Размножение вирусов в культуре клеток

Обновлено: 27.03.2024

Факторы влияющие на размножение вирусов. Размножение вирусов в культуре.

Увеличение продукции вируса представляет собой большой практический интерес, особенно при массовом производстве вирусных препаратов. Изучению влияния различных факторов на репродукцию вирусов и накопление вирусных антигенов в культуре клеток посвящены многие исследования. Оказалось, что это зависит от ряда условий, оптимизация которых имеет важное технологическое значение.

Успех культивирования вирусов прежде всего зависит от удачного выбора клеточного субстрата. Основными критериями при этом являются высокий выход вируса и вирусного антигена, относительная неприхотливость к условиям культивирования и безопасность вакцины. Одни вирусы хорошо размножаются в культурах клеток различного происхождения, другие - предпочитают клетки естественного хозяина или дифференцированные, либо требуют специфических условий культивирования (пониженную температуру, обработку трипсином, высокую или низкую множественность заражения), третьи — вообще пока не удалось размножить вне организма.

При культивировании вирусов выявлен ряд особенностей, характерных для отдельных семейств и их представителей. Так, большинство пикорнавирусов, так же как и парвовирусов размножаются в культурах клеток естественного хозяина. Основная трудность в работе с ними — выбор чувствительной культуральной системы. Однако даже при оптимальном решении этой задачи, урожай различных представителей семейства пикорнавирусов различается очень сильно. Одни из них (полиовирус, вирус ящура) накапливаются в высоком титре (7,0—9,0 ТЦД50/мл), что соответствует выходу, примерно равному 10—1000 инфекционных единиц на одну клетку.

В то же время другие представители семейства (риновирусы, некоторые энтеровирусы, вирус гепатита А) накапливаются в более низком титре (4,0—6,0 lg Т1ДД50/мл).
Вирус гепатита А хорошо размножается в культуре клеток печени обезьяны, а вирус гепатита В впервые in vitro удалось размножить в культуре клеток гепатомы человека HepG = 2. В культуральную жидкость выделялись полные частицы вируса, содержащие три оболочечных белка. Рабдовирусы обладают широким хозяинным спектром in vitro. Вирус везикулярного стоматита, например, хорошо и быстро размножается практически во всех использованных для этой цели клеточных культурах, хотя некоторые представители этого семейства (вирус бешенства) размножаются медленно и накапливаются в меньшем титре.

размножение вируса диареи

Представители семейства парамиксовирусов значительно различаются между собой по широте хозяинного спектра клеточных культур. Одни из них (парамиксовирусы) обладают широким, другие (морбилливирусы) — узким хозяинным спектром. Респираторно-синцитиальный вирус (PC-вирус), как и другие представители семейства, размножается во многих клеточных культурах (но не в культуре куриного эмбриона), хотя накапливается в значительно более низких титрах. Например, разница в максимальном накоплении инфекционных частиц, если сравнить его с вирусом ньюкаслской болезни, достигает 5—6 lg. Вместе с тем следует отметить, что соотношение инфекционных и физических частиц у PC-вируса может достигать высоких значений (1:1000—1:10 000).

Вирус диареи крупного рогатого скота обладает узким клеточным тропизмом и, так же как PC-вирус, накапливается в чувствительных культурах в невысоком титре (4,0—6,0 lg ТЦД50/мл). Первичная культура клеток почки телят оказалась более чувствительной к полевым изолятам вируса диареи, чем постоянная линия этих клеток [977]. Реовирусы размножаются в культурах клеток различного происхождения, но лучше, когда выращивание проводят при пониженной температуре (34°С). Однако представители одного рода этого семейства (ротавирусы) проявляют исключительную щепетильность в отношении клеточного субстрата. Одна из лучших культур для выделения и размножения ротавирусов — постоянная линия клеток почки эмбриона макаки резус (линия МА 104). Для аденовирусов предпочтительным субстратом являются культуры эпителиальных клеток естественного хозяина.

