхательные пути (до 30% от всех вирусных поражений) и желудочно-кишечный тракт, приводя к развитию респираторных заболеваний и гастроэнтеритов. До 2002 г. считалось, что представители семейства Coronaviridae вызывают легкие по течению болезни, длящиеся несколько дней и завершающиеся полным выздоровлением больного. В 2002 г. в Юго-Восточной Азии, в первую очередь в Китае, началась эпидемия тяжелого острого респираторного синдрома (ТОРС), который в 5-10% случаев после тяжелого течения приводил к летальному исходу. В 2003 г. было доказано, что возбудителем болезни является новый, ранее неизвестный вариант коронавируса.

Структура и свойства. Это крупные (до 220 нм) вирусы, имеющие липопротеиновый суперкапсид сферической или овальной формы. Тип симметрии спиральный, диаметр нуклеокапсида 25 нм. Между нуклеокапсидом и наружной липопротеиновой оболочкой находится промежуточный белковый слой (матрикс). Снаружи вирион имеет наружные гликопротеиновые шипы, которые в электронном микроскопе напоминают солнечную корону вокруг округлого центра вирусной частицы.

Геном представлен позитивной молекулой РНК, обладающей инфекциозностью. РНК генома состоит из 30 тыс. пар оснований – это максимальный из известных вирусных геномов, содержащих РНК. Репликация вирусов происходит медленно в цитоплазме пораженных клеток.

В состав коронавирусов входят нуклеокапсидные, матриксные и суперкапсидные белки, обладающие антигенными свойствами. Вирусы человека и животных имеют как общие, так и специфические антигенные детерминанты. Наружные шипы суперкапсида состоят из гликопротеинов, они обеспечивают адсорбцию и проникновение коронавирусов в клетки. Выход вирионов из клетки осуществляется почкованием. Вирусы проявляют гемагглютинирующую активность.

Коронавирусы чувствительны к эфиру и детергентам, ультрафиолетовому облучению, температуре свыше 56⁰С, большинству дезинфектантов.

Культивирование. Данные вирусы плохо растут в клеточных культурах. Некоторые варианты адаптированы к культурам клеток почек зеленых мартышек, клеткам Vero, органным культурам, лабораторным животным (мышам-сосункам).

Характеристика коронавирусных инфекций.

Основной путь передачи заболеваний – воздушно-капельный.

Известные до 2002 г. коронавирусы вызывают ОРВИ, которые у взрослых обычно протекают бессимптомно или проявляются ринитом с обильными серозными выделениями. Коронавирусные гастроэнтериты приводят к диарее, в желудочно-кишечный тракт вирус попадает вторично вследствие вирусемии. Поражение обусловлено цитопатическим действием вируса на зараженные клетки.

Иммунитет при заболеваниях гуморальный, типоспецифический. Образуются вируснейтрализующие АТ, которые обеспечивают невосприимчивость к повторному заражению данным сероваром. Обычно инфекция длится не более 1 недели.

Лабораторная диагностика. Так как вирус плохо культивируется на культурах клеток, то вирусологический метод используют редко. В качестве экспресс-метода применяют РИФ, материалом для которого является отделяемое носоглотки или мазки-отпечатки слизистой носа. Основной метод диагностики – серологический, при этом в сыворотке больного обнаруживают АТ к вирусу в РСК, РПГА, РТГА, ИФА в реакции с парными сыворотками. Используют метод парных сывороток.

Специфическая профилактика не проводится, лечение симптоматическое.

20.1.3.2. Возбудитель тяжелого острого респираторного синдрома (ТОРС-ассоциированный коронавирус)

В конце 2002 г. в южной китайской провинции Гуаньдун появились первые случаи необычно тяжелой «атипичной» вирусной пневмонии. Количество заболевших быстро достигло нескольких сотен, заболевание распространилось в Гонконг, вышло за пределы КНР в Сингапур, Вьетнам, другие страны Юго-Восточной Азии. Далее в эпидемию были вовлечены страны Северной Америки (Канада, США), Европы (Германия, Италия) и другие. Болезнь получила название тяжелого острого респираторного синдрома (ТОРС, англ. аббревиатура SARS – severe acute respiratory syndrome). Учитывая темпы развития эпидемии, высокую для респираторных вирусных инфекций летальность (до 5-10% от общего числа заболевших) Всемирная Организация Здравоохранения (ВОЗ) впервые в своей истории объявила глобальную угрозу по данному заболеванию. К маю 2003 г. от заболевания пострадало свыше 4500 человек, более 250 из них умерли. ТОРС-инфекция считается первой значительной эпидемией, возникшей в XXI веке.

