Virus lidské imunodeficience (HIV, anglicky HIV) je původcem infekce HIV, která vždy končí rozvojem AIDS – syndromu získané lidské imunodeficience, při kterém se rozvíjejí závažná infekční onemocnění a neoplastické procesy.
Zdrojem virů je pouze nemocný člověk. Jeho krev, sperma a vaginální sekrety mají koncentraci infekčního materiálu dostatečnou pro infekci. Sexuální, parenterální a transplacentární jsou hlavní cesty přenosu. Virus lidské imunodeficience 1 je nejvirulentnější. Právě on způsobuje epidemie v mnoha zemích světa.
HIV byl poprvé objeven v roce 1983 ve dvou nezávislých laboratořích: v laboratoři Luca Montagnyho z Pasteurova institutu (Francie) a v National Cancer Institute v laboratoři Roberta Galla (USA).
Rýže. 1. Luc Montagnier (foto vlevo) a Robert Gallo (foto vpravo).
Viry lidské imunodeficience infikují buňky, které mají na svém povrchu CD4+- receptory:
T-lymfocyty (rozpoznají a zničí buňky nesoucí cizí antigeny),
tkáňové makrofágy a monocyty (zachycují a tráví bakterie a cizí částice),
folikulární dendritické buňky (stimulují T-lymfocyty),
neurogliové buňky,
Langerhansovy buňky,
epiteliálních buněk střeva a děložního čípku.
Když je jejich koncentrace T-lymfocytů pod 200 v 1 μl, buněčná imunita přestává tělo pacienta chránit. Infikované buňky umírají. AIDS se vyvíjí.
Rýže. 2. HIV opouští cílovou buňku. Nyní se nazývá virion.
Klasifikace HIV
Virus lidské imunodeficience patří do rodiny retroviry, rodina lentiviry. Je lymfotropní. Existují 2 hlavní typy virů imunodeficience – HIV-1 a HIV-2. Druhy HIV-3 a HIV-4 jsou vzácné odrůdy. Jejich role v šíření infekce je nenápadná.
Retroviry (z latiny retro - reverzní) patří do rodiny RNA virů, které infikují obratlovce. HIV, na rozdíl od onkovirů, vede infikované buňky k smrti a nezpůsobuje jejich proliferativní růst, jako onkoviry. Retroviry způsobují rozvoj maligních procesů v podobě sarkomu a leukémie u řady zvířat a pouze jeden druh způsobuje lymfosarkom u lidí.
Lentiviry (z latiny lentus - pomalé) způsobují onemocnění s dlouhou inkubační dobou a pomalým, ale stabilně progresivním průběhem. Lentiviry dodávají do hostitelské buňky značné množství genetického materiálu a mají schopnost replikace (obnovy) v nedělících se buňkách.
Rýže. 3. Když se objeví nový virus, nazývá se virion. Na fotografii je nezralý virion. Nukleokapsid není strukturovaný. Vnější plášť je široký a volný.
Viry lidské imunodeficience se od sebe liší geneticky a antigenními charakteristikami. Moderní klasifikace identifikuje 2 hlavní typy virů: virus lidské imunodeficience 1 (HIV-1) a virus lidské imunodeficience 2 (HIV-2). Známé jsou však i HIV-3 a HIV-4 – vzácné odrůdy s jemným podílem na šíření epidemie. Předpokládá se, že HIV-1 vznikl jako důsledek přenosu viru imunodeficience na člověka šimpanzi a HIV-2 mangabey zrzavým.
Oba typy virů způsobují při vstupu do lidského těla imunodeficienci. Existují rozdíly v klinickém průběhu onemocnění.
Rýže. 4. Má se za to, že HIV-1 vznikl v důsledku přenosu viru imunodeficience na člověka šimpanzi a HIV-2 mangabey zrzavým.
Virus lidské imunodeficience 1 (HIV-1)
HIV-1 byl poprvé popsán v roce 1983. Je nejpatogenním a nejrozšířenějším ze všech virů HIV. Menší změny v genomu tohoto typu viru vedou ke vzniku velkého počtu nových kmenů, což umožňuje patogenu vyhnout se imunitnímu systému pacienta a získat lékovou rezistenci vůči antivirotikům.
Viníkem celosvětové epidemie se stal právě HIV-1.
Viry lidské imunodeficience - 1 se dělí do několika skupin: M, N, O a P, z nichž 90 % tvoří skupina M. Skupina M se zase dělí na 11 podtypů, které dominují v určitých částech světa.
HIV-1 subtyp A je rozšířen v Rusku a Africe. V současné době existuje směs kmene A, který je v současnosti dominantní, a kmene AG, přivezeného ze střední Asie. Tak se objevil nebezpečnější kmen HIV-1A63.
Při infikování virem HIV-1 onemocnění často přechází do stadia AIDS.
Ve stadiu AIDS se často rozvíjí orální kandidóza, Kaposiho sarkom a chronická horečka.
V každém případě, kdy neexistuje žádný údaj o typu viru, se předpokládá virus lidské imunodeficience-1.
Virus imunodeficience-2 (HIV-2)
HIV-2 vznikl přenosem viru imunodeficience na člověka z mangabejů rudohlavých. Identifikováno v roce 1986. Bylo popsáno 8 skupin virů, ale z epidemického hlediska jsou nebezpečnější pouze skupiny A a B.
HIV-2 je méně virulentní než HIV-1.
Když HIV-1 a HIV-2 vstoupí do lidského těla současně, HIV-2 poskytuje, i když malou, ochranu buněk před infekcí HIV-1.
Onemocnění trvá déle a zřídka přechází do stadia AIDS.
Během onemocnění je v 1 μl krve výrazně méně virů než při infekci HIV-1.
U HIV-2 se častěji rozvíjejí infekce jako chronický průjem, cholangitida, encefalitida a závažné cytomegalovirové infekce.
Virus, který sídlí mimo buňku, se nazývá virion. Viriony jsou konečnou fází vývoje viru. Právě na těchto zástupcích mikrokosmu je založena klasifikace a systematizace virů.
HIV-1 a HIV-2 mají jádro (nukleokapsidu ve tvaru kulky) skládající se z RNA a enzymů a obal (membránu nebo superkapsidu). Zralé viriony obsahují až několik tisíc různých typů proteinových molekul a mají kulovitý tvar o průměru 100 až 180 nm.
Struktura nukleokapsidu HIV
Uvnitř HIV jsou 2 jednořetězcové virové RNA a 3 enzymy: reverzní transkriptáza (revertáza), integráza a proteáza, pevně vázané (sbalené) ke kapsidovým proteinům p24, p7 a p9.
Mimo kapsidu se nachází 2000 molekul matrix proteinu p17 o tloušťce 5 - 7 nm. Jsou umístěny mezi kapsidou viru a vnějším obalem.
Nukleokapsidové proteiny p7 a p9 zajišťují komunikaci s genomickou RNA.
S kapsidou HIV-1 je spojeno 200 kopií cyklofilinu A, který se podílí na sestavování virionů.
Uvnitř (nebo vně?) kapsidy virionu je protein Vhr.
Vysvětlení některých symbolů
Genom viru je soubor genů obsahujících biologické informace, které jsou nezbytné pro stavbu a podporu života mikroorganismu. Samotná genomová nukleová kyselina není infekčním faktorem.
Reverzní transkriptáza(revertase) je enzym zapojený do syntézy DNA na templátu RNA. Název „reverzní“ pochází ze skutečnosti, že většina těchto procesů probíhá opačným směrem, když je RNA syntetizována z templátu DNA.
Integraza je enzym, který urychluje (katalyzuje) inkorporaci (integraci) HIV DNA do hostitelského chromozomu. DNA viru se před integrací uzavře do kruhu.
Proteáza je enzym, který štěpí peptidové vazby mezi aminokyselinami v bílkovinách.
Skořápky HIV (kapsida a superkapsida) chrání genetický materiál před chemickým, fyzikálním a mechanickým poškozením. Vnější plášť pomáhá viru interagovat s receptory cílových buněk.
Skořápka se tvoří v období pučení a skládá se z vrstvy fosfolipidů prostoupených 72 glykoproteinovými komplexy a membránovými buňkami hostitele.
Díky obalovým glykoproteinům viry usilují pouze o určité hostitelské buňky, které na svém povrchu nesou speciální CD4 receptory+ — T-lymfocyty, monocyty, tkáňové makrofágy, folikulární dendritické buňky, neuroglie, Langerhansovy buňky, epiteliální buňky střeva a děložního čípku, což určuje vývoj projevů infekce HIV.
Při setkání s hostitelskými buňkami jsou do jejich membrán vloženy transmembránové glykoproteiny gp41 a povrchové glykoproteiny gp120. Viry postrádající tyto proteiny nejsou schopny proniknout do cílových buněk.
Genom HIV se skládá ze dvou identických řetězců RNA. Délka každého vlákna je asi 10 tisíc nukleotidů. Genom obsahuje 3 hlavní strukturální a 7 regulačních a funkčních genů kódujících 15 různých proteinů.
Strukturální (kapsida a superkapsida) proteiny HIV jsou kódovány Gag genom.
Nestrukturní proteiny jsou kódovány genom PÓl.
Geny Tat, Nef, Vif, Rev, Vpu a Vpr kódují proteiny, které regulují procesy reprodukce a sestavování virů, potlačují aktivitu buněčných antivirových systémů.
Rýže. 9. Normální lymfocyt (foto vlevo) infikovaný HIV (foto vpravo).Na povrchu infikované buňky se tvoří více bublin.
Jakmile virion vstoupí do hostitelské buňky (nyní nazývané virus), je syntetizována DNA kopie genomu pomocí enzymu reverzní transkriptázy, která je integrována do genomu hostitelské buňky. Tak vzniká provirus.
Dále jsou pomocí enzymů syntetizovány nové molekuly virové RNA na matrici proviru, stejně jako strukturální a regulační proteiny, které provádějí sestavení a pučení virů. Uvnitř viru, stejně jako na jeho povrchu, se kromě těch, které jsou kódovány genomem, nacházejí proteiny, které virová částice zachytí z hostitelských buněk.
Geny Gag, Pol a Env jsou zodpovědné za syntézu hlavních proteinů HIV.
Strukturní proteiny HIV
Gen Gag je zodpovědný za syntézu strukturálních proteinů HIV. Strukturní proteiny jsou součástí samotné virové částice. Tvoří kapsidový a virový obal.
HIV kapsidové proteiny
Kapsidové proteiny tvoří obal (pouzdro) pro nukleovou kyselinu, jsou součástí genomových proteinů a tvoří enzymy. Kapsidový obal není sestaven z jednotlivých proteinů, ale z podjednotek. Jeho sestavení je naprogramováno do RNA.
Protein p24 tvoří nukleokapsidový obal.
Protein p17 tvoří matrici.
Proteiny p9 a p7 zajišťují komunikaci s genomovou RNA.
Rýže. 10. Lymfocyt zasažený HIV. Protáhlé struktury na buněčném povrchu jsou způsobeny nadprodukcí proteinu Gag. (Foto NIBSC).
Superkapsidové proteiny
Gen Env je zodpovědný za syntézu obalových proteinů HIV. Proteiny této skupiny jsou součástí vnější membrány virionu, kterou tvoří vrstva fosfolipidů prostoupená 72 glykoproteinovými komplexy. Volná (vnější) část glykoproteinového komplexu obsahuje na DO konci aminoskupinu.Konec ponořený do lipidové vrstvy obsahuje na C-konci hydroxylovou skupinu. Díky glykoproteinovým komplexům se viriony přichytí k hostitelské buňce. Říká se jim vazebné proteiny.
V průběhu evoluce viry získaly cílenou funkci – hledání potřebných hostitelských buněk mezi mnoha dalšími buňkami, pro které se na jejich povrchu objevily speciální proteiny, které rozpoznávají citlivé buňky a jejich receptory.
Vnější obal virionu se skládá z proteinových komplexů (protein gp120 a gp41) a hostitelských obalových buněk, které jsou zachyceny viry během pučení.
Protein gp120 (nejvzdálenější) zajišťuje vazbu na cílové buňky.
Protein gp41 zajišťuje průnik virionů do buňky.
Nestrukturní proteiny
Nestrukturní proteiny jsou kódovány Pol genem. Slouží procesům rozmnožování virů v různých fázích. Gen Pol kóduje enzymy zapojené do procesu integrace virového genomu do genomu hostitelské buňky a enzymy zapojené do procesu reprodukce viru.
V současnosti jsou nejvíce studovány následující nestrukturální proteiny HIV:
p66 - reverzní transkriptáza (účastní se syntézy DNA na templátu RNA);
p31 - integráza (katalyzuje integraci virové DNA do hostitelského chromozomu;
p10 je proteáza (štěpí peptidové vazby mezi aminokyselinami ve velkých molekulách bílkovin).
Další geny HIV
Geny jako Tat, Nef, Vif, Rev, Vpu a Vpr kódují proteiny, které regulují procesy reprodukce a sestavování virů a potlačují aktivitu buněčných antivirových systémů.
Rýže. 11. Fotografie vlevo ukazuje proces pučení virionů. Nukleokapsida ještě není strukturovaná; vnější obal je silnější kvůli přítomnosti membránových proteinů.Fotografie vpravo ukazuje zralé viriony v extracelulárním prostoru (elektronový mikrofotografie). Nukleokapsidy získaly tvar komolého kužele. Skořápka se ztenčila, protože se ztratily některé proteiny vnější skořápky.
Viry lidské imunodeficience - 1 se dělí do několika skupin: M, N, O a P, z nichž 90 % tvoří skupina M. Skupina M se zase dělí na 11 podtypů, které dominují v určitých částech světa. Liší se od sebe aminokyselinovým složením svých bílkovin.
Mezi hlavní antigeny viru lidské imunodeficience patří:
skupinově a druhově specifické antigeny: proteiny, které tvoří obal nukleokapsidu - p24;
typově specifické antigeny: proteiny zajišťující komunikaci s cílovými buňkami – gp120 a proteiny zajišťující průnik virionů do buněk – gp41.
HIV má vysokou biologickou aktivitu a četnost genetických změn (vysoká variabilita), ke kterým dochází během procesu sebereprodukce, což vytváří velké překážky pro vytvoření vakcíny a účinných léků.
Replikace (reprodukce) HIV probíhá v hostitelské buňce ve fázích.
Setkání s klecí. Viriony v lidském těle jsou přítomny ve všech biologických tekutinách, ale z epidemiologického hlediska představuje největší nebezpečí krev, poševní sekret a sperma, které mají koncentraci infekčního materiálu dostatečnou pro infekci.
Rýže. 12. HIV infikuje imunitní buňku (označeno žlutě).
Fúze s cílovou buňkou. Po vyhledání cílové buňky se viriony napojí na buněčnou membránu přes CD4 receptory a proniknou hluboko do buňky.
Reverzní transkripce. Uvnitř buňky se virová RNA uvolňuje z kapsidy. Za účasti reverzní transkriptázy je DNA syntetizována na základě jednovláknové RNA.
Integrace DNA do genomu hostitelské buňky. Syntetizovaná DNA se přesune do jádra cílové buňky, kde je integrována do chromozomu. Virová DNA uložená v buněčném chromozomu se nazývá provirus.
Syntéza proteinových molekul. Dále jsou pomocí enzymů syntetizovány nové molekuly virové RNA na matrici proviru a také strukturální a regulační proteiny, které provádějí sestavení a pučení virionů.
Sestavení a pučení virionů. Viriony se shromažďují v cytoplazmě buňky a zpočátku nejsou infekční, protože se tvoří z prekurzorových polyproteinů. Jak virion dozrává, prekurzorové proteiny se pod vlivem virových proteáz štěpí na funkční složky. Zralý virion vyrazí z buňky a zachytí některé proteiny buněčné membrány a vytvoří její vnější obal.
Rýže. 13. Viriony se shromažďují pod vnější membránou buňky. Jsou vidět neobvyklé výčnělky — místa, kde se objevují viriony.
Rýže. 14. Fotografie ukazuje proces pučení HIV (tvorba virionů).
Při odchodu z buňky viriony zachycují část vnější buněčné membrány (je vidět „noha“ virionu). V nezralých virionech je nukleokapsida nestrukturovaná (vypadá jako černý půlkruh). Kapsida zralého virionu má tvar kužele.
Život virionu po opuštění infikované hostitelské buňky. Virion žije v krevní plazmě ne déle než 8 hodin. Polovina všech virionů zemře do 6 hodin. V jiných biologických tekutinách je životnost virionů mnohem kratší. Viry infikují CD4+ lymfocyty, monocyty, makrofágy, Langerhansovy buňky (kůže), alveolární makrofágy (plíce), epiteliální buňky tlustého střeva a ledvin, cervikální buňky, oligodendrogliální buňky a astrocyty (mozek). T lymfocyty jsou hlavním rezervoárem virů lidské imunodeficience.
Rýže. 15. Obrázek „b“ (foto vlevo) ukazuje nezralé viriony. Nukleokapsida je ve fázi tvorby (zaoblená), proteiny obalu vyčnívají ven ve formě výběžků. Obrázek „a“ (foto vpravo) ukazuje zralý virion. Skořápka nukleokapsidu ztratila většinu svých proteinů a stala se tenčí a hustší a nukleokapsida získala tvar komolého kužele, který jej odlišuje od mnoha jiných virů.
Rýže. 16. Na povrchu infikované buňky jsou viditelné mnohočetné bubliny, mezi kterými se objevily nově vytvořené viry. Puchýře jsou mnohem větší a méně husté než HIV.
HIV je nejpatogenní a nejrozšířenější ze všech virů. Drobné změny v jeho genomu vedou ke vzniku velkého počtu nových kmenů, což umožňuje patogenu uniknout imunitnímu systému pacienta a získat lékovou rezistenci vůči antivirotikům. Antigenní variabilita HIV je několikanásobně vyšší než variabilita virů chřipky a SARS, jejichž mutační frekvence je 10-5 nukleotidů za den. Jeho rychlost transkripce je vyšší než u jiných virů a je asi 20 milionů virových částic denně. To vše komplikuje diagnostiku i hledání metod specifické prevence této hrozné nemoci.
V těle nakaženého pacienta se odehrává nelítostný boj mezi jeho imunitním systémem a HIV. Pod vlivem imunity virus mutuje.Jak však vědci zjistili, neustálé mutace vedou k oslabení mikroorganismu: jeho schopnost poškozování je snížena a časový rámec pro rozvoj AIDS se prodlužuje.
Rýže. 17. Fotografie „B“ ukazuje normální viriony: 4 pučící (na stopce) a 1 zralý. Fotografie „C“ a „E“ ukazují zmutované viriony. Fotografie „C“ ukazuje nezralé viriony, které jsou způsobeny mutacemi enzymu proteázy. Fotografie „E“ ukazuje zralý virion, ale nedokáže sestavit normální kapsidu.
Citlivost viru lidské imunodeficience na vnější vlivy
Zahřátí na 56 °C inaktivuje virus během 30 minut, var okamžitě zabije.
Patogen je citlivý na všechny dezinfekční prostředky: peroxid vodíku, Lysol, éter, aceton, chlornan sodný, etylalkohol, chloramin, bělidlo atd. K inaktivaci dochází během 3 až 5 minut.
Smrt viru nastává při změně pH prostředí – pod 0,1 a nad 13.
Ultrafialové a ionizující záření je destruktivní.
Přetrvávání viru lidské imunodeficience
HIV žije v krvi a jejích složkách pro transfuzi roky.
V kapalném médiu při teplotě 23 až 27°C - 25 dní.
Ve zmrazeném spermatu - několik měsíců, v krevním séru - až 10 let.
HIV je zabit při zmrazení pod 70 °C;
Po vysušení zůstávají životaschopné v krevním séru a spermatu po dobu 24 hodin.
Rýže. 18. Mnoho zralých virionů je připraveno infikovat jiné buňky.
