Статті за 2020 рік

Індивідуальна робота з дисципліни «Вірусологія» на тему: «Коронавірус»

Введение

Coronavirinae (лат.) — подсемейство вирусов из семейства коронавирусов, объединяющее РНК-содержащие плеоморфные вирусы средней величины. Раньше такие вирусы объединяли в род Coronavirus, но в 2008 году систематика семейства была пересмотрена и ранг повысили до подсемейства Coronavirinae.

Семейство Coronavirinae включает в свой состав (на апрель 2015 года):

Род Alphacoronavirus (8 видов)

Род Betacoronavirus (7 видов)

Род Gammacoronavirus (2 вида)

Род Deltacoronavirus (3 видов)

1. Общая характеристика

Семейство Coronaviridae включает род Coronavirus и род Torovirus и содержит 11 видов, 24 вирусов, вызывающих широко распространенные заболевания у человека и животных (собак, птиц, крупный рогатый скот, свиней). Вирусы выделены в 1965-1067 гг. от людей, страдающих острыми респираторными заболеваниями.

На поверхности вирусной частицы расположено кольцо из специфических выступов, придающее вирусу характерный вид (от лат. corona — венец). Вирус впервые был выделен в 1965 г. D. Tyrreliatm от больного острым ринитом. Коронавирусы вызывают поражения органов дыхания (в том числе SARS-синдром), желудочно-кишечного тракта, нервной системы. Четыре из пяти известных в настоящее время штаммов — 229F, NL63, ОС43, NKU1 — вызывают заболевания у человека.

2. Морфология и антигенные свойства.

Вирионы крупного размера — частицы диаметром 60—130 нм, сферической формы (рис. 1.).

(рис. 1. Модель коронавируса. Вирусный нуклеокапсид представляет собой протяженную, гибкую спираль, содержащую геномную плюс-РНК цепь, молекулярной массой около 5,5х10⁶ и большое число молекул фосфорилированного нуклеокапсидного белка N (50-60К). вирусная оболочка состоит из липидного бислоя, образующегося из внутриклеточной мембраны клетки-хозяина, и двух вирусных гликопртеинов Е1 (20-30К) и Е2 (180-200К). Пепломеры состоят из молекул Е2. Матриксный гликопротеин Е1 пронизывает липидный бислой и взаемодействует с нуклеокаписдом внутри вирусной частицы)

Нуклеокапсид спиральной симметрии, содержит плюс-цепь РНК и обладают уникальным механизмом репликации. У них отсутствует нейрамизинидазная активность, и она не связываются с рецепторами содержащими сиаловою кислоту. Покрыт липидной оболочкой — суперкапсидом. На суперкапсиде наблюдаются характерные булавовидные выступы в виде солнечной короны — пепломеры, на которых располагаются антигенные детерминанты. В месте прикрепления к вирусной оболочке пепломеры образуют узкий перешеек. С геномом вируса связан основной фосфопротеин N, формирующий нуклеокапсидную структуру. В мембране обнаруживаются мультимембранный протеин М и гликопротеин S, в оболочке — протеин Е. У некоторых коронавирусов отмечается наличие гемат-глютининэстеразы. Гликопротеин S — сигнальный протективный антиген при SARS, является индуктором вирус нейтрализирующих антител. При попадании коронавирусов в организм вырабатываются агглютинирующие, преципитирующие антитела.

(рис. 2. Общая характеристика коронавирусов)

(рис. 3. Общие свойства коронавирусов).

3. Культивирование

Коронавирусы репродуцируются в цитоплазме клеток человека и животных — их естественных хозяев. Возможно использование культур клеток эмбриона человека и первичных эпителиальных клеток. Оптимальная температура культивирования 33—35 °С. Внутриклеточные включения не образуются. Однако, кишечные формы коронавируса человека (HECV) чрезвычайно трудно выращивать в культуре ткани и даже в органной культуре эмбрионального кишечного эпителия человека.

4. Резистентность

Вирусы относительно устойчивы, во внешней среде сохраняются до 3 ч, в моче и фекалиях — до 2 суток, чувствительны к нагреванию, действию жирорастворителей, детергентов, формальдегида, окислителей.

5. Репродукция

Коронавирусы проникают в клетку путем эндоцитоза и репродуцируются в цитоплазме. В культуре ткани, имеют латентный период от 6 до 7 часов. Инфекционность вирусов определяется как in vivo, так и in vitro. В инфицированных клетках вирусы находятся в вакуолях (везикулах) вблизи мембран эндоплазматической цепи, где осуществляется сборка вириона. Выход вируса из инфицированных клеток происходит путем экзоцитоза.

Особенности в репликации, рассмотрены на примере вируса MHV.

5.1. Прикрепление и проникновение

Коронавирусы прикрепляются концами своих пепломеров, к рецепторам клеток-мишеней, и как в случае альфавирусов и ортомиксовирусов, основной способ проникновения в клетку коронавирусов является абсорбционный эндоцитоз.

5.2. Первичная трансляция

У всех РНК-плюс вирусов, после проникновения в клетку первое, что происходит, это прикрепление геномной РНК к рибосомам, и синтез вирусной РНК-зависимой РНК-подимеразы. Геномная РНК коронавирусов аденилирована и имеет КЭП. При её трансляции образуется неструктурный полипептид 200 К, ген которого расположен на 5’-конце молекулы. Полагают что данный полипептид играет определенную роль в РНК-зависимой РНК-полимеразной активности.

5.3. Синтез минус-цепи РНК

Вирусную РНК-полимращную активность обнаруживают в мембранной фракции зараженных клеток, спустя 2-3 часа, после инокуляции. При транскрипции геномной РНК этим ферментом, образуется комплементарная минус-цепь РНК полной длины. Её синтез заканчивается через 5-6 часов после заражения.

5.4. Синтез плюс-цепи РНК

Минус-цепь РНК служит матрицей для синтеза как новых геномных РНК, так и шести имеющихся КЭП полиаденилированих субгеномных РНК, молекулярная масса которых лежит в диапазоне (0,6-3,7)х10⁶. Общая длинна которых, значительно превышает размер геномной РНК, причем некоторые из субгеномных РНК значительно длиннее, чем большинство мРНК у эукариот. Синтез геномной РНК начинается с 3’-конца минус-цепи, синтерз мРНК, происходящий путем удлинения затравоной или лидерной РНК, начинается со специфических внутренних участков минус-цепи. Доля каждой мРНК в течение всего цикла инфекции остается постоянной.

Они образуют набор перекрывающихся молекул с общим 3’-концом. Каждая содержит всю нуклеотидную последовательность более короткой мРНК, плюс один дополнительный ген на 5’-конце. У всех мРНК транслируется лишь последовательность, прилегающая к 5’-концу.

5.5. Синтез белков

При трансляции вирус-специфическая мРНК дает только один полипептид, кодированный на её 5’-конце. В этом заключается одно из отличий коронавирусов от других содержащий плюс-цепь РНК вирусов, таких как пикорнавирус и альфавирусы, на мРНК которых при трансляции образуются полипротеины, дающие после протеолетического расщепления структурные и неструктурные белки:

Нуклеокапсидный белок N и некоторые не структурные белки (30К, 14К и 200К) синтезируются на полисомах и цитоплазматическом матриксе. Неясно, какой геном — клеточный или вирусный — содержит ген протеинкиназы, которая входит в состав вирионов.

Гликопротеины Е1 и Е2 происходят на полисомах прикрепленных к шероховатому эндоплазматическому ретикулуму (ШЭР), однако в их процессинге и транскрипции имеются различия.

5.6. Сборка вирионов

Спиральный нуклеокапсид коронавирусов образуется в цитоплазме зараженных клеток за счет взаимодействия вновь синтезированной РНК с молекулами белка N. Нуклеокапсид обладает гибкой, довольно рыхлой структурой и чувствителен к действию РНКазы, его плотность составляет 1,24-1,29 г/см³. Размеры нуклеокапсида определяются свойствами N-белка, его способностью к связыванию. По сравнению с нуклеокапсидами ортомиксо-, парамиксо- или пневмовирусов нуклеокапсиды коронавирусов — значительно более хрупкие образования, их гораздо сложнее выделить и наблюдать. Вирионы образуются путем почкования от мембран ШЭР и/или аппарата Гольджи. На мембранах ШЭР или аппарата Гольджи белки клетки-хазяина исключаются из почкующихся вирионов и заменяются вирусными гликопротеинами.

Взаимодействие вирусного нуклеокапсида и мембран ШЭР или аппарата Гольджи, осуществляется с помощью цитоплазматического домена гликопротеина Е1. Почкование коронавирусов происходит только на тех внутриклеточных мембранах, на которых локализированы молекулы Е1. Выделенный же Е1 связывается с нуклеокапсидом.

Сферические почкующиеся вирионы, которые содержат собранный нуклеокапсид, «проталкиваются» в полость ШЭР и аппарата Гольджи. Таким образов внутри клетки могут образовываться зрелые вирионы, даже до того как Е2 перейдет на плазматическую мембрану и сделает клетку чувствительной к иммунному воздействию. В сущности, покрытые оболочкой, вирусы этого типа почкуются в месте, которое не подвергается иммунной защите хозяина. Возможно, этим объясняется персистенция коронавирусов в хозяине, обладающим иммунитетом.

5.7. Выход вирионов

Некоторые вирионы могут выходить из клетки лишь при её лизисе. Однако коронавирусы способны выходить также из интактных клеток, с помощью механизма клеточной секреции.

После того как вирионы пройдут через аппарат Гольджи, где происходит гликозилирование Е2 с присоединением олигосахаридов О- и N-гликозидными связями, ацилирование и, возможно, протеолитическое расщепление этого белка, они переходят в гладкие пузырьки (везикулы).

Везикулы мигрируют к краю клетки, где сливаются с плазматической мембранной, в результате чего во внеклеточное пространство выходит большое количество вирионов.

Способность коронавирусов выходить из клетки без её лизиса, является важным фактором, обеспечивающим возможность умеренной (нецитопатической) инфекции.

6. Эпидемиология

Результаты сероэпидемиологических исследований и выделения вирусов показали, что коронавирусы являются причиной 15-20% инфекционных заболеваний верхних дыхательных путей у человека. Так как многие коронавирусы животных вызывают гастроэнтерит, их интенсивно изучали как источник кишечных инфекций у человека. В фекалиях больных гастроэнтеритами не бактериального происхождения, так же как и в кале здоровых людей — контрольной группы, при электронно-микроскопических исследованиях часто обнаруживали частицы похожие на коронавирусы (рис. 4.) Коронавирусы могут вызывать как вирулентную, так и умеренную инфекцию в зависимости от штамма вируса и от типа клетки-хозяина.

(Рис. 4. Полученные методом негативного контрастирования фотографии препарата кишечного коронавируса человека — HECV).

При вирулентной инфекции клетки могут сливаться, образуя синцитий, и/или лизироваться. Например, синцитий часто наблюдают при заражении клеток кишечного эпителия вирусом MHV. Иногда в клетках накапливаются нуклеокапсиды.

Коронавирусы вызывают у человека заболевания дыхательных путей, в том числе бронхиолит и пневмонию, а также диарейный синдром и, возможно, поражения нервной системы. Источником инфекции, является больной человек, основной путь передачи аэрогенный. Заболевания чаще наблюдаются в зимне-весенный период.

При заражении HCV-229E вирусные частицы образуются в течение нескольких недель и даже более, но гибели клеток или каких-либо цитопатологических эффектов не наблюдается. Персистирующая инфекция, вызываемая другими корона-вирусами, приводит к образованию культуры-носителя, в которой в любой момент времени только часть клеток образует инфекционные частицы.

О широкой циркуляции коронавирусов среди населения свидетельствует наличие антител у 82% обследуемых людей. Они передаются от человека к человеку в основном воздушно-капельным путем, хотя возможны и другие способы передачи. Коронавирусные инфекции встречаются в течение всего года, но чаще в зимне-весенний период.

7. Клиническая картина

Инкубационный период 3—4 дня. Первичная репродукция вируса происходит в клетках слизистой оболочки носоглотки, при этом отмечаются насморк и чиханье, как правило, без повышения температуры. Могут наблюдаться симптомы гастроэнтерита. В случае развития SARS повышается температура, появляются признаки поражения нижних дыхательных путей.

8. Иммунитет

После перенесенного заболевания обнаруживается комлементсвязывающие, вируснейтрализирующие, преципитирующие антитела, антигемагглютинин, достигающие максимального уровня к 10-15-му дню заболевания. Наряду с антителами имеют значение и местные механизмы устойчивости.

9. Микробиологическая диагностика

Материалом для исследования служит смыв из носоглотки. В качестве экспресс-диагностики для обнаружения антигена в клетках слизистой оболочки используют РИФ. Выделение вируса затруднено, поэтому основным методом диагностики является серологический (ретроспективный). С помощью непрямого РИФ — с 10-го дня от начала заболевания можно определить нарастание титра IgG в парных сыворотках. В ИФА начиная с 3-й нед определяют IgM и IgG. Лечение симптоматическое. Специфическая профилактика не разработана.

Выводы

Вирионы сферической формы, диаметром 80—220 нм. Нуклеокапсид окружен белковой мембраной и липидсодержащей внешней оболочкой, от которой отходят многочисленные шиловидные отростки (пеплоиеры), в совокупности напоминающие солнечную корону. При удалении отростков вирионы утрачивают инфекционные свойства.

Геном представлен однонитевой плюс-РНК. В состав вирионов входят несколько белков. Одни из них связан с РНК и входит в состав нуклеокапсида. Другой — гликопротеид шиловидных отростков — является гемагглютинином. Кроме того, он обеспечивает адсорбцию и проникновение в клетки хозяина

Коронавирусы обладают малой устойчивостью к воздействию химически и физических факторов. Они разрушаются эфиром, этанолом и другими органическими растворителями, инактивируются при кислых и щелочных значениях рН, при нагревании до 56°С утрачивают инфекционность через 10-15 мин. Выделение вируса затруднено в связи со сложностью адаптирования возбудителей к культурам тканей. В основном клинический диагноз подтверждается серологическими исследованиями, которые проводятся с целью выявления специфических вируснейтрализующих антител.

Вызывают различные заболевания человека и животных, но имеют свойство не цитопатической инфекции, когда клетка-хозяин не лизируется. Но в связи с хрупкостью вириона, и сложностью его выделения и культивирования, необходимо продолжить его исследование.

Источники:

1. Вирусология: В 3-х т. Т.3: Пер. с англ./под ред. Б. Филдса, Д. Найпа при участии Р. Ченока, Б ройзмана, Дж. Мелника, Р. Шоупа. — М.: Мир, 1989. — 452 с., ил.

2. Медицинская микробиология, вирусология и иммунология. В 2-х т. Том 2: учеб. По дисциплине «Микробиология, вирусология и иммунология» для студентов учреждений высш. проф. образования, обучающихся по специальностям 060101.65 «Лечсб.дело», 060103.65 «Педиатрия», 060104.65 «Медико-профилакт. дело» / под ред. В. В.Зверева, М. Н. Бойченко. - М. : ГЭОТАР-Медиа, 2010. - 480 с. : ил. + CD.

3. Букринская А.Г.. Вирусология. — М.: Медицина, 1986. — 336 с., + ил.