Методы культивирования, индикации и идентификации вирусов

      Различают:

1. Естественные питательные среды (применяются редко).

                              Естественные питательные среды готовят на основе солевых растворов Хенкса и Эрла, к которым добавляют сыворотку, амниотическую жидкость, эмбриональный экстракт. Эти биологические жидкости являются источниками белкового питания, витаминов и других веществ, способствующих росту и размножению клеток. Например, среда для культивирования клеток HeLa: сыворотка человека – 50%, куриный эмбриональный экстракт – 2%, раствор Хенкса – 48%.

2. Ферментативные гидролизаты белковых веществ.

                              В среды добавляют ферментативные гидролизаты: лактальбумина, казеина, белков крови крупного рогатого скота.      

3. Синтетические питательные среды, которые отличаются сложным составом:

Среда 199 (Паркера) содержит 20 аминокислот,17 витаминов, пурины и пиримидины, глюкозу, 9 минеральных солей и ряд других веществ. Эту среду готовят на солевом растворе Хенкса, стерилизуют фильтрованием через бактериальные фильтры.

Среда Игла содержит 13 аминокислот, 4 катиона, 3 аниона, 6 витаминов, холин, инозит и углеводы.

                            1.2.2. Типы клеточных культур

      Для  приготовления культур клеток  используют различные ткани животных, человека и птиц как эмбриональные,  так и зрелые. Кроме нормальных  используют и злокачественные  перерождённые ткани, получаемые из опухолей.

      Источником  эмбриональной ткани часто служит  куриный зародыш, а также эмбрионы  человека, мышей, свиней, кроликов  и др. Эмбриональная и опухолевая  ткани отличаются лучшей выживаемостью  и более активным ростом, чем  ткани взрослого организма. Из зрелых тканей чаще всего употребляется почечная ткань (обезьян, морских свинок, хомячков и др.), амниотическая оболочка человека.

      Ткани  берут в асептических условиях, промывают в солевом растворе  Хенкса и затем подвергают  измельчению. В вирусологии используют только культуры растущих тканей, которые подразделяют на:

1. Культуры фиксированных  кусочков тканей.

2. Однослойные культуры  клеток:

    а) первичные  культуры клеток;

    б) перевиваемые (стабильные) культуры клеток;

    в) культуры диплоидных клеток.

3. Культуры суспензированных  клеток.

В практической вирусологии  чаще используют однослойные культуры, клетки которых растут и размножаются будучи прикреплёнными к твёрдому субстрату (стеклу, пластику), образуя слой толщиной в одну клетку (монослой). Метод обработки однослойных культур клеток основан на обработке исходной ткани ферментами (обычно трипсином), разрушающими межклеточные связи; ткань диспергируется, и образуется взвесь изолированных клеток. При культивировании клетки прикрепляются к стеклу сосуда и растут в виде сплошного монослоя, благодаря чему удобно воздействовать на клетки, заражая их вирусами, и визуально наблюдать возникающие изменения в динамике.

    а) Первичные культуры клеток способны размножаться только в первой генерации

      Методика получения первичных  культур фибробластов куриного  эмбриона

1. Яйца, инкубированные 7-11 дней, овоскопируют. Убедившись в жизнеспособности эмбриона, очерчивают границу воздушного мешка.
2. Скорлупу на тупом конце яйца протирают спиртом, йодом, снова спиртом, а затем срезают на уровне воздушного мешка.
3. Извлекают эмбрион и помещают его в стерильную чашку, удаляют голову. Тело эмбриона омывают 3-5 мл раствора Хенкса, который затем отсасывают.
4. Тело эмбриона тщательно измельчают ножницами, полученные кусочки (размером около 1 мм³) пипеткой переносят в пробирку.
5. Проводят 2-3-кратное отмывание измельчённой ткани от крови. Каждый раз наливают в пробирку с тканью по 2-3 мл раствора, дают ткани осесть, после чего жидкость отсасывают.
6. К отмытой ткани добавляют 3 мл 0,25% раствора трипсина и тщательно перемешивают содержимое пробирки с помощью «пипетирования» (многократного насасывания и выдувания жидкости пипеткой) или энергичного встряхивания. Под действием трипсина клетки ткани разъединяются и образуют суспензию, поэтому после оседания более крупных тканевых частиц на дно пробирки жидкость над осадком должна остаться мутной.
7. Верхний помутневший слой жидкости, содержащий взвесь изолированных клеток, переносят в центрифужную пробирку, куда заранее наливается 2,5 мл питательной среды гидролизата лактальбумина. Проводят центрифугирование при 1 000 об/мин в течение 10-15 минут.
8. Надосадочную жидкость удаляют, к осадку клеток добавляют 2-3 мл гидролизата лактальбумина и тщательно перемешивают, чтобы клетки вновь оказались во взвешенном состоянии. Для отделения конгломератов клеток, которые могут попасть во взвесь, рекомендуется последующее фильтрование через сетку из нержавеющей стали или марлю.
9. Производится подсчёт клеток в камере Горяева под малым увеличением микроскопа. Определив концентрацию клеток во взвеси, её разводят гидролизатом лактальбумина до 400 000 клеток в 1 мл.
10. Взвесь разливают в пробирки по 1 мл, закрывают резиновыми пробками и помещают в термостат при 37⁰С в наклонном положении под углом 5⁰.

     Через 3-4 суток от начала культивирования,  просматривая пробирки при малом  увеличении микроскопа, можно видеть  вытянутые, отростчатые клетки  – фибробласты, которые растут  на стенке пробирки, образу монослой.

        б) Перевиваемые культуры клеток (линии клеток)

         Это стабильные  культуры клеток, которые способны  бесконечно долго размножаться  вне организма, если их культивировать  в соответствующих условиях. Например, перевиваемые культуры из амниона  человека (FL, А-8), почки обезьян (VERO - от зелёной мартышки, LLCMK 2 – от макаки-резус), эмбриона мыши (ЗТЗ), из опухолевых клеток человека (HeLa - из рака шейки матки, Нер–2 – из рака гортани) и многие другие.

        Перевиваемые культуры клеток обладают целым рядом преимуществ по сравнению  первичными. Работа с ними менее трудоёмка, они отличаются большим диапазоном чувствительности ко многим вирусам. Однако перевиваемые культуры не пригодны для производства вирусных вакцин, так как существуют опасения по поводу их возможной злокачественности.

        Перевиваемые  культуры клеток без пересева  на свежую среду довольно быстро  дегенерируют. Поэтому исходную  культуру клеток выращивают в  матрацах с питательной средой, еженедельно пересевая культуру  в новые сосуды. При работе с пробирочными культурами также рекомендуется пересевать их через 7-8 дней, или же раз в 3-4 дня заменять питательную среду свежей, тогда клеточные культуры сохраняют свою жизнеспособность 2-3 недели.

        Для культивирования  перевиваемых культур клеток  применяют среду 199 (часто с добавлением 10% бычьей сыворотки), среду Игла с добавлением 20% сыворотки, 0,5% гидролизат лактальбумина, содержащий 5% телячьй сыворотки.     

        в) Культуры  диплоидных клеток

        Их называют  полуперевиваемыми культурами, так  как ини обладают способностью к пересевам в течение длительного времени – выдерживают до 40-50 пассажей, проводимых на протяжении 8-10 месяцев. Затем культура клеток дегенерирует и гибнет. Диплоидными их называют , потому что они стойко сохраняют диплоидный кариотип, присущий исходным нормальным клеткам организма – родоначальницам диплоидной линии.

        Культуры диплоидных  клеток получают из различных  тканей эмбриона человека, из  первичных культур. Так, например, пользуется известностью штамм  ДКЛЧ (диплоидные клетки лёгких человека), штаммы WJT-38, JMR-90, MRC-5 из лёгких ткани эмбриона человека.

        Диплоидные  культуры применяют  для выделения  и культивирования вирусов. Они  чувствительны ко многим штаммам  вирусов, онкогенно безопасны,  пригодны для культивирования в промышленных масштабах и получения массового количества вирусных вакцин.                                                                

                                      Рис.  2. Культуры клеток

                                  Культуры суспензированных клеток

         Суспензированная  культура – это культура, в  которой отдельные клетки или  их конгломераты постоянно находятся  во взвешенном состоянии в  жидкой среде.

         Культуры  клеток в суспензии удаётся  получить, если проводить их культивирование при постоянном интенсивном перемешивании среды путём вращения пробирок в барабане, с помощью магнитной мешалки и т.п. В последнее время используют специальные аппараты – хемостаты, в которых обеспечивается автоматическое обновление среды. Суспензированные клетки обладают большей активностью роста, накапливаются в большом количестве, при регулярной замене среды длительное время остаются жизнеспособными.

 

1.3. Культивирование вирусов в развивающихся куриных эмбрионах

     Многие  вирусы, поражающие человека и животных, могут в большей или меньшей степени размножаться в курином эмбрионе. Наличие плотной скорлупы защищает эмбрион от попадания микроорганизмов из внешней среды.

       Метод культивирования  вирусов в куриных эмбрионах  используют при лабораторной диагностике вирусных инфекций, а также для изготовления вирусных вакцин и диагностических препаратов. Но этот метод имеет недостатки: 1) невозможно наблюдать в динамике за патологическими изменениями, происходящими в эмбрионе после заражения его вирусом; 2) при вскрытии эмбриона, зараженного вирусом, часто не обнаруживается видимых изменений и приходится выявлять наличие вируса в тканях, в жидкостях эмбриона, пользуясь другими вирусологическими методами (например, реакцией гемагглютинации); 3) метод культивирования в куриных эмбрионах пригоден не для всех вирусов. Несмотря на имеющиеся недостатки метод сравнительно прост, удобен и дешев и широко используется в вирусологических исследованиях. Наибольшее значение он имеет при работе с ортомиксовирусами, герпесвирусами, поксвирусами.

                                 1.3.1. Строение куриного эмбриона

        Куриный эмбрион покрыт известковой оболочкой – скорлупой, к которой изнутри примыкает скорлупная оболочка. В тупом конце яйца она раздваивается и заключает в себе воздушное пространство. Под скорлупной оболочкой находится хорионаллантоисная оболочка, в тупом конце яйца она проходит по внутренней стороне скорлупной оболочки, замыкающей воздушное пространство, эта оболочка богата кровеносными сосудами и служит эмбриону органом дыхания. Изнутри к ней прилегает аллантоисная полость, которая является органом выделения и защищает зародыш от высыхания и травм. Аллантоисная полость окружает зародыш, находящийся в полости амниона, которая наполнена околоплодной жидкостью. Через желточный канатик зародыш соединён с желточным мешком – основным источником питательных веществ.

       Для успешного культивирования вирусов в организме развивающихся куриных эмбрионов требуется определённый температурный режим (36⁰-38⁰), влажность (50-70%), а также достаточная вентиляция. Заражают куриные эмбрионы определённого возраста, инкубированные от 6 до 13 дней в зависимости от вида вирусов и метода заражения. Необходимо подготовить: подставку для яйца, пузырьки со спиртом и йодом, пробирку со стерильным парафином, покровные стёкла, пакетики стерильной ваты и марли, завёрнутую в бумагу стерильную посуду, стерильные шприцы, иглы, пинцеты,  препаровальные иглы. Инструменты помещают в стаканчик со спиртом, где они находятся в течение всей работы, перед каждой манипуляцией их дополнительно стерилизуют обжиганием в пламени горелки. Руки перед работой тщательно моют, рекомендуется надеть маску из марли.

      Для  работы отбирают жизнеспособные  эмбрионы, просвечивая инкубированные  яйца в овоскопе. Жизнеспособный эмбрион подвижен, кровеносные сосуды оболочки заполнены кровью. Отобранные яйца тщательно дезинфицируют на тупом конце (или на боковой стороне яйца): скорлупу протирают спиртом, смазывают йодом, повторно обрабатывают спиртом и обжигают.

      1.3.2. Заражение куриного эмбриона на хорионаллантоисную оболочку

      Для заражения используют куриные эмбрионы 10-12-дневного возраста. Основные этапы заражения:

1. Яйцо помещают на подставку в вертикальном положении так, чтобы воздушный мешок находился наверху, проводят стерилизацию скорлупы на тупом конце яйца.
2. Над центром воздушного мешка делают прокол скорлупы с помощью препаровальной иглы.
3. в образовавшееся отверстие вводят браншу ножниц и вырезают окно в скорлупе около 1,5 см в диаметре.
4. Через отверстие осторожно надрывают иглой внутренний листок скорлупной оболочки  и отслаивают на небольшом участке (0,5-1 см²).
5. Производят заражение хорионаллантоисной оболочки путём нанесения на неё 0,1-0,2 мл вируссодержащего материала с помощью пастеровской пипетки или шприца.
6. Окошко в скорлупе закрывают специальной эластичной плёнкой или стерильным покровным стеклом и прикрепляют расплавленным парафином.

     Заражённые  эмбрионы помещают в термостат  в вертикальном положении и  инкубируют в течение 2-3 суток, после чего производят вскрытие по следующим правилам:

1. Яйцо помещают на подставку так, чтобы воздушное пространство было наверху, проводится стерилизация места вскрытия.
2. Стерильными ножницами срезают скорлупу по границе воздушного пространства.
3. Пользуясь пинцетом, снимают скорлупную оболочку по границе. Обнажённую хорионаллантоисную оболочку подрезают вдоль края скорлупы. Через образовавшееся отверстие выливают всё содержимое яйца в чашку или лоток.
4. Оставшуюся внутри скорлупы хорионаллантоисную оболочку осторожно извлекают пинцетом и помещают в стерильную чашку с физиологическим раствором. Здесь её расправляют и изучают изменения, поместив чашку на тёмный фон.