Adsorptsioon
Kuulus “H5N1” tähistab “hemaglutiniini tüüp viit, neuraminidaas tüüp 1” – need kaks valku jäävad gripiviiruse pinnale (joonisel 1 on hemaglutiniin roheline ja neuraminidaas hall).
Hemaglutiniini abil kinnitub gripiviirus rakkude pinnal olevate retseptorite külge. Viiruse esialgne sihtmärk on hingamisteede ripsepiteeli rakud, kuid see pole põhjus, miks me seda armastame: hemaglutiniin võib kinnituda paljude teiste rakkude, sealhulgas punaste vereliblede retseptoritele. Kui üks viirus kinnitub korraga kahele (kõrvuti asetsevale) punasele vereliblele, kleepuvad punased verelibled kokku! Sellest ka valgu nimi - "vere liimimine".
riis. 1
Rakendamine
Loll rakk imeb endasse fagotsütoosiga külge haakunud viiruse – nagu sööb ära. Miks, miks lapsed alati igasuguseid vastikuid asju suhu pistavad?! Viirus on aga endiselt rakus toiduna, fagotsütootilise vesiikuli sees (joonisel 2 – “endosoom”). Endosoom sulandub lüsosoomiga, moodustub seedevakuool, sinna pumbatakse tsütoplasmast prootoneid, et tekitada happeline keskkond (see protsess on näidatud joonisel 2) – veidi rohkem ja me seedime viirust (koos sõnad "valgurikas toit, mis vahet sellel on").
riis. 2
Riba
Kuid viirus on sündmuste selliseks käiguks valmis:
 riis. 3 |
- Hemaglutiniin muudetakse happelise keskkonna mõjul - selle pind muutub hüdrofiilseks ja see (varem endosoomi membraani sisepinna retseptori külge kinnitatud, nüüd) on selle membraani sees.
- Endosoomi pumbatud prootonid läbivad spetsiaalsete kanalite valke (M2 valgud, näidatud joonistel 1 ja 3) läbi viiruse lipiidkesta ja jõuavad viiruse valgukestani (joonis 1 - valgete pallide ring). - M1 valgud). Selle tõttu hävib valgu kest (joonisel 3 on hävinud valgukesta M1 valgud tähistatud punaste tähtedega).
- Viiruse lipiidide ümbris (hemaglutiniini läbitungiv toime tõttu) sulandub fagosoomi (lipiid)membraaniga; Viiruse RNA satub raku tsütoplasmasse.
Viiruse replikatsioon
Tsütoplasmasse sattunud viiruse RNA on ise täiesti ohutu.
- Selle peal valke teha ei saa, sest tegemist on miinus-RNA-ga (valke ei kodeeri see, vaid komplementaarne plussahel, mida veel ei eksisteeri).
- Samuti on võimatu sellele RNA-d teha – meie rakkudes ei ole üldjuhul RNA-d kahekordistada võimelist ensüümi.
"Oh-ho-ho, teil pole midagi," nuriseb gripiviirus vuntsidega pead raputades, "aga pole midagi, ma tõin kõik endaga kaasa." Viirus tõi endaga kaasa valgud PB1, PB2 ja PA, mis koos moodustavad viiruse RNA-st sõltuva RNA polümeraasi – see suudab RNA-d dubleerida. Aga halb õnn! Iga polümeraas vajab töö alustamiseks praimerit, kuid unustav gripp ei võtnud seda endaga kaasa! Kõik on läbi?!
Rahune maha, ära satu paanikasse! - Nende sõnadega saadetakse kogu seltskond (8 viiruse RNA-d ja 3 viiruse ensüümi) raku tuuma. Seal saab gripp täisteenust:
- viiruse RNA replikatsiooni praimerid (pluss RNA saamiseks) on raku RNA-st lõigatud lõigud;
- töötlemine: lõigud, mis toimisid RNA sünteesi praimeritena - need olid korgid, nii et 5-tollise otsa modifitseerimine viidi läbi kohe alguses; sünteesi lõpus toimub 3-tollise otsa polüadelatsioon;
- splaissimine: osa viiruse RNA-st, mis sisaldab teavet kahe valgu kohta, lõigatakse kaheks osaks.
Sel viisil sünteesitakse pluss-RNA-sid, mis võivad olla viirusvalkude ja viiruse miinus-RNA-de sünteesi mallid.
Siis on kõik lihtne: rumal rakk sünteesib oma aminohapetest saadud ribosoome kasutades viiruse valke, sealhulgas RNA-st sõltuvat RNA polümeraasi. Gripi miinus RNA-d toodetakse ka jõuliselt tuuma sees. Viirusosakeste kogunemine toimub tsütoplasmas, rakumembraani sisepinnal. Valmis viirus lahkub rakust eksotsütoosi (pungamise) teel, neuraminidaas hammustab viimase niidi, mis ühendab rakku ja vastsündinud viirust... Maailma tuleb uus (kuri) väike elu!
riis. 4
GRIPI IIRISTES: SÜNDMUSED JA PROGNOOSID
D.K. Lvov, A.D. Zaberežnõi, T.I. Aliper
Dmitri Konstantinovitš Lvov, Venemaa Meditsiiniteaduste Akadeemia akadeemik, nimelise viroloogia uurimisinstituudi direktor. DI. Ivanovsky RAMS, Moskva Meditsiiniakadeemia viroloogia osakonna juhataja. NEED. Sechenov. Projektijuht 05-04-52136, 06-04-48822.
Aleksei Dmitrijevitš Zaberežnõi, bioloogiateaduste doktor, sama instituudi molekulaardiagnostika labori juhataja, MTÜ Narvak molekulaarbioloogia osakonna juhataja.
Taras Ivanovitš Aliper, bioloogiateaduste doktor, sama instituudi viirushaiguste spetsiifiliste ennetusvahendite labori juhataja, MTÜ Narvak direktor.
Artikli esmakordset avaldamist vt: Loodus. 2006. nr 6. lk 3–13.
Gripiepideemiaid esineb igal aastal ja neid ei tajuta millegi erakordsena. Kuna haigust põhjustavad immuunsüsteemile juba tuttavad viirused, siis
Reeglina tuleb ta nendega toime. Pandeemia on teine asi: antud juhul on gripi tekitajaks uute antigeensete ja bioloogiliste omadustega viirus, mis levib kiiresti üle kogu maailma, mõjutades kuni veerandit planeedi elanikkonnast ja nõudes kümneid miljoneid elusid. Just see tegi eelmise sajandi pandeemiad kuulsaks. Neid oli võimatu ette näha, nagu on võimatu nimetada täpset uue alguse aega.
Nüüd on aga tänu pidevale inimeste, kodu- ja metsloomade seas ringlevate viiruste monitooringule ning molekulaargeneetiliste meetoditega saadud teadmistele juba võimalik ennustada uute pandeemiatendentsidega viirusvariantide teket. Viimastel aastatel on kandidaat sellele rollile välja selgitatud: algselt mittepatogeenne linnuviirus H5N1 põhjustas 2003. aasta lõpus kodulindude seas gripiepisootia, mis tänavu muutus panzootiaks. See viirus on hakanud nakatama teisi loomi, sealhulgas inimesi, kuid seda ei saa veel inimeselt inimesele edasi kanduda. Selle võime omandamiseks piisab vaid ühe aminohappe asendamisest ühes viirusvalgus.
Virioni struktuurid
Gripiviiruse struktuur on üsna lihtne: see on sfääriline osake (virion), mille läbimõõt on umbes 0,13 mikronit, südamikus, mis sisaldab nukleokapsiidi (RNA molekul, mis on pakitud M1 valgu kesta), mida ümbritseb lipiidmembraan (joonis 1). Sellesse membraani on sukeldatud kolm valku – hemaglutiniin, neuraminidaas ja ioonikanal (M2 valk), mis mängivad nakkusprotsessis suurt rolli.
Hemaglutiniin on esimene, mis puutub peremeesraku retseptoritega kokku. Viiruse ümbriku pinnal on see väga keerukate trimeeride kujul. Iga nende monomeer on kindlalt membraanis ankurdatud ja sisaldab kahte subühikut – üks neist tagab esmase kontakti sihtrakuga, teine vastutab viiruse ja rakumembraanide liitumise eest. Valgu ülaosas on piirkonnad, mis seonduvad siaalhappega, mis on osa peremeesraku retseptorist.
Ensüüm neuraminidaas lõhustab raku retseptorite terminaalsed siaalhapperühmad, mille tulemusena kaotab rakk võime antigeeni ära tunda ja viirus tungib sisse
B OLOOGIA JA ARSTITEADUS | Gripiviirused: sündmused ja prognoosid |
siseneb sellesse endotsütoosi kaudu, mis on levinud meetod ainete rakku toimetamiseks. Rakumembraanist väljunud endosoomi happeline keskkond aktiveerib M2 ioonikanali, mis alandab pH-d viirusosakese sees, mis viib M1 valgu kesta hävimiseni. Samal ajal aktiveeritakse hemaglutiniin. See sünteesitakse prekursori kujul, mis happelises keskkonnas läheb küpsesse olekusse - see lõhustatakse proteolüütiliste ensüümide toimel kaheks alaühikuks, samal ajal kui trimeeri sees peituv sulandpeptiid muudab konformatsiooni, vabaneb, liigub ülemisse otsa. molekulist ja viiakse membraani. Viiruse ümbris ühineb endosomaalsega, moodustub sulandpoor, mille kaudu avaneb tee tsütoplasmasse võõrale geneetilisele materjalile. Seejärel siseneb viiruse RNA raku tuuma. Selle tulemusena häiritakse raku elutähtsaid protsesse ja rakk ise hakkab oma ressursse kasutades tootma viirusvalke. Koheselt replitseerub viiruse RNA ja kogunevad uued viirusosakesed, mis neuraminidaasi abil vabanevad kahjustatud rakkudest (nende lagunemissaadused põhjustavad organismi mürgitust ja palavikuseisundit) ning levivad vereringe kaudu üle keha.
Joonis 1. Gripiviiruse virioni diagramm. Selle lipoproteiini kest on kaetud kahe glükoproteiini - hemaglutiniini ja neuraminidaasi - selgrooga. Sees on nukleokapsiid – RNA molekul, mis on pakitud M1 valgu kesta. Genoom koosneb kaheksast fragmendist, millest kuus esimest kodeerivad igaüks ühte valku (hemaglutiniin - HA, neuraminidaas - NA, RNA polümeraasi subühikud - PB1, PB2, PA, nukleoproteiin
NP) ja kaks viimast geeni – kaks unikaalse aminojärjestusega valku
nohapped (maatriksvalgud - M1, M2 ja mittestruktuursed valgud - HS1, HS2).
Paljunenud viirus pärsib vereloome- ja immuunsüsteemi, kahjustab kapillaaride endoteeli, mis põhjustab veresoonte läbilaskvuse suurenemist ja hemorraagiaid, sealhulgas surmaga lõppenud ajuturset. Kuid seda juhtub üsna harva, tavaliselt lülitub immuunsüsteem sisse - esiteks on kaasatud kaasasündinud (mittespetsiifilise) immuunsuse tegurid ja mõne aja pärast hakkavad tootma spetsiifilised antikehad, mis vabastavad need ja uuesti nakatumisel kaitsevad keha. viirusest.
Gripiviiruste eripäraks on antigeensete omaduste suur varieeruvus. Sisevalgud on oma struktuurilt konstantsed ja määravad viiruse tüübi (A, B ja C). Pinna antigeenid, vastupidi, on heterogeensed ja varieeruvad ning palju muud
B OLOOGIA JA ARSTITEADUS | Gripiviirused: sündmused ja prognoosid |
See kehtib ka hemaglutiniini (H) kohta, mis koos neuraminidaasiga (N) määrab viiruse alatüübi (H1N1, H2N2, H3N2 jne). Pinnavalkude antigeenne varieeruvus on põhjustatud kahest geneetilisest protsessist – triivi- ja nihkemuutused viiruse genoomis.
Triivimismuutused on põhjustatud punktmutatsioonidest hemaglutiniini ja neuraminidaasi kodeerivates geenides ning põhjustavad väiksemaid muutusi nende valkude struktuuris. Tavaliselt tekivad sellised muutused igat tüüpi viiruste (A, B ja C) pandeemiate vahel. Selle tulemusel esinevad igal aastal pigem epideemiad kui pandeemiad, kuna kaitse varasemate kokkupuute eest viirusega säilib, kuigi see on ebapiisav.
Nihke muutused toimuvad pärast täielikku geeni asendamist. See on võimalik, kuna gripiviiruse genoom on segmenteeritud – see koosneb kaheksast üheahelalise lineaarse RNA fragmendist, mis kodeerivad lisaks hemaglutiniinile ja neuraminidaasile viirusspetsiifilist ensüümi (RNA polümeraas ehk transkriptaas, mis koosneb kolmest alaühikust - valgud PB1, PB2, PA), samuti nukleoproteiin (NP), maatriks (M1 ja M2) ja mittestruktuursed (NS1 ja NS2) valgud. Kui rakk nakatatakse samaaegselt kahe erineva tüvega, segatakse nende replitseeruvate genoomide segmendid mis tahes kombinatsioonis, nii et uued virionid sisaldavad erinevaid geenide komplekte, mis on laenatud igast algsest viirusest. Sellist viiruse RNA segmentide kombinatsiooni nimetatakse geneetiliseks segamiseks ehk ümberassortimiseks, et mitte segi ajada juba olemasoleva terminiga – rekombinatsioon, mille käigus toimub geneetiline materjal ümberkorraldamine kas ristuva mehhanismi või muutuse tulemusena. mall. Nihke muutused mõjutavad reeglina hemaglutiniini antigeenset struktuuri, harvemini - neuraminidaasi. Seega ilmuvad ebaregulaarsete ajavahemike järel (10–40 aastat) uute antigeensete ja bioloogiliste omadustega viirused, sealhulgas uued pandeemilised variandid.
Liigibarjäär
Viirustest, mis võivad põhjustada erakorralisi epideemilisi olukordi, mille vastu võitlemine nende esinemise staadiumis on raske või isegi võimatu, on eriti ohtlikud A-gripiviirused, mida iseloomustab pinnavalkude kõrge antigeensus ja need on esindatud nomenklatuur, 16 hemaglutiniini alatüübi (H1-16) ja 9 neuraminidaasi (N1-9) järgi. Need viirused on looduses laialt levinud ja võivad nakatada kõiki linnuliike ja mõningaid imetajaliike (inimesed, hobused, sead, vaalad, hülged jne). Imetajate nakatumine toimub peamiselt hingamisteede kaudu ja lindudel - soolte kaudu. Nende nakatumine on tavaliselt asümptomaatiline või enteriidi vormis, mis viitab gripiviiruste ja metslindude, keda võib pidada nende loomulikeks peremeesteks, suurele vastastikusele kohanemisele. Viirus püsib vees, temperatuuril +22°C - kuni kuu, temperatuuril +4°C ja alla selle - kauem (6-8 kuud), seetõttu on vesi-fekaalne nakkustee peamine säilitusmehhanism. gripiviiruse pidev ringlus looduses.
Vaatamata antigeensele heterogeensusele eraldati kõigi teadaolevate pinnavalkude kombinatsioonidega viiruseid ainult vee- ja poolveekompleksi metslindudest - pardid, kajakad jne. (Joonis 2).
Teiste loomade seas ringlevad ainult teatud pinnavalkude komplektiga viirused: näiteks kuni viimase ajani eraldati inimestelt ainult kolme hemaglutiniini alatüübi (H1-H3) ja kahe neuraminidaasi alatüübi (N1-N2) viiruseid. Kõik neli kahekümnenda sajandi pandeemiat. põhjustasid nende alatüüpide uued nihkevariandid: 1918. aasta „hispaania gripi” põhjustas A-tüüpi gripiviirus H1N1, 1957. aastal aasia grippi H2N2, Hongkongi grippi 1968. aastal H3N2 ja "Vene gripp" aastal 1977 - H1N1. Kõik need on lindude ja inimeste gripi viiruste reassortandid.
B OLOOGIA JA ARSTITEADUS | Gripiviirused: sündmused ja prognoosid |
Kuni viimase ajani arvati, et lindude gripi viirused ei ole inimestele patogeensed ja võivad nakatumisel põhjustada ainult konjunktiviiti ja kerget halb enesetunne ning harvadel juhtudel kerge respiratoorse sündroomi. 1997. aastal põhjustasid H5N1 viirused aga Hongkongi inimeste seas üliraskeid haigusvorme – 18 haigestunud inimesest kuus suri, kõik nakatusid kanadest. Teine sarnane episood leidis aset 2003. aasta veebruaris, samuti Hongkongis – viiest nakatunud inimesest kaks surid. Kohalikes populatsioonides on kanadelt ja teistelt linnuliikidelt (sh metsikutelt) perioodiliselt eraldatud H5N1 viiruseid.
Joonis 2. A-gripiviiruste teadaolevate alatüüpide ringluse skeem.
Hiinas ja teistes Aasia riikides kodulindude seas laialt levinud serotüüpviirus H9N2 avastati 1998. aasta augustis viiel hiinlasel ja aasta hiljem Hongkongis kahel gripilaadse haiguse kliinilise pildiga tüdrukul. Tähelepanuväärne on see, et kõik haigusjuhud esinesid üksteisest sõltumatult ja viiruste ülekandumist inimeselt inimesele ei täheldatud. 1996. aastal eraldati konjunktiviiti põdevalt naiselt linnugripiviirus H7N7. Üks juhtum Hollandis lõppes surmaga. Need on ainult ametlikult registreeritud juhtumid, lindude gripi viirused ületavad ilmselt palju sagedamini liigibarjääri ja hakkavad nakatama mitte ainult inimesi, vaid ka teisi loomi (sead, hobused, vaalad, naaritsad jne). . Teada on kodulindude (kanade, kalkunite) nakatumise juhtumeid metslindudele, eriti veelindudele, iseloomulike gripiviirustega.
Endiselt on raske kindlalt hinnata kõiki viiruse peremeesorganismi levikut piiravaid tegureid ja peremeesorganismi vahetust mõjutavaid mehhanisme. See otsing on kestnud juba mõnda aega, erinevates uurimisrühmades, sealhulgas meie instituudis.
Esimesena kahtlustati hemaglutiniini, kuna just see glükoproteiin vastutab peremeesraku retseptorite äratundmise eest ja osaleb viiruse ümbrise sulandumises endosomaalse ümbrisega (sisuliselt peremeesraku tsütoplasmaatilise ümbrise osa). Nende retseptorite struktuur erineb sõltuvalt rakkude liigist ja koe päritolust. Need erinevused on olulised viiruste ülemineku piiramiseks liikide vahel ja neid on uuritud konkreetselt seoses uute inimese pandeemiliste viiruste tekkega.
On kindlaks tehtud, et inimese hingamisteede epiteelirakkude retseptorid sisaldavad lisaks valkudele ka süsivesikuid - siaalo-oligosahhariide, milles terminaalne siaalhape (N-atsetüülneuramiinhape) on ühendatud galaktoosiga 2′-6 kaudu. ′ side ja raku retseptorid
B OLOOGIA JA ARSTITEADUS | Gripiviirused: sündmused ja prognoosid |
lindude sooleepiteel - 2′-3′. Linnugripiviirused paljunevad inimkehas halvasti, sest nad lihtsalt ei saa kontakti inimese retseptoritega. Samal ajal sisaldavad mutsiinid (loomulikult samad komplekssed glükoproteiinid, mille lõpus on siaalhape), mis on kohustatud kaitsma inimese kopse mikroorganismide eest, 2′-3′ galaktoosi sidemega retseptoreid. Seega ei saa juhuslikult inimkehasse sattunud linnugripiviirus rakkudesse tungida, kuna nende pinnal puuduvad spetsiifilised retseptorid ning mutsiin blokeerib virioniretseptorite äratundmisaktiivsust, nii et inimesel on sel juhul vaid kerge nohu. .
Kuid kuidas saame sel juhul seletada viiruse pandeemilise nihke variantide tekkimist? Olukord sai veidi selgemaks, kui sai teatavaks, et sigade hingamisteede rakud kannavad mõlemat tüüpi retseptoreid ja võivad seega olla nakatunud nii inimeste kui ka lindude gripiviirustesse. See tähendab, et sead võivad olla vaheperemeesteks erinevatele viirustele ja ideaalseks areeniks nende ümberpaigutamiseks seganakkuste ajal.
Mis puutub hemaglutiniini, siis selle võime peremeesraku retseptoreid ära tunda näib olevat peamiselt seotud retseptori sidumissaidi (RBS) struktuuriga. Seega sisaldab PCC inimese gripiviiruste puhul aminohappeid leutsiini ja seriini vastavalt positsioonidel 226 ja 228 ning lindude viirustes leidub neis positsioonides glutamiini ja glütsiini. Erinevatel loomadel on PCC-s leitud muid aminohapete asendusi, mis tähendab, et kuigi PCC on konserveerunud ja evolutsiooniliselt stabiilne, on sellel siiski varieeruvaid piirkondi, mis mõjutavad retseptoriga seondumist (afiinsust) ja spetsiifilisust.
PCC võib muutuda pärast seda, kui viirus ületab liikidevahelise barjääri, näiteks võivad linnugripi viirused omandada võime ära tunda inimese raku retseptoreid. Tõestus selle kohta, et lindude ja inimeste vahelist barjääri on võimalik ületada, on 1997. aasta inimeste gripipuhang Hongkongis, mille põhjustas lindude H5N1 viirus.
Eeldatakse, et viiruse "kinnitumist" peremeesorganismiga ei määra mitte ainult hemaglutiniini omadused, vaid ka teine pinnavalk - neuraminidaas. Lisaks on põhjust arvata, et A-gripiviiruste sisemiste ja mittestruktuursete valkude geenid on seotud peremeesorganismide leviku piiramisega. Sellest on aga veel vara rääkida, kuna nende panust on vaja veel uurida iga geen ja nende toodete funktsioonid. Siiski on oluline mõista, et isegi minimaalsed muutused viirusvalkude, eriti hemaglutiniini struktuuris võivad põhjustada olulisi muutusi mitte ainult viiruse peremeesorganismis, vaid ka selle patogeensuse (virulentsuse) astmes.
Virulentsus
Tuletagem meelde, et viiruse paljunemiseks peremeesorganismis on vajalik hemaglutiniini molekuli prekursori aktiveerimine ja peremeesorganismi proteaasid lõhustavad selle kaheks subühikuks. Madala patogeensusega lindude viiruste hemaglutiniinide proteolüüs toimub piiratud arvul rakutüüpidel, mistõttu viirus lokaliseerub ainult hingamisteedes või sooltes. See juhtub asümptomaatiliste või mõõdukate infektsioonide korral. Kõrge patogeensusega lindude viiruste hemaglutiniinid lagunevad erinevates rakkudes ja on seetõttu võimelised põhjustama surmavaid süsteemseid infektsioone, eriti kodulindudel.
Erinevates laborites üle maailma hakati uurima kõrge patogeensusega gripiviiruse tüvede genoomi inimestele (1997–2004 eraldatud H5N1 ja H7N7). Selgus, et need viirused sisaldavad hemaglutiniini molekuli lõhustamiskohas mitmeid aluselisi aminohappeid, mis tagab neile kõrge nakkava aktiivsuse ja patogeensuse. Erinevalt mittepatogeensetest või nõrgalt patogeensetest viirustest, millel see aminohappejärjestus puudub, lõhustuvad kõrge patogeensusega viiruste hemaglutiniini kergesti mitte ainult trüpsiinitaolised proteaasid, mis esinevad inimese hingamisteede rakkudes ja lindude sooltes, vaid samuti furiinitaoliste proteaaside poolt. Nad toimivad kombineeritult
B OLOOGIA JA ARSTITEADUS | Gripiviirused: sündmused ja prognoosid |
ubikvitiiniga, mis on mõeldud proteaaside jaoks hävitamist vajavate valkude märgistamiseks. Furiinilaadsed proteaasid sünteesitakse erinevates kudedes, mis annab patogeensetele viirustele võime nakatada erinevaid süsteeme ja elundeid. Madala patogeensusega viiruse muutmiseks kõrge patogeensusega viiruseks piisab kasvõi ühe aluselise aminohappe sisestamisest hemaglutiniini proteolüütilisse lõhustamiskohta.
Seda kinnitati hiljem H5N1 viiruse erinevate variantidega (erinevatel aastatel eraldatud) nakatunud hiirtega tehtud katsetes. Mõned neist hakkasid paljunema ajus, maksas, põrnas ja vererakkudes, põhjustades 100% hiirte surma seitsmendal kuni kaheksandal päeval pärast nakatumist, samas kui teised viirused osutusid hiirte jaoks mittepatogeenseteks ja paljunesid alles kopsud. Seda selgitati peagi - 2004. aastal eraldatud H5N1 viirustes tuvastati võrreldes aastatel 1997-2003 saadud viirustega hemaglutiniini geenis täiendavad mutatsioonid, mis mõjutasid nende antigeensete omaduste muutumist.
Viiruse patogeensust võivad mõjutada muutused mitte ainult pinna, vaid ka sisemiste valkude struktuuris. Seega avastati H5N1 gripiviiruse tüves PB2 valgu positsioonis 627 mutatsioon, mis on hiirte jaoks väga patogeenne. Just see mutatsioon mõjutas Hongkongis isoleeritud kahe H5N1 viiruse omaduste erinevust ja selle tulemusena nakkusprotsessi tulemust. Lisaks on nende gripiviiruste virulentsus seotud mittestruktuurse valgu NS struktuuriliste iseärasustega, eelkõige glutamiinhappe olemasoluga selle molekulis positsioonis 92, mis muudab viirused resistentseks interferoonide viirusevastase toime suhtes. .
Muidugi on tänapäevaste molekulaargeneetiliste meetodite kasutamine gripiviiruste uurimisel järk-järgult selgitamas nende bioloogilisi omadusi, kuid traditsioonilised meetodid, mis jälgivad gripiviiruste ringlust inimeste, kodu- ja metsloomade seas, pole vähem olulised. Pandeemiatendumustega reassortantide esilekerkimise ennustamine ning tõhusate meetmete väljatöötamine gripi ennetamiseks ja tõrjeks saab välja töötada ainult selle raskesti prognoositava ja raskesti tõrjutava nakkushaiguse patogeenide ökoloogia ja evolutsiooni uurimise põhjal. Sellise uurimistööga alustasid enam kui 35 aastat tagasi G. Laver Austraalias, R. Webster USA-s, D.K. Lvovis meie riigis ja neid jätkub tänapäevani kogu maailmas.
Sündmused ja prognoosid
Põhjaliku A-gripiviiruste uuringu algatas Maailma Terviseorganisatsioon (WHO) pärast 1968. aasta H3N2 viiruse põhjustatud pandeemiat. Meie instituut on kindlaks teinud, et H3N2 eellane oli 1963. aastal Ukrainas metspartidest eraldatud H3N8 viirusega sarnane tüvi. Need ja teised andmed olid aluseks teadusliku suuna väljatöötamisele - A-gripiviiruste ökoloogia ja evolutsioon Loodi A-gripiviiruste ökoloogia keskus koos tugibaaside võrgustikuga, kust saadi uusi andmeid. kinnitas põhimõtteliste erinevuste puudumist inimeste ja loomade A-gripiviiruste vahel, s.o. ühe kaitstud geenifondi olemasolu. Nende andmete kohaselt loodi 1980. aastal gripiviiruste klassifikatsioon sõltumata nende päritolust. Sellest ajast alates on igale isoleeritud viirusele omistatud nimi, mis kajastab viiruse tüüpi, isolatsiooniallikat, isoleerimise kohta ja aastat, aga ka alatüüpi – näiteks A/part/Ukraina/63(H3N8).
Meie uurimistöö põhieesmärk Venemaal oli uurida A-gripiviiruste arengut viiruspopulatsioonide interaktsioonis metslindude ja koduloomade populatsioonidega ning epideemilise toimega tüvede teket. Sel eesmärgil teostatakse seiret Põhja-Euraasia võtmepunktides; 16 teadaolevast viirusest eraldati 14
2003. aasta lõpus, s.o. kolm kuud enne lindude gripiviiruse H5N1 põhjustatud epideemia puhkemist Kagu-Aasia riikides esines üks selle artikli autoreid (D.K. Lvov) Jaapanis toimunud rahvusvahelisel gripikongressil, teatades nende viiruste eraldamisest.
B OLOOGIA JA ARSTITEADUS | Gripiviirused: sündmused ja prognoosid |
metslindudest Venemaal - Altais ja Primorye lõunaosas. Molekulaargeneetiliste andmete kohaselt on need tüved klassifitseeritud madala patogeensusega. Seejärel tehti analoogselt varasemate tähelepanekutega esimene ennustus nende sissetoomise võimaluse kohta koos rändlindudega Kagu-Aasia linnufarmidesse, kus nad võivad aja jooksul muutuda kõrge patogeensusega pansootiliseks ja pandeemiaks. Ilmselt nii juhtuski. Episootia puhang levis lühikese aja jooksul 10 riiki. Viimase aja jooksul on surnud ja tapetud üle 150 miljoni kana ja pardi. WHO andmetel oli 2006. aasta märtsi lõpuks nakatunud juba 185 inimest, kellest 104 suri. Epideemia jätkub ja viirused on tunginud ka seapopulatsioonidesse, mis on eriti murettekitav. Maailm võib olla epidemioloogilise katastroofi äärel: reassortandid võivad moodustuda igal ajal, kui sead on nakatunud samaaegselt lindude H5 viirusesse ja kogu maailmas levivasse inimese gripiviirusesse H1 või H3.
Tehti ka teine ennustus: kui metslinnud nakatuvad talvitusaladel kõrge patogeensusega tüvedesse, suureneb kevadrände ajal nende sissetoomise oht Venemaale, eriti Siberis ja Kaug-Idas. Ja siis juhtus see, mis juhtuma pidi. 2005. aasta juuli keskel avastati Novosibirski piirkonna asustatud piirkondades, mis asuvad Baraba madaliku järvelises põhjapoolses metsastepis, kodulindude episootia, mille suremus oli üle 90% ja mis levis kiiresti.
Materjale koguti kodu- ja metslindudelt, kes elasid episootiakoha vahetus läheduses. Kasutades SPEV ja MDCK rakuliine (seda ebatavalist meetodit praegu patenteeritakse), eraldasime kodulindudest ja tihast (Podiceps cris tatus) kuus H5N1 tüve, mille viiruse kontsentratsioon koes oli väga kõrge. Need tüved deponeeriti prioriteediga 8. augustil 2005 riikliku viiruste kogusse ja nende täispika genoomi järjestusandmed deponeeriti GenBanki prioriteediga 5. septembril 2005. Kõigi saadud tüvede hemaglutiniini proteolüütilise lõikamise koht sisaldab kõrge patogeensusega linnugripi viirustele iseloomulikku aminohappejärjestust PQGERRRKKRGLF. Kõikide analüüsitud linnuviiruste hemaglutiniini geenide nukleotiidjärjestused osutusid täiesti identseks, kuid erinesid metslinnult (grebe) eraldatud tüvest, kuigi ainult kahe nukleotiidi asendusega (joonis 3). Fülogeneetiline analüüs näitas kõrget homoloogiat Lääne-Siberi tüvede hemaglutiniinide ja sama aasta kevadel järvel asuvast hanest (Anser indicus) eraldatud tüvede vahel. Kukunar Qinghai (HRV) loodeprovintsis. See leidis täielikult kinnitust ülejäänud seitsme geeni analüüsimisel.
Eraldatud tüvede geneetiliste omaduste identsus tõestab otsest seost mets- ja kodulindude populatsioonides ringlevate viiruste vahel. Samas erinevad 2005. aastal avastatud H5N1 gripiviiruse tüved oluliselt selle viiruse varasematel aastatel isoleeritud tüvedest, sealhulgas Inglismaalt saadud A/Vietnam/1194/2004(H5N1) tüvest, mida meie riigis pakutakse vaktsiini tootmine. On ilmne, et vähemalt veterinaarvaktsiini puhul saab kasutada ainult riiklikust viiruste kogust pärit tüve, mis vastab Venemaal ringleva viiruse antigeensetele omadustele.
Meie eraldatud tüve, mis on hoiustatud riiklikus viirustekogus, kasutatakse juba vaktsiini suuremahuliseks tootmiseks Stavropoli linnukasvatusettevõttes. Lõuna föderaalringkonnas vaktsineeritakse kodulinde. 15. juuniks 2006 oli kavas toota 15 miljonit doosi vaktsiini koos tootmist veelgi laiendades.
Muide, pandeemia korral, kui on vaja kiiresti luua vaktsiini tootmine, on meie arvates soovitatav kasutada substraadina rakuliine, milles gripiviirus koguneb kiiresti suures kontsentratsioonis. Sellel äsja väljatöötatud meetodil on olulisi eeliseid võrreldes traditsioonilise meetodiga, mida kasutatakse
B OLOOGIA JA ARSTITEADUS | Gripiviirused: sündmused ja prognoosid |
luuakse kanaembrüod: säilitades kõik hemaglutiniini antigeensed domeenid, välistab kultiveeritud vaktsiin kanavalguga seotud tüsistuste esinemise. See on eriti oluline inimestele mõeldud vaktsiinide valmistamisel. Peate lihtsalt teadma, millist tüve tuleks inimeste immuniseerimiseks kasutada. See sõltub tekkiva pandeemia variandi antigeensest profiilist. Võib-olla erineb see praegusest. Igal juhul on elusvaktsiini kasutamine absoluutselt vastuvõetamatu. Vaktsiini ja väliviiruste vaheline geneetiline koostoime võib viia reassortantide tekkeni, millel on ettearvamatud tagajärjed.
Joonis 3. A-gripiviiruse alatüübi H5 variantide hemaglutiniini geeni nukleotiidjärjestuste sugulusaste erinevates riikides mets- ja kodulindudest viimase 10 aasta jooksul. Väga patogeensed Qinghai-Novosibirski viiruste rühma H5N1 tüved on esile tõstetud paksus kirjas.
Meie eraldatud tüvede genoomi analüüs näitas mitmeid bioloogiliste omadustega seotud tunnuseid. Lisaks hemaglutiniini proteolüütilise lõhustumiskoha aminohappejärjestusele, mis määrab viiruse kõrge patogeensuse taseme, leiti deletsioone neuraminidaasi (genotüüp Z) positsioonides 49-68, mis näitab viiruste suurenenud tropismi. isoleeritud kodulindude jaoks ja potentsiaalne patogeensus inimestele. NS1 valgu positsioonil 92 asuv glutamiinhape määrab sigadel viiruse resistentsuse interferooni suhtes ja suurenenud virulentsuse. Lüsiin PB2 valgu positsioonis 627 selgitab uuritud tüvede võimet paljuneda erinevates imetajate rakuliinides. Venemaale sisenenud viiruse tuvastatud omadused viitavad selle kõrgele patogeensusele kodulindude ja inimeste suhtes.
Seriini, mitte asparagiini olemasolu M2 31. positsioonis näitab viiruse tundlikkust rimantadiini suhtes, mis langes täielikult kokku viirusevastaste ravimite mõju viiruse paljunemisele otsese uuringu andmetega. Nendel eesmärkidel kasutasime ka rakuliine ja leidsime, et gripi ennetamiseks ja varajaseks raviks on nii kallid välismaised ravimid - näiteks Tamiflu kui ka suhteliselt odavad kodumaised, mis on apteegis saadaval - remantadiin, mis on võrdselt tõhusad ja suudavad kasutada.
B OLOOGIA JA ARSTITEADUS | Gripiviirused: sündmused ja prognoosid |
virasool (intravenoosseks ja aerosoolseks kasutamiseks), arbidool. Kahjuks neid ravimeid riigis praegu ei toodeta või toodetakse ebapiisavalt ning nende strateegilised reservid tuleb kiiresti luua.
Kuidas ja millal kõrge patogeensusega H5N1 gripiviirus Venemaale jõudis ning kuidas edasised sündmused arenevad?
Joonis 4. Gripiviiruse H5N1 levikuteed mets- ja kodulindude populatsioonides. 1991. aastal Altai territooriumi kirdeosas ja 2001. aastal Primorski territooriumi lõunaosas mets- ja kodulindudest eraldatud madala patogeensusega gripiviirused (LPIV-d) olid ilmselt 1997. aastal Hongkongis puhkenud gripipuhangu eelkäijad. episootiad Kagu-Aasias aastatel 2003-2005, aga ka Loode-Hiinas 2005. Kuna need viirused on muutunud kõrge patogeensusega (HPPV), tungisid need metslindude kevadrändel Lääne-Siberisse, kus põhjustasid suvel gripipuhangu. 2005. aasta kodulindude seas. Vee- ja poolveelindude rändeperioodil levis HPPV edasi Euraasia põhja- ja lääneossa ning 2006. aasta talvel avastati need viirused juba Aafrikast. Paksud nooled näitavad nakatumist loodusest pärit gripiviirusega
linnud kodulindudele ja vastupidi.
Esmalt viidi Siberis ja Kaug-Idas metslindude seas ringlevad madala patogeensusega tüved sügisrändel Kagu-Aasia riikidesse (joon. 4). Olles muutunud seal kõrge patogeensusega, sisenesid nad koos metslindudega 2005. aasta kevadel Lääne-Siberisse ja aktiviseerusid järsult just tibude ilmumise perioodil. Kõrge patogeensusega tüved on levinud koos lindudega pesitsuspaikadesse enam kui 10 miljonilisele alale.
km2. Pärast viiruse sisenemist kodulindude populatsiooni tekkis episootia puhang. See on tõsine ja kauakestev.
Kolmas ennustus oli, et kui linnud lendavad sügisel läbi Venemaa ja teiste riikide tiheasustusalade tagasi oma talvitusaladele, levitavad nad uuesti viirust.
B OLOOGIA JA ARSTITEADUS | Gripiviirused: sündmused ja prognoosid |
Ja nii see juhtuski. 2005. aasta sügisel oli viirus jõudnud juba enamikesse Euroopa riikidesse, seda leiti ka Türgis, Krimmis, Iraanis, Aserbaidžaanis, Gruusias, Indias ja ka Aafrikas. Ja siit jõudsime Tulasse, Kalmõkkiasse ja Volga deltasse, kus 2005. aasta detsembris pärast lendavate põhjapartide – tuttpartide (Aythya fuligula) lühikest peatust tekkis gripipuhang kühmnokk-luigepopulatsioonis (Cygnusolor). Luikedelt eraldatud tüved kuuluvad oma molekulaargeneetilise analüüsi järgi samuti Qinghai-Lääne-Siberi viiruste rühma. Kuue kuu jooksul metslindude seas ringluses säilitasid tüved oma genotüübi ega kaotanud oma kõrget patogeensust.
Neljas prognoos on kõige murettekitavam. Viirus on saastanud paljusid veekogusid pesitsusaladel ja lennuteedel ning püsib seal kevadeni. Iga looduslik veekogu, mis sisaldab nakatunud lindude väljaheiteid, muutub viitsütikuga pommiks. Seda võib võrrelda turbaalade osalemisega taiga tulekahjus. Kevadel pöörduvad nakatunud ja terved linnud tagasi ja lendavad läbi nende "miiniväljade", mistõttu võivad 2006. aasta suve sündmused olla palju ohtlikumad kui eelmisel hooajal. Seda kinnitab juba märtsis toimunud laviinilaadne olukorra halvenemine Euroopas, Aasias ja Aafrikas. See on juba pansootia. Ja kui kevadel metslindude seas ringlevad kõrge patogeensusega tüved pöörduvad tagasi madala patogeensusega tüvede juurde, on võimatu ennustada, kui kaua nende ümbersorteerimise protsess aega võtab - kuid või aastaid. On selge, et tegemist on prioriteetse uurimistööga, millest sõltub sündmuste areng lähitulevikus.
Mis puudutab pandeemilist viirust, siis see võib meie riigis tekkida ka pärast sigade nakatumist inimeste ja lindude viirustesse. Kuid suure tõenäosusega jõuab see meile Hiinast, kus episootilise protsessi aktiivsust ja elanikkonna tohutut vastuvõtlikku kontingenti arvestades on võimalused reassortandi ümberkujundamiseks eriti suured. Pandeemiline viirus võib meie riigis ilmuda igal ajal - selleks piisab hemaglutiniini PCC-s vaid ühest aminohappe asendusest, mille tulemusel hakkab viirus ära tundma inimese rakkude retseptoreid ja vastavalt sellele hakkab see olema. edastatakse inimeselt inimesele.
See, mida meie seisukohast tuleks praegu riigi tasandil teha, on sõnastatud tabelis. Pöörame erilist tähelepanu metslindude populatsioone mõjutanud kõrge patogeensusega tüvede edasise arengu uurimisele. Venemaa territooriumil asuvad ökosüsteemid on selles võtmetähtsusega. Seiret plaanime jätkata riigi Euroopa osas, Siberis ja Kaug-Idas ning võimalik, et ka mõnes naaberriigis.
Viimase viie aasta jooksul on meie uuringud läbi viidud koos Novosibirski, Astrahani, Irkutski piirkondade, Primorski territooriumi, Birobidžani, Kalmõkkia vabariikide ja föderaalsete füto-veterinaar- ja sanitaar-epidemioloogiateenistuste ulukivahtrite, ornitoloogide ja töötajatega. Burjaatia. Kõik see toimus föderaalprogrammide “Kaitse patogeenide eest”, “Bioterrorismi vastu võitlemise vahendite ja meetodite väljatöötamine”, “Sigade ja lindude A-gripp: populatsioonide koostoime” raames.
Need on intratsellulaarsed kohustuslikud parasiidid, mis tähendab, et nad ei saa ilma abita oma geene paljuneda ega edasi anda. Üks viiruseosake (virion) on ise inertne. Kui viirus nakatab rakku, kasutab see paljunemiseks ensüüme ja suuremat osa raku struktuurist.
Erinevalt sellest, mida näeme rakkude jagunemisprotsessides, nagu ja, toodab viiruse replikatsioon palju järglasi, kes hävitavad peremeesraku ja nakatavad seejärel teisi keharakke.
Viiruse geneetiline materjal
Viirused võivad sisaldada ühe-/kaheahelalist DNA-d või RNA-d. Konkreetses viiruses leiduva geneetilise materjali tüüp sõltub selle olemusest ja funktsioonist. Selle täpne olemus, mis juhtub pärast peremeesorganismi nakatumist, sõltub viiruse olemusest.
Replikatsiooniprotsess on dsDNA, ssDNA, dsRNA ja üheahelaliste RNA viiruste puhul erinev. Näiteks peavad kaheahelalised DNA viirused tavaliselt sisenema peremeesrakkudesse, enne kui nad saavad paljuneda. Üheahelalised RNA viirused replitseerivad aga peamiselt peremeesrakkudesse.
Kui viirus nakatab peremeesorganismi, toodavad viiruse järglaste komponendid rakumehhanismid ja viiruse kapsiidi kokkupanek on mitteensümaatiline protsess. Viirused võivad tavaliselt nakatada ainult piiratud arvu peremehi. Selle nähtuse kõige levinum seletus on "luku ja võtme" mehhanism. Teatud valgud viirusosakesel peavad ühtima teatud retseptorvalkudega konkreetse peremehe rakupinnal.
Kuidas viirused rakke nakatavad?
Viiruse nakatumise ja replikatsiooni põhiprotsess toimub 6 etapis:
- Adsorptsioon – viirus seondub peremeesrakuga.
- Sisenemine – viirus viib oma genoomi peremeesrakku.
- Viiruse genoomi replikatsioon – viiruse genoom replitseeritakse peremeesorganismi rakustruktuuri kasutades.
- Kokkupanek - moodustuvad viiruskomponendid ja ensüümid, mis hakkavad kogunema.
- Küpsemine – kokkupandud komponentidest arenevad viirused.
- Väljumine – peremeesrakust murduvad välja uued viirused, kes otsivad nakatamiseks uusi ohvreid.
Viirused võivad nakatada mis tahes tüüpi rakke, sealhulgas
Ortomüksoviiruste perekonda (kreeka keeles orthos – õige, tukha – lima) kuuluvad A-, B-, C-tüüpi gripiviirused, millel on sarnaselt paramüksoviiruste afiinsus mutsiini suhtes. A-gripiviirused nakatavad inimesi ja mõningaid loomaliike (hobused, sead jne) ja linde. B- ja C-tüüpi gripiviirused on patogeensed ainult inimestele. Esimese inimese gripiviiruse eraldasid 1933. aastal inimestelt W. Smith, C. Andrews ja P. Ladow (WS tüvi), nakatades valgeid tuhkruid. Hiljem klassifitseeriti see viirus A-tüübiks. 1940. aastal avastasid T. Francis ja T. Megill B-tüüpi gripiviiruse ning 1949. aastal avastas R. Taylor C-tüüpi gripiviiruse. Gripiviiruste klassifitseerimisel on alati tekkinud teatud raskused. seostatud nende antigeense varieeruvusega. Gripiviirused jagunevad kolmeks tüübiks A, B ja C. Tüüp A sisaldab mitmeid alatüüpe, mis erinevad üksteisest oma antigeenide poolest – hemaglutiniin ja neuraminidaas. Vastavalt WHO klassifikatsioonile (1980) jagunevad A-tüüpi inimeste ja loomade gripiviirused 13 antigeenseks alatüübiks, mis põhinevad hemaglutiniinil (H1-H13) ja 10 neuraminidaasil (N1-N10). Neist A-tüüpi inimese gripiviirused hõlmavad kolme hemaglutiniini (HI, H2 ja NZ) ja kahte neuraminidaasi (N1 ja N2). A-tüüpi viiruse puhul on sulgudes näidatud hemaglutiniini ja neuraminidaasi alatüüp. Näiteks A-gripiviirus: Habarovsk/90/77 (H1N1).
