CC BY
72
УДК 578.3:616.523
М.Т.Луценко, И.Н.Гориков
НЕКОТОРЫЕ СВЕДЕНИЯ О МОРФОЛОГИИ ГЕРПЕС-ВИРУСОВ И ИХ СВОЙСТВАХ
Дальневосточный научный центр физиологии и патологии дыхания Сибирского отделения РАМН,
Благовещенск
РЕЗЮМЕ
В настоящей работе представлены литературные сведения, характеризующие строение вирусов простого герпеса и их механизм взаимодействия с клетками-мишенями.
Ключевые слова: вирус, герпес.
SUMMARY M.T.Lutsenko, I.N.Gorikov
SOME DATA ABOUT HERPES-VIRUSES
MORPHOLOGY AND THEIR PROPERTIES
The reference data characterizing the structure of simple herpes viruses and the mechanism of their interaction with cells-targets are given in the work.
Key words: virus, herpes.
В вирионе герпеса выявляют 3 компонента: 1) нук-леонд, локализующийся в центральной части; 2) кап-сид, покрывающий нуклеоид и представленный капсомерами; 3) оболочки, которые окружают эти структурные образования [1]. Оболочка вирионов герпеса обычно сохраняет гексагональную форму. Диаметр оболочки составляет от 170 до 210 нм. Встречаются два и более нуклеокапсида, имеющих общую оболочку. Часто обнаруживаются вирусные частицы, которые не имеют оболочки. Капсид обычно гексагональной формы. Каждая грань капсида является равносторонним треугольником, состоящим из 15 субъединиц (интервал между субъединицами 3 нм). При использовании метода негативного контрастирования установлено, что капсид герпесвирусов является икосаэдром. Капсомеры - это полые структуры, имеющие на поперечном срезе пента- и гексагональное строение. Ребро икосаэдра представлено 5 капсомерами. 12 вершин образованы одним из капсомеров и окружены пятью соседними. Другие капсомеры граней треугольников также ограничены пятью соседними. Капсомер сохраняет форму удлиненной призмы. Его размеры составляют 9,5 х 12,5 нм. На поперечном срезе вершины икосаэдра они имеют пентагональную форму. Остальные капсомеры поверхности капсида имеют гексогональную форму с внутренним отверстием до 4 нм. Таким образом, капсид вириона герпеса представлен 162 капсомерами, которые упакованы в симметричном порядке, в соотношении 5:3:2 (рис. 1). При проведении электронной микроскопии преобладают вирионы (с оболочкой или без нее), в центральную часть которых не проникает фосфорно-вольфрамовая кислота. Эти вирионы
условно названы «полными», то есть они содержат нуклеоид. Одновременно идентифицируются вирионы, у которых фосфорно-вольфрамовая кислота определяется в их центральной части. Данный морфологический факт позволяет назвать их «пустыми» ви-рионами и предположить отсутствие у них нуклеоида. У таких вирионов обычно четко контурируется капсид. В его составе выявляется до 24 капсомеров. По мнению автора [1], ограниченное оболочкой капсида гексагональное пространство, в котором четко контурируется фосфорно-вольфрамовая кислота, имеет средний размер 78 нм (рис. 2).
Рис. 2. Вирус простого герпеса. Срез зараженной клетки фибробласта. Незрелые вирионы в ядре клетки (по А.Ф.Бочарову). Увеличение ><160000.
Вирионы герпес-вирусов, характеризуются неправильной сферической формой [17]. Они имеют диаметр 120-200 нм и 4 основных компонента: электронно-плотную сердцевину; икосаэдральный нуклеокапсид; электронно-плотную внутреннюю оболочку (tegument) и внешнюю мембрану (envelope). Сердцевина представлена ДНК, ассоциированной с белками. Диаметр капсида составляет от 100 до 110 нм. Он имеет форму икосаэдра, в котором выявляются до 162 капсомеров (150 гексамеров и 12 пентамеров). Последние размещаются по 5 на каждой фасетке (edge). Внутренняя оболочка представлена белковыми глобулярными молекулами, а наружная - двуслойной липидной мембраной с определяющимися в ее структуре белковыми выступами.
Генетический аппарат вирусов простого герпеса состоит из линейной двунитчатой ДНК [2, 13]. ДНК имеет молекулярную массу, которая варьирует от 80 до 150 х 1 Ое дальтон. Геном вируса в состоянии кодировать свыше 60 генных продуктов. В вирионах определяются более 30 полипептидов: 7 гликопротеидов (гликопротеиды gB, gC, gD, gE gF, gG и gX) четко визуализируются на поверхности и участвуют в образовании вируснейтрализующих антител [16]. Шесть белков выявляются в капсиде, в том числе АТФаза и протеинкиназа. Другие протеины (в частности, тими-динкиназа) относятся к неструктурным белкам и синтезируются в процессе репродукции вируса в клетке хозяина. В возбудителях инфекции определяются антигены, которые связаны с внутренними белковыми молекулами и наружными гликопротеидами. Однако ключевыми иммуногенами остаются gB, gC и gD. В очищенных полных вирионах определяется более 20% липидов [2].
Репликация вирусов простого герпеса в клетке -многоступенчатый процесс (рис. 3). Вирус простого герпеса не имеет возможности размножаться самостоятельно и его воспроизведение осуществляется только в живой клетке. Процесс размножения возбудителя включает следующие этапы:
1) взаимодействие с рецептором на поверхности клетки хозяина;
2) пенетрация в клетку;
3) сбрасывание капсида;
4) транскрипция;
5) посттранскрипционное образование мРНК;
6) трансляция вирусного протеина;
7) образование и модификация протеина;
8) репликация вирусного генома (ДНК или РНК);
9) внутриклеточное накопление вирусных частиц;
10) выведение вирионов из инфицированной клетки.
На первом этапе вирус простого герпеса взаимодействует с клеточным рецептором и посредством эн-доцитоза внедряется в клетку. При обнажении капсида он появляется в цитозоле. Сформировавшийся комплекс ДНК - белок обычно поступает в ядро. Затем капсид разрушается и вирионная ДНК достигает нук-леоплазмы. Здесь она начинает функционировать, транскрибируясь клеточной РНК-полимеразой. При
этом выделяют сверхраннюю, раннюю и позднюю транскрипцию, процессинг мРНК, а также синтез кодируемых продуктов с частичным обратным их транспортом через кариолемму.
Рис. 3. Цикл репликации вируса герпеса (схема)
Затем ДНК реплицируется с формированием дочерних молекул, а также незрелых капсидов. При этом регистрируется их почкование через кариолемму, а также образование зрелых капсидов на мембранных структурах эндоплазматического ретикулума, их транспорт к поверхности через модифицированные элементы цитоплазматического ретикулума и выход наружу (рис. 3). Следует отметить, что в ядре клетки-хозяина в процессе репликации регистрируется транскрипция вирусной ДНК и происходит процесс трансформации образованной РНК в зрелую мРНК. В цитоплазме клетки-хозяина вирусная мРНК транслируется в протеин (наибольшее его количество образуется посредством расщепления и гликозилирования). Экспрессия гена вируса простого герпеса регулируется вирусными протеинами, которые приводят к последовательной экспрессии мРНК и белков. Репликация ДНК вируса происходит в ядре. Внутри ядерной мембраны из вновь синтезированной вирусной ДНК и вирусных протеинов капсида формируются вирусные частицы. Вирионы выходят из инфицированных клеток посредством их слияния с мембраной клеток или в результате лизиса цитолеммы клеточных элементов.
В процессе репродукции в инфицированной клетке вирус простого герпеса целенаправленно воздействует на ее ферментные системы, особенно на те, которые непосредственно участвуют в синтезе полинуклеотид-ной цепи возбудителя из нуклеозидов и мононуклеотидов (киназ, рибонуклеотидредуктаз, ДНК-полимераз и нуклеаз) [7]. По мнению авторов, первостепенное значение во взаимодействии вируса и клетки имеет ти-мидин-киназа, которая катализирует фосфорилирова-ние тимидина с помощью АТФ и образованием тимидинмонофосфата и аденозиндифосфата. Известно, что тимидинкиназа участвует в фосфорилиро-вании дезоксицитидина, дезокскиуридина, ациклогуанозина, а также некоторых синтетических нуклеозидов, используемых при химиотерапии данной инфекции.
В репликации вирусной ДНК участвует вирусная ДНК-полимераза, взаимодействующая с вирусиндуци-рованным ДНК-связанным белком. Последний форми
рует комплексы с ДНК и выявляется с помощью электронной микроскопии.
При первичном поражении наблюдается репликация возбудителя в месте его инвазии. Обычно вирус проникает в ганглии посредством гематогенного распространения или через аксоплазму. Вирус простого герпеса характеризуется длительной персистенцией [13].
Латентность - один из механизмов сохранения возбудителей в клетке человеческого организма, иммунная система которого исключает создание условий для полноценного развития острого инфекционно-воспалительного процесса при взаимодействии макро- и микроорганизма (вируса). В формировании хронической вирусной инфекции первостепенное значение имеют:
а) существование генетически детерминированной резистентности клеток к вирусу герпеса. В таком случае размножение возбудителей происходит без цито-деструктивного эффекта или при этом регистрируется селекция устойчивых клеточных элементов, в которых определяются вирионы;
б) хронизация герпетической инфекции отмечается в случае постоянного воздействия на возбудитель значительного количества ингибиторов (антител, интерферона, противовирусных препаратов и т.д.);
в) возможно, что эволюция различных видов возбудителей привела к существованию вирусов в виде нук-леотидов различной степени гетерогенности и ин-фекционности ДНК-транскриптов РНК в геноме клеток. Данные вирусные образования, по всей вероятности, могут формировать ассоциации с другими возбудителями в клетках с определенной генетически обусловленной резистентностью;
г) выявляются герпетические вирусы, обладающие устойчивостью к иммунокомпетентным клеткам [6];
д) часто при взаимодействии вирусов герпеса с клетками не наблюдается их разрушение, а в процессе де-ления таких вирусов визуализируется передача последних в дочерние клетки. При этом в воспроизводстве вирионов активное участие принимают внутриклеточные цитоплазматические структуры [15].
Пусковыми моментами в реактивации герпеса являются: тегшв, различные стрессовые ситуации, травмы и нарушения пищеварения [13]. В реактивации персистирующих медленных вирусных инфекций кардинальную роль играет проживание человека в условиях Азиатской части Крайнего Севера Российской Федерации [4]. Тем более что экспериментально установлено увеличение адсорбции вируса герпеса на поверхности клетки при низких температурах, в то время как остальные этапы взаимодействия данного возбудителя с мембраной клеток в основном осуществляются при более высокой температуре окружающей среды [10]. На этом фоне нельзя исключить специфический характер взаимоотношений, складывающийся между бактериальной флорой, колонизирующей воз-духоносносные пути, мочевыделительные, половые органы и пищеварительный тракт с находящимися в персистирующей форме вирусами. Однако известно,
что при определенных условиях низкие температуры способствуют сохранению популяции микроорганизмов и увеличению числа их колоний [11]. По мнению авторов, при понижении температуры окружающей среды повышается вирулентность бактерий (увеличивается их подвижность, определяющая их хемотакси-ческие свойства, возрастает капсулообразование и синтез биополимеров с токсической функцией, а также ферментов, характеризующих патогенные свойства возбудителей). Таким образом, в регионах с низкими температурами может складываться особый характер взаимоотношений между системой «бактерии - ДНК - вирусы». В литературе приводится весьма убедительные клинико-иммунологические и вирусологические данные, указывающие на специфику резистентности населения, проживающего на Крайнем Севере: преобладание стертых и хронических форм заболеваний; низкий уровень иммунологической резистентности детей пришлого населения по сравнению с коренными жителями Севера; нарушение календаря прививок в результате длительных противопоказаний, что приводит к увеличению числа людей, восприимчивых к вирусным инфекциям [3]. Показано, что в суровых климатических условиях на резистентность организма влияют:
1) дизадаптация мигрирующего населения при переезде на постоянное место жительства и при кратковременном пребывании людей в период отпуска в южных районах России;
2) воздействие неблагоприятных биологических, геохимических и техногенных факторов (полярная ночь, дефицит микро- и макроэлементов, авитаминоз, краевая патология (гельминтозы, вирусные инфекции, передающиеся кровососущими насекомыми), а также ультрафиолетового излучения и радиационного фона;
3) различия в восприимчивости и в течении инфекции у коренного и пришлого населения, обусловленные сроками проживания на Севере и их морфофункциональными особенностями;
4) организационные и иммунологические проблемы вакцинопрофилактики, обусловленные низкой плот-ностью населения, что приводит к росту числа серонегативных пациенток среди привитых женщин;
5) своеобразием половозрастной и социальной структуры населения, формирующей неиммунные группы и носителей инфекции [4].
По некоторым данным, при эпидемиологическом и иммунологическом изучении цитомегаловирусной инфекции у рожениц и новорожденных коренного и пришлого населения на Крайнем Севере, у переселившихся из других регионов России женщин отмечается более частое обнаружение цитомегаловИ-руса в клетках (30,8%) по сравнению с аборигенами (12,2%) [14].
При исследовании специфического иммунитета комплементсвязывающие антитела определяются у 51,9% женщин коренного населения и у 52,9% - пришлого населения в родах. В то же время наблюдается более низкий показатель серопозитивных небеременных пациенток (35,3%) среди коренного населения и
более высокий показатель (38,1%) - среди приезжих женщин. Обнаруженные авторами достоверные различия (р<0,05) между небеременными и беременными пациентками позволяют говорить о значении геста-ционного процесса в реактивации цитомегаловируса у женщин.
Как показывают исследования, выделение вируса простого герпеса возрастает у беременных в течение некоторых зимних и весенне-летних месяцев. Пик заболеваемости герпетической инфекцией в зимний период года связан с понижением температуры, а в летний период - с повышением солнечной активности и радиационного фона [5].
В нарушении характера взаимоотношений в системе «человек - вирус простого герпеса», ключевую роль могут играть вирусы гриппа А, а также РНК- и ДНК-респираторные вирусы. Так, в период эпидемии гриппа А или циркуляции других возбудителей изменения иммунного статуса у пациентов способствуют активации вируса герпеса и его переходу в инфекционную форму, обусловливающую субклиническую или клиническую картину заболевания [8, 9, 12]. При гриппе А, а также во время выявления вспышек гриппа
B, парагриппа 1-3 типов, риносцинтиальной и аденовирусной инфекции у больных клинически диагностируется герпес в виде высыпаний на губах, на коже крыльев носа, на щеках, ушных раковинах и коже век, а также на слизистой оболочке полости рта. Герпетические высыпания у больных с гриппом А появляются на губах и коже лица на 3-4 сутки заболевания [8]. Клинические признаки герпеса определяются у 14-25% всех пациентов с гриппом.
В развитии герпетической инфекции важное значение имеют факторы и ингибиторы адсорбции возбудителя, и специфический противовирусный иммунитет. Существуют химические вещества, которые могут нарушать установление контакта между вирусом герпеса и цитолеммой соматической клетки благодаря конкуренции за различные рецепторы, обеспечивающие процесс адсорбции возбудителя [10].
ЛИТЕРАТУРА
1. Баринский И.Ф. Семейство Нсгрс8\'тс1ас // Общая и частная вирусология / под ред. В.М.Жданова,
C.Я.Гайдамович. М.: Медицина, 1982. Т.2. С.'.375—412.
2. Глинских Н.П. Неизвестная эпидемия: герпес (патогенез, диагностика, клиника, лечение). Смоленск: Фармаграфикс, 1997. 162 с.
3. Дубов А.В. Адаптация системы человек-вирус в условиях Крайнего Севера // Адаптация человека в различных климатогеографических и производственных условиях: тез. докл. III Всесоюз. конф. Новосибирск, 1981. Т.З. С.98-99.
4. Особенности эпидемиологии инфекционных болезней на Азиатском Крайнем Севере / Егоров И.Я. [и др.] // Эпид. и инф. болезни. 1999. №3. С.60-62.
5. Клиника генитальной герпетической инфекции во время беременности / Малевич Ю.К. [и др.] // Акуш. игин. 1986. № 10. С.69-71.
6. Малевич Ю.К., Коломиец А.Г. Патогенез перинатальной герпетической инфекции // Вопр. охраны мат. и дет. 1987. Т.32, №1. С.64-68.
7. Петрович Ю.А., Терехина Н.А. Ферментная стратегия вируса простого герпеса // Успехи соврем, биол. 1990. Т. 109, Вып.1. С.77-89.
8. Смородинцев А.А., Коровин А.А. Грипп. JL: Медгиз, 1961. 372 с.
9. Соколов М.И. Острые респираторные вирусные инфекции: этиология, лабораторная диагностика, эпидемиология, профилактика. М.: Медицина, 1968. 259
10. Соловьев В.Д., Баландин И.Г. Биохимические основы взаимодействия вируса и клетки. М.: Медицина, 1969. 124 с.
11. Сомов Г.П., Варвашевич Т.Н. Влияние низкой температуры на вирулентность некоторых патогенных бактерий // Журн. микробиол. 1992. №4. С.62-66.
12. Соринсон С.Н. Инфекционные болезни в поликлинической практике: руководство для врачей. СПб.: Гиппократ, 1993. 320 с.
13. Сухих Г.Т., Валько JI.B., Кулаков В.И. Иммунитет и генитальный герпес. Н.Новгород-Москва: Издательство НГМА, 1997. 224 с.
14. Эпидемиологические и иммунологические исследования цитомегалии у рожениц и новорожденных среди коренного и пришлого населения на Крайнем Севере / Тюкавкин В.В. [и др.] // Вопросы вирусол. 1985. №2. С.215-219.
15. Шубладзе А.К., Бычкова Е.Н., Баринский И.Ф. Вирусемия при острых и хронических инфекциях. М.: Медицина, 1974. 176 с.
16. Vaughan P.J., Purifoy D.J., Powell K.L. DNA-binding protein associated with herpes simplex virus DNA polymerase // J. Virol. 1985. Vol.53. P.501-508.
17. Wildy P. Portraits of viruses. Herpes virus // Intervirology. 1986. Vol.25. P.117-140.
Поступила 11.10.2010
Михаил Тимофеевич Луценко, руководитель лаборатории, 675000, г. Благовещенск, ул. Калинина, 22;
Mikhail Т. Lutsenko, 22, Kalinin Str., Blagoveschensk, 675000;
E-mail: Liicenkomt@niail.ru
