Образец т вируса фото человека

Обновлено: 19.04.2024

ВПЧ - это вирусная инфекция, которая передается между людьми при контакте "кожа-к-коже" или "слизистые-к-слизистым". Существует более 100 разновидностей этого вируса, 40 из которых передаются половым путем и у женщин могут поражать половые органы, анус, рот или горло.

Некоторые типы ВПЧ, т.н. "высокого риска", ответственны за рак шейки матки, анального канала, влагалища и вульвы. Другие типы папилломавируса вызывают остроконечные кондиломы. Около половины новых инфицированных составляют люди в возрасте от 16 до 25 лет. У большинства заразившихся ВПЧ организм очищается от него самостоятельно. Но для других, кто не освободился от вируса, он может вызвать онкологию шейки матки, вагины и наружных половых органов у женщин и рак заднего прохода и прямой кишки у мужчин и женщин.

И в настоящее время медицина и, в частности, гинекология, не имеет способа предсказать, кто очистится или не очистится от папиллома вирусов. Ведь ВПЧ, как правило, не имеет видимых признаков или симптомов, поэтому носители ВПЧ, могут передавать его другим людям, не зная об этом.

Типы вируса папилломы

Передающиеся половым путем виды ВПЧ высокого риска включают в себя следующие типы: 16, 18, 31, 33, 35, 39, 45, 51, 52, 56-59, 68/69.

Типы папиллома вируса низкого риска не вызывают у человека рак. Бородавки или папилломы могут вырасти спустя недели, месяцы или даже годы после контакта с инфекцией или никогда не появиться. Фактически большинство людей с типами ВПЧ низкого риска без анализов никогда не знают, что они инфицированы, потому что у них нет каких-либо других симптомов.

ВПЧ онкогенного типа

Существует более 40 типов ВПЧ, которые могут влиять на область гениталий, но 9 из них, как известно, вызывают большинство связанных с ВПЧ рака и заболеваний. На их фоне изменения шейки матки, которые приводят к раку, часто развиваются в течение 10 или более лет, а не онкогенные типы ВПЧ часто проходят самостоятельно в течение одного или двух лет, не вызывая онкологии.

⚠ ВПЧ высокого риска - это типы 6, 11, 16, 18, 31, 33, 45, 52, 58 и некоторые другие. Но эти 9 основных онкогенных типов ответственны за приблизительно:

☛ 90% случаев злокачественных процессов шейки матки,
☛ 85% анального рака у мужчин и женщин,*
☛ 90% эпизодов онкологии вульвы,*
☛ 85% выявления рака влагалища,*
☛ 90% случаев остроконечных кондилом гениталий.

* - Не все случаи рака влагалища, наружных гениталий и анального отверстия вызваны ВПЧ высокого онкогенного риска. Около 70% до 75% случаев рак влагалища, в 30% случаев рак вульвы, от 85% до 90% случаев рака заднего прохода и прямой кишки связаны с комплексным влиянием отдельных факторов риска в сочетании с данными высокоонкогенными типами ВПЧ.

Главной причиной ВПЧ ануса, в том числе высокого онкогенного типа у женщины или мужчины, является практика анального секса и введение в прямую кишку загрязненных вирусами предметов (фаллоимитаторы, анальные игрушки и т.п.).

КАК ПЕРЕДАЕТСЯ ВИРУС ПАПИЛЛОМЫ

Большинство людей получают ВПЧ в результате прямого сексуального контакта во влагалище или прямую кишку, а также при оральном сексе. Поскольку ВПЧ является межкожной инфекцией, половой акт не является обязательным условием для заражения. До 30% случаев передачи ПВИ происходит контактным путем в быту. Это может быть одним из объяснений наличия как генитальных кондилом, так и обнаружения ВПЧ у девочек и девушек-девственниц, никогда не имевших интимных контактов.

В редких случаях мать с ВПЧ может передавать вирус своему ребенку во время родов. Часто вирус находится в теле зараженного скрыто. В результате этот человек может неосознанно передавать ВПЧ своим сексуальным партнерам. Вирус также с большей вероятностью передается, если на коже есть отверстия, такие как порез, потертость или разрыв. Эти отверстия могут быть микроскопическими по размеру и не заметны невооруженным глазом. Таким образом, любой контакт этих областей с человеком, у которого есть инфекция, может передавать вирус.

Симптомы ВПЧ

Вирус папилломы представляет собой один из наиболее распространенных типов инфекций, передаваемых половым путем (ИППП). Почти все сексуально активные люди будут иметь ВПЧ в какой-то момент своей жизни, и они могут даже не знать об этом. Большинство людей никогда не испытывают никаких симптомов ВПЧ. По разным оценкам, до 8 из 10 случаев заражения проходят без лечения, часто - в течение двух лет. Однако бывают случаи, когда папиллома вирус сохраняется в организме человека и появляются симптомы.

Признаки инфекции зависят от типа ВПЧ, который Вам передался. Некоторые могут вызывать генитальные бородавки, например, типы ВПЧ 6 и 11. Другие типы, такие как ВПЧ 16 и 18, у женщин не вызывают кондилом и папиллом, но могут привести к определенным видам рака.

Ⅰ БОРОДАВКИ.

Они являются распространенным симптомом заражения ВПЧ. Могут появиться через несколько недель, месяцев или даже лет после контакта с вирусом. То, как бородавки выглядят и где они располагаются на теле, определяется типом ВПЧ. Вот их список:

Общие бородавки.
Эти грубые, красные шишки обычно появляются на локтях, пальцах и руках. Общие бородавки могут быть болезненными или легко кровоточить.
Генитальные и анальные бородавки.
Кондиломы и папилломы интимных мест или половые бородавки, как показывает их название, чаще всего появляются у ануса и на наружных половых органах у женщин и мужчин. Они также могут появляться возле заднего прохода, во влагалище или на шейке матки. Эти бородавки напоминают раздраженные, похожие на цветную капусту скопления, бахрому, виноградинки, крошечные выпуклые шишки или плоские кровоподтеки. У мужчин генитальные бородавки чаще всего поражают кончик полового члена, отверстие мочеиспускательного канала и кожу вокруг заднего прохода (особенно у мужчин, практикующих анальный секс). Симптомов обычно не имеют, могут слегка зудеть, но редко вызывают боль. Генитальный кондиломатоз - наиболее частое проявление инфицирования ВПЧ в гинекологии.
Плоские бородавки.
Выглядят как затемненные участки кожи со слегка приподнятыми плоскими верхушками. Они могут появиться где угодно на теле.
Подошвенные бородавки.
Это толстые, болезненные наросты кожи на подошвах ног. Их часто принимают за простые мозоли.Они могут выглядеть раздраженными, твердыми и зернистыми (т.н. "шипица").
ВПЧ рта и горла.
Те же самые типы HPV, которые могут вызвать генитальные бородавки, могут также вызвать бородавки во рту и горле. Это называется оральным ВПЧ. При данной локализации ВПЧ симптомы могут включать: боль в ухе, охриплость, боль в горле, которая не проходит, затруднения при глотании, увеличение лимфатических узлов.

Ⅱ ВПЧ И РАК.

Некоторые типы ВПЧ, чаще 16, 18, 31, 33, 51 и 52, 45 и 49, могут также привести к определенным видам злокачественных новообразований. Онкология шейки матки является наиболее распространенным раком, связанным с ВПЧ. Симптомы рака шейки матки могут включать в себя:

нерегулярное влагалищное кровотечение,
необычные выделения из влагалища,
затрудненное мочеиспускание или испражнения,
усталость, потеря веса.

Другие виды рака, которые возможны из-за ВПЧ, включают заболевания влагалища и вульвы, рак полового члена и мошонки, ануса и прямой кишки, а также задней части горла (ротоглотки).

Таблица 1.
"Проявления папилломавирусной инфекции на теле человека в зависимости от типа вируса"

ВПЧ у девочек, подростков и девственниц

Как говорилось ранее, распространение ВПЧ до 80% случаев происходит половым путем. Но этот вирус также передается несексуальным путем. У детей он распространяется от кожи к коже при тесном контакте. Это приводит к бородавкам на руках и на лице.

Генитальные папилломы в детском возрасте встречаются редко и наблюдаются реже, чем у взрослых. Тем не менее, наблюдается рост заболеваемости ВПЧ у подростков в период полового созревания. У девочек младшего и среднего школьного возраста бородавки в интимных местах гинекологи чаще находят во влагалищной, вульварной и перианальной области. Девушки-девственницы кондиломы и ВПЧ получают либо в результе суррогатного секса без механического повреждения плевы, либо половых сношений в прямую кишку или минета, а также контактно-бытовым путем.

Проявления ВПЧ у детей

Кожные бородавки: как минимум, 10 процентов детей страдают от кожных бородавок. Это могут быть обычные бородавки, подошвенные и плоские. Они чаще встречаются у девочек, чем у мальчиков. Они обычно видны на руках, пальцах и ногтях. Генитальные бородавки, хотя и редко встречающиеся у детей, могут проявляться в виде разноцветных капустных образований внутри и вокруг генитальной и анальной области. Кондиломы гениталий обычно безболезненны. Подошвенные бородавки болезненны и вызывают дискомфорт.

У многих детей и подростков данная инфекция остается латентной, а симптомы остаются незамеченными. Считается, что многие женщины с раком шейки матки, вероятно, подвергались воздействию онкогенных типов ВПЧ в подростковом возрасте или в возрасте до 20-25 лет.

Фото ВПЧ

На фотографиях ниже можно посмотреть, как выглядят пораженные папиллома вирусом слизистая и кожные покровы гениталий. На некоторых фото показаны проявления разных типов ВПЧ (высокого и низкого онкогенного риска) у женщин и мужчин, снятые под электронным микроскопом с большим увеличением.

ДНК ВПЧ

Обновленные в 2014 г. международные руководящие принципы рекомендуют девушкам пройти первый ПАП анализ на онкоцитологию и ВПЧ тестирование в возрасте 21 года, независимо от наличия или отсутствия половой жизни.

После этого молодым женщинам от 21 до 29 лет нужно сдавать мазок Папаниколау каждые два года. Регулярное обследование поможет выявить аномальные клетки. Они могут сигнализировать о цервикальной неоплазии или других проблемах, связанных с носительством вирусов.

Затем, при благоприятных предшествующих результатах анализов, пациентки в возрасте от 30 до 65 лет должны проходить скрининг каждые три года с помощью ПАП- и ВПЧ-тестов одновременно.

Как эффективно обнаружить вирус папилломы человека?

Сдача ДНК на типы ВПЧ - основной метод диагностики этой инфекции. Этот анализ может помочь определить типы ВПЧ, которые могут вызывать рак, а расширенный перечень показателей установит не только генотип вируса, но и его количество в ткани. Гинеколог взятие ДНК на вирус папилломы обычно сочетает с Пап-тестом. Далее расскажем про эти исследования.

✔ Сдать ДНК ВПЧ женщинам и мужчинам в Москве по умеренным ценам можно у специалистов нашей клиники. Врачи гинекологи (для ♀) и процедурный кабинет (для ♂) работают ежедневно, с 10-00, без выходных дней. На какие типы ВПЧ сдавать анализы, Вам подскажут сотрудники клиники. По следующей ссылке можно посмотреть все цены на анализ на вирус папилломы и Дайджен-тесты расширенные.

Вопросы - ответы по теме

Какие типы ВПЧ вызывают кондиломы?
Существует 30-40 штаммов вируса, которые специфически поражают гениталии, но только некоторые из них могут вызывать у женщины и мужчины остроконечные кондиломы. 6 и 11 типы ВПЧ в 80% случаев вызывают рост кондилом и папиллом в интимной зоне.

Какие самые опасные типы ВПЧ (для женщин)?
Типы низкого риска не могут вызывать онкологию шейки матки и поддаются лечению. Типы высокого риска - 16 и 18, опасны тем, что могут вызвать у женщины образование аномальных клеток на шейке, которые часто переходят в рак, если их не лечить.

Как узнать есть ли ВПЧ?
Сдать анализы - это единственный и правильный путь для уточнения состояния своего здоровья. Возможный перечень услуг и цены предствалены в таблице выше. Статус девственницы не мешает пройти обследование и знать о наличии или отсутствии вируса папилломы человека в организме.

Как лечить ВПЧ

Как лечить вирус папилломы у женщин - с таки вопросом часто сталкиваются пациентки, получившие на руки положительные результаты анализа. Как правило, при отсутствии онкориска и клинических признаков лечение ВПЧ не требуется. У многих людей организм очищается от вируса сам по себе.

Когда требуется лечение от ВПЧ:

Обнаружение типов высокого риска (16, 18 и др.);
Аномальная кольпоскопическая картина;
Неудовлетворительный результат онкоцитологии.

☑ Для информации:

Врач, лечащий ВПЧ у женщин - это гинеколог. Если вопросы или проблемы возникли в юном возрасте, до 16 лет, то с пациенткой занимаются детские или подростковые гинекологи.

Какой врач лечит ВПЧ у мужчин? Обычно с этим заболеванием молодые люди обращаются к урологу или дерматовенерологу. Данный специалист назначает лечение инфекции и, в случае необходимости, сможет удалить образования в аногенитальной области.

Прививка от ВПЧ

В каком возрасте делают вакцинацию девочкам, можно ли ставить ее мальчикам, а также женщинам после 30 лет и старше? Отзывы врачей об эффективности после заражения, где сделать прививку от папиллома вируса в Москве и ставят ли ее в поликлиниках или женских консультациях бесплатно? На эти и другие вопросы постараемся ответить подробнее далее.

Насколько известно, рак шейки матки тесно связан с вирусом папилломы человека, который есть почти у 90% населения земли. При этом в интернете уже несколько лет периодически публикуются статьи о том, что прививка от ВПЧ - вакцина Гардасил - приводит к бесплодию. Насколько корректна эта информация? Можно ли получить бесплодие из-за прививки от ВПЧ?

Глобальный консультативный комитет ВОЗ по безопасности вакцинаций регулярно пересматривает свидетельства безопасности вакцин от ВПЧ. Клинические тесты и наблюдение за лекарством постоянно демонстрируют, что оно безопасно и эффективно для предотвращения инфекций, вызванных вирусом папилломы человека, а также защищает от развития диспластических явлений и цервикального рака. Не существует свидетельств того, что эта прививка приводит к бесплодию.

Многие люди в определенным момент своей жизни сталкиваются с ВПЧ. Большинство заражений не развиваются в рак. Но у небольшого количества женщин ВПЧ может стать хроническим заболеванием и привести к развитию инвазивного рака шейки. Существуют определенные негативные факторы, при которых заражение ВПЧ приведет к таким последствиям. Это, в частности, определенный тип ВПЧ высокого онкориска, иммунный статус самой женщины, наличие любой сопутствующей инфекции, передающейся половым путем, количество рожденных детей, а также курение табака.

Рекомендуется вакцина против ВПЧ для мальчиков и девочек в возрасте от 11-12 лет. Женщины и мужчины могут быть вакцинированы Гардасилом до 26 лет. Люди в возрасте от 27 до 45 лет, которые ранее не были вакцинированы от ВПЧ, теперь также имеют право на вакцинацию Гардасил (в США для женщин старше 30 лет - это Гардасил 9).

Согласно инструкции вакцина защищает от разновидностей ПВИ, которые связаны со злокачественными заболеваниями аногенительной зоны, а также предотвращает некоторые типы ВПЧ, вызывающие кондиломы и папилломы на интимных местах как у женщин, так и у мужчин.

Желающие пройти вакцинацию от вируса папилломы человека бесплатно должны знать, что это невозможно. Поликлинники и женские консультации Москвы прививку от ВПЧ и рака на бесплатной основе не делают - она не включена в перечень услуг в рамках ОМС и на нее не распространяются государственные гарантии и дотации.

ЦЕНЫ НА ПРИВИВКУ ОТ ВПЧ

Прививка от вируса папилломы человека, цена которой в коммерческих клиниках начинается от 11 000 и доходит до 19 000 рублей за курсовую инъекцию. Начав курс вакцинации, специалисты рекомендуют пройти его полностью и завершить третьим уколом на 6 месяце с момента первой инъекции.

Сделать прививку от папиллома вируса девочкам и девушкам подросткам в Москве можно в нашей клинике по собственному желанию пациента (или его законного представителя). Однако врачи рекомендуют пройти предварительный осмотр у врача детского / подросткового гинеколога и сдать ВПЧ тесты.

Лечение ВПЧ в Москве

Но и Дженнер не имел представления о том, что является причиной заболевания оспой. В XIX веке все болезнетворные организмы и вещества без разбора называли вирусами. Лишь благодаря опытам отечественного биолога Дмитрия Иосифовича Ивановского прекратилась эта путаница! Он пропускал экстракт заражённых табачной мозаикой 1 растений через бактериальные фильтры, сквозь которые не проходят даже самые мелкие бактерии. Выяснилось, что экстракт оставался по-прежнему заразным для других растений. Значит, возбудителями табачной мозаики были организмы, меньшие по размеру, чем бактерии; их назвали фильтрующимися вирусами. Вскоре бактерии перестали называть вирусами, а сами вирусы выделили в отдельное царство живых организмов. Дмитрий Ивановский же во всём мире по праву считается основателем вирусологии — науки о вирусах.

Рис. 2. Дженнер прививает Джеймса Фиппса от оспы

Но что мы пока поняли про вирусы? Только то, что они меньше бактерий. Чем же вирусы так не похожи на другие организмы? И почему понадобилось вдруг их выделять в отдельное царство? А вот почему. В отличие от других живых организмов, вирусы не имеют клеточного строения, а значит, и всех характерных для клетки структур. А ещё они единственные, кто не умеет самостоятельно производить белок, главный строительный материал всего живого. Поэтому их размножение невозможно вне заражённой клетки. Из-за этого многие учёные не без оснований считают вирусы внутриклеточными паразитами.

Жертвами различных вирусов становятся представители всех без исключения существующих царств живых организмов! Так, есть вирусы растений — вирус табачной мозаики (рис. 3, слева), вирус мозаики костра (это растение изображено на рисунке 3, справа), вирус желтухи свёклы, вызывающий иногда даже эпидемии. Кстати, в растение вирус просто так не проникнет. Заражение происходит при травмах растительных тканей. Типичный пример: тля пьёт сок из стебля и для этого протыкает покровные ткани — а вирус тут как тут.

Рис 3. Слева: листья табака, поражённые вирусом табачной мозаики. Справа: костёр (лат. Brómus) — род многолетних травянистых растений семейства Злаки. Если посмотреть на заросли костра в ветреную погоду, его крупные метёлки, склоняясь под ветром то в одну, то в другую сторону, отсвечивают красноватым светом в солнечных лучах, очень напоминая языки пламени. Отсюда, вероятно, и произошло русское название этого растения

Грибы тоже поражаются вирусами, вызывающими, например, побурение плодовых тел у шампиньонов или изменение окраски у зимнего опёнка. Причиной многих опасных заболеваний животных и человека тоже служат вирусы: вирус гриппа, ВИЧ (вирус иммунодефицита человека), вирус Эбола, вирус бешенства, герпеса, клещевого энцефалита и т. д.

Есть даже вирусы, поражающие бактерии, их называют бактериофагами 2 . Так, в конце XIX века исследователи из Института Пастера заметили, что вода некоторых рек Индии обладает бактерицидным действием, то есть способствует снижению роста бактерий. И достигалось это благодаря присутствию в речной воде бактериофагов.

Рис. 4. Слева: вирус табачной мозаики. В центре: вирус мозаики костра похож на футбольный мяч (справа)

Рис. 5. Слева направо: вирус герпеса, аденовирус А человека, бактериофаг

Рис. 6. Маленькие вирусы-спутники внутри гигантского мимивируса

Но не стоит думать, что вирусы причиняют исключительно вред другим организмам! Так, исследователи из Пенсильванского университета показали, что безвредный для человека вирус AAV2, встречающийся почти у всех людей, убивает самые разные виды раковых клеток. При этом здоровые клетки организма вирус не заражает.

А совсем недавно стало известно, что вирусы тоже болеют. Мимивирус, поражающий амёбу Acanthamoeba polyphaga, сам страдает от другого вируса-спутника (рис. 6). Он, кстати, так и называется — Спутник. Этот вирус-спутник использует механизмы воспроизводства мимивируса для собственного размножения, мешая ему нормально развиваться в клетке амёбы. По аналогии с бактериофагами, он был назван вирофагом, то есть пожирающим вирусы. Можно сказать, что присутствие вируса-спутника в амёбе обеспечивает ей больше шансов на выживание в борьбе с мимивирусом.

Относящийся к данному классу атомно-силовой микроскоп оказался инструментом, подходящим для исследования биологических объектов и позволил не только визуализировать наноразмерные структуры, но и манипулировать ими. В частности, принципиально возможной оказалась манипуляция одиночными вирионами и прямое измерение сил, возникающих при их контакте с поверхностью клетки. Такие эксперименты позволяют получать подробные данные о самом первом и во многих случаях еще недостаточно исследованном этапе заражения клетки — адгезии вируса к ее поверхности. Данные исследования представляют и значительный практический интерес, т.к. могут дать ключ к созданию эффективных противовирусных препаратов, защищающих клетки от проникновения вирусов.

Об авторе

Вирусы являются чрезвычайно малыми объектами — их размеры лежат в диапазоне от нескольких десятков до нескольких сотен нанометров. Первым и на долгое время единственным методом прямой визуализации наноразмерных частиц стала электронная микроскопия (ЭМ), которая начала развиваться в 1930-е гг. Метод, оказавшийся очень информативным, позволил не только детально охарактеризовать структуру различных вирусов, но и исследовать процессы, происходящие в зараженной клетке.

Оказалось, что форма вирусных частиц отличается большим разнообразием: от правильных сфер до сложных структур, напоминающих кирпичи, обклеенные трубочками (вирус натуральной оспы), или щетинистых червей (вирус геморрагической лихорадки Эбола).

Вне клетки любой вирус является всего лишь молекулярным контейнером с генетическим материалом (ДНК или РНК) и вряд ли может считаться полноценным живым организмом, хотя по этому вопросу в научной среде до сих пор нет окончательной терминологической определенности.

Так, исследование репликации вируса методом просвечивающей электронной микроскопии на ультратонких срезах выглядит следующим образом: зараженные клетки обрабатывают фиксирующим раствором, обезвоживают спиртом и заливают специальной смолой. После отвердевания смолы с помощью специального прибора — ультратома — делают ультратонкие (≈ 50 нм) срезы, которые затем наносят на специальную сетку и обрабатывают растворами солей тяжелых металлов. Во время самого микроскопического исследования образец находится в вакуумной камере и подвергается действию пучка электронов с энергией в несколько десятков кэВ. Очевидно, что прижизненная визуализация в данном случае принципиально невозможна.

В течение почти полувека электронная микроскопия оставалась единственным методом визуализации наноразмерных объектов. Однако в начале 1980-х гг. эта монополия была нарушена появлением сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ). Основным принципом СЗМ является сканирование — прецизионное (с высокой точностью) перемещение зонда вблизи исследуемой поверхности, сопряженное с отслеживанием определенного параметра, характеризующего взаимодействие между зондом и образцом. Результатом такого сканирования является топографическая карта рельефа поверхности образца.

Первым прибором СЗМ стал сканирующий туннельный микроскоп (СТМ), который мог лишь весьма ограниченно использоваться для визуализации биологических объектов, так как для его работы требовалась высокая электрическая проводимость исследуемой поверхности.

В 1986 г. швейцарский физик Г. Бинниг и его коллеги создали новый прибор семейства СЗМ — атомно-силовой микроскоп (АСМ). В основе его работы лежит силовое (Ван-дер-Ваальсово) взаимодействие атомов зонда и поверхности. АСМ не требуется электрическая проводимость поверхности образца, и он может осуществлять съемку в жидкой среде. Поэтому этот прибор оказался удобным инструментом для исследования биологических объектов.

Принципиальная схема работы атомно-силового микроскопа (АСМ). Чувствительным элементом АСМ является упругая консоль (кантилевер), на конце которой закреплен острый зонд. Силы, возникающие между атомами острия зонда и исследуемой поверхностью приводят к деформации кантилевера, которая в свою очередь фиксируется при помощи оптической системы, реализованной в большинстве современных АСМ на основе полупроводникового лазера и четырехсекционного фотоприемника. Размер кантилевера — 100÷300 × 20÷40 мкм при толщине около 2 мкм. Высота зонда — около 10 мкм

С момента появления атомно-силового микроскопа было опубликовано огромное число работ, посвященных АСМ-визуализации самых разнообразных биологических образцов. Следует все же признать, что в большинстве случаев в плане визуализации АСМ не дает ничего принципиально нового в сравнении с обычной электронной микроскопией, поэтому зачастую данный метод воспринимается биологами как техническая экзотика, а не как полноценный исследовательский инструмент.

Однако важнейшим, пусть и почти единственным преимуществом визуализации биологических объектов при помощи АСМ по сравнению с электронной микроскопией является возможность выполнения исследований нативных, природных образцов без какой-либо фиксации и специальной пробоподготовки, при физиологических параметрах среды.

Помимо визуализации рельефа поверхности с субнанометровым разрешением АСМ позволяет осуществлять прямое измерение сил, возникающих при взаимодействии одиночных наноразмерных объектов.

Проводятся такие измерения следующим образом: один объект закрепляется на острие зонда АСМ, а второй фиксируется на подложке, после чего зонд подводится к поверхности подложки до достижения механического контакта, а затем возвращается обратно. В ходе этого перемещения отслеживается деформация упругой консоли (кантилевера). Зависимость этого параметра от расстояния между зондом и подложкой называется силовой кривой. С ее помощью можно определить величину силы, действующей между исследуемыми объектами. Этот метод, названный атомно-силовой спектроскопией (АСС), может использоваться для исследования силовых характеристик взаимодействия самых разнообразных малых объектов: от неорганических наночастиц до вирусов и живых клеток.

Метод атомно-силовой спектроскопии позволяет определить величину силы, действующей между исследуемыми объектами. Для этого один объект закрепляется на острие зонда АСМ, а второй фиксируется на подложке. Зонд подводится к поверхности подложки и затем поднимается обратно. Зависимость деформации кантилевера от расстояния между зондом и подложкой называется силовой кривой

Начальным этапом заражения клетки вирусом является адгезия (прилипание) вирусной частицы (вириона) к клеточной поверхности с последующим проникновением генетического материала вируса внутрь клетки. Этот процесс, определяемый взаимодействием белковых рецепторов, расположенных на поверхности клетки, с поверхностными белками вириона, является критически важным для размножения вируса. И, надо отметить, в большинстве случаев изучен недостаточно.

Однако фиксация одиночной вирусной частицы на острие зонда атомно-силового микроскопа является весьма непростой задачей. Для успешного проведения эксперимента требуется большая подготовительная работа:

получить как можно более чистый и концентрированный препарат вируса;
подготовить на острие зонда площадку подходящего размера для посадки вириона;
химически активировать поверхность зонда для образования ковалентных связей при контакте с белками вируса;
убедиться в том, что на зонде закрепился действительно вирион, а не молекулы свободного белка или мелкие фрагменты клеток, всегда присутствующие в препаратах вирусов.

Оценка концентрации и степени чистоты препарата вируса обычно проводится методом просвечивающей электронной микроскопии. Площадку на острие АСМ-зонда, которое обычно изготавливают из кремния или его нитрида, формируют путем длительного сканирования кремниевой или сапфировой подложки при больших значениях развертки и силы прижатия зонда к поверхности. Наиболее наглядной иллюстрацией для этого процесса служит изменение формы острия карандаша в ходе интенсивного рисования.

Адекватным методом контроля геометрических параметров зонда атомно-силового микроскопа (а) при создании площадки для посадки вириона, является электронная микроскопия, как сканирующая, так и просвечивающая: б — площадка на острие зонда для посадки крупной вирусной частицы; в — вирусоподобная частица, закрепленная на острие зонда. Просвечивающая электронная микроскопия (JEM 1400, Jeol, Япония)

По меркам микроскопии, клетка высших организмов является относительно крупным (≈ 10 мкм) объектом, поэтому хорошо видна в световом микроскопе, при помощи которого на нее наводится кантилевер атомно-силового микроскопа. Но как быть с самим зондом, на острие которого предполагается наличие вириона? Строго говоря, вместо вириона там может оказаться все, что угодно: монослой белковых молекул, фрагмент клетки или вириона, агрегат из нескольких вирионов, случайное загрязнение и т. д. Кроме того, в процессе измерения вирион может разрушиться или оторваться от зонда. Визуализация же зонда с вирусной частицей методом электронной микроскопии до силовых измерений недопустима, так как под воздействием высушивания, вакуума и пучка электронов вирион приобретет необратимые изменения.

Наиболее эффективным методом решения данной проблемы оказалась визуализация острия зонда АСМ с помощью электронной микроскопии, осуществляемая непосредственно после силовых измерений. Если на острие будет обнаружена вирусная частица, уцелевшая в ходе эксперимента, то все сомнения развеются.

В течение последних пятидесяти лет в результате поистине титанической работы, проделанной электронными микроскопистами всего мира, накоплен огромный багаж знаний в области ультраструктурных аспектов репликации различных вирусов. Создание атомно-силового микроскопа и техники силовой спектроскопии позволило вплотную приблизиться к произвольной механической манипуляции одиночными вирусными частицами. Это выводит изучение взаимодействия вируса с клеткой на принципиально другой уровень — от структурных исследований к функциональным.

При этом атомно-силовая спектроскопия не является конкурентом для электронной микроскопии, а открывает новое самостоятельное направление исследований — наномеханику взаимодействия вирусной частицы с поверхностью клетки. Весьма вероятно, что в самом ближайшем будущем в данном направлении будут совершены фундаментальные открытия, соизмеримые по значимости с достижениями электронной микроскопии в середине прошлого века.

Изучение механизмов связывания вирусных частиц с поверхностью клетки вызывает значительный интерес не только с позиции фундаментальной науки, но и в контексте практических приложений. Более детальное понимание этих механизмов на молекулярном уровне может дать человечеству ключ к созданию эффективных противовирусных препаратов, защищающих клетки от проникновения вирусов.

В публикации использованы фото автора

* Просвечивающая электронная микроскопия с использованием специальной жидкостной ячейки и сканирующая электронная микроскопия при атмосферном давлении позволяют исследовать биологические объекты без фиксации, но из-за ряда технических трудностей и относительно низкого пространственного разрешения эти методы не получили широкого распространения.

Обзор

Автор

Редакторы

Обратите внимание!

Спонсоры конкурса: Лаборатория биотехнологических исследований 3D Bioprinting Solutions и Студия научной графики, анимации и моделирования Visual Science.

Эволюция и происхождение вирусов

В 2007 году сотрудники биологического факультета МГУ Л. Нефедова и А. Ким описали, как мог появиться один из видов вирусов — ретровирусы. Они провели сравнительный анализ геномов дрозофилы D. melanogaster и ее эндосимбионта (микроорганизма, живущего внутри дрозофилы) — бактерии Wolbachia pipientis. Полученные данные показали, что эндогенные ретровирусы группы gypsy могли произойти от мобильных элементов генома — ретротранспозонов. Причиной этому стало появление у ретротранспозонов одного нового гена — env, — который и превратил их в вирусы. Этот ген позволяет вирусам передаваться горизонтально, от клетки к клетке и от носителя к носителю, чего ретротранспозоны делать не могли. Именно так, как показал анализ, ретровирус gypsy передался из генома дрозофилы ее симбионту — вольбахии [7]. Это открытие упомянуто здесь не случайно. Оно нам понадобится для того, чтобы понять, чем вызваны трудности борьбы с вирусами.

Из давних письменных источников, оставленных историком Фукидидом и знахарем Галеном, нам известно о первых вирусных эпидемиях, возникших в Древней Греции в 430 году до н.э. и в Риме в 166 году. Часть вирусологов предполагает, что в Риме могла произойти первая зафиксированная в источниках эпидемия оспы. Тогда от неизвестного смертоносного вируса по всей Римской империи погибло несколько миллионов человек [8]. И с того времени европейский континент уже регулярно подвергался опустошающим нашествиям всевозможных эпидемий — в первую очередь, чумы, холеры и натуральной оспы. Эпидемии внезапно приходили одна за другой вместе с перемещавшимися на дальние расстояния людьми и опустошали целые города. И так же внезапно прекращались, ничем не проявляя себя сотни лет.

Вирус натуральной оспы стал первым инфекционным носителем, который представлял действительную угрозу для человечества и от которого погибало большое количество людей. Свирепствовавшая в средние века оспа буквально выкашивала целые города, оставляя после себя огромные кладбища погибших. В 2007 году в журнале Национальной академии наук США (PNAS) вышла работа группы американских ученых — И. Дэймона и его коллег, — которым на основе геномного анализа удалось установить предположительное время возникновения вируса натуральной оспы: более 16 тысяч лет назад. Интересно, что в этой же статье ученые недоумевают по поводу своего открытия: как так случилось, что, несмотря на древний возраст вируса, эпидемии оспы не упоминаются в Библии, а также в книгах древних римлян и греков [9]?

Строение вирусов и иммунный ответ организма

Рисунок 1. Первооткрыватель вирусов Д.И. Ивановский (1864–1920) (слева) и английский врач Эдвард Дженнер (справа).

Почти все известные науке вирусы имеют свою специфическую мишень в живом организме — определенный рецептор на поверхности клетки, к которому и прикрепляется вирус. Этот вирусный механизм и предопределяет, какие именно клетки пострадают от инфекции. К примеру, вирус полиомиелита может прикрепляться лишь к нейронам и потому поражает именно их, в то время как вирусы гепатита поражают только клетки печени. Некоторые вирусы — например, вирус гриппа А-типа и риновирус — прикрепляются к рецепторам гликофорин А и ICAM-1, которые характерны для нескольких видов клеток. Вирус иммунодефицита избирает в качестве мишеней целый ряд клеток: в первую очередь, клетки иммунной системы (Т-хелперы, макрофаги), а также эозинофилы, тимоциты, дендритные клетки, астроциты и другие, несущие на своей мембране специфический рецептор СD-4 и CXCR4-корецептор [13–15].

Одновременно с этим в организме реализуется еще один, молекулярный, защитный механизм: пораженные вирусом клетки начинают производить специальные белки — интерфероны, — о которых многие слышали в связи с гриппозной инфекцией. Существует три основных вида интерферонов. Синтез интерферона-альфа (ИФ-α) стимулируют лейкоциты. Он участвует в борьбе с вирусами и обладает противоопухолевым действием. Интерферон-бета (ИФ-β) производят клетки соединительной ткани, фибробласты. Он обладает таким же действием, как и ИФ-α, только с уклоном в противоопухолевый эффект. Интерферон-гамма (ИФ-γ) синтезируют Т-клетки (Т-хелперы и (СD8+) Т-лимфоциты), что придает ему свойства иммуномодулятора, усиливающего или ослабляющего иммунитет. Как именно интерфероны борются с вирусами? Они могут, в частности, блокировать работу чужеродных нуклеиновых кислот, не давая вирусу возможности реплицироваться (размножаться).

Причины поражений в борьбе с ВИЧ

Тем не менее нельзя сказать, что ничего не делается в борьбе с ВИЧ и нет никаких подвижек в этом вопросе. Сегодня уже определены перспективные направления в исследованиях, главные из которых: использование антисмысловых молекул (антисмысловых РНК), РНК-интерференция, аптамерная и химерная технологии [12]. Но пока эти антивирусные методы — дело научных институтов, а не широкой клинической практики*. И потому более миллиона человек, по официальным данным ВОЗ, погибают ежегодно от причин, связанных с ВИЧ и СПИДом.

Подобный вирусный механизм характерен не только для ВИЧ. Он описан и при инфицировании некоторыми другими опасными вирусами: такими, как вирусы Денге и Эбола. Но при ВИЧ антителозависимое усиление инфекции сопровождается еще несколькими факторами, делая его опасным и почти неуязвимым. Так, в 1991 году американские клеточные биологи из Мэриленда (Дж. Гудсмит с коллегами), изучая иммунный ответ на ВИЧ-вакцину, обнаружили так называемый феномен антигенного импринтинга [23]. Он был описан еще в далеком 1953 году при изучении вируса гриппа. Оказалось, что иммунная система запоминает самый первый вариант вируса ВИЧ и вырабатывает к нему специфические антитела. Когда вирус видоизменяется в результате точечных мутаций, а это происходит часто и быстро, иммунная система почему-то не реагирует на эти изменения, продолжая производить антитела к самому первому варианту вируса. Именно этот феномен, как считает ряд ученых, стоит препятствием перед созданием эффективной вакцины против ВИЧ.

Открытие биологов из МГУ — Нефёдовой и Кима, — о котором упоминалось в самом начале, также говорит в пользу этой, эволюционной, версии.

Сегодня не только ВИЧ представляет опасность для человечества, хотя он, конечно, самый главный наш вирусный враг. Так сложилось, что СМИ уделяют внимание, в основном, молниеносным инфекциям, вроде атипичной пневмонии или МЕRS, которыми быстро заражается сравнительно большое количество людей (и немало гибнет). Из-за этого в тени остаются медленно текущие инфекции, которые сегодня гораздо опаснее и коварнее коронавирусов* и даже вируса Эбола. К примеру, мало кто знает о мировой эпидемии гепатита С, вирус которого был открыт в 1989 году**. А ведь по всему миру сейчас насчитывается 150 млн человек — носителей вируса гепатита С! И, по данным ВОЗ, каждый год от этой инфекции умирает 350-500 тысяч человек [33]. Для сравнения — от лихорадки Эбола в 2014-2015 гг. (на состояние по июнь 2015 г.) погибли 11 184 человека [34].

* — Коронавирусы — РНК-содержащие вирусы, поверхность которых покрыта булавовидными отростками, придающими им форму короны. Коронавирусы поражают альвеолярный эпителий (выстилку легочных альвеол), повышая проницаемость клеток, что приводит к нарушению водно-электролитного баланса и развитию пневмонии.

Рисунок 8. Электронная микрофотография воссозданного вируса H1N1, вызвавшего эпидемию в 1918 г. Рисунок с сайта phil.cdc.gov.

Почему же вдруг сложилась такая ситуация, что буквально каждый год появляются новые, всё более опасные формы вирусов? По мнению ученых, главные причины — это сомкнутость популяции, когда происходит тесный контакт людей при их большом количестве, и снижение иммунитета вследствие загрязнения среды обитания и стрессов. Научный и технический прогресс создал такие возможности и средства передвижения, что носитель опасной инфекции уже через несколько суток может добраться с одного континента на другой, преодолев тысячи километров.

Читайте также: