Антитела к вич рисунок

Обновлено: 15.04.2024

У каждого есть ВИЧ-статус, только у одних он положительный, а у других — отрицательный. Однако знать его необходимо, особенно в российских реалиях, когда в стране эпидемия, и уже более одного процента населения живет с вирусом.

Для диагностики вируса иммунодефицита человека существует несколько видов тестов, причем их классификация сложна лишь на первый взгляд, на самом деле она весьма логична. Главное — помнить, что, несмотря на высокую точность анализов, ни один тест не найдет вирус сразу после заражения.

Скрининговые (поисковые) тесты

Они помогают заподозрить инфекцию, но их результаты надо подтверждать другими анализами. Для скрининга используют тесты либо на антитела, либо на антигены/антитела.

ИФА (иммуноферментый анализ).

Этот метод служит не для обнаружения самого вируса, а антител, которые наша иммунная система вырабатывает для борьбы с ним.

Делают его следующим образом: на очищенные части вируса (антигены), зафиксированные в специальной лунке, наносят кровь. Если в ней есть антитела, то образуются иммунные комплексы антиген/антитело, которые вступают в реакцию с красителем, приводя к изменению цвета. Это оценивается качественно (есть/нет реакции) и/или количественно при помощи дополнительной аппаратуры.

Существует несколько поколений ИФА:

В первом поколении тестов использовался сам вирус, обработанный ультразвуком, при этом определялись антитела только ВИЧ-1. Анализ обладал невысокой чувствительностью и специфичностью.
ИФА второго поколения научили определять антитела как к ВИЧ-1, так и к ВИЧ-2. Материалом служили синтезированные белки, аналогичные настоящим антигенам вируса. Впрочем, тесты первого и второго поколения давно не используются.
Следом появились тесты третьего поколения, которые позволяют диагностировать длительно текущую (хроническую) ВИЧ-инфекцию с чувствительностью и специфичностью около 100 %. Однако при острой ВИЧ-инфекции (когда антител мало или совсем нет) их точность считается недостаточной.

Современный ИФА позволяет обнаружить антитела, появляющиеся в крови с 30-го (цифры согласно клиническим рекомендациям Минздрава) дня инфицирования (по данным Центра контроля и профилактики заболеваний в США CDC — c 23 по 90 день).

по теме

Лечение

Как устроены ВИЧ и АРВТ? Объясняем на пальцах

За счет своей простоты и дешевизны этот метод используется чаще всего, в том числе на его основе работают экспресс-тесты.

Если такой тест оказался положительным, результат перепроверяется на тест-системе другого производителя, и в случае положительного результата применяется иммуноблот (смотри ниже).

Примечательно, что антиген р24 появляется в крови уже через 15 дней (по данным CDC — с 18 по 45 день) после инфицирования ВИЧ, поэтому такой вид анализа позволяет диагностировать ВИЧ-инфекцию раньше.

Так, эксперты из CDC считают комбинированные тесты наиболее предпочтительными для массового клинического использования. А российский Минздрав рекомендует его применять в качестве скринингового в большинстве лабораторий страны. Однако после получения положительного результата его также нужно перепроверять иммуноблоттингом.

Существуют два вида вируса ВИЧ — 1 и 2. В мире наиболее распространен ВИЧ-1. Разновидности вируса различаются по генетическому материалу, по-разному взаимодействуют с иммунитетом и отвечают на лечение.

Подтверждающие тесты

Как следует из названия, они позволяют наверняка убедиться в наличии или отсутствии вируса иммунодефицита у человека. Их минус в сложности и дороговизне.

Иммуноблоттинг помогает проверить результаты скрининговых анализов и уточнить, каким видом вируса инфицирован человек: ВИЧ-1, ВИЧ-2 или обоими. Этот метод обладает высокой точностью, чувствительностью, но дорог и сложен в исполнении. Он является комбинацией ИФА и электрофореза, что позволяет определить антитела к специфическим антигенам ВИЧ-1 (gp160, gp120, gp41). Белки под действием электрического поля располагаются в виде полосок на нитроцеллюлозной мембране.

При положительной реакции антиген/антитело на полосках становится видно потемнение.

ПЦР (полимеразная цепная реакция). Тест способен находить генетический материал ВИЧ (ДНК/РНК), то есть проверяет, есть ли непосредственно вирус в крови. Нуклеиновые кислоты могут обнаруживаться уже на 7-й день после инфицирования (по данным CDC — c 10 по 33 день).

При этом методе в пробирке с помощью различных ферментов многократно дублируется участок ДНК или РНК вируса до таких объемов, что его можно увидеть глазом в виде полосок. Кроме того, ПЦР бывает качественным и количественным. В последнем случае можно отслеживать вирусную нагрузку (концентрацию вируса в крови и других биологических жидкостях) у людей с ВИЧ, оценивая эффект терапии.

А я могу сдать сразу иммуноблот или ПЦР, чтобы узнать свой ВИЧ-статус?

Иммуноблот используют специальные лаборатории центров по борьбе со СПИДом. Пробы крови направляются туда для перепроверки уже положительных первичных скрининговых анализов. Сразу сдать его не получится, даже в платных клиниках.

ПЦР, наоборот, можно сдать в любой момент, но только обратившись в коммерческую лабораторию. В СПИД-центрах его делают также для перепроверки ранее положительного теста. Да, ПЦР позволяет максимально быстро (в течение 7—10 дней после инфицирования) обнаружить ВИЧ, но и у него есть недостатки:

высокая стоимость;
может обнаружить только ВИЧ-1;
в редких случаях выявление низких уровней РНК ВИЧ (например,

Этот тест имеет смысл делать если:

у человека есть подозрение на острую ВИЧ-инфекцию (высокий риск инфицирования) или в период серологического окна;
донорам крови;
новорожденным от ВИЧ-положительных матерей

Как тогда правильно проверяться на ВИЧ?

Нужно ли повторно тестироваться, если результат анализа отрицательный?

Универсальной рекомендации, увы, нет. Повторные тесты нужны чтобы застраховаться от попадания в период окна, когда в крови еще нет антител и антигенов ВИЧ, а вирус уже проник в организм.

То же самое и с частотой тестирования — она зависит от разных факторов: количества рисков, приема доконтактной (PrEP) и постконтактной (PEP) профилактики, нахождения в группах риска (инъекционные наркопотребители, секс-работники, мужчины, практикующие секс с мужчинами). Однако эксперты рекомендуют проверяться каждые 6—12 месяцев.

Что может влиять на результат теста на ВИЧ?

Анализ на ВИЧ может дать неправильные результаты в следующих случаях:

при наличии системных аутоиммунных заболеваний (коллагенозов, васкулитов) и злокачественных опухолей;
при тестировании в период серологического окна — когда в крови еще не появились антитела к ВИЧ;
из-за ошибки при проведении теста в лаборатории;
после вакцинации от гриппа.

У детей, рожденных от ВИЧ-положительных матерей, до восемнадцатимесячного возраста в крови могут сохраняться материнские антитела, что может приводить к ложноположительным результатам.

по теме

Профилактика

Меньше знаешь — крепче СПИД

Кроме того, прием PrEP и PEP могут влиять на точность анализов, так как антиретровирусные препараты уменьшают количество вируса в крови и антител к нему.

В случае с PEP после окончания курса рекомендуется посоветоваться с врачом и подобрать оптимальные сроки проведения анализов. Первый тест обычно проводят через 4—6 недель после контакта с ВИЧ, затем через 3 месяца, при необходимости — через 6 месяцев.

Считается, что крайне важно сдать анализ на ВИЧ перед началом приема PrEP и затем проверяться каждые 3 месяца, уже находясь на PrEP.

На результаты теста не влияют прием пищи и алкоголя или курение. Специальной подготовки перед сдачей анализов на ВИЧ не требуется.

А что с экспресс-тестами?

Они позволяют провериться на ВИЧ, не посещая лабораторию или поликлинику. По сути, это тесты ИФА третьего поколения, которые определяют антитела к ВИЧ-1 и ВИЧ-2 в слюне, моче или крови.

На рисунке показано, как быстро в крови появляются сам вирус (его генетический материал РНК) антитела и антигены, а также какие системы тестирования можно применить.

Точность большинства экспресс-тестов при хронической (длительно текущей) ВИЧ-инфекции достаточно высока (> 99 % чувствительности и специфичности), но все равно чуть ниже лабораторных анализов.

Сегодня среди них наиболее популярны тесты слюны (или околодесневой жидкости) и крови. Их можно либо купить самому, либо получить бесплатно в ВИЧ-сервисных организациях.

Если вы сделали экспресс-тест и он оказался положительным, необходимо его перепроверить более точным методом.

Где я могу сделать тест на ВИЧ анонимно и бесплатно?

После выхода известного фильма Дудя большинство ВИЧ-сервисных НКО захлестнула волна желающих провериться. В том числе и СПИД.ЦЕНТР — поток клиентов увеличился почти втрое, а на тестирование пришли люди, раньше никогда не посещавшие открытого пространства фонда на Artplay.

Ввиду большого интереса публики, в том числе и клиентов, дошедших до нашего лофта на Нижней Сыромятнической, сегодня мы рассказываем, как устроены эти и другие тесты на ВИЧ. Почему на ручке тестера появляются полоски, насколько такое тестирование достоверно и надежно, а главное — какие альтернативы ему существуют.

Все, что вы хотели узнать о технологии тестирования на ВИЧ-инфекцию, — в одном материале.

Все анализы на ВИЧ предназначены для того, чтобы либо разыскать части вируса, либо зафиксировать реакцию организма на его присутствие. Поэтому, чтобы понять, как работают тесты на ВИЧ, нужно примерно представлять, как устроен вирус и как он себя ведет, оказавшись в клетке.

Вирус ВИЧ — член семейства ретровирусов (Retroviridae). Представители этого семейства выглядят как крохотные круглые частицы, у которых есть оболочка, усеянная особыми белками. При помощи этих белков вирус распознает клетку-жертву и прикрепляется к ней.

Вирион ВИЧ. Реконструкция. Красным показаны белки, с помощью которых вирус присоединяется к клетке.

Тестов на ВИЧ очень много, но их можно разделить на несколько больших типов. Те экспресс-тесты, которыми пользуются большинство ВИЧ-сервисных НКО, устроены по принципу иммуноферментного анализа, или ИФА.

Их задача — определить антитела к ВИЧ, которые организм вырабатывает в ответ на проникновение в него вируса.

Как это работает? Когда вирус ВИЧ попадает в организм, иммунная система человека не сидит без дела. Она начинает продуцировать антитела — иммунные белки, которые помогают организму бороться с инфекцией. Эти белки можно обнаружить во многих биологических жидкостях.

Способов обнаружения таких антител существует много. Но наиболее популярным считается именно иммуноферментный анализ (ИФА). За рубежом этот тест называется enzyme-linked immunosorbent assay, сокращенно — ELISA.

Напомним: антитела — это частицы, которые организм вырабатывает в ответ на присутствие в нем вируса. Антигены — частицы самого вируса. В данном случае модифицированные.

В экспресс-тестах, которые используются фондом СПИД.ЦЕНТР и многими другими нашими коллегами для бесплатного и анонимного тестирования, антитела тонкой линией нанесены на специальную поверхность, спрятанную под пластмассовым корпусом тестера.

Сначала клиент промокает десневую жидкость лопаточкой, установленной на конце тестера. А как только жидкость собрана, лаборант опускает лопаточку в реагент, который в течение 15 минут поднимается по тестеру, достигая в итоге полоски с антигенами.

Если антитела в десневой жидкости, смешанной с реагентом, были — полоска краснеет.

Как правило, на ручке тестера имеется и вторая полоса — контрольная, она окрашивается в красный всегда. Так что, как правило, отрицательный результат (вируса в организме нет) маркируется одной полоской на рукоятке тестера, а положительный (вирус в организме есть) — двумя.

Экспресс-тестеры на ВИЧ. Слева положительный (две полоски), справа отрицательный (одна) результат.

Две полоски на тестере — это верный признак того, что человек некоторое время назад получил ВИЧ-инфекцию. А стало быть, клиенту срочно нужно обратиться к врачу за терапией — в областной или городской центр СПИД. Там ему будут назначены подтверждающие анализы и прописана антиретровирусная терапия.

Точно такой же тест (ИФА), только лабораторный, можно сделать и во многих коммерческих клиниках — но за деньги. Технология его в целом выглядит так же, а точность отличается незначительно.

Какие бывают тесты ИФА?

● Лабораторный ИФА-тест — анализ на ВИЧ по форме 50. В нашей стране его применяют в качестве стандартной процедуры лабораторной диагностики ВИЧ-инфекции. Материал для анализа — кровь из вены, которую нужно сдавать в лаборатории. Результаты приходят через 1—5 дней.

Что важно знать об ИФА-тестах?

Подтверждающие тесты: вестерн-блоттинг (WB)

Цель этого теста — подтвердить результаты первичного анализа.

Строение вируса ВИЧ. Схема.

Чтобы провести анализ, у человека берут кровь и добывают из нее сыворотку. Это все та же кровь, только без эритроцитов, иммунных клеток и всего остального, что может образовывать сгустки крови. Потом эту сыворотку наносят на полоску из нитроцеллюлозы, на которой в строгом порядке размещены различные антигены ВИЧ — белки из оболочки и нуклеокапсида вируса. Если в сыворотке крови уже успели появиться антитела, они свяжутся с антигенами, размещенными на полоске.

Какие бывают тесты этого типа? Разные. Некоторые позволяют подтвердить наличие вируса ВИЧ-1, некоторые — ВИЧ-2, а некоторые — обоих вариантов вируса сразу.

Пример: российская тест-система ИФА-Лайн-Блот-ВИЧ-1,2. Эта тест-система участвует в тендерах — закупках в государственные лаборатории, которые действуют при СПИД-центрах.

Что важно знать о вестерн-блоте?

В России вестерн-блоттинг считается золотым стандартом подтверждения ВИЧ-инфекции. Проблема заключается в следующем.

1. Вестерн-блоттинг все равно иногда дает неопределенный результат. В этой ситуации тест придется пересдать, причем только через три недели.

2. Вестерн-блоттинг дорогой и долгий. Тест требует сложного оборудования, кропотливой работы и квалифицированного персонала. А чтобы разобраться с результатами, нужна помощь эксперта.

В чем проблема с российскими анализами на ВИЧ?

В нашей стране для подтверждения ВИЧ-статуса используют лабораторный ИФА-тест и вестерн-блоттинг — это стандартная процедура. Однако Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) отмечает: в странах, где действует эта схема, на определение ВИЧ-статуса тратится очень много времени и средств. Причем ожидание результата настолько изматывает, что некоторые пациенты даже жалеют о решении узнать свой ВИЧ-статус.

Эксперты ВОЗ советуют отказаться от лабораторных ИФА-тестов и вестерн-блоттинга в пользу комбинированных экспресс-тестов, которые дают быстрый и более надежный результат. И это действительно работает.

Комбинированные тесты

Цель комбинированных тестов, как и вестерн-блоттинга, — определить ВИЧ-статус человека.

● Пример лабораторного комбинированного теста — HIV Ag/Ab Combo, который делают в частных лабораториях за деньги.

Что важно знать об этом тесте? Этот анализ относится к четвертому поколению. На сегодняшний день во всем мире именно он считается оптимальным способом выявления инфекции, потому что недорог и позволяет относительно рано узнать ВИЧ-статус клиента.

Если речь идет об определении ВИЧ-статуса, то в Европе и США чаще всего прибегают именно к комбинированным тестам. Если тест дает положительный результат, нет необходимости проводить подтверждающий анализ, его просто через некоторое время сдают повторно — и это считается достаточно надежным.

Дело в том, что антиген — вирусный белок р24 — появляется в крови уже в первую неделю после заражения, то есть задолго до того, как вырабатываются антитела. Поскольку комбинированный тест определяет антиген, шанс узнать свой статус есть уже через 21—28 дней после предполагаемого инфицирования.

После того как начинают вырабатываться антитела, вирусный белок р24 из крови пропадает. Иногда это происходит уже на вторую неделю, но у 90—95 % инфицированных людей антитела появляются в крови в первые три месяца после заражения.

Предсказать, когда именно появятся антитела, невозможно, ведь организм каждого человека по-своему реагирует на вирус ВИЧ. Но даже если антиген р24 из крови успеет исчезнуть, комбинированный тест найдет если не р24, то как минимум антитела, и все равно даст верный ответ.

ПЦР: самый сложный анализ

Тесты, позволяющие определить непосредственно генетический материал вируса ВИЧ, называются полимеразной цепной реакцией с обратной транскрипцией (ПЦР-ОТ).

Методов полимеразной цепной реакции (ПЦР), при помощи которой можно определять вирус ВИЧ, существует много. Но понять, что именно происходит в пробирке, проще всего на примере ПЦР с обратной транскрипцией (ПЦР-ОТ).

по теме

Общество

Две полоски. Как живут в Москве ЛГБТ-беженцы из Узбекистана

Реакцию ПЦР-ОТ можно провести в режиме реального времени. Это помогает достаточно точно понять, сколько вирусных частиц находится в организме. Обычно для этого в реакционную смесь добавляют кусочек ДНК, помеченный химическим веществом, которое начинает светиться, когда кусок ДНК встраивается в молекулу. Так как этот кусочек ДНК подходит только к одному участку вирусной ДНК, можно подсчитать количество вспышек и понять, сколько же вирусной РНК первоначально было в образце.

Видео: как работает ПЦР-тест

Но тест этот очень дорогой и сложный. Впрочем, это не единственная причина, по которой его не используют для определения ВИЧ-статуса для всех, хотя и это можно сделать в частной лаборатории за деньги. Дело в том, что тест подходит для определения только одного типа вируса — ВИЧ-1. ВИЧ-2 он не находит. Поэтому анализы ПЦР на ВИЧ обычно используют только для контроля лечения человека, который уже знает свой ВИЧ-статус.

Скрининговые (поисковые) тесты

ИФА (иммуноферментый анализ).

Существует несколько поколений ИФА:

В первом поколении тестов использовался сам вирус, обработанный ультразвуком, при этом определялись антитела только ВИЧ-1. Анализ обладал невысокой чувствительностью и специфичностью.
ИФА второго поколения научили определять антитела как к ВИЧ-1, так и к ВИЧ-2. Материалом служили синтезированные белки, аналогичные настоящим антигенам вируса. Впрочем, тесты первого и второго поколения давно не используются.
Следом появились тесты третьего поколения, которые позволяют диагностировать длительно текущую (хроническую) ВИЧ-инфекцию с чувствительностью и специфичностью около 100 %. Однако при острой ВИЧ-инфекции (когда антител мало или совсем нет) их точность считается недостаточной.

Подтверждающие тесты

Кроме того, ПЦР бывает качественным и количественным. В последнем случае можно отслеживать вирусную нагрузку (концентрацию вируса в крови и других биологических жидкостях) у людей с ВИЧ, оценивая эффект терапии.

А я могу сдать сразу иммуноблот или ПЦР, чтобы узнать свой ВИЧ-статус?

высокая стоимость;
может обнаружить только ВИЧ-1;
в редких случаях выявление низких уровней РНК ВИЧ (например,

Этот тест имеет смысл делать если:

у человека есть подозрение на острую ВИЧ-инфекцию (высокий риск инфицирования) или в период серологического окна;
донорам крови;
новорожденным от ВИЧ-положительных матерей

Как тогда правильно проверяться на ВИЧ?

Нужно ли повторно тестироваться, если результат анализа отрицательный?

Что может влиять на результат теста на ВИЧ?

Анализ на ВИЧ может дать неправильные результаты в следующих случаях:

при наличии системных аутоиммунных заболеваний (коллагенозов, васкулитов) и злокачественных опухолей;
при тестировании в период серологического окна — когда в крови еще не появились антитела к ВИЧ;
из-за ошибки при проведении теста в лаборатории;
после вакцинации от гриппа.

А что с экспресс-тестами?

Важно помнить! Если такой тест оказался положительным, результат необходимо как можно быстрее перепроверить более точным методом.

Где я могу сделать тест на ВИЧ анонимно и бесплатно?

Анализ на ВИЧ бесплатный и анонимный, прикрепление к поликлинике и регистрация не требуются. После сдачи теста выдается идентификационный номер, по которому можно будет узнать результат.

Обзор

Распространенность СПИДа в мире на 2009 год.

Автор

Редакторы

Спонсор конкурса — дальновидная компания Thermo Fisher Scientific. Спонсор приза зрительских симпатий — фирма Helicon.

Иммунная система

Рисунок 1. Упрощенная схема иммунного ответа. Молниями указано, как один тип клеток активирует другие. Мф — макрофаг, Б — бактерия, ТХ — Т-хелпер, ВКл — B-клетка, ПлКл — плазматическая клетка, Ат — антитела, Б+Ат — бактерия, покрытая антителами, привлекающими макрофагов, В — вирус, ЗМф — зараженный макрофаг, ТК — Т-киллер, ЗК — клетка, зараженная вирусом, УК — умирающая (апоптотирующая) клетка, В+Ат — вирус, покрытый антителами.

рисунок автора статьи

Жизненный цикл ВИЧ

Видео. Жизненный цикл ВИЧ.

Таким образом, после того как копия вируса в геноме клетки начинает действовать, на её поверхности появляются знакомые нам белки gp41 и gp120, в цитоплазме — остальные вирусные белки и вирусная РНК. И через некоторое время от зараженной клетки начинают отпочковываться всё новые и новые копии ВИЧ.

Способы уничтожения иммунной системы

При отпочковывании вирус использует клеточную мембрану клетки, и со временем это должно вызвать ее разрушение. К тому же, вирусный белок Vpu вызывает увеличение проницаемости мембраны клетки [6]. При активации вируса в клетке появляется неинтегрированная в геном двуцепочечная ДНК [19], наличие которой может рассматриваться клеткой как повреждение ее генетического материала и индуцировать ее смерть через апоптоз (С точки зрения организма такая клетка потенциально может стать раковой). Помимо этого, вирусные белки напрямую нарушают баланс про- и противоапоптотических белков в клетке. К примеру, вирусная протеаза p10 может разрезать противоапоптотический фактор Bcl-2. Белки Nef [26], Env [22] и Tat [24] вовлечены в возрастание количества клеточных белков CD95 и FasL, служащих индукторами апоптоза по т.н. Fas-опосредованному пути. Белок Tat положительно регулирует каспазу 8 [2] — ключевой фактор индукции апоптоза.

Если же клетки не погибли сами, они активно уничтожаются Т-киллерами. (Это стандартный ответ иммунитета на заражение любыми вирусами.)

Помимо этого, при производстве gp120 и Tat часть их выбрасывается зараженной клеткой в кровоток, а это оказывает токсическое действие на организм [4], [28]. gp120 оседает на все СD4 + -клетки (в том числе и здоровые), что имеет три последствия:

Белок СD4 важен для взаимодействия Т-хелпера с фагоцитом, при слипании же СD4 с gp120 T-хелпер перестает выполнять эту функцию.
На gp120 как на чужеродный белок образуются антитела; после оседания gp120 на здоровые клетки, последние маркируются антителами, и иммунная система их уничтожает [9].
После обильного связывания Т-хелпером gp120 клетка умирает сама. Дело в том, что CD4 — это корецептор. Он усиливает сигнал от TCR (T-cell receptor) — главного белка, позволяющего выполнять Т-клеткам функцию иммунитета. В норме эти рецепторы активируются вместе. Если же активируется один тип рецепторов, но не активируется другой, это является сигналом, что что-то пошло не так, и клетка умирает посредством апоптоза.

Антитела, призванные препятствовать инфекции, в случае с ВИЧ часто, наоборот, ее усиливают [28]. Почему так происходит — не совсем понятно. Одну причину мы рассмотрели выше. Возможно, дело в том, что антитела сшивают несколько вирусных частиц вместе, и в клетку попадает не один, а сразу много вирусов. Помимо этого, антитела активируют клетки иммунитета, а в активированной клетке вирусные белки синтезируются быстрее.

Вдобавок, gp120 и gp41 имеют участки, похожие на участки некоторых белков, участвующих в иммунитете (например, MHC-II [25], IgG [23], компонент системы комплемента Clq-A [14]). В результате на эти участки образуются антитела, способные помимо вируса маркировать совершенно здоровые клетки (если на них будут эти белки), с соответствующими для них последствиями.

Так как на поверхности зараженной клетки появляется gp120, то она, как и вирусная частица, будет сливаться с другими СD4-содержащими клетками, образуя огромную многоядерную клетку (синцитий), неспособную выполнять какие-либо функции и обреченную на смерть.

На самом деле, помимо Т-хелперов, СD4 содержатся во множестве других клеток — предшественниках Т-киллеров/Т-хелперов, дендритных клетках, макрофагах/моноцитах, эозинофилах, микроглии (последние четыре — разновидности фагоцитов), нейронах (!), мегакариоцитах, астроцитах, олигодендроцитах (последние две — клетки, питающие нейроны), клетках поперечно-полосатых мышц и хорионаллантоиса (присутствует в плаценте) [29]. Все эти клетки способны заражаться ВИЧ, но сильно токсичен он лишь для Т-хелперов. Это и определяет основное клиническое проявление СПИДа — сильное снижение количества Т-хелперов в крови. Однако для других клеток заражение тоже не проходит бесследно — у больных СПИДом часто снижена свертываемость крови, имеются неврологические и психиатрические отклонения [16], наблюдается общая слабость.

Пути заражения ВИЧ

Внимание! Ввиду того, что СПИД является венерическим заболеванием, информация, приведенная в этом разделе, может вас оскорбить либо вызвать неприятные эмоции при прочтении. Будьте осторожны.

Рисунок 3. Пути проникновения ВИЧ в организм при половом контакте. Слева указано примерные временные рамки каждого этапа.

Как же происходит первичное заражение человека ВИЧ? Думаю, что с переливанием крови или с использованием общего шприца при употреблении наркотиков читателю все понятно — вирус доставляется напрямую из зараженной крови в здоровую. При вертикальном способе передачи инфекции (от матери к ребенку) заражение может произойти во время внутриутробного развития, в момент родов или в период кормления ребенка грудью (т.к. вирус и зараженные вирусом клетки содержатся в молоке матери) [17], [20]. Тем не менее, даже у ребенка, рожденного от ВИЧ-инфицированной матери, есть шанс остаться здоровым, особенно если мать использует ВААРТ (высокоактивную антиретровирусную терапию) [5]. А почему же люди заражаются при половом контакте?

Механизмы передачи вируса при половом акте не до конца ясны. Тем не менее, они понятны в общих чертах. Итак, рассмотрим барьеры, которые необходимо преодолеть вирусу, чтобы добраться до макрофагов и Т-хелперов. К сожалению, рассматривать особо нечего: барьер только один — это слой эпителиальных клеток и вырабатываемая ими слизь, находящиеся во влагалище (а также пенисе, прямой кишке, глотке). Барьер этот тонок — он может быть всего одну клетку в толщину, — но для вируса труднопреодолим, доказательством чего может служить сравнительно небольшой процент заражений — примерно 1–2 случая на 100 половых контактов. Итак, и какими же путями преодолевает вирус это препятствие?

Наиболее очевидный механизм — это микротравмы. При обычном половом контакте, а особенно при анальном сексе, почти неизбежно появляются микротрещины; при наличии же венерических заболеваний часто возникают изъязвления слизистой. Через эти микротравмы вирус, содержащийся в сперме и влагалищном секрете, может проникнуть к иммунокомпетентным клеткам [17], [20].

Помимо дендритных клеток, в кишечнике существует другой тип клеток, предназначенный для ознакомления организма с антигенами внешней среды. Это так называемые М-клетки, пропускающие через себя довольно крупные объекты неповрежденными из просвета кишечника. В т.ч. через них может проходить и вирион ВИЧ.

Свой вклад в заражение вносит и провоспалительный процесс, в норме присутствующий в женских половых путях из-за наличия в них спермы. Благодаря ему Т-клетки подвержены активации, что способствует их восприимчивости к инфекции.

Итак, риск заразиться ВИЧ возрастает в ряду (Классический секс → Анальный секс → переливание крови / использование общих шприцов при принятии наркотиков). Что же касается орального секса, то весьма небольшой шанс заразиться есть только у принимающей стороны — слюна и тем более желудочный сок инактивирует ВИЧ. Теоретически, этим способом может заразиться и мужчина, но для этого необходимы ранки на пенисе.

При поцелуях и обычных бытовых контактах вирус не передается — он очень неустойчив в окружающей среде .

Заключение

. Все эти факты позволяют надеяться, что вскоре ВИЧ, как и оспа, останется в прошлом.

Новость

Комплекс-белок Cas9/sgRNA/viral RNA (слева) и модель вируса иммунодефицита человека (справа), построенная коллективом Visual science.

Автор

Редактор

Генеральным спонсором конкурса, согласно нашему краудфандингу, стал предприниматель Константин Синюшин, за что ему огромный человеческий респект!

Спонсор публикации этой статьи — Виктор Татарский.

Врага нужно знать в лицо

Об иммунитете, апоптозе и вообще.

Иммунная система развивалась сотни миллионов лет. По типу реакции ее обычно делят на врожденный (неспецифичный) и приобретенный (специфичный) иммунитет [1], [2]. Считается, что специфичный (то есть вырабатываемый к конкретному патогену) иммунитет впервые появился у челюстноротых (рыб и всех вышестоящих по эволюционному древу таксонов) после отделения от бесчелюстных (миног и миксин), хотя у вторых имеется аналогичная система защиты [3]. К клеткам специфичного иммунитета относят В-лимфоциты, Т-лимфоциты и NK-клетки (естественные киллеры, natural killer cells). Помимо этого существуют моноциты, которые хоть и не являются истинными инструментами приобретенного иммунитета, однако выполняют некоторые функции по нейтрализации патогена: фагоцитоз, презентация антигена, выделение бактерицидных веществ и цитокинов.

Рисунок 1. Взаимодействия Т-киллеров (слева) и Т-хелперов (справа) с зараженными клетками. Для передачи сигнала о заражении необходимо выполнение двух условий: контакт комплекса МНС-патоген с TcR (T-cell Receptor, рецептор Т-клеток) и CD. Двигаясь по организму, Т-лимфоциты проверяют каждую клетку на предмет наличия у нее антигена в комплексе с МНС. Их можно сравнить с подслеповатой глуховатой бабушкой, пришедшей забирать дитятко из детского сада. Для опознания ей надо подойти вплотную и по нескольким (в данном случае по двум) признакам определить, ее ли это чадо или нет.

Т-лимфоциты, в свою очередь, необходимы для уничтожения клеток, зараженных внутриклеточными паразитами, и опухолевых клеток. Они делятся на два основных типа в зависимости от класса рецепторов, находящихся на внешней стороне их мембраны.

Т-киллеры несут CD8 рецепторы и отвечают за:

Т-хелперы имеют CD4 рецепторы и ответственны за секрецию цитокинов, которые:

активируют макрофаги для борьбы с внутриклеточными паразитами;
способствуют продукции антител В-лимфоцитами.

Но не менее важна роль Т-хелперов в подготовке зрелых Т-киллеров из клеток-предшественниц, активации NK-клеток и моноцитов.

Как же происходит опознавание антигена на молекулярном уровне? Здесь надо упомянуть еще об одном очень важном классе рецепторов — МНС (Major Histocompability Complex или главном комплексе гистосовместимости). Они бывают двух классов: I и II. МНС I присутствует на поверхности всех ядерных клеток организма человека. Он необходим для опознавания клетки натуральным киллером и Т-киллером (рис. 1, 2). Если по какой-то причине МНС I изменен, несет на себе антиген или отсутствует, клетка будет подвергнута апоптозу. МНС II находится на поверхности В-лимфоцитов, макрофагов и дендритных клеток. Он необходим для презентации антигена Т-хелперам (рис. 1, 2). Жизнь пула Т-хелперов можно представить как прогулку с ребенком в зоопарке, только вместо животных — антигены, вместо ребенка — Т-хелпер, а вместо взрослых, объясняющих, кто есть кто, — три перечисленных типа клеток.

Рисунок 2. Процесс передачи сигнала Т-киллеру и Т-хелперу. Первый этап — сборка комплекса МНС-антиген, второй этап — презентация комплекса на поверхности клетки.

Первый этап проникновения вируса в клетку — взаимодействие вирусного белка gp120 (рис. 3) с рецептором CD4. Отсюда понятно, почему ВИЧ размножается именно в Т-хелперах. Взаимодействию способствуют корецепторы CCR5 и CXCR4 [8]. В норме они являются рецепторами цитокинов, а при взаимодействии ВИЧ с клеткой их связь является необходимым условием проникновения вируса внутрь. Мутации в генах этих рецепторов обеспечивают частичную устойчивость носителей таких мутаций (таких людей около 2%, причем некоторые штаммы вируса все равно могут их поражать) [9]. Затем в мембрану клетки погружается белок gp41, после чего мембрана вируса сливается с клеточной, и происходит распаковка генетического материала. По принципу обратной транскрипции с РНК-матрицы вируса с помощью фермента ревертазы (обратной транскриптазы) синтезируются молекулы кДНК (комплементарной ДНК). Синтезированная кДНК вставляется вирусной интегразой в геном клетки хозяина. После попадания в геном хозяина вирус может никак себя не проявлять до нескольких лет — протекает так называемый инкубационный период. Только когда клетки активно пролиферируют, а значит, синтезируют белки на матрице ДНК, начинается сборка вирусных частиц , выход их из клеток и гибель последних (так как каждая частица забирает с собой часть клеточной мембраны клетки, вирусы попросту разрывают клетку).

Рисунок 3. Строение ВИЧ. Белки gp120 и gp41 участвуют в рецепции вируса клеткой и проникновении вирусной частицы внутрь. Липидная оболочка захватывается от клетки хозяина вместе с частью мембранных белков. Белки матрикса синтезируются в клетке после встраивания кДНК в геном в момент наработки клеточных белков для деления. Протеаза, возможно, необходима для разрезания противоапоптотического фактора Bcl-2 [9]. Ферменты обратная транскриптаза и интеграза создают кДНК на матрице РНК и встраивают кДНК в геном Т-хелпера соответственно. Tat — белок, вовлеченный в индукцию апоптоза. Нуклеокапсид — комплекс из РНК и белков вируса, представляющий собой компактную упакованную форму генома. Капсид — белковая оболочка, защищающая содержимое от воздействия внешних условий.

Как иммунитет бактерий правит геномы

Система редактирования геномов CRISPR/Cas известна уже довольно давно (впервые локус описал в 1987 году Есизуми Исино из университета Осаки), но только недавно (в 2005 году) ученые поняли ее истинное предназначение [11], [12].

Как вы уже поняли, система состоит из двух компонентов: CRISPR-локуса (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats или сгруппированные и регулярно разделенные короткие палиндромные повторы) и белков Cas, которые, являются нуклеотид-специфичными эндонуклеазами (а название получили за работу в команде с CRISPR — Crispr associated).

Помимо CRISPR-локуса и блока генов Cas в ДНК бактерии (не обязательно в нуклеоиде [12]) находится ген tracrРНК (transactivated crispr RNA), частично комплементарной палиндромам.

Для формирования специфичной устойчивости к вирусу бактерия, как и человек, должна встретиться с ним дважды.

Первый раз после внедрения вирусной ДНК в клетку происходит разрезание ДНК белками Cas1 и Cas2 на протоспейсеры и встраивание их в начало CRISPR-локуса. Cas1 и Cas2 формируют при этом комплекс, причем Cas2 играет только структурную роль, удерживая ДНК, тогда как Cas1 встраивает ее. Каждый протоспейсер вставляется в CRISPR-локус так, чтобы от другого (уже имеющегося) спейсера его отделял палиндром.

Соответственно, после транскрипции ДНК всего комплекса образуются три продукта (рис. 4):

tracrРНК;
РНК белка Cas (наиболее изученным является Cas9, поэтому далее повествование пойдет о нем), далее транслирующаяся;
pre-crРНК (poly-spacer precursor crRNA или многоспейсерный предшественник crРНК), которая представляет собой транскрипт спейсеров, разделенных образовавшимися из палиндромов шпильками или петлями.

Рисунок 4. Строение CRISPR-локуса и результат транскрипции. leader — лидерная последовательность, отвечающая за начало транскрипции, со стороны которой вставляется новый спейсер. repeat — палиндромный повтор, который после транскрипции превращается в шпильку или петлю.

Второй этап — образование комплекса pre-crРНК/Cas9/РНКаза III. Очевидно, что вся длинная pre-crРНК не может участвовать в опознавании инвазивной ДНК, так как, во-первых, очень длинна, что конформационно неудобно, а во-вторых, при сравнении спейсеров РНК с протоспейсерами инвазивной ДНК длинный транскрипт начнет путаться и в итоге образует клубок, непригодный для дальнейшей работы. Самое логичное — разделить длинную последовательность на короткие участки, которые могли бы проверятся на соответствие инвазивной ДНК белком Cas9. И тащить за собой не надо, и не запутается.

С помощью фермента РНКазы III и при участии tracrРНК pre-crРНК разделяется по границам повторов так, что в белково-нуклеиновый комплекс входят один спейсер и один повтор, комплементарно связанный с tracrРНК (рис. 5) [13]. Повтор полностью теряет свою вторичную структуру, tracrРНК же оставляет несколько шпилек (обычно три).

Рисунок 5. Белково-нуклеиновый комплекс после созревания транскрипта. crРНК состоит из спейсера (слева) и повтора, соединенного с частью tracrРНК (справа). Три петли на tracrРНК нужны для удержания ее эндонуклеазой Cas9.

комплементарность спейсера комплекса Cas9/crРНК/tracrРНК протоспейсеру инвазивной (например, вирусной) ДНК;
наличие в геноме вируса около протоспейсера последовательности из трех нуклеотидов — РАМ (Protospacer Adjacent Motif, прилежащий к протоспейсеру мотив).

Таким образом клетка страхуется от уничтожения своей ДНК. Но даже просто разрезанная в одном месте вирусная ДНК может представлять опасность, поэтому завершает инактивацию негомологическое сращивание концов (non-homologous end joining, NHEJ). При этом происходит инсерция/делеция одного или нескольких нуклеотидов, что приводит к потере инфекционности.

Рисунок 6. Полная схема механизма работы CRISPR/Cas9 системы. а — Транскрипция CRISPR локуса с образованием pre-crРНК. б, в — Разрезание РНК РНКазой III и образование комплексов Cas9/tracrРНК/crРНК. г — Вторичное проникновение в клетку чужеродной ДНК. д — Соединение комплекса с инвазивной ДНК. е — Образование двухнитевого разрыва в протоспейсере.

А где же тут редактирование геномов? А вот где:

во-первых, таким образом можно просто нокаутировать целевой ген и добиться прекращения экспрессии того или иного белка;
во-вторых, после создания двухцепочечного разрыва в образовавшуюся брешь можно вставить нужный нам ген и заставить организм синтезировать нужный нам белок.

Рисунок 7. Сравнение искусственной (а) и естественной (б) систем CRISPR/Cas9. Отличие состоит лишь в том, что искусственная РНК едина, а природная — состоит из двух частей, гены которых разделены.

Битва века

Однако вернемся к теме этой статьи.

Так как система редактирования геномов может помочь в избавлении от ВИЧ? Очень просто: вирус можно вырезать! Нацелив Cas9, путем создания sgРНК с последовательностью, комплементарной вирусной кДНК.

Некоторое время назад группа ученых из немецкого Института экспериментальной вирусологии и иммунологии уже пыталась использовать инструмент редактирования геномов для удаления ВИЧ из культуры HeLa [15]. Они модифицировали Cre-рекомбиназу методом направленной эволюции и один из полученных вариантов использовали для удаления вируса путем контролируемой рекомбинации [16]. Однако надо учитывать, что между Т-хелперами и опухолевой HeLa есть немало различий, к тому же, авторы не предлагают вариантов доставки или экспрессии гена Tre-рекомбиназы (усовершенствованный вариант фермента Cre).

С другой стороны, группа американских исследователей опубликовала в марте этого года статью [17], где подробно описывались метод доставки и механизм удаления вируса. Ученые ставили перед собой задачу не только полностью избавить клеточную культуру Т-хелперов от вируса, но и проверить отсутствие цитотоксического действия самой CRISPR/Cas9 системы. Единственный недостаток этого геномного инструмента в том, что из-за сравнительно небольшой длины спейсера, даже при наличии страхующего элемента PAM, в больших геномах могут быть найдены нецелевые сайты, подверженные разрезанию (off-target sites). Именно поэтому исследователи уделяли данной проблеме немало внимания.

Работа проводилась с использованием штамма ВИЧ-1 и клеточной линии Т-хелперов 2D10, зараженной вирусом в покоящейся стадии. Доставка и экспрессия sgРНК/Cas9 осуществлялась с помощью лентивирусного вектора.

Для оценки того, вырезался ли вирус из двух мест встраивания (1-я и 16-я хромосомы), было проведено полногеномное секвенирование. Оно показало, что в клетках, где экспрессировались и гены Cas9, и sgРНК, провирусная ДНК отсутствует.

Был проведен анализ того, могут ли гены, куда встроился провирус (RSBN1 и MSRB1), и близлежащие гены нормально транскрибироваться после его вырезания. Ученые показали, что как RSBN1, так и MSRB1 нормально экспрессируются. Соседние гены также не претерпели изменений.

С помощью биоинформатических методов и анализа баз данных было показано, что sgРНК/Cas9 не проявляет активности по отношению к нецелевым сайтам.

Таким образом, можно с уверенностью сказать, что группа Камински впервые успешно удалила ВИЧ из культуры зараженных Т-хелперов. Данное достижение приблизило человечество к победе на ВИЧ. Да, это только культура клеток. Да, до внедрения данной техники в медицину пройдут годы, а может и десятки лет, но данная работа является уникальной в своем роде, ибо ученые не только бросили вызов одному из страшнейших заболеваний на планете, но и смогли победить его — пусть даже масштаб сражения пока невелик.

Перспективы применения данной технологии очевидны: введя пациенту вектор, содержащий гены Cas9 и sgРНК, мы добьемся их экспрессии и полного удаления вируса из клеток. Современная терапия, направленная против ретровирусов, являющаяся основным средством борьбы с ВИЧ, не удаляет вирус из клеток, так как провирус остается встроенным в ДНК хозяина. В свою очередь, данный подход не оставляет вирусу шансов укрыться.

Читайте также: