Типы вирусных инфекций
Взаимодействие вируса с клеткой может протекать по-разному и приводить к различным клиническим проявлениям. В зависимости от продолжительности пребывания вируса в организме различают две группы вирусных инфекций:
1. Вирусные инфекции, связанные с непродолжительным пребыванием вируса в организме.
2. Вирусные инфекции, обусловленные длительным пребыванием (персистенцией) возбудителя в организме.
В случае непродолжительного пребывания вируса в организме заболевание протекает либо в форме острой инфекции, либо в виде бессимптомной (инаппарантной) инфекции. Острая инфекция, как правило, заканчивается выздоровлением, формированием приобретенного иммунитета и освобождением организма от возбудителя. Бессимптомная инфекция протекает без каких-либо проявлений и заканчивается также формированием иммунитета и освобождением от возбудителя.
Вирусные инфекции, обусловленные длительным пребыванием возбудителя в организме, подразделяют на латентные, хронические и медленные инфекции.
Латентные инфекции протекают бессимптомно и могут сопровождаться либо нормальной репродукцией вируса во внешне здоровом организме и выделением его во внешнюю среду, либо сопровождаться вирусоносительством, при котором нарушен нормальный цикл вирусной репродукции и вирус длительно персистирует в организме.
Хронические вирусные инфекции характеризуются периодическими состояниями выздоровления и рецидивов (обострений).
Термин «медленные инфекции» был предложен исландским микробиологом Б. Сигурдсоном в 1954 г. для вирусных заболеваний, характеризующихся продолжительным (иногда в течение многих лет) инкубационным периодом, длительным прогрессирующим течением болезни и заканчивающихся тяжелыми расстройствами или, чаще, смертью. Типичным примером медленных инфекций является СПИД. В основе развития медленных инфекций лежат нарушения генетических, иммунологических и физиологических механизмов, которые обеспечивают длительную персистенцию возбудителя в организме.
Как оказалось, медленные инфекции могут вызывать и такие вирусы, которые обычно вызывают острые инфекции (например, вирусы кори, бешенства и др.). Так, вирус кори оказался возбудителем такой тяжелой медленной инфекции, как подострый склерозирующий панэнцефалит.
Известны несколько механизмов, которые обусловливают длительное переживание вируса в организме: 1) вирус находится в дефектном состоянии, он не способен размножаться и индуцировать эффективный иммунный ответ; 2) вирус находится в клетке в виде свободной геномной нуклеиновой кислоты, не доступной действию антител; 3) геном вируса интегрирован в хромосому клетки-мишени.
Персистенция вирусов столь часто наблюдается в клетках различных организмов, что это дало основание В. Д. Тимакову сформулировать следующее положение: «Состояние вирусного носительства является, пожалуй, наиболее распространенной и общей формой взаимодействия вируса с клеткой, а острое вирусное заболевание – лишь проявлением нарушения этого характерного равновесия».
Глава 47
Вирусы бактерий (бактериофаги)
Бактериофаги (ныне просто фаги) – вирусы бактерий. Бактериофагия – процесс взаимодействия фагов с бактериями, заканчивающийся очень часто их разрушением (лат. bacteriophaga – пожирающий бактерии).
Явление бактериофагии наблюдали многие ученые, но приоритет открытия фагов (1916) принадлежит Ф. Д’Эреллю – канадскому ученому, работавшему в Париже в Институте Пастера. Занимаясь изучением дизентерии, Феликс Д’Эрелль задумался над вопросом: почему возбудитель этой болезни, высевающийся в ее начале в большом количестве, в конце заболевания очень часто перестает выделяться? Заподозрив здесь действие какого-то агента, Д’Эрелль решил его обнаружить. С этой целью к свежей бульонной культуре дизентерийной палочки он стал добавлять по нескольку капель фильтрата испражнений больного. После одного из таких посевов Д’Эрелль и обнаружил этот агент по его способности разрушать дизентерийные бактерии. При добавлении к мутной бульонной культуре он вызвал ее просветление, а при добавлении к культуре, засеянной на плотную среду, появлялись прозрачные (стерильные) пятна – колонии. Способность вызывать такие пятна и размножаться при повторных посевах дали основание считать его живым корпускулярным агентом. Д’Эрелль назвал его Baсteriophagum intestinale, т. е. выделенный из кишечника пожиратель бактерий. Последующие наблюдения показали, что бактериофаги распространены повсеместно. Они встречаются всюду, где есть бактерии, – в почве, воде, кишечном тракте человека и животных, гнойных выделениях и т. п. Особенно много фагов в сточных водах; из этого источника можно выделить практически любой фаг. Поскольку естественной средой обитания любого фага является микробная клетка, жизнь фагов связана с бактериями. Фагам присущи все биологические особенности, которые свойственны вирусам. Их геном представлен либо ДНК, либо РНК и заключен в белковую оболочку (капсид), структурные субъединицы которой уложены по типу либо спиральной, либо кубической симметрии. Крупные фаги, имеющие хвостик, устроены по типу бинарной симметрии (головка – икосаэдр, хвостик – спиральная симметрия). Фаги различаются по форме – нитевидные, сферические; фаги, имеющие головку и хвостик; по размерам – мелкие, среднего размера и крупные (рис. 82). Чем крупнее фаги, тем больше у них генов и сложнее их жизненный цикл. К самым маленьким относятся фаги M13 и φX174.
Фаг М13 – нитевидный, геном – однонитевая кольцевидная молекула ДНК с м. м. 2 МД, содержит 8 генов. Оболочка в виде нити, состоит из 3000 белковых субъединиц, уложенных по спирали. Длина вириона 1000 нм, его диаметр 6 нм.
Фаг φX174 – икосаэдр с м. м. 6,2 МД, диаметр 25 нм. Геном – однонитевая кольцевидная молекула ДНК, состоящая из 5400 нуклеотидов, несет 9 генов. Капсид построен из 60 молекул белка F, вирион имеет 12 вершин, на каждой из них вмонтирован шип, содержащий 5 молекул белка G и одну молекулу Н-белка (белок-лоцман). Наиболее сложно устроены крупные фаги, состоящие из головки и хвостика. У энтеробактерий обнаружено более 500 фагов, из них более 140 состоят из головки и хвостика.
Фаг Т2 паразитирует у E. coli и имеет следующую структуру (рис. 83): головка – икосаэдр, геном представлен двунитевой линейной ДНК, несущей около 200 генов. Головка с помощью воротника и зонтика связана с хвостиком, который имеет сложное строение – полый внутри стержень, заканчивающийся шестиугольной пластинкой с шестью шипами. Хвостик имеет белковый чехол, который состоит из 144 субъединиц, образующих 24 спирали; каждая белковая молекула содержит одну молекулу АТФ-азы и ион Ca2+. Белок актиноподобный и способен сокращаться. В пластинке и шипах содержится лизоцим. Кроме того, хвостик имеет 6 ворсинок. У неактивного фага они свернуты и сложноэфирными связями прикреплены к белкам чехла. В момент адсорбции ворсинки раскрываются и обеспечивают плотное прикрепление фага к бактериальной клетке. Основное назначение хвостика – обеспечение адсорбции фага на клетке. Длина хвостика сильно варьирует. В тех случаях, когда хвостик содержит белковый чехол, последний, благодаря своему сокращению, обеспечивает проникновение стержня через клеточную стенку и цитоплазматическую мембрану.
Рис. 82. Различные формы фаговых вирионов (по Г. Шлегелю, 1972):
1 – нитевидная форма (фаг fd); 2 – гексагональная головка с отростком и сократительным чехлом (фаги Т2, Т4, Т6); 3 – гексагональная головка с длинным, не способным к сокращению хвостиком; 4 – головка с коротким отростком (фаги Т3, Т7); 5 – октаэдр; 6 – икосаэдр
Резистентность фагов. По степени устойчивости к действию различных факторов внешней среды и химических веществ фаги занимают место между вирусами и неспоровыми бактериями. Они устойчивы в пределах рН от 5,0 до 8,0, большинство из них не инактивируется холодными водными растворами глицерина и этилового спирта. На них не действуют такие ферментные яды, как цианид, фторид, динитрофенол, а также хлороформ и фенол. Фаги хорошо сохраняются в запаянных ампулах и в лиофилизированном состоянии, но они легко разрушаются при кипячении, действии кислот, химических дезинфектантов, при УФ-облучении.
Рис. 83. Схема строения бактериофага Т2:
1 – до инъекции фаговой ДНК; 2 – после инъекции. Объяснение в тексте
Различают фаги инфекционные, т. е. способные вызвать разные формы фаговой инфекции, и неинфекционные (вегетативные), или незрелые, фаги, находящиеся еще в стадии размножения. В свою очередь инфекционные фаги разделяют на покоящиеся (находящиеся вне клетки), вирулентные – способные вызвать продуктивную форму инфекции, и умеренные фаги – способные вызывать не только продуктивную, но и редуктивную фаговую инфекцию.
