Санкт — Петербургский Технологический Институт
(Технический Университет)
Кафедра ХТ СБАВ
Факультет II
Курс III
Группа 243
Реферат
Тема: Вируссиндрома приобретен-
ного иммунногодефицита.
Студент : / Шубин К.М./
Преподаватель : / Студенцов Е.П./
Сдано:
Санкт — Петербург
1997
Оглавление.
TOC o «1-3» Оглавление.… PAGEREF _Toc433934183 h 2
1. Введение… PAGEREF _Toc433934184 h 3
2. Строение ижизненный цикл вируса СПИДа… PAGEREF _Toc433934185 h 5
3. Этапы зараженияклетки вирусом СПИДа… PAGEREF _Toc433934186 h 12
4. Препараты,противостоящие СПИДу… PAGEREF _Toc433934187 h 16
Литература… PAGEREF _Toc433934188 h 25
1. Введение
Ещекаких-нибудь два десятка лет назад человечество пребывало в уверенности, чтоинфекционные болезни не больше не представляют опасности для цивилизованногомира. Однако с появлением в начале 80-х годов синдрома приобретенного иммунногодефицита (СПИДа) эта уверенность существенно поколебалась. СПИД не являетсяредким заболеванием, от которого могут случайно могут пострадать немногие люди.Ведущие специалисты определяют в настоящее время СПИД как “глобальный кризисздоровья”, как первую действительно всеземную и беспрецедентную эпидемиюинфекционного заболевания, которое до сих пор по прошествии первой декадыэпидемии не контролируется медициной и от него умирает каждый заразившейсячеловек.
СПИД к 1991 году был зарегистрирован вовсех странах мира, кроме Албании. В самой развитой стране мира — СоединенныхШтатах уже в то время один их каждых 100-200 человек инфицирован, каждые 13секунд заражается еще один житель США и к концу 1991 года СПИД в этой страневышел на треть место по смертности, обогнав раковые заболевания. Пока что СПИДвынуждает признать себя болезнью со смертельным исходом в 100% случаев.
Первые заболевшие СПИДом люди выявлены в1981 году. В течении прошедшей первой декады распространение вирус-возбудителяшло преимущественно среди определенных групп населения, которые называлигруппами риска. Это наркоманы, проститутки, гомосексуалисты, больные врожденнойгемофилии (так как жизнь последних зависит от систематического введенияпрепаратов из донорской крови).
Однако к концу первой декады эпидемии вВОЗ накопился материал, свидетельствующий о том, что СПИД вышел за пределыназванных групп риска. Он вышел в основную популяцию населения.
С 1992 годаначалась вторая декада пандемии. Ожидают, что она будет существенно тяжелее,чем первая. В Африке, например, в ближайшие 7-10 лет 25% сельскохозяйственныхферм останутся без рабочей силы по причине вымирания от одного только СПИДа.
СПИД — разрушительная болезнь, вызываемаяинфекционным агентом, относящимся к группе ретровирусов. Пугающе загадочнаяэпидемия только начиналась, но наука мгновенно отозвалась на нее. За два года,с 1982 по 1984 г., была выяснена общая картина болезни. Выделен возбудитель — вирус иммудефицита человека (HIV- от англ. HumanImmunodeficiency Virus), разработан метод анализа крови, выявляющийналичие инфекции, установлены специфические мишени вируса в организме.
Хотя уже ясна общая картина синдрома приобретенногоиммунодефицита и связанных с ним заболеваний, а также выявлен и исследованвирус иммунодефицита человека, его происхождение остается загадкой. Естьубедительные серологические данные в пользу того, что на западном и восточномпобережьях Соединенных Штатов инфекция появилась в середине 70-х годов. Приэтом случаи ассоциированных со СПИДом заболеваний, известных в центральнойАфрике, указывают на то, что там инфекция, возможно появилась еще раньше (50-70лет). Как бы то ни было, пока не удается удовлетворительно объяснить, откудавзялась эта инфекция. С помощью современных методов культивирования клеток былообнаружено несколько ретровирусов человека и обезьян. Как и другиеРНК-содержащие вирусы, они потенциально изменчивы; поэтому у них вполне у нихвполне вероятны такие перемены в спектре хозяев и вирулентности, которые моглибы объяснить появление нового патогена. Существует несколько гипотез:
1) воздействие на ранее существующий вирус неблагоприятныхфакторов экологических факторов;
2) бактериологическое оружие;
3) мутация вируса в следствии радиационного воздействияурановых залежей на предполагаемой родине инфекционного патогена — Замбии иЗаире.
После первоговсплеска исследования, хотя и несколько медленнее, но устойчиво продвигалисьвперед. Тем не менее в некоторых отношениях вирус перегонял науку. До сих порпо сути нет средств лечения или предупреждения СПИДа, а эпидемия тем временемпродолжает распространяться. На многие вопросы, связанные с этой болезнью,ответа пока нет, но так же некоторые вопросы поддались успешному разрешению.
2. Строение и жизненный цикл вируса СПИДа
Инфекциявирусом иммунодефицита человека, вызывающим СПИД, многолика. Вначале этот вирусобычно интенсивно размножается, и свободные вирионы (вирусные частицы)появляются в жидкости. Заполняющей полости головного и спинного мозга, а так жев кровотоке. Первая волна репликации HIV может сопровождаться жаром, сыпью,явлениями, подобным симптомам гриппа, и иногда неврологическими расстройствами.Затем на несколько недель количество вируса, циркулирующего в крови ицереброспинальной жидкости, значительно уменьшается. Тем не менее вируспо-прежнему присутствует в организме. Его можно обнаружить не только в Т-4лимфоцитах, которые в начале считались его единственной мишенью, но и в другихклетках иммунной системы, в клетках нервной системы и кишечника, а так же, повсей вероятности, в некоторых клетках спинного мозга.
Здесь имеет смысл дать краткое описаниетой системы организма, которую он выводит из строя, то есть системы иммунитета.Она обеспечивает в нашем теле постоянство состава белков и осуществляет борьбус инфекцией и злокачественно перерождающимися клетками организма.
Как и всякая другаясистема, иммунная система имеет свои органы и клетки. Ее органы — это тимус(вилочковая железа), костный мозг, селезенка, лимфатические узлы (их иногданеправильно называют лимфатическими железами), скопление клеток в глотке,тонком кишечнике, прямой кишке. Клетками иммунной системы являются тканевые макрофаги,моноциты и лимфоциты. Последние в своюочередь, подразделяются на Т-лимфоциты (созревание их происходит в тимусе,откуда и их название) и В-лимфоциты (клетки, созревающие в костном мозге).
Макрофаги имеютмногообразные функции, они, например, поглощают бактерии, вирусы и разрушенныеклетки. В-лимфоциты вырабатывают иммуноглобулины — специфические антителапротив бактериальных, вирусных и любых других антигенов — чужеродныхвысокомолекулярных соединениях. Макрофаги и В-лимфоциты обеспечивают гуморальный(от лат. humor — жидкость) иммунитет.
Так называемыеклеточный иммунитет обеспечивают Т-лимфоциты. Их разновидность — Т-киллеры (отангл. killer — убийца) способны разрушать клетки, против которыхвырабатывались антитела, либо убивать чужеродные клетки.
Сложные имногообразные реакции иммунитета регулируются за счет еще двух разновидностейТ-лимфоцитов: Т-хелперов (помощников), обозначаемых также Т4, и Т-супрессоров(угнетателей), иначе обозначаемых как Т8. Первые стимулируют реакции клеточногоиммунитета, вторые угнетают их. В итогеобеспечивается нейтрализация и удаление чужеродных белков антителами,разрушение проникших в организм бактерий и вирусов, а также злокачественныхпереродившихся клеток организма, иначе говоря, происходит гармоническое развитие иммунитета.
В общих чертахжизненный цикл HIV, такой же, как у других вирусов этой группы. Ретровирусыполучили свое название в связи с тем, что в их развитии имеется этап, накотором перенос информации происходит в направлении обратном тому, котороесчитается обычным, нормальным. Генетическим материалом клеток является ДНК. Входе экспрессии генов сначала происходит транскрипция ДНК: образуется копирующая ее мРНК, котораязатем служит матрицей для синтеза белков. Генетическим материалом ретровирусовслужит РНК, и, чтобы произошла экспрессия генов, должна появиться ДНК-копиявирусной РНК. Эта ДНК обычным путем обеспечивает синтез вирусных белков.
Жизненный циклHIV начинается с того, что вирусная частица присоединяется снаружи к клетке ивводит внутрь нее свою сердцевину. Сердцевина вириона содержит две идентичныецепи РНК, а так же структурные белки и ферменты, нужные на последующих стадияхжизненного цикла. Фермент обратная транскриптаза, имеющая несколькоферментативных активностей, осуществляет этапы переноса генетической информации вируса — синтез ДНК. На первомэтапе она синтезирует одноцепочечную ДНК по РНК, затем расщепляя последнюю.Затем синтезируется вторая цепь, используя первую в качестве матрицы.
Генетическаяинформация вируса, теперь уже в форме двухцепочечной ДНК, проникает в клеточноеядро. С помощью интегразной активности того же фермента эта ДНК встраивается вхромосомную ДНК. В таком виде вирусная ДНК, называемая провирусом, будетвоспроизводиться вместе с собственными генами при делении клетки и передаватьсяследующим поколениям.
Вторая частьжизненного цикла HIV — производство новых вирионов — совершается спорадически итолько в некоторых зараженных клетках. Она начинается, когда т.н. длинныеконцевые повторы (LTR, отангл. long terminal repeat;это особые нуклеотидные последовательности на концах вирусного генома) инициируют транскрипциювирусных генов; приэтом ферменты, принадлежащие клетке-хозяину синтезируют РНК — копии провируса.
Каждаявирусная частица собирается из множества копий двух различных белковых молекул,соотношение которых составляет примерно 20:1. Структура вириона довольно проста и состоит из двух оболочек: внешней — сферической, и внутренней — пулевидной. Последняя содержит в себе две цепи РНК и ферменты: обратную транскриптазу, протеиназу иинтегразу. На внешней оболочке содержатся белки, молекулы которого выступают измембраны наподобие шипов. Каждый шип образован двумя или тремя идентичнымисубъединицами, которые в свою очередь состоят из двух связанных компонентов,представляющих собой гликопротеины. Один компонент, обозначаемый gp120(гликопротеин с молекулярной массой 120000), выступает над поверхностью клетки,а другой — gp41 — наподобие стержня погружен в мембрану. Эти гликопротеинные комплексыопределяют способность HIV заражать новые клетки.
Хитроумноорганизованные генетические регуляторы определяют, начнется ли цикл репликациивируса, и какова будет интенсивность размножения. Помимо трех генов для белковсердцевины и оболочки в геноме HIV имеется по меньшей мере шесть генов.Некоторые из них, а возможно и все, регулируют производство вирусных белков: один ген обеспечиваетускорение синтеза белков в целом, другой — только определенных белков, а третий- подавление синтеза белков. Поскольку регуляторные гены сами кодируют белки,каждый из них влияет не только на структурные гены, но и на регуляторные гены,в том числе и на самого себя.
Регуляторныйген tat (от англ. trans-activator of transcription) ответствененза вспышку репликации, которая наблюдается, к примеру, в Т-4 клетках, когда ониактивируются при встрече с антигеном (чужеродной молекулой, вызывающей иммунныйответ). Ген tat необычен как по структуре, так и по своему действию. Он состоитиз двух нуклеотидных последовательностей, расположенных довольно далеко друг отдруга. В результате его транскрипции образуется РНК (первичный транскрипт),которая должна подвергнуться сплайсингу (промежуточный сегмент вырезается икодирующие последовательности соединяются), чтобы она превратилась в мРНК и поней синтезировался белок. влияние белка — продукта гена tat очень велико: он может повысить уровеньэкспрессии вирусных генов в 1000 раз по сравнению с тем, что наблюдается умутантов HIV без этого гена. Стимулирующий эффект распространяется на всевирусные белки — как на структурные компоненту вирионов, так и на регуляторныебелки, включая белок кодируемый самим геном tat. Благодаря такой положительнойобратной связи, как только механизм с участием гена tat активировался, оченьбыстро образуется огромное количество вирусных частиц.
В то время какген tat усиливает синтез всех вирусных белков без разбора, второй регуляторныйген, rev (от англ.regulatorof virion-protein expression — регулятор экспрессии белков вириона)обладает избирательным действием, благодаря которому производятся либорегуляторные белки, либо компоненты вириона. Белок — продукт гена rev, как и вслучае гена tat, кодируется разобщенными нуклеотидными последовательностями,которые соединяются в результате сплайсинга РНК. В регуляции этим белкомучаствуют еще две последовательности. Одна из них действует как репрессор: препятствует трансляциитранскриптов, которые ее содержат. Другая последовательность взаимодействует сбелком rev и снимает эффект первой последовательности.
Последовательность- репрессор, называемая CRS (от англ. cis-acting repression sequence), имеется в мРНК, по которымсинтезируются белки, формирующие вирионы — сердцевинные белки, ферментырепликации и белок оболочки;мРНК регуляторных белков — продуктов генов tat и самого rev — не содержат CRS.В отсутствие белка — продукта гена rev — последовательность CRS не даетнакапливаться длинным мРНК, по которым синтезируются белки для вирионов.Напротив, короткие мРНК, кодирующие регуляторные белки не имеющие CRS, стабильны и транслируются.
В присутствиибелка — продукта гена rev происходит “переключение”. Этот белок действует напоследовательность CAR (от англ. cis-acting rev-responsive sequence), которая тоже содержится вдлинных мРНК. При этом нейтрализуется CRS и начинают накапливатьсяполноразмерные мРНК, и вместо регуляторных белков синтезируются белки, изкоторых собираются новые вирионы. Таким образом, механизм с участием гена revможет определять переход от скрытой инфекции к активному размножению вируса.
Однако в ходерепликации взаимодействие между механизмами rev и tat может сдерживатьразмножение вируса, нейтрализуя друг друга. Продукт гена tat усиливает синтезсамого себя и белка гена rev, тогда как продукт гена rev замедляет собственныйсинтез и синтез белка кодируемого геном tat. В результате устанавливаетсясвоего рода гомеостаз, характеризующийся постоянными уровнями белков,кодируемых генами tat и rev, и умеренным производством вирусных частиц.Ограниченная репликация позволяет вирусу воспроизводиться годами, не убиваязараженные клетки, поэтому такой тип генетической регуляции может бытьадаптивным признаком ретровирусов, хозяевами которых являются виды с долгимвременем жизни, такие как человек.
Помимо активатора (tat) иизбирательного регулятора (rev) у HIV есть негативный регулятор. Которыйзамедляет транскрипцию вирусного генома. Ген негативного регуляторного фактора,обозначаемый nef (от англ. negative-regulatoryfactor), возможно, определяет способность HIV прекращать размножение ипереходить в состояние покоя.
Последовательность,являющаяся мишенью белка — продукта гена nef, расположена в начале вирусногогенома в длинном концевом повторе. Она называется негативным регуляторнымэлементом (NRE, отангл.negative- regulatoryelement). NRE подавляет транскрипцию даже сама по себе; если вирусный LTR, лишенный этойпоследовательности, ввести в незараженную клетку, он обеспечивает повышенныйуровень транскрипции клеточных генов. Продукт гена nef усиливает эффект NRE. нокаким образом он достигает этого — загадка.
Сложныемеханизмы регуляции размножения HIV действуют не в изоляции: они тесно связаны с метаболизмомклетки-хозяина. Начать с того, что вирус использует клеточный аппарат длятранскрипции своих генов и синтеза белков. В частности, клеточные факторы явноиграют роль во вспышке репликации HIV, происходящей при участии гена tat, когдазараженная Т-клетка стимулируется антигеном. Особенности молекулярного“климата” клетки-хозяина также, вероятно, как-то влияют на скорость размножениявируса, которая различна в различных типах клетки.
Возможно, длясвязи клеточных и вирусных процессов имеет значение связь клеточных белков сLTR в начале вирусного генома. Последовательности в LTR определяют сайтинициации транскрипции вирусных генов — стартовую точку, в которой начинаетсясинтез мРНК. По крайней мере восемь белков, которые в норме участвуют вклеточной транскрипции, связываются с клеточной ДНК в сайте инициациитранскрипции или рядом с ним.Онииграют определенную роль в процессе транскрипции. Один из белков, которыйузнает инициаторные последовательности, играет специфическую роль в Т-клетках идругих лимфоцитах. Этот белок активируется, когда лимфоцит стимулируетсяантигенами и начинает размножаться. Считается, что он способствует размножениюклетки, усиливая транскрипцию. Как выяснилось, при стимуляции зараженныхТ-клеток усиливается связывание этого белка с геномом провируса. Таким образомактивация этого белка может быть одним из путей ускорения размножения HIV пристимуляции Т-клетки.
Вероятно,набор клеточных факторов, действующий на вирусный геном, варьирует взависимости как от условий, так и от типа клетки-хозяина. Некоторые клетки,находясь в состоянии покоя. Могут просто не иметь белков, необходимых дляинициализации транскрипции, так что инфекция остается скрытой. В других клеткахскорость размножения вируса может быть ограничена из-за низкой концентрацииинициаторных факторов или из-за избытка белков, ингибирующих синтез мРНК. Такимобразом, клетка-хозяин при помощи собственных факторов транскрипции создаетмолекулярное окружение, влияющее на регуляторные механизмы HIV.
После того какв результате действия описанных выше механизмов началось производство вирусныхчастиц, в игру вступает последний ген. Этот ген, названный vif (от англ.virion infectivity factor — фактор инфекционности вириона),кодирует небольшой белок, который обнаруживается в цитоплазме зараженных клетоки вокруг них в межклеточной среде, а так же в свободных вирусных частицах.Белок — продукт гена vif каким-то образом усиливает способностьотпочковавшегося вириона заражать другие клетки. У штаммов HIV с мутациями,инактивирующими vif, вирионы имеют нормальный вид, содержат полный набор РНК иферментов, но заражают клетки намного менее эффективно.
3. Этапызаражения клетки вирусом СПИДа
Первый шаглюбой вирусной инфекции — связывание вирусной частицы с компонентом мембранызаражаемой клетки. Для HIV роль такого рецепторного компонента играет белок,называемый антигеном CD4.(Антиген — это молекулярная структура, котораяузнается антителом.)из этогоследует, что распределение CD4 в организме должно соответствовать тропизму HIV,т.е. спектру клеток и тканей, поражаемых вирусом. Антиген CD4 встречаетсяглавным образом на лимфоцитах, называемых Т-4 хелперами, которые являютсяважным элементом иммунной системы, а так же на некоторых других клетках.
Как былоустановлено, связывание происходит, если CD4 взаимодействует с белком оболочкивируса gp120, который распределен на внешней поверхности мембраны. Удалосьопределить специфические фрагменты молекул CD4 и gp120, участвующие всвязывании. Эти результаты открывают возможность двойной борьбы с HIV: препятствоватьвзаимодействию вируса с клеточным рецептором CD4 можно блокируя сам рецепторили экранируя вирусный белок gp120.
Вследствиепоражения клеток крови, несущих антиген CD4, особенно Т-4 лимфоцитов, по егоконцентрации можно судить о зараженности СПИДом. В клеточных культурах можнотак же наблюдать еще один весьма удобный для исследования признак заражения — образование многоядерных синцитиев. Синцитий представляет собой гигантскуюклетку, содержащую множество ядер внутри одной мембраны. Он формируется врезультате слияния клеток, зараженных HIV, со здоровыми клетками, несущими молекулы рецептора.
Наиболеестрогое доказательство такого механизма взаимодействия вируса с клеткой сталэксперимент, проведенный в 1984 г. в Колумбийском университете США. Удалосьперенести ген, кодирующий CD4, в клетки HeLa — линию клеток раковой опухоли шейки матки. Эти клетки несодержат CD4 и в норме не заражаются HIV. Тогда как измененные клетки HeLa, несущие CD4, могут бытьзаражены HIV, после чего они быстро сливаются в гигантские синцитии.
Этотэксперимент дал, кроме того, один неожиданный результат, который до сих порполностью не объяснен. Человеческий ген CD4 был введен в мышиные Т-клетки,которые тем самым приобрели способность производить соответствующий белок.Частицы HIV связывались с этими измененными клетками, однако признаков инфекциине было: не образовывался ни синцитий, ни инфекционные вирусные частицы. Этобыло удивительно, так как мышиные клетки вообще-то способны поддерживатьразмножение HIV при некоторых условиях. По всей видимости, мышиные клетки немогут быть заражены частицами HIV даже в присутствии рецепторов HIV. Кзаражению мышиных клеток оказались также неспособны некоторые родственныевирусы. Эти факты позволяют предполагать, что необходим еще какой-то компонентклеточной поверхности для того, чтобы вирус, прикрепившийся к клеточной мембранесмог проникнуть внутрь клетки. Природа такого дополнительного фактора пока неясна.
Связываниевирусного gp120 с клеточным CD4 — это только первый этап проникновения вируса вклетку. Последующие этапы пока менее понятны. Например, как попадает в клеткувирусный генетический материал? Простейшая и наиболее вероятная возможностьсостоит в том, что оболочка вириона сливается с клеточной мембраной исодержимое вирусной частицы (включая генетический материал) оказывается внутриклетки. Другой возможный путь — эндоцитоз, т.е. образование небольшоговпячивания клеточной мембраны, которое затем отпочковывается внутрь,превращаясь в замкнутый мембранный пузырек. Пузырек полностью окружает вируснуючастицу и переносит ее внутрь клетки.Там мембрана, образующая пузырек (теперь он называется эндосомой), закисляется.Это приводит к конформационным изменениям, слиянию ее с вирусной мембраной иосвобождению содержимого вирусной частицы во внутриклеточное пространство.
Независимо оттого, что на самом деле происходит - прямое слияние или эндоцитоз — вирусная мембрана должнапретерпеть слияние с клеточной. Как же это осуществляется? Согласно одной изгипотез, представляющейся вполне правдоподобной, связывание gp120 с CD4вызывает изменение конформации белка gp120, вследствие чего обнажается частьдругого белка оболочки, gp41, в норме скрытого под молекулой gp120. Эта областьgp41 гидрофобна и потому должна внедряться в мембрану, а не оставаться снаружи,в водной среде, окружающей клетку. Оказавшись открытой, гидрофобная областьgp41 взаимодействует с близлежащей частью клеточной мембраны и индуцирует ееслияние с вирусной мембраной. Пока не ясно, нужен ли для связывания с gp41 ещекакой-то рецептор клеточной поверхности, помимо CD4, или же gp41 сам внедряетсяпрямо в клеточную мембрану.
После того,как HIV проник в клеточную среду и его генетический материал интегрировался вклеточный геном, он может оставаться неактивным и никак себя не обнаруживать, аможет и проявиться одним из трех способов.
Во-первых,вирусный геном может вызвать персистирующую инфекцию; при этом образуетсянекоторое количество вирусных частиц, но клеток погибает немного. Во-вторых,инфекция может привести к образованию синцития, который вскоре гибнет.Появление синцитиев — главный результат воздействия HIV на культуру клеток. Ворганизме зараженного человека синцитии иногда можно наблюдать на позднихстадиях инфекции *особенно в мозге). Неясно, однако, играют ли они какую-тороль в раннем патогенезе СПИДа.
Третийвероятный результат заражения HIV — быстрая гибель клеток без образованиясинцитиев. Каким образом HIV убивает клетки пока не ясно. Возможно, какие-то изпродуктов, кодируемых генами HIV, обладают прямым токсическим действием.Возможно, также разрушение клеточной мембранной системы из-за того, чтовнедрившийся в нее gp120, синтезированный в результате инфекции,взаимодействует с имеющимся в мембране CD4. Судьба зараженной клетки зависит иот иммунного ответа, поскольку иммунная система способна узнавать вирусныебелки на поверхности зараженных клеток и убивать эти клетки.
Распределениезараженных HIV клеток в организме обусловлено главным образом тем, какраспределены клетки, несущие CD4. Изначально этот антиген был идентифицированпо его присутствию на определенных Т-лимфоцитах. И действительно, егонормальные функции, по-видимому, в основном связаны со сложной сетьювзаимодействий между клетками иммунной системы.
Т-лимфоциты,несущие CD4, способны взаимодействовать с клетками, представляющими антигены.Эти последние находят чужеродные антигены и экспонируют их на своей клеточноймембране вместе со специфическими белками — гликопротеинами MHC класса II (от англ. Major Histocompatibility Complex — главныйкомплекс гистосовместимости). Когда Т4-хелперы узнают комбинацию антигенаи гликопротеина MHC класса II, они инициируют иммунный ответ противчужеродных или зараженных клеток, несущих этот антиген. Считается, чтовзаимодействие между антигенами CD4 на Т-клетках и гликопротеинами MHC класса II на клетках, представляющих антиген,важный элемент контакта этих клеток.
Как сейчасизвестно, Т-лимфоциты не единственные клетки со встроенным в мембрану антигеномCD4. Не менее 40% моноцитов периферической крови (эти клетки являютсяпредшественниками макрофагов — клеток-“мусорщиков”) и некоторые клетки,представляющие антиген в лимфатических узлах, коже и других органах, а такжепримерно 5% всех В-клеток организма (эти клетки производят антитела) несут CD4и могут быть заражены HIV.
Но некоторыевиды клеток заражаются HIV в культуре, а прямо выделить в них CD4 не удается. Кним относятся глиальные клетки головного мозга, клетки ряда злокачественныхопухолей мозга, а также определенные линии клеток из раковых опухолейкишечника. Однако, хотя эти клетки и не производят CD4 в экспериментальноопределимых количествах, они содержат немного информационной РНК, кодирующейбелок CD4, а значит, способны синтезировать и сам CD4. По-видимому, длязаражения HIV достаточно даже очень малого количества CD4.
4. Препараты,противостоящие СПИДу
Всякоетерапевтическое средство против инфекции независимо от природы патогена — будьто вирус, бактерия, грибок или простейшее — должно либо вызывать гибельпатогена, либо прекращать его размножение. При этом препарат не долженпричинять существенного вреда зараженному организму. Как правило, такиелекарства выполняют свою задачу, действуя на биохимические процессы,характерные только для патогена. В случае бактерий это достигается сравнительнопросто, так как по структуре и метаболизму клетки бактерий и клетки организмамлекопитающего сильно различаются. Например, пенициллин нарушает синтезклеточной стенки бактерий, а на клетки млекопитающих, у которых нет такойстенки, он не действует.
С вирусамиситуация гораздо сложнее. Вирусы представляют собой просто генетическийматериал, одетый в оболочку из гликопротеинов и липидов. Они не способныразмножаться самостоятельно и вместо этого заражают клетки другого организма иузурпируют их аппарат биосинтеза, который и обеспечивает воспроизведениевируса. Когда происходит активная репликация вируса, часто бывает трудноразличить вирусные белки, взаимодействующие с клеткой и белки самой клетки.Тесная связь многих этапов жизненного цикла вируса с метаболизмомклетки-хозяина затрудняет создание препаратов, которые избирательно подавляютрепликацию вируса и в тоже время минимально воздействуют на клетку.
Существеннотакже, что практически любой препарат (в том числе и пенициллин) обладает в тойили иной степени побочным действием и токсичностью. Поэтому всегда необходимоучитывать не только эффект воздействия на патоген, но и вред, причиняемыйорганизму человека. Важнейшей характеристикой потенциального терапевтическогопрепарата является его “терапевтический индекс”: отношение токсичной дозы кэффективной дозе. Однако в случае болезней, представляющих угрозу для жизни,таких как СПИД, допустимо использовать и препараты со сравнительно низкимизначениями терапевтического индекса по меньшей мере, пока не созданы болеесовершенные.
Сложныйжизненный цикл позволяет HIV заражать клетки иммунной системы и ускользать отих действия. Но для борьбы с инфекцией такая сложность может быть не толькобедствием, но и благом, поскольку она предоставляет много возможностей длявоздействия противовирусных средств.
Первая стадия- связывание вируса с клеткой (см. выше). Существует несколько возможностейподавлять этот процесс. Можно получить антитела, которые взаимодействуют ссоответствующей частью оболочки вируса и тем самым нейтрализуют способностьgp120 связываться с CD4. Можно соединить такие антитела с молекуламикакого-либо токсина, тогда они, связываясь с зараженными клетками, например смакрофагами, содержащими вирус и производящими его белки, будут убивать их.Можно получить и антитела к CD4, но этот подход потенциально опасен, потому чтотакие антитела будут атаковать и здоровые клетки иммунной системы организма.Поэтому исследования направлены главным образом на получение антител к gp120.
Получитьэффективные антитела, нейтрализующие gp120, по ряду причин трудно. Не всеантитела против gp120 будут блокировать ключевой участок связывания с CD4. Убольных, в организме которых в процессе нормальной реакции на инфекцию HIVобразуются нейтрализующие антитела (обычно лишь в малом количестве), СПИД темне менее развивается. Определенного разрешения этой проблемы пока нет. Возможноодна из причин — высокая скорость мутирования HIV. У некоторых возникающих ворганизме вариантов вируса может быть изменен гликопротеин оболочки, и он небудет нейтрализовываться имеющимися антителами. Вторая возможная причиназаключается в том, что молекулы сахаров. Входящие в состав гликопротеинаоболочки HIV, сходны с аналогичными структурами на поверхности клеток человека,поэтому на оболочке вируса недостаточно уникальных участков, которые будут распознаватьсяиммунной системой как “чужие” и с которыми могли бы связываться антитела.В-третьих, в молекулах gp120 участок связывания CD4 расположен в углублении ипотому мало доступен. Наконец, не исключено, что важные для связывания участкиgp120 открыты только в момент связывания, а большую часть времени недоступныдля иммунной системы.
Чтобыпреодолеть эти трудности применяется несколько подходов. Один состоит вполучении моноклональных антител. Для этого нужно идентифицировать антитела,которые действительно связываются с ключевым участком вирусного белка,клонировать производящие их лимфоциты и выращивать эти клетки in vitro.
Второй подходиспользует антиидиотипические антитела, т.е. “антитела против идиотипа”; вданном случае это антитела против антител к CD4. Идея заключается в том, чтомолекула моноклонального тела против CD4 по структуре может имитировать участоксвязывания CD4 в молекуле gp120, и поэтому антитело (антиидиотип) к этомуучастку должно связываться с gp120.
Третий подходзаключается в создании растворимой, т.е. не связанной с клетками формы CD4,которая способна взаимодействовать с HIV, занимая его участки связывания и темсамым препятствуя его связыванию с CD4 на поверхности Т4-хелперов. В настоящеевремя растворимый CD4 был получен методами генной инженерии. Этот препаратдействительно блокирует участки связывания CD4 на оболочке HIV и подавляетзаражение Т-клеток. Вероятно, вирусу трудно будет измениться таким образом,чтобы потерять сродство к CD4, сохраняя при этом способность заражать другиеклетки.
В будущем, возможно, удастсясоздать “химерные” молекулы, в которых объединятся участок молекулы CD4,взаимодействующий с HIV, и константная часть молекулы иммуноглобулина человека.Такие антитела “на заказ” должны обладать рядом преимуществ. Определенные участки тяжелых цепей иммуноглобулинаспособны активировать другие компоненты иммунной системы, приводя к разрушениювируса. Химерная молекула действовала бы подобно полицейскому с ищейкой: частьCD4 будет выслеживать вирус, а часть иммуноглобулина — вызывать подмогу длянападения. Кроме того, химерные молекулы могут дольше находиться в кровяномрусле, чем просто растворимый CD4, потому что определенные иммуноглобулиныобладают большим временем жизни в кровотоке.
В основерассмотренных подходов лежит использование сложных биологических молекул,которые связываются с поверхностным гликопротеином вируса. Однако сходнымобразом могут действовать и другие молекулы. Было показано, что некоторыекрупные отрицательно заряженные соединения, содержащие сульфатные группы,подавляют репликацию HIV. Прототипом может послужить декстрансульфат, молекулыкоторого с молекулярной массой в пределах 7000 — 8000 дальтон подавляютрепликацию HIV in vitro.Один из механизмов действия декстрансульфата, вероятно, является подавление