Det humane immunsviktviruset (HIV, på engelsk HIV) er årsaken til HIV-infeksjon, som alltid ender i utvikling av AIDS – ervervet humant immunsviktsyndrom, der det utvikles alvorlige infeksjonssykdommer og neoplastiske prosesser.
Kilden til virus er bare en syk person. Hans blod, sæd og vaginale sekreter har en konsentrasjon av smittsomt materiale som er tilstrekkelig for infeksjon. Seksuell, parenteral og transplacental er de viktigste smitteveiene. Humant immunsviktvirus 1 er det mest virulente. Det er han som forårsaker epidemier i mange land rundt om i verden.
HIV ble først oppdaget i 1983 i to uavhengige laboratorier: laboratoriet til Luc Montagny fra Pasteur Institute (Frankrike) og National Cancer Institute i laboratoriet til Robert Gallo (USA).
Ris. 1. Luc Montagnier (bilde til venstre) og Robert Gallo (bilde til høyre).
Humane immunsviktvirus infiserer celler som har CD4 på overflaten+-reseptorer:
T-lymfocytter (gjenkjenner og ødelegger celler som bærer fremmede antigener),
vevsmakrofager og monocytter (fanger og fordøyer bakterier og fremmede partikler),
Når konsentrasjonen av T-lymfocytter er under 200 i 1 μl, slutter cellulær immunitet å beskytte pasientens kropp. Infiserte celler dør. AIDS utvikler seg.
Ris. 2. HIV forlater målcellen. Nå kalles det en virion.
HIV-klassifisering
Humant immunsviktvirus tilhører familien retrovirus, familie lentivirus. Den er lymfotropisk. Det er 2 hovedtyper av immunsviktvirus - HIV-1 og HIV-2. HIV-3 og HIV-4 artene er sjeldne varianter. Deres rolle i spredningen av infeksjon er subtil.
Retrovirus (fra latin retro - omvendt) tilhører en familie av RNA-virus som infiserer virveldyr. HIV, i motsetning til onkovirus, fører infiserte celler til døden, og forårsaker ikke deres proliferative vekst, som onkovirus. Retrovirus forårsaker utvikling av ondartede prosesser i form av sarkom og leukemi hos en rekke dyr, og kun én art forårsaker lymfosarkom hos mennesker.
Lentivirus (fra latin lentus - sakte) forårsaker sykdommer med lang inkubasjonstid og et sakte men jevnt progressivt forløp. Lentivirus leverer en betydelig mengde genetisk materiale inn i vertscellen og har evnen til å replikere (fornye) i ikke-delte celler.
Ris. 3. Når et nytt virus kommer ut, kalles det et virion. Bildet viser en umoden virion. Nukleokapsidet er ikke strukturert. Det ytre skallet er bredt og løst.
Humane immunsviktvirus skiller seg fra hverandre genetisk og i antigene egenskaper. Den moderne klassifiseringen identifiserer 2 hovedtyper av virus: humant immunsviktvirus 1 (HIV-1) og humant immunsviktvirus 2 (HIV-2). Imidlertid er HIV-3 og HIV-4 også kjent - sjeldne varianter med en subtil rolle i spredningen av epidemien. Det antas at HIV-1 oppsto som et resultat av overføring av immunsviktviruset til mennesker av sjimpanser, og HIV-2 av rødhodede mangabeyer.
Begge typer virus forårsaker immunsvikt når de kommer inn i menneskekroppen. Det er forskjeller i det kliniske forløpet av sykdommen.
Ris. 4. Det antas at HIV-1 oppsto som et resultat av overføring av immunsviktviruset til mennesker av sjimpanser, og HIV-2 av rødhodede mangabeyer.
Humant immunsviktvirus 1 (HIV-1)
HIV-1 ble først beskrevet i 1983. Det er det mest patogene og utbredte av alle HIV-virus. Mindre endringer i genomet til denne typen virus fører til fremveksten av et stort antall nye stammer, som gjør at patogenet kan unnslippe pasientens immunsystem og tilegne seg medikamentresistens mot antivirale medisiner.
Det var HIV-1 som ble den skyldige i den globale epidemien.
Humane immunsviktvirus - 1 er delt inn i flere grupper: M, N, O og P, 90% av disse er gruppe M. I sin tur er gruppe M delt inn i 11 undertyper, dominerende i visse deler av verden.
HIV-1 subtype A er utbredt i Russland og Afrika. For tiden har det vært en blanding av stamme A, som for tiden er dominerende, og stamme AG, hentet fra Sentral-Asia. Slik oppsto en farligere stamme av HIV-1A63.
Når infisert med HIV-1, utvikler sykdommen seg ofte til AIDS-stadiet.
I AIDS-stadiet utvikles ofte oral candidiasis, Kaposis sarkom og kronisk feber.
I hvert tilfelle hvor det ikke er noen indikasjon på type virus, antas humant immunsviktvirus-1.
Immunsviktvirus-2 (HIV-2)
HIV-2 oppsto fra overføring av et immunsviktvirus til mennesker fra rødhodede mangabeyer. Identifisert i 1986. 8 grupper av virus er beskrevet, men i epidemiske termer er bare gruppe A og B farligere.
HIV-2 er mindre virulent enn HIV-1.
Når HIV-1 og HIV-2 kommer inn i menneskekroppen samtidig, gir HIV-2, om enn liten, beskyttelse av celler mot infeksjon med HIV-1.
Sykdommen varer lenger og utvikler seg sjelden til AIDS-stadiet.
Under sykdommen er det betydelig færre virus i 1 μl blod enn ved HIV-1-infeksjon.
Med HIV-2 utvikles oftere infeksjoner som kronisk diaré, kolangitt, encefalitt og alvorlige cytomegalovirusinfeksjoner.
Et virus som befinner seg utenfor cellen kalles virion. Virioner er den siste fasen av viral utvikling. Det er på disse representantene for mikrokosmos klassifiseringen og systematiseringen av virus er basert.
HIV-1 og HIV-2 har en kjerne (kuleformet nukleokapsid) som består av RNA og enzymer og en konvolutt (membran eller superkapsid). Modne virioner inneholder opptil flere tusen forskjellige typer proteinmolekyler og har en sfærisk form med en diameter på 100 til 180 nm.
Strukturen til HIV-nukleokapsiden
Inne i HIV er det 2 enkeltstrengede virale RNA og 3 enzymer: revers transkriptase (revertase), integrase og protease, tett bundet (pakket) til kapsidproteinene p24, p7 og p9.
Utenfor kapsiden er det 2000 molekyler av matrise p17 protein med en tykkelse på 5 - 7 nm. De er plassert mellom viruskapsiden og det ytre skallet.
Nukleokapsidproteinene p7 og p9 gir kommunikasjon med det genomiske RNA.
Assosiert med HIV-1-kapsiden er 200 kopier av cyklofilin A, som er involvert i virion-sammensetningen.
Inne (eller utenfor?) er virionkapsiden Vhr-proteinet.
Forklaring av noen symboler
Virusgenom er et sett med gener som inneholder biologisk informasjon som er nødvendig for å bygge og støtte livet til en mikroorganisme. Genomisk nukleinsyre i seg selv er ikke en smittsom faktor.
Revers transkriptase(reverser) er et enzym involvert i syntesen av DNA på en RNA-mal. Navnet "omvendt" kommer fra det faktum at de fleste av disse prosessene foregår i den andre retningen, når RNA syntetiseres fra en DNA-mal.
Integraza er et enzym som akselererer (katalyserer) inkorporeringen (integrasjonen) av HIV-DNA i vertskromosomet. DNA-et til viruset lukkes i en ring før integrering.
Protease er et enzym som bryter ned peptidbindinger mellom aminosyrer i proteiner.
Ris. 6. Elektronmikrofotografiet viser tydelig nukleokapsidene til allerede modne virioner (bilde til venstre).Bilde "D" viser virus fanget av makrofager.
Strukturen til HIV-skallet
HIV-skall (kapsid og superkapsid) beskytter genetisk materiale mot kjemisk, fysisk og mekanisk skade. Det ytre skallet hjelper viruset til å samhandle med målcellereseptorer.
Skallet dannes i spireperioden og består av et lag av fosfolipider penetrert av 72 glykoproteinkomplekser og membranceller fra verten.
Takket være konvoluttglykoproteiner streber virus bare etter visse vertsceller som bærer spesielle CD4-reseptorer på overflaten.+ — T-lymfocytter, monocytter, vevsmakrofager, follikulære dendrittiske celler, neuroglia, Langerhans-celler, epitelceller i tarmen og livmorhalsen, som bestemmer utviklingen av manifestasjoner av HIV-infeksjon.
Når de møter vertsceller, settes transmembranglykoproteiner gp41 og overflateglykoproteiner gp120 inn i membranene deres. Virus som mangler disse proteinene er ikke i stand til å penetrere målceller.
Ris. 7. Bildet viser en 3D-modell av HIV.
Ris. 8. Bildet til høyre viser et tverrsnitt av HIV.
HIV-genomet består av to identiske tråder av RNA. Lengden på hver tråd er omtrent 10 tusen nukleotider. Genomet inkluderer 3 hovedstrukturelle og 7 regulatoriske og funksjonelle gener som koder for 15 forskjellige proteiner.
Strukturelle (kapsid og superkapsid) proteiner av HIV er kodet av Gag genom.
Ikke-strukturelle proteiner er kodet genom Pol.
Gener Tat, Nef, Vif, Rev, Vpu og Vpr koder for proteiner som regulerer prosessene for reproduksjon og montering av virus, undertrykker aktiviteten til cellulære antivirale systemer.
Ris. 9. En normal lymfocytt (bilde til venstre) infisert med HIV (bilde til høyre).Flere bobler dannes på overflaten av den infiserte cellen.
Så snart virionet har kommet inn i vertscellen (nå kalt et virus), syntetiseres en DNA-kopi av genomet ved hjelp av enzymet revers transkriptase, som er integrert i vertscellens genom. Dette er hvordan et provirus dannes.
Deretter, ved hjelp av enzymer, syntetiseres nye virale RNA-molekyler på provirusmatrisen, samt strukturelle og regulatoriske proteiner som utfører sammensetning og spiring av virus. Inne i viruset, så vel som på overflaten, i tillegg til de som kodes av genomet, er det proteiner som fanges opp av den virale partikkelen fra vertscellene.
Gag-, Pol- og Env-genene er ansvarlige for syntesen av de viktigste HIV-proteinene.
Strukturelle proteiner av HIV
Gag-genet er ansvarlig for syntesen av HIV-strukturelle proteiner. Strukturelle proteiner er en del av selve viruspartikkelen. De danner kapsid og viral konvolutt.
HIV kapsidproteiner
Kapsidproteiner danner en beholder (etui) for nukleinsyre, er en del av genomiske proteiner og danner enzymer. Kapsidskallet er ikke satt sammen fra individuelle proteiner, men fra underenheter. Sammenstillingen er programmert til RNA.
p24-proteinet danner nukleokapsidkonvolutten.
p17-proteinet danner matrikssubstansen.
Protein p9 og p7 gir kommunikasjon med genomisk RNA.
Ris. 10. Lymfocytt påvirket av HIV. Langstrakte strukturer på celleoverflaten er forårsaket av overproduksjon av Gag-proteinet. (NIBSC-bilde).
Superkapsidproteiner
Env-genet er ansvarlig for syntesen av HIV-kappeproteiner. Proteiner fra denne gruppen er en del av den ytre membranen av virion, som består av et lag av fosfolipider penetrert av 72 glykoproteinkomplekser. Den frie (ytre) delen av glykoproteinkomplekset inneholder en aminogruppe i DO-enden.Enden nedsenket i lipidlaget inneholder en hydroksylgruppe ved C-terminalen. Takket være glykoproteinkomplekser fester virioner seg til vertscellen. De kalles tilknytningsproteiner.
Under evolusjonen fikk virus en målrettet funksjon - søkte etter de nødvendige vertscellene blant mange andre celler, for hvilke spesielle proteiner dukket opp på overflaten som gjenkjenner sensitive celler og deres reseptorer.
Det ytre skallet av virionet består av proteinkomplekser (protein gp120 og gp41) og vertskapsceller, som fanges opp av virus under spirende.
gp120-proteinet (ytterst) sikrer binding til målceller.
gp41-proteinet sikrer penetrering av virioner inn i cellen.
Ikke-strukturelle proteiner
Ikke-strukturelle proteiner er kodet av Pol-genet. De tjener prosessene for viral reproduksjon på de forskjellige stadiene. Pol-genet koder for enzymer involvert i prosessen med integrering av virusgenomet i genomet til vertscellen og enzymer involvert i prosessen med virusreproduksjon.
Følgende ikke-strukturelle proteiner av HIV er for tiden de mest studerte:
p66 - revers transkriptase (deltaker i DNA-syntese på en RNA-mal);
p31 - integrase (katalyserer integreringen av viralt DNA i vertskromosomet;
p10 er en protease (spalter peptidbindinger mellom aminosyrer i store proteinmolekyler).
Andre HIV-gener
Gener som Tat, Nef, Vif, Rev, Vpu og Vpr koder for proteiner som regulerer prosessene for reproduksjon og montering av virus og undertrykker aktiviteten til cellulære antivirale systemer.
Ris. 11. Bildet til venstre viser prosessen med spiring av virioner. Nukleokapsiden er ennå ikke strukturert; det ytre skallet er tykkere på grunn av tilstedeværelsen av membranproteiner.Bildet til høyre viser modne virioner i det ekstracellulære rommet (elektronmikrofotografi). Nukleokapsider fikk formen av en avkortet kjegle. Skallet har blitt tynt fordi noen av de ytre skallproteinene har gått tapt.
Humane immunsviktvirus - 1 er delt inn i flere grupper: M, N, O og P, 90% av disse er gruppe M. I sin tur er gruppe M delt inn i 11 undertyper, dominerende i visse deler av verden. De skiller seg fra hverandre i aminosyresammensetningen til proteinene deres.
De viktigste antigenene til det humane immunsviktviruset inkluderer:
gruppe- og artsspesifikke antigener: proteiner som utgjør nukleokapsidskallet - p24;
typespesifikke antigener: proteiner som gir kommunikasjon med målceller - gp120 og proteiner som sikrer penetrasjon av virioner inn i celler - gp41.
HIV har høy biologisk aktivitet og en frekvens av genetiske endringer (høy variasjon) som oppstår under selvreproduksjonsprosessen, noe som skaper store hindringer for å lage en vaksine og effektive medikamenter.
Replikasjon (reproduksjon) av HIV skjer i vertscellen i etapper.
Møte buret. Virioner i menneskekroppen er til stede i alle biologiske væsker, men fra et epidemiologisk perspektiv er den største faren representert av blod, vaginale sekreter og sæd, som har en konsentrasjon av smittsomt materiale som er tilstrekkelig for infeksjon.
Ris. 12. HIV infiserer en immuncelle (angitt med gult).
Fusjon med en målcelle. Etter å ha søkt etter en målcelle kobler virioner seg til cellemembranen gjennom CD4-reseptorer og trenger dypt inn i cellen.
Omvendt transkripsjon. Inne i cellen frigjøres det virale RNA fra kapsiden. Med deltakelse av revers transkriptase syntetiseres DNA basert på enkelttrådet RNA.
Integrering av DNA i vertscellens genom. Det syntetiserte DNAet beveger seg inn i målcellens kjerne, hvor det integreres i kromosomet. Viralt DNA innebygd i et cellekromosom kalles et provirus.
Syntese av proteinmolekyler. Deretter, ved hjelp av enzymer, syntetiseres nye virale RNA-molekyler på provirusmatrisen, samt strukturelle og regulatoriske proteiner som utfører sammensetningen og spiringen av virioner.
Virion montering og spirende. Virioner samles i cytoplasmaet til cellen og er i utgangspunktet ikke smittsomme, siden de er dannet fra forløperpolyproteiner. Når virionet modnes, spaltes forløperproteiner til funksjonelle komponenter under påvirkning av virale proteaser. Det modne virionet knopper fra cellen og fanger opp noen av cellemembranproteinene for å bygge det ytre skallet.
Ris. 13. Virioner samles under den ytre membranen av cellen. Uvanlige fremspring er synlige - stedene hvor virioner dukker opp.
Ris. 14. Bildet viser prosessen med HIV-spirer (dannelse av virioner).
Når de forlater cellen, fanger virioner opp en del av den ytre cellemembranen («benet» til virionen er synlig). I umodne virioner er nukleokapsiden ustrukturert (ser ut som en svart halvsirkel). Kapsiden til et modent virion er kjegleformet.
Livet til virion etter å ha forlatt en infisert vertscelle. Virionet lever i blodplasma i ikke mer enn 8 timer. Halvparten av alle virioner dør innen 6 timer. I andre biologiske væsker er levetiden til virioner mye kortere. Virus infiserer CD4+ lymfocytter, monocytter, makrofager, Langerhans-celler (hud), alveolære makrofager (lunger), tykktarms- og nyreepitelceller, livmorhalsceller, oligodendrogliaceller og astrocytter (hjerne). T-lymfocytter er hovedreservoaret av humane immunsviktvirus.
Ris. 15. Figur "b" (bilde til venstre) viser umodne virioner. Nukleokapsidet er i dannelsesstadiet (avrundet), skallproteinene stikker utover i form av fremspring. Figur "a" (bildet til høyre) viser en moden virion. Nukleokapsideskallet har mistet det meste av proteinene sine og har blitt tynnere og tettere, og nukleokapsidet har fått formen som en avkortet kjegle, noe som skiller det fra mange andre virus.
Ris. 16. På overflaten av den infiserte cellen er flere bobler synlige, mellom hvilke nydannede virus har dukket opp. Blærene er mye større og mindre tette enn HIV.
HIV er det mest patogene og utbredte blant alle virus. Mindre endringer i genomet fører til fremveksten av et stort antall nye stammer, noe som gjør at patogenet kan unnslippe pasientens immunsystem og oppnå medikamentresistens mot antivirale legemidler. Den antigene variabiliteten til HIV er flere ganger høyere enn variasjonen til influensa- og SARS-virus, hvis mutasjonsfrekvens er 10-5 nukleotider per dag. Transkripsjonshastigheten er høyere enn for andre virus og er omtrent 20 millioner virale partikler per dag. Alt dette kompliserer både diagnose og søket etter metoder for spesifikk forebygging av denne forferdelige sykdommen.
I kroppen til en infisert pasient foregår det en nådeløs kamp mellom hans immunsystem og HIV. Under påvirkning av immunitet muterer viruset.Men, som forskere har slått fast, fører konstante mutasjoner til en svekkelse av mikroorganismen: dens skadelige evne reduseres, og tidsrammen for utvikling av AIDS forlenges.
Ris. 17. Bilde "B" viser normale virioner: 4 spirende (på en stilk) og 1 moden. Bildene "C" og "E" viser muterte virioner. Bilde "C" viser umodne virioner, som er forårsaket av mutasjoner i proteaseenzymet. Bilde "E" viser en moden virion, men den kan ikke sette sammen en normal kapsid.
Følsomhet av det humane immunsviktviruset for ytre påvirkninger
Oppvarming til 56°C inaktiverer viruset innen 30 minutter; koking dreper viruset umiddelbart.
Patogenet er følsomt for alle desinfeksjonsmidler: hydrogenperoksid, lysol, eter, aceton, natriumhypokloritt, etylalkohol, kloramin, blekemiddel osv. Inaktivering skjer innen 3 til 5 minutter.
Virusets død oppstår når pH i miljøet endres - under 0,1 og over 13.
Ultrafiolett og ioniserende stråling er ødeleggende.
Persistens av humant immunsviktvirus
HIV lever i blod og dets komponenter for transfusjon i årevis.
I et flytende medium ved en temperatur på 23 til 27°C - 25 dager.
I frossen sæd - i flere måneder, i blodserum - opptil 10 år.
HIV blir drept når det fryses under 70°C;
Når de er tørket, forblir de levedyktige i blodserum og sædceller i 24 timer.
Ris. 18. Mange modne virioner er klare til å infisere andre celler.
