Общая характеристика ортомиксовирусов

Вирусы имеют особое сродство к мукополисахаридам и гликопротеидам (в частности, с клеточными рецепторами, содержащими сиаловую кислоту). Кроме того, имеют сходные биологические свойства, а именно: способность агглютинировать эритроциты, наличие у некоторых представителей нейраминидазы, легкость культивирования в КЭ и тропизм к органам дыхания. Вирусы имеют принципиальные различия по внутриклеточной локализации АГ, по чувствительности и препаратам, затрагивающим синтез белков и нуклеиновых кислот и по генетическим свойствам. С 1980 г. принята следующая номенклатура субъединиц вирусов гриппа рода А, включающая вирусы человека, лошади, свиньи, кур, уток, индюков и некоторых видов птиц (табл. 8.1).

Таблица 8.1 Номенклатура субъединиц вирусов гриппа рода А

Согласно Международной номенклатуре, любой штамм вируса гриппа рода А обозначается по следующей схеме: род/источник изоляции/место изоляции/ собственный номер изолята/год изоляции/формула вида — серотипы ГА и нейраминида-зы. Для штаммов, изолированных от человека, источник изоляции не пишется; для всех других штаммов год изоляции обозначается двумя последними цифрами. Семейство ортомиксовирусов (от греч. orthos — правильный, прямой и туха — слизь) включает три рода: вирусы гриппа А и В, вирусы гриппа С и Тоготоподобные вирусы.

Типичным представителем рода вирусов гриппа А и В является вирус гриппа A/PR/8/34(HlNI). Вирионы представляют собой частицы плеоморфной, чаще округлой формы, диаметром 80—120 нм. Они состоят из фрагментированного нуклеокап-сида спиральной симметрии диаметром 9—15 нм и липопротеидной оболочки, на поверхности которой имеются выступы длиной 10,0—13,5 нм. Иногда обнаруживают филаментозные частицы длиной до 4 мкм. Мол. м. вирионов 250 МД, плавучая плотность в сахарозе 1,19 г/см3, коэффициент седиментации нефиламентозных вирионов 700—800S. Вирусы чувствительны к жирорастворителям, детергентам, формальдегиду, Р-пропиолактону, быстро инактивируется при прогревании (56 °С), ультрафиолетовом облучении и рН среды ниже 5.

Исследования и идентификация вирусов гриппа относятся к началу 30-х годов. В 1933 г. Smith, Andrewes и Laidiaw впервые выделили вирусы гриппа у хорьков. Позднее после выявления гемагглютинирующих свойств вирусов гриппа была выявлена их способность размножаться на куриных эмбрионах. В этот же период в Ленинграде А. А. Смородинцевым с сотрудниками успешно проводились работы по изоляции вирусов гриппа. Одновременно предпринимались попытки создания противогриппозных вакцин.

После накопления данных о строении вирусов, структуры их геномов и механизмах репликации в начале 70-х годов, эта группа вирусов была разделена на два семейства: парамиксовирусы и ортомиксовирусы (табл. 8.2).

Таблица 8.2 Классификация и свойства ортомиксо - и парамиксовирусов

Вирусы гриппа содержат сегментированный геном отрицательной полярности. В пределах семейства ортом иксов и русо в основными представителями являются вирусы трех типов: А, В и С. Классификация подтипов основана на антигенных различиях двух типов гликопротеинов: гемагглютинина (НА) и нейраминидазы (N.) Различается 15 подтипов гемагглютинина (НА) и 9 подтипов нейраминидазы (N). Все подтипы вирусов гриппа (НА1 — НА! 5 и N1—N9) выделены от водоплавающих птиц. Однако в популяции человека выявлены вирусы только трех подтипов гемагглютинина (НА-1, НА-2 и НА-3), содержащие только два типа нейраминидазы N1 и N2. Доказана циркуляция этих вирусов в течение всего прошлого столетия, начиная с пандемии 1918 г.

Структура генома и функции генов у вирусов гриппа типа А изучены достаточно подробно. В табл. 8.3 представлены данные о функциональной роли белков — продуктов экспрессии генома вирусов гриппа типа А.

Таблица 8.3 Роль белков — продуктов экспрессии генома вируса гриппа типа А

Геном вируса гриппа состоит из 8 фрагментов (-) РНК, фланкированных обращенными короткими повторами, образующими двуспиральную « ш п и л ь ку «. Эти «шпильки» имеют невысокую энергию реассоциации и обогащены аденином и ури-дином. Центральный участок шпильки выполняет функции промотора. Большинство фрагментов генома полностью соответствует правилу колинеарности: один ген — один белок. Это относится к фрагментам 1,Ш, IV, Vh VI. Фрагменты VII и VIII кодируют две рамки считывания, транскрипты которых подвергаются сплайсингу. В результате сплайсинга образуется 2 мРНК, кодирующие белки Ml и М2. Транскрипция фрагмента VIII и сплайсинга также приводят к образованию двух мРНК, кодирующих белки NS1 и NS2. Белок NS2 после установления его функций в контроле ядер-ноцитоплазматического транспорта вирусспецифических мРНК был переименован в NEP (nuclear exporting protein).

Фрагмент II до недавнего времени относился к фрагментам вирусного генома, кодирующего один белок РВЗ. Однако в 2001 г. при исследовании иммунного ответа на отдельные эпитопы белка РВ1 была выявлена новая рамка считывания PBI-F2 (или ORF-2 PB1). Данный фрагмент имеет дополнительную короткую рамку считывания, кодирующую белок длиной 83 аминокислотных остатка. Данный белок имеет выраженный амфифильный характер и в инфицированных клетках транслоцируется в митохондрии. В митохондриях этот протеин вызывает образование пор, нарушающих транслокацию одновалентных катионов и ионов Н, что приводит к деполяризации внутренних мембран митохондрий. Деполяризация внутренних мембран митохондрий приводит в свою очередь к блокаде транспорта электронов в митохондриальной цепи окислительного фосфорилирования. В этих условиях происходит активный выброс в цитоплазму цитохрома С, что в свою очередь является сигналом к апоптозу. Важным обстоятельством в действии белка РЕЯ — F2 является его высокий уровень экспрессии в макрофагах. Известно, что вирусы гриппа типа А способны инфицировать макрофаги. Однако активная репродукция вируса в макрофагах отсутствует. Несмотря на это, наблюдается активная экспрессия гена РВ1—F2 и накопление этого белка в митохондриях. Поэтому можно предположить, что ген PB1-F2 имеет определенную тканевоспецифическую экспрессию. Выход вирусов гриппа в периферическую кровь при нарушении барьерной функции эпителия верхних дыхательных путей в связи с выявлением нового белка (PBI—F2) может иметь очень серьезные последствия, проявляющиеся в индукции массовой гибели моноцитов и макрофагов, которые выполняют ключевые функции в запуске реакций неспецифического иммунитета и являются основным источником провоспалительных цитокинов.

Представляют интерес следующие гены и кодируемые ими белки вирусов гриппа типа А: гемагглютинин, нейраминидаза, белок М2, белок NSI, белок PBI—F2.

Геном состоит из 8 неодинаковых по размеру (900—2350 нуклеотидов) фрагментов односпиральной минус-РНК, суммарная длина которых составляет около 14 тыс. нуклеотидов (4,5 МД). Каждый фрагмент РНК вируса гриппа А содержит одинаковую последовательность из 13 нуклеотидов на 5'-конце и 11 — 12 нуклеотидов на З'-конце (для вируса гриппа В — соответственно 11 и 9 нуклеотидов). Установлена кодирующая функция каждого фрагмента РНК. У вируса гриппа А три больших фрагмента РНК (1-, 2-, 3-й) кодируют белки полимеразного комплекса (PBI, PB2, РА), три промежуточных по размеру фрагмента РНК (4-, 5- и 6-й) кодируют нуклеопротеин и поверхностные гликопротеины и два малых фрагмента РНК (7- и 8-й) — матриксные белки и два неструктурных белка. Кодирующие зоны белков на каждом малом фрагменте РНК частично перекрываются. Вирионная РНКортомиксовирусов не обладает инфекционностью. В вирионах обнаружено семь белков, четыре из которых (РВ1, РВ2, PA, NP) связаны с нуклеокапсидом, а три (НА, NA, Ml) входят в состав липо-протеидной оболочки, причем два из них (НА и NA) являются гликопротеинами. Гликопротеины образуют два вида выступов наружной оболочки вирионов.

Выступы 1-го вида образованы гемагглютинином (НА) с мол. м. 75—80 кД (около 500 а. к.). Каждый выступ состоит из трех молекул НА, которые организованы в палочкообразную структуру. Каждая молекула НА в свою очередь состоит из двух субъединиц (НА 1—330 а. к., НА 2—22 — а. к.), соединенных дисульфидной связью. НА ответственен за адсорбцию и проникновение вирионов в клетку и ГА-активность вируса. AT к НА нейтрализуют инфекционность вируса и подавляют его ГА-активность.

Выступы 2-го типа образованы нейраминидазой (NA) с мол. м. 60—70 кД (450—470 а. к.). Каждый выступ состоит из четырех молекул NA, которые организованы в грибообразную структуру. На поверхности вириона имеется примерно 500 выступов, из которых около 100 образованы нейраминидазой и 400 — ГА. В вирионах содержится 70 % белка, 18—37 липидов, 5 углеводов и 1 % РНК. Углеводы и липиды имеют клеточное происхождение. Белки вирионов NP и Ml вируса гриппа А имеют общие АГ-детерминанты, отличные от таковых вируса гриппа В. Штаммы вируса гриппа А различаются между собой по поверхностным гликопротеинам НА и NA, с которыми связано развитие иммунитета. Все подтипы НА и NA вируса гриппа А обозначают последовательными номерами независимо от происхождения вируса. Установлено 14 АГ подтипов по НА и 9 подтипов по NA (см. табл 8.1). Вирус гриппа В не подразделяют на АГ подтипы.

Вирионы проникают в клетку путем эндоцитоза и сплавления оболочки вириона с мембраной клетки хозяина. Транскрипция происходит в ядрах клеток и осуществляется вирионассоциированной транскриптазой. Каждый фрагмент вирионной РНК транскрибируется независимо, и образуются информационные РНК, которые поли-аденилированы на З'-конце и не содержат последовательности, комплементарной 16 нуклеотидам с 5'-конца каждого фрагмента РНК. На 5'-конце информационных РНК имеется кэп-структура и 8—15 нуклеотидов клеточного происхождения. 5'-кон-цевой фрагмент клеточной РНК с кэп-структурой отщепляется вирусным белком РВ2, обладающим эндонуклеазной активностью, и используется в качестве затравки для синтеза вирусных информационных РНК. Вирионные РНК потомства не кэпированы и не полиаденилированы.

Синтез вирусопецифических белков происходит в цитоплазме клетки. Гликопротеины мигрируют к наружной оболочке и встраиваются в нее. Созревание вирионов происходит почкованием нуклеокапсидов через модифицированные участки клеточной мембраны. Ключевая роль в процессе созревания принадлежит М белку, выстилающему клеточную мембрану с внутренней стороны. В естественных условиях вирус гриппа А поражает человека, свиней, лошадей и птиц, а вирус гриппа В — только человека. Передаются вирусы аэрогенным путем.

Типичный представитель рода вирусов гриппа С — вирус гриппа C/Taylor/1233/47. Форма и размер вирионов аналогичны таковым вируса гриппа А. Геном состоит из семи неодинаковых по размеру (975—2350 нуклеотидов) фрагментов односпиральной минус-РНК с суммарной мол. м. 4-5 МД. Каждый фрагмент РНК содержит одинаковую последовательность из 11 нуклеотидов на 5'-конце и 10 нуклеотидов на З'-конце. Фрагменты 1, 2, 3 кодируют белки полимеразного комплекса; фрагменты 4, 5 и 6 — соответственно гликопротеин оболочки, нуклеопротеин и мембранный белок; фрагмент 7 — 2 неструктурных белка.

В вирионах обнаружено шесть белков, четыре из которых (РВ1,РВ2, РВЗ и NP) связаны с нуклеокапсидом, а два других (НЕЕ и М) входят в состав липопротеидной оболочки. Гликопротеин НЕЕ ответствен за адсорбцию и проникновение вирионов в клетку, ГА - и эстеразную активность. Он состоит из двух субъединиц {НЕЕ1 — 48 кД, НЕЕ2 — 22,5 кД), соединенных дисульфидной связью. Подобно вирусам гриппа А и В для размножения вируса гриппа С необходима функция клетки-хозяина. Созревание вирионов происходит почкованием нуклеокапсидов через клеточную мембрану. Вирус гриппа С обнаружен у человека и свиней.

В состав рода Тоготоподобные вирусы входят вирусы Тогото (прототипный вирус) и Дори, переносимые клещами и иногда поражающие человека. Морфологически они сходны с другими ортомиксовирусами и содержат 6—7 фрагментов односпиральной минус-РНК.