Формы взаимодействия вирусов с клеткой и макроорганизмом

Различные вирусы при взаимодействии с клетками хозяина, в которых они паразитируют, обладают цитоцидным или бласттрансформирующим (онкогенные вирусы) действием, а по результатам этих взаимодействий делятся на:

манифестные вирусные инфекции.

Персистентные вирусные инфекции.

Вирусы, не вызывающие никаких изменений.

Манифестные вирусные инфекции включают все вирусные инфекции, которые протекают с выраженными клиническими проявлениями и говорят о поражении вирусом тех или иных клеток органов или систем человека и животных. Они протекают с выраженным цитопатическим эффектом – гибелью пораженных вирусом клеток. Модус данного взаимодействия – острая инфекция. Примером данных заболеваний могут служить грипп, корь, желтая лихорадка, эпидемический паротит, бешенство, клещевой энцефалит и др.

Персистентные вирусные инфекции характеризуются поражением клеток интеграционным провирусом, геном которого редублицируется с клетками хозяина и в комплексе нового качества клетки ведет к ее изменению (механизм близок к взаимодействию с бактериальной клеткой профага).

Ничего не вызывающие вирусы организма выделяются в достаточном количестве с поверхности слущивающегося эпидермиса, из испражнений, отделяемого слизистых, а также из объектов окружающей среды.

Под вирусной инфекцией понимают комплекс процессов, происходящих при взаимодействии инфекционного агента с организмом хозяина.

В связи с тем, что вирусы являются облигатными внутриклеточными паразитами, а точнее генетическими паразитами, в основе их взаимодействия с организмом всегда лежит инфекционный процесс на уровне клетки. Поэтому вирусные инфекции классифицируют как на клеточном уровне, так и на уровне организма.

Классификация вирусных инфекций на клеточном уровне

Вирусы – облигатные внутриклеточные паразиты, способные только к внутриклеточному размножению. В вирусинфицированной клетке возможно пребывание вирусов в различных состояниях:

воспроизводство многочисленных новых вирионов;

пребывание нуклеиновой кислоты вируса в интегрированном состоянии (в виде провируса);

существование в цитоплазме клетки в виде кольцевых нуклеиновых кислот, напоминающих плазмиды бактерий.

Поэтому диапазон нарушений, вызываемых вирусом, весьма широк: от выраженной продуктивной инфекции, завершающейся гибелью клетки, до продолжительного взаимодействия вируса с клеткой в виде латентной инфекции или злокачественной трансформации клетки.

Различают три типа взаимодействия вируса с клеткой: продуктивный, абортивный и интегративный.

1. Продуктивный тип — завершается обра­зованием нового поколения вирионов и ги­белью (лизисом) зараженных клеток (цитолитическая форма). Некоторые вирусы выходят из клеток, не разрушая их (нецитолитическая форма).

2. Абортивный тип — не завершается обра­зованием новых вирионов, поскольку инфек­ционный процесс в клетке прерывается на одном из этапов.

3. Интегративный тип, или вирогения — характеризуется встраиванием (интеграцией) вирусной ДНК в виде провируса в хромосому клетки и их совместным сосуществованием (совместная репликация).

□ Дефектные вирусы существуют как само­стоятельные виды, которые репродуциру­ются лишь при наличии вируса-помощника (например, вирус гепатита D репродуциру­ется только в присутствии вируса гепатита В).

□ Дефектные вирионы обычно лишены части генетического материала и могут на­капливаться в популяции многих вирусов при множественном заражении клеток.

Абортивный тип взаимодействия чаще на­блюдается при заражении нечувствительных клеток стандартным вирусом. Механизм гене­тически обусловленной резистентности кле­ток к вирусам широко варьирует. Он может быть связан: с отсутствием на плазматической мембране специфических рецепторов для ви­русов; с неспособностью данного вида клеток инициировать трансляцию вирусной иРНК; с отсутствием специфических протеаз или нуклеаз, необходимых для синтеза вирусных макромолекул, и т. д.

Абортивный тип взаимодействия может также возникать при изменении условий, в которых происходит репродукция вирусов: повышение температуры организма, измене­ние рН в очаге воспаления, введение в орга­низм противовирусных препаратов и др. При устранении неразрешающих условий абор­тивный тип переходит в продуктивный тип взаимодействия вирусов с клеткой.

Интегративный тип взаимодействия вирусов с клеткой (вирогения)

Это взаимное сосуществование вируса и клетки в результате интеграции (встраива­ния) нуклеиновой кислоты вируса в хро­мосому клетки хозяина. При этом интег­рированный геном вируса реплицируется и функционирует как составная часть генома клетки.

Интегративный тип взаимодействия ха­рактерен для умеренных ДНК-содержащих бактериофагов, онкогенных вирусов и не­которых инфекционных вирусов как ДНК-содержащих (например, вируса гепатита В), так и РНК-содержащих (например, вируса иммунодефицита человека). Для интегра­ции с геномом клетки необходимо наличие кольцевой формы двунитевой ДНК-вируса. Геном ДНК-содержащих вирусов в кольце­вой форме прикрепляется к клеточной ДНК в месте гомологии нуклеотидных последо­вательностей и встраивается в определен­ный участок хромосомы при участии ряда ферментов (рестриктаз, эндонуклеаз, лигаз).

У РНК-содержащих вирусов процесс ин­теграции более сложный. Он начинается с механизма обратной транскрипции, кото­рый заключается в синтезе комплементар­ной нити ДНК на матрице вирусной РНК с помощью вирусоспецифического фермента обратной транскриптазы (ревертазы). После образования двунитевой ДНК и замыкания ее в кольцо происходит интеграция ДНК-транскрипта в хромосому клетки (рис. 3.4). Встроенная в хромосому клетки ДНК ви­руса называется провирусом, или провирусной ДНК. Провирус реплицируется в составе хромосомы и переходит в геном дочерних клеток, т. е. состояние вирогении наследует­ся. Однако под влиянием некоторых физи­ческих или химических факторов провирус может исключаться из хромосомы клетки и переходить в автономное состояние с разви­тием продуктивного типа взаимодействия с клеткой.

Дополнительная генетическая информация провируса при вирогении сообщает клетке новые свойства, что может быть причиной онкогенной трансформации клеток и разви­тия опухолей, а также развития аутоиммун­ных и хронических заболеваний. Сохранение вирусной информации в виде провируса в составе клеточного генома и передача ее по­томству лежит в основе персистенции (лат. persistentia — упорство, постоянство) вирусов в организме и развития латентных (скрытых) вирусных инфекций.

Инфекция автономная, когда вирусный геном реплицируется независимо от клеточного генома. Автономная форма характерна для большинства вирусов человека и животных.

Если вирусный геном интегрирует в состав клеточного генома, т.е. интегрирует с клеточным геномом и реплицируется вместе с ним, такая инфекция называется интеграционной (вирогения). Интегрировать могут как полный геном, так и часть генома. При гепатите B возможна интеграция полного генома, при аденовирусных и герпесвирусных инфекциях может интегрировать как полный геном, так и его часть. При интеграционных инфекциях нет ни сборки вирусной частицы, ни выхода вируса из клетки. Клетка может сохранить функции и при ее делении вирусные последовательности могут переходить в геном дочерних клеток. Такая ситуация наблюдается в случае инфекции, вызываемой ВИЧ, онкогенными вирусами.

Интеграционный тип инфекции возможен для нескольких семейств ДНК-содержащих вирусов: адено-, папиллома-, герпесвирусами, вирусом гепатита В и обязателен для ретровирусов, имеющих фермент – обратную транскриптазу (ВИЧ). Возникшая интеграция может явиться причиной ряда хронических и аутоиммунных заболеваний.

После образования вирусного потомства клетка либо погибает, либо выздоравливает и не содержит вирусных компонентов. Инфекция может быть цитолитической и нецитолитической, в зависимости от судьбы зараженной клетки. Лизис клетки – инфекция цитолитическая, нет лизиса – нецитолитическая.

Классификация вирусных инфекций на уровне организма

В основу классификации положено четыре фактора:

генерализация вируса;

продолжительность инфекции;

проявление клинических симптомов;

выделение вируса в окружающую среду.

Вирусные инфекции можно разделить на две большие группы:

Ø очаговые, когда действие вируса проявляется у входных ворот инфекции;

Ø г енерализованные, при которых после ограниченного периода репродукции вируса в первичных очагах происходит генерализация инфекции.

Очаговые инфекции имеют более короткий инкубационный период, защитными факторами организма при этих инфекциях являются антитела класса IgА, эффективные вакцины – это те, которые стимулируют секреторные антитела.

При генерализованных инфекциях большое значение в защите организма имеют гуморальные антитела.

Примеры очаговых инфекций – респираторные и кишечные вирусные инфекции, генерализованных – оспа, корь, полиомиелит.

По длительности взаимодействия с макроорганизмом инфекция может быть острой и персистентной.

Острая инфекция соответствует продуктивной инфекции на уровне клетки. Она может протекать как в клинически выраженной, так и инаппарантной форме. Острая инфекция длится недолго и протекает с выделением вирусов в окружающую среду. В конце наступает элиминация вирусов благодаря иммунным механизмам. Острая инфекция может завершаться выздоровлением или гибелью организма.

Персистентные инфекции (от лат. – persistenta – упорство, постоянство). Персистентная инфекция в зависимости от выделения вируса в окружающую среду и появления симптомов заболевания проявляется в виде:

вирусоносительства;

латентной инфекции;

хронической инфекции;

медленной вирусной инфекции.

