Морфология, размеры, особенности генома

РНК- содержащие вирусы. Микробиологическая диагностика вирусных инфекций: грипп, парагрипп, эпидемический паротит, корь, краснуха.

Цель занятия: знать основные биологические свойства возбудителей, вирусологическую диагностику, методы индикации и идентификации вирусов, биопрепараты для специфической профилактики и терапии.

уметь: учитывать и интерпретировать раннюю и ретроспективную РТГА в диагностике гриппа.

Задание на дом:

I. Вопросы для самоподготовки:

Характеристика вирусов гриппа, парагриппа, эпидемического паротита, кори, краснухи

1. таксономия, классификация;

2. морфология, размеры, особенности генома;

3. этапы репродукции;

4. эпидемиология;

5. клинические проявления;

6. лабораторная диагностика, характер исследуемого материала;

7. особенности вирусологического метода диагностики (культивирование, индикация, идентификация вируса);

8. противовирусный иммунитет;

9. специфическая профилактика;

10. этиотропное лечение.

II. Базовый текст

ГРИПП

1. Таксономия, классификация

Морфология, размеры, особенности генома

Строение вириона гриппа типа А. Вирионы имеют округлую форму, их диаметр составляет 80-120 нм; в материале, свежевыделенном от больных, встречаются вирионы нитевидной формы.

Вирусы гриппа - сложные РНК-содержащие вирусы, состоящие из центральной части (сердцевины) и суперкапсида. Сердцевина содержит геном вируса-линейную, однонитевую, фрагментированную минус-РНК, состоящую из 8 фрагментов. Шесть фрагментов кодирует по одному белку, остальные - по два белка. Каждый фрагмент заключен в белковую оболочку - капсид со спиральным типом симметрии. Фрагменты нуклеокапсидов связаны между собой и образуют общий тяж - рибонуклеопротеид (РНП), уложенный в виде плотной спирали (катушки). В составе РНП, кроме капсидных белков, имеются белки полимеразного комплекса (PI, P2 и РЗ), необходимые для репликации геномной минус-РНК. Вокруг рибонуклеопротеида находится слой матриксного белка (М-слой), придающий вириону прочность. Поверх М-слоя, прилегая к нему, расположен суперкапсид - липопротеиновая оболочка клеточного происхождения со встроенными вирусоспецифическими гликопротеинами - гемагглютинином (Н) и нейраминидазой (N), выступающими на поверхности вириона в виде множества шипиков. На поверхности вириона находятся, в среднем, около 500 шипиков гемагглютинина и примерно 100 – нейраминидазы (рис. 1,2).

Рис. 1 Схема вируса гриппа Рис. 2 Электронограмма вируса гриппа

Гемагглютинин отвечает за способность вируса присоединяться к чувствительной клетке, вызывает агглютинацию эритроцитов, имеет палочковидную форму. Фермент нейраминидаза участвует в процессе проникновения вириона в клетку и способствует выходу дочерних вирионов из клетки после репродукции. Нейраминидаза - тетрамер грибовидной формы.

Вирусы гриппа типа В по своим размерам и строению не отличаются от вирусов типа А.

Вирусы типа С имеют наибольшие размеры (диаметр 150-200 нм), геном состоит из 4-7 фрагментов и у него отсутствует нейраминидаза.

Антигены. Вирусы гриппа имеют внутренние и поверхностные антигены. Внутренние антигены (S-антиген) - это антигены белков нуклеокапсида и матриксного белка. Они отличаются стабильностью, являются типоспецифичными, и не дают перекрестных реакций.

Поверхностные антигены (V-антигены) - являются протективными антигенами - это антигены поверхностных гликопротеинов - гемагглютинина (Н-антиген) и нейраминидазы (N-антиген). Антитела к этим антигенам обладают вируснейтрализующими свойствами.

У вирусов гриппа типа А поверхностные антигены отличаются многообразием и изменчивостью. К настоящему времени выявлено 15 вариантов Н-антигенов и 10 вариантов N-антигенов. Для вирусов гриппа человека характерны гемагглютинины HI, H2 и НЗ и нейраминидазы N1 и N2. Остальные варианты Н- и N-антигенов выделены от инфицированных вирусом гриппа животных и птиц. Различные сочетания вариантов Н- и N-антигенов формируют подтипы вируса типа А, это: А/Н1 N1/, А/Н2 N2/ и A/H3N2/, характерные для человека.

Антигенная изменчивость обуславливается двумя процессами - антигенным шифтом и антигенным дрейфом.

Дрейф антигенов - незначительные изменения в структуре H-N-антигенов за счет точечных мутаций в генах, которые их кодируют. В результате образуются измененные сероварианты (штаммы) того же подтипа.

Шифт антигенов - полное замещение участка генома, кодирующего синтез Н- и (или) N-антигенов, приводящее к образованию нового подтипа вируса гриппа А.

