Схема образования наружной оболочки вируса гриппа при выходе его из клетки хозяина

При изучении разнообразных вирусов гриппа было обнаружено восемь видов нейраминидазы и около 20 видов гемагглютинина. Мало того, обе нейраминидазы вирусов гриппа человека и обе нейраминидазы гриппа лошадей были выявлены у птиц. Затем было открыто еще четыре нейраминидазы птичьих вирусов гриппа.

Гемагглютинины вирусов гриппа человека и животных, как правило, не совпадают, но есть и исключения. В 1963–1965 гг., до появления вируса Гонконга, были выделены два вируса гриппа: у уток на Украине и у лошадей в США. Оказалось, что у этих вирусов гемагглютинины сходны с гемагглютинином вируса Гонконга.

В начале ХХ в. ученые установили, что каждая эпидемия гриппа сопровождается эпизоотией сходных заболеваний у животных. В 1960-х гг. это было доказано выделением вируса гриппа человека от животных. В то же время пока нет данных, свидетельствующих, что вирусы гриппа животных могут вызвать эпидемии у людей.

Проведенные опыты по генетике вирусов гриппа приоткрыли завесу тайны их быстрой изменчивости. Помните опыты Гиррера и Шрамма? Продолжение этих исследований показало, что нуклеиновую кислоту одного вируса можно «переодеть» в белковую оболочку другого вируса. У потомков полученного гибрида нуклеиновая кислота всегда будет соответствовать нуклеиновой кислоте, вошедшей в состав такого вирусного гибрида. Опыты показали, что в большинстве случаев вирусы не скрещиваются. Но есть и исключения – вирусы гриппа скрещиваются легко.

Возможно, новые вирусы гриппа – рекомбинанты. При введении в клетку одновременно вируса гриппа, открытого в 1933 г., и вируса Гонконга в потомстве будут как исходные формы (Н0N1, H3N2), так и рекомбинанты (Н0N2, H3N1). В первом случае у рекомбинанта гемагглютинин впервые открытого вируса гриппа и нейраминидаза вируса Гонконга. Во втором – гемагглютинин вируса Гонконга и нейраминидаза вируса гриппа, открытого в 1933 г.

Каждый пандемический штамм вируса содержит только 8 генов. Если два штамма попали в одну клетку, они могут обмениваться генами, давая 256 возможных комбинаций. Один из ведущих вирусологов мира Р.Вебстер обнаружил, что утки и некоторые другие птицы, живущие на берегах водоемов, могут быть носителями всех известных генов пандемических штаммов гриппа без всякого вреда для себя. Вирусы гриппа размножаются в кишечнике птиц и выделяются с пометом, попадая в воду. Свиньи заражаются вирусами гриппа и человека, и птиц, поэтому в них различные вирусы также могут обмениваться генами. От свиней вирус легко передается человеку.

В настоящее время описано 16 вариантов гемагглютинина и 9 вариантов нейраминидазы. Они отличаются друг от друга незначительно, однако этих отличий хватает для того, чтобы подтипы вируса с разными комбинациями поверхностных белков имели разный круг хозяев и разные характеристики.

Вебстер считает, что давно настала пора для новой пандемии гриппа, поэтому он предпринял упреждающий ход – попытался найти новый штамм гриппа, обследуя людей и животных на юге Китая. Однако ему не повезло – пока он работал в Азии, другие исследователи выделили новый штамм, содержащий гены вирусов гриппа человека и птиц, в Италии.

Несколько слов о профилактике и лечении гриппа. В связи с быстрой изменчивостью вируса гриппа тотальная вакцинация населения оказалась неэффективной. В настоящее время ежегодные прививки против гриппа проводятся только тем людям, деятельность которых связана с повышенным риском заражения и распространения инфекции, а также больным, ослабленным и особенно восприимчивым к гриппу. Коммерческая вакцина обычно содержит вирус типа В и несколько подтипов вируса А. При заболевании гриппом нужно соблюдать постельный режим, при высокой температуре принимать жаропонижающие лекарства. При тяжелом, осложненном или молниеносном течении болезни обязательна госпитализация. Противогриппозные препараты амантадин и ремантадин хорошо помогают в самом начале заболевания, на более поздних стадиях они облегчают течение болезни.

Полиомиелит

Полиомиелит (от греч. polios – серый и myelos – костный или спинной мозг) – острое инфекционное заболевание (старое название – «детский паралич»), вызываемое одним из самых мелких вирусов – полиовирусом из семейства пикорнавирусов, не имеющих оболочки (суперкапсида) и содержащих РНК.

Геном представлен одноцепочечной плюс-нитевой РНК длиной около 7,5 тыс. нуклеотидов, к 5’-концу которой ковалентно присоединен низкомолекулярный вирус-специфический белок VPg, а 3’-конец несет последовательность поли-А длиной 70–100 нуклеотидов.

Капсид полиовируса имеет диаметр 27 нм и состоит из 60 субъединиц, каждая из которых содержит четыре различные полипептидные цепи (VP1, VP2, VP3, VP4). Внешняя поверхность капсида сформирована тремя крупными белками: VP1, VP2 и VP3. Антитела, образующиеся в человеческом организме в ответ на вирусную инфекцию, специфичны к определенным участкам на поверхности вириона. В природе встречаются три антигенно различающихся серотипа полиовируса. Уникальность каждого серотипа определяется структурой четырех антигенных сайтов, формирующих три варианта. Вирус одного серотипа не может быть нейтрализован антителами, направленными против вирусов двух других серотипов.

Ключевая проблема при синтезе белка (трансляции) - начать этот процесс, а далее он пойдет более или менее автоматически. Считается, что синтез клеточных белков обычно начинается с присоединения рибосомы к специальной химической группировке ("кэпу"), находящейся на одном из концов мРНК (назовем его "левым"). Далее рибосома передвигается "вправо", достигает последовательности, кодирующей белок (как правило, расположенной не очень далеко от "левого" конца молекулы), и начинает собственно трансляцию. У пикорнавирусов такой стандартный механизм не может осуществиться: в их РНК просто нет кэпа и, кроме того, очень длинный (около 10% всех нуклеотидов) "левый" нетранслируемый конец молекул РНК содержит препятствия для передвижения рибосомы.

Для ее присоединения к молекулам пикорнавирусных РНК в их составе есть особая структура, обозначаемая IRES (от англ. Internal Ribosome Entry Site - место внутреннего связывания рибосомы). Это несколько сотен нуклеотидов сегмента РНК, предшествующего участку, который кодирует вирусные белки. Работами нашей лаборатории показано, что существуют по крайней мере два различных способа организации IRES в геномах пикорнавирусов [3-5]. Пространственная укладка цепочки РНК сохраняется у разных представителей данной подгруппы вирусов, несмотря на заметные вариации последовательности нуклеотидов. Вирус полиомиелита попадает в одну подгруппу, а вирус Тейлера - в другую (рис.1).

Рис.1. Схематическое изображение укладки участков РНК вирусов полиомиелита и Тейлера, ответственных за обеспечение начала трансляции

Присоединение к РНК - условие, необходимое, но не достаточное для того, чтобы рибосома начала считывать содержащуюся в этой РНК информацию. Трансляция практически всегда начинается с определенной тройки (триплета) нуклеотидов - AUG, которая кодирует аминокислоту метионин. В геномах всех пикорнавирусов соответствующий триплет находится примерно на одинаковом расстоянии (20-25 нуклеотидов) от IRES. Очень важное значение имеет окружение этого триплета: синтез белка может начаться только в том случае, если у AUG подходящие соседи. Так, в РНК вируса Тейлера ближайший к IRES AUG имеет "приличное" окружение и поэтому служит для инициации синтеза белка. В геноме вируса полиомиелита ситуация иная: здесь соседи AUG, располагающегося вслед за IRES, - "неподходящие", и синтез белка начинается намного "правее", на следующем AUG, которому более "повезло" с соседями.

Полиомиелит передается через загрязненные руки, пищевые продукты, воду и белье. В теплое время года переносчиками болезни могут быть мухи. Предполагается, что инфекция может передаваться и воздушно-капельным способом. На начальном этапе вирус развивается в слизистой носоглотки и кишечника. Вирус поражает центральную нервную систему, вызывая дегенеративно-воспалительный процесс в передних рогах спинного мозга и сером веществе подкорки.

Полиомиелит – заболевание, известное с древних времен. В храме богини плодородия Астарты в Мемфисе нашли выполненное за 1580 лет до н.э. изображение жреца Румы с типичным для полиомиелита поражением нижней конечности. В 1900 г. Митчел обнаружил у хорошо сохранившейся мумии изменения костей, характерные для полиомиелита. В Гренландии при раскопках найдены скелеты, относящиеся к 500–600 гг. до н.э. и имеющие такие же изменения костей. Гиппократ (460–377 до н.э.) описал вспышку полиомиелита на острове Фарос.

В XIX в. окончательно установили, что возможны эпидемии полиомиелита. В 1836 г. патологоанатом Чарльз Белл выявил ряд случаев детского паралича в изолированном населенном пункте на острове Святой Елены. В 1840 г. немецкий ортопед Якоб фон Гейне впервые подробно описал малораспространенную в то время болезнь – детский паралич. Ничего не зная о возбудителе, он с удивительной проницательностью догадался о поражении нервной ткани.

Летом 1894 г. – вспышка полиомиелита во Франции, Вермонте. В 1905 г. – первая крупная эпидемия детского паралича в Скандинавии. За лето погибло несколько сотен детей, более тысячи были парализованы. Шведский врач Викман во время эпидемии тщательно изучал каждый случай заболевания и обнаружил, что болезнь передается только при непосредственном контакте с больным. Так была установлена инфекционная природа заболевания. В честь первых врачей, описавших полиомиелит, он назвал это заболевание болезнью Гейне–Медина.

В 1909 г. венский ученый Карл Ландштейнер впервые попытался заразить обезьяну детским параличом от человека. Он взял кусочек разрушенной нервной ткани из спинного мозга уличного оборвыша Фрица и ввел его с помощью шприца павиану (Papio hamadrias) и макаке (Mаcaca mulatta). Спустя несколько дней обезьяны заболели, не могли шевельнуть парализованными конечностями. Но... ученому не удалось найти возбудителя этой болезни ни у погибшего павиана, ни у больной макаки. Позже Ландштайнер и Поппер доказали вирусную природу возбудителя полиомиелита.

После открытия Ландштейнера многие лаборатории Европы и Америки занялись исследованиями детского паралича. Это было тем более актуально, что в 1916 г. в Нью-Йорке разразилась самая жестокая эпидемия детского паралича из всех случавшихся ранее.

Предпринимались первые попытки лечения детей. Одним из самых убежденных сторонников лечения сывороткой, приготовленной из спинного мозга, был Джордж Дрейпер. Перед введением сыворотки в позвоночник больным детям делали пункцию для удаления части спинно-мозговой жидкости. Однако эта довольно болезненная операция не приводила к успеху: разницы в течении болезни у детей, получавших и не получавших сыворотку, не было.

Другие исследователи считали, что инфекция попадает сначала в слизистую носа, в которой находятся окончания обонятельных нервов, а оттуда в мозг. В опытах на обезьянах они пытались предотвратить распространение вируса в организме, прижигая перед введением вируса слизистую носа кислотой или квасцами, а также разрушая обонятельные нервы. Хотя опыты и дали некоторый положительный результат, применение этих методик во время эпидемии в Америке оказалось бесполезным.

В середине ХХ в. резко возросла заболеваемость полиомиелитом в США, Канаде, странах Южной Америки, Скандинавии и Центральной Европы. Появились сообщения о заболеваниях полиомиелитом в Индии, Сингапуре, Японии, Корее и на Филиппинах. В США эпидемия почти не прекращалась в период 1942–1953 гг., ежегодно паралич поражал до 20 тыс. человек. В 1956 г. было зарегистрировано более 300 тыс. инвалидов, перенесших паралитическую форму заболевания. Практически в то время инфицированию подверглось все население страны, т.к. на каждое заболевание с развитием паралича приходится от 100 до 1000 случаев бессимптомной инфекции.

В 1949 г. американский ученый Дж.Ф. Эндерс со своими сотрудниками Т.Х. Уэллером и Ф.Ч. Роббинсом разработали способ культивирования возбудителя полиомиелита в искусственной питательной среде. До этих работ единственным надежным источником вирусов были нервные ткани зараженных им обезьян. Однако вакцина, полученная из таких вирусных препаратов, оказалась опасной для здоровья людей. С другой стороны, считалось, что вирус может размножаться только в нервных клетках, а культуры этих клеток получать и поддерживать было чрезвычайно трудно. Эндерс, Уэллер и Роббинс смогли найти условия, при которых полиовирус хорошо размножался в культуре клеток эмбрионов человека и обезьяны. Таким образом можно было получать большие количества полиовируса «в пробирке». За эти работы Эндерс, Уэллер и Роббинс были удостоены Нобелевской премии в 1954 г.

В 1947 г. проблемой получения сыворотки против полиомиелита занялся Джонас Эдвард Солк. Ему удалось доказать, что существует три серотипа полиовирусов. При введении обезьянам смеси убитых вирусов всех типов заболевания не возникает, однако вырабатываются антитела, эффективные только против одного из трех типов полиовируса. После троекратного введения вакцины в крови обнаруживаются антитела ко всем серотипам вируса.

Джонас Эдвард Солк (1914–1995)

Используя метод Эндерса–Уэллера–Роббинса, Солк получил достаточное количество материала для приготовления вакцины, содержащей все три типа полиовирусов. В 1952 г. он провел ее испытания – сначала на детях, перенесших полиомиелит, а затем и на здоровых. Во всех случаях прививки вызывали значительное увеличение титра антител к полиовирусу, и никто из привитых не заболел.

Президент США Ф.Д. Рузвельт уже взрослым перенес полиомиелит, после чего мог передвигаться только в кресле-каталке. Семья Рузвельтов создала большой фонд для поддержки исследований по борьбе с полиомиелитом. Солк для проведения своих работ получил из этого фонда 1 млн долларов, что позволило ему довести исследования до конца.

В 1954 г. под руководством Т.Фрэнсиса (впервые выделившего вирусы гриппа А и В и разработавшего поливалентную вакцину против гриппа) были проведены крупномасштабные (более 2 млн детей) пробные прививки вакциной Солка. На основании результатов этих испытаний Департамент здравоохранения США разрешил применение вакцины для иммунизации населения. Официальное сообщение об этом появилось 12 апреля 1955 г. в Америке, в столетнюю годовщину президента Рузвельта.

Однако в конце апреля 1955 г. в результате прививок 46 детей заболели полиомиелитом, и 5 мая применение вакцины было приостановлено. Американская служба здравоохранения и сам Солк стали искать причины неудачи. Оказалось, что заболевание, вызванное прививками, – несчастный случай: по недосмотру работников лаборатории (Cutter Laboratories), изготовившей эту партию вакцины, в ампулы попали живые полиовирусы. Менее чем через месяц прививки возобновились.