Πίνακας περιεχομένων του θέματος "Ιολογία. Αναπαραγωγή ιών. Γενετική των ιών.":
1. Ιολογία. Ιστορία της ιολογίας. Τσάμπερλαν. RU. Παστέρ. Ιβανόφσκι.
2. Αναπαραγωγή ιών. Αναπαραγωγή ιών +RNA. Picornaviruses. Αναπαραγωγή picornaviruses.
3. Τογαϊοί. Αναπαραγωγή τογαϊών. Ρετροϊοί. Αναπαραγωγή ρετροϊών.
4. Αναπαραγωγή ιών -RNA. Αναπαραγωγή ιών με δίκλωνο RNA.
5. Αναπαραγωγή ιών DNA. Αναπαραγωγικός κύκλος ιών DNA. Αναπαραγωγή παποβαϊών. Αναπαραγωγή αδενοϊών.
6. Αναπαραγωγή ιών του έρπητα. Αναπαραγωγικός κύκλος των ιών του έρπητα. Ιοί ευλογιάς. Αναπαραγωγή ιών ευλογιάς.
7. Αναπαραγωγή του ιού της ηπατίτιδας Β. Κύκλος αντιγραφής του ιού της ηπατίτιδας Β.
8. Γενετική των ιών. Χαρακτηριστικά πληθυσμών ιών. Γονιδιακή δεξαμενή πληθυσμών ιών.

10. Γενετικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ ιών. Ανασυνδυασμός και ανακατανομή γονιδίων από ιούς. Ανταλλαγή θραυσμάτων γονιδιώματος από ιούς. Αντιγονική μετατόπιση.

Νουκλεϊκά οξέα ιούςυπόκεινται σε μεταλλάξεις, δηλαδή ξαφνικές κληρονομικές αλλαγές. Η ουσία αυτών των διεργασιών έγκειται σε παραβιάσεις του γενετικού κώδικα με τη μορφή αλλαγών σε αλληλουχίες νουκλεοτιδίων, διαγραφών (διαγραφών), εισαγωγών ή αναδιατάξεων νουκλεοτιδίων ή ζευγών σε μονόκλωνα και δίκλωνα μόρια νουκλεϊκών οξέων. Αυτές οι διαταραχές μπορεί να περιορίζονται σε μεμονωμένα νουκλεοτίδια ή να εξαπλωθούν σε μεγαλύτερες περιοχές. Οι ιοί έχουν αυθόρμητες και επαγόμενες μεταλλάξεις. Η βιολογική τους σημασία μπορεί να σχετίζεται με την απόκτηση ή την απώλεια παθογόνων ιδιοτήτων, καθώς και με την απόκτηση ιδιοτήτων που τους στερούν την ευαισθησία στη δράση των αμυντικών μηχανισμών του ξενιστή. Οι μεταλλάξεις που διαταράσσουν εντελώς τη σύνθεση ή τη λειτουργία ζωτικών πρωτεϊνών οδηγούν σε απώλεια της αναπαραγωγικής ικανότητας και είναι αλλιώς γνωστές ως θανατηφόρες μεταλλάξεις. Βασίζονται σε αλλαγές που οδηγούν στην εμφάνιση κωδικονίων χωρίς νόημα (με διαταραχή της σύνθεσης της πρωτεϊνικής αλυσίδας) ή στην εμφάνιση εισαγωγών ή διαγραφών (με βαθιές παραβιάσεις του γενετικού κώδικα). Οι μεταλλάξεις με απώλεια της ικανότητας σύνθεσης μιας συγκεκριμένης πρωτεΐνης ή με διαταραχή των λειτουργιών της, οι οποίες υπό ορισμένες συνθήκες μπορεί να οδηγήσουν σε απώλεια της ικανότητας αναπαραγωγής, ονομάζονται υπό όρους θανατηφόρες.

Αυθόρμητες μεταλλάξεις ιών

Αυθόρμητες μεταλλάξειςπροκύπτουν υπό την επίδραση διαφόρων φυσικών μεταλλαξιγόνων και εμφανίζονται με συχνότητα l:10-8 ιικών σωματιδίων. Μπορούν να παρατηρηθούν πιο συχνά σε ρετροϊούς, γεγονός που σχετίζεται με υψηλότερη συχνότητα αποτυχιών στην αντίστροφη μεταγραφή.

Προκαλούμενες μεταλλάξεις ιών

Προκαλούμενες μεταλλάξειςπροκαλείται από διάφορους χημικούς παράγοντες και την υπεριώδη ακτινοβολία (για ιούς DNA). Δεν υπάρχει θεμελιώδης διαφορά στην αναδιάταξη του γονιδιώματος που προκαλείται από αυθόρμητες ή επαγόμενες μεταλλάξεις. Είναι γενικά αποδεκτό ότι τα μεταλλαξιογόνα που χρησιμοποιούνται αυξάνουν μόνο τη συχνότητα των αυθόρμητων μεταλλάξεων. Κατά την ταξινόμηση των ιικών μεταλλάξεων, χρησιμοποιούνται δύο διαφορετικές προσεγγίσεις: χωρίζονται ανάλογα με τη φύση των αλλαγών του γονότυπου ή σύμφωνα με τις φαινοτυπικές αλλαγές που συμβαίνουν ως αποτέλεσμα μεταλλάξεων. Η μελέτη των αλλαγών στον γονότυπο των ιών πραγματοποιείται σπάνια, καθώς αυτό απαιτεί λεπτομερή μελέτη των γονιδιωμάτων τους. Οι φαινοτυπικές εκδηλώσεις των μεταλλάξεων μελετώνται συχνότερα καθώς είναι πιο προσιτές για έρευνα.

Εκδήλωση μεταλλάξεων του ιού σε φαινότυπο

Σύμφωνα με φαινοτυπικές εκδηλώσεις μεταλλάξεις ιώνμπορούν να χωριστούν σε τέσσερις ομάδες.

Μεταλλάξεις, που δεν έχουν φαινοτικές εκδηλώσεις, δεν αλλάζουν τις ιδιότητες των ιών και εντοπίζονται μόνο με ειδική ανάλυση.

Μεταλλάξεις, με φαινοτυπική εκδήλωση (για παράδειγμα, αλλαγή στο μέγεθος των πλακών που σχηματίζονται από ιούς στην κυτταρική καλλιέργεια ή στη θερμοσταθερότητα των ιών). Οι μεταλλάξεις που αυξάνουν ή μειώνουν την παθογένεια μπορούν να χωριστούν σε σημειακές μεταλλάξεις (εντοπισμένες σε μεμονωμένα γονίδια) και γονιδιακές μεταλλάξεις (που επηρεάζουν μεγαλύτερες περιοχές του γονιδιώματος).

Εισαγωγή

Η αύξηση της ασφάλειας και της παραγωγικότητας των ζώων εκτροφής είναι αδύνατη χωρίς περαιτέρω βελτίωση των κτηνιατρικών υπηρεσιών για την κτηνοτροφία. Μεταξύ των κτηνιατρικών κλάδων, η ιολογία παίζει σημαντικό ρόλο. Ένας σύγχρονος κτηνίατρος πρέπει να γνωρίζει όχι μόνο την κλινική και παθολογική πλευρά της νόσου, αλλά και να έχει σαφή κατανόηση των ιών, των ιδιοτήτων τους, των εργαστηριακών διαγνωστικών μεθόδων και των χαρακτηριστικών της ανοσίας μετά τη μόλυνση και μετά τον εμβολιασμό.

Οι ιοί αλλάζουν τις ιδιότητές τους τόσο σε φυσικές συνθήκες αναπαραγωγής όσο και σε πειράματα. Οι κληρονομικές αλλαγές στις ιδιότητες των ιών μπορούν να βασιστούν σε δύο διαδικασίες: 1) μετάλλαξη, δηλ. μια αλλαγή στην αλληλουχία νουκλεοτιδίων σε ένα συγκεκριμένο τμήμα του γονιδιώματος του ιού, που οδηγεί σε μια φαινοτυπικά εκφρασμένη αλλαγή στην ιδιότητα. 2) ανασυνδυασμός, δηλαδή η ανταλλαγή γενετικού υλικού μεταξύ δύο ιών που είναι κοντινοί αλλά διαφέρουν ως προς τις κληρονομικές ιδιότητες.

Μετάλλαξη σε ιούς

Η μετάλλαξη είναι μεταβλητότητα που σχετίζεται με αλλαγές στα ίδια τα γονίδια. Μπορεί να έχει διαλείπον, σπασμωδικό χαρακτήρα και να οδηγήσει σε επίμονες αλλαγές στις κληρονομικές ιδιότητες των ιών. Όλες οι μεταλλάξεις του ιού χωρίζονται σε δύο ομάδες:

· αυθόρμητη?

· προκλήθηκε?

Ανάλογα με την έκτασή τους, χωρίζονται σε σημειακή και εκτροπή (αλλαγές που επηρεάζουν σημαντικό τμήμα του γονιδιώματος). Οι σημειακές μεταλλάξεις προκαλούνται από την αντικατάσταση ενός μόνο νουκλεοτιδίου (για ιούς RNA). Τέτοιες μεταλλάξεις μπορεί μερικές φορές να επανέλθουν, αποκαθιστώντας την αρχική δομή του γονιδιώματος.

Ωστόσο, οι μεταλλάξεις μπορούν επίσης να επηρεάσουν μεγαλύτερα τμήματα μορίων νουκλεϊκού οξέος, δηλ. πολλά νουκλεοτίδια. Σε αυτή την περίπτωση, διαγραφές, εισαγωγές και μετακινήσεις (μετατόπιση) ολόκληρων τμημάτων και ακόμη και περιστροφές τμημάτων κατά 180° (οι λεγόμενες αναστροφές), μετατοπίσεις του πλαισίου ανάγνωσης - μεγαλύτερες αναδιατάξεις στη δομή των νουκλεϊκών οξέων και, κατά συνέπεια, παραβιάσεις γενετικών πληροφοριών, μπορεί επίσης να συμβεί.

Αλλά οι σημειακές μεταλλάξεις δεν οδηγούν πάντα σε αλλαγή του φαινοτύπου. Υπάρχουν διάφοροι λόγοι για τους οποίους τέτοιες μεταλλάξεις μπορεί να μην εμφανίζονται. Ένα από αυτά είναι ο εκφυλισμός του γενετικού κώδικα. Ο κώδικας πρωτεϊνοσύνθεσης είναι εκφυλισμένος, δηλαδή ορισμένα αμινοξέα μπορούν να κωδικοποιηθούν από πολλές τριπλέτες (κωδόνια). Για παράδειγμα, το αμινοξύ λευκίνη μπορεί να κωδικοποιηθεί από έξι τριάδες. Γι' αυτό, εάν σε ένα μόριο RNA λόγω κάποιων επιρροών η τριάδα TsUU αντικατασταθεί από TsUC, η TsUA από TsUG, τότε το αμινοξύ λευκίνη θα εξακολουθεί να περιλαμβάνεται στο μόριο της συντιθέμενης πρωτεΐνης. Επομένως, ούτε η δομή της πρωτεΐνης ούτε οι βιολογικές της ιδιότητες θα καταστραφούν.

Η φύση χρησιμοποιεί μια μοναδική γλώσσα συνωνύμων και, αντικαθιστώντας ένα κωδικόνιο με ένα άλλο, βάζει σε αυτά την ίδια έννοια (αμινοξύ), διατηρώντας έτσι τη φυσική δομή και λειτουργία του στη συντιθέμενη πρωτεΐνη.

Είναι άλλο θέμα όταν κάποιο αμινοξύ κωδικοποιείται από μία μόνο τριπλέτα, για παράδειγμα, η σύνθεση της τρυπτοφάνης κωδικοποιείται από μία μόνο τριπλέτα UGG και δεν υπάρχει αντικατάσταση, δηλαδή συνώνυμο. Σε αυτή την περίπτωση, κάποιο άλλο αμινοξύ περιλαμβάνεται στην πρωτεΐνη, το οποίο μπορεί να οδηγήσει στην εμφάνιση ενός μεταλλαγμένου χαρακτηριστικού.

Η εκτροπή στους φάγους προκαλείται από διαγραφές (απώλεια) διαφορετικού αριθμού νουκλεοτιδίων, από ένα ζεύγος σε μια αλληλουχία που καθορίζει μία ή περισσότερες λειτουργίες του ιού. Τόσο οι αυθόρμητες όσο και οι επαγόμενες μεταλλάξεις διακρίνονται επίσης σε άμεσες και αντίστροφες.

Οι μεταλλάξεις μπορεί να έχουν διαφορετικές συνέπειες. Σε ορισμένες περιπτώσεις, οδηγούν σε αλλαγές στις φαινοτυπικές εκδηλώσεις υπό φυσιολογικές συνθήκες. Για παράδειγμα, το μέγεθος των πλακών κάτω από μια επικάλυψη άγαρ αυξάνεται ή μειώνεται. η νευρομολυσματικότητα αυξάνεται ή μειώνεται για ένα συγκεκριμένο ζωικό είδος. ο ιός γίνεται πιο ευαίσθητος στη δράση ενός χημειοθεραπευτικού παράγοντα κ.λπ.

Σε άλλες περιπτώσεις, η μετάλλαξη είναι θανατηφόρα επειδή διαταράσσει τη σύνθεση ή τη λειτουργία μιας ζωτικής σημασίας πρωτεΐνης ειδικής για τον ιό, όπως η ιική πολυμεράση.

Σε ορισμένες περιπτώσεις, οι μεταλλάξεις είναι υπό όρους θανατηφόρες, καθώς η ειδική για τον ιό πρωτεΐνη διατηρεί τις λειτουργίες της υπό ορισμένες συνθήκες και χάνει αυτή την ικανότητα υπό μη επιτρεπτές συνθήκες. Χαρακτηριστικό παράδειγμα τέτοιων μεταλλάξεων είναι οι ευαίσθητες στη θερμοκρασία - μεταλλάξεις ts, στις οποίες ο ιός χάνει την ικανότητα αναπαραγωγής σε υψηλές θερμοκρασίες (39 - 42 ° C), ενώ διατηρεί αυτή την ικανότητα σε κανονικές θερμοκρασίες ανάπτυξης (36 - 37 ° C). .

Μορφολογικές ή δομικές μεταλλάξεις μπορεί να αφορούν το μέγεθος του ιού, την πρωτογενή δομή των ιικών πρωτεϊνών, αλλαγές στα γονίδια που καθορίζουν πρώιμα και όψιμα ένζυμα ειδικά για τον ιό που διασφαλίζουν την αναπαραγωγή του ιού.

Σύμφωνα με τον μηχανισμό τους, οι μεταλλάξεις μπορεί επίσης να είναι διαφορετικές. Σε ορισμένες περιπτώσεις, συμβαίνει μια διαγραφή, δηλ. απώλεια ενός ή περισσότερων νουκλεοτιδίων, σε άλλες, συμβαίνει η ενσωμάτωση ενός ή περισσότερων νουκλεοτιδίων και σε ορισμένες περιπτώσεις, η αντικατάσταση ενός νουκλεοτιδίου με ένα άλλο.

Οι μεταλλάξεις μπορεί να είναι άμεσες ή αντίστροφες. Οι άμεσες μεταλλάξεις αλλάζουν τον φαινότυπο και οι αντίστροφες μεταλλάξεις (αναστροφές) τον αποκαθιστούν. Αληθινές αναστροφές είναι δυνατές, όταν συμβαίνει μια αντίστροφη μετάλλαξη μαζί με την πρωτογενή βλάβη, και ψευδοαναστροφές, εάν η μετάλλαξη συμβεί σε άλλο τμήμα του ελαττωματικού γονιδίου (ενδογονιδιακή καταστολή της μετάλλαξης) ή σε άλλο γονίδιο (εξωγενής καταστολή της μετάλλαξης). Η αναστροφή δεν είναι σπάνιο γεγονός, καθώς τα αναστροφικά είναι συνήθως πιο προσαρμοσμένα σε ένα δεδομένο κυτταρικό σύστημα. Ως εκ τούτου, κατά τη λήψη μεταλλαγμάτων με συγκεκριμένες ιδιότητες, για παράδειγμα, στελέχη εμβολίων, πρέπει να ληφθεί υπόψη η πιθανή επαναφορά τους στον άγριο τύπο.

Οι ιοί διαφέρουν από άλλους εκπροσώπους του ζωντανού κόσμου όχι μόνο στο μικρό τους μέγεθος, στην επιλεκτική ικανότητα αναπαραγωγής σε ζωντανά κύτταρα, στα δομικά χαρακτηριστικά της κληρονομικής ουσίας, αλλά και σε σημαντική μεταβλητότητα. Οι αλλαγές μπορεί να σχετίζονται με το μέγεθος, το σχήμα, την παθογένεια, την αντιγονική δομή, τον τροπισμό των ιστών, την αντοχή σε φυσικές και χημικές επιδράσεις και άλλες ιδιότητες των ιών. Η σημασία των αιτιών, των μηχανισμών και της φύσης της αλλαγής είναι μεγάλης σημασίας για τη λήψη των απαραίτητων στελεχών εμβολίου ιών, καθώς και για την ανάπτυξη αποτελεσματικών μέτρων για την καταπολέμηση των ιογενών επιζωοτιών, κατά την οποία, όπως είναι γνωστό, οι ιδιότητες των ιών μπορεί να αλλάξει σημαντικά ένας από τους λόγους για τη σχετικά υψηλή ικανότητα των ιών να αλλάζουν τις ιδιότητές τους είναι ότι η κληρονομική ουσία αυτών των μικροοργανισμών είναι λιγότερο προστατευμένη από τις περιβαλλοντικές επιδράσεις.

Η μετάλλαξη των ιών μπορεί να συμβεί ως αποτέλεσμα χημικών αλλαγών στα σιστρόνια ή παραβίασης της αλληλουχίας της θέσης τους στη δομή του μορίου του ιικού νουκλεϊκού οξέος.

Ανάλογα με τις συνθήκες, γίνεται διάκριση μεταξύ της φυσικής μεταβλητότητας των ιών, που παρατηρείται υπό κανονικές συνθήκες αναπαραγωγής, και των τεχνητών, που λαμβάνονται κατά τη διαδικασία πολλών ειδικών διόδων ή με την έκθεση των ιών σε ειδικούς φυσικούς ή χημικούς παράγοντες (μεταλλαξιογόνους παράγοντες).

Υπό φυσικές συνθήκες, η μεταβλητότητα δεν εκδηλώνεται εξίσου σε όλους τους ιούς. Αυτό το σύμπτωμα είναι πιο έντονο στον ιό της γρίπης. Ο ιός του παγκολίνου υπόκειται σε σημαντική μεταβλητότητα. Αυτό αποδεικνύεται από την παρουσία μεγάλου αριθμού παραλλαγών σε διαφορετικούς τύπους αυτών των ιών και σημαντικές αλλαγές στις αντιγονικές τους ιδιότητες στο τέλος σχεδόν κάθε επιζωοτίας.

Ο ιός της γρίπης είναι πρωταθλητής της μετάλλαξης
Κάθε χρόνο, τρία έως πέντε εκατομμύρια άνθρωποι υποφέρουν από μια σοβαρή μορφή γρίπης, έως και 500 χιλιάδες από τους οποίους πεθαίνουν από την ίδια τη γρίπη ή τις επιπλοκές της (σύμφωνα με Σύμφωνα με τον ΠΟΥ). Τα εμβόλια γρίπης, φυσικά, μειώνουν σημαντικά την πιθανότητα να αρρωστήσετε. Ωστόσο

Σε αντίθεση με ασθένειες όπως η ιλαρά ή η φυματίωση, η ανοσία στις οποίες αναπτύσσεται μετά την πρώτη ασθένεια ή τον εμβολιασμό και παραμένει αποτελεσματική σε όλη τη ζωή, πολλοί άνθρωποι παθαίνουν γρίπη σχεδόν κάθε χρόνο.

Η αποτελεσματικότητα της ανοσίας καθορίζεται από το πόσο επιτυχώς το ανοσοποιητικό σύστημα αναγνωρίζει και εξουδετερώνει την πηγή μόλυνσης - έναν ιό ή ένα βακτήριο. Όταν μολυνθεί ή εμβολιαστεί για πρώτη φορά, το ανοσοποιητικό σύστημα μαθαίνει να παράγει αντισώματα - μόρια που συνδέονται με ιικά σωματίδια ή βακτήρια και τα εξουδετερώνουν. Μόλις παραχθούν τα αντισώματα, το ανοσοποιητικό σύστημα τα διατηρεί «σε λειτουργία» για το υπόλοιπο της ζωής.

Επομένως, εάν ένα άτομο μολυνθεί ξανά από την ίδια μόλυνση, ενεργοποιείται το ανοσοποιητικό σύστημα και η μόλυνση εξουδετερώνεται γρήγορα. Σε αυτήν την αρχή λειτουργούν οι εμβολιασμοί κατά της ιλαράς, της φυματίωσης και άλλων ασθενειών. Γιατί αποτυγχάνει αυτός ο μηχανισμός με τον ιό της γρίπης και γιατί πρέπει να εμβολιάζεστε ξανά κατά της γρίπης κάθε χρόνο;

Αυτό οφείλεται σε δύο λόγους. Το πρώτο είναι η ιδιαιτερότητα της αλληλεπίδρασης μεταξύ του ανοσοποιητικού μας συστήματος και του ιού. Η επιφάνεια των σωματιδίων του ιού της γρίπης είναι επικαλυμμένη με μόρια δύο πρωτεϊνών που ονομάζονται αιμοσυγκολλητίνη (ΗΑ) και νευραμινιδάση (ΝΑ) (βλ. σχήμα). Διάφορες παραλλαγές της ανθρώπινης γρίπης ταξινομούνται ανάλογα με τον τύπο αυτών των πρωτεϊνών, για παράδειγμα, H1N1 (αιμοσυγκολλητίνη τύπου 1, νευραμινιδάση τύπου 1). Το ανθρώπινο ανοσοποιητικό σύστημα είναι σε θέση να παράγει αντισώματα που συνδέονται με επιτυχία με αυτές τις πρωτεΐνες. Το πρόβλημα είναι ότι αυτά τα αντισώματα είναι αρκετά λεπτεπίλεπτα. Ακόμη και μικρές αλλαγές στη δομή των HA και NA οδηγούν στο γεγονός ότι τα αντισώματα χάνουν την ικανότητα να συνδέονται με αυτά και να εξουδετερώνουν τον ιό.

Από την άποψη του ανοσοποιητικού συστήματος, τέτοιες τροποποιημένες εκδόσεις ενός ήδη γνωστού ιού μοιάζουν με εντελώς νέες λοιμώξεις.

Δεύτερον, ο ιός έρχεται να βοηθήσει μια εξαιρετικά χρήσιμη ιδιότητα (και επιβλαβή για εμάς) - την ικανότητα γρήγορης εξέλιξης. Όπως όλοι οι άλλοι οργανισμοί, ο ιός της γρίπης υπόκειται σε τυχαίες μεταλλάξεις. Αυτό σημαίνει ότι οι γενετικές πληροφορίες των ιών απόγονων είναι ελαφρώς διαφορετικές από τις γενετικές πληροφορίες των μητρικών ιών. Έτσι, οι μεταλλάξεις δημιουργούν συνεχώς νέες παραλλαγές των πρωτεϊνών HA και NA. Ωστόσο, σε αντίθεση με τους ανώτερους ζωντανούς οργανισμούς και πολλούς άλλους ιούς, η γρίπη αλλάζει πολύ γρήγορα:

Για να συσσωρευτούν τόσες μεταλλάξεις όσες συσσωρεύονται οι πρωτεΐνες των θηλαστικών για εκατομμύρια χρόνια, ο ιός της γρίπης χρειάζεται μόνο λίγα χρόνια ή και μήνες.

Έτσι, μπορούμε να παρατηρήσουμε την εξέλιξη του ιού της γρίπης κυριολεκτικά σε πραγματικό χρόνο.

Ορισμένες από τις μεταλλάξεις της γρίπης οδηγούν στο γεγονός ότι το ανοσοποιητικό σύστημα, «εκπαιδευμένο» στο παλιό στέλεχος, αναγνωρίζει τον μεταλλαγμένο ιό χειρότερα από τον μη μεταλλαγμένο. Ενώ το ανοσοποιητικό σύστημα καταπολεμά αποτελεσματικά τους μη μεταλλαγμένους ιούς, οι μεταλλαγμένοι ιοί πολλαπλασιάζονται και μολύνουν όλο και περισσότερους ανθρώπους. Αυτή είναι η κλασική διαδικασία φυσικής επιλογής που ανακάλυψε ο Κάρολος Δαρβίνος.

Η επιλογή γίνεται από το ανοσοποιητικό σύστημα, το οποίο ενώ μας προστατεύει, άθελά μας μας αδικεί.

Μετά από κάποιο χρονικό διάστημα - συνήθως δύο έως τρία χρόνια - το παλιό, μη μεταλλαγμένο στέλεχος (παραλλαγή ιού) εξαφανίζεται εντελώς και ο μεταλλαγμένος ιός γίνεται το νέο κυρίαρχο στέλεχος. Το ανοσοποιητικό σύστημα των περισσότερων ανθρώπων μαθαίνει να αντιμετωπίζει το νέο στέλεχος και ο κύκλος επαναλαμβάνεται. Αυτός ο «αγώνας εξοπλισμών» μεταξύ του ιού και του ανοσοποιητικού συστήματος συνεχίζεται εδώ και δεκαετίες.

Πώς να καταπολεμήσετε τη γρίπη

Πώς να καταπολεμήσετε τη γρίπη σε αυτή την περίπτωση; Υπάρχουν διάφοροι τρόποι για να βοηθήσουμε το ανοσοποιητικό μας σύστημα. Πρώτον, τα αντιιικά φάρμακα, όπως το oseltamivir (γνωστό με την εμπορική ονομασία Tamiflu) ή η αμανταδίνη, δημιουργούνται για να εμποδίσουν την αναπαραγωγή του ιού μέσα στα κύτταρα. Δυστυχώς, οι ιοί αναπτύσσουν αντοχή σε τέτοια φάρμακα με την πάροδο του χρόνου μέσω της ίδιας διαδικασίας μετάλλαξης και φυσικής επιλογής:

Έτσι, σχεδόν ολόκληρος ο υποτύπος ιός H1N1 που κυκλοφορούσε το 2009 αποδείχθηκε ανθεκτικός στο oseltamivir (Tamiflu).

Δεύτερον, οι επιστήμονες προσπαθούν να διδάξουν το ανοσοποιητικό σύστημα να αναγνωρίζει τα λιγότερο πτητικά μέρη του ιού (έγραψα για αυτό).

Τρίτον, οι επιστήμονες προσπαθούν να προβλέψουν ποιο στέλεχος του ιού θα είναι πιο κοινό το επόμενο έτος. Αν μάθουμε να το κάνουμε αυτό, μπορούμε να «εκπαιδεύσουμε» το ανοσοποιητικό μας σύστημα όπως χρειάζεται, εμβολιάζοντας εκ των προτέρων ενάντια στο στέλεχος που θα κυριαρχήσει την επόμενη σεζόν και η ανοσία μας θα πάρει το προβάδισμα στην κούρσα εξοπλισμών με τον ιό. Πράγματι,

Ήδη σήμερα, ο Παγκόσμιος Οργανισμός Υγείας ενημερώνει τη σύνθεση του αντιγριπικού εμβολίου κάθε έξι μήνες.

Ωστόσο, μερικές φορές - μία φορά κάθε λίγα χρόνια - το κυρίαρχο στέλεχος δεν είναι αυτό βάσει του οποίου αναπτύχθηκε το εμβόλιο. Σε αυτή την περίπτωση, ο εμβολιασμός αποδεικνύεται λιγότερο αποτελεσματικός. Επομένως, η ακριβής πρόβλεψη του στελέχους που θα είναι πιο συνηθισμένο το επόμενο έτος είναι ένα από τα σημαντικά καθήκοντα για την καταπολέμηση της γρίπης.

Η ομάδα μας (Jonathan Dushoff, Joshua Plotkin, Georgy Bazykin και Sergey Kryazhimsky) μελετά την εξέλιξη του ιού της γρίπης και άλλων οργανισμών εδώ και αρκετά χρόνια. Η συνεργασία μας ξεκίνησε στο Πανεπιστήμιο του Πρίνστον στο εργαστήριο του καθηγητή Simon Levin, του οποίου ήμασταν πτυχιούχοι φοιτητές όλα αυτά τα χρόνια. Από την αρχή μας ενδιέφεραν τόσο πρακτικά ερωτήματα (πώς να προβλέψουμε πιο αποτελεσματικά το επόμενο κυρίαρχο στέλεχος) όσο και θεμελιώδη ερωτήματα της εξέλιξης, π.χ.

αν η εξέλιξη της γρίπης είναι κατευθυνόμενη ή τυχαία.

Ο στόχος του τελευταίου συνεργατικού μας έργου ήταν να προσδιορίσουμε τη σχέση μεταξύ μεταλλάξεων που συμβαίνουν σε διαφορετικά μέρη των πρωτεϊνών HA και NA. Το θέμα είναι ότι η ίδια μετάλλαξη, ας πούμε, στην πρωτεΐνη ΗΑ μπορεί να έχει πολύ διαφορετικές συνέπειες για τον ιό ανάλογα με το αν έχουν συμβεί μεταλλάξεις σε άλλα μέρη της ίδιας πρωτεΐνης. Για παράδειγμα, η μετάλλαξη Α επιτρέπει στον ιό να γίνει «αόρατος» στο ανοσοποιητικό σύστημα μόνο όταν συνδυάζεται με τη μετάλλαξη Β, ενώ κάθε μετάλλαξη από μόνη της είναι άχρηστη για τον ιό. Τέτοια ζεύγη μεταλλάξεων, που ονομάζονται επιστατικές, μπορούν να ανιχνευθούν με την ανάλυση στατιστικών προτύπων στις γενετικές αλληλουχίες του ιού. Αυτό κάναμε.

Μια τέτοια ανάλυση κατέστη δυνατή μόνο τα τελευταία χρόνια, όταν το κόστος της «αλληλουχίας», δηλαδή της αναγνώρισης γενετικών αλληλουχιών, έχει μειωθεί απότομα.

Ο αριθμός των γενετικών αλληλουχιών του ιού της γρίπης που έχουν καταχωρηθεί στη βάση δεδομένων έχει εξαπλασιαστεί περισσότερο από τα τελευταία πέντε χρόνια για να φτάσει τις 150 χιλιάδες. Αυτός ο όγκος δεδομένων επαρκεί για την ανίχνευση επιστατικών ζευγών μεταλλάξεων που έχουν συμβεί στον ιό της γρίπης τα τελευταία 100 χρόνια.

Αποδεικνύεται ότι ο αριθμός των επιστατικών μεταλλάξεων στη γρίπη είναι αρκετά μεγάλος, δηλαδή μόνο πολύ συγκεκριμένες παραλλαγές του ιού που αποκτούν τους απαραίτητους συνδυασμούς μεταλλάξεων μπορούν να αποφύγουν μια επίθεση από το ανοσοποιητικό σύστημα ή να αποκτήσουν ανοσία σε ένα αντιικό φάρμακο. Για παράδειγμα, ανοσία στο φάρμακο oseltamivir εμφανίστηκε το 2009 μόνο σε ιούς με τουλάχιστον τρεις συγκεκριμένες μεταλλάξεις στην πρωτεΐνη NA.

Από πρακτικής άποψης, το γεγονός ότι οι μεταλλάξεις στον ιό της γρίπης είναι επιστατικές μας επιτρέπει να ελπίζουμε ότι στο εγγύς μέλλον θα μάθουμε να προβλέπουμε μεταγενέστερες μεταλλάξεις από προηγούμενες. Εφόσον ο ιός «συγκεντρώνει» όλες τις απαραίτητες μεταλλάξεις για έναν επιτυχημένο συνδυασμό, θα μπορούμε να αναπτύξουμε ένα νέο εμβόλιο κατά ενός στελέχους με ολόκληρο τον συνδυασμό, το οποίο θα εξαπλωθεί μόνο μετά από αρκετούς μήνες ή και χρόνια.

Για να προσδιοριστεί η επιτυχία μιας συγκεκριμένης μετάλλαξης σε συνδυασμό με άλλες, είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε ακριβώς πώς συμβαίνει η αλληλεπίδραση μεταξύ των μεταλλάξεων

και πώς, μαζί και χωριστά, επηρεάζουν τη δομή των πρωτεϊνών HA και NA, καθώς επίσης κατανοούν πώς αντιδρά το ανοσοποιητικό σύστημα σε τροποποιημένες εκδόσεις αυτών των πρωτεϊνών. Αυτά τα ερωτήματα ερευνώνται τώρα ενεργά, ειδικά στην ομάδα του Joshua Plotkin στο Πανεπιστήμιο της Πενσυλβάνια, με την οποία συνεργαζόμαστε ενεργά, καθώς και άλλες ομάδες.

Ιός γρίπης. Γιατί μεταλλάσσεται;

Κάθε έξι στα δέκα άρρωστα παιδιά και τέσσερις στους δέκα ενήλικες που είναι εγγεγραμμένοι στην κλινική πάσχουν από γρίπη (είναι σαφές ότι αυτά τα δεδομένα δεν είναι καθόλου ολοκληρωμένα: δεν πηγαίνουν όλοι στο γιατρό!). Όχι μόνο αυτό, η γρίπη «ενισχύει» καρδιαγγειακά και πνευμονικά νοσήματα. Η σοβαρή βλάβη στην υγεία των ανθρώπων καθιστά το πρόβλημα εξαιρετικά οξύ.

Οι ιοί προκαλούν εκατοντάδες ασθένειες σε ζώα, φυτά, ακόμη και βακτήρια. Αντιπροσωπεύουν την πλειονότητα των μολυσματικών ασθενειών του σύγχρονου ανθρώπου, και μεταξύ αυτών τρομερές όπως η ευλογιά, η λύσσα και η πολιομυελίτιδα.

Ο ιός είναι πολύ μεταβλητός και προσαρμόζεται στο περιβάλλον του. Η ουσία αυτής της μεταβλητότητας αποκρυπτογραφήθηκε σχετικά πρόσφατα. Το «εξωτερικό φόρεμα» του ιού -το «εξωτερικό» ή, ακριβέστερα, το κοστούμι «εισόδου» του- είναι εξαιρετικά πρακτικό. Θα μπορούσε επίσης να ονομαστεί κοστούμι "κυνηγιού": είναι τέλεια προσαρμοσμένο για κυνηγετικά κλουβιά. Η στολή είναι «ραμμένη» από δύο κύρια πρωτεϊνικά υλικά - αιμοσυγκολλητίνες (με τη βοήθειά τους ο ιός προσκολλάται στην επιφάνεια του κυττάρου θύματος) και νευραμινιδάσες (τα ένζυμα των οποίων αφαιρούν το προστατευτικό στις πύλες του φρουρίου όταν ο ιός χρειάζεται να διεισδύσει στο κύτταρο και στη συνέχεια βγείτε από αυτό).

Το σώμα όμως συναντά τον ιό «με τα ρούχα του»: είναι το πρωτεϊνικό κέλυφος που είναι η σφαίρα εφαρμογής των προστατευτικών δυνάμεων. Μόλις αλλάξει τουλάχιστον ένα μέρος της πρωτεϊνικής επικάλυψης του ιού, τα αντισώματα που είχαν παραχθεί προηγουμένως δεν είναι πλέον έγκυρα.

Γιατί λοιπόν μεταλλάσσεται ο ιός της γρίπης;
Υπάρχουν δύο αντίθετες απόψεις σχετικά με τη φύση της μεταβλητότητας του ιού της γρίπης.

Εδώ είναι το πρώτο.

Σε εργαστηριακά πειράματα, ευαίσθητα κύτταρα μολύνθηκαν με τον ιό της γρίπης που περιείχε διαφορετικές νευραμινιδάσες. Ως αποτέλεσμα, αποκτήσαμε όχι μόνο ακριβή αντίγραφα των αρχικών ιών, αλλά και ιούς με αναδιαταγμένα θραύσματα. Ο μηχανισμός μιας τέτοιας αναδιάταξης (ανασυνδυασμού) είναι λίγο πολύ σαφής.

Ο κλώνος νουκλεϊκού οξέος του ιού της γρίπης αποτελείται από οκτώ ξεχωριστά θραύσματα. Κάθε ένα από αυτά αντικαθίσταται σχετικά εύκολα... Αν αλλάξει ένα θραύσμα νουκλεϊκού οξέος, η αντίστοιχη πρωτεΐνη στο περίβλημα του ιού αλλάζει αμέσως.

Αλλά από πού προέρχονται αυτά τα νέα θραύσματα; Φαίνεται ότι δεν έχουν από πού να προέλθουν.

Αυτή η ερώτηση μπέρδεψε τους ερευνητές. Φαινόταν να οδηγεί σε αδιέξοδο. Μέχρι που αρχίσαμε να μελετάμε τη γρίπη των ζώων και των πτηνών. Αποδείχθηκε ότι ιοί που θυμίζουν το παθογόνο της ανθρώπινης γρίπης κυκλοφορούν μεταξύ κατοικίδιων και άγριων ζώων. Ιδιαίτερα πολλά από αυτά ήταν απομονωμένα από πουλιά, συμπεριλαμβανομένων και των αποδημητικών. Υβρίδια ιών γρίπης διαφόρων τύπων έχουν απομονωθεί, για παράδειγμα, από πάπιες· ένας ιός γρίπης παρόμοιος με τον άνθρωπο έχει βρεθεί στις φάλαινες.

Σημείωση: Οι ιοί των πτηνών περιέχουν όλους τους τύπους νευραμινιδασών που βρίσκονται σε ανθρώπους και άλλα θηλαστικά. Για παράδειγμα, νευραμινιδάση από ιούς που κυκλοφόρησαν από το 1933 έως το 1957, καθώς και νευραμινιδάση από τη λεγόμενη «ασιατική» γρίπη που εμφανίστηκε μετά το 1957.

Έτσι προέκυψε η υπόθεση: η μετάλλαξη του ιού της γρίπης συνδέεται με τις σχέσεις μεταξύ των οργανισμών στη φύση και την ανταλλαγή των ιών της γρίπης μεταξύ ανθρώπων και ζώων. Αυτή η υπόθεση υποστηρίζεται επίσης από το γεγονός ότι παραλλαγές των ιών της ανθρώπινης γρίπης που κυκλοφορούν αυτή τη στιγμή έχουν απομονωθεί σε ανθρώπους και πτηνά.

Ωστόσο, αυτό δεν είναι τίποτα άλλο από μια εικασία. Αν και ανασυνδυασμοί ιών ανθρώπων και ζώων λαμβάνονται σε εργαστηριακά πειράματα, κανείς δεν έχει παρατηρήσει τέτοια φαινόμενα στη φύση. Δεν είναι σαφές πώς οι νέες παραλλαγές του ιού, εάν προκύψουν σε ζώα, μπορούν να μολύνουν τους ανθρώπους. Θα χρειαστεί πολλή προσπάθεια για να μάθουμε.

Αυτή η υπόθεση φαίνεται λογική, αρμονική και ως εκ τούτου πολύ ελκυστική. Έχει πολλούς υποστηρικτές. Ωστόσο, άλλοι επιστήμονες πιστεύουν ότι είναι αδύνατο να αναζητηθούν οι λόγοι για τη μεταβλητότητα της γρίπης σε αλληλεπίδραση με τον κόσμο των ζώων. Ναι, υβρίδια ανθρώπινων και ζωικών ιών μπορούν να βρεθούν στη φύση και σε εργαστηριακούς δοκιμαστικούς σωλήνες. Αλλά δεν είναι βιώσιμα και όχι τόσο επιθετικά.

Οι υποστηρικτές της δεύτερης άποψης στρέφονται στο ανθρώπινο σώμα. Ο καθένας ψάχνει εκεί που περιμένει να το βρει. Και, το πιο περίεργο, το βρίσκει! Ειδικές μελέτες έχουν επιβεβαιώσει: στο αίμα των ηλικιωμένων υπάρχουν αντισώματα κατά των παθογόνων της γρίπης που κυκλοφορούν εδώ και πολύ καιρό ή δεν κυκλοφορούν ακόμη!

Αλλά οι μελέτες φαλαινών, πάπιων, χοίρων και πολλών άλλων εκπροσώπων του ζωικού κόσμου φαίνεται να μας πείθουν ότι ο ίδιος ιός γρίπης (εννοεί το νουκλεϊκό του οξύ - την παθογόνο αρχή) βρίσκεται σε διαφορετικά βασίλεια της ζωής;

Εκτός από τις μεγάλες, αξιοσημείωτες αλλαγές στην εμφάνιση της πρωτεΐνης του ιού (σχετίζονται με την αντικατάσταση ενός από τα θραύσματα της κληρονομικής συσκευής), λιγότερο αισθητές, αλλά προοδευτικές αλλαγές στις αιμοσυγκολλητίνες παρατηρούνται επίσης από έτος σε έτος. Οι προτεινόμενες εξηγήσεις των επιστημόνων για αυτή τη μετατόπιση πρωτεΐνης δοκιμάζονται πειραματικά.

Τι γίνεται με την αλήθεια; Αυτή, ως συνήθως, είναι κάπου στη μέση. Μόλις καταστεί δυνατή η ανέγερση ενός αρμονικού και αρμονικού κτιρίου μιας τεκμηριωμένης θεωρίας της γρίπης στο σταυροδρόμι των σύγχρονων επιστημών, όλες οι παρατηρήσεις θα αποκτήσουν το μόνο αληθινό νόημα στο μυαλό μας και θα πάρουν τη θέση που τους αρμόζει μεταξύ άλλων παραγόντων. Πιθανότατα θα συγκλίνουν και ακραίες απόψεις. Αυτό έχει συμβεί περισσότερες από μία φορές όταν οι παθιασμένοι αναζητητές της αλήθειας μάλωναν.

Οδηγίες

Μεταξύ των επιστημόνων, το ενδιαφέρον για τη γρίπη προκαλείται, πρώτα απ 'όλα, από το γεγονός ότι, παρά την προοδευτικότητα της σύγχρονης ιατρικής, δεν έχει βρεθεί μια απολύτως αποτελεσματική θεραπεία κατά αυτής της ασθένειας. Όπως πριν από πολλά χρόνια, οι άνθρωποι κατά τη διάρκεια της ασθένειας χρησιμοποιούν διάφορα φάρμακα της «γιαγιάς», όπως πίνοντας μεγάλες ποσότητες υγρών, μελιού, διάφορα αφεψήματα βοτάνων κ.λπ. Ναι, σήμερα υπάρχουν πολλά φάρμακα που μπορούν να βελτιώσουν την ανοσία και τη γενική ευημερία ενός ατόμου που έχει προσβληθεί από τη γρίπη, ωστόσο, δεν αποτελούν απόλυτη πανάκεια. Ακόμη και με τους εμβολιασμούς δεν είναι πάντα δυνατό να αποφευχθεί η μόλυνση. Παραδόξως, η γρίπη εξακολουθεί να είναι «αχαρτογράφητη περιοχή» για τους ιατρικούς επιστήμονες.

Ίσως το πιο αποτελεσματικό φάρμακο δεν έχει βρεθεί ακόμη λόγω της συνεχούς μετάλλαξης του ιού της γρίπης. Συμβαίνει όμως αυτό; Είναι αδύνατο να απαντηθεί αυτό το ερώτημα με ακρίβεια, αλλά ο ιός, όπως και κάθε άλλος ζωντανός οργανισμός στη φύση, προσπαθεί να επιβιώσει και να προσαρμοστεί στις νέες συνθήκες ύπαρξης. Πιθανότατα, αυτή η επιθυμία είναι που προκαλεί τον ιό της γρίπης να αλλάξει, να αποκτήσει διαφορετικές μορφές που είναι πιο ανθεκτικές σε διάφορες επιρροές.

Σήμερα, οι επιστήμονες εντοπίζουν δύο μονοπάτια που μπορεί να ακολουθήσει ο ιός της γρίπης στις διαδικασίες μετάλλαξης του, ονομάζονται «αντιγονική μετατόπιση» και «αντιγονική μετατόπιση». Κάθε οργανισμός που προσπαθεί να συλλάβει τον ιό της γρίπης αρχίζει να του παρέχει κάθε δυνατή αντίσταση. Σε αυτή την περίπτωση, παράγονται ειδικά αντισώματα, το καθήκον τους είναι να εξαλείψουν τον ιό της γρίπης και να απελευθερώσουν το σώμα. Ωστόσο, ο ιός της γρίπης αρχίζει να αντιστέκεται σε μια τέτοια επίθεση· είναι σε θέση να αλλάξει τη δομή του για να αντισταθεί στα αντισώματα. Ως αποτέλεσμα ενός τέτοιου αγώνα, σχηματίζονται νέες, άγνωστες προηγουμένως μορφές γρίπης. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο αυτές οι διαδικασίες μετάλλαξης είναι «αντιγονικές». Μετά τη μετάλλαξη, τα αντισώματα που παράγονται από το σώμα δεν αποτελούν πλέον καμία απειλή για τη νέα μορφή του ιού. Χάρη σε αυτό, η γρίπη ξεπερνά εύκολα τα εμπόδια του ανοσοποιητικού συστήματος και ξεκινά την καταστροφική της δραστηριότητα στον οργανισμό.

Ο πρώτος τύπος μετάλλαξης της γρίπης, «παρασυρόμενη», δεν εμφανίζεται αμέσως, ο ιός αλλάζει σταδιακά και επομένως δεν αποτελεί ιδιαίτερο κίνδυνο για τον οργανισμό· συνήθως το ανοσοποιητικό σύστημα εξακολουθεί να αντιμετωπίζει την ασθένεια. Ωστόσο, ο δεύτερος τύπος μετάλλαξης - "μετατόπιση" - είναι πολύ σοβαρός. Ο ιός είναι σε θέση να αλλάξει σημαντικά τη δομή του στο συντομότερο δυνατό χρόνο, σχηματίζοντας νέους γενετικούς συνδυασμούς. Εξαιτίας του δεύτερου τύπου μετάλλαξης εμφανίστηκαν τέτοιες τρομακτικές ποικιλίες γρίπης όπως το "πουλί" και το "χοίρο". Με μια τέτοια απότομη μετατόπιση στη δομή του ιού, το ανοσοποιητικό σύστημα δεν έχει πρακτικά καμία πιθανότητα στη μάχη, καθώς τα αντισώματα απλά δεν έχουν χρόνο να παραχθούν. Σε αυτή την περίπτωση, ο ιός μπορεί να εξαπλωθεί πολύ γρήγορα και ξεκινά μια επιδημία που μπορεί να πάρει πολλές ανθρώπινες ζωές.