РОСТ И КУЛЬТИВИРОВАНИЕ БИООБЪЕКТОВ - В. М. Самыгин - 2016

ГЛАВА 10. ВИРУСЫ КАК БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ

Вирусы - (лат. Virus - «яд») - облигатные внутриклеточные паразиты, в большинстве случаев вызывающие заболевания человека, животных, растений и микроорганизмов. Обнаружены также вирусы, поражающие другие вирусы (вирусы-сателлиты). Вне клетки вирусные частицы не проявляют признаков живого и ведут себя как частицыбиополимеров. До конца XIX в термин «вирус» использовался в медицине для обозначения любого инфекционного агента, вызывающего заболевание. Впервые это слово было применено в 1728 году. Термин «вирион», создание которого датируется 1959 годом, применяется для обозначения единичной стабильной вирусной частицы, покинувшей клетку и полностью способной инфицировать другие клетки того же типа.

В 1892 году, русский ботаник Д. И. Ивановский установил «фильтруемость» возбудителя мозаичной болезни табака. Пять лет спустя (1897 г.) другой фильтрующийся агент - возбудитель ящура крупного рогатого скота - был обнаружен немецким бактериологом Ф. Леффлером. В 1901 году американский хирург У. Рид установил, что возбудитель желтой лихорадки также является фильтрующимся вирусом. В 1917 году канадский ученый, работавший в Париже в Пастеровском институте, Феликс Д′Эррель, открыл вирус, поражающий бактерии, - бактериофаг. Так были открыты вирусы растений, животных, человека и микроорганизмов. Эти события положили начало новой науке - вирусологии, изучающей неклеточные формы жизни. Вирус табачной мозаики был кристаллизован первым среди вирусов, что позволило многое узнать о его структуре.

10.1. Гипотезы о происхождении вирусов

Вирусы найдены везде, где есть жизнь, и, вероятно, существуют с момента появления первых живых клеток. Происхождение вирусов неясно,

поскольку они не оставляют каких бы то ни было ископаемых останков и их родственные связи можно изучать только методами молекулярной филогенетики.

Существует три основные гипотезы происхождения вирусов:

  • регрессивная гипотеза;
  • гипотеза клеточного происхождения;
  • гипотеза коэволюции.

Регрессивная гипотеза. Согласно этой гипотезе, вирусы когда-то были мелкими клетками, паразитирующими в более крупных клетках. С течением времени эти клетки утратили гены, которые были «лишними» при паразитическом образе жизни. Эта гипотеза основывается на наблюдении, что некоторые бактерии, а именно риккетсии и хламидии, представляют собой клеточные организмы, которые, тем не менее, подобно вирусам могут размножаться только внутри другой клетки. Эту гипотезу также называют гипотезой дегенерации или гипотезой редукции.

Гипотеза клеточного происхождения. Некоторые вирусы могли появиться из фрагментов ДНК или РНК, которые «высвободились» из генома более крупного организма. Такие фрагменты могут происходить от плазмид (молекул ДНК, способных передаваться от клетки к клетке) или от транспозонов (молекул ДНК, реплицирующихся и перемещающихся с места на место внутри генома). Транспозоны, которые раньше называли «прыгающими генами», являются примерами мобильных генетических элементов, возможно, от них могли произойти некоторые вирусы. Транспозоны были открыты Барбарой Мак-Клинток в 1950 году в кукурузе. Эту гипотезу также называют гипотезой кочевания или гипотезой побега.

Гипотеза коэволюции предполагает, что вирусы возникли из сложных комплексов белков и нуклеиновых кислот в то же время, что и первые на Земле живые клетки, и зависят от клеточной жизни миллиарды лет. Помимо вирусов, существуют и другие неклеточные формы жизни. Например, вироиды - это молекулы РНК, которые не рассматриваются как вирусы, потому что у них нет белковой оболочки. Тем не менее, ряд характеристик сближает их с некоторыми вирусами, а потому их относят к субвирусным частицам. Вироиды являются важными патогенами растений. Они не кодируют собственные белки, однако взаимодействуют с клеткой - хозяином и используют ее для осуществления репликации своей РНК.

Каждая из этих гипотез имеет свои слабые места: регрессивная гипотеза не объясняет, почему даже мельчайшие клеточные паразиты никак не походят на вирусы. Гипотеза побега не дает объяснения появлению капсида и других компонентов вирусной частицы. Гипотеза коэволюции противоречит определению вирусов как неклеточных частиц, зависимых от клеток-хозяев. Тем не менее, в настоящее время многие специалисты признают вирусы древними организмами, появившимися, предположительно, еще до разделения клеточной жизни на три домена. Это подтверждается тем, что некоторые вирусные белки не обнаруживают гомологии с белками бактерий, архей и эукариот, что свидетельствует о сравнительно давнем обособлении этой группы. В остальном же достоверно объяснить происхождение вирусов на основании трех закрепившихся классических гипотез не удается, что делает необходимым пересмотр и доработку этих гипотез.

10.2. Вирусы как форма жизни

Согласно одному из определений вирусы представляют собой форму жизни, согласно другому вирусы являются комплексами органических молекул, взаимодействующими с живыми организмами. Вирусы характеризуют как «организмы на границе живого». Они похожи на живые организмы в том, что имеют свой набор генов, эволюционируют путеместественного отбора и способны размножаться, создавая собственные копии путем самосборки. Вирусы имеют генетический материал, однако лишены клеточного строения. У них нет собственного обмена веществ, и для синтеза собственных молекул им необходима клетка-хозяин. По этой причине они не способны размножаться вне клетки. Общепризнанные формы жизни размножаются делением клетки, в то время как вирусные частицы самопроизвольно собираются в инфицированной клетке. От роста кристалловразмножение вирусов отличается тем, что вирусы наследуют мутации и находятся под давлением естественного отбора. Самосборка вирусных частиц в клетке дает дополнительное подтверждение гипотезы, что жизнь могла зародиться в виде самособирающихся органических молекул. Некоторые бактериофаги обладают собственной иммунной системой, способной к адаптации, и это является дополнительным доводом в пользу определения вируса как формы жизни.

Таким образом, основные отличительные свойства вирусов от остального живого мира могут быть сведены к следующему:

- ультрамикроскопические размеры: от 10-20 до 300-350 нм. В среднем они в 50 раз меньше бактерий и их нельзя увидеть в световой микроскоп, так как размеры вирусных частиц меньше длины световой волны.

- вирусы содержат нуклеиновую кислоту только одного типа - или ДНК (ДНК-геномные вирусы) или РНК (РНК-геномные вирусы).

- у вирусов нет каких-либо клеточных структур, собственного метаболизма, белоксинтезирующего аппарата (рибосом), нет механизмов, обеспечивающих получение энергии (АТФ). В связи с этим вирусы являются абсолютными внутриклеточными паразитами. В отличие от паразитизма других организмов, паразитирующих на организменном и клеточном уровнях, вирусы являются ультрапаразитами, паразитирующими на генетическом уровне.

-средой обитания вирусов являются живые клетки - бактерии (это вирусы бактерий или бактериофаги), клетки растений, животных и человека.

- вирусы не способны к росту и бинарному делению, они размножаются путем воспроизводства в инфицированной клетке хозяина за счет собственной геномной нуклеиновой кислоты.

Все вирусы существуют в двух качественно разных формах: внеклеточной - вирион и внутриклеточной - вирус. Таксономия этих представителей микромира основана на характеристике вирионов - конечной фазы развития вирусов.

Вирусы распространяются многими способами: вирусы растений часто передаются от растения к растению насекомыми, вирусы животных могут распространяться кровососущими насекомыми, такие организмы известны как переносчики. Вирус гриппа распространяется воздушно-капельным путем при кашле и чихании. Норовирус и ротавирус, обычно вызывающие вирусные гастроэнтериты, передаются фекальнооральным путем при контакте с зараженной пищей или водой. ВИЧ является одним из нескольких вирусов, передающихся половым путем и при переливании зараженной крови. Каждый вирус имеет определенную специфичность к хозяевам, определяющуюся типами клеток, которые он может инфицировать. Круг хозяев может быть узок или, если вирус поражает многие виды, широк.

10.3. Классификация вирусов

Классификация вирусов основывается на структурно-функциональной характеристике вирионов: типе их нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК, одно- или двухцепочечные); размере и числе молекул нуклеиновой кислоты в вирионе; геометрии и особенности строения капсида и наружной оболочки; типе хозяина (растения, бактерии, насекомые, млекопитающие); особенностях вызываемой вирусом патологии; антигенных свойствах вирусных белков и т. д.

В таксономии живой природы вирусы выделяют в отдельный таксон. Первыми, кто разработал основные принципы классификации вирусов на основании Линнеевской иерархической системы, были Андре Львов, Роберт Хорн и Пауль Турнье (1962). Основными таксонами в этой системе являются класс, порядок, семейство, род и вид. Вирусы были разделены на группы по общим свойствам и типу нуклеиновых кислот в геномах. Позднее был создан Международный комитет по таксономии вирусов. Однако в таксономии вирусов не применяются понятия «отдел» и «царство», поскольку их малый размер генома и высокая частота мутаций затрудняет выяснение родства групп старше порядка. По существу, классификация вирусов по Балтимору является дополнением традиционной классификации.

Систематику и таксономию вирусов в настоящий момент кодифицирует и поддерживает Международный Комитет по Таксономии Вирусов (International Committee on Taxonomy ofViruses, ICTV). Наиболее известными являются классификация ICTV и по Балтимору.

Классификация ICTV основана на свойствах вирусов. Однако к настоящему моменту изучена лишь небольшая часть от общего разнообразия вирусов; анализ образцов вирусов из человеческого организма выявил, что около 20 % последовательностей вирусных нуклеиновых кислот еще не было рассмотрено ранее, а образцы из окружающей среды, например, морской воды и океанского дна, показали, что подавляющее большинство последовательностей являются совершенно новыми. Основными таксономическими единицами являются:

Отряд (virales)

Семейство (viridae)

Подсемейство (virinae)

Род (virus)

Вид (virus)

Современная классификация IСТУ (2012) включает семь отрядов вирусов: Саudovirales, Herpesvirales, Ligamenvirales, Mononegavirales, Nidovirales, Рicornavirales и Туmovirales.Существование восьмого порядка (Megavirales) пока еще только предположено. Классификация не выделяет подвиды, штаммы и изоляты. Всего насчитывается шесть порядков, 87 семейств, 19 подсемейств, 349 родов, около 2284 видов и свыше 3000 еще неклассифицированных вирусов.

Классификация IСТУ в настоящее время объединяется с классификацией по Балтимору, составляя современную систему классификации вирусов. Классификация вирусов по Балтимору основывается на механизме образования мРНК. Вирусные геномы могут быть одноцепочечные или двухцепочечные, ДНК- или РНК-содержащие, могут использовать или не использовать обратную транскриптазу. Кроме того, одноцепочечные РНК-вирусы могут иметь положительную (+) или отрицательную (-) цепь РНК в составе своего генома. Эта система включает в себя семь основных групп:

(I) Вирусы, содержащие двуцепочечную ДНК и не имеющие РНК- стадии (например, герпесвирусы, поксвирусы, паповавирусы, мимивирус).

(II) Вирусы, содержащие одноцепочечную молекулу ДНК (например, парвовирусы). В этом случае ДНК всегда положительной полярности.

(III) Вирусы, содержащие двуцепочечную РНК (например, ротавирусы)

(IV) Вирусы, содержащие одноцепочечную молекулу РНК положительной полярности (например, пикорнавирусы, флавивирусы).

(V) Вирусы, содержащие одноцепочечную молекулу РНК негативной или двойной полярности (например, ортомиксовирусы, филовирусы).

(VI) Вирусы, содержащие одноцепочечную положительную молекулу РНК и имеющие в своем жизненном цикле стадию синтеза ДНК на матрице РНК, ретровирусы (например, ВИЧ).

(VII) Вирусы, содержащие двухцепочечную ДНК и имеющие в своем жизненном цикле стадию синтеза ДНК на матрице РНК, ретроидные вирусы (например, вирус гепатита В).

Дальнейшее деление производится на основе таких признаков, как структура генома (наличие сегментов, кольцевая или линейная молекула), генетическое сходство с другими вирусами, наличие липидной оболочки, таксономическая принадлежность организма-хозяина и т. д.

10.4. Структурная организация вирусов

Вирионы наиболее просто устроенных вирусов состоят из нуклеиновой кислоты и белковой оболочки, которая называется капсид. Вирионы некоторых более сложноорганизованных вирусов на поверхности белкового капсида имеют дополнительную внешнюю оболочку - суперкапсид (рис. 10).

Рис. 10. Схема строения вириона

Капсиды образованы белковыми субъединицами, уложенными строго определенным образом. Причем капсиды различных видов животных, растений и бактерий чаще построены по одному плану, в основе которого лежит относительно простой геометрический принцип - спиральной или изометрической симметрии. Капсид построен из идентичных повторяющихся субъединиц - капсомеров. Дополнительная липопротеидная оболочка (суперкапсид) встречается у сравнительно больших вирусов (грипп, герпес). Белковый капсид выполняет защитную функцию. Он защищает геном вируса от различных физических и химических факторов, в первую очередь от ферментов (нуклеаз). Вторая функция капсида определяется наличием в его составе рецептора, комплементарного рецептору заражаемой клетки, то есть связана с хемосорбцией вируса на поверхности клетки хозяина.

Сердцевину вируса составляют нуклеиновые кислоты, причем, в отличие от всех других организмов, вирусы содержат всегда только один тип нуклеиновой кислоты (или ДНК или РНК). В зависимости от типа нуклеиновой кислоты вирусы подразделяются на ДНК-геномные и РНК- геномные. Нуклеиновые кислоты вирусов совмещают в себе функции обеих кислот - ДНК и РНК. Таким образом, в царстве вирусов функцию хранителя генетического кода может выполнять не только ДНК, но и РНК.

Нуклеиновые кислоты вирусов весьма разнообразны. ДНК-геномные вирусы содержат как обычную - двухцепочную ДНК, так и одноцепочную ДНК. Они могут иметь линейное и кольцевое строение. РНК-геномные вирусы могут содержать как одноцепочную (обычную) РНК, так и двухцепочную. Эти нуклеиновые кислоты чаще имеют линейное строение. Среди РНК-геномных вирусов встречаются так называемые «многохромосомные» вирусы с фрагментированным геномом. При этом у некоторых из них фрагменты генома распределены между несколькими вирионами. Вирусы такого типа называются ковирусами.

Суперкапсид вирусов представлен двойным слоем липидов, в который погружены молекулы специфических белков. Содержание липидов в суперкапсиде крупных вирусов достигает 20-40 % от сухой массы вириона. Помимо липидной фракции, у некоторых вирусов в суперкапсидах обнаружены сахара.

10.5. Жизненный цикл

Вирусы, в отличие от всех про- и эукариотов, не способны размножаться бинарным делением. Размножение вирусов осуществляется путем их репродукции в клетке хозяина. Репродукция нуклеиновых кислот и белков вириона происходит в разных участках клетки в разное время. Цикл репродукции представляет собой процесс подчинения клеточных механизмов чужеродной генетической информации. В составе вирусов открыто около 10 ферментов, которые делятся на две группы: 1) ферменты, способствующие проникновению вирусной нуклеиновой кислоты в клетку и выходу образовавшихся вирионов в среду; 2) ферменты, участвующие в процессах транскрипции и репликации вирусной нуклеиновой кислоты.

Основные этапы взаимодействия вируса с клеткой хозяина могут быть представлены следующим образом:

1 стадия - хемосорбция (прикрепление) вируса на поверхности клетки хозяина. Она осуществляется лишь в том случае, если клетка несет на своей поверхности чувствительные рецепторы, комплиментарные рецепторам данного вируса, то есть представляет собой образование специфичной связи между белками вирусного капсида и рецепторами на поверхности клетки-хозяина. Это специфичное связывание определяет круг хозяев вируса. Например, ВИЧ поражает только определенный тип человеческих клеток (лимфоцитов).

2 стадия - проникновение вируса в клетку хозяина. Различные вирусы для проникновения в клетку используют разные стратегии: проникновение вируса в клетку хозяина путем слияния суперкапсида с мембраной клетки или путем эндоцитоза (пиноцитоза).

3 стадия - освобождение нуклеиновых кислот - «раздевание» нуклеокапсида и активация нуклеиновой кислоты, то есть депротеинизация вируса - лишение оболочек, которое представляет собой процесс потери капсида. Это достигается при помощи вирусных ферментов или ферментов клетки-хозяина, а может быть результатом простой диссоциации. В конечном счете, вирусная геномная нуклеиновая кислота освобождается.

4 стадия - синтез компонентов вируса. В первую очередь происходит синтез нуклеиновых кислот и вирусных белков, то есть подчинение систем клетки хозяина и их работа на воспроизводство вируса.

5 стадия - сборка вирионов, или морфогенез вирусов, то есть ассоциация реплицированных копий вирусной нуклеиновой кислоты с капсидным белком. Этот процесс начинается после достижения определенного количества нуклеиновой кислоты и белков вируса в клетке. У таких вирусов, как ВИЧ, эта модификация (созревание) происходит после выхода вируса из клетки-хозяина.

6 стадия - выход вирусных частиц из клетки, приобретение суперкапсида оболочечными вирусами. У разных вирусов процесс осуществляется по-разному. Выход ДНК-геномных фагов происходит при полном лизисе клетки фаговым ферментом лизоцимом, в ходе которого клетка погибает из-за разрыва мембраны и клеточной стенки. Некоторые вирусы подвергаются лизогенному циклу, где вирусный геном путем генетической рекомбинации включается в специальное место хромосомы клетки-хозяйки. Тогда вирусный геном называется провирусом, а в случае бактериофага - профагом. Крупные вирусы человека и животных выходят из клетки с участком цитоплазмы путем почкования через ЦПМ и оболочку, одновременно приобретая суперкапсид.

10.6. Особенности жизненного цикла различных групп

Генетический материал внутри вирусных частиц и способе его репликации значительно отличается у различных вирусов.

ДНК-содержащие вирусы. Репликация генома у большинства ДНК- содержащих вирусов происходит в клеточном ядре. Эти вирусы проникают в клетку либо путем непосредственного слияния с клеточной мембраной, либо путем эндоцитоза. Геному вируса эукариот необходимо преодолеть ядерную мембрану, чтобы получить доступ к ферментам, синтезирующим ДНК и РНК, в случае же бактериофагов ему достаточно просто проникнуть в клетку.

РНК-содержащие вирусы. Репликация таких вирусов обычно происходит в цитоплазме. Механизм репликации определяется тем, является ли геном вируса одноцепочечным или двухцепочечным. Вторым важным фактором в случае одноцепочечного генома является его полярность (может ли он непосредственно служить матрицей для синтеза белка рибосомами).

Вирусы, использующие обратную транскрипцию. Эти вирусы содержат одноцепочечную РНК (Retroviridae, Metaviridae, Pseudoviridae) или двухцепочечную ДНК (Caulimoviridae и Hepadnaviridae). РНК-содержащие вирусы, способные к обратной транскрипции (ретровирусы, например, ВИЧ), используют ДНК-копию генома как промежуточную молекулу при репликации, а содержащие ДНК (параретровирусы, например, вирус гепатита В) - РНК. В обоих случаях используется обратная транскриптаза или РНК-зависимая ДНК-полимераза.

Активно размножающийся вирус не всегда убивает клетку-хозяина. Отношения вируса с клеткой хозяина могут складываться по-разному. Условно эти отношения можно свести к трем типам.

  1. Абортивный процесс -когда клетки освобождаются от вируса, сохраняя жизнеспособность. Это происходит в нескольких случаях:

- при инфицировании дефектным вирусом, для репликации которого нужен вирус-помощник, то есть самостоятельная репликация этих вирусов невозможна (так называемые вирусоиды);

- при инфицировании вирусом генетически нечувствительных к нему клеток;

- при заражении чувствительных клеток вирусом в несоответствующих условиях.

  1. Продуктивный процесс -репликация (продукция) вирусов наблюдается:

- если цикл репродукции вируса в клетке завершается образованием многочисленного поколения вирусов, что обычно сопровождается гибелью клетки;

- при стабильном взаимодействии, не приводящем к гибели клетки (персистирующие и латентные инфекции) - так называемая вирусная трансформация клетки.

  1. Интегративный процесс -интеграция (встраивание) вирусной нуклеиновой кислоты в геном клетки хозяина, что приводит в дальнейшем к синхронной репликации ДНК клетки и нуклеиновой кислоты вируса. Клетка продолжает жить и передает геном вируса вместе со своей ДНК следующим поколениям. Это особый вариант продуктивного процесса по типу стабильного взаимодействия. Встраиваться в ДНК-геном хозяина могут только ДНК-вирусы (принцип «ДНК в ДНК»). Единственные РНК- вирусы, способные интегрироваться в геном клетки хозяина - ретровирусы, имеющие для этого специальный механизм. Особенность их репродукции - синтез ДНК провируса на основе геномной РНК с помощью фермента обратной транскриптазы с последующим встраиванием ДНК в геном хозяина.

Наиболее часто цикл репродукции вируса завершается продуктивной инфекцией с образованием 100-200 полноценных вирионов, что обычно сопровождается гибелью клетки.

10.7. Вирус иммунодефицита человека

10.7.1. Происхождение и распространение ВИЧ

Одним из наиболее опасных для человека вирусов является вирус иммунодефицита человека (ВИЧ), вызывающий СПИД (синдром приобретенного иммунодефицита). СПИД, названный «чумой XX века», в настоящее время является болезнью со смертельным исходом. Первые заболевания СПИДом у людей выявлены в 1981 году ВИЧ обнаружен Монтанье, (1984). В течение первых 10 лет распространение возбудителя шло преимущественно среди групп населения, называемых «группами риска» (наркоманы, проститутки, гомосексуалисты, больные гемофилией). Однако с 1992 года СПИД вышел в основную популяцию населения. К сожалению, точные цифры числа заболевших и инфицированных в мире неизвестны. Причинами этого является несовершенство самой статистики, поскольку ВОЗ регистрирует только больных с выраженной картиной заболевания и не учитывает вирусоносителей. Кроме того, некоторые страны (главным образом Азии и Африки) дают неполные данные, потому что из-за отсутствия средств тестированию подвергается незначительная часть населения. Наконец, правительства ряда стран не публикуют сведения, чтобы не навредить иностранному туризму, который является одним из источников национального дохода.

К числу стран с наибольшими темпами распространения СПИДа относится Россия. Специалисты прогнозируют, что к середине XXI века Россия от эпидемии СПИДа может потерять до половины населения, главным образом, молодых людей. Одним из лидеров этой печальной статистики стала Волгоградская область. Средний показатель зараженности населения вирусом в нашем регионе в 2,5 раза выше общероссийского.

СПИД вызывается инфекционным патогеном, относящимся к группе ретровирусов. ВИЧ характеризуется крайней изменчивостью - она в 30-100, а по некоторым данным, и в миллион раз выше, чем у вируса гриппа. Это свойство резко затрудняет возможность получения вакцин против ВИЧ. Процесс транскрипции генома протекает у ВИЧ в тысячу раз быстрее, чем у клеточных генов, что объясняет поразительную скорость его размножения.

Существует несколько гипотез происхождения ВИЧ:

- воздействие на ранее существовавший вирус неблагоприятных экологических факторов;

- бактериологическое оружие;

- мутация вируса вследствие радиационного воздействия урановых залежей на предполагаемой родине патогена - Замбии и Заире.

СПИД охватил сейчас почти все континенты. Это первое эпидемическое заболевание человека, вызванное ретровирусами. Главный признак болезни - поражение иммунной системы. Но с каждым годом накапливается все больше данных, доказывающих, что возбудитель СПИДа поражает и нервную систему.

В настоящее время можно говорить о существовании, по крайней мере, трех генотипов возбудителя: ВИЧ-1, ВИЧ-2 и HTLV-4. Из них наиболее распространен ВИЧ-1, более известный как ВИЧ. ВИЧ-2 выявлен в крови больных главным образом в Западной и Центральной Африке (несколько случаев - в Европе). HNLV-4 является, скорее всего, разновидностью ВИЧ-2.

10.7.2. Структура и жизненный цикл ВИЧ

Вирусная частица включает в себя генетический материал, а также внутренние и оболочечные белки в окружении липидной мембраны. Геном вируса - одноцепочечная РНК. Каждый вирион содержит две одинаковые молекулы РНК, в которых имеется три основных гена:

- gag - кодирует синтез структурных белков сердцевины;

- pol - определяет синтез трех ферментов (обратной транскриптазы, интегразы и протеазы);

- eny - кодирует синтез оболочечных белков.

Как и все прочие вирусы, ВИЧ способен к размножению только в определенных клетках, имеющих комплементарные рецепторы. Главной мишенью ВИЧ являются Т-лимфоциты (образуются в тимусе - вилочковой железе, Т-лимфоциты - хелперы-индукторы). Их поражение проявляется в снижении противовирусного, противомикробного и противоопухолевого иммунитета. Кроме них, вирус часто поражает макрофаги (моноциты, гистиоциты) и клетки ЦНС.

После присоединения к поверхности клетки происходит проникновение вируса, сопровождающееся «раздеванием» вириона и выходом РНК в цитоплазму. Здесь осуществляется 1 этап жизненного цикла ВИЧ - обратная транскрипция, то есть синтез ДНК на матрице РНК при участии фермента обратной транскриптазы (ревертазы). Образующаяся провирусная ДНК проникает в ядро клетки, где с помощью фермента интегразы встраивается в состав одной из хромосом клетки -хозяина. После встраивания в хромосомную ДНК клетка навсегда становится носителем генетической информации ВИЧ и, если в дальнейшем происходит ее деление, образующиеся дочерние клетки также будут содержать гены ВИЧ.

Следующий (2-й) этап жизненного цикла происходит в ядре клетки: под действием ферментов клетки синтезируется РНК на матрице провирусной ДНК ВИЧ (прямая транскрипция).Молекулы информационных (матричных) РНК перемещаются в цитоплазму и выступают в качестве матрицы для синтеза вирусных белков. Образующиеся компоненты - ВИЧ-вирионные РНК и белки - в ходе сборки формируют новые вирусные частицы. При этом структурные белки вируса синтезируются в виде крупных молекул - предшественников, которые мигрируют к мембране клетки, присоединяют к себе молекулы РНК и «отпочковываются» от клетки, захватывая часть мембраны с клеточными белками и липидами.

В ходе «почкования» часть молекулы-предшественника спонтанно отделяется и образует молекулу фермента протеазы, которая «нарезает» оставшуюся часть предшественника на фрагменты определенного размера, соответствующего белкам зрелого вириона, после чего завершается формирование вируса («созревание»). Из одной клетки выходит несколько сотен вирионов.

10.8. Искусственные вирусы и противовирусные препараты

Многие вирусы могут быть получены de novo, то есть с нуля, а первый искусственный вирус был получен в 2002 году. При этом синтезируется не сам вирус как таковой, а его геномная ДНК (в случае ДНК-вирусов) или комплементарная копия ДНК его генома (в случае РНК-вирусов). У вирусов многих семейств искусственная ДНК или РНК (последняя получается путем обратной транскрипции синтетической комплементарной ДНК), будучи введенной в клетку, проявляет инфекционные свойства. Иными словами, они содержат всю необходимую информацию для образования новых вирусов. Эту технологию в настоящее время используют для разработки вакцин нового типа. Возможность создавать искусственные вирусы имеет далеко идущие последствия, поскольку вирус не может вымереть, пока известна его геномная последовательность и имеются чувствительные к нему клетки.

Противовирусные препараты часто представляют собой аналоги нуклеозидов. Они встраиваются в геном вируса в ходе репликации, и на этом жизненный цикл вируса останавливается, поскольку вновь синтезированная ДНК неактивна. Это вызвано тем, что у аналогов отсутствуют гидроксильные группы, которые вместе с атомами фосфора соединяются и формируют жесткий «остов» молекулы ДНК. Это называется цепной терминацией ДНК. Аналогами нуклеозидов являются ацикловир, рибавирин, ламивудин. Разработан большой класс препаратов, называемых протеазными ингибиторами, инактивирующими эти ферменты.