Один и тот же вирус может вызвать острую и персистентную инфекцию в зависимости от состояния организма и в первую очередь его иммунной системы. Например, вирус кори вызывает как острую инфекцию, так и длительно текущую – подострый склерозирующий панэнцефалит. Точно также вирусы герпеса, гепатита В и аденовирусы.

Латентная инфекция – скрытая инфекция, не сопровождается выделением вирусов в окружающую среду. Однако при неблагоприятных факторах он может активизироваться и перейти в острую или хроническую форму. При латентной инфекции вирус не удается обнаружить с помощью диагностических приемов в связи с тем, что он находится в дефектной форме или интегрирован в геном клетки. Этот процесс плохо изучен. Значительно большая ясность имеется в вопросе реактивации вируса. Считается, что для этого необходимо действие одного или нескольких активирующих факторов (травма, стресс, иммуносупрессия, суперинфицирование и др.). В результате латентная инфекция переходит манифестную форму — развиваются симптомы, свойственные острой инфекции. Примерами латентных инфекций служат герпесвирусные, цитомегаловирусные инфекции, и ряд других.

Хронические инфекции – длительный патологический процесс, сопровождающийся периодами обострения и ремиссий. Сопровождаются выделением вируса в окружающую среду. Пример – хроническая форма вирусных гепатитов.

Медленные инфекции – характеризуются длительным инкубационным периодом, прогрессирующим течением и неизбежной смертью. Пример – ВИЧ- инфекция, Т-клеточная лимфома, подострый герпетический энцефалит, подострый склерозирующий панэнцефалит, рассеянный склероз и др. В настоящее время все вирусные сывороточные гепатиты также относят к разряду медленных вирусных инфекций. Кроме вирусов, медленные инфекции вызывают прионы — инфекционные безнуклеиновые структуры, состоящие из низкомолекулярного белка (относятся к разряду конформационных болезней). Как правило, при медленных инфекциях поражается ЦНС.

Персистентные инфекции являются серьезной проблемой современной вирусологии и медицины. Персистенция вирусов обусловливает их сохранение как биологического вида и является причиной изменчивости свойств вирусов в их эволюции.

Способность к персистенции выработалась у многих вирусов как механизм длительного сохранения в организме теплокровного хозяина или членистоногого переносчика.

Однако способность вызывать персистирующую или латентную инфекцию не является общим свойством для всех вирусов. Например, ВНО и отдельные возбудители геморрагических лихорадок либо вызывают смерть инфицированного, либо разрешаются с развитием стерильного иммунитета. Сколь бы многочисленной не осталась пережившая эпидемию популяция, они в ней не сохраняются, а для их поддержания в природе используются другие механизмы (членистоногие переносчики, другие виды хозяев).

Один и тот же вирус может вызывать латентную и острую инфекцию в зависимости от вида хозяина (переносчика). Например, резервуаром вирусных инфекций энцефалита, геморрагических и других видов лихорадок являются лани, олени, мыши, у которых вирусная инфекция протекает в латентной форме. Переносчиками этих вирусных инфекций чаще всего являются клещи, получившие вирус от носителя, причем некоторые виды вирусных инфекций передаются трансовариально потомству клещей. Человек, попавший в это звено и укушенный клещом, заболевает одним из видов уже манифестной вирусной инфекции (клещевой энцефалит, геморрагическая лихорадка и др.). Так же выглядит и сохранение в природе вируса бешенства. «Дикование животных» как симптом многолетнего заболевания персистирующей вирусной инфекцией бешенства у песцов крайнего Севера, бессимптомное носительство вируса бешенства у многососковых крыс, населяющих Саванну в Африке при нападении хищников, вызывает у них острую вирусную инфекцию, а при попадании в эту цепочку человека – вызывает заболевание бешенства у человека – манифестную вирусную инфекцию.

Один и тот же вирус может вызывать латентную или острую инфекцию в зависимости от иммунокомпетентностихозяина. Поэтому, можно считать, что способность вызывать латентные инфекции является проявлением более глубокой специализации к хозяину вируса, утратившего связь с первичным резервуаром. Латентность этих вирусов необходимо рассматривать только как их свойство, проявляющееся в иммунокомпетентном хозяине, т.е. вирусы такого типа способны использовать обе стратегии паразитизма, но в разной степени. Основную для них вторую стратегию они используют в иммунокомпетентных хозяевах, а в иммунодефицитных вынужденно проявляют первую – острая инфекция.

Методы диагностики вирусных инфекций

Для микробиологической диагностики вирусных инфекций в настоящее время применяют три основных методических подхода.

Вирусологическая диагностика – основана на выделении вируса из ис­следуемого материала и его последующей индикации и идентификации.

Серологическая диагностика – определение специфических им­мунологических изменений в организме под действием вирусов (чаще всего с помощью диагностикумов выявляют в сыворотке крови противовирусные антитела).

Молекулярно-биологическая диагностика – обнаружение в кли­ническом материале фрагментов нуклеиновых кислот вирусов-воз­будителей с помощью зондов (гибридизация НК) или ПЦР.