Обзор вирусов (Overview of Viruses)

Вирусы – это одни из мельчайших микробов, обычно величиной от 0,02 до 0,3 микрометра, хотя недавно были обнаружены несколько очень крупных вирусов длиной до 1 микрометра (megavirus, pandoravirus). Размножение вирусов находится в полной зависимости от клеток (бактериальных, растительных или животных). Некоторые вирусы имеют внешнюю оболочку, состоящую из белка и липидов, окружающую капсидный комплекс белка с геномной РНК или ДНК, а иногда и ферменты, необходимые для первых этапов репликации вируса.

Классификация вирусов составлена главным образом в соответствии с последовательностью их генома, принимая во внимание природу и структуру их генома и способ репликации, но не в соответствии с заболеваниями, которые они вызывают (см. International Committee on Taxonomy of Viruses (ICTV), 2021 release). Таким образом, существуют ДНК-вирусы и РНК-вирусы; и ДНК-вирусы, и РНК-вирусы могут иметь одинарные или двойные цепи генетического материала. Одноцепочечные РНК-вирусы в свою очередь подразделяются на РНК с положительной полярностью и РНК с отрицательной полярностью. Вирусы с положительно-полярной нитью РНК обладают одноцепочечным РНК-геномом, который может служить в качестве мессенджер-РНК (мРНК), способной к прямой трансляции для получения аминокислотного сиквенса. Вирусы с отрицательно-полярной нитью РНК обладают одноцепочечным отрицательно-полярным геномом, который сначала должен синтезировать комплементарный положительно-полярный антигеном, который затем используется для создания геномной отрицательно-полярной нити РНК. Как правило, ДНК-вирусы реплицируются в ядре клетки-хозяина, а РНК-вирусы обычно реплицируются в цитоплазме.

Некоторые одноцепочечные РНК-вирусы с положительной полярностью, называемые ретровирусами, используют совершенно другой способ репликации. Ретровирусы используют обратную транскрипцию для создания двухцепочечной ДНК-копии (провируса) их генома РНК, которая встраивается в геном клетки-хозяина. Обратная транскрипция осуществляется с помощью фермента обратной транскриптазы, который вирус несет с собой внутри своей оболочки. Примерами ретровирусов являются вирусы иммунодефицита человека и вирусы Т-клеточного лейкоза человека. После того, как провирус интегрируется в ДНК клетки-хозяина, он транскрибируется с использованием обычных клеточных механизмов для воспроизведения вирусных белков и генетического материала.

Если зародышевая клетка инфицирована ретровирусом, интегрированный провирус может стать эндогенным ретровирусом, который передается потомству. Секвенирование генома человека выявило, что как минимум, 1% генома человека состоит из эндогенных ретровирусных последовательностей, представляющие собой предыдущие контакты с ретровирусами в процессе эволюции человека. Немногие эндогенные ретровирусы человека остаются транскрипционно активными и вырабатывают функциональные белки (например, синтицины, которые участвуют в образовании структуры человеческой плаценты) (1). Ряд экспертов полагает, что некоторые заболевания неясной этиологии, такие как рассеянный склероз, определенные аутоиммунные нарушения, а также различные злокачественные опухоли, могут быть вызваны эндогенными ретровирусами.

Поскольку транскрипция РНК не использует те же самые механизмы для контроля ошибок, что и транскрипция ДНК, РНК-вирусы – в частности, ретровирусы – особенно склонны к мутации.

Вирусные геномы малы; геном РНК-вирусов колеблется от 3,5 т.п.н. (некоторые ретровирусы) до 27 т.п.н. (некоторые реовирусы), а геном ДНК-вирусов составляет от 5 т.п.н. (некоторые парвовирусы) до 280 т.п.н. (некоторые поксвирусы). Этот доступный контролю размер наряду с текущими достижениями в технологии секвенирования нуклеотидов означает, что частичное и полногеномное секвенирование станет важной составляющей в эпидемиологических исследованиях вспышек заболевания.

Для того, чтобы произошло инфицирование, вирус в первую очередь прикрепляется к одиночной или к одной из нескольких рецепторных молекул на поверхности клетки-хозяина. Затем вирусная ДНК или РНК проникает в клетку-хозяин и отделяется от внешней оболочки (декапсуляция вируса) и воспроизводится в клетке-хозяине с участием определенных ферментов. Вновь синтезированные компоненты вируса затем собираются в полноценные вирусные частицы. Клетка–хозяин, как правило, погибает, выделяя новые вирусы, которые заражают другие клетки хозяина. Каждый этап вирусной репликации задействует различные ферменты и субстраты и дает возможность для противодействия процессу инфицирования.

Последствия вирусного инфицирования в значительной степени варьируются. Многие инфекции вызывают острое заболевание после непродолжительного инкубационного периода, а некоторые являются бессимптомными или вызывают несущественные симптомы, которые никак нельзя распознать. Многие вирусные инфекции устраняются иммунной системой, но некоторые переходят в латентную форму, а некоторые становятся причиной хронического заболевания.

При скрытой инфекции вирусная РНК или ДНК остается в клетках-хозяина, но не реплицируется и не вызывает заболеваний в течение долгого времени, иногда в течение многих лет. Латентные вирусные инфекции могут передаваться в течение бессимптомного периода, что облегчает распространение от человека к человеку. Иногда реактивацию вызывает инициирующий фактор (в частности, иммуносупрессия).

К распространённым вирусам, которые переходят в латентную форму, относятся

• Герпесвирусы

• Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ)

• Паповавирусы (состоят из 2 подгрупп: папилломавирусы и полиомавирусы)

Вирус Эбола, по-видимому, сохраняется в иммунологически привилегированных участках тела человека (например, яички, глаза) (2).

Некоторые заболевания вызываются реактивацией вируса в центральной нервной системе после очень продолжительного латентного периода. Эти заболевания включают

• Прогрессирующая мультифокальная лейкоэнцефалопатия (из-за вируса Дж. К. [Джона Каннингема], полиомавируса)

• Подострый склерозирующий панэнцефалит (из-за вируса кори)

• Прогрессирующий краснушный панэнцефалит (вызванный вирусом краснухи)

Хронические вирусные инфекции характеризуются продолжительным, непрерывным выделением вируса; примерами являются внутриутробное заражение вирусом краснухи или цитомегаловирусом и персистирующий гепатит В или С. ВИЧ может вызывать как латентные, так и хронические инфекции.

Несколько сотен различных вирусов способны поражать людей. Такие вирусы часто распространяются через респираторные и кишечные выделения. Кровь, собранная для переливания, проверяется на наличие ряда вирусов (см. таблицу Тестирование на передачу инфекционных заболеваний). Многие вирусы передаются грызунами или членистоногими, а летучие мыши недавно были идентифицированы как хозяева многих вирусов млекопитающих, включая некоторые, ответственные за определенные серьезные инфекции человека (например, SARS-CoV-2).

Некоторые вирусы передаются половым путем через слизистые оболочки, такие как вирус Зика. Другие вирусы передаются при передаче крови (например, при пункции контаминированной иглой или при переливании крови), включая вирусы гепатита А, B, С и Е, и следующие арбовирусы:

• чикунгунья

• Лихорадка денге

• Западного Нила

• Зика

Цитомегаловирус [ЦМВ] и Вирус Эпштейна - Барр являются наиболее распространенными вирусами при трансплантации тканей. Другие такие же вирусы:

• Арбовирусы, такие как Зика, Западного Нила, и лихорадка денге

• Вирус лимфацитарного хориоменингита

• HIV-1

• Бешенство

• Гепатит B (ВГB)

• Вирус простого герпеса

Вирусы распространены по всему миру, но их патогенность ограничена врожденной резистентностью, поствакцинальным иммунитетом, санитарными и другими методами контроля со стороны системы здравоохранения и профилактическими противовирусными препаратами.

Зоонозные вирусы реализуют свои биологические циклы в основном у животных; люди – вторичные или случайные хозяева. Такие вирусы существуют в определенной окружающей среде, которая в состоянии поддерживать их естественные циклы, отличающиеся от человека (позвоночные животные, членистоногие или и те, и другие).

Вариантная болезнь Крейтцфельдта – Якоба и губчатая энцефалопатия крупного рогатого скота, о которых изначально считалось, что они вызываются вирусами, относились к медленным вирусным заболеваниям из-за продолжительного инкубационного периода (несколько лет), но теперь известно, что они могут быть вызваны прионами; прионы – это белковые болезнетворные агенты, которые не являются бактериями, грибками или вирусами и не содержат генетический материал.

(См. также Типы вирусных расстройств (Types of Viral Disorders).)