Дрейф вірусу грипу. Антигенна структура. Типові Аг вірусів грипу типу А - гемаглютинін та нейрамінідазу; на поєднанні цих білків засновано класифікацію вірусів грипу. Молекулярна генетика вірусу грипу
Типові Аг вірусів грипу типу А - ; на поєднанні цих білків засновано класифікацію вірусів грипу. Зокрема, у вірусу грипу А виділяють 13 Аг різних типівгемаглютиніну та 10 типів нейрамінідаз. Антигенні відмінності серед вірусів типів А, В та С визначають відмінності в структурах NP- та М-білків. Усі штами вірусів типу А мають груповий (S-) Аг, що виявляється у РТГА. Типоспецифічні Аг - гемаглютинін та нейрамінідазу; варіювання їхньої структури призводить до появи нових серологічних варіантів, часто в динаміці одного епідемічного спалаху (рис. 26 –2 ). Зміни антигенної структури можуть відбуватися двома шляхами:
Ы Верстка, Малюнок 26-02.
Мал. 26 –2 . Схема механізмів, антигенний шифт і антигенний дрейф вірусів грипу, що зумовлюють. Пояснення у тексті.
Антигенний дрейф. Викликає незначні зміни структури Агобумовлені точковими мутаціями Більшою мірою відбувається зміна структури гемаглютиніну. Дрейф розвивається в динаміці епідемічного процесу та знижує специфічність імунних реакцій, що розвинулися у популяції в результаті попередньої циркуляції збудника.
Антигенний шифт. Викликає появу нового антигенного варіанта вірусу, не пов'язаного або віддалено антигенно спорідненого раніше циркулюючим варіантам. Імовірно, антигенний шифт відбувається в результаті генетичної рекомбінації між штамами вірусу людини і тварин або латентної циркуляції в популяції вірусу, що вичерпав свої епідемічні можливості. Кожні 10–20 років відбувається оновлення популяції людей, але імунна «прошарка» зникає, що призводить до формування пандемій.
Р. Г. ВЕБСТЕР та У. Г. ЛЕІВЕР i(R. G. WEBSTER і W. G. LAYER)
I. ВСТУП
Вірус грипу типу А1 є унікальним серед "збудників інфекційних захворювань людини внаслідок своєї здатності настільки сильно змінювати власну антигенну структуру, що специфічний імунітет, набутий у відповідь "а зараження одним штамом, дуже слабко або зовсім не захищає від наступного вірусу. У зв'язку з такою мінливістю вірусу грип продовжує залишатися одним із основних епідемічних захворювань людини.
У вірусів грипу було виявлено два типи антигенної мінливості: антигенний дрейф (Burnet, 1955) та значне антигенне зрушення. Для антигенного дрейфу характерні відносно невеликі зміни, що виникають в основному всередині деякого сімейства штамів, кожен з яких легко може бути співвіднесений з усіма іншими штамами цього сімейства відносно як внутрішніх, так і поверхневих антигенів. Серед штамів вірусу грипу А, що заражають людину, кожен наступний варіант замінює попередній. Це відбувається, можливо, завдяки виборчій перевагі, яку мають нові антигенні варіанти, у подоланні імунологічних бар'єрів господаря. Антигенний дрейф властивий вірусам грипу як А, яо і У.
Другий вид антигенної мінливості, описаний тільки для вірусу А, включає більш несподівані та драматичні зміни. Їх називають значними антигенними зсувами2. Ці зрушення виникають з інтервалом у 10-15 років (див. гл. 15) і відзначені появою антигенно «нових» вірусів, імунітету до яких популяція не має, і це саме ті віруси, які викликають значні пандемії грипу.
Ці «нові» віруси мають субодиниці НА1 і NA, що повністю відрізняються від тих, які циркулювали серед людей до появи нового вірусу. Значне зрушення може відбуватися в одному або відразу в обох поверхневих антигенах; були описані дві пандемії грипу, спричинені вірусами, що належать до кожної з цих двох категорій (див. гл. 15).
Грип є також природною інфекцією деяких тварин і птахів. Віруси, поки виключно типу А, були виділені від свиней, коней і безлічі птахів, включаючи курей, качок, індичок, перепелів, фазанів і крячок (McQueen et al., 1968; Pereira, 1969; World Health Organization, 1972). Раніше вважали, що поверхня частинки вірусу грипу складається з мозаїки антигенів, що входять до складу всіх штамів. даного типу, і що антигенна мінливість є результатом переміщення цих антигенів з положення, що виступає в приховане і навпаки. Пізніше передбачався інший механізм антигенного дрейфу. В даний час вважають, що в амінокислотах, що становлять антигенні детермінанти субодиниць НА та NA, постійно відбуваються зміни. Вони є результатом відбору мутантів, які виявляють зміни в послідовності амінокислот поліеїлтидів субодиниць, що викликаються в свою чергу мутацією вірусної РНК-Знакові антигенні зрушення, в результаті яких виникають «нові» віруси, обумовлені, ймовірно, іншим механізмом. Гемагтлютинуюча і нейрамінідазна субодини цих «нових» вірусів в антигенному відношенні повністю відрізняються від субодиниць вірусів, що циркулювали серед людей до появи нових штамів. Ми думаємо, що «новий» вірус не є результатом мутації попереднього вірусу грипу людини, а виникає внаслідок генетичної рекомбінації. Між вірусом людини і одним з багатьох штамів вірусу грипу А, природними. Виникнувши, «новий» вірус заміщає «старий», який зникає з популяції людини.
Значних антигенних зрушень у вірусів грипу В досі не виявлено. Pereira (1969) припустив, що відсутність значних антигенних зрушень у вірусах грипу може бути наслідком відсутності таких вірусів грипу серед нижчих тварин і птахів.
Антигенна мінливість включає тільки субодиниці НА та NA; внутрішні білки вірусу (нуклеоїротеїновий антиген і матриксний або мембранний М-білок) значною мірою постійні. З двох поверхневих антигенів важливішим є НА, оскільки антитіла до цього антигену нейтралізують інфекційність вірусу.
ІІ. ГРИП В ІСТОРИЧНОМУ АСПЕКТІ (див. також гл. 15)
А. ДОВІДКИ АНТИГЕННИХ ЗМІН
Захворювання, подібне до грипу, часто реєструвалося в минулі століття (Hirsch, 1883); хвороба виникала або у формі пандемій, охоплюючи дуже велику частину населення і поширюючись майже по всьому світу, або була локальними спалахами. До 1933 р., коли вірус грипу вперше був виділений (від людини. прим. ред.)1, не можна було з упевненістю сказати, чи дійсна дана пандемія викликалася вірусом грипу. Проте, характерні риси епідемій, описаних в історичних документах, свідчать про те, що ці епідемії цілком могли бути викликані вірусами грипу. Хоча характерні для грипу симптоми можуть мати й інші інфекційні захворювання, тільки грип викликає раптові епідемії, які тривають кілька тижнів і так само раптово зникають ("Burnet, White, 1972). Серологічні дослідження, проведені на літніх людях, також свідчать про попередні епідемії грипу, що відбувалися в настільки віддалені часи (Mulder, Mazurel, 1958).
Найраніша з відомих епідемій грипу була зареєстрована в Німеччині в 1170 р. (Hirsch, 1883), а з інших історичних джерел можна скласти досить повний перелік епідемій у Європі, починаючи з 1500 р. Тут буде згадано лише про найжорсткіші епідемії. Більш детальні відомості можна знайти в роботах Hirsch (1883), Creighton (1891, 1894), Burnet та Clarke (1942) та Burnet та White (1972).
Епідемія 1781-1782 рр. почалася в Азії в 1781 р., а потім на початок 1782 р. поширилася через Росію до Європи. Ця епідемія викликала відносно мало смертних випадків, але її особливість полягала: у тому, що хвороба частіше вражала людей середнього віку, ніж дітей та літніх людей. Досить жорстокі епідемії виникали й у 1803, 1833, 1837 і 1847 гг. Епідемія 1847-1848 років. почалася в Східній Росії в березні 1-847 р. і досягла Європи та Англії взимку 1847-1848 рр. Ця епідемія викликала багато смертних випадків, особливо серед людей похилого віку.
Пандемія 1889 р. також прийшла до Європи з Росії, досягнувши Англії та Америки на початку 1890 р. Хвороба поширювалася зі швидкістю пересування мандрівників. Після появи вірусу 1889 р. у кожному з наступних років мали місце ще чотири інфекційні хвилі. Другий і третій спалахи викликали багато смертних випадків, особливо серед дітей та старих людей. Серологічні (Mulder, Mazurel, 1958) та інші дослідження (Pereira, 1969) припускають, що в ті часи були присутні віруси, споріднені з вірусами грипу Азія, Гонконг та 2-го кінського серотипу.
Найбільш жорстока пандемія грипу відзначалася 1918- 1919 рр. . Місце виникнення цієї пандемії точно не відоме, але Burnet і Clarke (1942) вважають, що вірус міг розвиватися незалежно в Азії та Європі або міг бути завезений до Європи (Китайськими робітниками. Пандемія протікала хвилями і забрала в середньому від 20 до 50 млн.). "людських життів, переважно молодих людей. Ймовірно, пандемія 1918-1919 рр. була обумовлена штамом вірусу грипу А, спорідненим з вірусом грипу свиней. Вперше це припустили Laidlaw (1935) і Shope (1936), але можливо, що цей ви людини свиням, а не у зворотному напрямку Інтенсивні дослідження зниження з віком антитіл до вірусу грипу свиней у сироватках людей, проведені Davenport і еоавт.(1953-1964), Hennessy і співавт.(1965), дають підстави вважати, що вірус, епідемію 1918-1919 1пг., серологічно споріднений з вірусом грипу свиней.
Велика кількість смертних випадків змусило Burnet і Clarke (1942) припустити, що цей вірус, можливо, мав незвичайну вірулентність. На думку інших дослідників (Zhdanov et al., 1958; Kilbourne, 1960), причинами високої смертності від вторинних "бактеріальних інфекцій могли бути умови війни і відсутність антибіотиків. Здається ймовірним, однак, що деякі мутанти вірусу мали високу вірулентність, бо вірус пандемії 178 «М., який також вражав молодих людей, не викликав такої високої смертності.
Б. АНТИГЕННІ ЗМІНИ ВІРУСУ ПЕРІОД ПІСЛЯ 1933 р.
Після ідентифікації першого вірусу грипу, який був позначений як H0N1 (World Health Organization, 1971), антигенні зрушення відбувалися 1947 р., коли з'явився вірус H1N1 (наприклад, A/FM/1/47), 1957 р., коли з'явилися віруси H2N2 (наприклад, А/Сінгапур/1/57), та у 1968 р., коли з'явився вірус Гонконг (А/Гонконг/1/68). Антигенний зсув у 1947 р. полягав у зміні гемагглютинуючого антигену (від H0N1 до H1N1"); у 1957 р. і НА і NA в антигенному відношенні повністю відрізнялися від антигенів вірусів попередніх років (від H1N1 до H2N2), а в 1968 р. Гонконг виявив значну антигенну відмінність НА (від H2N2 до H3N2).
Азіатський штам вірусу грипу (H2N2), який вперше з'явився в одній з провінцій Китаю в 1957 р., містив субодиниці НА і NA, які повністю відрізнялися в антигенному відношенні від субодиниць H0N1 і H1N1 вірусів грипу, які раніше циркулювали серед людей. Цей штам вірусу грипу викликав небувалу в історії пандемію (Burnet, White, 1972), але кількість смертних випадків була невелика. Наступна і поки остання пандемія грипу була викликана вірусом А/Гонконг/68, у якого субодиниці NA були подібні до таких «старого» азіатського вірусу А2, а субодиниці НА мали повну антигенну відмінність від таких «старого» азіатського штаму (Coleman et. 1968; Schulman, Kilbourne, 1969; Webster, Laver, 1972).
В. ЗАГАЛЬНІ ВЛАСТИВОСТІ ПОПЕРЕДНІХ ПАНДЕМІЙ
Пандемічний характер грипу у людей вказує на те, що через нерівні проміжки часу людство уражається вірусами, які мають нові антигенні детермінанти. Наведена вище інформація вказує на те, що ці пандемії часто виникають у Південно-Східній Азії та поширюються зі швидкістю пересування мандрівників. Більшість пандемій викликала підвищену смертність серед дітей і людей похилого віку, але принаймні дві пандемії (1781 і 1918 рр.) викликали підвищену смертність серед молодих людей.
ІІІ. ВЛАСТИВОСТІ ГЕНОМУ ВІРУСУ ГРИПУ
Вірус грипу володіє фрагментованим геномом, що складається щонайменше з семи фрагментів одноланцюгової РНК. вірусу грипу Після змішаного зараження клітин двома різними вірусами грипу А з високою частотою утворюються вірусні рекомбінанти Висока частота рекомбінацій між вірусами грипу А вперше була продемонстрована Burnet (Burnet, Lind, 1949, 1951) і багаторазово підтверджена іншими , Gotlieb, 1953, 1955; Simpson, Hirst, 1961; Simpson, 1964; Sugiura, Kilbourne, 1966).Виявлено, що частота рекомбінацій може сягати 97%.
Висока частота рекомбінацій між вірусами грипу дозволяє досить літо утворюватися антиген-но гібридним вірусам в ході змішаної інфекції в дослідах як in vitro, так і in vivo. Вперше біохімічне підтвердження цього дали Laver і Kilbourne (1966), які виявили, що генетично стабільний рекомбінантний вірус Х7, виділений з клітин, змішано інфікованих штамсіями вірусу грипу NW-S (H0N1) і RI/5+ (H2N H0N1, а субодиницями NA вірусу H2N2. Згодом було виділено багато інших таких рекомбінантних вірусів грипу А, і фактично їх можна створити «в потрібному порядку» (Webster, 1970) (див. також 39). Утворення нових штамів грипу шляхом рекомбінації між вірусами тварин (або птахів) і людини обговорюються в розділі VII. Були отримані дані, що свідчать про те, що штами вірусів, які спричиняють пандемію грипу, можуть виникати таким шляхом у природі. Рекомбінації між вірусами грипу теж можливі (Perry, Burner, 1953; Perry et al., 1954; Ledinko, 1955; Tobita, Kilbourne, 1974), але ніколи ще не було виявлено рекомбінації між вірусами -грипу типів А і В.
IV. СУБ'ЄДИНИЦІ ГЕМАГЛЮТИНІНУ
І НЕЙРАМІНІДАЗИ ЯК ВИСОКОЗМІННІ
АНТИГЕНИ
Гемаггл-ютинирующая і нейрамінідазна активність вірусу грипу асоційовані з різними субодиницями (Laver, Valentine, 1969; Laver, 1973), що утворюють шар «шипів» на поверхні вірусних частинок (32).
Гемагглютиїїн є основним поверхневим антигеном. Він відповідальний за взаємодію вірусу з поверхнею клітини та за індукцію антитіл, що нейтралізують. Мінливість гемагглютинуючого антигену сприяє появі нових зпідамій грипу.
Фермент NA є другим вирусспеци-фічним поверхневим антигеном частинки вірусу "грипу. В антигенному відношенні NA повністю відрізняється від НА (Seto, Rott, 1966; Webster, Laver, 1967). Антитіла ж NA не нейтралізують інфекційності вірусу (крім дуже високих концентрацій) але вони сильно уповільнюють звільнення вірусу з інфікованих клітин (Seto, Rott, 1966; Webster, Laver, 1967; Kilbourne et al., 1968; Becht et al., 1971; Dowdle et al., 1974), і ці антитіла можуть . роль у зниженні реплікації вірусу in vivo та у запобіганні поширенню
інфекції (Schulman et al., 1968). Звичайна мінливість властива і NA, то варіації цього антигену, можливо, менш суттєві епідеміології грипу.
Гемагглютинуючі субодиниці є глікопротеїновими паличкоподібними структурами, трикутними в перерізі з відносною молекулярною масою близько 215 000 (33). Вони «моновалентні» і (взаємодіють з
рецепторами клітини лише одним кінцям (Laver, Valentine, 1969). Ізольовані субодиниці – високоімуногенні при введенні тваринам у присутності ад'юванту. Кожна вірусна частка містить приблизно 400 суб'єдшшц НА (Tiffany Blough, 1970; Schulze, 1973; Layer, 1973).
Субодиниці НА складаються з двох полілептидів з відносною молекулярною масою близько 25 000 і 55 000 (Сот-pans et al., 1970; Schulze, 1970; Laver, 1971; Skehel, Schild, 1971; Stanley, Haslam, 7, Stanle, Haslam; 1972; Klenk et al., 1972). Їх позначають як важкий та легкий шоліпептиди НА1 та НА2. Oi6e ці ланцюги синтезуються у "вигляді одного тюлі-пелтиду-попереднє"Ніка з молекулярною масою близько 80 000, який в ряді.клітин розщеплюється на легкий і важкий поліпептиди (Lazarowitz et al., 1971, 1973; Skehel, 1972; ., 1972). В інтактних субодиницях важкий і легкий ланцюги з'єднані дисульфідними зв'язками, обр-азуя димер, а кожна субодиниця НА складається з двох або трьох таких димерів (Laver, 1971).
Суб'єдиниці НА мають гідрофобний і гідрофільний дружини (34). Гідрофільний кінець відповідальний за біологічну активність субодиниці, тоді як гідрофобний кінець здійснює зв'язок з ліпідами вірусної оболонки. Гід-рофо; поліпептидного ланцюга (НА2) (Skehel, Wa-terfield, 1975) (ом. гл. 3).
Нейрамінідазна субодиниця є сглико-протеїновою структурою з відносною молекулярною масою близько 240 000. Вона складається з квадратних, що мають форму коробочок, головок розміром 8-8-4 ям, IK центру яких прикріплена нитка з дифузним хвостом або з невеликою головкою на кінці (, 35) (Laver, Valentine, 1969; Wrigley et al., 1973). Виділені субодиниці мають повну ферментативну активність і високоімуногенні при введенні тваринам з ад'ювантом. Кожна вірусна частка містить приблизно 80 субодиниць NA (Schulze, 1973; Laver, 1973). Однак кількість субодиниць NA у вірусній частинці може варіювати в залежності від штаму (Webster et al., 1968; Webster, Laver, 1972; Palese, Schulman, 1974), а також від виду «льотки-господаря, на якій вирощували вірус
Субодиниці NA складаються з чотирьох тлікозілірованих лоліпептидів з відносною молекулярною масою близько 60 000, пов'язаних один з одним дисульфідними зв'язками, локалізованими в нитці або в її хвості (див. також гл. 4). У більшості штамів ці 4 поліпептиди, гао-видимому, ідентичні. Однак у деяких штамів NA, (можливо, складається з двох типів поліпептидів, злегка різняться за розмірами (Webster, 1970a; Skehel, Schield, 1971; Bucher, Kil-bour 1972; Laver, Baker, 1972; Lazdins et al., 1972; Downie, Laver, 1973; Wrigley et al., 1973).
Активний центр ферменту та антигенні детермінанти локалізовані в різних областях головки субодиниці NA (Ada et al., 1963; Fazekas de St. Groth, 1963), причому ці головки мають гідрофільні властивості. «Хвіст» NA гідрофобен і служить для приєднання субодиниці до ліпідної оболонки вірусу (Laver, Valentine, 1969) (див. "29).
А. ВИДІЛЕННЯ І ВІДДІЛЕННЯ ДРУГ ВІД ДРУГА СУБ'ЄДИНИЦЬ НА І NA
Для деяких штамів вірусу грипу чисті, інтактні субодиниці НА і NA можуть бути отримані методом електрофорезу на смужках ацетатцелюлози після руйнування вірусних частинок за допомогою SDS (Laver, 1964, 1971; Laver, Valentine, 1969; Downie, 1). Успіх виділення будь-якої з цих субодиниць за допомогою даної методики залежить від їх стійкості до денатурації SDS при кімнатній температурі. За цим критерієм віруси грипу можуть бути поділені на чотири групи.
1. Віруси з субодиницями НА, стійкими до денатури.
ції SDS. При руйнуванні вірусів цього типу SDS та елек
трофорезе на смужках ацетатцелюлози. всі вірусні білки,
«ромі субодиниць НА, мігрують як аніони. Гемагглюті-
нін, що мігрує як катіон, може бути виділений у чистому
вигляді з повним відновленням біологічної активності
за умов, що не руйнують ковалентних зв'язків [наприклад
мір: A/Bel/42 (H0N1)].
2. Віруси з субодиницями NA, стійкими
ції SDS. Чисті, активні субодиниці NA можуть бути ви
поділені з цих вірусів методом, описаним вище (наприклад
мір: B/LEE/40).
3. Віруси, у яких ні НА, ні NA не стійкі до дена
турації SDS. У цьому випадку всі вірусні білки.
як аніони і жодна з поверхневих субодиниць не може
жет бути виділена описаними методами [наприклад:
A/NWS/33 (H0N1)].
4. Віруси, у яких субодиниці як НА, так і NA
стійкі до денатурації SDS. Для цих вірусів обидві суб'єкти
одиниці в процесі електрофорезу -мігрують як катіони
і не можуть бути розділені таким способом [наприклад:
А/Сінгапур? 1/57 (H2N2)].
Субодиниці НА та NA останньої групи вірусів можуть бути виділені, як показано на 36. Було виділено пташиний вірус грипу (А/буревісник/Австралія/1/72(Нау6Мау5), який мав стабільні до SDSHAHNA (Downie, Laver, 1973). електрофорезу на ацетатцелюлозі вони рухалися разом як катіони (див. 31, вгорі) і не могли бути розділені таким способом, тому два види цих субодиниць розділили генетично за допомогою рекомбінації (Webster, 1970b) Для отримання рекомбінантів були обрані батьківські віруси з субодиницями НА або NA, чутливими до денатурації SDS SDS-стабільні субодиниці НА і NA пташиного вірусу були потім виділені з зруйнованих за допомогою SDS рекомбінантних вірусних частинок шляхом електрофорезу на смужках ацетатцелюлози (ем. 31, IB середині і внизу). чисті субодиниці, необхідні для хімічного аналізу та приготування «моноспецифічних» антисироваток.
Субодиниці НА і NA можуть (бути також виділені з певних штамів вірусу грипу шляхом обробки вірусних частинок шротеолітичними ферментами (Noll et al., 1962; Seto et al., 1966; Compans et al., 1970; Brand, Skehel, 197) al., 1973) При такому способі відділення поверхневих субодиниць від вірусних частинок відбувається, мабуть, в результаті перетравлення гідрофобних (кінців поліпентидного ланцюга, які відповідальні за приєднання субодиниць до ліпідного шару вірусної оболонки. Однак при цьому повинно відбуватися також часткове переварювання. інших областей субодиниці НА, внаслідок чого порушується гемагглютинуюча активність і губляться деякі антигенні детермінанти.
Б. РОЗДІЛ ПОЛІПЕПТИДІВ ГЕМАГЛЮТИНІНУ (НА1 І НА2)
Легка і важка ланцюга гемаглютинуючих субодиниць можуть бути розділені методом електрофорезу в SDS-поліакриламідному тілі. Однак для препаративних цілей найкращий поділ досягається при центрифугуванні в градієнті щільності гуанідину гідрохлориду - дитіотріетол (Laver, 1971), що проводиться в умовах, в яких розриваються дисульфідні зв'язки, або шляхом тель-фільтрації в розчині гуанідину гідрохлориду 10 В основі такого поділу лежить, мабуть, значна. гідрофобність легкого поліпептидного ланцюга. У процесі центрифугування в концентрованому розчині гуанідину гідрохлориду - дитіотріетол цей легкий поліпептид їїдиментує «швидше, ніж важкий ланцюг, а при гель-фільтрації легкий ланцюг виходить першим, мабуть, через те, що навіть у такому сильно дисоціюючому середовищі легкий ланцюг Існує iB вигляді мономеру.
Ці зауваження відносяться тільки ж "Субодиницям НА, отриманого з вірусу, вирощеного на клітинах, в яких відбувається повне протеолітичне розщеплення передує-
поліпептиду НА на НАЛ і НА2. Більш того, важкий і легкий поліпептиди (НА1 і НА2) субодиниць НА, одержуваних шляхом протеолітичного перетравлення, не можуть бути розділені таким образам, можливо, через те, що при перетравленні руйнуються "Гідрофобні області легкого ланцюга (Skehel, Laver, неопубліковані дані) ).
В. ВЛАСТИВОСТІ НА1 І НА2
Легкі та важкі поліпептидні ланцюги вірусу грипу А, штам BEL (H0N1), мали подібний склад поліпептидів, за винятком того, що важкий поліпештид містив значно більше проліну, ніж легкий ланцюг (Laver, Raker, 1972). Однак пептидні карти продуктів триптичного розщеплення цих двох ланцюгів були зовсім різними, що свідчить про різну послідовність амінокислот у цих ланцюгах (Laver, 1971). Обидва поліпелтидні ланцюги містять вуглеводи, але аналіз глюкозаміну дає підстави вважати, що важкий поліпептид містить набагато більше вуглеводів, ніж легкий ланцюг. Було виявлено, що важкий ланцюг містить 9,4% N-ацетилглюкозаміну, як і нейтральних Сахаров; таким чином вона, ймовірно, містить близько 20% вуглеводів.
Г. КІЛЬКІСТЬ РІЗНИХ ВІРУ СПЕЦИФІЧНИХ
АНТИГЕННИХ ДЕТЕРМІНАНТ НА ПОВЕРХНІ
СУБ'ЄДИНИЦЬ НА
Кількість різних вірусспецифічних антигенних
детермінант на гемалглютинуючих субодиницях вірусу
грипу невідомо (на поверхні гемаглютинуючих
субодиниць існують також детермінанти, специфічні
до клітини-господаря). Проведені нещодавно досліди показали,
однак, що гемагглютинуючі субодиниці штаму Гон
конг (H3N2) вірусу грипу людини мають щонайменше
принаймні двома, а можливо, і більш різними вірусспецифі-
ними антигенними детермінантами (Laver et al., 1974).
Це було продемонстровано в такий спосіб: гемагглю
тинуючі субодиниці були отримані з вірусу грипу
Гонконг (А/Гонконг/68, H3N2) та його антигенного варіанту
А/Мемфіс/102/72, який виник у результаті антигенного
дрейфу. Тести на імунодифузію показали, що суб'їди
ниці вірусу Гонконг/68 мають принаймні два
різними видамиантигенних детермінант, тоді як ва
ріант 1972 р. несе у собі, очевидно, ;щонайменше трьох разів
особистих детермінантів (37).
Гемагглютинуючі субодиниці вірусів А/Гонконг/68 та А/Мемфіс/102/72 мали одну загальну детермінанту. Антитіла ж цій детермінанті давали "перехресні реакції з обома вірусами в тестах на імунодифузію, гальмування гем-аглютинації і нейтралізації. Антитіла до інших детермінантів не показали скільки-небудь помітних серологічних перехресних реакцій між вірусами Гонконг/62 і Мемфі. , що в процесі анти-
генного дрейфу вірус грипу Гонконг зазнав значних змін в одній зі своїх «специфічних» детермінант. Дані Laver та співавт. (1974) (припускають, що різні антигенні детермінанти локалізовані на одній і тій же субодиниці НА і що вірусні частинки не володіють сумішшю антигенних субодиниць.
Д. ЛОКАЛІЗАЦІЯ АНТИГЕНУ КЛІТИНИ-ГОСПОДАРЯ
Хоча перші описи антигену клітини-хазяїна у вірусі грипу "(Knight, 1944, 1946)" були зустрінуті з деяким скептицизмом, \в даний час їх існування встановлено твердо1. Наявність таких антигенів було виявлено рядом серологічних методів, що включають реакції преципітації (Knight, 1944), імунодифузії (Howe et al., 1967), зв'язування комплементу (Smith et al., 1955), гальмування гематглютинації (Knight, 19). , 1961; Harboe, 1963a) і методом блокування гальмування гемагглютина-ції (Harboe, 1963b; Laver, Webster, 1966). Антиген клітини-хазяїна складається з головних образів з вуглеводів і жовалентно пов'язаний з іоліпептидами суб'єдіїй НА і NA. Зв'язків антигену (і вуглеводів) “кліжі-господаря з внутрішніми білками вірусної частки виявлено не було.
Однією із загадкових рис хазяйського антигену вірусів грипу є те, що він виявляється у вірусах, вирощених у порожнині алантоїсу ембріонів курей або індиків (Harboe, 1963а), але не у вірусах, вирощених, наприклад, у порожнині алантоїсу качиних ем або в різних культурах клітин Віруси, вирощені на цих клітинах, зовсім не інгібулися в реакції гальмування темаглютинації антисироватками, отриманими проти екстрактів. , "Містить вуглеводи "клітії-господаря, але яо деяким причин вони або «е мають антигенні властивості, або антитіла, спрямовані проти них, не інгібують гем-аглютинацію.
Є. РОЛЬ АНТИГЕНУ КЛІТИНИ-ГОСПОДАРЯ
Вуглеводний компонент може грати дуже важливу роль у збиранні вірусної оболонки. Ізольовані субодиниці NA ■і НА без SDS агрегують. Це дає підставу вважати, що дані субодиниці мають як гідрофобні, так і гідрофільні кінці (Laver, Valentine, 1969) і, можливо, вуглеводний компонент клітини-господаря і зумовлює гідрофобність одного кінця еубъединиц НА і NA.
Ж. АНТИГЕННА ЗМІННІСТЬ СУБ'ЄДИНИЦЬ
ГЕМАГЛЮТИНІНА І НЕЙРАМІНІДАЗИ, ВИЯВЛЯЄМО
МОНОСПЕЦИФІЧНИМИ АНТИСИВОРОТКАМИ
До "недавнього часу вважалося, що V-антиген, або обо-лочжа частки вірусу грипу," являє собою щось неподільне, але це не так. Зараз відомо, що V-антиген складається з НА, NA та вірусного антигену клітини-господаря. У жодній із раніше опублікованих робіт але антигенним взаєминам між вірусами грипу це<не принималось во внимание, <в результате чего уровни реакций перекреста ■между данными вирусами зависели от используемых тестов. Так, широко используемая штаммоспецифическая реакция связывания комплемента выявляла перекрестные реакции окзк между нейраминидазными, так и между гемагглютипи-рующими антигенами, :в то время как реакция перекреста между нейраминидазным"и антигенами может выявляться также и в РТГА. Это происходит потому, что в интактном вирусе может возникать «стерическая нейтрализация» нейр-аминидазной активности антителами к гемагглютинину и наоборот (Laver, Kilbourne, 1966; Schulman, Kilbourne, 1969; Easterday et al., 1969; Webster, Darlington, 1969).
Антигенний дрейф окремих антигенів вірусу грипу може бути вивчений після відокремлення цих антигенів від вірусної частки (Webster, Darlington, 1969) або шляхом "генетичного поділу цих антигенів (Kilbourne et al., 1967). Таким чином, тепер при використанні моноспецифічних антисиворотож " цим двом антигенам “можливе проведення детальних серологічних досліджень антигенного дрейфу індивідуальних антигенів вірусу грипу.
V. МЕХАНІЗМ АНТИГЕННОГО ДРЕЙФУ
(НЕЗНАЧНИХ АНТИГЕННИХ
ЗМІНИ)
А. ВСТУП
Два різні прояви антигенної мінливості, що спостерігаються серед вірусів грипу А, а саме: раптова поява нових антигенних підтипів і поступовий дрейф в межах одного підтипу, ймовірно, не пов'язані один з одним.
Загальноприйнято, що дрейф-"послідовне заміщення вірусів грипу А антигенно новими штамами - це результат".
взаємодії мутаційної мінливості вірусу та імунологічної селекції
Важливість цього механізму селекції підтверджується експериментальним отриманням антигенних варіантів шляхом розмноження вірусів грипу в присутності невеликих кількостей антисиазоротаи (Burnet, Lind, 1949; Archetti, Hors-fall, 1950; Isaacs, Edney, 1956; Edney, 1956; Edney; або частково імунних тварин (Gerber et al.,
1955, 1956; Magill, 1955; Hamre та ін., 1958). Епідеміологічно
ські спостереження також узгоджуються з таким механізмом,
торій пропонує розумне пояснення зникнення вуста
штамів з популяції людей.
Для пояснення механізму антигенного дрейфу висунули кілька гіпотез. Одна з них (Francis, 1952, 1955, 1960; Jensen et al., 1956; Jensen, 1957) передбачає, що поверхня вірусу грипу складається з мозаїки антигенів, що належать всім штамам даного типу, але присутні в окремих антигенних штамах в різних місцях. Антигенна мінливість має бути наслідком усунення даних антигенів на вірусній оболонці з виступаючого в "Приховане становище. Згідно з іншою гіпотезою (Hilleman, 1952; Magil, Jotz, 1952; Andrewes,
1956, 1957; Takatsy, Furesz, 1957), антигени поступово за
міщаються в ході мінливості. Обидві ці гіпотези вимагають
існування щодо великої кількості антиген
але різнячих білкових молекул на поверхні ви
Jensen та співавт. (1956) встановили, що в кожному з багатьох штамів у великій колекції вірусів грипу А, доступних для досліджень у 1953 р., кількість антигенів, присутніх у різних (кількості та (або) місцях, доходила до 18). Поширення цих даних на безліч нових варіантів, виявлених з тих пір, має, мабуть, привести |до "припущення навіть більшої кількості антигенів у кожному вірусі, особливо якщо приймається, і, мабуть-
му, логічно, що штами, що виділяються у людей, свиней, коней і птахів, є частинами одного і того ж комплексу.
Існування такої "великої кількості окремих білкових молекул у вірусах грипу неможливо пов'язати з кодуючою ємністю вірусної РНК (Laver, 1964). Крім того, електронно-мікроскопічні (Lafferty, Oertelis, 1963), імунохімічеокі (Fazekas de 92, Gro2; Fazekas de St. Groth, Webster, 1963, 1964) та "біохімічні (Laver, 1964) дані більш узгоджуються з присутністю на вірусній оболонці дуже обмеженого числа антигенно помітних білкових молекул.
На підставі нещодавно проведених дослідів припускають, що антигенний дрейф є результатом селекції імунної популяції мутантних вірусних частинок зі зміненими антигенними детермінантами, а отже, і з перевагами в зростанні в присутності антитіл (табл. 26). є зміни в послідовності амінокислот аз поліпептидах гемагтлютинуючих одиниць антигенних мутантів, виділених путам селекції антитілами в системі in vitro (Laver, Webster, 1968) (рис 38).
Пептидні карти виявили, що під час природного антигенного дрейфу також мають місце зміни в послідовності амінокислот як легкого, так і важкого поліпел-тидних ланцюгів (39).
Ці результати припускають, що антигенні варіації серед вірусів грипу пов'язані із змінами послідовності амінокислот антигенних білків. Хоча деякі з змін у послідовності можуть бути випадковими, що надають невелике або зовсім не впливають на антигенні детермінанти, ймовірно, деякі з цих змін зачіпають антигенні детермінанти
субодиниць НА, роблячи їх менш здатними строго «підганяти» до відповідних молекул антитіл. В експерименті, однак, не показано, чи існують ці зміни саме в антигенних детермінантах вірусних білків або в деяких інших областях молекули.
Віруси грипу в РТГА виявляють асиметричні реакції перехрестя. Fazekas de St.-Groth (1970) назвав віруси,
які поводяться подібним чином, «старшими» та «молодшими» штамами. Більш того, він "припустив (Fazekas de St. Groth, 1970), що в процесі природного антигенного дрейфу "старші" віруси грипу заміщають "молодші" штами. Останнє припущення "підтверджується лише дуже "нечисленними даними.
Б. ЧИ МОЖНА ПЕРЕДБАЧИТИ НАПРЯМ ДРЕЙФУ"
Здатність вірусу грипу до антигенних змін залишається основною проблемою. Кожен новий варіант має бути виділений і ідентифікований, перш ніж почнеться виробництво вакцини, тому. кожен новий варіант здатний інфікувати велику кількість людей, перш ніж його можна буде контролювати за допомогою вакцин.
У зв'язку з цим було зроблено спроби передбачити антигенний дрейф у лабораторії, проте не зовсім успішно. Hannoun та Fazekas de St. Groth в Інституті Пастера в (Парижі пасирували штам А/Гон.конг/68 (H3N2) у присутності невеликих концентрацій антисироватки. Після декількох таких циклів зростання був отриманий (варіант, який "більше не (зазнавав антигенних мутацій у даних умовах експериментів). Цей варіант , як припустили автори, являв собою кінцеву точку еволюції в межах серотипу НЗ, і. був, таким чином, вірусом, появи (якого можна було очікувати після 1970 р. Це припущення підтверджувалося відкриттям, що лондонський варіант вірусу грипу, виділений вперше , в 1972 р. (А/Англія/42/72), антигенно був дуже схожий на перший мутант, який Hannoun і Fazekas de St. Groth отримали у своїй лабораторії роком раніше (Fazekas de St. Groth, Hannoun, 1973) .
Була надія, що вакцини, отримані на основі кінцевого «старшого» варіанту, забезпечать захист від усіх НЗ-ва-ріантів, які можуть з'явитися у людини. Проте віруси (грипу типу А, виділені згодом у 1973 та 1974 рр. (наприклад, А/Порт Чалмерс/1/73), які антигенно відрізнялися від штаму А/Англія/42/72, також значно відрізнялися і від штучно отриманого варіанта.
У будь-якому випадку варіант, отриманий в лабораторії шляхом пасажів у присутності антисироватки, відчував дрейф тільки в НА, тоді як природні варіанти виявляють дрейф як НА, так і NA. Таким чином, ця спроба приготувати «майбутню» вакцину, ло-тидиму, виявилася безуспішною.
В. Можливість значних змін, що відбуваються в певних антигенних детермінантах в процесі антигенного дрейфу
У розділі IV було показано, що субодиниці НА вірусу грипу Гонконг мають щонайменше два види антигенних детермінант і що в процесі еволюції шляхом антигенного дрейфу грипу Гонконг утворився вірус (А/Мемфіс/102/72), у якого одна з цих антигенних де-
терміяант зазнала значної антигенної зміни (порівняльна за величиною з антигенним зрушенням), тоді як інша «дрейфувала» (ом. 37). Ми назвали першу з цих детермінант «специфічною», а другу – «спільною» для цих двох вірусів<(Laver et al., 1974).
Антитіла до «специфічної» детермінанти не виявляють жодних перехресних реакцій між цими двома вірусами в тестах імунодифузії, РТГА або нейтралізації інфекційності. Інша детермінанта (детермінанти) була спільною для обох вірусів (хоча в цій детермінанті і відбувався деякий антигенний дрейф), і між вірусами Гонконг/68 і Мемфіс/72 були виявлені перехресні реакції завдяки однаковості антитіл до цієї «загальної» детермінанти.
Різні тварини IB різного ступеня реагують на ті чи інші детермінанти при імунізації одним і тим самим препаратом виділених субодиниць НА. Ці варіації в імунологічній відповіді можуть пояснити мінливість реакцій перехреста, що іноді спостерігається між двома вірусами при дослідженні їх за допомогою різних сироваток.
Незважаючи на значну антигенну зміну IB ОДНІЙ
з детермінант, пептидні карти важких і легких полі
пептидів (НА1 та НА2) субодиниць НА вірусів Гонконг/68
■і Мемфіс/72 були значною мірою схожими (див.
39), виходячи з чого припускають, що у процесі
еволюції вірусу Гонконгу та освіти. варіанта Мем
фіс/72 у послідовності амінокислот цих поліпептидів.
відбуваються лише щодо невеликі зміни. Зміє
няння мають місце в пептидних картах як важких (НА1),
і легких (НА2) полипептидных ланцюгів; деякі з них
можуть бути випадковими змінами, інші – відібраними
під тиском антитіл.
Г. АНТИГЕННІ ЗМІНИ НЕЙРАМІНІДАЗИ
Антигенний дрейф спостерігали у нейрамінідазному антизі
не вірусів грипу як типу А, і типу В (Paniker, 1968;
Schulman, Kilbourne, 1969; Schild et al., 1973; Curry et al.,
1974). Він, ймовірно, відбувається шляхом селекції (під тиском
ням антитіл) мутантів, які мають змінену послідовність
ність амінокислот в поліпептидах субодиниць NA
(Kendal, Kiley, 1973). Досі не вдалося досягти анти
генного дрейфу у лабораторії. Антитіла до NA не нейтралі
зують інфекційності вірусу; отже, ймовірно, що
мінливість цього антигену менш важлива для виживання
вірусу, ніж мінливість НА (Seto, Rott, 1966; Dowdle et al.,
Д. АНТИГЕННА ЗМІННІСТЬ ВІРУСІВ ГРИПУ ТИПУ В
Антигенний дрейф відбувається серед вірусів грипу типу приблизно в тій же мірі, що і серед вірусів грипу: типу А, але значні антигенні зрушення, видимі у них, не були виявлені серед штамів грипу типу В. Антигенний дрейф (включає зміни обох антигенів - НА й NA (Chakraverty, 1972a, b; Curry et al., 1974) Механізм антигенної мінливості штамів В, ймовірно, подібний до механізму, властивому вірусам.грипу типу А, але «біохімічних досліджень проведено не було.
Е. АНТИГЕННІ ЗМІНИ ВІРУСІВ ГРИПУ ПТАХІВ І ТВАРИН
Антигенні зміни серед вірусів грипу, що інфікують нижчих ссавців та птахів, не були вивчені достатньою мірою, і інформація про них невелика. На підставі деяких результатів, однак, можна припустити, що антигенний дрейф має місце і у штамів (грипу ссавців та птахів, але меншою мірою, ніж у вірусів грипу, що інфікують людину).
Антигенний дрейф спостерігали у вірусів грипу свиней та коней (ееротип 2) (Meier-Ewert et al., 1970; Pereira et al., 1972), але дані про антигенний дрейф у вірусів грипу птахів відсутні. Можливо, причина цього в тому, що птахи, особливо домашні, живуть менше, ніж людина чи кінь. У людини кожен наступний варіант вірусу грипу А швидко повністю замінює попередній, але серед тварин та птахів часто одночасно циркулюють віруси, що відрізняються один від одного.
VI. МЕХАНІЗМ АНТИГЕННИХ Здвигів (ЗНАЧНИХ АНТИГЕННИХ ЗМІНІ)
У ході антигенних змін іншого роду поверхневі субодиниці вірусу зазнають значних антигенних зрушень. При цих значних зрушеннях відбуваються раптові та повні зміни одного або обох поверхневих антигенів, так що "виникають нові віруси, до яких імунітету в популяції немає. Це саме ті віруси, які викликають пандемії грипу.
Віруси грипу людини H2N2 є природною системою вивчення молекулярних аспектів значних антигенних зрушень. Віруси, що з'явилися у людини в 1957 р., мали субодиниці НА і NA, які повністю анти-■генно відрізнялися від таких штамів H1N1. Віруси H2N2
випробовували антигенний дрейф до 1968 р., коли з'явився «новий» пандемічний штам Гонконг. .Віруси А2 (H2N2) та штам Гонконг (H3N2) виникли в Китаї. Вірус Гонконг володів тією ж NA, що й попередні віруси А2, але антигенно відмінним НА (Coleman et al., 1968; Schulman, Kilbourne, 1969). Це чітко 1було показано за допомогою специфічних антисироваток до виділених суб'єдиниці НА представників вірусів грипу типу А2, (Вирощених в курячих ембріонах. Ці моноспецифічні сироватки використовували в РТГА з вірусами, вирощеними в качиних ембріона "х, Webster, знімало проблеми стеричного придушення гемагглютинаючими антитілами до NA і антигену клітини-господаря, які можуть мати місце при використанні сироваток до цілих вірусів.
Результати цих тестів (табл. 27) показали, що серологічної відповідності між гемагглютиніновими антигенами «старих» штамів А2/Азія, виділених між 1957 і
1968, і вірусом Гонконг (1968) не було. Серед трьох штамів Гонконг, виділених протягом перших 3 років пандемії цього грипу, були лише дуже невеликі варіації або їх зовсім не було (Webster, Laver, 1972). Звідки ж тоді з'явилися «нові» субодиниці НА вірусу грипу Гонконг? Очевидно, є дві можливі причини утворення «нових» гемапглютинуючих субодиниць: або вони сталися в результаті мутації з вірусу грипу людини, що існував, або прийшли з деякого іншого джерела, такого, як віруси грипу тварин або птахів.
Поодинока мутація «старого» вірусу грипу А2/Азія могла б викликати згортання поліпептидних ланцюгів субодиниць НА таким чином, щоб утворилися абсолютно нові
Антигенні детермінанти. Якби субодиниці НА вірусу грипу Гонконг були отримані шляхом такої мутації з ранніх вірусів типу А2, то послідовність амінокислот у поліпептидах «старих» і «нових» субодиниць має бути близькою. Раніше описаний повний зсув в одній з антигенних детермінант субодиниць НА, який стався в процесі антигенного дрейфу, і цей «зсув» в одній з детермінант не супроводжується, іо-шидимому, якими б не було значними загальними змінами послідовник "Н"Ості амінокислот у поліпептидах НА. Однак якщо «нові» субодиниці не виникають шляхом мутації та відбору, а приходять від вірусу грипу тварин, їх поліпептидні ланцюги можуть значно відрізнятися за послідовністю амінокислот від лоліпаптидних ланцюгів «старих» вірусів А2/Азія.
Субодиниці НА були виділені з трьох штамів грипу А2/Азія, отриманих у 1968 т. до настання пандемії грипу Гонконг, та з трьох штамів вірусу грипу Гонконг, ізольованих у різних частинах світу у 1968, 1970 та 1971 рр. Внаслідок антигенного дрейфу три віруси, виділені наприкінці періоду існування А2/Азія, виявляють значні антигенні відмінності. З іншого боку, три штами Гонконг, які були виділені протягом перших 3 років нової пандемії, майже не виявляють антигенної мінливості.
Субодиниці НА, виділені з кожного з цих шести вірусних штамів, дисоціювали шляхом обробки гуані-дингідрохлоридом і дитіотреітолом і при центрифугуванні розділяли їх легкі і важкі цілі (Laver, 1971). Кожну з виділених поліпептидних цілей обробляли трипсином та картирували трилтичні пептиди. Карти показали, що поліпептидні ланцюги з гемаглютинуючих субодиниць «старих» вірусів А2, виділених у 1968 р., значно відрізнялися за складом амінокислот від лолілептидних ланцюгів «нових» штамів Гонконг! (40 і 41). При цьому припустили, що «нові» поліпелтиди не (отримані шляхом мутації зі «старих» (Laver, Webster, 1972).,
Одне з пояснень такого результату полягає у припущенні мутації зі зсувом рамки, що призводить до появи поліпептидів з відмінною послідовністю амінокислот. Однак здається малоймовірним, щоб така мутація, якщо вона і відбувається, призводила до появи поліпелтидів, здатних утворити функціональну гемаглютинуючу одиницю. Друге - можуть відбуватися мутації, що зачіпають головним чином основні амінокислоти, так що карти триштичних пептидів могли б значно відрізнятися без будь-якої істотної зміни загальної послідовності амінокислот в лолілелітах.
В даний час отримані дані, що вказують на деякі віруси -грипу тварин як на можливі попередники шта1М"ма Гонконг вірусу грипу людини. /1/63 (Hav7Neq2), виділені від коней і качок в 1963 р., тобто за 5 років до появи грипу Гонконг серед людей, виявилися, як було показано, антигенно близькими штаму Гонконг (Coleman et al., 1968); Masurel, 1968; Kaplan, 1969; Zakstelskaja et al., 1969; Tumova, Easterday, 1969; Kasel et al., 1969).
Субодиниці НА вірусів коней і качок давали в РТГА та в тесті імунодифузії перехресні реакції з суб'єдиницями штаму Гонконг вірусу грипу людини А/Гон-конг/1/68 (H3N2). Більш того, пептидні карти легких іолі-пептидних ланцюгів з темаплютинуючих субодиниць вірусів коней, качок і людини були майже ідентичними, і на підставі чого припустили, що легкі ланцюги з цих трьох штамів мають практично однакові послідовності амінокислот (Laver, Webster, 1973). Це виразно видно з 42, де пептидні шутки легких лоліпептидних ланцюгів із субодиниць НА вірусу грипу Гонконг та зі штамів качка/ /Україна та кінь/Майамі (2-й серотип) майже ідентичні і значно відрізняються від карти легких лоліпаптидних ланцюгів, вірусу Азія/68.
Ці результати дають підстави вважати, що віруси коней і птахів та вірус людини штаму Гонконг могли виникнути шляхом генетичної рекомбінації від загального прабатька, та запропонувати альтернативний по відношенню до мутації механізм для пояснення виникнення вірусу грипу Гонконг.
Нещодавні дослідження показали, що у сироватках диких птахів містяться антитіла, спрямовані проти антигенів, які є у вірусах грипу, що інфікують людину (World Health Organization, 1972). Крім того, нещодавно віруси грипу були виділені від диких птахів, віддалених від ло-пуляцій людини, що передбачає грип. як природну інфекцію птахів протягом багатьох тисяч років (Downie, Laver, 1973).
Rasmussen (1964) перший (припустив, що пандемічні віруси грипу виникають з таких вірусів тварин в результаті процесу рекомбінації. Згодом Tumova і Pereira (1965), Kilbourne (1968) і Easterday з співавт. (1969) отримали антигенно-гібридні in vitro між вірусами грипу людини та штамами вірусів грипу тварин і птахів.Нещодавно Webster і співавт.(1971, 1973) імітували виникнення нового пандемічного штаму вірусу грипу.в дослідах in vivo (вони будуть описані далі).
VII. ДОДАТКОВІ ДОКАЗИ,
ПІДТВЕРДЖУЮЧІ РОЛЬ ПРОЦЕСУ
РЕКОМБІНАЦІЇ У ПОХОДЖЕННІ НОВИХ
ПАНДЕМІЧНИХ ВІРУСІВ ГРИПУ
Наведені біохімічні дані не підтверджують теорію, що антиген НА вірусу Гонконг стався внаслідок одиночної мутації з попередніх штамів Азії. Отже, можна поставити запитання, чи є якісь дані, отримані при лабораторних дослідженнях in vitro або in vivo або особливо при спостереженнях
у природних умовах, які б підтримували теорію, яка передбачає, що нові віруси виникають шляхом рекомбінації.
А. ДАНІ, ОТРИМАНІ ПРИ ДОСЛІДЖЕННІ У СИСТЕМІ IN VITRO
Антигенні гібриди (рекомбінанти) багатьох вірусів грипу А ссавців та птахів були виділені після змішаної інфекції курячих ембріонів або культур клітин різними вірусами грипу типу A (Tumova, Pereira, 1965; Kilbourne, Schulman, 1965; Kilbourne et al., Kilbourne et al. 1968; Easterday et al., 1969). Ці дослідження підсумововані в оглядах Kilbourne та співавт. (1967), а також Webster та La-ver (1971). В даний час очевидно, що рекомбінантні віруси грипу А зі змішаними поверхневими антигенами (Webster, 1970b) або потенціями до зростання (Kilbourne, Murphy, 1960; Kilbourne et al., 1971) або іншими біологічними характеристиками (McCahon, Sch1d зроблено «на замовлення».
Таким чином, «нові» віруси грипу можуть бути створені в лабораторії, але лише недавно були отримані докази того, що рекомбінація та відбір «нових» вірусів можуть відбуватися також in vivo в умовах, наближених до природних (Webster et al., 1971).
Б. ДАНІ, ОТРИМАНІ ПРИ ДОСЛІДЖЕННІ У СИСТЕМІ IN VIVO
1. Демонстрація рекомбінації у системі in
Kilbourne (1970) зазначав, що рекомбінація між двома різними штамами вірусів грипу типу А досі була показана у разі інтактних тварин, навіть у експериментальних умовах. Для того щоб з'ясувати, (чи може відбуватися рекомбінація in vivo, використовували дві системи. У першій лише один із батьківських вірусів розмножувався в тваринному-господарі, а в другій розмножувалися обидва батьківські віруси. Тваринам вводили великі дози батьківських вірусів і на 3-й день , коли виявлявся розмноженим хоча б один з вірусів, тварин забивали.Суспензії легень досліджували прямо в оболонках алантоїсу на наявність рекомбінантних (антигенно-гібрддних) вірусів;
У першій системі свиням вводили суміш вірусу грипу свиней - ВГ"С (А/свиня/Вісконсин/1/67) і вірусу чуми птахів типу А - ВПП (Данія/27) (43). Останній не дає виходу інфекційного вірусу після введення свиням Суспензії легень, зібрані через
У другій системі, де реплікувалися обидва віруси, індичок заражали ВЧП і вірусом грипу індиків - ВГІ (А/я"ндюк/Массачусетс/3740/65). -ВПП (N) (Hav6Neql) та ВПП (Н)-ВГИ(1Ч) (Havl-N2).
Є два можливі заперечення проти того, що описана рекомбінація відбувається in vivo. Перше - рекомбінація може мати місце у системі культури клітин, використаної для селекції вірусів; друге"-невідомо, "чи ці антигенні гібриди були генетично стабільними і чи не були просто фенотипно змішаними частинками.
Перше заперечення можна брати до уваги, оскільки селекція антигенно гібридних вірусів проводилася безпосередньо за дуже високих концентраціях антитіл, які мають нейтралізувати батьківські віруси. Для отримання (суворіших доказів того, що анти-(гештснгібридні віруси не виникають у процесі виділення поза інфікованим господарем, було необхідно отримати бляшки вірусів змішаного врожаю із суспензії ліпких, щоб виділити окремі бляшки і охарактеризувати зразки вірусів2, отримані). бляшок, виділених із суспензії легких індичок, змішано інфікованих ВПП + ВГІ, були рекомбінантними вірусами.Гібридні віруси не виділялися з контрольних культур, заражених штучною сумішшю батьківських вірусів.
Генетична стабільність рекомбінантних вірусів була встановлена шляхом «ведення тваринам-господарям клонованих аятигенно-гібридних вірусів (Webster et al., 1971). Так, наприклад, курчата, заражені антигенно-гібридним вірусом, що несе ВЧП(Н)-ВГИ(N), (HavliN2), гинули від швидкоплинної інфекції, а вірус, знову виділений з цих птахів через 3 дні, був чистою культурою вірусу, що володіє B4n(H)-(Havl-N2). Також були знову виділені від тварин та виявилися генетично стабільними та інші антигенно-тибридні віруси.
2. Природна передача вірусу та селекція
Описані дослідження показали, що два різні штами вірусу грипу А можуть рекомбінувати in vivo, якщо вони одночасно введені одному й тому ж тварині.
Одночасне введення тваринам великих доз двох різних вірусів грипу А є, однак, штучною системою, якої, ймовірно, немає в природі. Для того щоб з'ясувати, чи може рекомбінація відбуватися за більш природних умов, двом різним вірусам грипу А дозволили одночасно поширюватися в зграї чутливих до вірусів птахів наступним чином: двох індиків, заражених ВГІ (А/і-ндкж/Вієконсин/66 (Hav6N2)) , підселили до зграї з 30 чутливих індиків, що охороняються Через 2 дні в ту ж зграю ввели ще двох індичок, заражених ВЧП. а також шляхом виділення бляшок та ідентифікації вірусів (Webster et al., 1971) ВЧП швидко поширювався серед птахів, що охороняються, і виявлявся через 3 дні після введення, ВГИ не визначався до 9-го дня після введення в зграю заражених птахів (Webster et al. , 1973. Антигенно-гібридні віруси, що несуть ВПП (Н)-ВГИ(N), виявлялися на 10-й день після початкового впливу і становили основну частину вірусної популяції в суспензії ліпких однієї з досліджених птахів. Досліди такого роду проводилися тричі, і в кожному досвіді на 9-10 день виділялися антигенні гібриди; ці гібриди мали ВПП (Н)-ВГИ(N), але зворотних -гібридів виділено був. Виділяється рекомбінантний вірус мав, ймовірно, перевагу в зростанні перед батьківськими вірусами; у кожному досвіді цей вірус виділяли як домінуючий від одного або більше птахів. Для того, щоб «новий» штам вірусу грипу з'явився в природі шляхом такого роду рекомбінації і став епідемічним штамом, необхідно, щоб «новий» вірус мав деяку селективну перевагу. Ця селективна перевага може полягати у володінні антигенами, до яких популяція здебільшого не є імунною, але вірус повинен також мати здатність переходити до чутливих господарів. Обидві можливості були вивчені у наведених дослідах. Так, наприклад, до часу, коли рекомбінантний вірус вже був присутній, в зграю вводили нормальних птахів, «про рекомбінанти не зуміли стати домінантним штамом, і всі нормальні птахи, що контактують, загинули від інфекції, викликаної батьківським ВПП.
3. Селекція та передача «нового» вірусу грипу в системі in vivo
Якщо ми припускаємо, що нові штами вірусів грипу типу А можуть виникати у природі шляхом рекомбінації, важливо показати, як ці віруси можуть селектуватися і стати домінуючими або новими епідемічними штамами. Можливий механізм селекції може полягати в тому, що рекомбінація і селекція мають місце<в иммунных животных. Опыты Webster и Campbell (1974) показали, что рекомбинация и селекция «нового» штамма -вируса гриппа может происходить у индеек с низкими уровнями антител к НА одного родительского вируса и к NA другого родительского вируса (45).
Індієк, що мають низькі рівні антитіл до НА ВГИ (А/індкж/Вісконсин/бб) .і до NA ВЧП, піддавали змішаної інфекції ВЧП і ВГИ. Через 1-2 дні після змішаної інфекції в трахеях індичок були присутні як обидва батьківські віруси, так і рекомбінантний вірус грипу, що несе ВПП (Н)-ВГІ (N). На 6-й день після змішаної інфекції був присутній лише рекомбінантний вірус B4n(H)iBrH(N). На 7-й день "після змішаної інфекції індички гинули, і виділялися лише рекомбінантні віруси грипу, що володіють ВПП (Н)-ВГИ (N). селекції рекомбінантних вірусів Всі неімунні птахи, введені в зграю на 5-й день, загинули від швидкоплинної інфекції і від них виділяли лише (рекомбінантні віруси грипу.
Після змішаної інфекції неімунних чи гіперімунних індичок селенції рекомбінантного вірусу грипу не відбувалося. Таким чином, змішана інфекція птахів, які мають низький рівень антитіл до одного вірусу і до іншого, забезпечує ідеальні умови для селекції рекомбінантів. Слідом за інфекцією в обмеженій мірі реплікуються обидва батьківські віруси, стимулюючи тим самим імунну систему, яка елімінує батьківські віруси. Таким шляхом можуть бути селектовані рекамбінати і за умови, що вони володіють необхідними властивостями вірулентності та здатністю до передачі іншим особам, ці рекомбінанти можуть викликати епідемічне захворювання.
Ці експерименти показують, що за відносно природних умов є рекомбінація між різними вірусами грипу А і що нові віруси можуть мати селективну перевагу перед обома батьківськими штамами. Ці досліди не доводять, що всі нові віруси грипу нижчих ссавців, птахів і людини виникають за таким механізмом, але вони встановлюють, що цей механізм є одним із способів, завдяки яким з'являються нові віруси.
В. ДАНІ ПО РЕКОМБІНАЦІЇ ВІРУСІВ ГРИПУ У ПРИРОДІ
Наведені досліди не залишають сумнівів у тому, що нові штами вірусу грипу можуть бути "отримані in vitro та in vivo, і дозволяють припустити, що подібні процеси можуть мати місце і в природі. Чи є, однак, якісь докази того, що рекомбінація в Ці докази непрямі і включають: 1) антигенні відповідності між вірусами грипу, виділеними від людей і від нижчих ссавців "і птахів; 2) відсутність суворого кола господарів вірусів грипу.
1. Антигенні співвідношення між вірусами грипу людини, нижчих ссавців та птахів
Доказами, що передбачають, що рекомбінація між вірусами грипу людини і тварин можлива в природі, можуть бути дані про те, що деякі віруси грипу людини, нижчих ссавців і птахів мають близькі, якщо не однакові (поверхневі антигени).
а) Антигенні взаємини, зумовлені NA. NA деяких вірусів грипу птахів антигенно дуже близька NA ранніх вірусів грипу людини. Так, наприклад, вірус качок (А/вужа/Німеччина/1868/68) має NA, близьку NA вірусів людини НТШ і H1N1 (Schild, Newman, 1969). Віруси грипу, що виділяються від свиней, також несуть антиген NA, споріднений з антигеном NA вірусів людини
H0N1 (Meier-Ewert et al., 1970).Аналогічним чином ВДІ (А/індкж/Массачусеті/65) володіє NA, подібною, якщо не ідентичною, NA вірусів грипу людини H2N2 (Pereira et al., 1967; Webster, Pereira, 1968; Schild, Newman, 1969).Інші віруси грипу птахів мають NA- антигени, що близько відносяться до NA вірусів грипу коней типів 1 і 2 (Webster, Pereira, 1968; World Health Organization, 1971).Так, NA ВЧП (А/ВЧП/Голландія/27) подібна до NA вірусу грипу коней типу 1 (А/коня, д/ Прага/1/57). Ці міжвидові взаємини використані переглянутої номенклатурі вірусів грипу (World Health Organization, 1971). Є вісім різних.підтипів вірусів грипу птахів і чотири з них мають NA-антигени, споріднені з NA-антигенами вірусів грипу людини і коней.
б) Антигенні відповідності, зумовлені НА-антигеном. Менше подібних прикладів було виявлено з вірусами грипу, виділеними від нижчих ссавців та птахів, які мали б НА-антигени, споріднені з НА-антигенами вірусів людини. Вище обговорювалася відповідність НА вірусів Гонконг, качка/Україна/63 та кінь/тип 2. Нещодавно було знайдено, що вірус, виділений від качок у Німеччині (А/ут-ка/Німеччина/1225/74), має НА, близький НА вірусів грипу сімейства Азії. Таким чином, з виділенням більшої кількості вірусів зростає кількість відповідностей, що виявляються.
2. Коло господарів
Віруси грипу типу А не завжди мають строго визначено
ну специфічність до господаря (див. Easterday, Tumova, 1971;
Webster, 1972). Так, наприклад, вірус грипу Гонконг був
виділений від свиней, собак, кішок, бабуїнів та гібонів. Віру
си грипу А/Гонконг (H3N2) нещодавно були виділені також
від курей та телят (Zhezmer, 1973). Ці віруси експерименталь
але були перенесені телятам та курчатам; у всіх випадках
вірус реплікувався в господарі, від якого він був виді
льон. Так, вірус грипу телят викликав респіраторну інфекцію.
цію у телят, а вірус грипу курей реплікувався, але не про
виявляв ознак захворювання у курей (Schild, Campbell, Web
русів грипу Гонконг було неможливо реплікуватися в курах.
У випадку вірусу грипу Гонконг очевидно, що цей вірус
адаптувався до того, щоб викликати природну інфекцію
цію в інших господарів, і таким чином створювалися умови,
коли можуть мати місце подвійна інфекція та генетичні
взаємодії
Г. УЗАГАЛЬНЕННЯ ДАНИХ, ПІДТВЕРДЖУЮЧИХ ТОЧКУ
ЗОРИ ПРО ВИНИКНЕННЯ НОВИХ ШТАМІВ
ВІРУСА ГРИПУ ШЛЯХОМ РЕКОМБІНАЦІЇ
1. Пандемії грипу у людей викликаються лише вірусу
ми грипу типу А, і лише віруси грипу цього типу були
виділені від нижчих ссавців та птахів. Віруси грипу
типу В постійно рекомбінують in vitro, але в природі мо
жет не відбуватися такого об'єднання генетичної інформації
мації, [яке дозволило б "виникнути пандемічному
штаму вірусу грипу типу В. Рекомбінацій між вірусом
ми грипу типів Аі В показано не було.
2. Біохімічні дані, представлені раніше, свідок
ють про малоймовірну можливість виникнення
«нових» пандемічних штамів вірусу грипу шляхом
засобів мутації з попередніх вірусів грипу
людини.
3. Нові віруси грипу, здатні викликати пандемію,
можуть виникнути шляхом рекомбінації та селекції в умовах
експерименту in vivo
4. На підставі антигенних і біохімічних відповідностей
ній між гемалглютинуючими та нейрамінідазними ан
тигенами вірусів грипу людини, нижчих ссавців
та птахів припускають, що генетичні обміни існують
та у природі.
Наведені докази є непрямими; більш прямі дані можна отримати, якщо виявиться, що майбутні пандемічні штами мають антигени, ідентичні вже виділеним антигенам, властивим вірусам грипу свійських чи диких тварин (див. також гл. 15).
VIII. МАЙБУТНІ АНТИГЕННІ ЗМІНИ
ВІРУСІВ ГРИПУ І МОЖЛИВОСТІ
ПРОГНОЗУВАННЯ ЗМІННОСТІ
І КОНТРОЛЮ ЗАХВОРЮВАНЬ
А. МОЖЛИВІ ПОЯСНЕННЯ ЦИКЛІЧНОЇ ПРИРОДИ ПАНДЕМІЇ
На підставі дослідження антитіл у сироватках людей похилого віку можна припустити, що вірус грипу, схожий на вірус трипу Гонконг, існував серед людей у колишні часи і, можливо, став причиною "пандемії грипу в кінці XIX століття (див. розділ II). У сироватках людей похилого віку - виявлені також у низьких титрах антитіла до НА вірусів грипу коней типу 2 і Азія.Антитіла до NA вірусів грипу.
типу 2 було визначено. Це передбачає відповідальність вірусів, що мають аналогічні субодиниці НА, але різні субодиниці NA за колишню і "теперішню епідемії. Епідеміологічні дані дозволили вважати, що пандемічні віруси грипу людини з'являються циклічно. Відсутність даних про гомологічність NA робить малоймовірним існування одного і того ж "вірусу наприкінці XIX вежа" і знову в 1968 р. здається більш ймовірним, що вірус грипу, що існував наприкінці XIX століття, мав субодиницю НА, яка виявляла деяку антигенну подобу вірусу грипу Гонконг, але ніс на собі зовсім відмінний антиген NA. Виходячи з серологічних даних, ця NA антигенно споріднена NA типу 2 грипу коней.Новий цикл вірусів грипу може відбуватися в результаті появи вірусів з деякого резервуару, пов'язаного з тваринами, за участю або без участі рекомбінацій, коли колективний імунітет більше не оберігає від нього популяцію людей.
Інше явище, пов'язане з виникненням нових штамів грипу, - очевидне зникнення попередніх штамів. Воно могло б бути зумовлене просто незацікавленістю у збиранні зразків вірусів грипу, які більш не є небезпечними для більшої частини суспільства (Fenner, 1968), але це пояснення малоймовірне, бо практика показала, що віруси грипу людини не співіснують у природі протягом скільки-небудь тривалого. часу. Можна пояснити зникнення штамів, що з'явилися в результаті антигенного дрейфу самоскасуванням; серологічно новий віруспідвищує рівень старіших антитіл, запобігаючи цим поширення старого вірусу. Зникнення старших штамів (Fazekas de St. Groth, 1970) кожного підтипу після значного антигенного зсуву менш зрозуміло і задовільного пояснення поки що не має.
В. МОЖЛИВОСТІ КОНТРОЛЮ ЗА АНТИГЕННИМИ ЗМІНАМИ ВІРУСА ГРИПУ А У МАЙБУТНЬОМУ
Біологічні, біохімічні та імунологічні дані, наведені вище, дають лише непрямі докази, що значні антигенні зрушення вірусів грипу людини відбуваються шляхом рекомбінації. Більш певні дані будуть отримані, якщо в природі можна буде виявити рекомбінацію між різними вірусами грипу, що призводить до появи нового пандемічного штаму. Рідкість такої події фактично виключає цю можливість. пандемічного людям штаму, тобто.
створення «банку» вірусів грипу. Після появи наступного, що викликає пандемію серед людей, штаму цей вірус може бути порівняний з вірусами, що є в «байку», і можна буде отримати дані про його виникнення. Популяції диких тварин як “джерела нових вірусів грипу значною мірою ігнорувалися. - від домашніх птахів Отже, логічно почати пошук вірусів грипу ' природі у великих пташиних колоніях, особливо в кінці сезону гніздування. виникають нові штами Якщо є лише обмежена кількість вірусів грипу А, то в майбутньому можна буде думати про контроль над цими вірусами, що становлять величезне лихо для людини.
ЛІТЕРАТУРА
Ada G. L., Lind P. E., Laver W. G. J. gen. Microbiol., 1963, v. 32, p. 225.
Andrewes С. Н. Calif. Med., 1956, v. 84, p. 375.
Andrewes С H. N. engl. J. Med., 1957, y. 242, p. 197.
Andrewes С. Н . In: Perspectives in Virology (M. Pollard, ed.); New York,
Wiley, 1959, p. 184-196.
Archetti I. , Horsfall F. LJ exp. Med., 1950, v. 92, p. 441. Becht H., Hammerling U., Rott R. Virology, 1971, v. 46, p. 337. BrandЗ M., Skehel J. J. Nature (London ). New Biol., 1972, v. 238, p. 145. Bucher DJ, Kilbourne E. DJ Virol., 1972, v. 10, p. 60. Burnet F. M. "Principles of Animal Virology", 1st ed. New York , 1955, p. 380. Burnet F. M., Clarke E. Influenza, Melbourne , Walter та Eliza Hall Inst,1942.
Burnet F. M., Lind P. E. Aust. J. Sci., 1949, v. 22, p. 109.
Burnet F. M., Lind P. E. J. gen. Microbiol., 1951, v. 5, p. 67.
Burnet F. M., White D. O. Natural History of Infectious Disease, 4th ed. London - New York, Cambridge Univ. Press, 1972, p. 202-212.
Chakraverty P. Bull. Wld Hlth Org., 1972, v. 45, p. 755.
Chakraverty P. Bull. Wld Hlth Org., 1972b, v. 46, p. 473.
Chu C.-M. J. Hyg., Epidemiol., Microbiol., Immunol., 1958, v. 2, p. 1.
Coleman M. Т ., Dowdle W. R., Pereira H. G., Schitd G. C, Chang W. K-Lancet, 1968, v. 2, p. 1384.
Compans R. W., Klenk H. D., Caliguiri L. A., Choppin P. W. Virology, 1970
Грип A/H1N1 як типова емерджентна інфекція: Загальна характеристика вірусів грипу, мінливість, поява нових пандемічних штамів
Віруси грипу - РНК-віруси - відносяться до сем. Orthomyxoviridae і поділяються на віруси А, В і С (табл. 1).
Таблиця 1.
Порівняльна характеристика вірусів грипу
| Критерії | Тип А | Тип В | Тип С |
| Тяжкість захворювання | ++++ | ++ | + |
| Природний резервуар | Є | Ні | Ні |
| Пандемії людини | Викликає | Не викликає | Не викликає |
| Епідемії людини | Викликає | Викликає | Не викликає (лише спорадичні захворювання) |
| Антигенні зміни | Шифт, дрейф | Дрейф | Дрейф |
| Сегментований геном | Так | Так | Так |
| Чутливість до ремантадину | Чутливі | Чи не чутливі | Чи не чутливі |
| Чутливість до занамівіру | Чутливі | Чутливі | - |
| Поверхневі глікопротеїни | 2 (HA, NA) | 2 (HA, NA) | 1(HA) |
Вірус грипу має сферичну форму та розмір 80-120 нм. Серцевина представлена одноланцюговим негативним ланцюгом РНК, що складається з 8 фрагментів, які кодують 11 вірусних білків.
Віруси грипу А широко поширені в природі і вражають як людей, так і цілий ряд ссавців та птахів. Віруси грипу типів В та С виділені тільки від людини.
Епідемічно значущими є 2 підтипи вірусу грипу А - H3N2 і H1N1 та вірус грипу типу В (А.А. Сомінова з співавт, 1997; О.М. Литвинова з співавт., 2001). Підсумком такої коциркуляції став розвиток в той самий епідсезон у різних країнах епідемій грипу різної етіології. Гетерогенність популяції епідемічних вірусів зростає також за рахунок дивергентного характеру мінливості вірусів грипу, що призводить до одночасної циркуляції вірусів, що належать до різних еволюційних гілок (О.М. Литвинова зі співавт., 2001). У цих умовах створюються передумови для одночасного інфікування людини різними збудниками, що призводить до формування змішаних популяцій та реассортації як між вірусами коциркулюючих підтипів, так і серед штамів в межах одного підтипу (О.І. Кисельов з співавт., 2000).
Класифікація типів вірусів грипу заснована на антигенних відмінностях двох поверхневих глікопротеїнів – гемаглютиніну (НА) та нейрамінідази (NА). Відповідно до цієї класифікації віруси грипу і поділяють на 3 типи - віруси грипу типу А, типу і типу С. Розрізняються 16 підтипів НА і 9 підтипів NА.
Мал. 1. Класифікація вірусів грипу А та види тварин та птахів – проміжні та кінцеві господарі в ланцюзі передачі інфекції до людини.
Нещодавно відкрито 16 підтип (Н16) гемаглютиніну.
Примітка: ∗ НА 7 і НА 7-НА8 виявили і у коней
На рис. 1 представлені підтипи вірусів грипу типу А та їх проміжні господарі та природні резервуари (перелітні птахи). До основних господарів вірусів грипу А належать ті види, яким властива захворюваність на грип.
У популяції людини досі виявлені віруси грипу А лише трьох підтипів з НА1, НА2 і НА3. При цьому віруси містять лише два типи нейрамінідази - NА1 та NА2 (рис.1). Доведено їх стабільну циркуляцію протягом минулого століття, починаючи з пандемії 1918 р. (R.G. Webster et al., 1978; K.G. Nicholson et al., 2003).
Віруси грипу А (меншою мірою В) має здатність до зміни структури НА та NА. Для вірусу грипу А характерні два типи мінливості:
- точкові мутації у вірусному геномі з відповідною зміною в НА та NА (антигенний дрейф);
- повна заміна одного або обох поверхневих глікопротеїнів (НА та NА) вірусу шляхом реассортації/рекомбінації (антигенний шифт), у результаті якого з'являється принципово новий варіант вірусу, здатний викликати грипозні пандемії.
Для вірусу грипу антигенна мінливість обмежується тільки дрейфом, т.к. він, мабуть, не має природного резервуару серед птахів та тварин. Для вірусу грипу С характерна велика стабільність антигенної структури і з ним пов'язані лише локальні спалахи та спорадичні випадки захворювання.
Представляє певний інтерес поява нових штамів вірусу грипуу людській популяції та пов'язані з ними пандемії (рис. 2). На рис. 2 представлені основні антигенні шифти, асоційовані з панедміями ХХ століття, спричинені вірусами грипу А:
- в 1918 р. пандемія була викликана вірусом типу H1N1;
- у 1957 р - H2N2 штамом А/Singapore/1/57;
- у 1968 р - H3N2 штамом A/Hong Kong/1/68;
- в 1977 р - H1N1 штамом A/USSR/1/77 (багато вчених не розглядали це як пандемію, але з появою цього штаму склалася ситуація з одночасною ко-циркуляцією 2 штамів вірусу грипу А - H3N2 і H1N1).
У 1986 р у Китаї вірус А/Тайвань/1/86 викликав велику епідемію грипу А/H1N1, що тривала до 1989р. Дрейф варіанти цього вірусу проіснували до 1995 р, викликаючи локальні спалахи та спорадичні випадки захворювання. За результатами молекулярно-біологічних досліджень у геномі вірусу А/H1N1 у роки виникли множинні мутації. У 1996 р. з'явилися два антигенні варіанти вірусу грипу А/H1N1: А/Берн та А/Пекін, їх особливістю була не тільки антигенна, а й географічна роз'єднаність. Так, у Росії вірус грипу А/Берн взяв активну участь в епідемії грипу 1997-98 років. Цього ж сезону на сході країни було зареєстровано циркуляцію штамів вірусу А/Пекін. Надалі у 2000-2001 pp. вірус грипу А/H1N1 став збудником епідемії грипу у Росії. Сучасні віруси грипу А/H1N1 мають низьку імуногенну активність, свіжі виділені ізоляти вірусу взаємодіють тільки в еритроцитами ссавців (людини 0 групи і морських свинок).
Мал. 2. Виникнення нових штамів вірусу грипу в людській популяції та пов'язані з ними пандемії
У минулому столітті віруси грипу типу А зазнали значних генетичних змін, результатом чого стали глобальні пандемії з високою летальністю серед людей. Найбільша пандемія грипу (H1N1) була у 1918-1919 роках. («Іспанка»). Вірус, що з'явився в 1918 р. зробив виражений дрейф, вихідні (Hsw1N1) і кінцеві (H1N1) його варіанти вважаються шифтовими. Вірус викликав спустошливу епідемію, що забрала 20 млн. життів (половина загиблих - молоді люди віком від 20 до 50 років (M.T. Osterholm, 2005).
Дослідження J.K. Tanbenberger et al., (2005) показали, що вірус, що викликав пандемію 1918 р., не був реасортантом між пташиним вірусом грипу і вірусом грипу людини - всі 8 генів вірусу H1N1 мали більше схожість з варіантами «пташиного» вірусу 3). Тому, на думку R.B. Belshe (2005) вірус грипу птахів повинен інфікувати (минаючи проміжного господаря) людини, передаючись від людини до людини.
Важливо відзначити, що віруси грипу птахів «беруть участь» у появі нових «людських» вірусів грипу, які характеризуються високою патогенністю та здатністю викликати пандемії (Е.Г. Дєєва, 2008). Ці віруси (H1N1, H2N2 та H3N2) мали різний набір внутрішніх генів, походження яких вказує на їх філогенетичний зв'язок з вірусами птахів та свиней.
Які ж механізми походження пандемічних штамів та які біологічні характеристики необхідні появи високопатогенного вірусу з пандемічним потенціалом?
Для вірусів грипу А характерна висока частота виникнення реасортантів внаслідок змішаного зараження, що зумовлено сегментованістю вірусного геному. Переважна більшість реасортанту певного генного складу вважається результатом селекції, при якій з великого набору різних реасортантів відбирається саме такий, який найбільш пристосований до репродукції в цих умовах (Н.Л. Варич з співавт., 2009). Штаммоспецифічні властивості геномних сегментів можуть вплинути на генний склад реасортантів у неселективних умовах. Іншими словами, характерною рисою вірусів грипу є те, що у восьми з генних сегментів, особливо в гені НА, відбуваються часті та непередбачувані мутації. Реассортація відіграє важливу роль у появі нових варіантів вірусів, зокрема походження пандемічних штамів. І іноді не можна виключити можливість появи під час пандемії вірусу з вищою вірулентністю.
Сучасні дослідження показали, що генна структура нового вірусу А/H1N1 є складною і до його складу, як ми вже зазначали у вступі, входять гени свинячого грипу, що вражає свиней Північної Америки; гени свинячого грипу, що вражає свиней Європи та Азії; гени пташиного грипу; гени людського грипу По суті гени нового вірусу отримані з чотирьох різних джерел. Мікрофотографія вірусу грипу А/H1N1 представлена на рис. 4.
Мал. 4. Мікрофотографія вірусу грипу А/H1N1
ВООЗ опублікувала «Посібник для лабораторій грипу» та представила нові дані щодо послідовності вірусних генів та їх довжини реассортантного нового вірусу грипу А/H1N1 (ізолят – А/California/04/2009): НА, NА, М, РВ1, РВ2, РА NР, NS. Ці дані свідчать про формування нового пандемічного варіанту вірусу, створюючи загальну вразливість перед інфекцією через відсутність імунітету. Стає зрозумілим, що пандемічні варіанти вірусу грипу виникають у вигляді щонайменше двох механізмів:
- реассортації між вірусами грипу тварин/птахів та людини;
- безпосередньої адаптації вірусу тварин/птахів до людини.
Для розуміння походження пандемічних вірусів грипу важливе значення має вивчення властивостей природного резервуару інфекції та шляхи еволюції цього сімейства вірусів при зміні господаря. Вже добре відомо і це можна стверджувати, що водоплавні птахи є природним резервуаром вірусів грипу А (адаптовані до цих проміжних господарів протягом багатьох століть), про що свідчить носійство всіх 16 підтипів НА цього вірусу. Через фекалії птахів, які у воді можуть зберігатися понад 400 днів (Грип птахів, 2005), віруси можуть передаватися іншим видам тварин при вживанні води з водойми. (K.G. Nicholson et al., 2003). Це підтверджується філогенетичним аналізом послідовностей нуклеїнових кислот різних підтипів вірусів грипу А від різних господарів та з різних географічних регіонів.
Аналіз послідовностей гена нуклеопротеїну показав, що віруси грипу птахів еволюціонували з появою 5 специфічних господарських ліній: віруси диких та домашніх коней, чайок, свиней та людини. Причому (!) віруси грипу людини і свиней складають так звану сестринську групу, що свідчить про їхню близьку спорідненість і, природно, загальне походження. Попередник вірусів грипу людини та класичний свинячий вірус, мабуть, мали повністю «пташине» походження. У країнах Середньої Азії, з відомих причин, свинина не популярна і ці тварини практично відсутні в тваринництві. Це призводить до того, що (на відміну від Китаю, наприклад), цей регіон не має в популяції домашніх тварин основного проміжного господаря - свиней, тому ймовірність «зародження» пандемічних вірусів у Середньоазіатському регіоні нижча, ніж у Китаї, що практично випливає з даних щодо аналізу їх походження (Грип птахів, 2005). Постійне джерело генів пандемічних вірусів грипу існує (у фенотипно незмінному стані), у природному резервуарі вірусів водоплавних та перелітних птахів (R.G. Welster, 1998). Слід мати на увазі, що попередники вірусів, що викликали пандемію «іспанки» (1918 р), як і віруси, які стали джерелом геному пандемічних штамів Азія/57 і Гонконг/68, досі циркулюють серед популяції диких птахів з незначними мутаційними змінами птахів ..., 2005).
Коментарі
(видні лише фахівцям, верифікованим редакцією МЕДІ РУ)
Перші згадки про грип були відзначені багато століть тому - ще 412 року до
н.е. опис грипоподібного захворювання було зроблено Гіппократом. Також
грипо-подібні спалахи були відзначені у 1173 році. Перша задокументована
пандемія грипу, яка забрала багато
життя, трапилося в 1580 році.
У 1889-1891 рр. відбулася пандемія середньої тяжкості, спричинена вірусом типу H3N2.
Сумно відома "Іспанка", викликана вірусом H1N1, відбулася в 1918-1920 рр.
Це найсильніша з відомих пандемій
Забрала понад 20 млн. життів. Від "іспанки"
серйозно постраждало 20-40% населення земної кулі.Смерть наступала вкрай
швидко. Людина могла бути ще абсолютно здоровою утором, до полудня вона хворіла і
помирав на ніч. Ті ж, хто не помер у перші дні, часто вмирали від ускладнень,
викликаних грипом, наприклад, пневмонії. Незвичайною особливістю "іспанки" було
те, що вона часто вражала молодих людей (зазвичай від грипу насамперед
страждають діти та особи похилого віку).
Збудник захворювання, вірус грипу, було відкрито Richard Shope у 1931 році.
Вірус грипу А вперше був ідентифікований англійськими вірусологами Smith,
Andrews і Laidlaw (National Institute for Medical Research, Лондон) 1933
року. Через три роки Francis виділив вірус грипу Ст.
У 1940 році було зроблено важливе відкриття – вірус грипу може бути
культивований на курячих ембріонах. Завдяки цьому з'явилися нові
можливості вивчення вірусу грипу.
1947 року Тейлором було вперше виділено вірус грипу С.
У 1957-1958 рр. трапилася пандемія
Яка назва "азіатський грип", викликана вірусом H2N2. Пандемія
почалася в лютому 1957 року на Далекому Сході та швидко
поширилася у всьому світі. Лише у США під час цієї пандемії померло
понад 70 000 осіб.
У 1968-1969 рр. стався середній за вагою "Гонконзький грип", викликаний
вірусом H3N2. Пандемія розпочалася у Гонконгу на початку 1968 року. Найбільш часто
від вірусу страждали люди похилого віку старше 65 років. Усього число
загиблих від цієї пандемії становило 33800 осіб.
У 1977-1978 рр. відбулася відносно легка за ступенем важкості пандемія
Названа "російським" грипом. Вірус грипу (H1N1), що спричинив цю пандемію
вже викликав епідемію у 50-х роках.
Тому насамперед постраждали особи, що народилися після 1950 року.
Збудники грипу відносяться до сімейства ортоміксовірусів, що включає 3 роди вірусів.грипу: А, В, С. Віруси грипу містять РНК, зовнішню оболонку, в якій розміщені 2 антигени – гемагглютинін та нейрамінідазу, здатні змінювати свої властивості, особливо у вірусу типу А. Зміна гемагглютиніна та нейрамінідази обумовлює появу нових підтипів вірусу більш тяжкі та масові захворювання.
Згідно з Міжнародною номенклатурою, позначення штамів вірусу включає такі відомості: рід, місце ізоляції, номер ізоляту, рік ізоляції, різновид гемаглютиніну (Н) та нейрамінідази (N). Наприклад, A/Сінгапур/l/57/H2N2 означає вірус роду А, виділений у 1957 р. у Сінгапурі, що має різновид антигенів H2N2.
Із вірусами роду А пов'язують пандемії грипу. Віруси грипу В не викликають пандемій, але локальні хвилі підйому захворюваності можуть захопити одну або кілька країн. Віруси грипу С викликають спорадичні випадки захворювання. Віруси грипу стійкі до низьких температур та заморожування, але швидко гинуть при нагріванні.
Ортоміксовіруси - віруси грипу А, В, С
Структурні особливості.
Ортоміксовіруси є оболонковими (суперкапсидними, “одягненими”) вірусами, середній розмір віріонів – від 80 до 120 нм. Віріони мають сферичну форму. Геном представлений однонитковою сегментованою (фрагментованою) негативною РНК. Віріон має суперкапсид, що містить виступаючі над мембраною у вигляді виступів (шипів) два глікопротеїди - гемагглютинін (HA) та нейрамінідазу (NA). У вірусів грипу А виділяють 17 антигенно різних типів гемаглютиніну та 10 типів нейрамінідаз.
Класифікація вірусів грипу заснована на відмінностях нуклеопротеїнових антигенів (розподіл на віруси А, В і С) та поверхневих білків HA та NA. Нуклеопротеїд (також званий S-антигеном) постійний за своєю структурою та визначає тип вірусу (А, В або С). Поверхневі антигени (гемагглютинін та нейрамінідаза - V-антигени), навпаки, мінливі та визначають різні штами одного типу вірусу. Зміна гемаглютиніну та нейрамінідази обумовлює появу нових підтипів вірусу, які викликають зазвичай більш тяжкі та масові захворювання
Основні функції гемаглютиніну:
Розпізнає клітинний рецептор – мукопептид;
Відповідає за проникнення віріона у клітину, забезпечуючи злиття мембран віріона та клітини; (Гемаглютинін забезпечує здатність вірусу приєднуватися до клітини.)
Його антигени мають найбільші протективні властивості. Зміни антигенних властивостей (антигенні дрейф та шифт) сприяють розвитку епідемій, спричинених новими Аг варіантами вірусу (проти яких не сформувався достатньо колективний імунітет).
Нейрамінідаза відповідаєза дисемінацію віріонів, спільно з гемагглютиніном визначає епідемічні властивості вірусу.
Нейрамінідаза відповідає, по-перше, за здатність вірусної частинки проникати у клітину-господаря, і, по-друге, за здатність вірусних частинок виходити із клітини після розмноження.
Нуклеокапсид складається з 8 сегментів вРНК та капсидних білків, що утворюють спіралеподібний тяж.
Життєвий цикл вірусу.
Реплікація ортоміксовірусів первинно реалізується у цитоплазмі інфікованої клітини, синтез вірусної РНК здійснюється в ядрі. В ядрі на вРНК синтезується три типи вірусспецифічної РНК: позитивні матричні мРНК (матриця для синтезу вірусних білків), повнорозмірна комплементарна кРНК (матриця для синтезу нових негативних віріонних РНК) та негативні віріонні вРНК (геном для віріонів, що знову синтезуються).
Вірусні білки синтезуються на полірибосомах. Далі вірусні білки в ядрі зв'язуються з вРНК, утворюючи нуклеокапсид. Заключний етап морфогенезу контролюється М – білком. Нуклеокапсид, проходячи через мембрану клітини, покривається спочатку М - білком, потім ліпідним клітинним шаром і суперкапсидними глікопротеїнами HA і NA. Цикл репродукції становить 6-8 годин і завершується відгалужуванням знову синтезованих віріонів.
Антигенна мінливість.
(Антигенна мінливість вірусів грипу. Мінливість вірусу грипу загальновідома. Ця мінливість антигенних і біологічних властивостей є фундаментальною особливістю вірусів грипу типів А і В. Зміни відбуваються в поверхневих антигенах вірусу - гемагглютиніні і нейрамінідазі. Найімовірніше це забезпечення. штами вірусів, на відміну від своїх попередників, не пов'язуються специфічними антитілами, які накопичуються в популяції: Існують два механізми антигенної мінливості: відносно невеликі зміни (антигенний дрейф) та сильні зміни (антигенний шифт).
Сучасне поділ ортоміксовірусів на роду (або типи А, В і С) пов'язане з антигенними властивостями головних білків нуклеокапсиду (нуклеокапсидний білок – фосфопротеїн NP) та матриксу вірусної оболонки (білок М). Крім відмінностей по NP і M білках, ортоміксовіруси відрізняються високою антигенною мінливістю, обумовленою варіабельністю поверхневих білків HA і NA. Виділяють два основні типи змін - антигенний дрейф та антигенний шифт.
Антигенний дрейфобумовлений точковими мутаціями, що змінюють структуру цих білків. Основним регулятором епідемічного процесу за грипу є популяційний (колективний) імунітет. В результаті його формування відбувається відбір штамів із зміненою антигенною структурою (насамперед гемаглютиніну), проти яких антитіла менш ефективні. Антигенний дрейф підтримує безперервність епідемічного процесу.
(Антигенний дрейф - відбувається в період між пандеміями у всіх типів вірусів (А, В і С). Це незначні зміни в структурі поверхневих антигенів (гемагглютиніна і нейрамінідази), що викликаються точковими мутаціями в генах, які їх кодують. Як правило, такі зміни відбуваються кожен рік У результаті виникають епідемії, оскільки захист від попередніх контактів з вірусом зберігається, хоч він і недостатній.
Однак у вірусів грипу А виявлено й іншу форму антигенної мінливості - антигенний шифт.(Зрушення), пов'язаний зі зміною одного типу гемаглютиніну (або нейрамінідази) на інший, тобто. на появі нового антигенного варіанта вірусу. Це спостерігається рідко та пов'язане з розвитком пандемій. За відому історію грипу виділено лише кілька антигенних фенотипів, викликають епідемії грипу в людей: HoN1, H1N1, H2N2, H3N2, тобто. тільки три типи гемаглютиніну (HA1-3) та два - нейрамінідази (NA 1 і 2). Віруси грипу типу В і С викликають захворювання тільки у людини, віруси грипу А - у людини, ссавців та птахів. Найбільшу епідемічну роль мають найбільш мінливі віруси грипу А. У вірусів грипу С немає нейрамінідазу, ці віруси зазвичай викликають легшу клінічну картину.
Існує думка, що антигенний шифт – результат генетичного обміну (рекомбінації) між вірусами грипу людини та тварин. До цих пір остаточно не встановлено, де в міжепідемічний період - поза людською популяцією (у птахів або ссавців) або в людській популяції (завдяки тривалій персистенції, локальній циркуляції) зберігаються віруси, які тимчасово вичерпали свої епідемічні можливості.
Птахів вважають первинними та основними господарями вірусів грипу А, у яких на відміну від людини поширені віруси з усіма 17 типами HA та 10 типами NA. Дикі качки – природні господарі вірусів грипу А, у яких збудник перебуває у шлунково-кишковому тракті та не завдає господарям помітної шкоди. Віруси виявляють свої патогенні властивості при переході на інших птахів та на ссавців. Серед ссавців найбільше значення надають свиням, яких вважають проміжним господарем і порівнюють зі "змішуючим судиною".
(Сучасні віруси грипу людини слабо переходять на тварин. Усі пандемії грипу А з 1930 р. починалися у Китаї, основними воротами поширення є Сибір (масові міграції птахів).
Н1N1-1930г. Виявлено у людини, свині, китів (1972 р.), свійських та диких птахів. З ним пов'язана знаменита пандемія "іспанки" (іспанського грипу). Цей тип знову набув поширення з 1977р.
H2N2 виявляється з 1957р. у людини та птахів. Епідемії, пов'язані із цими вірусами, приходили періодично. Нині обидва типи виявляють паралельно.
H3N2 виявлено 1963г. (Гонконг).
Вірус А/Сінгапур/1/57 (H2N2) має три гени від вірусів грипу птахів Євразії, вірус А/Гонконг/1/68 (H3N2) містить 6 генів від вірусу “Сінгапур” та два – від птахів. Ці дані підтверджують, нові епідемічні типи вірусів грипу А людство отримує від птахів - первинного господаря. Найближчий прогноз - можливість появи нових епідемічних варіантів вірусу грипу А, які мають гемагглютинін HA5 або 7 (достатньо заміни однієї - двох амінокислот у їх структурі).
До сімейства ортоміксовірусів (грец. orthos - правильний, туха - слиз) відносяться віруси грипу типів А, В, С, які так само, як і параміксовіруси, мають спорідненість до муцину. Віруси грипу А вражають людину та деякі види тварин (коні, свині та ін.) та птахів. Віруси грипу типів В та С патогенні тільки для людей. Перший вірус грипу людини було виділено від людини у 1933 р. В. Смітом, К. Ендрюсом та П. Лейдоу (штам WS) шляхом зараження білих тхорів. Пізніше цей вірус був віднесений до типу А. У 1940 р. Т. Френсіс і Т. Меджіл відкрили вірус грипу типу В, а в 1949 р. Р. Тейлор - вірус грипу типу С. При класифікації вірусів грипу завжди відчувалися певні труднощі, пов'язані з їхньою антигенною мінливістю. Віруси грипу поділені на три типи А, В і С. До типу А віднесено кілька підтипів, що відрізняються один від одного своїми антигенами - гемагглютиніном та нейрамінідазою. Згідно з класифікацією ВООЗ (1980 р.), віруси грипу людини та тварин типу А розділені на 13 антигенних підтипів за гемаглютиніном (Н1-Н13) та на 10 - за нейрамінідазом (N1-N10). З них до складу вірусів грипу людини типу А входить три гемаглютиніни (HI, H2 і НЗ) і дві нейрамінідази (N1 і N2). Наприклад, вірус грипу А: Хабаровськ/90/77 (H1N1).
