Этапы развития вирусологии, связь с другими науками

Экспрессия вирусного генома

Транскрипция – «переписывание» информации с геномной нуклеиновый кислоты на иРНК по законам генетического кода.

У ДНК-содержащих вирусов процессы проходят как в клетке: ДНК ^{_ транскрипция _} иРНК

^{_ трансляция _} белок. Информация переписывается на иРНК, а каждая из цепей молекулы ДНК может служить матрицей для синтеза. При этом транскрипция может происходить в ядре или в цито- плазме клетки.

ДНК-содержащие вирусы, размножающиеся в ядре (папова-, аденовирусы и вирусы герпе- са), используют ферменты клетки – транскриптазу или ДНК-зависимую РНК-полимеразу. После их раздевания в клетке ДНК-геном вируса проникает в ядро, встраивается в геном клетки и РНК- полимераза клетки инициирует транскрипцию иРНК.

ДНК-вирусы, размножающиеся в цитоплазме (поксвирусы, иридовирусы) имеют собствен- ный структурный белок, выполняющий функцию транскриптазы, поскольку в цитоплазме отсут- ствуют клеточные ферменты, способные осуществлять эту функцию.

Для размножения одноцепочечных ДНК-вирусов сначала синтезируется вторая цепь, а затем процесс идет аналогично: ДНК ^{_ транскрипция _} иРНК ^{_ трансляция _} белок. У таких вирусов (парвовирусы) транскрипция происходит в ядре. Сначала на матрице вирусной ДНК при участии клеточной ДНК-зависимой ДНК-полимеразы синтезируется комплементарная молекула ДНК. Формируется двуспиральная молекула ДНК, которая после замыкания в кольцо интегрируется в клеточный ге- ном и ее транскрипцию в иРНК осуществляет клеточная ДНК-зависимая РНК-полимераза.

Регуляция транскрипции у некоторых вирусов, в основном ДНК-геномных, происходит сле- дующим способом. Существует три периода транскрипции: сверхранний, ранний и поздний. Сна- чала осуществляется транскрипция сверхранних и ранних генов (кодируют неструктурные белки, выполняющие роль ферментов) с образованием сверхранних иРНК для последующей трансляции так называемых α-белков. В свою очередь α-белки необходимы в качестве ферментов для ранней транскрипции, в процессе которой считываются ранние гены, кодирующие β-белки, которые ини- циируют транскрипцию группы поздних генов, кодирующих γ-белки (структурные белки). Такой тип регуляции называется каскадным. Количество поздних генов обычно превышает количество ранних. Обычно при поздней транскрипции считывается весь геном, но с преобладанием транс- крипции поздних генов. Такой путь регуляции транскрипции характерен для покс-, герпес-, па- пиллома- и полиомавирусов, аденовирусов, иридовирусов.

У РНК-вирусов (+)РНК с позитивным геномом (пикорна-, тога- и коронавирусы) процесс транскрипции отсутствует, т.к. РНК выполняет функцию иРНК - генома: (+)РНК ^{_ трансляция_} белок.

У вирусов с (-) РНК негативным геномом (двухцепочечные: рео-, одноцепочечные: орто- миксо-, парамиксо-, рабдо- и буньявирусы) собственный геном не может выполнять функции иРНК, поэтому вирусная РНК служит матрицей, на которой синтезируется комплементарная иРНК. У таких вирусов транскрипция выделена как самостоятельный процесс в инфекционном цикле: (-)РНК ^{_ транскрипция _} (+) РНК ^{_ трансляция _} белок. Вирус должен иметь в своем составе фермент РНК-зависимую РНК-полимеразу (транскриптазу), т.к. в клетке ее аналога нет.

Семейство РНК-содержащих ретровирусов содержит геном, представленный двумя от- дельными молекулами РНК, так называемый димерный геном. Эти вирусы включают в себя об- ратный синтез (процесс обратной транскрипции). После «раздевания» вирусы проникают в ядро клетки в виде РНК-генома, связанного со структурным белком вируса. Данный белок выполняет уникальную функцию фермента, который инициирует «переписывание» информации (обратная транскрипция) с РНК вируса на комплементарную молекулу ДНК. Фермент - обратная транскрип- таза (РНК-зависимая ДНК-полимераза, ревертаза) находится в составе вириона. Синтезированная ДНК встраивается (интегрируется) в ДНК клетки и при участии клеточной ДНК-зависимой РНК- полимеразы «переписывается» на РНК, которая обладает функцией иРНК: РНК ^{_ обратная транскрипция _}

ДНК+ геном клетки _ транскрипция _ иРНК _трансляция_ белок.