Сущность антигенных шифтов окончательно не выяснена, имеются две гипотезы, объясняющее появление новых подтипов - антропонозная и зооантропонозная. Сторонники антропонозной гипотезы считают, что существуют несколько человеческих подтипов вируса типа А, которые периодически возвращаются в человеческую популяцию и исчезают из нее. Это связано с колебаниями «коллективного иммунитета» людей к этим подтипам. Исчезнувший подтип персистирует в организме некоторых людей, не проявляя себя. Есть точка зрения, что он сохраняется в организме животных и птиц.

Согласно зооантропонозной гипотезе шифт антигенов, приводя­щий к появлению новых подтипов вируса типа А происходит вследст­вие рекомбинации между человеческими вирусами и вирусами гриппа, поражающими животных и птиц.

Вирус гриппа типа В обладает менее выраженной изменчивос­тью. У него выявлено 5 подтипов, обнаружен антигенный дрейф.

Вирус гриппа типа С имеет наиболее стабильные антигенные свойства.

Международная система кодировки вирусов гриппа. Предло­жена по рекомендации комитета по гриппу ВОЗ (1980 г.) для отличия выделяемых штаммов вирусов гриппа друг от друга. Каждый штамм получает свой код, где указывается:

1. Обозначение типа вируса - А, В или С;

2. Географическое место выделения;

3. Порядковый номер выделенного штамма (в данной лаборатории);

4. Год выделения штамма;

5. Обозначение антигенного подтипа (если имеется).

Если вирус был выделен у животного (включая птиц), то после типа вируса указывается наименование животного.

Например: штамм А (Бангкок/1/79/H3N2/; штамм В/Ленинград/ 18/86; штамм А/кур/Гонконг/3/98/Н5N1).

Резистентность. Устойчивость вирусов гриппа к внешним воз­действиям невелика. Они чувствительны к эфиру, УФ-облучению, стан­дартным дезинфектантам и детергентам, при 56°С погибают через несколько минут. В воздухе помещений вирусы могут сохраняться не­сколько часов, в клиническом материале при 4° С - в течении недели. В лабораторных условиях вирусы длительно хранят при температуре -70° С.

Этапы репродукции

Вирус, адсорбируется на мембране клетки в результате взаимодействия гемагглютинина с сиаловой кислотой поверхности клетки (рис.3). Проникновение вируса в клетку происходит путем эндоцитоза - поглощения в покрытых везикулах (1) и перемещения в эндосому. После подкисления среды, оболочка вируса сливается с мембраной эндосомы (2). Освободившийся в цитоплазме клетки рибонуклеопротеин, состоящий из фрагментированной РНК и белков (NP,PB1, PB2, PA), проникает в ядро (3).Геномная минус-нить РНК трансформируется вирусной РНК-зависимой РНК-полимеразой в неполные и полные плюс-нити. Неполные плюс-нити являются иРНК для синтеза вирусных белков (5-7), а полные плюс-нити (4) - матрицей (промежуточная стадия) для синтеза геномных минус-нитей РНК (9). В цитоплазме клеток появляются неструктурные компоненты NS1и NS2 (5). Капсидные белки(6) вируса(NP, PB1, PB2, PA)ибелок M(7) синтезируются в цитоплазме на свободных полирибосомах. При этом капсидные белки перемещаются из цитоплазмы в ядро (8), где связываются с синтезированной геномной РНК, образуя рибонуклеопротеин (нуклеокапсид), мигрирующий из ядра в цитоплазму клетки (9). Белок M (10) движится к внутреннему слою мембраны клетки.Гемагглютинин(H) инейраминидаза (N) синтезируются на рибосомах, связанных с мембранами эндоплазматического ретикулума. Затем они гликозилируются, транспортируются и превращаются в шипы, встроенные снаружи в мембрану клетки (напротив белка M, находящегося под мембраной). Гемагглютинин (H) подвергается протеолитическому нарезанию на HA1 и HA2. Выход вируса из клетки происходит почкованием. Сформированный нуклеокапсид, проходя через мембрану клетки, окружается белком Ми измененной мембраной клетки, содержащей гемагглютинин (H) и нейраминидазу (N). Функционально активные вирусные и-РНК («ранние» и «поздние») поступают на рибосомы и индуцируют трансляцию вирусных белков. Сперва синтезируются белки NS и NP (ранние белки), а затем НА, NA и М (поздние белки). Белки полимеразного комплекса - Р, Р₂ , Р₃ - син­тезируются равномерно на протяжении цикла.

Рис. 3 Репродукция вируса гриппа (на примере вируса гриппа типа А).

Цикл репродукции вируса гриппа продолжается 6-8 часов. Зара­женная клетка погибает не сразу и может продуцировать несколько тысяч вирионов.

Эпидемиология

Грипп - антропонозная острая респираторная вирусная инфек­ция с аэрогенным механизмом передачи. Вирусы гриппа постоянно циркулируют среди населения, вызывая сезонные подъемы заболева­ния, периодически приобретающие характер эпидемий и даже панде­мий. Эпидемии гриппа наносят огромный экономический ущерб, приводят к людским потерям. Это прежде всего относится к вирусам типа А, который каждые 2-3 года вызывает эпидемии, а несколько раз в столетие - пандемии с распространением инфекции по всему миру с числом заболевших 1 -2 млрд. человек.

