<<
>>

ГЛАВА 20. РЕТРОВИРУСЫ

Большая группа ретровирусов — семейство Retroviridae— представляет собой довольно компактную группу вирусов,, построенную по одному плану [Matthews R., 1982]. Геном их состоит из инвертированного димера — линейных одноните- вых PHR с позитивной полярностью, связанных б'-концами с помощью водородных связей между парами нуклеотидов.

На б'-концах имеются кэп-структуры m7G5pppG5'NmpNpr а на З'-концах — поли (А)-последовательности. Молекуляр­ная масса каждой нити PHK около 3?106, она составляет около 2% массы вирионов. На обоих концах имеются тер­минальные повторы. На расстоянии около 100 нуклеотидов от б'-конца с помощью водородных связей между парами оснований прикреплена клеточная тРНК, разная у различ­ных ретровирусов, которая служит праймером для обрат­ной транскрипции.

У всех вирусов этого семейства геном устроен одинако­во ,и содержит 3 гена и соответственно 3 открытые рамки считывания. Вблизи б'-конца расположен ген, кодирующий синтез внутренних белков (gag),затем — ген, кодирующий синтез обратной транскриптазы (pot),и около З'-конца— ген, кодирующий синтез поверхностных белков (env).Ген'роїретровирусов птиц содержит также ген для синтеза эн­донуклеазы (32 000), которая играет определенную роль в. процессе интеграции, удаляя нуклеотиды с концов LTR [Grandgenett D. et al., 1986]. У разных групп ретровирусов могут быть и другие гены: у онкогенных вирусов обычно вблизи З'-конца — онкогены, у лентивирусов (СПИД) между генами роїи env — ген фактора трансактивации. В целом же геном ретровирусов напоминает транспозоны прокарио­тов. PHK ретровирусов неинфекционна.

Вирионы имеют сферическую форму, диаметр 80—IOO нм. Капсид икосаэдрический, содержит спиральный рибонуклео­протеид, заключенный во внутреннюю белковую мембрану, окружен наружной липидной оболочкой, в которую встроены наружные гликопротеиды в виде выступов с диаметром 8 нм.

Морфологически вирионы выглядят в виде плотного нуклеоида, окруженного двумя оболочками.

Репродукция вирусов осуществляется следующим обра­зом. Гликопротеиды внешней оболочки взаимодействуют C рецепторами клеточной мембраны, и вирионы проникают в клетку в результате слияния вирусной и клеточной мембран. ■Затем происходит обратная транскрипция вирионной PHK в двунитевую ДНК в результате синтезов PHK — ДНК, ДНК — ДНК и разрушения исходной матрицы РНК, в ре­зультате чего образуется линейная ДНК с большими терми­нальными повторами (5'3'— 3'5') • ДНК приобретает цирку­лярную форму и интегрирует в ДНК хромосом клетки напо­добие транспозонов прокариотов. После этого происходит транскрипция интегрированной ДНК с помощью клеточной РНК-полимеразы II, в результате чего образуются как до­черняя вирионная РНК, так и мРНК. Последние проходят сплайсинг, после чего взаимодействуют с рибосомами, ко­дируя синтез вирусспецифических белков. Первичные поли­протеиды расщепляются, в результате этого образуются зре­лые функционально активные белки (рис. 30). Нуклеоид формируется путем самосборки, внешние оболочки форми­руются на клеточной мембране, и выход вирионов происхо­дит путем почкования.

Семейство Retroviridaeподразделяется на три подсемей­ства — Oncovirinae(РНК-содержащие опухолеродные виру­сы), Spumavirinae(пенящие вирусы) и Lentivirinae(мед­ленные вирусы группы maedi∕visna). В свою очередь Onco- virinaeподразделяются на 3 рода — вирусы типа С, В и D. В группах онковирусов типа Cвыделяют вирусы млекопита­ющих, птиц и рептилий. Однако это подразделение весьма условно, поскольку между онковирусами С, В и Dсуществу­ют серологические связи, а между некоторыми вирусами ти­па Cсерологическое родство отсутствует. Неясно также, куда следует отнести вирусы HTL^VΛ, HTLVAl(о HTLVAII/ LAVбудет сказано ниже).

Одним словом, классификация ретровирусов еще далека от завершения и уже требует пересмотра.

Неясно и происхождение всей в общем довольно ком­пактной группы ретровирусов.

Компактной потому, что, во- первых, геном этой обширной группы вирусов устроен при­мерно одинаково, одинакова и его стратегия у разных виру­сов, во-вторых, вирусы поражают в общем только высших

Рис. 30. Репликация генома ретровирусов и синтез вирусных белков (схема).

1 — структура вирусного РНК-генома (одноиитевая РНК); R— концевые повторы, U3, U5 — уникальные последовательности; 2 — структура иеинтегрированной (свобод­ной) линейной ДНК (двунитевая); 3 —структура неиитегрированной (свободной) кольцевой ДНК (двуиитевая); 4 — структура иитегрироваииой ДНК (провируса); 5 — вирусная PHK (геномная и мРНК); 6 —первичные продукты трансляции; 7 —зрелые- белки.

