Как быстро размножаются вирусы гриппа

Обновлено: 18.04.2024

Георгий Александрович Базыкин — кандидат биологических наук, заведующий сектором молекулярной эволюции в Институте проблем передачи информации им. А. А. Харкевича РАН, ведущий научный сотрудник лаборатории эволюционной геномики факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ им. М. В. Ломоносова. Занимается изучением различных вопросов биологической эволюции с использованием методов геномики и биоинформатики.

Юрий Эдуардович Стефанов — кандидат биологических наук, научный сотрудник Института молекулярной биологии РАН им. В. А. Энгельгарта и научный консультант студии научного дизайна Visual Science. Область научных интересов — эволюция мобильных генетических элементов, трехмерное компьютерное моделирование вирусных частиц.

В общественном сознании закрепилось довольно легкомысленное отношение к гриппу. Действительно, зачастую его симптомы не тяжелее простудных, да и беспокоит он нас не дольше недели, причем проходит обычно без всякого лечения. Однако история взаимодействий человека и вируса гриппа требует более серьезного подхода к этому патогену. Достаточно вспомнить, что одни из самых страшных пандемий прошлого века были вызваны этим вирусом * . Да и обычный сезонный грипп далеко не безвреден: по оценкам Всемирной организации здравоохранения, ежегодно от него и связанных с ним осложнений умирают сотни тысяч человек (в первую очередь, пожилые люди, младенцы и страдающие хроническими заболеваниями), а в годы тяжелых пандемий — миллионы. По числу унесенных жизней среди инфекционных заболеваний грипп уступает, пожалуй, только ВИЧ. Основная проблема профилактики и лечения гриппа связана с тем, что вирус очень быстро меняется, и каждый год мы имеем дело с его новыми формами, поведение которых далеко не всегда можно предсказать. Очередным шагом на пути к пониманию изменчивости вируса гриппа стал компьютерный анализ последовательностей аминокислот в белках вируса и нуклеотидов в его геноме.

Первая в мире полная достоверная модель вируса гриппа A/H1N1 с атомным разрешением, созданная в рамках проекта Viral Park компании Visual Science при участии Национального центра биотехнологии в Мадриде. Цель проекта — построение научно достоверных 3D-моделей распространенных вирусов человека с максимальной детализацией. Специалисты Visual Science собирают воедино данные огромного количества работ по молекулярной биологии, вирусологии и кристаллографии вирусов, мнения экспертов ведущих научных центров мира и результаты молекулярного моделирования, полученные научным отделом компании. Модель в значительной степени построена на основе данных, опубликованных исследовательскими коллективами под руководством: Хуана Ортина (Испанский национальный центр биотехнологий, Мадрид, Испания), Такеши Нода (Университет Токио, Япония), Роба Ригро (Отдел взаимодействий вируса и клетки, Гренобль, Франция) и Питера Розенталя (Национальный институт медицинских исследований, Лондон, Великобритания). Точное строение генома вируса гриппа удалось смоделировать благодаря сотрудничеству с Хайме Мартин-Бенито (Испанский национальный центр биотехнологий, Мадрид, Испания), группа которого добилась уникальных результатов в описании упаковки вирусного генетического материала. Создатели модели: Иван Константинов (руководитель проекта), Юрий Стефанов (научный консультант), Анастасия Бакулина (ведущий молекулярный моделлер), Дмитрий Щербинин (молекулярный моделлер), Александр Ковалевский (3D-моделлер)

Сегментированный геном

Общая длина генома вируса гриппа составляет приблизительно 13 500 нуклеотидов [2]. Три самых крупных (примерно по 2300 нуклеотидов) его сегмента (PA, PB1 и PB2) кодируют вирусную полимеразу — белок, копирующий РНК и состоящий из трех крупных субъединиц. Четвертый по длине (около 1750 нуклеотидов) сегмент (HA) отвечает за синтез гемагглютинина. Этот белок заякорен в липидной оболочке вируса и отвечает за его проникновение в клетку, связываясь с рецептором на поверхности клеточной мембраны [3]. В зависимости от того, какой именно вариант гемагглютинина несет вирус, связывание может быть более или менее крепким. После этого клетка поглощает вирус, помещая его в мембранный пузырек внутри цитоплазмы. Большинство макромолекулярных комплексов, поглощаемых таким образом, перевариваются клеткой. Однако вирус избегает этой участи: его мембрана сливается с мембраной пузырька, в результате чего ее содержимое оказывается в цитоплазме. В этом процессе гемагглютинин также играет важную роль. Затем геном вируса проникает в ядро, где с него может начать считываться информация.

Сегмент размером около 1550 нуклеотидов (NP) кодирует нуклеопротеин — белок, необходимый вирусу для упаковки РНК. Множество копий такого белка распределяется по каждому из геномных сегментов, связываясь с молекулой нуклеиновой кислоты. В результате фрагменты генома образуют нуклеопротеидные тяжи, сложенные пополам и закрученные в спираль, к каждому из которых прикрепляется своя копия полимеразного комплекса [4].

Сегмент M1/M2 длиной 1000 нуклеотидов, в соответствии со своим названием, кодирует сразу два белка — М1 и М2. Из молекул первого из них образован слой (матрикс), подстилающий вирусную липидную оболочку. Обычно М1 играет ключевую роль в формировании вирусных частиц, поскольку он взаимодействует одновременно с поверхностными белками вируса и внутренними компонентами вирусной частицы. Задача матриксного белка — собрать все составляющие воедино [6]. Белок М2 выполняет роль ионного канала. Он расположен в липидной оболочке вируса и способствует его распаковке в цитоплазме клетки [7].

Последний, самый короткий (из 865 нуклеотидов) сегмент РНК вируса гриппа отвечает за синтез двух белков, которые не попадают в зрелую вирусную частицу. Эти белки называются NS1 и NEP. Первый необходим вирусу, в частности, для того, чтобы блокировать считывание информации с клеточных молекул РНК [8]. Благодаря ему клетке приходится синтезировать преимущественно вирусные белки, оставляя свои собственные нужды. Второй белок, NEP, обеспечивает транспорт новообразованных геномных комплексов вируса из ядра к клеточной мембране, где происходит сборка вирионов [9].

Новые штаммы и поиск реассортаций

Классификация штаммов вируса гриппа основана прежде всего на том, какие именно варианты гемагглютинина и нейраминидазы входят в его состав. Широко известные комбинации букв H и N в сочетании с порядковыми номерами (например, H3N2) как раз и обозначают подтип вируса: гемагглютинин 3, нейраминидаза 2. Таких подтипов десятки, однако человека заражают лишь немногие — обычно те, у которых не слишком большие номера N и H. Наиболее давние хозяева вируса гриппа — птицы, от которых новые штаммы время от времени передаются домашнему скоту и, прямо или опосредованно, людям [10]. Чем более долгий период коэволюции провели вместе патоген и хозяин, тем менее болезненным становится их совместное существование. Птичьи штаммы вируса зачастую оказываются очень опасными после передачи новым хозяевам [11].

Известно, что именно реассортации сегментов РНК привели к возникновению штаммов, которые вызвали пандемии азиатского и гонконгского гриппа в 1957 и 1968 гг., унесшие около 2,5 млн жизней [12]. Возможно, что и испанский грипп начала прошлого века, число жертв которого шло на десятки миллионов, тоже появился в результате такой эволюционной схемы [13].

Подобное исследование можно провести с использованием геномов вируса гриппа, опубликованных в свободном доступе. Избрав в качестве объекта штаммы H3N2, можно составить выборку из 1376 сегментированных геномов, а затем сравнить между собой филогенетические деревья для этих вирусов, построенные в отдельности по каждому из геномных сегментов [15].

В результате такого сравнения оказалось, что число реассортаций примерно сопоставимо для разных сегментов: в ходе эволюции гриппа в популяции человека каждая пара сегментов в недавнем прошлом реассортировала около 50 раз.

Последствия реассортаций

После того как ветви, в которых произошли реассортации, были обнаружены, стало возможным оценить их влияние на накопление в сегментах вирусного генома точечных замен. Для этого можно сравнить время, прошедшее между каждой такой заменой и ближайшей предшествующей ей реассортацией, с тем, которое бы ожидалось из компьютерной модели, если бы реассортации не влияли на замены. Проведенный анализ показал, что по крайней мере в пяти из восьми сегментов генома мутации ускоренно накапливаются после реассортации. Наиболее ярко эффект проявился для нейраминидазы и белка PB1. Ускорение аминокислотных замен после реассортаций вирусных геномов указывает на то, что в такие периоды эволюции вируса гриппа прежде всего происходит адаптация белков к новому генетическому окружению. Из-за того, что вирусные белки взаимодействуют между собой, молекулы из разошедшихся штаммов вынуждены какое-то время изменяться, приспосабливаясь друг к другу.

Интересно, что у нейраминидаз наблюдалось 30 замен, расстояние от которых до ветви, несущей реассортацию, меньше того эволюционного расстояния, на котором мы бы ожидали встретить одну случайную синонимичную замену в гене данного белка. Такой результат свидетельствует о том, что все эти 30 мутаций произошли и закрепились необычайно быстро, и что необходимость быстрой адаптации возникла именно благодаря тому, что соответствующий сегмент генома попал в новое генетическое окружение.

Реассортация — это резкое эволюционное изменение, которое поначалу может снижать общую приспособленность вируса к условиям окружающей среды и к организму-хозяину. Однако иногда оказывается, что из-за такой перетасовки белков из разных штаммов новая форма патогена оказывается более приспособленной, чем штаммы-предшественники, получая возможность эффективнее распространиться [18]. Похоже, что за коррекцию первичного вредного эффекта от реассортации как раз и отвечают быстро закрепляющиеся адаптивные мутации.

Предсказания, полученные только статистическими методами, — путем анализа последовательностей белков и кодирующих их генов, — конечно, не могут иметь стопроцентную точность. Действительно ли взаимодействуют две определенные аминокислоты, можно проверить экспериментально. Однако каждый белок вируса состоит из сотен аминокислот, так что возможны десятки тысяч разных взаимодействий. Постановка такого числа экспериментов практически неосуществимы. Биоинформатический анализ позволяет расставлять приоритеты: выбирать и анализировать только те аминокислоты, которые участвуют во взаимодействиях, экономя время и силы экспериментаторов. Кроме того, такой подход позволяет понять, насколько взаимодействия, приводящие к вредности реассортаций, распространены на уровне всего генома.

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект 13-04-02098) и Министерства образования и науки Российской Федерации (проект 11.G34.31.0008).

Литература
1. Steinhauer D. A., Domingo E., Holland J. J. Lack of evidence for proofreading mechanisms associated with an RNA virus polymerase // Gene. 1992. V. 22. № 2. P. 281–288.
2. Teng Q., Hu T., Li X. et al. Complete genome sequence of an H3N2 avian influenza virus isolated from a live poultry market in Eastern China // J. Virol. 2012. V. 86. № 21. P. 11944. DOI: 10.1128/JVI.02082-12.
3. Carr C. M., Kim P. S. A spring-loaded mechanism for the conformational change of influenza hemagglutinin // Cell. 1993. V. 73. № 4. P. 823–832.
4. Arranz R., Coloma R., Chichуn F. J. et al. The structure of native influenza virion ribonucleoproteins // Science. 2012. V. 338. № 6114. P. 1634–1637. DOI: 10.1126/science.1228172.
5. Kamali A., Holodniy M. Influenza treatment and prophylaxis with neuraminidase inhibitors: a review // Infection and Drug Resistance. 2013. № 6. P. 187–198. DOI: 10.2147/IDR.S36601.
6. Nayak D. P., Hui E. K., Barman S. Assembly and budding of influenza virus // Virus Res. 2004. V. 106. № 2. P. 147–165.
7. Lear J. D. Proton conduction through the M2 protein of the influenza A virus; a quantitative, mechanistic analysis of experimental data // FEBS Lett. 2003. V. 552. № 1. P. 17–22.
8. Hale B. G., Randall R. E., Ortнn J. et al. The multifunctional NS1 protein of influenza A viruses // J. Gen. Virol. 2008. V. 89. № 10. P. 2359–2376. DOI: 10.1099/vir.0.2008/004606-0.
9. Robb N. C, Smith M., Vreede F. T. et al. NS2/NEP protein regulates transcription and replication of the influenza virus RNA genome // J. Gen. Virol. 2009. V. 90. № 6. P. 1398–1407. DOI: 10.1099/vir.0.009639-0.
10. El Zowalaty M. E., Bustin S. A., Husseiny M. I. et al. Avian influenza: virology, diagnosis and surveillance // Future Microbiol. 2013. V. 8. № 9. P. 1209–1227. DOI: 10.2217/fmb.13.81.
11. Kaplan B. S., Webby R. J. The avian and mammalian host range of highly pathogenic avian H5N1 influenza // Virus Res. 2013. V. 178. № 1. P. 3–11. DOI: 10.1016/j.virusres.2013.09.004.
12. Kilbourne E. D. Influenza pandemics of the 20th century // Emerg. Infect. Dis. 2006. V. 12. № 1. P. 9–14.
13. Suzuki Y. A phylogenetic approach to detecting reassortments in viruses with segmented genomes // Gene. 2010. V. 464. № 1–2. P. 11–16. DOI: 10.1016/j.gene.2010.05.002.
14. Nagarajan N., Kingsford C. GiRaF: robust, computational identification of influenza reassortments via graph mining // Nucleic Acids Research. 2011. V. 39. № 6. e34. DOI: 10.1093/nar/gkq1232.
15. Neverov A. D., Lezhnina K. V., Kondrashov A. S., Bazykin G. A. Intrasubtype Reassortments Cause Adaptive Amino Acid Replacements in H3N2 Influenza Genes // PLoS Genet. 2014. V. 10. № 1. e1004037. DOI: 10.1371/journal.pgen.1004037
16. Wolf Y. I., Viboud C., Holmes E. C. et al. Long intervals of stasis punctuated by bursts of positive selection in the seasonal evolution of influenza A virus // Biol. Direct. 2006. V. 1. P. 34.
17. Kryazhimskiy S., Dushoff J., Bazykin G. A. et al. Prevalence of epistasis in the evolution of influenza A surface proteins // PLoS Genet. 2011. V. 7. № 2. e1001301. DOI: 10.1371/journal.pgen.1001301.
18. Li K. S., Guan Y., Wang J. et al. Genesis of a highly pathogenic and potentially pandemic H5N1 influenza virus in eastern Asia // Nature. 2004. V. 430. № 6996. P. 209–213.
19. Ferguson N. M., Fraser C., Donnelly C. A. et al. Public health. Public health risk from the avian H5N1 influenza epidemic // Science. 2004. V. 304. № 5673. P. 968–969.
20. Yong E. Influenza: Five questions on H5N1 // Nature. 2012. V. 486. № 7404. P. 456–458. DOI: 10.1038/486456a.
21. Herfst S., Schrauwen E. J., Linster M. et al. Airborne transmission of influenza A/H5N1 virus between ferrets // Science. 2012. V. 336. № 6088. P. 1534–1541. DOI: 10.1126/science.1213362.
22. Imai M., Watanabe T., Hatta M. et al. Experimental adaptation of an influenza H5 HA confers respiratory droplet transmission to a reassortant H5 HA/H1N1 virus in ferrets // Nature. 2012. V. 486. № 7403. P. 420–428. DOI: 10.1038/nature10831.
23. Russell C. A., Fonville J. M., Brown A. E. et al. The potential for respiratory droplet-transmissible A/H5N1 influenza virus to evolve in a mammalian host // Science. 2012. V. 336. № 6088. P. 1541–1547. DOI: 10.1126/science.1222526.

Обзор

Такие маски в принудительном порядке носили в 1918—1919-х годах, во время крупнейшей пандемии гриппа, по современным подсчетам унесшей до 50 млн. человеческих жизней

Автор

Редакторы

Грипп

Среди наиболее трагических событий первой половины XX века — наряду с двумя мировыми войнами — выделяется пандемия гриппа 1918 года, ставшая не менее смертоносной, чем крупнейшие конфликты между людьми: в течение 18 месяцев около 50 млн. людей погибли от вирусной инфекции.

Гонки с гриппом

Ежегодно гриппом переболевает 5–15% всей мировой популяции. Наибольшему риску подвергаются дети до двух лет, пожилые люди от 65, а также больные астмой, диабетом или хроническими заболеваниями сердца вне зависимости от возраста. В то же время от болезни не застрахован никто — как показала пандемия 2009-го, когда больше всего пострадали как раз молодые люди с превосходной иммунной системой [4].

Гриппозный зоопарк

Это эстафета, которую ученые и органы здравоохранения уже так долго и с переменным успехом стараются прервать.

Ловец вирусов

— Что является самым главным в экологии вируса гриппа?

— Что еще мы узнали после встречи с птичьим гриппом?

— Болеют ли дикие птицы — природные носители вируса — гриппом?

— Как грипп передается между дикими птицами?

— Это неизвестно. Один из способов это выяснить — исследование природных очагов гриппа. Яркий пример, который наблюдаем мы с коллегами — залив Делавэр на востоке США. Птицы побережья во время сезонной миграции на север в мае останавливаются там, чтобы покормиться яйцами мечехвостов. По-видимому, в этом месте собирается критическая масса птиц, многие из которых еще не являются носителями гриппа, — что и становится определяющим фактором, позволяющим инфекции быстро распространяться. Есть и другие подобные места — в Австралии, Канаде, в других регионах. Потенциально подходит любое место массового скопления и кормления этой водной братии.

— Сколько разновидностей вируса гриппа циркулирует в природе?

— Над чем вы сейчас работаете?

Это исследование, в высшей степени ориентированное на практику. Используя наши диагностические методы, можно будет оперативно объявлять о появлении новых штаммов вируса и проводить грамотные кампании по вакцинации.

Рисунок 3. Во время пандемии поцелуи возможны только с защитой

— До сих пор птичий вирус гриппа H5N1 был не слишком активен, заражая людей. Какова вероятность, что в будущем эта его способность значительно возрастет?

— Вероятность пандемии вируса H5N1 значительно меньше, чем любого из H1, H2 или H3, потому что H5 далеко не так заразен для людей. Но если назвать вирус, который нам хотелось бы видеть пандемичным меньше всего, это будет как раз H5 из-за высокой смертности, причиной которой он становится. Одна из отличительных черт высокопатогенного вируса — молекулярные особенности строения гемагглютинина, позволяющие развиться системной инфекции, а не инфекции только дыхательных путей, как обычно [2]. Такая опасная способность числится только за вирусами H5 и H7.

У H5N1 было десять лет, чтобы переменить хозяина, а значит, это не одна-две и не три-четыре замены, которые должны произойти в нем, чтобы стать патогеном человека, а значительно больше. Есть примеры, когда для перемены хозяина вирусу требуется не одно десятилетие, несмотря на плотный контакт между видами, однако сейчас понятно хотя бы, что H5N1 не может передаться людям легко. Впрочем, совсем исключить эту вероятность нельзя, и если что-то и мешает нам спать спокойно по ночам, — то это вирус H5.

— Что, на ваш взгляд, наиболее удивительно в вирусе гриппа?

— Не устаю удивляться, как мало мы про него знаем, несмотря на то, что так давно и так активно изучаем. Это же сравнительно простые вирусы, — но до сих пор так и не понятно, что позволяет им периодически преодолевать межвидовые барьеры.

Грипп представляет собой антропонозное острое вирусное инфекционное заболевание с аспирационным механизмом передачи возбудителя. Характеризуется острым началом с симптомами интоксикации, повышением температуры, головной болью, ломотой в суставах и мышцах

В этиологической структуре инфекционных заболеваний первое место принадлежит респираторным инфекциям, среди которых удельный вес гриппа составляет 12–15%.

В 1933 г. во время эпидемии гриппа в Англии в лаборатории доктора Эндельса в Лондоне был открыт человеческий вирус гриппа. Пытаясь найти животное, которое было бы чувствительно к гриппу человека, ученые заражали гриппом всевозможных животных, от змей до грызунов. Однажды сотрудник этой лаборатории доктор Вилли Смитт, который исследовал зараженных животных, взял в руки хорька, и хорек на него чихнул. Оказалось, что хорьки, как и люди, также болеют гриппом. Через два дня доктор Смитт заболел гриппом. Это был первый случай экспериментального заражения гриппом. В результате от него был выделен вирус, который получил название штамм WS — штамм Вилли Смитт.

Через три года был выделен вирус гриппа группы В, а в 1947 г. — вирус гриппа группы С.

Возбудители гриппа — РНК-содержащие вирусы из семейства ортомиксовирусов, имеющие три антигенно самостоятельных серотипа — А, В, С. Размножаются в цилиндрическом эпителии дыхательных путей. Структуры вириона покрыты наружной и внутренней оболочками. Вирусная РНК — это стабильное в антигенном отношении образование. Наружная оболочка содержит два гликопротеида — гемагглютинин (Н) и нейраминидазу (N), определяющих узкую специфичность вирусов гриппа А. Гемагглютинин и нейраминидаза обусловливают важные свойства вирусов — токсигенность, иммуногенность, изменчивость. В организме человека гемагглютинин индуцирует образование защитных вируснейтрализующих антител.

Гемагглютинин — это белок исключительной сложности. Его молекулы представляют собой трехмерную структуру, в которую входят несколько сотен аминокислот. На этой очень сложной трехмерной структуре различаются участки: во-первых, те, которые определяют взаимодействие вируса с клеткой, а точнее, так называемую зависимость от клетки-хозяина. Вирусы гриппа могут входить, например, только в клетки человека, но не в клетки свиньи или птицы. Во-вторых, участки, которые для нас важны с точки зрения профилактики гриппа, — так называемые антигенные домены. Когда антитела образуются, они блокируются именно с этими участками и нейтрализуют возможность вируса входить в клетку и вызывать инфекцию.

Гемагглютинин вируса гриппа очень изменчив. Каждый год появляются новые варианты, в результате чего приходится менять штаммы для вакцины. И не только потому, что мутации возникают в антигенных доменах, но и из-за того, что в силу сложности трехмерной структуры конформацию гемагглютинина могут менять и мутации, происходящие в других местах.

В результате один домен исчезает, антитела не могут его найти, и вирус ускользает от действия антител. Но, к счастью, в гемагглютинине не один, а несколько доменов. И такая изменчивость ведет не к полной утрате иммунитета, выработавшегося вследствие предыдущего заболевания гриппом, а лишь к определенному снижению способности противодействовать инфекции.

Нейраминидаза также обладает антигенными свойствами, т. е. способностью к развитию иммунных реакций, участвует в проникновении вириона внутрь клетки-хозяина. Возможно изменение одного или двух антигенов одновременно. Но полная смена антигенов происходит намного реже. Из известных в настоящее время 13 подтипов гемагглютининов (Н1 — Н13) и 10 подтипов нейраминидаз (N1 — N10) у человека циркулируют вирусы гриппа А (Н1N1), А (Н2N2), А (Н3N2). Процесс изменения гемагглютининов и нейраминидаз протекает независимо друг от друга.

Пандемический штамм — это новый серотип вируса; каждая смена серотипов обусловливает пандемию, возникающую один раз в 20–30 лет.

Эпидемический штамм формируется внутри серотипа, но при этом имеет небольшие антигенные отклонения, появляющиеся в результате иммунологического дрейфа.

Вирус гриппа В менее изменчив и уступает вирусу А по степени вирулентности и контагиозности. Заболевания, вызываемые вирусом В, часто носят локальный характер, нередко вспышки гриппа возникают у школьников.

Вирусы гриппа С не вызывают эпидемий, лишь спорадические случаи, особенно у детей первого года жизни. Этот вирус не содержит нейраминидазы и отличается постоянством антигенной структуры. Как правило, к десяти годам у большинства детей имеются антитела к вирусу гриппа С.

Вирусы гриппа развиваются преимущественно в цитоплазме, иногда в ядре. При температуре -4°С они сохраняются в течение двух-трех недель. При прогревании до 50–60°С инактивируются в течение нескольких минут. Действие дезинфектантов проявляется мгновенно. Вирус серотипа А выделен у свиней, лошадей, птиц, тогда как вирусы гриппа В и С патогенны только для человека.

Источником гриппозной инфекции является больной человек. Наибольшая контагиозность наблюдается с первых часов болезни до трех–пяти дней. Массовому распространению инфекции способствуют больные легкими и стертыми формами. С частицами слизи из дыхательных путей при кашле, чихании, разговоре вирус может рассеиваться на несколько метров от больного. Таким образом, инфекция передается воздушно-капельным путем.

Вирусы гриппа обладают выраженным тропизмом к эпителию дыхательных путей, особенно к клеткам цилиндрического эпителия нижней носовой раковины и трахеи. Проникая в них, вирус начинает интенсивно репродуцироваться, вызывая дистрофию, некроз, слущивание эпителия. Поврежденная слизистая становится проницаемой для вирусов, вовлекается подлежащая ткань с сосудистой сетью. Хотя вирусы гриппа довольно быстро разрушаются в организме, его токсические субстанции, продукты распада клеток, устремляются в кровеносное русло. Возникают полнокровие, стазы, кровоизлияния. Существенные нарушения в свертывающей и фибринолитической системах усугубляют развитие геморрагического синдрома, приводя к развитию ДВС-синдрома. Органами-мишенями при гриппе являются центральная и вегетативная нервная системы, кровеносные сосуды. Серьезные повреждения эпителия дыхательных путей и сосудистого барьера, подавление иммуногенеза, фагоцитарной активности нейтрофилов нарушают биоценоз, и слизистые оболочки респираторного тракта становятся местом для интенсивного размножения и накопления условно патогенных бактерий, что приводит к развитию бактериальных осложнений.

Клиника гриппа и острых респираторных заболеваний, вызываемых различными вирусами, из-за сочетания общетоксических симптомов и поражения дыхательных путей, имеет много сходных черт.

Грипп начинается остро. Иммунокомпрометированные люди могут заболевать подостро. Инкубационный период, как правило, составляет один-два дня, но может продлиться и до пяти дней. Затем начинается период клинических проявлений.

Тяжесть болезни зависит от многих факторов: общего состояния здоровья, возраста, от того, контактировал ли больной с данным типом вируса ранее. По тяжести течения различают легкую, среднетяжелую, тяжелую и гипертоксическую формы гриппа.

При легком течении заболевания температура тела может оставаться нормальной или повышаться не выше 38°С, симптомы интоксикации слабо выражены или отсутствуют.

При развитии тяжелого течения гриппа температура тела поднимается до 40-40,5°С. В дополнение к симптомам, характерным для среднетяжелой формы гриппа, появляются признаки энцефалопатии (психотические состояния, судорожные припадки, галлюцинации), сосудистые расстройства (носовые кровотечения, точечные геморрагии на мягком небе) и рвота.

Если грипп протекает без осложнений, лихорадочный период продолжается два—четыре дня, и болезнь заканчивается в течение пяти—десяти дней. Возможны повторные подъемы температуры тела, однако они обычно обусловлены наслоением бактериальной флоры или другой вирусной респираторной инфекции. После перенесенного гриппа в течение двух-трех недель могут сохраняться явления постинфекционной астении: утомляемость, слабость, головная боль, раздражительность, бессонница.

Диагностика. В общем анализе крови отмечаются лейкопения, относительный лимфо- и моноцитоз. Для экспресс-диагностики в реакции иммунофлуоресценции (РИФ) используют мазок из носоглотки. Метод парных сывороток применяется для ретроспективной диагностики.

Лечение. Всем больным с гриппом назначается постельный режим на время лихорадочного периода. Диета, богатая витаминами, обильное питье — чай с лимоном, отвар шиповника, щелочные минеральные воды. Используются потогонные горячие напитки из отваров и настоев лечебных трав (малина, калина и др.). При фебрильной лихорадке назначаются парацетамол и препараты на его основе — панадол, ринза, тайленол, эффералган. При кашле показаны тусупрекс, бронхолитин, бромгексин. В базисную терапию гриппа необходимо включать витамины.

При отягощенном аллергологическом анамнезе используются антигистаминные препараты — супрастин, тавегил.

На вооружении врача имеются также комбинированные препараты для симптоматического лечения гриппа и ОРВИ.

Терапия гриппа включает ремантадин, арбидол, интерфероны, амиксин. Максимально полно эффективность этих средств проявляется при назначении в наиболее ранние сроки.

Амиксин — пероральный низкомолекулярный синтетический индуктор эндогенного интерферона.

Арбидол — отечественный противовирусный химиопрепарат с выраженной противовирусной активностью к вирусам гриппа. Препарат ингибирует адсорбцию и проникновение вирусов в клетку, кроме того, он является иммуномодулятором, индуктором интерферона и антиоксидантом. Препарат эффективен при гриппе А, В и других ОРВИ.

Препараты арбидол, амиксин используются также для профилактики гриппа и других ОРВИ [1,2,3].

Применяются также человеческий лейкоцитарный интерферон и рекомбинантные (генно-инженерные) альфа2-интерфероны: реаферон, реальдирон, гриппферон.

Лечение тяжелого гриппа должно проводиться в стационаре.

Профилактика. Единственным методом специфической профилактики, который дает и профилактический и экономический эффект, является применение вакцины. В настоящее время существуют инактивированные и живые виды вакцин. Инактивированная цельновирионная вакцина состоит из цельного хорошо очищенного вириона. Цельновирионная вакцина требует очень высокой степени очистки препарата от яичных белков, которые могут вызывать аллергическую реакцию. Эту вакцину не рекомендуют использовать у маленьких детей.

Расщепленная инактивированная вакцина появилась несколько позже. Цельновирионная вакцина очищалась, а затем ее разрушали каким-либо химическим веществом. Эта вакцина лучше очищена, менее реактогенна, и ее разрешено применять у детей с шести месяцев и старше.

Субъединичная вакцина содержит только гемаггютинин и нейраминидазу. Это наименее реактогенный препарат, который разрешается и рекомендуется применять у детей с шести месяцев и старше. По иммуногенности она схожа со СПЛИТ-вакцинами.

Применяется инактивированная вакцина — гриппол, представляющая собой субъединичную вакцину в комплексе с иммуностимулятором полиоксидонием, введение которого позволило снизить в три раза количество гемагглютинина в дозе вакцины. Полиоксидоний обеспечивает повышенную безопасность применения, высокую иммуногенность, длительную иммунную память, выраженную эпидемиологическую эффективность [6].

Эффективность однократного вакцинирования составляет обычно примерно 70–90%. Это значит, что 70–90% вакцинированных людей не заболеют гриппом. Но при этом они могут заболеть другими ОРЗ. Эпидемии гриппа и парамиксовируса часто происходят одновременно. Перечислим некоторые разрешенные к применению вакцины против гриппа.

вакцина гриппозная инактивированная для взрослых с 18 лет;
очищенная живая гриппозная вакцина для подростков и взрослых;
гриппол — гриппозная тривалентная полимерная субъединичная вакцина.

Импортные: ваксигрипп, бегривак, флюарикс, инфлювак.

Рекомендуется вакцинировать в первую очередь лиц, у которых высок риск осложнений и смертности от гриппа. Это люди, проживающие в домах для престарелых и инвалидов, пожилые люди с хроническими заболеваниями сердечно-сосудистой, дыхательной системы, нарушениями обмена, функции почек, иммунной системы, дети начиная с шести месяцев, а также взрослые с перечисленными выше хроническими заболеваниями. И, наконец, лица, которые часто контактируют с указанными категориями людей.

К сожалению, среди лиц, относящихся к группе высокого риска, вакцинируется очень малый процент. В России в целях борьбы с гриппом был издан приказ Минздрава РФ, в приложении к которому кроме группы высокого риска осложнений и смертности от гриппа указаны группы высокого риска заболеваемости гриппом. Это, прежде всего, дети до 14 лет, взрослые, которые в силу своей профессии, постоянно контактируют с большим количеством людей, медики, работники торговли, транспорта, милиции и т. д. Эти же группы являются основными распространителями инфекции и должны подлежать вакцинации.

Рекомендуется ежегодная вакцинация. Для этой цели ВОЗ имеет сеть лабораторий — 110 национальных лабораторий по гриппу в 80 странах, которые во время эпидемий выделяют от больных штаммы и рассылают их в четыре центра, сотрудничающих с ВОЗ.

Для химиопрофилактики используется ремантадин, который свободно продается в аптеках и стоит недорого. Он в 80% случаев защищает от заболевания гриппом. Лечение этим препаратом не столь эффективно, из-за того, что очень быстро возникают резистентные варианты.

Грипп убивает ежегодно тысячи людей, и у десятков тысяч вызывает различные осложнения. Экономический ущерб от гриппа, как для отдельных лиц, так и для государства в целом, огромен. Но грипп можно предотвратить, прежде всего, с помощью вакцины.

По вопросам литературы обращайтесь в редакцию

Е. Г. Белова, кандидат медицинских наук
Московский Медицинский медико-стоматологический университет

Мы кратко рассмотрели структуру вирионов гриппа и процесс кодирования вирусными РНК одного и более белков. Теперь обратимся к размножению вирусов гриппа.

Вирусы – это исключительно внутриклеточные паразиты, они не могут воспроизводиться вне клетки. Появление новых инфекционных частиц должно протекать внутри клетки. Войдя в клетки, вирусы начинают паразитировать в структуре хозяина для воспроизводства вирусного потомства. Все события, происходящие в инфицированной вирусом клетке, называются инфекционным циклом, или вирусной репликацией. Вирусологи искусственно разделяют инфекционный цикл на несколько стадий, чтобы проще было его изучить. Эти стадии включают прикрепление и вхождение вириона, трансляцию мРНК в белок, репликацию генома (создание большего количества РНК или ДНК), скопление новых частиц и выход частиц из клетки. Мы рассмотрим каждую из названных стадий, а затем обсудим, как вирус гриппа инфицирует нас и вызывает болезнь.

Остановимся на первой стадии – прикреплении вириона к клетке. Возьмем обычную клетку, с которой, я уверен, знаком каждый. Но не будет лишним повториться.

Рисунок 10.

Слева показан клеточный белок, прикрепленный к цитоплазматической мембране. Снизу изображена внутренняя часть клетки – цитоплазма. Часть белка пересекает мембрану, и также видны части цитоплазматической и внеклеточной сторон. Сферы – это сахара, прикрепленные ко множеству белков (белок + сахар = гликопротеин). Сиаловая кислота всегда является последним сахаром в цепи, которая прикрепляется к белку. Справа показана химическая структура сиаловой кислоты; следующий сахар (справа) – галактоза. Вирионы гриппа прикрепляются к клеткам, когда HA захватывает очень маленькую сиаловую кислоту.

Сахар в сравнении с HA в действительности очень мал – он подходит к небольшому кармашку на острие шипа. На рис. 11 изображена молекулярная модель, демонстрирующая, как HA прикрепляется к аналогу сиаловой кислоты. Шаровидный конец HA показан в верхней части рис. 11. Маленькие красные и белые сферы показывают места будущего прикрепления сиаловой кислоты – кармашки на верхнем конце HA.

Рисунок 13.

Процесс вхождения вируса гриппа в клетки – наиболее понятный из всех известных механизмов проникновения вирусов. После прикрепления вириона к сиаловой кислоте, имеющей рецепторы на поверхности клетки, вирус-рецепторный комплекс входит в клетки посредством эндоцитоза – процесса, в ходе которого клетки обычно берут молекулы из внеклеточной жидкости. Пока эндосомальные везикулы, содержащие частицы вируса, движутся к ядру клетки, их pH понижается. Это изменение в pH завершает клеточный канал, закачивающий протоны (H+) в везикулу. Когда эндосомальная pH достигает 5,0, вирусный белок HA подвергается конформационной перестройке. Это изменение подвергает пептид слияния на HA короткой гидрофобной последовательности, вставляющей его в эндосомальную мембрану, которая от этого сливается с вирусной оболочкой. Когда это происходит, вирусные РНК проникают в цитоплазму. Затем они транспортируются в ядро клетки, где начинается размножение.

В вирионе гриппа вирусные РНК не оголены, поскольку к ним прикреплены вирусные белки, включая белок M1. Этот белок образует оболочку, лежащую в основе липидной мембраны вириона. К сожалению, если вирусные РНК прикрепляются к белку M1, когда выходят из вириона, они не могут достичь ядра. Для решения этой проблемы вирион гриппа имеет в своей мембране несколько копий белка, называемого M2. Этот вирусный белок образует канал в мембране, который активно закачивает протоны из эндосомы во внутреннюю часть вириона. Данные протоны понижают pH внутри вириона, освобождая вирусные РНК от M1. В этом случае РНК могут войти в ядро.

Ионный канал M2, являющийся мишенью для противовирусных адамантанов, показан на рис. 14. Эти образования забивают канал и не позволяют протонам закачиваться в вирион. В присутствии адамантанов вирусным РНК нужно прикрепляться к M1, отчего они не могут достичь ядра. Поэтому вирусная репликация подавляется. Устойчивость к адамантанам возможна при изменении в аминокислотах, прокладывающих канал M2. Такие изменения не дают лекарству забить канал.

Рисунок 15.

На рис. 15 сферический конец белка HA, который прикрепляется к рецепторам клетки, изображен сверху, а вирусная мембрана – снизу. Для наглядности помечен только сайт расщепления HA. Нерасщепленная форма белка называется HA0; после расщепления клеточным ферментом образуются два белка, называемые HA1 (синий) и HA2 (красный). Две субъединицы остаются вместе на поверхности вирусной частицы. Новая амино(N)-концевая область HA2, образовавшегося при расщеплении, содержит последовательность гидрофобных аминокислот, называемых пептидом слияния. Во время вхождения вируса гриппа в клетки пептид слияния вставляется в эндосомальную мембрану и вызывает слияние вирусной и клеточной оболочек. Следовательно, вирусные РНК гриппа могут войти в цитоплазму. Процесс слияния описан в предыдущем параграфе.

Если белок HA не расщеплен, чтобы образовать HA1 и HA2, слияния не происходит. Поэтому вирусы гриппа с нерасщепленным HA не заразны. Расщепление вирусного HA происходит после того, как вновь синтезированные вирионы выходят из клетки. Вирусы гриппа эффективно размножаются в яйцах из-за присутствия протеазы в аллантоисной жидкости, способной расщеплять HA. Однако репликация многих штаммов вируса гриппа в культурах клеток требует добавления в среду соответствующей протеазы (как привило, трипсина).

У людей репликация вируса гриппа ограничена дыхательными путями, потому что это единственный участок, где производится протеаза, расщепляющая HA. Однако белок HA высокопатогенных штаммов H5 и H7 вируса птичьего гриппа может расщепляться протеазами, производимыми во многих различных тканях. В результате эти вирусы способны размножаться во многих органах птиц, включая селезенку, печень, легкие, почки и мозг. Это свойство объясняет способность штаммов H5N1 вируса птичьего гриппа размножаться вне дыхательных путей человека.

Подобно белкам HA высокопатогенных вирусов H5 и H7, HA штамма вируса гриппа 1918 г. может также расщепляться повсеместно присутствующими клеточными протеазами. Следовательно, вирус может размножаться в культурах клеток без добавления трипсина.

Белки HA H5 и H7 имеют множество основных аминокислотных остатков на сайте расщепления HA1-HA2, которые делают возможным расщепление посредством широко представленных протеаз. Но HA вируса гриппа H1 1918 г. не обладал этим свойством. Также N1 1918 г. не был в состоянии привлечь протеазы, которые расщепляли бы HA, т. е. не было механизма, позволяющего штамму A/WSN/33 вируса гриппа размножаться в клетках без трипсина. Понимание того, как белок HA вируса H1 1918 г. мог быть расщеплен протеазами – основной в понимании высокой патогенности данного штамма.

Рекомендуемая литература.

Chaipan, C., Kobasa, D., Bertram, S., Glowacka, I., Steffen, I., Solomon Tsegaye, T., Takeda, M., Bugge, T., Kim, S., Park, Y., Marzi, A., &Pohlmann, S. (2009). Proteolytic Activation of the 1918 Influenza Virus Hemagglutinin Journal of Virology, 83 (7), 3200-3211 DOI:10.1128/JVI.02205-08.

Читайте также: