Mikrobioloģija - vispārīga virusoloģija, gripa

vīrusu replikācijas galvenie soļi (7)

1) šūnas atpazīšana

2) piesaistīšanās

3) penetrācija un iekļūšana šūnā

4) atbrīvošanās no apvalkiem jeb "izģērbšanās"

5) makromolekulu sintēze

6) jauno vīrusu daļiņu formēšanās

7) vīrusa izdalīšana

virions

atsevišķa vīrusa daļiņa

Kā notiek šūnas atpazīšana un vīrusa piesaistīšanās tai?

virions atpazīst šūnas virsmas specifiskās molekulas un saistās ar specifiskiem šūnas receptoriem (visbiežāk - glikoproteīniem)

receptori nosaka vīrusa šūnu tropismu

Cik daudz vīrusam specifiskus receptorus var ekspresēt saimniekšūna?

Pret vīrusu uzņēmīga šūna var ekspresēt līdz pat 100k specifiskus receptorus

Kā notiek saimniekšūas penetrācija un vīrusa iekļūšana tajā?

virions iekļūst caur receptoru mediētu endocitozi ar endosomām vai arī notiek fūzija/membrānu saplūšana (saplūst viriona membrāna ar saimniekšūnas membrānu)

Kā notiek vīrusa "izģērbšanās" jeb atbrīvošanās no apvalkiem?

notiek vienlaicīgi vai īsi pēc šūnas penetrācijas

vīrusa nukleīnskābes atdalās no vīrusa ārējām struktūras komponentēm --> ideja tāda, ka saimniekšūnā paliek tikai plika nukleīnskābe (DNS vai RNS)

Kā notiek vīrusa makromolekulu sintēze saimniekšūnā?

Ekspresējas vīrusa genoms (vai nu DNS tiek integrēts saimniekšūnā vai tiek sintezēts mRNS)

citoplazmā notiek vīrusa strukturālo proteīnu un enzīmu sintēze

reizē, neatkarīgi notiek vīrusa genoma replikācija

--> tiek transkribēta specifiska vīrusa iRNS (informācijas RNS jeb messenger RNA), lai sekmīgi ekspresētu un dubultotu vīrusa ģenētisko info

Lielākā daļa RNS vīrusu replicējas citoplazmā

Lielākā daļa DNS vīrusu replicējas kodolā

RNS vīrusu replikācija parasti notiek saimniekšūnas...

citoplazmā

DNS vīrusu replikācija parasti notiek saimniekšūnas...

kodolā

iRNS sintēzes ceļš ir atkarīgs no

vīrusa nukleīnskābes struktūras (negatīvs/pozitīvs, single/double strand, RNS/DNS, utt.)

(-) ssRNS īpašības

negatīvi vienpavediena RNS vīrusi

genoms ir KOMPLEMENTĀRS iRNS

šo vīrusu sastāvā ir RNS - atkarīgā RNS polimerāze, kas veido pozitīvo (+) iRNS

(-)ssRNS vīrusu dzimtu piemēri (3)

orthomyxoviridae

paramyxoviridae

rhabdoviridae

Kas ir obligāti nepieciešams (-)ssRNS vīrusu replikācijai?

RNS-atkarīgā RNS polimerāze, lai no (-)ssRNS vīrusa genoma izveidotu (+)iRNS

(+)ssRNS vīrusu īpašības

šo vīrusu RNS jau kalpo kā iRNS, nav nepieciešama pārveidošana ar RNS-atkarīgo RNS polimerāzi

(+) ssRNS vīrusu dzimtu piemēri (3)

picornaviridae

togaviridae

flavivirus

(+) ssRNS retroviridae

raksturīgs nukleīnskābes veids HIV

retroviridae - satur reverso transkriptāzi, kas vīrusa RNS spēj pārvērst par DNS un ar integrāzes palīdzību iekļaut to saimniekšūnas genomā

--> RNS vīruss, bet būtībā darbojas kā DNS vīruss

Kā notiek jauno vīrusa daļiņu noformēšanās un izdalīšanās no saimniekšūnas?

sintezētie vīrusa genomi un kapsīda polipeptīdi saistās, noformē jaunus nukleokapsīdus

Vienkāršie, bezapvalka vīrusi izdalās, šūnai plīstot (šūna uzbriest pilna ar jauniem vīrusiem līdz lizējas)

Saliktie, apvalkotie vīrusi izdalās, izpumpurojoties, tādejādi arī iegūstot savu apvalku:

vispirms vīrusam specifiskie apvalka glikoproteīni nokļūst saimniekšūnas membrānā--> šajās modificētajās vietās izpumpurojas nukleokapsīds, iegūstot apvalku ar sev specifiskiem glikoproteīniem

Apvalkoto vīrusu infekciozitāte

apvalkotie vīrusi nav infekciozi BEZ apvalka

Vienkāršo vīrusu izdalīšanās veids no saimniekšūnas

izdalās, šūnai uzbriestot un plīstot

Apvalkoto vīrusu izdalīšanās veids no saimniekšūnas

izdalās, izpumpurojoties

(izpumpurojas tikai saimniekšūnas membrānas modificētajās vietās, kur ir vīrusam specifiskie glikoproteīni)

izpumpurošanās ceļā iegūst apvalku

Kuri posmi vīrusu replikācijas ceļā atšķiras apvalkotiem vīrusiem no vienkāršiem?

piesaistīšanās - apvalkoti vīrusi piesaistās pie šūnas receptora ar glikoproteīniem (vienkārši vīrusi vnk ar nukleokapsīdu)

penetrācija un iekļūšana šūnā - apvalkoti vīrusi biežāk iekļūst šūnā caur membrānu fūziju, nevis receptoru mediētu endocitozi (bet tas tā nav vienmēr)

izdalīšanās - apvalkoti vīrusi izdalās, izpumpurojoties

Akūtu vīrusu ierosinātu respiratoro infekciju ieejas ceļš

respiratorā sistēma

visbiežāk pilienu/aerosolu veidā vai ar siekalām

Orthomyxoviridae

gripas vīrusi

(-)ssRNS

Galvenā dzimta, kas atbildīga par saslimstību un mirstību respiratoro saslimšanu vidū

orthomyxoviridae - gripas vīrusi

Zināmie orthomyxoviridae imunoloģiskie tipi

gripas vīrusi

A, B un C imunoloģiskie tipi

A imunoloģiskā tipa gripas īpašības

augsti variabla antigenitāte - tā nepārtraukti mainās

ierosina lielāko daļu gripas epidēmiju

plašs saimniekorganismu loks - slimo arī dzīvnieki

A tipa gripas antigenitāte

ļoti variabla, nepārtraukti mainās

Kura imunoloģiskā tipa gripa visbiežāk izraisa gripas epidēmiju?

A gripa

A tipa gripas saimniekorganismi

ļoti dažādi

slimo arī dzīvnieki

B imunoloģiskā tipa gripas īpašības

antigēni variabli, bet ne tik ļoti kā A gripai

reti izraisa epidēmijas, bet var gadīties

slimo tikai cilvēki

ar B tipa gripu slimo tikai

cilvēki!

C imunoloģiskā tipa gripas īpašības

antigenitāte ir stabila

ierosina vieglas saslimšanas, pārsvarā tikai imūnkompromitētiem pacientiem

Gripas vīrusa izmērs

vidējs

100 nanometri diametrā (80-120nm)

Gripas vīrusa forma

sfēriska

Gripas vīrusa genoms

(-)ssRNS

A un B tipam sastāv no 8 atseviškiem segmentiem

C tipam no 7 segmentiem

A un B tipa gripas vīrusa RNS segmentu skaits

8

C tipa gripas vīrusa RNS segmentu skaits

7

Gripas vīrusa kapsīds satur

segmentētu (-)ssRNS

nukleoproteīnu

u.c. strukturālus proteīnus

M1 proteīns

matrices proteīns gripas vīrusos

veido papildus apvalku zem lipīdu ārējā apvalka

galvenais viriona komponents

sastāda 40% no visiem vīrusa proteīniem

M2 proteīns

jonu kanāliņu proteīns gripas vīrusos

dažos eksemplāros virionā

mērķis pretvīrusu zālēm

gripas vīrusa apvalks

lipīdu

vīruss to iegūst izpumpurošanās laikā

glikoproteīni - hemaglutinīni (HA), neiraminidāzes (NA)

Svarīgākie proteīni, ko satur gripas vīruss

nukleoproteīns, u.c. proteīni nukleokapsīdā

M1 (matrices) proteīns

M2 (jonu kanāliņu) proteīns

hemaglutinīns (HA) un neiraminidāze (NA) uz apvalka

hemaglutinīns

glikoproteīns uz gripas vīrusa apvalka

nodrošina piesaistīšanos šūnai

galvenais proteīns, pret kuru ir vērstas ķermeņa antivielas

spēj aglutinēt eritrocītus noteiktos apstākļos

hemaglutinīna gēna struktūra

14 dažādas alēles--> 14 HA apakštipi

1.-3. H tips ir raksturīgs cilvēka vīrusam (H1-H3)

Hemaglutinīna struktūra

trimērs

14nm garš

katrs no trim monomēriem, kas to veido, sastāv no kātiņa un galviņas

katrai no galviņām ir neliela iedobīte - šūnu receptoru piesaistīšanās vieta

lai vīruss kļūtu infekciozs, trimēram jāšķeļas par monomēru HA1 un dimēru HA2 - to nodrošina šūnu proteāzes

Kāpēc antivielām ir grūti piesaistīties hemaglutinīna šūnu receptoru piesaistes vietai?

jo tā atrodas uz iedobītēm trimēra galviņās, kas ir niecīga izmēra

Kam jānotiek ar hemaglutinīna molekulu, lai gripas vīruss kļūtu infekciozs?

trimēram jāšķeļas par monomēru un dimēru HA1 un HA2.

šo šķelšanos nodrošina šūnu proteāzes

Neiraminidāze (NA)

pēc tās izmaiņām (antigenitātes izmaiņām) nosaka gripas vīrusu apakštipus

nozīme vīrusa replikācijas cikla beigās

veicina vīrusa atdalīšanos no šūnas virsmas izpumpurošanās laikā

pasargā virionu daļiņas no pašagregācijas

darbojas kā enzīms, otrs nosaukums - sialidāze

neiraminidāzes gēna struktūra

9 alēles--> 9 NA apakštipi

cilvēku A gripai raksturīgi 1. un 2. NA apakštips (N1, N2)

neiraminidāzes struktūra

tetramērs

īsa kājiņa ar kastītes formas galviņu

katra no kastītēm satur katalītisko centru (4 aktīvie centri kopā)

apmēram 6 nanometrus gara

pretvīrusu medikamentu mērķstruktūras gripas vīrusā

M2 proteīni - amantadīnam, rimantadīnam

neiraminidāze - zanamiviram (relenza) un oseltamiviram (tamifen)

Kādas atšķirības izmanto, lai iedalītu gripas vīrusus A, B un C tipos?

atšķirības nukleokapsīda nukleoproteīnā (NP) un atšķirības matrices (M1) proteīnā

šie proteīni dažādo tipu ietvaros nav krusteniski-reaģējoši

Kādas atšķirības izmanto, lai gripas A, B un C tipus iedalītu sīkākos apakštipos?

antigēno variatāti - atšķirības virsmas glikoproteīnos - hemaglutinīnā un neiraminidāzē

Cik gripas APAKŠtipi eksistē?

pēc HA struktūras 18 apakštipi (H1-H18)

pēc NA struktūras 11 apakštipi (N1-N11)

ļoti daudz šo apakštipu kombināciju

Gripas vīrusu standarta nomenklatūras principi

tips/saimnieka suga (izņemot cilvēku)/ ģeogrāfiskā izcelsmes vieta/celma nr./izdalīšanas gads (pirms 2000. g. raksta tikai pēdējos divus ciparus, pēc - visus 4)/ antigēnu apraksts (HA un NA)

piem. A/Hong Kong/03/68/H3N2

A/Wisconsin/588/2019/H1N1

Antigēnu dreifs

gripas gadījumā - mainās HA un NA (neatkarīgi viens no otra)

dreifs apzīmē punktveida mutācijas, kas izraisa nelielas izmaiņas aminoskābju uzbūvē

rezultātā virions ilgāk var izvairīties no imūnās sistēmas uzbrukuma

Antigēnu šifts

gripas gadījumā - mainās HA un NA (neatkarīgi viens no otra)

šifts apzīmē lielas izmaiņas glikoproteīnu sekvencēs

to ierosina ģenētiskā kombinācija starp dažādu dzīvnieku vīrusiem

ļoti reti, bet var notikt

notiek, kad piem. cilvēks reizē inficējas ar cilvēku un putnu gripu, pie tam vienā šūnā--> notiek DNS rekombinācija starp abiem vīrusiem un izveidojas mutants vīruss, kam ir liels risks izraisīt epidēmiju

pārsvarā raksturīgs tikai A gripai, jo ar B un C slimo tikai cilvēki

Kurai gripai vairāk raksturīgs antigēnu šifts un kāpēc?

A gripai, jo B un C gripa sastopama tikai cilvēkiem

Gripas vīrusa replikācija

piesaistās pie šūnas siālskābes receptoriem ar HA galviņas aktīvajiem centriem

caur receptoru mediētu endocitozi nokļūst šūnā (ar endosomām) (notiek endosomas un vīrusa apvalka fūzija - vīrusa "izģērbšanās" - rezultātā endosomās samazināts pH)

nukleokapsīds iekļūst citoplazmā, notiek transkripcija kodolā (izmanto RNS-atkarīgo RNS polimerāzi)

translācija

nobriešana

izpumpurošanās

cikls notiek 8-10h

Cik ilgi aizņem gripas vīrusa replikācijas cikls?

8-10h

Kurā brīdī notiek gripas vīrusa apvalku zaudēšana?

Principā piesaistīšanās laikā šūnai - notiek endocitoze, saplūstot endosomas un viriona apvalkiem virions zaudē apvalku.

Gripas vīrusa transmisija

sīki siekalu pilieni (tiešais veids)

kontakts ar kontaminētām virsmām (netiešais veids)

gripas vīrusa inkubācijas periods

1-4 dienas

Kas nosaka vīrusu (t.sk. gripas) inkubācijas periodu?

vīrusa slodze un cilvēka imunitāte

Gripas vīrusa infekciozitāte

Cilvēks izdala vīrusu 1d. pirms simptomu sākšanās, visinfeciozākais ir 1-2d. pēc simptomu sākuma.

Sākot ar 5. simptomu dienu, vīrusa izdalīšana samazinās.

Klasisks gripas sindroms (klasiskie simptomi)

galvenokārt skar augšējos elpceļus

simptomi parādās pēkšņi - galvassāpes, drebuļi, sauss klepus

pēc tam pievienojas drudzis, ģeneralizētas muskuļu sāpes, vājums

drudzis, u.c. parasti ilgst 3-5 dienas

klepus un vājums var saglabāties 2-4 nedēļas

Gripas komplikācijas

pneimonija - primāri vīrusa izraisīta, sekundāri bakteriāla pneimonija (šūnas un imūnā sistēma nespēj laicīgi atjaunoties--> uzņēmība pret bakteriālām infekcijām palielinās - parasti staphylococcus, streptococcus vai haemophilus influenzae izraisītas pneimonijas)

miozīts (muskuļu iekaisums) un kardiāla iesaiste

neiroloģiski sindromi - encefalopātija, encefalīts, Reye sindroms (tūska aknās un smadzenēs) , Guillan -Barre sindroms (autoimūna slimība, kas gk skar kājas)

Augsta riska grupas gripas infekcijai

seniori

mazi bērni

cilvēki ar hroniskām slimībām, imūnsupresēti cilvēki

Imunitāte pret gripu pēc pārslimošanas vai vakcīnas

ilgstoša

apakštipu specifiska

cilvēki turpina saslimt, jo teju katru gadu mainās apakštips, tomēr, ja noticis antigēnu dreifs, atkārtota infekcija var noritēt vieglākā formā, nekā, ja cilvēks nebūtu pārslimojis līdzīgu gripu iepriekš

Cik ilgā laikā pēc gripas infekcijas rodas antivielas un šūnu imunitāte?

1-2 nedēļu laikā

Nozīmīgākās antivielas pretgripas imunitātē

antivielas pret NA un HA

antivielas pret citiem proteīniem nav protektīvas pret atkārtotu infekciju

Aizsardzība pret gripu korelē ar

seruma un sekretoro IgA antivielu titru deguna sekrētos

seruma antivielas pret gripu (IgA) saglabājas

saglabājas vairākus mēnēšus - gadus

Sekretorās IgA antivielas pret gripu saglabājas

īsāku periodu nekā seruma av - dažus mēnešus

Gripas ārstēšanas iespējas

- NA inhibitori (der A un B gripai)

- M2 proteīna (jonu kanāliņu) inhibitori (A gripas profilakse un ārstēšana

NA inhibitoru nosaukumi

zanamivirs

oseltamivirs

peramivirs

izmanto A un B gripas ārstēšanai

M2 proteīna inhibitoru nosaukumi

amantadīns

rimantadīns

izmanto A gripas profilaksei un ārstēšanai

Gripas profilakse

specifiskā - inaktivētas vīrusu vakcīnas, M2 proteīnu inhibitori (?) (tieši A gripas profilaksei)

nespecifiskā - roku mazgāšana, dezinficēšana, virsmu dezinfekcija, sejas masku valkāšana sezonas laikā.

Gripas vakcīnu trūkumi

neizraisa lokālo IgA veidošanos

neirosina celulāru imūno atbildi

nepārtraukti jāpilnveido, jo notiek antigēnu dreifs un pastāv antigēnu šifta risks