Поліовірус - біологія

Поліовірус є вірусом у сімействі Пікорнавіріди, що викликає поліомієліт або поліомієліт у людей. Це дуже простий вірус без оболонки з геномом одноланцюгової плюс РНК. Зустрічається лише у людини; викорінення поліовірусу шляхом вакцинації - мета Всесвітньої організації охорони здоров’я.

Відкриття та історія

Хоча поліомієліт був давно відомою хворобою, лише після досліджень шведського лікаря Івара Вікмана на початку 20 століття стало загальновизнаним, що це інфекційна хвороба, що передається контактом. Карл Ландштейнер та Ервін Поппер вважаються першовідкривачами вірусу поліомієліту; У 1908 р. Їм вдалося перенести збудника хвороб двом мавпам, ввівши бактеріологічно стерильний екстракт спинного мозку хлопчикові, який помер від поліомієліту; обидві тварини захворіли. [1]

Чарльзу Армстронгу вдалося передати вірус бавовняним щурам в 1930-х. Джон Ф. Ендерс, Фредерік Чепмен Роббінс та Томас Гекл Веллер змогли розмножити вірус у культурах клітин у 1949 році; за це їм спільно було присуджено Нобелівську премію з фізіології та медицини в 1954 році. У 1955 році була затверджена інактивована вакцина проти поліомієліту, розроблена Йонасом Салком, а через кілька років оральна вакцина проти поліомієліту Альбертом Сабіном.

Накопичення вірусу

морфологія

Приблизно кругла частинка вірусу має діаметр від 28 до 30 нанометрів. У 1985 р. Вдалося визначити тривимірну структуру цілої частинки поліовірусу за допомогою аналізу кристалічної структури. [2] Кожен віріон містить копію одноцепочечного генома РНК, яка укладена в ікосаедричний капсид. Капсид складається з 60 копій кожного з чотирьох капсидних білків VP1, VP2, VP3 і VP4. Вірус не має оболонки.

Завдяки цій структурі поліовірус є екологічно стабільним вірусом, стійким до ряду дезінфікуючих засобів, таких як 70 відсотків етанолу, ізопропанолу та сполук четвертинного амонію. Вірус майже не інактивується багатьма миючими засобами або кислотами, наприклад шлунковою кислотою.

Білки геному та вірусу

вакцина проти поліомієліту

Вперше вірусний геном було клоновано та секвенувано в 1981 році. РНК із 7440 нуклеотидів довжиною типу 1, до 5 'кінця якої зв'язаний вірусний білок (VPg), складається з довгої 5' неперекладеної області (5 'NTR), за якою слідує одна відкрита рамка зчитування, яка кодує поліпротеїн 220 кДа і коротку 3'-неперекладену область (3'-NTR) з полі (А) хвостом. У 5 'нетранслируемой області РНК містить внутрішню точку входу рибосом (IRES), що є вирішальним для трансляції РНК у клітині-хазяїні. Мутації IRES є молекулярною причиною ослаблення поліовірусів, що використовуються в пероральних вакцинах проти поліомієліту.

Поліпротеїн 220 кДа розщеплюється на три білки, Р1, Р2 і Р3, за допомогою вірусних пептидаз; білок Р1 далі розщеплюється на структурні білки VP1-VP4, з яких збирається капсид нових частинок вірусу. Білки Р2 і Р3 дають початок неструктурним білкам, які відіграють роль у реплікації вірусу. Білки 2A pro та 3C pro, а також 3CD pro є пептидазами, які розщеплюють вірусний поліпротеїн, тоді як білки 2BC, 2C та 3AB утворюють мембранний комплекс, необхідний для реплікації вірусу. 3B VPg зв'язується з 5 'кінцем вірусної РНК і є важливим для ініціації реплікації РНК. Нарешті, 3D pol - це РНК-залежна РНК-полімераза, яка синтезує вірусну РНК. [3]

Реплікація

Поліовірус розмножується в цитоплазмі клітини хазяїна. Для того, щоб потрапити в клітину, вірусу необхідний специфічний рецептор, білок CD155. Потім вірус може перенести свою РНК в клітину, де вона негайно переводиться в поліпротеїн. Поліпротеїн може протеолітично розпадатися на окремі структурні та функціональні білки. РНК не тільки перекладається, але й реплікується. Останнє відбувається через вірусну РНК-залежну РНК-полімеразу 3D pol, яка перетворює вихідну плюс-РНК у мінус-РНК і з цього негайно утворює нову плюс-РНК. Нарешті РНК упаковується зі структурними білками, утворюючи новий віріон; з часом клітина-хазяїн гине, а віруси звільняються.

Систематика

Поліовірус відноситься до роду вірусів Ентеровірус; це частина родини Пікорнавіріди. У поліовірусі виділяють три серотипи.

  • сім'я Пікорнавіріди
    • рід Ентеровірус
      • видів Поліовірус
        • Серотип 1 (тип "Mahoney" або "Brunhilde"): цей тип є найпоширенішим і може також викликати серйозні захворювання.
        • Серотип 2 (тип “Ленсінг”): цей тип викликає досить легкі прогресії.
        • Серотип 3 (тип "Леон"): цей тип зустрічається досить рідко, але зазвичай викликає серйозний перебіг.

Три серотипи структурно відрізняються головним чином у білках капсидів. Порівняння повних послідовностей геномів поліовірусів та людського ентеровірусу С (HEV-C) показало, що поліовіруси та віруси HEV-C дуже схожі за структурою геному. Поза капсидної області поліовіруси подібні до вірусів HEV-C, як і між собою. Тому було запропоновано вид Поліовірус залишити і три серотипи у виду Ентеровірус людини C класифікувати. [4] Це ще не вирішено.

Дифузія, передача та специфічність

розподіл

Спочатку вірус поширювався по всьому світу; У тропіках епідемії відбувалися цілий рік, в помірних широтах, особливо влітку. В ендемічних районах, серед іншого, вірус також можна виявити у стічних водах; в навколишньому середовищі він повинен залишатися здатним до розмноження протягом декількох тижнів. Єдиним природним господарем і, отже, єдиним відомим водосховищем є люди. Отже, вакцинація видається можливою; цього вже вдалося досягти за допомогою поліовірусу типу 2. У 2007 році в усьому світі було зареєстровано 1310 випадків дикої поліовірусної інфекції; у 2008 році вірус є ендемічним лише в Нігерії, Індії, Пакистані та Афганістані. [5] [6]

Трансмісія та специфіка

Вірус викликаний мазковою інфекцією (фекально-оральний), а також передається через об'єкти. Тропізм поліовірусу обмежений людьми та деякими іншими приматами. Різні мавпи можуть заразитися експериментально, вводячи вірус безпосередньо в спинний мозок або мозок. Тільки шимпанзе та мавпи старого світу можуть заражатися перорально, як і люди. Оскільки для зараження вірусом необхідний специфічний рецептор, білок CD155, на клітинах хазяїна, зараження організму по суті залежить від того, чи може вірус зв’язуватися з рецептором господаря. Поліовірус зв'язується з CD155 від людей, шимпанзе та мавп Старого Світу, але лише частково до CD155 від мавп Нового Світу. [7] Після зв’язування з рецептором CD155 вірус поглинається клітиною, де може розмножуватися. Механізми розмноження всередині клітини менш специфічні для господаря, ніж механізм поглинання. Рецептор CD155 розташований на клітинній поверхні моноцитів, макрофагів, Т-лімфоцитів та нервових клітин. Вірус вперше розмножується в таких лімфатичних тканинах, як бляшки Пейєра в кишечнику.

Хвороби, виявлення та вакцини

захворювання

Після потрапляння вірусу в рот і розмноження в носоглотці та шлунково-кишковому тракті виникає віремія, при якій вірус поширюється через кров. У більшості випадків це проходить без симптомів; грипоподібні симптоми спостерігаються лише у 4 - 8% інфікованих.

Лише у рідкісних випадках, приблизно в 1% інфекцій, віруси також атакують нервові клітини, переважно клітини переднього рогу в спинному мозку, які важливі для м’язів. Потім це призводить до клінічної картини поліомієліту.

доказ

Вірус можна виявити за зразками випорожнень, мазків із горла та, за необхідності, з ліквору. При класичному вірусологічному виявленні підготовлений матеріал інкубують на культурах клітин, а ідентичність вірусу визначають за допомогою нейтралізаційного тесту із специфічними антисироватками. Кажуть, що виділення вірусу із зразків стільця було успішним на 80% у перші 14 днів захворювання. [8] Однак цей метод є складним. Ось чому сьогодні часто використовується зворотна транскриптаза-полімеразна ланцюгова реакція, за допомогою якої вірусна РНК може бути виявлена ​​безпосередньо в клінічному матеріалі. Іноді навіть ділянки геному вірусу секвенуються для того, щоб встановити зв’язок між різними пацієнтами шляхом порівняння послідовностей та мати можливість зрозуміти шлях зараження. Також може бути проведено виявлення антитіл проти вірусу в сироватці крові пацієнта.

Доказ дії поліовірусу підлягає повідомленню згідно з німецьким Законом про захист від інфекцій.

Вакцини

Існує дві різні вакцини проти поліомієліту. Інактивована поліовакцина (ІПВ) за Джонасом Е. Солком - мертва вакцина, яку вводять внутрішньом’язово. Вакцина містить інактивовані формальдегідом частинки вірусу трьох типів, вирощені на культурах клітин. Ця вакцина забезпечує хороший захист від хвороби; вирішальною перевагою цієї вакцини є те, що вакцинація проти поліомієліту виключена. Інактивована вакцина проти поліомієліту була затверджена в США в 1955 році і призвела до швидкого зменшення кількості захворювань там.

Пероральний поліовакзин (OPV) за Альбертом Сабіном для пероральної вакцинації є живою вакциною і складається із суміші трьох типів так званих аттенуйованих вірусів, які все ще здатні до розмноження, але більше не викликають хвороби. Перевага цієї вакцини, крім того, що вона проста у використанні, полягає в тому, що вона також створює імунітет у шлунково-кишковому тракті, що не тільки запобігає захворюванню, але також перешкоджає передачі вірусу. Ця вакцина більше не використовується в Німеччині, оскільки не можна повністю виключати вакцинацію проти поліомієліту. Оскільки в Німеччині викорінено поліовірус, це може бути неприйнятним ризиком.