Ретровирусы. ВИЧ-вирус

 

 

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УО «ВИТЕБСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

КАФЕДРА КЛИНИЧЕСКОЙ МИКРОБИОЛОГИИ

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ НА ТЕМУ «РЕТРОВИРУСЫ. ВИЧ-ВИРУС»

 

 

 

 

 

                                            Подготовила:

                                     студентка

                                                                            

 

                                      Проверил:

                                доцент

 

 

 

 

 

 

 

Витебск, 2013

Содержание:

1.Введение………………………………………………………………....…..3

2.Семейство Ретровирусы…………………………………………………….3

3.Особенности строения и жизненного цикла……………………………....4

4.Особенности трансляции РНК ретровирусов……………………………..7

5.Патогенность ретровирусов………………………………………………...8

6.ВИЧ-вирус…………………………………………………………………...9

* Жизненный цикл ВИЧ.

* Антигенные свойства ВИЧ.

* Лабораторная диагностика.

* Лечение

7.Заключение…………………………………………………………………13

8.Список литературы……………………………………………….......……14

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Введение

Ретровирусы, вирусы с необычным способом репликации генетического материала. Для цикла репродукции этого большого семейства вирусов характерен обратный поток генетической информации: вместо обычной транскрипции (т.е. переписывания) дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) в рибонуклеиновую кислоту (РНК), как это происходит в клетке, их геномная РНК переписывается в ДНК. Эта особенность репродукции ретровирусов отражена в названии: «ретро» значит «обратный». Члены семейства ретровирусов вызывают ряд тяжелых заболеваний животных и человека. К наиболее изученным вирусам относятся вирусы лейкемии птиц, мышей, кошек и приматов, а также вирусы иммунодефицита кошек, обезьян и человека. Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) вызвал пандемию ВИЧ-инфекции и СПИДа (синдрома приобретенного иммунодефицита) во всем мире.

 

 

2.Семейство Ретровирусы

Семейство Retroviridae включает три подсемейства.

1. Lentivirinae — возбудители медленных вирусных инфекций, в т.ч. ВИЧ.

2. Oncovirinae — онкогенные вирусы, с которыми связано превращение клеток в опухолевые.

3. Spumavirinae — “пенящие” вирусы, название которых связано с характерным “вспененным” видом инфицированных ими клеточных культур как результатом интенсивного симпластообразования.

3.Особенности строения и жизненного цикла

Несмотря на значительное разнообразие биологических последствий ретровирусной инфекции, все ретровирусы сходны по строению, организации генома и механизму репродукции . Они имеют диаметр 70-130 нм и состоят из липидсодержащей внешней оболочки, окружающей нуклеокапсид в форме икосаэдра с плотной сердцевиной. В сердцевине содержатся две идентичные молекулы одноцепочечной РНК (то есть геном ретровирусов диплоидный) длиной 8000-10000 нуклеотидов каждая, тРНК , а также некоторые белки, например обратная транскриптаза и интеграза . Однако ретровирусная РНК участвует не в синтезе белка, а транскрибируется с образованием ДНК.

Цикл развития ретровирусов состоит из двух этапов.

На первом этапе вирусы адсорбируются на специфических мембранных рецепторах клетки и проникают в цитоплазму, где при участии обратной транскриптазы на матрице вирусной РНК образуется двухцепочечная ДНК - провирус . Затем провирус переходит в ядро, встраивается в геном клетки-хозяина и сохраняется в таком состоянии в течение длительного времени. Хотя некоторые ретровирусы животных встраиваются только в один определенный участок генома во всех зараженных клетках, четыре ретровируса, патогенных для человека ( Т-лимфотропный вирус человека типа 1 , Т-лимфотропный вирус человека типа 2 , ВИЧ-1 и ВИЧ-2 ), встраиваются в клеточную ДНК случайным образом.

Первый этап репродукции полностью осуществляется вирусными белками и нуклеиновыми кислотами.

На втором этапе происходит синтез и процессинг вирусных геномов, мРНК и белков при участии структур клетки-хозяина, что тоже во многом контролируется продуктами вирусных генов. В дальнейшем происходит сборка вирусов и выход их из клетки путем отпочковывания; при этом белки клеточной мембраны нередко включаются в состав внешней оболочки вирусов.

Провирусы встраиваются в клеточный геном во время периода S клеточного цикла, поэтому ретровирусы (кроме лентивирусов ) не способны заражать непролиферирующие клетки. Однажды возникнув, ретровирусная инфекция сохраняется пожизненно.

Геном ретровирусов содержит как кодирующие, так и некодирующие нуклеотидные последовательности. Многие некодирующие последовательности представляют собой специфические участки связывания регуляторных факторов.

Концевые участки ДНК-генома ретровирусов отличаются от концевых участков РНК-генома. На обоих концах ДНК-генома имеются идентичные последовательности, названные длинными концевыми повторами (LTR), которые выполняют регуляторные функции: содержат промоторы, участвуют в интеграции провируса в клеточный геном и полиаденилировании вирусной РНК. Участок связывания праймера , необходимого для инициации обратной транскрипции, и последовательности, ответственные за сборку вирусов, находятся вне длинных концевых повторов. Кодирующие участки генома содержат структурные гены gag , pol и env . В результате транскрипции генов gag и pol образуется единая молекула мРНК, которая в большинстве случаев транслируется в полипротеин Gag . Однако часть молекул мРНК в результате сдвига рамки считывания дает большой полипротеин Gag-Pol.

При расщеплении полипротеина Gag образуются от трех до пяти капсидных белков.

Полипротеин Pol состоит из трех белков: обратной транскриптазы, интегразы и протеазы. Обратная транскриптаза обеспечивает образование на матрице вирусной РНК двухцепочечной ДНК, которая затем встраивается в клеточный геном при участии интегразы. Протеаза расщепляет полипротеин Gag-Pol на отдельные белки.

Ген env кодирует гликопротеиды внешней оболочки: один из белков обеспечивает адсорбцию вируса на мембранных рецепторах клетки и определяет тропность вируса; другой небольшой трансмембранный белок удерживает комплекс гликопротеидов во внешней оболочке. 

В геноме Т-лимфотропных вирусов человека между геном env и З'-длинным концевым повтором расположена нуклеотидная последовательность, кодирующая по меньшей мере два разных белка.Белок Tax с молекулярной массой 40000 сам не взаимодействует с ДНК, но запускает синтез клеточных факторов, стимулирующих транскрипцию клеточных генов. Белок Rex с молекулярной массой 27000 регулирует транскрипцию вирусных генов. Образование обоих белков обеспечивается альтернативным сплайсингом, в результате которого из одного транскрипта образуются две зрелые мРНК на основе различных, хотя и перекрывающихся экзонов .

Геномы всех лентивирусов , и особенно ВИЧ-1 и ВИЧ-2 , превосходят по размеру геномы других патогенных ретровирусов, поскольку между генами pol и env у них имеется дополнительный участок. Этот участок кодирует несколько белков, синтезируемых путем трансляции одной мРНК с различными рамками считывания. Белок Tat с молекулярной массой 14000 стимулирует экспрессию вирусных генов, связываясь с трансактивируемым регуляторным элементом (TAR) , расположенным в области длинных концевых повторов. Белок Rev регулирует у ВИЧ-1 сплайсинг транскриптов, а также транспорт РНК из ядра в цитоплазму. Он функционирует аналогично белку Rex у Т-лимфотропных вирусов человека .Белок Nef подавляет образование антигенов CD4 (на которых адсорбируется ВИЧ ), нарушает процесс активации Т-лимфоцитов и способствует распространению вирусной инфекции. Белок Vif необходим для правильной сборки нуклеокапсидов ВИЧ ; без этого белка нарушается образование ДНК провируса в некоторых типах зараженных клеток. Белки Vpr и Vpu / Vpx (соответственно у ВИЧ-1 и ВИЧ-2 ) синтезируются путем трансляции одной мРНК с различными рамками считывания.

Как уже было сказано, лентивирусы в отличие от онкогенных ретровирусов способны заражать непролиферирующие клетки. Эта способность в значительной степени зависит от белка Vpr , который облегчает перенос провируса в клеточное ядро, вызывает задержку пролиферации клетки в периоде G2 или дифференцировку некоторых клеток- мишеней. Белок Vpx структурно сходен с белком Vpr , но функция белка Vpx окончательно не установлена. Белок Vpu стимулирует разрушение CD4 в эндоплазматическом ретикулуме, а также выход вирусов из клетки.

 

4.Особенности трансляции РНК ретровирусов

Главной особенностью репликации и трансляции РНК ретровирусов является наличие у них фермента обратной транскриптазы (ревертазы). Уникальность этого фермента состоит в его способности индуцировать синтез цепи вирусной ДНК на матрице вирусной РНК. Этот процесс называется обратной транскрипцией. На матрице одной ДНК-цепи синтезируется коплементарная ей вторая; образовавшаяся двунитевая ДНК переносится в ядро. Клеточная ДНК подвергается сплайсингу (под  влиянием эндонуклеаз) с образованием рекомбинантов с этой вирусной ДНК. Возникает ДНК-провирус. С помощью ДНК-зависимой РНК-полимеразы интегрированный в ДНК клетки ДНК-провирус считывается с последующим синтезом вирусных (+) РНК и мРНК, которые определяют образование вирусных структурных белков и ферментов. Продолжающийся синтез цепей ДНК обеспечивает новые вирионы геномом.

 

5.Патогенность ретровирусов

 

Ретровирусы могут заражать организм извне (экзогенные вирусы) и затем размножаться внутри зараженных клеток или передаваться от родителей потомству в виде эндогенных провирусов. Эндогенные провирусы часто не способны размножаться. Геном человека содержит нуклеотидные последовательности эндогенных провирусов, но ни один из них в клетках человека не репродуцируется.

В целом, ретровирусы, содержащие только гены gag , pol и env , либо не патогенны, либо вызывают заболевание лишь после длительного латентного периода. Причина этого заключается в том, что провирус встраивается в геном клетки случайным образом, а для трансформации клетки необходимо такое встраивание провируса, которое вызывает бесконтрольную экспрессию определенного клеточного гена ( протоонкогена ). Например, вирус лейкоза птиц вызывает В-клеточный лейкоз , активируя экспрессию протоонкогена MYC .

Некоторые ретровирусы содержат в составе своего генома захваченные из клеток и измененные протоонкогены, способные быстро вызвать трансформацию зараженных клеток.

Большинство несущих онкогены вирусов утратили часть генома, необходимую для репродукции, и размножаются только при участии вируса- помощника (поэтому в природе они встречаются редко).

Все известные на сегодняшний день ретровирусы человека относятся к экзогенным и не содержат онкогенов.

 

6.ВИЧ-вирус

 

ВИЧ имеет сферическую форму и размеры 100-120 нм в диаметре. Наружная оболочка образована двойным липидным слоем с гликопротеиновыми “шипами”, состоящими из трансмембранного белка gp41(пронизывает липидный слой) и наружного белка gp120. Эти оболочечные белки кодируются геном env и участвуют в прикреплении вириона к мембранам клеток хозяина. С внутренней стороны липидной оболочки находится матричный каркас, образованный белком р17. Он окружает внутреннюю структуру вириона — нуклеокапсид или сердцевину (англ. — core). Собственная оболочка сердцевины образована “коровским” белком р24. Внутри нуклеокапсида находится геном вируса в виде двух цепочек, связанных белками р7 и р9, полимеразный комплекс ревертазы, протеаза, интеграза (эндонуклеаза), затравочная т — РНК. Наиболее распространен ВИЧ-1, который в зависимости от строения гена env имеет субтипы. Субтипы A-H составляют доминирующую группу M (major), наиболее распространены субтипы С и Е.

Жизненный цикл ВИЧ.

Инфекционный процесс при заражении ВИЧ носит последовательный фазовый характер и начинается с проникновения вируса через слизистую оболочку половых путей или с непосредственного поступления в кровоток. Проникнув в организм, вирус в первую очередь атакует клетки, имеющие специфичный для него рецептор CD4. Этот рецептор имеют в большом количестве Т — хелперы, в меньшем — макрофаги и моноциты, нейроны, клетки нейроглии и некоторые другие клетки (см. лекции по общей иммунологии). Вирус распознает CD4 — рецепторы с помощью своего белка gp120. Процесс инфицирования клетки вирусом осуществляется в два этапа : прикрепления и слияния. Прикрепленный через белок gp120 к рецептору CD4 клетки — мишени вирус белком оболочки gp41 сливается с мембраной клетки. Белок gp41 обеспечивает не только слияние вирусной и клеточной мембран, но и слияние мембран клеток с образованием синцития (многоядерных клеток), обреченного на гибель. Нуклеокапсид, освобожденный от суперкапсида при слиянии мембран, попадает в цитоплазму. На пути к ядру освобождается геномная РНК и ассоциированные с ней компоненты сердцевины. Обратная транскриптаза синтезирует на вирионной РНК минус — цепь ДНК, РНК-аза разрушает вирионную РНК, а вирусная ДНК — полимераза синтезирует на минус — цепи плюс — цепь ДНК.

Двунитевая ДНК транспортируется в ядро клетки, где приобретает кольцевую форму и интегрируется под действием эндонуклеазы (интегразы) с ядром клетки, превращаясь в ДНК — провирус. Последующие этапы жизненного цикла ВИЧ — латентная фаза, фаза активации транскрипции с ДНК- провируса и последующая трансляция белков вируса, наработка компонентов вируса и формирование новых вирионов, их выход из клетки, сопровождающийся цитопатическим эффектом для клетки — мишени.