Михаил Супотницкий - Микроорганизмы, токсины и эпидемии

Особенности строения геномов ВНО и ВИЧ, предопределяющие стратегии паразитизма.Геномы вирусов сформированы различными типами нуклеиновой кислоты. У ВНО — ДНК, у ВИЧ — РНК. Уже это предопределяет различную стратегию преодоления противодействия защитных механизмов хозяина.

РНК-вирусы имеют определенный лимит генетической сложности, обусловленный небольшими размерами их геномов — от 3 до 30 кб. Однако они более эффективно, чем ДНК-вирусы используют мутационный процесс для изменения своей антигенной структуры и тропизма в организме хозяина, а также для уклонения от антител и цитотоксических лимфоцитов. Высокую частоту мутаций у РНК-вирусов обычно объясняют отсутствием механизмов корректировок в синтезе РНК. Все молекулы вирусной РНК обычно реплицируют через ассиметричную транскрипцию от одной цепи, исключающую большинство корректирующих механизмов, характерных для репликации молекул ДНК. S. Holland и соавт. (1982) экспериментально доказали, что вероятность ошибки во время копирования РНК-молекулы будет в 10 5—10 7раз больше, чем при копировании ДНК-молекулы. Ими также была установлена средняя частота мутаций для РНК-вирусов, составляющая приблизительно 10 -4,5. Это означает, что до 10 % всех молекул РНК в популяции вируса, могут содержать мутации.

Репликация ДНК-вирусов сопровождается проверочным считыванием и пострепликационной репарацией. Поэтому механизм мутационной изменчивости играет меньшую роль в их стратегиях противодействия иммунной системе хозяина. Зато эволюцией за ними были закреплены другие изощренные механизмы выживания. Например, белки ЕЗ/19К и Е1а аденовирусов, супрессируют поверхностные молекулы, необходимые для Т-клеточного распознавания [Murphy P., 1993]. Белок BCRF1 вируса Эпштейна-Барра является гомологом интерлейкина-10 (IL-10) и взаимодействует с его рецептором [Domingo E. et al., 1998]. Филогенетический анализ генов герпесвирусов, способных инфицировать широкий круг хозяев, позволил сделать вывод о совместной эволюции этих вирусов и их хозяев. Свои гены-двойники в геноме хозяина имеются и у РНК-вирусов (например, вирусы саркомы и лейкемии). Однако использование в стратегиях инвазии захватов ДНК хозяина и антигенной мимикрии белков, более характерно для ДНК-вирусов.

Различия в организации геномов ВНО и ВИЧ.В отличие от большинства ДНК-содержащих вирусов животных, жизненный цикл поксвирусов проходит в цитоплазме клетки в значительной степени автономно от ее ядра (рис. 25). Для этого они, как и бактерии (!), располагают своими ферментативными системами синтеза РНК и ДНК (рис. 26).

Рис. 25. Структура внеклеточного вириона ортопоксвирусов. 1 — сердцевина, 2 — мембрана сердцевины, 3 — боковые тела, 4 — поверхностная мембрана IMV, липопротеидная оболочка EEV, 6 — трубчатые структуры поверхностной мембраны IMV.

