Файл: Новиков Д.К. Медицинская микробиология.pdf

первичных ферментов для репликации вирусной ДНК. Эти ферменты индуцируют считывание второй части исходной ДНК – появляется «поздняя» мРНК, обеспечивающая синтез структурных белков.

При инфицировании РНК-содержащим вирусом РНК синтезируется с помощью РНК-полимеразы на матрице вирусной РНК; синтез вирусных белков происходит в цитоплазме, а РНК в ядре или в цитоплазме (пикорнавирусы, тогавирусы).

Для (+)РНК-нитевых вирусов (флави-, пикорна-, тогавирусы) функцию информационной РНК выполняет сам геном, который является матрицей для новых молекул РНК, на основе которых в рибосомах синтезируются вирусные белки.

У (-)РНК-вирусов (орто-, парамиксо-, рабдовирусы) геном не выполняет функцию информационной РНК, не обладает инфекционностью, но вирусы имеют РНКполимеразы, необходимые для синтеза РНК, комлементарных геному, т.е. мРНК, которые обеспечивают синтез вирусных белков.

Иначе осуществляется репликация РНК-содержащих ретровирусов (онкогенные, ВИЧ), в составе которых есть обратная транскриптаза или ревертаза (см. рис. 7). Уникальность этого фермента состоит в его способности индуцировать синтез цепи вирусной ДНК на матрице вирусной РНК. Этот процесс называется обратной транскрипцией. На матрице одной ДНК-цепи синтезируется комплементарная ей вторая; образовавшаяся двунитевая ДНК переносится в ядро. Клеточная ДНК подвергается сплайсингу (под влиянием эндонуклеаз) с образованием рекомбинантов с этой вирусной ДНК. Возникает ДНК-провирус. С помощью клеточной ДНК-зависимой РНКполимеразы интегрированный в ДНК клетки ДНК-провирус считывается с последующим синтезом вирусных (+)РНК и мРНК, которые определяют образование вирусных структурных белков и ферментов. Продолжающийся синтез цепей ДНК обеспечивает новые вирионы геномом.

Количество генов в вирусном геноме ограничено, поэтому есть дополнительные механизмы для передачи большей информации, чем несет вирусная нуклеиновая кислота. Например, транскрипция информации с переписывающихся участков ДНК на иРНК может происходить путем сплайсинга (вырезание бессмысленных кодонов и сшивание концов), а также вследствие считывания антикодонами тРНК с разных нуклеотидов одной и той же молекулы иРНК, в результате возникают новые триплеты и увеличивается транслируемая информация.

Формирование нуклекапсидов происходит, когда синтезированные вирусные нуклеиновые кислоты и белки специфично узнают друг друга и соединяются гидрофобными солевыми и водородными связями. Основой самосборки простых вирионов служит способность вирусных полипептидов соединяться в капсомеры, образующие многогранник. Полипептиды могут также окружать в виде спирали вирусную нуклеиновую кислоту.

Для вирусов важен синтез М-белка (матриксный белок), который участвует в сборке вирионов.

Нередко простые вирионы монтируются на репликативных комплексах, которыми служат мембраны эндоплазматического ретикулума. Сборка нуклеокапсида сложных вирионов начинается на репликативных комплексах и продолжается на плазматической мембране, где присутствуют гликопротеиды суперкапсида.

52

Нуклеокапсиды вируса герпеса и многих ДНК-содержащих вирусов монтируются в ядре клетки на ее мембране. Затем они отпочковываются и приобретают суперкапсидную оболочку. Окончательное формирование вириона осуществляется в мембранах эндоплазматического ретикулума и в аппарате Гольджи.

Выход вирусов из клетки происходит: 1) путем взрыва оболочки (клетка при этом погибает), что характерно для вирусов, не имеющих суперкапсида (пикорнавирусы); 2) путем почкования, что присуще вирусам, имеющим суперкапсид. На заключительном этапе сборки нуклеокапсиды фиксируются на клеточной плазматической мембране и выпячивают ее, образуется «почка», которая затем отделяется от клетки (орто-, парамик- со-, рабдовирусы). Клетка при этом сохраняет жизнеспособность.

Время, необходимое для репродукции, колеблется от 5-6 часов (для вируса гриппа) до нескольких суток (вирусы кори, аденовирусы).

Интеграция с клеточным геномом. Нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК) вирусов могут быть включены в геном клетки с помощью эндонуклеаз, рестриктаз и лигаз. Вирусная ДНК в кольцевой форме интегрируется в клеточный геном. Место включения в геном определяется гомологичными нуклеотидными последовательностями определенных участков (ДНК-сайтов). После включения в геном клетки ДНК-вируса становится провирусом, который может изменять клеточный метаболизм, что приводит к возникновению аутоиммунных, хронических заболеваний и опухолей. Под влиянием физических и химических факторов ДНК-провирус вырезается из клеточной хромосомы и становится обычным вирусом.

Геном РНК-вирусов включается в клеточный геном при участии обратной транскриптазы, образующей ДНК-транскрипт одной цепи на матрице РНК (см. рис. 7). Образовавшаяся нить ДНК служит матрицей для образования второй нити, а затем двуцепочечный ДНК-транскрипт замыкается в кольцо и встраивается в клеточный геном. Этот процесс интеграции РНК-вируса в геном клетки называют вирогенией. Как и в случае с ДНК-провирусами в клетке могут изменяться свойства, что приводит к заболеваниям.

Виды вирусной инфекции. На клеточном уровне выделяют автономные инфекции, если вирусный геном реплицируетсЯ независимо от клеточного и интеграционные инфекции, если вирусный геном включается в состав клеточного. Автономная инфекция делится на продуктивную, при которой образуется инфекционное потомство и абртивную, при которой инфекционный процесс обрывается и новые инфекционные частицы не образуются.

По течению различают острую и персистирующую инфекции. Острая инфекция в зависимости от судьбы зараженной клетки делится на цитолитическую и нецитолитическую, цитолитическая заканчивается образованием ЦПД. Она сопровождает продуктивную фазу взаимодействия вируса с клеткой. Персистирующая инфекция может протекать в виде вирусоносительства, латентной, хронической или медленной инфекции. Латентная – это инфекция без выделения вируса в окружающую среду. Хроническая инфекция сопровождается выделением вируса и периодами ремиссии и обострения. Медленная инфекция характеризуется длительным инкубационным периодом и последующим длительным прогрессирующим течением с летальным исходом.

53

На уровне организма вирусные инфекции делятся на очаговые – когда размножение вирусов происходит у входных ворот и генерализованные – когда вирус разносится по различным органам и тканям.

Особенности вирусных инфекций.

1.Внутриклеточный паразитизм вирусов приводит к гибели клеток.

2.Размножение некоторых вирусов в клетках иммунной системы приводит к развитию иммунодефицитных состояний (вирус кори, ВИЧ, гепатита В, С).

3.Некоторые вирусы способны интегрировать с геномом клетки хозяина (ВИЧ, онкогенные РНК-содержащие вирусы).

4.Некоторые вирусы обладают тератогенным действием (вирус цитомегалии, краснухи).

5.Диагностика вирусных инфекций не проводится в каждом случае заболевания из-за массовости.

6.Вирусы могут вызывать медленные инфекции (вирусы кори, ВИЧ, бешенства, гепатит В, герпес).

7.Некоторые вирусы могут провоцировать развитие опухолей (герпесвирусы, гепатита В, С, аденовирусы). гепатита В, С

4.4. Культивирование и индикация вирусов

Культивирование вирусов человека проводят с целью лабораторной диагностики вирусных инфекций, для изучения вопросов патогенеза и иммунитета, для получения диагностических и вакцинных препаратов. Так как вирусы абсолютные паразиты, то их культивируют в организме или в живых клетках.

Для культивирования вирусов используют лабораторных животных, развивающиеся куриные эмбрионы, культуры клеток.

Лабораторных животных разными способами заражают (учитывают тропизм вирусов: ортомиксовирусами заражают интраназально, нейровирусами – субдурально). На основании типичных признаков заболевания и патоморфологических изменений органов животных можно судить о репродукции вирусов, т.е. проводить индикацию вирусов.

Куриный эмбрион является удобной моделью для культивирования вирусов, т.к. полости его стерильны, защищены твердой оболочкой. Индикацию вируса в курином эмбрионе проводят: по гибели эмбриона; помутнению хорион-аллантоисной оболочки; образованию бляшек на оболочке; в реакции гемагглютинации (происходит склеивание эритроцитов под действием гемагглютинина вирусов, который расположен в шипах суперкапсида).

Метод культур клеток. Для приготовления культур клеток используют различные ткани человека и животных. Чаще применяют культуры клеток из эмбриональных (куриные фибробласты, человеческие фибробласты) и опухолевых (злокачественно перерожденных) тканей, обладающих активной способностью к росту и размножению.

Различают три типа культур клеток: однослойные культуры клеток; культуры суспензированных клеток; органные культуры.

54

Однослойные культуры клеток по числу жизнеспособных генераций разделяют на первичные или первично трипсинизированные (куриные фибробласты, человеческие фибробласты); перевиваемые (способны размножаться в лабораторных условиях длительное время); полуперевиваемые (способны размножаться в течение 40-50 пассажей).

Для культивирования клеток необходимы питательные среды, которые по своему назначению делятся на ростовые и поддерживающие. В составе ростовых питательных сред должно содержаться больше питательных веществ, чтобы обеспечить активное размножение клеток для формирования монослоя. Поддерживающие среды должны обеспечивать лишь переживание клеток в уже сформированном монослое при размножении в клетке 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 – наличие 5-10 % сыворотки крови животных (телячьей, бычей, лошадиной), без наличия которой размножение клеток и формирование монослоя не происходит. В состав поддерживающих сред сыворотка не входит.

Культуры суспензированных клеток растут и размножаются во взвешенном состоянии при постоянном интенсивном перемешивании среды. Они используются для накопления вирусов.

Некоторые вирусы размножаются в органных культурах – это кусочки органов, выращенные вне организма и сохраняющие структуру данного органа.

О размножении вируса в культуре клеток судят по следующим признакам: цитопа-

тогенному действию (ЦПД); образованию в клетках включений; появлению бляшек; феномену гемадсорбции; цветной пробе.

Цитопатогенное действие может проявляться полной дегенерацией клеток – слущиванием клеток с поверхности стекла после их гибели (энтеровирусы полиомиелита, Коксаки); частичной дегенерацией – округлением клеток, слиянием и образованием симпластов (вирус кори).

Образование включений в клетках – это скопление вирионов или отдельных компонентов в цитоплазме или в ядре клеток, выявляемые под микроскопом при специальном окрашивании. Вирус натуральной оспы образует цитоплазматические включения – тельца гварниери, вирусы герпеса, аденовирусы – внутриядерные включения.

Появление бляшек – зоны клеток, разрушенных вирусом (негативные колонии вирусов), обнаруживают в клеточных культурах, растущих на стекле и покрытых тонким слоем агара. Бляшки различаются по величине, форме, времени появления, поэтому данный тест используют для дифференциации вирусов.

Реакция гемадсорбции заключается в способности клеток, зараженных вирусами, адсорбировать на своей поверхности эритроциты, потому что эти клетки несут на поверхности гемагглютинины вируса.

Цветная реакция основана на изменении цвета питательной среды с индикатором, используемой для культур клеток. При росте клеток, не пораженных вирусом, идет накопление продуктов метоболизма, которые изменяют цвет питательной среды.

55

При репродукции вирусов в культуре нарушается метаболизм клеток, и среда сохраняет первоначальный цвет.

При отсутствии ЦПД можно поставить реакцию интерференйии – исследуемая культура повторно заражается вирусом, вызывающим ЦПД. В положительном случае ЦПД будет отсутствовать (реакция интерференции положительная), если в исследуемом материале вируса не было, наблюдается ЦПД.

Лабораторная диагностика вирусных инфекций. Используют методы экс-

пресс-диагностики для обнаружения возбудителя или его антигенов в клиническом материале (ИФА, РИА, метод молекулярной гибридизации, ИФА, ПЦР, ВИЭФ, РПГА, электронной микроскопии, иммуно электронной микроскопии).

Выделение вируса и его индикацию и идентификацию проводят в вирусологическом методе диагностики. С этой целью необходимо обеспечить взятие материла от больного, правильную транспортировку его в лабораторию и грамотного заполнения сопроводительных документов. Выделение вируса из клинического материала проводят путем заражения культур клеток куриных эмбрионов и лабораторных животных. Индикацию вирусов проводят по гибели эмбрионов, постановке РГА, ЦПД в культуре клеток.

Идентификацию вирусов проводят с помощью серологических методов (постановки РТГА, РСК, ИФА, РИА, РН). Серологическая диагностика вирусных инфекций проводится с парными сыворотками больного, взятыми в острой фазе заболевания и через 10-14 дней. Обнаружение четырехкратного и более повышения титра антител рассматривается как диагностический признак острой вирусной инфекции.

Принципы химиотерапии и химипрофилактики вирусных инфекций. Ми-

шенью действия противовирусных препаратов являются процессы адсорбции, проникновения вируса в клетку, депротеинизации, транскрипции, репликации и сборки вирусов.

1.Аномальные нуклеозиды ингибируют функции вирусных полимераз (иоддезоксиуредин, ацикловир при лечении герпеса).

2.Производные адамантамина гидрохлорида. Ремантадин ингибирует репролукцию вирусов гриппа, кори, краснухи

3.Тиосемикарбазон подавляет синтез вирусных белков и сборки вирусных частиц, активен против вирусов натуральной оспы.

4.Ингибиторы протеаз (гордокс, контрикал, аминокапроновая кислота).

5.Нарушают синтез вирусных белков – интерфероны.

4.5. Бактериофаги

Бактериофаги (от бактерий и греч, рhagos-пожиратель) – вирусы бактерий, обладающие способностью специфически проникать в бактериальные клетки, репродуцироваться в них и вызывать их лизис. Они не размножаются в эукариотических клетках.

В1910 г. Ф. д’Эрелль обнаружил лизис бактерий дизентерии после добавления

кним бесклеточного фильтрата испражнений больных дизентерией и назвал фактор лизиса бактериофагом.

56