У РНК-вирусов синтез транскриптов строго контролируется в отношении как количества ка- ждого класса транскриптов, так и периода инфекции, когда определенные транскрипты синтези- руются с максимальной скоростью. Синтезированные иРНК транспортируются к рибосомам.

Транскрипция может быть первичной (осуществляется с нуклеиновой кислоты, только про- никнувшей в клетку) и вторичной (осуществляется на вновь синтезированных нуклеиновых ки- слотах).

Трансляция - перевод генетической информации, содержащейся в иРНК в виде нуклеотид- ной последовательности в последовательность аминокислот, из которых синтезируется белок. Ви- рус использует белоксинтезирующий аппарат клетки. Синтез белка в клетке происходит на рибо- сомах, где идет слияние потока информации (иРНК) с потоком аминокислот, которые приносят транспортные РНК (тРНК). Для каждой аминокислоты должна быть своя тРНК. В клетке сущест- вует большое количество тРНК, молекулы которых представляют собой односпиральные РНК со сложной структурой, петли которой напоминают лист клевера. В одно из петель молекулы тРНК находится триплет нуклеотидов – антикодон, комплементарный определенному кодону иРНК. Молекула тРНК «узнает» определенную аминокислоту и связывается с ней с помощью клеточного фермента – аминоацил-тРНК-синтетазы с образованием аминоацил-тРНК.

Три нуклеотида на иРНК кодируют одну аминокислоту и называются триплетом или кодо- ном, а комплементарные им три нуклеотида на тРНК – антикодоном.

Трансляция проходит три этапа: инициация (узнавание), элонгация (удлинения) и термина- ция (окончание трансляции).

Инициация – наиболее ответственный этап, основанный на узнавании рибосомой вирусной иРНК, за счет нескольких вирусных молекул белка, так называемые инициаторные факторы. Инициации предшествует формирование инициирующего комплекса, состоящего из малой и большой субъединиц рибосомы, аминоацил-тРНК и белковых факторов инициации.

Инициация «запускается» специфической последовательностью на 5'-конце иРНК, содержа- щей кэп-структуру (кэп - шапочка) – триплет, кодирующий метионин. Эту последовательность уз- нает малая субъединица рибосомы и связывается с ней, а аминоацил-тРНК одновременно связыва- ется с обеими субъединицами рибосомы. Большая рибосомальная субъединица «протягивает» че- рез себя иРНК и перемещается к ее 3'-концу, пока не достигнет инициаторного кодона.

Происходит слияние потока информации с потоком аминокислот, т.е. кодон (триплет), нахо- дящийся в малой рибосомальной субъединице узнает антикодон, находящийся в большой субъе- динице.

Элонгация – происходит наращивание полипептидной цепи, вследствие присоединения но- вых аминокислот. иРНК протягивается через рибосому и на ней кодируются аминокислоты. Про- исходит присоединение новых аминокислот к растущей полипептидной цепи.

Терминация – прекращение трансляции и полипептидная цепь освобождается из рибосомы, при этом рибосома распадается на субъединицы, которые затем могут войти в состав новых рибо- сом, транслирующих другую (или ту же) иРНК. Элонгация продолжается до тех пор, пока рибосо- ма не достигнет терминального кодона в составе иРНК. Каждая иРНК связана одновременно с не- сколькими транслирующими рибосомами, образуя структуру, которая называется полисомой (по- лирибосомой). Такие структуру могут быть свободными или связанными с мембраной. Полисомы могут состоять из 4 – 6 или 20 и более рибосом.

Существует два пути формирования вирусных белков:

1. Синтез гигантского полипептид-предшественника, который затем нарезается на отдельные активные белки. Полипептид сползает в виде непрерывной ленты с рибосомного «конвейера» и нарезается на белки нужного размера за счет вирусных и клеточных протеаз. Такой путь реализу- ют (+)РНК-вирусы с позитивным геномом (пикорна- и тогавирусы).

2. Синтез отдельных зрелых белков – характерен для ДНК-вирусов и большинства РНК- вирусов.

Функционально зрелые белки часто не идентичны их вновь синтезированным предшествен- никам. К посттрансляционным модификациям относятся гликозилирование, ацилирование, мети- лирование, сульфирование, фосфорилирование, протеолитическое нарезание.