В эпителиоподобных клетках постоянных линий HeLa и KB они накапливаются в более высоком титре, чем в диплоидных линиях фибробластоподобных клеток (WI-38 или MRC-5).
Культуры клеток беспозвоночных по сравнению с позвоночными во многих случаях оказались более продуктивными в отношении альфа- и флавивирусов.

Первичные культуры клеток, приготовленные из различных тканей одного вида животных или даже одного донора клеток, могут значительно различаться по чувствительности к данному вирусу. Большинство вирусов хорошо накапливаются в культуре клеток паренхиматозных органов, тогда как некоторые предпочитают клетки гемопоэтической системы (лимфопролиферативные вирусы, вирусы африканской чумы свиней, инфекционной анемии лошадей) или нервной ткани. Наиболее широким спектром чувствительности обладают первичные культуры, представленные преимущественно эпителиоподобными клетками. Такие культуры, как правило, получают из почечной ткани различных животных. Аденовирусы свиней серотипа 2 и 3 хорошо размножались в первичной культуре клеток почки (6,25—8,0 lg ТЦЦ50/МЛ), и значительно хуже в первичной культуре клеток тестикулярной ткани поросят. Для вируса контагиозной эктимы овец и коз более чувствительной оказалась культура тестикулярной ткани овец и коз.

Аналогичные результаты получены в опытах с вирусом висна-мэди. Вирус энцефаломиелита свиней размножается в культуре клеток почки свиньи с образованием синцития. В культурах клеток из других тканей свиньи вирус размножается без ЦПЭ.

Разработаны методы получения эпителиоподобных культур клеток из хориоаллантоисной оболочки куриных эмбрионов. Они оказались более чувствительными и продуктивными для ряда вирусов, чем культуры фибробласто-подобных клеток из тканей куриного эмбриона. Например, клетки хориоаллантоисной оболочки более репродуктивны для вируса ньюкаслской болезни, чем клетки тела куриного эмбриона. Кроме того, клетки одной и той же ткани могут сильно отличаться друг от друга по репродукции вируса. Исследование репродукции вируса ньюкаслской болезни единичными клетками куриного эмбриона показало, что из числа продуцирующих вирус клеток только 20% синтезируют инфекционный вирус в большом количестве. Указанное соотношение клеток сохранялось в культуре из различных тканей эмбриона в течение трех пересевов.

Информация на сайте подлежит консультации лечащим врачом и не заменяет очной консультации с ним.
См. подробнее в пользовательском соглашении.

Лабораторные исследованияпри проведении идентификации вирусов и диагностике вирусных инфекций включают следующие этапы: выделение, культивирование, индикация (выявление) и идентификация вирусов.

2.3.1 Культивирование вирусов

Вирусы не растут на искусственных питательных средах, а размножаются только внутриклеточно. Крупным достижением было предложение Р. Гудпасчура в 1932 г. использовать для культивирования вирусов куриные эмбрионы. Окончательное решение проблемы культивирования вирусов оказалось возможным лишь после того, как были разработаны основные способы культивирования клеток вне организма.

Использование куриных эмбрионов. Куриные эмбрионы – практически идеальные модели для культивирования не­которых вирусов (например, гриппа и кори). Замкнутая полость эмбриона препятствует проник­новению микроорганизмов извне, а также развитию спонтанных вирусных инфекций. Эмбрионы применяют для первичного выделения вирусов из патологического материала; для пассирова­ния и сохранения их, а также для получения необходимых количеств вируса. Некоторые возбу­дители (например, герпесвирусы) вызывают характерные изменения (по ним можно распозна­вать заболевание).

Для заражения обычно используют куриные эмбрионы 7–12-дневного возраста. Перед заражением определяют жизнеспособность эмбриона путем овоскопирования (просматривают в проходящем свете). Живые эмбрионы при овоскопировании проявляют двигательную активность, хорошо виден сосудистый рисунок. Простым карандашом очерчивают границы воздушной камеры.

Куриные эмбрионы заражают вируссодержащим материалом в асептических условиях стерильными инструментами, предварительно обработав скорлупу над воздушным пространством йодом и спиртом. Заражение проводят на хорион-аллантоисную оболочку, в амниотическую или аллантоисную полость, либо в желточный мешок (рисунок 29). Выбор метода заражения зависит от биологических свойств вируса.


Рисунок 29 – Схематическое изобра­жение развивающегося куриного эмбриона

Культура клеток. Вначале был использован метод переживающих тканей. Он заключался в том, что в колбу, содержащую питательную среду, вносили кусочек ткани. Клетки некоторых тканей в таких условиях могут пережи­вать (но не размножаться) до 30 дней, а в них могут размножаться вирусы. Однако этот способ давал очень небольшой выход вирусов. Необходимо было разработать условия, при которых клетки ткани могли бы свободно размножаться.

Для получения культур клеток необхо­димо было решить четыре главных задачи:

– получить в необходимом количестве свободные (т. е. изолированные друг от друга) клетки;

– создать такие питательные среды и условия, в которых клетки могли бы активно размножаться;

– обеспечить условия, при которых в культурах клеток не могли бы размножаться бактерии;

– определить методы, с помощью которых можно было бы распознавать рост вируса в культуре клеток и идентифицировать его.

Для выделения изолированных (разобщенных), но жизнеспособных клеток из разрушенных тканей, стали использовать обработку их слабым раствором трипсина, разрушающего межкле­точные мостики. Для культивирования клеток были предложены различные среды, содержащие все необходимые для размножения клеток питательные вещества (аминокислоты, основания, витамины и другие), минеральные соли, имеющие оптимальную рН и т. д. К питательным средам добавляли индикатор, по изменению цвета которого можно было судить о метаболизме клеток и их размноже­нии. Было установлено, что в качестве основы, на которой клетки размножаются и образуют монослой, может быть использовано хорошо обработанное стекло пробирок и колб. Для подавления возможного роста бактерий вируссодержащий материал перед посевом его в культуры клеток стали обраба­тывать антибиотиками.

В 1949 г. Дж. Эндерс, Т. Веллер и Ф. Роббинс показали, что вирус полиомиелита хорошо размножается в первично-трипсинизированных культурах клеток, полученных из почек обезьян. Основной недостаток первично-трипсинизированных клеток заключается в том, что после нескольких пересевов они перестают размножаться. Поэтому предпочтением стали пользоваться культуры таких клеток, которые способны размножаться in vitro бесконечно долго. Такие перевиваемые культуры клеток (клеточные линии характеризуются бессмертием и гетероплоидным кариотипом) получают из опухолевых тканей (HeLa получена из карциномы шейки матки, НЕр-2 – из карциномы гортани; Детройт-6 – из метастаза рака легкого в костный мозг; RН – из опухоли почки человека) или из мутантных клеток с полиплоидным набором хромосом. Однако опухолевые клетки нельзя применять для получения вакцин. Для этих целей используют только культуры таких клеток, которые не содержат никаких контаминантных вирусов и не обладают злокачественностью. Лучше всего этим требованиям отвечают культуры диплоидных клеток.




Полуперевиваемые (диплоидные) культуры клеток – клетки одного генотипа, способные in vitro выдерживать 50–100 пассажей, сохраняя при этом свой исходный диплоидный набор хромосом. Диплоидные линии фибробластов эмбриона человека используются как для диагностики вирусных инфекций, так и при производстве вирусных вакцин. Как оказалось, вирусы могут размножаться не только в культурах клеток, образующих монослой на стекле пробирок, но и в суспензиях живых клеток.

Для обеспечения жизнедеятельности культивируемых клеток необходимы питательные среды. По назначению они делятся на ростовые и поддерживающие. В ростовых питательных средах должно содержаться больше питательных веществ, обеспечивающих активное размножение клеток и формирование монослоя. Поддерживающие среды обеспечивают переживание клеток в уже сформированном монослое в период размножения в них вирусов.

2.3.2 Выделение вирусов

Выделение вирусов в культурах клеток. При выделении вирусов из различных инфекционных материалов (кровь, моча, слизистые отделяемые, смывы из органов) применяют культуры клеток, обладающих наибольшей чувствительностью к предполагаемому вирусу. Для заражения используют культуры в пробирках с хорошо развитым монослоем клеток. Перед заражением клеток питательную среду удаляют и в каждую пробирку вносят по 0,1–0,2 мл взвеси исследуемого материала, предварительно обработанного антибиотиками для уничтожения бактерий и грибов. После 30-60 мин контакта вируса с монослоем клеток удаляют избыток материала, в культуру вносят поддерживающую среду и пробы оставляют в термостате до выявления признаков размножения вируса.

Выделение вирусов на лабораторных животных. При невозможности выделить и идентифицировать вирус стандартными методами in vitro инфекционный материал вводят чувствительным к возбудителю животным, и после развития типичного инфекционного процесса проводят повторное заражение чувствительных клеточных культур. Наиболее часто используют мышей, кроликов и обезьян; для выделения некоторых вирусов (например, вирусов Коксаки) заражают мышат-сосунков. Вследствие дороговизны и сложности содержания лабораторных животных, практически повсеместно их вытеснили кле­точные культуры. Тем не менее животные модели активно используют для изучения особенно­стей патогенеза и формирования иммунных реакций при вирусных инфекциях.

Таким образом, для выделения чистых культур вирусов в лабораторных условиях в настоящее время используются следующие живые объекты (биологические модели): 1) культура клеток (тканей, органов); 2) куриные эмбрионы; 3) лабораторные животные.

2.3.3 Индикация вирусов

Индикация вирусов в культурах клеток. Индикатором наличия вируса в зараженных культурах клеток может служить:

1) развитие специфической дегенерации клеток – цитопатическое действие вируса (ЦПД), имеющее три основных типа: крупно- или мелкоклеточная дегенерация; образование многоядерных гигантских клеток (симпластов); развитие очагов клеточной пролиферации, состоящих из нескольких слоев клеток (гроздевидная дегенерация клеток).

Различают два механизма гибели клеток, вызываемой вирусами, – некроз и апоптоз. Некроз происходит из-за необратимых нарушений целостности клеточных мембран, апоптоз – вследствие фрагментации ядерной ДНК под действием клеточной эндонуклеазы.

Цитопатические эффектыоценивают при микроскопии клеточных культур. По степени поражения клеток выделяют вирусы с высокой или умеренной цитопатогенностью:

2) обнаружение внутриклеточных включений, располагающихся в цитоплазме и/или в ядрах пораженных клеток;

3) положительная реакция гемагглютинации (РГА) или гемадсорбции (РГАдс). Некоторые вирусы, в частности, вирус гриппа, обладают особыми рецепто­рами (гемагглютининами), с помощью которых они адсорбируются на эритроцитах и вызывают их склеивание (гемагглютинацию). Такие вирусы легко обнаруживаются с помощью реакции гемагглютинации или гемадсорбции (эритроциты адсорбируются на инфицированных вирусами клетках куль­туры тканей);

4) феномен бляшкообразования. Широкое распространение получил предложенный в 1952 г. Р. Дюльбекко метод бляшек (негативных колоний), позволяющий производить количественное определение вирусов. Для выделения вирусов монослой клеток после удаления питательной среды заражают вируссодержащим материалом и покрывают слоем агара, содержащего индикатор нейтральный красный. Чашки (флаконы) инкубируют при 37 °С. Через 48–96 ч выявляются пятна – бляшки. Они имеют диаметр 1–3 мм и выглядят неокрашенными на розовом фоне. Пятна возникают за счет цитопатического действия вируса;

5) цветная реакция Солка. О росте вирусов в клетках можно судить с помощью индикатора, добавляемого к питательной среде. Если клетки активно осуществляют метаболизм, рН среды сдвигается в кислую сторону, и среда окрашивается в желтый цвет. В случае размножения вируса клетки погибают, рН среды мало меняется, и она сохраняет первоначальный (малиновый) цвет или (при нейтральной рН) приобретает оранжевый;

6) реакция интерференции (используется при отсутствии ЦПД, гемагглютинации и гемадсорбции): исследуемая культура повторно заражается вирусом, вызывающим ЦПД. В положительном случае ЦПД будет отсутствовать (реакция интерференции положительна). Если в исследуемом материале вируса не было, наблюдается ЦПД.

Кроме того, для обнаружения вируса в культурах клеток могут быть использованы различные серологические реакции.

Индикация вирусов на лабораторных животных. Индикация вируса основана на обнаружении у животных признаков инфекционного заболевания, регистрации их гибели, изучении характера патоморфологических и патогистологических изменений в тканях и органах, выявлении положительной реакции гемагглютинации.

2.3.4 Методы идентификации вирусов

Определение типа вируса (его идентификация) основано на нейтрализации биологической активно­сти вируса с помощью типоспецифических сывороток. Конечный результат ее может быть установлен на основании следующих признаков:

1) нейтрализация цитопатического действия: в культуральную среду, содержащую изучаемый вирус, вносят коммерческую сыворотку (например, к вирусу краснухи при подозрении на неё), инкубируют и заражают вторую культуру; через 1–2 дня в неё вносят известный цитопатогенный вирус. При наличии цитопатогенного эффекта делают вывод о том, что первая культура была заражена вирусом, соответствовавшим антителам примененной сыворотки;

2) нейтрализация реакции гемадсорбции;

3) изменение проявления цветной пробы;

4) задержка (торможение) реакции гемагглютинации: смешивают культуральную среду, со­держащую возбудитель, с известной коммерческой антисывороткой и вносят в культуру клеток. После инкубации определяют способность культуры к гемагглютинации и при её отсутствии делают заключение о несоответствии вируса антисыворотке.

5) нейтрализация в опытах на животных.

Таким образом РН (реакция нейтрализации) основана на подавлении соответствующей реакции, феномена, развития инфекционного процесса после внесения в культуру или введения в организм животного смеси вируса со специ­фичными AT, содержащимися в диагностической сыворотке.

Вопросы для самоконтроля

1 Назовите основные принципы классификации вирусов.

2 Приведите русские и латинские названия основных семейств вирусов человека и животных.

3 Назовите типовых представителей основных семейств вирусов и заболевания, вызываемые ими.

4 Каковы особенности морфологии и ультраструктуры вирусов человека и животных (основных семейств)?

5 Назовите РНК-геномные и ДНК-геномные фитовирусы.

6 Какие этапы включают в себя лабораторные исследования при идентификации вирусов и диагностике вирусных инфекций?

7 Какие биологические модели используются для выделения и культивирования вирусов человека и животных?

8 Как происходит заражение куриных эмбрионов в лабораторных условиях?

9 Какие методы получения культуры клеток вы знаете?

10 Как проводят идентификацию вирусов в курином эмбрионе и на лабораторных животных?

11 Какие существуют методы индикации вирусов на культуре клеток?

12 В чем заключается назначение и сущность реакций нейтрализации вирусов?

Культивирование вирусов человека и животных проводят с целью лабораторной диагностики вирусных инфекций, для изучения вопросов патогенеза и иммунитета, получения диагностических и вакцинных препаратов, применяют в научно-исследовательской работе. Поскольку вирусы являются абсолютными паразитами, их культивируют или на уровне организма, или на уровне живых клеток, выращиваемых вне организма в искусственных условиях. В качестве биологических моделей для культивирования используют лабораторных животных, развивающиеся куриные эмбрионы и культуры клеток. Лабораторные животные (белые мыши, хлопковые крысы, кролики, хомяки, обезьяны и др.) в начальный период развития вирусологии были единственной экспериментальной биологической моделью, которую использовали для размножения и изучения свойств вирусов. На основании развития типичных признаков заболевания и патоморфологических изменений органов животных можно судить о репродукции вирусов, т. е. проводить индикацию вирусов. В настоящее время применение этой модели для диагностики ограничено из-за невосприимчивости животных ко многим вирусам человека.

Куриные эмбрионы предложены в качестве экспериментальной модели для культивирования вирусов в середине 30-х годов Ф. Бернетом. К достоинствам модели относятся возможность накопления вирусов в больших количествах, стерильность объекта, отсутствие скрытых вирусных инфекций, простота техники работы. Для культивирования вирусов исследуемый материал вводят в различные полости и ткани куриного зародыша.

Индикацию вирусов осуществляют по характеру специфических поражений оболочек и тела эмбриона, а также феномену гемагглютинации – склеиванию эритроцитов. Явление гемагглютинации впервые было обнаружено в 1941 г. при культивировании в куриных эмбрионах вирусов гриппа. Позднее было установлено, что гемагглютинирующими свойствами обладают многие вирусы. На основе этого феномена была разработана техника реакции гемагглютинации (РГА) вне организма (in vitro), которая широко применяется для лабораторной диагностики вирусных инфекций. Куриные эмбрионы не являются универсальной биологической моделью для вирусов. Почти неограниченные возможности появились у вирусологов после открытия метода выращивания культур клеток.

Метод культур клеток – выращивание различных клеток и тканей вне организма на искусственных питательных средах -разработан в 50-х годах Дж. Эндерсом и сотр. Подавляющее большинство вирусов способно размножаться на культурах клеток. Для : приготовления культур клеток используют самые разнообразные ткани человека, животных и птиц. Большое распространение получили культуры клеток из эмбриональных и опухолевых (злокачественно перерожденных) тканей, обладающих по сравнению с нормальной тканью взрослого организма более активной способностью к росту и размножению.

В зависимости от техники приготовления и культивирования различают три основных типа культур клеток и тканей: однослойные культуры клеток; культуры суспензированных клеток; органные культуры.

Наибольшее практическое применение получили однослойные культуры, растущие на поверхности стекла лабораторной посуды в виде монослоя клеток. Однослойные культуры клеток в зависимости от числа жизнеспособных генераций в свою очередь подразделяются на первичные, или первично-трипсинизированные (способны размножаться однократно), перевиваемые,или стабильные (способны перевиваться в лабораторных условиях в течение неопределенно длительного срока), и полуперевиваемые (способны размножаться в течение 40-50 пассажей).; Культуры суспензированных клеток растут и размножаются во взвешенном состоянии при постоянном интенсивном перемешивании среды. Они могут быть использованы для накопления большого количества вирусов. Некоторые вирусы лучше размножаются в органных культурах, которые представляют собой кусочки органов животного или человека, выращиваемых вне организма и сохраняющих свойственную данному органу структуру. В зависимости от свойств вируса подбирают наиболее чувствительную к данному вирусу культуру клеток, на которой возможна его репродукция. О размножении вирусов в культуре клеток свидетельствуют I следующие признаки:




§ образование в клетках включений;

История вирусологии. Основы вирусологии.

Репликация вирусов. Размножение вирусов.

Репликация вирусов. Размножение вирусов.

Биотехнологии в вирусологии.

биотехнологии в вирусологии.

Методология выращивания вирусов.

методология выращивания вирусов

Культивирование вирусов. Антигены вирусов и иммуннитет.

Культивирование вирусов

Иммунная система при вирусной инфекции.

иммунная система

Патогенез и механизмы противовирусной защиты организма.

механизмы противовирусной защиты

Развитие и образование противовирусного иммунитета.

Развитие и образование противовирусного иммунитета.

Вакцинопрофилактика вирусных инфекций.

Вакцинопрофилактика вирусных инфекций.

Физические методы инактивации вирусов для вакцин.

методы инактивации вирусов

Живые вакцины. Гетерологичные вакцины. Субъединичные вакцины.

субъединичные вакцины

Современные субъединированные и рекомбинантные вакцины.

рекомбинантные вакцины

Информация на сайте подлежит консультации лечащим врачом и не заменяет очной консультации с ним.
См. подробнее в пользовательском соглашении.

Читайте также: