Полиовирус - Биология

The Полиовирус е вирус в семейството на Picornaviridae, което причинява полиомиелит или полиомиелит при хората. Това е много прост вирус без обвивка с геном на едноверижна плюс РНК. Среща се само при хората; изкореняването на полиовируса чрез ваксинация е цел на Световната здравна организация.

Откритие и история

Въпреки че полиомиелитът е отдавна известно заболяване, едва след проучвания на шведския лекар Ивар Уикман в началото на 20-ти век стана общоприето, че това е инфекциозно заболяване, пренасяно от контакт. Карл Ландщайнер и Ервин Попър се считат за откриватели на вируса на полиомиелит; През 1908 г. те успяват да инжектират бактериологично стерилен екстракт от гръбначен мозък от момче, което е починало от полиомиелит при пренасяне на патогена на две маймуни; и двете животни се разболяха. [1]

Чарлз Армстронг успява да предаде вируса на памучни плъхове през 30-те години. Джон Ф. Ендърс, Фредерик Чапман Робинс и Томас Хъкъл Уелър успяха да размножат вируса в клетъчните култури през 1949 г .; за това през 1954 г. им е присъдена съвместно Нобелова награда за физиология или медицина. През 1955 г. е одобрена инактивирана полиомиелитна ваксина, разработена от Jonas Salk, последвана няколко години по-късно от орална полиомиелитна ваксина от Albert Sabin.

Натрупване на вируси

морфология

Приблизително кръглата вирусна частица има диаметър от 28 до 30 нанометра. През 1985 г. беше възможно да се разреши триизмерната структура на пълна полиовирусна частица чрез анализ на кристалната структура. [2] Всеки вирион съдържа копие на едноверижния РНК геном, който е обвит в икозаедричен капсид. Капсидът се състои от 60 копия на всеки от четирите капсидни протеина VP1, VP2, VP3 и VP4. Вирусът няма черупка.

Поради тази структура полиовирусът е екологично стабилен вирус, който е устойчив на редица дезинфектанти като 70 процента етанол, изопропанол и кватернерни амониеви съединения. Вирусът почти не се инактивира от много детергенти или киселини, например стомашна киселина.

Геномни и вирусни протеини

Вирусният геном е клониран и секвениран за първи път през 1981 г. РНК от 7440 нуклеотида, дълги във тип 1, към 5 'края на които е свързан вирусен протеин (VPg), се състои от дълга 5' непреведена област (5 'NTR), която е последвана от единична отворена рамка за четене, кодира полипротеин от 220 kDa и къс 3'-нетранслиран регион (3'-NTR) с поли (А) опашка. В 5 'нетранслираната зона РНК съдържа вътрешна рибозомна входна точка (IRES), която е от решаващо значение за транслацията на РНК в клетката гостоприемник. Мутациите в IRES са молекулярна причина за затихването на полиовирусите, използвани в оралните полиомиелитни ваксини.

Полипротеинът 220 kDa се разгражда на три протеина, P1, P2 и P3, от вирусни пептидази; протеинът P1 се разгражда допълнително до структурните протеини VP1-VP4, от които се събира капсидът на новите вирусни частици. Протеините P2 и P3 пораждат неструктурни протеини, които имат роля в репликацията на вируса. Протеините 2A pro и 3C pro, както и 3CD pro са пептидази, които разграждат вирусния полипротеин, докато протеините 2BC, 2C и 3AB образуват мембранен комплекс, който е необходим за репликация на вируса. 3B VPg се свързва с 5 'края на вирусната РНК и е важен за започването на репликацията на РНК. Накрая, 3D pol е РНК-зависима РНК полимераза, която синтезира вирусната РНК. [3]

Репликация

Полиовирусът се размножава в цитоплазмата на клетката гостоприемник. За да влезе в клетката, вирусът се нуждае от специфичен рецептор, протеинът CD155. След това вирусът може да прехвърли своята РНК в клетката, където незабавно се превежда в полипротеина. Полипротеинът може протеолитично да се разпадне на отделни структурни и функционални протеини. РНК не само се превежда, но и се репликира. Последното се случва чрез вирусната РНК-зависима РНК полимераза 3D pol, която преобразува оригиналната плюс-РНК в минус-РНК и от това веднага генерира нова плюс-РНК. РНК най-накрая се пакетира със структурните протеини, за да образува нов вирион; в крайна сметка клетката гостоприемник умира и вирусите се освобождават.

Систематика

Полиовирусът принадлежи към рода на вирусите Ентеровирус; това е част от семейството на Picornaviridae. В полиовируса се различават три серотипа.

семейство Picornaviridae
- род Ентеровирус
  - видове Полиовирус
    - Серотип 1 (тип "Mahoney" или "Brunhilde"): този тип е най-често срещаният и може също да причини сериозни заболявания.
    - Серотип 2 (тип “Lansing”): този тип причинява доста леки прогресии.
    - Серотип 3 (тип "Леон"): този тип се среща доста рядко, но обикновено причинява сериозен ход.