Репликация – удвоение, синтез молекулы нуклеиновой кислоты идентичной геному. Репликация двухцепочечных ДНК-вирусов идет как и клеточных. После расплетения молеку-

лы на две нити каждая становится матрицей для синтеза новых дочерних цепей. Синтез идет одно- временно на обеих нитях от 5'-конца к 3'-концу при участии белка с ферментативной активностью репликазы (ДНК-полимеразы). Каждая вновь синтезированная молекула ДНК состоит из одной родительской и одной вновь синтезированной дочерней нити.

При репликации вирусной одноцепочечной ДНК сначала синтезируется вторая цепь, приво- дящая к образованию двуспиральных форм, состоящих из плюс- и минус-цепей - промежуточные репликативные формы. В дальнейшем на минус-цепях синтезируются дочерние плюс-нити ДНК.

При репликации одноцепочечных РНК сначала происходит синтез комплементарной РНК (репликативная форма РНК), а потом уже комплементарная ей (идентичная исходной РНК). В клетках нет собственных ферментов, способных осуществлять репликацию РНК-генома. Эту роль выполняют вирусоспецифические белки с функциональной активностью репликаз.

При репликации двухцепочечных РНК образуются также комплементарные формы, являю- щиеся матрицей для последующих цепей. На минус-нити синтезируются односпиральная плюс- РНК, которая сначала выполняет функцию иРНК, за затем служат матрицей для синтеза компле- ментарной плюс-РНК. В результате этого образуются двуспиральные дочерние молекулы вирус- ной РНК.

Репликация одноцепочечной РНК ретровирусов, представляющая собой димер из двух от- дельных плюс-РНК, происходит с участием вирусоспецифического фермента – обратной транс- криптазы (ревертазы). Вначале в ядре клетки на одной молекуле РНК синтезируется комплемен- тарная ей минус-нить ДНК, а затем (после разрушения РНК) – комплементарная ей плюс-нить ДНК. Двунитевая ДНК интегрируется в хромосому клетки. Вирусная ДНК, встроенная в клеточ- ный геном, транскрибируется с образованием вирусной РНК, которая вначале выполняет функции иРНК, направляя синтез вирусоспецифических белков, а затем две такие молекулы ассоциируются с белками (сборка), формируя новое поколение вирионов.

3. Сборка вируса и его выход из клетки

Синтез вирусных компонентов в клетке разобщён и может протекать в различных структурах ядра или цитоплазмы. После накопления определенного состава частиц вирус начинает собираться («одеваться»). Установлено, что при епродукции многих вирусов их компонентов синтезируется значительно больше, чем необходимо для формирования зрелых вирионов. Чтобы собралась ви- русная частица, компоненты вируса должны узнавать друг друга и отличаться от клеточных.

В основе самосборки лежат два взаимодействия: специальное белок-нуклеиновое и белок- белковое. Белок-нуклеиновое взаимодействие заключается в том, что белок распознаёт небольшой участок на молекуле нуклеиновой кислоты и связывается с ним. Затем к этому белку присоединя- ются другие вирусные белки - белок-белковое взаимодействие.

У простых вирусов сначала формируются провирионы (предшественники), которые после модификации белков превращаются в зрелые вирионы.

Сборка сложных вирусов осуществляется многоступенчато: сначала формируются нуклео- капсиды (сердцевины) и уже с ними контактирует белки суперкапсидных оболочек.

Сборка нуклеокапсидов, провирионов осуществляется на «вирусных фабриках». Образова- ние суперкапсида происходит за счет захвата вирусом при почковании части оболочки клетки (ядерной или цитоплазматической). За исключением вируса оспы. У него суперкапсид не приобре- тается из клетки, а синтезируется вновь самим вирусом.

Выход вирусных частиц осуществляется двумя путями:

1. Почкование – захват вирусом части оболочки – оболочечные вирусы. Процесс освобожде- ния вирусов из клеток может продолжаться очень долго, клетки живут, делятся и продуцируют новое вирусное потомство. Во время этого процесса вирион дозревает, приобретая суперкапсид.

2. Взрывной путь – клетки быстро погибают, а в окружающей среде накапливаются сотни и тысячи новых вирусных частиц - безоболочечные вирусы.

Выпадение любого из указанных этапов приводит к нарушению нормального цикла и влечет за собой либо полное подавление размножения вирусов, либо появление неполноценного потом- ства. Что и используется для борьбы с вирусными заболеваниями (противовирусные препараты).

ГЕНЕТИКА ВИРУСОВ

1. Структурная организация вирусного генома.

2. Наследственность и изменчивость вирусов.

3. Генетические и негенетические взаимодействия вирусов.

4. Механизмы репарации (восстановления) вирусов.

Противовирусный иммунитет

Иммунитет - это способ защиты организма от всех антигенно чужеродных веществ как экзо- генной, так и эндогенной природы - вирусов, бактерий, грибов, паразитов и мутационно изменен- ных клеток собственного организма, направленный на обеспечение структурной и функциональ- ной целостности организма.

Устойчивость к вирусам может быть естественной (т.е. врожденной) или приобретенной по- сле ранее перенесенного заболевания или в результате вакцинации.

Иммунное распознавание чужеродного агента начинается уже после проникновения его в организм, но спровоцировать иммунный ответ чужеродные агенты могут, лишь преодолев ряд за- щитных механизмов, которые можно рассматривать как первичную линию обороны иммунной системы.

В понятие противовирусного иммунитета входят три категории защитных механизмов:

1. Естественная видовая резистентность обусловлена отсутствием условий для размно- жения вируса из-за неспособности клеток обеспечить адсорбцию, проникновение и депротеиниза- цию вируса. Так, например, человек обладает невосприимчивостью к вирусу чумы крупного рога- того скота, а животные - к возбудителю брюшного тифа и т.д. Вирус разрушается в месте первич- ной локализации. Видовой иммунитет передается из поколения в поколение, но он не абсолютный и зависит то многих факторов: возраста, пола, климатических условий и т.д.

В основе видового иммунитета лежат различные механизмы естественной неспецифической резистентности.

Неповрежденная кожа и слизистые оболочки представляют собой барьер (механическое препятствие) на пути проникновения вирусов. Клетки слизистых оболочек вырабатывают различ- ные ферменты (лизоцим) и другие продукты жизнедеятельности, которые обладают некоторым противовирусным действием. Слизь, выделяемая оболочками, способствует вымыванию и удале- нию инфекционных агентов.

Температура 38-40 °С оказывает инактивирующие действие на вирусы, способствует усиле- нию кровотока, усилению обменных механизмов в организме, активизирует макрофаги, но даль- нейшее повышение температуры подавляет фагоцитоз.

Секреты сальных и потовых желез обладают определенным ингибирующим действием за счет присутствия в них молочной и жирных кислот, снижающих pH секрета. Неблагоприятное воздействие на возбудителей оказывает и желудочный сок с его кислой реакцией. Освобождение организма от микроорганизмов и вирусов происходит с помощью желудочно-кишечного тракта, мочевыводящих путей, потовых желез, дыхательной и других систем.

Гормоны принимают участие в неспецифической защите от вирусов. Доказано, что малые дозы кортизона повышают защитные функции организма, а большие - снижают резистентность к вирусным инфекциям. Гормон роста активирует защитные функции организма.

Защитная функция лимфатических узлов связана с тем, что при проникновении в них вируса с лимфой он задерживается в них и становится объектом для действия макрофагов и лимфоцитов.

Фагоцитоз. Некоторые вирусы могут репродуцироваться в лейкоцитах (вирусы АЧС, чумы КРС). Защита организма от вирусных инфекций проявляется в фагоцитозе не вирионов, а инфици- рованных ими чувствительных клеток (эритроцитов, тромбоцитов и др.).

Макрофагами называются клетки, обладающие способностью поглощать (фагоцитировать) различные частицы и микроорганизмы. Они объединены в систему мононуклеарных фагоцитов - СМФ.

В своем созревании макрофаг проходит следующие этапы:

Стволовая клетка (костный мозг) → монобласт → промоноцит → моноцит костного моз-

га → моноцит периферической крови → тканевой макрофаг.

Начальные этапы созревания макрофагов протекают в костном мозге, а в кровь и лимфу из костного мозга макрофаги поступают на стадиях промоноцита и моноцита и циркулируют около 36 ч.

При проникновении вируса в организм макрофаги активизируются за счет большого количе- ства рецепторов на их цитоплазматической мембране. Активированные макрофаги синтезируют и секретируют целый комплекс биологический активных соединений (компоненты системы ком- племента и т.д.), которые также являются факторами неспецифического иммунитета.

Фагоцитоз – это не только поглощение чужеродного объекта, но и представление его антиге- нов для запуска цепи иммунных реакций, приводящих к формированию иммунитета. Макрофаги представляют поглощенный вирус другим иммунокомпетентным клеткам, тем самым активируя факторы специфического гуморального (антитела) и клеточного (Т-лимфоциты) иммунитета, а также клетки памяти.

2. Неспецифические факторы резистентности – это интерферон и неспецифические ин- гибиторы - вирусотропные вещества, вырабатываемые клетками организма и подавляющие ге- магглютинирующую или инфекционную активность вирусов. Наибольшее количество этих ве- ществ обнаруживают в сыворотке крови, но также они могут быть в тканях органов, секретах и экскретах животных, а также в культуре клеток. Ингибиторы бывают термолабильные (β- ингибиторы – инактивируются при температуре 56-62 °С, нейтрализуют инфекционную и гемагг- лютинирующую активность вируса) и термостабильные (устойчивы к нагреванию, Френсиса, α- и γ-ингибиторы, блокируют гемагглютинирующую активность вируса).

Вирусы взаимодействуют как с неспецифическими ингибиторами с образованием комплекса вирус-ингибитор, так и со специфическими антителами, образуя комплекс вирус-антитело, кото- рый является более прочным. При исследовании сыворотки крови в серологических реакциях ви- русы освобождают от ингибиторов различными методами: прогреванием в течение 30 мин до тем- пературы 56 - 60 °С, обработкой коалином, С0₂ и др.

3. Специфические факторы иммунитета. Специфический иммунитет возникает после иммунизации или переболевания, по наследству не передается.

2. Интерферон

Интерфероны (ИФН, от англ. interfere - препятствовать, мешать) - гликопротеиды, секрети- руемые многими клетками организма в ответ на вирусную инфекцию и другие стимулы. Наиболее активно синтезируют белки интерферона клетки белой крови: лейкоциты, Т-лимфоциты, естест- венные клетки-киллеры, макрофаги и др.

В 1957 г. англ. вирусологи А. Айзекс и Ж. Линдеман обнаружили, что клетки, зараженные вирусом гриппа, вырабатывают особое вещество, угнетающее размножение как гомологичных, так и гетерологичных вирусов, которое они назвали интерфероном.

Сначала были выявлены два типа интерферонов - I и II, которые продуцируют разные клетки организма млекопитающих. Выработка интерферона у животных определяется врожденными осо- бенностями организма, возрастом (например, новорожденные животные из-за недостаточной про- дукции интерферона более чувствительны к вирусным заболеваниям, чем взрослые). Кроме того, на продукцию интерферона тканями организма влияют климатические условия (например, в зим- нее-осений период продукция интерферона ниже, чем в весенне-летний), различные виды облуче- ния (например, ионизирующее облучение животных снижает продукцию интерферона).

Дальнейшее изучение интерферонов привело к созданию международной номенклатуры специальной комиссией ВОЗ в 1980 г. Согласно ей требуется учитывать видовую принадлежность интерферона (человеческий, бычий, свиной, мышиный и т.д.), антигенную специфичность (α, β, γ, δ, κ, τ), источник получения (лейкоциты, фибробласты, лимфоциты и т.д.), молекулярную массу. Интерфероны закодированы в генетическом аппарате клетки. Стимулами, или индукторами, про- дукции интерферонов могут быть вещества различной природы, такие как молекулы РНК, внутри- клеточные паразиты, продукты жизнедеятельности микроорганизмов и др.

Промежуток времени между взаимодействием индуктора с клеткой и появлением интерфе- рона (lag-период) обычно составляет 4 - 8 ч.

Интерферон не взаимодействует непосредственно с вирусом, он не препятствует адсорбции

вируса на клетке и его проникновению в клетку. Антивирусное действие интерферона связано с повышением активности ряда ключевых ферментов клеточного обмена веществ, в том числе про- теинкиназы, под действием которой один из белков, инициирующий трансляцию, переходит в не- активное состояние. В результате этого нарушается формирование комплекса факторов, иниции- рующих трансляцию (иРНК, малая рибосомальная единица, инициирующие белки) и трансляции вирусных белков не происходит.

Наиболее характерные свойства интерферонов следующие:

• видотканевая специфичность - высокая активность в гомологичных системах и очень низ- кая в гетерогенных (так, для лечения человека используют интерфероны только человеческого происхождения);

• избирательная активность по отношению к разным группам вирусов;

• высокая противовирусная активность в небольших дозах.

При изучении интерферонов было показано, что помимо противовирусного, антибактери- ального (особенно к грамположительным бактериям), антипаразитарного, противоопухолевого действия, они обладают выраженным иммуномодулирующим свойством. Интерфероны стимули- руют активность природных клеток-киллеров и цитотоксических Т-лимфоцитов, повышают чув- ствительность к ним клеток-мишеней, стимулируют фагоцитоз, антителообразование, фиксацию комплемента и т.д.

