Систематическое положение и классификация вирусов.

Систематическое положение и классификация вирусов.

Вирусы - мельчайшие реплицирующиеся микроорганизмы, находящиеся всюду, где есть живые клетки.

Вирусы имеют кардинальные отличия от других прокариотических микроорганизмов:

1. Они не имеют клеточного строения. Это доклеточные формы биологической жизни.

2. Имеют субмикроскопические размеры, варьирующие у вирусов человека в пределах 15-250 и более нм.

3. Характеризуются только одним типом нуклеиновой кислоты: или ДНК, или РНК в качестве генома.

4. Вирусы не обладают собственными системами метаболизма и получения энергии.

5. Репликация вирусов происходит в клетках с использованием их белоксинтезирующих и энергетических систем, поэтому они — облигатные внутриклеточные паразиты.

6. Вирусы не способны к прогрессивному росту и делению. Они образуются в виде зрелых форм (вирионов) путем самосборки из готовых, т.е. преформированных компонентов (белков, нуклеиновых кислот).

В основу современной классификации вирусов положены следующие основные критерии:

1. Тип нуклеиновой кислоты (РНК или ДНК) и ее первичная структура — сиквенс (одно- или двунитчатая, линейная, циркулярная, непрерывная или фрагментированная).

2. Характеристика вирионов: наличие белковой оболочки (капсида) и/или дополнительной липопротеидной оболочки (суперкапсида), размер и морфология, тип симметрии.

3. Стратегия вирусного генома в клетке хозяина (т.е. используемый вирусом путь транскрипции, трансляции, репликации и выход из нее).

4. Антигенные и физико-химические свойства.

5. Феномены генетических взаимодействий.

6. Экологические взаимодействия (круг восприимчивых хозяев, ареал географического распространения).

7. Механизмы патогенности (характер изменений в клетках, образование внутриклеточных включений, изменения экспрессии генов клеток хозяина, апоптоз и трансформация клеток).

8. Способы передачи и резистентность к факторам внешней среды (γ-из-лучению, температуре, действию детергентов, эфира, противовирусным препаратам).

На основании 1 и 2 критериев вирусы делятся на подтипы, порядки и семейства, на основании других признаков — на роды и виды. Вид — наименьшая таксономическая единица. Существует в виде «квазивидов». Дополнительно по строению генома и антигенным вариациям различают подвидовые категории — типы, субтипы. Типы и субтипы имеют цифровое или буквенное обозначение. Например, серотипы полиовируса — 1, 2 и 3; генотипы вируса гепатита С — 1-6, субтипы — 1а и 1б и т.д.

Вид — группа вирусов, имеющих совпадающие характеристики (несколько главных свойств), составляющих реплицирующуюся линию.

Род — группа видов вирусов, имеющих общие свойства. Обычно формируется на основе типового вида, т.е. вида, по своим характеристикам и генетическим связям удовлетворяющего требованиям рода.

Семейство — совокупность родов вирусов с общими характеристиками. Формируется на основе типового рода.

Порядок — группа взаимосвязанных семейств вирусов (не полностью применимо в таксономии вирусов).

Другие таксоны, более высокого уровня (класс, отряд, царство), не применимы для вирусов.

Названия порядков, семейств, подсемейств, родов и видов пишется по латыни и начинается с большой буквы. Название порядка имеет суффикс «virales», а семейства оканчивается на «viridae». Некоторые семейства делятся на подсемейства и имеют суффикс «virinae», род — «virus» (например, Caudovirales, Adenoviridae, Mastadenovirus, Human adenovirus C).

 

Культуры клеток, классификация, характеристика. Культивирование вирусов на культурах клеток. Подготовка материала, заражение культуры. Методы индикации и идентификации вирусов.

Для культивирования вирусов в лабораторных условиях используются следующие живые объекты: 1) культуры клеток (тканей, органов); 2) куриные эмбрионы; 3) лабораторные животные.

I. Культуры клеток

Наибольшее распространение имеют однослойные культуры клеток, которые можно разделить на первичные (первично трипсинизированные), полуперевиваемые (диплоидные), перевиваемые, трансфецированные.

По происхождению они подразделяются на эмбриональные, опухолевые и из взрослых организмов; по морфогенезу — на фибробластные, эпителиальные и др.

Первичные культуры клеток — это клетки какой-либо ткани человека или животного, способные культивироваться в виде монослоя на пластмассовой или стеклянной поверхности в специальной питательной среде, но не способные к длительному размножению. Срок жизни таких культур ограничен. В каждом конкретном случае их получают из ткани после механического измельчения, обработки протеолитическими ферментами и стандартизации количества клеток. Первичные культуры, полученные из почек обезьян, почек эмбриона человека, амниона человека, куриных эмбрионов, широко используются для выделения и накопления вирусов, а также для производства вирусных вакцин.

Полуперевиваемые (диплоидные) культуры клеток — клетки одного генотипа, способные in vitro выдерживать до 50-100 пассажей, сохраняя при этом свой исходный диплоидный набор хромосом. Диплоидные линии фибробластов эмбриона человека используются как для диагностики вирусных инфекций, так и при производстве вирусных вакцин.

Перевиваемые клеточные линии характеризуются бессмертием и гетероплоидным кариотипом. Источником перевиваемых линий могут быть первичные клеточные культуры (например, СОЦ — из сердца обезьяны циномольгус, ПЭС — из почек эмбриона свиньи, ВНК-21 — из почек однодневных сирийских хомяков; ПМС — из почки морской свинки и др.), отдельные клетки которых обнаруживают тенденцию к бесконечному размножению in vitro. Совокупность изменений, приводящих к появлению в клетках таких свойств, называют трансформацией, а клетки перевиваемых тканевых культур — трансформированными.

Другой источник перевиваемых клеточных линий — злокачественные новообразования. В этом случае трансформация клеток происходит in vivo. Получены и наиболее широко в вирусологической практике применяются следующие линии перевиваемых клеток: HeLa — получена из карциномы шейки матки; Hep-2 — из карциномы гортани; Детройт-6 — из метастаза рака легкого в костный мозг; RH — из опухоли почки человека.

Трансфецированные культуры клеток. Разработаны экспериментальные линии культур клеток методом трансфекции (переноса) генов вирусов, контролирующих биосинтез поверхностных антигенов. Такие культуры клеток экспрессируют поверхностный белок определенного вируса (HBs-антиген, gp120 и др.) на мембране клеток культуры. Такие культуры клеток используются с целью изучения иммунологических механизмов патогенеза вирусных инфекций, разработки химиотерапевтических и иммунобиологических препаратов.

Для обеспечения жизнедеятельности культивируемых клеток необходимы питательные среды. По назначению они делятся на ростовые и поддерживающие. В ростовых питательных средах должно содержаться больше питательных веществ, обеспечивающих активное размножение клеток и формирование монослоя. Поддерживающие среды обеспечивают переживание клеток в уже сформированном монослое в период размножения в них вирусов.

Широкое применение находят стандартные синтетические среды, например, синтетическая среда 199 и среда Игла. Независимо от назначения все питательные среды для культур клеток конструируются на основе сбалансированного солевого раствора. Чаще всего им является раствор Хенкса. Неотъемлемый компонент большинства ростовых сред — сыворотка крови животных (телячья, бычья, лошадиная), без наличия 5-10% которой размножение клеток и формирование монослоя не происходит. В состав поддерживающих сред сыворотка не входит. С целью предотвращения возможного роста микроорганизмов в питательные среды вносят антибиотики.

I группа.

«+»РНК, нефрагментированный геном, сложный с кубическим типом симметрии. Семейства:

1. сем. Togaviridae род Alphavirus. Вирус Синдбис, вирус корейской геморрагической лихорадки.

2. сем. Flaviviridae род Flavivirus. Вирус желтой лихорадки, вирус клещевого энцефалита, вирус омской лихорадки.

II группа.

«–»РНК, фрагментированный геном, сложные, кубический тип симметрии.

1. сем. Буньявиридэ а) род Найровирус: вирус крымской геморрагической лихорадки; б) Phlebovirus: вирусы москитных лихорадок в) вирусы группы калифорнийского энцефалита.

III группа.

Двунитевая РНК, фрагментированная, простые, кубический тип симметрии.

1. сем. Rheoviridae, род Orbivirus – вирус кемеровской лихорадки, колорадской лихорадки.

РБ: Вирус карельской лихорадки, Синбиз, клещевого энефалита, лихорадки западного Нила, 4 представителя рода Буньявирус.

Морфология.

Сферические, 30-300 нм (Тога- и Бунья- крупнее). У всех арбовирусов внутренние АГ связаны с нуклеокапсидом. У сложных есть и поверхностные АГ – гликопротеиды суперкапсида. Вирусная РНК – матрица для синтеза 5 белков, в том числе и РНК – полимеразы. РНК сохраняет инфекционность после выделения из вириона. У Flavi – 1 вид, у Тога – 2, у Бунья – 3 вида иРНК.

По гемагглютинину выделяют 3 группы с перекрывающейся активностью. И Тога и Flavi вирусы одного хозяина в разные периоды могут быть иммунологически различны → АГ мимикрия.

Тропизм, репродукция.

Рецепторы располагаются на поверхности вируса,имеют шиповидную форму, содержат гемагглютинин. С помощью рецепторов осуществляется рецепция, тропизм к эпителиоцитам, нервным клеткам и лимфоидным органам. Проникновение с помощью рецепторов эндоцитозом. Репликационный цикл включает депроитенизацию и синтез вирусных протеинов. Протекает в цитоплазме. Выход из клетки ПОЧКОВАНИЕМ. У Тога- 4-8 часов, у flavi – более 20 часов.

Особенности аденовирусных инфекций:

Передача возбудителя при помощи кровососущих насекомых: комаров, клещей, москитов.

1. Аденовирусы размножаются в организме членистогих. Передаются трансовариально.

2. Сохранение популяции вирусов обеспечивается позвоночными: мешевидными грызунами, птицами. У них развивается бессимптомная длительная вирусемия. Птицы и насекомы осуществляют трансконтинентальный перенос вирусов. Включение человека в циркуляцию является случайным (человек является тупиковым инфекционным процессом). Заболевание обычно скоротечны, однако встречаются и вспышки

3. Арбовирусные инфекции являются природно-очаговыми зоонозами. Заражение чаще в сельской местности.

Пути передачи:

1. трансмиссивный – основной
2. аэрогенный
3. алиментарный (сырое молоко, вода)
4. контактный

4. Вирус персистирует в слюнных железах членистоногих → после укуса поступает в кровь (инкубационный период ≈ 1 неделя).

Первичная репликация в эндотелиоцитах → в результате повреждения эндотелиоцитов ↑ проницаемость сосудов, поэтому на коже и слизистых появляется сыпь. При развитии гиперолизованной вирусемии происходит поражение тканей и органов: ЦНС, кожа, мышцы, костный мозг.

Клинический полиморфизм.

От бессимптомных инфекций и слабовыраженных кратковременных лихорадок до тяжелых лихорадок и энцефалитов с летальным исходом. Обуславливается особенностями макроорганизма, т.к. один вирус может развивать различные клинические признаки.

Иммунитет.

Стойкий, пожизненный, гуморальный, типоспецифический.

 

Таблица 14

Лечение

1. При лечении герпетической инфекции на первый план выдвигается химиотерапия. Наибольшее применение получили препараты на основе ацикловира — аномальные нуклеозиды (зовиракс, фамцикловир (фамвир), ванцикловир, герпивир и др.). Ацикловир — специфическое антигерпетическое средство, подменяет действие вирусной тимидинкиназы и угнетает ДНК-поли-меразу. Ацикловир применяют как перорально, внутривенно, так и в виде аппликаций.

2. В последнее время в лечении герпесвирусных инфекций большое внимание уделяется интерферону (используют как α-, так и β-интерфероны) и его индукторам. Неовир (производства Германии) обладает противовирусным и иммуномодулирующим действием. Используется для лечения больных с нарушениями иммунной системы. Циклоферон (производства России) — индуктор интерферона и иммуномодулятор. Аналог неовира.

Местное лечение. При эрозиях используют мазевые аппликации: оксолиновая мазь (0,25-3,0%), теброфен (0,52,0%), аплизарин (2-5%), гевизом-мазь (Венгрия), крем с β-интерфероном.

Профилактика рецидивов. Герпетическая инактивированная вакцина (включает ВПГ 1 и 2 типов) оказывает иммуностимулирующий и десенсибилизирующий эффекты. Курс состоит из 5 внутрикожных инъекций по 0,2 мл через 3-4 дня, его повторяют через 6-12 месяцев.