Трите серотипа се различават структурно главно в капсидните протеини. Сравненията на пълните геномни последователности на полиовирусите и човешкия ентеровирус С (HEV-C) показаха, че полиовирусите и вирусите на HEV-C са много сходни по структура на генома. Извън капсидния регион полиовирусите са подобни на вирусите на HEV-C, както и помежду си. Ето защо се предлага видът Полиовирус изоставяне и трите серотипа във вида Човешки ентеровирус C класифицират. [4] Това все още не е решено.

Дифузия, предаване и специфичност

разпределение

Първоначално вирусът се разпространява по целия свят; в тропиците епидемиите се случват целогодишно, в умерените географски ширини, особено през лятото. В ендемичните райони вирусът може да бъде открит, наред с други неща, и в канализацията; в околната среда той трябва да остане способен да се размножава в продължение на няколко седмици. Единственият естествен гостоприемник и следователно единственият известен резервоар са хората. Следователно ваксинацията изглежда възможна; това вече е постигнато с полиовирус тип 2. През 2007 г. има 1310 случая на дива полиовирусна болест в световен мащаб; през 2008 г. вирусът е ендемичен само в Нигерия, Индия, Пакистан и Афганистан. [5] [6]

Предаване и специфичност

Вирусът се причинява от инфекция с намазка (фекално-орален) и също се предава чрез обекти. Тропизмът на полиовируса е ограничен до хора и някои други примати. Различни маймуни могат да бъдат заразени експериментално чрез инжектиране на вируса директно в гръбначния мозък или мозъка. Само шимпанзетата и маймуните от стария свят също могат да бъдат заразени орално като хората. Тъй като вирусът изисква специфичен рецептор, протеинът CD155, върху клетките гостоприемници за инфекция, заразяването на организма по същество зависи от това дали вирусът може да се свърже с рецептора в гостоприемника. Полиовирусът се свързва с CD155 от хора, шимпанзета и маймуни от Стария свят, но само частично с CD155 от маймуни от Новия свят. [7] След свързване с рецептора CD155, вирусът се абсорбира в клетката, където може да се размножава. Механизмите за размножаване в клетката са по-малко специфични за гостоприемника от механизма за поглъщане. Рецепторът CD155 е разположен на клетъчната повърхност на моноцити, макрофаги, Т лимфоцити и нервни клетки. Лимфните тъкани като плаките на Peyer в червата са мястото на първата репликация на вируса.

Болест, откриване и ваксини

болест

След като вирусът е погълнат през устата и се размножи в носоглътката и храносмилателния тракт, настъпва виремия, при която вирусът се разпространява чрез кръвта. В повечето случаи това ще бъде без симптоми; грипоподобни симптоми се проявяват само при 4 до 8% от заразените.

Само в редки случаи, в около 1% от инфекциите, вирусите атакуват и нервни клетки, за предпочитане предните рогови клетки в гръбначния мозък, които са важни за мускулите. Това след това води до клиничната картина на полиомиелита.

доказателство

Вирусът може да бъде открит от проби от изпражнения, тампони от гърлото и, ако е необходимо, от CSF. С класическо вирусологично откриване, приготвеният материал се инкубира върху клетъчни култури и идентичността на вируса се определя с помощта на тест за неутрализация със специфични антисеруми. Твърди се, че изолирането на вируса от пробите на изпражненията е успешно с 80% през първите 14 дни от заболяването. [8] Този метод обаче е сложен. Ето защо днес често се използва верижна реакция с обратна транскриптаза-полимераза, с която вирусната РНК може да бъде открита директно в клиничния материал. Понякога части от вирусния геном дори се секвенират, за да се установят връзки между различни пациенти чрез сравняване на последователности и да може да се разбере пътя на инфекцията. Може да се извърши и откриване на антитела срещу вируса в серума на пациента.

Доказателството за полиовируса подлежи на нотификация съгласно германския Закон за защита от инфекции.

Ваксини

Има две различни полиомиелитни ваксини. Инактивираната полиоваксина (IPV) според Jonas E. Salk е мъртва ваксина, която се инжектира интрамускулно. Ваксината съдържа инактивирани с формалдехид вирусни частици от трите вида, отглеждани върху клетъчни култури. Тази ваксина предлага добра защита срещу болестта; решаващото предимство на тази ваксина е, че ваксинационният полиомиелит е изключен. Инактивираната полиомиелит е одобрена в САЩ през 1955 г. и е довела до бърз спад в броя на болестите там.

Пероралният полиовакзин (OPV) според Albert Sabin за орална ваксинация е жива ваксина и се състои от смес от трите вида така наречени атенюирани вируси, които все още са способни да се възпроизвеждат, но вече не причиняват заболяване. Предимството на тази ваксина, освен че е лесна за използване, е, че тя също така създава имунитет в стомашно-чревния тракт, който не само предотвратява заболяването, но също така предотвратява предаването на вируса. В Германия тази ваксина вече не се използва, тъй като ваксинационният полиомиелит не може да бъде напълно изключен. Тъй като полиовирусът е унищожен в Германия, това би било неприемлив риск.