Биологическая активность у разных интерферонов может быть выражена в разной степени, например, α- и β-интерфероны обладают более высокой противовирусной активностью, чем γ- интерфероны, которые имеют во много раз большую иммуномодулирующую активность.

По происхождению различают два вида интерферона: эндогенный и экзогенный. Эндоген- ный интерферон вырабатывается клетками организма животного (in vivo), а экзогенный синтези- руется искусственно (in vitro) и применяется для профилактики и лечения некоторых вирусных инфекций, таких как грипп, гепатит В, герпес и др. Препарат эффективнее на ранних стадиях за- болевания.

3. Природные, или естественные, киллеры (ЕК-клетки, англ. NK - natural killers) были об- наружены в 1976 г. в лимфоидной ткани. Они происходят из клеток-предшественников костного мозга и представляют собой популяцию лимфоидных клеток, лишенных признаков Т- или В- лимфоцитов. Содержание ЕК-клеток в крови составляет 5 - 20 % от общего числа лимфоцитов, в печени - 42 %, селезенке - 36, лимфоузлах - 3, легких - 5, тонкой кишке – 3, в костном мозге - 2 %. В отличие от цитотоксических Т-лимфоцитов киллерная активность ЕК-клеток не зависит от представления им чужеродных антигенов молекулами ГКГС I.

Распознавание и уничтожение клеток-мишеней ЕК-клетками не требует предварительной сенсибилизации (иммунизации) и не сопровождается образованием клеток памяти. ЕК-клетки иг- рают важную роль в защите организма против опухолевого роста, метастазов опухолей и вирус- ных инфекций. По существу, естественные киллеры участвуют в первой линии защиты организма от антигена еще до включения специфических иммунных механизмов (вторая линия защиты). Уже в начале вирусной инфекции проявляется их высокая противовирусная активность. Естественные киллеры проявляют свое противовирусное действие в течение первых трех дней после заражения, а цитотоксические Т-лимфоциты и специфические антитела — только через 4-7 дней.

ЕК-клетки вызывают лизис клеток-мишеней независимо от антител и комплемента и не об- ладают способностью к фагоцитозу.

Механизм действия ЕК-клеток проявляется в том, что они синтезируют особый белок, кото- рый по своим физико-химическим и иммунологическим свойствам сходен с перфорином, вызы- вающим образование пор в мембране клеток-мишеней. Кроме того, ЕК-клетки содержат гранзи- мы, обусловливающие индукцию апоптоза (запрограммированной гибели клетки) при проникно- вении в клетки-мишени. После лизиса клеток-мишеней ЕК-клетки остаются жизнеспособными и могут вступать во взаимодействие с новыми клетками. ЕК-клетки вызывают гибель клеток- мишеней значительно быстрее, чем Т-лимфоциты, - в течение 1 - 2 ч, поскольку для Т-лимфоцитов требуется активация и дифференцировка в виде клеточного иммунного ответа.

Помимо ЕК-клеток, обладающих естественной цитотоксичностью, существуют ЕК-клетки, имеющие рецепторы к Fc-фрагментам антител. Они обеспечивают антителозависимую клеточную цитотоксичность (АЗКЦ), которая заключается в разрушении клеток, инфицированных вирусом и

покрытых антителами (опсонизирован- ных).

Благодаря скоординированному взаимодействию макрофагов, интерферонов, комплемента, ЕК-клеток, ГКГС еще до развития специфического иммунитета уже обеспечивается своевремен- ное распознавание и начинается уничтожение генетически чужеродных веществ.

4. Специфические факторы иммунитета. Специфическая система иммунитета имеет свои иммунокомпетентные органы - центральные (костный мозг, тимус фабрициева сумка у птиц, пе- чень у млекопитающих) и периферические (селезенка, лимфатические узлы, лимфоидные ткани желудочно-кишечного тракта и миндалин).

«Исполнителями» специфического иммунного ответа являются макрофаги (а также другие антигенпредставляющие клетки), различные популяции и субпопуляции Т- и В-лимфоцитов. Воз- никнув из общей исходной (так называемой стволовой) клетки, они проходят соответствующую дифференцировку от предшественников в центральных органах иммунной системы. Дифференци- ровка Т-лимфоцитов в иммунокомпетентные клетки проходит в тимусе. Созревание В- лимфоцитов проходит у птиц в бурсе, у млекопитающих - сначала в печени плода, а затем, после рождения, в костном мозге.

