Общая вирусология с основами таксономии вирусов позвоночных
Введение
Вирусология наука о морфологии, физиологии, генетике, экологии и эволюции вирусов. Медицинская и ветеринарная вирусология исследует вирусы-паразиты человека и животных, их роль в этиологии и патогенезе инфекционных и опухолевых болезней, разрабатывает специальные методы диагностики, способы этиотропной терапии и специфической профилактики.
Вирусы являются одной из наиболее распространенных групп живых организмов, которые способны заражать не только практически всех представителей флоры и фауны, но и микроорганизмы. Эффективность борьбы со многими вирусами не имеет положительных результатов, так как вирусы не только имеют природный резервуар в окружающей среде, но и постоянно изменяются (мутируют), в связи с чем снижается эффективность проведения вакцинопрофилактики. Одним из наиболее ярких примеров является неэффективная многолетняя борьба с вирусом иммунодефицита человека.
Своевременность и точность постановки диагноза вирусного инфекционного заболевания позволяет не только осуществить эффективное лечение, направленное на уничтожение вирусного агента, но и провести профилактику дальнейшего распространения данного заболевания с учетом индивидуальных особенностей вириона. Например, в XX веке повсеместно было ликвидировано такое заболевание как оспа по средствам проведения массовой вакцинации населения.
В данном учебном пособии подробно рассмотрены вопросы основ классификации (таксономии) вирусов позвоночных, международный код классификации и номенклатуры вирусов, характеристики семейств и родов ДНК и РНК-содержащих вирусов, диагностики вирусных заболеваний и методы выделения и очистки вирусных препаратов.
Обозначения и сокращения
AGE агарозный гель
ANU Australian National University
ATCC American Type Culture Collection
bр (base pair) пара оснований
ds (double-stranded) двуспиральный
dsDNA двуспиральная ДНК
dsDNA-RT двуспиральная ДНК, в репликативном цикле которой имеется этап обратной транскрипции с РНК
dsRNA двуспиральная РНК
dsRNA двуспиральная РНК
G (GP) поверхностный гликопротеин
IN интеграза
IRES (internal ribosomal entry site) внутренний сайт входа рибосомы
kb (kilo base) килобаза (тысяча оснований)
kbp (kilo base pare) тысяча пар оснований
kDa (kilo Dalton) килодальтон
MA (matrix) матрикс
Mr (relative molar mass) относительная молярная масса
N (nucleoprotein) нуклеопротеин
NC (nucleocapsid) нуклеокапсид
NC (nucleocapsid) нуклеокапсид)
NNS негативный несегментированный геном РНК
NP нуклеопротеин
NS неструктурные белки это предшественники структурных белков, регуляторные белки и ферменты, обслуживающие процесс внутриклеточной репродукции вируса и не входящие в состав вирусной частицы
NSF National Science Foundation
NssRNA односпиральная РНК негативной полярности
nt (nucleotide) нуклеотид
ORF (open reading frame) открытая рамка считывания
PAGE полиакриламидный гель
PR протеаза
РrР приемный протеин
RT (reverse transcriptase) обратная транскриптаза
RT обратная транскриптаза
sgRNA (subgenomic RNA) субгеномная РНК
SH интегративный мембранный протеин
SP сериновая протеаза
ss (single-stranded) одноцепочечный
ssDNA односпиральная ДНК
ssRNA односпиральная РНК
ssRNA-RT односпиральная РНК в репликативном цикле которой имеется этап обратной транскрипции
SU (surface) поверхностный
T (triangular number) триангулярное число
VPg (genome-linked protein) геном-ассоциированный протеин
VP структурные белки, входящие в состав вирусной частицы
БСА альбумин нормальной сыворотки быка
ДНК дезоксирибонуклеиновая кислота
ИБ метод иммуноблотинга
ИД50 50 % инфекционная доза для животных или для куриных эмбрионов
иРНК информационная рибонуклеиновая кислота
ИФА иммунофлюоресцентный анализ
ИЭМ иммунная электронная микроскопия
ИЭТ изоэлектрическая точка
кДНК клеточная дезоксирибонуклеиновая кислота
КПЧ клетки почек человека
ЛД50 50 % смертельная доза
М матриксный протеин
ММГ методы молекулярной гибридизации
мРНК матричная рибонуклеиновая кислота
МФА метод иммунофлюоресценции
ПЦР полимеразная цепная реакция
ПЭГ полиэтиленгликоль
РБО реакция бляшкообразования
РВИЭФ реакция встречного иммуноэлектрофореза
РГА реакция гемагглютинации
РГАд реакции гемадсорбции
РЗБО реакция задержки (нейтрализации) бляшкообразования
РЗЦПД реакция задержки цитопатического действия вирусов
РИФ реакция иммунофлюоресценции
РН реакция нейтрализации
РНК рибонуклеиновая кислота
РРГ реакция радиального гемолиза
рРНК рибосомальная рибонуклеиновая кислота
РСК реакция связывания комплемента
РСР папаино-подобная цистеиновая протеаза
РТГА реакция торможения гемагглютинации
РТГАд реакция торможения гемадсорбции
СА (capsid protein) капсидный протеин
СР (capsid protein) капсидный протеин
СРЕ (cytopathic effect) ЦПЭ, цитопатический эффект
ТКИД50 50 % инфекционная доза для тканевой культуры
ТМ (transmembrane) трансмембранный
тРНК транспортная рибонуклеиновая кислота
УФ ультрафиолет
ФИТЦ флюоресцеина изотиоцианат
ФЭЧ фибробласты эмбриона человека
ЦПД цитопатическому действию
ЭМВ электронно-микроскопическое выявление
1 История вирусологии, природа и происхождение вирусов
1.1 Открытие вирусов
Вирусология молодая наука, ее история насчитывает немногим более 100 лет. Начав свой путь как наука о вирусах, вызывающих болезни человека, животных и растений, в настоящее время вирусология развивается в направлениях изучения основных законов современной биологии на молекулярном уровне, основываясь на том, что вирусы являются частью биосферы и важным фактором эволюции органического мира.
История вирусологии необычна тем, что один из ее предметов вирусные болезни стал изучаться задолго до того, как были открыты собственно вирусы. Начало истории вирусологии это борьба с инфекционными заболеваниями и только впоследствии постепенное раскрытие источников этих болезней. Подтверждением тому служат работы Эдуарда Дженнера (1749-1823 гг.) по предупреждению оспы и работы Луи Пастера (1822-1895 гг.) с возбудителем бешенства.
С незапамятных времен оспа была бичом человечества, унося тысячи жизней. Описания оспенной заразы встречаются в рукописях древнейших китайских и индийских текстов. Первые упоминания об эпидемиях оспы на европейском континенте датируются VI столетием нашей эры (эпидемия среди солдат эфиопской армии, осаждавшей Мекку), после чего наблюдался необъяснимый период времени, когда упоминания об эпидемиях оспы отсутствовали. Оспа снова начала гулять по континентам в XVII веке. Например, в Северной Америке (1617-1619 гг.) в штате Массачусетс погибло 9/10 населения, в Исландии (1707 г.) после эпидемии оспы от 57 тыс. человек осталось только 17 тыс., в г. Истхем (1763 г.) от 1331 жителя осталось 4 человека. В связи с этим, проблема борьбы с оспой стояла очень остро.
Методика предупреждения оспы через прививку, называемая вариоляцией, была известна с давних времен. Упоминания о применении вариоляции в Европе датируются серединой 17-го века со ссылками на более ранний опыт применения в Китае, на Дальнем Востоке, в Турции. Суть вариоляции заключалась в том, что содержимое пустул от пациентов, болевших легкой формой оспы, вносили в маленькую ранку на коже человека, что вызывало легкое заболевание и предупреждало острую форму. Однако при этом сохранялась большая опасность заболевания тяжелой формой оспы и смертность среди привитых достигала 10 %. Дженнер совершил переворот в методике предупреждения оспы. Он первый обратил внимание на то, что люди, переболевшие коровьей оспой, которая протекала легко, впоследствии никогда не болели оспой. 14 мая 1796 г. Дженнер внес в ранку Джеймса Фипса, никогда не болевшего оспой, жидкость из пустул больной коровьей оспой доярки Сары Селмес. На месте искусственной инфекции у мальчика появились типичные пустулы, которые через 14 дней исчезли. Тогда Дженнер внес в ранку мальчика высокоинфекционный материал из пустул больного оспой. Мальчик не заболел. Так зародилась и подтвердилась идея вакцинации (от латинского слова vacca корова). Во времена Дженнера вакцинация понималась как внесение инфекционного материала коровьей оспы в организм человека с целью предотвращения заболевания натуральной оспой. Термин вакцина применяли к веществу, предохранявшему от оспы. С 1840 г. противооспенную вакцину стали получать заражением телят. Вирус оспы человека был открыт только в 1904 г. Таким образом, оспа это первая инфекция, против которой была применена вакцина, т. е. первая управляемая инфекция. Успехи в вакцинопрофилактике черной оспы привели к ее искоренению в мировом масштабе.
В наше время вакцинация и вакцина употребляются как общие термины, обозначающие прививку и прививочный материал.
Пастер, по существу не знавший ничего конкретного о причинах бешенства, кроме неоспоримого факта его инфекционной природы, использовал принцип ослабления (аттенуации) возбудителя. В целях ослабления болезнетворных свойств возбудителя бешенства был использован кролик, в мозг которого ввели мозговую ткань умершей от бешенства собаки. После смерти кролика мозговая ткань его была введена следующему кролику и т. д. Было проведено около 100 пассажей, прежде чем возбудитель адаптировался к ткани мозга кролика. Будучи введен подкожно в организм собаки, он проявлял лишь умеренные свойства патогенности. Такой «перевоспитанный» возбудитель Пастер назвал «фиксированным», в отличие от «дикого», которому свойственна высокая патогенность. Позднее Пастер разработал метод создания иммунитета, состоящий из серии инъекций с постепенно увеличивающимся содержанием фиксированного возбудителя. Собака, прошедшая полный курс инъекций, оказалась в полной мере устойчивой к инфекции. Пастер пришел к выводу, что процесс развития инфекционной болезни, по существу, является борьбой микробов с защитными силами организма. «Каждая болезнь должна иметь своего возбудителя, а мы должны способствовать развитию иммунитета к этой болезни в организме пациента», говорил Пастер. Еще не понимая, каким образом организм вырабатывает иммунитет, Пастер сумел использовать его принципы и направить механизмы этого процесса на пользу человека. В июле 1885 г. Пастеру представился случай испытать свойства «фиксированного» возбудителя бешенства на ребенке, укушенном бешеной собакой. Мальчику была проведена серия инъекций все более ядовитого вещества, причем последняя инъекция содержала уже полностью патогенную форму возбудителя. Мальчик остался здоров. Вирус бешенства был открыт Ремленже в 1903 г.