позвоночных — пресмыкающихся, птиц и млекопитающих.. Можно поэтому заключить, что эти вирусы возникли отно­сительно недавно — не ранее, чем появились пресмыкающие­ся. На самом же деле это не совсем так. У дрозофилы обна­ружены сходные с ретровирусами частицы, содержащие

PHK длиной 5 кб, гомологичную подвижным генетическим элементам (транспозонам) copia,находящимся в хромосо­мах [Shiba T., Saigo K-, 1983]. Цитированные исследовате­ли предполагают, что эти вирусоподобные частицы (VLP) представляют собой дефектный вирус дрозофилы, их геном интегрирован в ДНК хромосомы «хозяина». Характерно, что PHK этих частиц может индуцировать синтез полипеп­тидов, которые преципитируются анти-1/АР-сывороткой, в частности, главный белок с молекулярной массой 31 000. В этих частицах обнаружена активность обратной транс­криптазы. Фермент функционирует в присутствии двухва­лентных катионов, стимулируется poly (гА) ■oligo (dT)и его активность снижается в присутствии рибонуклеазы. Что же касается генетического элемента copia,то он состоит из внутреннего сегмента длиной 4,5 кб с длинными терминаль­ными повторами, ограниченными динуклеотидами 5'-TG— СА-3' и фланкированными короткими повторами «хозяйс­кой» ДНК. Также обнаружено, что подвижный генетический элемент дрозофилы 17,6 высокогомологичен PHK вирусов птичьих лейкозов — саркомы [Kugimiya W.

et al., 1984]. У дрозофилы есть также гены, гомологичные онкогенам srcи abl (см. ниже). Если также учесть, что структура ге­номов ретровирусов сходна со структурой бактериальных транспозонов, то происхождение ретровирусов не представ­ляется столь однозначным. При изучении локуса TLбольшо­го комплекса гистосовместимости (клеточного генома мы­шей, клонированного в плазмидах и космидах) были выде­лены две последовательности: TLev2,гибридизируемая с -областью роїпровируса AKR,и TLeυl,гибридизируемая с областями gag, роїи envлровируса AKR [Pampeno C., Meruelo D., 1986]. К этому уместно добавить, что в 'Нор­мальных клетках плаценты, злокачественной опухоли пря­мой кишки и молочной железы найдены последовательности, соответствующие гену enυмлекопитающих, кодирующему синтез белка gp70 [Robson A. et al., 1985], и даже последо­вательности полного генома предполагаемого ретровируса человека [Repaska R. et al., 1985].

При исследовании библиотеки ДНК человека оказалось, что имеется 30—40 копий родства (52% гомологии) гену ,pol MMTV [Deen К., Sweet R., 1986].

Согласно H. Temin (1982), длинные терминальные пов­торы (LTR),находящиеся на обоих концах проретровируса: ■клетка — U3 R U5 — кодирующая последовательность — U3RU5 — клетка — выполняют несколько функций: обеспе­чение синтеза вирионной РНК, синтеза вирусной мРНК, об­ратной транскрипции вирионной PHK обратной транскрип­тазой и интеграции вирусной ДНК в клеточную ДНК. LTR

образуется во время обратной транскрипции путем копиро­вания регионов U5и Rот б'-конца вирусной PHK и перено­са их к 3z-κo∙H∏y вирусной РНК. Затем они действуют как праймер для копирования региона на З'-конце вирусной РНК, делая одну копию LTR.Затем эта копия служит мат­рицей для синтеза другой копии LTR,которая переносится к 5'-концу вирусной PHK [Temin H., 1981] (рис. 31); LTR имеет гомологию с б'-некодирующим и З'-некодирующим регионам эукариотических генов, что указывает на возмож­ную их роль в транскрипции РНК. Они также имеют гомо­логию с клеточными мобильными генетическими элемента­ми, что свидетельствует об их возможной роли в интегра­ции. Таким образом, LTRимеет последовательности, которые делают ретровирусы автономно реплицирующимися элементами, т. е. «вирусами».

Гипотеза H. Temin критикуется. Оппоненты исходят из того, что эндемичные ретровирусы являются нормальными компонентами клеток, предназначенными для переноса ге­нетической информации в организме, они способны соби­раться в вирусный геном. А. Д. Альштейн и H. В., Каверин (1980) считают, что все ретровирусы имеют общее происхож­дение и дивергировали в ходе эволюции.

Можно предположить, что вирусы, имеющие РНК-геном и реплицирующиеся через обратную транскрипцию, возни­кали на разных этапах развития органического мира и ис­точником их возникновения явились мобильные генетические элементы (транспозоны). Вряд ли можно вести происхож­дение ретровирусов позвоночных от вирусоподобных образо­ваний насекомых, обнаруженных у дрозофил; скорее речь здесь может идти о полифилетическом их происхождении и молекулярной конвергенции. Их транспозонобразующаяся структура, свойство мобильности и интеграбельности яви­лись исходным свойством, объединяющим транспозоны про­кариотов, мобильные генетические элементы растений и животных. Вероятно, решающим моментом их эволюции явилось формирование гена обратной транскриптазы и воз­можность появления PHK как автономной генетической структуры.