Зрелые В- и Т-лимфоциты приобретают иммунокомпетентность - способность распознавать чужеродные антигены. Они покидают костный мозг и тимус и заселяют селезенку, лимфатические узлы и другие скопления лимфатических клеток. Такая постоянная циркуляция обеспечивает кон- такт как можно большего числа соответствующих лимфоцитов с антигеном (вирусом).

Каждая В-клетка генетически запрограммирована на синтез антител к одному определенно- му антигену. Встретив и распознав этот антиген, В-клетки пролиферируют (размножаются) и дифференцируются в зрелые плазматические клетки (плазмоциты), секретирующие антитела про- тив него. Другие В-лимфоциты, пройдя два-три цикла деления, превращаются в клетки памяти, которые не способны синтезировать антитела. Они могут циркулировать длительное время (от не- скольких месяцев и до нескольких лет) без деления, определяя продолжительность приобретенно- го иммунитета. При повторном поступлении антигена в организм они его быстро распознают и приобретают способность к пролиферации с последующим превращением в плазмоциты, секрети- рующие антитела.

Так же образуются клетки памяти из Т-лимфоцитов. Клетки памяти можно назвать «резер- вом» иммунокомпетентных клеток.

У Т- и В-лимфоцитов обнаружены разные поверхностные рецепторы (маркеры), которые обеспечивают выполнение различных функций. На этом основании выделяют следующие основ- ные субпопуляции лимфоцитов:

ü Т-хелперы (помощники) - взаимодействуют с В-лимфоцитами, стимулируют их пролифе- рацию и трансформацию в плазматические клетки, синтезирующие антитела;

ü Т-супрессоры - угнетают пролиферацию В-лимфоцитов, способствуют развитию иммуно- логической толерантности и др.;

ü Т-киллеры (цитотоксические) - разрушают чужеродные клетки, клетки, инфицированные вирусами, клетки опухолей и др.;

ü Т-лимфоциты памяти - сохраняют информацию об антигене и передают ее другим клет-

кам;

ü В1 (Т-независимые лимфоциты) - участвуют в образовании антител без взаимодействия с

Т-лимфоцитами;

ü В2 (Т-зависимые лимфоциты) - превращаются в плазматические клетки с помощью Т- хелперов;

ü ВЗ (киллеры) - разрушают клетки мишени без комплемента, но с помощью антител;

ü В4 (супрессоры) - угнетают пролиферацию Т-лимфоцитов;

ü В5 (лимфоциты памяти) - при повторном попадании антигена в организм синтезируют иммуноглобулины класса G.

Различают два варианта иммунного ответа (таблица 1): первичный (через 4 - 7 дней после первой встречи с антигеном) и вторичный (после повторного контакта). Они различаются по про- должительности латентного периода, скорости нарастания титра антител, общему количеству син- тезируемых антител, последовательности синтеза иммуноглобулинов различных классов. Клеточ- ные механизмы первичного и вторичного иммунного ответа также различны.

Индукция иммунного ответа при вирусной инфекции начинается с поглощения возбудите- ля макрофагами и другими антигенпрезентирующими клетками (клетки Лангерганса кожи, ден- тритные клетки и др.).

В макрофагах происходит расщепление (процессинг) вирусных частиц до отдельных ком- понентов. При этом вирусные белки (антигены) расщепляются на короткие пептиды (антиген- ные детерминанты), которые в составе комплекса с белками ГКГС (I, II класса) экспонируются (презентируются) на поверхности макрофагов и связываются с рецепторами соответствующих Т-лимфоцитов (Т-киллеров и Т-хелперов). Затем Т-лимфоциты начинают пролиферировать. В результате этого формируются различные субпопуляции антигенстимулированных Т- лимфоцитов. Особенность развития специфического противовирусного иммунитета - преиму- щественное формирование субпопуляции Т-киллеров, которые разрушают инфицированные ви- русом клетки, субпопуляция Т-хелперов участвует в пролиферации В-лимфоцитов, которые в дальнейшем созревают и превращаются в плазмоциды, секретирующие иммуноглобулины, ко- торые обеспечивают гуморальный иммунитет. При этом иммуноглобулины играют гораздо меньшую роль, чем Т-лимфоциты.

Вирусные пептиды могут выделяться из макрофагов в межклеточное пространство и свя- зываться с В-лимфоцитами с последующим их делением и дифференциацией в плазматические клетки, секретирующие антитела определенного класса (IgM, IgG, IgA, IgD, IgE).

