ГЛАВА 128. ПРИНЦИПЫ ВИРУСОЛОГИИ
Кеннет Л. Тайлер, Бернард Н. Филдс (Kenneth L. Tyier, Bernard N. Fields)
Структура и классификация вирусов. Типичная вирусная частица (вирион) содержит ядро, состоящее из нуклеиновой кислоты — ДНК или РНК. Существует значительная вариабельность структур и размеров вирусных нуклеиновых кислот (табл. 128-1). Геномы с минимальной мол. массой, как, например, у парвовирусов, насчитывают 3—4 протеина. В то же время большие геномы, такие как у поксвирусов (вирусов оспы), включают более 50 структурных белков и ферментов. Число протеинов, зашифрованных в вирусном геноме, может превышать их количество, предсказанное на основе мол. массы генома, поскольку в нем имеется множество открытых рамок для считывания информации и/или наслаивающихся друг на друга участков нуклеиновой кислоты, на основании которых может быть собрано несколько различных иРНК. Свободная последовательность нуклеотидов может встречаться на каком-либо участке или во всем геноме многих вирусов.
Вирусная нуклеиновая кислота окружена однослойной или двойной белковой оболочкой (к а пс ид). Нуклеиновая кислота вируса в сочетании с капсидом получила название нуклеокапсид. Вирусные капсиды состоят из небольших повторяющихся субъединиц (капсомеры), организованных в симметричные конструкции. Повторение субъединиц облегчает сборку вирусных белков до стадии зрелых вирионов и уменьшает количество генетической информации, необходимой для кодирования структурных протеинов. Капсиды формируются путем самосборки их структурных субъединиц.
Существуют два основных варианта структурной симметрии капсида — икосаэдр и спираль. Некоторые из наиболее крупных вирусов, такие как поксвирусы, имеют более сложную структурную организацию. Капсид ретровирусов имеет икосаэдрическую симметрию, а их ядро — спиральную симметрию. Вирусы, чьи капсиды имеют икосаэдрическую симметрию, в целом подчиняются принципам физической организации, в соответствии с которыми общее количество структурных единиц ограничено. Нуклеиновая кислота вирусов, имеющих форму икосаэдра, находится обычно в сжатом состоянии и геометрически независима от структуры окружающего капсида.
У животных вирусов со спиральной симметрией геномы содержат РНК. Общим свойством животных вирусов является соединение белковых субъединиц капсида закономерным, периодическим образом вдоль вирусной РНК. Такое тесное взаимодействие белков капсида и нуклеиновой кислоты вирусов со спиральной симметрией резко контрастирует с рыхлыми соединениями между этими образованиями у вирусов, имеющих икосаэдрическую симметрию. Данный факт обусловливает различный характер сборки новых вирусов.
Нуклеокапсиды многих вирусов окружены оболочкой. Вирусная оболочка состоит из вирусспецифических белков, липидов и углеводов, извлеченных из клеточных мембран макроорганизма. Компоненты клетки-хозяина поступают в вирусную частицу по мере его проникновения через мембрану ядра клетки-хозяина, ее эндоплазматическую сеть, пластинчатый комплекс (аппарат Гольджи) или цитоплазматическую мембрану. При размножении различные вирусы используют разные типы мембран клеток-хозяев. Факторы, лежащие в основе такой специфичности, изучены не до конца. В некоторых случаях вирусспецифические белки оболочки могут включать матриксный протеин (М-протеин), который выстилает внутреннюю поверхность оболочки и находится в контакте с нуклеокапсидом. Вирусспецифические гликопротеиды проникают с наружной поверхности оболочки внутрь (как «пики») и в некоторых случаях могут содержать гидрофобные участки, соединяющие оба липидных слоя оболочки, а также внутренние участки, способные контактировать с М-протеинами.
Таблица 128-1. Структура вирусной нуклеиновой кислоты
Семейство вирусов | Тип и форма нуклеиновой кислоты вирусов | Приблизительная мол. Масса нуклеиновой кислоты | Наличие оболочки | Симметрия капсида |
Парвовирусы | Линейная одинарная спираль (+) или (—) ДНК | 1,5—2,0•106 | Нет | И |
Аденовирусы | Линейная двойная спираль ДНК | 20—25•106 | Нет | И |
Герпесвирусы | 80—150•106 | Есть | и | |
Поксвирусы | 85—240•106 | Есть | СС | |
Паповавирусы | Суперскрученная круговая двойная спираль ДНК | 3—5•106 | Нет | и |
Гепаднавирусы | Круговая ДНК (участки одинарной и двойной спирали) | 1—2•106 | Есть | |
Пикорнавирусы | Линейная одинарная спираль (+) РНК | 2—3•106 | Нет | и |
Калицивирусы | 2,6—2,8•106 | Нет | и | |
Тогавирусы | 4•106 | Есть | и | |
Коронавирусы | 5,5—8•106 | Есть | С | |
Рабдовирусы | Линейная одинарная спираль (—) РНК | 3,5—4,5•106 | Есть | С |
Парамиксовирусы (Филовирусы)2 Ретровирусы | Одинарная спираль (+) РНК (2 идентичные копии) | 5—8•106 4—5•106 6•10й | Есть Есть Есть | С С ИС |
Ортомиксовирусы | Сегментарная одинарная спираль (—) РНК (8 сегментов) | 5•106 | Есть | С |
Ареновирусы | Линейная одинарная спираль (—) РНК3 (2 сегмента) | 3—5•106 | Есть | С |
Буньявирусы | Линейная одинарная спираль (—) РНК3 (3 сегмента) | 4,5—7•10" | Есть | С |
Реовирусы | Сегментарная линейная двойная спираль РНК (10—12 сегментов) | 12—20•106 | Нет | ги |
' Предложенное название, включает вирус гепатита В.
2 Предложенное название, включает вирусы Марбург и Эбола.
3 Сцепленные концы, нековалентно связанные инвертированной комплементарной последовательностью в окончаниях 5' и 3'.
Примечание. (+) — полярность, чувствительная к передаче информации (сборка белка может происходить непосредственно на РНК); (—) — полярность, нечувствительная к передаче информации; И — икосаэдр, С — спираль; СС — сложная симметрия; И, С — икосаэдрический капсид и спиралевидный нуклеокапсид.
Вирусные протеины, получившие название структурные протеины, или белки вириона, могут формировать капсид вируса, быть основным компонентом вирусных оболочек или связываться с нуклеиновой кислотой вируса (ядерные белки). Целый ряд вирусов имеет поверхностные гликопротеиды, способные агглютинировать эритроциты (гемагглютинины), связываясь с рецепторами на их поверхности. Ортомиксовирусы и некоторые Парамиксовирусы содержат фермент нейраминидазу. Этот фермент может быть идентичен (парамиксовирус) или отличен (ортомиксовирус) от гемагглютинина.
Многие вирусы содержат белки, обладающие ферментативной активностью. Эти ферменты часто бывают необходимы для синтеза информационной РНК (иРНК) соответствующей полярности (+) для трансляции белка или репликации вирусного генома. РНК-зависимая РНК-полимеразная активность обнаружена по всех вирусных РНК с (—)-полярностью. Поксвирусы содержат ДНК-зависимую РНК-полимеразу. Ретровирусы содержат РНК-зависимую ДНК-поли,меразу, часто называемую обратная транскриптаза. Некоторые вирусы, включая Поксвирусы, реовирусы, Парамиксовирусы и рабдовирусы, имеют РНК-«козырьковые ферменты», которые модифицируют иРНК вирусов, добавляя 7-метилгуанозиновый козырек к 5/-5/-тpифocфaтнoй связи на их 5'-конце. Ферменты, оказывающие полиаденилатное действие на 3'-конце вирусных иРНК, также могут быть закодированы в вирусном геноме. Другими ферментами, которые могут быть закодированы в вирусном геноме, являются протеинкиназы, нуклеозидтрифосфатфосфогидролазы, эндонуклеазы и РНКазы.
Наиболее ранние классификации вирусов основывались исключительно на их способности проникать через фильтры с порами малых размеров. Последующие классификации учитывали патогенетические свойства, специфический органный тропизм (энтеровирусы) или эпидемиологические характеристики (арбовирусы) вирусов. В основу современных классификаций вирусов положена комбинация генетических, физико-химических и биологических признаков. Они включают тип и структуру вирусной нуклеиновой кислоты, характер ультраструктуры вириона, в частности размеры, тип симметрии капсида, состав капсида, наличие или отсутствие оболочки, а также особенности репликации генома. Широкое использование морфологических критериев обусловлено тем, что часто электронно-микроскопические исследования позволяют получить объем информации, достаточный для идентификации как семейства, так и рода, к которым принадлежит вирус. Подразделения внутри больших таксономических групп вирусов могут проводиться с учетом иммунологических, цитопатологических, патогенетических или эпидемиологических признаков. Появление методов рекомбинации ДНК потребует пересмотра этих классификаций с точки зрения степени генетической близости.
Репликация. Под репликацией подразумевают процесс внедрения вирусов в восприимчивые к ним клетки, воспроизведение их генетического материала и белков, сборки и высвобождения способного к инфицированию потомства. Разнообразие вирусов, а именно их структуры и типа генетического материала, проявляется в целом ряде отличных друг от друга вариантов репликации. Первая стадия проникновения вирусов в клетки-мишени начинается с абсорбции вирусных частиц и заканчивается появлением вновь сформированного, способного к дальнейшему инфицированию поколения вирусов. Эта стадия, называемая часто эклипсным периодом (периодом затмения), продолжается от 1—5 ч у пикорнавирусов, тогавирусов, рабдовирусов, ортомиксовирусов, герпесвирусов и до 8—14 ч у аденовирусов, паповавирусов. В этот период происходит резкое снижение количества активных вирусов, поступающих из разрушенных клеток.
Адсорбция представляет собой, по всей видимости, первоначально обратимый процесс, являющийся результатом случайных столкновений вирусов с клетками-мишенями. Было установлено, что лишь в одном случае из 103—104 таких столкновений происходит более тесное их связывание (склеивание). Связывание облегчается соответствующими ионными условиями и рН.
Однако этот процесс в основном не зависит от температуры и не требует затрат энергии. Адсорбция вируса на клетке-мишени подразумевает специфическое соединение вирусных белков с рецепторами клеточной мембраны (этот процесс также называется связыванием). У ряда вирусов были идентифицированы структуры, участвующие в процессе связывания вируса с клеткой. У вирусов, заключенных в конверты, белком связывания в типичных случаях служит один из «пиков», находящихся на внешней поверхности вирусной оболочки, как, например, гемагглютинины (ГА) вирусов гриппа. Некоторые вирусы, имеющие оболочку, такие как герпесвирусы и вакцинии, содержат несколько типов белков, связывающихся с клетками. У вирусов без оболочки в качестве белков, связывающихся с клетками, часто выступают поверхностные полипептиды, такие как волокнистый белок аденовирусов и гемагглютинин (сигма 1) реовирусов.
Точная природа клеточных рецепторов животных вирусов установлена только для нескольких специфических видов. Даже если специфические рецепторы неизвестны, то с помощью исследований по конкурентному связыванию можно установить семейства или классы вирусных рецепторов. Вирусы одного вида, но разных серотипов могут конкурировать за рецепторы одного и того же класса (например, полиовирусы серотипов 1, 2, 3) или за рецепторы, принадлежащие к различным классам (например, риновирусы 2 и 14). Вирусы разных семейств (например, вирусы Коксаки В3 и аденовирусы 2) могут также конкурентно связываться с рецепторами одного и того же класса. Проведенные исследования по изучению процесса связывания показали, что на одной клетке имеется в целом 104—106 мест для связывания с вирусом (рецепторы).
После того как присоединение вируса к клетке произошло, весь вирус или его субструктура, содержащая геном, и какая-либо вирусная полимераза, необходимая для первичной транскрипции, должны быть перенесены через плазматическую мембрану клетки. Скорость проникновения их различна и зависит от природы вируса, типа инфицируемой клетки и факторов окружающей среды, таких как температура. Некоторые не имеющие оболочки вирусы, такие как полиовирус и реовирус, вовлекаются в процесс эндоцитоза, регулируемого рецепторами (виропексис), в результате чего они попадают в цитоплазму внутри эндоцитотического пузырька. Другие не имеющие оболочки вирусы способны непосредственно проникать через плазматическую мембрану и находятся в цитоплазме в свободном состоянии без транспортных эндоцитотических пузырьков.
Проникновение в клетку вирусов, покрытых оболочкой, также может осуществляться двумя путями. Примером первого служит вирус леса Семлики (ВЛС). ВЛС, являющийся представителем семейства тогавирусов, связывается со специфическими рецепторами клеточной поверхности, которые затем группируются в определенных местах плазматической мембраны (прикрытые колодцы), а затем поступают внутрь клетки посредством рецепторного эндоцитоза. Впоследствии они появляются в клеточной цитоплазме ,в пузырьках, покрытых клатрином. Слияние оболочки вируса с эндосомальной мембраной вызывает высвобождение вирусного капсида в цитоплазму. Второй механизм проникновения покрытых вирусов имеет место у парамиксовирусов (например, Сендай). Оболочка вируса сливается непосредственно с клеточной плазматической мембраной, и вирусный нуклеокапсид в свободном виде поступает в цитоплазму.
Раздевание представляет собой процесс удаления или распада части или всего вирусного белкового капсида на этапе подготовки вирусного генома к транскрипции и трансляции. Во многих случаях проникновение и раздевание являются частью одного процесса. У некоторых пикорнавирусов, например, могут происходить изменения структуры и функции капсида, нарушаться его целостность и исчезать внутренние белки по мере продвижения вируса через плазматическую мембрану. Структурные изменения, сопровождаемые утратой белка, облегчают внедрение вирусной РНК в цитоплазму.
Вирусы, не покрытые оболочкой, например аденовирусы, поступая в эндосомы, индуцируют слияние лизосом с эндосомой, в результате чего их капсид удаляется под воздействием лизосомальных ферментов. В случае реовирусов интраэндосомальные протеазы последовательно убирают три внешних белка капсида, в результате чего образуется «субвирусная частица». Этот процесс ведет к активации вирусной транскриптазы. Раздевание поксвирусов, таких как вирус осповакцины, на первых этапах заключается в разрушении внешнего белкового покрытия с помощью интраэндосомальных ферментов, а затем и белков оставшегося «ядра». В конечном итоге высвобождается вирусная ДНК. Данный этап, видимо, требует синтеза вирусспецифического «раздевающего белка».
Транскрипция вирусного генома в иРНК и последующая трансляция иРНК в белок могут проходить по целому ряду путей. В целом для эукариотических клеток необходимо, чтобы иРНК имели один-единственный начальный участок для трансляции белка (т. е. они моноцистроничны). Путь у вирусов, содержащих иРНК, заключается в трансляции ее в большой первичный полипротеин, который затем расщепляется с образованием нескольких вирусных протеинов. Примером такого пути могут быть вирусы, нуклеиновая кислота которых находится в форме (+)-полярной, односпиральной РНК (осРНК) и выступает в роли иРНК, в частности пикорнавирусы и тогавирусы. Она связывается с большими полирибосомами и полностью {5'3') транслируется, образуя один большой полипротеин, который затем расщепляется, проходя несколько стадий, что сопровождается появлением неструктурных, ядерных и капсидных белков.
