Вирусът на човешката имунна недостатъчност (HIV, на английски HIV) е причината за HIV инфекцията, която винаги завършва с развитието на СПИН - синдром на придобита човешка имунна недостатъчност, при който се развиват тежки инфекциозни заболявания и неопластични процеси.
Източник на вируси е само болен човек. Неговата кръв, сперма и вагинален секрет имат концентрация на инфекциозен материал, достатъчна за инфекция. Основните пътища на предаване са полов, парентерален и трансплацентарен. Човешкият имунодефицитен вирус 1 е най-вирулентен. Именно той причинява епидемии в много страни по света.
ХИВ е открит за първи път през 1983 г. в две независими лаборатории: лабораторията на Люк Монтани от Института Пастьор (Франция) и Националния институт по рака в лабораторията на Робърт Гало (САЩ).
Ориз. 1. Люк Монтание (снимка вляво) и Робърт Гало (снимка вдясно).
Човешките имунодефицитни вируси заразяват клетки, които имат CD4 на повърхността си+-рецептори:
Т-лимфоцити (разпознават и унищожават клетки, носещи чужди антигени),
тъканни макрофаги и моноцити (улавят и усвояват бактерии и чужди частици),
фоликуларни дендритни клетки (стимулират Т-лимфоцитите),
невроглиални клетки,
Лангерхансови клетки,
епителни клетки на червата и шийката на матката.
Когато концентрацията им на Т-лимфоцити е под 200 в 1 μl, клетъчният имунитет престава да защитава тялото на пациента. Заразените клетки умират. СПИН се развива.
Ориз. 2. ХИВ напуска прицелната клетка. Сега се нарича вирион.
ХИВ класификация
Човешкият имунодефицитен вирус принадлежи към семейството ретровируси, семейство лентивируси. Той е лимфотропен. Има 2 основни вида вируси на имунната недостатъчност - HIV-1 и HIV-2. Видовете HIV-3 и HIV-4 са редки разновидности. Тяхната роля в разпространението на инфекцията е фина.
Ретровируси (от латински ретро - обратен) принадлежат към семейство РНК вируси, които заразяват гръбначните животни. ХИВ, за разлика от онковирусите, води заразените клетки до смърт и не предизвиква техния пролиферативен растеж, както онковирусите. Ретровирусите причиняват развитието на злокачествени процеси под формата на саркома и левкемия при редица животни, а само един вид причинява лимфосаркома при хората.
Лентивируси (от латински lentus - бавно) причиняват заболявания с дълъг инкубационен период и бавен, но постоянно прогресиращ ход. Лентивирусите доставят значително количество генетичен материал в клетката гостоприемник и имат способността да се репликират (подновяват) в неделящи се клетки.
Ориз. 3. Когато се появи нов вирус, той се нарича вирион. Снимката показва незрял вирион. Нуклеокапсидът не е структуриран. Външната обвивка е широка и рехава.
Човешките имунодефицитни вируси се различават един от друг генетично и по антигенни характеристики. Съвременната класификация идентифицира 2 основни вида вируси: човешки имунодефицитен вирус 1 (HIV-1) и човешки имунодефицитен вирус 2 (HIV-2). Известни са обаче и ХИВ-3 и ХИВ-4 - редки разновидности с фина роля в разпространението на епидемията. Смята се, че ХИВ-1 е възникнал в резултат на предаването на вируса на имунната недостатъчност на хората от шимпанзетата, а ХИВ-2 от червенокосите мангабеи.
И двата вида вируси причиняват имунна недостатъчност, когато попаднат в човешкото тяло. Има различия в клиничното протичане на заболяването.
Ориз. 4. Смята се, че ХИВ-1 е възникнал в резултат на предаването на вируса на имунната недостатъчност на хората от шимпанзета, а ХИВ-2 от червенокоси мангабеи.
Човешки имунодефицитен вирус 1 (HIV-1)
HIV-1 е описан за първи път през 1983 г. Той е най-патогенният и широко разпространен от всички ХИВ вируси. Малките промени в генома на този тип вирус водят до появата на голям брой нови щамове, което позволява на патогена да избегне имунната система на пациента и да придобие лекарствена резистентност към антивирусни лекарства.
ХИВ-1 стана виновникът за глобалната епидемия.
Човешките имунодефицитни вируси – 1 се разделят на няколко групи: M, N, O и P, 90% от които са група M. От своя страна група M се разделя на 11 подтипа, доминиращи в определени части на света.
ХИВ-1 подтип А е широко разпространен в Русия и Африка. В момента има смес от щам А, който в момента е доминиращ, и щам AG, донесен от Централна Азия. Така се появи по-опасен щам на HIV-1A63.
При заразяване с ХИВ-1 болестта често преминава в стадия на СПИН.
В стадия на СПИН често се развива орална кандидоза, сарком на Капоши и хронична треска.
Във всеки случай, когато няма индикация за вида на вируса, се приема човешки имунодефицитен вирус-1.
Имунодефицитен вирус-2 (HIV-2)
ХИВ-2 възниква от предаването на вирус на имунна недостатъчност на хората от червенокосите мангабеи. Идентифициран през 1986 г. Описани са 8 групи вируси, но в епидемично отношение по-опасни са само групи А и В.
HIV-2 е по-малко вирулентен от HIV-1.
Когато HIV-1 и HIV-2 навлязат в човешкото тяло едновременно, HIV-2 осигурява, макар и малка, защита на клетките от инфекция с HIV-1.
Заболяването продължава по-дълго и рядко преминава в стадия на СПИН.
По време на заболяването има значително по-малко вируси в 1 μl кръв, отколкото по време на HIV-1 инфекция.
При HIV-2 по-често се развиват инфекции като хронична диария, холангит, енцефалит и тежки цитомегаловирусни инфекции.
Вирус, който се намира извън клетката, се нарича вирион. Вирионите са последната фаза от развитието на вируса. Именно на тези представители на микрокосмоса се основава класификацията и систематизацията на вирусите.
HIV-1 и HIV-2 имат сърцевина (нуклеокапсид с форма на куршум), състояща се от РНК и ензими и обвивка (мембрана или суперкапсид). Зрелите вириони съдържат до няколко хиляди различни видове протеинови молекули и имат сферична форма с диаметър от 100 до 180 nm.
Структура на нуклеокапсида на HIV
Вътре в HIV има 2 едноверижни вирусни РНК и 3 ензима: обратна транскриптаза (ревертаза), интеграза и протеаза, плътно свързани (опаковани) към капсидните протеини p24, p7 и p9.
Извън капсида има 2000 молекули матричен p17 протеин с дебелина 5 - 7 nm. Те се намират между вирусния капсид и външната обвивка.
Нуклеокапсидните протеини p7 и p9 осигуряват комуникация с геномната РНК.
Свързани с капсида на HIV-1 са 200 копия на циклофилин А, който участва в сглобяването на вириони.
Вътре (или отвън?) Капсидът на вириона е протеинът Vhr.
Обяснение на някои символи
Вирусен геном е набор от гени, съдържащи биологична информация, която е необходима за изграждането и поддържането на живота на микроорганизма. Геномната нуклеинова киселина сама по себе си не е инфекциозен фактор.
Обратна транскриптаза(ревертаза) е ензим, участващ в синтеза на ДНК върху РНК матрица. Името "обратен" идва от факта, че повечето от тези процеси протичат в другата посока, когато РНК се синтезира от ДНК шаблон.
Интеграза е ензим, който ускорява (катализира) включването (интегрирането) на HIV ДНК в хромозомата на гостоприемника. ДНК на вируса се затваря в пръстен преди интегрирането.
Протеаза е ензим, който разгражда пептидните връзки между аминокиселините в протеините.
Ориз. 6. На електронната микрофотография ясно се виждат нуклеокапсидите на вече зрели вириони (снимката вляво).Снимка "D" показва вируси, уловени от макрофаги.
Структура на обвивката на ХИВ
ХИВ обвивките (капсид и суперкапсид) предпазват генетичния материал от химически, физически и механични увреждания. Външната обвивка помага на вируса да взаимодейства с рецепторите на целевите клетки.
Обвивката се образува по време на периода на пъпкуване и се състои от слой от фосфолипиди, проникнати от 72 гликопротеинови комплекса и мембранни клетки на гостоприемника.
Благодарение на обвивните гликопротеини, вирусите се стремят само към определени клетки гостоприемници, които носят специални CD4 рецептори на повърхността си+ — Т-лимфоцити, моноцити, тъканни макрофаги, фоликуларни дендритни клетки, невроглия, клетки на Лангерханс, епителни клетки на червата и шийката на матката, което определя развитието на прояви на HIV инфекция.
При среща с клетки гостоприемници, трансмембранните гликопротеини gp41 и повърхностните гликопротеини gp120 се вкарват в техните мембрани. Вирусите без тези протеини не са в състояние да проникнат в целевите клетки.
Ориз. 7. Снимката показва 3D модел на ХИВ.
Ориз. 8. Снимката вдясно показва напречен разрез на ХИВ.
ХИВ геномът се състои от две идентични вериги на РНК. Дължината на всяка верига е около 10 хиляди нуклеотида. Геномът включва 3 основни структурни и 7 регулаторни и функционални гена, кодиращи 15 различни протеина.
Структурните (капсидни и суперкапсидни) протеини на HIV са кодирани от Гаг геном.
Неструктурните протеини са кодирани геном Pол.
Гени Tat, Nef, Vif, Rev, Vpu и Vpr кодират протеини, които регулират процесите на възпроизвеждане и сглобяване на вируси, потискат активността на клетъчните антивирусни системи.
Ориз. 9. Нормален лимфоцит (снимка вляво), заразен с HIV (снимка вдясно).На повърхността на заразената клетка се образуват множество мехурчета.
Веднага след като вирионът влезе в клетката гостоприемник (сега наричана вирус), се синтезира ДНК копие на генома с помощта на ензима обратна транскриптаза, който е интегриран в генома на клетката гостоприемник. Така се образува провирус.
След това с помощта на ензими се синтезират нови вирусни РНК молекули върху провирусната матрица, както и структурни и регулаторни протеини, които извършват сглобяването и размножаването на вирусите. Във вътрешността на вируса, както и на повърхността му, освен тези, кодирани от генома, има протеини, които се улавят от вирусната частица от клетките гостоприемници.
Гените Gag, Pol и Env са отговорни за синтеза на основните HIV протеини.
Структурни протеини на HIV
Генът Gag е отговорен за синтеза на структурни протеини на HIV. Структурните протеини са част от самата вирусна частица. Те образуват капсида и вирусната обвивка.
HIV капсидни протеини
Капсидните протеини образуват контейнер (калъф) за нуклеинова киселина, са част от геномните протеини и образуват ензими. Капсидната обвивка е сглобена не от отделни протеини, а от субединици. Сглобяването му е програмирано в РНК.
Протеинът p24 образува нуклеокапсидната обвивка.
Протеинът p17 образува матричната субстанция.
Протеините p9 и p7 осигуряват комуникация с геномната РНК.
Ориз. 10. Лимфоцит, засегнат от HIV. Удължените структури на клетъчната повърхност са причинени от свръхпроизводството на Gag протеина. (Снимка на NIBSC).
Суперкапсидни протеини
Генът Env е отговорен за синтеза на протеини от обвивката на HIV. Протеините от тази група са част от външната мембрана на вириона, която се състои от слой от фосфолипиди, проникнати от 72 гликопротеинови комплекса. Свободната (външна) част на гликопротеиновия комплекс съдържа аминогрупа в DO края.Краят, потопен в липидния слой, съдържа хидроксилна група в С-края. Благодарение на гликопротеиновите комплекси вирионите се прикрепят към клетката гостоприемник. Те се наричат прикрепващи протеини.
По време на еволюцията вирусите придобиха целенасочена функция - търсене на необходимите клетки гостоприемници сред много други клетки, за които на повърхността им се появиха специални протеини, които разпознават чувствителните клетки и техните рецептори.
Външната обвивка на вириона се състои от протеинови комплекси (протеин gp120 и gp41) и клетки от обвивката на гостоприемника, които се улавят от вируси по време на пъпкуването.
Протеинът gp120 (най-външният) осигурява свързване с целевите клетки.
Протеинът gp41 осигурява проникването на вириони в клетката.
Неструктурни протеини
Неструктурните протеини се кодират от гена Pol. Те обслужват процесите на размножаване на вируса в различните му етапи. Генът Pol кодира ензими, участващи в процеса на интегриране на вирусния геном в генома на клетката гостоприемник и ензими, участващи в процеса на възпроизвеждане на вируса.
Следните неструктурни протеини на HIV в момента са най-изследвани:
p66 - обратна транскриптаза (участва в синтеза на ДНК върху матрица на РНК);
p31 - интеграза (катализира интегрирането на вирусна ДНК в хромозомата на гостоприемника;
p10 е протеаза (разцепва пептидните връзки между аминокиселините в големи протеинови молекули).
Други ХИВ гени
Гени като Tat, Nef, Vif, Rev, Vpu и Vpr кодират протеини, които регулират процесите на възпроизвеждане и сглобяване на вируси и потискат активността на клетъчните антивирусни системи.
Ориз. 11. Снимката вляво показва процеса на пъпкуване на вириони. Нуклеокапсидът все още не е структуриран; външната обвивка е по-дебела поради наличието на мембранни протеини.Снимката вдясно показва зрели вириони в извънклетъчното пространство (електронна микрография). Нуклеокапсидите придобиха формата на пресечен конус. Обвивката е изтъняла, защото някои от протеините на външната обвивка са били загубени.
Човешките имунодефицитни вируси – 1 се разделят на няколко групи: M, N, O и P, 90% от които са група M. От своя страна група M се разделя на 11 подтипа, доминиращи в определени части на света. Те се различават един от друг по аминокиселинния състав на техните протеини.
Основните антигени на вируса на човешката имунна недостатъчност включват:
групови и видоспецифични антигени: протеини, които изграждат нуклеокапсидната обвивка - р24;
тип-специфични антигени: протеини, които осигуряват комуникация с прицелните клетки - gp120 и протеини, които осигуряват проникването на вириони в клетките - gp41.
ХИВ има висока биологична активност и честота на генетични промени (висока вариабилност), които възникват в процеса на самовъзпроизвеждане, което създава големи пречки пред създаването на ваксина и ефективни лекарства.
Репликацията (възпроизвеждането) на HIV се извършва в клетката гостоприемник на етапи.
Среща с клетката. Вирионите в човешкото тяло присъстват във всички биологични течности, но от епидемиологична гледна точка най-голяма опасност представляват кръвта, вагиналния секрет и спермата, които имат концентрация на инфекциозен материал, достатъчна за инфекция.
Ориз. 12. ХИВ инфектира имунна клетка (посочена в жълто).
Сливане с целева клетка. След търсене на целева клетка, вирионите се свързват с клетъчната мембрана чрез CD4 рецептори и проникват дълбоко в клетката.
Обратна транскрипция. Вътре в клетката вирусната РНК се освобождава от капсида. С участието на обратната транскриптаза, ДНК се синтезира на базата на едноверижна РНК.
Интегриране на ДНК в генома на клетката гостоприемник. Синтезираната ДНК се придвижва в ядрото на целевата клетка, където се интегрира в хромозомата. Вирусната ДНК, вградена в клетъчна хромозома, се нарича провирус.
Синтез на протеинови молекули. След това с помощта на ензими се синтезират нови вирусни РНК молекули върху провирусната матрица, както и структурни и регулаторни протеини, които извършват сглобяването и размножаването на вирионите.
Сглобяване и пъпкуване на вириони. Вирионите се събират в цитоплазмата на клетката и първоначално не са инфекциозни, тъй като се образуват от прекурсорни полипротеини. Докато вирионът узрява, прекурсорните протеини се разцепват на функционални компоненти под въздействието на вирусни протеази. Зрелият вирион изпъква от клетката, като улавя някои от протеините на клетъчната мембрана, за да изгради външната си обвивка.
Ориз. 13. Вирионите се събират под външната мембрана на клетката. Виждат се необичайни издатини - местата, където излизат вирионите.
Ориз. 14. Снимката показва процеса на размножаване на ХИВ (образуване на вириони).
Когато напускат клетката, вирионите улавят част от външната клетъчна мембрана (вижда се „кракът“ на вириона). При незрелите вириони нуклеокапсидът е неструктуриран (изглежда като черен полукръг). Капсидът на зрелия вирион има форма на конус.
Живот на вириона след напускане на заразена клетка гостоприемник. Вирионът живее в кръвната плазма не повече от 8 часа. Половината от всички вириони умират в рамките на 6 часа. В други биологични течности продължителността на живота на вирионите е много по-кратка. Вирусите заразяват CD4+ лимфоцити, моноцити, макрофаги, клетки на Лангерханс (кожа), алвеоларни макрофаги (бели дробове), епителни клетки на дебелото черво и бъбреците, цервикални клетки, олигодендроглиални клетки и астроцити (мозък). Т-лимфоцитите са основният резервоар на човешки имунодефицитен вирус.
Ориз. 15. Фигура "b" (снимката вляво) показва незрели вириони. Нуклеокапсидът е в етап на образуване (заоблен), протеините на черупката изпъкват навън под формата на издатини. Фигура "а" (снимката вдясно) показва зрял вирион. Обвивката на нуклеокапсида е загубила повечето си протеини и е станала по-тънка и по-плътна, а нуклеокапсидът е придобил формата на пресечен конус, което го отличава от много други вируси.
Ориз. 16. На повърхността на заразената клетка се виждат множество мехурчета, между които са се появили новообразувани вируси. Мехурите са много по-големи и по-малко плътни от ХИВ.
ХИВ е най-патогенният и широко разпространен сред всички вируси. Незначителните промени в неговия геном водят до появата на голям брой нови щамове, което позволява на патогена да избегне имунната система на пациента и да придобие лекарствена резистентност към антивирусни лекарства. Антигенната вариабилност на HIV е няколко пъти по-висока от вариабилността на вирусите на грип и SARS, чиято честота на мутация е 10-5 нуклеотиди на ден. Скоростта му на транскрипция е по-висока от тази на другите вируси и е около 20 милиона вирусни частици на ден. Всичко това усложнява както диагностиката, така и търсенето на методи за специфична профилактика на това ужасно заболяване.
В тялото на заразен пациент се води безмилостна борба между неговата имунна система и ХИВ. Под влияние на имунитета вирусът мутира.Но, както са установили учените, постоянните мутации водят до отслабване на микроорганизма: неговата увреждаща способност намалява и времевата рамка за развитие на СПИН се удължава.
Ориз. 17. Снимка “B” показва нормални вириони: 4 пъпкуващи (на стъбло) и 1 зрял. Снимките "C" и "E" показват мутирали вириони. Снимка “C” показва незрели вириони, които са причинени от мутации в ензима протеаза. Снимка "E" показва зрял вирион, но той не може да сглоби нормален капсид.
Чувствителност на човешкия имунодефицитен вирус към външни влияния
Нагряването до 56°C инактивира вируса в рамките на 30 минути; кипенето убива вируса моментално.
Патогенът е чувствителен към всички дезинфектанти: водороден прекис, лизол, етер, ацетон, натриев хипохлорит, етилов алкохол, хлорамин, белина и др. Инактивирането настъпва за 3 до 5 минути.
Смъртта на вируса настъпва при промяна на pH на околната среда - под 0,1 и над 13.
Ултравиолетовото и йонизиращото лъчение са разрушителни.
Устойчивост на човешкия имунодефицитен вирус
ХИВ живее в кръвта и нейните компоненти за трансфузия в продължение на години.
В течна среда при температура от 23 до 27°C - 25 дни.
В замразена сперма - за няколко месеца, в кръвен серум - до 10 години.
ХИВ се убива при замразяване под 70°C;
Когато се изсушат, те остават жизнеспособни в кръвния серум и спермата за 24 часа.
Ориз. 18. Много зрели вириони са готови да заразят други клетки.