Рис. 26. Жизненный цикл осповирусов. Вирионы, содержащие двухцепочечную геномную ДНК, ферменты, факторы транскрипции, адсорбируются на клетке (1) и сливаются с плазматической мембраной клетки, высвобождая сердцевины в цитоплазму (2). Сердцевины синтезируют ранние мРНК, с которых транслируются различные белки, включая факторы роста, молекулы защиты от иммунной системы, ферменты и факторы для репликации ДНК и транскрипции промежуточных генов (3). Происходит раздевание сердцевины (4) и вирусная ДНК реплицируется, формируя конкатемерные молекулы (5). Промежуточные гены транскрибируются на дочерних молекулах ДНК и с этих мРНК транслируются факторы поздней транскрипции (6). Затем транскрибируются поздние гены. С их мРНК транслируются вирионные структурные белки, ферменты и факторы ранней транскрипции (7). Сборка вирионов начинается с образования дискретных мембранных структур (8). Конкатемерные промежуточные формы вирусной ДНК разделяются на единичные геномы и упаковываются в незрелые вирионы (9). Созревание приводит к образованию внутриклеточных зрелых вирионов (10). Эти вирионы покрываются модифицированными мембранами аппарата Гольджи и перемещаются к периферии клетки (11). Слияние таких вирионов с плазматической мембраной завершается высвобождением внеклеточных вирионов. Хотя размножение вируса происходит полностью в цитоплазме, ядерные факторы могут быть вовлечены в процессы транскрипции генов и сборки вирионов [Маренникова С.С., Щелкунов С.Н., 1998]

Инфекционные частицы поксвирусов содержат в своем составе полную ферментативную систему транскрипции, способную синтезировать функциональную мРНК в полиаденилированной, кэпированной и метилированной форме [Маренникова С.С, Щелкунов С.Н., 1998]. Это позволяет ВНО:

1) самостоятельно осуществлять эффективную защиту от ранних специфических реакций на инфекцию и противодействовать развивающимся позже специфическим реакциям;

2) размножаться до высокого уровня, обеспечивающего быструю передачу другому хозяину.

В отличие от других РНК-вирусов, ВИЧ, как и остальные ретровирусы, является примитивным «половым» организмом и способен к примитивному «половому воспроизведению» [Burke D., 1997]. Каждая вирусная частица содержит две РНК-цепи положительной полярности, полной длины и способные к репликации (рис. 27 и 28). В природе не существует других диплоидных семейств ДНК- или РНК-вирусов [Coffin J., 1992].

Рис. 27. Структура вириона ВИЧ. В морфологическом отношении ВИЧ-1 и ВИЧ-2 сходны с другими ретровирусами. Наружная оболочка заимствуется вирионом из мембраны клетки хозяина при отпочковывании. Она пронизана вирусными белками: трансмембранными (гликопротеин gp41) и внешним (gp120). Оба называются оболочечными (кодируются геном env) и участвуют в прикреплении к мембране клетки-хозяина, выполняя функцию иммуногенной детерминанты. С внутренней стороны липидной оболочки расположен матриксный каркас, образованный белком р17. Он окружает внутреннюю структуру вириона — нуклеотид или сердцевину (англ. — core). Собственная оболочка сердцевины образована «коровым» белком р24. Внутри нуклеотида различают геном вируса, состоящий из двух цепочек РНК, окруженных белками р7 и р9. Вблизи молекул РНК расположены различные ферменты (обратная транскриптаза или ревертаза, РНКаза Н, протеаза). Большинство изображенных на рисунке морфологических элементов являются антигенами [Лысенко А.Я. и др., 1996]

Рис. 28. Жизненный цикл ВИЧ. На врезке показано, что связывание вириона с мембраной клетки (рецепция) возможно только при слиянии вирусного gp120 со специфическим рецептором на мембране клетки хозяина (см. рис. 51). После проникновения вириона, происходит его «раздевание», когда вследствие точечного протеолиза освобождается вирусная РНК. Центральным событием является синтез ДНК на матрице РНК. Уникальный фермент ретровирусов — обратная транскриптаза или ревертаза — разрушает нити РНК и синтезирует новую нуклеиновую кислоту, ДНК. Зрелые вирионы, образовавшиеся в клетке хозяина, отпочковываются, разрушая при этом клетку. Очень существенно, что репликация вируса с образованием множества вирионов, происходит только тогда, когда инфицированная клетка хозяина находится в активированном состоянии. В неактивированной клетке ВИЧ может находиться в латентном состоянии (в стадии провируса) неопределенно долго и с этим связана его кардинальная особенность его эпидемиологии как медленного вируса [Лысенко А.Я. и др., 1996]