Cilvēka imūndeficīta vīruss (HIV, angļu valodā HIV) ir HIV infekcijas izraisītājs, kas vienmēr beidzas ar AIDS attīstību – iegūto cilvēka imūndeficīta sindromu, kurā attīstās smagas infekcijas slimības un neoplastiski procesi.
Vīrusu avots ir tikai slims cilvēks. Viņa asinīs, spermā un maksts izdalījumos ir infekcijas materiāla koncentrācija, kas ir pietiekama infekcijai. Seksuāli, parenterāli un transplacentāri ir galvenie pārnešanas ceļi. Cilvēka imūndeficīta vīruss 1 ir visvirulentākais. Tieši viņš izraisa epidēmijas daudzās pasaules valstīs.
HIV pirmo reizi tika atklāts 1983. gadā divās neatkarīgās laboratorijās: Luka Montanija laboratorijā no Pastēra institūta (Francija) un Nacionālā vēža institūta Roberta Gallo (ASV) laboratorijā.
Rīsi. 1. Luks Montanjē (foto pa kreisi) un Roberts Gallo (foto pa labi).
Cilvēka imūndeficīta vīrusi inficē šūnas, kuru virsmā ir CD4+- receptori:
T-limfocīti (atpazīst un iznīcina šūnas, kas satur svešus antigēnus),
audu makrofāgi un monocīti (uztver un sagremo baktērijas un svešas daļiņas),
folikulu dendritiskās šūnas (stimulē T-limfocītus),
neirogliālās šūnas,
Langerhansa šūnas,
zarnu un dzemdes kakla epitēlija šūnas.
Ja to T-limfocītu koncentrācija ir mazāka par 200 1 μl, šūnu imunitāte pārstāj aizsargāt pacienta ķermeni. Inficētās šūnas mirst. AIDS attīstās.
Rīsi. 2. HIV atstāj mērķa šūnu. Tagad to sauc par virionu.
HIV klasifikācija
Cilvēka imūndeficīta vīruss pieder pie ģimenes retrovīrusi, ģimene lentivīrusi. Tas ir limfotrops. Ir 2 galvenie imūndeficīta vīrusu veidi - HIV-1 un HIV-2. HIV-3 un HIV-4 sugas ir retas šķirnes. Viņu loma infekcijas izplatīšanā ir smalka.
Retrovīrusi (no latīņu valodas retro - reverss) pieder RNS vīrusu ģimenei, kas inficē mugurkaulniekus. HIV, atšķirībā no onkovīrusiem, noved inficētās šūnas līdz nāvei un neizraisa to proliferatīvu augšanu, piemēram, onkovīrusi. Retrovīrusi daudziem dzīvniekiem izraisa ļaundabīgu procesu attīstību sarkomas un leikēmijas veidā, un tikai viena suga izraisa limfosarkomu cilvēkiem.
Lentivīrusi (no latīņu valodas lentus - lēni) izraisīt slimības ar ilgu inkubācijas periodu un lēnu, bet vienmērīgi progresējošu gaitu. Lentivīrusi nogādā ievērojamu daudzumu ģenētiskā materiāla saimniekšūnā, un tiem ir iespēja vairoties (atjaunoties) šūnās, kas nedalās.
Rīsi. 3. Kad iznāk jauns vīruss, to sauc par virionu. Fotoattēlā redzams nenobriedis virions. Nukleokapsīds nav strukturēts. Ārējais apvalks ir plats un vaļīgs.
Cilvēka imūndeficīta vīrusi atšķiras viens no otra ģenētiski un antigēnu īpašību ziņā. Mūsdienu klasifikācija identificē 2 galvenos vīrusu veidus: cilvēka imūndeficīta vīrusu 1 (HIV-1) un cilvēka imūndeficīta vīrusu 2 (HIV-2). Taču ir zināmi arī HIV-3 un HIV-4 – retas šķirnes ar smalku lomu epidēmijas izplatībā. Tiek uzskatīts, ka HIV-1 radās imūndeficīta vīrusa pārnešanas rezultātā uz cilvēkiem, ko veic šimpanzes, un HIV-2 - sarkanmatainajiem mangabejiem.
Abi vīrusu veidi, nonākot cilvēka ķermenī, izraisa imūndeficītu. Pastāv atšķirības slimības klīniskajā gaitā.
Rīsi. 4. Tiek uzskatīts, ka HIV-1 radās imūndeficīta vīrusa pārnešanas rezultātā uz cilvēkiem ar šimpanzēm, bet HIV-2 - sarkangalviem mangabejiem.
Cilvēka imūndeficīta vīruss 1 (HIV-1)
HIV-1 pirmo reizi tika aprakstīts 1983. gadā. Tas ir pats patogēnākais un visizplatītākais no visiem HIV vīrusiem. Nelielas izmaiņas šāda veida vīrusa genomā noved pie liela skaita jaunu celmu rašanās, kas ļauj patogēnam izvairīties no pacienta imūnsistēmas un iegūt zāļu rezistenci pret pretvīrusu zālēm.
Tieši HIV-1 kļuva par globālās epidēmijas vaininieku.
Cilvēka imūndeficīta vīrusi - 1 iedalās vairākās grupās: M, N, O un P, no kurām 90% ir grupa M. Savukārt M grupa iedalās 11 apakštipos, dominē atsevišķās pasaules daļās.
HIV-1 A apakštips ir plaši izplatīts Krievijā un Āfrikā. Pašlaik ir bijis A celma, kas pašlaik dominē, un celma AG maisījums, kas ievests no Vidusāzijas. Tādā veidā parādījās bīstamāks HIV-1A63 celms.
Ja inficējas ar HIV-1, slimība bieži progresē līdz AIDS stadijai.
AIDS stadijā bieži attīstās mutes kandidoze, Kapoši sarkoma un hronisks drudzis.
Katrā gadījumā, ja nav norādes par vīrusa veidu, tiek pieņemts cilvēka imūndeficīta vīruss-1.
Imūndeficīta vīruss-2 (HIV-2)
HIV-2 radās imūndeficīta vīrusa pārnešanas rezultātā uz cilvēkiem no sarkanmatainajiem mangabejiem. Identificēts 1986. gadā. Ir aprakstītas 8 vīrusu grupas, bet epidēmijas ziņā bīstamākas ir tikai A un B grupas.
HIV-2 ir mazāk virulents nekā HIV-1.
Kad HIV-1 un HIV-2 vienlaikus nonāk cilvēka ķermenī, HIV-2 nodrošina, lai arī nelielu, šūnu aizsardzību pret HIV-1 infekciju.
Slimība ilgst ilgāk un reti pāriet AIDS stadijā.
Slimības laikā 1 μl asiņu ir ievērojami mazāk vīrusu nekā HIV-1 infekcijas laikā.
Ar HIV-2 biežāk attīstās tādas infekcijas kā hroniska caureja, holangīts, encefalīts un smagas citomegalovīrusa infekcijas.
Tiek saukts vīruss, kas atrodas ārpus šūnas virion. Virioni ir vīrusu attīstības pēdējā fāze. Tieši uz šiem mikrokosmosa pārstāvjiem balstās vīrusu klasifikācija un sistematizācija.
HIV-1 un HIV-2 ir kodols (lodes formas nukleokapsīds), kas sastāv no RNS un fermentiem, un apvalks (membrāna vai superkapsīds). Nobrieduši virioni satur līdz pat vairākiem tūkstošiem dažādu olbaltumvielu molekulu veidu, un tiem ir sfēriska forma ar diametru no 100 līdz 180 nm.
HIV nukleokapsīda struktūra
HIV iekšpusē ir 2 vienpavedienu vīrusa RNS un 3 enzīmi: reversā transkriptāze (revertāze), integrāze un proteāze, kas ir cieši saistītas (iesaiņotas) ar kapsīda proteīniem p24, p7 un p9.
Ārpus kapsīda atrodas 2000 matricas p17 proteīna molekulas ar biezumu 5-7 nm. Tie atrodas starp vīrusa kapsīdu un ārējo apvalku.
P7 un p9 nukleokapsīdu proteīni nodrošina saziņu ar genoma RNS.
Ar HIV-1 kapsīdu ir saistītas 200 ciklofilīna A kopijas, kas ir iesaistītas virionu montāžā.
Viriona kapsīda iekšpusē (vai ārpusē?) ir Vhr proteīns.
Dažu simbolu skaidrojums
Vīrusa genoms ir gēnu kopums, kas satur bioloģisku informāciju, kas nepieciešama mikroorganisma uzbūvei un dzīvības uzturēšanai. Genomiskā nukleīnskābe pati par sevi nav infekcijas faktors.
Reversā transkriptāze(atgriezties) ir enzīms, kas iesaistīts DNS sintēzē uz RNS šablona. Nosaukums "reverss" cēlies no tā, ka lielākā daļa šo procesu notiek otrā virzienā, kad RNS tiek sintezēta no DNS veidnes.
Integraza ir enzīms, kas paātrina (katalizē) HIV DNS iekļaušanu (integrāciju) saimnieka hromosomā. Pirms integrācijas vīrusa DNS noslēdzas gredzenā.
Proteāze ir enzīms, kas sadala peptīdu saites starp proteīnu aminoskābēm.
Rīsi. 6. Elektronu mikrogrāfijā skaidri redzamas jau nobriedušu virionu nukleokapsīdas (foto pa kreisi).Fotoattēlā "D" redzami makrofāgu notverti vīrusi.
HIV čaulas struktūra
HIV čaulas (kapsīds un superkapsīds) aizsargā ģenētisko materiālu no ķīmiskiem, fizikāliem un mehāniskiem bojājumiem. Ārējais apvalks palīdz vīrusam mijiedarboties ar mērķa šūnu receptoriem.
Apvalks veidojas pumpurēšanas periodā un sastāv no fosfolipīdu slāņa, ko caurstrāvo 72 glikoproteīnu kompleksi un saimniekorganisma membrānas šūnas.
Pateicoties apvalka glikoproteīniem, vīrusi tiecas tikai pēc noteiktām saimniekšūnām, kuru virsmā ir īpaši CD4 receptori.+ — T-limfocīti, monocīti, audu makrofāgi, folikulu dendritiskās šūnas, neiroglijas, Langerhansa šūnas, zarnu un dzemdes kakla epitēlija šūnas, kas nosaka HIV infekcijas izpausmju attīstību.
Saskaroties ar saimniekšūnām, to membrānās tiek ievietoti transmembrānas glikoproteīni gp41 un virsmas glikoproteīni gp120. Vīrusi, kuriem trūkst šo proteīnu, nespēj iekļūt mērķa šūnās.
Rīsi. 7. Fotoattēlā redzams HIV 3D modelis.
Rīsi. 8. Fotoattēlā labajā pusē redzams HIV šķērsgriezums.
HIV genoms sastāv no divām identiskām RNS virknēm. Katras daļas garums ir aptuveni 10 tūkstoši nukleotīdu. Genoms ietver 3 galvenos strukturālos un 7 regulējošos un funkcionālos gēnus, kas kodē 15 dažādus proteīnus.
HIV strukturālos (kapsīdu un superkapsīdu) proteīnus kodē Gag genoms.
Nestrukturālie proteīni ir kodēti genoms Pol.
Gēni Tat, Nef, Vif, Rev, Vpu un Vpr kodē olbaltumvielas, kas regulē vīrusu reprodukcijas un montāžas procesus, nomāc šūnu pretvīrusu sistēmu darbību.
Rīsi. 9. Normāls limfocīts (foto pa kreisi), kas inficēts ar HIV (foto pa labi).Uz inficētās šūnas virsmas veidojas vairāki burbuļi.
Tiklīdz virions ir iekļuvis saimniekšūnā (tagad to sauc par vīrusu), genoma DNS kopija tiek sintezēta, izmantojot enzīmu reverso transkriptāzi, kas ir integrēta saimniekšūnas genomā. Tādā veidā veidojas provīruss.
Tālāk ar enzīmu palīdzību uz provīrusa matricas tiek sintezētas jaunas vīrusu RNS molekulas, kā arī strukturālie un regulējošie proteīni, kas veic vīrusu montāžu un veidošanu. Vīrusa iekšpusē, kā arī uz tā virsmas, papildus tiem, ko kodē genoms, ir proteīni, kurus vīrusa daļiņa uztver no saimniekšūnām.
Gag, Pol un Env gēni ir atbildīgi par galveno HIV proteīnu sintēzi.
HIV strukturālie proteīni
Gag gēns ir atbildīgs par HIV strukturālo proteīnu sintēzi. Strukturālie proteīni ir daļa no pašas vīrusa daļiņas. Tie veido kapsīdu un vīrusa apvalku.
HIV kapsīdu proteīni
Kapsīdu proteīni veido nukleīnskābes konteineru (korpusu), ir daļa no genoma proteīniem un veido fermentus. Kapsīda apvalks ir samontēts nevis no atsevišķiem proteīniem, bet gan no apakšvienībām. Tās montāža ir ieprogrammēta RNS.
P24 proteīns veido nukleokapsīda apvalku.
P17 proteīns veido matricas vielu.
Proteīns p9 un p7 nodrošina saziņu ar genoma RNS.
Rīsi. 10. HIV skartie limfocīti. Iegarenas struktūras uz šūnu virsmas izraisa Gag proteīna pārprodukcija. (NIBSC foto).
Superkapsīdu proteīni
Env gēns ir atbildīgs par HIV apvalka proteīnu sintēzi. Šīs grupas olbaltumvielas ir daļa no viriona ārējās membrānas, kas sastāv no fosfolipīdu slāņa, kurā iekļūst 72 glikoproteīnu kompleksi. Glikoproteīna kompleksa brīvā (ārējā) daļa satur aminogrupu DO galā.Lipīdu slānī iegremdētais gals satur hidroksilgrupu C-galā. Pateicoties glikoproteīnu kompleksiem, virioni pievienojas saimniekšūnai. Tos sauc par piesaistes proteīniem.
Evolūcijas gaitā vīrusi ieguva mērķtiecīgu funkciju – nepieciešamo saimniekšūnu meklēšanu starp daudzām citām šūnām, kurām uz to virsmas parādījās īpaši proteīni, kas atpazīst jutīgas šūnas un to receptorus.
Viriona ārējais apvalks sastāv no proteīnu kompleksiem (olbaltumvielu gp120 un gp41) un saimnieka apvalka šūnām, ko vīrusi uztver pumpuru veidošanās laikā.
gp120 proteīns (ārējais) nodrošina saistīšanos ar mērķa šūnām.
Gp41 proteīns nodrošina virionu iekļūšanu šūnā.
Nestrukturālie proteīni
Nestrukturālos proteīnus kodē Pol gēns. Tie kalpo vīrusu reprodukcijas procesiem dažādos tā posmos. Pol gēns kodē enzīmus, kas iesaistīti vīrusa genoma integrācijas procesā saimniekšūnas genomā, un enzīmus, kas iesaistīti vīrusa reprodukcijas procesā.
Pašlaik visvairāk pētīti ir šādi HIV nestrukturālie proteīni:
p66 - reversā transkriptāze (piedalās DNS sintēzē uz RNS šablona);
p31 - integrāze (katalizē vīrusa DNS integrāciju saimnieka hromosomā;
p10 ir proteāze (sašķeļ peptīdu saites starp aminoskābēm lielās olbaltumvielu molekulās).
Citi HIV gēni
Tādi gēni kā Tat, Nef, Vif, Rev, Vpu un Vpr kodē proteīnus, kas regulē vīrusu reprodukcijas un montāžas procesus un nomāc šūnu pretvīrusu sistēmu darbību.
Rīsi. 11. Fotoattēlā pa kreisi redzams virionu pumpuru veidošanās process. Nukleokapsīds vēl nav strukturēts, ārējais apvalks ir biezāks membrānas proteīnu klātbūtnes dēļ.Labajā pusē esošajā fotoattēlā redzami nobrieduši virioni ārpusšūnu telpā (elektronu mikrogrāfs). Nukleokapsīdi ieguva nošķelta konusa formu. Apvalks ir kļuvis plāns, jo ir zaudēti daži ārējā apvalka proteīni.
Cilvēka imūndeficīta vīrusi - 1 iedalās vairākās grupās: M, N, O un P, no kurām 90% ir grupa M. Savukārt M grupa iedalās 11 apakštipos, dominē atsevišķās pasaules daļās. Tie atšķiras viens no otra ar savu olbaltumvielu aminoskābju sastāvu.
Galvenie cilvēka imūndeficīta vīrusa antigēni ir:
grupai un sugai specifiski antigēni: proteīni, kas veido nukleokapsīda apvalku - p24;
tipam specifiskie antigēni: proteīni, kas nodrošina saziņu ar mērķa šūnām - gp120 un proteīni, kas nodrošina virionu iekļūšanu šūnās - gp41.
HIV ir augsta bioloģiskā aktivitāte un ģenētisko izmaiņu biežums (augsta mainība), kas notiek pašivarošanās procesā, kas rada lielus šķēršļus vakcīnas un efektīvu medikamentu radīšanai.
HIV replikācija (reprodukcija) saimniekšūnā notiek pakāpeniski.
Satikšanās ar būru. Virioni cilvēka organismā atrodas visos bioloģiskajos šķidrumos, taču no epidemioloģiskā viedokļa vislielāko apdraudējumu rada asinis, maksts izdalījumi un sperma, kurā ir pietiekama infekcijas materiāla koncentrācija infekcijai.
Rīsi. 12. HIV inficē imūno šūnu (norādīta dzeltenā krāsā).
Saplūšana ar mērķa šūnu. Pēc mērķa šūnas meklēšanas virioni caur CD4 receptoriem savienojas ar šūnas membrānu un dziļi iekļūst šūnā.
Reversā transkripcija. Šūnas iekšpusē vīrusa RNS tiek atbrīvota no kapsīda. Piedaloties reversajai transkriptāzei, DNS tiek sintezēta, pamatojoties uz vienpavedienu RNS.
DNS integrācija saimniekšūnas genomā. Sintezētā DNS pārvietojas mērķa šūnas kodolā, kur tā tiek integrēta hromosomā. Šūnu hromosomā iestrādāto vīrusu DNS sauc par provīrusu.
Olbaltumvielu molekulu sintēze. Tālāk ar enzīmu palīdzību uz provīrusa matricas tiek sintezētas jaunas vīrusu RNS molekulas, kā arī strukturālie un regulējošie proteīni, kas veic virionu montāžu un veidošanu.
Virionu montāža un pumpuru veidošanās. Virioni tiek savākti šūnas citoplazmā un sākotnēji nav infekciozi, jo tie veidojas no poliproteīnu prekursoriem. Virionam nobriestot, prekursoru proteīni vīrusu proteāžu ietekmē tiek sadalīti funkcionālos komponentos. Nobrieduši virionu pumpuri no šūnas, satverot dažus šūnu membrānas proteīnus, lai izveidotu tās ārējo apvalku.
Rīsi. 13. Virioni sakrājas zem šūnas ārējās membrānas. Ir redzami neparasti izvirzījumi — vietas, kur parādās virioni.
Rīsi. 14. Fotoattēlā redzams HIV pumpuru veidošanās process (virionu veidošanās).
Izejot no šūnas, virioni uztver daļu no ārējās šūnas membrānas (ir redzama viriona “kāja”). Nenobriedušos virionos nukleokapsīds ir nestrukturēts (izskatās pēc melna pusloka). Nobrieduša viriona kapsīds ir konusa formas.
Viriona dzīve pēc inficētas saimniekšūnas atstāšanas. Virions dzīvo asins plazmā ne vairāk kā 8 stundas. Puse no visiem virioniem mirst 6 stundu laikā. Citos bioloģiskajos šķidrumos virionu dzīves ilgums ir daudz īsāks. Vīrusi inficē CD4+ limfocīti, monocīti, makrofāgi, Langerhansa šūnas (āda), alveolārie makrofāgi (plaušas), resnās zarnas un nieru epitēlija šūnas, dzemdes kakla šūnas, oligodendrogliālās šūnas un astrocīti (smadzenes). T limfocīti ir galvenais cilvēka imūndeficīta vīrusu rezervuārs.
Rīsi. 15. Attēlā “b” (foto pa kreisi) redzami nenobrieduši virioni. Nukleokapsīds ir veidošanās stadijā (noapaļots), čaumalas proteīni izvirzās uz āru izciļņu veidā. Attēlā “a” (foto pa labi) parādīts nobriedis virions. Nukleokapsīda apvalks ir zaudējis lielāko daļu olbaltumvielu un kļuvis plānāks un blīvāks, un nukleokapsīds ir ieguvis nošķelta konusa formu, kas to atšķir no daudziem citiem vīrusiem.
Rīsi. 16. Uz inficētās šūnas virsmas ir redzami vairāki burbuļi, starp kuriem parādījušies jaunizveidoti vīrusi. Blisteri ir daudz lielāki un mazāk blīvi nekā HIV.
HIV ir visizplatītākais un visizplatītākais no visiem vīrusiem. Nelielas izmaiņas tā genomā noved pie liela skaita jaunu celmu rašanās, kas ļauj patogēnam izvairīties no pacienta imūnsistēmas un iegūt zāļu rezistenci pret pretvīrusu zālēm. HIV antigēnu variabilitāte ir vairākas reizes lielāka nekā gripas un SARS vīrusu mainīgums, kuru mutāciju biežums ir 10-5 nukleotīdu dienā. Tā transkripcijas ātrums ir lielāks nekā citiem vīrusiem un ir aptuveni 20 miljoni vīrusu daļiņu dienā. Tas viss apgrūtina gan diagnozi, gan šīs briesmīgās slimības specifiskas profilakses metožu meklēšanu.
Inficēta pacienta ķermenī notiek nežēlīga cīņa starp viņa imūnsistēmu un HIV. Imunitātes ietekmē vīruss mutē.Bet, kā ir noskaidrojuši zinātnieki, pastāvīgas mutācijas noved pie mikroorganisma vājināšanās: samazinās tā bojājuma spējas un pagarinās AIDS attīstības laiks.
Rīsi. 17. Fotoattēlā “B” redzami normāli virioni: 4 pumpuri (uz kātiņa) un 1 nobriedis. Fotoattēlos “C” un “E” redzami mutēti virioni. Fotoattēlā “C” redzami nenobrieduši virioni, ko izraisa proteāzes enzīma mutācijas. Fotoattēlā “E” ir redzams nobriedis virions, bet tas nevar savākt normālu kapsīdu.
Cilvēka imūndeficīta vīrusa jutība pret ārējām ietekmēm
Sildot līdz 56°C, vīruss tiek deaktivizēts 30 minūšu laikā, vārot vīrusu uzreiz.
Patogēns ir jutīgs pret visiem dezinfekcijas līdzekļiem: ūdeņraža peroksīdu, lizolu, ēteri, acetonu, nātrija hipohlorītu, etilspirtu, hloramīnu, balinātāju utt. Inaktivācija notiek 3 līdz 5 minūšu laikā.
Vīrusa nāve iestājas, mainoties vides pH līmenim – zem 0,1 un virs 13.
Ultravioletais un jonizējošais starojums ir destruktīvs.
Cilvēka imūndeficīta vīrusa noturība
HIV gadiem ilgi dzīvo asinīs un to pārliešanas komponentos.
Šķidrā vidē 23 līdz 27°C temperatūrā - 25 dienas.
Saldētā spermā - vairākus mēnešus, asins serumā - līdz 10 gadiem.
HIV iet bojā, sasaldējot zem 70°C;
Pēc žāvēšanas tie saglabā dzīvotspēju asins serumā un spermā 24 stundas.
Rīsi. 18. Daudzi nobrieduši virioni ir gatavi inficēt citas šūnas.
