Как вирусы прикрепляются к клетке

Вместе со специалистом профилактической медицины Екатериной Степановой Sputnik выяснил, как вирусам удается обманывать наш организм и почему ученые считают их в некотором роде полезными.

Информационными носителями биологической жизни являются гены (белковые структуры), которые определенным образом собраны в цепочки (ДНК и РНК).

Принято считать, что гены находятся в клетках живых организмов, бактерий, растений, которые потребляют питательные вещества, производят энергию, делятся (размножаются) и погибают.

Но существуют и другие формы существования генных цепочек ДНК и РНК – это вирусы. Точное их количество на сегодняшний день доподлинно не известно.

Вирусы не имеют клеточного строения, это генетическая программа (фрагмент ДНК или чаще РНК), покрытая белковой оболочкой – капсидом.

Они не могут жить самостоятельно, у них нет для этого ничего, никаких механизмов поддержания жизни. Поэтому вирусы паразитируют на живых клетках организмов и используют их для своего репродуцирования (воспроизводства того, что сохранилось в памяти генов).

Такое соседство почти всегда заканчивается гибелью живой клетки. Все виды живых клеток на Земле имеют свой набор вирусов: человек, мыши, клещи, растения, бактерии. Как правило, вирус опасен для одних видов и безопасен для других (растение – человек).

Попав в организм, вирус ищет именно свою клетку, свой орган.

В научном мире до сих пор идут споры о том, что такое вирус. Он производит себе подобных, но непонятно, зачем, ведь у него отсутствует механизм размножения (для этого ему нужен носитель-хозяин) он просто реплицирует (копирует свои данные из одной клетки в другую).

Но, безусловно, вирус влияет на жизнь людей. И не лучшим образом.

Размер вируса невероятно мал и определяется наукой в нанометрах. Вирус настолько мал относительно человека, как человек мал относительно размеров земного шара.

Он не виден в обычном световом микроскопе, для его изучения используют электронный, с выведением изображения на экран монитора.

Вирусы не могут отнести ни к какой эволюционной системе.

Вирус состоит из белковой оболочки, которая помогает ему сохраниться во внешних условиях и защититься от физических факторов (уфо-лучи, ферменты, химические агенты). Она же помогает найти по белку в организме именно свою клетку. Но эта же оболочка может представлять и угрозу для вируса – на ее поверхности содержится антиген, благодаря которому наша иммунная система его распознает. Поэтому иногда сложный вирус бывает покрыт дополнительной липидной оболочной – она называется суперкапсидом.

Внутренняя структура вируса называется сердцевиной – это одна или две генные цепочки РНК, реже ДНК. Цепочки могут иметь свой заряд (+ или -).

Геном вируса содержит самую важную для него информацию: как регулировать и запускать процесс заражения клетки, как размножить саму генную цепочку, как сформировать (синтезировать) белковые оболочки, в которые нужно упаковать новые генные цепочки. Они синтезируются по отдельности с оболочкой в разных частях пораженной клетки, и только потом идет окончательный сбор.

С момента появления вирус эволюционирует и в этот период ведет себя агрессивно. После того, как он доходит до пика развития, агрессия спадает, вирус всячески старается сосуществовать со своим хозяином, иначе погибнет и он сам. А иногда он уничтожает хозяина еще до пика развития.

Известно несколько механизмов проникновения в клетку.

• Вирус прикрепляется к клетке. Если у клетки гибкая мембрана, вирус накрывает ее своей оболочкой. Похожие белковые структуры сливаются вместе, и вирус проникает вглубь клетки. Поэтому каждый вирус в организме ищет свою "родственную" белковую оболочку.
• Благодаря белковым рецепторам на своей поверхности вирус убеждает клетку, что он не чужак. И, как троянский конь, попадает в нее.
• Использует механизм фагоцитоза клетки: она поглощает его как что-то чужеродное в надежде переварить и заражается.

Как только вирус проник в клетку, он высвобождает свой генный материал и замещает ДНК клетки на свою. С этого момента зараженная клетка уже начинает производить вирусные фрагменты (работает на вирус).

Иногда клетка довольно длительное время производит аналогичный вирус, и вирусные образования (верионы) постоянно выходят в межклеточное пространство, поражая другие клетки. А иной раз клетка реплицирует вирус в себе до того момента, пока ее ресурс не исчерпается. Тогда в определенный момент клетка разрывается под действием фермента вируса, в этот момент огромное число верионов выходит в межклеточное пространство и массово поражает соседние здоровые клетки.

От механизма распространения вируса зависит и общее состояние организма. Нюанс в том, что иногда, выходя из клетки, верион (вирусное образование) может забирать с собой фрагмент или часть оболочки или ядра клетки, поэтому наша иммунная система не сразу может распознать "чужака".

В 1971 году Дэвиду Балтимору удалось разделить известные вирусы на 7 классов по форме, размеру, содержимому сердцевины. Но в природе их, безусловно, неисчислимое количество, они постоянно мутируют.

Поэтому нельзя создать универсальную таблетку или вакцину просто от вируса.

Как это ни странно, но ученые утверждают, что и для человека, и для природы есть определенная польза.

Попадая в организм, вирус тренирует нашу иммунную систему. Она совершенствуется. Переходя от клетки к клетке, из организма в организм, вирус частично в момент клеточного синтеза обменивается генами с клеткой. И они не всегда "плохие", бывают и положительные мутации для организма.

Выжившие клетки начинают свой обновленный цикл развития, что сказывается и на эволюции человека – следы столкновения с вирусами оседают в наших генах. Положительные мутации открывают нашему организму новые возможности. Например, на поверхности трехдневного эмбриона уже сидит много вирусных белков от древнего вируса, которые защищают сам эмбрион от враждебных "чужаков". Вирусы широко используют в генной инженерии, а для природы вирусы – часть контроля популяции.

Коронавирус для науки тоже частично известен, и он имеет свои особенности и штаммы.

Получил он такое название за схожесть по форме с короной. В 70% случаев он приходит из природы и от животных.

Полностью победить вирус трудно – можно вылечить всех людей, но невозможно вылечить всех мышей или, например, клещей. История знает множество подобных примеров.

При любом вирусном поражении стоит вопрос не в самом принципе заражения, а в уязвимости определенных групп населения и их систем организма.

Коронавирус поражает дыхательные пути – легкие, вернее, альвеолы – клетки, где происходит непосредственно газообмен. Смертность в основном наступает не от самого вируса, а от реакции организма на него, так как мутация для нас новая.

Наша иммунная система, имеющая комплекс механизмов, отвечает разнообразными процессами, часть из которых формирует воспаление (формирование интерферонов), а часть противостоит воспалению, формируя другие механизмы борьбы. Пока сохраняется баланс – большой угрозы для жизни нет.

Но такой баланс может быть сохранен при нормальном здоровом функционировании всех систем в организме: детокс-органов (печень, почки, кишечник), сосудов (их проходимость без бляшек) и т.д.

Воспаление – это всегда отек, и если воды много, в частности в альвеолах легких, функция дыхания затрудняется, человек может погибнуть. Процесс борьбы и реакции развивается от 6 до 10 дней – в этот период человеку нужна сторонняя помощь, к примеру, искусственная вентиляция легких. Потом воспалительные реакции идут на спад. Правда, при этом и сама иммунная система истощается, поэтому в такой период необходимо уберечься уже от бактериальных инфекций как факта осложнения.

Вирулентность (злобность) вируса определяется количеством вирусных частиц, которые попадают на слизистые. Поэтому принципы личной гигиены и самоизоляция всегда первостепенны, как и образ жизни.

А в питании должны присутствовать белки животного происхождения, потому что из них синтезируются клетки иммунной системы, а также железо, цинк, животные жиры (сливочное масло), масло какао, омега-3, щелочные продукты.

В любом случае, наше здоровье заслуживает большего внимания, чем мы иногда ему оказываем: кто-то уверен, что четыре часа сна в сутки – достаточно, кто-то отказывает от мяса, другие живут в постоянном стрессе. А между тем все это факторы, угнетающие иммунитет.

Мы – человеческая популяция, и от ответственности каждого из нас зависит здоровье и выживаемость человечества вообще.

Без кризиса нет развития, любой пережитый вирус делает наш организм совершеннее.

Коронавирус SARS-CoV-2 ранее 2019-nCoV, вирус, вызывающий коронавирусную инфекцию (COVID-19), в настоящее время распространяется по всему миру. Известно, что по меньшей мере шесть других типов коронавируса заражают людей, причем некоторые вызывают простуду, а две вызывают эпидемии: атипичная пневмония в 2002 году и MERS в 2012 году.

Покрыты шипами

Коронавирус назван в честь короноподобных шипов, выступающих из его поверхности. Вирус заключен в пузырек маслянистых липидных молекул, который распадается при контакте с мылом.

Вход в уязвимую клетку

Вирус попадает в организм через нос, рот или глаза, а затем прикрепляется к клеткам дыхательных путей, которые продуцируют белок, называемый ACE2. Считается, что вирус возник у летучих мышей, где он мог присоединиться к аналогичному белку.

Высвобождение вирусной РНК

Вирус заражает клетку, сливая ее масляную мембрану с мембраной клетки. Оказавшись внутри, коронавирус высвобождает фрагмент генетического материала под названием РНК.

Антибиотики убивают бактерии и не действуют против вирусов. Но исследователи тестируют антивирусные препараты, которые могут разрушить вирусные белки и остановить инфекцию.

Создание вирусных белков

По мере прогрессирования инфекции механизм клетки начинает производить новые спайки и другие белки, которые будут образовывать больше копий коронавируса.

Сборка новых копий

Новые копии вируса собираются и переносятся на внешние края клетки.

Распространение инфекции

Каждая зараженная клетка может выпустить миллионы копий вируса, прежде чем клетка окончательно разрушится и умрет. Вирусы могут инфицировать близлежащие клетки или попасть в капли, которые покидают легкие.

Иммунная реакция

Большинство инфекций Covid-19 вызывают лихорадку, поскольку иммунная система борется, чтобы очистить вирус. В тяжелых случаях иммунная система может чрезмерно реагировать и начать атаковать клетки легких. Легкие закупориваются жидкостью и отмирающими клетками, что затрудняет дыхание. Небольшой процент инфекций может привести к острому респираторному дистресс-синдрому и, возможно, смерти.

Покидая тело

Кашель и чихание могут привести к попаданию вирусных капель на находящихся поблизости людей и поверхности, где вирус может оставаться заразным от нескольких часов до нескольких дней. Зараженные люди могут избежать распространения вируса, надев маску, но здоровым людям не нужно носить маску, если они не заботятся о больном человеке.

Как быть с возможной вакциной

Будущая вакцина может помочь организму вырабатывать антитела, которые нацелены на вирус SARS-CoV-2 и предотвращают его заражение человеческими клетками. Вакцина против гриппа работает аналогичным образом, но антитела, полученные из вакцины против гриппа, не защищают от коронавируса.

Лучший способ избежать заражения коронавирусом и другими вирусами - мыть руки с мылом, избегать прикосновения к лицу, держаться подальше от больных людей и регулярно чистить часто используемые поверхности.

Финляндия построит забор на границе с Россией для защиты от кабанов

Как происходит заражение гриппом.

Вирус гриппа очень легко передается. Самый распространенный путь передачи инфекции — воздушно-капельный. Также возможен хотя и более редок и бытовой путь передачи — например, заражение через предметы обихода. В течение суток через дыхательные пути человека проходит около 15 000 л воздуха, микробное содержание которого фильтруется и оседает на поверхности эпителиальных клеток.

Микробная контаминация воздуха приобретает опасность лишь при наличии в ней болезнетворных вирусов и бактерий, рассеиваемых больными и носителями респираторных инфекций. При кашле, чихании, разговоре из носоглотки больного или вирусоносителя выбрасываются частицы слюны, слизи, мокроты с болезнетворной микрофлорой, в том числе с вирусами гриппа.

На короткий промежуток времени вокруг больного образуется зараженная зона с максимальной концентрацией аэрозольных частиц. Частицы размером более 100 мкм крупнокапельная фаза быстро оседают. Дальность их рассеивания обычно не превышает 2-3 м.

Разброс аэрозольных частиц при чихании. Степень концентрации вируса гриппа и длительность его пребывания во взвешенном состоянии в воздухе в первую очередь зависят от величины аэрозольных частиц. Последнее определяется силой и частотой физиологических актов — чихания, кашля, разговора.

Эти данные наглядно подтверждают необходимость соблюдения больными гриппом и другими ОРЗ элементарных гигиенических правил. Стоит убедить больного чихать с закрытым ртом, как количество выбрасываемых в воздух аэрозольных частиц может быть уменьшено в 10-70 раз, а значит снижена концентрация в воздушной среде вируса гриппа. Если учесть, что 80 выбрасываемых при этом частиц размером свыше 100 мкм, значит они быстро будут оседать и иметь эпидемиологическое значение главным образом для лиц, находящихся в непосредственной близости от больного.

Количество и соотношение частиц бактериального аэрозоля при чихании и кашле.

Физиологические акты. Количество образуемых частиц тыс. Соотношение частиц. более 100 мкмменее 100 мкм.Чиханье сильное, с открытым ртом100-8005050. Чиханье задержанное, с закрытым ртом 10-158020. Кашель средней силы 50 1085-9020-15.После заражения вирусные частицы задерживаются на эпителии дыхательных путей.

Обычно клетки слизистой оболочки носа, горла и респираторного тракта выметают вирусов, таким образом предотвращая инфекцию. Однако в некоторых случаях, частицы вируса попадают прямо в альвеолы, обходя первичные защитные механизмы организма. В дыхательных путях вирусы прикрепляются к клетке при помощи гемагглютинина. Фермент нейраминидаза разрушают клеточную мембрану слизистой и вирус проникает внутрь клетки путем клеточного включения эндоцитоза. Затем вирусная РНК проникает в клеточное ядро. В результате, в клетке нарушаются процессы жизнедеятельности и она сама, используя собственные ресурсы, начинает производить вирусные белки.

Размножение вирусов протекает с исключительно высокой скоростью при попадании в верхние дыхательные пути одной вирусной частицы уже через 8 часов количество инфекционного потомства достигает 10 , а концу первых суток -10. Высочайшая скорость размножения вируса гриппа объясняет столь короткий инкубационный период -1-2 суток.

В дальнейшем вирус попадает в кровь и разносится по всему организму. Вирус, попадая в кровь, вызывает угнетение кроветворения и иммунной системы, развивается лейкопения и другие осложнения. В процессе своей жизнедеятельности вирус гриппа поражает мерцательный эпителий респираторного тракта.

Физиологической функцией мерцательного эпителия является очищение дыхательных путей от пыли, бактерий и т.д. Если мерцательный эпителий разрушается, он уже не может в полной мере выполнять свои функции, и бактерии с большей легкостью проникают в легкие. Таким образом появляется опасность развития бактериальной суперинфекции например, пневмонии и бронхита. Активность вируса гриппа представляет собой основное отличие между вирусной гриппозной инфекцией и другими ОРЗ, которые не всегда вызывают подобного рода поражения, или вообще не вызывают их. С другой стороны, симптоматика вирусной гриппозной инфекции и других ОРЗ приблизительно одинакова.

Инкубационный период, как правило, длится 1-2 дня, но может продолжаться до 5 дней. Затем начинается период острых клинических проявлений.

Тяжесть болезни зависит от многих факторов общего состояния здоровья, возраста, от того, контактировал ли больной с данным типом вируса ранее.

В зависимости от этого у больного может развиться одна из 4-х форм гриппа легкая, среднетяжелая, тяжелая и гипертоксическая. Симптомы и их сила зависят от тяжести заболевания. В случае легкой включая стертые и субклинические формы гриппа, температура тела может оставаться нормальной или повышаться не выше 38С, симптомы инфекционного токсикоза слабо выражены или отсутствуют. В случае среднетяжелой манифестной формы гриппа температура повышается до 38,5-39,5С и отмечаются классические симптомы заболевания: интоксикация, oбильное потоотделение,слабость, светобоязнь, суставные и мышечные боли, головная боль , сухость слизистой оболочки полости носа и глотки.

Вирус гриппа может быть выделен из мазков горла и носоглотки в течение 3 дней после начала заболевания. Для определения типа вируса требуется 1-2 дня. Ввиду сложности и длительности процедуры, такая диагностика имеет смысл только для определения этиологии локальной эпидемии. При данном способе диагностики цитоплазматические вирусные включения обнаруживают на мазках эпителия слизистой оболочки носа. Серологический тест показывает наличие анти-гриппозных антител. Образец для диагностики острой фазы инфекции должен быть взят в течение 5 дней после начала заболевания, и образцы выздоравливающего берутся на 10-14 или 21-й день после начала инфекционного процесса.

Предполагается, что общее число вирусных частиц на порядок выше количества всех клеток всех организмов на Земле. Вирусы окружают нас повсюду в живой природе, и каждая клетка каждого живого организма несет в себе следы прошлых встреч с ними.

Из письменных источников нам известно о первых вирусных эпидемиях, возникших в Древней Греции в 430 году до н.э. и в Риме в 166 году. Часть вирусологов предполагает, что в Риме могла произойти первая зафиксированная в источниках эпидемия оспы. Тогда от неизвестного смертоносного недуга по всей Римской империи погибло несколько миллионов человек.

С тех пор европейский континент регулярно подвергался опустошающим нашествиям эпидемий, в первую очередь чумы, холеры и натуральной оспы. Эпидемии внезапно приходили одна за другой вместе с перемещавшимися на далекие расстояния людьми, опустошали целые города. И так же внезапно прекращались, ничем не проявляя себя сотни лет.

В поле зрения ученых вирусы попали в начале XVIII века. Тогда европейские врачи заинтересовались феноменом непроизвольной вакцинации, когда зараженные в легкой форме коровьей оспой люди были не подвержены оспе натуральной, то есть человеческой. Прорыв в этом вопросе произошел в 1796 году, когда английский врач и ученый Эдвард Дженнер произвел публично первую прививку от оспы.

В 1892 году был описан первый вирус. Звание первооткрывателя вирусов по праву принадлежит российскому микробиологу Дмитрию Иосифовичу Ивановскому, который в конце XIX века сумел описать вирус, вызывавший мозаичную болезнь растения табака. И вслед за этим открытием началось лавинообразное изучение вирусов, которые не перестают нас удивлять и преподносить неожиданные сюрпризы.

Как устроен вирус?

Латинское слово virus означает яд. Полноценная вирусная частица, вирион, состоит из белковой оболочки, капсида, и внутреннего содержимого: нескольких специальных белков и нуклеиновой кислоты, кодирующей вирусные гены.

С помощью интерферонов клетка, пораженная вирусом, передает сигнал тревоги соседним клеткам, чтобы те были готовы к встрече с вредоносными агентами. Этот механизм предполагает гибель всех клеток, столкнувшихся с вирусом, зато размножение вируса и дальнейшее распространение заразы блокируется.

Полноценная вирусная частица, вирион, состоит из нуклеиновой кислоты и нескольких специальных белков, заключенных в белковую оболочку, капсид. Все вирусы принято делить на две большие группы по виду содержащейся в них нуклеиновой кислоты: ДНК- и РНК-вирусы. С практической точки зрения наибольший интерес для всех нас представляет группа РНК-содержащих вирусов, так как именно к ним относятся самые опасные на сегодняшний день инфекционные возбудители: вирус гриппа, коронавирусы и самый сложный из всех вирусов, ВИЧ.

Почти все из известных науке вирусов имеют свою специфическую мишень в живом организме — определенный рецептор на поверхности клетки, к которому и прикрепляются. Этот механизм предопределяет, какие именно клетки пострадают от вируса. К примеру, вирус полиомиелита может прикрепляться лишь к нейронам, а вирус гепатита — к клеткам печени. Вирус иммунодефицита избирает своей мишенью целый ряд клеток. В первую очередь это клетки иммунной системы (Т-лимфоциты-хелперы, макрофаги). А также эозинофилы и тимоциты (подвиды лейкоцитов), дендритные клетки, астроциты (вид вспомогательных клеток нервной ткани) и другие клетки, несущие на своей мембране специфический рецептор СD4 и CXCR4-корецептор. Почти все они имеют самое непосредственное отношение к иммунитету.

Как работает иммунитет?

Одновременно в организме реализуется еще один молекулярный защитный механизм: пораженные вирусом клетки начинают производить специальные белки, интерфероны, способные выходить из клетки и взаимодействовать с соседними клетками, снижая уровень белкового синтеза и препятствуя размножению вируса. Поражается как сам вирус, так и клетка-хозяин, зато распространение заразы блокируется.

Попутно интерфероны активируют ряд механизмов иммунной системы. Интерферон-альфа (ИФ-α) стимулирует синтез лейкоцитов, участвует в борьбе с вирусами и обладает противоопухолевым действием. Интерферон-бета (ИФ-β) производит клетки соединительной ткани, фибробласты, и обладает тем же действием, что и ИФ-α, но с уклоном в противоопухолевый эффект. Интерферон-гамма (ИФ-γ) усиливает выработку Т-клеток, Т-хелперов и С08+Т-лимфоцитов, что придает ему свойство иммуномодулятора.

Король вирусов

Каждый из нас встречал людей крепкого здоровья, устойчивых перед всевозможными сезонными вирусами вроде ОРВИ или гриппа. Даже вирус оспы не убивал всех без исключения заразившихся, даже лихорадка Эбола, наводящая сегодня ужас на жителей Африки, оставляет в живых четверть заразившихся.

И лишь по отношению к одной-единственной инфекции иммунная система оказывается бессильна в 100% случаев заражения. Ни один из 50 млн инфицированных ВИЧ не доживет до глубокой старости. Возможности, даже теоретической, противостоять ВИЧ и СПИДу пока не обнаружено.

В 1991 году клеточные биологи из Мэриленда, изучая иммунный ответ на ВИЧ-вакцину, обнаружили феномен антигенного импринтинга. Оказалось, что иммунная система запоминает лишь один, самый первый вариант вируса ВИЧ и вырабатывает к нему специфические антитела. Когда вирус видоизменяется в результате точечных мутаций, а это происходит часто и быстро, иммунная система почему-то не реагирует на эти изменения, продолжая производить антитела к самому первому варианту вируса. Именно этот феномен, как считает ряд ученых, стоит препятствием перед созданием эффективной вакцины против ВИЧ.

Мы построили им рай

Пожалуй, главное оружие вирусов — это способность чрезвычайно быстро меняться. В частности, у ВИЧ это свойство обусловлено тем, что фермент обратная транскриптаза делает ошибки при копировании вируса в организме. Как будто полиция ищет преступника по фотороботу и отпечаткам, а он каждый день меняет свой облик. У других вирусов есть свои механизмы изменчивости. Благодаря им, к примеру, вирус Эбола за двадцать лет с момента открытия изменился на целую четверть.

Этот процесс называется рекомбинацией вирусов — вирусы обмениваются своими генами друг с другом, создавая новые виды. Такая рекомбинация может происходить как между разными ДНК, так и разными РНК. Причем участвует в обмене генетический материал не только вирусов, но и их носителей — к примеру, может соединяться вирус животного и человека. Именно так появляются новые опасные формы вирусов.

Но почему именно сегодня новые вирусы появляются все чаще? Профессор Института молекулярной биологии и генетики, академик Виталий Кордюм называет несколько основных причин, главные из них — сомкнутость популяции, когда происходит тесный контакт людей при их большом количестве, и возможность быстрого перемещения носителей вируса. Благодаря научному и техническому прогрессу носитель опасной инфекции за несколько суток может добраться с одного континента на другой. Этот же прогресс стал причиной того, что последние 70 лет происходит односторонняя миграция населения из сел и малых городов в крупные города, что привело к возникновению компактных многомиллионных поселений.

Природа создала множество биологических наноустройств и наномашин, элементы которых могут быть перепрограммированы для решения задач современной биологии и медицины. Одна из областей их применения – биофармацевтика. Молекулы белка, ДНК, РНК и их комплексы успешно применяются для конструирования терапевтических препаратов и вакцин. Это основа медицины будущего, которая будет базироваться на применении интеллектуальных лекарств, избирательно действующих на инфекционные агенты или на биополимеры, определяющие функционирование клеток человека

Широкое использование вирусов обусловлено их уникальным строением и образом жизни: они полностью инертны вне организма хозяина и не имеют клеточного строения. Структура их генома очень разнообразна: вирусы могут содержать одну или несколько молекул РНК или ДНК, которые могут принимать линейную, кольцевую или сегментированную форму.

Роль клеточного ядра, защищающего геном вируса, выполняет капсид, состоящий из структурных белков и ферментов. Более сложно организованные вирусные частицы могут иметь дополнительные оболочки – ​суперкапсиды. Эти липопротеидные структуры включают в себя гликопротеины – ​белки, взаимодействующие с поверхностными клеточными рецепторами, что обеспечивает проникновение вирусов внутрь заражаемой клетки. Вирус может содержать более одного типа гликопротеинов, например, у вируса гриппа их два: гемагглютинины и нейраминидаза.

Природные наноконтейнеры

Так возникла идея решить эту проблему с помощью виросом – ​вирусных частиц, освобожденных от генетического материала, но содержащих поверхностные гликопротеины. Подобные частицы обладают важным свойством: сохраняют способность избирательно связываться с определенными клетками, доставляя в них свое содержимое.

Возможность доставки лекарственных средств с помощью виросом была показана на примере подавления синтеза белков вируса гепатита С в организме животных. В виросомы, сделанные на основе вируса Сендай, заключили короткие шпилечные РНК, способные ингибировать наработку белка вируса гепатита С в зараженных клетках. В результате внутривенного введения такого препарата удалось эффективно снизить количество исследуемого вирусного белка в клетках печени больных мышей (Subramanian et. al., 2009).

Безопасные вакцины

Виросомы могут применяться в качестве вакцин не только против вирусов, но и других патогенов. Так, у мышей происходит наработка антител против возбудителя малярии после введения им виросом на основе вируса гриппа, несущих на поверхности синтетические пептиды, соответствующие фрагментам белков плазмодия (Okitsu et al., 2008). Эффективные вакцинирующие препараты были разработаны на основе виросом, содержащих дифтерийный и столбнячный токсины. Сравнение действия таких препаратов и анатоксинов (токсинов, вызывающих иммунный ответ, но не проявляющих токсикологических свойств и служащих традиционными вакцинами против дифтерии и столбняка) показало, что в первом случае антитела нарабатываются более эффективно (Zubrrigen & Gluck, 1999).

Виросомы можно использовать и для иммунотерапии онкологических заболеваний – ​доставки в опухоль ассоциированных с раком антигенов в виде плазмидной ДНК или коротких пептидов. Такие виросомы способны активировать клетки иммунной системы даже более эффективно, чем антиген в нативном виде. В экспериментах на животных было показано, что антиген, специфичный для клеток меланомы Melan-A, доставляемый в виросомах на основе вируса гриппа, успешно проникает в плазматические дендритные клетки иммунной системы (популяция антигенпрезентирующих клеток крови). В результате происходит более эффективная активация Т-клеток, способных уничтожить раковые клетки, чем при введении свободного пептида. Этот эффект, по-видимому, обусловлен хорошей защищенностью антигена, находящегося в виросомах (Angel et al., 2007).

Использование виросом в терапии болезней человека и животных имеет существенные достоинства, главные из которых – ​нетоксичность и совместимость с большинством лекарственных средств. Кроме того, липидная оболочка обеспечивает надежную защиту заключенного в виросомах материала от преждевременной деградации. С помощью виросом-опосредованной терапии уже удалось добиться весьма многообещающих результатов. Некоторые созданные на их основе препараты, в основном вакцины, находятся на разных стадиях доклинических и клинических испытаний. К их числу относятся интраназальные вакцины против вируса гриппа, вакцина против РСВ-вируса, ВИЧ-инфекции.

Примером коммерчески доступных виросомных вакцин является препарат Инфлексал производства Швейцарии, который представляет собой виросомы, содержащие антигены против вирусов гриппа типов А и В. В последнее десятилетие именно Швейцария занимает лидирующие позиции по числу средств, вкладываемых в исследование и разработку препаратов на основе виросом.

На сегодняшний день в мире можно выделить несколько групп, занимающихся доставкой терапевтических нуклеиновых кислот, в том числе и малых интерферирующих РНК (siRNA), в клетки млекопитающих с помощью вирососм (de Jonge et al., 2006). Основные затруднения, с которыми приходится сталкиваться при приготовлении таких виросомных препаратов, связаны с эффективностью включения препарата в состав виросом, а также адресной доставкой в определенные типы клеток. Сегодня в Институте химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН (Новосибирск) ведутся работы по получению виросом стандартного качества со стабильными свойствами, в том числе обладающих способностью к адресной доставке терапевтических нуклеиновых кислот. Уже разработаны методы включения этих макромолекул в оболочки вируса (Власов и др., 1988, 1989). В дальнейшем планируется создать виросомные препараты, содержащие терапевтические нуклеиновые кислоты, и оценить их воздействие на различные типы раковых клеток человека.

Власов В. В., Иванова Е. М., Кренделев Ю. Д. и др. Оболочки вируса Сендай и тени эритроцитов – мембранные переносчики для введения реакционноспособных производных олигонуклеотидов в клетки // Биополимеры и клетка. 1989. Т. 5. № 4. Р. 52—58.

Власов В. В., Кренделев Ю. Д., Овандер М. Н. и др. Эффективный метод включения ДНК в реконструированные оболочки вируса Сендай // Биополимеры и клетка. 1988. Т. 4. № 5. Р. 250—254.

Шамшева О. В., Ртищев А. Ю.. Ультрикс – отечественная вакцина нового поколения // Педиатрия. 2014. Т. 93. № 6. P. 121—124.

Angel J., Chaperot L., Molens J. et al. Virosome-mediated delivery of tumor antigen to plasmacytoid dendritic cells // Vaccine. 2007. V. 25. P. 3913—3921.

de Jonge J., Holtrop M., Wilschut J. et al. Reconstituted influenza virus envelopes as an efficient carrier system for cellular delivery of small-interfering RNAs // Gene Therapy. 2006. V. 13. P. 400—411.

Okitsu S. L., Mueller M. S., Amacker M. et al. Preclinical profiling of the immunogenicity of a two-component subunit malaria vaccine candidate based on virosome technology // Human Vaccines. 2008. V. 4 N. 2. Р. 106—114.