Ядро имеется у вируса иммунодефицита человека азотфиксирующих бактерий

Обновлено: 28.03.2024

Инфекция вируса иммунодефицита человека (ВИЧ): диагностика, лечение, профилактика

Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) — сферический оболочечный РНК-ретровирус, образующий при помощи обратной транскриптазы ДНК-копию вирусной РНК. Последняя встраивается в ядро клетки хозяина и служит шаблоном для производства последующих вирусных РНК. Для репликации возбудителя необходимы три гена: gag, pol и env. ВИЧ определяют как лентивирус.

Патогенными для человека считают ВИЧ-1 (наиболее распространённый) и ВИЧ-2 (регистрируют в основном на территории Западной Африки), которому свойственна меньшая вирулентность.

Эпидемиология ВИЧ-инфекции. ВИЧ-инфекция распространена во всём мире. Передача вируса осуществляется парентеральным и половым путём. В группу риска входят пациенты, ведущие беспорядочную половую жизнь (особенно при наличии изъязвлений на слизистой оболочке половых органов). В развитых странах чаще всего жертвами ВИЧ становятся мужчины (гомосексуалисты и наркоманы).

Передачу вируса между гетеросексуальными партнёрами встречают реже. В развивающихся странах ВИЧ обычно распространяется при гетеросексуальных связях, переливании неисследованной заражённой крови и использовании инфицированного медицинского инструментария. Возможна передача инфекции от матери к плоду.

Патогенез инфекции вируса иммунодефицита человека. Сначала вирус поражает клетки, обладающие СD4-рецепторами (например, Т-лимфоциты, макрофаги). Затем следует репликация, приводящая к сокращению количества здоровых Т-лимфоцитов и снижению клеточного иммунитета. Различные штаммы вируса имеют разное сродство к клеткам с различными хемокиновыми рецепторами.

При снижении Т-клеточного иммунитета также уменьшается активность В-лимфоцитов. Кроме того, ВИЧ поражает нейроны, стимулирует выделение большого количества цитокинов, способствующих дальнейшему повреждению нервной системы. Большинство клинических признаков при ВИЧ-инфекции связано со вторичными инфекционными заболеваниями, возникающими вследствие снижения иммунитета (уменьшение СD4-клеток).

Клинические признаки инфекции вируса иммунодефицита человека. Через несколько недель после заражения возникает мононуклеозоподобный синдром, сопровождающийся появлением сыпи, лихорадки и лимфаденопатии. Затем следует латентный период, который может продолжаться 10—15 лет.

ВИЧ-инфекция

ВИЧ-инфекция

Диагностика инфекции вируса иммунодефицита человека. Диагноз ВИЧ-инфекции подтверждают двумя серологическими методами: ИФА и постановкой иммуноблоттинга (вестерн-блоттинга), направленных на определение специфических антител. РНК вируса определяют с помощью ПЦР.

При обследовании пациенты с подозрением на ВИЧ должны получать исчерпывающую консультацию врача. Поскольку сероконверсия может продолжаться в течение 3 мес, при первоначальном отрицательном результате необходимо провести повторный анализ.

Лечение необходимо сопровождать регулярным измерением вирусной нагрузки. Вирус может расти в лимфоцитах, но это не используют в диагностических целях.

Лечение инфекции вируса иммунодефицита человека

Для лечения ВИЧ-инфекции применяют:
• нуклеозидные ингибиторы обратной транскриптазы (например, зидовудин);
• ненуклеозидные ингибиторы обратной транскриптазы (например, невирапин);
• ингибиторы протеаз (например, индинавир). Основные три направления лечения:
• торможение вирусной репликации;
• предупреждение появления устойчивых форм;
• повышение иммунитета пациента.

Терапию начинают проводить пациентам с выраженными симптомами, при развитии заболеваний, вызванных условно-патогенной микрофлорой, а также при снижении количества клеток с CD4-рецепторами ниже 0,2x10 9 /л. При показателях выше 0,2x10 9 /л и ниже 0,35x10 9 /л необходимо тщательно продумать тактику лечения (с учётом риска развития побочных эффектов и состояния пациента).

Существуют разнообразные режимы лечения ВИЧ-инфекции. На начальном этапе обычно применяют:
• ненуклеозидный ингибитор обратной транскриптазы + два препарата из группы нуклеозидных ингибиторов обратной транскриптазы;
• ингибитор протеазы + нуклеозидный ингибитор обратной транскриптазы.

При заражении устойчивыми штаммами слудует соблюдать осторожность и применять нестандартные методы, основанные на индивидуальном подходе. В связи с тем что РНК-вирусы не имеют достаточно эффективных генетических механизмов коррекции, мутации, приводящие к образованию устойчивых штаммов, происходят достаточно быстро.

В начале лечения происходит повышение иммунитета, поэтому в связи с усилением иммунного ответа симптомы сопутствующих заболеваний могут усилиться.

Профилактика ВИЧ-инфекции. Для профилактики заражения необходимо избегать половых контактов с лицами, входящими в группу риска, и незащищённых половых связей (без использования барьерной контрацепции). Кроме того, необходимо тщательно исследовать донорскую кровь и уничтожать её образцы, подозрительные на ВИЧ-инфекцию.

Снижению риска заражения среди наркоманов способствуют программы медицинского просвещения и пропаганда использования одноразовых шприцев и игл. К сожалению, разнообразие антигенов вируса делает невозможным создание эффективной вакцины. При случайных проколах кожи медицинскими иглами необходимо проходить профилактический курс антиретровирусной терапии. Риск передачи инфекции от матери к плоду можно снизить с помощью проведения эффективной антиретровирусной терапии, правильно выполненного кесарева сечения и отказа от кормления грудью.

При отсутствии возможности проведения высокоактивной антиретровирусной терапии (в развивающихся странах) лечение проводят коротким курсом для снижения риска передачи инфекции.

У пациентов с ВИЧ-инфекцией развиваются тяжёлые кандидозы кожи и слизистых оболочек, сопровождающиеся изъязвлением слизистой оболочки ротовой полости и поражением пищевода, что приводит к дисфагии и существенной потере массы тела. Для лечения острой инфекции назначают приём внутрь флуконазола, но при длительной терапии часто развивается устойчивость возбудителей. Кроме того, очень серьёзной проблемой считают криптококковый менингит.

Инфекция Toxoplasma gondii у ВИЧ инфицированных. Инфекция персистирует в организме на протяжении длительного времени. Снижение иммунитета приводит к активации возбудителя и развитию различных патологических процессов (объёмные образования головного мозга, сопровождающиеся энцефалитом и др.).

При энцефалите отмечают высокую температуру, головные боли, судороги, неврологические расстройства. Возможно развитие комы. При компьютерной томографии обнаруживают множественные фокальные очаги кольцевидной формы. Исследуемый материал — биоптат мозга. Методы диагностики — культивирование возбудителя, полимеразная цепная реакция. Для лечения энцефалита применяют пириметамин + сульфадиазин. После выздоровления необходимо проведение курса поддерживающей терапии.

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021


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

Дмитрий Ивановский и Эдвард Дженнер

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

Строение ВИЧ

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].

Генетическая организация ВИЧ-1

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).

Вирус Эбола

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.

Схема развития феномена ADE

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.

Макрофаг, инфицированный ВИЧ-1

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

Мембрана макрофага и ВИЧ

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.

Воссозданный вирус H1N1

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.


Обзор

Джамбо-фаги вызывают образование внутри бактериальной клетки структуры из специального вирусного белка, похожей на клеточное ядро. Внутри такого псевдоядра находится вирусная ДНК, которую белковая оболочка надежно оберегает от защитных систем CRISPR/Cas и эндонуклеаз рестрикции.

Автор
Редактор


Генеральный партнер конкурса — ежегодная биотехнологическая конференция BiotechClub, организованная международной инновационной биотехнологической компанией BIOCAD.

SkyGen

Спонсор конкурса — компания SkyGen: передовой дистрибьютор продукции для life science на российском рынке.