Через несколько месяцев от начала эпидемии удалось установить природу инфекционного агента, вызывающего ТОРС. Им оказался новый, ранее неизвестный представитель семейства Coronaviridae. Он получил название «ТОРС-ассоциированный коронавирус» (ТОРС-вирус).

Структура и свойства. В апреле 2003 г. был полностью расшифрован геном нескольких вариантов ТОРС-вируса, выделенных от больных атипичной пневмонией. На основе анализа вирусного генома, данных электронной микроскопии, культивирования вируса в клеточных культурах были изучены основные свойства ТОРС-ассоциированного коронавируса.

Внешне вирус сходен с другими представителями семейства.

Геном вируса представлен однонитевой (+)РНК размером 29,7 тыс. пар нуклеотидов, содержащей 41% остатков Г+Ц. Общая организация генома совпадает с уже известными коронавирусами.

Однако анализ последовательности РНК показал, что вирус должен быть выделен в новую отдельную 4 группу коронавирусов. Наиболее вероятно его происхождение от одного из малоизвестных коронавирусов животных, или от непатогенного коронавируса человека вследствие мутаций.

Геном вируса содержит гены, которые кодируют одноименные антигены – структурные белки и ферменты. Ген rep определяет синтез ферментов репликации РНК (полимеразы, хеликазы, протеазы), S – белка, входящего в состав шипов, E и М – белков оболочки, N – нуклеокапсида. Дополнительно у вируса различают не менее 5 неструктурных белков, которые участвуют в его репликации.

Вирус поступает в клетки эпителия верхних дыхательных путей в результате взаимодействия S-белка с рецепторами клеток. S-белок представляет собой гликопротеин, ответственный за адсорбцию и слияние вирусной частицы с пораженными клетками.

После депротеинизации происходит репликация РНК вируса.

Предполагается, что она осуществляется через синтез промежуточной (–) цепи РНК, которая является матрицей для синтеза информационной (+) цепи РНК (прерывистая транскрипция).

После сборки вирусных частиц происходит выход вируса из клетки путем почкования с участием белков M, E, N.

Клетки эпителия верхних дыхательных путей могут поражаться как из-за ЦПД вируса, так и вследствие развития иммунной реакции на вирусные белки в мембране клеток.

Устойчивость вирионов. В сравнении с другими коронавирусами ТОРС-вирус является относительно устойчивым. При комнатной температуре он сохраняется в фекалиях и моче в течение 2-4 дней. Сохраняется при низких температурах не менее 3 недель. Прогревание при 56⁰С полностью инактивирует вирус за 15 минут. Вирус чувствителен ко всем основным дезинфектантам

Характеристика заболевания. Источник инфекции – больной человек. Основной механизм передачи – воздушно-капельный. Не исключается передача по фекально-оральному и контактному механизмам. Наиболее велика вероятность инфицирования у лиц, находящихся в близком контакте с больным. К группам риска относится работающий с больными медперсонал, члены семьи заболевших или другие лица, имевшие прямой контакт с выделениями больного.

Инкубационный период – от 1 до 7-10 дней. Заболевание начинается остро, у больного появляется лихорадка, миалгии. Вирус поражает всю дыхательную систему, включая легкие. Изменения в легких выявляются при рентгенографии. Вследствие гематогенной диссеминации вируса в процесс вовлекается желудочно-кишечный тракт, возникает диарея.

Через несколько дней температура может снизиться. Однако на второй неделе у части больных лихорадка появляется вновь, возникают новые очаги поражений в легких, прогрессирует дыхательная недостаточность, усиливается диарея. Так как к этому времени уровень репликации вируса снижается, предполагается, что ухудшение связано с иммунопатологическими процессами, обусловленными вирусом. У 20% больных на 2-3 неделе развивается респираторный дистресс-синдром вследствие повреждения гемато-альвеолярного барьера с развитием отека легкого.

По мере развития заболевания у больных появляется выраженный противовирусный иммунитет, преимущественно гуморальный. В культурах клеток антитела, выделенные от больных, проявляют стойкое нейтрализующее действие в отношении вируса.

Прогноз тяжелого острого респираторного синдрома достаточно серьезный, однако при использовании всех современных методов лечения число летальных исходов удается значительно снизить.

Лабораторная диагностика заболевания. Используются следующие основные методы диагностики – полимеразная цепная реакция и серологический метод. Для ПЦР материалом для исследования является носоглоточное отделяемое, фекалии, реже моча. Диагноз ТОРС считается установленным, если по результатам ПЦР соблюдается одно из условий:

1) положительны обе пробы из разных материалов, взятых от пациента;

2) положительны 2 пробы одного материала, полученные от больного с интервалом в 2 дня,

3) повторный ПЦР-анализ материала также положителен.

При серологическом методе исследования материалом является сыворотка больного, содержащая АТ к ТОРС-вирусу. Используется твердофазный ИФА. У здоровых лиц АТ к вирусу не обнаруживаются. У больных реакцию необходимо ставить с парными сыворотками (наблюдается появление противовирусных АТ и увеличение их титра в 4 раза и более).

В наиболее оснащенных вирусологических лабораториях проводится выделение вируса на клеточных культурах (например, культуре клеток Vero) с подтверждением выделения вируса при помощи ПЦР.

Профилактика и лечение. В настоящее время меры профилактики остаются неспецифическими. С учетом секвенирования генома вируса в ближайшее время возможна разработка вакцины.

Для лечения применяют противовирусный препарат рибавирин, для подавления иммунопатологических реакций используют глюкокортикостероиды.

20.1.4. Семейство пикорнавирусов (Picornaviridae)

Вирусы из семейства Picornaviridae (образовано от двух слов: picos – маленький, RNA – содержит РНК) имеют размеры 17-40 нм; кубический тип симметрии; содержат (+)РНК, линейную, однонитчатую, обладающую инфекциозностью; состоят из 60 капсомеров; суперкапсида нет. Вирусы не имеют липидов, устойчивы к эфиру и детергентам.

В семействе имеются роды: Enterovirus,Parechovirus,Hepatovirus, Rhinovirus, Cardiovirus, Aphtovirus.

Энтеровирусы

К роду энтеровирусов относятся: 3 типа (1, 2, 3) вируса полиомиелита, патогенные для человека; вирусы Коксаки А 1-22, 24; Коксаки В 1-6 серотипы; вирус ECHO 1-33 серотипы (кроме 10, 22, 23, 28 типов); пареховирусы – типы 22, 23; энтеровирусы серотипов 68-71.

Вирус полиомиелита (Poliovirus).

Вирус полиомиелита вызывает полиомиелит – одно из древнейших заболеваний человека, о чем свидетельствуют археологические материалы. Полиомиелит – воспаление серого вещества мозга (polies – серый, myelitis – воспаление спинного мозга). Открыт в 1909 г. Ландштейнером и Поппером при заражении обезьян мозговой тканью ребенка, умершего от полиомиелита. Полиовирус представлен тремя серотипами, которые относятся к роду Enterovirus семейства Picornaviridae.

Морфология и свойства. Вирион представляет икосаэдрическую частицу диаметром 27 нм, капсид состоит из 60 субъединиц, каждая из которых содержит 4 белка (VP1-VP4) и окружает геном, представленный одноцепочной (+)РНК. Капсидные и некапсидные белки вириона формируются путем расщепления крупных полипротеинов-предшественников. Три более крупных белка (VP1-VP3), сходны по строению. Полипептидная цепь каждого из них образует плотно лежащие петли и формирует структуру типа «бочонка» из 8 цепей, которые удерживаются водородными связями. Между «бочонком» и аминным и карбоксильным концевыми участками белка аминокислотная цепь образует петли, на которых находятся поверхностные антигенные детерминатны вириона, которые вызывают синтез антител, нейтрализующих инфекциозность вируса. Малый внутренний белок VP4 связан с вирусной РНК, участвует во встраивании ее в капсид вириона.

Вирус имеет особенности:не содержит гемагглютинина, не культивируется в курином эмбрионе и в организме экспериментальных животных.

Резистентность. Устойчив во внешней среде: в воде, молоке, сточной канализационной воде сохраняет активность при 0°С в течение года, при кислых значениях рН в течение 1-3 часов, имеет плавучую плотность 1,34 г/см³. Так как вирион не имеет оболочки, содержащей липиды, он не повреждается растворителями жиров (этиловым эфиром, хлороформом). Одномолярный раствор хлористого магния защищает полиовирус от тепловой инактивации, что используется для термостабилизации оральной вакцины. При 50°С инактивируется в течение 30 минут, при 20°С – 3 месяца, на овощах сохраняется 20 дней. Вирус быстро погибает в 1% растворе хлорамина, 3% перекиси водорода, чувствителен к УФ-лучам.

Репродукция.Вирусы адсорбируются на липопротеиновых рецепторах клетки, в которую они проникают путем виропексиса – вирус связывается с клеточной мембраной, образуется микровакуоль.

После освобождения вириона от капсида образуется репликативная форма РНК, которая является матрицей для синтеза информационной РНК. Репродукция происходит в цитоплазме. Вначале синтезируется единый гигантский полипептид, который разрезается протеолитическими ферментами на несколько фрагментов. Одни из них представляют капсомеры, из которых строится капсид, другие – внутренние белки, третьи – вирионные ферменты. Далее формируются несколько сотен вирионов в каждой инфицированной клетке, которые освобождаются после лизиса клетки.

Культивирование. В лабораторных условиях вирус культивируют в первичных или перевиваемых культурах клеток различных тканей человека и обезьян. Полиовирус, выделяемый из естествнных источников, способен инфицировать только клетки приматов, содержащие на клеточной поверхности специфические мембранные рецепторы для вируса.

Патогенез и клиника.Источник инфекции – больные люди и вирусоносители. Путь заражения – фекально-оральный, чаще алиментарный или водный. Инкубационный период 7-14 дней. Вирус попадает в носоглотку (лимфоглоточное кольцо Пирогова), далее в лимфатический аппарат тонкого кишечника, а затем проникает в кровь. Из кровяного русла вирус может проникать в ЦНС, если нейтрализующие антитела не вырабатываются в количествах, достаточных для блокирования этого пути. В ЦНС вирус распространяется вдоль нервных волокон и в процессе внутриклеточного размножения может повредить или полностью разрушить нервные клетки, результатом чего может быть вялый паралич. Чаще поражаются клетки передних рогов спинного мозга, в тяжелых случаях вирус проникает в головной мозг. Нарушение функций периферических нервов и двигательной мускулатуры являются следствием размножения вируса в мотонейронах. Изменения в этих клетках развиваются быстро.

Если человек инфицируется вирулентным полиовирусом, могут быть: бессимптомная инфекция, легкие клинические формы без параличей, асептический серозный менингит, паралитический полиомиелит (отмечается в 1% случаев полиовирусной инфекции).

Легкие формы заболевания могут протекать с лихорадкой, головными болями, тошнотой, рвотой, запором, ангиной. В течение нескольких дней больной выздоравливает. Асептический менингит кроме перечисленных признаков может проявляться ригидностью и болями в затылке и спине; болезнь длиться 2-10 дней и заканчивается выздоровлением.

При паралитическом полиомиелите возникает вялый паралич, обусловленный поражением мотонейронов. Некоторое восстановление утраченных функций может произойти в течение 6 месяцев после начала болезни, но остаточные параличи сохраняют постоянный характер.

Иммунитет. После заболевания остается стойкий иммунитет к соответствующему серотипу вируса. Пассивный иммунитет (после рождения) сохраняется в течение 4-5 недель жизни ребенка. Протективными свойствами обладают вируснейтрализующие антитела, которые появляются до появления параличей. Образование антител в ранние сроки инфекции является результатом размножения вируса в кишечном тракте и глубоких лимфатических структурах до внедрения его в нервную систему. Антитела, появившиеся в крови рано, могут предотвратить переход вируса в ЦНС, поэтому вакцинация способна защищать ЦНС, если проводится до появления неврологических симптомов.

Понижение устойчивости к полиовирусной инфекции наступает после удаления миндалин и аденоидов, так как после операции резко снижается уровень секреторных антител в носоглотке.