Микробиология Борисов Л.В. Микробиология Борисов Л. Литература для студентов медицинских вузов
 Скачать 27.52 Mb.
|
|
gag, p o l env — вирусные гены LTR — длинные концевые повторы в ДНК-провирусе; host — клеточная ДНК donor и acceptor splice — начало и конец сплайсинга; р и cho — точки фосфорилирования р и гликозилирования (sho) белков) ферменты (обратная транскриптаза, протеаза). Геном онковирусного вириона состоит из двух идентичных одно- нитевых линейных молекул РНК, связанных в комплекс водородными связями при участии двух молекул клеточной тРНК. Геном онко вирусов обязательно содержит три гена) gag — кодирует внутренние структурные белки вириона; 2) рої — кодирует ферменты, входящие в состав вириона; 3) env — кодирует белки капсида. По концам генома имеются прямые повторы нуклеотидов и две регуляторные области (см. рис. Репродукцию онковирусов анализируют, используя клеточные культуры. Адсорбция и проникновение вируса в клетку осуществляется за счет взаимодействия отростков вирионной оболочки со специфическими для каждого вируса рецепторами. Если клетки заражены каким-либо онковирусом и продуцируют его главный оболочечный гликопротеид, соответствующие рецепторы захватываются этим белком, вследствие чего такой же или близкий онковирус, использующий этот же рецептор, не может проникнуть в такие клетки. Этот феномен называется специфической интерференцией онковирусов. Способность проникать в клетки того или иного вида животных является важным классификационным критерием для онковирусов. В процессе проникновения в клетку сердцевина вириона освобождается от оболочки ив нем происходит синтез ДНК — провируса на матрице вирионной РНК с помощью вирусной обратной транс криптазы. Синтез ДНК происходит таким образом, что в ней содержится вся нуклеотидная последовательность вирусной РНК, а на концах провируса возникают длинные концевые повторы (Long terminal repeat — LTR). Провирусная ДНК может существовать в линейной и кольцевой формах. По-видимому, только последняя способна интегрировать с клеточным геномом. В этом процессе принимает участие вирусспецифический фермент интеграза, который разрывает вирусную ДНК между двумя LTR ДНК (точка разрыва неспецифична), и сближает места разрывов. В результате происходит встройка вирусной ДНК в клеточную, по концам встроенного провируса находятся LTR, которые содержат регуляторные области, необходимые для транскрипции вирусных генов. Транскрипция ДНК-провируса осуществляется клеточной РНК- полимеразой II, ответственной за синтез клеточных иРНК. Первичный транскрипт идентичен вирионной РНК. Он кодирует синтез белков gag и рої. Специальная РНК, кодирующая белки env, образуется из первичных транскриптов путем сплайсинга. Синтезируются полные белковые продукты генов gag, рої ив виде полипротеиновых предшественников, которые затем разрезаются на отдельные белки. Белковый продукт гена env гликозилируется до разрезания после протеолитического разрезания его части остаются связанными S-S- связями. Формирование вириона происходит путем почкования на клеточной мембране. После отделения от клетки происходит внеклеточное дозревание вириона (ситуация, уникальная среди вирусов!). Клетки, зараженные онковирусами, обычно хронически продуцируют вирус без цитолиза. Иногда за счет действия оболочечных белков в зараженных клетках происходит симпластообразование — возникают гигантские многоядерные клетки. Антигенные свойства онковирусов важны для их классификации и идентификации. Наиболее хорошо изучены антигенные характеристики главного внутреннего белка (ГВБ) (р24-р36). Этот белок несет 4 вида антигенных детерминант 1) типоспецифические, характерные для данного вируса) группоспецифические, общие для группы вирусов, имеющих одного итого же хозяина) межвидовые, общие для нескольких групп вирусов) межродовые, общие для онковирусов, относящихся к разным родам. Экзогенные и эндогенные ретровирусы При изучении ретровирусов было открыто удивительное явление, нехарактерное для любых других групп вирусов некоторые ретровирусы способны существовать в форме ДНК-провируса, который находится в геноме всех клеток организма и передается вертикально генетическим путем, подобно обычным клеточным генам. Такие ретровирусы называют эндогенными Один и тот же эндогенный вирус присутствует практически у всех особей данного вида. Феномен эндогенных ретровирусов характерен только для подсемейства Oncovirinae. ДНК-провирус эндогенного вируса может содержать все гены, необходимые для формирования инфекционных вирионов (полный провирус, или может иметь генетические дефекты (дефектный провирус. Если дефект не затрагивает гена только env и/или рої, могут формироваться дефектные вирионы. Предполагается, что эндогенные вирусы возникают из обычных экзогенных ретровирусов в результате заражения последними зародышевых клеток. Если присутствие эндогенного вируса в геноме всех клеток организма полезно хозяину, он приобретает селективное преимущество и становится родоначальником популяции, все особи которой содержат данный вирус. Эндогенные вирусы обнаружены у многих видов млекопитающих, а также у дрозофилы. У человека обнаружены дефектные эндогенные провирусы. По-видимому, эндогенные ретровирусы имеются у большинства животных и людей. Вследствие своих особенностей эндогенные вирусы ограничены одним видом животного и эволюционируют вместе с ним. Накопление мутаций в вирусном геноме приводит к существованию в клетке дефектных провирусов, частично или полностью неспособных осуществлять вирусспецифические функции. Поэтому эндогенные вирусы лишь изредка существуют в форме полного провируса. Чаще клеточный геном служит кладбищем внедрившихся, ноне сохранивших свою функциональную активность ретровирусных генов. Действительно, около 0,3% (!) ДНК мышиных клеток имеет ретрови русное происхождение. Значение эндогенных ретровирусов в патологии неясно. Показано, что они могут играть этиологическую роль при лимфоидном лейкозе и раке молочных железу мышей некоторых линий. Возможна их роль в аутоиммунных процессах. Их значение для опухолевой патологии человека и неинбредных животных сомнительно. Ретровирусы — возбудители опухолевых заболеваний Твердо доказана роль экзогенных ретоовирусов в этиологии лейкозов кур, мышей, кошек, обезьян, крупного рогатого скота, а также при Т-клеточном лейкозе взрослых у человека. Экзогенные вирусы кур относятся к 4 подгруппам — А, В. С, D, которые различаются по главным гликопротеидам оболочки. Эти вирусы, особенно подгруппы А, являются возбудителями лимфоид ного лейкоза кур. Они очень широко распространены в птицеводческих хозяйствах и причиняют им серьезный ущерб. Лимфоидный лейкоз кур имеет длительный (несколько месяцев) латентный период и возникает лишь у небольшой части зараженных животных. Среди ретровирусов птиц имеются также высокоонкогенные возбудители, вызывающие опухоли через 3-20 дней после заражения практически у 100% животных. Это вирус саркомы Рауса и другие вирусы сарком, вирус рака почки, вирусы миелобластоза, эритроб- ластоза и миелоцитоматоза. Вирусы сарком способны вызывать очаги опухолевого роста на хори- оналантоисной оболочке куриного эмбриона (рис. 21.22). Геномы вирусов лимфоидного лейкоза обезьян (гибонов) содержат три обычных ретровирусных гена (gag, pol, env). Геномы высо- коонкогенных вирусов содержат онкогены, наличие которых объясняет патогенность этих вирусов. Онкогены встроены в вирусный геном так, что повреждают один или более вирусных генов. Онко ген может локализоваться в любой части іенома. Общим принципом является сохранность концов вири- онной РНК, приводящая к нали- Рис. 21.22. Очаги опухолевого роста чию правильно организованных на хориоаллангоисной оболочке LTR в ДНК-провирусе и сохране- куринного эмбриона, зараженного нию сигналов, необходимых для вирусом саркомы Рауса транскрипции, трансляции и упаковки образующейся вирусной РНК в вирионы. Популяция любого высокоонкогенного ретровируса, содержащего онкогены, состоит из двух типов вирионов: 1) дефектные вирионы, геном которых содержит онкоген, замещающий вирусные гены 2) вирус-помощник, который содержит нормальный ретровирусный геном (вирус лимфоидно го лейкоза. Для размножения такого ретровируса необходима сме- шаная инфекция клетки обоими типами вирионов. Особое место среди ретровирусов занимает вирус рака молочных желез мышей (ВРМЖ) — один из немногих ретровирусов, вызывающих не лейкозы и саркомы, а эпителиальные опухоли. Известны эндогенные и экзогенные варианты этого вируса, отличающиеся по онкогенности. Особняком стоит также группа ретровирусов, куда входят два вируса Т-клеточного лейкоза человека — ВТЛЧ-1 (рис. 21.23), ВТЛЧ-2 и вирус бычьего лейкоза. Т-клеточный лейкоз взрослых был выделен в самостоятельную нозологическую единицу лишь в конце х годов в Японии. Это заболевание является эндемичным в некоторых районах мира (Карибские о-ва, юго-западная Япония и др. Вне эндемических районов антитела к ВТЛЧ встречаются менее чему населения, в эндемических районах — у 10—15%. Практически у всех заболевших обнаруживаются антитела, а в опухолевых клетках — вирусные антигены и нуклеиновые кислоты. Инфекция передается, по-видимому, при попадании лимфоцитов от инфицированного человека к заражаемому (половой путь, переливание крови, грязные шприцы). ВТЛЧ — один из немногих вирусов лимфоидного лейкоза, способный трансформировать нормальные зрелые Т-лимфоциты в культуре. Механизм трансформации заключается в индукции синтеза рецепторов к фактору роста Т- клеток — интерлейкину-2 (число рецепторов в зараженной клетке возрастает враз. В результате такие клетки начинают стабильно размножаться. Иногда трансформированные клетки начинают продуцировать и сам фактор роста. В этом случае имеет место аутокринная стимуляция. Рис. 21.23. Вирус Т-клеточного лейкоза человека (HTLV-1). ЭМ. Ультратонкий срез. Ув. 300 000: а — зрелый виоион; б — почкующийся вирус Вирусы этой группы не имеют онкогена клеточного происхождения, подобно другим ретровирусам, способным трансформировать клетки. В дополнение к обычным ретровирусным генам (gag, pol, env) эти вирусы имеют й ген X, белок которого резко стимулирует транскрипцию ДНК-провируса этих агентов. Возможно, с функцией этого белка (рХ) связана активация определенных клеточных генов. По- видимому, стимуляция размножения зараженных Т-лимфоцитов — лишь первый этап канцерогенеза. На фоне усиленной репродукции и генетической нестабильности таких клеток водной из них происходит неизвестная онкогенная мутация, и такая клетка становится родоначальницей популяции лейкозных клеток. Это объясняет, почему лейкоз, вызванный вирусом, является моноклональным. Хотя высокоонкогенные вирусы животных выделены из спонтанных опухолей и лейкозов, они встречаются крайне редко, так как неспособны сохраняться в естественных условиях из-за своей высокой патогенности. Такие вирусы изредка возникают из низкоонкоген- ных возбудителей лимфоидного лейкоза, которые в результате рекомбинационных событий захватывают из клетки нормальные гены, имеющие отношение к регуляции клеточного деления. В составе вирусного генома такие гены экспрессируются под контролем сильных вирусных промоторов и не подчиняются клеточным регуляторным механизмам. Их нерегулируемая экспрессия ведет к неопластической трансформации клетки. При пассажах через организм чувствительных животных в лаборатории отбираются наиболее онкогенные варианты вируса с соответствующими мутационными изменениями в захваченном клеточном гене, который превращается в вирусный он коген — v-onc (табл. 21.5). Высокоонкогенные ретровирусы, не имея большого практического значения как возбудители опухолей в природе, являются незаменимыми моделями для изучения механизма канцерогенеза, идентификации онкогенов и поиска их клеточных предшественников. Нормальные клеточные гены, которые в составе вирусного генома превращаются в v-onc, обозначаются как протоонкогены. Следует отметить, что в результате мутаций, включая перестройку хромосом, протоонкогены могут превращаться в онкогены и безучастия вируса. В этом случае говорят о клеточных онкогенах (с-опс). На основе изучения вирусных онкогенов разработаны подходы к выявлению клеточных онкогенов в невирусных опухолях. Изучение высокоонкогенных ретровирусов животных позволило выявить несколько десятков вирусных онкогенов. Протоонкоге ны, давшие начало вирусным онкогенам, высококонсервативны в эволюции и нередко сходны у животных, относящихся даже к разным классам позвоночных Таблица Некоторые онкогены ретровирусов (v-onc) V-onc Вирус Происхож дение А ктивность белка Src Вирус саркомы Рауса Курица Тирозинкиназа Ros Вирус саркомы UR II Курица Тирозинкиназа Yes Вирус саркомы Y73 Курица Тирозинкиназа Мус Вирус миелоцитоматоза кур Курица Связывается с ДНК Myb Вирус миелобластоза кур Курица Связывается с ДНК АЫ Вирус лейкоза Абельсона Мышь Тирозинкиназа Mos Вирус саркомы Молони Мышь Ras Вирус саркомы Харви и Кирстен Мышь Связывает ГДФ/ГТФ Fos Вирус остеосаркомы FBJ Мышь Связывается с ДНК Fes/fps Вирус саркомы кошек ST/ Вирус саркомы кур Фуджинами Кошка/Курица Тирозинкиназа Fgr Вирус саркомы кошек GR Кошка Тирозинкиназа Fms Вирус саркомы кошек MD Кошка Фактор роста гранулоцитов Sis Вирус саркомы обезьян Обезьяна Фактор роста тромбоцитов Продукты ретровирусных онкогенов кодируют регуляторные белки, важные для контроля клеточного цикла. Они разнообразны по своей функциональной активности. Канцерогенез, вызываемый низкоонкогенными (лейкемогенными) вирусами, отличается по своему механизму от канцерогенеза, вызываемого высокоонкогенными ретровирусами. Эти вирусы не имеют онкогенов и должны создать их, по крайней мере, в некоторых зараженных клетках. В ДНК лейкемических клеток был выявлен ретро вирусный ДНК-провирус, встроившийся в клеточный геном рядом с протоонкогеном туе. Экспрессия этого гена осуществлялась с сильного вирусного промотора, локализованного в LTR, ив раз превышала уровень его обычной экспрессии. При такой регуляции протоонкоген превратился в клеточный онкоген с-тус, ответственный за появление опухолевого фенотипа исходной клетки и ее потомства. Поскольку такая встройка провируса носит случайный характер и достаточно редка, этот феномен объясняет низкую онкогенность, мо- ноклональность и длительный латентный период заболевания 21.5. ВОЗБУДИТЕЛИ МЕДЛЕННЫХ ИНФЕКЦИЙ . 5. 1. История открытия История изучения медленных инфекций как научной проблемы началась с середины XX в, уже после того, как были достигнуты крупные успехи в медицинской вирусологии, связанные сот крытием и изучением многочисленных вирусных агентов — возбудителей острых лихорадочных заболеваний. В марте 1954 г. в Лондонском университете профессор Бьёрн Сигурдсон прочитал цикл лекций под общим названием Наблюдения за тремя медленными инфекциями овец. В них он изложил результаты своих многолетних исследований неизвестных ранее массовых заболеваний среди овец, импортированных в Исландию для развития каракулеводства. У животных, которые долгое время казались здоровыми, первые признаки болезни появлялись только через много лет после прибытия на остров. При этому одних животных были обнаружены поражения в легких, у других — в центральной нервной системе. Однако, несмотря на явные клинические различия и неодинаковую локализацию повреждений органов и тканей, Сигурдсон сумел обнаружить принципиальное сходство данных заболеваний, которое выражалось не только в многолетнем инкубационном периоде, но ив медленном неуклонном (без ремиссий) нарастании симптомов, что принципиально отличало их от группы известных хронических инфекций, протекающих с ремиссиями на протяжении своего развития. Все изученные болезни овец заканчивались летальным исходом. Учитывая эти и некоторые другие особенности, Сигурдсон предложил обозначить подобного рода болезни как медленные инфекции. Среди них была и давно известная болезнь овец — скрепи, первые сообщения о которой относятся к середине XVIII в. А в конце XIX в. была доказана инфекционная природа скрепи при заражении здоровой овцы мозговой тканью больного животного. Все полученные Сигурдсоном результаты были суммированы в виде четырех главных признаков, отличающих медленные инфекции. Необычно продолжительный (месяцы и годы) инкубационный период. Медленно прогрессирующий характер течения. Необычность поражения органов и тканей. Неизбежность смертельного исхода Три года спустя на острове Новая Гвинея К. Гайдушек и В. Зигас обнаружели и описали новое заболевание среди папуасов-канниба- лов, которое известно сегодня под названием «куру». Болезнь носила массовый характер и вскоре была доказана ее инфекционная природа. Это заболевание сразу же привлекло к себе внимание сходством между клиническими проявлениями (двигательные расстройства) и характером поражений (только центральной нервной системы) при куру у человека и скрепи у овец. Отсюда был сделан главный вывод — медленные инфекции поражают не только животных, но и человека. Медленные вирусные инфекции Массовый характер медленных инфекций, естественно, поставил вопрос об их этиологии, и начавшиеся энергичные поиски в этом направлении вскоре принесли свои плоды. В 1960 г. было обнаружено, что одна из типичных медленных инфекций овец — висна— вызывается вирусом, оказавшимся по структурным, химическими биологическим свойствам очень сходным с представителями хорошо известного семейства онкорнавирусов. Данное открытие в большой мере способствовало укреплению представления о вирусной этиологии всех без исключения медленных инфекций человека и животных и на многие годы предопределило поиски в указанном направлении. Этому утверждению способствовало открытие вирусной природы типичной медленной инфекции детей и подростков — подострого склерозирующего панэнцефалита (ПСПЭ), известного еще с 1933 г. Оказалось, что данное заболевание вызывает вирус кори — возбудитель давно известной детской инфекционной болезни. Открытие коревой природы ПСПЭ знаменовало важную веху в истории изучения медленных инфекций, так как оно прямо свидетельствовало о необязательности развития только острого инфекционного процесса при встрече вируса с организмом и стимулировало активные поиски вирусов при многих других медленных инфекциях у человека и животных. За короткое время был накоплен большой и весьма неожиданный фактический материал оказалось, что очень многие вирусы — возбудители острых заболеваний, способны при определенных условиях вызывать в организме медленный инфекционный процесс, полностью отвечающий всем четырем признакам медленных инфекций. В числе таких вирусов оказались вирусы кори, краснухи, герпеса, клещевого энцефалита, лимфоцитарного хориоменингита, африканской лихорадки свиней, инфекционной анемии лошадей, бешенства, вирусы семейства папова, гриппа, СПИДа и др. (табл. 21.6). Таблица Медленные вирусные инфекции Н озологическая форма Возбудитель Ч еловек Подострый склерозирующий панэнцефалит Подострый послекоревой лейкоэнцефалит Прогрессирующая врожденная краснуха Прогрессирующий краснушный панэнцефалит Подострый герпетический энцефалит » аденовирусный » Прогрессирующая многоочаговая лейкоэнцефалопатия Хронический инфекционный мононуклеоз Цитомегаловирусное поражение мозга Кожевниковская эпилепсия и прогрессирующий бульбарный паралич Хронический менингоэнцефалит при иммунодефиците Сывороточный гепатит Инфекционный гепатит Посттрансфузионный гепатит ни Ани В Эпидемический гепатит ни Ани В Синдром приобретенного иммунодефицита T-клеточная лимфома Балканская эндемическая нефропатия Бешенство Лимфоцитарный хориоменингит Парамиксовирус — вирус кори Тоже Тогавирус — вирус краснухи Тоже Герпетовирус — вирус простого герлеса Аденовирус — аденовирусы типа 7 и 32 Паповавирусы — вирус JC и ОВ-40 Герпетовирус — вирус Эпштейна-Барр Герпетовирус — цитомегаловирус Тогавирус — вирус клещевого энцефалита Пикорнавирус — вирусы полиомиелита и ECHO Гепаднавирус — вирус гепатита В (частицы Дейна) Гепаднавирус — вирус D (дельта-антиген) Пикорнавирус — вирус гепатита А Вирус гепатита СЕ Вирус гепатита СЕ Ретровирус — вирус иммунодефицита человека Ретровирусы — онкорнавирусы HTLV-I и HTLV-II Неклассифицированный вирус Рабдавирус — вирус бешенства Аренавирус — вирус лимфоцитарного хориоменингита Ж ивотны е Висна Инфекционная анемия лошадей Болезнь Борна Алеутская болезнь норок Лимфоцитарный хориоменингит мышей Бешенство Африканская лихорадка свиней Медленная гриппозная инфекция мышей Ретровирус — вирус висны Ретровирус — вирус инфекционной анемии лошадей Ретровирус (не классифицирован) Парвовирус — вирус алеутской болезни норок Аренавирус — вирус лимфоцитарного хориоменингита Рабдавирус — вирус бешенства Иридовирус — вирус африканской лихорадки свиней Ортомиксовирус — вирус гриппа А 21.5.3. Медленные инфекции, вызываемые прионами (прионные болезни) Начиная с сообщений Сигурдсона, в литературе постепенно накапливались данные об особой группе медленных инфекций человека и животных, патология которых весьма существенно отличалась выраженным своеобразием, проявляющимся в глубоких поражениях только центральной нервной системы. Действительно, на основе пер вично-дегенеративных (без признаков воспаления) процессов в мозговой ткани головного, а иногда и спинного мозга медленно развивается характерная картина вакуолизации серого и/или белого вещества, которая становится столь выраженной, что на гистологических срезах мозговая ткань напоминает вид губки. Отсюда и название — |