Гамма-глобулины (специфические и неспецифические) используют как иммуностимуляторы и при заместительной терапии в виде внутримышечных инъекций по 1,5-3,0 мл через день в течение 5-10 дней.

 

Ветряная оспа

Патогенез и иммунитет. При ветряной оспе входными ворота­ми инфекции является слизистая оболочка дыхательных путей, в эпи­телиальных клетках которой происходит первичная репродукция ви­русов. По лимфатическим сосудам они попадают в кровь, вызывая вирусемию. С кровью заносятся в эпителиальные клетки кожи и сли­зистых оболочек, в результате чего появляются везикулярные высы­пания на лице, туловище, конечностях, слизистой оболочке рта.

При мацерации пузырьков вирус легко передается окружающим аэрозольным и реже контактным путем. При заболевании женщин в первые 3 мес. беременности существует риск возникновения у ребен­ка врожденных дефектов.

Полагают, что после перенесения ветряной оспы в детском возра­сте вирус может сохраняться в течение нескольких лет в клетках ган­глиев задних корешков спинного мозга.

При опоясывающем лишае на коже туловища, головы, шеи появ­ляются везикулярные высыпания. Возможна трансплацентарная передача вируса, которая приводит к патологии плода. У людей, пе­ренесших в детском возрасте ветряную оспу, формируется пожизнен­ный иммунитет. В сыворотке крови циркулируют вируснейтрализующие и комплементсвязывающие антитела. Однако они не могут пре­дотвратить рецидивы болезни, поскольку очаг персистирующей инфекции сохраняется в ганглиях спинного мозга. Вместе с тем от­мечается увеличение Т-супрессоров, которые, возможно, являются причиной вторичного иммунодефицита.

Лабораторная диагностика. Выделение вируса проводится в культуре клеток фибробластов эмбриона человека с последующей идентификацией вируса в РСК. Эту же реакцию используют для се­родиагностики ветряной оспы.

Специфическая профилактика. Получена живая вакцина для иммунизации детей в раннем возрасте. В очагах инфекции рекомен­дуется применение иммуноглобулинов, полученных из крови реконвалесцентов.

Для лечения опоясывающего лишая используют интерферон.

Цитомегаловирус

Цитомегаловирус (ЦМВ) относится к Бета-герпесвирусам. В отличие от альфа-герпесвирусов, он содержит большую по молекулярной массе ДНК, имеет более продолжительный цикл репродукции и культивируется в культуре фибробластов человека, вызывая незначительные цитопатические изменения клеток.

Патогенез. Характерной особенностью ЦМВ является его способность образовывать гигантские клетки (20-24 мкм), содержащие включения. Он способен поражать все органы и ткани, вызывая бес-симптомное носительство, либо клинически выраженное заболевание

Особое значение имеет способность ЦМВ инфицировать иммунокомпетентные клетки и персистировать в них.

Кроме того, ЦМВ имеет сродство к клеткам слюнных желез и почек, вызывая в них образование крупных внутриядерных включе­ний. ЦМВ вызывает перинатальную инфекцию у 1% новорожденных. При острых формах повреждаются внутренние органы (печень, почки, головной мозг). ЦМВ может проходить через плаценту, вызывая мертворождение или уродства. Полагают, что 1-2% новорожденных ин­фицированы ЦМВ.

Активация латентной инфекции у взрослых обычно наблюдается при иммунодепрессивной терапии, вторичных иммунодефицитных состояниях, СПИДе. При этом имеют место вируссемия, поражения внутренних органов органов, костного мозга, ЦНС, развитие имму­нопатологических реакций.

Эпидемиология. Возбудитель патогенен только для человека. Вирус передается через плаценту, при прохождении через родовые пути матери, с материнским молоком, при трансплантации органов. более 20% детей первых лет жизни выделяют ЦМВ с мочой и слю­ной.

Лабораторная диагностика. Материал для исследования: осадок мочи, слюна, спинномозговая жидкость.

Вирус выделяют в культуре фибропластов эмбриона человека, главным образом из мочи с последующей идентификацией в РСК, реакции нейтрализации.

Серодиагностику проводят в РСК, РПГА, РН обычно при подо­зрении на врожденную инфекцию. При иммунофлюоресценции и гибридизации ДНК наличие вируса устанавливают через 24 ч.

Профилактика и лечение. Вакцинация проводится живыми вакцинами, иногда в сочетании с вакциной против краснухи. Для лечения используют ацикловир, аномальные нуклеозиды, а также иммуномодуляторы (левомизол).

Гамма-герпесвирусы

К данному подсемейству относятся вирус Энштейна-Барр, вызывающий инфекционный мононуклеоз, лимфому Беркитта и сакркому Капоши у больных СПИДом. Патогенез инфекционного мононуклеоза характеризуется репликацией вируса в верхних дыхательных путях и региональных лимфоузлах. Возбудитель индуцирует появление популяции реактивных Т-клеток (атипичные лимфоциты), поликлональную активацию В-клеток и их дифференцировку в плазмоциты. При этом геном вируса может сохраняться в В-лимфоцитах. Подобная латентная инфекция встречается у многих людей.

Эпидемиология. Единственным источником инфекции является человек. Вирус передается воздушно-капельным, реже трансмиссивным, либо половым путем.

Онкогенные герпесвирусы

Семейство герпесвирусов имеет целый ряд представителей с предполагаемой или доказанной онкогенностью. В этом отношении наиболее важны γ-герпесвирусы (вирусы, ассо­циированные с лимфоцитами), которые являются реальными возбу­дителями опухолевых заболеваний (обычно лимфом) человека и животных.

ВЭБ (вирус Энштейна-Барр) широко распространен по всему миру и является возбудите­лем инфекционного мононуклеоза. Этот вирус способен in vitro и in vivо трансформировать В-лимфоциты, которые приобретают способ­ность к неограниченному росту в культуре. Интересно, что клетки (моноциты, лимфоциты) крови людей, перенесших инфекционный мононуклеоз хорошо растут в культуре как перевиваемые линии в отличие от аналогичных клеток людей, не болевших этой болезнью. Этотфакт позволяет рассматривать инфекционный мононуклеоз как допрокачественное опухолевое заболевание.

Геном ВЭБ транскрибируется в опухоле­вых клетках, и имеет место синтез вирусспецифических белков. Лишь в некоторых клеточных линиях в небольшом проценте клеток проис­ходит продукция полных инфекционных вирионов. В большинстве жеклеток инфекционный процесс носит абортивный характер. Меха-низм спонтанного перехода абортивной инфекции в продуктивную не известен.

В клетках лимфомы Беркитта обнаруживается ряд вирусспецифических антигенов: 1) EBNA (Epstein-Barr nuclear antigen) — выявляется в ядрах, состоит из нескольких белков, главный из которых имеет мол. массу 78 К и связывается с хромосомами; 2) «ранние» антигены, неструктурные вирусспесифические белки, выявляемые в ци-топлазме клеток; 3) вирусные капсидные антигены; 4) вирусные мембранные (оболочечные) антигены.

Клетки лимфомы Беркитта обычно содержат характерную хромосомную перестройку — участок хромосомы 8, содержащий ген с-mус, перемещается в хромосому 2, 14 или 22 в область иммуноглобулиновых генов. При этом экспрессия гена с-mус стансвится нерегулируемой, и он превращается в онкоген. Роль ВЭБ в воз-никновении таких хромосомных транслокаций неясна, но есть все основания считать, что оба события — ВЭБ-инфекция и активация гена с-mус необходимы для приобретения В-лимфоцитом опухолево-го потенциала.

ВЭБ не удается размножать в клеточных культурах под контролем цитопатического эффекта, как большинство других герпесвирeсов. Источником инфекционного вируса служат отдельные линия-лимфобластоидных клеток, которые продуцируют инфекционный вирус за счет продуктивной инфекции немногих клеток в популяции, которая происходит спонтанно или после облучения рентгеновской или ультрафиолетовой радиацией. Вирус выявляют по способности трансформировать В-лимфоциты из пуповинной крови новорожден­ных, по образованию вирусспецифических антигенов в зараженных клетках, а также с помощью молекулярных методов исследования (полимеразная цепная реакция).

Вакцины против ВЭБ-инфекции, которая была бы полезна для про­филактики инфекционного мононуклеоза и онкологических заболева­ний, ассоциированных с ВЭБ, пока не существует, хотя работы по ее созданию ведутся с использованием генно-инженерных методов.

Показано, что так называемая идиопатическая пигментная саркома кожи человека (саркома Капоши) вызывается гамма-герпесвирусом, обозначенным как вирус саркомы Калоши, или герпес вирус типа VIII. Это заболевание обычно развивается на фоне ослабления кле­точного иммунитета, например у больных СПИД.

а- и В-герпесвирусы не обладают онкогенностью в эксперимен­тах на животных. Их роль в естественном канцерогенезе не установ­лена. Предполагалось возможное участие вируса простого герпеса типа 2 в возникновении рака шейки матки, однако доказательства носят косвенный характер и не убедительны.

 

Систематическое положение и классификация вирусов.

Вирусы - мельчайшие реплицирующиеся микроорганизмы, находящиеся всюду, где есть живые клетки.

Вирусы имеют кардинальные отличия от других прокариотических микроорганизмов:

1. Они не имеют клеточного строения. Это доклеточные формы биологической жизни.

2. Имеют субмикроскопические размеры, варьирующие у вирусов человека в пределах 15-250 и более нм.

3. Характеризуются только одним типом нуклеиновой кислоты: или ДНК, или РНК в качестве генома.

4. Вирусы не обладают собственными системами метаболизма и получения энергии.

5. Репликация вирусов происходит в клетках с использованием их белоксинтезирующих и энергетических систем, поэтому они — облигатные внутриклеточные паразиты.

6. Вирусы не способны к прогрессивному росту и делению. Они образуются в виде зрелых форм (вирионов) путем самосборки из готовых, т.е. преформированных компонентов (белков, нуклеиновых кислот).

В основу современной классификации вирусов положены следующие основные критерии:

1. Тип нуклеиновой кислоты (РНК или ДНК) и ее первичная структура — сиквенс (одно- или двунитчатая, линейная, циркулярная, непрерывная или фрагментированная).

2. Характеристика вирионов: наличие белковой оболочки (капсида) и/или дополнительной липопротеидной оболочки (суперкапсида), размер и морфология, тип симметрии.

3. Стратегия вирусного генома в клетке хозяина (т.е. используемый вирусом путь транскрипции, трансляции, репликации и выход из нее).

4. Антигенные и физико-химические свойства.

5. Феномены генетических взаимодействий.

6. Экологические взаимодействия (круг восприимчивых хозяев, ареал географического распространения).

7. Механизмы патогенности (характер изменений в клетках, образование внутриклеточных включений, изменения экспрессии генов клеток хозяина, апоптоз и трансформация клеток).

8. Способы передачи и резистентность к факторам внешней среды (γ-из-лучению, температуре, действию детергентов, эфира, противовирусным препаратам).

На основании 1 и 2 критериев вирусы делятся на подтипы, порядки и семейства, на основании других признаков — на роды и виды. Вид — наименьшая таксономическая единица. Существует в виде «квазивидов». Дополнительно по строению генома и антигенным вариациям различают подвидовые категории — типы, субтипы. Типы и субтипы имеют цифровое или буквенное обозначение. Например, серотипы полиовируса — 1, 2 и 3; генотипы вируса гепатита С — 1-6, субтипы — 1а и 1б и т.д.

Вид — группа вирусов, имеющих совпадающие характеристики (несколько главных свойств), составляющих реплицирующуюся линию.

Род — группа видов вирусов, имеющих общие свойства. Обычно формируется на основе типового вида, т.е. вида, по своим характеристикам и генетическим связям удовлетворяющего требованиям рода.

Семейство — совокупность родов вирусов с общими характеристиками. Формируется на основе типового рода.

Порядок — группа взаимосвязанных семейств вирусов (не полностью применимо в таксономии вирусов).

Другие таксоны, более высокого уровня (класс, отряд, царство), не применимы для вирусов.

Названия порядков, семейств, подсемейств, родов и видов пишется по латыни и начинается с большой буквы. Название порядка имеет суффикс «virales», а семейства оканчивается на «viridae». Некоторые семейства делятся на подсемейства и имеют суффикс «virinae», род — «virus» (например, Caudovirales, Adenoviridae, Mastadenovirus, Human adenovirus C).