Virusologiya

Вирусология

ется. В первую очередь это связано с генетической нестабильностью репликации у вирусов, особенно РНК-содержащих (репликация, склонная к ошибкам). В результате образуются дефектные вирусы, утратившие ряд генов, необходимых для репродукции. Они могут размножаться только при участии вируса-помощника в случае совместной инфекции данными вирусами. Иногда при нарушении сборки вирионов возникают псевдовирусы – частицы, имеющие вирусный капсид, но включающие фрагменты нуклеиновой кислоты клетки хозяина. Псевдовирусы также не способны к дальнейшей репродукции. Исходы вирусной инфекции зависят от характера взаимодействия вируса и клетки.

ТЕМА 6. ХАРАКТЕРИСТИКА ИНФЕКЦИОННЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ У ЧЕЛОВЕКА И ЖИВОТНЫХ

План:

1.Пути передачи вирусов животных и человека.

2.Патогенез заболеваний вирусной природы. Клеточные и организменные стадии вирусного патогенеза.

3.Распространение вирусов в организме хозяина и тропизм к определенным тканям.

4.Цитопатические эффекты, индуцируемые вирусом в клетках животных.

5.Развитие иммунного ответа при вирусной инфекции.

Вирусы, способные поражать клетки животных и человека, бывают разных типов и обладают широким спектром действия. Некоторыми из них можно переболеть за день или два, другими быть инфицированными на протяжении всей жизни. Некоторые из них вызывают небольшое раздражение, в то время как другие − серьезные осложнения. Поскольку вирусы человека и связанные с ними вирусы животных, как отмечено выше, представляют опасность, изучение их представляет научный интерес.

Как и другие вирусы, вирусы животных представляют собой крошечные упакованные частицы, состоящие из белков и нуклеиновых кислот. Эти частицы состоят из белковой оболочки, капсида, и генетического материала, ДНК или РНК, находящегося внутри капсида. Вирусы также могут иметь суперкапсид, дополнительную липидную оболочку разной формы (рисунок 5).

Вирусология

Рисунок 5. – Вирусы человека и животных

Вирусам животных, как и любым другие вирусам, для жизненного цикла требуются клетки-хозяева. Чтобы размножаться, вирус должен заразить клетку и перепрограммировать её для создания ещё большего количества вирусов. Существует несколько путей передачи вирусов животным и человеку.

1. Пути передачи вирусов животных и человека

Вирус проникает в организм разными путями, которые определяются локализацией чувствительных клеток в организме и механизмом передачи вирусов от одного хозяина к другому.

Одни вирусы используют строго определенный путь проникновения в организм. Например, ортомиксовирусы, ряд парамиксовирусов, коронавирусов, аденовирусов способны репродуцироваться только в клетках слизистых оболочек дыхательных путей человека и животных, и, следовательно, единственным путем проникновения в организм является воздушно-капельный.

Другие вирусы способны к репродукции в разных клеточных системах. Например, вирусы герпеса и оспы способны вызвать заболевание при внутрикожном, внутривенном, интраназальном, внутримозговом введении.

В естественных условиях возможны следующие пути проникновения вируса в организм:

1. Воздушно-капельный − вирус проникает в дыхательные пути в составе капель, попавших в воздух из дыхательных путей больного. Чем меньше капли, тем легче и глубже они туда проникают. Вирусные частицы могут попадать также с частицами пыли. Крупные частицы

Вирусология

пыли оседают на слизистой оболочке носа, а мелкие (не более 2 мкм) могут проникнуть глубоко в дыхательные пути и достичь альвеол.

Воздушно-капельным путем в организм попадают две группы вирусов:

1)респираторные вирусы, которые репродуцируются в эпителии слизистых оболочек дыхательных путей, вызывают местную (реже генерализованную) инфекцию и затем выводятся из организма (ортомиксовирус, коронавирус и др.);

2)вирусы, для которых дыхательные пути являются только входными воротами инфекции. Не вызывая местных поражений ткани, эти вирусы обусловливают генерализованную инфекцию, часто с вторичным поражением дыхательных путей. К таким вирусам относятся вирусы натуральной и ветряной оспы (поксвирус), кори (парамиксовирус), свинки (парамиксовирус).

2. Пищевой – вирус проникает через пищеварительный тракт: энтеровирусы, реовирусы, многие альфа-вирусы, аденовирусы, некоторые парвовирусы и др.

3. Трансмиссивный – вирус проникает в организм при укусе кровососущего насекомого (возбудители трансмиссивных инфекций − арбовирусы и некоторые вирусы семейства рабдовирусов).

4. Через кожу – некоторые вирусы проникают в организм через поврежденную или даже неповрежденную кожу, например, вирусы бешенства (при укусе животных), коровьей оспы, папилломы.

5. Половой – вирусы проникают через половые контакты: вирусы герпеса, бородавок человека (семейство паповавирусов).

6. Парентеральный – заражение вирусом может произойти при всякого рода парентеральных манипуляциях − хирургических вмешательствах, переливании крови, стоматологических операциях, при маникюре и педикюре и т. д: вирус гепатита В.

7. Вертикальный – путь передачи встречается, в частности, при интеграционных инфекциях, когда в дочерние клетки попадает клеточный геном с интегрированными последовательностями вирусного генома, и при инфекциях с внутриутробным заражением плода, что характерно для вируса краснухи при заболевании женщин, особенно в первые 3 месяца беременности. Поражения плода могут вызывать вирусы цитомегалии, простого герпеса, Коксаки и др.

После того, как вирус проник в клетку, он должен связаться с рецепторами клетки-хозяина. Для этого клетки животных имеют на своей поверхности специальные молекулы благодаря которым они связы-

Вирусология

ваться с рецепторами на внешней мембране клетки-хозяина. После прикрепления к клетке вирусы могут проникать внутрь различными способами: путём эндоцитоза или путем слияния с мембраной клетки и высвобождения капсида внутрь неё, что характерно для оболочечных вирусов.

После того, как вирус использует ресурсы клетки-хозяина для синтеза вирусных белков и генетического материала, начинается сборка новых вирусных частиц, которые позже покинут клетку. Оболочечные вирусы животных, в процессе формирования, могут отпочковываться от клеточной мембраны хозяина, и покидая клетку, захватывать часть её плазматической мембраны или внутренних мембран. В отличие от них, безоболочечные вирусные частицы обычно накапливаются в инфицированных клетках, пока не произойдет лизис клетки, после чего высвобождаются наружу.

Вирусы вызывают различные заболевания животных и человека. Некоторые вирусные инфекции следуют классической схеме острого заболевания: симптомы ухудшаются в течение короткого периода, но в большинстве случаев вирус подавляется иммунной системой организма, и пациент выздоравливает. Некоторые вирусы, такие как вирус гепатита С, вызывают длительные хронические заболевания. Другие вирусы вызывают продуктивные заражения (такие, при которых синтезируются новые вирусные частицы), не вызывая никаких симптомов у хозяина. В этих случаях говорят, что у пациентов бессимптомное заражение.

2. Патогенез заболеваний вирусной природы. Клеточные и организменные стадии вирусного патогенеза

Под инфекцией понимают комплекс процессов, происходящих при взаимодействии инфекционного агента с организмом хозяина. Однако в связи с тем, что вирусы являются внутриклеточными паразитами, а точнее, генетическими паразитами, в основе их взаимодействия с организмом всегда лежит инфекционный процесс на уровне клетки, который реализуется путем взаимодействия вирусного и клеточного геномов. Поэтому возможно классифицировать инфекции, как на клеточном уровне, так и на уровне организма.

Классификация вирусных инфекций на клеточном уровне 1. Автономные и интеграционные инфекции.

Если вирусный геном реплицируется независимо от клеточного генома, такая инфекция называется автономной (ОРВ, COVID-19). Ав-

Вирусология

тономная форма вирусной инфекции характерна для большинства вирусов животных.

Если вирусный геном включается в состав клеточного генома, или, как принято называть этот процесс, интегрирует с клеточным геномом и реплицируется вместе с ним, такая инфекция называется интеграционной (ВИЧ, гепатит В). При этой форме инфекции вирусный геном реплицируется и функционирует как составная часть клеточного генома. Интегрировать могут как полный геном, так и часть генома.

Из многих моделей, объясняющих процесс интеграции, наиболее признанной является модель Кемпбелла. В соответствии с этой моделью для интеграции с клеточным геномом необходима кольцевая форма двунитчатой вирусной ДНК. Эта молекула ДНК прикрепляется к клеточной ДНК, в месте прикрепления обе молекулы разрезаются и образовавшиеся концы сшиваются таким образом, что вирусная ДНК становится частью клеточного генома.

2.Продуктивная и абортивная инфекции. Продуктивная инфекция завершается образованием инфекционного потомства, а абортивной называется инфекция, которая не завершается образованием инфекционных вирусных частиц, или они образуются в гораздо меньшем количестве, чем при продуктивной инфекции.

3.Острая и хроническая инфекция. Как продуктивная, так и абортивная инфекция может протекать в острой или хронической форме.

Острой называется такая форма инфекции, при которой после образования вирусного потомства клетка либо погибает, либо выздоравливает и не содержит вирусных компонентов. Хроническая инфекция это такая форма инфекции, при которой клетка продолжает продуцировать вирусные частицы или вирусные компоненты в течение длительного времени и передает эту способность дочерним клеткам.

4.Цитолитическая и нецитолитическая инфекции. Острая инфекция на клеточном уровне может быть цитолитической и нецитолитической в зависимости от судьбы зараженной клетки. Инфекция, завершающаяся гибелью (лизисом) клетки называется цитолитической. Инфекция, которая непосредственно не приводит к лизису клетки, и клетка еще может функционировать в течение некоторого периода времени, продуцируя вирусные частицы, называется нецитолитической.

5.Смешанная инфекция. В естественных условиях распространен феномен смешанной инфекции, при котором клетка заражается

Вирусология

двумя или несколькими разными вирусами. Два и больше инфекционных процесса, происходящих одновременно в одной клетке, могут оказывать различное влияние друг на друга. Возможны несколько вариантов взаимодействия вирусов в процессе смешанной инфекции.

Смешанная инфекция широко используется вирусологами для изучения генетических функций вирусов и дефектности геномов.

Классификация вирусных инфекций на уровне организма В основу классификации положены четыре фактора:

1)генерализация вируса;

2)продолжительность инфекции;

3)проявление клинических симптомов;

4)выделение вируса в окружающую среду.

Основанная на этих признаках классификация инфекций, как и любая другая, в известной мере условна, поскольку одна форма может перейти в другую, например, очаговая инфекция в генерализованную, острая инфекция в хроническую, латентная в хроническую

ит. д.

1.Очаговая и генерализованная инфекции. Вирусные инфекции можно разделить на две большие группы: 1) очаговые, когда действие вируса проявляется у входных ворот инфекции в связи с его локальной репродукцией; 2) генерализованные, при которых после ограниченного периода репродукции вируса в первичных очагах происходит генерализация инфекции, и вирус достигает чувствительных тканей, формируя вторичные очаги инфекции.

2.Острая и персистентная инфекции. Острая инфекция длится относительно непродолжительный период времени и протекает с выделением вирусов в окружающую среду. Окончание инфекции сопровождается элиминацией вирусов благодаря иммунным механизмам. Острая инфекция может завершиться выздоровлением или гибелью организма. Она соответствует продуктивной инфекции на уровне клетки.

При продолжительном взаимодействии вируса с организмом возникает персистентная форма инфекции. Персистентные инфекции могут быть латентными, хроническими или медленными в зависимости от выделения вируса в среду и проявления симптомов заболевания.

Латентная инфекция это скрытая инфекция, не сопровождающаяся выделением вирусов в окружающую среду.

Вирусология

Хронической инфекцией называется длительно текущий патологический процесс, характеризующийся периодами ремиссий, перемежающимися с периодами обострения, когда вирус выделяется в окружающую среду.

Медленные инфекции это своеобразное взаимодействие определенных вирусов с организмом, характеризующееся длительным инкубационным периодом, тянущимся многие месяцы и даже годы, и последующим медленным, но неуклонным развитием симптомов заболевания, ведущим к тяжелому нарушению функций органов и летальному исходу.

Борьба с персистентными инфекциями затруднена из-за отсутствия адекватных подходов к их лечению и профилактике.

3.Распространение вирусов в организме хозяина

итропизм к определенным тканям

Место проникновения возбудителя инфекции в организм называется входными воротами инфекции. В естественных условиях вирусы проникают в организм животного и человека через поврежденные кожные покровы или слизистые оболочки дыхательных путей, кишечника, мочеполового тракта. Эффективное взаимодействие между вирусом и клеткой инициируется наличием у них специфических рецепторов, ферментов депротеинизации вирусных частиц и вирулентных свойств вирусов, т.е. обусловлено тесным сродством (тропизмом) между вирусом и хозяином.

По тропизму выделяют две группы вирусов:

-дерматропные (кожа);

-висцеротропные (пневмо-, энтеро-, нейро- и вазотропные).

Ткани-мишени могут находиться вблизи и вдали от входных ворот инфекции. Для того чтобы достичь отдаленных мишеней, вирусы должны обладать устойчивостью к таким защитным факторам организма, как:

*антитела;

♦фагоциты;

♦детергентное действие солей желчных кислот и протеаз;

♦переносить высокие и низкие значения pH и пр.

Основными путями распространения вируса в организме явля-

ются лимфатические и кровеносные сосуды. Вирусы могут переноситься по организму не только жидкой частью крови и лимфы, но и клетками. Длительность нахождения вирусов в токе крови зависит от

Вирусология

размеров вирусных частиц. Более крупные вирусы удаляются быстрее, чем мелкие.

В кишечнике и дыхательных путях вирусы захватываются специализированными эпителиальными М-клетками и транспортируются в подслизистый слой, обеспечивая им генерализованный путь распространения к месту первичной локализации по кровеносным и лимфатическим путям. Нейротропные вирусы могут достигать первичной локализации, распространяясь вдоль нервных стволов (вирусы бешенства, полиомиелита, простого герпеса).

Вирусные инфекции возникают при наличии трех звеньев эпидемического процесса, которые в совокупности являются главной его движущей силой:

источника-резервуара инфекции (человек или животное);

наличия восприимчивых особей;

механизма передачи.

Выпадение или нейтрализация одного из них прерывает эпидемический процесс.

Применительно к человеку различают три формы эпидемического процесса:

1.Спорадическая заболеваемость единичные заболевания, не связанные между собой единым источником. Свойственна определенной местности и болезни в данный период времени.

2.Эпидемии уровень заболеваемости во много раз превышает спорадическую, но сохраняется приуроченность к определенной территории;

3.Пандемии очень интенсивные эпидемии, сопровождающиеся массовой заболеваемостью людей на обширных территориях (целые страны и континенты).

Применительно к животным эпидемический процесс называют:

1.Спорадии спорадические, единичные заболевания животных (столбняк);

2.Энзоотии заболевание протекает одновременно у группы животных (в условиях фермы, хозяйства);

3.Эпизоотии заболевание проявляется у большого количества животных (в пределах района, области, республики, страны);

4.Панзоотии заболевает большое количество животных с охватом многих стран, континентов и материков.

Вирусные инфекции (болезни) отличаются от неинфекционных:

Вирусология

1)контагиозностью (заразительностью);

2)эпидемичностью (способностью распространяться);

3)передачей посредством специфического механизма;

4)наличием инкубационного периода;

5)цикличностью инфекционного процесса;

6)специфичностью локализации возбудителя в определенных органах и тканях, в которых возникают характерные патологические изменения;

7)у переболевших организмов часто формируется иммунитет (невосприимчивость).

Цикл протекания вирусных заболеваний:

В первом периоде явных признаков заболевания не отмечается. Это инкубационный период, который начинается с момента заражения

ипродолжается до появления первых симптомов заболевания. Следующий период продромальный (предвестник) сопровож-

дается повышением температуры, головными и мышечными болями, слабостью и общим недомоганием.

Период развития основных симптомов, специфических для каждого вирусного заболевания.

При благоприятном течении болезнь заканчивается выздоровлением (реконвалесценцией).

Повторные приступы или обострения болезни (рецидивы) возможны при слабо выраженном иммунитете.

Полное выздоровление приводит к развитию такого прочного иммунитета, который исключает повторные заболевания (реинфекцию).

4. Цитопатические эффекты, индуцируемые вирусом в клетках животных

Патологические изменения зараженных вирусами клеток обусловлены специфическими и неспецифическими процессами. К неспецифическим процессам относятся процессы, обусловленные изменением проницаемости плазматической мембраны, маргинация хроматина, хромосомные аберрации, пикноз ядер, вакуолизация цитоплазмы. Последнее свойство может приобретать настолько своеобразный и выраженный характер, что превращается в специфический признак некоторых вирусных инфекций. Так, один из вирусов, вызывающий такой процесс, SV40 получил название «вакуолизирующий вирус». Специфическими изменениями являются, например, вирусные

Вирусология

включения, образование симпластов. Специфические и неспецифические процессы могут привести к деструкции клетки.

Цитопатический эффект и его причины. Деструкцию клетки, возникающую при цитолитической инфекции, называют цитопатическим эффектом, а вирус, вызывающий этот эффект, называют цитопатогенным. Большинство вирусов животных являются цитопатогенными, и это свойство лежит в основе патогенеза ряда вирусных инфекций. Цитопатический эффект широко используется в лабораторной диагностике вирусных инфекций для индикации вируса в культуре клеток и выявления антител в сыворотках переболевших.

Цитопатический эффект является следствием нескольких при-

чин:

1)нарушение нормальной жизнедеятельности клетки в результате механического повреждающего действия вирусных компонентов на клеточные структуры;

2)повреждение лизосом, в результате чего освобождаются высокоактивные лизосомальные ферменты, вызывающие аутолиз клетки;

3)интенсивное истощение белковых и энергетических ресурсов клетки за счет переключения клеточных ферментов и белоксинтезирующего аппарата на синтез вирусспецифических макромолекул;

4)специфическое повреждающее действие вирусов на клеточные молекулы. Эти причины повреждения клетки различным образом проявляются и сочетаются при разных вирусных инфекциях.

Среди РНК-содержащих цитопатогенных вирусов пикорнавирусы оказывают наиболее быстрое и глубокое действие на синтез клеточных белков. Причиной выключения белкового синтеза является блокирование узнавания рибосомой «шапочки» клеточных иРНК. Поскольку РНК вируса полиомиелита транслируется по механизму, независимому от «шапочки», происходит селективное подавление трансляции клеточных иРНК.

Вирусные включения. Вирусные включения, выявляющиеся при окрашивании зараженных клеток, являются специфическими морфологическими признаками вирусной инфекции, часто имеющими диагностическое значение. Внутриклеточные вирусные включения были обнаружены гистологами еще в прошлом столетии. Д.И. Ивановский обнаружил в клетках растения, зараженного вирусом табачной мозаики, кристаллоподобное включение, которое впоследствии получило