Понятие о ВИЧ-инфекции. Профилактика СПИДа
Контрольная работа
по возрастной анатомии, физиологии и гигиене:
« Понятие о ВИЧ-инфекции. Профилактика СПИДа»
План
- Введение
2. Вич-инфекция
- История открытия ВИЧ-инфекции
- Статистика
- Строение и жизненный цикл вируса СПИДа
- Этапы заражения клетки вирусом
- Передача ВИЧ-инфекции
- Профилактика и лечение
- Заключение
Введение
Еще каких-нибудь два десятка лет назад человечество пребывало в уверенности, что инфекционные болезни больше не представляют опасности для цивилизованного мира. Однако с появлением в начале 80-х годов синдрома приобретенного иммунного дефицита (СПИДа) эта уверенность существенно поколебалась. СПИД не является редким заболеванием, от которого могут случайно могут пострадать немногие люди. Ведущие специалисты определяют в настоящее время СПИД как “глобальный кризис здоровья”, как первую действительно всеземную и беспрецедентную эпидемию инфекционного заболевания, которое до сих пор по прошествии первой декады эпидемии не контролируется медициной и от него умирает каждый заразившейся человек.
СПИД к 1991 году был зарегистрирован во всех странах мира, кроме Албании. В самой развитой стране мира - Соединенных Штатах уже в то время один их каждых 100-200 человек инфицирован, каждые 13 секунд заражается еще один житель США, и к концу 1991 года СПИД в этой стране вышел на треть место по смертности, обогнав раковые заболевания. Пока что СПИД вынуждает признать себя болезнью со смертельным исходом в 100% случаев.
Первые заболевшие СПИДом люди выявлены в 1981 году. В течение прошедшей первой декады распространение вирус-возбудителя шло преимущественно среди определенных групп населения, которые называли группами риска. Это наркоманы, проститутки, гомосексуалисты, больные врожденной гемофилии (так как жизнь последних зависит от систематического введения препаратов из донорской крови).
Однако к концу первой декады эпидемии в ВОЗ (Всемирная Организация здравоохранения) накопился материал, свидетельствующий о том, что СПИД вышел за пределы названных групп риска. Он вышел в основную популяцию населения.
С 1992 года началась вторая декада пандемии. Ожидают, что она будет существенно тяжелее, чем первая. В Африке, например, в ближайшие 7-10 лет 25% сельскохозяйственных ферм останутся без рабочей силы по причине вымирания от одного только СПИДа.
СПИД - разрушительная болезнь, вызываемая инфекционным агентом, относящимся к группе ретровирусов. Пугающе загадочная эпидемия только начиналась, но наука мгновенно отозвалась на нее. За два года, с 1982 по 1984 г., была выяснена общая картина болезни. Выделен возбудитель - вирус иммунодефицита человека (ВИЧ), разработан метод анализа крови, выявляющий наличие инфекции, установлены специфические мишени вируса в организме.
Загадок, связанных с
этим заболеванием очень много. Прежде всего - неожиданность появления
и быстрота распространения ВИЧ. До сих
пор
не решен вопрос о причинах его возникновения.
До сих пор неизвестна средняя и
максимальная продолжительность его скрытого
периода. Установлено, что имеется несколько
разновидностей возбудителя СПИДа. Изменчивость
его уникальна, поэтому есть все основания
ожидать, что обнаружатся очередные варианты
возбудителя в разных регионах мира, а
это может резко осложнить
диагностику. Еще загадки,: какова связь
СПИДа у человека со СПИД-подобными заболеваниями
у животных (обезьян, кошек, овец, крупного
рогатого скота) и какова возможность
встраивания генов возбудителя СПИДа
в наследственный аппарат зародышевых
клеток? Далее. Правомерно ли само название?
СПИД расшифровывается как синдром приобретенного
иммунодефицита. Иными словами, главный
признак болезни - поражение иммунной
системы. Но с каждым годом накапливается
все больше данных, доказывающих, что возбудитель
СПИДа поражает не только иммунную, но
и нервную систему. С совершенно непредвиденными
трудностями сталкиваются при разработке
вакцины против вируса СПИДа. ………………………………
К особенностям СПИДа
относится то, что это, по-видимому,
первый в истории
медицины приобретенный иммунодефицит,
связанный с конкретным возбудителем
и
характеризующийся эпидемическим распространением.
Вторая его особенность - почти "прицельное"
поражение Т-хелперов. Третья особенность
- это первое эпидемическое заболевание
человека, вызванное ретро вирусами. В-четвертых,
СПИД по клиническим и лабораторным особенностям
не похож ни на какие другие приобретенные
иммунодефициты.
История открытия ВИЧ-инфекции
Зимой
1980-81 года в госпиталь Нью-Йоркского
университета поступили несколько
человек с незнакомой для врачей формой
саркомы Капоши. На коже нижних конечностей
появляются узелки коричневато-красного
или голубовато-красного цвета. Иногда
они изъязвляются и омертвляют, но, обычно
не поражают внутренние органы, и не считаются
злокачественными опухолями (у большинства
больных саркома Капоши длится около 8
лет и хорошо поддается химиотерапевтическому
лечению). В США и странах Западной Европы
саркома Капоши наблюдается чрезвычайно
редко: 1-2 случая на 10 миллионов населения,
причем, как правило, только у мужчин старше
60 лет. Мужчины же поступившие в Нью-Йоркский
госпиталь были в возрасте 30 лет. Все они
оказались гомосексуалистами. Саркома
Капоши протекала у них злокачественно
и большая часть из них погибла в течение
20 месяцев. Весной 1981 года врачи Лос-Анджелеса
обнаружили еще одну категорию больных
- со злокачественной формой пневмоцистной
пневмонии. Это заболевание вызывается
простейшим Pneumocystis carinii и встречается
крайне редко у лиц с подавленной функцией
иммунной системы - например, подвергшихся
интенсивной иммунодепрессивной терапии
после трансплантации органов. Пневмоцистная
пневмония была зарегистрирована у молодых
людей, которые тоже оказались гомосексуалистами.
. Летом 1981 года в США насчитывалось
уже 116 подобных случаев...
Хотя клиническая картина указывала на
известный уже к тому времени синдром
иммунодефицита, причина и пути заболевания
оставались неясными. Неожиданное появление
болезни, молниеносное распространение,
странная связь со злокачественными опухолями,
пневмоцистной пневмонией, гемофилией,
гомосексуализмом, венерическими болезнями,
необычайно длительный скрытый период
и отсутствие эффективных средств лечения
- все это вызвало шок у врачей и ученых.
Вирус, известный ныне как возбудитель
СПИДа, был открыт только в 1983 году, и его
называли по-разному. Группа ученых Национального
института рака в США, руководимых известным
иммунологом и вирусологом Робертом Галло,
открыла возбудителя Т-клеточного лейкоза,
заболевания, зарегистрированного в конце
70-х годов в странах Карибского бассейна
и в Южной Японии. Лейкоз протекал очень
тяжело: больные погибали за 3-4 месяца.
Успеху Галло способствовало то, что в
середине 70-х годов он обнаружил фактор
роста Т-клеток, который сейчас называют
интерлейкином-2. Это позволило культивировать
Т-лимфоциты в пробирке. Возбудителем
острого Т-клеточного лейкоза у человека
оказался ретровирус. Галло назвал "свой"
агент вирусом Т-клеточной лейкемии человека
- HTLV-1. И предположил, что он возник в Африке,
где им заразились приматы Старого Света,
да и человек тоже, что в Америку и страны
Карибского бассейна вирус проник благодаря
работорговле. Выяснилось, что у многих
видов африканских обезьян в крови содержатся
антитела к HTLV-1. Некоторые разновидности
вируса, особенно выделенные у зеленых
мартышек и шимпанзе, имели много сходного
с HTLV-1. В дальнейшем оказалось, что HTLV-1
передается при переливании крови. Выделен
еще один вирус этой группы, вызывающий
редкое заболевание крови, - HTLV-2. Как раз
в это время в США началась эпидемия СПИДа,
одним из путей передачи, которого также
было переливание крови. Поэтому Галло
предположил, что HTLV-1 - возбудитель СПИДа.
И действительно у некоторых больных удалось
выделить антитела к HTLV-1, а у части удалось
выделить и сам вирус. Однако Галло ошибся.
Группа ученых Пастеровского института
в Париже под руководством Люка Монтанье,
оснащенная значительно хуже группы Галло,
была создана с целью изучить возможную
связь ретровирусов с опухолевыми заболеваниями
иммунной системы, выражающимися в увеличении
лимфатических узлов (лимфаденопатии).
Для выявления искомых вирусов французские
ученые использовали открытый группой
Галло интерлейкин-2. При исследовании
одного пациента, болевшего лимфаденопатией
в течение нескольких лет, был выделен
вирус, идентифицированный как ретровирус.
По своим свойствам он был похож на HTLV-1,
но имел некоторые особенности. Затем
аналогичный вирус выделили от больных
СПИДом. В 1983 году журнал "Сайенс"
напечатал статью французских ученых.
Они сообщали о наличии у 2 из 33 больных
СПИДом ретровируса, который, в отличие
от HTLV-1, не обладал способностью влиять
на злокачественное перерождение Т-лимфоцитов.
Авторы дали ему название LAV (вирус, ассоциированный
с лимфоаденопатией). Он вызывает не размножение,
а, наоборот, гибель Т-лимфоцитов. Между
обеими группами ученых начался интенсивный
обмен идеями, биологическими материалами.
Группа Галло, пользуясь разработанными
ею методами, выделила от больных СПИДом
новый ретровирус, названный HTLV-3. Удалось
получить особую линию Т-лимфоцитов, в
которой вирус интенсивно размножался,
но Т-клетки не погибали. В начале 1984 года
американцы сообщили об открытом ими вирусе
в печати. И тогда же установили, что HTLV-3
и LAV идентичны. Поэтому вирус стали обозначать
как HTLV-3/LAV. В 1986 году Комитет по таксономии
и номенклатуре вирусов предложил дать
возбудителю СПИДа новое название - HIV/ВИЧ
(вирус иммунодефицита человека). Итак,
возбудитель СПИДа был открыт через два
года после опубликования первых статей
о новом заболевании, а метод его диагностики
разработан менее чем через 2.5 года после
первых публикаций. Это привело к тому,
что на первой Международной конференции
по СПИДу, состоявшейся в апреле 1985 года
в Атланте господствовала атмосфера оптимизма.
Однако новые тревоги возникли при изучении
уникальных особенностей возбудителя.……………………………………….
Статистика
По данным ВОЗ на конец
1994 года в мире зарегистрировано 17 миллионов
ВИЧ-инфицированных. Причем 66% из них
находится в Африке на территориях
южнее Сахары (11.2 миллиона человек). В Южной
и Юго-Восточной Азии насчитывается около
3 миллионов носителей вируса СПИД. Во
всей Австралазии зарегистрировано только
около 12.000 зараженных. В 15 странах (все
они расположены на территориях южнее
Сахары) количество ВИЧ-инфицированных
составляет в районе 500 человек на 10.000
населения. В 50 странах этот показатель
колеблется в районе 5 человек на 10.000 населения.
В остальных странах он ниже. Таким образом,
наблюдается очень неравномерное распространение
вируса СПИД, но все же заболевание имеет
масштабы пандемии. Различается и частота
выявления вируса среди разных слоев населения.
Среди мужчин-гомосексуалистов она составляет
60-90%, а среди наркоманов, употребляющих
наркотики внутривенно - 13-20%. Хотя в последнее
время начинает наблюдаться обратная
картина. ………………………………….
. Первая волна эпидемии распространялась
среди мужчин-гомосексуалистов, а нынешняя
- среди наркоманов, применяющих внутривенные
инъекции, что позволит эпидемии в большей
мере захватить и гетеросексуальную часть
населения. Переход эпидемии на гетеросексуальную
часть населения будет происходить благодаря
бисексуальным мужчинам, наркоманам и
проституткам. Сегодня процент женщин
среди заболевших СПИДом составляет около
5-10%, среди которых 50% заболевших - инъекционные
наркоманы, 29% заразились при гетеросексуальных
половых контактах. Правда, изучение гетеросексуального
пути распространения выявило различия
в эффективности передачи вируса - она
максимальна среди женщин, партнеры которых
больны СПИДом, а для передачи от больной
женщины к ее партнерам составляет 65%.
Накоплены также убедительные данные
о том, что в Африке ВИЧ распространяется
в основном благодаря гетеросексуальным
половым контактам, причем соотношение
между числом заболевших мужчин и женщин
составляет примерно 1:1. Помимо половых
контактов важную роль играют переливания
зараженной крови, и, возможно, иглы для
лечебных манипуляций, а также вертикальный
путь передачи. Сейчас установлено, что
первые случаи СПИДа имели место в Африке
еще в конце 70-х годов. Эпидемиологические
данные для ряда африканских стран показали,
что в определенных группах процент зараженных
очень высок: 80-90% проституток, 30% их клиентов,
30% больных посещающих венерологические
отделения, 10% доноров крови, 10% женщин,
посещавших клиники пренатального профиля.
И хотя высокий уровень инфицированности
был вначале характерен только для районов
Центральной Африки, вирус и вызываемая
им болезнь распространились оттуда почти
по всему континенту.
Точные цифры числа заболевших и инфицированных в мире неизвестны. Это обусловлено несколькими причинами. Во-первых, сама статистика несовершенна - ВОЗ регистрирует только больных с выраженной картиной заболевания и не учитывает лиц с пре-СПИДом и вирусоносителей. Во-вторых, некоторые страны дают неполные данные потому, что у них тестированию на ВИЧ подвергается незначительная часть людей, относящихся к категории высокого риска. Это в основном страны Африки и Азии, где отсутствие средств для постановки соответствующих исследований препятствует полноценному выявлению инфицированных, прежде всего доноров крови. Третья причина состоит в том, что правительства ряда стран опасаются публикации этих сведений, чтобы они не навредили иностранному туризму, который является там одним из главных источников национального дохода.………
Строение и жизненный цикл вируса СПИД
Инфекция вирусом
Здесь имеет смысл дать краткое описание той системы организма, которую он выводит из строя, то есть системы иммунитета. Она обеспечивает в нашем теле постоянство состава белков и осуществляет борьбу с инфекцией и злокачественно перерождающимися клетками организма.
Как и всякая
другая система, иммунная
Макрофаги имеют многообразные функции, они, например, поглощают бактерии, вирусы и разрушенные клетки. В-лимфоциты вырабатывают иммуноглобулины - специфические антитела против бактериальных, вирусных и любых других антигенов чужеродных высокомолекулярных соединениях. Макрофаги и В-лимфоциты обеспечивают гуморальный иммунитет.
Так называемые клеточный иммунитет обеспечивают Т-лимфоциты. Их разновидность - Т-киллеры способны разрушать клетки, против которых вырабатывались антитела, либо убивать чужеродные клетки.
Сложные и многообразные реакции иммунитета регулируются за счет еще двух разновидностей Т-лимфоцитов: Т-хелперов (помощников), обозначаемых также Т4, и Т-супрессоров (угнетателей), иначе обозначаемых как Т8. Первые стимулируют реакции клеточного иммунитета, вторые угнетают их. В итоге обеспечивается нейтрализация и удаление чужеродных белков антителами, разрушение проникших в организм бактерий и вирусов, а также злокачественных переродившихся клеток организма, иначе говоря, происходит гармоническое развитие иммунитета.
В общих чертах жизненный цикл ВИЧ, такой же, как у других вирусов этой группы. Ретровирусы получили свое название в связи с тем, что в их развитии имеется этап, на котором перенос информации происходит в направлении обратном тому, которое считается обычным, нормальным. Генетическим материалом клеток является ДНК. В ходе экспрессии генов сначала происходит транскрипция ДНК: образуется копирующая ее мРНК, которая затем служит матрицей для синтеза белков. Генетическим материалом ретровирусов служит РНК, и, чтобы произошла экспрессия генов, должна появиться ДНК-копия вирусной РНК. Эта ДНК обычным путем обеспечивает синтез вирусных белков.
Жизненный цикл ВИЧ начинается с того, что вирусная частица присоединяется снаружи к клетке и вводит внутрь нее свою сердцевину. Сердцевина вириона содержит две идентичные цепи РНК, а так же структурные белки и ферменты, нужные на последующих стадиях жизненного цикла. Фермент обратная транскриптаза, имеющая несколько ферментативных активностей, осуществляет этапы переноса генетической информации вируса - синтез ДНК. На первом этапе она синтезирует одноцепочную ДНК по РНК, затем расщепляя последнюю. Потом синтезируется вторая цепь, используя первую в качестве матрицы.
Генетическая информация
вируса, теперь уже в форме двухцепочной
ДНК, проникает в клеточное ядро.
С помощью интегразной
Вторая часть жизненного цикла ВИЧ - производство новых вирионов - совершается спорадически и только в некоторых зараженных клетках. Она начинается, когда т.н. длинные концевые повторы (ДКП); это особые нуклеотидные последовательности на концах вирусного генома инициируют транскрипцию вирусных генов; при этом ферменты, принадлежащие клетке-хозяину синтезируют РНК - копии провируса.
Каждая вирусная частица собирается из множества копий двух различных белковых молекул, соотношение которых составляет примерно 20:1. Структура вириона довольно проста и состоит из двух оболочек: внешней - сферической, и внутренней - пулевидной. Последняя содержит в себе две цепи РНК и ферменты: обратную транскриптазу, протеиназу и интегразу. На внешней оболочке содержатся белки, молекулы, которого выступают из мембраны наподобие шипов. Каждый шип образован двумя или тремя идентичными субъединицами, которые в свою очередь состоят из двух связанных компонентов, представляющих собой гликопротеины. Один компонент, обозначаемый gp120 (гликопротеин с молекулярной массой 120000), выступает над поверхностью клетки, а другой - gp41 - наподобие стержня погружен в мембрану. Эти гликопротеинные комплексы определяют способность ВИЧ заражать новые клетки.
Хитроумно организованные генетические регуляторы определяют, начнется ли цикл репликации вируса, и какова будет интенсивность размножения. Помимо трех генов для белков сердцевины и оболочки в геноме ВИЧ имеется по меньшей мере шесть генов. Некоторые из них, а возможно и все, регулируют производство вирусных белков: один ген обеспечивает ускорение синтеза белков в целом, другой только определенных белков, а третий - подавление синтеза белков. Поскольку регуляторные гены сами кодируют белки, каждый из них влияет не только на структурные гены, но и на регуляторные гены, в том числе и на самого себя.
Регуляторный ген tat ответственен за вспышку репликации, которая наблюдается, к примеру, в Т-4 клетках, когда они активируются при встрече с антигеном (чужеродной молекулой, вызывающей иммунный ответ). Ген tat необычен как по структуре, так и по своему действию. Он состоит из двух нуклеотидных последовательностей, расположенных довольно далеко друг от друга. В результате его транскрипции образуется РНК (первичный транскрипт), которая должна подвергнуться сплайсингу (промежуточный сегмент вырезается и кодирующие последовательности соединяются), чтобы она превратилась в мРНК и по ней синтезировался белок. Влияние белка - продукта гена tat очень велико: он может повысить уровень экспрессии вирусных генов в 1000 раз по сравнению с тем, что наблюдается у мутантов ВИЧ без этого гена. Стимулирующий эффект распространяется на все вирусные белки - как на структурные компоненту вирионов, так и на регуляторные белки, включая белок кодируемый самим геном tat. Благодаря такой положительной обратной связи, как только механизм с участием гена tat активировался, очень быстро образуется огромное количество вирусных частиц.
В то время как ген tat усиливает синтез всех вирусных белков без разбора, второй регуляторный ген - rev (регулятор экспрессии белков вириона) обладает избирательным действием, благодаря которому производятся либо регуляторные белки, либо компоненты вириона. Белок - продукт гена rev, как и в случае гена tat, кодируется разобщенными нуклеотидными последовательностями, которые соединяются в результате сплайсинга РНК. В регуляции этим белком участвуют еще две последовательности. Одна из них действует как репрессор: препятствует трансляции транскриптов, которые ее содержат. Другая последовательность взаимодействует с белком rev и снимает эффект первой последовательности.
Последовательность - репрессор, называемая CRS (от англ. cis-acting repression sequence), имеется в мРНК, по которым синтезируются белки, формирующие вирионы - сердцевинные белки, ферменты репликации и белок оболочки; мРНК регуляторных белков - продуктов генов tat и самого rev - не содержат CRS. В отсутствие белка - продукта гена rev - последовательность CRS не дает накапливаться длинным мРНК, по которым синтезируются белки для вирионов. Напротив, короткие мРНК, кодирующие регуляторные белки не имеющие CRS, стабильны и транслируются.
В присутствии белка - продукта гена rev происходит “переключение”. Этот белок действует на последовательность CAR (от англ. cis-acting rev-responsive sequence), которая тоже содержится в длинных мРНК. При этом нейтрализуется CRS и начинают накапливаться полноразмерные мРНК, и вместо регуляторных белков синтезируются белки, из которых собираются новые вирионы. Таким образом, механизм с участием гена rev может определять переход от скрытой инфекции к активному размножению вируса.
Однако в ходе репликации взаимодействие между механизмами rev и tat может сдерживать размножение вируса, нейтрализуя друг друга. Продукт гена tat усиливает синтез самого себя и белка гена rev, тогда как продукт гена rev замедляет собственный синтез и синтез белка кодируемого геном tat. В результате устанавливается своего рода гомеостаз, характеризующийся постоянными уровнями белков, кодируемых генами tat и rev, и умеренным производством вирусных частиц. Ограниченная репликация позволяет вирусу воспроизводиться годами, не убивая зараженные клетки, поэтому такой тип генетической регуляции может быть адаптивным признаком ретровирусов, хозяевами которых являются виды с долгим временем жизни, такие как человек.
Помимо активатора (tat) и избирательного регулятора (rev) у ВИЧ есть негативный регулятор, который замедляет транскрипцию вирусного генома. Ген негативного регуляторного фактора, обозначаемый nef, возможно, определяет способность ВИЧ прекращать размножение и переходить в состояние покоя.
Последовательность, являющаяся мишенью белка - продукта гена nef, расположена в начале вирусного генома в длинном концевом повторе. Она называется негативным регуляторным элементом (НРЭ). НРЭ подавляет транскрипцию даже сама по себе; если вирусный ДКП, лишенный этой последовательности, ввести в незараженную клетку, он обеспечивает повышенный уровень транскрипции клеточных генов. Продукт гена nef усиливает эффект НРЭ, но каким образом он достигает этого - загадка.
Сложные механизмы регуляции размножения ВИЧ действуют не в изоляции: они тесно связаны с метаболизмом клетки-хозяина. Начать с того, что вирус использует клеточный аппарат для транскрипции своих генов и синтеза белков. В частности, клеточные факторы явно играют роль во вспышке репликации ВИЧ, происходящей при участии гена tat, когда зараженная Т-клетка стимулируется антигеном. Особенности молекулярного “климата” клетки-хозяина также, вероятно, как-то влияют на скорость размножения вируса, которая различна в различных типах клетки.
Возможно, для связи клеточных и вирусных процессов имеет значение связь клеточных белков с LTR в начале вирусного генома. Последовательности в LTR определяют сайт инициации транскрипции вирусных генов - стартовую точку, в которой начинается синтез мРНК. По крайней мере восемь белков, которые в норме участвуют в клеточной транскрипции, связываются с клеточной ДНК в сайте инициации транскрипции или рядом с ним. Они играют определенную роль в процессе транскрипции. Один из белков, который узнает инициаторные последовательности, играет специфическую роль в Т-клетках и других лимфоцитах. Этот белок активируется, когда лимфоцит стимулируется антигенами и начинает размножаться. Считается, что он способствует размножению клетки, усиливая транскрипцию. Как выяснилось, при стимуляции зараженных Т-клеток усиливается связывание этого белка с геномом провируса. Таким образом активация этого белка может быть одним из путей ускорения размножения HIV при стимуляции Т-клетки.
Вероятно, набор клеточных факторов, действующий на вирусный геном, варьирует в зависимости как от условий, так и от типа клетки-хозяина. Некоторые клетки, находясь в состоянии покоя. Могут просто не иметь белков, необходимых для инициализации транскрипции, так что инфекция остается скрытой. В других клетках скорость размножения вируса может быть ограничена из-за низкой концентрации инициаторных факторов или из-за избытка белков, ингибирующих синтез мРНК. Таким образом, клетка-хозяин при помощи собственных факторов транскрипции создает молекулярное окружение, влияющее на регуляторные механизмы ВИЧ.
После того как в результате действия описанных выше механизмов началось производство вирусных частиц, в игру вступает последний ген. Этот ген, названный vif (фактор инфекционности вириона), кодирует небольшой белок, который обнаруживается в цитоплазме зараженных клеток и вокруг них в межклеточной среде, а так же в свободных вирусных частицах. Белок - продукт гена vif каким-то образом усиливает способность отпочковавшегося вириона заражать другие клетки. У штаммов HIV с мутациями, инактивирующими vif, вирионы имеют нормальный вид, содержат полный набор РНК и ферментов, но заражают клетки намного менее эффективно.
Этапы заражения клетки вирусом
Первый шаг любой вирусной инфекции - связывание вирусной частицы с компонентом мембраны заражаемой клетки. Для ВИЧ роль такого рецепторного компонента играет белок, называемый антигеном CD4.(Антиген - это молекулярная структура, которая узнается антителом.) из этого следует, что распределение CD4 в организме должно соответствовать тропизму ВИЧ, т.е. спектру клеток и тканей, поражаемых вирусом. Антиген CD4 встречается главным образом на лимфоцитах, называемых Т-4 хелперами, которые являются важным элементом иммунной системы, а так же на некоторых других клетках.
Как было установлено, связывание происходит, если CD4 взаимодействует с белком оболочки вируса gp120, который распределен на внешней поверхности мембраны. Удалось определить специфические фрагменты молекул CD4 и gp120, участвующие в связывании. Эти результаты открывают возможность двойной борьбы с ВИЧ: препятствовать взаимодействию вируса с клеточным рецептором CD4 можно блокируя сам рецептор или экранируя вирусный белок gp120.
Вследствие поражения клеток крови, несущих антиген CD4, особенно Т-4 лимфоцитов, по его концентрации можно судить о зараженности СПИДом. В клеточных культурах можно так же наблюдать еще один весьма удобный для исследования признак заражения - образование многоядерных синцитиев. Синцитий представляет собой гигантскую клетку, содержащую множество ядер внутри одной мембраны. Он формируется в результате слияния клеток, зараженных ВИЧ, со здоровыми клетками, несущими молекулы рецептора.
Наиболее строгое
Этот эксперимент дал, кроме того, один неожиданный результат, который до сих пор полностью не объяснен. Человеческий ген CD4 был введен в мышиные Т-клетки, которые тем самым приобрели способность производить соответствующий белок. Частицы ВИЧ связывались с этими измененными клетками, однако признаков инфекции не было: не образовывался ни синцитий, ни инфекционные вирусные частицы. Это было удивительно, так как мышиные клетки вообще-то способны поддерживать размножение ВИЧ при некоторых условиях. По всей видимости, мышиные клетки не могут быть заражены частицами ВИЧ даже в присутствии рецепторов ВИЧ. К заражению мышиных клеток оказались также неспособны некоторые родственные вирусы. Эти факты позволяют предполагать, что необходим еще какой-то компонент клеточной поверхности для того, чтобы вирус, прикрепившийся к клеточной мембране смог проникнуть внутрь клетки. Природа такого дополнительного фактора пока не ясна.
Связывание вирусного gp120 с клеточным CD4 - это только первый этап проникновения вируса в клетку. Последующие этапы пока менее понятны. Например, как попадает в клетку вирусный генетический материал? Простейшая и наиболее вероятная возможность состоит в том, что оболочка вириона сливается с клеточной мембраной и содержимое вирусной частицы (включая генетический материал) оказывается внутри клетки. Другой возможный путь - эндоцитоз, т.е. образование небольшого впячивания клеточной мембраны, которое затем отпочковывается внутрь, превращаясь в замкнутый мембранный пузырек. Пузырек полностью окружает вирусную частицу и переносит ее внутрь клетки. Там мембрана, образующая пузырек (теперь он называется эндосомой), закисляется. Это приводит к конформационным изменениям, слиянию ее с вирусной мембраной и освобождению содержимого вирусной частицы во внутриклеточное пространство.
Независимо от того, что на самом деле происходит - прямое слияние или эндоцитоз - вирусная мембрана должна претерпеть слияние с клеточной. Как же это осуществляется? Согласно одной из гипотез, представляющейся вполне правдоподобной, связывание gp120 с CD4 вызывает изменение конформации белка gp120, вследствие чего обнажается часть другого белка оболочки, gp41, в норме скрытого под молекулой gp120. Эта область gp41 гидрофобна и потому должна внедряться в мембрану, а не оставаться снаружи, в водной среде, окружающей клетку. Оказавшись открытой, гидрофобная область gp41 взаимодействует с близлежащей частью клеточной мембраны и индуцирует ее слияние с вирусной мембраной. Пока не ясно, нужен ли для связывания с gp41 еще какой-то рецептор клеточной поверхности, помимо CD4, или же gp41 сам внедряется прямо в клеточную мембрану.
После того, как ВИЧ проник в клеточную среду и его генетический материал интегрировался в клеточный геном, он может оставаться неактивным и никак себя не обнаруживать, а может и проявиться одним из трех способов.
Во-первых, вирусный геном может вызвать персистирующую инфекцию; при этом образуется некоторое количество вирусных частиц, но клеток погибает немного. Во-вторых, инфекция может привести к образованию синцития, который вскоре гибнет. Появление синцитиев - главный результат воздействия ВИЧ на культуру клеток. В организме зараженного человека синцитии иногда можно наблюдать на поздних стадиях инфекции, особенно в мозге. Неясно, однако, играют ли они какую-то роль в раннем патогенезе СПИДа.
Третий вероятный результат заражения ВИЧ - быстрая гибель клеток без образования синцитиев. Каким образом ВИЧ убивает клетки пока не ясно. Возможно, какие-то из продуктов, кодируемых генами ВИЧ, обладают прямым токсическим действием. Возможно, также разрушение клеточной мембранной системы из-за того, что внедрившийся в нее gp120, синтезированный в результате инфекции, взаимодействует с имеющимся в мембране CD4. Судьба зараженной клетки зависит и от иммунного ответа, поскольку иммунная система способна узнавать вирусные белки на поверхности зараженных клеток и убивать эти клетки.