У тогавирусов вирусная РНК выступает в роли и иРНК, формируя полипротеин, расщепляющийся с последующим формированием неструктурных протеинов, необходимых для репликации РНК. Затем вирусная РНК транскрибируется в (—) РНК, служащую матрицей длины генома, с которой копируются два основных типа (+) РНК. Между альфа-вирусами и флавовирусами семейства тогавирусов существуют большие различия. Например, длина иРНК флавовирусов соответствует длине генома, в то время как размеры иРНК альфа-вирусов меньше генома. Кроме того, гены структурных белков флавовирусов локализуются на 5^конце вирусного генома, в то время как гены структурных белков альфа-вирусов находятся на его 3^конце.
Как у пикорнавирусов, так и у тогавирусов вирусная закодированная РНК-полимераза синтезирует комплементарную РНК, используя в качестве матрицы РНК генома. Вновь синтезированная РНК в свою очередь служит матрицей для синтеза последующих РНК генома. Новые геномные РНК могут выступать в роли иРНК или предшественников РНК для следующих поколений вирусов.
Вирусы, содержащие линейную или сегментарную РНК, продуцируют не одну большую молекулу иРНК, а специфические иРНК для каждого вирусного белка. Для создания иРНК из геномной РНК необходим фермент транскриптаза, содержащийся в вирионе (вирусная полимераза). Наличие множества иРНК позволяет регулировать количество каждого синтезируемого белка. Один участок геномной РНК может иметь множество считывающих рамок, каждая из которых транскрибируется в уникальную иРНК. А она в свою очередь транслируется в отдельный белок. Геномная (—) осРНК реплицируется с участием (+) осРНК-посредника, которая затем служит матрицей для синтеза большого количества (—) осРНК генома.
Реовирусы содержат РНК-зависимую РНК-полимеразу, транскрибирующую (+) осРНК из (—)-трабекул каждого сегмента двуспиральной (дс) РНК. Эти (+)осРНК с силой выбрасываются из ядра вируса через каналы в ядерных пиках и служат в качестве моноцистрональных иРНК для трансляции в вирусные белки. Вирусная РНК-полимераза также синтезирует (+)осРНК, которые в свою очередь служат матрицами для комплементарных (—)-трабекул во время репликации вирусного генома.
У ретровирусов единый путь репликации. Вирусная (+) осРНК служит матрицей для вирусной РНК-зависимой ДНК-полимеразы (обратная транскриптаза) и первичных транспортных РНК (тРНК). Получается копия осДНК, которая первоначально соединена водородной связью с ее комплементарной (+) осРНК. Вирусная закодированная рибонуклеаза расшифровывает осРНК, после чего синтезируется комплементарная цепь ДНК. Затем дсДНК интегрируется в хромосомную ДНК ядра клетки-хозяина. Транскрипция этой интегрированной вирусной ДНК находится под контролем транскриптаз клетки-хозяина.
ДНК-содержащие вирусы способны использовать пути, сходные с теми, которые описаны для эукариотических клеток при их репликации во время литической инфекции. Паповавирусам, аденовирусам и герпесвирусам свойствен такой путь репликации, при котором транскрипция вирусной ДНК в иРНК происходит в ядре клетки-хозяина и зависит от ферментов последней. У паповавирусов (т. е. SV40) первичными протеинами, образующимися после внедрения, являются Т-антигены (опухолевые антигены, или ранние белки). Некоторые из Т-антигенных белков способны взаимодействовать с дсДНК вирусного генома, присоединяясь вблизи от мест, запускающих репликацию ДНК, что облегчает репликацию последней. Впоследствии транскрибируются иРНК, в которых закодированы полипептиды капсида (поздние белки). Все ранние иРНК являются производными какой-либо одной из двух цепей вирусной ДНК (называемой Р, или ранней, цепью), а поздние иРНК — другой (П, или поздней, цепью). Аденовирусы также имеют ранние и поздние гены, но они располагаются не на разных цепях вирусной ДНК, а беспорядочно на обеих.
При репликации как паповавирусов, так и аденовирусов ранние белки играют главным образом регулирующую роль и часто проявляют плейотропное действие. Поздние белки включают структурные протеины. Отдельные иРНК как для ранних, так и для поздних белков часто комплементарны сегментам, находящимся на разных участках вирусной ДНК. Это указывает на значительное сращивание участков вирусной ДНК с удалением участков, находящихся между комплементарными сегментами, в последующем. Во многих случаях иРНК синтезируются на основе накладывающихся друг на друга участков вирусной ДНК. Такой тип наслаивания позволяет уменьшить количество вирусной ДНК, необходимой для кодирования вирусных белков.
Репликация вирусной ДНК паповавирусов и аденовирусов несколько различается. В обоих случаях необходимо участие ДНК-полимеразы, выделенной из клеток хозяина. Репликация ДНК у паповавирусов начинается в каком-то одном месте и затем распространяется в двух направлениях вдоль циркулярной дсДНК до тех пор, пока обе репликационные вилки не встретятся. Синтез ДНК протекает не бесконечно. Небольшие вновь синтезированные фрагменты ДНК позже соединяются вместе по меньшей мере на одной из двух цепей ДНК. Репликация дсДНК у аденовирусов облегчается ее линейной, а не циркулярной организацией. Репликация каждой отдельной комплементарной цепи ДНК происходит независимо, а вновь синтезированные цепи могут инициировать следующий круг репликации.
У герпесвирусов вирусная ДНК первоначально транспортируется в клеточное ядро, где происходит транскрипция и репликация. Самые ранние появляющиеся протеины выполняют регуляторную функцию. Протеины, появившиеся позднее, участвуют в синтезе вирусной ДНК. Белки, сформированные позже всех, имеют структурную природу.
Поксвирусы являются наиболее сложными из всех известных вирусов животных. Соответственно их репликационный цикл также сложен. Все первичные стадии транскрипции и трансляции протекают, по всей видимости, в цитоплазме клетки-хозяина. Для этого требуется, чтобы вирус имел собственную ДНК-зависимую РНК-полимеразу, инициирующую транскрипцию. Один из вирус -закодированных ранних белков отвечает за вторую стадию раздевания, после чего вирусная ДНК становится полностью доступной для транскрипции и репликации. Репликация, транскрипция, а позже и сборка вирусов — все это происходит на «фабриках», находящихся в цитоплазме клетки-хозяина и активируемых вирусом. Остаточные группы вирусспецифических белков можно обнаружить в инфицированных клетках. К ранним белкам относятся некоторые ферменты (например, ДНК-полимераза и тимидинкиназа) и структурные белки. По мере прогрессирования инфекционного процесса начинается репликация ДНК, синтез ранних неструктурных белков прекращается и начинается синтез поздних белков, многие из которых являются структурными, другие — ферментами и протеинами, участвующими в сборке вирусов.
После окончания репликации вирусного генома и синтеза вирусных белков должны начаться сборка интактных вирионов и их выделение из клетки-хозяина. Сборка вирусов, не имеющих оболочки и нуклеокапсидов вирусных оболочек часто протекает по типу кристаллизации, который зависит от самосборки вирусных капсомеров.
В большинстве случаев вирусы, не имеющие оболочки, накапливаются внутри пораженной клетки и выделяются во внешнюю среду после гибели клетки. К разрушению клетки приводит следующая цепь событий: угнетение синтеза белков клетки-хозяина, ее липидов и нуклеиновых кислот; дезорганизация цитоскелета клетки-хозяина; изменение структуры мембраны клетки-хозяина. Разрыв мембран приводит к повышению клеточной проницаемости и высвобождению протеолитических ферментов из лизосом. Невозможность пополнить запасы высокоэнергетических молекулярных структур подавляет функцию насосов, обеспечивающих движение ионных потоков, и нарушает выведение продуктов распада и поступление необходимых питательных веществ.
