Геном вируса гриппа представлен

Аннотация научной статьи по биологическим наукам, автор научной работы — К.Х. Жуматов

Представлены современные данные по классификации, структуре и распространению вирусов гриппа А как наиболее актуальных возбудителей острых респираторных инфекций. Делается вывод о важности их эколого-вирусологического мониторинга в биосфере.

Похожие темы научных работ по биологическим наукам , автор научной работы — К.Х. Жуматов

INFLUENZA A VIRUSES: CLASSIFICATION, STRUCTURE AND PROPAGATION IN BIOSPHERE

The modern data concerning classification, structure and propagation of influenza A viruses, as the most important agents of acute respiratory disease, are presented. The conclusion about significance of their ecological and virological surveillance in biosphere is done.

Вестник КазНМУ, №2(2)- 2014

ИНФЕКЦИОННЫЕ БОЛЕЗНИ INFECTIOUS DISEASES

Представлены современные данные по классификации, структуре и распространению вирусов гриппа А как наиболее актуальных возбудителей острых респираторных инфекций. Делается вывод о важности их эколого-вирусологического мониторинга в биосфере. Ключевые слова: вирус гриппа, пандемия, птица, гемагглютинин, нейраминидаза.

Актуальность. В структуре инфекционной патологии острые респираторные вирусные инфекции, и в первую очередь грипп, занимают доминирующее положение по количеству заболевших людей и наносимому экономическому ущербу. По оценкам Всемирной организации здравоохранения типичная эпидемия гриппа поражает от 5 до 20% населения в год с гибелью от 250000 до 500000 тыс. человек; с учетом летальных исходов от осложнений общая смертность может достигать 1-1,5 миллионов человек. При глобальных пандемиях заражается 2040% населения земного шара, число умерших возрастает от нескольких до десятков миллионов [1].

Строение и классификация вирусов гриппа. Все возбудители гриппа человека относятся к семейству Orthomyxoviridae, и представлены тремя родами: А, В и С. Помимо них в семейство входят вирусы родов Тhogotovirus и Isavirus поражающие лососевых рыб и зайцеобразных млекопитающих [2]. Наибольшее эпидемическое значение имеют вирусы гриппа А, только они способны вызывать глобальные пандемии и ежегодные, сезонные эпидемические вспышки [3]. Геном вируса гриппа А представлен в виде сегментированной линейной РНК негативной полярности (т.е. для синтеза вирусных белков в клетке необходимо образование комплементарной информационной мРНК). Восемь ее фрагментов кодируют, по крайней мере, 10 различных белков. Структурные белки вириона разделяются на поверхностные (гемагглютинин - НА, нейраминидаза - NA, мембранный белок ионного канала - М2) и внутренние. К последним относятся нуклеопротеин ^Р), матриксный белок (М1) и полимеразный комплекс, который включает два основных (РВ1, РВ2) и один кислотный (РА) белки [4]. Неструктурный полипептид NS1 в больших количествах синтезируется в зараженной клетке, другой неструктурный компонент NS2, известный также как полипептид ядерного транспорта ^ЕР), обнаруживается большей частью в хозяйской клетке, некоторое его количество находят в вирионе [5]. Еще один неструктурный белок РВ1^, состоящий из 87 аминокислотных остатков, транскрибируется с рамки считывания РВ1 и вовлечен в апоптоз клетки, его роль в патогенезе мало изучена [6].

Вирусы гриппа А разделяются на основе антигенных свойств поверхностных гликопротеидов НА и NA. К настоящему времени идентифицировано 16 субтипов НА и 9 субтипов - NA, которые обнаруживаются во многих различных сочетаниях (например, НШ1, Н3N2, Н5N1, Н7N7 и т.д.) [7, 8, 9].

Экология вирусов гриппа А. Основной экологической нишей и генофондом вирусов гриппа А служат дикие птицы водного и околоводного комплексов. Помимо этого, они способны инфицировать, по крайней мере, 18 видов млекопитающих, таких как свиньи, лошади, норки, ондатры, морские животные; сравнительно недавно они выделены от диких кошачьих и собак[9, 10, 11, 12, 13, 14]. Особо важное значение в глобальных перемещениях вирусных популяций имеют сезонные миграции птиц, которые в эволюционном плане являются одним из древнейших (свыше 300 млн лет) резервуаров вирусов. Плотность популяций ряда видов орнитофауны очень высока, и это служит одним из условий возникновения среди них эпизоотий. Ряд видов относится к синантропным и тесно контактируют с человеческим жильем и домашними животными. V Munster et а1. [15] исследовали с помощью молекулярно-генетических тестов, как алтернативы классическим, трудоемким методам выделения на

развивающихся куриных эмбрионах, 36809 проб от птиц 323 видов 18 отрядов, собранных преимущественно в Северной Европе, а также Азии, Африке, Северной и Южной Америке, Арктике и Антарктике. Положительными на наличие РНК вируса гриппа А оказались образцы от птиц 25 видов трех отрядов. Авторами обнаружено 55 различных комбинаций HA/NA. Наиболее частыми явились: H4N6 (13.6%), H7N7 (10.5%) и H6N2 (9.9%). При этом HA Н8 сочетался только с N4, а Н16 - с N3. В целом, по данным Т. Лобановой и др. [16] из 144 возможных комбиниций HA/NA в природе встречаются только 86, из которых 80-83 инфицируют птиц.

Грипп у человека вызывается, в большинстве случаев, вирусами субтипов H1, H2 и H3, которые способны распознавать специфические рецепторы клеток респираторного тракта, имеющие в составе а-2,6-1-связанную сиаловую кислоту, в то время как клеточные рецепторы птиц содержат а-2,3-1-связанную сиаловую кислоту. Прямая передача вирусов гриппа птиц к человеку наблюдалась только в случае вирусов H5N1, H7N2, H7N3, H7N7, H9N2 и H10N7, однако широкого эпидемического распространения они не приобрели [17]. Другим препятствием для вирусов гриппа птиц в преодолении межвидового барьера и адаптации к новому хозяину является их недостаточная полимеразная активность в клетках человека. Доказано, что они могут приобретать широкий спектр адаптивных мутаций в полимеразных субъединицах PB1, PB2, PA, NP и NEP, точные механизмы совместного действия которых неизвестны. Указанные мутации во многом определяют эпидемический потенциал вирусов гриппа птиц. Их обнаружение и своевременная идентификация важны в практическом плане для выявления потенциально опасных вариантов вирусов [18].

История заболеваемости гриппом в ХХ веке насчитывает три пандемии (1918 г., 1957 г., 1968) и одну глобальную эпидемию в 1977 г.

1957-1958 - Азиатский грипп A (H2N2). Впервые зарегистрированный в Китае в конце февраля 1957 г. достиг США в июне 1957 г., где вызвал около 70000 смертей. 1968-1969 - Гонконгский грипп A (H3N2). Впервые зарегистрирован в Гонконге в начале 1968 г., в конце этого же года достиг США, где вызвал около 34000 смертей. Вирус гриппа А (H3N2) циркулирует до сих пор.

Основной причиной высокой смертности при пандемиях явилось развитие синдрома острой дыхательной недостаточности и асфиксии. Клиническая картина обуславливалась вследствие развития мощного ответа организма на новый вирус, (т. н. цитокиновая буря, удар) с выбросом огромных количеств иммунных клеток и медиаторов в легкие [19].

Долгое время считалось, что вирусы гриппа птиц не опасны для людей, но это положение опровергнуто в 1997 г., когда в Гонконге вирус H5N1 вызвал инфекцию у 18 человек, из которых 6 умерло *20+. По данным ВОЗ в период с 2003 по 2009 гг. среди

Вестник КазНМУ, №2(2)- 2014

Казахстан занимает уникальное географическое положение в центре Евразии и через его огромную территорию проходят трансконтинентальные миграционные пути диких птиц, являющихся потенциальными источниками эпидемических вариантов вируса гриппа. В связи с этим, изучение экологии и

эволюции его возбудителей является приоритетной задачей отечественной вирусологии. Первые исследования в этой области проведены в РК в 1978-1981 гг. В этот период при вирусологическом обследовании 1773 птиц, отловленных на юге и юго-востоке страны, выделено 52 изолята вируса гриппа, из которых 42 охарактеризованы как штаммы, имеющие антигенную формулу А ^^N5), 10 - отнесены к вирусу А (НШ1). [24, 25+. В целом, в результате эколого-вирусологического мониторинга возбудителей гриппа среди диких птиц на территории Казахстана в период с 1978 по 2012 гг. выделено более 100 изолятов вируса гриппа А с 8 различными сочетаниями НА и NА (НШ2, Н3N6, Н4N6, Н5N1, Н5N3, Н1Ш2, Н^6, Н^3) [26].

Заключение. Таким образом, для вирусов гриппа А характерно сочетание уникальной генетической пластичности с большим видовым разнообразием хозяев, что обуславливает появление новых штаммов с измененными антигенными свойствами, в том числе вариантов с повышенной патогенностью. Для раскрытия механизмов естественной эволюции вирусов гриппа А необходимо изучение их циркуляции в популяциях восприимчивых видов, а также выделение и всестороннее молекулярно-генетическое исследование наиболее

распространенных вариантов вирусов. При этом глобальное слежение за вирусом гриппа в орнитофауне может сыграть ключевую роль в раннем распознавании угрозы пандемии и подготовке к ней. Мониторинговые исследования необходимы для отбора подходящих вакцинных вариантов, а также разработки и внедрения диагностических тестов до возникновения вспышек среди животных и населения.

2 Osterhaus A. D. M. E., Rimmelzwaan G. F., Martina B. E. et al. A. M. Influenza B Virus in Seals // Science. - 2000. - Vol. 288. - P. 1051-1053.

3 Osterholm M. Preparing for the next pandemic // NEJM - 2005. - Vol. 352(18). - P. 1839-1842.

4 Palese P., Shaw M.L. Orthomyxoviridae: The Viruses and Their Replication // In: Knipe, DM.; Howley, PM., editors / Fields Virology. 5th Edition. -2001. - P. 1647-1689.

5 O'Neill R.E., Talon J., Palese P. The influenza virus NEP (NS2 protein) mediates the nuclear export of viral nucleoproteins // J. EMBO - 1998. -Vol. 17. P. 288-296.

6 Chen W., Calvo P.A., Malide D. et al. A novel influenza A virus mitochondrial protein that induces cell death // Nature medicine. - 2001. - Vol. 7. - P. 1306-1312.

Т¥МАУ А ВИРУСЫ: КЛАССИФИКАЦИЯ, К*РЫЛЫМЫ ЖЭНЕ БИОСФЕРАДА ТАРАЛУЫ

Туйш: Жт респираторлы инфекция ^оздырушыларыныц езекпа тумау А вирустарыныц классификациясы, ^урылымы жэне таралуы жайында заманау мэлiметтер кел^ршген. Оларга биосферада экологияльи^ вирусологияльщ мониторинг журпзу мацызды екешне ^орытынды жасалады.

ТYйшдi свздер: тумау вирусы, пандемия, ^ус, гемагглютинин, нейраминидаза.

Institute of microbiology and virology, CS MES РК, Almaty

INFLUENZA A VIRUSES: CLASSIFICATION, STRUCTURE AND PROPAGATION IN BIOSPHERE

Resume: The modern data concerning classification, structure and propagation of influenza A viruses, as the most important agents of acute respiratory disease, are presented. The conclusion about significance of their ecological and virological surveillance in biosphere is done. Keywords: influenza virus, pandemic, bird, hemagglutinin, neuraminidase.

Возбудители гриппа относятся к семейству ортомиксовиру-сов (Orthomyxoviridae) и являются пневмотропными вирусами. Схематическое строение вируса гриппа представлено на рис. 1. Геном вируса складывается из 8 фрагментов однонитчатой РНК, которые кодируют 10 вирусных белков. Фрагменты РНК имеют общую белковую оболочку, соединяющую их, образуя антигенно-стабильный рибонук-леопротеид (S-антиген), который определяет принадлежность вируса к серотипу А, В или С. Снаружи вирус покрыт двойным липидным слоем, с внутренней стороны которого находится слой мембранного белка.

Рис. 1. Схематическое строение вируса гриппа

Гемагглютинин и нейраминидаза являются факторами агрессии вируса гриппа. Интенсивность интоксикации при гриппе определяется свойствами гемагглютинина, а нейраминидаза обладает выраженным иммунодепресивным действием. Оба поверхностных антигена характеризуются выраженной способностью к изменчивости, в результате чего появляются новые антигенные варианты вируса. Гемагглютинины 1, 2, 3-го типов и нейраминидазы 1, 2-го типов содержат вирусы, которые поражают человека. Другие антигены характерны для вирусов гриппа животных (свиней, собак, лошадей, многих видов птиц и др.).

Вирусы гриппа А. Эти возбудители более вирулентны и контагиозны, чем вирусы гриппа В и С. Это обусловлено тем, что вирус А содержит 2 типа нейраминидазы (N1, N2) и 4 — гемагглютинина (НО, HI, H2, НЗ); вирус В — 1 и 1 соответственно, поэтому он имеет лишь антигенные варианты внутри одного серотипа; вирус С содержит только гемагглютинин и не содержит нейраминидазу, но он имеет рецептор, который разрушает энзим. Вирусу С несвойственна изменчивость.

Одновременно циркулируют и имеют эпидемическое распространение 2 подтипа вируса гриппа А — H3N2 и H1N1. На сегодняшний день во всем мире доминирует вариант А/Сидней/05/97, А/Берн/07/95 и А/Пекин/262/95. Характерной чертой современных вирусов гриппа A (H3N2) является изменение ряда их биологических свойств: тяжело размножаются в куриных эмбрионах, не агглютинируют эритроциты кур, взаимодействуют только с эритроцитами человека или морской свинки, имеют низкую иммуногенную активность.

Вирусы гриппа В выделяются только от людей. По вирулентности и эпидемиологической значимости они уступают вирусам гриппа А. По антигенным свойствам гемагглютинин и нейраминидазу вируса В можно разделить на 5 подтипов. Их изменчивость носит более постепенный и медленный характер, что объясняет эпидемиологические особенности вируса гриппа В (эпидемии возникали 1 раз в 3-4 года до 1988 г.). В мире сейчас циркулируют 2 варианта вируса гриппа В: В/ Пекин/184/93 (Европа, Америка, Африка, Австралия) и В/Виктория/2/87 (Юго-Восточная Азия). Характерной чертой современных вирусов гриппа А и В является их высокая чувствительность к ингибиторам гемагглютинирующей и инфекционной активности, которые содержатся в сыворотке крови нормальных животных.

Вирусы гриппа С. Вирусы гриппа С, в отличие от вирусов А и В, не вызывают эпидемий, но они могут быть причиной вспышек в организованных детских коллективах. Подъемы заболеваемости гриппом С нередко предшествуют или сопровождают эпидемии гриппа А и В. У детей раннего возраста и более старших возрастных групп он приводит к заболеваниям в легкой и бессимптомной форме.

Для вирусов гриппа С характерна значительно большая стабильность антигенных и биологических свойств. По ряду биологических характеристик эти возбудители отличаются от других представителей семейства ортомиксовирусов. Им присуща низкая репродуктивная активность в разных клеточных системах и наличие других, чем у вирусов гриппа А и В, рецепторов на поверхности эритроцитов. Рецептор-деструктирующая активность связана не с нейраминидазой, как у вирусов гриппа А и В, а с ферментом нейраминат-О-ацетилестеразой.

Сложность этиологии усиливают факты выделения от людей вирусов, которые не свойственны человеку. Гены вируса гриппа (H5N1), выделенные в 1997 г. от человека в Гонконге, оказались подобными генам птичьего вируса, который преодолел межвидовой барьер. Оказалось, что человеческие и птичьи вирусы гриппа были реасортантами (рекомбинантные штаммы), которые получили внутренние гены РВ1 и РВ2 от перепелиного вируса гриппа A (H9N2) — штаммы А/перепел/ Гонконг/61/97.

Вирусы гриппа малоустойчивы во внешней среде, в течение нескольких часов при комнатной температуре разрушаются. Под действием дезинфицирующих растворов (спирта, формалина, сулемы, кислот, щелочей) они быстро погибают. Нагревание до 50-60°С инактивирует вирусы в течение нескольких минут, в замороженном состоянии при температуре -70° С они сохраняются годами, не теряя инфекционных свойств, быстро погибают под воздействием ультрафиолетового излучения. Оптимум размножения вируса происходит при +37°С в слабощелочной среде. Как и другие вирусы, возбудитель гриппа отнюдь не чувствителен к антибиотикам и сульфаниламидам.

Вирус гриппа не растет на обычных питательных средах. Его можно выделить из материала, который получен от больного в первые дни болезни (смывы из носоглотки, мокроты), путем заражения культур или клеток куриных эмбрионов.

Традиционно считалось, что человеческий организм освобождается от возбудителя в ближайшие дни после выздоровления. Однако постепенно накапливались косвенные свидетельства, которые опровергают эту точку зрения. И в 1985 г. были получены прямые доказательства формирования длительной персистенции вируса гриппа. У одного человека удалось многократно выделять вирус гриппа в течение 9 месяцев и дольше. Возможность пожизненной персистенции вируса в организме человека продолжает изучаться.

Вирусы гриппа - РНК-содержащие вирусы - относятся к сем. Orthomyxoviridae и разделяются на вирусы А, В и С (табл. 1).

Сравнительная характеристика вирусов гриппа

Критерии	Тип А	Тип В	Тип С
Тяжесть заболевания	++++	++	+
Природный резервуар	Есть	Нет	Нет
Пандемии человека	Вызывает	Не вызывает	Не вызывает
Эпидемии человека	Вызывает	Вызывает	Не вызывает (лишь спорадические заболевания)
Антигенные изменения	Шифт, дрейф	Дрейф	Дрейф
Сегментированный геном	Да	Да	Да
Чувствительность к ремантадину	Чувствительны	Не чувствительны	Не чувствительны
Чувствительность к занамивиру	Чувствительны	Чувствительны	-
Поверхностные гликопротеины	2 (HA, NA)	2 (HA, NA)	1(HA)

Вирус гриппа имеет сферическую форму и размер 80-120 нм. Сердцевина представлена одноцепочечной отрицательной цепью РНК, состоящей из 8 фрагментов, которые кодируют 11 вирусных белков.

Вирусы гриппа А широко распространены в природе и поражают как людей, так и целый ряд млекопитающих и птиц. Вирусы гриппа типов В и С выделены только от человека.

Эпидемически значимыми являются 2 подтипа вируса гриппа А — H3N2 и H1N1 и вирус гриппа типа В (А.А. Соминова с соавт, 1997; О.М. Литвинова с соавт., 2001). Итогом такой ко-циркуляции явилось развитие в один и тот же эпидсезон в различных странах эпидемий гриппа различной этиологии. Гетерогенность популяции эпидемических вирусов возрастает также за счет дивергентного характера изменчивости вирусов гриппа, что приводит к одновременной циркуляции вирусов, относящихся к различным эволюционным ветвям (О.М. Литвинова с соавт., 2001). В этих условиях создаются предпосылки для одновременного инфицирования человека различными возбудителями, что приводит к формированию смешанных популяций и реассортации как между вирусами ко-циркулирующих подтипов, так и среди штаммов в пределах одного подтипа (О.И. Киселев с соавт., 2000).

Классификация типов вирусов гриппа основана на антигенных различиях двух поверхностных гликопротеинов — гемагглютинина (НА) и нейраминидазы (NА). Согласно этой классификации вирусы гриппа и подразделяют на 3 типа — вирусы гриппа типа А, типа В и типа С. Различаются 16 подтипов НА и 9 подтипов NА.

Рис. 1. Классификация вирусов гриппа А и виды животных и птиц - промежуточные и конечные хозяева в цепи передачи инфекции к человеку.
Недавно открыт 16 подтип (Н16) гемагглютинина
Примечание: ∗ НА 7 и NА 7-NА8 выявили и у лошадей

На рис. 1 представлены подтипы вирусов гриппа типа А и их промежуточные хозяева и природные резервуары (перелетные птицы). К основным хозяевам вирусов гриппа А относятся те виды, которым свойственна заболеваемость гриппом.

В популяции человека до настоящего времени выявлены вирусы гриппа А только трех подтипов с НА1, НА2 и НА3. При этом вирусы содержат только два типа нейраминидазы - NА1 и NА2 (рис.1). Доказана их стабильная циркуляция в течении прошлого столетия, начиная с пандемии 1918 г (R.G. Webster et al., 1978; K.G. Nicholson et al., 2003).

Вирусы гриппа А (в меньшей степени В) обладает способностью к изменению структуры НА и NА. Для вируса гриппа А характерны два типа изменчивости:

• точечные мутации в вирусном геноме с соответствующим изменением в НА и NА (антигенный дрейф);
• полная замена одного или обоих поверхностных гликопротеинов (НА и NА) вируса путем реассортации/рекомбинации (антигенный шифт), в результате которого появляется принципиально новый вариант вируса, способный вызвать гриппозные пандемии.

Для вируса гриппа В антигенная изменчивость ограничивается только дрейфом, т.к. он, по-видимому, не имеет природного резервуара среди птиц и животных. Для вируса гриппа С характерна большая стабильность антигенной структуры и с ним связаны лишь локальные вспышки и спорадические случаи заболевания.

Представляет определенный интерес появление новых штаммов вируса гриппа в человеческой популяции и связанные с ними пандемии (рис. 2). На рис. 2 представлены основные антигенные шифты, ассоциированные с панедмиями ХХ века, вызванные вирусами гриппа А:

• в 1918 г пандемия была вызвана вирусом типа H1N1;
• в 1957 г - H2N2 штаммом А/Singapore/1/57;
• в 1968 г - H3N2 штаммом A/Hong Kong/1/68;
• в 1977 г - H1N1 штаммом A/USSR/1/77 (многие ученые не рассматривали это как пандемию, но с появлением этого штамма сложилась ситуация с одновременной ко-циркуляцией 2 штаммов вируса гриппа А - H3N2 и H1N1).

В 1986 г в Китае вирус А/Тайвань/1/86 вызвал обширную эпидемия гриппа А/H1N1, продолжавшуюся до 1989г. Дрейф варианты этого вируса просуществовали до 1995 г, вызывая локальные вспышки и спорадические случаи заболевания. По результатам молекулярно-биологических исследований в геноме вируса А/H1N1 в эти годы возникли множественные мутации. В 1996 г появились два антигенных варианта вируса гриппа А/H1N1: А/Берн и А/Пекин, их особенностью являлась не только антигенная, но и географическая разобщенность. Так, в России вирус гриппа А/Берн принял активное участие в эпидемии гриппа 1997-98 гг. В этот же сезон на востоке страны была зарегистрирована циркуляция штаммов вируса А/Пекин. В дальнейшем в 2000-2001 гг. вирус гриппа А/H1N1 стал возбудителем эпидемии гриппа в России. Современные вирусы гриппа А/H1N1 обладают низкой иммуногенной активностью, свежие выделенные изоляты вируса взаимодействуют только в эритроцитами млекопитающих (человека 0 группы и морских свинок).

Рис. 2. Возникновение новых штаммов вируса гриппа в человеческой популяции и связанные с ними пандемии

Каковы же механизмы происхождения пандемических штаммов и какие биологические характеристики необходимы для появления высокопатогенного вируса с пандемическим потенциалом?

Для вирусов гриппа А характерна высокая частота возникновения реассортантов в результате смешанного заражения, что обусловлено сегментированностью вирусного генома. Преобладание реассортанта определенного генного состава считается результатом селекции, при которой из обширного набора разных реассортантов отбирается именно такой, который наиболее приспособлен к репродукции в данных условиях (Н.Л. Варич с соавт., 2009). Штаммоспецифические свойства геномных сегментов могут оказать сильное влияние на генный состав реассортантов в неселективных условиях. Другими словами, отличительной особенностью вирусов гриппа является то, что в восьми из генных сегментов, особенно в гене НА, происходят частые и непредсказуемые мутации. Реассортация играет важную роль в появлении новых вариантов вирусов, в частности в происхождении пандемических штаммов. И иногда нельзя исключить возможность появления на протяжении пандемии вируса с более высокой вирулентностью.

Современные исследования показали, что генная структура нового вируса А/H1N1 является сложной и в его состав, как мы уже отмечали во введении, входят гены свиного гриппа, поражающего свиней Северной Америки; гены свиного гриппа, поражающего свиней Европы и Азии; гены птичьего гриппа; гены человеческого гриппа. По сути, гены нового вируса получены из четырех различных источников. Микрофотография вируса гриппа А/H1N1 представлена на рис. 4.

Рис. 4. Микрофотография вируса гриппа А/H1N1

• реассортации между вирусами гриппа животных/птиц и человека;
• непосредственной адаптации вируса животных/птиц к человеку.

Вирусы гриппа передаются воздушно-капельным путём и могут сохранять жизнеспособность в течение 2-8 часов на одежде и бумаге, а на металлических поверхностях — даже до суток (8 и 9). Инфекция легче распространяется зимой, и некоторые исследователи связывают это с тем, что в условиях холодного и сухого воздуха вирус дольше сохраняет вирулентность. Дополнительный фактор — то, что температура в верхних дыхательных путях человека в этот период больше подходит для размножения вируса (10).

Чаще всего от осложнений, вызываемых гриппом, погибают пожилые люди старше 65 лет, дети до двух лет, а также люди с хроническими заболеваниями. Однако следует отметить, что от пандемии свиного гриппа 2009 года погибло аномально большое число молодых людей. Этот факт объясняют тем, что у пожилых людей мог сохраниться иммунитет к схожим штаммам гриппа, которые циркулировали в популяции значительно раньше (11 и 12).

При переходе от одного штамма к другому вирулентность и уровень смертности от гриппа сильно варьируются. Так, птичий грипп H5N1, вызвавший региональную эпидемию в Восточной Азии в 1997 году, отличался крайне высоким уровнем смертности среди заболевших (до 50%), однако передавался он весьма неэффективно, и количество заражённых не превысило нескольких сотен человек (18).

Морфология и структурные белки

Вирусы семейства Orthomyxoviridae имеют липидную оболочку, образованную частью мембраны хозяйской клетки (19 и 20). В мембрану включены поверхностные белки. У вирусов гриппа их два — гемагглютинин (H), необходимый для того, чтобы связываться с клеточными рецепторами и проникать внутрь клетки хозяина, и нейраминидаза (N), которая отрезает новообразованную частицу вируса от клеточных рецепторов и дает ей возможность переместиться к новой клетке. Также мембрана вируса содержит образованные белком М2 каналы — они служат для распаковки частицы в цитоплазме. Под мембраной вируса находится слой матрикса, сформированный структурным белком М1. В центре частицы располагается генетический материал, представленный восемью молекулами РНК, каждая из которых соединена со структурными белками NP (nucleoprotein) и полимеразным комплексом, ответственным за их копирование (5, 21, 22).

Вирусы гриппа могут иметь как сферическую, так и филаментную форму (23). Диаметр сферических частиц сопоставим с диаметром ВИЧ — 80-120 нм. Вариации в форме разных типов и штаммов обусловлены различиями в строении белков матрикса, который располагается непосредственно под мембраной (24 и 25). Отдельные белки вируса гриппа являются объектом исследования как вероятные мишени для противовирусных препаратов. Так, большое внимание уделяется разработке ингибиторов нейраминидазы, блокирующих работу этого фермента, что не дает новому вирусу покинуть клетку (26). По этому принципу, в частности, работают лекарства Тамифлю и Реленца (27). Разработаны также препараты, мешающие частице распаковываться в цитоплазме зараженной клетки или содержащие антитела к различным типам гемагглютинина (28).

Ключевые белковые молекулы, обеспечивающие жизнедеятельность и воспроизводство вируса гриппа — поверхностный белок гемагглютинин, энзим нейраминидаза и белки матрикса M1. По принципу строения гемагглютинин напоминает поверхностный белок вирусаЭбола (29 и 30). Этот белок является гомотримером, имеющим трансмембранную и поверхностную части, которые связаны между собой дисульфидными связями. Попадание вируса в клетку происходит после того, как гемагглютинин связывается с клеточными рецепторами, несущими сиаловую кислоту (31). Вирус попадает в цитоплазму в составе везикулы. Когда среда внутри везикулы становится более кислой, гемагглютинины меняют свою конформацию и вызывают слияние вирусной мембраны и мембраны везикулы (32). Белки М2 формируют каналы, через которые ионы водорода попадают внутрь вирусной частицы, нарушая взаимодействие между матриксом и генетическим материалом вируса и обеспечивая тем самым возможность последнему попасть в цитоплазму (33). Препараты Ремантадин иАмантадин (а также их аналоги) нацелены на ингибирование белка М2 и предотвращение распаковки вируса — однако, они менее эффективны, чем ингибиторы нейраминидазы, и сейчас их уже редко рекомендуют для лечения гриппа (27).

Работа нейраминидазы важна на завершающих стадиях жизненного цикла вируса. Этот белок состоит из четырех одинаковых субъединиц (34), а его функция заключается в отщеплении терминальных остатков сиаловой (нейраминовой) кислоты от гликозилированных рецепторов, с которыми связывается гемагглютинин. Без этого вновь образованные вирусные частицы не смогут отсоединиться от поверхности хозяйской клетки (35). Отщепление сиаловой кислоты также препятствует повторному заражению клетки другими вирусными частицами. Ингибиторы нейраминидазы, замедляющие распространение вируса в организме, являются действующим компонентом противогриппозных препаратов Занамивира и Озельтамивира (36). Впрочем, озельтамивир (действующее вещество препарата Тамифлю) перестаёт действовать, если в нейраминидазе вируса 274-я аминокислота гистидин меняется на тирозин. Занамивир (действующее вещество препарата Реленца) в этом случае не теряет активности, однако он провоцирует побочные эффекты, поэтому его рекомендуют применять только в тех случаях, когда Тамифлю не действует (27 и 37).

Белки матрикса М1 играют ключевую роль в сборке новых вирусных частиц (38 и 39). Перед формированием новых вирионов они скапливаются с внутренней стороны клеточной мембраны, взаимодействуя при этом как с поверхностными белками, так и с находящимися в цитоплазме комплексами вирусного генома, благодаря чему все компоненты будущего вируса собираются воедино. Наличие матрикса характерно для вирусов с липидной мембраной — таких, например, как ВИЧ или вирус Эбола (40 и 41). Кроме того, этим вирусам присуще почкование из специфических областей клеточной мембраны — липидных рафтов, молекулярный состав которых делает их несколько менее лабильными в сравнении с другими участками мембраны (42).

Внутри вируса: как упакован генетический материал

Основная цель любого вируса — это воспроизводство собственного генома путём создания копий. Информация обо всех структурных и функциональных компонентах вируса находится в РНК. Каждая вирусная частица содержит одну копию генома, компактно уложенную в виде восьми отдельных спиральных структур. Совокупная длина этих молекул рибонуклеиновой кислоты превышает диаметр вируса в N раз. В переносе и хранении генетической информации важную роль играет то, что РНК содержится в вирусе в составе рибонуклеиновых комплексов.

Генетический материал гриппа разделён на части, каждая из которых отвечает за синтез отдельных вирусных белков. Поэтому в случае попадания в одну клетку разных штаммов при сборке новых частиц могут образовываться гибридные штаммы, что ускоряет эволюцию вирусов и осложняет борьбу с ними (43). Сегменты РНК гриппа не равнозначны, и в частицу должен попасть фиксированный набор из восьми разных РНК, каждая из которых выполняет свою функцию. Как это достигается в природе, понятно не до конца. Видимо, между вирусными рибонуклеопротеиновыми комплексами (РНП) существует специфическое взаимодействие, обеспечивающее сборку разных частей генома в нужном составе (44).

Публикации результатов исследований, описывающих структуру вирусных РНП, стали появляться сравнительно недавно. Одну из последних и наиболее детальных работ на эту тему подготовили и опубликовали в журнале Science (45) коллективы лабораторий Хайме Мартина-Бенито и Хуана Ортина. Доктор Мартин-Бенито комментирует специфику их исследований:

Когда мы приступили к изучению структуры полного РНП нативных вирусов гриппа в Национальном центре биотехнологии в Мадриде, вся доступная информация на эту тему была ограничена данными рентгеноструктурного анализа нуклеопротеина без РНК (46 и 47) и фрагментов полимеразы (48 и 49). РНП представляют собой разные по размеру, гибкие и суперскрученные структуры (50), что очень затрудняет исследования. В этой ситуации криоэлектронная микроскопия оказывается уникальным методом, способным выдать приемлемый результат. Основные проблемы были обусловлены различием длины отдельных РНП, а также их подвижностью. Чтобы это преодолеть, мы отдельно анализировали центральные и конечные части РНП, изолированных из выделенных вирионов, после чего проводили их 3D-реконструкцию (45). Здесь наиболее трудным этапом стала классификация полученных изображений. Необходимо было получить гомогенные группы, что позволило бы сделать финальную реконструкцию. Для того чтобы сгенерировать финальную структуру, было использовано более 90 тысяч изображений. Мы потратили на это миллионы часов компьютерного времени«.

Хайме Мартин-Бенито (Испанский национальный центр биотехнологий, Мадрид, Испания)

Строение и конформации РНП, а также их взаимодействие с другими белками вируса обеспечивают им специфические свойства и функции. Геном гриппа представлен восемью молекулами РНК негативной полярности и разной длины. Такое число сегментов генома характерно для всех ортомиксовирусов (кроме тоготовирусов, содержащих по шесть молекул РНК). РНК связывается с полимеразными комплексами (48) и белком NP (51), формируя РНП (44). РНП организованы в двойные спирали из двух цепей РНК, ассоциированных с белками НП и расположенных друг против друга (45).

Различие длины разных РНП гриппа обусловлено различиями длин сегментов их РНК. Три наиболее протяженных сегмента имеют длину порядка 2500 нуклеотидов, тогда как длина самого короткого сегмента лишь немногим превышает 800 нуклеотидов. РНП обычно группируются в частице вокруг одного из наиболее длинных РНП таким образом, чтобы полимеразные концы всех РНП оказывались собранными вместе, взаимодействуя при этом с белками матрикса на одном из полюсов вириона. В эту же область попадают и белки NEP, чья функция — экспорт новосинтезированных РНП из ядра клетки к месту сборки вируса.

Одной из проблем, вызывающих сейчас активный интерес сообщества структурных вирусологов, является изучение причин специфической упаковки необходимого набора разных РНП в каждую новую частицу. Считается, что молекулы РНК в составе каждого РНП способны специфически взаимодействовать с РНК соседних сегментов. Мы отразили этот момент в нашей модели, однако конкретные механизмы такого взаимодействия — объект дальнейших исследований (44, 45, 52).

Для многих мембранных вирусов характерно присутствие в вирионах белков, захваченных из клетки хозяина. Так, внутри ВИЧ обнаруживают актин и циклофилин, а в мембране этого вируса присутствуют белки, относящиеся к главному комплексу гистосовместимости, что делает вирус менее уязвимым для иммунной системы (53, 54, 55). Наличие человеческих белков в вирусной частице гриппа на данный момент не продемонстрировано с должной достоверностью, хотя некоторые данные по этому вопросу опубликованы (56).

Высокая изменчивость и непредсказуемость вируса гриппа рано или поздно может привести к новой пандемии. Во избежание этого предпринимаются разные меры — как на глобальном, так и на локальном уровне. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) и региональные организации в разных странах ведут постоянный мониторинг циркулирующих штаммов гриппа, поскольку год за годом состав сезонных штаммов меняется, пополняясь новыми потенциально опасными вариантами. Изменчивость вирусов гриппа — большая проблема для фармацевтических компаний, разрабатывающих противовирусные препараты (27 и 57). Так, в настоящее время растет процент штаммов гриппа, устойчивых к озельтамивиру.

Профилактические вакцины от гриппа совершенствуются каждый год в зависимости от преобладающих штаммов. Их разрабатывают как с использованием целых инактивированных вирионов, так и на основе фрагментированных вирусных частиц или даже отдельных поверхностных белков. Обычно вакцины направлены на профилактику заражения как штаммами типа А, так и вирусами типа В (58).

Часто присущие гриппу симптомы (повышенная температура, боль в горле и мышцах, головная боль) бывают вызваны и другими вирусами. Среди возбудителей простудных заболеваний есть коронавирусы, риновирусы и аденовирусы (59). Выявление конкретного возбудителя в таких случаях не всегда целесообразно, поэтому подобные заболевания часто относят к группе острых респираторных вирусных инфекций (ОРВИ).