Антигенная вариабельность это

Патогенетическая микробиология (часть 3) | Издательство ПИМУ – Part 35

Антигенная вариабельность это

Вирус редко проникает в кровь.

Это замечено лишь в тяжелых случаях, но вряд ли имеет патогенетическое значение, хотя бы из-за отсутствия сывороточных и тканевых протеаз, способных активировать вирусный гемагглютинин.

Казуистикой вирусемии можно объяснить и отсутствие тератогенных последствий гриппозной инфекции, возникшей во время беременности. Достоверные данные на этот счет отсутствуют.

Из осложнений наиболее опасна вторичная бактериальная бронхопневмония. Она развивается в зонах выраженного повреждения эпителия, чаще у пожилых людей, особенно при хронических заболеваниях дыхательной и сердечно-сосудистой систем. Это главная причина летальных (порой катастрофически быстрых) исходов.

Возбудителями чаще служат инкапсулированные бактерии (пневмококк, палочка инфлюэнцы), но опасны и другие бактерии, прежде всего золотистый стафилококк. Симптомы (лихорадка, кашель с гнойной мокротой, хрипы и пр.) обычно возникают в виде второй волны, в период реконвалесценции от гриппа.

Гораздо реже встречается первичная пневмония, вызываемая самим вирусом гриппа. Иногда она обретает геморрагический характер (мокрота с кровью) на фоне массивного повреждения эндотелия и в таких случаях быстро ведет к смерти.

Это было характерно для «испанского гриппа», когда многие больные буквально задыхались в собственной сыворотке или крови в течение 48 ч.

Освобождение от вируса начинается тотчас после повреждения слизистой оболочки. Продукты распада эпителиоцитов и медиаторы воспаления стимулируют продукцию слизи, а уцелевшие клетки мерцательного эпителия и кашлевые толчки проталкивают ее вверх вместе с основной массой вируса.

Этот простой, но надежный механизм в сочетании с ринореей предупреждает распространение инфекции по респираторному тракту, способствуя выздоровлению.

Во всяком случае, клиническое улучшение наступает раньше, чем в крови или секретах обнаруживаются противовирусные антитела, хотя полное освобождение от вируса совпадает с появлением секреторных антител. В неосложненных случаях больной поправляется через 7—10 дней.

Грипп А

С вирусом типа (вида) А связаны главные проблемы гриппозной инфекции. Это эталон, фокусирующий все, что на сегодня известно об ортомиксовирусах, эпидемиологии, иммунологии и клинике гриппа.

Классификация

Выраженная изменчивость вируса гриппа А потребовала унифицировать внутритиповую классификацию штаммов на основе антигенных особенностей гемагглютинина и нейраминидазы. С 1980 г. все известные разновидности гемагглютинина сгруппированы в 13 (Н1—Н13), а нейраминидазы — в 9 субтипов (N1—N9).

Современная классификация состоит из обозначения штаммов и описания субтипов гемагглютинина и нейраминидазы.

Обозначение штаммов включает пять позиций: 1) тип (А, В и С); 2) естественный хозяин, если это не человек; 3) географическое происхождение; 4) порядковый номер; 5) год выделения.

Антигенная характеристика гемагглютинина и нейраминидазы следует в круглых скобках за обозначением штамма. Примеры: А/Гонконг/1/68(H3N2); А/Токио/3/67(Н2N2); А/СССР/90/77(H1N1); A/утка/СССР/695/76(H3N2).

В формуле вирусов В и С описание H- и N-антигенов отсутствует.

Антигенная изменчивость

Вирусы гриппа А обладают удивительно нестабильным геномом, вариабельность которого на 2—3 порядка выше, чем у большинства других РНК-вирусов. Изменчивость затрагивает все компоненты вируса, но ее главные проявления связаны с поверхностными структурами — гемагглютинином и нейраминидазой.

Именно их эпитопные перестройки определяют антигенную формулу штаммов и лежат в основе эпидемиологии гриппозной инфекции. Причина высокой вариабельности поверхностных антигенов при относительном постоянстве внутренних компонентов (нуклеопротеина, M-белка, полимеразного комплекса) связана с отбором иммунорезистентных вирусных клонов.

Поскольку внутренние структуры экранированы от антител, селекции и избирательной экспансии подвергаются прежде всего антигенные варианты суперкапсида. Эпитопные изменения внутренних белков не создают преимуществ во взаимоотношениях с хозяином и обычно не закрепляются в вирусной популяции.

Чтобы это произошло, структурные перестройки белков должны позитивно влиять на функции, от которых зависит лидерство вируса в инфекционном процессе.

Примером такого рода выгодного для вируса сочетания иммунорезистентности по внешним антигенам и высокой вирулентности (она зависит от взаимодействия всего комплекса вирусных белков) являются эпидемические штаммы, которые периодически получают распространение среди людей (см. ниже).

Гемагглютинин и нейраминидаза меняются независимо друг от друга, благодаря двум генетическим механизмам — шифту и дрейфу. Шифт (англ. shift — cдвиг) ведет к полной смене антигенного профиля молекул H/N и появлению новых субтипов вируса. Дрейф (англ.

drift — медленное течение) означает частичное обновление H/N-эпитопов при сохранении антигенного родства с поверхностными антигенами прототипного (родительского) штамма.

Благодаря этому в изначально гомогенной вирусной популяции возникают клоны, которые, подвергаясь селекции, дают начало штаммам с повышенной эпидемической проходимостью.

Иными словами, если шифт порождает новые субтипы гемагглютинина и нейраминидазы, то дрейф определяет штаммовые особенности внутри каждого субтипа. Шифт — стратегия, дрейф — тактика антигенной изменчивости.

Новые шифт-варианты (субтипы) возникают редко. Для вирусов человека за последние сто лет зарегистрировано только три шифта по гемагглютинину (Н1, Н2, Н3) и два — по нейраминидазе (N1, N2). Всего известно 13 шифтовых вариантов гемагглютинина и 9 — нейраминидазы. Они существуют в различных комбинациях, большинство из которых выделяется от животных.

Наибольшая мозаика антигенных вариантов выявлена у диких и домашних птиц. Их вирусы нередко сочетают оригинальные гемагглютинины с нейраминидазами вирусов гриппа млекопитающих или людей, позволяя размышлять о возможности происхождения новых субтипов на основе генетических пересортировок между штаммами разной природы. Что касается вирусов человека, то начиная с 1918 г.

они были представлены лишь тремя антигенными формулами: H1N1, H2N2, H3N2.

В отличие от шифтов, возникающих неожиданно и скачкообразно, дрейф совершается непрерывно, как многоступенчатый процесс. Поэтому дрейф-варианты сохраняют антигенную преемственность, которая снижается по мере накопления структурных перестроек.

В конце концов антигенное родство может стать минимальным, приближаясь к шифту.

Однако благодаря эстафетности мелких изменений (достаточно замены единственной аминокислоты) все дрейф-варианты представляют единую семью, члены которой более или менее похожи по гемагглютинину и нейраминидазе.

Дрейф определяется точечными мутациями в генах гемагглютинина и нейраминидазы. Это соответствует повышенной мутабельности РНК-вирусов, которая связана со сравнительно низкой надежностью РНК-реплицирующих ферментов и неспособностью клеток исправлять их ошибки.

Вопрос лишь в том, почему вероятность дрейфа у вируса гриппа гораздо выше, чем у других РНК-вирусов? Вполне убедительного объяснения не существует. Одной из причин может быть экологическая привязка гриппозных вирусов к респираторному тракту.

IgA-антитела, с которыми вирус сталкивается в верхних дыхательных путях, образуют непрочные комплексы с антигенами и не очень надежно нейтрализуют вирусы. Это позволяет вирусу активно размножаться, расширяя свою популяцию, а следовательно, и вероятность накопления мутаций.

Некоторые из мутантов могут быть еще резистентнее к секреторным антителам, создавая прецедент для селекции. Это согласуется с наблюдениями о слабой антигенной изменчивости тех РНК-вирусов, которые обязаны пройти через этап вирусемии (например, вирусы кори, паротита).

В отличие от вирусов, не покидающих слизистые оболочки, они эффективно нейтрализуются циркулирующими IgG-антителами, не успевая накопить потомство, обогащенное мутациями. Впрочем, это не объясняет высокой изменчивости вируса гриппа А относительно других респираторных РНК-вирусов (парамиксовирусов, вирусов гриппа В и С и пр.).

О механизме шифтовой изменчивости продолжают спорить, но большинство склоняется к тому, что главной причиной является перетасовка (рекомбинация) генов при одновременном заражении клеток несколькими штаммами вируса.

Наиболее удачливые рекомбинанты избегают нейтрализующего действия антител, получая шанс для выживания.

Вероятность генетических перетасовок возрастает благодаря фрагментарности вирусного генома, которая обеспечивает обмен целыми генами, кодирующими дискретные вирусные белки.

Источник: https://medread.ru/patogeneticheskaya-mikrobiologiya-3/35/

1.4 Антигенная структура и антигенная вариабельность

Антигенная вариабельность это
Возбудитель сибирской язвы

Вас. anthracis изучена еще недостаточно. Н.Ф. Гамалея (1928) установил, что в подкожном отеке, образующемся на месте введения возбудителя, содержатся ядовитые вещества, вызывающие при введении в кровь быструю гибель кролика. Watson…

Гидросфера, ее границы, циркуляция вод при разных климатических условиях и их влияние на свойства биосферы

3.1 Атмосфера, её структура

Атмосфера это внешняя газовая оболочка Земли, которая начинается у ее поверхности и простирается в космическое пространство приблизительно на 3000 км. История возникновения и развития атмосферы довольно сложная и продолжительная…

Дезинтеграция как инструмент для направленного разрушения клеток и клеточных структур

1. Структура клетки

Бактериальная клетка (рис. 1) состоит из клеточной стенки, цитоплазматической мембраны, цитоплазмы с включениями и ядерного аппарата, называемого нуклеоидом. Имеются другие структуры: мезосома, хроматофоры, тилакоиды, вакуоли…

Иерархическая организация

2.1.2 Структура прайда

Львы – единственные кошачьи, образующие социальные группы, прайды. Основу прайда составляют 2-18 львиц, как правило, это близкие родственницы, имеющие свою территорию (львица всегда наследует территорию матери)…

Механизм действия ферментов

2. Структура ферментов

В природе существуют как простые, так и сложные ферменты. Первые целиком представлены полипептидными цепями и при гидролизе распадаются исключительно на аминокислоты. Такими ферментами (простые белки) являются гидролитические ферменты…

Молекулярные механизмы сплайсинга

Структура интеинов

Условно интеины можно поделить на две большие группы — классические интеины и мини-интеины. Классический интеин состоит из двух доменов — сплайсингового домена…

4.1 Первичная структура

В полинуклеотидных цепях нуклеотидные звенья связаны через фосфатную группу. Фосфатная группа образует две сложноэфирные связи: с С-3 предыдущего и с С-5 последующего нуклеотидных звеньев…

4.2 Вторичная структура ДНК

Структура двойной спирали ДНК была предложена Френсисом Криком и Джеймсом Уотсоном в 1953 году на основании рентгеноструктурных данных, полученных Морисом Уилкинсом и Розалинд Франклин, и “правил Чаргаффа”…

Обмен белков. Обмен жиров. Обмен углеводов. Печень, ее роль в обмене веществ

4.1 Структура печени

Печень (hepar) — непарный орган брюшной полости, самая крупная железа в организме человека. Печень человека весит полтора-два килограмма. Это самая крупная железа тела. В брюшной полости она занимает правое и часть левого подреберий…

Основные понятия синергетики

8. Структура и хаос

Где лежит граница между регулярной, но сложно организованной структурой и хаосом? Критерием может служить устойчивость возникающих в процессе течения образований по отношению к малым возмущениям. Если такая устойчивость отсутствует…

Особенности современной научно-технической революции

3. НТР и структура хозяйства

Сдвиги в макроотраслевой структуре, происходящие под влиянием НТР, отражают изменения самых крупных народнохозяйственных пропорций. Три из них наиболее важны и наиболее четко выражены…

Подходы к изучению популяции

f1.3 Структура популяции

Структура популяции – это определенная организация, формирующаяся, с одной стороны, на основе биологических свойств вида, а с другой – под влиянием абиотических факторов среды и популяций других видов. Структура популяции нестабильна…

Современное научное знание

f2. Структура науки

Научные дисциплины, образующие в своей совокупности систему Наука в целом, весьма условно можно подразделить на 3 большие группы (подсистемы): 1) естественные; 2) общественные; 3) технические…

Современные представления о физиологических механизмах сна и сновидений. Организация сна детей и подростков

f2.1 Структура сна

Сон — особое состояние сознания человека и животных, включающее в себя ряд стадий, закономерно повторяющихся в течение ночи. Появление этих стадий обусловлено активностью различных структур мозга. Изучение торможения показало…

Частная микробиология, систематика и методы идентификации бактерий рода Mycobacterium

4. Антигенная структура микобактерий

Химически сложный полисахаридолипидный комплекс (полный антиген) при парентеральном введении в иммунизированном организме вызывает образование антител, выявляемых с помощью традиционных серологических тестов РА, РСК, РП, РНГА, РИД…

Источник: https://bio.bobrodobro.ru/2132

Изменчивость вируса гриппа — гениальность природы, но опасность для человека

Антигенная вариабельность это

Все прекрасно знают, что к гриппу надо прививаться каждый год, так как каждый год к нам приходит новая его разновидность. Его изменчивость такова, что вакцины, сделанные в предыдущий период просто не работают в следующем.

Вирус гриппа

Своей не поддающейся контролю изменчивостью вирус гриппа обязан клеточной машине, которая следит за правильной пространственной укладкой белковых молекул под названием гемагглютинин. Вообще, гемагглютинин — это любое вещество, вызывающее гемагглютинацию, реакцию агглютинации эритроцитов крови.

Структура гемагглютинина вируса гриппа

В случае с вирусом гриппа гемагглютинин — это поверхностный белок, обеспечивающий способность вируса присоединяться к клетке-хозяину. Антитела к гемагглютинину обеспечивают основной иммунитет против вируса.

Гемагглютинин вируса гриппа представляет собой тример, построенный из двух различных по структуре участков: трехнитчатой закрученной в спираль конструкции из a-спиралей, отстоящей на 7,6 нм от мембраны, и глобулярного участка антипараллельной b-поверхности, которая содержит сайт связывания рецептора.

Что обеспечивает высокую изменчивость вируса гриппа?

Известно, что за это отвечают два процесса: антигенный дрейф и антигенный сдвиг.

Антигенный дрейф.

В виду изменчивости, заложенной механизмом эволюции, фермент, синтезирующий вирусную РНК, не имеет защиты от неизбежных ошибок, из-за чего, в свою очередь, у одного штамма вируса возникают точечные мутации генов гемагглютинина и нейраминидазы.

Можно сказать, что эти мутации возникают непрерывно, но каждая следующая не сильно отличается от предыдущей.

При этом, именно из-за непрерывности этого процесса, эти мутации накапливаются в таком огромном количестве, что препятствуют распознаванию вируса иммунной системой, а это влечёт за собой необходимость периодических изменений состава противогриппозных вакцин в соответствии с прогнозами о преобладающих штаммах возбудителя в следующем эпидемическом сезоне. Помимо того, что антигенный дрейф присущ всем типам вируса гриппа, он встречается и у многих других вирусов. При этом вирус В мутирует в разы медленнее, чем вирус А, но быстрее, чем вирус С.

Антигенный сдвиг.

Гораздо более опасное свойство вируса гриппа. Плюсом, если вообще можно так выразится, можно назвать лишь то, что это свойство является особенностью только гриппа А. Заключается это свойство в способности вируса поражать множество видов животных, а также большим разнообразием гемагглютинина и нейраминидазы.

Так, вирусы В и С содержат по одному типу этих гликопротеинов, которые внутри вида отличаются лишь относительно небольшим числом точечных мутаций, что существенно упрощает поиск вакцин. У вируса А на сегодняшний день известно 18 типов гемагглютинина и 11 типов нейраминидазы.

Именно в соответствии с ними штаммы этого возбудителя имеют дополнительную маркировку, например, А/H1N1, А/H3N2 и т. д. Сродство вируса к разным видам птиц и зверей, из-за чего они становятся его разносчиками, зависит от конкретного типа этих антигенов.

Но не стоит забывать, что, теоретически, любая разновидность вируса представляет опасность для всех подверженных гриппу видов. Более вирулентные и патогенные штаммы, с которыми иммунитет людей справляется очень плохо, возникают именно при антигенном сдвиге.

Когда в одном организме встречаются вирусы с разными типами гемагглютинина и нейраминидазы, вирусные частицы в процессе сборки, из-за сегментированной РНК, могут «обмениваться» ими, что рано или поздно и приводит к появлению новых более агрессивных штаммов.

В результате этого процесса образовалось большинство разновидностей вируса А, вызывавших пандемии, например, «азиатского гриппа» в 1957 году или «гонконгского гриппа» в 1968 году. Недавняя пандемия 2009 года была вызвана обменом генами между человеческим, свиным и птичьим штаммами вируса.

Происхождение возбудителя наиболее смертоносной пандемии гриппа в истории человечества — печально известной «испанки» 1918–20 годов, унесшей жизни, по разным оценкам, от 50 до 100 миллионов человек — менее понятно, но, вероятно, суть кроется всё в том же антигенном сдвиге.

Как считает большинство учёных, исследовавших данный штамм, он мог появиться в результате антигенного сдвига при рекомбинации как минимум двух штаммов птичьего гриппа.

Хотя есть версия и антигенного дрейфа, при котором «удачный» набор мутаций придал птичьему вирусу высокое сродство к человеческому организму.

Прошлогоднее исследование показало, что несмотря на все ухищрения возбудителя гриппа, с помощью которых он пытается обманывать «иммунитет», восприимчивость к определенным его штаммам, в том числе «незнакомым», зависит от типа вируса, которым человек переболел впервые в своей жизни.

Суть кроется в том, что все разновидности гемагглютинина по аминокислотному составу делятся на две большие группы. Первая группа включает Н1, Н2, Н5, Н6, Н8, Н9, Н11-13 и Н16-18, а вторая — Н3, Н4, Н7, Н10, Н14 и Н15.

К вирусам с антигенами той группы, с которой человек столкнулся впервые в жизни, у него развивается определенная степень устойчивости: заболевание либо не разовьется, либо будет протекать с минимальным риском летального исхода.

На сегодня достоверно известно, что преобладание различных штаммов в структуре эпидемий меняется раз в несколько десятилетий, а значит чувствительность человека к той или иной разновидности вируса можно предсказать по году его рождения.

А каково вирусу «жить» с такой изменчивостью?

Следует понимать , что белок – это довольно запутанный клубок аминокислот, в котором они взаимодействуют друг с другом, притягиваясь и отталкиваясь.

Функция белка зависит именно от его пространственной формы: его аминокислоты должны так провзаимодействовать друг с другом, чтобы его форма позволяла связываться с рецепторами, расщеплять какие-то молекулы или, наоборот, соединять их и т. д.

В случае неконтролируемых мутаций чаще всего страдает именно пространственная укладка белковой молекулы, так, что работать белок уже не может. Для гемагглютинина вируса гриппа, это совершенно не исключение: постоянные изменения в гемагглютинине довольно часто приводят к тому, что он превращается в мусор.

Но в любой клетке есть особые белки, которые помогают другим белкам поддерживать форму. Эти белки называются шапероны, и они нужны как раз для того, чтобы белковая молекула, у которой не получается приобрести правильную пространственную конформацию, всё-таки свернулась правильно.

Так, например, шапероны оказываются очень кстати, при тепловом стрессе, когда при заболевании температура тела человека повышается настолько, что белки теряют пространственную укладку из-за неподобающих условий среды.

Напомню, что повышение температуры тела – это защитный механизм, который срабатывает именно для того, что белки вируса потеряли свою пространственную укладку, в то время как белки организма поддерживают свою форму благодаря шаперонам.

Модель шаперона

Для того, чтобы продемонстрировать взаимодействие клеточных шаперонов, в качестве инструмента решения проблем с вирусными белками, возникающих из-за сильной изменчивости, исследователи из Массачусетского технологического института поставили эксперименты с двумя типами клеток: в одних была сильно понижена активность одного из главных белков-шаперонов, в других, наоборот, шаперонов было больше, чем обычно. Те и другие клетки заражали вирусом гриппа и исследователи ждали, когда у вируса сменится не менее 200 поколений (учитывая огромную скорость размножения вирусов, ждать пришлось недолго).

Действительно, оказалось, что в клетках, где шапероны были особенно активны, вирус менялся быстрее, чем в обычных клетках, и уж точно быстрее, чем в клетках с выключенным главным шапероном. Иными словами, когда в клетке много белков, которые следят за пространственной укладкой других белков, вирус может позволить себе быть изменчивым.

Больше всего у гриппа мутировали уже много раз упомянутый гемагглютинин, с помощью которого он взаимодействует с клетками, и фермент, который занимается копированием вирусного генома.

Как было сказано выше, шапероны включаются в момент теплового стресса – и, очевидно, вирус со своими изменчивыми белками должен особенно хорошо себя чувствовать, когда клетке приходится терпеть температуру выше обычной.

То есть вирусы (скорее всего не только гриппа), судя по всему, научились использовать шаперонную машину в тех же целях, что и клетки организма.

Если это так, то есть предположение, что если у нас получится каким-либо образом «отключить» вирус гриппа от клеточных шаперонов, то это позволить затормозить его стремительную эволюцию.

В таком случае, возможно, нам не придется каждый год подбирать новую вакцину для очередной его разновидности.

__________

Ссылка на канал в Telegram, в котором я публикую и статьи из Дзен, но в основном то, что сюда не входит по тем или иным причинам, а также немного различной отсебятины.

Мы также начали работать над каналом в . Пока вы можете посмотреть лекции и просто интересные видео, которые мы выкладываем, а любые пожелания и предложения можете высылать на почту science.kitchen@yandex.ru.

С уважением, Д.

Источник: https://zen.yandex.ru/media/scikit/izmenchivost-virusa-grippa--genialnost-prirody-no-opasnost-dlia-cheloveka-59f5bb1bad0f22ee07980524

Ваше здоровье
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: