Как выглядит вирус иммунодефицита человека

Обновлено: 28.03.2024

Проведя тщательный анализ этого образца, группа ученых во главе с Майклом Уороби (Michael Worobey) из университета Аризоны показала, что этот мужчина был инфицирован ВИЧ — вирусом, вызывающим синдром приобретенного иммунодефицита.

При жизни ни сам мужчина, ни его лечащие врачи об этом не знали. Формально вирус будет открыт лишь 17 лет спустя.

Извлекая крошечные генетические фрагменты из образца ткани, команда Уороби практически полностью реконструировала геном ВИЧ в том виде, в котором он существовал в те годы. А сама работа ученого помогла пролить свет на возникновение того, что станет причиной одной из самых важных пандемий в истории человечества.

В погоне за образцами

Вирус иммунодефицита человека был выявлен в 1980-х, после того как таинственный новый синдром затронул жителей США, и, как казалось, тогда он появился из ниоткуда. На самом деле эпидемия зародилась за несколько десятилетий до этого, просто на совсем другом континенте. В Африке.

Теперь мы можем с уверенностью утверждать, что по мере распространения геном вируса претерпевал постоянные изменения: сравнивая накопившиеся мутации и оценивая время, за которое они произошли, ученые могут проследить историю эволюции вируса вплоть до самого момента возникновения.

по теме


Общество

Наиболее вероятное место его появления — южный Камерун. А приблизительное время — 1920-е годы. Именно там и тогда вирус от шимпанзе перешел к человеку, перед тем как вскоре перебраться в город, известный в наше время как Киншаса.

В густонаселенном и быстрорастущем регионе с множеством потенциальных реципиентов вирус и обосновался, чтобы затем распространиться по всему миру.

Очевидно, что огромное количество людей тогда было инфицировано ВИЧ еще прежде, чем кто-то узнал о его существовании. Образцы тканей некоторых из погибших сохранились до наших дней: они рутинно собирались для исследований патологоанатомами, обрабатывались химическим фиксатором, располагались на восковых подложках, изучались под микроскопом (скорее всего, безрезультатно), а затем отправлялись в хранилище.

Но поскольку вирус до своего появления на Западе не был идентифицирован, определить заранее, какой именно образец ткани, взятый в то время, может содержать его следы, невозможно. Искать следы вируса в таких условиях — все равно что искать иголку в тысяче стогов сена.

Более того, процесс обработки химическим фиксатором и условия хранения образцов, дошедших до нашего времени, были таковы, что негативно влияли на содержащиеся в них РНК — молекулы, составляющие геном ВИЧ.


Вирус ВИЧ под микроскопом. Компьютерная Модель.

Однако нет ничего странного в том, что за два десятилетия поисков ученым удалось найти лишь два образца со следами вируса, собранных в Киншасе в период до его открытия.

Дэвид Хо (David Ho) из университета Рокфеллера (Rockefeller University) нашел следы вируса в образце крови, взятой в 1959 году; Уороби обнаружил их в кусочке лимфатического узла из 1960 года.

В обоих случаях от молекул РНК в целом сохранилось около одного процента. Но даже этих крошечных кусочков оказалось достаточно, чтобы доказать: именно ВИЧ блуждал по Киншасе за десятилетия до его открытия, а также чтобы наметить основные вехи истории его эволюции.

В то же время, ввиду ненадежности фрагментарных свидетельств, Уороби хотел собрать геном полностью. Целиком.

Его коллеги Софи Грисилс и Том Уоттс (Sophie Gryseels and Tom Watts) для этого разработали более точную технологию извлечения РНК и применили ее к более чем 1600 образцам тканей из Университета Киншасы (University of Kinshasa). И один из них, как оказалось, действительно содержал следы вируса.


Скрытая эпидемия. Пути распространения ВИЧ в Африке до того, как вирус попал в США.

Место и время

Извлеченные образцы оказались больше всего похожи на подтип С, наиболее распространенный тип ВИЧ в Африке. Тот, что и сейчас доминирует в южной части континента.

На поверку генетический материал, попавший в руки ученых, является лишь малой частью того разнообразия, которое существовало в Киншасе в 1960-е.

А стало быть, из всех подтипов вируса лишь некоторые из тех, что в то время можно было обнаружить в городе, вырвались наружу, дабы стать общемировой проблемой.

История ВИЧ в датах

1930-е

Исследователи полагают, что приблизительно в 1930-х некая форма вируса иммунодефицита обезьян (SIV) перебралась к людям во время разделки или поедания мяса шимпанзе в Демократической Республике Конго. Этот вирус стали называть ВИЧ-1, и это самый распространенный тип вируса на сегодняшний день.

1959

Первый известный случай заболевания СПИДом выявлен при исследовании образцов плазмы крови мужчины, умершего в Демократической Республике Конго в 1959 году.

1960-е

ВИЧ-2, ареал распространения которого ограничен западной частью Африки, перешел к людям от обезьян вида дымчатый мангобей в Гвинее-Бисау в 1960-х.

Генетический анализ вируса, проведенный в 2003 году, говорит, что именно этот тип, вероятно, впервые перебрался в Соединенные Штаты примерно в 1968 году.

1970-е

На протяжении 1970-х вирус, оставаясь незамеченным, продолжает распространяться по США и остальному миру, начинается эпидемия.

1981

Высокая распространенность двух редких заболеваний — саркомы Капоши и пневмонии — отмечена среди молодых гомосексуальных мужчин в Нью-Йорке и Калифорнии в США. Это первый задокументированный случаи СПИДа. К концу года уже 121 человек умер от таинственного заболевания.

1982

Ученые центра по контролю и профилактике заболеваний (Centers for Disease Control and Prevention, CDC) в Атланте, США, предположили, что нарушение работы иммунной системы среди гей-сообщества вызвано инфекционным заболеванием. Они ввели термин Синдром приобретенного иммунодефицита (СПИД) и установили, что помимо геев в группу риска входят потребители инъекционных наркотиков, люди гаитянского происхождения и больные гемофилией. К концу 1982 года СПИД был обнаружен на пяти континентах.

1983

Эпидемия СПИДа бурно развивается в Европе: в первую очередь среди гей-сообщества, а также среди людей, имеющих тесные связи с центральной Африкой.

Начинается расследование случаев СПИДа в Руанде, Заире и других африканских странах.

1984

Используя недавно разработанные техники, в ходе нескольких исследований независимо друг от друга Люк Монтанье (Luc Montagnier) из Института Пастера в Париже (the Pasteur Institute in Paris), Франция, и Роберт Галло (Robert Gallo) из Национального института раковых заболеваний (the National Cancer Institute) в Вашингтоне, округ Колумбия, США, обнаруживают ретровирус, ответственный за развитие заболевания, известного как СПИД. Позднее он будет назван вирусом иммунодефицита человека (ВИЧ).

Случаи заболевания СПИДом все чаще начинают появляться в среде гетеросексуалов.

1985

В Атланте, США, проведена первая конференция, посвященная проблемам СПИДа.

Вслед за прошлогодним открытием вируса на рынке появляется первый метод тестирования на ВИЧ, одобренный Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США (US Food and Drug Administration, FDA).

В США начинается тестирование крови в донорских пунктах.

1987

Азидотимидин (AZT), также известный как Зидовудин, первый противовирусный препарат, становится доступным для лечения ВИЧ после клинических испытаний. Препарат работает, блокируя действие обратной транскриптазы фермента ВИЧ, не давая вирусу размножаться в клетках. AZT замедляет развитие СПИДа, отдаляя смерть.

К 1987 году 16908 человек умерли от СПИДа в США. Всего Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) сообщила о 71571 случае заболевания СПИДом, из которых 47022 — в США.

По оценкам Всемирной организации здравоохранения, по всему миру носителями ВИЧ являются от 5 до 10 миллионов человек, ВОЗ запускает глобальную программу по борьбе со СПИДом.

1988

ВОЗ объявила 1 декабря всемирным днем борьбы с ВИЧ/СПИДом.

1991

Красная лента стала международным символом борьбы с ВИЧ/СПИДом.

1992

В США СПИД вышел на первое место среди причин смертности мужчин в возрасте от 24 до 44 лет.

Первые комбинированные лекарственные препараты для лечения ВИЧ появляются на рынке, после того как FDA наряду с AZT одобрило использование Zalcitabine (ddC), который также блокирует обратную транскриптазу.

Комбинированные препараты против ВИЧ оказываются более эффективными, а комплексное лечение замедляет развитие лекарственной резистентности.

1994

Использование AZT для предотвращения передачи ВИЧ от матери ребенку во время беременности рекомендовано в США. Исследование показало, что подобная терапия снижает шанс передачи вируса во время беременности до 8 %, в контрольной группе вероятность передачи составляла 25 %.

Через 12 лет после открытия вируса правительство США впервые запускает кампанию в медиа по пропаганде использования барьерных контрацептивов.

1995

ВОЗ объявила о достижении количеством зараженных миллионной отметки, всего же с начала эпидемии ВИЧ вирусом заразились более 19,5 миллиона человек.

1996

Международная инициатива по вакцинации против СПИДа (IAVI) — некоммерческая организация, базирующаяся в Нью-Йорке, — создана для ускорения поиска вакцины против ВИЧ.

90 % всех заболевших теперь проживают в развивающихся и развитых странах.

1997

Впервые благодаря появлению ВААРТ отмечено резкое падение смертности от СПИДа.

ООН объявляет, что к 2010 году 40 миллионов детей могут потерять одного или обоих родителей из-за СПИДа.

1998

Первые полномасштабные испытания вакцины против ВИЧ начинаются в США.

Две команды исследователей начинают разработку вакцин против штаммов ВИЧ, распространенных в странах Африки к югу от Сахары

В Сан-Франциско обнаружен штамм ВИЧ, устойчивый ко всем лекарственным средствам, подавляющим протеазу, которые в то время существовали на рынке. У некоторых пациентов, использующих для лечения ингибиторы протеазы, встречаются необычные побочные эффекты, такие как рост жировых отложений и проблемы с сердцем.

1999

33 миллиона человек инфицированы ВИЧ, а 14 миллионов умерли от СПИДа по всему миру.

СПИД становится одним из четырех самых массовых убийц современности.

2001

Индийская компания начинает продавать копии дорогих запатентованных лекарств против СПИДа через медицинскую благотворительную организацию в Африке. Этот шаг заставляет некоторые фармацевтические компании снижать цены.

2003

5 миллионов новых случаев СПИДа выявлены на протяжении 2003 года — самое большое количество с начала эпидемии. 3 миллиона человек умерли от СПИДа в этом же году.

2005

Около 40 миллионов человек инфицированы ВИЧ по всему миру.

Высокорезистивный штамм вируса, вызывающий быстрое развитие СПИДа, обнаружен в Нью-Йорке, США.

По оценкам ученых, сам ВИЧ возник где-то между 1896 и 1905 годом. Далеко не все вирусы так молоды. Когда ученые впервые обнаружили следы гепатита B времен Бронзового века, они подсчитали, что вирус менялся в 100 раз медленнее, чем предполагалось до этого. Открытие кардинально изменило предполагаемый период его возникновения. Даже ВИО (вирусы иммунодефицита обезьян), ближайшие родственники ВИЧ, поражающие шимпанзе, эволюционировали с разной скоростью в далеком прошлом и в новейшей истории, что делает оценку времени возникновения очень сложной.

В целом именно благодаря этому факту статистическими методами ученым удалось достаточно точно локализовать время и место начала пандемии. Установить, что с 1920-х годов именно Киншаса, ныне столица Демократической Республики Конго, стала центром первого очага эпидемии ВИЧ, а также положила начало эпидемии 1960-х годов в других частях континента.

Отсюда, из Киншасы, вирус прибыл на Гаити примерно в 1964 году. Причиной тому стало возвращение на родину жителей этого островного государства. До середины 60-х многие жители Гаити работали в только что получившем свою независимость Конго в качестве специалистов. И значительная часть гаитянских работников проживала именно в Киншасе.


Миграция из Гаити в США. Вторая половина 60-х тут наблюдается резкий рост. ВИЧ попадет в США именно в этот период.

Уже с Гаити вирус вместе с мигрантами перебрался на материк — в Соединенные Штаты Америки. Где очень быстро распространился среди гомосексуалов, воспользовавшись относительной уязвимостью перед ВИЧ именно этой группы.

Первые смерти от симптомов, крайне похожих на СПИД, будут зафиксированы здесь (преимущественно среди афроамериканских геев) уже в конце 60-х. Накануне знаменитых Стоунвольских бунтов, органично связанных с борьбой за права черного населения Америки и ставших отправной точкой эмансипации ЛГБТ-движения, завершившегося нынешней либерализаций законодательства относительной однополых браков и партнерств практически во всех западных странах.

Работа Уороби подтвердила эти и некоторые другие тезисы. Не на моделях, а на реальном генетическом материале.


Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ)

Процесс присоединения вирусной частицы к поверхности клетки-мишени и последующее слияние вирусной и клеточной мембран происходит при помощи гликопротеидного комплекса gp120/gp41. Оба белка, входящие в состав этого комплекса, кодируются вирусным геном env и синтезируются сначала в виде белка-предшественника gp160, который по остаткам аспарагина гликозилируется богатыми маннозой олигосахаридами, а затем процессируется с образованием двух субъединиц [1].

Гликопротеидные поверхностные комплексы gp120/gp41 формируют тримеры. На поверхности среднего вириона насчитывается около 20 таких тримеров [2, 3]. В зрелом комплексе субъединицы gp120 и gp41 связаны нековалентно. Белок gp41 является трансмембранным, а gp120 связывается на стадии инфекции с рецептором CD4, расположенном на мембране T-лимфоцитов [4].

В результате взаимодействия gp120 с рецептором CD4 конформация вирусного белка меняется, что дает ему возможность впоследствии связаться с одним из двух корецепторов на поверхности Т-лимфоцита : CCR5 или CXCR4. Это событие влечет за собой конформационные изменения уже в субъединице gp41, которые и провоцируют последующее слияние вирусной и клеточной мембраны [5].

Вместе с клеточной мембраной вирусная частица захватывает и некоторые поверхностные белки заражаемых клеток [6]. В данной модели представлены три белка, захваченные вирионом из клетки-хозяина : ICAM-1 , HLA-DR1 и DAF.

HLA-DR1 (Human Leukocyte Antigen) — это одна из молекул главного комплекса гистосовместимости класса II. Молекулы этого класса участвуют в презентации антигенов CD4+ Т-лимфоцитам и могут связываться с рецепторами CD4 на их поверхности. Наличие молекул HLA в мембране вириона ВИЧ повышает его вирулентность [9].

ICAM-1 (Intercellular Adhesion Molecule 1) , также известный как CD54) в организме человека участвует в межклеточных взаимодействиях и формировании иммунологических синапсов [7]. Молекула ICAM — это гомодимер, структурно сходный с иммуноглобулинами. Наличие ICAM в оболочке ВИЧ также увеличивает его вирулентность [8].

CD55 (также известный как DAF, Decay-accelerating factor) в человеческих клетках участвует в негативной регуляции клеточной системы комплемента, блокируя сборку мембраноатакующего комплекса. Считается, что этот белок в мембране ВИЧ может предохранять вирион от уничтожения иммунной системой [10].

Мембраны вирусных частиц ВИЧ формируются из мембран зараженных вирусом клеток. При этом вирусная и клеточная мембраны отличаются по соотношению входящих в их состав липидов. Благодаря этому вирусная мембрана оказывается менее пластичной и отличается от клеточной по ряду других свойств [11].

В сравнении с мембраной Т-лимфоцитов, в липидной оболочке ВИЧ содержится существенно больше сфингомиелинов (на), фосфатидилсерина и холестерина, тогда как уровень типичных для клеток млекопитающих фосфатидилхолина и фосфатидилэтаноламина в вирусной мембране ниже в 2–3 раза [12]. Состав вирусной мембраны имеет принципиальное значение для жизнедеятельности ВИЧ. Так, например, ингибирование биосинтеза сфинголипидов может снижать инфекционную способность вируса [13].

Вирусные частицы ВИЧ отпочковываются от сравнительно плотных участков клеточной мембраны со специфическим липидным составом — липидных рафтов. Считается, что эти участки выполняют функции доставочных или концентрационных платформ в таких процессах как передача клеточных сигналов, сортировка мембранных белков или формирование клеточной полярности [14].

Матрикс, образованный структурным белком MA (matrix protein, также обозначаемый как p17)расположен непосредственно под липидной оболочкой вириона, который, как и три других белка ВИЧ (CA, NC и p6), формирующих капсид, нуклеокапсид и участвующих в сборке и nbsp;созревании вириона, кодируется вирусным геном Gag [15].

В зрелом вирионе матрикс состоит из тримеров MA [16]. Каждая из субъединиц тримера связана с молекулой миристиновой кислоты, за счет которой они заякориваются в вирусной мембране [17].

Внутри зрелой вирусной частицы ВИЧ находится капсид, содержащий генетический материал вируса, а также белки, часть из которых имеет вирусное происхождение, а часть захватывается вирионом из хозяйской клетки [6].

Белок p6 , один из продуктов гена Gag, оказывается в зрелом вирионе между матриксом и капсидом. Это совсем небольшой белок, который необходим для эффективного почкования формирующихся вирусных частиц [21].Также этот белок способствует попаданию в вирион белков Vpr [22].

Белок Vpr тоже кодируется вирусным геномом и осуществляет ряд важных функций, среди которых индукция ареста клеточного цикла в фазе G2, индукция апоптоза и транспорт вирусного преинтеграционного комплекса в ядро инфицированной клетки [23]. При этом другие регуляторные и вспомогательные белки ВИЧ обычно не присутствуют в зрелом вирионе.

Из клеточных цитоплазматических белков, захваченных вирионом при почковании, в пространстве между матриксом и капсидом оказывается существенное количество актина.

Актин — это структурный белок . Наряду с другими элементами цитоскелета он важен для формирования вирусных частиц, однако после этого подобные белки не играют роли в жизнедеятельности ВИЧ [24].

Капсид ВИЧ имеет форму усеченного конуса. Он формируется из порядка 250 гексамеров и 12 пентамеров белка СА (capsid protein, также обозначаемый p24).

Белок СА является продуктом вирусного гена Gag [18]. Наряду с СА, Gag кодирует еще три структурных белка. Продукты этой рамки считывания синтезируются сначала в виде белка-предшественника p55. Начало сборки вирусной частицы происходит, когда p55 связывается с клеточной мембраной. После почкования нового вириона p55 разрезается вирусной протеазой на 4 структурных белка: MA, CA, NC и p6 [19].

Соотношение продуктов рамки считывания Gag таково, что не все белки СА участвуют в формировании капсида. Некоторые остаются в виде димеров в пространстве между капсидом и матриксом [20].

В непосредственной близости от капсида внутри вириона встречаются некоторые белки хозяйской клетки. В данную модель включен белок циклофилин, который связывается с гексамерами CA.

Циклофилин (CypA) — это пептидил-пролиновая изомераза, которая в клетках участвует в процессах фолдинга различных белков. В жизненном цикле ВИЧ циклофилин задействован на стадии распаковки попавшего в цитоплазму клетки капсида [25].

Внутри капсида вирусной частицы ВИЧ упакован геном вируса и такие вирусные ферменты как обратная транскриптаза и интеграза. Также в капсиде оказываются захваченные из клетки-хозяина лизиновая тРНК и лизил-тРНК синтетаза [6].

Геном вируса иммунодефицита состоит из двух идентичных, не связанных ковалентно одноцепочечных молекул РНК, каждая из которых имеет длину порядка 10000 нуклеотидов [26]. Упаковка РНК внутри капсида осуществляется с помощью структурного белка NC (nucleocapsid protein, также обозначаемый p7), который является продуктом гена Gag.

Белок p7 связывает РНК, покрывая участки одноцепочечной молекулы длиной 5 нуклеотидов [27].

Вирусная РНК кэпирована с 5’-конца и полиаденилирована с 3’-конца. Помимо этого РНК ВИЧ имеет сайт связывания лизиновой транспортной РНК, которая служит праймером для осуществления обратной транскрипции вирусного генома [28].

Интеграза, также как и обратная транскриптаза, является продуктом ретровирусного гена Pol. Она состоит из четырех одинаковых субъединиц и необходима для встраивания вирусной ДНК в геном клетки [32, 33].

Молекула лизиновой тРНК присутствует в зрелом капсиде ВИЧ. Она взаимодействует не только с сайтом отжига тРНК-праймера, но и с другими участками геномной РНК вируса [29]. Ее захват из цитоплазмы клетки-хозяина осуществляется совместно с молекулой лизил-тРНК синтетазы.

Молекула лизил-тРНК синтетазы при формировании вирусной частицы взаимодействует с вирусным белком p55 [30].

Обратная транскриптаза (ревертаза), которая находится в капсиде ВИЧ и после попадания в клетку синтезирует ДНК-копию вирусного генома, является гетеродимером, одна из субъединиц которого обладает РНКазной активностью [31].

Белки в вирионе ВИЧ
Главный комплекс гистосовместимости ВИЧ
Молекула клеточной адгезии ВИЧ
CD55 - фактор ускорения распада комплемента в вирионе ВИЧ

Белок p17 в вирионе ВИЧ

Белок p6 в вирионе ВИЧ
Белок vpr в вирионе ВИЧ

Белок CA в вирионе ВИЧ

Белок p7 в вирионе ВИЧ
Транспортная РНК (тРНК) ВИЧ
Транспортная РНК (тРНК) ВИЧ
Лизил-тРНК синтетаза в вирионе ВИЧ
Обратная транскриптаза (ревертаза) в капсиде ВИЧ

Научная 3D модель ВИЧ (вируса иммунодефицита человека)
Матрикс вириона ВИЧ
Белки в вирионе ВИЧ (вируса иммунодефицита человека)
Белки и гены вируса иммунодефицита человека (ВИЧ)
РНК ВИЧ (вируса иммунодефицита человека)

Первые разновидности вируса иммунодефицита человека появились в начале XX века в Африке (34). Ближайшими эволюционными предками ВИЧ были аналогичные вирусы обезьян, а первыми заразившимися людьми могли быть охотники, разделовавшие убитых животных. В настоящее время, согласно данным Всемирной организации здравоохранения, ВИЧ заражены почти 37 миллионов человек по всему миру, а в 2015 году от иммунодефицита, вызванного этим вирусом, погибло более миллиона человек (35).

Строение и биология ВИЧ

Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ, HIV — Human Immunodeficiency Virus, англ.) относится к роду лентивирусов (Lentivirus) семейства ретровирусов (Retroviridae).ВИЧ заражает преимущественно клетки иммунной системы человека (CD4+ Т-лимфоциты, макрофаги и дендритные клетки).

Уменьшение количества CD4+ Т-лимфоцитов приводит к развитию синдрома приобретенного иммунодефицита (СПИД) (36).

Существует несколько разновидностей ВИЧ, наиболее распространенной из которых является HIV-1. Размеры вирусной частицы ВИЧ варьируют в пределах от 100 до 180 нм. Она окружена мембраной, в которой заякорены поверхностные белковые комплексы. Часть этих комплексов кодируется геномом самого вируса (как продукты гена Env — белки gp120/gp41), а часть (например белки ICAM-1, HLA-DR1, CD55 и ряд других), как и сама мембрана, захватывается из хозяйской клетки. Мембранные белки ВИЧ позволяют вирусной частице взаимодействовать с рецепторами на поверхности клеток-мишеней. После этого мембраны частицы и клетки сливаются, а содержимое вириона попадает внутрь цитоплазмы (4, 6).

Вирион содержит белковый капсид конической формы, в котором находится РНК-геном вируса и ферменты, обеспечивающие его размножение в клетке (15). Внутри частицы ВИЧ, как и на поверхности его мембраны, помимо белков, кодируемых геномом самого вируса, находятся белки, захваченные из клетки-хозяина.

После проникновения внутрь клетки обратная транскриптаза ВИЧ синтезирует ДНК-копию его генома, которая встраивается в клеточный геном, образуя провирус. Впоследствии клеточные ферменты синтезируют на матрице провируса новые молекулы вирусной РНК, а также регуляторные и структурные белки вируса. Образовавшиеся вирусные белки осуществляют сборку и почкование новых вирусных частиц (37).

Геном вируса иммунодефицита человека представлен двумя идентичными молекулами РНК, каждая из которых имеет длину чуть меньше 10000 нуклеотидов. Всего геном включает 9 генов. Они кодируют 15 различных белков (38).

За синтез основных белковых продуктов ВИЧ ответственны гены (открытые рамки считывания) Gag, Pol и Env. Рамка Gag кодирует структурные белки. Ее продукты связываются с вирусной мембраной, формируют капсид и упаковывают геномную РНК. Рамка Pol кодирует ферменты, необходимые для размножения вируса и интеграции его генетического материала в геном клетки. Рамка Env отвечает за синтез поверхностных рецепторов, которые позволяют ВИЧ связываться с клетками-мишенями и заражать их. Продукты остальных генов ВИЧ (такие как Tat, Rev, Vif, Vpr, Vpu и Nef) осуществляют некоторые изменения в метаболизме клетки-хозяина, регулируют процессы размножения и сборки вируса, а также подавляют активность клеточных противовирусных систем (38).

Модель вируса

Данная модель вируса иммунодефицита человека объединяет результаты более 100 научных публикаций ведущих специалистов в области вирусологии, рентгеноструктурного анализа и ЯМР-спектроскопии. В ней воссозданы установленные к настоящему времени точные пространственные структуры 17 белков вирусного и клеточного происхождения в различныхконформациях (с учетом межбелковых взаимодействий), а также структуры трансмембранных участков ряда белков и их гликозилированных форм.

Для моделирования мембраны вирусной частицы потребовалось более 160 тысяч молекул липидов 8 видов в соотношениях, характерных для реальной частицы ВИЧ.

Задача построения научно достоверных моделей вирусов, решаемая в рамках некоммерческого проекта Viral Park компании Visual Science, осложняется тем, что ни один из имеющихся на сегодняшний день научных подходов, будучи применён отдельно от других, не позволяет получить изображение целой вирусной частицы в атомном или даже молекулярном разрешении. Тем не менее, сотни работ разных авторов со всего мира проливают свет на многие вопросы структуры и морфологии компонентов вирионов, а также их взаимодействия. При тщательном анализе всех научных работ, с учетом мнений признанных экспертов из мировых научных центров и помощи специалистов Отдела молекулярного моделирования компании Visual Science, методами структурной биоинформатики заполняющих пробелы в имеющихся исследованиях по молекулярной биологии, вирусологии и кристаллографии, появляется возможность создать максимально точные и достоверные модели вирусов, которые и представлены в проекте Viral Park.

Иркутский областной центр по профилактике и борьбе со СПИД и инфекционными заболеваниями, ВИЧ-центр Иркутск, СПИД центр Иркутск, Центр СПИД Иркутск


Первые фотографии ВИЧ были показаны в статьях Монтанье и Галло, описывавших выделение ВИЧ в 1983 и 1984 гг, соответственно. В статье Барре-Синусси и Монтанье 1983 года, за которую они позже и получили Нобелевскую премию, приводится следующая картинка:


Зато в статье Галло, опубликованной годом позже, вирус видно намного лучше.


На панели А виден (на всю фотографию) макрофаг, на поверхности которого идет сборка новых вирусных частиц (плотных черных колец). Особенно хорошо этот процесс виден в правом верхнем углу, который увеличен на панели B. На панели C показан крупным планом почти отделившийся вирион. А на панели D показан созревший вирус, но разрез через его конусовидный капсид прошел так, что на фотографии он выглядит прямоугольным, а Галло в статье назвал его цилиндрическим.

С тех пор ВИЧ был сфотографирован бессчетное число раз. Ниже приведена лишь небольшая выборка из всего многообразия существующих фотографий.

Внимательно разглядываем вирус

Когда методы по наработке вируса были усовершенствованы, появилось множество детальных фотографий ВИЧ, на которых очень хорошо видна его структура.

По ссылке 2 видим следующую картинку:




Когда вирус собирается в клетке, все его внутренние белки входят в состав двух длинных белков. Эти длинные белки имеют свойство прилипать к клеточной мембране. Поэтому во время сборки вируса и сразу после отпочковывания мы и видим плотный черный слой под мембраной. Когда вирус отделился от клетки, вирусная протеаза разрезает эти длинные белки на их составляющие компоненты (поэтому кольцо по краю исчезает). Высвобожденные белки самособираются в конусовидный капсид, внутри которого находится РНК вируса и его ферменты.

А в следующей статье 3 под микроскоп засунули биопсии лимфоузлов из людей с оппортунистической инфекцией P.carinii, которая изначально привела к обнаружению СПИДа в 1981 году.


На панели A буквой P помечен цист P.carnii. Стрелками — места образования вируса. (B) — два вируса отпочковываются от макрофага. Панель С — видны отличия вирусов от просто пузырьков, образованных P.carnii. Последние больше размером и имеют меньшую плотность. Панель D — вирусы внутри макрофагов, в вакуолях. До сих пор идут споры о том, может ли вирус там образовываться или это макрофаг его заглатывает.

Движемся дальше. Тщательное электронно-микроскопическое исследование вируса было сделано в 1988 году, ссылка 11. Следующие четыре картинки — из нее.


Вирусы могут размножаться только внутри клетки-хозяина, перестраивая ее работу так, что клетка начинает производить новые вирусные частицы. Это серьезно нарушает работу самой клетки и в большинстве случаев ведет к ее гибели. Процесс проникновения и размножения вируса в ней сложный и содержит много стадий, а значит, специальные лекарства могут тормозить его на различных этапах.

В случае с ВИЧ это выглядит так.


по теме


Лечение

Лучшие научпоп-статьи 2018 года

После того как вирусная частица приклеилась к рецепторам CD4 и CCR5/CXCR4 и закрепилась на поверхности клетки, другой специальный белок вируса gp41 соединяет оболочку вируса с мембраной клетки-мишени и помогает вирусу проникнуть внутрь клетки (цифра 2 на схеме). На этом этапе остановить вирус может другая группа препаратов — ингибиторы слияния, например, энфувиртид. Препарат связывается с вирусным белком gp41 и нарушает его работу.


На этом этапе размножение вируса блокирует очень большое количество препаратов из двух классов — нуклеозидные ингибиторы обратной транскриптазы (НИОТ — ламивудин, абакавир, тенофовир) и ненуклеозидные ингибиторы обратной транскриптазы (ННИОТ — эфавиренз, рилпивирин). Принцип действия у веществ из обеих групп похожий: молекула лекарства связывается с обратной транскриптазой вируса, нарушает ее работу и так блокирует перенос генов вируса из РНК в ДНК. Это не позволяет генам вируса встроиться в ДНК клетки-хозяина и начать производство новых вирусных частиц.

На следующем этапе инфицирования (цифра 4 на схеме) готовая вирусная ДНК проникает в ядро и встраивается в ДНК клетки-хозяина с помощью специального вирусного фермента — интегразы. Работу этого фермента блокируют ингибиторы интегразы, например, долутегравир, не позволяя ДНК вируса встроиться в наши гены.

После того как вирусная ДНК встраивается в ДНК клетки-хозяина, клетка получает неправильную программу и начинает производить вирусные белки и РНК, необходимые для сборки новых частиц вируса (цифра 5 на схеме), используя для этого структуры, которые в норме производят собственные белки клетки. Такая перенастройка производства белка сильно нарушает работу клетки и через некоторое время вызывает ее гибель. Лекарств, которые бы влияли на этот этап размножения вируса, нет, так как здесь вирус использует собственные ферментные системы клетки-хозяина и блокирование их работы какими-то веществами навредит здоровым клеткам.

по теме


Лечение

Ошибка системы. Почему в регионах опять не хватает таблеток от ВИЧ

После синтеза вирусных белков клеткой-хозяином в работу вступает еще один фермент вируса — протеаза (цифра 6 на схеме). Дело в том, что белки ВИЧ синтезируются в виде длинных цепочек белков-предшественников, но они неактивные. Протеаза разрезает эти цепочки на более короткие фрагменты, которые становятся активными белками вируса: из одних собирается вирусная оболочка, другие выполняют функции ферментов (обратная транскриптаза, интеграза, протеаза, о которых мы говорили выше). Класс лекарств, нарушающих работу вирусной протеазы, включает большое количество препаратов от достаточно старого лопинавира до современного дарунавира. Основной недостаток препаратов этого класса — высокая степень перекрестной устойчивости: если вирус приобретает устойчивость к одному препарату, скорее всего, на него не подействует ни один другой препарат из этого класса.

На последнем этапе (цифра 7 на схеме) вирусные частицы собираются из готовых компонентов (синтезированных клеткой вирусных белков и РНК), как конструктор, и покидают клетку-хозяина. Лекарств, которые бы тормозили эти процессы, пока не существует.

ВИЧ имеет высокую склонность к мутациям, что позволяет ему быстро приобретать устойчивость к лекарствам. Мутации изменяют форму молекул ферментов вируса. Если при этом форма изменится существенно, то фермент не сможет нормально работать и такой вирус размножаться перестанет — это вредная для вируса мутация. Однако в некоторых случаях — при полезных мутациях — форма молекулы фермента меняется не сильно, а так, что сам фермент продолжает нормально работать, но молекула лекарства уже не может с ним связаться.

Поэтому для эффективного подавления размножения ВИЧ обычно назначают три разных препарата из разных групп, влияющих на разные ферменты вируса, блокируя его воспроизводство на разных этапах. Исключением является группа ингибиторов обратной транскриптазы (НИОТ и ННИОТ) — эти лекарства связываются с разными участками молекулы вирусного фермента, поэтому могут назначаться вместе, несмотря на то, что относятся к одной группе. В условиях такой терапии вирусу очень трудно выработать устойчивость, потому что одновременно должно произойти несколько полезных мутаций в разных генах вируса, а это бывает крайне редко.

Есть несколько перспективных технологий, например, CRISPR/Cas9, которые могут позволить полностью удалить вирусную ДНК из организма человека, но пока ни одна из них не прошла все необходимые исследования для подтверждения эффективности и безопасности. Исследования продолжаются.

ВИЧ-инфекция — это медленно прогрессирующее инфекционное заболевание, вызываемое вирусом иммунодефицита человека (ВИЧ).

Размножаясь, ВИЧ поражает клетки иммунной системы — так называемые CD4+ Т-лимфоциты. В результате чего количество их постепенно уменьшается.

Что это за клетки?

Они отвечают за уничтожение тех вирусов, которые попали в организм человека и смогли преодолеть гуморальный барьер.

Т-лимфоциты действуют не против возбудителей, циркулирующих в крови, а распознают измененную, то есть зараженную вирусом, клетку и разрушают ее. Клетки CD4 регулируют весь этот процесс, выполняя функцию иммунной памяти.

Именно поэтому против ВИЧ иммунная система не может сработать так, как это было бы с любым другим вирусом.


Стоит сразу отметить, что ВИЧ — вирус нестойкий, он погибает вне среды человеческого организма при высыхании содержащих его жидкостей и практически моментально погибает при температуре выше 56ºС.

ВИЧ содержится во всех биологических жидкостях человеческого организма. Однако достаточное для инфицирования количество ВИЧ может содержаться только в крови, сперме, предэякуляте, вагинальном секрете и грудном молоке.

Слюна, пот и моча не содержат достаточного для инфицирования количества вируса.

Пути инфицирования ВИЧ

Вероятность инфицирования при незащищенном контакте такого типа наиболее велика.

Некоторые другие практики, например оральный секс, могут подразумевать меньшую опасность инфицирования.

Несмотря на то, что в справочниках обычно для орального секса отмечается процент вероятности, отличный от нуля, за всю историю эпидемии пока достоверно не зафиксировано ни одного случая инфицирования таким образом — даже в том случае, если принимающий партнер проглатывает сперму после эякуляции.

Таким образом, получить ВИЧ может каждый независимо от пола, возраста, национальности, сексуальной ориентации, материального достатка или принадлежности к какой-либо социальной группе.

Часто люди могут знать, как необходимо поступать, чтобы избежать инфицирования, однако в силу социальных, культурных или экономических условий, в которых им приходится находиться, они могут воздерживаться от правильных действий.

Что такое СПИД?

ВИЧ-инфекция течет медленно и почти бессимптомно. В течение многих лет она может никак не тревожить человека.

СПИД — синдром приобретенного иммунодефицита — тяжелое состояние, которое вызывается у человека длительным течением ВИЧ-инфекции.

Считается, что с момента проникновения вируса в организм до достижения стадии СПИДа проходит в среднем 10 лет (от 5 до 15 лет). Но только в том случае, если пациент, получив вирус, не начал лечение.

Антиретровирусная терапия является единственным средством для лечения ВИЧ-инфекции с доказанной эффективностью.

Если антиретровирусная терапия не начата вовремя и количество CD4+ Т-лимфоцитов снизилось ниже критического уровня 200 кл/мкл, у человека появляется вероятность развития СПИДа.

Но СПИДа можно избежать!

Что для этого нужно сделать? Необходимо как можно скорее после обнаружения в организме следов вируса начать так называемую антиретровирусную терапию (сокращенно АРВТ или АРТ).

Антиретровирусная терапия — это комбинация из 3-4 препаратов, которые блокируют размножение ВИЧ на разных этапах. Вследствие ее применения вирус иммунодефицита человека перестает размножаться.

Пока АРТ неспособна элиминировать вирус, то есть полностью вылечить ВИЧ-инфекцию, однако в состоянии не просто продлить жизнь ВИЧ-инфицированного человека, но и повысить ее качество.

Пациенты, которые получают АРТ, не болеют СПИДом!

Предполагаемая продолжительность жизни человека с ВИЧ-инфекцией, получающего АРТ, не отличается от таковой в общей популяции людей. Более того, человек, принимающий препараты АРТ и достигший неопределяемого уровня вирусной нагрузки, безопасен для своего сексуального партнера, даже в том случае, если занимается с ним сексом без презерватива.

Считается, что, если у человека с ВИЧ показатель вирусной нагрузки менее 200 копий, риск передачи отсутствует. Если этот показатель выше — риск безусловно есть. В этом случае ВИЧ-отрицательному партнеру советуется начать доконтактную профилактику (PrEP, ДКП).

Почему важно регулярно проходить тестирование на ВИЧ?

Зная результат обследования, вы избавитесь от неопределенности, связанной с тревожными размышлениями о том, что у вас может быть ВИЧ-инфекция, но вы не знаете об этом.

Плюсы тестирования:

Если результат теста показал, что у вас нет ВИЧ-инфекции, но при этом вы знаете, что ваше поведение связано с риском инфицирования, вы можете узнать, как быть осторожнее, дабы избежать инфицирования в будущем.

Впрочем, о тестировании не стоит забывать даже тем, кто состоит в моногамных отношениях: вы не можете знать наверняка, верен ли ваш партнер. Более того, испытывая чувство вины, он может стыдиться рассказывать вам о тех случайных связях, которые были у него на стороне.

Большинство тестов определяют не сам ВИЧ, а антитела к нему: иммунная система начинает вырабатывать их после того, как вирус попадает в организм. У 97 % людей антитела к ВИЧ выявляют в срок от 3 до 12 недель после инфицирования. В течение этого срока проверку можно проходить как в лабораторных условиях (ИФА-диагностика), так и при помощи домашней тест-системы — по крови или слюне.

Более чувствительные тесты (ИФА четвертого поколения) выявляют антигены, которые являются частью самого вируса и появляются в достаточном для определения количестве, пока антитела еще не появились. Подобные тест-системы показывают результат на сроке в 2—6 недель после инфицирования.

ПЦР-диагностика выявляет не антитела или антигены, а генетический материал вируса. Из-за высокой стоимости и сложности этот метод используется реже других. Он способен показать точный результат в срок от 1 до 4 недель.

Более подробно о том, каким бывает тестирование, вы можете узнать, вернувшись к оглавлению данного раздела.


ВИЧ-положительными называют людей, чей тест на ВИЧ показал положительный результат. То есть вирус в организме этого человека есть.

ВИЧ-отрицательными — людей, чей тест не обнаружил следов вируса в организме.

Знайте: тот факт, что у кого-то из вас обнаружена ВИЧ-инфекция, вовсе не означает, что вы должны отказываться от секса и/или отношений.

Но это значит, что как можно скорее вам нужно начать антиретровирусную терапию. От этого зависит ваше здоровье и здоровье вашего партнера.

Не бойтесь АРВ-терапии: несмотря на то, что в прошлом многие препараты от ВИЧ были весьма токсичны, сегодня они ничуть не опаснее других лекарств. Свои побочные эффекты есть и у них, но всех их можно избежать, если правильно подобрать схему лечения.

Запомните: схема подбирается врачом! Именно он обладает всеми необходимыми знаниями, чтобы определить, какие именно таблетки и по какому графику вам необходимо принимать. Не занимайтесь самолечением!

Если вы столкнулись с побочными эффектами, сообщите об этом вашему лечащему врачу в центре СПИД и попросите его подобрать для вас альтернативную схему терапии.

Как оценивают эффективность АРВТ и от чего она зависит?

Для оценки эффективности и неэффективности лечения используются разные критерии: вирусологические, иммунологические и клинические.

Вирусологическая эффективность — это уменьшение вирусной нагрузки до неопределяемой (менее 20 копий/мкл). Чем быстрее и значительнее упадет вирусная нагрузка, тем дольше терапия будет эффективной. Если через 6 месяцев после начала терапии вирусная нагрузка сохраняется выше порога определения — это вирусологическая неэффективность.

Причинами вирусологической неэффективности лечения могут быть:

низкая приверженность пациента лечению, то есть пропуск приема препаратов; несоблюдение других условий приема лекарств, например, таких как сочетание с пищей, межлекарственные взаимодействия; резистентность вируса к проводимой АРТ.

Иммунологическая эффективность — это увеличение количества CD4+ T- клеток. В разных исследованиях критерием иммунологического ответа служит прирост количества CD4+ T-клеток на 50 в микролитре, на 100 в мкл или на 200 в мкл. Или превышение CD4+ T-клетками порога в 200 кл/мкл или 500 кл/мкл. Под иммунологической неэффективностью подразумевается отсутствие прироста CD4+ T-клеток.

Стадия СПИДа наступает только в том случае, если количество CD4+ ниже 200 кл/мкл.

Клиническая эффективность

Клинический успех лечения оценивается как отсутствие СПИД- индикаторных заболеваний. Уменьшение выраженности общих симптомов.

Клинический успех лечения напрямую связан с вирусологическим и иммунологическим ответом на лечение.

Как рассказать партнеру, с которым я встречаюсь, что у меня ВИЧ?

Многие люди с ВИЧ-инфекцией сталкивались с отказом в отношениях, когда рассказывали о ВИЧ партнерам, с которыми встречались, из-за чего им было тяжело в дальнейшем принимать решение о раскрытии своего статуса.

Рассказать о себе партнеру будет проще, если вы предварительно обсудите это с другими ВИЧ-позитивными людьми или с профессионалом, работающим в этой сфере.

Однако помните, что ваш диагноз касается в первую очередь вас — это ваш личный мир, очень глубокая и интимная часть вас и вашей жизни.

От того, как и при каких обстоятельствах вы это преподнесете, будет зависеть реакция вашего партнера. Лучше всего рассказывать о том, что у вас ВИЧ-инфекция, тогда, когда вы сами приняли свой диагноз, а значит, перестал испытывать чувства вины и стыда, связанные с диагнозом.

Потому что состояние, находясь в котором, мы делимся чем-то сокровенным, отражается на собеседнике.

Теперь меня бросят, и я останусь один?

Нет. Не обязательно. Конечно, такая новость может огорчить и даже напугать вашего любимого человека, но это вовсе не означает, что он обязательно должен вас из-за этого бросить.

В мире много пар, в которых один из партнеров имеет положительный ВИЧ-статус, и эти пары остаются вместе, несмотря на ВИЧ.

Общение и честность являются ключевыми факторами укрепления и успешного развития отношений. Вы оба должны четко говорить о том, как вы чувствуете себя и что вы хотите друг от друга. Вам обоим нужно уметь внимательно слушать и слышать друг друга.

Вместо послесловия

В течение всех последних лет количество людей с ВИЧ в России растет, количество инфицированных от общего их числа равняется примерно одному проценту, то есть с ВИЧ живет практически каждый сотый россиянин. Это очень много.

Значительная часть из них — совсем не представители уязвимых групп, а гетеросексуальные мужчины и женщины, никогда не употреблявшие наркотиков.

Один из ста — совсем немного? Но это закон статистики: тем самым сотым может стать каждый. Вне зависимости от образа жизни, вероисповедания и социального статуса.

Более того, среди российских геев или мужчин, практикующих секс с мужчинами, носителем вируса по разным оценкам является каждый десятый или даже каждый пятый.

Это очень много. Именно поэтому Фонд помощи людям, живущим с ВИЧ, как и многие другие ВИЧ-сервисные организации, регулярно проводит анонимное бесплатное тестирование на ВИЧ.

В любое время пройти абсолютно анонимный тест (для этого не нужны ни прописка, ни паспорт) можно в открытом пространстве фонда СПИД.ЦЕНТР по адресу:

Москва, ул. Нижняя Сыромятническая, д. 11, с.1, офис 313.

Читайте также: