Історія вірусології. Етапи розвитку вірусології
Вірусологія - наука, що вивчає морфологію, фізіологію, генетику, екологію та еволюцію вірусів
Слово «вірус» означало отруту. Цей термін застосував ще Л. Пастер для позначення інфекційного початку. В даний час під вірусом маються на увазі найдрібніші мікроорганізми, що реплікуються, що знаходяться усюди, де є живі клітини.
Відкриття вірусів належить російському вченому Дмитру Йосиповичу Івановському, який в 1892 опублікував роботу з вивчення мозаїчної хвороби тютюну. Д. І. Івановський показав, що збудник цієї хвороби має дуже малі розміри і не затримується на бактеріальних фільтрах, що є непереборною перешкодою для найдрібніших бактерій. Крім того, збудник мозаїчної хвороби тютюну не здатний культивуватися на штучних живильних середовищах. Д. І. Івановський відкрив віруси рослин.
В 1898 Леффлер і Фрош показали, що широко поширена хвороба великої рогатої худоби - ящур викликається агентом, який також проходить через бактеріальні фільтри. Цей рік вважається роком відкриття вірусів тварин.
У 1901 році Рід і Керрол показали, що агенти, що фільтруються, можна виділити з трупів людей, померлих від жовтої лихоманки. Цей рік є роком відкриття вірусів людини.
Д"Еррель і Туорт в 1917-1918 р.р. виявили віруси у бактерій, назвавши їх "бактеріофагами". Пізніше були виділені віруси з комах, грибів, найпростіших.
Віруси досі залишаються одними з головних інфекційних збудників і не інфекційних захворюваньлюдини. Близько 1000 різноманітних хвороб мають вірусну природу. Віруси і хвороби людини, що викликаються ними, є об'єктом вивчення медичної вірусології.
Віруси мають кардинальні відмінності від інших прокаріотичних мікроорганізмів:
1. Віруси немає клітинного будови. Це доклітинні мікроорганізми.
2. Віруси мають субмікроскопічні розміри, що варіюють у людини від 15-30 нм до 250 і більше нм.
3. Віруси мають у своєму складі лише один тип нуклеїнової кислоти: або ДНК, або РНК, де закодовано всю інформацію вірусу.
4. Віруси не мають власних метаболічних та енергетичних систем.
6. Віруси не здатні до зростання та бінарного поділу. Вони розмножуються шляхом репродукції їх білків та нуклеїнової кислоти в клітині господаря з подальшим збиранням вірусної частки.
В силу своїх особливостей віруси виділені в окреме царство Vira, що включає віруси хребетних та безхребетних тварин, рослин та найпростіших. В основу сучасної класифікації вірусів покладено такі основні критерії:
1. Тип нуклеїнової кислоти (РНК або ДНК), її структура (одно- або двонитчаста, лінійна, циркулярна, безперервна або фрагментована).
2. Наявність ліпопротеїдної оболонки (суперкапсиду).
3. Стратегія вірусного геному (тобто використовуваний вірусом шлях транскрипції, трансляції, реплікації).
4. Розмір та морфологія віріона, тип симетрії, число капсомерів.
5. Феномени генетичних взаємодій.
6. Коло сприйнятливих господарів.
7. Патогенність, у тому числі патологічні зміни в клітинах та утворення внутрішньоклітинних включень,
8. Географічне поширення.
9. Спосіб передачі.
10. Антигенні властивості.
На підставі 1 і 2 критеріїв віруси поділяються на підтипи та сімейства, на підставі нижчеперелічених ознак – на пологи, види, серовари. Назва сімейства закінчується на «viridae», деякі сімейства діляться на підродини (закінчується «virinae»), роду – «vims». Віруси людини і тварин розподілені в 19 сімействах: 13-РНК-геномних та 6-ДНК-геномних. Класифікація та деякі властивості вірусів людини та тварин представлені в табл. 1.
Таблиця 1
КЛАСИФІКАЦІЯ І ДЕЯКІ ВЛАСТИВОСТІ ВІРУСІВЛЮДИНИ ТА ТВАРИН
ЦАРСТВО V1RA |
||||
| Сімейство вірусів | Тип нуклеїнової кислоти | Наявність суперкапсиду | Розмір віріону. нм | Типові представники |
ДНК-ГЕНОМНІ ВІРУСИ |
||||
| Adenoviridae | Лінійна, двонитчаста | - | 70-90 | Аденовіруси ссавців та птахів |
| Herpesviridae | лінійна двонитчаста | + | 220 | Віруси простого герпесу, цитомегалії, вітряної віспи, інфекційного мононуклеозу |
| Hepadnaviridae | Двонитчаста, кільцева з однонитчастою ділянкою | + | 1 45-50 | Вірус гепатиту В |
| Papovaviridae | двонитчаста, кільцева | - | 45-55 | Віруси папіломи, поліоми |
| Pochviridae | Двонитчаста із замкнутими кінцями | + | 130-250 | Вірус вісповакцини, вірус натуральної віспи |
| Parvoviridae | лінійна, однонитчаста | - | 18-26 | Аденоасоційований вірус |
| РНК-ГЕНОМНІ ВІРУСИ |
||||
| Areoaviridae | фрагментована однонитчаста | + | 50-300 | Віруси Ласса, Мачупо |
| Bunyaviridae | фрагментована однонитчаста кільцева | + | 90-100 | Віруси геморагічних лихоманок та енцефалітів |
| Caliciviridae | однониткова | - | 20-30 | Вірус гепатиту Е, каліцівіруси людини |
| Coronaviridae | однониткова +РНК | + | 80-130 | Коронавіруси людини |
| Orthomyxoviridae | однониткова, фрагментована - РНК | + | 80-120 | Віруси грипу |
| Paramyxoviridae | Однониткова, лінійна -РНК | + | 150-300 | Віруси парагрипу, кору, епідпаротиту, PC-вірус |
| Picornaviridae | однониткова +РНК | - | 20-30 | Віруси поліомієліту, Коксакі, ЕКХО, гепатиту А риновіруси |
| Reoviridae | двонитчаста РНК | - | 60-80 | Реовіруси, ротавіруси |
| Retroviridae | однониткова РНК | + | 80-100 | Віруси раку, лейкозу, саркоми, ВІЛ |
| Togaviridae | однониткова +РНК | + | 30-90 | Віруси Синдбіс. Кінських енцефатитів. крастхи |
| Flaviviridae | однониткова +РНК | + | 30-90 | Віруси кліщового знцефштига, жовтої лихоманки, Денге, японського енцефаліту, гепатиту С, G |
| Rhabdoviridae | однониткова -РНК | + | 30-40 | Вірус сказу, вірус везикулярного стоматиту |
| Filoviridae | однониткова +РНК | + | 200-4000 | Віруси лихоманки Ебола, Марбург |
Морфологія та ультраструктура вірусів
За будовою розрізняють 2 типи вірусних частинок: прості та складні.
Внутрішня структура найпростіших і найскладніших вірусів подібна.
Серцевина вірусу – вірусна нуклеїнова кислота вірусний геном. Вірусний геном може бути представлений однією з 4 молекул РНК або ДНК: однонитчастими та двонитчастими РНК та ДНК. Більшість вірусів мають один цільний або фрагментований геном, що має лінійну або замкнуту форму. Однонитчасті геноми можуть мати дві полярності: 1) позитивну, коли віріонна нуклеїнова кислота одночасно служить і матрицею для синтезу нових геномів і виконує роль і-РНК; 2) негативну, яка виконує лише функцію матриці. Геном вірусів містить від 3 до 100 і більше генів, які діляться на структурні, що кодують синтез білків, що входять до складу віріону, та регуляторні, які змінюють метаболізм клітини господаря та регулюють швидкість розмноження вірусів.
Ферменти вірусів також закодовані у геномі. До них відносяться: РНК-залежна РНК-полімераза (транскриптаза), яка виявлена у всіх РНК-вірусів з негативною полярністю. Поксвіруси містять ДНК-залежну РНК-полімеразу. Ретровіруси мають унікальний фермент - РНК-залежну ДНК-полімеразу, яка називається зворотною транскриптазою. У геномі деяких вірусів є гени, що кодують РНК-ази, ендонуклеази, проте-інкііази.
Зовні нуклеїнова кислота покрита білковим чохлом – капсидом, утворюючи комплекс – нуклеокапсид (у хімічному сенсі – нуклеопротеїд). Кап-сид складається з окремих білкових субодиниць - капсомерів, які представляють покладений певним чином поліпептидний ланцюг, що створює симетричну конструкцію. Якщо капсомери укладаються по спіралі, такий тип укладання капсиду зветься спіральною симетрією. Якщо капсомери укладаються на межі багатогранника (12-20-гранника), такий тип укладання капсида носить назву ікосаедричної симетрії
Капсид представлений -спіральними білками, здатними до полімеризації, які виконують захист геному від різних впливів, виконують рецепторну функцію у цієї групи вірусів, мають антигенні властивості.
Складні віруси мають зовнішню оболонку – суперкапсид, розташовану поверх капсиду. До складу суперкапсиду входять внутрішній білковий шар - М-білок, потім об'ємніший шар ліпідів і вуглеводів, вилучених з клітинних мембран клітини-господаря. Вірусспецифічні глікопротеїди проникають внутрішньо суперкапсиду, утворюючи зовні фігурні випинання, які виконують рецепторну функцію. Віруси існують у трьох формах:
1) віріон (вірусна частка) – позаклітинна форма;
2) внутрішньоклітинний (вегетативний) вірус;
3) інтегрований із ДНК господаря вірус (провірус).
Взаємодія вірусу із клітиною. Репродукція (розмноження) вірусів
Процес репродукції вірусів умовно можна поділити на 2 фази . Перша фаза включає 3 стадії: 1) адсорбцію вірусу на чутливих клітинах; 2) проникнення вірусу у клітину; 3) депротеїнізацію вірусу . Друга фаза включає стадії реалізації вірусного геному: 1) транскрипцію, 2) трансляцію, 3) реплікацію, 4) складання, дозрівання вірусних частинок та 5) вихід вірусу з клітини.
Взаємодія вірусу із клітиною починається з процесу адсорбції, тобто з прикріплення вірусу до поверхні клітини.
Адсорбціяє специфічним зв'язуванням віріонного білка (антирецептора) з комплементарною структурою клітинної поверхні - клітинним рецептором. За хімічною природою рецептори, на яких фіксуються віруси, відносяться до двох груп: мукопротеїдних та ліпопротеїдних. Віруси грипу, парагрипу, аденовіруси фіксуються на мукопротеїдних рецепторах. Ентеровіруси, віруси герпесу, арбовіруси адсорбуються на ліпопротеїдних рецепторах клітини. Адсорбція відбувається лише за наявності певних електролітів, зокрема іонів Са2+, які нейтралізують надлишкові аніонні заряди вірусу та клітинної поверхні та зменшують електростатичне відштовхування. Адсорбція вірусів мало залежить від температури. вірусу та клітини, а потім настає специфічна взаємодія прикріпного білка віріону зі специфічними угрупованнями на плазматичній мембрані клітини. Прості віруси людини та тварин містять прикріплювальні білки у складі капсиду. У складно організованих вірусів прикріплювальні білки входять до складу супер-капсиду. Вони можуть мати форму ниток (фібри у аденовірусів) або шипів, грибоподібних структур у міксо-, ретро-, рабдо- та інших вірусів. Спочатку відбувається одиничний зв'язок віріона з рецептором - таке неміцне прикріплення - адсорбція носить оборотний характер. Щоб настала незворотна адсорбція, повинні з'явитися множинні зв'язки між рецептором вірусу та рецептором клітини, тобто стабільне мультивалентне прикріплення. Кількість специфічних рецепторів лежить на поверхні однієї клітини становить 10 4 -10 5 . Рецептори деяких вірусів, наприклад, для арбовирусов. містяться на клітинах як хребетних, так і безхребетних, для інших вірусів тільки на клітинах одного або кількох видів.
Проникнення вірусів людини та тварин у клітину відбувається двома шляхами: 1) віропексисом (піноцитозом); 2) злиттям вірусної суперкапсидної оболонки є клітинною мембраною. Бактеріофаги мають свій механізм проникнення, так званий шприцевий, коли в результаті скорочення білкового відростка фага нуклеїнова кислота ніби впорскується в клітину.
Депротеїнізація вірусу звільнення геіома вірусу від вірусних захисних оболонок відбувається або з допомогою вірусних ферментів, або з допомогою клітинних ферментів. Кінцевими продуктами депротеїнізації є нуклеїнові або нуклеїнові кислоти, пов'язані з внутрішнім вірусним білком. Потім має місце друга фаза вірусної репродукції, що веде до синтезу вірусних компонентів.
Транскрипція - переписування інформації з ДНК або РНК вірусу на іРНК за законами генетичного коду.
Трансляція - процес перекладу генетичної інформації, що міститься в іРНК, на специфічну послідовність амінокислот.
Реплікація – процес синтезу молекул нуклеїнових кислот, гомологічних вірусному геному.
Реалізація генетичної інформації у ДНК-вірусів йде так само, як і в клітинах:
ДНК транскрипція та-РНК трансляція білок
У РНК-вірусів з негативним геномом (віруси грипу, пара-грипу та ін) формула реалізації геному наступна:РНК транскрипція та-РНК трансляція білок
У вірусів з позитивним РНК-геномом (тогавіруси, пікорнавіруси) транскрипція відсутня:
РНК трансляція білок
У ретровірусів – унікальний шлях передачі генетичної інформації:
РНК зворотна транскрипція ДНК транскрипція та-РНК трансляція білок
ДНК інтегрується із геномом клітини-господаря (провірус).
Після напрацювання клітиною вірусних компонентів настає остання стадія вірусної репродукції, збірка вірусних частинок і вихід віріонів з клітини. Вихід віріонів із клітини здійснюється двома шляхами: 1) шляхом «вибуху» клітини, внаслідок чого клітина руйнується. Цей шлях притаманний простим вірусам (пікорна-, рео-, папова-і аденовірусам), 2) вихід із клітин шляхом брунькування. Притаманний вірусам, що містять суперкапсид. При цьому способі клітина відразу не гине, може дати багаторазове вірусне потомство, доки не вичерпаються її ресурси.
Методи культивування вірусів
Для культивування вірусів в лабораторних умовах використовуються такі живі об'єкти: 1) культури клітин (тканин, органів); 2) курячі мбріони; 3) лабораторні тварини.I. Культури клітин
Найбільшого поширення мають одношарові культури клітин, які можна розділити на 1) первинні (первинно трипсинізовані), 2) напівперевиваються (диплоїдні) і 3) перевиваються.За походженнямвони класифікуються на ембріонштні, пухлинні та з дорослих організмів; з морфогенезу- на фібробластні, епітеліальні та ін.
Первинні культури клітин - це клітини будь-якої тканини людини або тварини, які мають здатність рости у вигляді моношару на пластмасовій або скляній поверхні, покритій спеціальним живильним середовищем. Термін життя таких культур обмежений. У кожному конкретному випадку їх одержують із тканини після механічного подрібнення, обробки протеолітичними ферментами та стандартизації кількості клітин. Первинні культури, отримані з бруньок мавп, бруньок ембріона людини, амніону людини, курячих ембріонів, широко використовуються для виділення та накопичення вірусів, а також для виробництва вірусних вакцин.
Напівперевиваються (або диплоїдні ) культури клітин - клітини одного типу, здатні in vitro витримувати до 50-100 пасажів, зберігаючи у своїй свій вихідний диплоїдний набір хромосом. Диплоїдні штами фібробластів ембріона людини використовуються як для діагностики вірусних інфекцій, так і для виробництва вірусних вакцин.
Перевиваються клітинні лінії характеризуються потенційним безсмертям та гетероплоїдним каріотипом.
Джерелом ліній, що перевиваються, можуть бути первинні клітинні культури (наприклад, СОЦ, ПЕМ, ВНК-21 - з нирок одноденних сирійських хом'яків; ПМС - з нирки морської свинки та ін) окремі клітини яких виявляють тенденцію до нескінченного розмноження in vitro. Сукупність змін, що призводять до появи з клітин таких особливостей, називають трансформацією, а клітини тканинних культур, що перевиваються, - трансформованими.
Іншим джерелом клітинних ліній, що перевиваються, є злоякісні новоутворення. І тут трансформація клітин відбувається in vivo. Найбільш часто у вірусологічній практиці застосовуються такі лінії клітин, що перевиваються: HeLa - отримана з карциноми шийки матки; Нер-2 – з карциноми гортані; Детройт-6 – з метастазу раку легені у кістковий мозок; RH – із нирки людини.
Для культивування клітин необхідні живильні середовища, які за своїм призначенням поділяються на ростові та підтримуючі. У складі ростових поживних середовищ має бути більше поживних речовин, щоб забезпечити активне розмноження клітин на формування моношару. Підтримуючі середовища повинні забезпечувати лише переживання клітин у сформованому моношарі при розмноженні в клітині вірусів.
Широке застосування знаходять стандартні синтетичні середовища, наприклад, синтетичне середовище 199 та середовище Голка. Незалежно від призначення усі живильні середовища для культур клітин конструюються на основі збалансованого сольового розчину. Найчастіше ним є розчин Хенкса. Невід'ємний компонент більшості ростових середовищ - сироватка крові тварин (теляча, бичача, кінська), без наявності 5-10% якої розмноження клітин та формування моношару не відбувається. До складу підтримуючих середовищ сироватка не входить.
Виділення вірусів у культурах клітин та методи їх індикації.
При виділенні вірусів з різних інфекційних матеріалів від хворого (кров, сеча, фекалії, слизові відокремлювані, змив з органів) застосовують культури клітин, що мають найбільшу чутливість до передбачуваного вірусу. Для зараження використовують культури у пробірках із добре розвиненим моношаром клітин. Перед зараженням клітин живильне середовище видаляють і в кожну пробірку вносять по 0,1-0,2 мл суспензії випробуваного матеріалу, попередньо обробленого антибіотиками для знищення бактерій та грибів. Після 30-60 хв. контакту вірусу з клітинами видаляють надлишок матеріалу, вносять у пробірку підтримуюче середовище та залишають у термостаті до виявлення ознак розмноження вірусу.
Індикатором наявності вірусу в заражених культурах клітин може бути:
1) розвиток специфічної дегенерації клітин – цитопатична дія вірусу (ЦПД), яка має три основні типи: кругло- або дрібноклітинна дегенерація; утворення багатоядерних гігантських клітин – симпластів; розвиток вогнищ клітинної проліферації, які з кількох верств клітин;
2) виявлення внутрішньоклітинних включень, що розташовуються в цитоплазмі та ядрах уражених клітин;
3) позитивна реакція гамагтлютинації (РДА);
4) позитивна реакція гемадсорбції (РДАдс);
5) феномен бляшкоутворення: моношар заражених вірусом клітин покривається тонким шаром агару з додаванням індикатора нейтрального червоного (фон – рожевий). За наявності вірусу у клітинах утворюються безбарвні зони («бляшки») на рожевому фоні агару.
6) за відсутності ЦПД чи ГА можна поставити реакцію інтерференції: досліджувана культура повторно заражається вірусом, що викликає ЦПД. У позитивному випадку ЦПД не буде (реакція інтерференції позитивна). Якщо досліджуваному матеріалі вірусу був, спостерігається ЦПД.
ІІ. Виділення вірусів у курячих ембріонах.
Для вірусологічних досліджень використовують курячі ембріони 7-12-денного віку.
Перед зараженням визначають життєздатність ембріона. При овоскопіюванні живі ембріони рухливі, добре видно судинний малюнок. Простим олівцемвідзначають межі повітряного мішка. Заражають курячі ембріони в асептичних умовах, стерильними інструментами, попередньо обробивши шкаралупу над повітряним простором йодом та спиртом.
Методи зараження курячих ембріонів можуть бути різні: нанесення вірусу на хоріон-алантоїсну оболонку, в амніотичну та алантоїсну порожнини, в жовтковий мішок. Вибір методу зараження залежить від біологічних властивостей вірусу, що вивчається.
Індикація вірусу в курячому ембріоні проводиться по загибелі ембріона, позитивної реакції гемаглютинації на склі з алантоїсною або амніотичною рідиною, за фокусними ураженнями («бляшкам») на хоріон-алантоїсної оболонки.
ІІІ. Виділення вірусів на лабораторних тваринах.
Лабораторні тварини можуть бути використані для виділення вірусів з інфекційного матеріалу, коли неможливо застосувати зручніші системи (культури клітин або курячі ембріони). Беруть переважно новонароджених білих мишей, хом'яків, морських свинок, щур. Заражають тварин за принципом цитотропізму вірусу: пневмотропні віруси вводяться інтраназально, нейротропні – інтрацеребрально, дерматотропні – на шкіру.
Індикація вірусу заснована на появі ознак захворювання у тварин, їх загибелі, патоморфологічних та патогістологічних змін у тканинах та органах, а також за позитивною реакцією гемагглтотинації з екстрактами з органів.
Вірусні захворювання, їх особливості
Віруси, на відміну від інших мікроорганізмів, викликають 2 групи захворювань:
1) вірусні інфекції,
2) пухлини (доброякісні та злоякісні). Особливості вірусних інфекцій:
1. Вірусні інфекції – широко поширені. Їхня питома вага в структурі інфекційної захворюваності може становити 60-80%.
2. Внутрішньоклітинне розмноження вірусів призводить до масової загибелі клітин організму.
3. Розмноження деяких вірусів (ВІЛ, віруси кору, гепатиту В, С) у клітинах імунної системи призводить до розвитку імунодефіцитного стану.
4. Здатність деяких вірусів інтегруватися з геномом клітини (ВІЛ, вірус гепатиту В, онкогенні РНК-віруси).
5. Деякі віруси (краснухи, цитомегалії) мають тератогенну дію.
6. Інфекційні віруси можуть провокувати розвиток пухлин (аденовіруси, герпесвіруси, віруси гепатитів, С, G).
7. Віруси можуть викликати повільні інфекції (ВІЛ, віруси кору, сказу, гепатиту В, герпесу та ін.).
8. Імунопрофілактика багатьох вірусних інфекцій відсутня.
9. Діагностика вірусних захворювань застосовується над кожному конкретному випадку через масовості цих захворювань.
10. Дотепер недостатньо ефективних засобів для лікування вірусних захворювань.
КЛАСИФІКАЦІЯ ВІРУСНИХ ІНФЕКЦІЙ
Рівень клітини
Автономна інфекція
Інтеграційна інфекція
продуктивна
Абортивна
Інтеграція повного геному
Інтеграція частини геному
Хронічна
Гостра
Неоплатна трансформація
Відсутність трансформації
цитолітична
Нецитолітична
Рівень організму
Осередкова інфекція
Генералізована інфекція
Персистентна
Персистентна
На клітинному рівні виділяють автономні інфекції, якщо вірусний геном реплікується незалежно від клітинного, та інтеграційні інфекції, якщо вірусний геном включається до складу клітинного. Автономна інфекція ділиться на продуктивну, при якій утворюється інфекційне потомство, і абортивну, при якій інфекційний процес обривається, і нові вірусні частинки або не утворюються зовсім, або утворюються в невеликій кількості. Продуктивна та абортивна інфекції можуть бути гострими та хронічними. Гостра інфекція в залежності від долі зараженої клітини поділяється на цитолітичну та нецитолітичну. Цитолітична інфекція завершується деструкцією клітин або ЦПД, а вірус, що викликає ЦПД, називається цитопатогенним.
На рівні організму вірусні інфекції поділяються на 2 групи: 1) осередкові, коли розмноження та дія вірусу проявляється біля вхідних воріт; 2) генерапізовані, при яких вірус після розмноження у вхідних воротах розноситься по різних органах та тканинах, формує вторинні осередки інфекції. Прикладами осередкової інфекції є ГРВІ та ОКІ, генералізованої - поліомієліт, кір, віспа.
Гостра інфекція протікає недовго, супроводжується виділенням вірусу в довкілля, закінчується або одужанням, або смертю організму. Гостра інфекція може виявлятись рядом симптомів (маніфестна інфекція), а може бути безсимптомною (інаппарантна інфекція).
При тривалому взаємодії вірусу з макроорганізмом виникає персистентна інфекція (ПІ). Залежно від стану організму той самий вірус може викликати як гостру інфекцію, і персистентну (віруси кору, герпесу, гепатитів У, З, аденовіруси). Клінічні прояви при ПІ можуть бути вираженими, слабко вираженими, або зовсім відсутні, вірус може виділятися в навколишнє середовище чи ні. За цими ознаками ПІ ділять на латентні (приховані інфекції, без виділення вірусу, викликаються онкогенними вірусами, ВІЛ, вірусами герпесу та адено-); хронічні (характеризуються періодами ремісій та загострень, коли вірус виділяється в навколишнє середовище. Прикладами хронічної інфекції є герпетична, аденовірусна, хронічна форма гепатитів В та С та ін); повільні (характеризуються тривалим інкубаційним періодом, повільним розвитком симптомів, що ведуть до тяжкого порушення функцій організму та летального результату).
Етіологія повільних інфекцій
Повільні інфекції, що вражають людину та тварин, з етіології можна розділити на 2 групи:
I група- це повільні інфекції, що викликаються пріонами. Пріони - це білкові інфекційні частинки (protein infections particle), що мають форму фібрил, довжиною від 50 до 500 нм, масою 30 кД. Не містять нуклеїнової кислоти, стійкі до дії протеаз, нагрівання, дії ультрафіолету, ультразвуку та іонізуючої радіації. Пріони здатні до репродукції та накопичення у складі ураженого органу до гігантських величин, не викликають ЦПД, імунної відповіді та запальних реакцій. Пошкодження тканини за дегенеративним типом.
Пріони у людини викликають захворювання:
1) Куру («регочуча смерть») - повільна інфекція, ендемічна для Нової Гвінеї. Характеризується атаксією та тремором з поступовим повним ураженням рухової активності, дизартрією та смертю через рік після появи клінічних симптомів.
2) Хвороба Крейтцфельдта-Якоба, що характеризується прогресуючою деменцією (слабоумством) і симптомами ураження пірамідних та екстрапірамідних шляхів.
3) Аміотрофічний лейкоспонгіоз, що характеризується дегенеративним руйнуванням нервових клітин, внаслідок чого мозок набуває губчастої (спон-гіоформної) структури.
Пріонові захворювання у тварин:
1) Бичача спонгіоформна енцефалопатія (сказ корів);
2) Скріпи - підгостра трансмісивна губкоподібна енцефалопатія овен.
II група- це повільні інфекції, які викликаються класичними вірусами.
До повільних вірусних інфекцій людини відносяться: ВІЛ-інфеюшя-СНІД (викликає ВІЛ, сем. Retrovoridae); ПСПЕ - підгострий склерозуючий паненцефаліт (вірус кору, сем. Paramyxoviridae); прогресуюча вроджена краснуха (вірус краснухи, сем. Togaviridae); хронічний гепатит В (вірус гепатиту В, сем. Hepadnaviridae); цитомегаловірусне ураження мозку (вірус цитомегалії, сем. Herpesviridae); Т-клітинна лімфома (HTLV-I, HTLV-II, сем. Retroviridae); підгострий герпетичний енцефаліт (herpes simples, сем. Herpesviridae) та ін.
Крім повільних інфекцій, викликаних вірусами і пріонами, існує група нозологічних форм, які за клінікою та результатом відповідають ознакам повільної інфекції, але точних даних про етіологію ще немає. До таких захворювань відносяться розсіяний склероз, аміотрофічний бічний склероз, атеросклероз, шизофренія та ін.
Лабораторна діагностика вірусних інфекцій
В основі лабораторної діагностики вірусних інфекцій лежать 3 групи методів:
1 група- Виявлення збудника або його компонентів безпосередньо в клінічному матеріалі, взятому від хворого, та отримання відповіді через кілька годин (швидка; експрес-діагностика). Методи експрес-діагностики найпоширеніших вірусних інфекцій наведено у табл. 2.
Таблиця 2
МЕТОДИ ЕКСПРЕС-ДІАГНОСТИКИ ПОШИРЕНИХ
ВІРУСНИХ ІНФЕКЦІЙ
| Віруси | Інфекція | Матеріал для дослідження | Терміни забору матеріалу | Методи експрес-діагностики |
| Аденовіруси | Аденовірусна інфекція | Відділяється носоглотки, кон'юнктиви, кров, кал, сеча. | Перші 7 днів хвороби | ІФ, молекулярна гібридизація (МГ), ЕМ, ІФА, РІА |
| Парагрипу, PC-вірус | ГРВІ | Відділяється носоглотки | Перші 3-5 днів хвороби | ІФ. ІФА |
| Грипу | Грип | Відділяється носоглотки | Перші 3-5 днів хвороби | ІФ, ІФА, РІА, ЕМ |
| Риновіруси | ГРВІ | Відділяється носоглотки | Перші 3-5 днів хвороби | ІФ |
| Простого герпесу | Herpes simplex | Вміст везикули | Протягом перших 12 днів після появи висипу | ІФ, МГ, ІЕМ, ІФА |
| Вітряної віспи та оперізувального герпесу | Вітряна віспа, що оперізує герпес | Вміст везикули | Протягом перших 7 днів після появи висипу | ІФА, ІФ, ІЕМ |
| Цитомегалії | Цитомегало-вірусна інфекція | Сеча, слина, кров | Протягом усього періоду захворювання | ЕМ, мікроскопія пофарбованих мазків-відбитків, МГ, ІФ, виявлення IgM |
| Ротавіруси | Гострий гастроентерит | Фекалії | Перші 3-5 днів хвороби | ЕМ, ІЕМ, ІФА, РІА, МГ, електрофорез РНК у ПААГ |
| Гепатиту А | Гепатит А | Фекалії, кров | Перші 7-10 днів хвороби | ІЕМ, ІФА, РІА, виявлення IgM |
| Гепатиту В | Гепатит В | Кров | Весь період захворювання | ІФА, РІА, РОПГА, МГ, ПЛР, ВІЕФ |
2 групаМетодів – виділення вірусу з клінічного матеріалу, його індикація та ідентифікація (вірусологічна діагностика).
У більшості випадків концентрація вірусу в клінічному матеріалі недостатня для швидкого виявлення вірусу або антигенів. У таких випадках використовують вірусологічну діагностику. Ця група методів потребує тривалого часу, трудомістка, часто є ретроспективною. Однак вірусологічна діагностика є необхідною для інфекцій, викликаних новими типами вірусу, або коли неможливо провести діагностику іншими методами.
Для вірусологічної діагностики лікар повинен забезпечити взяття необхідних проб матеріалу у відповідну фазу захворювання, доставку їх до лабораторії, забезпечивши діагностичні лабораторії необхідною клінічною інформацією.
Матеріалом для вірусологічного дослідження при захворюваннях, що супроводжуються діареєю чи іншими шлунково-кишковими розладами, що передбачають вірусну етіологію, є свіжі порції фекалій. При захворюваннях дихальної системиматеріал для дослідження найкраще отримувати шляхом аспірації слизу, змивів. Мазки з носоглотки мене інформативні. За наявності везикулярного висипу матеріалом для дослідження є рідина, яка аспірована голкою з везикул. При петехіальному та макуло-папульозному висипанні матеріалом для дослідження є як проби слизу з носоглотки, так і фекалії. При підозрі на нейровірусні інфекції для вірусологічного дослідження слід забирати слиз із носоглотки, фекалії та спинномозкову рідину. Для діагностики епідемічного паротиту та сказу матеріалом є слина. При підозрі на цитомегало- і павірусні інфекції матеріалом може бути сеча. Спробу виділити вірус із крові можна зробити за підозри на інфекції, викликані деякими арбовирусами, вірусами герпесу. Біопсія мозку може бути проведена при діагностиці герпетичного енцефаліту, ПСПЕ, прогресуючого краснушного паненцефаліту, хвороби Крептцфельдта-Якоба, лейкоспонгіозу та ін.
Препарати слизу з носоглотки або фекалії містяться в середу для транспортування, що складається з фізіологічного розчину з додаванням антибіотиків та невеликої кількості білка або сироватки тварин. Матеріали можуть зберігатися при температурі 4°С не більше 48 годин. Більше тривале зберігання вимагає температури -70°С.
Виділення вірусу з клінічного матеріалу здійснюється шляхом його інокуляції в культуру клітин, курші ембріони або зараження ним лабораторних тварин (див. Культивування вірусів).
Вірус грипу слід виділяти шляхом інокуляції вірусомісткого матеріалу в ампіотичну або алантоїсну порожнину курячого ембріона. Для виділення вірусу Коксакі А, вірусу сказу, багатьох арбовнрусів, ареїаві-русів рекомендується іптраперитонеальпая та іітрацереОратьпая інокуляція матеріалу новонародженим мишам.
Після зараження клітинної культури, останню досліджують на наявність ЦП Д. Багато ентерівруси викликають раннє ЦДР (через кілька годин). Цигомегаловіруси, аденовіруси, вірус краснухи викликають ЦПД через кілька педель, а іноді необхідно вдаватися до одержання субкультури. Присутність свідчить про наявність таких вірусів, як PC, кору, епідемічного паротиту, герпесвіруючих.
Ідентифікація вірусів, виділених у цих системах, проводиться за допомогою серологічних методів. Такі серологічні реакції, як РТГЛ, РН, PIT-Аде, використовуються тільки при вірусних інфекціях. РСК, РПГА, ІФА, РІА, ІФ, РП та ін. використовуються для діагностики як вірусних інфекцій, так і інфекцій, спричинених іншими збудниками.
На схемах 2 і 3 представлена дигностика ГРВІ та кишкових інфекцій.
ВИДІЛЕННЯ ВІРУСІВ З ВІДДІЛЬНОГО НОСОГЛОТКИ, ЇХ ІНДИКАЦІЯ ТА ІДЕНТИФІКАЦІЯ ПРИ РЕСПІРАТОРНИХ
ВІРУСНИХ ІНФЕКЦІЯХ
Слиз із носоглотки, оброблена антибіотиками
Зараження курячого ембріона
Зараження мишей-сосунків
Паралічі, загибель
Загибель, специфічні поразки ХАТ
Віруси Коксакі, герпесу
РСК, РТГА
Віруси грипу
Віруси герпесу
Зараження культури клітин
ЦПД може бути відсутнім
Освіта синтиція
Герпетичний тип ЦПД
Аденовірусний тип ЦПД
Пікорнавірусний тип ЦПД
РСК, РН по кольоровій пробі
ІФ, РН, РСК, РТГА
ІФ, РН, РСК
Інтерфе-ренція
ІФ, РН, РТГА, РТГАдс
Аденовіру-си
Ентерові-руси, риновіруси
Віруси простого герпесу, цитомегалії
РС-вірус, кору, парагрипу
Віруси грипу, парагрипу, ЕП
Вірус краснухи
3 групаметодів – серологічна діагностика вірусних інфекцій.
Одноразово проведене серологічне дослідження лише в окремих випадках дозволяє діагностувати вірусне захворювання (наприклад, при ВІЛ-інфекції). У більшості випадків для серологічної діагностики потрібні парні сироватки, взяті в гострій фазі захворювання і через 2-4 тижні. Виявлення чотириразового та більшого підвищення титру антитіл прийнято розглядати як діагностичну ознаку гострої вірусної інфекції.
ВИДІЛЕННЯ ВІРУСІВ З ФЕКАЛІЙ, ЇХ ІНДИКАЦІЯ ТА ІНДЕНТИФІКАЦІЯ ПРИ КИШЕЧНИХ ВІРУСНИХ ІНФЕКЦІЯХ
Суспензія фекалій, оброблена антибіотиками, освітлена центрифугуванням
Зараження мишей
Зараження культур клітин
Паралічі, загибель
Пікорновірусний тип ЦПД
Реовірусний тип ЦПД
Аденовірусний тип ЦПД
РН, РСК
РСК, РН по кольоровій пробі
ІФ, РН, РТГА
РТГА, РСК, РН
Коксакі А, В, ротавіруси
ентеровіруси
Аденовіруси
Ротавіруси
Принципи терапії та профілактики вірусних інфекцій
1 група- Аномальні нуклеозиди - аналоги попередників нуклеїнового обміну, інгібують функції вірусних полімераз або включаються в ланцюжок нуклеїнової кислоти, роблять її нефункціональною.
Аналог піримідину - йоддезоксіурідін застосовується для лікування герпетичних кератитів, шкірного герпесу та цитомегалії. Пуринові аналоги - видорабид застосовують для лікування герпетичних енцефалітів, вітряної віспи та оперізувального герпесу. Ацикловір (зовіракс) – використовують також для лікування різних видівгерпетичної інфекції Рибовірин (віразол) - ефективний проти РНК-і ДНК-вірусів. Для лікування ВІЛ-інфекції отримані нуклеозидні аналоги, що інгібують зворотну транскриптазу ВІЛ, азідотимідин (зидовудін), тимазид (фосфатид), хівід (зальцитабін).
2 групапохідні адамантанаміну гідрохлориду. Препарати: амантадин та ремантадин інгібіругот репродукцію вірусів грипу, кору, краси
Нухні. Найбільш ефективні щодо грипу А. Механізм дії – порушення депротеїнізації вірусу.
3 група- тіосемікарбазої. Препарат метисазої (марборап) активний проти вірусів натуральної віспи. Механізм дії препарату полягає у придушенні синтезу вірусних білків та складання вірусних частинок.
4 групаінгібітори протеолітичної активності вірусів Сутність цього феномену полягає в тому, що багато білків пікоріа-, орто-, адено-, тога-, ретровірусів набувають вірусної активності лише після розрізання цих білків на фрагменти ферментами протеазами. Використовують інгібітори протеаз, такі як горлокс, контрикал, s-амінокапронову кислоту при лікуванні інфекцій, викликаних цими вірусами. У нашій республіці для лікування ВІЛ-інфекції використовують препарат цієї групи - инвиразу (саквннавір).
5 група. Один з нових та перспективних напрямків хіміотерапії – створення препаратів типу «нуклеаз», здатних пошкоджувати вірусні гени, що дасть можливість лікувати інтеграційні вірусні хвороби.
6 групаінтерферони. В даний час використовується -ннтерферон (лейкоцитарний ІФ) як для лікування, так і для профілактики, особливо респіраторних вірусних інфекцій. Механізм дії – порушення синтезу вірусних білків. Широке застосування отримав -інтерферон або імунний інтерферон. -інтерферон посилює функцію Т-кілерів та природних кілерів, Т-ефекторів ГЗТ. Використовується для лікування злоякісних пухлин та вірусних інфекцій.
7 група- Вірусспецифічні імуноглобуліни. які одержують із крові реконвалесцентів або спеціально вакцинованих донорів. Використовуються для профілактики кору, гепатитів А, В, грипу, парагрипу та інших вірусних інфекцій (для профілактики сказу використовується антирабічний імуноглобудин, отриманий із крові імунізованих тварин). Ig інтерферують з віріонами, запобігають адсорбції вірусу на чутливих клітинах.
8 група- вакцини. Для профилактики ряда вирусных инфекций в настоящее время используют убитые вакцины, содержащие ипактивировашше формалином или -цропнолактоном вирусы (вакцина против гриппа, кори, полиомиелита, японского и клещевого энцефалитов, бешенства), живые (аттенуированные) вирусные вакцины, содержащие вирусы с ослабленной вирулентностью ( вакцина проти грипу, кору, епідемічного паротиту, краснухи, поліомієліту, сказу, жовтої лихоманки та ін.); суб'єдипові вакцини, що містять вірусні протективні антигени (субодиниці) (вакцини проти грипу); рекомбіпантні (генно-інженерні) вакцини (вакцина проти гепатиту В, для отримання якої ген, що кодує HBs-антиген, впроваджений у геном дріжджової клітини). У стадії розробки є синтетичні вакцини.
Лабораторна діагностика вірусних гепатитів
В даний час у категорії вірусних гепатитів розглядається 7 аммостійних нозологічних форм: гепатити А, В, С, D, E, F, G. За шляхами передачі вірусні гепатити ділять на:
1. Ентеральні, що передаються фекально-оральним шляхом. До них відносяться гепатити А, Е та, очевидно, F.
2. Парентеральні, що передаються через парентеральні маніпуляції, включаючи, у природних умовах, трансплацентарний та статевий шляхи передачі. До них відносяться гепатити, С, D, G.
Найбільшого поширення набули гепатити А, В, С, порівняльна характеристика яких представлена у табл. 3.
Таблиця 3
ПОРІВНЯЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА
ВІРУСНИХ ГЕПАТИТІВ А, В, С
| Ознака | Гепатит А | Гепатит В | Гепатит С |
| Вірус (родина) | Picomaviridae | Hepadnaviridae | Flaviviridae |
| Тип нуклеїнової кислоти | однониткова +РНК | двониткова ДНК з однонитчастою ділянкою | однониткова +РНК |
| Розмір віріону | 27-32 нм | 42-45 нм | 30-60 нм |
| Суперкапсид | Відсутнє | є | є |
| Шлях зараження | фекально-оральний | парентеральний | парентеральний |
| Інкубаційний період | у середньому 25-30 днів | в середньому 60-90 днів, можливо до 6 місяців | середньому 35-70 днів |
| Вікові групи | переважно діти до 1 5 років | діти та дорослі | діти та дорослі |
| Сезонність | чаші серпень-вересень | протягом усього року | протягом всього гоги |
| Перехід у хронічну форму | Відсутнє | має місце | має місце в 50% випадків |
| Носіння | Відсутнє | тривалий | тривалий |
| Онкогенність | Відсутнє | має місце | має місце |
I. Гепатит А(гА).Лабораторна діагностика гА ґрунтується або на виявленні самого збудника (метод імунної електронної мікроскопії - ІЕМ), його антигенів (радіоімунний, імуноферментний, імунофлюоресцентний метод - РІА, ІФА, ІФ) або антитіл до вірусу гА (РІА, ІФА).
Для ранньої діагностики захворювання, а також виявлення джерел інфекції використовується визначення антигену вірусу гА у фекаліях хворих, де він з'являється за 7-10 днів до клінічних симптомів та у перші дні захворювання.
З визначених нині специфічних маркерів гА найважливішими є антитіла класу Ig M до вірусу гА, які у сироватці крові і слині вже на початку захворювання і зберігаються протягом 3-6 місяців. Виявлення антитіл класу Ig M до вірусу гА однозначно свідчить про гепатит А і використовується для діагностики захворювання, у тому числі і безсимптомних випадків інфекції та виявлення джерел інфекції в осередках.
Антитіла до вірусу гА класу Ig G виявляються з 3-4 тижня захворювання і зберігаються тривало, що дозволяє оцінити стан імунітету населення, динаміку специфічного гуморального імунітету.
Вірус гепатиту А у матеріалі від хворого можна виявити методом імунної електронної мікроскопії. В основі методу лежить змішування суспензії вірусу з антисироваткою, відділення імунних комплексів та дослідження їх у електронному мікроскопі.
ІІ.Гепатит (гВ).В організмі людей, заражених вірусом гВ, з різною частотою та на різних етапах можуть виявлятися серологічні маркери: поверхневий HBs Ag та серцевинний НВе Ag, а також антитіла до них (anti-НВс, anti-HBe, anti-HBs). Динаміка їх появи та інтерпретація результатів представлені у табл. 4 та 5.
Таблиця 4
СЕРОЛОГІЧНІ МАРКЕРИ ПРИ ГЕПАТІТЕ В
Таблиця 5
ІНТЕРПРЕТАЦІЯ СЕРОЛОГІЧНИХ МАРКІРІВ ПРИ ГЕПАТІТІ
| Антигени | Антитіла до HBs-Ar | Антитіла кНВс-Аг | Інтерпретація |
||
| BHs | Нве | fgG | IgM | ||
| + | + | – | – | + | Гостра фазагепатит А |
| + | ± | – | + | – | Хронічний гепатит В |
| + | – | – | – | – | Носіння |
| – | – | + | – | – | Гепатит В у минулому |
| – | – | – | – | – | У минулому не було гепатиту В |
Усі антигени та відповідні їм антитіла можуть бути індикаторами інфекційного процесу.
Наявність вірусної ДНК, HBs Ag, НВе Ag та anti-HBc класу Ig M свідчить про гострий період інфекції. У період реконвалесценції - це anti-НВс-антитіла класу Ig G і виявляються вони спільно з anti-Hbs-антитілами. Тривала присутність у крові HBs-Ag, HBe-Ag та anti-HBc (IgG) – несприятлива ознака, що свідчить про формування хронічного процесу.
p align="justify"> При формуванні тривалого носійства постійно визначається HBs Ag. Для виявлення антигенів та антитіл використовують РПГА, РІА та ІФА. Для виявлення HBs Ag використовується РОПГА – реакція зворотної пасивної гемаглютинації з обов'язковим позитивним контролем на HBs Ag.
ІІІ. Гепатит С(гС).Викликається РНК-вірусом, який відноситься до сімейства Flaviviridae. Діаметр віріонів 30-60 нм, чутливий до обробки хлороформом. Позитивна одноланцюжкова РНК кодує синтез трьох структурних та п'яти неструктурних білків. Гепатит С за кліяїко-біохімічними ознаками подібний до гепатиту В. У 60% інфікованих осіб захворювання переходить у хронічну форму, а у 20% хронічних хворих розвивається цироз печінки. Механізм передачі вірусу гепатиту С переважно парентеральний. Лабораторна діагностика ОС заснована на визначенні антитіл до вірусу ОС методами ІФА або РІА.
IV. Збудник дельта гепатиту (гепатит D).РНК-містить, дефектний вірус, здатний решшцироваться в організмі господаря лише за обов'язкової участі вірусу-помічника, роль якого виконує вірус гВ. Оболонку вірусу-дельта формує HBs Ag. Приєднання дельта-інфекції до гВ веде до розвитку тяжких злоякісних форм хвороби, хронічних формзахворювання із раннім формуванням цирозу печінки.
Лабораторна діагностика гепатиту D проводиться шляхом виявлення маркерів вірусу гВ та дельта-вірусної інфекції, HBs Ag, anti-HBc (Ig M) та дельта Ag. Останні тестуються за допомогою ІФА та РІА. Найбільше діагностичне значення мають антидельти Ig M, які виявляються протягом усього захворювання.
V. Гепатит Е.Широко поширений у тропічних та субтропічних країнах, поширення захворювання відбувається водним шляхом. Віріон діаметром 27-32 ним містить однонитчасту РНК, за фізико-хімічними властивостями схожий з вірусами сімейства Calicivmdae. Лабораторна діагностика ґрунтується на визначенні AT у сироватці крові ІФА.
VI. Гепатит G.Вірус гепатиту G відкритий в 1995 р., віднесений до сімейства Flaviviridae, передається парентеральним шляхом Розміри віріона - 20-30 нм Геном вірусу представлений однонитчастою +РНК. Білок капсиду дефектний або зовсім не синтезується. Тому припускають, що вірус гепатиту G для свого капсиду використовує або білки ще не відкритих вірусів, або клітинні білки. Є вказівки на наявність ліпідної оболонки у вірусу. Маркер реплікації вірусу – його РНК. Антитіла проти Е 2 білка вірусу гепатиту G виявляються лише за відсутності РНК вірусу. Це свідчить, що на відміну від гепатиту С виявлення антитіл при гепатиті G не може бути використане для пошуку вірусоносіїв, а придатне для реєстрації вже минулої інфекції.
VII. Гепатит F.Вірус гепатиту F відкритий французькими вченими і практично не вивчений.
Лабораторна діагностика ВІЛ-інфекції
При діагностиці ВІЛ-інфекції використовується 4 групи методів:
1. Визначення наявності вірусу, його антигенів чи копій РНК у матеріалах від хворого чи ВІЛ-інфікованого
2. Серологічна діагностика, заснована на виявленні специфічних антитіл до поверхневих (gp 120 і gp 41) та внутрішніх (р 18 і р 24) білків ВІЛ.
3. Виявлення патогномонічних (специфічних) для ВІЛ-інфекції змін в імунній системі.
4. Лабораторна діагностика опортуністичних інфекцій (СНІД-асоційованих захворювань).
1. Вірусологічна діагностика.Матеріалом виділення ВІЛ є Т-лімфоцити крові, лейкоцити кісткового мозку, лімфатичні вузли, тканини мозку, слина, сперма, спинномозкова рідина, плазма крові. Отриманим матеріалом заражають культуру, що перевивається Т-лімфоцитів (Н9). Індикацію ВІЛ у культурі клітин проводять за ЦПД (освіта симпластів), а також методами імунофлюоресценції, електронної мікроскопії, за вираженою активністю зворотної транскриптази. Сучасні методидослідження дозволяють виявити один інфікований лімфоцит на 1000 клітин.
Виявлення вірусних антигенів в інфікованих Т-лімфоцитах здійснюють за допомогою моноклональних антитіл.
В останні роки вирішальне значення для визначення прогнозу та тяжкості ВІЛ-інфекції має визначення кількості копій РНК ВІЛ у плазмі крові методом полімеразної ланцюгової реакції(ТТЦР) – так зване вірусне навантаження. Якщо у пацієнтів, які не отримують терапії, вірусне навантаження знаходиться нижче за межу визначення (це менше 5000 копій РНК ВІЛ в I мл плазми), це свідчить про відсутність прогресування або про повільне прогресування. Ступінь заразності при цьому мінімальний. Високе вірусне навантаження (більше 10000 копій РНК в 1 мл плазми) у пацієнтів із числом СО4-лімфоцитів менше 300 в 1 мкл завжди свідчить про прогрес хвороби.
2. Серологічна діагностика.Нині набула найбільшого поширення.
Матеріал для дослідження: 5 мл. гепаринізованої крові, яку до доставки в лабораторію можна зберігати 6-8 годин в охолодженому, але не замороженому стані.
З метою серологічної діагностики СНІДу використовують насамперед методи імуноферментного аналізу із стандартними імуноферментними системами (ІФА). Це скринінговий метод. Принцип роботи ґрунтується на класичному принципі прямого ІФА. Імуносорбентом є полістиролові планшети з іммобілізованим інактивованим вірусспецифічним антигеном, отриманим з ВІЛ, або синтетичним шляхом. Потім вносять випробувану сироватку у розведенні. Проводять інкубацію у лунках з антигеном. Після зв'язування АГ з AT слід триразове відмивання білків, що не зв'язалися, а після цього в лунки вносять кон'югат антитіл до імуноглобулінів людини з ферментною міткою. Утворення специфічного комплексу АГ+АТ виявляють внесенням субстрату для ферменту (розчин ортофенілендіаміну та перекису водню). В результаті фарбування середовища змінюється пропорційно до кількості антитіл. Результати дослідження враховують на спектрофотометрі. Сироватки крові, що мають вірусспецифічні антитіла за даними ІФА, надалі необхідно досліджувати методом імунного блотингу.
Імунний блотипг є підтверджуючим тестом, оскільки дозволяє виявити антитіла до різних ВІЛ-білків. Він заснований на попередньому фракціонуванні молекулярної маси (розділі) білків ВІЛ електрофорезом в поліакриламідному гелі з подальшим перенесенням антигенів на мембрану з нітроцелюлози. Потім на мембрану наноситься випробувана сироватка. При цьому специфічні антитіла утворюють комплекс із конкретним АГ (gp.120, gp.41, p.24, p.18). Заключний етап дослідження – виявлення антитіл до різних білків ВІЛ. Для цього до системи додають антитіла проти білків людини, мічені ферментом або радіоізотопною міткою. Таким чином, у сироватці пацієнта виявляють (або не виявляють) вірусспецифічні антитіла до всіх або більшості антигенів ВІЛ.
3. Дослідження імунного статусу.Спрямовані на виявлення:
1) зменшення співвідношення CD4/CD8 клітин (N 2 і >, при СНІДі - 0,5 і
2) зниження вмісту CD4 клітин (
3) наявності однієї з лабораторних ознак, що включають анемію, лейкопенію, тромбошггопенію, лімфопенію;
4) підвищення концентрації Ig А та Ig G у сироватці крові;
5) зниження реакції бластгрансформації лімфоцитів на мітогени;
6) відсутність шкірної реакції ГТЗ на кілька антигенів;
7) підвищення рівня циркулюючих імунних комплексів.
РОЗВИТОК ПУХЛИН, ОПОРТУНІСТИЧНИХ ІНФЕКЦІЙ ТА ІНВАЗІЙ ПРИ ВІЛ-ІНФЕКЦІЇ
Клітини ЦНС
Т-хелпери
Енцефалопатія деменція
Порушення ДІВ та КВВ
Порушення функції Т-кілерів
Онтогенез
Саркома Капоші, лімфома мозку
Оппортуністичні інфекції, інвазії, спричинені
Вірусами
Найпростішими
Бактеріями
Гельмінтами
Герпес симплекс I та II типу;
Герпес зостер;
цитомегаловірус;
Вірус Епштейна Барр;
Для попередження вірусної інфекції – віспи була запропонована англійським лікарем Е. Дженнером 1796 р., майже за сто років до відкриття вірусів, друга вакцина - антирабічна, була запропонована засновником мікробіології Л. Пастером 1885 р. - за сім років до відкриття вірусів.
Честь відкриття вірусів належить нашому співвітчизнику Д.І. Івановському, який вперше у 1892 р. довів існування нового типу збудника хвороб на прикладі мозаїчної хвороби тютюну.
Будучи студентом Петербурзького університету, він виїжджав на Україну та в Бессарабію для вивчення причин хвороби тютюну, а потім, після закінчення університету, продовжував дослідження у Нікітському ботанічному саду під Ялтою. У вмісті ураженого листа він не виявив бактерій, проте сік хворої рослини викликав ураження здорового листя. Івановський профільтрував сік хворої рослини через свічку Шамберлана, пори якої затримували найдрібніші бактерії. В результаті він виявив, що збудник проходить через такі пори, оскільки фільтрат продовжував викликати захворювання листя тютюну. Культивування його на штучних живильних середовищах виявилося неможливим. Д.І. Івановський приходить до висновку, що збудник має незвичайну природу: він фільтрується через бактеріальні фільтри і не здатний рости на штучних живильних середовищах. Він назвав новий тип збудника «бактерії, що фільтруються».
Івановський встановив, що хвороба тютюну, поширена в Криму, викликається вірусом, який має високу заразливість і суворо виражену специфічність дії. Це відкриття показало, що поряд із клітинними формами існують живі системи, невидимі у звичайні світлові мікроскопи, що проходять через дрібнопористі фільтри та позбавлені клітинної структури.
Через 6 років 1898 р. після відкриття Д.І. Івановського голландський вчений М. Бейєрінкпідтвердив дані, отримані російським ученим, прийшовши, проте, висновку, що збудник тютюнової мозаїки - рідкий живий контагій. Івановський із цим висновком не погодився. Завдяки його чудовим дослідженням ого Ф. Леффлер та П. Фрош 1897 р. встановили вірусну етіологію ящуру, показали, що збудник ящуру також проходить через бактеріальні фільтри. Івановський, аналізуючи ці дані, дійшов висновку, що агенти ящуру та тютюнової мозаїки є принципово подібними. У суперечці з М. В. Бейєрінком прав виявився Івановський.
Досліди Д.І. Івановського були покладені в основу його дисертації «Про дві хвороби тютюну», представлену в 1888 р., і викладені в книзі тієї ж назви, що вийшла в 1892 р. Цей рік вважається роком відкриття вірусів.
Надалі були відкриті та вивчені збудники багатьох вірусних захворювань людини, тварин та рослин.
Івановський відкрив вірус рослин. Леффлер і Фрош відкрили вірус, який вражає тварин. Нарешті, 1917 р. Д’Еррельвідкрив бактеріофаг - вірус, який вражає бактерії. Таким чином, віруси спричиняють хвороби рослин, тварин, бактерій.
Слово «вірус» означає отруту, воно застосовувалося ще Луї Пастер для позначення заразного початку. Пізніше почали застосовувати назву "ультравірус" або "фільтруючий вірус", потім визначення відкинули, і укоренився термін "вірус".
У 1892 р. сучасник Пастера та найближчий співробітник І.І. Мечнікова Н.Ф. Гамалея(1859-1949 рр.) виявив явище спонтанного розчинення мікробів, яке, як було встановлено Д'Ереллем, зумовлено дією вірусу бактерій – фага.
Під керівництвом І.І. Мечнікова Н.Ф. Гамалея брав участь у створенні першої бактеріологічної станції в Росії та другої у світі пастерівської станції. Його дослідження присвячені вивченню інфекції та імунітету, мінливості бактерій, профілактиці висипного тифу, віспи та інших хвороб.
1935 року У.Стенлііз соку тютюну, ураженого мозаїчною хворобою, виділив у кристалічному вигляді вірус тютюнової мозаїки (ВТМ). За це 1946 року йому було вручено Нобелівську премію.
1958 року Р.Франклін та К.Холм, Досліджуючи будову ВТМ, відкрили, що ВТМ є порожнистим циліндричним утворенням.
1960 року Гордон та Смітвстановили, що деякі рослини заражаються вільною нуклеїновою кислотою ВТМ, а не цілою частинкою нуклеотиду. Цього ж року великий радянський вчений Л.А.Зільберсформулював основні тези вірусогенетичної теорії.
1962 року американські вчені А.Зігель, М.Цейтлін та О.І.Зегалекспериментально отримали варіант ВТМ, що не володіє білковою оболонкою, з'ясували, що у дефектних ВТМ частинок білки розташовуються безладно, і нуклеїнова кислота поводиться як повноцінний вірус.
1968 року Р.Шепардвиявив ДНК-вірус.
Одним з найбільших відкриттів у вірусології є відкриття більшості структур різних вірусів, їх генів та ферментів, що кодують, — зворотна транскриптаза. Призначення цього ферменту - каталізувати синтез молекул ДНК на матриці молекули.
У розвитку вірусології велика рольналежить вітчизняним вченим: І.І. Мечникову (1845-1916рр.), Н.Ф. Гамалея (1859-1949рр.), Л.А. Зільбер (1894-1966р.), В.М. Жданову (1914-1987рр.), З.В. Єрмольєвої (1898-1979рр.), А.А. Смородинцеву (1901-1989рр.), М.П. Чумакову (1909-1990рр.) та ін.
У вірусології розглядаються кілька періодів розвитку.
ПЕРІОДИ РОЗВИТКУ ВІРУСОЛОГІЇ
Швидкий прогрес у сфері вірусологічних знань, заснований значною мірою досягнення суміжних природничих наук, зумовив можливість поглибленого пізнання природи вірусів. Як в жодній іншій науці, у вірусології простежується швидка і чітка зміна рівнів пізнання - від рівня організму до субмолекулярного.
Наведені періоди розвитку вірусології відбивають ті рівні, які були домінуючими протягом одного - двох десятиліть.
Рівень організму (30-40 рр. ХХ століття).
Основною експериментальною моделлю є лабораторні тварини (білі миші, щури, кролики, хом'яки, мавпи і т. д.), основним першим модельним вірусом був .
У 40-ті роки вірусологію в якості експериментальної моделі міцно входять курячі ембріони. Вони мали високу чутливість до вірусів грипу, і деяких інших. Використання цієї моделі стало можливим завдяки дослідженням австралійського вірусолога та імунолога Ф. Бернета, автора першого посібника з вірусології «Вірус як організм» У 1960 р. Ф. Бернет та П. Медаварудостоєні Нобелівської премії у галузі вірусології.
Відкриття 1941 р. американським вірусологом Херстомфеномена гемаглютинації чимало сприяло вивченню взаємодії вірусу з клітиною на моделі вірусу грипу та .
Великим внеском вітчизняних вірусологів у медичну вірусологію стало вивчення природно-вогнищевих захворювань. У 1937 р. була організована перша експедиція, очолювана Зільбером, у складі якої були Левкович, Шубладзе, Чумаков, Соловйов та ін. Завдяки проведеним дослідженням було відкрито вірус кліщового енцефаліту, виявлено його переносники - іксодові, розроблені методи лабораторної діагностики, профілактики та лікування. Радянськими вірусологами були вивчені вірусні геморагічні, розроблені препарати для діагностичних та лікувально-профілактичних цілей.
Рівень клітини (40-50 рр. ХХ століття).
У 1949 р. відбувається значна подія в історії вірусології – відкриття можливості культивувати клітини у штучних умовах. У 1952 р. Дж. Ендерс, Т. Уеллер, Ф. Роббінсздобули Нобелівську премію за розробку методу культури клітин. Використання культури клітин у вірусології стало справді революційною подією, що послужила основою для виділення численних нових вірусів, їх ідентифікації, клонування, вивчення їх взаємодії з клітиною. З'явилася можливість одержання культуральних вакцин. Ця можливість була доведена з прикладу вакцини проти. У співдружності з американськими вірусологами Дж. Солком та А. Себіном, радянськими вірусологами М.П. Чумакова, А.А. Смородинцевимта ін. була розроблена технологія виробництва, апробована та впроваджена в практику вбита та жива вакцини проти . У 1959 р. була проведена масова імунізація дитячого населення в СРСР (близько 15 млн.) живою поліомієлітною вакциною, в результаті різко знизилася захворюваність на поліомієліт і практично зникли паралітичні форми захворювання. У 1963 р. за розробку та впровадження у практику живої поліомієлітної вакцини М.П. Чумакову та А.А. Смородинцеву було присуджено Ленінську премію. У 1988 р. ухвалила рішення про глобальну ліквідацію захворюваності на поліомієліт. У Росії це захворювання не реєструється з 2002 року.
Іншим важливим додатком техніки вирощування вірусів стало отримання Дж. Ендерсомта Смородинцевим живої вакцини, широке застосування якої зумовило значне зниження захворюваності на кір та є основою для викорінення цієї інфекції.
Широко впроваджувалися в практику та інші культуральні вакцини – енцефалітна, ящурна, антирабічна тощо.
Молекулярний рівень (50-60 рр. XX ст.).
У вірусології широко почали використовувати методи молекулярної біології, а віруси завдяки простий організації їхнього геному стали поширеною моделлю для молекулярної біології. Жодне відкриття молекулярної біології не обходиться без вірусної моделі, включаючи генетичний код, всього механізму внутрішньоклітинної експресії геному, реплікації ДНК, процесингу (дозрівання) інформаційних тощо.
У свою чергу використання молекулярних методів у вірусології дозволило встановити принципи будови (архітектури) вірусних індивідуумів, способи проникнення вірусів у клітину та їх репродукції.
Субмолекулярний рівень (70-80 рр. XX ст.).
Стрімкий розвиток молекулярної біології відкриває можливості вивчення первинної структури нуклеїнових кислот та білків. З'являються методи секвенування ДНК, визначення амінокислотних білків послідовностей. Отримують перші генетичні карти геномів ДНК-вірусів.
У 1970 р. Д. Балтімором і одночасно Г. Теміним і С. Мізутані була відкрита зворотна транскриптаза в складі онкогенних вірусів, що містять РНК, фермент, що переписує на ДНК. Стає реальним синтез гена за допомогою цього ферменту на матриці, виділеній із полісом іРНК. З'являється можливість переписати РНК у ДНК та провести її секвенування.
У 1972 р. з'являється новий розділ молекулярної біології - генна інженерія. Цього року публікується повідомлення П. Берга в США про створення рекомбінантної молекули ДНК, яке започаткувало ере генної інженерії. З'являється можливість отримання великої кількості нуклеїнових кислот та білків шляхом введення рекомбінантних ДНК до складу геному прокаріотів та простих еукаріотів. Одним з основних практичних додатків нового методу є отримання дешевих препаратів білків, що мають значення в медицині (інтерферон) та сільському господарстві (дешеві білкові корми для худоби).
Цей період характеризується важливими відкриттями у сфері медичної вірусології. У фокусі вивчення - три найбільш масові хвороби, що завдають величезної шкоди здоров'ю людей і народному господарству - рак, гепатит.
Встановлено причини пандемій грипу, що регулярно повторюються. Детально вивчено віруси раку тварин (птахів, гризунів), встановлено структуру їхнього геному та ідентифіковано ген, відповідальний за злоякісну трансформацію клітин – онкоген. Встановлено, що причиною гепатитів А і В є різні віруси: викликає РНК-вірус, віднесений до сімейства пікорнавірусів, а гепатит В - ДНК-вірус, віднесений до сімейства гепаднавірусів. У 1976 р. Бламберг, досліджуючи антигени крові у аборигенів Австралії, виявив так званий австралійський антиген, який він прийняв за один із крові. Пізніше було виявлено, що це є антигеном гепатиту В, носійство якого поширене в усіх країнах світу. За відкриття австралійського антигена Бламбергу в 1976 р. було присуджено Нобелівську премію.
Інша Нобелівська премія в 1976 р. присуджена американському вченому К. Гайдушеку, який встановив вірусну етіологію однієї з повільних інфекцій людини - куру, що спостерігається в одному з тубільних племен на острові Нова Гвінея і пов'язаної з ритуальним обрядом - поїданням зараженого мозку.
Починаючи з другої половини 80-х років вірусологи активно включилися в розробку проблеми ВІЛ-інфекції, що несподівано виникла у світі. Цьому сприяв значний досвід роботи вітчизняних вчених із ретровірусами.
Медична мікробіологія, вірусологія та багато в чому завдячують дослідженням вітчизняним вченим, таким як Н.Ф. Гамалея (1859-1949), П.Ф. Здродовський (1890-1976), Л.А. Зільбер (1894-1966), Д.І. Івановський (1864-1920), Л.А. Тарасевіч (1869-1927), В.Д. Тімаков (1904-1977), Є.І. Марціновський (1874-1934), В.М. Жданов (1914-1987), З.В. Єрмольєва (1898-1979), А.А. Смородинцев (1901-1989), М.П. Чумаков (1909-1990), П.М. Кашкін (1902-1991), Б.П. Первушин (1895-1961) та багатьох інших.
НАУКОВІ ВІРУСОЛОГІЧНІ УСТАНОВИ
Перші вірусологічні лабораторії в нашій країні були створені у 30-ті роки: у 1930 р. – лабораторія з вивчення вірусів рослин в Українському інституті захисту рослин, у 1935 р. – відділ вірусів в Інституті мікробіології АН СРСР, а у 1938 р. він був реорганізовано у відділ вірусів рослин, яким протягом багатьох років керував В.Л. Рижків. У 1935 р. була організована Центральна вірусологічна лабораторія Наркомздоров'я РРФСР у Москві, якою завідував Л.А. Зільбер, а 1938 р. цю лабораторію реорганізовано у відділ вірусів Всесоюзного інституту експериментальної медицини, його керівником було призначено А.А. Смородинцев. У 1946 р. на базі відділу вірусів було створено Інститут вірусології АМН СРСР, якому 1950 р. присвоєно ім'я Д.І. Івановського.
Протягом 50-х і 60-х років створено наукові та виробничі вірусологічні установи в нашій країні: Інститут та вірусних енцефалітів АМН СРСР, Інститут вірусних препаратів Міністерства охорони здоров'я СРСР, Київський інститут інфекційних хвороб, Всесоюзний науково-дослідний інститут грипу Міністерства охорони здоров'я та низку інших.
Важливу роль у підготовці кадрів вірусологів відіграла організація у 1955 р. кафедри вірусології у Центральному інституті удосконалення лікарів МОЗ СРСР. Кафедри вірусології було створено на біологічних факультетах Московського та Київського університетів.
Саратовський державний університет імені М. Г. Чернишевського
ВІРУСОЛОГІЯ
МЕТОДИЧНІ МАТЕРІАЛИ
Навчально-методичний посібник для студентів біологічного факультету
Вірусологія. Методичні матеріали:Навчальний метод. посібник для студ. біол. фак. /Автори-сост. Є. У. Глинська, Є. З. Тучина, З. У. Петров.
- Саратов, 2013. 84 с.: іл.
ISBN 978-5-292-03935-8
Навчально-методичний посібник складено відповідно до «Програми з вірусології для студентів біологічних факультетів університетів».
Воно містить теоретичний матеріал, що стосується історії розвитку вірусології, природи та походження вірусів, хімічного складу, морфології та репродукції вірусів, різноманітності вірусів, патогенезу та лабораторної діагностики вірусних інфекцій, особливостей противірусного імунітету. Наприкінці посібника наведено план проведення лабораторних робіт, словник основних термінів та тестові завдання для самоконтролю.
Для студентів біологічного факультету, які навчаються за напрямом підготовки 020400 «Біологія».
Кафедра мікробіології та фізіології рослин біологічного факультету
(Саратовський державний університет імені М. Г. Чернишевського)
Доктор біологічних наук Л. В. Карпуніна (Саратовський державний аграрний університет імені М.І. Вавілова)
ВСТУП
Вірусологія займається дослідженням природи та походження вірусів, їх хімічного складу, морфології, механізмів розмноження, біохімічних та молекулярно-генетичних аспектів їх взаємовідносин із клітинними організмами, проблемами противірусного імунітету та розробкою заходів та засобів попередження, діагностики та лікування вірусних захворювань.
Актуальність вірусології зараз не викликає сумнівів. Віруси є одними з головних збудників багатьох інфекційних та онкологічних захворювань людини, тварин та рослин. Віруси є ідеальним об'єктом для молекулярних біологів і генетиків.
Посібник призначений для підготовки студентів до семінарських та практичних занять з курсу «Вірусологія». У посібнику розглянуто теоретичні питання загальної вірусології, подано детальний план проведення практичних робіт, наведено перелік необхідної літератури, а також тестові завдання для самоконтролю.
Хочеться сподіватися, що навчальний посібник«Вірусологія. Методичні матеріали» виявиться корисним як студентам та викладачам вузів, так і фахівцям-вірусологам.
Розділ 1. Вірусологія як наука. Історія розвитку вірусології. Природа та походження вірусів.
ВІРУСОЛОГІЯ ЯК НАУКА
Вірусологія - наука, що вивчає природу та походження вірусів, особливості їх хімічного складу, генетики, будови, морфології, механізмів розмноження та взаємодії з клітинними організмами.
Вірусологія посідає важливе місце серед біологічних наук. Велике її теоретичне та практичне значення для медицини, ветеринарії та сільського господарства. Вірусні хвороби широко поширені у людини, тварин та рослин; крім того, віруси служать моделями, на яких вивчаються основні проблеми генетики та молекулярної біології. Вивчення вірусів призвело до розуміння тонкої структури генів, розшифрування генетичного коду, виявлення механізмів мутації.
Сучасна вірусологія включає такі розділи:
- загальна вірусологія, що вивчає основні принципи будови та розмноження вірусів, їх взаємодія зклітиною-господарем, походження та поширення вірусів у природі.
- приватна (медична, ветеринарна та сільськогосподарська) вірусологія вивчає особливості різних систематичних груп вірусів людини, тварин і рослин і розробляє методи діагностики, профілактики та лікування хвороб, що викликаються цими вірусами.
- молекулярна вірусологія досліджуємолекулярно-генетичну структуру вірусів, будову та функції вірусних нуклеїнових кислот, механізми експресії вірусних генів, процеси взаємодії з клітиною, природу стійкості організмів до вірусних захворювань, молекулярну еволюцію вірусів.
ІСТОРІЯ РОЗВИТКУ ВІРУСОЛОГІЇ
Перші згадки про вірусні хвороби людей і тварин зустрічаються в дійшли до нас письмових джерелахСтародавні народи. У них, зокрема, містяться відомості про епізоотії сказу у вовків, шакалів і собак та поліомієліт у Стародавньому Єгипті (II–III тис. років до н. е.). Про натуральну віспу було відомо у Китаї за тисячу років до нашої ери. Давню історіюмає також жовту лихоманку, яка протягом століть косила першопрохідців у тропічній Африці та моряків. Перші описи вірусних хвороб рослин відносяться до мальовничої строкатості тюльпанів, які вже близько 500 років вирощують голландські квіткарі.
Початком становлення вірусології як науки вважатимуться кінець ХІХ століття. Працюючи над створенням вакцини проти сказу, Л. Пастер у 80-х роках. XIX століття вперше застосував термін «вірус» (від латів. «virus» – отрута) для позначення інфекційного агента. Пастер був першим, хто почав використовувати лабораторні тварини в роботах з вивчення вірусів. Він інокулював матеріал, отриманий від хворих на сказ, у мозок кролика. Однак Пастер не робив різницю між вірусами як такими та іншими інфекційними агентами.
Першим, хто виділив віруси як самостійну групу інфекційних агентів, був учений російський Д. І. Івановський. У 1892 р. внаслідок своїх досліджень він дійшов висновку, що мозаїчну хворобу тютюну викликають бактерії, які проходять через фільтр Шамберлана, які, крім того, не здатні рости на штучних субстратах. Подані дані про збудника тютюнової мозаїки тривалий час були критеріями для віднесення збудників хвороб до «вірусів»: фільтрування через «бактеріальні» фільтри, нездатність рости на штучних середовищах, відтворення картини захворювання на фільтрат, звільнений від бактерій і грибів.
У 1898 р. М. Бейеринк підтвердив і розширив дослідження Д. І. Івановського про вірус тютюнової мозаїки та сформулював першу повноцінну теорію про віруси як про новий клас мікроорганізмів та збудників хвороб. Незважаючи на те, що багато закордонних учених приписували йому відкриття вірусів, М. Бейєрінк визнав пріоритет Д. І. Івановського.
У наступні роки мікробіологи та лікарі встановили вірусну етіологію багатьох антропонозних та зоонозних хвороб. Так, вже в 1898 р. Ф. Леффлер і П. Фрош встановили фільтрування збудника ящуру корів. Вони першими показали, що віруси можуть вражати як рослини, а й тварин.
Серія відкриттів нових вірусів припала на перше десятиліття XX століття. Почалася вона з досліджень У. Ріда, який встановив у 1901 р. вірусну природу тропічної жовтої лихоманки. У. Рід керував дослідженнями, під час яких було встановлено, що вірус жовтої лихоманки присутній у крові хворого протягом перших трьох днів захворювання і що він може передаватися при укусі комара; таким чином, вперше було показано, що віруси можуть передаватися комахами. Через сім років було доведено, що вірусними хворобами є також поліомієліт (К. Ландштейнер та Е. Поппер), лихоманка денге (П. Ашбері та Ч. Крейч) та лейкоз курей (В. Еллерман та О. Банг). У 1911 р. Ф. Раус навів незаперечні докази наявності у витяжці тканин саркоми курей онкогенного вірусу, здатного викликати пухлину у здорових птахів. Завдяки дослідженням X. Арагана та Е. Пашена (1911–1917 рр.) була при-
знана вірусна природа вітряної віспи. Поруч із ними Т. Андерсон
і Дж. Гольдберг встановили вірусну етіологію кору.
У 1915 р. Ф. Туортом було відкрито віруси бактерій. У 1917 р. незалежно від нього віруси бактерій було відкрито Ф. Д’Ерелем, який запровадив термін «бактеріофаг».
Друга хвиля відкриттів вірусів антропонозних хвороб посідає 30-ті гг. минулого століття. У 1933 р. У. Сміт, К. Ендрюс та П. Лейдлоу встановили, що грип викликають не бактерії, а віруси. До початку Другої світової війни до вірусних хвороб було зараховано епідемічний паротит (К. Джонсон, Е. Гудпасчур, 1934 р.), японський літньо-осінній комариний енцефаліт (М. Хаяші, А.С. Смородинцев, 1934–1938 рр.), даль-
у 1937 р. Г. Фіндлі та Ф. Мак-Каллум, а підтвердили це в експериментах на мавпах та людях-добровольцях у 1943–1944 роках. Д. Камерон, Ф. МакКаллум та В. Хавенс.
Перший крок у напрямку опису молекулярної структури вірусів був зроблений у 1935 р., коли В. Стенлі отримав кристали вірусу тютюнової мозаїки. Детально вивчити тонку структуру вірусів стало можливим у 50–60 роках. XX ст. після вдосконалення електронного мікроскопа.
У 1938 р. Тейлор отримав ослаблену живу вакцину проти жовтої лихоманки. Розроблена вакцина виявилася такою надійною та ефективною, що використовується до сьогодні. Вона врятувала мільйони життів та послужила моделлю для розробки багатьох наступних вакцин. Крім того, Тейлор удосконалив і ввів у систему використання як сприйнятливих тварин мишей. На початку 30-х років. Крім мишей почали використовувати також курячі ембріони, тобто. з'явилося ще одне джерело тканин, чутливих до зараження вірусами та здатних підтримувати їхнє розмноження.
Принаймні вдосконалення експериментальних систем розвивалися кількісні методи досліджень. Перший точний та швидкий метод підрахунку уражених вірусом клітин був розроблений у 1941 р., коли Г. Хірст продемонстрував, що вірус грипу викликає аглютинацію еритроцитів.
Розвитку вірусології сприяла розробка методу культур клітин. У 1949 р. у ключовому експерименті Дж. Ф. Ендерса, Т. Х. Уеллера та Ф. С. Роббінса було показано, що культури клітин здатні підтримувати зростання вірусу поліомієліту. Це відкриття сповістило про прихід ери сучасної вірусології і послужило поштовхом до низки досліджень, які зрештою призвели до виділення багатьох вірусів, що викликають серйозні захворюванняв людини. У 50-ті та 60-ті роки. ХХ століття були ви-
поділені деякі ентеровіруси та респіраторні віруси, встановлені причини великої кількостіхвороб, вірусне походження яких доти лише припускали. Так, наприклад, 1953 р. М. Блумберг відкрив вірус гепатиту B і створив проти нього першу вакцину. У 1952 р. Р. Дюльбекко застосував до вірусів тварин метод бляшок.
Відкриття бактеріофагів було оцінено лише наприкінці 30-х рр., коли віруси бактерій почали використовувати як зручну модель вивчення взаємодії вірус-клітина в генетичних і біохімічних дослідженнях. У 1939 р. Е. Елліс та М. Дельбрюк висунули концепцію «одноетапного циклу зростання вірусу». Ця робота заклала основи розуміння характеру репродукції вірусів, що полягає у збиранні окремих компонентів.
Важливі для молекулярної біології відкриття було зроблено під час використання як об'єктів досліджень вірусів тварин. У 1970 р. Х. М. Темін та Д. Балтімор незалежно один від одного відкрили у ретровірусів зворотну транскриптазу, здатну здійснювати синтез ДНК на матриці РНК. У 1976 р. Д. Бішоп та Х. Вармус виявили, що онкоген вірусу саркоми Рауса присутній також у геномах нормальних клітин тварин та людини. У 1977 р. Робертс і Ф. Шарп незалежно один від одного показали переривчасту структуру генів аденовірусів. У 1972 р. П. Берг створив перші рекомбінантні молекули ДНК, побудовані на основі кільцевого ДНК-генома вірусу SV40 з включенням генів фага і галактозного оперону Escherichia coli. Ця робота дала початок технології рекомбінантних ДНК. У 1977 р. стала відома перша повна нуклеотидна послідовність геному біологічного об'єкта: Х. Е. Сенгер із співробітниками визначили нуклеотидну послідовність геному фага ØX174. У 1990 р. була здійснена перша успішна спроба застосування генотерапії в клінічній практиці: дитині, яка страждає на важкий комбінований імунодефіцит, захворюванням, пов'язаним з дефектом гена аденозиндезамінідази, була введена нормальна копія гена з використанням вектора, побудованого на основі.
У 50-60 роках. також проводилися дослідження щодо вивчення нетипових вірусних агентів. У 1957 р. Д. Гайдушек припустив, що хворобу куру викликається одним із вірусів повільних інфекцій. Проте лише 1982 р. було виявлено природу вірусів повільних інфекцій («slow virus»), коли З. Прузинер продемонстрував, що скріпки викликається інфекційними білками, названими їм пріонами.
У 1967 р. Т. О. Дайнер відкрив віроїди, інфекційні агенти, що є кільцевими молекулами РНК, викликають захворюванняу рослин.
У Наступні роки перелік відкритих вірусів продовжував поповнюватися. У 1981 р. виділено вірус лейкеміїТ-лімфоцитів людини - пер-
ний вірус, для якого була достовірно встановлена здатність викликати рак у людини.
ПРИРОДА І ПОХОДЖЕННЯ ВІРУСІВ
Уявлення про природу вірусів від часу їх відкриття зазнали значних змін.
Д.І. Івановський та інші дослідники на той час підкреслювали дві властивості вірусів, що дозволили виділити в окрему групу живих організмів: фильтруемость і нездатність розмножуватися на штучних поживних середовищах. Пізніше з'ясувалося, що ці властивості не абсолютні, тому що були виявлені форми бактерій (L-форми) і мікоплазми, що не зростають на штучних живильних середовищах і за розмірами наближалися до найбільших вірусів (вірус віспи, мімівірус, мегавірус, пандоравірус).
До унікальних властивостей вірусів належить їхній спосіб розмноження, який різко відрізняється від способу розмноження всіх інших клітин та організмів. Віруси не ростуть, їх розмноження позначається як диз'юнктивна репродукція, що підкреслює роз'єднаність у просторі та часі синтезу вірусних компонентів з подальшим збиранням та формуванням віріонів.
У зв'язку з вищевикладеним неодноразово виникали дискусії з приводу того, що таке віруси – живе чи живе, організми чи організми? Безумовно, віруси мають основні властивості всіх інших
форм життя – здатністю розмножуватися, спадковістю, мінливістю, пристосовністю до умов зовнішнього середовища. Вони займають певну екологічну нішу, ними поширюються закони еволюції органічного світу. На середину 40-х гг. ХХ століття склалося уявлення про віруси як про найпримітивніші мікроорганізми. Логічним розвиткомцих поглядів було запровадження терміна «віріон», що позначав позаклітинний вірусний індивід. Однак з розвитком досліджень з молекулярної біології вірусів стали накопичуватися факти, що суперечать уявленню про віруси як організми. Відсутність власної білок-синтезуючої системи, диз'юнктивний спосіб репродукції, інтеграція з клітинним геномом, існування вірусних сателітів та дефектних вірусів, феноменів множинної реактивації та комплементації – все це мало вкладається в уявлення про віруси як організми.
Всі віруси, включаючи сателіти та дефектні віруси, віроїди та пріони, мають щось спільне, що їх об'єднує. Всі вони є автономними генетичними структурами, здатними функціонувати та репродукуватися у сприйнятливих до них клітинах різних груп бактерій, грибів, рослин та тварин. Це найповніше визначення, що дозволяє окреслити царство вірусів.
Згідно з другою гіпотезою, віруси є нащадками древніх, доклітинних форм життя - протобіонтів, що передували появі клітинних форм життя, з яких і почалася біологічна еволюція.
Вірусологія (від латів. vīrus - «отрута» та грецьк. logos - слово, вчення) - наука про віруси, розділ біології.
Вірусологія виділилася самостійну дисципліну в середині XX століття. Вона виникла як гілка патології – патології людини та тварин з одного боку, та фітопатології – з іншого. Спочатку вірусологія людини, тварин та бактерій розвивалася в рамках мікробіології. Наступні успіхи вірусології значною мірою засновані на досягнення суміжних природничих наук - біохімії та генетики. Об'єктом дослідження вірусології є субклітинні структури – віруси. За своєю будовою та організації вони відносяться до макромолекул, тому з того часу, коли оформилася нова дисципліна, молекулярна біологія, що об'єднала різні підходи до вивчення структури, функцій та організації макромолекул, що визначають біологічну специфічність, вірусологія стала також складовоюмолекулярної біології. Молекулярна біологія широко застосовує віруси як інструмент дослідження, а вірусологія на вирішення своїх завдань використовують методи молекулярної біології.
Історія вірусології
Вірусні хвороби, такі як віспа, поліомієліт, жовта лихоманка, строкатість тюльпанів відомі з давніх-давен, проте про причини, що їх викликають довгий час ніхто нічого не знав. Наприкінці XIX століття, коли вдалося встановити мікробну природу ряду інфекційних захворювань, патологи дійшли висновку, що багато поширених хвороб людини, тварин і рослин не можна пояснити зараженням бактеріями.
Відкриття вірусів пов'язане з іменами Д.І.Івановського та М.Бейєрінка. У 1892 р. Д.І.Івановський показав, що захворювання тютюну - тютюнова мозаїка - може бути перенесено від хворих рослин до здорових, якщо їх заразити соком хворих рослин, попередньо пропущеним через спеціальний фільтр, що затримує бактерії. У 1898 року М.Бейеринк підтвердив дані Д.И.Ивановского і сформулював думку, що захворювання викликається не бактерією, а принципово новим, відмінним від бактерій, інфекційним агентом. Він назвав його contagium vivum fluidum - живий рідкий заразний початок. Тоді для позначення інфекційного початку будь-якої хвороби вживали термін «virus» - від латинського слова «отрута», «отруйне начало». Сontagium vivum fluidum стали називати вірусом, що фільтрується, а пізніше - просто «вірусом». У тому ж, 1898 року Ф.Лефлер і П.Фрошш показали, що крізь бактеріальні фільтри проходить збудник ящуру великої рогатої худоби. Незабаром після цього було встановлено, що інші хвороби тварин, рослин, бактерій і грибів викликаються подібними агентами. У 1911 році П.Раус відкрив вірус, що викликає пухлини у курей. 1915 року Ф.Туорт, а 1917 року Ф.Д'Ерель незалежно один від одного відкрили бактеріофаги - віруси, що руйнують бактерії.
Природа цих збудників хвороб залишалася незрозумілою понад 30 років - до початку 30-х років. Це пояснювалося тим, що до вірусів не можна було застосувати традиційні мікробіологічні методи дослідження: віруси, як правило, не видно світловим мікроскопом і не ростуть на штучних живильних середовищах.
Категорії:Деталізуючі поняття:Скільки б не проводилося досліджень, вчені визнають, що віруси залишаються досі мало вивченими, а тому їхнє поширення та вплив на людський організм та на навколишнє середовище загалом спрогнозувати досить складно. І справа не тільки в тому, що вивчення інфекційних мікроорганізмів потребує наявності кваліфікованих кадрів, спеціального обладнання та чималих засобів, оскільки кожен вірус має свою структуру, особливості розмноження та стійкість до зовнішнього середовища.
Головна проблема в тому, що в стерильних лабораторних умовах поведінка мікроорганізмів відрізняється від зовнішнього середовища - хоча б тому, що в природних умовах вони взаємодіють з іншими організмами і це неминуче відбивається на їхньому розвитку та мутаціях. Тому досі природа вірусів, історія їх виникнення та розвитку досконально та не вивчені.
Ще одна серйозна проблема – мутації вірусів, їх зміна під впливом довкілля. Доводиться постійно змінювати умови експериментів, вести статистику за швидкістю та формою появи мутації, впливати на них різними медичними препаратами.
Але, незважаючи на всі складнощі, дослідження у цій сфері продовжуються, адже кожна інновація наближає до створення нових ефективних ліків, попередження захворювань та епідемій. Це особливо важливо, враховуючи той факт, що віруси здатні вражати всі існуючі клітини як рослин, так і людини. Тільки за останні кілька місяців з'явилося безліч перспектив відкриттів, про найважливіші з них і йтиметься далі мова.
3D допоможе краще впізнати ворога
Вперше в історії дослідники зі шведської Національної прискорювальної лабораторії SLAC отримали за допомогою унікального рентгенівського лазера тривимірне зображення, яке демонструє частину внутрішньої структури інфекційного вірусу. У статті, опублікованій у свіжому номері Physical Review Letters, йдеться про те, що вчені досліджували так званий мімівірус, який відноситься до категорії гігантських вірусів, розміри яких у тисячі разів більші за звичайні. Мімівірус також відрізняється генетичною складністю - він має майже тисячу великих генів, що набагато більше, ніж у ВІЛ.
Фахівці давно намагаються дізнатися більше про мімівіруси - їх походження, а також про те, чи запозичують вони згодом гени в організму-господаря, проте більшість експериментів заходило в глухий кут. Шведські фізики використали нову методику, яка дозволила створити тривимірну модель вірусу. За допомогою складного програмного забезпечення, розробленого в Корнельському університеті, дослідники зробили безліч фото та склали окремі знімки різних вірусних частинок в одне загальне 3D-зображення мімівірусу. Це дозволило отримати максимально повну і достовірну інформацію.
Технологія відкриває нову еруу вірусології: тепер вивчати мікроби, а, відповідно, боротися з ними буде набагато простіше. Найближчим часом планується таким же чином дослідити віруси, які за розміром менші за мімівірус, але найчастіше небезпечніші, включаючи грип, герпес та ВІЛ.
Грип - Рідкісне захворювання
У новому номері журналу PLOS Biology з'явилося цікаве дослідження, що свідчить про те, що дорослі старше 30 років хворіють на грип максимум один раз на п'ять років. Такого висновку дійшла міжнародна група вчених, очолювана фахівцями Лондонського імперського коледжу. Вчені кажуть, що при постановці діагнозу більшість лікарів роблять фатальну помилку, плутаючи вірус грипу з застудою або хворобами, спричиненими різними збудниками розпіраторних та інфекційних захворювань типу риновірусами або коронавірусами.
Дослідники проаналізували зразки крові у 151 добровольця з Південного Китаю, перевіряючи їх на рівні антитіл проти дев'яти виявлених у тих місцях різних штамів вірусу грипу. У процесі дослідження з'ясувалося, що діти хворіють на грип один раз на два роки, але згодом набувають імунітету.
У результаті грип для дорослих - досить рідкісне захворювання і виявити його можна виключно за аналізом крові, а аж ніяк не за "зовнішніми традиційними" симптомами. Це відкриття глобально змінить підхід до діагностики простудних захворювань, а також методикою їх лікування
Крокодили навчать боротися з мікробами
Вчені з Університету Джорджа Мейсона з'ясували, що алігатори мають унікальну імунну систему, яка захищає їх від всіляких вірусів і мікробів. Подробиці дослідження описані в останньому номері журналу PLoS ONE.
Раніше фахівці з Університету Луїзіани виявили, що сироватка крові рептилій здатна знищувати 23 штами бактерій і навіть боротися з ВІЛ. Тоді хіміки дійшли висновку, що протимікробними молекулами в крові алігаторів, швидше за все, є ферменти, що розщеплюють особливий тип ліпідів.
Нинішній експеримент показав, що протимікробними молекулами в сироватці крові алігаторів є пептиди CAMP, або, як їх ще називають, катіонні антимікробні пептиди. Досліди, зокрема, показали, що вони успішно знищують кишкову паличку, золотистий стафілокок та синьогнійну паличку.
Результати дослідження стануть основою для створення нового покоління антибіотиків, адже проти більшості препаратів віруси вже виробили стійкість.
Простий спосіб вбити ВІЛ
Представники Науково-дослідного інституту Скрипса за сприяння провідних американських лабораторій створили новий вид вакцини проти ВІЛ. Деталі дослідження описані в журналі Nature.
Вірус імунодефіциту - один із найпідступніших, оскільки він активно мутує та пристосовується до всіх наявних препаратів. Багато в чому це пояснює той факт, що ефективних ліків проти нього поки що немає.
Новий експериментальний препарат eCD4-Ig блокує практично всі штами вірусу імунодефіциту, повністю знешкоджуючи їх. Немаловажно, що при проведенні дослідів на мавпах жодної імунної відповіді організму на eCD4-Ig виявлено не було.
Очевидно, білок, що став основою вакцини, схожий на той, що міститься в клітинах живого організму. Дослідження також показали, що препарат зв'язується з оболонкою ВІЛ-1 набагато краще, ніж передові нейтралізуючі антитіла, тому він може стати дієвою альтернативою існуючим вакцинам проти ВІЛ.
Для доставки в організм eCD4-Ig використовується аденоасоційований вірус, який не викликає жодних захворювань. Після ін'єкції в м'язову тканину, він перетворює клітини на заводи з виробництва нового захисного білка, які будуть активні протягом багатьох років, а можливо, і можливо, і десятиліття. Розробники препарату сподіваються, що клінічні випробування вакцини на людях розпочнуться вже цього року, адже препарат обіцяє назавжди позбавити людство одного зі смертельних захворювань.
Біологічна зброя у дії
Як відомо, віруси можуть стати одним із найбільш дієвих видів біологічної зброї: наприклад, якщо випустити віспу, то буде знищено більше половини населення всієї земної кулі. Також доведено, що деякі віруси мають сильний вплив на свідомість живих істот. У цьому вкотре переконалися фахівці з французького Університету Перпіньян, які опублікували наукову роботу з цієї теми у журналі Процедури The Royal Society.
Все починається з того, що оса відкладає свої яйця, а разом з ними і особливий вірус DcPV, усередину живих сонечок. Через три тижні, личинка оси виходить із тіла жертви і пряде кокон, а Божа корівкастає повністю паралізованою.
Вірус DcPV, який ідентифікували нещодавно, вважається найближчим "родичем" вірусу поліомієліту, що викликає параліч. Також встановлено, що активно розмножуючись, він уражає нервову систему. Всі ці симптоми наочно демонструє сонечко, мозок якого окупований DcPV.
РОЗПОВІСТИ ДРУЗЯМ
Можливо, буде корисно почитати:
- Сумісність Риб і Риб: безкорислива любов чи нестабільні відносини Сумісність по гороскопу риби немов;
- Як повернути коханого чоловіка без спілкування - перевірені змови сильних відунів Як повернути людину до себе;
- Сколеціфобія та боротьба з нею;
- Експерти висловилися за продовження роботи МКС;
- Будова та життєдіяльність інфузорій на прикладі інфузорії-туфельки;
- Архієпископ Іонафан (Єлецьких): Біля витоків народження Української Православної Церкви;
- Влада курганської області не платить регіональний маткапітал Губернатор Осипов виконує федеральні установки на прозорість виборів;
- Салат з пекінською капустою та крабовими паличками Салат пекінською капустою кукурудзою крабовими;