Žmogaus imunodeficito virusas (ŽIV, angl. HIV) yra ŽIV infekcijos priežastis, kuri visada baigiasi AIDS išsivystymu – įgytu žmogaus imunodeficito sindromu, kurio metu vystosi sunkios infekcinės ligos ir neoplastiniai procesai.
Virusų šaltinis – tik sergantis žmogus. Jo kraujyje, spermoje ir makšties sekrete yra pakankamai infekcinės medžiagos koncentracijos infekcijai. Seksualinis, parenterinis ir transplacentinis yra pagrindiniai perdavimo būdai. Žmogaus imunodeficito virusas 1 yra pats virulentiškiausias. Būtent jis sukelia epidemijas daugelyje pasaulio šalių.
Pirmą kartą ŽIV buvo aptiktas 1983 m. dviejose nepriklausomose laboratorijose: Luco Montagny laboratorijoje iš Pasteur instituto (Prancūzija) ir Nacionaliniame vėžio institute Roberto Gallo (JAV) laboratorijoje.
Ryžiai. 1. Luc Montagnier (nuotrauka kairėje) ir Robert Gallo (nuotrauka dešinėje).
Žmogaus imunodeficito virusai užkrečia ląsteles, kurių paviršiuje yra CD4+- receptoriai:
T-limfocitai (atpažįsta ir sunaikina ląsteles, turinčias svetimus antigenus),
audinių makrofagai ir monocitai (sugauti ir virškinti bakterijas ir svetimas daleles),
folikulinės dendritinės ląstelės (stimuliuoja T-limfocitus),
neuroglijos ląstelės,
Langerhanso ląstelės,
žarnyno ir gimdos kaklelio epitelio ląstelės.
Kai jų T-limfocitų koncentracija yra mažesnė nei 200 1 μl, ląstelinis imunitetas nustoja apsaugoti paciento organizmą. Užkrėstos ląstelės miršta. AIDS vystosi.
Ryžiai. 2. ŽIV palieka tikslinę ląstelę. Dabar jis vadinamas virionu.
ŽIV klasifikacija
Žmogaus imunodeficito virusas priklauso šeimai retrovirusai, šeima lentivirusai. Jis yra limfotropinis. Yra 2 pagrindiniai imunodeficito virusų tipai – ŽIV-1 ir ŽIV-2. ŽIV-3 ir ŽIV-4 rūšys yra retos veislės. Jų vaidmuo plintant infekcijoms yra subtilus.
Retrovirusai (iš lotynų kalbos retro - atvirkštinis) priklauso RNR virusų, užkrečiančių stuburinius gyvūnus, šeimai. ŽIV, skirtingai nei onkovirusai, užkrėstas ląsteles sukelia mirtį ir nesukelia jų proliferacinio augimo, kaip onkovirusai. Retrovirusai daugeliui gyvūnų sukelia piktybinius procesus sarkomos ir leukemijos pavidalu, o žmonėms limfosarkomą sukelia tik viena rūšis.
Lentivirusai (iš lotynų kalbos lentus - lėtai) sukelia ligas, kurių inkubacinis laikotarpis yra ilgas ir lėta, bet nuolat progresuojanti. Lentivirusai į ląstelę-šeimininkę pristato didelį kiekį genetinės medžiagos ir turi galimybę daugintis (atsinaujinti) nesidalijančiose ląstelėse.
Ryžiai. 3. Kai atsiranda naujas virusas, jis vadinamas virionu. Nuotraukoje matomas nesubrendęs virionas. Nukleokapsidė nėra struktūrizuota. Išorinis apvalkalas platus ir laisvas.
Žmogaus imunodeficito virusai skiriasi vienas nuo kito genetiškai ir antigeninėmis savybėmis. Šiuolaikinė klasifikacija identifikuoja 2 pagrindinius virusų tipus: žmogaus imunodeficito virusą 1 (ŽIV-1) ir žmogaus imunodeficito virusą 2 (ŽIV-2). Tačiau žinomos ir ŽIV-3 bei ŽIV-4 – retos veislės, turinčios subtilų vaidmenį plintant epidemijai. Manoma, kad ŽIV-1 atsirado dėl imunodeficito viruso perdavimo žmonėms šimpanzių, o ŽIV-2 - raudonplaukių mangabėjų.
Abiejų tipų virusai, patekę į žmogaus organizmą, sukelia imunodeficitą. Klinikinėje ligos eigoje yra skirtumų.
Ryžiai. 4. Manoma, kad ŽIV-1 atsirado dėl imunodeficito viruso perdavimo žmonėms šimpanzių, o ŽIV-2 – raudonplaukių mangabėjų.
Žmogaus imunodeficito virusas 1 (ŽIV-1)
ŽIV-1 pirmą kartą buvo aprašytas 1983 m. Tai patogeniškiausias ir labiausiai paplitęs iš visų ŽIV virusų. Dėl nedidelių šio tipo virusų genomo pokyčių atsiranda daug naujų padermių, o tai leidžia patogenui išvengti paciento imuninės sistemos ir įgyti atsparumą vaistams antivirusiniams vaistams.
Būtent ŽIV-1 tapo pasaulinės epidemijos kaltininku.
Žmogaus imunodeficito virusai – 1 skirstomi į kelias grupes: M, N, O ir P, iš kurių 90 % yra M grupė. Savo ruožtu M grupė skirstoma į 11 potipių, dominuojančių tam tikrose pasaulio vietose.
ŽIV-1 A potipis yra plačiai paplitęs Rusijoje ir Afrikoje. Šiuo metu yra A padermės, kuri šiuo metu dominuoja, ir AG padermės, atvežtos iš Vidurinės Azijos, mišinys. Taip atsirado pavojingesnė ŽIV-1A63 atmaina.
Užsikrėtus ŽIV-1 liga dažnai pereina į AIDS stadiją.
AIDS stadijoje dažnai išsivysto burnos kandidozė, Kapoši sarkoma ir lėtinis karščiavimas.
Kiekvienu atveju, kai nenurodytas viruso tipas, daroma prielaida, kad žmogaus imunodeficito virusas-1.
Imunodeficito virusas-2 (ŽIV-2)
ŽIV-2 atsirado dėl imunodeficito viruso perdavimo žmonėms iš raudonplaukių mangabėjų. Nustatyta 1986 m. Aprašytos 8 virusų grupės, tačiau epidemijos požiūriu pavojingesnės yra tik A ir B grupės.
ŽIV-2 yra mažiau virulentiškas nei ŽIV-1.
Kai ŽIV-1 ir ŽIV-2 vienu metu patenka į žmogaus organizmą, ŽIV-2, nors ir nedidelę, apsaugo ląsteles nuo ŽIV-1 infekcijos.
Liga trunka ilgiau ir retai pereina į AIDS stadiją.
Ligos metu 1 μl kraujo yra žymiai mažiau virusų nei užsikrėtus ŽIV-1.
Sergant ŽIV-2, dažniau išsivysto tokios infekcijos kaip lėtinis viduriavimas, cholangitas, encefalitas ir sunkios citomegalovirusinės infekcijos.
Virusas, esantis už ląstelės ribų, vadinamas virionas. Virionai yra paskutinė viruso vystymosi fazė. Būtent šiais mikrokosmoso atstovais remiasi virusų klasifikacija ir sisteminimas.
ŽIV-1 ir ŽIV-2 turi šerdį (kulkos formos nukleokapsidę), kurią sudaro RNR ir fermentai, ir apvalkalą (membraną arba superkapsidę). Subrendę virionai turi iki kelių tūkstančių skirtingų tipų baltymų molekulių ir yra sferinės formos, kurių skersmuo nuo 100 iki 180 nm.
ŽIV nukleokapsidės struktūra
ŽIV viduje yra 2 vienos grandinės virusinės RNR ir 3 fermentai: atvirkštinė transkriptazė (revertazė), integrazė ir proteazė, glaudžiai surištos (supakuotos) su kapsidės baltymais p24, p7 ir p9.
Už kapsido ribų yra 2000 matricos p17 baltymo molekulių, kurių storis 5–7 nm. Jie yra tarp viruso kapsido ir išorinio apvalkalo.
P7 ir p9 nukleokapsidės baltymai palaiko ryšį su genomo RNR.
Su ŽIV-1 kapsidu siejama 200 ciklofilino A kopijų, kurios dalyvauja viriono surinkime.
Viduje (ar išorėje?) Viriono kapsidas yra Vhr baltymas.
Kai kurių simbolių paaiškinimas
Viruso genomas yra genų rinkinys, kuriame yra biologinės informacijos, kuri yra būtina mikroorganizmo gyvybei sukurti ir palaikyti. Pati genomo nukleorūgštis nėra infekcinis veiksnys.
Atvirkštinė transkriptazė(atsukti) yra fermentas, dalyvaujantis DNR sintezėje RNR šablone. Pavadinimas „atvirkštinis“ kilęs iš to, kad dauguma šių procesų vyksta kita kryptimi, kai RNR sintetinama iš DNR šablono.
Integraza yra fermentas, kuris pagreitina (katalizuoja) ŽIV DNR įsijungimą (integraciją) į šeimininko chromosomą. Viruso DNR prieš integraciją užsidaro į žiedą.
Proteazė yra fermentas, kuris skaido peptidinius ryšius tarp aminorūgščių baltymuose.
Ryžiai. 6. Elektroninėje mikrografijoje aiškiai matomos jau subrendusių virionų nukleokapsidės (nuotrauka kairėje).Nuotraukoje „D“ pavaizduoti makrofagų užfiksuoti virusai.
ŽIV apvalkalo struktūra
ŽIV apvalkalai (kapsidė ir superkapsidė) apsaugo genetinę medžiagą nuo cheminių, fizinių ir mechaninių pažeidimų. Išorinis apvalkalas padeda virusui sąveikauti su tikslinių ląstelių receptoriais.
Apvalkalas susidaro pumpuravimo laikotarpiu ir susideda iš fosfolipidų sluoksnio, per kurį įsiskverbia 72 glikoproteinų kompleksai ir šeimininko membraninės ląstelės.
Dėl apvalkalo glikoproteinų virusai siekia tik tam tikrų ląstelių šeimininkų, kurių paviršiuje yra specialių CD4 receptorių.+ - T-limfocitai, monocitai, audinių makrofagai, folikulinės dendritinės ląstelės, neuroglijos, Langerhanso ląstelės, žarnyno ir gimdos kaklelio epitelio ląstelės, kurios lemia ŽIV infekcijos apraiškų vystymąsi.
Susidūrus su šeimininko ląstelėmis, į jų membranas įterpiami transmembraniniai glikoproteinai gp41 ir paviršiaus glikoproteinai gp120. Virusai, kuriems trūksta šių baltymų, negali prasiskverbti į tikslines ląsteles.
Ryžiai. 7. Nuotraukoje pavaizduotas 3D ŽIV modelis.
Ryžiai. 8. Nuotraukoje dešinėje pavaizduotas ŽIV skersinis pjūvis.
ŽIV genomą sudaro dvi identiškos RNR grandinės. Kiekvienos grandinės ilgis yra apie 10 tūkstančių nukleotidų. Genomas apima 3 pagrindinius struktūrinius ir 7 reguliavimo ir funkcinius genus, koduojančius 15 skirtingų baltymų.
Struktūrinius (kapsidės ir superkapsidės) ŽIV baltymus koduoja Gag genomas.
Nestruktūriniai baltymai yra užkoduoti genomas Pol.
Genai Tat, Nef, Vif, Rev, Vpu ir Vpr koduoja baltymus, reguliuojančius virusų dauginimosi ir surinkimo procesus, slopinančius ląstelinių antivirusinių sistemų veiklą.
Ryžiai. 9. Normalus limfocitas (nuotrauka kairėje), užsikrėtęs ŽIV (nuotrauka dešinėje).Užkrėstos ląstelės paviršiuje susidaro keli burbuliukai.
Kai tik virionas patenka į šeimininko ląstelę (dabar vadinamas virusu), naudojant fermentą atvirkštinę transkriptazę, kuri yra integruota į šeimininko ląstelės genomą, susintetinama genomo DNR kopija. Taip susidaro provirusas.
Toliau, naudojant fermentus, ant proviruso matricos sintetinamos naujos virusinės RNR molekulės, taip pat struktūriniai ir reguliuojantys baltymai, kurie atlieka virusų surinkimą ir pumpurus. Viruso viduje, taip pat jo paviršiuje, be tų, kuriuos koduoja genomas, yra baltymų, kuriuos viruso dalelė sugauna iš šeimininko ląstelių.
Gag, Pol ir Env genai yra atsakingi už pagrindinių ŽIV baltymų sintezę.
ŽIV struktūriniai baltymai
Gag genas yra atsakingas už ŽIV struktūrinių baltymų sintezę. Struktūriniai baltymai yra pačios viruso dalelės dalis. Jie sudaro kapsidą ir viruso apvalkalą.
ŽIV kapsidų baltymai
Kapsidų baltymai sudaro nukleino rūgšties talpyklą (dėklą), yra genomo baltymų dalis ir sudaro fermentus. Kapsidės apvalkalas surenkamas ne iš atskirų baltymų, o iš subvienetų. Jo surinkimas yra užprogramuotas į RNR.
P24 baltymas sudaro nukleokapsidės apvalkalą.
P17 baltymas sudaro matricinę medžiagą.
Baltymai p9 ir p7 palaiko ryšį su genomo RNR.
Ryžiai. 10. Limfocitai, paveikti ŽIV. Pailgėjusias struktūras ląstelės paviršiuje sukelia perteklinė Gag baltymo gamyba. (NIBSC nuotrauka).
Superkapsidų baltymai
Env genas yra atsakingas už ŽIV apvalkalo baltymų sintezę. Šios grupės baltymai yra išorinės viriono membranos dalis, kurią sudaro fosfolipidų sluoksnis, prasiskverbęs 72 glikoproteinų kompleksų. Laisvojoje (išorinėje) glikoproteinų komplekso dalyje DO gale yra amino grupė.Gale, panardintame į lipidų sluoksnį, C gale yra hidroksilo grupė. Glikoproteinų kompleksų dėka virionai prisijungia prie šeimininko ląstelės. Jie vadinami prisirišimo baltymais.
Evoliucijos metu virusai įgavo tikslinę funkciją – tarp daugelio kitų ląstelių ieškojo reikiamų ląstelių šeimininkų, kurių paviršiuje atsirado specialūs baltymai, atpažįstantys jautrias ląsteles ir jų receptorius.
Išorinį viriono apvalkalą sudaro baltymų kompleksai (baltymas gp120 ir gp41) ir šeimininko apvalkalo ląstelės, kurias užfiksuoja virusai pumpuravimo metu.
Gp120 baltymas (atokiausias) užtikrina prisijungimą prie tikslinių ląstelių.
Gp41 baltymas užtikrina virionų įsiskverbimą į ląstelę.
Nestruktūriniai baltymai
Nestruktūrinius baltymus koduoja Pol genas. Jie aptarnauja virusų dauginimosi procesus įvairiais jo etapais. Pol genas koduoja fermentus, dalyvaujančius viruso genomo integravimo į ląstelės šeimininkės genomą procese, ir fermentus, dalyvaujančius viruso dauginimosi procese.
Šiuo metu labiausiai tiriami šie nestruktūriniai ŽIV baltymai:
p31 – integrazė (katalizuoja viruso DNR integraciją į šeimininko chromosomą;
p10 yra proteazė (skaldo peptidinius ryšius tarp aminorūgščių didelėse baltymų molekulėse).
Kiti ŽIV genai
Tokie genai kaip Tat, Nef, Vif, Rev, Vpu ir Vpr koduoja baltymus, reguliuojančius virusų dauginimosi ir surinkimo procesus bei slopinančius ląstelių antivirusinių sistemų aktyvumą.
Ryžiai. 11. Nuotraukoje kairėje parodytas virionų pumpuravimo procesas. Nukleokapsidas dar nėra struktūrizuotas, dėl membraninių baltymų išorinis apvalkalas yra storesnis.Nuotraukoje dešinėje matyti subrendę virionai tarpląstelinėje erdvėje (elektroninė mikrografija). Nukleokapsidės įgavo nupjauto kūgio formą. Apvalkalas tapo plonas, nes buvo prarasta dalis išorinio apvalkalo baltymų.
Žmogaus imunodeficito virusai – 1 skirstomi į kelias grupes: M, N, O ir P, iš kurių 90 % yra M grupė. Savo ruožtu M grupė skirstoma į 11 potipių, dominuojančių tam tikrose pasaulio vietose. Jie skiriasi vienas nuo kito savo baltymų aminorūgščių sudėtimi.
Pagrindiniai žmogaus imunodeficito viruso antigenai yra šie:
grupei ir rūšiai specifiniai antigenai: baltymai, sudarantys nukleokapsidės apvalkalą - p24;
tipui būdingi antigenai: baltymai, užtikrinantys ryšį su tikslinėmis ląstelėmis – gp120 ir baltymai, užtikrinantys virionų įsiskverbimą į ląsteles – gp41.
ŽIV turi didelį biologinį aktyvumą ir genetinių pokyčių dažnį (didelį kintamumą), kurie atsiranda savaiminio dauginimosi procese, o tai sudaro didelių kliūčių vakcinos ir veiksmingų vaistų sukūrimui.
ŽIV replikacija (dauginimasis) šeimininko ląstelėje vyksta etapais.
Susitikimas su narve. Virionų žmogaus organizme yra visuose biologiniuose skysčiuose, tačiau epidemiologiniu požiūriu didžiausią pavojų kelia kraujas, makšties išskyros ir sperma, kuriose užkrečiamos medžiagos koncentracija yra pakankama infekcijai.
Susiliejimas su tiksline ląstele. Paieškoję tikslinės ląstelės, virionai per CD4 receptorius prisijungia prie ląstelės membranos ir prasiskverbia giliai į ląstelę.
Atvirkštinė transkripcija. Ląstelės viduje iš kapsidės išsiskiria viruso RNR. Dalyvaujant atvirkštinei transkriptazei, DNR sintetinama remiantis vienos grandinės RNR.
DNR integravimas į šeimininko ląstelės genomą. Susintetinta DNR persikelia į tikslinės ląstelės branduolį, kur integruojama į chromosomą. Virusinė DNR, įterpta į ląstelės chromosomą, vadinama provirusu.
Baltymų molekulių sintezė. Toliau, naudojant fermentus, ant proviruso matricos sintetinamos naujos virusinės RNR molekulės, taip pat struktūriniai ir reguliuojantys baltymai, kurie atlieka virionų surinkimą ir pumpurus.
Viriono surinkimas ir pumpuravimas. Virionai surenkami ląstelės citoplazmoje ir iš pradžių nėra užkrečiami, nes susidaro iš pirmtakų poliproteinų. Kai virionas bręsta, pirmtakų baltymai suskaidomi į funkcinius komponentus, veikiami virusinių proteazių. Subrendę viriono pumpurai iš ląstelės užfiksuoja kai kuriuos ląstelės membranos baltymus, kad sukurtų jos išorinį apvalkalą.
Ryžiai. 13. Virionai kaupiasi po išorine ląstelės membrana. Matomos neįprastos iškyšos - vietos, kur atsiranda virionai.
Išeidami iš ląstelės, virionai užfiksuoja dalį išorinės ląstelės membranos (matoma viriono „koja“). Nesubrendusiuose virionuose nukleokapsidė yra nestruktūrizuota (atrodo kaip juodas puslankis). Subrendusio viriono kapsidas yra kūgio formos.
Viriono gyvenimas palikus užkrėstą šeimininko ląstelę. Virionas kraujo plazmoje gyvena ne ilgiau kaip 8 valandas. Pusė visų virionų miršta per 6 valandas. Kituose biologiniuose skysčiuose virionų gyvenimo trukmė yra daug trumpesnė. Virusai užkrečia CD4+ limfocitai, monocitai, makrofagai, Langerhanso ląstelės (oda), alveoliniai makrofagai (plaučiai), gaubtinės ir inkstų epitelio ląstelės, gimdos kaklelio ląstelės, oligodendroglijos ląstelės ir astrocitai (smegenys). T limfocitai yra pagrindinis žmogaus imunodeficito virusų rezervuaras.
Ryžiai. 15. „b“ paveiksle (nuotrauka kairėje) pavaizduoti nesubrendę virionai. Nukleokapsidė yra formavimosi stadijoje (suapvalinta), apvalkalo baltymai išsikiša į išorę iškilimų pavidalu. Paveikslėlyje „a“ (nuotrauka dešinėje) pavaizduotas subrendęs virionas. Nukleokapsidės apvalkalas prarado didžiąją dalį baltymų ir tapo plonesnis bei tankesnis, o nukleokapsidė įgavo nupjauto kūgio formą, kuri išskiria ją iš daugelio kitų virusų.
Ryžiai. 16. Užkrėstos ląstelės paviršiuje matomi keli burbuliukai, tarp kurių atsirado naujai susiformavę virusai. Pūslelės yra daug didesnės ir mažiau tankios nei ŽIV.
ŽIV yra patogeniškiausias ir labiausiai paplitęs tarp visų virusų. Dėl nedidelių jo genomo pokyčių atsiranda daug naujų padermių, o tai leidžia patogenui išvengti paciento imuninės sistemos ir įgyti atsparumą vaistams antivirusiniams vaistams. ŽIV antigeninis kintamumas kelis kartus didesnis nei gripo ir SARS virusų, kurių mutacijų dažnis yra 10, kintamumas.-5 nukleotidų per dieną. Jo transkripcijos greitis yra didesnis nei kitų virusų ir yra apie 20 milijonų viruso dalelių per dieną. Visa tai apsunkina tiek diagnozę, tiek specifinių šios baisios ligos prevencijos metodų paiešką.
Užkrėsto paciento organizme vyksta negailestinga kova tarp jo imuninės sistemos ir ŽIV. Imuniteto įtakoje virusas mutuoja.Tačiau, kaip nustatė mokslininkai, nuolatinės mutacijos sukelia mikroorganizmo susilpnėjimą: sumažėja jo žalingos savybės, pailgėja AIDS išsivystymo laikotarpis.
Ryžiai. 17. Nuotraukoje „B“ pavaizduoti normalūs virionai: 4 pumpurai (ant kotelio) ir 1 subrendęs. Nuotraukos „C“ ir „E“ rodo mutavusius virionus. Nuotraukoje „C“ pavaizduoti nesubrendę virionai, kuriuos sukelia proteazės fermento mutacijos. Nuotraukoje „E“ pavaizduotas subrendęs virionas, tačiau jis negali surinkti įprasto kapsido.
Žmogaus imunodeficito viruso jautrumas išoriniams poveikiams
Kaitinant iki 56°C, virusas inaktyvuojamas per 30 minučių.
Ligos sukėlėjas jautrus visoms dezinfekavimo priemonėms: vandenilio peroksidui, lizoliui, eteriui, acetonui, natrio hipochloritui, etilo alkoholiui, chloraminui, balikliui ir kt. Inaktyvacija įvyksta per 3–5 minutes.
Viruso mirtis įvyksta pasikeitus aplinkos pH – žemiau 0,1 ir virš 13.
Ultravioletinė ir jonizuojanti spinduliuotė yra destruktyvi.
Žmogaus imunodeficito viruso išlikimas
ŽIV daugelį metų gyvena kraujyje ir jo komponentuose, skirtuose perpylimui.
Skystoje terpėje 23–27°C temperatūroje – 25 dienas.
Sušaldytoje spermoje – kelis mėnesius, kraujo serume – iki 10 metų.
ŽIV miršta, kai užšaldoma žemesnėje nei 70°C temperatūroje;
Išdžiovinti jie išlieka gyvybingi kraujo serume ir spermoje 24 valandas.
Ryžiai. 18. Daugelis subrendusių virionų yra pasirengę užkrėsti kitas ląsteles.