Вирусы, имеющие оболочку, высвобождаются из инфицированной клетки, как правило, почкованием. Этот процесс может окончиться гибелью клетки. Во всех случаях вирусспецифические белки встраиваются в мембраны клеток хозяина, вызывая их структурную перестройку, смещая некоторые нормальные белковые компоненты. В последующем вирусные капсиды могут связываться с вирусспецифическими белками матрикса, выстилающими мембрану со стороны цитоплазмы в поврежденных участках. Капсиды вирусов, имеющих самые маленькие размеры и покрытые оболочкой, связываются с интрацитоплазматическими областями вирусных белков, встроенных в мембрану клетки-хозяина, а не с матриксными белками (тогавирусы).
Патогенез. Признаки и симптомы болезни являются результатом, кульминацией цепи взаимодействий между вирусом и организмом хозяина. Прежде всего вирус должен внедриться в организм, затем пройти период первичной репликации, за которым следует его поступление в конечные точки — ткани-мишени После того как вирус достиг органа-мишени, он должен внедриться в восприимчивую популяцию клеток, где произойдет его успешная репликация. Итогом этого последнего этапа может быть продуктивный инфекционный процесс с повреждением клеток или без него, латентное течение инфекции или персистирующая инфекция. Для того чтобы передача инфицирующего вируса следующему хозяину произошла, вирус должен успешно миновать или преодолеть иммунный ответ организма, а также целый ряд других защитных механизмов. Множество вирусных репликаций может произойти до того, как какие-либо признаки и симптомы заболевания станут клинически заметны. Этот инкубационный период может варьировать от нескольких дней (при гриппе) до нескольких недель (корь, ветряная оспа), месяцев (бешенство, гепатит) и даже лет (медленные инфекции).
Большая часть вирусных болезней является результатом воздействия экзогенных вирусов. Однако в некоторых случаях заболевание развивается вследствие реактивации эндогенных вирусов, скрытых в специфических клетках организма. Примерами инфекций, вызванных реактивированными эндогенными вирусами, могут служить опоясывающий герпес, прогрессирующая мультифокальная лейкозэнцефалопатия (паповавирусы JC или ВК), рецидивирующий лабиальный и генитальный герпес (простой герпес) и некоторые типы цитомегаловирусов (ЦМВ).
В большинстве случаев передача вирусной инфекции осуществляется между членами восприимчивой популяции (горизонтальное распространение). Вертикальное распространение инфекции имеет место при внутриутробном инфицировании плода. Вирус может проникнуть в клетки зародыша, плаценту или родовой канал матери. Вирусы краснухи, цитомегалии, простого герпеса, опоясывающего герпеса, ветряной оспы и гепатита В вызывают вертикально распространяющиеся врожденные инфекции.
Большое влияние на исход вирусной инфекции оказывают возраст и генетические особенности организма хозяина. Так, например, новорожденные чрезвычайно восприимчивы к тяжелой диссеминированной инфекции вируса простого герпеса. Напротив, многие из экзантематозных болезней (инфекция полиовируса, вируса Эпстайна—Барра), как правило, более тяжело протекает у взрослых, чем у детей. У мышей выделены специфические гены, помогающие определить предрасположенность к некоторым вирусным инфекциям. Действие этих генов проявляется через иммунную систему, продукцию интерферона или активность вирусных рецепторов. Неадекватное питание может повышать восприимчивость организма к таким инфекциям, как корь, возможно, вследствие угнетения клеточного иммунитета. Особенности организма также могут оказывать определенное влияние на течение вирусной инфекции, однако механизмы этого влияния до настоящего времени до конца неясны. Стресс может провоцировать обострение лабиального герпеса. Тяжелая физическая нагрузка оказывает отрицательное влияние на течение полиинфекции.
Началом вирусного инфекционного процесса служит внедрение возбудителя в организм хозяина через входные ворота инфекции. Роговой слой кожи обеспечивает как физический, так и биологический барьер против проникновения вируса. Некоторые вирусы преодолевают кожный барьер благодаря прямой инокуляции при укусах насекомых или животных или при воздействии на кожу механических факторов, таких как укол иглой. Вирусы, переносимые членистоногими насекомыми, непосредственно попадают в кровь при укусе инфицированного клеща или москита. Вирусы бешенства и Herpes virus simiae (обезьяний) вирус В) попадают в ткани после укуса животных. Определенную роль в распространении вирусов играет ятрогенная инокуляция. Вирус гепатита В, ЦМВ, вирусы Т-клеточного лейкоза человека в сочетании с лимфаденопатией (ВТЛЧ или III/LAV) могут находиться в крови и ее препаратах для трансфузии. Причиной болезни Крейтцфельда—Якоба служат инфицированные инструменты для нейрохирургических вмешательств и инфицированные трансплантаты роговицы глаза или ткани гипофиза, используемые для приготовления препарата гормона роста. Парентеральная вакцинация с использованием живого аттенуированного вируса представляет собой другой вариант ятрогенной инокуляции.
Другие вирусы проникают в организм хозяина, преодолевая слизистый барьер дыхательного и желудочно-кишечного тракта. Респираторная инфекция может передаваться аэрогенным путем или с секретом носовых ходов или слюной. Проникновение через дыхательные или кишечные входные ворота требует от вируса преодоления серии сложнейших защитных механизмов организма. Иммунные защитные механизмы легких включают секреторные антитела класса IgA, клетки — естественные киллеры (КЕК.) и макрофаги. В слизистой оболочке трахеобронхиального дерева присутствуют неспецифические ингибиторы вирусов гликопротеидной природы. Реснитчатые эпителиальные клетки дыхательных путей постоянно эвакуируют слизь из нижних отделов дыхательных путей. В желудке инактивируются такие чувствительные к кислоте вирусы, как риновирусы. Желчные соли, находящиеся в просвете тонкого кишечника, могут разрушить липидную оболочку многих вирусов. Этот факт частично объясняет проникновение по желудочно-кишечному тракту исключительно вирусов, не покрытых оболочкой. Антивирусная защитная функция желудочно-кишечного тракта организма обусловлена наличием протеолитических ферментов и секреторных антител IgA. Присутствие специфических белков в капсидах некоторых вирусов позволяет им противостоять воздействию протеолитического переваривания в кишечнике.
Проникновение некоторых энтеровирусов через слизистый барьер кишечника осуществляется с участием специфической популяции клеток, покрывающих пейеровы бляшки, известных как микроскладчатые (М) клетки. Эти клетки и, возможно, их аналоги в бронхиальной лимфоидной ткани, видимо, облегчают транспорт некоторых вирусов, включая реовирусы и энтеровирусы, в околопросветное пространство тонкого кишечника.
Половой путь передачи, подразумевающий проникновение вирусов через слизистую оболочку мочеполовых путей и прямой кишки, может иметь важное значение для вируса простого герпеса типа 2, ЦМВ, вируса гепатита В и, вероятно, вируса ВТЛЧ или HI/LAV.
У некоторых вирусов процессы внедрения, первичной репликации и избирательною накопления в какой-либо ткани могут протекать в одной и той же анатомической области. Примерами вирусных болезней этого типа могут быть инфекции верхних и нижних дыхательных путей, вызванные риновирусами, орто- и парамиксовирусами; энтерит, вызванный ротавирусами; поражения кожи, вызванные папилломавирусами (бородавки) и вирусами паравакцины (узелки доильщицы). В других случаях развитие заболевания происходит после распространения вируса дистальнее места его проникновения в организм, например в центральную нервную систему. Входными воротами для энтеровирусов служит желудочно-кишечный тракт, а затем, попав в центральную нервную систему, они вызывают менингит, энцефалит и полиомиелит. Входными воротами для вирусов кори и ветряной оспы служат дыхательные пути, а затем, распространяясь по организму, они приводят к поражению кожи (экзантемы) или к генерализованному вовлечению в патологический процесс внутренних органов.
Для того чтобы попасть в ткани-мишени, вирусы используют нервные, гематогенные и лимфатические пути переноса. По нервам распространяются вирусы бешенства, простого герпеса, Herpesvirus simiae (обезьяний вирус В), ветряной оспы, опоясывающего герпеса и микроорганизмы, вызывающие зуд. Складывается впечатление, что вирус простого герпеса проникает в нерв через рецептор, локализующийся прежде всего около синаптического окончания, а не в области тела нервной клетки. Вирусы бешенства накапливаются на моторном конце пластинки нервно-мышечного соединения и могут использовать ацетилхолиновые рецепторы или структуры, прилежащие к ним, для проникновения в дистальные аксоны двигательных нейронов. Другие вирусы, включая вирус Ла-Кросс семейства буньявирусов и вирус Синдбис семейства тогавирусов, также концентрируются в области нервно-мышечного соединения, несмотря на то что их рецепторные молекулы не были идентифицированы. Вирус бешенства, кроме того, поражает мышечные веретена и распространяется по чувствительным нервам до ганглиев заднего корешка и спинного мозга. Скорость продвижения по нервам вирусов бешенства, простого герпеса и полиомиелита заставляет предположить, что эти агенты используют внутринейрональные механизмы, включая быстрый аксональный транспорт. Вызывающие зуд агенты, которые медленно распространяются вдоль нервных путей, могут представлять собой пример движения с использованием медленного аксонального транспорта. Инфекционное поражение леммоцитов (шванновские клетки) может представлять собой другой путь перемещения по центральной нервной системе. Распространение инфекции по нервным путям может играть роль не только при движении к центральной нервной системе, но и при распространении в ее пределах, а также и при движении к периферии.
Обонятельные пути представляют собой особую категорию нервных путей, участвующих в распространении вирусов. Нейросенсорные обонятельные клетки образуют синапсы непосредственно с митральными клетками обонятельных луковиц в центральной нервной системе. В экспериментальных условиях интраназальная или аэрозольная инокуляция вирусов бешенства, простого герпеса, полиовируса и некоторых тогавирусов может привести к инфекционному поражению центральной нервной системы в результате проникновения их через обонятельные пути. Этот путь проникновения инфекции возможен и в естественных условиях, объясняя попадание вируса бешенства, а возможно и других вирусов, в центральную нервную систему человека. Однако непременным условием является контакт с аэрозолем, в котором вирусы находятся в высоком титре, как, например, в пещерах, населенных множеством инфицированных вирусом бешенства летучих мышей, или в лабораториях с большим числом искусственно зараженных экспериментальных животных. Обонятельный путь проникновения может объяснить локализацию вируса простого герпеса в области орбито-фронтальной и срединно-височной коры у больных с энцефалитами этой этиологии.
Гематогенный путь распространения имеет важное значение для многих вирусов. Период первичной репликации обычно предшествует началу виремии и может протекать бессимптомно или сопровождаться продромальными явлениями. Первичная репликация энтеровирусов протекает в пейеровых бляшках и перитонзиллярной лимфатической ткани. Первичная репликация респираторных вирусов происходит в эпителиальных или альвеолярных клетках, а многих энтеровирусов и тогавирусов — в скелетных мышцах. В некоторых случаях вирус должен преодолеть определенное расстояние от места первичной мультипликации (умножения) до попадания в кровеносное русло: по лимфатическим сосудам он сначала проникает в регионарные лимфатические узлы. Начальная (первичная) вирусемия часто приводит к рассеиванию вирусов по таким тканям, как селезенка и печень, где продолжается увеличение их числа в паренхиматозных клетках, что приводит к усиленной вторичной вирусемии. Продолжающийся рост в эндотелиальных клетках увеличивает продолжительность вирусемической стадии при некоторых тогавирусных инфекциях. Длительная вторичная усиленная вирусемия необходима, если вирус должен преодолеть очистительный механизм ретикулоэндотелиальных клеток.
Вирусы, переносимые кровью, могут находиться в свободном состоянии или в сопровождении клеточных элементов. Свободно в плазме перемещаются вирус гепатита В, пикорнавирусы и тогавирусы. Вирус колорадской клещевой лихорадки и вирус Рифт-Валли соединяются с эритроцитами. Вирус Эпстайна— Барра (ВЭБ), ЦМВ, вирус краснухи и ВТЛЧ или III/LAV перемещаются в комплексе с лимфоцитами.
В некоторых случаях вирусы распространяются различными путями на разных стадиях своего инфекционного цикла. Вирус ветряной оспы рассеивается по коже гематогенным путем, вызывая появление ветряночных элементов. Затем вирус движется афферентно вдоль нервных волокон от кожи до нейронов ганглия заднего корешка, где и сохраняется в латентной форме. Реактивация вируса сопровождается его эфферентным движением по чувствительным нервным волокнам до соответствующих кожных дерматом с образованием опоясывающего поражения. Распространение вируса по нервным путям связывают прежде всего с повторными эпизодами оральной и генитальной инфекции, вызванной вирусом простого герпеса. Полиовирус представляет собой пример вируса, способного распространяться как гематогенным, так и нейрогенным путями. Гематогенный путь рассматривается обычно как основной путь попадания вируса в центральную нервную систему, хотя не исключен и путь по вегетативным нервам кишечника. Определенную роль в перемещении полиовируса по центральной нервной системе может играть аксональный транспорт.
После того как вирус попал из места своей первичной репликации в орган-мишень, он должен инфицировать популяцию чувствительных клеток. Для этого необходимо, чтобы специфические вирусные структуры (вирусные белки присоединения) и вирусные рецепторы на клетках пришли во взаимодействие. Точная природа некоторых из этих вирусных рецепторов постепенно становится известной. Вирусзакодированные ткани — специфические усилители могут в определенной степени опосредовать вирусное повреждение специфической клеточной популяции. Для развития литической инфекции необходимо, чтобы все последовательные этапы вирусного репликационного цикла были успешно осуществлены.
Защитные факторы организма. Образование антител. Большинство вирусов является хорошими антителами, способными стимулировать иммунный ответ, поскольку они содержат большое количество инородных для организма хозяина белков, каждый из которых имеет множество антигенных участков. Кроме того, несмотря на то что количество вирусного антигенного материала первоначально может быть довольно незначительно, по мере репликации вируса оно постоянно увеличивается. Лишь незначительная часть антител играет существенную роль в защите организма хозяина от инфекции, а в некоторых случаях сами антитела могут участвовать в патогенезе заболевания.
Иммуногенность вирусов зависит от их природы и от различных факторов организма. Медленные вирусы, вызывающие куру и болезнь Крейтцфельда— Якоба, видимо, не провоцируют в организме хозяина какого-либо заметного иммунного ответа. Путь введения вируса также может играть роль в развитии иммунного ответа. При экспериментальном развитии гриппозной инфекции было показано, что внутривенная инокуляция вируса обладает большей иммуногенностью, чем внутрибрюшинная, которая в свою очередь превышает выраженность иммунного ответа при подкожном введении вируса.
Антитела, защищающие организм хозяина, подавляя инфекционную активность вируса, относятся к нейтрализующим антителам (HAT). Связывание HAT с вирусом представляет собой обычно обратную реакцию. Инфекционная активность вируса может снижаться за счет того, что HAT подавляет связывание, проникающую способность или процесс раздевания вируса; способствует агрегации вирионов; ускоряет деградацию вирусов в пузырьках или облегчает опсонизацию вирусов и их последующий фагоцитоз. Связывание полиовирусов с HAT, возможно, приводит к конформационным перестройкам наружного капсида, что препятствует раздеванию вирусов, но не процессу их соединения с субстратом.
Комплемент. Если антитела не образуются, вирусы могут стимулировать активацию как альтернативного, так и классического путей активации комплемента. Активированные компоненты комплемента (например, С3b) могут выступать в качестве опсонинов, облегчающих фагоцитоз вирусов. Активация альтернативных механизмов комплемента в сочетании с образованием антител может приводить к лизису вирусов, имеющих оболочку, или клеток, инфицированных вирусами. Несмотря на то что система комплемента играет определенную роль в защите организма животных от вирусной инфекции, состояния, сопровождающиеся недостаточностью комплемента, в типичных случаях не осложняются более частыми приступами или более тяжелым течением вирусной инфекции.
Клеточный иммунитет. Клетки, инфицированные вирусами, могут быть разрушены лимфоцитами или другими клетками, использующими как антителозависимые, так и антителонезависимые механизмы. Клетки-киллеры представляют собой большие содержащие гранулы лимфоциты, которые связываются с клетками-мишенями, а затем секретируют цитотоксические молекулы, находящиеся в азурофильных гранулярных пузырьках. Активность клеток-киллеров повышается под воздействием интерферонов и некоторых вирусных гликопротеидов и не зависит от активности антител. Цитотоксичность клеток-киллеров представляет собой один из наиболее ранних защитных механизмов макроорганизма против вирусной инфекции (максимальная ее активность отмечается через 2—3 дня), включение которого предшествует образованию антител (появляющихся на 7-й день заболевания), активации Т-лимфоцитов и формированию реакции гиперчувствительности замедленного типа. Активные клетки-киллеры были обнаружены у людей, инфицированных вирусами цитомегалии, Эпстайна — Барра, кори и эпидемического паротита.
Разрушение клеток, инфицированных вирусами, зависящее от образования антител, может осуществляться вследствие антителозависимой клеточной цитотоксичности (АЗКЦ) либо вследствие воздействия антителонезависимых Т-лимфоцитов, обладающих цитотоксической активностью. При реакциях, опосредованных через АЗКЦ, вирусспецифические антитела, связанные с антигенами инфицированной клетки, взаимодействуют с рецепторами для антител IgG, находящимися на поверхности специализированных лимфоцитоподобных клеток (клеток-киллеров). Связывание антител IgG с клеточными рецепторами активирует клетку-киллер и приводит к тому, что она уничтожает клетку-мишень. Макрофаги, лимфоциты и ПМН также имеют Fc-рецепторы и могут принимать участие в реакциях АЗКЦ.
Лизис инфицированных клеток, опосредованный Т-лимфоцитами, обладающими цитотоксической активностью, относится к 1-му классу тканевой совместимости, ограниченной антигенами. Цитотоксическая активность Т-лимфоцитов должна быть индуцирована антигеном, доставляемым макрофагами или другими антигендоставляющими -клетками (АДК ). Активация цитотоксичности Т-лимфоцитов вирусспецифична и может быть специфична даже для отдельных штаммов некоторых вирусов. Цитотоксичные Т-лимфоциты, выделенные у мышей, инфицированных лимфоцитарным хориоменингитом (ЛХМ), убивают только клетки-мишени, инфицированные ЛХМ, у мышей, относящихся ко 2-му классу тканевой совместимости. Выраженность реакции цитотоксичных Т-лимфоцитов контролируется генами, ответственными за иммунный ответ (ИО) у мышей. Аналогичная регуляция может иметь место и у человека.
Интерфероны. Лейкоциты продуцируют более дюжины интерферонов (альфа-интерфероны, лейкоцитарные), последовательность аминокислот у которых на 70% гомологична.
b-Интерферон (фибробластный) продуцируется фибробластами и эпителиальными клетками. Его структура на 30% гомологична альфа-интерферонам. Как a-, так и b-интерфероны сохраняют стабильность в кислой среде (рН2,0) и относительно устойчивы к высокой температуре. g-Интерферон (иммунный) продуцируется как сенсибилизированными, так и несенсибилизированными Т-лимфоцитами. Он обладает отличными от других интерферонов физико-химическими свойствами и имеет специфические индукторы. Кроме того, его действие опосредуется через клеточные рецепторы, отличные от тех, которые используют интерфероны альфа и бета. Гены, кодирующие интерфероны, располагаются на следующих хромосомах у человека: на 9-й (a и b), на 2-й (b), на 5-й (b) и на 12;й (g).
Продукция интерферонов может быть индуцирована как активными, так и инактивированными вирусами, двуспиральной РНК и целым рядом других соединений. Количество индуцируемого интерферона может варьировать в зависимости от воздействующего вируса. Все интерфероны обладают чрезвычайно высокой специфической активностью и, как правило, наиболее активны в клетках тех видов животных, где они были продуцированы (видоспецифичны). Это объясняется различием природы интерфероновых рецепторов. Продукция интерферона, видимо, зависит от угнетения клеточных генов, вызванного присутствием вирусной нуклеиновой кислоты в цитоплазме клеток макроорганизма. В результате быстро формируются иРНК для интерферона и начинается его синтез.
Вновь продуцированный интерферон высвобождается во внеклеточную жидкость и затем связывается со специфическими рецепторами близлежащих клеток. Ген, кодирующий синтез гликопротеидного рецептора для альфа- и бета-интерферонов, локализуется у человека, по всей видимости, на 21-й хромосоме. Связывание интерферона с этим рецептором вызывает цепь сложных реакций. Синтезируется протеинкиназа, фосфорилирующая фактор, инициирующий синтез белка. Это приводит к подавлению образования первичного комплекса, а следовательно, и синтеза вирусных белков. Индуцированная 2,5-олигоизоаденилатсинтетаза приводит к образованию 2,5-олигоаденилатов, которые в свою очередь активируют клеточную эндонуклеазу, вызывающую распад вирусной иРНК. Подавляются метилтрансферазные реакции, что приводит к снижению метилирования иРНК, нарушая, таким образом, синтез вирусных белков. Кроме того, изменяются антигены поверхности клеток-мишеней, в результате чего облегчается проявление действия антигенов тканевой совместимости 1-го и 2-го классов. Интерфероны повышают также активность клеток-киллеров, Т-лимфоцитов, обладающих цитотоксичностью, и клеток, участвующих в реакциях АЗКЦ. Доля участия каждой из этих реакций в создании интерферонвызванного антивирусного состояния до настоящего времени не установлена.
Иммунопатология, индуцированная вирусом. Вирусы могут соединяться с вирусспецифическими антителами, образуя циркулирующие иммунные комплексы, способные самостоятельно участвовать в иммунопатогенезе. Вирусная стимуляция В-лимфоцитов может привести к появлению поликлональных антител к антигенам, не связанным с первичным вирусным агентом. Вирусы могут также индуцировать образование перекрестных антител, взаимодействующих с нормальными структурами макроорганизма, в составе которых имеются участки, сходные по строению с вирусными антигенами (молекулярная мимикрия). Аутоантитела этих типов также могут привести к образованию. иммунных комплексов. Иммунные комплексы оседают на базальных мембранах клеток различных тканей, включая кожу, почки, сосудистые сплетения и стенки кровеносных сосудов. Попадая в ткани, эти иммунные комплексы привлекают и активируют разнообразные медиаторы воспаления, что приводит к повреждению тканей.
Аутоантитела, образованные под влиянием вирусной инфекции, могут непосредственно повреждать ткани. Аутоантитела к лимфоцитам, тромбоцитам, гладкомышечным клеткам, промежуточным филаментам, иммуноглобулинам и миелиновым основным белкам обычно нестойки, и титр их невысок. Они образуются в результате целого ряда механизмов, включая: 1) внедрение антигенов макроорганизма в вирусные структуры или изменение антигенов макроорганизма под влиянием вируса; 2) изменение иммунорегуляторных систем под влиянием вируса; 3) перекрестную реактивность между вирусными антигенами и нормальными структурами клеток макроорганизма (молекулярная мимикрия); 4) возникновение антиидиотипических антител, стимулирующих клеточные рецепторы макроорганизма.
Эпидемиология. Эпидемиология вирусов включает изучение причин, распределения, частоты, путей передачи и распространения вирусных болезней. Важным аспектом эпидемиологии вирусов является аккуратная регистрация частоты возникновения и преобладания вирусных инфекций. Частота может быть определена как число новых случаев той или иной болезни, возникших в течение определенного периода времени, а преобладание — как общее число случаев заболевания. Целесообразно определять удельную частоту и удельное преобладание заболевания, величины которых получают путем деления соответствующих значений на размеры популяции, имеющей риск данного заболевания. Термины «эпидемия» и «вспышка» являются формальными и лишь указывают на то, что большее, чем ожидалось, число случаев того или иного заболевания возникло в узкой популяции, географической зоне или за какой-то период времени.
Появление острого вирусного заболевания указывает на то, что инфицированный организм вступил в контакт с восприимчивым индивидуумом при условиях, благоприятных для передачи конкретного вирусного агента. Интервал времени между первичным контактом с вирусом и последующим развитием признаков заболевания называется инкубационным периодом. Его длительность может варьировать от нескольких дней (при гриппе) до нескольких лет (при медленных инфекциях). Инфицирование вирусом не всегда приводит к появлению клинических признаков заболевания. Процент инфицированных людей, у которых развиваются яркие симптомы заболевания, варьирует от 100% при бешенстве и кори до 0% при паповавирусах ВК и JC. В большинстве случаев симптомы заболевания менее выражены и реже встречаются у детей, чем у взрослых (например, ВЭБ, мононуклеоз, паралитический полиомиелит, гепатит А).
Передача вируса от инфицированного организма восприимчивому индивидууму осуществляется в нескольких формах. Передача от человека к человеку может происходить: 1) при наличии у одного из них острого заболевания; 2) если один из них является хроническим носителем вируса или 3) от матери плоду. Заражение может произойти воздушно-капельным путем (с дыхательными аэрозолями), фекально-оральным путем, при половых контактах или вследствие непосредственной инокуляции вируса при использовании для инъекций инфицированных игл или препаратов крови для переливания.
Дыхательные аэрозоли образуются обычно при кашле или чиханье. Во время чиханья может образовываться до 2 млн аэрозольных частиц, а во время кашля — до 90 тыс. Судьба этих частиц зависит как от окружающих условий (влажность, потоки воздуха), так и от их размеров. Небольшие частицы дольше, чем крупные, остаются в воздухе и могут избегать фильтрующего эффекта носового дыхания, при котором частицы диаметром более 6 мкм задерживаются. Число образующихся аэрозольных частиц может варьировать у разных штаммов одного и того же вируса.
Для большинства вирусов остается неясным, какое число вирусных частиц необходимо для развития выраженной респираторной инфекции. Для вируса гриппа А, аденовируса или вируса Коксаки А21 достаточно всего 10 частиц. Образование аэрозолей — не единственный возможный путь передачи дыхательной инфекции. Для ВЭБ типичным является распространение через слюну во время поцелуя. Важным путем распространения риновирусов, являющихся основной причиной простуды, может стать контакт рук со слизистой оболочкой глаз, носовой или ротовой полости. Этот цикл может быть легко прерван, если следить за гигиеной рук.
Инфицирование через желудочно-кишечный тракт происходит, если вирус, находящийся в испражнениях, загрязняет пищу или воду, а затем поглощается восприимчивым индивидуумом (фекально-оральный путь). Руки, испачканные испражнениями, также могут служить еще одним источником распространения энтеровирусов. Высокая частота энтеровирусной инфекции у детей, находящихся в однодневных стационарах и в учреждениях для лиц с пониженным интеллектом, свидетельствует о трудности поддержания достаточного уровня гигиены в этих условиях.
При многих вирусных инфекциях переносчиком служат насекомые или инфицированные животные. При лихорадке денге существует постоянный цикл циркуляции вируса между людьми и инфицированными москитами. Вирус денге размножается в кишечнике москитов вида Aedes aegypti, накапливается в их слюнных железах и впрыскивается в организм человека во время укуса и засасывания крови. У инфицированного человека развивается вирусемия большой концентрации, достаточной для того, чтобы вирус попал от него к неинфицированному москиту во время следующего укуса. При других арбовирусных инфекциях человек выступает в роли конечного пункта, поскольку степень вирусемии у больного недостаточна для передачи инфекции новой группе насекомых-переносчиков. Цикл этого типа присущ тогавирусам, вызывающим восточный, западный энцефалиты и энцефалит Сент-Луис. Как правило, животными резервуарами для арбовирусов служат небольшие птицы и млекопитающие. Лошадь и человек являются конечным пунктом распространения вирусов. В то же время лошади могут быть резервуаром вируса, вызывающего венесуэльский лошадиный энцефалит.
Для некоторых инфекций, переносимых членистоногими, необязательно участие позвоночного промежуточного хозяина, в организме которого развивается вирусемия. От инфицированного клеща или москита вирус может передаваться потомству трансовариальным путем при половом контакте самца и самки москита. Трансовариальная передача позволяет вирусам, переносимым насекомыми, пережить зимние месяцы.
Зоонозные инфекции иллюстрируют другой механизм передачи заболевания. В случае бешенства передача вируса происходит в результате укуса инфицированного животного. Причиной многих инфекционных болезней человека являются экскременты инфицированных грызунов (кал, моча, слюна). Примерами могут служить аденовирусные инфекции и геморрагические лихорадки с поражением почек, вызванные буньявирусами.
Некоторые инфекционные агенты, такие как аденоассоциированный парвовирус человека и вирус дельта-гепатита (гепатит D), для развития заболевания требуют коинфекции с участием так называемого вируса-помощника. Инфекция, обусловленная дельта-вирусом, зависит от сопутствующей инфекции, вызванной вирусом гепатита В, и не развивается в его отсутствие. Многие детали эпидемиологии этих вирусов требуют своего уточнения. Аденоассоциированный парвовирус человека существенно не изменяет течения заболевания, вызванного аденовирусом-помощником. Напротив, коинфекция вирусного гепатита В и D часто оканчивается злокачественным гепатитом.
Диагностика вирусных болезней. Диагностика таких вирусных болезней, как корь, может быть осуществлена на основании клинических признаков. В других случаях с помощью клинических данных можно лишь идентифицировать группу вирусов, которые, вероятнее всего, являются возбудителями болезней той или иной категории. Однако, как правило, бывает необходимо установить точный диагноз, так как имеющиеся антивирусные препараты обладают высокой избирательной активностью по отношению к определенным типам вирусов. Для постановки точного диагноза необходимо воспроизвести вирус у экспериментального животного или в культуре ткани, идентифицировать вирус или выделить вирусспецифические антигены или вирусные нуклеиновые кислоты из тканей или жидкостей организма, или документально зарегистрировать специфические серологические реакции. Врач должен обеспечить взятие необходимых для диагностического исследования проб материала в соответствующую фазу заболевания, проследить, чтобы они были быстро отправлены в лабораторию, снабдить диагностические лаборатории адекватной клинической информацией.
Если заболевание сопровождается диареей или другими желудочно-кишечными расстройствами, этиология которых напоминает вирусную, вирус следует выделить из свежей порции фекалий. При заболеваниях дыхательной системы, включая фарингит, круп, бронхиолит и пневмонию, материал для исследований лучше всего получать путем аспирации слизи. Мазки из носоглотки и горла менее информативны. При наличии везикулярной сыпи материалом для исследования служит жидкость, аспирированная из пузырьков с помощью иглы. Если сыпь имеет петехиальный или макулопапулезный характер, то следует собирать как пробы слизи из носоглотки, так и фекалии. У пациентов с заболеваниями центральной нервной системы, природа которых позволяет предположить вирусную, включая менингит, энцефалит, миелит и синдром Гийена—Барре, для исследования следует собирать назофарингеальный аспират, фекалии и пробы спинномозговой жидкости. При подозрении на инфекцию, вызванную ЦМВ, паповавирусами, корь или эпидемический паротит целесообразно исследовать мочу. Попытку выделить вирус из крови можно предпринять при подозрении на инфекции, вызванные некоторыми арбовирусами, вирусами герпеса и ЛСМ. Для диагностики бешенства и эпидемического паротита исследуют слюну. Биопсия мозга может потребоваться при диагностике энцефалита, вызванного вирусом простого герпеса, прогрессирующей мультифокальной лейкоэнцефалопатии, подострого склерозирующего панэнцефалита (ПСПЭ), прогрессирующего краснушечного панэнцефалита и медленных вирусных инфекций, таких как болезнь Крейтцфельда— Якоба.
Препараты мазков из носоглотки или прямой кишки следует помещать в соответствующую среду для транспортировки, которая представляет собой несколько миллилитров нейтрального изотонического раствора поваренной соли с добавлением небольшого количества белка или сыворотки животных и антибиотиков. В случае задержки транспортировки препаратов их следует поместить во фляжку-термос, заполненную кусочками льда. После того как препараты доставлены в вирусологическую лабораторию, их следует поместить в соответствующие условия для дальнейшей обработки. Препараты могут храниться в обычном холодильнике при температуре 4°С не более 48 ч. Более длительное хранение должно осуществляться при температуре —70°С. При многократном замораживании и оттаивании многие вирусы быстро теряют инфекционную активность.
Выделение вируса из клинического препарата осуществляется путем посева материала на культуру тканей, куриные эмбрионы или инокуляции новорожденным мышам. Метод культуры тканей подразумевает использование первичных клеточных культур, изготовленных из органов животных (например, клетки почек обезьяны); линии диплоидных клеток человека, таких как фибробласты эмбриона Wi-38 и перевиваемые клеточные линии типа HeLa, HEp-2, BHK-21 и Vero. Некоторые вирусы лучше растут на одних клеточных линиях, другие — на других. Вирус гриппа следует выделять путем инокуляции вируссодержащего материала в амниотическую или аллантоисную полость куриного эмбриона. Интраперитонеальная и интрацеребральная инокуляция новорожденным мышам рекомендуется для выделения вируса Коксаки А, а также многих арбовирусов, вируса бешенства, аренавирусов и орбивирусов. Для выделения вируса ЛСМ могут быть использованы взрослые мыши или морские свинки. Идентификация агента, ответственного за возникновение медленной вирусной инфекции, например куру и болезнь Крейтцфельда—Якоба, может потребовать внутричерепной инокуляции материала высшим приматам, например шимпанзе. Специальные методы изоляции вируса с использованием искусственной среды ткани мозга необходимы для идентификации вируса кори в случае ПСПЭ или вируса краснухи у больных с прогрессирующим краснушечным панэнцефалитом.
После заражения вируссодержащим материалом клеточной культуры последнюю исследуют на наличие отличительных признаков цитопатического действия ЩПД). Такие вирусы, как НСВ и многие энтеровирусы, оказывают раннее ЦПД, в то время как для выявления ЦПД, вызванного ЦМВ, вирусом краснухи и некоторыми аденовирусами, требуется наблюдать за клеточными культурами в течение недель и даже выращивать субкультуры. В культивируемых клетках ищут признаки их лизиса и вакуолизации. Присутствие синцития свидетельствует о возможном наличии НСВ, PC-вируса, вируса кори или эпидемического паротита. Окрашивание клеточных культур по Гимзе или с использованием других красителей облегчает поиск и обнаружение различных внутриклеточных включений. Иммуноцитохимическое окрашивание клеточных культур для выявления вирусных антигенов с использованием флюоресцеина или специфических антивирусных антител, связанных с ферментом, способствует обнаружению и идентификации многих вирусов, оказывающих минимальный ЦПЭ. Орто- и парамиксовирусы (вирусы гриппа, парагриппа, кори, эпидемического паротита) могут быть обнаружены по способности инфицированных культур тканей адсорбировать эритроциты (гемадсорбция). Вирус краснухи выявляют по способности инфицированных культур блокировать ЦПЭ, вызванный другим вирусом (интерференция).
Идентификация вирусных частиц или антигенов в тканевых препаратах представляет собой другой важный метод диагностики вирусной инфекции. Окрашивание соскоба кожи, взятого из основания пузырька, по методу Tzanck с применением красителя Райта или Гимзы помогает идентифицировать вирус простого герпеса или вирус ветряной оспы. Аналогичные методики позволяют идентифицировать клетки, инфицированные ЦМВ в осадке мочи, или клетки, инфицированные вирусом кори, в соскобах, взятых из пятен Коплика. В некоторых случаях важную диагностическую информацию можно получить при электронно-микроскопическом исследовании специально подготовленных препаратов. Концентрация вирусных частиц в таких препаратах должна быть более 1067 частиц в 1 мл. Применение специального метода концентрации вируса в препарате путем адсорбции избытка жидкости и солей на поверхности агарозы позволяет обнаружить вирус при его концентрации всего 104 частиц в 1 мл (метод псевдорепликации). С помощью электронной микроскопии можно без труда отличить вирус оспы коров от вируса ветряной оспы в везикулярной жидкости, отрицательно окрашиваемой фосфотунгусной кислотой. Кроме того, электронная микроскопия может быть чрезвычайно полезна при идентификации таких кожных вирусов, как вирус папилломы человека, вирус контагиозного пустулезного дерматита и контагиозного моллюска. Использование специфической антисыворотки для агрегации вируса в препарате фекалий облегчает электронно-микроскопическое выявление ротавирусов, вируса гепатита А и вируса Норфолк. Электронно-микроскопические исследования препаратов биопсии мозга могут позволить идентифицировать энцефалит, вызванный вирусом простого герпеса, ПМЛ и ПСПЭ.
Обнаружение вирусспецифических антигенов облегчается при использовании методов иммунофлюоресценции и иммуноцитохимии. Ценность этих методов особенно высока при диагностике бешенства, герпетической инфекции, ПМЛ и ПСПЭ в препаратах биопсии мозга; герпетического кератита в соскобах роговицы; вируса простого герпеса, ветряной оспы и оспы коров в соскобах пузырьков; пара-гриппа, гриппа и РСВ-инфекции в аспиратах слизи из носоглотки: гепатита В в препаратах биопсии печени; вируса колорадской клещевой лихорадки в кровяном сгустке. Вирусные антигены могут быть обнаружены в препаратах этих тканей при использовании вирусспецифических антител, прямо или косвенно связанных с флюоресцеинизотноцианатом (ФИТЦ) или ферментами, включая пероксидазу из хрена, щелочную фосфатазу и глюкозоксидазу. Использование антител, связанных с ферментами, обладает рядом преимуществ по сравнению с обычной световой микроскопией: при этом повышается чувствительность, сохранность окрашенных препаратов, их диагностическая ценность. Сочетание биотинсвязанных антител с авидинсвязанным ФИТЦ или ферментами позволит повысить результативность иммуноцитохимических методов. Для выявления вирусных антигенов используют радиоиммунный анализ и твердофазный иммуноферментный анализ (ELISA), методы, хорошо зарекомендовавшие себя при диагностике гепатита А и В, ротавирусов, аденовирусной инфекции.
Обнаружение четырехкратного или более повышения титра антител к специфическому вирусному агенту в сыворотке больного в острой фазе заболевания или на стадии выздоровления (3—4 нед спустя) принято рассматривать в качестве диагностического признака острой инфекции. Однократно проведенное исследование лишь в редких случаях позволяет диагностировать вирусную болезнь. Высокий титр антител против достаточно редко встречающегося агента при наличии типичной клинической ситуации или необычный титр антител к вирусному антигену специфического типа дают основание лишь предположить наличие острой инфекции. В подобных случаях необходимо серологическое исследование крови. Кровь собирают в стеклянные пробирки без антикоа
Дата добавления: 2016-03-05; просмотров: 757;