Культивирование вирусов

Культивирование вирусов человека и живот­ных проводят с целью лабораторной диагнос­тики вирусных инфекций, для изучения пато­генеза и иммунитета при вирусных инфекци­ях, а также для получения диагностических и вакцинных препаратов. Вирусы культивируют на трех биологических моделях: в организ­ме лабораторных животных, в развивающихся эмбрионах птиц (чаще на куриных эмбрионах) и культурах клеток (тканей).

Выращенные вирусы определяют с помощью методов индикации и идентификации. Индикация вирусов, т.е. обнаружение факта их репродук­ции, основана на выявлении различных био­логических свойств вирусов и особенностей их взаимодействия с чувствительными клетками. Идентификация (определение вида, типа) вирусов осуществляется, в основном, с помощью иммуно­логических реакций, основанных на взаимодейс­твии антигенов вирусов и соответствующих им антител (см. «Реакции иммунитета»).

Лабораторных животных (взрослых или новорожденных белых мышей, хомяков, кроликов, обезьян и др.) заражают иссле­дуемым вируссодержащим материалом раз­личными способами (подкожно, внутримы­шечно, интраназально, интрацеребрально и т. д.) в зависимости от тропизма вирусов. Использование животных для культивирова­ния вирусов в диагностических целях весьма ограничено из-за видовой невосприимчи­вости животных ко многим вирусам челове­ка, контаминации животных посторонними микробами, а также по экономическим и этическим соображениям.

О репродукции вирусов в организме жи­вотных судят по развитию у них видимых клинических проявлений заболевания, па-томорфологическим изменениям органов и тканей, а также на основании реакции гемаг-глютинации (РГА) с суспензией из органов, содержащих вирусы. РГА основана на способ­ности многих вирусов вызывать склеивание (агглютинацию) эритроцитов человека, птиц и млекопитающих в результате взаимодейс­твия вирусных белков (гемагглютининов) с рецепторами эритроцитов.

Куриные эмбрионы (5—12-дневные) зара­жают путем введения исследуемого матери-

ала в различные полости и ткани зародыша. Таким образом можно культивировать виру­сы гриппа, герпеса, натуральной оспы и др. Достоинствами модели являются: возмож­ность накопления вирусов в больших коли­чествах; отсутствие скрытых вирусных ин­фекций; доступность для любой лаборатории. О репродукции вирусов в куриных эмбрионах свидетельствуют: специфические поражения оболочек и тела эмбриона (оспины, крово­излияния); гибель эмбриона; положительная РГА с вируссодержащей жидкостью, получен­ной из полостей зараженного зародыша.

Методику культивирования вирусов в раз­вивающихся эмбрионах птиц используют при промышленном выращивании вирусов. Однако многие вирусы не размножаются в эм­брионах птиц; почти неограниченные возмож­ности для культивирования вирусов появились после открытия метода культур клеток.

Культуру клеток (тканей) наиболее часто применяют для культивирования вирусов. Метод культур клеток разработан в 50-х годах XX века Дж. Эндерсом и соавт., получивши­ми за это открытие Нобелевскую премию. Клетки, полученные из различных органов итканей человека, животных, птиц и дру­гих биологических объектов, размножают вне организма на искусственных питательных средах в специальной лабораторной посуде. Большое распространение получили культу­рыклеток из эмбриональных и опухолевых (злокачественно перерожденных) тканей, обладающих, по сравнению с нормальными клетками взрослого организма, более актив­ной способностью к росту и размножению.

При выращивании культур клеток необхо­димо выполнение ряда условий:

1) соблюдение правил асептики: 2) исполь­зование лабораторной посуды из нейтрально­го стекла (пробирки, флаконы, матрасы) или специальных реакторов для получения био­технологической продукции; 3) использование сложных по составу питательных сред (среда 199, Игла), содержащих минеральные соли, аминокислоты, витамины, глюкозу, сыворотку крови животных или человека, буферные рас­творы для поддержания стабильного рН; 4) до­бавление антибиотиков к питательной среде для подавления роста посторонних микробов;

5) соблюдение оптимальной температуры (36— 38,5 °С) роста клеток.

В зависимости от техники приготовления различают однослойные, суспензионные и органные культуры клеток:

Однослойные культуры клеток — клетки спо­собны прикрепляться и размножаться на повер­хности химически нейтрального стекла лабора­торной посуды в виде монослоя. Они получили наибольшее применение в вирусологии.

□ Суспензионные культуры клеток — клетки размножаются во всем объеме питательной среды при постоянном ее перемешивании с помощью магнитной мешалки или во враща­ющемся барабане. Их используют для получе­ния большого количества клеток, например, при промышленном получении вирусных вакцин.

□ Органные культуры — цельные кусочки органов и тканей, сохраняющие исходную структуру вне организма (применяются огра­ниченно).

Культуры клеток в процессе их культиви­рования способны проходить десятки гене­раций. По числу жизнеспособных генераций культуры клеток подразделяют на: 1) пер­вичные, или первично-трипсинизированные; 2) перевиваемые, или стабильные; 3) полупе­ревиваемые.

Первичные культуры способны размножать­ся только в первых генерациях, т. е. выдержи­вают не более 5— 10 пассажей после выделения из тканей. В основе получения первичных культур лежит обработка кусочков тканей (эм­бриональных, опухолевых или нормальных) протеолитическими ферментами, например трипсином, который разрушает межклеточ­ные связи в тканях и органах с образованием изолированных клеток.

Перевиваемые, или стабильные, культуры клеток способны размножаться в лаборатор­ных условиях неопределенно длительный срок (десятки лет), т. е. выдерживают мно­гочисленные пассажи. Их получают преиму­щественно из опухолевых или эмбриональ­ных тканей, обладающих большой потенцией роста. Перевиваемые культуры клеток имеют преимущества перед первичными культура­ми. К ним относятся: продолжительность их культивирования, высокая скорость размно-

жения опухолевых и эмбриональных клеток, меньшая трудоемкость, способность культур сохранять свои свойства в замороженном со­стоянии в течение многих лет, возможность использования международных линий культур во многих лабораториях мира. Однако злока­чественный характер клеток и соматические мутации, претерпеваемые нормальными клет­ками в гпоцессе многочисленных генераций, ограничивают использование этого вида куль­тур, в частности невозможно их применение в производстве вирусных вакцин.

Полуперевиваемые культуры клеток имеют ограниченную продолжительность жизни и выдерживают 40—50 пассажей. Их обычно по­лучают из диплоидных клеток эмбриона че­ловека. В процессе пассажей эти культуры сохраняют диплоидный набор хромосом, ха­рактерный для соматических клеток исходной ткани, и не претерпевают злокачественной трансформации. Поэтому полуперевиваемые культуры клеток могут быть использованы как в диагностике, так и в производстве вакцин.

Внедрение в вирусологию метода культур клеток позволило выделить и идентифициро­вать многочисленные ранее неизвестные ви­русы, так как почти к каждому вирусу можно подобрать соответствующие чувствительные клетки, в которых он способен репродуциро­ваться. Метод дал возможность изучать взаи­модействие вирусов с клеткой на молекуляр­ном уровне, получать высококачественные вакцинные и диагностические препараты, проводить вирусологические исследования в стандартных условиях.

О репродукции вирусов в культуре клеток, зараженных вируссодержащим материалом, можно судить на основании следующих фе­номенов: цитопатогенного действия (ЦПД) вирусов, или цитопатического эффекта, об­разования внутриклеточных включений; об­разования «бляшек»; реакций гемадсорбции и гемагглютинации; «цветной» реакции.

ЦПД — патологические изменения морфо­логии клеток, вплоть до их гибели, возника­ющие в результате репродукции вирусов, и наблюдаемые под микроскопом (рис. 3.11). В зависимости от особенностей репродуци­рующихся вирусов ЦПД может отличаться. В одних случаях быстро вакуолизируется ци-

топлазма, разрушаются митохондрии, округ­ляются и гибнут клетки, а в других — фор­мируются гигантские многоядерные клетки (так называемые симпласты) или наблюдает­ся явление клеточной пролиферации, которое в итоге заканчивается деструкцией клеток. Таким образом, характер ЦПД позволяет ис­пользовать этот феномен не только для инди­кации вирусов, но и для их ориентировочной идентификации в культуре клеток.

Некоторые вирусы можно обнаружить и идентифицировать по внутриклеточным вклю-

чениям, которые образуются в ядре или цитоп­лазме зараженных клеток (рис. 3.12). Часто включения представляют собой скопления вирусных частиц или отдельных компонентов вирусов, иногда могут содержать клеточный материал. Выявляют включения с помощью светового или люминесцентного микроско­па после окрашивания зараженных клеток соответственно анилиновыми красителями или флюорохромами. Включения могут отли­чаться по величине (от 0,2 до 25 мкм), форме (округлые или неправильные) и численности (одиночные и множественные). Характерные цитоплазматические включения формируют­ся в клетках, инфицированных вирусом нату­ральной оспы (тельца Гварниери), бешенства (тельца Бабеша—Негри), а внутриядерные включения — при заражении аденовирусами или вирусами герпеса.

«Бляшки», или «негативные колонии», — пред­ставляют собой ограниченные участки разру­шенных вирусами клеток в сплошном монослое культур клеток. Они видны невооруженным гла­зом в виде светлых пятен на фоне окрашенного монослоя живых клеток (рис. 3.13). Добаатение агара в питательную среду ограничивает рас­пространение вирусов по всему монослою посте выхода их из разрушенной клетки и обеспечи­вает взаимодействие вирусов только с соседни­ми клетками. Каждая «бляшка» образуется по­томством одного вириона. Подсчитав катичес-тво «бляшек», можно определить концентрацию вирусов в исследуемом материале. Кроме того. «бляшки» разных групп вирусов отличаются по размеру, форме, срокам появления. Поэтому ме­тод «бляшек» используют для дифференциации вирусов, а также для селекции штаммов и полу­чения чистых линий вирусов.

В основе реакции гемадсорбции лежит спо­собность культур клеток, инфицированных вирусами, адсорбировать на своей поверхности эритроциты. Целый ряд вирусов (гриппа, па­рагриппа и др.) обладают гемадсорбирующими свойствами, что позволяет использовать реак­цию гемадсорбции для индикации этих виру­сов даже при отсутствии выраженного ЦПД в культуре клеток. Механизмы реакции гемад­сорбции и гемагглютинации сходны. Поэтому для обнаружения репродукции некоторых ви­русов в культуре клеток можно использовать

реакцию гемагглютинации с культуральной жидкостью, т. е. с питательной средой, содер­жащей размножившиеся вирусы.

О репродукции вирусов в культуре клеток можно также судить по так называемой «цвет­ной» реакции. Она регистрируется по измене­нию цвета индикатора, находящегося в пита­тельной среде для культур клеток. Если вирусы не размножаются в культуре клеток, то живые клетки в процессе своего метаболизма выде­ляют кислые продукты, изменяющие рН сре­ды и, соответственно, цвета индикатора. При репродукции вирусов нормальный метаболизм клеток нарушается (клетки гибнут), и среда сохраняет первоначальный цвет индикатора.