Координированное взаимодействие макрофагов, Т- и В-лимфоцитов при встрече с антигеном обеспечивает как и гуморальный, так и клеточный иммунные ответы.

Для всех форм иммунного ответа требуется согласованное взаимодействие основных факто- ров иммунной системы: макрофагов, Т-лимфоцитов, В-лимфоцитов, ЕК-клеток, системы интерфе- ронов, комплемента, ГКГС. Это взаимодействие осуществляется с помощью медиаторов, синтези- руемых клетками иммунной системы и участвующих в регуляции ее активности, которые называ- ются цитокинами (от греч. cytos - клетка и kineo - приводить в движение). Их подразделяют на мо- нокины (продуцируются моноцитами и макрофагами) и лимфокины (продуцируются активирован- ными лимфоцитами). Лимфокины, которые химически идентифицированы и получены в чистом виде, было предложено (в 1979 г.) назвать интерлейкинами.

5. Основные особенности противовирусного иммунитета. Особенности проявления им- мунного ответа при вирусных заболеваниях определяются тем, что вирусы являются облигатными внутриклеточными паразитами со своеобразным способом репродукции.

Выздоровление от вирусной инфекции обеспечивают три основных феномена:

ü подавление репродукции вируса и нейтрализация инфекционности вирионов;

ü разрушение инфицированных клеток;

ü образование интерферона.

Ранняя стадия инфекции состоит в противоборстве вируса с защитными системами организ- ма-хозяина. Самый первый защитный барьер - кожные покровы и слизистые оболочки организма. В случае нарушения их целостности в действие вступают механизмы экстренной неспецифиче- ской защиты (факторы неспецифической резистентности). Среди них особо выделяют противови- русную активность интерферона, ЕК-клетки и макрофаги.

Противовирусное действие интерферона заключается в том, что он активирует защитные механизмы не пораженных вирусом клеток, обеспечивая их устойчивость к инфекции.

Интерферон действует в нескольких направлениях. Он оказывает влияние на клетки, сосед- ние с инфицированной, запуская в них цепь событий, приводящих к подавлению синтеза вирус- ных белков и в некоторых случаях - сборки и выхода вирусных частиц.

В ответ на воздействие интерферона клетки вырабатывают большое количество протеинки- назы R. Этот фермент приводит к снижению уровня белкового синтеза в клетке. Интерферонзави- симое подавление трансляции губительно как для вируса, так и для клетки-хозяина. Интерфероны способны также активировать сотни других генов, играющих роль в защите клетки от вирусов. Кроме того, интерферон лимитирует распространение вирусных частиц путем активации белка р53, что ведет к апоптотической смерти инфицированной клетки.

Противовирусное действие ЕК-клеток и макрофагов проявляется уже через двое суток по- сле заражения организма-хозяина вирусом. ЕК-клетки и макрофаги уничтожают зараженные клет- ки. Главным образом ЕК-клетки осуществляют реакцию антителозависимой клеточной цитоток-

сичности (АЗКЦ).

Если вирусу удается преодолеть факторы неспецифической резистентности, он вызывает развитие специфического клеточного и гуморального иммунных ответов. Главную роль в специ- фическом иммунном ответе играют факторы клеточного иммунитета (Т-киллеры и макрофаги). Факторы гуморального иммунитета (В-лимфоциты и антитела, которые они секретируют) в про- тивовирусном иммунном ответе играют менее значимую роль. Основные механизмы противови- русного иммунитета сводятся к уничтожению зараженных вирусом клеток (т.е. клеток, которые фактически являются «фабриками» по производству новых вирусов) и нейтрализации и блокиро- ванию распространения вирусных частиц.

Клеточный противовирусный специфический иммунитет обеспечивают Т-клетки, которые выполняют разнообразные функции. Для их созревания и дифференцировки в активной субпопу- ляции наибольшее значение имеют макрофаги и другие антигенпрезентирующие клетки.

Субпопуляция зрелых Т-хелперов активизирует плазматические клетки, которые синтезиру- ют антитела против вирусных антигенов. Кроме того, плазматические клетки участвуют в диффе- ренцировке Т-киллеров, а также в привлечении макрофагов и ЕК-клеток в очаг вирусной инфек- ции.

Субпопуляция Т-киллеров осуществляет противовирусный иммунологический надзор через специфическое разрушение инфицированных вирусами клеток с помощью синтезируемых ими перфоринов и гранзимов. Проникнув внутрь клетки-мишени, гранзимы через каскад реакций ак- тивируют эндонуклеазы, которые способствуют разрыву цепей ДНК и развитию апоптоза.