Морфология и физиология вирусов.

ВИРУСОЛОГИЯ.

ЛЕКЦИЯ № 5.

Медико-социальная экспертиза

Качественное проведение предварительных и периодических медосмотров

Предварительные и периодические медосмотры

Осложнения

- туберкулез

- хр бронхит

- …

- Склеродермия

- эрозия легочных сосудов с легочными кровотечениями…

- терапевт

- ЛОР

- дерматолог

- онколог

- аллерголог

- рентгенолог

- рентгенография грудной полости в 2 проекциях 1 раз в 2 года

- ФВД

- …

Дополнительные противопоказания к приему на работу в контакте с производственной пылью:

На примере пыли диоксида кремния:

- тотальные дистрофические (и аллергические) заболевания ВДП

- хр заболевания БЛС (с частотой обострения 2 и более раз за календарный год)

- искривление носовой перегородки с нарушением носового дыхания

- хр часто рецидивирующие заболевания кожи (с частотой обострения 4 и более раз за календарный год)

- аллергические заболевания при работе с аллергенами органы дыхания

С углеродной:

+ аллергия при работе с аэрозолями

+ добро любой локализации, склонные к перерождению

Коксы – каменноугольный, пековый, нефтяной, сланцевый

+ хр гиперпластический ларингит

Наличие пневмокониоза является абсолютным противопоказанием к продолжению работы в контакте с пылью.

Больной признается стойко частично утратившим трудоспособность, стойко нетрудоспособным в своей профессии, нуждающимися в постоянном рациональном трудоустройстве.

 

 

Вирусы относятся к царству Vira. Это наименьшие по размерам агенты, имеющие геном, окруженный белковой оболочкой, не имеющие клеточного строения и содержащие только один тип нуклеиновой кислоты (только ДНК или только РНК). В настоящее время идентифицированы вирусы бактерий, грибов, растений и животных. Являясь облигатными внутриклеточными паразитами, вирусы не воспроизводятся самостоятельно и репродуцируются (размножаются) в цитоплазме или ядре живых клеток. Они являются автономными генетическими структурами и отличаются дизъюнктивным(разобщенным) способом размножения. Это означает, что в клетке-хозяине отдельно синтезируются нуклеиновые кислоты вирусов и их белки, а затем происходит их сборка в вирусные частицы.

Все вирусы существуют в двух качественно разных формах. Внеклеточная форма – вирион – включает в себя все составные элементы вирусной частицы. Внутриклеточная форма – вирус – может быть представлена лишь одной молекулой нуклеиновой кислоты, т.к. попадая в клетку, вирион распадается на составные элементы. В то же время внутриклеточный вирус есть самореплицирующаяся форма, не способная к делению. На этом основании определение вируса предполагает принципиальное различие между клеточными формами существования (бактерии, грибы, простейшие), размножающихся делением, и реплицирующейся формой, воспроизводящейся из вирусной нуклеиновой кислоты. Но этим не ограничиваются отличительные признаки вирусов от про- и эукариот. К принципиальным отличиям относятся:

1. наличие одного типа нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК);

2. отсутствие клеточного строения и белоксинтезирующих систем;

3. возможность интеграции в клеточный геном и синхронной с ним репликации.

Фора вириона может быть самой различной (палочковидные, эллипсоидные, сферические, нитевидные, в виде сперматозоида), что является одним из признаков таксономической принадлежности данного вируса.

Размеры вирусов настолько малы, что сопоставимы с толщиной клеточной оболочки. Наиболее мелкие (парвовирусы) имеют размер 18 нм, а наиболее крупные (вирус натуральной оспы) – около 400 нм.

В основу классификации вирусов положен тип нуклеиновой кислоты, образующей геном, что позволило выделить два подцарства:

рибовирусы – РНК-содержащие или РНК-вирусы;

дезоксирибовирусы– ДНК-содержащие или ДНК-вирусы.

Подцарства делятся на Семейства, Подсемейства, Роды и Виды.

При систематизации вирусов выделены следующие основные критерии: сходство нуклеиновых кислот, размеры, наличие или отсутствие суперкапсида, тип симметрии нуклеокапсида, характеристика нуклеиновых кислот, полярность, количество нитей в молекуле, наличие сегментов, наличие ферментов, внутриядерная или цитоплазматическая локализация, антигенная структура и иммуногенность, тропизм к тканям и клеткам, способность образовывать тельца включений. Дополнительный критерий – симптоматология поражений, т.е. способность вызывать генерализованные или органоспецифические инфекции.

По структурной организации различают простоорганизованные ("голые") и сложноорганизованные ("одетые") вирусы.

Структура простого вириона устроена таким образом, что вирусная нуклеиновая кислота,т.е. генетический материал вируса надежно защищен симметричной белковой оболочкой – капсидом, функциональная и морфологическая совокупность которых образует нуклеокапсид.

Капсид имеет строго упорядоченную структуру, в основе которой лежат принципы спиральной или кубической симметрии. Его образуют одинаковые по строению субъединицы – капсомеры, организованные в один или два слоя. Число капсомеров строго специфично для каждого вида и зависит от размеров и морфологии вирионов. Капсомеры, в свою очередь, образованы молекулами белка – протомерами. Они могут быть мономерными -составлены одним полипептидом или полимерными - составлены несколькими полипептидами. Симметричность

капсида объяснима тем, что для упаковки генома требуется большое количество капсомеров, а компактное их соединение возможно только при симметричном расположении субъединиц. Формирование капсида напоминает процесс кристаллизации и протекает по принципу самосборки. Основные функции капсида определяются защитой вирусного генома от внешних воздействий, обеспечением адсорбции вириона на клетке, проникновением генома в клетку в результате взаимодействия капсида с клеточными рецепторами, обуславливают антигенные и иммуногенные свойства вирионов.

Нуклеокапсид повторяет симметрию капсида. При спиральной симметрии взаимодействие нуклеиновой кислоты и белка в нуклеокапсиде осуществляется по одной оси вращения. Каждый вирус со спиральной симметрией обладает характерной длиной, шириной и периодичностью. Большинство патогенных для человека вирусов, в том числе вирус гриппа, имеют спиральную симметрию. Организация по принципу спиральной симметрии придает вирусам палочковидную или нитевидную форму. Такое расположение субъединиц образуется полый канал, внутри которого компактно уложена молекула вирусной нуклеиновой кислоты. Ее длина может во много раз превышать длину вириона. У вируса табачной мозаики, например, длина вириона составляет 300 нм, а его РНК достигает величины 4000 нм. При такой организации белковый чехол лучше защищает наследственную информацию, но требует большего количества белка, т.к. покрытие состоит из сравнительно крупных блоков. При кубической симметриинуклеиновая кислота окружена капсомерами, образующими икосаэдр – многогранник с 12 вершинами, 20 треугольными гранями и 30 углами. Организация вириона по этому принципу придает вирусам сферическую форму. Принцип кубической симметрии – самый экономичный для формирования замкнутого капсида, т.к. для его организации используются небольшие белковые блоки, образующие большое внутреннее пространство, в которое свободно укладывается нуклеиновая кислота.

Некоторые бактериофаги имеют двойную симметрию, когда головка организована по принципу кубической, а отросток – по принципу спиральной симметрии.

Для вирусов больших размеров характерно отсутствие постоянной симметрии.

Неотъемлемым структурно-функциональным компонентом нуклеокапсида являются внутренние белки, обеспечивающие правильную суперспирализованную упаковку генома, выполняющие структурную и ферментативную функции.

Функциональная специфичность вирусных ферментов определяется местом их локализации и механизмом образования. На основании этого вирусные ферменты разделяют на вирусиндуцированные ивирионные. Первые закодированы в вирусном геноме, вторые - входят в состав вирионов. Вирионные ферменты также разделяют на две функциональные группы: ферменты первой группы обеспечивают проникновение вирусных нуклеиновых кислот в клетку и выход дочерних популяций; ферменты второй группы участвуют в процессах репликации и транскрипции вирусного генома. Наряду с собственными, вирусы активно используют клеточные ферменты, которые не являются вирусоспецифическими. Но их активность может модифицироваться в процессе репродукции вируса.

Существует группа т.н. сложноорганизованныхили "одетых" вирусов, которые, в отличие от "голых", имеют поверх капсида особую липопротеиновую оболочку – суперкапсидили пеплос, организованный двойным слоем липидов и специфичными вирусными гликопротеинами, пронизывающими липидный бислой и образующими выросты-шипы(пепломеры или суперкапсидные белки). Поверхностные суперкапсидные белки – важный компонент, облегчающий проникновение вирусов в чувствительные клетки. Именно этими специальными белками, названными F-белками (fusio - слияние), обеспечивается слияние вирусных суперкапсидов и клеточных мембран. Суперкапсид формируется на поздних этапах репродуктивного цикла при отпочковывании дочерних популяций и является производной структурой от мембран вирус-инфицированной клетки. Так, состав липидов зависит от характера "почкования" вирусной частицы. Например, у вируса гриппа состав липидного бислоя аналогичен таковому клеточных мембран. Т.к. герпесвирусы почкуются через ядерную мембрану, то набор липидов их суперкапсида отражает состав ядерной мембраны. Сахара, входящие в состав гликопротеинов, также происходят от клетки-хозяина.

На внутренней поверхности суперкапсида т.н. матричными белками (М-белки) сформирован структурный слой, способствующий взаимодействию суперкапсида с нуклеокапсидом, что исключительно важно на заключительных этапах самосборки вирионов.

Тем не менее, главным структурным и функциональным компонентом вируса является его геном, определяющий все свойства вирусной частицы, как внутри, так и вне клетки-мишени. В геноме зашифрована информация о морфологических, биохимических, патогенных и антигенных свойствах его носителя. Геном вирусной частицы гаплоидный. Нуклеиновые кислоты представлены однонитевыми молекулами РНК или двунитевыми молекулами ДНК. Исключение составляют реовирусы, геном которых образован двумя нитями РНК и парвовирусы, у которых геном представлен в виде одной нити ДНК. Вирусы содержат только один тип нуклеиновой кислоты.

Вирусные ДНКорганизованы как циркулярные ковалентно сцепленные суперспирализованные или линейные структуры с молекулярной массой от 1 · 10⁶ до 1 ·10⁸, что от 10 до 100 раз меньше молекулярной массы бактериальных ДНК. Геном содержит до нескольких сотен генов. Транскрипция вирусной ДНК осуществляется в ядре зараженной клетки.Нуклеотидные последовательности встречаются однократно, но на концах молекулы имеются прямые и инвертированные (развернутые на 180^о) повторяющиеся нуклеотидные последовательности. Этим обеспечивается способность молекулы ДНК замыкаться в кольцо. Кроме того, они являются своеобразными маркерами вирусной ДНК.

Вирусные РНКпредставлены одно- и двунитевыми молекулами и по своему химическому составу не отличаются от РНК клеточного происхождения. Однонитевые молекулы могут быть сегментированы, что ведет к увеличению кодирующей ёмкости генома. Кроме того, в них имеются спиральные участки типа двойной спирали ДНК, образующиеся за счет спаривания комплементарных азотистых оснований. Двунитевая РНК может быть линейной и кольцевой.

В зависимости от специфики внутриклеточного поведении и выполняемых функций вирусные РНК делят на группы:

1. Плюс-нити РНК, обладающие способностью транслировать закодированную в ней информацию на рибосомы клетки-мишени, т.е. выполнять функцию мРНК. РНК плюс-нитевых вирусов имеют характерные модифицированные концы в виде "шапочки", необходимые для специфического распознавания рибосом. Их называют плюс-нитями или позитивным геномом.

2. Минус-нити РНК не способны транслировать генетическую информацию непосредственно на рибосомы и не могут функционировать как мРНК. Однако являются матрицей для синтеза мРНК. Их называют минус-нитями или негативный геном.

3. Двойные нити,одна из которых функционирует как –РНК, другая, комплементарная ей – как +РНК.

Многие вирусные нуклеиновые кислоты +РНК и ДНК-содержащих вирусов инфекционны сами по себе, т.к. содержат всю генетическую информацию, необходимую для синтеза новых вирусных частиц. Эта информация реализуется после проникновения вириона в чувствительную клетку. Двунитевые РНК и большинство –РНК инфекционных свойств проявлять не могут.

Взаимодействие вируса с клеткой-мишенью – сложный и многоступенчатый процесс сосуществования двух форм живой материи – доклеточной и клеточной. Здесь проявляется весь комплекс воздействий вирусного генома на генетически закодированные биосинтетические процессы клетки хозяина.

Являясь облигатными внутриклеточными паразитами, вирусы не способны к самостоятельному воспроизводству своей популяции. Синтез вирусных белков и воспроизводство копий вирусного генома обеспечиваются биосинтетическими процессами клетки-мишени. При этом белковые макромолекулы и нуклеиновые кислоты образуются отдельно, после чего происходит их сборка – дизъюнктивный (разобщенный) тип репродукции.

Реализация репродуктивного цикла в значительной степени зависит от типа инфицирования клетки и характера взаимодействия вируса с чувствительной (могущей быть инфицированной) клеткой.

В вирус-инфицированной клетке возможно пребывание вирусов в различных состояниях:

1. воспроизводство многочисленных новых вирионов;

2. пребывание нуклеиновой кислоты вируса в интегрированном состоянии с хромосомой клетки в виде провируса;

3. существование в цитоплазме клетки в виде кольцевых нуклеиновых кислот, напоминающих плазмиды бактерий.

Именно этими состояниями определяется широкий диапазон нарушений, вызываемых вирусом: от выраженной продуктивной инфекции, завершающейся гибелью клетки, до продолжительного взаимодействия вируса с клеткой в виде латентной (скрытой) инфекции или злокачественной трансформации клетки.

Выделено четыре типа взаимодействия вируса с чувствительной клеткой:

1. Продуктивный тип – завершается образованием нового поколения вирионов и выход их в результате лизиса зараженных клеток (цитолитическая форма), либо выход из клетки без ее разрушения (нецитолитическая форма). По нецитолитическому типу взаимодействия чаще всего протекают персистирующие хронические инфекции, характеризующиеся образованием дочерних популяций возбудителя после завершения острой фазы болезни. Гибель клетки вызывается ранним подавлением синтеза клеточных белков, накоплением токсических и специфически повреждающих вирусных компонентов, повреждением лизосом и высвобождением их ферментов в цитоплазму;

2. Интегративный тип, или вирогения – характеризуется встраиванием (интеграцией) вирусной ДНК в виде провируса в хромосому клетки и последующим функционированием как ее составная часть с совместной репликацией.По такому типу взаимодействия протекают латентное инфицирование, лизогения бактерий и вирусная трансформация клеток;

3. Абортивный тип – не завершается образованием новых вирионов, поскольку инфекционный процесс в клетке прерывается на одном из этапов. Происходит при взаимодействии вируса с покоящейся клеткой, либо при инфицировании клетки дефектным вирусом.

Дефектными могут быть как вирусы, так и вирионы.

Дефектные вирусы существуют как самостоятельные виды и функционально неполноценны, т.к. для их репликации необходим "вирус-помошник", т.е. дефект определяется неполноценностью генома. Делятся на 3 группы:

1. Дефектные интерферирующие частицы, представляющие собой вирионы, содержащие только часть генетической информации исходного вируса и реплицируется только при участии родственного "вируса-помощника";

2. Вирусы-спутники от предыдущих отличаются тем, что для своей репродукции требуют участия любого "вируса-помощника", не обязательно родственного;

3. Интегрированные геномы представляют собой провирусы, т.е. вирусные геномы, встроенные в хромосому клетки, но утратившие способность к превращению в полноценный вирус;

Дефектные вирионы составляют группу, формирующуюся при образовании больших дочерних популяций, и их дефектность определяется главным образом морфологической неполноценностью (пустые капсиды, безоболочечные нуклеокапсиды и др.). Особая форма дефектных вирионов – псевдовирионы,имеющие нормальный капсид, содержащий часть собственной нуклеиновой кислоты и фрагменты нуклеиновой кислоты хозяина, либо часть хромосомы клетки хозяина и часть нуклеиновой кислоты другого вируса.

Значение дефектных вирусов состоит в их способности переносить генетический материал из клетки-донора в клетку-реципиент.

4. Интерференция вирусов – происходит при инфицировании клетки двумя вирусами и возникает не при всякой комбинации возбудителей. Интерференция реализуется либо за счет индукции одним вирусом клеточных ингибиторов, подавляющих репродукцию другого, либо за счет повреждения рецепторного аппарата или метаболизма клетки первым вирусом, что исключает возможность репродукции второго. Различают гомологичную (родственные вирусы) и гетерологичную (неродственные вирусы) интерференцию.

По характеру взаимодействия генома вируса с геномом клетки различают автономное и интеграционное инфицирование. При автономном инфицировании геном вируса не интегрирован в геном клетки, тогда как при интеграционном происходит интеграция вирусного генома в клеточный.

Продуктивный тип взаимодействия вируса с клеткой, т.е. репродукция вируса представляет собой уникальную форму выражения чужеродной (вирусной) генетической информации в клетках человека, животных, растений и бактерий, которая состоит в подчинении клеточных матрично-генетических механизмов вирусной информации. Это сложнейший процесс взаимодействия двух геномов протекающий в 6 стадий:

1. адсорбция вирионов;

2. проникновение вируса в клетку;

3. "раздевание" и высвобождение вирусного генома;

4. синтез вирусных компонентов;

5. формирование вирионов;

6. выход вирионов из клетки.

Первая стадия репродукции – адсорбция, т.е. прикрепление вириона к поверхности клетки. Она протекает в две фазы. Первая фаза – неспецифическая, обусловленная ионным притяжением и другими механизмами взаимодействия между вирусом и клеткой. Вторая фаза – высокоспецифическая, обусловленная гомологией и комплементарностью рецепторов чувствительных клеток и узнающих их белковых лигандов вирусов. Узнающие и взаимодействующие вирусные белки называются прикрепительными и представлены гликопротеинами, в составе липопротеиновой оболочки капсида или суперкапсида вируса.

Специфические рецепторы клеток имеют различную природу, являясь белками, липидами, углеводными компонентами белков и липидов. Одна клетка может нести от десяти до ста тысяч специфических рецепторов, что позволяет закрепиться на ней десяткам и сотням вирионов. Количество инфекционных вирусных частиц, адсорбированных на клетке, определяет термин "множественность заражения". Тем не менее, инфицированная вирусом клетка в большинстве случаев толерантна к повторному заражению гомологичным вирусом.

Наличие специфических рецепторов лежит в основе тропизмавирусов к определенным клеткам, тканям и органам.

Вторая стадия – проникновение вируса в клетку может происходить несколькими путями.

1. Рецепторно-зависимый эндоцитоз происходит в результате захватывания и поглощения вириона чувствительной клеткой. При этом клеточная мембрана с прикрепленным вирионом впячивается с образованием внутриклеточной вакуоли (эндосомы), содержащей вирус. Далее происходит слияние липопротеиновой оболочки вируса с мембраной эндосомы и выход вируса в цитоплазму клетки. Эндосомы объединяются с лизосомами, которые разрушают оставшиеся вирусные компоненты.

2. Виропексис – заключается в слиянии вирусного суперкапсида с клеточной или ядерной мембраной и происходит при помощи специального белка слияния – F-белка, входящего в состав суперкапсида. В результате виропексиса капсид оказывается внутри клетки, а суперкапсид вместе с белком интегрирует (встраивается) в плазматическую или ядерную мембрану. Присущ только сложно устроенным вирусам.

3. Фагоцитоз – по средствам которого вирусы проникают в фагоцитирующие клетки, что приводит к незавершенному фагоцитозу.

Третья стадия – "раздевания" и высвобождения вирусного генома происходит в результате депротеинизации, модификации нуклеокапсида, удаления поверхностных вирусных структур и высвобождения внутреннего компонента, способного вызвать инфекционный процесс. Первые этапы "раздевания" начинаются еще в процессе проникновения в клетку путем слияния вирусных и клеточных мембран или при выходе вируса из эндосомы в цитоплазму. Последующие этапы тесно связаны с их внутриклеточным транспортом к местам депротеинизации. Для разных вирусов существуют свои специализированные участки "раздевания". Транспорт к ним осуществляется с помощью внутриклеточных мембранных пузырьков, в которых вирус переносится на рибосомы, эндоплазматическую сеть или в ядро.

Четвертая стадия – синтез вирусных компонентов начинается в момент теневой или эклипс-фазы,которая характеризуется исчезновением вириона. Теневая фаза заканчивается после образования составных компонентов вируса, необходимых для сборки дочерних популяций. Вирус использует для этого генетический аппарат клетки, подавляя необходимые ей самой синтетические реакции. Синтез белков и нуклеиновых кислот вируса, т.е. его репродукция, разобщен во времени и пространстве, осуществляется в разных частях клетки и называется дизъюнктивным.

В зараженной клетке вирусный геном кодирует синтез двух групп белков:

- неструктурных белков, обслуживающих внутриклеточную репродукцию вируса на разных его этапах к которым относятся РНК- или ДНК-полимерезы, обеспечивающие транскрипцию и репликацию вирусного генома, белки-регуляторы, предшественники вирусных белков, ферменты, модифицирующие вирусные белки;

- структурных белков, входящих в состав вириона (геномные, капсидные и суперкапсидные).

Синтез белков в клетке осуществляется в соответствии с процессами транскрипции путем "переписывания" генетической информации с нуклеиновой кислоты в нуклеотидную последовательность информационной РНК (иРНК) и трансляции(считывания) иРНК на рибосомах с образованием белков. Термином "трансляция" называют механизмы, при помощи которых последовательность нуклеиновых оснований иРНК переводится в специфическую последовательность аминокислот в синтезируемом полипептиде. При этом происходит дискриминация клеточных иРНК и синтетические процессы на рибосомах переходят под вирусный контроль. Механизмы передачи информации в отношении синтеза иРНК у разных групп вирусов неодинаковы.

Двунитевые ДНК-содержащие вирусы реализуют генетическую информацию так же, как и клеточный геном, по схеме: геномная ДНК вируса→ транскрипция иРНК→трансляция вирусного белка. При этом, ДНК-содержащие вирусы, геномы которых транскрибируются в ядре, используют для этого процесса клеточную полимеразу, а геномы которых транскрибируются в цитоплазме – собственную вирусоспецифическую РНК-полимеразу.

+РНК-содержащие вирусы имеют геном, выполняющий функцию иРНК, который распознается и транслируется рибосомами. Синтез белков у этих вирусов осуществляется без процесса транскрипции по схеме: геномная РНК вируса→трансляция белка вируса.

Геном –РНК-содержащих вирусов служит матрицей, с которой транскрибируется иРНК, при участии вирусоспецифической РНК-полимеразы. Синтез белка у них происходит по схеме: геномная РНК вируса→транскрипция иРНК→трансляция белка вируса.

Особняком стоит группа РНК-содержащих ретровирусов, к которой относятся вирусы иммунодефицита человека и онкогенные ретровирусы. Они имеют уникальный путь передачи генетической информации. Геном этих вирусов состоит из двух идентичных молекул РНК, т.е. является диплоидным. В составе ретровирусов есть особый вирусоспецифический фермент – обратная транскриптаза, или ревертаза, с помощью которой осуществляется процесс обратной транскрипции. Заключается он в следующем: на матрице геномной РНК синтезируется комплементарная однонитевая ДНК (кДНК). Она копируется с образованием двунитевой комплементарной ДНК, которая интегрирует в клеточный геном и в его составе транскрибируется в иРНК с помощью клеточной ДНК-зависимой РНК-полимеразы. Синтез белков этих вирусов осуществляется по схеме: геномная РНК вируса→комплементарная ДНК→транскрипция иРНК→трансляция белка вируса.

Регуляция транскрипции осуществляется клеточными и вирусоспецифическими механизмами. Она заключается в последовательном считывании информации с т.н. "ранних" и "поздних" генов. В первых закодирована информация для синтеза вирусоспецифических ферментов транскрипции и репликации, во вторых – для синтеза капсидных белков.

Синтез вирусных нуклеиновых кислот, т.е. репликация вирусных геномов, приводит к накоплению в клетке копий исходных вирусных геномов, которые используются при сборке вирионов. Способ репликации зависит от типа нуклеиновой кислоты вируса, наличия вирусоспецифических и клеточных полимераз, от способности вирусов индуцировать образование полимераз в клетке.

Двунитевые ДНК-вирусы реплицируются обычным полуконсервативным способом: после расплетения нитей ДНК к ним комплементарно достраиваются новые нити. Каждая вновь синтезированная молекула ДНК состоит из одной родительской и одной синтезированной нити.

Однонитевые ДНК-вирусы в процессе репликации используют клеточные ДНК-полимеразы для создания двунитевого вирусного генома, т.н. репликативной формы. При этом на исходной +ДНК-нити комплементарно синтезируется –ДНК-нить, служащая матрицей для +ДНК-нити нового вириона.

Однонитевые +РНК-вирусы индуцируют в клетке синтез РНК-зависимой РНК-полимеразы. С ее помощью на основе геномной +РНК-нити синтезируется –РНК-нить, формируется временная двойная РНК, названная промежуточным репликативным звеном. Оно состоит из полной +РНК-нити и многочисленных частично завершенных –РНК-нитей. Когда сформированы все –РНК-нити, они используются как шаблоны для синтеза новых +РНК-нитей.

Однонитевые –РНК-вирусы имеют в своем составе РНК-зависимую РНК-полимеразу. Геномная –РНК-нить трансформируется вирусной полимеразой в неполные и полные +РНК-нити. Неполные копии выполняют роль иРНК для синтеза вирусных белков, а полные – являются матрицей для синтеза геномной –РНК-нити потомства.

Двунитевые РНК-вирусы реплицируются аналогично однонитевым –РНК-вирусам. Отличие в том, что образовавшиеся в процессе транскрипции +РНК-нити функционируют не только как иРНК, но и участвуют в репликации. Они являются матрицей для синтеза –РНК-нитей. В комплексе они образуют геномные двунитевые РНК вирионов.

Диплоидные +РНК-вирусы или ретровирусы реплицируются с помощью вирусной обратной транскриптазы, синтезирующей на матрице РНК-вируса –ДНК-нить, с которой копируется +ДНК-нить с образованием двойной нити ДНК, замкнутой в кольцо. Далее двойная нить ДНК интегрируется с хромосомой клетки, образуя провирус. Многочисленные вирионные РНК образуются в результате транскрипции одной из нитей интегрированной ДНК при участии клеточной ДНК-зависимой РНК-полимеразы.

Пятаястадия – сборка вирионов происходит путем упорядоченной самосборки, когда составные части вириона транспортируются в места сборки вируса. Таковыми являются специфические участки ядра и цитоплазмы, называемые репликативными комплексами. Соединение компонентов вириона обусловлено наличием гидрофобных, ионных, водородных связей и стереохимическим соответствием.

Формирование вирусов это многоступенчатый, строго последовательный процесс, с образованием промежуточных форм, отличающихся от зрелых вирионов по составу полипептидов. Сборка просто устроенных вирусов происходит на репликативных комплексах и заключается во взаимодействии вирусных нуклеиновых кислот с капсидными белками и образовании нуклеокапсидов. У сложноустроенных вирусов сначала на репликативных комплексах формируются нуклеокапсиды, которые затем взаимодействуют с модифицированными мембранами клеток, являющихся будущей липопротеиновой оболочкой вириона. При этом сборка вирусов, реплицирующихся в ядре, происходит с участием мембраны ядра, а сборка вирусов, репликация которых происходит в цитоплазме, осуществляется с участием мембран эндоплазматической сети или цитоплазматической мембраны, куда встраиваются гликопротеины и другие белки оболочки вириона. У некоторых сложноустроенных –РНК-вирусов в сборку вовлекается матричный белок – М-белок – который расположен под модифицированной этим белком клеточной мембраной. Обладая гидрофобными свойствами, он исполняет роль посредника между нуклеокапсидом и суперкапсидом. Сложноустроенные вирусы в процессе формирования включают в свой состав компоненты клетки хозяина. При нарушениях процесса самосборки образуются "дефектные" вирионы.

Шестая стадия – выход вирусных частиц из клеткизавершает процесс репродукции вирусов и происходит двумя путями.

Взрывной путь, когда вирусы, лишенные суперкапсида, вызывают деструкцию клетки и попадают во внеклеточное пространство. Из погибшей клетки одновременно выходит большое число вирионов.

Почкование или экзоцитоз, характерный для сложноустроенных вирусов, суперкапсид которых является производной от клеточных мембран. Сначала нуклеокапсид транспортируется к клеточным мембранам, в которые уже встроены вирусоспецифические белки. В области контакта начинается выпячивание этих участков с образованием почки. Сформировавшаяся почка отделяется от клетки в виде сложноустроенного вириона. Процесс не летален для клетки и клетка способна длительно сохранять жизнеспособность, продуцируя вирусное потомство.

Почкование вирусов, формирующихся в цитоплазме, может происходить либо через плазматическую мембрану, либо через мембраны эндоплазматической сети и аппарата Гольджи с последующим выходом на поверхность клетки.

Вирусы, формирующиеся в ядре, почкуются в перинуклеарное пространство через модифицированную ядерную оболочку и в составе цитоплазматических везикул транспортируются на поверхность клетки.

Интегративный тип взаимодействия вируса с клеткой (вирогения) представляет собой сосуществование вируса и клетки в результате интеграции нуклеиновой кислоты вируса в хромосому клетки хозяина, при котором геном вируса реплицируется и функционирует как основная часть генома клетки.

Такой тип взаимодействия характерен для умеренных ДНК-содержащих бактериофагов, онкогенных вирусов и некоторых инфекционных ДНК- и РНК-содержащих вирусов.

Для интеграции необходимо наличие кольцевой форму двунитевой ДНК вируса. Такая ДНК прикрепляется к клеточной ДНК в месте гомологии и встраивается в определенный участок хромосомы. У РНК-вирусов процесс интеграции более сложный и начинается с механизма обратной транскрипции. Интеграция происходит после образования двунитевого ДНК-транскрипта и замыкания его в кольцо.

Дополнительная генетическая информация при вирогении сообщает клетке новые свойства, что может стать причиной онкогенной трансформации клеток, аутоиммунных и хронических заболеваний.

Абортивный тип взаимодействия вируса с клеткой не завершается образованием вирусного потомства и может возникнуть при следующих условиях:

1. заражение чувствительной клетки происходит дефектным вирусом или дефектным вирионом;

2. заражение вирулентным вирусом генетически резистентных к нему клеток;

3. заражение вирулентным вирусом чувствительной клетки в непермиссивных (неразрешающих) условиях.

Чаще абортивный тип взаимодействия наблюдается при заражении стандартным вирусом нечувствительной клетки. При этом механизм генетической резистентности не одинаков. Он может быть связан с отсутствием на плазматической мембране специфических рецепторов, неспособность данного вида клеток инициировать трансляцию вирусной иРНК, с отсутствием специфических протеаз или нуклеаз, необходимых для синтеза вирусных макромолекул.

К абортивному взаимодействию могут привести и изменения условий, в которых происходит репродукция вирусов: повышение температуры организма, изменение рН в очаге воспаления, введение противовирусных препаратов и др. Однако, при устранении неразрешающих условий абортивный тип взаимодействия переходит в продуктивный со всеми вытекающими последствиями.

Интерферирующее взаимодействие определяется состоянием невосприимчивости к вторичному заражению клетки, уже инфицированной вирусом.

Гетерологичная интерференция происходит в том случае, когда инфицирование одним вирусом полностью блокирует возможность репликации второго вируса в пределах одной клетки. Один из механизмов связан с угнетением адсорбции другого вируса путем блокирования или разрушения специфических рецепторов. Другой механизм связан с ингибированием трансляции иРНК любой гетерологичной иРНК в инфицированной клетке.

Гомологичная интерференция типична для многих дефектных вирусов, особенно для повторно пассируемых in vitro и с высокой множественностью инфицирования. Их репродукция возможна только при заражении клетки нормальным вирусом. Иногда дефектный вирус может вмешиваться в репродуктивный цикл нормального вируса и образовывать дефектные интерферирующие вирусные частицы (ДИ).ДИ-частицы содержат лишь часть генома нормального вируса. По природе дефекта ДИ-частицы делеционны и их можно рассматривать как летальных мутантов. Основное свойство ДИ-частиц – способность к интерференции с нормальным гомологичным вирусом и даже способны играть роль помощников при репликации. Способность к адсорбции и проникновению в клетку связана с нормальной структурой капсида. Высвобождение и экспрессия дефектной нуклеиновой кислоты приводит к различным биологическим эффектам: тормозит синтетические процессы в клетке, за счет гомологичной интерференции ингибирует синтез и трансформацию белков нормальных вирусов. Циркулирование ДИ-частиц и коинфекция с нормальным гомологичным вирусом вызывает появление вялотекущих, длительных форм заболеваний, что связано со способностью ДИ-частиц за счет простоты генома реплицироваться значительно быстрее, тогда как дефектная популяция обладает заметным снижением выраженности цитопатического эффекта, характерного для нормального вируса.

Процесс взаимодействия вируса с организмом в большинстве случаев цитоспецифичен и определяется способностью возбудителя размножаться в определенных тканях. Однако некоторые вирусы отличаются более широким спектром тропизма и репродуцируют в самых различных клетках и органах.

К факторам специфичности вируса, ответственным за его тропизм и разнообразие поражаемых клеток относится количество специфических рецепторов (как у вириона, так и у клетки) обеспечивающих полноценное взаимодействие вируса с клеткой. Количество таких рецепторов обычно ограничено.

В некоторых случаях сама физиологическая специфика клеток, а значит и их бимолекулярная организация, способствует проявлению вирулентности возбудителя. Например, G-белок оболочки вируса бешенства обладает высоким сродством к ацетилхолиновым рецепторам нейронов, что обеспечивает его способность проникать в клетки нервной ткани. Следует отметить, что нейротропные вирусы вызывают особенно тяжелые заболевания, т.к. нервные клетки не регенерируют. Более того, репродукция возбудителя делает их мишенями для цитотоксических иммунных реакций.

Довольно часто вирулентность вирусов повышается за счет мутаций. Особое значение в данном случае приобретает способность вирусов к обратной мутации генов (реверсии). Гены, кодирующие структуру белка, могут восстановить свою структуру и трансформировать ранее авирулентные штаммы вирусов в вирулентные.

Не менее важное значение имеют и особенности восприимчивого макроорганизма.

Возраст является одним из решающих факторов, влияющих на проявление заболевания. Для большинства вирусных инфекций основными группами риска принято считать детей младшего возраста и пожилых людей. Вместе с тем, такие вирусные инфекции как корь и ветряная оспа значительно легче протекают у детей, чем у взрослых.

Практически все вирусные инфекции тяжелее протекают у ослабленных лиц на фоне дефицита питания, что связано с общими нарушениями гомеостаза организма.

У лиц, страдающих нарушениями клеточных иммунных реакций, многие вирусные инфекции переходят в вялотекущие, хронические формы либо протекают в более тяжелых, а иногда и атипичных формах. Это связано с нарушениями цитотоксических иммунных механизмов, направленных на прерывание репродуктивного цикла и удаления возбудителя из организма.

Не последнее место занимают и наследственные факторы. Существует наследственная невосприимчивость к некоторым вирусным заболеваниям. Однако и наследственная предрасположенность играет важную роль в развитии вирусной инфекции. Так, например, установлено, что люди с клетками, несущими HLA-В35 (человеческий лейкоцитарный антиген), составляют группу риска быстрого формирования СПИДа по сравнению с лицами, несущими HLA-В8 и HLA-DR3. Кроме того, лица с клетками, несущими HLA- DR2, составляют группу риска быстрого развития оппортунистических инфекций.

В основе патогенеза вирусных инфекций лежит взаимодействие генома вируса с генетическим аппаратом чувствительной клетки. Патогенез вирусных инфекций сопровождается виремией – циркуляцией возбудителя в крови, в которую он попадает прямым путем или из лимфатической системы. Исключение составляют вирусы, распространяющиеся по нервной ткани. Большая группа вирусов способна к поражению иммунокомпетентных клеток, проявляющемуся в нарушении функций и уменьшении числа Т-хелперов, увеличении содержания и активации Т-супрессоров и В-лимфоцитов.

Отличаясь незначительными особенностями, все вирусные инфекции проходят основные этапы патогенеза.

Основными входными воротами для возбудителей вирусных инфекций человека являются дыхательные пути и ЖКТ, реже – кожные покровы и слизистые. Чаще всего в месте проникновения не возникает каких-либо морфо-физиологических изменений или они носят стертый характер. Но в некоторых случаях развиваются локальные поражения. Независимо от этого вирус мигрирует к чувствительным тканям по системе кровотока. В зависимости от масштабов распространения в организме вирусные инфекции могут носить локальныйили системныйхарактер.

Локальные поражения типичны для возбудителей респираторных, кишечных и некоторых кожных вирусных заболеваний. Но даже при этом первичная репликация часто сопровождается виремией, протекающей бессимптомно, или по типу продромальных явлений, или на фоне выраженной клинической картины. Характерно, что в этот период циркулирующие в крови антитела не вызывают протективного эффекта, поэтому возможно повторное заражение.

Системные поражения наблюдаются в случаях постепенной фиксации возбудителя в чувствительных тканях. И в этом случае клинической фазе предшествует продромальный период виремии. Однако при системных поражениях виремия носит двухэтапный характер. Первый этап заканчивается поглощением циркулирующих вирусов клетками РЭС. В дальнейшем возможна либо полная элиминация возбудителя, либо размножение вирусов в фагоцитирующих клетках с последующим их выходом в кровоток и развитием выраженной вторичной виремии с характерной клиникой, либо свободная циркуляция в кровотоке ввиду слабого поглощения вирусов фагоцитирующими клетками.

Патологические процессы, происходящие в пораженных вирусами клетках, могут проявляться широким разнообразием морфологических изменений в них.

При вирусных инфекциях в первую очередь проявляются признаки поражения клеток и воспалительные изменения в тканях. Степень их проявления различна при разных инфекциях. Характерно, что если при бактериальных инфекциях в очагах воспаления доминируют полиморфноядерные лейкоциты, то при вирусных поражениях среди клеточных элементов воспаления преобладают мононуклеарные клетки – лимфоциты и моноциты.

Ввиду поражения цитоскелета изменяется гистологически нормальная форма клеток. Структурные изменения ядра проявляются кариопикнозом (сморщиванием ядра), краевым расположением или распылением глыбок хроматина. Изменения в структуре цитоплазматической мембраны связано с замещением собственных гликопротеинов вирусиндуцированными белками. Чаще всего такие явления проявляются образованием симпластов или синцитиев. Симпластыпредставлены гигантскими многоядерными клетками, образующимися в результате модификации ЦПМ лизосомальными ферментами. Синцитии наблюдаются реже и представляют собой большие конгломераты цитоплазмы с сотнями и тысячами ядер слившихся в единое клеток.

Различные методы микроскопии, являющиеся важными методами диагностики вирусных инфекций, позволяют выявить в пораженных клетках специфические тельца включений. Они значительно крупнее отдельных вирионов и способны удерживать кислые красители. Это характерный, но не абсолютный признак вирусного поражения. Такие морфологически выделенные новообразования в клетках представляют собой в одних случаях – места сборки дочерних популяций, в других – депо побочных продуктов.

Гибель зараженной вирусом клетки может происходить по нескольким причинам, но в основе цитопатического действия лежит индукция вирусспецифических белков с одновременным ингибированием метаболизма клетки. В то же время, в клетке накапливаются вирусные компоненты, оказывающие токсическое и повреждающее действие на клеточные структуры, происходит повреждение мембран лизосом, содержимое которых высвобождается и приводит к автолизу клетки. Таким образом, гибель клетки наступает в результате сочетания раннего подавления синтеза клеточных компонентов, накопления цитотоксических вирусных продуктов и повреждения лизосом.