Эпидемии, вызываемые вирусом типа В, повторяются через 3-6 лет.

Вирус С - возбудитель спорадических заболеваний, иногда дает небольшие вспышки в детских коллективах.

Пандемии гриппа, вызванные мутированными вирусами, против которых у людей нет иммунитета, возникают 2-3 раза в 100 лет. Пандемия гриппа 1918—1919 («испанка», штамм H1N1) унесла жизни 40-50 миллионов человек. Предполагают, что вирус «испанки» возник в результате рекомбинации генов вирусов гриппа птиц и человека. В 1957—1958 пандемия «азиатского гриппа», вызванная штаммом H2N2. В 1968—1969 пандемия «гонконгского гриппа» (H3N2).

По данным Всемирной организации здравоохранения, с февраля 2003 года по февраль 2008 года из 361 подтвержденного случая заражения людей вирусом птичьего гриппа серотипа А (H5N1) 227 стали смертельными. Последняя смерть человека от птичьего гриппа зафиксирована 20 января 2009 г. в Китае.

С 2009 появилось новое заболевания людей и животных, вызываемого штаммами вируса гриппа. Штаммы, ассоциированные со вспышками т.н. «свиного гриппа», обнаружены среди вирусов гриппа серотипаC и подтипов серотипа А (А/H1N1,А/H1N2, А/H3N1, А/H3N2 и А/H2N3). Эти штаммы известны под общим названием «вирус свиного гриппа». Свиной грипп распространён среди домашних свиней, а также может циркулировать в среде людей, птиц и др. видов; этот процесс сопровождается его мутациями.

По данным ВОЗ на 27 августа2009 года зарегистрировано около 255716 случаев инфицирования гриппом A/H1N1 и 2627 смертей в более чем 140 регионах мира. В целом заболевание этим гриппом протекает по классическому сценарию, частота осложнений и смертей (чаще вследствие пневмонии) не превышает средние показатели при сезонном гриппе.

Эпидемическому распространению гриппа способствуют: интен­сивная репродукция вирусов в верхних дыхательных путях и, как след­ствие, очень короткий инкубационный период, (от нескольких часов до 2-х дней), массивное выделение вирусов и воздушно-капельный путь передачи, (при котором один больной может заразить большое коли­чество людей), высокая контагиозность вируса и большая восприим­чивость людей. И, наконец, главная особенность вируса гриппа, приводящая к эпидемическому распространению заболевания - спо­собность к антигенной изменчивости - дрейфу и шифту, особенно выраженная у вируса типа А.

Эпидемии гриппа, вызываемые вирусом типа А, протекают в виде пандемических циклов, сменяющих друг друга. Каждый цикл начина­ется с пандемии, за которой следуют несколько эпидемических волн гриппа, и длится 10-30 лет. Цикл начинается с появления в результате шифта нового подтипа вируса А с обновленными поверхностными антигенами, способного вызывать пандемию гриппа, вследствие от­сутствия у человеческой популяции иммунитета к этому подтипу. С накоплением «иммунной прослойки» из переболевших людей заболе­ваемость снижается. Под воздействием факторов иммунитета проис­ходит селекция точечных мутантов исходного подтипа с незначительными изменениями поверхностных антигенов (дрейф), и появляются сероварианты (штаммы), вызывающие новые волны эпи­демии гриппа. Этот процесс повторяется - возникают все новые анти­генные варианты того же пандемического подтипа, вызывающие последующие эпидемии гриппа. Цикл заканчивается после формиро­вания «коллективного иммунитета» ко всем серовариантам данного подтипа. На смену ему приходит вновь появившийся в результате ан­тигенного шифта подтип вируса А, начинается следующий пандеми­ческий цикл; Предыдущий подтип при этом исчезал из циркуляции. Исключение составил подтип A/H3N2/, который не исчез из человеческой популяции до настоящего времени, хотя в 1977 году появился следующий пандемический подтип — А/Н1N1/ вернувшийся после 20-летнего отсутствия (табл. 1).

Таким образом, в настоящее время среди населения циркулиру­ют и вызывают эпидемии несколько серовариантов (штаммов) обоих подтипов вируса А, а также два подтипа вируса В. Не исключено, что вскоре может появиться новый подтип вируса А и начнется следую­щий пандемический цикл. Этому может способствовать появление массовых вспышек «птичьего» гриппа среди поголовья домашних птиц (кур, уток, гусей и др.) в странах Юго-Восточной Азии, а в 2005 г. в России, странах Европы и Америки. Выявлено, что вирус «птичьего» гриппа переносят перелетные птицы, главным образом водоплаваю­щие. Вирус идентифицирован как подтип A(H5N1). В России заболе­ваний «птичьим» гриппом людей пока не обнаружено, но были случаи заболеваний в странах Азии. Существует опасность, что в результате рекомбинации между вирусами типа А птици человека могут возник­нуть новые подтипы вируса А (шифт), способные вызывать пандемию гриппа среди людей.

Таблица 1