Інструкція

Серед вчених інтерес до грипу викликаний насамперед тим, що, незважаючи на всю прогресивність сучасної медицини, абсолютно ефективних ліків проти цього захворювання не знайдено. Як і багато років тому, люди в період хвороби використовують різні «бабусині» засоби, такі як вживання великої кількості рідини, мед, трав'яні настої і т.д. Так, сьогодні існує безліч препаратів, здатних покращити імунітет і загальне самопочуття людини, яка заразилася грипом, проте вони не є абсолютною панацеєю. Навіть за допомогою щеплень не завжди вдається уникнути зараження. Як не дивно, грип, як і раніше, залишається «незвіданою територією» для вчених-медиків.

Можливо, максимально ефективні ліки досі не знайдені через постійну мутацію вірусу грипу. Але це відбувається? З точністю відповісти на це питання неможливо, але вірус, як і будь-який інший живий організм у природі, намагається вижити, пристосуватися до нових умов існування. Швидше за все саме це прагнення і змушує вірус грипу змінюватися, набувати інших, стійкіших до різних впливів форми.

Сьогодні вчені виділяють два шляхи, якими може йти вірус грипу у своїх мутаційних процесах, їх називають «антигенний дрейф» і «антигенний зсув». Будь-який організм, який намагається захопити вірус грипу, починає чинити йому всілякий опір. При цьому виробляються особливі антитіла, їхнє завдання – ліквідація вірусу грипу та звільнення організму. Однак, вірус грипу починає чинити опір такому нападу, він здатний змінювати свою структуру для того, щоб протистояти антитілам. Внаслідок такої боротьби і утворюються нові, раніше невідомі форми грипу. Саме тому ці мутаційні процеси є «антигенними». Після мутації антитіла, вироблені організмом, для нової форми вірусу вже не становлять жодної загрози. Завдяки цьому грип легко долає перешкоди імунної системи і починає свою руйнівну діяльність в організмі.

Перший різновид мутації грипу - «дрейф» відбувається аж ніяк не відразу, вірус змінюється поступово, тому не становить особливої ​​небезпеки для організму, зазвичай імунна система все-таки справляється з хворобою. Однак, другий вид мутації - "зсув" дуже серйозний. Вірус у найкоротший термін здатний значно змінити свою структуру, утворюючи нові генетичні комбінації. Саме через другий вид мутації з'явилися такі лякаючі різновиди грипу, як «пташиний» та «свинячий». При такому різкому зрушенні структури вірусу імунної системи практично немає шансів у боротьбі, оскільки антитіла просто не встигають вироблятися. В цьому випадку вірус здатний поширюватися дуже швидко, починається епідемія, здатна забрати чимало людських життів.

Люди вмирають через еволюцію. Близько 30% смертей, що відбуваються на земній кулі, можна приписати еволюції простих мікроорганізмів, починаючи з інфекційних агентів, які постійно нас атакують, - вірусів, грибів і бактерій - і закінчуючи клітинами нашого власного організму, зміни в яких часом призводять до раку.

Одна з найстрашніших інфекцій – це звичайнісінький грип. Щорічно він забирає близько 250 тисяч життів, а в окремі роки набагато більше. Наймасштабніша з відомих епідемій грипу - знаменита іспанка 1918 року, яка занапастила кілька відсотків населення Землі.

Штам вірусу грипу

Як і будь-який біологічний об'єкт, кожен вірус безперервно змінюється в результаті мутацій, що відбуваються в його геномі. Вірус грипу - один із вірусів, що досить швидко змінюються. Одна з причин – те, що його генетична інформаціякодується молекулами РНК, а чи не ДНК, як, наприклад, наш геном; РНК - легко мутує молекула. Інша причина - на вірус безперервно діє відбір: багато з мутацій, що відбуваються в його геномі, виявляються для нього «корисними», дозволяючи ефективніше передаватися, наприклад, між людьми.

Через накопичення мутацій властивості вірусу грипу поступово змінюються. Найпомітніший нам результат мутацій - це зміни антигенних властивостей вірусу, тобто здатності клітин нашої імунної системи дізнаватися даний штам. Такі поступові зміни називаються антигенним дрейфом. Зараз вважається, що більша частина антигенного дрейфу йде в тропічних широтах, де грип не має виражених сезонних епідемій і він тримається на одному рівні в популяції людини цілий рік. А ось у Північній та Південній півкулях - відповідно, у грудні-березні та у червні-жовтні - щороку виникають нові епідемії. Зазвичай ВООЗ рекомендує новий склад вакцини за півроку до того, як ця вакцина реально починає використовуватися - тому що її виробничий цикл досить довгий.

Еволюція вірусу грипу

Крім поступового антигенного дрейфу, еволюція вірусу грипу характеризується також антигенними зрушеннями – радикальними змінами властивостей вірусу, які зазвичай пов'язані з реассортацією. У вірусу грипу геном записаний на восьми окремих сегментах, які трохи нагадують людські хромосоми. Коли клітина господаря заражається одночасно двома вірусними частинками двох різних штамів, ці сегменти можуть перемішатися, і може виникнути нова вірусна частка з новими властивостями, що складається частково із сегментів одного батьківського штаму та частково іншого. Такі реасортантні штами часто відрізняються за властивостями від батьківських штамів і іноді призводять до великих епідемій. Усі найбільші пандемії ХХ століття, про які ми знаємо, - пандемії 50-70-х років, а також, швидше за все, іспанка 1918 року - викликалися, мабуть, такими реассортаціями, коли штами, що надходять з різних видіворганізмів, наприклад, з птахів, свиней, коней, перемішувалися і давали щось нове, з чим людська імунна система раніше не стикалася.

Пророцтво мутації вірусу

Чи передбачувана еволюція грипу? У короткостроковій перспективі – так. Недавні наукові роботипоказують, що можна почасти передбачити майбутню еволюцію вірусу, якщо знаєш про його попередню еволюцію. Можна, як люблять еволюціоністи, збудувати еволюційне дерево. Причому у звичайного вірусу грипу А воно має дуже характерну форму: це окремий стовбур, від якого відходять коротенькі гілочки. Коли ви бачите дерево такої форми, ви завжди можете бути впевнені, що маєте справу з патогеном. Є одна-єдина лінія, яка виявляється еволюційно успішною, і вона характеризується швидкими змінами, так що колективній імунній системі людства доводиться весь час стріляти по мішені, що рухається. Від неї відгалужуються інші лінії, які зрештою вимирають. Проте якась різноманітність існує постійно.

Для того щоб хоча б приблизно зрозуміти, дивлячись на різноманітність поточного року, який із штамів, що спостерігаються в поточному році, дасть епідемію в наступному році, треба дивитися на те, якими мутаціями відрізняються штами один від одного. Якщо вірус накопичив велику кількість мутацій у своїх епітопах, тобто в тих місцях своїх поверхневих (що стирчать назовні) білків, які «видні» імунній системі, то, швидше за все, він для імунної системи буде непомітний, а тому з великою ймовірністю ефективний. Навпаки, якщо він мав якісь мутації у внутрішніх генах, то ці мутації з великою ймовірністю були шкідливими - вони роблять вірус менш пристосованим, і такі лінії вимиратимуть. Можна побудувати математичну модель, виходячи з мутацій в епітопах та інших місцях, яка передбачає майбутню еволюційну успішність вірусу. Крім того, можна вивчити, наскільки даний штам вірусу був еволюційно успішним і досі, і екстраполювати це в майбутнє. Такі підходи мають обмеження; наприклад, вони поки що не враховують взаємодії між генами. У вірусу грипу 11 генів, і вони всі один з одним взаємодіють досить складним чином. При складанні прогнозів такого роду міркування поки що зазвичай опускаються, хоча різні групи, зокрема й наша, показали, що вони насправді важливі. Проте у короткостроковій перспективі вони є важливими.

Передбачати довгострокову еволюцію вірусу, зокрема антигенні зрушення, набагато складніше. Як мінімум для цього треба навчитися розуміти, які саме з штамів, що нині спостерігаються, дадуть реассортант, який може призвести до наступної серйозної епідемії. Такі передбачення ми робити зовсім не вміємо, тому що тут дуже багато факторів, що входять. Тут важливо дивитися, з ким більше взаємодіє людина, важливо намагатись передбачати, які саме штами з більшою ймовірністю легше «навчаться» передаватися від людини до людини.

Як виникають епідемії

Епідемії можуть викликати штами, що були у популяції раніше. Наприклад, поточна епідемія 2016 викликана вірусом грипу, вперше поміченим у людей у ​​2009 році. Проте найсерйозніші епідемії викликаються штамами, новими для людини. Щоб трапилася така епідемія, має відбутися кілька подій. У якомусь вигляді тварин, із якими взаємодіє людина, має виникнути варіант патогена, здатний заражати людей; цей варіант має передатися людині; нарешті, зазвичай, він має придбати додаткові мутації, дозволяють йому заражати людей ефективно. Імовірність кожної з цих подій оцінити дуже складно, тому заздалегідь передбачати епідемію ми не вміємо.

Свинячий грип H1N1

Цього року близько двох третин усіх випадків грипу викликаються пандемічним штамом H1N1 2009 року, відомим під назвою «свинячий». Цей вірус дійсно був, мабуть, отриманий людиною від свиней, хоча те ж саме для багатьох інших вірусів: передача від свиней - це досить частий механізм виникнення нових штамів у людини. Відмінна властивість H1N1/09 ​​– його дуже цікаве походження: деякі його сегменти прийшли з пташиного грипу, деякі – зі свинячого, деякі – із звичайного людського H3N2, який досі викликав усі інфекції. Плавільним казаном, де всі ці сегменти зустрілися один з одним, стали свині. Зараз ясно, що смертність від H1N1/09 ​​приблизно така сама, що і від звичайного грипу, на який ми хворіли щороку до цього (хоча тут є нюанси). Фактично цього року H1N1/09 ​​став сезонним грипом, і, можливо, він залишиться з нами ще на багато років.

Універсальна вакцина від грипу

Від грипу є досить ефективна вакцина. Але проблема в тому, що вона постійно застаріває, оскільки щороку вірус еволюціонує, змінюючи свої антигенні властивості і стаючи знову незнайомим для нашої імунної системи. Вакцину внаслідок цього доводиться постійно оновлювати. Щороку фахівці з Всесвітньої організації охорони здоров'я (ВООЗ) рекомендують усім виробникам новий склад так званої тривалентної вакцини, перераховуючи ті три штами, які мають бути закладені в неї. Найкраще тривалентна вакцина захищає саме від них. Хоча, звичайно, існує перехресний імунітет, і від штамів, схожих по антигенним властивостямна ці три штами, вона захищатиме теж непогано. Проте щеплюватися від грипу нам рекомендують щороку, і це правильно. Тривалентна вакцина цього року включає H1N1/09, так що ті, хто щепився восени, зараз, швидше за все, у виграші. Щеплення не гарантує, що ви не занедужаєте, але знижує ймовірність цього.

Передбачення того, як саме піде еволюція грипу, були б менш актуальними, якби ми навчилися робити універсальну вакцину, яка б захищала від усіх штамів. Поки що такої вакцини немає, хоча кілька кандидатів проходять клінічні випробування. Складність у тому, що імунній системі «видні» саме ті поверхневі білки вірусу (гемагглютинін і нейрамінідазу), які вірус легко і безболісно для себе може змінити. Тому вакцинацією важко пояснити імунній системі, у яку їй, власне, необхідно цілитися.

Штучний синтез штаму грипу

Була гучна робота однієї групи з Голландії та групи з Японії, де дослідники намагалися вручну синтезувати штам пташиного грипу, який міг би передаватися між ссавцями. Це їм удалося. Їхня робота вважалася етично спірною, тому що всі боялися, що синтезований штам може «втекти» з лабораторії, що його гени не варто викладати в відкритий доступтому, що хтось зловмисно зможе таке синтезувати. Проте тепер ми знаємо, які властивості може мати той штам пташиного грипу, який зможе передатися людині.

Спадковість- це властивість організмів забезпечувати матеріальну і функціональну наступність між поколіннями, і навіть обумовлювати специфічний характер індивідуального розвитку.

Мінливість- властивість, протилежна спадковості. Мінливість вірусів обумовлена ​​мутацією генів, поєднанням їх при рекомбінації та різним проявом ознак, що залежать від зовнішніх умов (модифікаційна мінливість).

Генетичні ознаки (маркери) вірусів. Усі ознаки вірусів, інформацію про які закодована в генах, називаються генетичними. При цьому багато ознак зазвичай обумовлюються кількома генами.

Генетичні ознаки (маркери) у штамів визначають після їх попереднього клонування. Усі їх умовно поділяють на основні групи:

• групові та видові: тип та морфологія нуклеїнової кислоти; тип капсиду та кількість капсомірів; антигенна специфічність; стійкість до органічних розчинників та детергентів; наявність ферменту нейрамінідази та антигенів господаря; гемагглютинуючі властивості; патогенність певного виду живих чутливих систем;
• внутрішньоштамові: гемагглютинуюча активність; терморезистентність; ставлення до УФ-променів, інгібіторів; характер бляшок та ін.

Для проведення генетичних досліджень найбільше значення мають внутрішньовидові ознаки, що дозволяють диференціювати варіанти (мутанти, рекомбінанти) між собою.

У багатьох досліджень генетичні ознаки позначаються початковими літерами латинського алфавіту з додаванням знака «+» чи «-», т. е. наявність чи відсутність тієї чи іншої властивості. Окремі ознаки, наприклад нейровірулентність (N), позначаються двома літерами залежно від виду тварини, на якій проявляється ця властивість: нейровірулентність для мавпи – monN, нейровірулентність для мишей – mN тощо.

Поки що важко уніфікувати номенклатуру генетичних ознак, тому кожної групи вірусів виправдана специфічна символіка їх. Проте низка ознак може мати загальні позначення всім видів вірусів.

Види мутації вірусів. Віруси змінюють свої властивості як у природних умовах при репродукції, так і в експерименті. В основі спадкових змін властивостей вірусів лежать два процеси:

• мутація - зміна послідовності нуклеотидів у певній ділянці геному вірусу, що веде до зміни фенотипічних властивостей;
• рекомбінація - обмін генетичним матеріалом між двома близькими вірусами, що відрізняються за спадковими властивостями.

Класифікація мутацій.

За механізмом:

1. поділу – випадання одного або декількох нуклеотидів;
2. вбудовування одного або кількох нуклеотидів;
3. заміна одного нуклеотиду іншим.

По довжині зміненої послідовності нуклеотидів:

1) точкова заміна одного нуклеотиду (PHK-віруси) або однієї пари комплементарних нуклеотидів (ДНК-віруси). Такі мутації можуть іноді відновлюватись (ревертувати) до вихідної структури геному. Не завжди точкові мутації призводять до зміни фенотипу. Одна з основних причин, через які такі мутації можуть не виявлятися, - це виродженість генетичного коду, тобто кодування однієї амінокислоти кількома триплетами. Тому структура білка та його біологічні властивостіне порушаться. Якщо амінокислота кодується тільки одним триплетом, то в цьому випадку в білок включається якась інша амінокислота, що може призвести до появи мутантної ознаки;

2) аберація – заміна значної ділянки геному. Аберації у вірусів обумовлені делеціями різного числа нуклеотидів: від однієї пари до послідовності, яка детермінує одну або декілька функцій вірусу.

За оборотністю:

1) незворотні (прямі) мутації, у яких змінюється фенотип. Частота таких мутацій у вірусів коливається у межах. Це від клітинної системи, у якій відбувається розвиток вірусної популяції. Одночасно клітинна система може бути фактором селекції. Мутанти, що у популяції, залишаються генетично чистими лініями, інколи ж можуть швидко розмножуватися і майже повністю витіснити інші складові популяції;

2) оборотні мутації:

справжні реверсії, у яких зворотна мутація відбувається у місці первинного ушкодження; псевдореверсії, за яких мутація відбувається в іншій ділянці дефектного гена (інтрагенна супресія мутації) або в іншому гені (екстрагенна супресія мутації). Реверсії є рідкісними подіями, оскільки змінені організми зазвичай найбільш пристосовані до цієї клітинної системі.

За природою:

1) спонтанні мутації, які у живої природі виникають надзвичайно рідко і під впливом причин, що важко встановлюються у кожному окремому випадку. Такі зміни у популяції вірусів виникають без зовнішнього впливу. Однорідних популяцій немає, тому у вірусної популяції у процесі її розвитку спонтанні мутанти виникають з певною ймовірністю. Частота мутацій однієї й тієї ж ознаки може бути різною залежно від штаму.

Виникати спонтанні мутації можуть у результаті (за Уотсоном і Криком, 1953):

а) таутомерного перетворення (перегрупування) основ, що входять до складу нуклеїнової кислоти. Наприклад, таутомерний зсув у положенні атома водню у аденіну призводить до того, що аденін при реплікації спарується не з тиміном, а з гуаніном. При спарюванні підстав помилка призводить у наступних реплікаціях до заміни пари АТ та ГЦ.

Спонтанні мутації, що виникли в тому самому гені, розподіляються за його довжиною нерівномірно. Одні ділянки гена часто змінюються («гарячі» точки), інші – рідко. Тому ймовірність помилок при спарюванні основ у різних ділянках гена різна. Це може бути пов'язано з певною конформацією нуклеїнової кислоти: окремі нуклеотиди можуть з більшим ступенем ймовірності зазнавати таутомерного перетворення, ніж інші;

б) помилок у роботі ферментів: ДНК- або РНК-полімераз.

Приклади спонтанних мутацій.

1. Природна мінливість антигенної структури (гемаглютиніну та нейрамінідази) вірусів грипу людини та тварин (у тому числі птахів), на прикладі штамів типу А2. Вихідні штами типу А2 не відрізнялися між собою за антигенною структурою, тим, аглютинуючою активності, термостабільності, здатності репродукції при 40°С і переходу та індикаторний стан. (Індикаторний вірус - вірус, що дозволяє виявити в культурі клітин інший нецитопатогенний вірус.) Пізніше штами, що відносяться до антигенних підгруп А2/1, А2/2 і А2/3 (виділені з 1968 по 1970), показали зміну антигенної структури та інших біологічних властивостей цього збудника Спочатку зникли інгібіторорезистентні штами, а потім інгібіторорезистентні варіанти зі змішаної популяції чутливих до інгібіторів штамів.

2. Гемагтлютинін та нейрамінідаза вірусу грипу зазнають змін, незалежних один від одного. Наприклад, вірус грипу птахів, виділений від індичок у штаті Вісконсін (США), містив нейрамінідазу, антигенно споріднену з нейрамінідазою вірусів грипу людини А2/Гонконг/68 і не схожий гемагглютинін, тоді як вірус грипу, виділений від свині на о. Тайвань містив антигени гемаглютиніну та нейрамінідази, споріднені з антигенами вірусу грипу людини А2/Гонконг/68.

3. Відомо 11 сероваріантів вірусу ящуру (сім. пікорнавіруси) у типу О, 32 сероваріанти у типу А, 5 - у типу С, 7 - у типу Sat-1 і по 3 - у типів Sat-2 і Sat-3. Штами вірусу ящуру типу Азія 1 також неоднорідні за антигенною структурою.

4. Підвищення або ослаблення вірулентності збудника Зміни можуть відбуватися за короткий термін, оскільки життєвий цикл вірусів незрівнянно коротший. життєвого циклугосподарів. Відомо наявність великої кількості патогенних варіантів штамів вірусу хвороби Ньюкасла (параміксовіруси). За першої появи хвороба в Європі протікала гостро, з високим відсотком загибелі птахів. В даний час все частіше реєструються вогнища з низькою летальністю та легким перебігом хвороби. Відбувається не лише зниження кількості вогнищ, а й атенуація епізоотичних штамів, що дозволило виділити природно-ослаблені вакцинні штами B1, La Sota, F Бор/74/ВГНКИ.

5. Є повідомлення про виділення природно-ослаблених штамів вірусів чуми свиней (штам Міягі), хвороби Ауески (штам Русс), міксоми кроликів та кліщового енцефаліту:

2) індуковані мутації, що виникають при дії на вірус (віріон або вегетативну форму) різними хімічними та фізичними мутагенами, а також при адаптації вірусу до незвичайних біологічних систем (адаптаційна мінливість).

Після визначення спадкових одиниць вірусу виникла перспектива отримання живих вакцинних штамів безпосереднім впливом на них фізичними або хімічними мутагенами, що викликають структурні та функціональні зміни молекули вірусної кислоти. Застосування штучних мутагенів має дві переваги:

• вони викликають мутації в десятки і сотні разів ефективніше за природні фактори;
• дія штучних мутагенів має відому спрямованість; можна заздалегідь передбачити, які елементи структури нуклеїнових кислот і як діє той чи інший мутаген і які зміни у них викличе.

Хімічні мутагени. За класифікацією Фріза (1960) хімічні мутагени поділяють на дві основні групи:

1. мутагени, що реагують з нуклеїновою кислотою тільки під час її реплікації (аналоги пуринових та піримідинових основ);
2. мутагени, що реагують з молекулою нуклеїнової кислоти, що покоїться. Однак для формування мутацій необхідні наступні реплікації молекули (азотиста кислота, гідроксиламін, алкілуючі сполуки).

Молекулярні механізми мутагенної дії хімічних сполук поділяються на дві основні групи (за Е. Фрізом):

1) заміна основи, яка буває двох типів: а) проста (транзиція), коли на місце однієї пуринової основи встає інше (наприклад, замість аденіну – гуанін) або одну піримідинову основу замінюється іншим (цитозин – урацилом). Такі заміни відбуваються при індукції мутацій азотистою кислотою, поряд алкілуючих сполук та гідроксиламін;

б) складна (трансверсія), при якій замість однієї пуринової основи з'являється піримідинову або піримідинову основу замінюється пуриновою. Трансверсії відбуваються при індукції мутацій етилетансульфонатом;

2) випадання (делеція) або вставка основи, що веде до глибших змін генетичного коду, ніж проста заміна основ. Мутаційні ушкодження в одній ділянці геному нерідко призводять до зміни кількох генетичних ознак, що мають різний фенотипний прояв (плейотропія). У той же час основою зміни генетичної ознаки, що має те саме фенотипове вираження (наприклад, здатність розмножуватися при підвищеній температурі), можуть бути мутаційні пошкодження різних генів.

Мутагенна дія аналогів азотистих основ(5-бромурацил, 5-фторурацил, 5-йодурацил, 2-амінопурін, 2,6-ді-амінопурін) полягає в тому, що вони індукують мутації тільки при впливі на молекули ДНК і РНК, що реплікуються. Найбільш добре вивчені 5-бромурацил і 2-амінопурін. Тімін є урацилом, у якого атом водню (Н) в одній із СН-груп замінено метальною групою (СН 3) - метилурацил. Однак у урацилі цей атом водню можна замінити й іншим атомом, наприклад, атомом брому (Br). В результаті такої заміни виходить нова сполука – бромурацил, який є аналогом тиміну. Структура основного кільця в обох сполук абсолютно однакова, а відмінність полягає лише у одній групі (Br замість СН 3).

Мутації, що індукуються алкілуючими сполуками, Проявляються простими (транзиція) і складними (транверсія) замінами в молекулі нуклеїнової кислоти. З ДНК видаляються пурини (в основному гуанін), і в залежності від того, який нуклеотид зустрінеться навпроти пролому при реплікації, або виникає мутація типу заміни, або не виникає її зовсім. До цієї групи речовин відносяться алкілуючі сполуки - іприт та його аналоги, етиленімін та його аналоги - етилметансульфонат і етілетансульфонат та ін. Це призводить до гідролізу зв'язку між пуриновою основою та цукром та втратою пуринової основи. Мутагенна дія цих сполук була показана з вірусами хвороби Ньюкасла та кліщового енцефаліту.

Мутагенна дія гідроксиламінуполягає в утворенні простих замін основ у молекулі нуклеїнової кислоти (напрямок залежить від типу нуклеїнової кислоти вірусу). У ДНК-вірусів цей мутаген реагує виключно з цитозином. У РНК-вірусів він вступає в реакцію як з цитозином, так і з урацилом, що обумовлює заміни цитозину на урацил і навпаки.

За допомогою гідроксиламіну було індуковано мутації у вірусів герпесу, хвороби Ньюкасла, поліомієліту. Спонтанні мутанти вірусу звичайного герпесу (за ознакою чутливості до інгібіторів агару) не здатні ревертувати під дією гідроксиламіну та, отже, обумовлені заміною ГЦ на АТ.

Синтезований і вивчений один з аналогів гідроксиламіну - оксиметилгідроксиламін, що реагує тільки з цитозином, але не з урацилом РНК, тобто має більш високу специфічність і одну спрямованість мутагенної дії.

До речовин, що хімічно змінюють основи в молекулі нуклеїнової кислоти, що покоїться, відноситься також гідразин, який діє тільки на піримідинові основи.

Мутагенна дія інтерколюючих агентівполягає у здатності сполук вбудовуватися між витками молекули ДНК – явище інтерколяції. При впровадженні акридину між основами ДНК змінюється відстань між ними на 0,34-0,7 нм. Мутагенна дія акридину вивчена головним чином на бактеріофагах.

У вірусів людини та тварин за допомогою профлавіну індуковано різні типимутацій при впливі на внутрішньоклітинний вірус поліомієліту, кліщового енцефаліту та віспи корів. У поєднанні з видимим світлом барвники акридинового ряду мають виражену летальну дію на ДНК-віруси.

Мутагенну дію мають нітрозосполуки (N-нітрозометилсечовина, N-нітрозоетилсечовина, 14-метил-М-1-нітро-N-нітрозогуанідин) та їх похідні. При лужному pH мутагенний ефект нітрозосполук обумовлений діазотметаном, що утворюється, а при кислому pH - азотистою кислотою.

Для вірусів людини та тварин мутагеном є і формальдегід; були індуковані мутанти у вірусу поліомієліту та вірусу західного енцефаломієліту коней при дії відповідно на очищену РНК та внутрішньоклітинний вірус. Механізм мутагенної дії формальдегіду недостатньо вивчений.

Мутагенна дія азотистої кислотиполягає у зміні основ у покоїться молекулі нуклеїнової кислоти. Найбільш добре вивчені азотиста кислота (HNO 2) та гідроксиламін. Азотиста кислота як мутаген дезамінує органічні основи [відщеплює молекули аміногрупи (NH 2)].

В результаті дії азотистої кислоти аденін (А) перетворюється на гіпоксантин (Гк), гуанін (Г) - на ксантин (К), а цитозин (Ц) - на урацил (У). У дезамінованих органічних основ виникають нові властивості.

Фізичні мутагени. Мутагенну дію підвищеної температури (40-50 ° С) виявили Е. Фріз на досвіді з бактеріофагом Т4 та Ю. 3. Гендон при обробці РНК вірусу поліомієліту. Температура сприяє видаленню пуринів (апуринізація, переважно гуаніну) з ДНК.

При реплікації такої ДНК навпроти пролому, викликаної втратою пурину, в ланцюг, що синтезується, можуть бути включені будь-які нуклеотиди. Якщо увімкнеться підстава, якої на цьому місці раніше не було, це означає появу мутації (транзиції або трансверсії).

Мутагенна дія ультрафіолетового випромінювання. Ультрафіолетові промені (УФ) взаємодіють із молекулами нуклеїнових кислот та «поглинаються» органічними основами, особливо при довжині хвилі 260-280 нм. Тімін (Т), урацил (У) та цитозин (Ц) більш чутливі до УФ, ніж аденін (А) та гуанін (Г). При опроміненні структура зазначених піримідинів змінюється; дві сусідні молекули тимінів з'єднуються друг з одним у пари, утворюючи звані тиминовые димери.

Вперше мутагенну дію УФ-променів на бактеріофаги встановили американський вчений Крігер (1958), потім Ельмер та Каплан (1959).

Приклади: мутацію у позаклітинного фага Сд отримав А. С. Кривинський, використовуючи метод УФ-впливу на внутрішньоклітинний вірус, вдалося отримати мутанти вірусу хвороби Ньюкасла, що відрізняються від вихідного штаму репродукції в культурі клітин.

Під впливом УФ-променів отримано дрібнобляшковий мутант вірусу західного кінського енцефаломієліту (WEE), що володіє стабільним S-фенотипом в культурі клітин ФКЕ. Встановлено можливість отримання мутацій при впливі УФ-променів на вірус, що репродукується, і його нуклеїнову кислоту, в якій відбуваються структурні порушення РНК: урацил утворює лімери і гідрати.

Факторів, що впливають на ефективність та спрямованість мутагенезу, принаймні вісім:

1) природа мутагену;

2) специфічні особливості вірусу. В однакових експериментальних умовах один і той же мутаген може неоднаково індукувати мутації у різних вірусів і навіть штамів одного й того самого вірусу;

3) період взаємодії вірусу із клітиною. Мутації можуть виникати при впливі мутагенами на вегетативну форми вірусу. У другому випадку мутагенний ефект пов'язаний не тільки з можливістю проникнення мутагену в клітину, а й з можливістю виникнення нерозривного зв'язку з реплікацією вірусного геному.

На різних етапах репродукції різна чутливість генетичного матеріалувірусу до дії мутагенів, що особливо яскраво проявляється у РНК-вірусів з односпіральним геномом. Наприклад, етиленімін вперше успішно застосували для індукції мутацій у вірусів хребетних при впливі на репродукується популяцію вірусу кліщового енцефаліту.

Була встановлена ​​залежність летального та мутагенного дій речовини від стадії репродукції вірусу: найбільший мутагенний та летальний ефект спостерігали при дії цим мутагеном у перші 2 год латентного періоду, тобто у початковій стадії утворення реплікативних форм;

4) число реплікацій, що відбуваються у вірусу після на нього мутагеном;

5) вибірковість взаємодії мутагену з генами вірусу. Ефективність та специфічність дії мутагенів залежать від концентрації мутагену, pH, сольового складу середовища та інших факторів. Для багатьох мутагенів виявлено пряму залежність між інтенсивністю мутагенезу та дозою. Однак зі збільшенням дози та посиленням мутагенного ефекту знижується і виживання вірусу. Існує математична залежність між величиною, що визначає частоту мутацій, і виживання останнього;

6) умови обробки (pH середовища, її склад, температура);

7) тип клітинної системи;

8) умови культивування. Індукований мутагенез залежить від складу живильного середовища, в якому знаходиться система «вірус – клітина». За відсутності в середовищі росту тиміну відбувається більш інтенсивне включення 5-бромурацилу в нуклеїнову кислоту.

Вплив перерахованих мутагенних факторів на нативний (вихідний) вірус менш ефективний, що обумовлено:

• меншою доступністю вірусної нуклеїнової кислоти дії мутагенів, нездатних проникати через білкову оболонку вірусу;
• певною стабілізуючою дією вірусного білка, що має тісні внутрішні зв'язки з нуклеїновою кислотою

Стабільність мутантів. Не всі мутації, що утворюються під впливом мутагенів, однаково стабільні. Відмінності у стабільності пов'язані з неоднаковим молекулярним механізмомпроцесів використаних мутагенів. Мутанти, отримані при дії підвищеної температури, кислого середовища, УФ-променів та ультразвукових хвиль, дають близько 20% реверсій. Це з тим, що вони викликають головним чином локальні зміни вірусної нуклеїнової кислоти, які ведуть заміні окремих підстав. За впливу профлавіну всі мутанти виявилися повністю стабільними. Причиною мутацій є випадання чи вставки підстав. При отриманні вакцинних вірусних штамів шляхом впливу на вірус мутагенами доцільно використовувати мутагени, що викликають глибші зміни генетичного коду - типу випадень або вставок, так як такі мутанти мають стабільність спадкових властивостей.

Мутації, що виникають при пасажах (адаптації) вірусів. Мутантні популяції вірусів можуть виникати і в результаті адаптації їх до біологічних систем in vitro (культури клітин) та in vivo (тварини, курячі ембріони).

Мутації при пасажах на тваринах. При адаптації вірусів до природно сприйнятливих тварин або гетерогенних тканин експериментально-сприйнятливих тварин вирішальне значення в роботі мають багато факторів:

• властивості вірусу та спосіб його введення. Чимале значення мають властивості штаму. Наприклад, різні штами вірусу вуличного сказувимагають різного числа пасажів для перетворення їх на штам фіксованого вірусу;
• вид та вік тварини. Значення має ослаблення резистентності господарів (вплив кортизоном, температурою, γ-опроміненням тощо).

Існує багато прикладів впливу виду тварини, що використовується при пасажах, на зміну біологічних властивостей вірусу.

Приклади, які мали позитивний результат у вигляді отримання генетично стабільних нешкідливих живих вакцин:

1) шляхом серійних пасажів вірусу сказу (штам Флюрі) через мозок одноденних курчат і далі в курячих ембріонах (зараження у жовтковий мішок) отримали вакцинний штам (virus fixe), який апатогенний для кроликів, мишей та собак (варіанти Нер та Нер та собак);

2) багаторазовими пасажами вірусу жовтої лихоманки через мозок мишей значно посилилися нейротропні властивості вірусу для мишей та втратилися властивості патогенності для мавп. Після 258-260 пасажів адаптований вірус з 1939 застосовують для імунізації людей проти цієї інфекції;

3) тривалі пасажі вірусу чуми великої рогатої худоби через організм кіз призвели до послаблення його вірулентності для сприйнятливих тварин. У 1948 р. було отримано атенуйований варіант вірусу, що застосовується для вакцинації великої рогатої худоби (штам Едварді);

4) аналогічним чином Накамура та Міямато адаптували до кролика вірус чуми великої рогатої худоби (штам L), який застосовують як високоефективну живу вакцину;

5) пасажами на мишах і морських свинках вдалося перетворити висцеротропну природу вірусу чуми коней у нейротропну та отримати нешкідливі для коней вакцинні штами;

6) тривалі пасажі вірусу ящуру через організм новонароджених кроликів або мишей призвели з часом до атенуації вірусу щодо великої рогатої худоби. Типова приналежність у своїй не змінювалася;

7) в результаті серії пасажів вірусу грипу (найбільш мінливий як в експериментальних, так і в природних умовах) на мишах (інтраназальне введення), він набув високої патогенності для цих тварин і водночас втратив патогенність для людини. У адаптованих до мишей штамів змінився ряд інших властивостей: інгібіторочутливість, терморезистентність та ін. Це свідчить про глибокі зміни спадковості вірусу.

Мутації при пасажах на курячих ембріонах. Спадкова мінливість вірусів спостерігалася при пасажах їх на курячих ембріонах. Були отримані вакцинні штами для профілактики інфекційного бронхіту, інфекційного ларинготрахеїту птахів, чуми собак, катаральної лихоманки овець (блютанга), чуми великої рогатої худоби, хвороби Ньюкасла та ін.

Мутації при пасажах у культурах клітин. У культурах клітин та тканин успішно вирощуються та атенуюються багато вірусів:

• після тривалих пасажів у культурі тканини, що переживає курячих ембріоніввірус жовтої лихоманки втратив нейротропні та висцеротропні властивості, зберігши імуногенність. Отриманий штам 17Д успішно використовують як живу вакцину;
• отримали ряд атенуйованих штамів вірусу поліомієліту (трьох типів) шляхом пасажу в культурі клітин нирки мавп. Вакцина, приготована з цих штамів, нешкідлива для людей, викликає напружений і тривалий імунітет, що забезпечує несприйнятливість до диких штамів вірусу поліомієліту, що циркулюють в природі;
• методом пасажу в поєднанні з селекцією в культурі клітин вірусу чуми великої рогатої худоби (штам LIII Накамура) отримали атенуйований ареактогеїний вакцинний штам ЛТ.

Багато повідомлень про отримання спадково ослаблених імуногенних штамів вірусу ящуру, інфекційного ринотрахеїту, вірусної діареї, міксоматозу кроликів та парагрипу-3 великої рогатої худоби при адаптації до різним видамкультур клітин.

Причини виникнення мутацій у процесі адаптації. Зміна властивостей вірусу у процесі пасажів відбувається східчасто. У перших пасажах виявляють головним чином віріони, що змінили якусь одну генетичну ознаку. Зі збільшенням числа пасажів у популяції виявляють віріони, що змінили дві і більше генетичні ознаки; кількість таких частинок постійно зростає, і надалі у переважної більшості вірусних частинокспостерігають зміну багатьох генетичних ознак.

В основі механізму спадкової мінливості вірусної популяції при пасажах лежать два процеси: мутація та селекція. У цьому та іншому процесі важливу роль відіграє зовнішнє середовище, яке є одночасно індуктором мутації та селективним фактором.

Якщо гетерогенну вірусну популяцію, що має у складі змінені та вихідні вірусні частинки, культивувати у звичайних умовах, то відбувається її реверсія. Наприклад, як показали дослідження з атенуйованим вірусом поліомієліту типу 3, реверсія змінених ознак може бути пов'язана не тільки з гетерогенністю вірусної популяції, але і з наявністю генетично однорідної популяції частинок вірусу, що мають низьку стабільність спадкових властивостей.

Нагромадилося багато фактів про мінливості вірусу, викликаної господарем (host-controlled variation). Зміни полягають у тому, що клітина впливає характер синтезованих у ній компонентів вірусу. Такі модифікації не торкаються нуклеотидної послідовності геному вірусу. Вони описані у ДНК-бактеріофагів, вірусу Сендай, хвороби Ньюкасла, грипу та ін. Склад білків, закодованих в геномі вірусу, може модифікуватися клітиною-господарем. Це обумовлено наявністю у клітині особливих мутагенних форм тРНК з порушеною відповідністю між антикодоном та кодоном відповідної амінокислоти.

Можливі модифікації, викликані включенням у вірусну частину компонентів клітини-господаря (головним чином білків та ліпідів): міксовіруси, параміксовіруси, оболонка яких є модифікованою клітинну мембрану. Така мембрана містить клітинні ліпіди, так і клітинні білки господаря. Тому при зміні клітини-господаря (клітинної системи чи виду організмів) у структурі оболонки вірусу змінюються клітинні антигени.

Антигенні варіанти альфавірусів і флавівірусів пов'язані з умовами культивування різних системахгосподаря. Білкові компоненти клітин-господарів включаються до суперкапсидної оболонки віріону, викликають зміни його антигенної характеристики.

Таким чином, клітина-господар може суттєво впливати на фенотип вірусу або блокувати (частково чи повністю) його репродукцію.

Наслідки мутацій:

• зміна фенотипічних проявів у нормальних умовах. Наприклад, збільшується чи зменшується розмір бляшок під агаровим гелем; збільшується або послаблюється нейровірулентність для певного виду тварин; вірус стає більш чутливим до дії хіміотерапевтичного агента і т. д. структурні мутаціїможуть стосуватися розміру віріону, первинної структури вірусних білків, зміни генів, що детермінують ранні та пізні вірусоспецифічні ферменти, що забезпечують репродукцію вірусу;
• летальна мутація, коли він порушується синтез чи функція життєво важливого вірусоспецифічного білка, наприклад вірусної полимеразы;
• умовно-летальная мутація, коли він вірусоспецифічний білок зберігає свої функції у певних, оптимальних йому умовах і втрачає функції у несприятливих умовах. Прикладом таких мутацій є температурно-чутливі (від англ. temperature-sensitive) - ts-мутації, за яких вірус втрачає здатність розмножуватися при підвищених температурах (39-42 °С), зберігаючи цю здатність при звичайних температурах вирощування (36-37 °С) ).

Відбір мутантів. При роботі зі зміненими організмами важливо вивчити мутаційну мінливість того чи іншого вірусу і відібрати мутанти, що цікавлять. Для відбору визначають фізико-хімічні та біологічні властивості мутантів:

• зв'язок між зміною певної ознаки (маркера) та вірулентністю (реактогенності, імуногенності та інших властивостей вірусу) – коваріація генетичних ознак у мутантів;
• природу мутантного фенотипу: здатність до репродукції у тій чи іншій системі, терморезистентність, гемагглютинуючі, гемолізуючі та інші властивості.

Оскільки у вірусології досліджують властивості популяції загалом, то прояви зміни спадковості вірусу необхідний процес селекції, т. е. створення умов, у яких відбувається переважне розмноження вірусних частинок зі зміненою спадковістю. В результаті вся вірусна популяція складатиметься з однорідних генетичних мутантних віріонів.

При отриманні генетично однорідної популяції в експериментальних дослідженнях використовуються такі методи селекції:

• виділення клонів з одиночних пустул на хоріоналантоїсній оболонці курячого ембріона;
• селекція клонів із бляшок на культурі клітин;
• селекція методом граничних розведень;
• селекція методом вибіркової адсорбції та елюції;
• селекція методом пасажів у змінених умовах культивування

Для генетичного аналізу придатні лише ознаки, які легко виявляються, досить стабільні і контролюються одиничною мутацією. У вірусів тварин такі складні ознаки, як патогенність, вірулентність, антигенна структура контролюються не одним, а багатьма генами.

Нині відбір мутантів вірусів тварин проводиться з урахуванням аналізу умовно-летальних мутацій. Всі умовнолітальні мутанти даного класу (наприклад, всі ts-мутанти) мають одну загальну ознаку і фенотипно в більшості випадків невиразні. Однією з причин виникнення ts-чутливості в результаті мутації є зміна первинної структури білка, наприклад ферменту. Причому ця зміна така, що за пермісивної температури фермент працює, а підвищення (зниження) температури змінює його конформацію сильніше, ніж конформацію білка дикого типу, і призводить до відсутності ферментативної активності у мутантного білка.

Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту та натисніть Ctrl+Enter.

Подібно до того, як природний відбір формував еволюцію людини, тварин, рослин і всіх живих організмів на нашій планеті, цей же процес відбувається у величезному, невидимому людському оці світі вірусів. Хоча віруси не можуть «технічно» жити самостійно, – для своїх репродуктивних функцій їм необхідний організм-господар, – вони постійно схильні до еволюційних впливів.

Віруси є неклітинною формою життя без власної системи освіти енергії, що вражають живі організми, необхідні їм для розмноження. Лише усередині тваринної чи рослинної клітини, вірус здатний змінюватися і формувати нові вірусні структури. Для людини, тварин та рослин віруси – це джерело багатьох захворювань.

Імунна система людини використовує низку прийомів для боротьби з патогеном (мікроорганізм, що викликає хворобу). А патоген, у свою чергу, знаходить прийоми у відповідь, щоб уникнути згубного впливу імунної системи. Це відбувається шляхом створення численних копій, які поширюються клітинами ураженого організму. Новостворене покоління вірусу успадковує саме ті характеристики, які є сильною стороною цього виду і допомагають вижити, а ті властивості, які ускладнюють поширення, просто губляться. Така нескладна система є небаченою силою і таїть у собі загрозу утворення захворювань, з якими медицина не встигає справлятися.

Візьмемо, наприклад, вірус, який мутував та став смертельним для свого господаря. Протягом лічених годин людина гине від інфекції. А вірус потрібний новий, здоровий організм для свого потомства. Якщо «господар» загинув раніше, ніж хтось від нього заразився, мутація зникне.

Єдиним способом, яким організм-господар захищає себе від вірусу, є вироблення антитіл. Антитіла захищають клітини господаря від проникнення вірусу, утворюючи зовні клітини потужний щит, який не пропускає білок конкретного вірусного штаму. Мутував вірус, який виявляється відмінним від інших, що вразили господаря, отримує перевагу: у господаря відсутній сформований раніше імунітет у вигляді антитіл до цього вірусу.

Незважаючи на відсутність клітинної структури, природа вірусів зашифрована в їх генах (яких може бути всього два або більше, до 200). Розрізняють ДНК та РНК віруси. ДНК є більш стабільною молекулою, ніж РНК, а також ДНК віруси мають особливу властивість перевірки своєї структури, що є частиною їх репродуктивної функції. Для цього вони використовують клітину господаря, яка контролює реплікацію правильного набору ДНК. Таким чином, ДНК віруси практично не схильні до зміни, а, отже, їх мутація близька до нуля. РНК є менш стабільною молекулою, і функція контролю реплікації у РНК вірусів відсутня. У процесі формування нових вірусів при копіюванні РНК дуже часто виникають помилки. Віруси мутують і становлять особливу небезпеку для людини. Найпоширенішими РНК вірусами є віруси грипу та імунодефіциту людини (що викликає СНІД).

Вакцинація – це штучно створений спосіб запобігання захворюванню, що викликається вірусами, які вже були ґрунтовно вивчені вченими-медиками. Вакцина (яку здебільшого в крові вводять ще в дитинстві) містить вже готові антитіла і організм виявляється захищеним від таких серйозних захворювань, як поліомієліт, кір, паротит та інші. Вірусологи всього світу не припиняють роботи з вивчення природи нових вірусів та створення сучасних вакцин для захисту людства.

Найчастішим вірусним захворюванням, на яке щороку страждають мільйони людей, є грип. Його вірус особливо схильний до мутацій, що на цей день унеможливлює створення універсальної вакцини, яка б раз і назавжди захистила людину від цього захворювання. Щосезону вчені створюють нову вакцину, спрямовану проти конкретного штаму вірусу грипу, який зазнав чергової мутації. Останні роки сезонна вакцинація проти грипу стає все більш масовою, але немає повноцінної гарантії, що в індивідуальному випадку вона виявиться ефективною. Сучасні наукові технології та передові уми з галузі медицини, своєчасно реагують на появу нових мутацій та вірусів, які несуть особливу небезпеку для людини. Найостаннішим тривожним повідомленням у світі вірусології є спалах вірусу Еболи, що виявився на африканському континенті влітку 2014 року. Поки що, вчені з'ясували тільки те, що вірус відрізняється високим ступенем мутації – від людини до людини вірус потрапляє вже у формі, що мутувала. Прогнози вчених поки що невтішні, оскільки є припущення, що пандемія вірусної геморагічної лихоманки (збудник – вірус Ебола) охопить понад 20 тис. осіб у період від шести до дев'яти місяців. Але дослідження та спроби створення ефективної вакцини та ліків для лікування цього вірусу не припиняються, і залишається тільки сподіватися, що вони увінчаються успіхом, і людство буде врятовано від смертельної загрози.

Причини страждань Секлітова Лариса Олександрівна

Чому мутують віруси?

Чому мутують віруси?

Але поставимо ще одне цікаве питання. Чому деякі захворювання згодом зазнають різних змін? Наприклад, раніше були просто: нежить, застуда, грип, жовтяниця, а зараз з'явилися різновиди: пташиний, свинячий грип, різні алергії. З'явився СНІД, різновиди гепатиту А, Б, С та деякі нові захворювання, раніше невідомі медицині.

У зв'язку з тим, що людина розвивається, переходить з одного рівня на інший, а це все – різні діапазони енергій, то його організм у момент переходу з рівня на рівень починає працювати з новими частотами енергій. Тому він може недодавати Космосу вже інші типи енергій. Звідси й медичної системи доводиться вносити у роботу мікроорганізмів свої поправки. Вони виконують переконструкцію функції мікроорганізмів, орієнтуючи їх на стимулювання виробництва інших типів енергій. Тому з'являються різні різновиди гепатитів та грипу.

У той же час поява нових хвороб змушує земну медицину шукати нові методи боротьби з ними, нові ліки, а це сприятиме загальному розвитку людства. Так що будь-який мінус перетворюється на плюс.

Звернемося ще до однієї проблеми, пов'язаної з мікроорганізмами, – до теми раку.

Сервітори-віруси Виявляється, в інструкцію для сервіторів можна ввести наказ про самовідтворення або розмноження. Згідно з інструкцією, самовідтворення може відбуватися у формі клітинного поділу відповідно до кібернетичних або вірусних параметрів. Або