Вірус імунодефіциту людини: будова, властивості. Багато фото

1. Класифікація ВІЛ
2. ВІЛ-1 і ВІЛ-2 - основні види ВІЛ
3. Вірус імунодефіциту людини - 1 (ВІЛ-1)
4. Вірус імунодефіциту-2 (ВІЛ-2)
5. будова ВІЛ
6. Будова нуклеокапсида ВІЛ
7. Будова оболонки ВІЛ
8. геном ВІЛ
9. білки ВІЛ
10. Структурні білки ВІЛ
11. Капсидних білки ВІЛ
12. Суперкапсідние білки
13. неструктурні білки
14. Решта гени ВІЛ
15. Антигенна структура ВІЛ
16. реплікація ВІЛ
17. мутації ВІЛ
18. Стійкість ВІЛ в зовнішньому середовищі

Вірус імунодефіциту людини (ВІЛ, англійською HIV) є причиною ВІЛ-інфекції, яка завжди закінчується розвитком СНІДу - синдрому набутого імунодефіциту людини, при якому розвиваються інфекційні захворювання у важкій формі і неопластичні процеси.

Джерелом вірусів є тільки хвора людина. Його кров, сперма і вагінальний секрет мають в достатній для зараження концентрацію інфекційного матеріалу. Статевий, парентеральний та трансплацентарний є основними шляхами передачі інфекції. Вірус імунодефіциту людини - 1 є найбільш вірулентним. Саме він є причиною епідемій у багатьох країнах світу.

ВІЛ вперше був відкритий в 1983 році в двох незалежних лабораторіях: лабораторії Люка Монтані Інституту Пастера (Франція) і Національному інституті раку в лабораторії Роберта Галло (США).

Мал. 1. Люк Монтаньє (фото зліва) і Роберт Галло (фото праворуч).

Віруси імунодефіциту людини вражають клітини, на поверхні яких є СD4 + рецептори:

• Т-лімфоцити (розпізнають і знищують клітини, що несуть чужорідні антигени),
• тканинні макрофаги і моноцити (захоплюють і перетравлюють бактерії і чужорідні частинки),
• фолікулярні дендритні клітини (стимулюють Т-лімфоцити),
• клітини нейроглії,
• клітини Лангерганса,
• епітеліальні клітини кишечника і шийки матки.

При їх концентрації Т-лімфоцитів нижче 200 в 1 мкл клітинний імунітет перестає захищати організм хворого. Інфіковані клітини гинуть. Розвивається СНІД.

Мал. 2. ВІЛ залишає клітину-мішень. Тепер вона називається вирионом.

Класифікація ВІЛ

Вірус імунодефіциту людини належить до сімейства ретровірусів, роду лентивирусов. Володіє лімфотропної. Розрізняють 2 основних види вірусів імунодефіциту - ВІЛ-1 і ВІЛ-2. Види ВІЛ-3 і ВІЛ-4 є рідкісними різновидами. Їх роль в поширенні інфекції малопомітна.

• Ретровіруси (від латинського retro - зворотний) відносяться до сімейства РНК-вірусів, що заражають хребетних. ВІЛ на відміну від онковирусов призводить інфіковані клітини до загибелі, а не викликає їх проліферативний ріст, як онковіруси. Ретровіруси є причиною розвитку злоякісних процесів у вигляді саркоми і лейкемії у цілого ряду тварин і тільки один вид викликає лімфосаркому у людини.
• Лентивіруси (від латинського lentus - повільний) викликають захворювання з тривалим інкубаційним періодом і повільним, але неухильно прогресуючому плином. Лентивіруси доставляють в клітку господаря значну кількість генетичного матеріалу і мають здатність до реплікації (відновлення) в неделящихся клітинах.

Мал. 3. При виході нового вірусу назовні він називається вирионом. На фото незрілий віріон. Нуклеокапсид не структурований. Зовнішня оболонка широка і пухка.

ВІЛ-1 і ВІЛ-2 - основні види ВІЛ

Віруси імунодефіциту людини відрізняються один від одного генетично і за антигенними характеристиками. Сучасна класифікація виділяє 2 основні види вірусів: вірус імунодефіциту людини - 1 (ВІЛ-1) і вірус імунодефіциту людини - 2 (ВІЛ-2). Однак відомі ще ВІЛ-3 і ВІЛ-4 - рідкісні різновиди з малопомітною роллю в поширенні епідемії. Припускають, що ВІЛ-1 виник в результаті передачі людям вірусу імунодефіциту шимпанзе, а ВІЛ-2 - червоноголових мангобеїв.

Обидва види вірусу при попаданні в організм людини викликають імунодефіцит. Спостерігаються відмінності в клінічному перебігу захворювання.

Мал. 4. Припускають, що ВІЛ-1 виник в результаті передачі людям вірусу імунодефіциту шимпанзе, а ВІЛ-2 - червоноголових мангобеїв.

Вірус імунодефіциту людини - 1 (ВІЛ-1)

ВІЛ-1 вперше описаний в 1983 році. Він є самим патогенним і поширеним серед всіх вірусів ВІЛ. Незначні зміни в геномі цього типу вірусу призводять до появи великої кількості нових штамів, що дозволяє збудника вислизати від імунної системи хворого і купувати лікарську стійкість до противірусних препаратів.

• Саме ВІЛ-1 став винуватцем глобальної епідемії.
• Віруси імунодефіциту людини - 1 підрозділяються на кілька груп: M, N, O і Р, 90% яких становить група М. В свою чергу група М поділяється на 11 підтипів, домінуючих в тих чи інших частинах світу.
• ВІЛ-1 підтип А широко поширений в Росії і Африці. В даний час відбулося змішання штаму А, домінуючого в даний час і штаму АG, занесеного з Середньої Азії. Так з'явився небезпечніший штам ВІЛ-1А63.
• При інфікуванні ВІЛ-1 захворювання частіше переходить в стадію СНІД.
• В стадії СНІД частіше розвивається кандидоз ротової порожнини, саркома Капоші і хронічна лихоманка.

У кожному разі, коли немає вказівок на вид вірусу, мають на увазі вірус імунодефіциту людини-1.

Вірус імунодефіциту-2 (ВІЛ-2)

ВІЛ-2 виник в результаті передачі людям вірусу імунодефіциту від червоноголових мангобеїв. Ідентифіковано в 1986 р Описано 8 груп вірусів, але в епідемічному плані більш небезпечними є тільки групи А і В.

• ВІЛ-2 має меншу вірулентентностью, ніж ВІЛ-1.
• При одночасному попаданні в організм людини ВІЛ-1 і ВІЛ-2, ВІЛ-2 забезпечує, нехай і невелику, захист клітин від інфікування ВІЛ-1.
• Захворювання протікає більш тривало і рідше переходить в стадію СНІД.
• При захворюванні в 1 мкл крові вірусів значно менше, ніж при інфікуванні ВІЛ-1.
• При ВІЛ-2 частіше розвиваються такі інфекції, як хронічна діарея, холангіт, енцефаліт і важкі цитомегаловірусні інфекції .

будова ВІЛ

Мал. 5. Будова ВІЛ.

Вірус, який перебуває поза клітиною, називається вирионом. Віріони є кінцевою фазою розвитку вірусів. Саме на цих представників мікросвіту заснована класифікація і систематизація вірусів.

ВІЛ-1 і ВІЛ-2 мають ядро ​​(пулевідной нуклеокапсид), що складається з РНК і ферментів і оболонку (мембрану або суперкапсид). Зрілі віріони містять до декількох тисяч різного типу білкових молекул, мають сферичну форму діаметром від 100 до 180 нм.

Будова нуклеокапсида ВІЛ

• Усередині ВІЛ розташовуються 2 одноцепочечниє вірусні РНК і 3 ферменту: зворотна транскриптаза (ревертаза), інтеграли і протеаза, міцно пов'язані (упаковані) з капсидних білків р24, р7 і р9.
• Зовні капсида знаходиться 2000 молекул матриксного р17-білка товщиною 5 - 7 нм. Вони розташовується між капсидом вірусу і зовнішньою оболонкою.
• Нуклеокапсідний білок р7 і р9 забезпечує зв'язок з геномної РНК.
• З капсидом ВІЛ-1 пов'язано 200 копій циклофіліном А, який бере участь в складанні віріона.
• Всередині (або за межами?) Капсида віріона знаходиться білок Vhr.

Розшифровка деяких позначень

Геном вірусу являє собою сукупність генів, що містять біологічну інформацію, яка необхідна для побудови і підтримки життєдіяльності мікроорганізму. Геномна нуклеїнова кислота сама по собі не є інфекційним фактором.

Зворотній транскриптаза (ревертаза) - це фермент, який бере участь в синтезі ДНК на матриці РНК. Назва «зворотна» отримала від того, що більшість подібних процесів проходить в іншому напрямку, коли РНК синтезується з матриці ДНК.

Інтеграза - це фермент, що прискорює (каталізує) включення (інтеграцію) ДНК ВІЛ в хромосому хазяїна. ДНК вірусу перед інтеграцією замикаються в кільце.

Протеаза - це фермент, який розщеплює пептидні зв'язки між амінокислотами в білках.

Мал. 6. На електронній мікрофотографії чітко видно нуклеокапсиди вже дозрілих віріонів (фото зліва). На фото «D» видно віруси, захоплені макрофагами.

Будова оболонки ВІЛ

• Оболонки ВІЛ (капсидний і суперкапсідная) захищають генетичний матеріал від хімічних, фізичних і механічних пошкоджень. Зовнішня оболонка допомагає вірусу взаємодіяти з рецепторами клітини-мішені.
• Оболонка утворюється в період брунькування і складається з шару фосфоліпідів, пронизаного 72-я глікопротеїновими комплексами і мембранних клітин господаря.
• Завдяки глікопротеїну оболонки віруси прагнуть тільки до певних клітин господаря, що несуть на своїй поверхні спеціальні рецептори СD4 + - Т-лімфоцитам, моноцитам, тканинним макрофагам, фолікулярним дендритних клітин, нейроглії, клітинам Лангерганса, епітеліальних клітин кишечника і шийки матки, що і визначає розвиток проявів ВІЛ -інфекції.
• При зустрічі з клітинами господаря в їх оболонки вставляються трансмембранні глікопротеїни gp41 і поверхневі глікопротеїни gp120. Віруси, позбавлені цих білків, не здатні проникати в клітини-мішені.

Мал. 7. На фото 3D-модель ВІЛ.

Мал. 8. На фото праворуч ВІЛ в розрізі.

геном ВІЛ

Геном ВІЛ представлений двома ідентичними нитками РНК. Довжина кожної нитки становить близько 10 тис. Нуклеотидів. У геном входять 3 основних структурних і 7 регуляторних і функціональних генів, що кодують 15 різних білків.

• Структурні (капсидних і суперкапсідние) білки ВІЛ кодуються геном Gag.
• Неструктурні білки кодуються геном P o l.
• Гени Tat, Nef, Vif, Rev, Vpu і Vpr кодують білки, що регулюють процеси розмноження і збірки вірусів, пригнічують активність клітинних противірусних систем.

Мал. 9. Нормальний лімфоцит (фото зліва), заражений ВІЛ (фото праворуч). На поверхні зараженої клітини утворюються множинні пухирці.

білки ВІЛ

Як тільки вирион проник всередину клітини господаря (тепер він називається вірусом) за допомогою ферменту зворотної транскриптази відбувається синтез ДНК-копії генома, яка вбудовується в геном клітини господаря. Так утворюється провірус.

Далі за допомогою ферментів на матриці провірусів синтезуються нові молекули РНК вірусу, а також структурні та регуляторні білки, які здійснюють збірку і брунькування вірусів. Усередині вірусу, як і на його поверхні, крім кодованих геномом знаходяться білки, які захоплюються вірусною частинкою з клітин господаря.

Гени Gag, Pol і Env відповідають за синтез основних білків ВІЛ.

Структурні білки ВІЛ

За синтез структурних білків ВІЛ відповідає ген Gag. Структурні білки входять до складу самої вірусної частинки. Вони формують капсид і вірусну оболонку.

Капсидних білки ВІЛ

Капсидних білки утворюють вмістилище (футляр) для нуклеїнової кислоти, входять до складу геномних білків і формують ферменти. Капсидний оболонка збирається не з окремих білків, а з субодиниць. Її збірка запрограмована в РНК.

• Білок р24 утворює оболонку нуклеокапсида.
• Білок р17 утворює матриксного речовина.
• Білок р9 і р7 забезпечує зв'язок з геномної РНК.

Мал. 10. Лімфоцит, уражений ВІЛ. Витягнуті структури на поверхні клітини викликані гиперпродукцией білка Gag. (Фото NIBSC).

Суперкапсідние білки

За синтез оболонкових білків ВІЛ відповідає ген Env. Білки цієї групи входять до складу зовнішньої мембрани віріона, яка складається з шару фосфоліпідів, пронизаного 72-я глікопротеїновими комплексами. Вільна (зовнішня) частина глікопротеїнового комплексу містить аміногрупу ДО-кінець. Занурений в ліпідний шар кінець містить гідроксильну групу С-кінець. Завдяки глікопротеінові комплексам віріони прикріплюються до клітки господаря. Їх називають прикріплювальними білками.

В ході еволюції віруси придбали адресну функцію - пошук потрібних клітин господаря серед безлічі інших клітин, для чого на їх поверхні з'явилися спеціальні білки, що розпізнають чутливі клітини і їх рецептори.

Зовнішня оболонка віріона складається з білкових комплексів (білка gp120 і gp41) і клітин оболонки хазяїна, які захоплюються вірусами під час брунькування.

• Білок gp120 (самий зовнішній) забезпечує зв'язування з клітинами-мішенями.
• Білок gp41 забезпечує проникнення віріонів в клітку.

неструктурні білки

Неструктурні білки кодуються геном Pol. Вони обслуговують процеси репродукції вірусів на різних його етапах. Ген Pol кодує ферменти, що беруть участь в процесі інтеграції генома вірусу в геном клітини господаря і ферменти, що беруть участь в процесі розмноження вірусу.

Найбільш вивчені в даний час наступні неструктурні білки ВІЛ:

• р66 - зворотна транскриптаза (бере участь в синтезі ДНК на матриці РНК);
• р31 - інтеграли (каталізує інтеграцію ДНК вірусу в хромосому хазяїна;
• р10 - протеаза (розщеплює пептидні зв'язки між амінокислотами в великих білкових молекулах).

Решта гени ВІЛ

Такі гени, як Tat, Nef, Vif, Rev, Vpu і Vpr кодують білки, що регулюють процеси розмноження і збірки вірусів, пригнічують активність клітинних противірусних систем.

Мал. 11. На фото зліва зафіксований процес відокремлення віріонів. Нуклеокапсид ще не структура, зовнішня оболонка товща через наявність мембранних білків. На фото праворуч зрілі віріони у позаклітинному просторі (електронна мікрофотографія). Нуклеокапсиди придбали форму усіченого конуса. Оболонка стала тонкою, так як частина білків зовнішньої оболонки загублений.

Антигенна структура ВІЛ

Віруси імунодефіциту людини - 1 підрозділяються на кілька груп: M, N, O і Р, 90% яких становить група М. В свою чергу група М поділяється на 11 підтипів, домінуючих в тих чи інших частинах світу. Вони відрізняються один від одного за амінокислотним складом білків.

До головних антигенів вірусу імунодефіциту людини відносяться:

• групо- і видоспецифічі антигени: білки, складові оболонку нуклеокапсида - р24;
• тіпоспеціфічние антигени: білки, які забезпечують зв'язок з клітинами-мішенями - gр120 і білки, що забезпечують проникнення віріонів в клітини - gр41.

ВІЛ мають високу біологічну активність і частотою генетичних змін (високою мінливістю), які виникають в процесі самовідтворення, що створює великі перешкоди на шляху створення вакцини і ефективних ліків.

реплікація ВІЛ

Реплікація (відтворення) ВІЛ відбувається в клітці господаря поетапно.

1. Зустріч з кліткою. Віріони в організмі людини присутні у всіх біологічних рідинах, але в епідеміологічному плані найбільшу небезпеку становлять кров, вагінальний секрет і сперма, що мають в достатній для зараження концентрацію інфекційного матеріалу.

   Мал. 12. ВІЛ заражають імунну клітину (позначено жовтим).

2. Злиття з кліткою-мішенню. Після здійснення пошуку клітини-мішені віріони за допомогою рецепторів СD4 з'єднуються з мембраною клітини і проникають всередину клітини.
3. Зворотній транскрипція. Усередині клітини РНК вірусу вивільняється з капсида. За участю зворотної транскриптази відбувається синтез ДНК на основі одноцепочечной РНК.
4. Інтеграція ДНК в геном клітини хазяїна. Синтезована ДНК переміщається всередину ядра клітини-мішені, де вона вбудовується в хромосому. Вірусна ДНК, вбудована в хромосому клітини називається провіруси.
5. Синтез білкових молекул. Далі за допомогою ферментів на матриці провірусів синтезуються нові молекули РНК вірусу, а також структурні та регуляторні білки, які здійснюють збірку і брунькування віріонів.
6. Збірка віріонів і отпочковиваніе. Віріони збираються в цитоплазмі клітини і спочатку не є інфекційними, так як сформовані з поліпротеідов-попередників. У міру дозрівання віріона білки-попередники під впливом вірусних протеаз розщеплюються до функціональних компонентів. Дозрілий вирион відгалужується від клітини, захоплюючи частину білків мембрани клітини для побудови своєї зовнішньої оболонки.

   Мал. 13. Віріони збираються під зовнішньою мембраною клітини. Видно незвичайні випинання - місця виходу віріонів.

   

   Мал. 14. На фото показаний процес брунькування ВІЛ (освіта віріонів).

   При виході з клітки віріони захоплюють частину зовнішньої оболонки клітини (видно «ніжка» віріона). У несозревшіх віріонів нуклеокапсид неструктурованих (має вид чорного півкола). Капсид у дозрілого віріона конусоподібної форми.

7. Життя віріона після виходу з інфікованої клітини господаря. Віріон в плазмі крові живе не більше 8 годин. Половина всіх віріонів гине протягом 6 годин. В інших біологічних рідинах тривалість життя віріонів значно коротше. Віруси інфікують CD4 + лімфоцити, моноцити, макрофаги, клітини Лангерганса (шкіра), альвеолярнімакрофаги (легкі), епітеліальні клітини товстого кишечника і нирок, клітини шийки матки, клітини олігодендроглії і астроцити (мозок). Т-лімфоцити є основним резервуаром вірусів імунодефіциту людини.

Мал. 15. На малюнку «b» (фото зліва) незрілі віріони. Нуклеокапсид знаходиться в стадії формування (округлої форми), білки оболонки виступають назовні у вигляді протуберанців. На малюнку «а» (фото праворуч) зрілий віріон. Оболонка нуклеокапсида втратила більшу частину білків і истончилась і ущільнився, а нуклеокапсид придбав форму усіченого конуса, що відрізняє його від безлічі інших вірусів.

Мал. 16. На поверхні зараженої клітини видно множинні бульбашки, між якими з'явилися новостворені віруси. Бульбашки значно більше за розміром і менш щільні, ніж ВІЛ.

мутації ВІЛ

• ВІЛ є патогенним и Поширення среди всех вірусів. Незначні Зміни в его геномі прізводять до з'явиться Великої кількості Нових штамів, что дозволяє Збудник віслізаті від імунної системи хворого и купуваті лікарську стійкість до протівірусніх препаратів. Антигенів мінлівість ВІЛ в рази перевіщує мінлівість вірусів грипу і атипової пневмонії, частота мутацій яких становить 10-5 нуклеотидів в день. Його швидкість транскрипції вище, ніж у інших вірусів і становить близько 20 млн. Вірусних частинок на добу. Все це ускладнює як діагностику, так і пошук методів специфічної профілактики цього грізного захворювання.
• В організмі інфікованого хворого відбувається жорстока боротьба між його імунною системою і ВІЛ. Під впливом імунітету вірус мутує. Але, як встановили вчені, постійні мутації призводять до ослаблення мікроорганізму: знижується його вражаюча здатність, подовжуються терміни розвитку СНІД.

Мал. 17. На фото «В» нормальні віріони: 4 відгалужується (на ніжці) та 1 дозрілий. На фото «С» і «Е» мутував віріони. На фото «С» несозревшіе віріони, причиною чого є мутації ферменту протеази. На фото «Е» дозрілий віріон, але зібрати нормальний капсид він не може.

Стійкість ВІЛ в зовнішньому середовищі

Чутливість вірусу імунодефіциту людини до зовнішніх впливів

• Нагрівання до 56 ° С інактивує вірус протягом 30 хвилин, при кип'ятінні вірус гине миттєво.
• Збудник чутливий до всіх дезінфікуючих засобів: перекису водню, лізол, ефіру, ацетону, гіпохлориту натрію, етилового спирту, хлораміну, хлорного вапна та ін. Інактивація настає протягом 3 - 5 хвилин.
• Загибель вірусу настає при зміні pH середовища - нижче 0,1 і вище 13.
• Згубним є ультрафіолетове і іонізуюче випромінювання.

Стійкість вірусу імунодефіциту людини

• У крові і її компонентах для переливання ВІЛ живуть роки.
• У рідкому середовищі при температурі від 23 до 27 ° С - 25 діб.
• У замороженої сперми - кілька місяців, сироватці крові - до 10 років.
• ВІЛ гинуть при заморожуванні нижче 70 ° С;
• У висушеному вигляді в сироватці крові і спермі зберігають життєздатність протягом доби.

Мал. 18. Безліч дозрілих віріонів готові інфікувати інші клітини.