Загадочные джамбо-фаги

По состоянию на 2020 год в базе GenBank хранятся геномы более чем 150 джамбо-фагов. Большая часть из них относится к семейству Myoviridae и имеет длинные белковые хвосты, способные к сокращениям, а остальные принадлежат к семейству Siphoviridae, и хвосты у них не сокращаются. Стоит отметить, что джамбо-фаги довольно широко распространены в природе, однако долгое время они ускользали от внимания вирусологов из-за слишком большого размера вирусных частиц, который не позволял изолировать их с помощью стандартных протоколов для работы с бактериофагами [1].

В геномах джамбо-фагов наряду с генами, кодирующими структурные белки капсида и белки, необходимые для репликации генома, содержится множество генов, гомологи которых в других организмах на данный момент не известны. Например, в геноме фага φKZ, поражающего синегнойную палочку Pseudomonas aeruginosa, из более чем 300 идентифицированных генов лишь для 35 удалось найти родственников в геномах других организмов. Кроме того, даже у джамбо-фагов, поражающих одну и ту же бактерию, зачастую сходство по последовательностям минимально [1].

В больших, по меркам вирусов прокариот, геномах джамбо-фагов закодирован впечатляющий арсенал белков и РНК, необходимых для репликации, транскрипции и трансляции, что делает их в значительной мере независимыми от клеточных белков. Например, джамбо-фаг XacN1, инфицирующий бактерию Xanthomonas citri, кодирует 56 собственных тРНК, соответствующих всем 20 аминокислотам — абсолютный рекорд по количеству тРНК среди вирусов! Поскольку потребности джамбо-фагов в клеточных белках минимальны, спектр бактерий, заражаемых джамбо-фагами, весьма широк по сравнению с фагами, имеющими геномы меньшего размера [1].

Бактериофаги, у которых есть цитоскелет

Удивительно, но в геномах джамбо-фагов закодированы собственные цитоскелетные белки! Цитоскелет, состоящий из микротрубочек, актиновых и промежуточных филаментов, долгое время считался уникальной чертой эукариот, пока в 1991 году у кишечной палочки не описали гомолог тубулина (основного компонента микротрубочек), известный как FtsZ. Как и тубулин у эукариот, бактериальный тубулин участвует в процессе деления клетки. В 2012 году гомологи тубулина нашли у фага C-st, поражающего бактерию Clostridium botulinum (по размеру генома, однако, этот фаг до джамбо-фагов не дотягивает: длина его генома составляет около 186 т.п.о.). Чуть позже другой гомолог тубулина, получивший название PhuZ, был описан у упомянутого ранее джамбо-фага 201φ2-1, который инфицирует бактерию Pseudomonas chlororaphis. Белок PhuZ оказался весьма консервативным среди джамбо-фагов [2]. Но зачем бактериофагам так нужен белок цитоскелета, если у них и собственных клеток нет? Ответ оказался весьма неожиданным.

Исследования структуры PhuZ показали, что этот белок формирует трехцепочечные правозакрученные филаменты весьма сложного строения (рис. 1).

Белок PhuZ джамбо-фага 201φ2-1

Рисунок 1. Белок PhuZ джамбо-фага 201φ2-1 в мономерной форме (а) и в виде филамента (б). Каждый филамент состоит из трех цепей (протофиламентов), окрашенных разными цветами.

При полимеризации PhuZ, как и в случае эукариотического тубулина, важную роль играет ГТФ: мономеры присоединяются к растущему филаменту в комплексе с ГТФ, после чего ГТФ гидролизуется до ГДФ. Наблюдение за поведением PhuZ, сшитого с зеленым флуоресцентным белком (GFP), в клетках бактерии Pseudomonas chlororaphis, инфицированных фагом 201φ2-1, показало, что для филаментов PhuZ характерны многие свойства, присущие эукариотическим микротрубочкам. Подобно микротрубочкам и некоторым бактериальным белкам цитоскелета, филаменты PhuZ полярны: растущие концы (плюс-концы), к которым присоединяются новые мономеры, обращены к центру клетки, в то время как не меняющиеся минус-концы закреплены у полюсов клеток. Кроме того, филаменты PhuZ стали первыми известными прокариотическими элементами цитоскелета, для которых характерна присущая микротрубочкам динамическая нестабильность: филаменты быстро переключаются с полимеризации на деполимеризацию, и наоборот. Ученые предполагают, что, как и в случае с микротрубочками, динамическую нестабильность филаментов PhuZ обеспечивает гидролиз ГТФ, который происходит при присоединении очередного мономера. Кроме того, как и у микротрубочек, на концах длинных филаментов PhuZ находятся ГТФ-кэпы, стабилизирующие филаменты и способствующие их росту [1].

Коробочка с сюрпризом: где джамбо-фаги хранят свою ДНК

И все же, зачем бактериофагам мог понадобиться свой собственный аналог тубулина? Ответить на этот вопрос помогла покадровая съемка бактериальных клеток Pseudomonas chlororaphis, чья плазмида кодирует флуоресцентно-меченный PhuZ, до и после инфицирования джамбо-фагом 201φ2-1 [3]. До момента заражения в цитоплазме клеток обнаруживались филаменты PhuZ, которые, хотя и демонстрировали динамическую нестабильность, были разбросаны по клетке случайным образом. После инфицирования фагом картина изменилась кардинальным образом: ранее неупорядоченные филаменты собрались в двухполюсную структуру, похожую на веретено деления, где минус-концы филаментов были заякорены у полюсов клетки, а растущие обращены в ее центр. В то же время окрашивание вирусной ДНК помогло показать, что после впрыскивания фагом своего генома в клетку у одного из ее полюсов, флуоресцентный сигнал от этой ДНК постепенно усиливался, видимо, из-за ее репликации. Параллельно с репликацией вирусная ДНК перемещалась в центр клетки за счет веретена из PhuZ, где в конце концов оформилась в большую структуру, первоначально названную инфекционным нуклеоидом, а сейчас более известную как фаговое ядро. При этом бактериальная ДНК оказывалась оттесненной фаговым ядром на периферию клетки, где постепенно разрушалась. Именно веретено из филаментов PhuZ сначала перемещает вирусную ДНК в центр клетки, а затем стабилизирует ее центральное положение до самого конца — до момента лизиса клетки. Эксперименты с мутантным PhuZ, лишенным способности к гидролизу ГТФ, показали, что в отсутствие веретена вирусная ДНК не достигает центра клетки, из-за чего эффективность производства новых вирусных частиц сокращается почти вдвое [1].

Локализация белка gp105 джамбо-фага 201φ2-1 в клетках бактерии

Рисунок 2. Локализация белка gp105 джамбо-фага 201φ2-1 в клетках бактерии Pseudomonas chlororaphis до инфицирования фагом (сверху) и после (снизу). gp105 сшит с GFP (зеленый цвет) и синтезируется с плазмидного вектора. ДНК окрашена синим, клеточная мембрана — красным. В присутствии вирусной ДНК gp105 образует вокруг нее сферическую оболочку. Вирусное псевдоядро локализовано строго в центре бактериальной клетки за счет биполярного веретена из белка PhuZ.

Однако в отличие от ядерной оболочки, которая представляет собой двуслойную мембрану, оболочка вирусного псевдоядра состоит из белка gp105 — самого обильно синтезируемого белка фага 201φ2-1. Внутри вирусного псевдоядра, помимо генетического материала фага, находятся белки, участвующие в репликации и транскрипции. Примечательно, что, когда вирусная ДНК фага достигает центра клетки, ее белковая оболочка начинает вращаться вокруг центральной оси — по-видимому, это обеспечивается за счет динамической нестабильности филаментов PhuZ, контактирующих с псевдоядром. Сменяющие друг друга рост и укорочение филаментов, взаимодействующих с белковой оболочкой, и заставляют псевдоядро вращаться (рис. 3) [1].

PhuZ перемещают созревающее псевдоядро

Рисунок 3. При инфицировании клетки джамбо-фагом филаменты PhuZ (красный) постепенно перемещают созревающее псевдоядро (зеленый, отмечено желтой стрелкой) в центр клетки (два левых столбца). Как видно по снимкам в правом столбце, центрально локализованное псевдоядро вращается под действием филаментов PhuZ. mpi — минуты после инфицирования.

На данный момент псевдоядра описаны у трех джамбо-фагов, поражающих бактерий рода Pseudomonas — 201φ2-1, φKZ и φPA3, а также у джамбо-фага PCH45, инфицирующего бактерии рода Serratia и филогенетически далекого от джамбо-фагов, поражающих псевдомонад. У всех этих вирусов имеется белок, образующий оболочку вокруг их геномной ДНК в цитоплазме бактерии, и белок, аналогичный тубулину. По-видимому, способность к образованию фагового ядра и специального веретена, обеспечивающего его центральную локализацию, является консервативной стратегией размножения джамбо-фагов [1].

В свежем исследовании ученых с биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова показано, что фаговый генетический материал отделен от бактериального в период всего инфекционного цикла. На примере фага φKZ продемонстрировано, что после впрыскивания генетического материала в бактерию вирусная ДНК попадает в особые круглые компартменты, располагающиеся вблизи клеточной стенки бактерии. Число круглых компартментов соответствует количеству фагов, одновременно атаковавших одну и ту же клетку (рис. 4) [5].

Pseudomonas aeruginosa, инфицированная джамбо-фагом φKZ

Рисунок 4. Микрофотография клетки Pseudomonas aeruginosa, инфицированной джамбо-фагом φKZ, через 40 минут после инфицирования. Черные стрелки указывают на округлые компартменты, белая — на остатки бактериальной ДНК, голубая — на псевдоядро, красная — на собранные капсиды.

Почти одновременно с появлением круглых компартментов бактериальный нуклеоид перемещается из центра клетки к полюсу, противоположному точке впрыскивания фаговой ДНК, и так и остается на периферии клетки, при этом геномная ДНК бактерии постепенно разрушается. Точный механизм перемещения бактериальной ДНК пока детально не исследовался. Стоит отметить, что, по некоторым данным, полного разрушения бактериального генома не происходит, поскольку хозяйская ДНК покрывается специальными белками, защищающими ее от ДНКаз. Круглый компартмент же постепенно перемещается в центр клетки и, в конце концов, становится зрелым псевдоядром [5]. К заполненным капсидам в цитоплазме присоединяются хвосты, в результате чего образуются зрелые вирионы, которые выходят наружу после лизиса клетки (рис. 5).

Жизненный цикл джамбо-фага

Рисунок 5. Жизненный цикл джамбо-фага. После впрыскивания в клетку геном джамбо-фага оказывается внутри круглого компартмента, который за счет филаментов PhuZ постепенно перемещается в центр и становится псевдоядром. Центральное положение псевдоядра поддерживается филаментами PhuZ. Внутри псевдоядра происходит репликация вирусных геномов и транскрипция, причем вирусные мРНК каким-то образом выходят из ядра в цитоплазму, где бактериальные рибосомы синтезируют вирусные белки. Собранные вблизи клеточной мембраны капсиды пришвартовываются к вращающемуся ядру и наполняются генетическим материалом фага. После этого в цитоплазме к капсидам присоединяются хвосты — так формируются зрелые вирионы джамбо-фагов. Выход новых вирионов наружу происходит после лизиса клетки.

В той же работе с помощью электронной томографии было исследовано содержимое фагового псевдоядра. Оказалось, что фаговая ДНК в нем находится в виде филаментов, состоящих из одной-двух двойных спиралей ДНК. Авторам исследования также удалось рассмотреть глобулярные домены, связанные с фаговой ДНК. Возможно, эти глобулы образованы белками, аналогичными гистонам эукариот (рис. 6) [5].

Pseudomonas aeruginosa

Рисунок 6. Внутреннее содержимое инфицированной клетки Pseudomonas aeruginosa, визуализированное с помощью электронной томографии. P-N — сеть филаментов псевдоядра; на вставке (б) — ее 3D-реконструкция. Белая стрелка указывает на филамент из фаговой ДНК, белые треугольники — на белковые глобулы в составе филаментов псевдоядра.

Фаговое ядро как защитная стратегия

Бактерии обладают внушительным арсеналом средств защиты от бактериофагов и других мобильных генетических элементов: системы рестрикции-модификации, разнообразные системы CRISPR/Cas, система BREX и многие другие системы, список которых постоянно пополняется . Но и фаги не лыком шиты. В частности, многие из них продуцируют особые белки анти-CRISPR, подавляющие работу CRISPR/Cas на разных этапах.

Подробнее о защитных системах бактерий и способах их преодоления бактериофагами читайте в статьях [6–9].

Однако джамбо-фаги и тут не остались в стороне. В начале 2020 года две исследовательские группы почти одновременно сообщили, что джамбо-фаги устойчивы почти ко всем системам CRISPR/Cas, хотя не имеют белков анти-CRISPR. Выяснилось, что псевдоядро джамбо-фагов служит универсальным защитным механизмом против систем CRISPR/Cas, нацеленных на разрушение ДНК: его белковая оболочка просто не пропускает нуклеазы Cas внутрь! Кроме того, по крайней мере в случае фага φKZ, белковая оболочка вокруг вирусной геномной ДНК обеспечивает защиту еще и от эндонуклеаз рестрикции [10]. Казалось бы, эти фаги просто непобедимы!

Устойчивость джамбо-фагов

Рисунок 7. Благодаря наличию псевдоядра, не подпускающего защитные бактериальные белки к фаговой ДНК, джамбо-фаги устойчивы к действию систем CRISPR/Cas и эндонуклеаз рестрикции, разрушающих ДНК. Однако рестриктазе EcoRI, сшитой с фаговым внутренним белком псевдоядра ORF152, все же удается проходить через защитную белковую оболочку. Системы CRISPR/Cas, действующие на уровне РНК, эффективно подавляют размножение джамбо-фагов: нуклеаза Cas13 разрушает вирусные мРНК, вышедшие из псевдоядра в цитоплазму, и тем самым блокирует синтез вирусных белков.

Системы CRISPR/Cas VI типа эффективны не только против фагов, инфицирующих Pseudomonas, но и против джамбо-фага, поражающего Serratia. Вероятно, наличие мощной неспецифической защиты от систем CRISPR/Cas, кроме систем VI типа, действующих на уровне РНК, является общей чертой джамбо-фагов [10], [12].

Несмотря на уже полученные интереснейшие результаты, многие аспекты биологии джамбо-фагов остаются неизвестными. Как регулируется транспорт белков в псевдоядре? Каким образом фаговые мРНК выходят из псевдоядра в цитоплазму? Все ли джамбо-фаги способны к образованию псевдоядра? На эти и многие другие вопросы ответа пока нет. Однако новые публикации, раскрывающие всё новые и новые особенности биологии джамбо-фагов, выходят все чаще, и можно не сомневаться, что в ближайшие годы мы узнаем об этих таинственных вирусах еще много неожиданного.

Информацию из данного раздела нельзя использовать для самодиагностики и самолечения. В случае боли или иного обострения заболевания диагностические исследования должен назначать только лечащий врач. Для постановки диагноза и правильного назначения лечения следует обращаться к Вашему лечащему врачу.

Вирус Эпштейна–Барр: причины появления, симптомы, диагностика и способы лечения.

Вирус Эпштейна–Барр может инфицировать различные типы клеток, включая B-клетки иммунной системы (разновидность лейкоцитов – белых кровяных телец) и эпителиальные клетки слизистых оболочек.

ВЭБ является представителем ДНК-содержащих вирусов из семейства Herpesviridae (герпесвирусы), подсемейства гамма-герпесвирусов и рода лимфокриптовирусов. В процессе репликации (самокопирования) вируса экспрессируется свыше 70 различных вирусспецифических белков. В настоящее время выделены группы иммуногенных белков, определение антител к которым дает возможность дифференцировать стадию инфекции (ЕА – ранний антиген, ЕВNА-1 — ядерный антиген, VCA — капсидный антиген, LMP — латентный мембранный белок).

Другой способ заражения – контактно-бытовой (вирус передается через зубные щетки, столовые приборы, полотенца и т.д.). ВЭБ также может распространяться через кровь и сперму.

ВЭБ размножается в В-лимфоцитах и эпителиальных клетках, в связи с чем характерно многообразие клинических проявлений данной патологии. Важной отличительной чертой вируса является то, что он не тормозит и не нарушает размножение В-лимфоцитов, а, наоборот, стимулирует его. В этом заключается особенность возбудителя - он размножается в клетках иммунной системы, заставляя их клонировать свою, вирусную, ДНК.

Хронический воспалительный процесс, вызванный ВЭБ, приводит к структурным и метаболическим нарушениям пораженных тканей, что является причиной возникновения разнообразной соматической патологии.

Классификация вируса Эпштейна-Барр

Единой классификации вирусной инфекции Эпштейна-Барр (ВИЭБ) не существует, к использованию в практической медицине предлагается следующая:

  • по времени инфицирования – врожденная и приобретенная;
  • по форме заболевания – типичная (инфекционный мононуклеоз) и атипичная: стертая, асимптомная, с поражением внутренних органов;
  • по тяжести течения – легкая, средней степени и тяжелая;
  • по продолжительности течения – острая, затяжная, хроническая;
  • по фазе активности – активная и неактивная;
  • смешанная инфекция – чаще всего наблюдается в сочетании с цитомегаловирусом.
  • Инфекционный мононуклеоз (железистая лихорадка, болезнь Филатова) – распространенное инфекционное заболевание, основными проявлениями которого является подъем температуры до высоких значений, увеличение лимфатических узлов, воспаление слизистой оболочки глотки, увеличение печени и селезенки. ВЭБ в данном случае проникает через эпителий слизистых оболочек верхних дыхательных путей.
  • Лимфогранулематоз (болезнь Ходжкина) и некоторые виды неходжкинских лимфом – группа заболеваний, объединенных злокачественной моноклональной пролиферацией лимфоидных клеток в лимфоузлах, костном мозге, селезенке, печени и желудочно-кишечном тракте.
  • Синдром хронической усталости – состояние, характеризующееся длительным чувством усталости, которое не проходит после продолжительного отдыха.
  • Синдром Алисы в стране чудес – состояние, клиническим проявлением которого является нарушение ощущения своего тела и отдельных его частей. Человек ощущает себя или части своего тела очень большими или очень маленькими по сравнению с действительностью.
  • Гепатит, спровоцированный ВЭБ, часто является осложнением инфекционного мононуклеоза. Появляется слабость, тошнота, желтушность кожи и слизистых, увеличивается печень.
  • Герпетическая инфекция в виде генитального или лабиального (на губах) поражения. Также возможен стоматит, вызванный ВЭБ. При активации инфекции появляется чувство жжения и боль, а затем множество маленьких пузырьков.
  • Посттрансплантационная лимфопролиферативная болезнь – вторичное злокачественное заболевание, развивающееся после трансплантации гемопоэтических стволовых клеток (метод лечения, применяемый при онкологии, заболеваниях крови и др.), ассоциированное с ВЭБ-инфекцией.
  • Рассеянный склероз – хроническое аутоиммунное заболевание, при котором поражается миелиновая оболочка нервных волокон головного и спинного мозга. Характеризуется большим количеством симптомов и зависит от уровня поражения: часто снижается мышечная сила, угасают рефлексы, появляются параличи (обездвиженность) различных локализаций.
  • Волосатая лейкоплакия – на слизистой оболочке языка по бокам, на спинке либо на его нижней части появляются белые участки с шероховатой поверхностью. Они безболезненны и не причиняют существенного дискомфорта. Основная опасность заключается в возможности озлокачествления измененных клеток слизистой.
  • Назофарингеальная карцинома – злокачественное образование глотки. Среди его симптомов часто встречаются заложенность носа, потеря слуха, частые отиты, появление крови в слюне, кровянистые выделения из носа, увеличение лимфоузлов, головные боли.
  • Аутоиммунный тиреоидит – хроническое заболевание щитовидной железы, при котором в организме образуются антитела к тканям щитовидной железы. При данном заболевании возможно появление зоба (увеличение щитовидной железы), развитие симптомов гипотиреоза: отеки, повышенная утомляемость, сонливость, запоры, сухость кожи, выпадение волос.

Лабораторное обследование включает:

    вирус Эпштейна–Барр, определение ДНК в крови (Epstein Barr virus, DNA);

Читайте также: