Humant immunbristvirus (HIV, på engelska HIV) är orsaken till HIV-infektion, som alltid slutar i utvecklingen av AIDS – förvärvat humant immunbristsyndrom, där svåra infektionssjukdomar och neoplastiska processer utvecklas.
Källan till virus är bara en sjuk person. Hans blod, sperma och vaginala sekret har en koncentration av smittsamt material som är tillräcklig för infektion. Sexuella, parenterala och transplacentala är de huvudsakliga smittvägarna. Humant immunbristvirus 1 är det mest virulenta. Det är han som orsakar epidemier i många länder runt om i världen.
HIV upptäcktes första gången 1983 i två oberoende laboratorier: Luc Montagnys laboratorium från Pasteur Institute (Frankrike) och National Cancer Institute i Robert Gallos laboratorium (USA).
Ris. 1. Luc Montagnier (foto till vänster) och Robert Gallo (foto till höger).
Humana immunbristvirus infekterar celler som har CD4 på sin yta+-receptorer:
T-lymfocyter (känner igen och förstör celler som bär främmande antigener),
vävnadsmakrofager och monocyter (fångar och smälter bakterier och främmande partiklar),
När deras koncentration av T-lymfocyter är under 200 i 1 μl, upphör cellulär immunitet att skydda patientens kropp. Infekterade celler dör. AIDS utvecklas.
Ris. 2. HIV lämnar målcellen. Nu kallas det virion.
HIV-klassificering
Humant immunbristvirus tillhör familjen retrovirus, familj lentivirus. Den är lymfotropisk. Det finns två huvudtyper av immunbristvirus - HIV-1 och HIV-2. HIV-3- och HIV-4-arterna är sällsynta sorter. Deras roll i spridningen av infektioner är subtil.
Retrovirus (från latin retro - omvänd) tillhör en familj av RNA-virus som infekterar ryggradsdjur. HIV, till skillnad från onkovirus, leder infekterade celler till döden och orsakar inte deras proliferativa tillväxt, som onkovirus. Retrovirus orsakar utvecklingen av maligna processer i form av sarkom och leukemi hos ett antal djur, och endast en art orsakar lymfosarkom hos människor.
Lentivirus (från latin lentus - långsam) orsaka sjukdomar med lång inkubationstid och ett långsamt men stadigt progressivt förlopp. Lentivirus levererar en betydande mängd genetiskt material till värdcellen och har förmågan att replikera (förnya) i icke-delande celler.
Ris. 3. När ett nytt virus kommer ut kallas det ett virion. Bilden visar en omogen virion. Nukleokapsiden är inte strukturerad. Det yttre skalet är brett och löst.
Humana immunbristvirus skiljer sig från varandra genetiskt och i antigena egenskaper. Den moderna klassificeringen identifierar två huvudtyper av virus: humant immunbristvirus 1 (HIV-1) och humant immunbristvirus 2 (HIV-2). Men HIV-3 och HIV-4 är också kända - sällsynta sorter med en subtil roll i spridningen av epidemin. Man tror att HIV-1 uppstod som ett resultat av överföringen av immunbristviruset till människor av schimpanser och HIV-2 av rödhåriga mangabeys.
Båda typerna av virus orsakar immunbrist när de kommer in i människokroppen. Det finns skillnader i det kliniska förloppet av sjukdomen.
Ris. 4. Man tror att HIV-1 uppstod som ett resultat av överföring av immunbristvirus till människor av schimpanser och HIV-2 av rödhåriga mangabeys.
Humant immunbristvirus 1 (HIV-1)
HIV-1 beskrevs första gången 1983. Det är det mest patogena och utbredda av alla HIV-virus. Mindre förändringar i genomet av denna typ av virus leder till uppkomsten av ett stort antal nya stammar, vilket gör att patogenen kan undvika patientens immunsystem och förvärva läkemedelsresistens mot antivirala läkemedel.
Det var HIV-1 som blev den skyldige till den globala epidemin.
Humana immunbristvirus - 1 är indelade i flera grupper: M, N, O och P, varav 90% är grupp M. I sin tur är grupp M indelad i 11 subtyper, dominerande i vissa delar av världen.
HIV-1 subtyp A är utbredd i Ryssland och Afrika. För närvarande har det funnits en blandning av stam A, som för närvarande är dominerande, och stam AG, hämtad från Centralasien. Så här dök en farligare stam av HIV-1A63 ut.
När infekterad med HIV-1, fortskrider sjukdomen ofta till AIDS-stadiet.
I AIDS-stadiet utvecklas ofta oral candidiasis, Kaposis sarkom och kronisk feber.
I varje fall där det inte finns någon indikation på typen av virus antas humant immunbristvirus-1.
Immunbristvirus-2 (HIV-2)
HIV-2 uppstod från överföring av ett immunbristvirus till människor från rödhåriga mangabeys. Identifierad 1986. 8 grupper av virus har beskrivits, men i epidemiska termer är bara grupperna A och B farligare.
HIV-2 är mindre virulent än HIV-1.
När HIV-1 och HIV-2 kommer in i människokroppen samtidigt ger HIV-2, om än litet, skydd av celler från infektion med HIV-1.
Sjukdomen varar längre och går sällan vidare till AIDS-stadiet.
Under sjukdomen finns det betydligt färre virus i 1 μl blod än vid HIV-1-infektion.
Med HIV-2 utvecklas oftare infektioner som kronisk diarré, kolangit, encefalit och allvarliga cytomegalovirusinfektioner.
Ett virus som finns utanför cellen kallas virion. Virioner är den sista fasen av viral utveckling. Det är på dessa representanter för mikrokosmos som klassificeringen och systematiseringen av virus är baserad.
HIV-1 och HIV-2 har en kärna (kulformad nukleokapsid) som består av RNA och enzymer och ett hölje (membran eller superkapsid). Mogna virioner innehåller upp till flera tusen olika typer av proteinmolekyler och har en sfärisk form med en diameter på 100 till 180 nm.
Struktur av HIV-nukleokapsiden
Inuti HIV finns 2 enkelsträngade virala RNA och 3 enzymer: omvänt transkriptas (revertas), integras och proteas, tätt bundna (packade) till kapsidproteinerna p24, p7 och p9.
Utanför kapsiden finns 2000 molekyler av matris p17-protein med en tjocklek på 5 - 7 nm. De finns mellan viruskapsiden och det yttre skalet.
Nukleokapsidproteinerna p7 och p9 tillhandahåller kommunikation med det genomiska RNA:t.
Förknippade med HIV-1-kapsiden är 200 kopior av cyklofilin A, som är involverat i virionsammansättningen.
Inuti (eller utanför?) är virionkapsiden Vhr-proteinet.
Förklaring av några symboler
Virusgenom är en uppsättning gener som innehåller biologisk information som är nödvändig för att bygga upp och stödja en mikroorganisms liv. Genomisk nukleinsyra i sig är inte en smittsam faktor.
Omvänt transkriptas(återvänd) är ett enzym involverat i syntesen av DNA på en RNA-mall. Namnet "omvänd" kommer från det faktum att de flesta av dessa processer sker i andra riktningen, när RNA syntetiseras från en DNA-mall.
Integraza är ett enzym som påskyndar (katalyserar) inkorporeringen (integreringen) av HIV-DNA i värdens kromosom. Virusets DNA sluter sig i en ring före integration.
Proteas är ett enzym som bryter ner peptidbindningar mellan aminosyror i proteiner.
Ris. 6. Elektronmikrofotografiet visar tydligt nukleokapsiderna av redan mogna virioner (foto till vänster).Bild "D" visar virus som fångats av makrofager.
Strukturen av HIV-skalet
HIV-skal (kapsid och superkapsid) skyddar genetiskt material från kemiska, fysiska och mekaniska skador. Det yttre skalet hjälper viruset att interagera med målcellsreceptorer.
Skalet bildas under knoppningsperioden och består av ett lager av fosfolipider som penetreras av 72 glykoproteinkomplex och membranceller hos värden.
Tack vare höljesglykoproteiner strävar virus endast efter vissa värdceller som bär speciella CD4-receptorer på sin yta+ — T-lymfocyter, monocyter, vävnadsmakrofager, follikulära dendritiska celler, neuroglia, Langerhans-celler, epitelceller i tarmen och livmoderhalsen, som bestämmer utvecklingen av manifestationer av HIV-infektion.
När man möter värdceller, infogas transmembranglykoproteinerna gp41 och ytglykoproteinerna gp120 i deras membran. Virus som saknar dessa proteiner kan inte penetrera målceller.
Ris. 7. Bilden visar en 3D-modell av HIV.
Ris. 8. Bilden till höger visar ett tvärsnitt av HIV.
HIV-genomet består av två identiska strängar av RNA. Längden på varje sträng är cirka 10 tusen nukleotider. Genomet inkluderar 3 huvudsakliga strukturella och 7 regulatoriska och funktionella gener som kodar för 15 olika proteiner.
Strukturella (kapsid och superkapsid) proteiner av HIV kodas av Gag genom.
Icke-strukturella proteiner kodas genom Pol.
Gener Tat, Nef, Vif, Rev, Vpu och Vpr kodar för proteiner som reglerar processerna för reproduktion och montering av virus, undertrycker aktiviteten hos cellulära antivirala system.
Ris. 9. En normal lymfocyt (foto till vänster) infekterad med HIV (foto till höger).Flera bubblor bildas på ytan av den infekterade cellen.
Så snart virionet har kommit in i värdcellen (nu kallat virus) syntetiseras en DNA-kopia av genomet med hjälp av enzymet omvänt transkriptas, som är integrerat i värdcellens genom. Det är så ett provirus bildas.
Därefter, med hjälp av enzymer, syntetiseras nya virala RNA-molekyler på provirusmatrisen, liksom strukturella och regulatoriska proteiner som utför sammansättningen och spirande av virus. Inuti viruset, såväl som på dess yta, utöver de som kodas av genomet, finns det proteiner som fångas upp av den virala partikeln från värdcellerna.
Gag-, Pol- och Env-generna är ansvariga för syntesen av de viktigaste HIV-proteinerna.
Strukturella proteiner av HIV
Gag-genen är ansvarig för syntesen av HIV-strukturproteiner. Strukturella proteiner är en del av själva viruspartikeln. De bildar kapsiden och virushöljet.
HIV-kapsidproteiner
Kapsidproteiner bildar en behållare (fodral) för nukleinsyra, är en del av genomiska proteiner och bildar enzymer. Kapsidskalet är inte sammansatt av individuella proteiner, utan från subenheter. Dess sammansättning är programmerad till RNA.
p24-proteinet bildar nukleokapsidhöljet.
p17-proteinet bildar matrissubstansen.
Protein p9 och p7 tillhandahåller kommunikation med genomiskt RNA.
Ris. 10. Lymfocyt påverkad av HIV. Förlängda strukturer på cellytan orsakas av överproduktion av Gag-proteinet. (NIBSC Foto).
Superkapsidproteiner
Env-genen är ansvarig för syntesen av HIV-höljeproteiner. Proteiner i denna grupp är en del av det yttre membranet av virion, som består av ett lager av fosfolipider som penetreras av 72 glykoproteinkomplex. Den fria (yttre) delen av glykoproteinkomplexet innehåller en aminogrupp i DO-änden.Änden nedsänkt i lipidskiktet innehåller en hydroxylgrupp vid C-terminalen. Tack vare glykoproteinkomplex fäster virioner till värdcellen. De kallas för bindningsproteiner.
Under evolutionen fick virus en målinriktad funktion - att söka efter de nödvändiga värdcellerna bland många andra celler, för vilka speciella proteiner uppträdde på deras yta som känner igen känsliga celler och deras receptorer.
Virionets yttre skal består av proteinkomplex (protein gp120 och gp41) och värdhöljeceller, som fångas upp av virus under knoppning.
gp120-proteinet (ytterst) säkerställer bindning till målceller.
gp41-proteinet säkerställer penetration av virioner i cellen.
Icke-strukturella proteiner
Icke-strukturella proteiner kodas av Pol-genen. De tjänar processerna för viral reproduktion i dess olika stadier. Pol-genen kodar för enzymer involverade i processen för integration av virusgenomet i värdcellens genom och enzymer involverade i processen för virusreproduktion.
Följande icke-strukturella proteiner av HIV är för närvarande de mest studerade:
p66 - omvänt transkriptas (deltager i DNA-syntes på en RNA-mall);
p31 - integras (katalyserar integrationen av viralt DNA i värdkromosomen;
p10 är ett proteas (klyver peptidbindningar mellan aminosyror i stora proteinmolekyler).
Andra hiv-gener
Gener som Tat, Nef, Vif, Rev, Vpu och Vpr kodar för proteiner som reglerar processerna för reproduktion och sammansättning av virus och undertrycker aktiviteten hos cellulära antivirala system.
Ris. 11. Bilden till vänster visar processen för spirande av virioner. Nukleokapsiden är ännu inte strukturerad; det yttre skalet är tjockare på grund av närvaron av membranproteiner.Bilden till höger visar mogna virioner i det extracellulära utrymmet (elektronmikrofotografi). Nukleokapsider fick formen av en stympad kon. Skalet har blivit tunt eftersom en del av de yttre skalets proteiner har gått förlorade.
Humana immunbristvirus - 1 är indelade i flera grupper: M, N, O och P, varav 90% är grupp M. I sin tur är grupp M indelad i 11 subtyper, dominerande i vissa delar av världen. De skiljer sig från varandra i aminosyrasammansättningen av deras proteiner.
De viktigaste antigenerna för det humana immunbristviruset inkluderar:
grupp- och artspecifika antigener: proteiner som utgör nukleokapsidskalet - p24;
typspecifika antigener: proteiner som ger kommunikation med målceller - gp120 och proteiner som säkerställer penetrering av virioner i celler - gp41.
HIV har hög biologisk aktivitet och en frekvens av genetiska förändringar (hög variabilitet) som uppstår under processen för självreproduktion, vilket skapar stora hinder för skapandet av ett vaccin och effektiva läkemedel.
Replikation (reproduktion) av HIV sker i värdcellen i etapper.
Möte med buren. Virioner i människokroppen finns i alla biologiska vätskor, men ur ett epidemiologiskt perspektiv representeras den största faran av blod, vaginalt sekret och sperma, som har en koncentration av smittsamt material som är tillräcklig för infektion.
Ris. 12. HIV infekterar en immuncell (markeras med gult).
Fusion med en målcell. Efter att ha letat efter en målcell ansluter virioner till cellmembranet genom CD4-receptorer och tränger djupt in i cellen.
Omvänd transkription. Inuti cellen frigörs det virala RNA:t från kapsiden. Med deltagande av omvänt transkriptas syntetiseras DNA baserat på enkelsträngat RNA.
Integrering av DNA i värdcellens genom. Det syntetiserade DNA:t rör sig in i målcellens kärna, där det integreras i kromosomen. Viralt DNA inbäddat i en cellkromosom kallas ett provirus.
Syntes av proteinmolekyler. Därefter, med hjälp av enzymer, syntetiseras nya virala RNA-molekyler på provirusmatrisen, liksom strukturella och regulatoriska proteiner som utför sammansättning och knoppning av virioner.
Virion montering och spirande. Virioner samlas i cellens cytoplasma och är initialt inte smittsamma, eftersom de bildas från prekursorpolyproteiner. När virionen mognar spjälkas prekursorproteiner till funktionella komponenter under påverkan av virala proteaser. Det mogna virionet knoppar från cellen och fångar några av cellmembranets proteiner för att bygga dess yttre skal.
Ris. 13. Virioner samlas under cellens yttre membran. Ovanliga utsprång är synliga - de platser där virioner dyker upp.
Ris. 14. Bilden visar processen med HIV-knoppning (bildning av virioner).
När de lämnar cellen fångar virioner en del av det yttre cellmembranet (virionens "ben" är synligt). I omogna virioner är nukleokapsiden ostrukturerad (ser ut som en svart halvcirkel). Kapsiden av en mogen virion är konformad.
Virionets liv efter att ha lämnat en infekterad värdcell. Virionet lever i blodplasma i högst 8 timmar. Hälften av alla virioner dör inom 6 timmar. I andra biologiska vätskor är livslängden för virioner mycket kortare. Virus infekterar CD4+ lymfocyter, monocyter, makrofager, Langerhans-celler (hud), alveolära makrofager (lungor), tjocktarms- och njurepitelceller, cervikala celler, oligodendrogliaceller och astrocyter (hjärna). T-lymfocyter är huvudreservoaren för humana immunbristvirus.
Ris. 15. Figur "b" (foto till vänster) visar omogna virioner. Nukleokapsiden är i bildningsstadiet (rundad), skalproteinerna sticker utåt i form av utbuktningar. Figur "a" (foto till höger) visar en mogen virion. Nukleokapsidskalet har förlorat de flesta av sina proteiner och har blivit tunnare och tätare, och nukleokapsiden har fått formen av en stympad kon, vilket skiljer den från många andra virus.
Ris. 16. På ytan av den infekterade cellen är flera bubblor synliga, mellan vilka nybildade virus har dykt upp. Blåsorna är mycket större och mindre täta än HIV.
HIV är det mest patogena och utbredda bland alla virus. Mindre förändringar i dess genom leder till uppkomsten av ett stort antal nya stammar, vilket gör att patogenen kan undvika patientens immunsystem och förvärva läkemedelsresistens mot antivirala läkemedel. Den antigena variationen hos HIV är flera gånger högre än variationen hos influensa- och SARS-virus, vars mutationsfrekvens är 10-5 nukleotider per dag. Dess transkriptionshastighet är högre än för andra virus och är cirka 20 miljoner viruspartiklar per dag. Allt detta komplicerar både diagnos och sökandet efter metoder för specifikt förebyggande av denna fruktansvärda sjukdom.
I kroppen på en infekterad patient pågår en skoningslös kamp mellan hans immunförsvar och hiv. Under påverkan av immunitet muterar viruset.Men, som forskare har konstaterat, leder konstanta mutationer till en försvagning av mikroorganismen: dess skadliga förmåga minskar och tidsramen för utvecklingen av AIDS förlängs.
Ris. 17. Bild "B" visar normala virioner: 4 knoppande (på en stjälk) och 1 mogen. Foton "C" och "E" visar muterade virioner. Foto "C" visar omogna virioner, som orsakas av mutationer i proteasenzymet. Foto "E" visar en mogen virion, men den kan inte sätta ihop en normal kapsid.
Det mänskliga immunbristvirusets känslighet för yttre påverkan
Uppvärmning till 56°C inaktiverar viruset inom 30 minuter;
Patogenen är känslig för alla desinfektionsmedel: väteperoxid, lysol, eter, aceton, natriumhypoklorit, etylalkohol, kloramin, blekmedel, etc. Inaktivering sker inom 3 till 5 minuter.
Virusets död inträffar när pH i miljön förändras - under 0,1 och över 13.
Ultraviolett och joniserande strålning är destruktivt.
Persistens av humant immunbristvirus
HIV lever i blod och dess komponenter för transfusion i flera år.
I ett flytande medium vid en temperatur av 23 till 27°C - 25 dagar.
I frusna spermier - i flera månader, i blodserum - upp till 10 år.
HIV dödas när den fryses under 70°C;
När de torkat förblir de livsdugliga i blodserum och spermier i 24 timmar.
Ris. 18. Många mogna virioner är redo att infektera andra celler.
