Лекция: Вирусы и их воздействие на человека.

В природе широко распространены вирусные болезни людей, животных (млекопитающих, птиц, рыб, насекомых и др.), растений, простейших и даже бактерий. Они сопутствуют всему живому. Как и все живое, вирусы эволюционируют, имеют свою экологическую нишу и выполняют свою «биосферную» роль.

Первоначально вирусология развивалась в рамках микробиологии, а в самостоятельную научную дисциплину она выделилась лишь в середине ХХ столетия. Почему очень сложны методы работы с вирусами?

По методам работы вирусология существенно отличается от микробиологии. Прежде всего это связано с тем, что вирусы (для целей исследования) не удается культивировать, в отличие от бактерий, на питательных средах. Как вы знаете, жизнедеятельность вирусов проявляется только в живой клетке. Вирусная частица (вирион), находясь вне клетки, инертна, статична, не воспроизводит себя (не реплицируется) и не проявляет обменных процессов (метаболизма).

Для выращивания вирусов был найден метод использования живых клеток изолированных тканей (человека, куриных эмбрионов или животных, чувствительных к данному вирусу). Ткани культивируют в искусственных питательных растворах. Культивирование и идентификация вирусов – основные вирусологические методы, используемые и для теоретических исследований, и для практических целей диагностики.

Как проявляется вирусная инфекция?

Все проявления вирусной инфекции (и в многоклеточном организме) происходят только на клеточном уровне. Распространение вируса совершается путем повторения цикла: «взаимодействие вируса с клеткой – выход потомства вируса во внеклеточную среду – проникновение в клетки – и т.д.» Механизм взаимодействиям вируса с клеткой сегодня полностью расшифрован на молекулярном уровне и это позволило осуществлять целенаправленный поиск противовирусных препаратов. Какова общая стратегия создания противовирусных препаратов?

Вспомним, каким образом начинается взаимодействие вируса и клетки: вирусные частицы адсорбируются на поверхности клетки. При этмо вирусы прикрепляются только к определенному виду клеток, имеющих сходный с ними химический состав липидов клеточной мембраны. Ферменты вируса растворяют липиды клеточной мембраны.

Стратегия вируса: проникнуть в клетку!

Стратегия вирусолога: противодействие адсорбции вируса (созданы препараты – декстрансульфаты и аналоги нейраминовой кислоты) и противодействие разрушению клеточных липидов (разработаны препараты амантадин и ремантадин).

Для борьбы с вирусами, проникшими в клетку, создаются препараты по принципиально той же схеме: ингибиторы ферментов каждого последующего этапа взаимодействия вируса и клетки. Например, ингибиторы репликации вируса – амиксин, рибовирин и др. Созданы ингибиторы декапсидации, репликации, сборки, почкования и всех других этапов жизни вируса в клетке.

Мы рассмотрели принципы поиска противовирусных препаратов только на клеточном уровне. Однако достижения фундаментальных и клинических исследований позволяют изучить развитие вирусной инфекции в организме на четырех уровнях: молекулярно-генетическом, клеточном, на уровне тканей и органов, систем и на уровне организации целостного организма.

Означают ли успехи современной вирусологии победу над вирусными инфекциями?

Вирус – это живой организм, избравший себе экологическую нишу – живую клетку другого организма. Его можно назвать паразитом на генетическом уровне. Обратим внимание: при взаимодействии вируса с клеткой происходят глубокие преобразования и вирусных компонентов и структур, входящих в состав клетки-хозяина. В результате возникает новая биологическая система, которую можно рассматривать как комплекс «вирус-клетка». В нем – временно или постоянно – вирусные компоненты включены в структурно-функциональный аппарат клетки-хозяина. Эта связь может быть столь прочной, что способна сохраняться и в следующих генерациях. Следовательно, конечный результат вирусной инфекции может широко варьировать. Например:

репликация вируса и разрушение клетки-хозяина;

разрушение вируса, прерывающее вирусную инфекцию, утрата вируса клеткой без видимых для нее последствий (возможно, и под действием противовирусного лечения);

встраивание вирусной нуклеиновой кислоты в геном клетки-хозяина и их совместное существование;

со временем пути вирусной частицы и клетки могут расходиться .

Каждая популяция вируса, как и популяции любых живых организмов, адаптируется к выживанию в изменяющихся условиях различными путями. Например, если выживет даже небольшая часть вируса в условиях применения химиопрепарата, то его потомство окажется нечувствительным к этому препарату. Так, через несколько лет появилась разновидность вируса, нечувствительного к ремантадину – ранее высоко активному противовирусному препарату.

Неустанно борется с вирусной инфекцией иммунная система общего и клеточного иммунитета. Вирусы «не сдаются»:

Вирус гриппа А подавляет синтез защитного белка клетки – интерферона.

Вирус герпеса «научился» жить в клетках иммунной системы, снижая общий иммунитет организма человека.

Вирус СПИДа достиг «наибольших успехов» в подавлении иммунной защиты организма. Как вы же знаете, во всех проявлениях иммунных реакций важнейшее участие принимают Т-лимфоциты. Вирус ВИЧ поражает именно Т-лимфоциты. Через несколько месяцев или лет после проникновения вируса ВИЧ в кровь большинство Т-лимфоцитов гибнет, что нарушает взаимодействие клеток сначала в реакциях приобретенного, а затем и врожденного иммунитета и делает человека беззащитным перед любой инфекцией. Результатом становится развитие синдрома приобретенного иммунодефицита (СПИД).

Адаптационные возможности вирусов очень велики. Одни из них реплицируются в условиях высокой температуры тела, другие утратили эту способность; некоторые «успешно» сосуществуют в смешанных инфекциях. Очень высокую способность к изменчивости проявляет семейство вирусов гриппа.

Почему иммунитет к гриппу не является надежной защитой от новых эпидемий?

Вирус гриппа обладает уникальной способностью к изменчивости путем постепенного накопления мутационных изменений (замены фрагментов его генома на новые структуры). На протяжении ХХ столетия этот процесс приводил к ежегодным эпидемиям, вызываемым все новыми модификациями белковых структур вируса. Население, перенесшее грипп определенного типа в прошлой эпидемии, не имеет иммунитета к генетически измененной белковой структуре поверхности белков «нового» вируса. Это же относится и к противогриппозной вакцине, которая создается к определенному типу вируса.

Какова стратегия вирусологов в подобной ситуации? Прежде всего: отследить первые вспышки заболевания животных и человека в различных регионах, выделить вирус и исследовать его молекулярную структуру, от которой зависит его патогенность. Выяснить – новый ли это возбудитель? Затем – приготовить к нему вакцину для массовой вакцинации населения. Этот сложный процесс включает в себя: предварительные стадии приготовления непатогенного вакцинного вируса; проведение доклинических испытаний;

клинические испытания; организация производственного выпуска вакцин; контроль и распределение вакцин среди населения.

Проблемы взаимодействия человека и вируса очень сложны по многим аспектам. Так, например:

Вирусные заболевания остроинфекционны и могут вызывать массовую гибель людей (эпидемии, пандемии).

Вирус как биологический вид – это внутриклеточный паразит на молекулярно-генетическом уровне, способный эволюционировать и эффективно адаптироваться к изменяющимся условиям (поражать иммунную систему человека и животных, адаптироваться к химиопрепаратам, расширять свой ареал в биосфере и т.п.).

Разработка эффективных противовирусных средств защиты (вакцин, сывороток, химиопрепаратов) требует знания молекулярной структуры патогенного вируса, а она изменяется в ходе мутаций за период между эпидемиями (особенно быстро для вируса гриппа).

Вопросы и задания