Вирус натуральной оспы под микроскопом

Обновлено: 19.04.2024

Вирусы оспы. Виды вирусов оспы. Строение вирусов оспы.

Вирусы оспы (ВО) — самые крупные вирусы, содержащие ДНК, молекулярная масса которой больше, чем у любого другого вируса животных. Они широко распространены в природе, вызывают заболевания позвоночных и беспозвоночных с летальным исходом или в виде легко протекающей продолжительной инфекции с образованием доброкачественных опухолей. ВО передаются членистоногими при прямом контакте, аэрозольно или механически. ВО обычно имеют узкий круг хозяев, хотя некоторые из них представляют исключения, в том числе вирусы вакцины и оспы птиц. Вирусы оспы позвоночных включают восемь родов (орто-, пара-, ави-, капри-, лепори-, суи-, моллюсци- и ятапоксвирусы).

Разделение вирусов оспы позвоночных на роды проведено с учетом массы и структуры генома, размера и формы вириона, способности к генетической рекомбинации, антигенной связи и спектра патогенности.

Ортопоксвирусы. Типичный представитель - вирус осповакцины (ВОВ). Спектр естественных хозяев узкий, обычно ограничен одним видом животных: вирусы агглютинируют эритроциты цыплят; варьируют по вирулентности для естественных хозяев и лабораторных животных. Другие виды: вирусы оспы буйволов, верблюдов, крупного рогатого скота, мышей, обезьян и вирус натуральной оспы.

Парапоксвирусы. Типичный представитель — вирус контагиозного пустулёзного дерматита (эктимы) овец и коз (вирус орф). Представители рода серологически связаны между собой, но отличаются от представителей других родов; гемагглютинин не образуют. Другие виды: вирусы пустулёзного стоматита крупного рогатого скота, контагиозной эктимы серн и сыпи доярок.

Авипоксвирусы. Естественные хозяева — птицы; типичный представитель — вирус оспы кур. Члены рода серологически связаны между собой. Другие виды: вирусы оспы канареек, голубей, перепелов, воробьев, скворцов, индеек и оспы Юнко. Передаются членистоногими.

Каприпоксвирусы. Естественные хозяева — парнокопытные; типичный представитель — ВО мелких жвачных (овец и коз). В данный род входит также вирус кожной бугорчатки крупного рогатого скота.

Лепорипоксвирусы. Типичный представитель — вирус миксомы кроликов. Передается механически членистоногими. Другие виды: вирусы фибромы зайцев, кроликов (вирус Шоупа) и белок. Вирус злокачественной фибромы кроликов — летальный туморогенный поксвирус, возникший, по-видимому, вследствие рекомбинации между вирусами фибромы и миксомы кроликов.

Суипоксвирусы. Типичный представитель — вирус оспы свиней. В инфицированных клетках образуются несколько типов цитоплазматических включений и наблюдается вакуолизация ядра. Другие члены рода не определены.

Моллюсципоксвирусы. Типичный представитель — вирус контагиозного моллюска. Возможные члены рода — вирусы однокопытных и обезьян.
Ятапоксвирусы включают вирус опухолей обезьян Яба и вирус оспы Тана.

Вирусы оспы — наиболее крупные из всех вирусов животных. Под электронным микроскопом они выглядят как большие овальные (кирпичеобразные) частицы размером около 250-350x200-270 нм.

Орто-, ави-, лепорипоксвирусы более вытянуты, а вирус оспы свиней шире, чем другие ВО. Парапоксвирусы имеют овальную (коконообразную) форму и размер 260x160 нм.
В структуре вирусов оспы различают три основных компонента: двояковогнутую сердцевину, овальные боковые тела и оболочку вириона. Сердцевину вириона составляют ДНК и связанные с нею белки. Сердцевина окружена гладкой мембраной (толщиной около 5 нм), снаружи покрытой слоем вертикально уложенных и плотно прилегающих друг к другу цилиндрических субъединиц (5x10 нм). Вогнутость сердцевины с обеих сторон занята овальными образованиями (неизвестной природы), называемыми боковыми телами. Они как бы сдавливают сердцевину, придавая ей форму двояковогнутого диска, имеющего на разрезе вид гантели.

Вирионы заключены в липопротеиновую супероболочку, которая имеет толщину 20—30 нм и содержит липиды клетки и вирусспецифические белки.

Вирионы большинства вирусов оспы окружены слоем беспорядочно расположенных трубчатых структур, придающих им характерный вид. Эти структуры состоят из сферических субъединиц диаметром около 5 нм. Субъединицы построены из молекул протеина или гликопротеина. В состав ворсинок длиной 20 нм покрывающих поверхность вируса осповакцины (ВОВ), входит белок с молекулярной массой 58 кД, относящийся к главным полипептидам вириона. Поверхность парапоксвирусов покрыта длинными нитеподобными трубочками, уложенными крест-накрест, напоминающими клубок пряжи.

Вирус осповакцины содержит белки, липиды и ДНК, которые соответственно составляют 90, 5 и 3,2% массы вириона (5х10~15 г). В вирусе оспы птиц около 1/3 массы составляют липиды.

Вирион образуется включением ДНК внутрь незрелых вирусоподобных частиц, которые затем созревают, покрываясь дополнительно наружными оболочками. Репликация и сборка вирионов происходят в разных местах цитоплазмы (в виропластах или вирусных фабриках), и вирионы освобождаются почкованием или при лизисе клеток.

Вирионы, освободившиеся из клетки почкованием до ее разрушения, покрыты оболочкой, которая содержит клеточные липиды и несколько вирусспецифических белков.

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

Натуральная оспа (variola vera) — особо опасная вирусная инфекция, проявляющаяся интоксикацией, лихорадкой и пустулёзно-папулёзной сыпью.

Оспа одна из древнейших инфекционных болезней человека. Первые упоминания об натуральной оспе относятся к 3730-3710 гг. до н.э. (папирус Аменофиса I). В Европу возбудитель проник в VI веке, в Россию был занесён в XV-XVI веках, в Америку — в XVI веке.

До открытия Дженнером метода вакцинации европейские врачи были бессильны перед натуральной оспой. В отдельные годы смертность от оспы достигала 1,5 млн человек.

Возбудитель оспы — самый крупный вирус (220x300 нм), имеет кирпичеобразную форму с закруглёнными углами.

В состав вируса натуральной оспы входят 30 белков, более 10 из них — ферменты, катализирующие синтез нуклеиновых кислот. Вирус натуральной оспы проявляет гемагглютинирующие свойства; гемагглютинин состоит из трёх гликопротеинов.

Важнейшие Аг вируса оспы — нуклеопротеид NP (общий для всего семейства), термостабильный и термолабильный Аг, а также группа растворимых Аг. Размеры вирионов позволяют обнаружить их световой микроскопией в форме телец включений.

Внутриклеточные (точнее околоядерные) включения в клетках роговицы заражённого кролика впервые обнаружил итальянский патолог Д. Гварнери (1892). ЭТ возбудителя натуральной оспы в отделяемом везикул открыл немецкий бактериолог Э. Пашен (1906). Позднее было установлено наличие двух штаммов вируса натуральной оспы.

Первый вызывает классическую оспу (variola major) с летальностью, превышающей 50%, второй — алястрим (variola minor) с более лёгким течением и летальностью, не превышающей 1%. Возбудители идентичны по основным свойствам. Отличительные особенности — способность вируса алястрима размножаться в куриных эмбрионах при более низкой температуре (37,5 °С), образовывать бляшки и проявлять цитопатичес-кий эффект в культуре куриных фибробластов при температуре 37 °С.

К вирусу натуральной оспы чувствителен человек и приматы; экспериментальное внутримозговое заражение новорождённых мышат приводит к развитию генерализованной инфекции. Взрослые мыши нечувствительны к вирусу.

Диагностика вируса натуральной оспы. Лечение натуральной оспы. Профилактика натуральной оспы.

Диагностика вируса натуральной оспы включает вирусоскопические, вирусологические и серологические методы. Материал для исследований — содержимое пузырьков и отделяемое пустул.

• Наиболее эффективный метод диагностики вируса натуральной оспы — электронная микроскопия материала. При отсутствии соответствующего оборудования можно проводить световую микроскопию окрашенных мазков для выявления телец Пашена-Гварнери (ацидофильные овальные структуры, располагающиеся около ядра). Для экспресс-диагностики проводят определение вирусных Аг в мазках-отпечатках с помощью РНИФ. В отделяемом пузырьков и пустул вирусные Аг определяют в реакциях иммунодиффузии, РСК или ИФА.

• Выделение возбудителя натуральной оспы проводят заражением хорион-аллантоисной оболочки куриных эмбрионов, где вирус образует белёсые бляшки. Также можно использовать культуры фибробластов эмбриона человека или клеток почек обезьян и оценивать цитопатический эффект (изменение морфологии и гибель клеток). Характер повреждений, а также предельная температура размножения вируса помогают дифференцировать возбудителя натуральной оспы от вирусов оспы животных (обезьян, верблюдов, коров и т.д.).

• Идентификацию возбудителя натуральной оспы проводят в РН, РТГА и РПГА.

Лечение и профилактика натуральной оспы

Средство этиотропной химиотерапии натуральной оспы — метисазон. В большинстве случаев также проводят симптоматическое лечение, сочетая его с введением противооспенного овечьего или человеческого иммуноглобулина и обработкой антисептиками поражений на коже и слизистых оболочках.

Для иммунопрофилактики натуральной оспы использовали живые вакцины. Невосприимчивость развивается через 7-10 дней после вакцинации.

Вакцинопрофилактика натуральной оспы обеспечивает невосприимчивость к заболеванию в течение 3-5 лет. На эффективность вакцинации указывает факт ликвидации заболевания во всём мире. В связи с декларацией ВОЗ в настоящее время вакцинацию не проводят.

- Вернуться в оглавление раздела "Микробиология."

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.

Около 4 тыс. лет назад в долине р. Инд в Южной Азии появились города, население которых достигало 5 млн человек. Но не прошло и тысячелетия, как эти мегаполисы полностью обезлюдели. При раскопках одного из них – Мохенджо-Даро, на улицах были найдены многочисленные останки людей без видимых повреждений, которые по неизвестной причине не были кремированы по обычаю того времени.

Ученые предположили, что инфекцией, которая вызвала массовые эпидемии среди населения индских городов, была именно оспа. По-видимому, этот высокопатогенный вирусный штамм исчез вместе с местной человеческой популяцией, но его прародитель продолжал циркулировать в природном резервуаре (грызунах) на большой территории. В конце концов он превратился в возбудителя строго антропонозной инфекции, распространяющийся исключительно среди людей, и начал собирать свою скорбную дань со всего человечества.

Поэтому во время эпидемии в человеческой популяции распространение вируса идет по принципу цепной реакции, что может приводить к появлению множества мутантных штаммов и отбору наиболее конкурентоспособного. В случае потенциально смертельного заболевания погибают наиболее чувствительные особи, но всегда находятся те, кто оказываются слабо или совсем невосприимчивыми к инфекционному агенту. Поэтому во время массовых эпидемий популяция хозяина также меняется, обогащаясь особями с генетически обусловленной устойчивостью к вирусу, однако скорость вирусной эволюции несравненно выше.

Примером такого процесса может служить Индийский субконтинент, где в течение столетий случались периодические эпидемии оспы, при которых детская смертность достигала 50%. По торговым путям древних цивилизаций этот инфекционный агент мог распространиться на огромном пространстве от Индии до долины Нила. Болезнь не щадила никого: даже на лице мумии египетского фараона Рамзеса V, умершего в 12 в. до н. э., были обнаружены множественные поражения кожи, характерные для оспы. В Европу черная оспа была занесена с Ближнего Востока в эпоху крестовых походов; с XVI в. ее эпидемии стали там обычным явлением, убивая до 1,5 млн (!) человек ежегодно. А вследствие освоения и колонизации европейцами Америки, Южной Африки и Австралии опустошительная болезнь начала все шире распространяться по миру.

Таким образом, по мере адаптации вируса оспы к человеческому организму вспышки становились все более массовыми, что, в свою очередь, приводило к появлению новых высокопатогенных штаммов, особенно в регионах с высокой плотностью населения. Разомкнуть этот порочный круг удалось лишь во второй половине XX в. с помощью специальных профилактических прививок. И только потому, что заражение вирусом оспы, в отличие от возбудителей гриппа, аденовирусных и коронавирусных инфекций, вызывает формирование стойкого пожизненного иммунитета.

Правда, сам Дженнер не пошел по стопам героев, которые ставили рискованные медицинские эксперименты на себе. В качестве испытуемого он использовал восьмилетнего Джеймса Фипса, которому 14 мая 1796 г. втер в надрезы на коже гной из оспенных пустул молочницы, заразившейся коровьей оспой. Когда две недели спустя мальчику была привита уже натуральная оспа, он оказался устойчивым к заражению. В пользу врача можно сказать, что он не остался неблагодарным: впоследствии Дженнер построил Фипсу дом и даже сам сажал розы в его саду.

Прививки коровьей оспы получили широкое распространение, в первую очередь в развитых странах. Во второй половине XX в. вакцинный материал стали получать от телят, зараженных путем массированной скарификации (шрамирования) кожи, что позволило стандартизовать препараты и проводить массовые вакцинации. Тем не менее еще в середине прошлого века вспышки натуральной оспы ежегодно регистрировались в 50–80 странах мира, продолжали существовать эндемичные очаги инфекции в Азии, Африке и Южной Америке.

И здесь надо отдать должное СССР, в 1958 г. выступившим инициатором программы полной ликвидации оспы в глобальном масштабе. За два десятилетия работы этой международной программы под эгидой Всемирной организации здравоохранения наша страна поставила свыше 1,5 млрд доз противооспенной вакцины, которые использовали для вакцинации населения в 45 странах.

Победа над оспой стала беспрецедентным событием в истории человечества. Но является ли она безусловной? До сих пор на больших территориях Евразии, Центральной Африки и Южной Америки распространены близкие родственники вируса натуральной оспы, чьим природным резервуаром служат разные виды грызунов. В той же Индии происходили вспышки инфекции, вызванные вирусом оспы буйволов, которым заражались и сотни людей. Где гарантия, что подобный вирус не сможет вновь полностью адаптироваться к организму человека?

Поэтому все подобные локальные вспышки ортопоксвирусных инфекций нуждаются в тщательном контроле, а для предотвращения их перехода в эпидемии нужно использовать карантинные мероприятия и вакцинацию. И если человечеству хватит мудрости и организованности, оспа не вернется.

Читайте также: