Вирусы являются одними из самых маленьких микробов, их диаметр обычно составляет от 0,02 до 0,3 микрометра, хотя недавно было обнаружено несколько очень крупных вирусов размером до 1 микрометра (например, мегавирус, пандоравирус). 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. Несколько сотен различных вирусов способны поражать людей.
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). 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 подразделяются на вирусы с положительной и отрицательной РНК. 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.
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.
Некоторые вирусы с одноцепочечной положительной РНК, которые называют ретровирусами, используют совершенно другой способ репликации. Примерами ретровирусов являются вирусы иммунодефицита человека и вирусы Т-клеточного лейкоза человека. 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. 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, 8% генома человека состоит из эндогенных ретровирусных последовательностей, представляющие собой предыдущие контакты с ретровирусами в процессе эволюции человека (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. Немногие эндогенные ретровирусы человека остаются транскрипционно активными и вырабатывают функциональные белки (например, синтицины, которые участвуют в образовании структуры человеческой плаценты) (2).
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.
Механизм вирусной инфекциизаключается в том, что вирус сначала прикрепляется к клетке-хозяину через одну или несколько рецепторных молекул на поверхности клетки. 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. Как правило, ДНК-вирусы реплицируются в ядре клетки-хозяина, а РНК-вирусы обычно реплицируются в цитоплазме. 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.
(См. также Типы вирусных расстройств (Types of Viral Disorders).)
Течение вирусных инфекций
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
Паповавирусы (состоят из 2 подгрупп: папилломавирусы и полиомавирусы)
Вирус Эбола, по-видимому, сохраняется в иммунологически привилегированных участках тела человека (например, яички, глаза) (3).
Некоторые заболевания вызываются реактивацией вируса в центральной нервной системе после очень продолжительного латентного периода. Эти заболевания включают:
Прогрессирующую мультифокальную лейкоэнцефалопатию (из-за вируса Дж. К. [Джона Каннингема], полиомавируса)
Подострый склерозирующий панэнцефалит (из-за вируса кори)
Прогрессирующий краснушный панэнцефалит (вызванный вирусом краснухи)
Опоясывающий лишай (вызванный вирусом varicella zoster)
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.
Пути передачи вирусов
Способ передачи варьируется в зависимости от вируса, при этом некоторые вирусы могут распространяться более чем одним способом передачи.
Вирусы, поражающие в первую очередь людей, часто распространяются через дыхательные пути. Это может произойти, когда инфицированный человек выделяет респираторные капли при разговоре, чихании или кашле, и эти капли распространяются на небольшое расстояние и могут заразить других людей через слизистые оболочки, такие как глаза, нос или рот (например, грипп, респираторно-синцитиальный вирус [РСВ]). При воздушно-капельном пути передачи капли или частицы остаются в воздухе во взвешенном состоянии в течение определенного времени и на определенном расстоянии и вызывают инфекцию, когда вдыхаются другим человеком (например, корь, вирус ветряной оспы). SARS-CoV-2 может распространяться капельным или воздушным путем.
Передача через фомиты происходит, когда поверхности (например, дверные ручки, столы, медицинское оборудование) контаминируются при непосредственном выделении патогенов или через контакт рук от инфицированных людей (например, норовирус, риновирус).
Фекально-оральный путь передачи также является распространенным и происходит, когда фекальные массы загрязняют пищу, воду или руки и попадают внутрь (например, норовирус, некоторые энтеровирусы).
Гемотрансмиссионный путь передачи происходит при передаче вируса через кровь или другие жидкости организма (например, ВИЧ, вирусы гепатита A, B, C и E). Некоторые арбовирусы также могут передаваться через кровь или жидкости организма, включая чикунгунью, лихорадку денге, западный нильский энцефалит и вирус Зика. Из-за риска передачи вирусов, передающихся через кровь, кровь, собранная для переливания, тщательно проверяется (см. таблицу Исследование на наличие инфекционных заболеваний, передающихся через кровь).
Материнско-плодовая (вертикальная) передача может происходить от инфицированной беременной женщины (часто при первичной инфекции) к плоду во время беременности. Передача также возможна при контакте с инфицированной кровью или вагинальными выделениями во время родов или через грудное молоко.
Половая передача некоторых вирусов может происходить через кровь или жидкости организма (например, вагинальные выделения, сперму) при контакте со слизистыми оболочками (например, вирус папилломы человека, вирус простого герпеса, вирус Зика, вирус Эбола).
Цитомегаловирус и Вирус Эпштейна - Барр являются наиболее распространенными вирусами при трансплантации тканей. Другие такие же вирусы:
Арбовирусы, такие как Зика, Западного Нила, и лихорадка денге
Многие вирусы передаются через членистоногих-переносчиков, таких как комары (например, чикунгунья и Зика) и клещей (например, вирус клещевого энцефалита) (см. World Health Organization (WHO): болезни, передаваемые переносчиками). Насекомые также могут быть переносчиками бактериальных или паразитарных патогенов, а летучие мыши недавно были идентифицированы как хозяева многих вирусов млекопитающих, чаще всего бешенства, но также вирусов, вызывающих другие серьезные инфекции у человека (например, SARS-CoV-2, Эбола).
Зоонозные вирусы размножаются в организмах животных, а затем передаются человеку непосредственно либо через переносчиков или промежуточных хозяев. Например, ближневосточный респираторный синдром (MERS-CoV) может передаваться от одногорбых верблюдов к человеку при непосредственном контакте с зараженными верблюдами. Птицы являются основным резервуаром для вируса Западного Нила; комары, питающиеся зараженными птицами, становятся переносчиками, а затем зараженный комар может передать вирус человеку и другим млекопитающим.
Вирусы и рак
Некоторые вирусы являются онкогенными и непосредственно вызывают или предрасполагают к определенным видам рака:
Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ): саркома Капоши, неходжкинская лимфома, рак шейки матки, лимфома Ходжкина и карциномы рта, горла, печени, легких и ануса
Папилломавирус человека (ВПЧ): рак шейки матки, пенильная карцинома, вагинальная карцинома, рак анального канала, рак ротоглотки и рак пищевода
Т-лимфотропный вирус человека 1: определенные типы лейкемии и лимфомы человека
Вирус Эпштейна–Барр: носоглоточная карцинома, лимфома Беркитта, лимфома Ходжкина и лимфомы у реципиентов с трансплантированным органом и ослабленным иммунитетом
Вирусы гепатита B и гепатита C: гепатоцеллюлярная карцинома
Вирус герпеса человека 8-го типа: саркома Капоши, первичная выпотная лимфома, многоочаговая болезнь Кастлемана (лимфопролиферативное заболевание)
Справочные материалы
1. Suntsova M, Garazha A, Ivanova A, Kaminsky D, Zhavoronkov A, Buzdin A. Molecular functions of human endogenous retroviruses in health and disease. Cell Mol Life Sci. 2015;72(19):3653-3675. doi:10.1007/s00018-015-1947-6
2. Dupressoir A, Lavialle C, Heidmann T. From ancestral infectious retroviruses to bona fide cellular genes: role of the captured syncytins in placentation. Placenta. 33(9):663-671, 2012. doi:10.1016/j.placenta.2012.05.005
3. Schindell BG, Webb AL, Kindrachuk J. Persistence and sexual transmission of filoviruses. Viruses. 10(12):683, 2018. doi: 10.3390/v10120683
Диагностика вирусных инфекций
Вирусные инфекции и ассоциированные с ними заболевания можно диагностировать различными способами, в том числе
Клинически основано на вероятной истории контакта, особенно во время эпидемии (например, при гриппе, норовирусе, SARS-CoV-2), или характерных симптомах или признаках (например, при кори, краснухе, розеоле детской, инфекционной эритеме и ветряной оспе)
С помощью анализа крови или других образцов (например, мокроты)
Методы лабораторного тестирования на вирусы различаются в зависимости от вируса и доступности в системе здравоохранения. Варианты включают:
Методы амплификации нуклеиновых кислот (МАНК), включая методы полимеразной цепной реакции (ПЦР), обнаруживают определенный вирус
Тесты на обнаружение антигенов вирусных белков
Серологические тесты на обнаружение антител
Культивирование вирусов, при котором вирусы выращиваются в клеточных культурах
Прямой флуоресцентный анализ антител (DFA) с использованием флуоресцентно-меченых антител для обнаружения вирусных антигенов
Четкий лабораторный диагноз необходим, главным образом для успешного специфического лечения, или если возбудитель может быть угрозой для здоровья населения. В Соединенных Штатах большинство больничных лабораторий могут проводить тестирование на многие вирусы, но для менее распространенных заболеваний (например, бешенство, восточный лошадиный энцефалит, человеческий парвовирус В19) образцы должны отправляться в государственные лаборатории общественного здравоохранения или в Центры по контролю и профилактике заболеваний. В зависимости от вируса и теста исследуемыми образцами могут быть кровь, мокрота, ткань или другие образцы.
МАНК являются чувствительными и специфичными тестами, при этом результаты могут быть доступны через 1–2 часа или 12 и более часов, в зависимости от конкретного теста. Для быстрого скрининга обычно используются тесты на обнаружение антигенов, при этом некоторые из них дают результаты в течение 15 минут, но этот тип тестов может иметь более низкую по сравнению с МАНК чувствительность или специфичность. Быстрым методом является DFA, но он доступен только для ограниченного числа вирусов и имеет более низкую по сравнению с ПЦР чувствительность. Культивирование вирусов используется реже, поскольку занимает больше времени, требует большей подготовки и, временами, более высокой степени изоляции, но считается золотым стандартом тестирования.
Серологическое исследование на антитела в острой фазе и стадии выздоровления может быть чувствительным и специфичным, но медленным; с некоторыми вирусами, особенно флавивирусами, перекрестная реакция запутывает диагноз.
Иногда гистологическое исследование с помощью электронного (не светового) микроскопа позволяет выявить характерные изменения клеток.
По определенным диагностическим процедурам см. Лабораторная диагностика инфекционных заболеваний.
Лечение вирусных инфекций
Противовирусные препараты
Прогресс в разработке и использовании противовирусных препаратов происходит быстрыми темпами. Механизмы противовирусных препаратов могут быть направлены на различные фазы репликации вируса. Они могут
Препятствовать присоединению вирусных частиц к мембранам клеток хозяина или декапсидации нуклеокапсида
Ингибировать клеточные рецепторы или факторы, необходимые для репликации вируса
Блокировать специфические кодируемые вирусом ферменты и белки, которые продуцируются в клетках хозяина и необходимы для репликации вируса, но не для нормального метаболизма клеток хозяина
Противовирусные препараты чаще всего используются в терапевтических или профилактических целях против герпесвирусов (включая цитомегаловирус), респираторных вирусов (включая SARS-CoV-2), ВИЧ, хронического гепатита B и хронического гепатита C. Вместе с тем, некоторые препараты эффективны против множества различных видов вирусов. Например, некоторые препараты, эффективные против ВИЧ, иногда используются при других вирусных инфекциях, таких как гепатит В.
Интерфероны
Интерфероны – вещества, вырабатываемые зараженными клетками-хозяевами в ответ на вирусные или другие чужеродные антигены.
Существует множество различных интерферонов, которые имеют многочисленные эффекты, такие как блокировка трансляции и транскрипции вирусной РНК и остановка репликации вируса без нарушения нормальной функции клетки-хозяина.
Во время интерферонотерапии интерфероны иногда назначают вместе с полиэтиленгликолем (пегилированные составы), что обеспечивает медленное, устойчивое высвобождение.
Вирусные заболевания, которые можно лечить интерфероном:
Генитальные бородавки (остроконечные кондиломы), которые вызваны вирусом папилломы человека
Саркома Капоши, которая связана с поздней стадией ВИЧ-инфекции
Побочные эффекты от воздействия интерферонов включают лихорадку, озноб, слабость и миалгию, типично начинающиеся спустя 7–12 часов после первой инъекции и длящиеся до 12 часов. Депрессия, а при применении больших доз супрессия костного мозга, также возможны.
Антитела
Реконвалесцентная сыворотка и моноклональные антитела (МАТ) можно использовать для лечения некоторых вирусных инфекций (например, Заир, Инфекция, вызванная вирусом Эбола, респираторно-синцитиальный вирус [РСВ], вирус бешенства).
Профилактика вирусных инфекций
Вакцины
Вакцины стимулируют иммунную систему человека для предотвращения заражения вирусом или тяжелого заболевания, вызванного им. Противовирусные вакцины общего назначения включают вакцины против
Японский энцефалит
Эпидемический паротит(свинка)
Клещевой энцефалит (недоступно в США)
Вакцины против аденовируса, оспы и оспы обезьян доступны, но используются только в группах высокого риска (например, у восприимчивых лиц во время вспышки, у военнослужащих).
Вакцина против Эболы вводится во время вспышек и лицам с высоким риском заражения.
Вакцина против лихорадки денге одобрена для использования у определенных лиц с лабораторно подтвержденной предыдущей инфекцией денге, проживающих в районах, где денге является эндемичным заболеванием (см. также Центры по контролю и профилактике заболеваний США: "Вакцина против денге").
Было разработано множество вакцин для профилактики COVID-19, вызванного SARS-CoV-2, включая мРНК-вакцины и другие типы вакцин.
Эффективные вакцины могут искоренять вирусные заболевания. Оспа была искоренена в 1978 году, а чума крупного рогатого скота (вызываемая вирусом, близкородственным вирусу кори человека) – в 2011 году. Благодаря масштабной вакцинации полиомиелит почти искоренен во всем мире, однако случаи заболевания все еще имеют место в районах с неполной иммунизацией. С 2022 по 2024 год случаи заболевания были зарегистрированы только в Пакистане и Афганистане (1). В некоторых частях мира, в частности, в странах Южной и Северной Америки, корь была практически искоренена, но поскольку это заболевание очень заразно и охват вакцинацией является частичным даже в тех регионах, где она считается искорененной, то окончательного уничтожения кори не ожидается.
Перспективы разработки вакцин и искоренения других клинически значимых вирусных инфекций (таких как ВИЧ) в настоящее время неопределенны.
Пассивная иммунизация
Иммуноглобулины доступны для пассивной иммунопрофилактики в отдельных ситуациях. Они могут использоваться при опасности заражения (например, гепатитом А), после заражения (например, бешенством, ветряной оспой, гепатитом B) и для лечения заболевания (например, вакцинальной экземе).
Моноклональные антитела против РСВ (нирсевимаб) следует использовать для профилактики РСВ-инфекции у всех младенцев, чьи матери не получили материнскую вакцину против РСВ во время беременности, а также рекомендуется небольшой группе детей в возрасте от 8 до 19 месяцев, у которых повышен риск тяжелой РСВ-инфекции. (See also CDC: Respiratory Syncytial Virus: Immunizations to Protect Infants).
Моноклональные антитела, активные против SARS-CoV-2, доступны для людей с умеренным и тяжелым иммунодефицитом, которые вряд ли дадут адекватный иммунный ответ на вакцинацию против COVID-19 (см. Профилактика COVID-19: "Моноклональные антитела").
Моноклональные антитела используются для лечения болезни, вызванной вирусом Эбола, возбудителем которой является Zaire orthoebolavirus.
Профилактические меры
Многие вирусные инфекции могут быть предотвращены при помощи рутинных профилактических мер (которые изменяются в зависимости от способа передачи данного возбудителя).
Необходимые меры включают
Мытье рук
Соответствующая подготовка пищи и очистка воды
Избегание контакта с больными людьми
Практики более безопасного секса
Ношение маски
Физическаяизическое дистанцирование при необходимости (например, для профилактики COVID-19)
При инфекциях, переносчиками которых являются насекомые (например, комары, клещи), важны меры индивидуальной защиты от укусов переносчиков, такие как репелленты, соответствующая одежда, москитные сетки на окнах в домах и устранение открытых стоячих водоемов.
Для таких инфекций, как инфекция, вызванная вирусом Эбола, важной защитной мерой является избегание контакта с кровью и жидкостями организма больных людей (такими как моча, кал, слюна, пот, рвота, грудное молоко, амниотическая жидкость, сперма и вагинальные жидкости). Необходимо избегать контакта со спермой мужчины, выздоровевшего после инфицирования вирусом Эбола, до тех пор, пока анализ не покажет, что вирус исчез из его спермы.
Справочные материалы по профилактике
1. World Health Organization (WHO). Poliomyelitis (Polio). Accessed December 11, 2024.