Обратная транскрипция присуща и нормальным клеткам эукариотов, особенно растениям, ее наличие у животных было спорным. В этом плане заслуживают упоминания другая группа вирусов — гепаднавирусы и их аналоги среди вирусов растений, что будет специально рассмотрено в со­ответствующей главе. Поэтому ретровирусам не надо было «изобретать» обратную транскрипцию, достаточно было усовершенствовать предшествовавшую в клетках систему. Такое событие могло происходить неоднократно, как на бо-

Рис. 32. Филогенетическое древо взаимоотношений лентивирусов с ретрови­русами, основанных на первичной структуре гена рої.Длина ветвей соот­ветствует единицам М, где M — частота совпадающих нуклеотидов.

лее ранних (насекомые), так и более поздних (позвоночные) этапах эволюции органического мира. Но возможны и дру­гие пути эволюции ретровирусов, например, передача их от насекомых позвоночным. Специальные исследования, на­правленные на поиски ретровирусов у насекомых и в других группах беспозвоночных, а также на изучение гомологии их геномов, позволят выяснить возможные пути их происхожде­ния.

В некоторых работах были суммированы данные о виру­сах и других генетических элементах, с которыми связана активность обратной транскриптазы. Круг их оказался ши­роким, включая ретровирусы, гепадна- и каулимовирусы, внутрицистернальные частицы А, гены VL30,транспозонооб­разные элементы Ту дрожжей, гены дрозофилы, генетические элементы Bslи Cinlкукурузы. Все эти структуры сходны с интегрированными ретровирусами. На рис. 32 [Hull, Covey, 1986] схематически представлены некоторые из этих эле­ментов. ,

Теперь остановимся на возможных путях эволюции раз­ных групп ретровирусов и прежде всего наиболее изученной группы онковирусов.

Рис. 31. Этапы репликации генома ретровирусов от PHK до свободной дву- нитевой линейной ДНК.

.tb — участок связывания тпРНК, Pptплюс-нитевая затравка; 1 — структура геномной РНК, стрелками показаны минус-иить, тРНК-затравки и плюс-иить затравки; 2 — син­тез минус-нити ДНК; 3 — РНКаза Hразрушает 5'7?РНК в гибриде PHK * ДНК; 4 — минус-инть ЯДНК связывается с З'ЯРНК; 5 — синтез минус-иити ДНК от З'-коица PHK матрицы; 6 — начало синтеза плюс-иити ДНК (LTR+fb)∙t7 —синтез минус-нити ДНК через tb∖ 8 — РНКаза Hразрушает tb PHK в гибриде РНК: ДНК; 9 —минус- нить tbсвязывается с плюс-нитью tb∖10 —синтез второй (левой) мииус-нити LTRна матрице плюс-нити ДНК; 11 — синтез плюс-нмти ДНК.

Происхождение ретро-, гепадна- и каулимовирусов про­анализировано Hull и Covey (1986). Авторы обратили вни­мание на сходство РНК-геномов (или соответственно РНК- стадий ДНК-содержащих вирусов) названных вирусов с геномами внутрицистернальных частиц А позвоночных, а также некоторых транспозабельных элементов типа эле­ментов copiaдрозофилы, DIRS-I,элементов дактиостелий, элементов кукурузы Bslи Cinlи элементов Ту дрожжей. Для всех них характерны обратная транскрипция PHK в ДНК и наличие в геноме этих вирусов элементов обратной транскриптазы. На рис. 33 представлена генетическая орга­низация этих транспозонов, плазмид и вирусов. Как видно, общими для них являются два сцепленных, а иногда пере­крывающихся гена — ген gag,кодирующий синтез белка (или белков), связывающегося с геномом (РНК или ДНК), а также ген полимеразы, обеспечивающий либо копирова­ние генома, либо его транскрипцию, либо обратную транс­крипцию (все эти функции обеспечиваются продуктом гена рої,в составе которого имеется протеаза и эндонуклеаза или активные сайты, обеспечивающие эти функции). У транс­позабельных элементов copiaдрозофилы и элементов Ту. дрожжей геном больше ничего не содержит, так как эти элементы распределяются между дочерними клетками при их делении, а у дрозофилы — также по клеточным анасто­мозам. Отметим также, что у всех сравниваемых вирусов и транспозабельных элементов, за исключением, может быть, копиеобразных элементов 17,6 дрозофил, на обоих кон­цах молекулы PHK (ДНК) имеются терминальные повторы.

Уже у элементов 17,6, а также у всех вирусов появляет­ся третий ген — enυ,кодирующий синтез белков, которые взаимодействуют с рецепторами клеточных мембран и поэто­му обеспечивают возможность горизонтального (из клетки в клетку, из организма в организм) перехода вируса или соответственно транспозона. У различных сравниваемых представителей этот процесс происходит по-разному. У тран­спозонов 17,6 появляется дополнительный ген, аналогичный генам enυретровирусов. У онковирусов (вируса саркомы Рауса), помимо него, обычно захватывается и усваивается также ген one(хотя, как это показано на примере вируса лейкемии Молони, не обязательно). Более сложные соотно­шения наблюдаются у вирусов Т-клеточного лейкоза (допол­нительная область X) (рис. 34) и особенно у вируса имму­нодефицита человека (ВИЧ). У последнего имеется трансак­тивирующий ген (tat-IIT),экопрессирующийся путем слож­ного механизма сплайсинга. Не менее сложно устроен от­носительно крупный геном вируса цветной мозаики капусты* у которого тандему gag — рої — enυпредшествует группа

Рис. 33. Организация геномов вирусов мозаики цветной капусты (1), гепа­тита земляной белки (2), саркомы Рауса (3), лейкемии мышей Молони (4), HTLV-W (5), HTLV-Wl (6), Ту-элемента дрожжей (7), соріа-зле'ментов дрозофилы 17,6 (8) и copia дрозофилы (9).

171'А’„5>x∙Sag, p°l> env, src — гены; а — концевые повторы; б — гидрофобные ооласти; JfT — обратная транскриптаза; Ш — интеграза; стрелками показаны области связывания; P— фосфопротеид; субгеиомиые PHK показаны под геиомиыми РНК.

четырех генов (VII, I, II, III),обеспечивающих структуры, в области которых происходит обратная транскрипция и сборка вирионов (рис. 35). '

В свете этих данных происхождение ретровирусов И’ ДНК-содержащих вирусов с обратной транскрипцией в на­стоящее время представляется значительно и более древ­ним, и более всеобщим, чем в недавнем прошлом, когда предполагалось, что они поражают лишь позвоночных, при том преимущественно теплокровных. Вместе с тем обратная транскрипция в свете этих данных является столь же древ­ней, как простейшие эукариоты.

Рис. 35. Строение ДНК н PHK геномов ретровируса и вируса мозаики цветной капусты (схема).

1 - плюс-нить затравки; 2 — минус-нить в области связывания затравки.

Онковирусы

Онковирусы выделяются среди других ретровирусов вы­раженными потенциями вызывать неопластическую транс­формацию клеток позвоночных животных — млекопитаю­щих, птиц, пресмыкающихся. Строение генома онковирусов типично для такового других ретровирусов. На нити PHK последовательно располагаются три гена: 5'-gag— рої — env-3'.Стратегия генома включает обратную транскрипцию PHK в линейную двунитевую ДНК, причем происходит фор­мирование длинных терминальных повторов. Линейная ДНК образует «кольцо», которое интегрирует в геном клет­ки «хозяина»; все дальнейшие события происходят, как и у других ретровирусов.

Синтез белков, кодируемый указанными тремя генами, осуществляется через образование полипротеидов и после­дующее их расщепление. Ген gagкодирует полипротеид Pr65^as,продуктами двустадийного расщепления которого являются белки Pr27⅛az (pl5+pl2)и Pr40⅛az (p30+pl0). Протеолитическое расщепление обеспечивается вирионной протеазой, которая у онковирусов птиц ассоциируется с белком р!5, «закодированным» у З'-конца РНК. У онкови­русов мышей протеаза закодирована в области gag — рої, состоит из 125 аминокислотных остатков и имеет молекуляр­ную массу 13 315. Ее СООН-конец примыкает к NH2-KOHny обратной транскриптазы, a NH2-KOHep — к С-концу белка ρlθ.В целом же этот участок генома выглядит следующим образом [Yoshinaka Y. et al., 1985]: 5'-pl5—р12—рЗО—

р10 — протеаза — обратная транскриптаза — эндонуклеаза — enυ-3'.Подобному расщеплению подвергаются и другие по­липротеиды; полипротеид, кодируемый геном etw,нарезает­ся на гликопротеиды наружной оболочки.

Онковирусы обладают некоторыми особенностями, выде­ляющими их среди других ретровирусов, — способностью за­хватывать клеточные гены, с функционированием которых связан канцерогенез. C этой точки зрения онковирусы под­разделяются на две группы — вирусы лейкоза, не имеющие онкогенов, и вирусы саркомы, имеющие онкогены. Причем нередко захват клеточных онкогенов сопровождается деле­ниями вирусных генов, и такие вирусы являются дефектны­ми, способными реплицироваться в присутствии полноценно­го родственного вируса-помощника. Не вдаваясь в подроб­ности, напомним, что в вирусной теории рака .[Зильбер Л. А. и др., 1975; Huebner R., Todaro G., 1969] постулировано, что все неопластические процессы вызываются вирусами, в то время как другим факторам (канцерогены, радиация) при­надлежит вспомогательная роль. Несмотря на ошибочность

этой посылки, данная теория сыграла большую положитель­ную роль как в современном понимании молекулярных ме­ханизмов канцерогенеза, так и в выяснении механизмов трансформации, вызываемой онкогенными вирусами, в част­ности онковирусами.

Онковирусам придавалось особое значение в канцероге­незе, особенно после того, как было установлено существо­вание наряду с экзогенными эндогенных онковирусов, инте­грированных в виде провирусов во все клетки (включая половые) того или иного биологического вида и передаю­щихся по закону Менделя. Эти провирусы в ходе эволюции могут стать дефектными по полимеразе или другим генам вследствие мутаций и в этом случае они уже не могут дать начало экстрахромооомным вирусам. Вместе с тем при вве­дении в клетки сходных экзогенных вирусов, имеющих де­фект по другим генам, возможны процессы рекомбинации между ними и появление таким образом полноценного по репликации рекомбинанта [Schwarteberg' P. et al., 1985].

Полный эндогенный провирус человека (ERV-3)был вы­делен из библиотеки генома человека с помощью гибридиза­ции его с ДНК эндогенного вируса павианов и субклоном pol-envэндогенного провируса шимпанзе [O’Connell С. et al., 1984]. Он имеет выраженную гомологию с другими ретрови­русами типа C и занимает один локус в хромосоме 7.

Несмотря на различия в онкогенных взаимодействиях с клеткой онковирусов и других ретровирусов, вероятно, лю­бые из последних могут обладать онкогенными потенциями, и наоборот, такие типичные онкогенные вирусы, как вирус _ мышиного лейкоза Молони, может вызвать нейродегенера- тивные процессы [Bilello J. et al., 1986].

В дальнейшем было показано, что онковирусы могут быть ксено- и эктотропными. Первые поражают собственный вид, так как каждая клетка этого вида содержит провирус и не способна реинфицироваться этим же вирусом. Вторые являются вариантом первых, способным инфицировать клет­ки собственного вида. Затем было выявлено существование амфотропных вирусов [Cloyd M., Chattopadhyay S., 1986].

Развитие исследований онковирусов привело к идее о существовании онкогенов, продукты которых вызывают трансформацию клеток. P. Duesberg и P. Vogt (1973) обна­ружили, что в геноме вируса саркомы птиц в отличие от ге­нома вируса лейкоза птиц имеется дополнительный ген — фрагмент ДНК, который впоследствии был обозначен как ген src.Аналогичные гены были открыты у всех онковиру­сов, вызывающих трансформацию клеточных культур и раз­витие опухолей у экспериментальных животных. Обычно, но не всегда, они локализированы вблизи З'-конца генома он­

ковирусов. Функциональные свойства продуктов этих генов разнообразны: одни из них обладают фосфопротеинкиназной активностью, другие сходны с рецепторами эпидермального фактора роста, третьи связывают ди- и тригуанидинфосфа­тазу, четвертые сходны с тромбоцитарным фактором роста, пятые локализируются в ядре. В табл. 15 приведены некото­рые сведения об изученных онкогенах РНК-содержащих ви­русов. Было также показано [Duesberg P., 1983], что сход­ные гены, обладающие трансформирующей активностью, есть в нормальных клетках и, таким образом, онкогены РНК-содержащих вирусов имеют клеточное происхождение, что предполагалось и раньше [Vogt P., 1972].

Некоторые онковирусы обладают повышенной способ­ностью захватывать клеточные гены. Так, высокоонкогенный вирус ретикулоэндотелиоза птиц за счет делений генов enυ, gagи роївключает в состав своего генома разные фрагмен­ты клеточной ДНК, действуя в этом случае как сильный транспозон [Miller C.1 Temin H., 1986]. В отличие от кле­точных сложно устроенных генов вирусные онкогены пост­роены более просто и содержат только кодирующие после­довательности. В дальнейшем была показана не только вы­сокая гомология между онкогенами онковирусов и онкогенами раковых и нормальных клеток, но и выраженный их консерватизм. Это было выявлено при сравнении онкоге­нов эволюционно отдаленных видов, например, птиц и мле­копитающих и даже дрозофилы [Parada L. et al., 1982; Boy­le W. et al., 1986].

При изучении вирусных и клеточных онкогенов оказа­лось, что они, возможно, играют определенную роль в диф­ференциации и трансформации. C этой точки зрения боль­шой интерес представляет исследование онкогена, обнару­женного у птиц и человека, который оказался эволюционно высококонсервативным [Sheiness D., Bishop J., 1979].

Сходный с ним ген с-тус был обнаружен в клеточной ли­нии HL-60,полученной от больного острым промиелоцитным лейкозом. В культуре этих клеток происходит дифференци­ация в макрофаги или гранулоциты под воздействием неко­торых веществ. C помощью гена тус удалось показать экс­прессию гена с-тус как в неопластических, так и профили­рующих нормальных клетках человека. В культуре клеток HL-60этот ген амплифицирован до 16 копий с-тус, то же наблюдается и в первичных лейкемических клетках самого больного.

После открытия многочисленных вирусных онкогенов (v-onc)и установления их клеточного происхождения были обнаружены аналоги вирусных онкогенов — клеточные онко­гены (с-опс). Естественно, что эти онкогены имеют нор-

T а б л и ц а 15, Вирусные онкогены и их продукты

Продолжение

мальные, пока недостаточно изученные функции. В некото­рых случаях удалось показать, что клеточные онкогены играют существенную роль в эмбриональном развитии [Miiller J. et al., 1982]. Это было продемонстрировано на примере вируса мышиной остеосаркомы (FBJ),онкоген кото­рого (v-fos)имеет клеточный аналог (c-fos).Продуктами обоих генов является белок с молекулярной массой 55000. Экспрессия гена c-fosбыла обнаружена в периоде прена­тального развития плаценты у мышей, в частности, в накоп­лении трофобластов, которые рассматриваются как псевдо- злокачественные клетки. Наконец, было показано, что при инъекции миелоидных лейкемических клеток мышей в мы­шиные 10-дневные эмбрионы эти клетки участвуют в эмбри­огенезе. В результате развиваются нормальные животные,, их гранулоциты содержат маркеры, присущие введенным лейкемическим клеткам.

Так называемые онкогены на редкость консервативны. Так, белок pp60srcвируса саркомы Рауса перекрестно реа­гирует с клеточными белками ppb(Frcтканей птиц и млеко­питающих [Parsons S. et al., 1984].

У дрожжей были обнаружены гены raslи ras2,обладаю­щие высокой степенью гомологии с генами rasмлекопитаю­щих. У патогенных онковирусов эти гены вызывают транс­формацию клеток, изменяя их пролиферативные свойства.. В опытах с перемещением генов raslи ras2показано, что сами они не являются существенными генами. Однако спо­ры, содержащие гены rasl~и ras2~,не способны к вегета­тивному прорастанию [Kataoka Т. et al., 1984].

Хотя считалось, что онковирусы типа Cобнаруживаются в эволюционном ряду начиная с пресмыкающихся, недавно- частицы типа Cбыли выявлены у щуки с эпидермальной гиперплазией, вызванной герпесвирусом [Yamamoto H. et al., 1984]. Морфология и морфогенез их («почкование») ти­пичны для онковирусов типа С.

В ДНК клеток человека обнаружены два семейства род­ственных ретровирусам последовательностей: сходные с гено­мами ретровирусов типа С, генами роївирусов А и В мле­копитающих и C(птиц), а также D [Horn Т. et al., 1986]. При изучении трансформирующего гликопротеида вируса саркомы обезьян (SSK) была показана иммунологическая близость его к тромбоцитарному фактору роста человека [Thiel H., Hafenrichter R., 1984]. Показано также, что белок сердцевины ретровирусов имеет области гомологии и- анти­генного родства с фактором стимуляции предшественников эритроцитов (EPA)и тканевым ингибитором металлопроте- аз (TIMP). При исследовании 6 ретровирусов птиц, млеко­питающих и человека были найдены 4 консервативных до­

мена, соответствующих EPAи TIMP [Patarca R., Hasel- tine W., 1985]. В связи с этими находками сложились новые представления о канцерогенезе и роли протоонкогенов (нор­мальных клеточных генов), активных клеточных и вирусных онкогенов в канцерогенезе [Георгиев Г. IL, 1981; Дуби­нин В. Б., 1984; Жданов В. M., 1984; Заборовский Е. Д., 1985; Cairns J., 1981; Bishop J., 1983].

В соответствии с этими представлениями, протоонкоге­ны, являясь генами нормальных клеток, выполняют разно­образные функции, регулирующие рост и развитие клеток, которые находятся под строгим контролем. Причиной пре­вращения их ∣B онкогены, вызывающие злокачественную трансформацию клеток, являются мутации, перенос или встраивание под сильные промоторы, встраивание в транс­позоны или онкогенные вирусы, где они выходят из-под контроля клетки.

Интеграция, экспрессия и туморогенез детально изучены на модели вируса рака молочных желез мышей [Ponta Н. et al., 1985], который передается вертикально и горизонталь­но. У мышей имеется, до 20 локусов в хромосомах, содер­жащих этот провирус или его отдельные гены. Провирус, как и у других ретровирусов, содержит гены gag, роїи envи ограничен LTR (1328 нуклеотидов), включающими в себя регулирующие элементы и кодирующими синтез белка с мо­лекулярной массой 36 000. Провирусная ДНК не содержит онкоген, и трансформация клеток происходит непрямым пу­тем. Экспрессия провирусов регулируется клеткой, и поэто­му большинство провирусов неактивно. Активация отдель­ных провирусов может «обеспечиваться» гормонами и стать цепью событий, завершающихся туморогенезом.

Несбалансированный синтез продуктов онкогенов превра­щает нормальную клетку в злокачественную, причем этот процесс может происходить в два этапа: сначала имморта­лизация, затем злокачественная трансформация. Встраива­ние генов под транспозоны является, таким образом, основ­ным механизмом канцерогенеза. Кроме того, онковирусы по структуре сходны с транспозонами.

Мы намеренно упростили представления о молекулярных механизмах канцерогенеза, так. как он не является предме­том настоящего обсуждения. Отметим далее, что протоон­когены и сходные с ними белки не только широко распрост­ранены в клетках высших животных, но и аналоги их обна­ружены у насекомых [Shilo В. et al., 1981; Lev Z. et al., 1985], а также в митохондриях [Gay N. et al., 1983]. Меж­ду прочим, эти данные свидетельствуют, во-первых, о выра­женном консерватизме протоонкогенов, важной роли их в метаболизме организмов. Гены позвоночных возникли более

300 млн лет назад, если же учитывать сходные гены бес­позвоночных, то время их возникновения отдаляется на 800 млн — 1 млрд лет назад.

Прежде чем рассматривать возможные пути эволюции отдельных групп онковирусов, следует высказать соображе­ния о темпах их эволюции. При сравнении клеточных и вирусных одноименных онкогенов было показано, что ско­рость замены на сайт в год составляет для c-mos 1,71 ? IO9, а для v-mos 1,31 XlO3, иными словами, скорость мутаций вирусного гена в IO6раз больше [Goiobari Т. et al., 1985]; Это и понятно, поскольку клеточный ген не только уника­лен, но и необходим для нормального функционирования клетки и поэтому его мутации, большинство из которых нарушает функции этого гена, детальны и отбор стабилизи­рует эти гены, чем и обусловлена их крайняя консерватив­ность. Этого не происходит с геном, захваченным провиру­сом, на механизм которого естественный отбор не оказыва­ет стабилизирующего действия, с чем и связаны быстрые темпы его изменчивости.

Как указывалось, онковирусы образуют несколько групп, различающихся по морфологии вирионов, серологически, а также по особенностям цикла репродукции и другим био­логическим свойствам. Была предпринята попытка на осно­вании гомологии гена для синтеза полимеразы вирусов ти­па А, В и C(птиц и млекопитающих), D, HTLV-Jсоставить филогенетическое древо этих вирусов исходя из предположе­ния о монофилетическом их происхождении (табл. 16) [Ono М. et al., 1985]. Для сравнения были взяты ретровирус бе­личьей обезьяны (SMRV) D,вирус опухолей молочной желе­зы (MMTV) В, интрацистерный- вирус сирийского хомяка (JAP) А, вирус саркомы Рауса (RSV) С, вирус лимфатиче­ского лейкоза человека (HTLV-I)и вирус лейкемии мышей

Таблица 16. Гомология аминокислот в области эндонуклеазы, кодируемой геном роїретровирусов

Геном вируса Тип Гомология (%) C
SMRV MMTV IAP RSV HTLV-I MuLV
SMHV D 100
MMTV В 54 100
IAP А 50 49 100
HSV Cптиц 38 39 37 100
HTLV-I 36 30 32 31 100
MuLV Cмлеко пи-
тающих 27 28 25 23 32 100

Примечание. Гомология последовательностей аминокислот определена как процент идентичных остатков.

Рис. 36. Распределение общих антигенных детерминант онко­вирусов (схема). Эллипсоиды обозначают общие антигенные детерминанты.

(MuLV) С. Однако эти данные нуждаются в коррективах, так как мажорные структурные белки онковирусов типа В, CnZ) имеют межвидовые антигенные детерминанты, причем перекрестные серологические реакции сложны и неоднознач­ны. Так, имеются несколько перекрестов: один из них объ­единяет вирусы типа В и D,другой — вирусы типа C мле­копитающих и вирусы типа D [Barbacid М. et al., 1930]. На рис. 36 показаны перекресты между вирусами В (MMTV)i D (MPMV)и C[эндогенный вирус лонгура P-I-Lu, SMPV, вирус морской свинки (GPV),змеиный вирус (VrBV), вирус саркомы Раушера (PMuLV), саркомы обезьян (SSΛV), вирус гиббона (GaLV),вирусы лейкемии кошек (FeLV, PD114),эндогенный вирус павиана (BEV), вирусы птиц типа C (PSV, AMV),вирус лейкоза коров (BoZ-V)]. Как видно из рис.. 36, взаимоотношения между разными вируса­ми достаточно сложны и, помимо дивергентной эволюции, здесь возможны рекомбинационные процессы, приведшие к обмену генами у разных вирусов. C этой точки зрения заслу­живают внимание данные, указывающие на высокую степень гомологии гена роївируса лейкоза коров с соответствующим геном птичьих, но не мышиных онковирусов, в то время как ген для синтеза белка gp30имеет большую степень гомоло­гии с мышиными, но не птичьими онковирусами. Величина и организация генома вируса лейкоза коров сходна с тако­вой генома вируса HTLV-Iчеловека [Sagata N. et al., 1985].

Особый интерес в последнее время привлекают вирусы Т-клеточного лейкоза человека. [Киселев Ф. JI., 1986]. Вна­чале был открыт вирус, получивший в последующем обозна-

Рис. 37. Провирусный геном лимфотропного вируса н белки. «Ветвистые» линии обозначают гликозилированные области.

чение IITLV-I [Poiesz В. et al., 1980], который оказался рас­пространенным в ряде стран. Затем был обнаружен отлич­ный от него иммунологически и по нуклеотидной последо­вательности вирус HTLV-II [Chen S. et al., 1984]. В осталь­ном геномы этих вирусов весьма сходны. Размер их состав­ляет около 8800 пар нуклеотидов, на обоих концах геномов имеются длинные терминальные повторы. При различных нуклеотидных последовательностях геномов этих вирусов длинные терминальные повторы (области U3, Rи U5)ока­зались крайне консервативными. Так, штаммы вируса HTLV-I,выделенные в США и Японии, имели различия лишь в 15—16 из 754 оснований, составляющих терминаль­ные повторы [Josephs S. et al., 1984]. Оба вируса лейкоза взрослых больных передаются здоровым людям половым путем, через молоко матери, препараты крови и при тесном бытовом контакте (повреждения кожи, слизистых оболочек). Существуют бессимптомные формы болезни. Основными ан­тигенами, определяющими иммунитет у больных, являются белки внутренних компонентов вирионов (р24) и наружной оболочки (gρ6Γ), а также минорные gp68, р54, р46 и р12.

Инфекция может поражать обезьян (японских макак). До 20—30% животных имеют антитела против вируса серо­типа I. В общем вирус серотипа I вызывает более тяжелые заболевания, нежели вирус серотипа II. Структура их гено­ма показана на рис. 37 [Yamamoto N., Hinuma Y., 1985].

Как видно из рис. 37, она сходна со структурой генома дру­гих онковирусов, но отличается наличием области рХ у3'- конца генома. Эта область гомологична геномной ДНК нор­мальных крыс и. мышей, что может свидетельствовать о про­

исхождении этого гена от грызунов, как равным образом и вируса от вируса грызунов [Fukui К. et al., 1984]. Эта об­ласть, являющаяся длинной открытой рамкой считывания (LOR),кодирует синтез белка с молекулярной массой 42 000. Последний служит трансактиватором транскрипции вирусных генов [Goh W. et al., 1985]. При секвенировании генома HTLV-II1провирус которого содержит 8952 пар нук­леотидов, был обнаружен ген, кодирующий протеазу. Этот ген частично захватывает области генов gagи роїи имеет соответственную рамку считывания. Таким образом, гены в геноме расположены следующим образом [Shimotohuo К. et al., 1985]: LTR— gag-—ген протеазы — рої — env—х— LTR.Сходную структуру генома имеют вирусы лейкоза ко­ров и СПИДа, а также, по-видимому, еще один вирус этой группы, ассоциирующийся с множественным склерозом [Koprowski H. et al., 1985], и Т-лимфотропный вирус афри­канских обезьян (STLV) [Watanabe Т. et al., 1986].

К вирусу HTLV-Iблизок вирус обезьян PT-STLV,выде­ленный из свинохвостой обезьяны: гомология нуклеотидных последовательностей этих провирусов составляет 90% [Ino­ue J. et al., 1986]. Любопытно, что нуклеотидная последова­тельность рируса HTLV-Iобнаруживает с геномом T-лим­фотропного вируса африканских обезьян (95%) большую гомологию, чем с вирусом азиатского подтипа (90%). C ви­русом Т-клеточного лейкоза человека сходны два Т-лимфо- тропных вируса обезьян (STLV),имеющих с ним высокую степень гомологии LTR.Один из этих вирусов поражает ма­как в Азии, другой — зеленых мартышек и шимпанзе в Африке [Watanabe Т. et al., 1986]. Вирус человека более родствен африканскому, нежели азиатскому подтипу. (О свя­зи этих вирусов со СПИД см. ниже.)

В эволюции онковирусов можно обнаружить две проти­воречивые тенденции. C одной стороны, их эволюция про­исходит сопряженно с эволюцией «хозяев», онковирусы как бы заключены в рамки эволюционирующей ветви живот­ных. C другой стороны, онковирусы «перескакивают» на отдаленные ветви эволюции органического мира. Первая тенденция хорошо иллюстрируется данными, полученными при изучении эндогенных вирусов типа. Cмлекопитающих. У обезьян Старого Света, человекообразных обезьян, а так­же у человека в геномах клеток имеются последовательнос­ти, родственные PHK эндогенного вируса павианов.' Степень гомологии при исследовании образцов разных видов про­грессирует [Benveniste R., Todaro G., 1976]. Как видно из рис. 38, эволюционный ряд приматов представляет собой дивергентно’эволюционную ветвь, в которой прослеживается прямая ветвь от приматов к человеку через азиатских обе-

Рис. 38. Гибридизация ДНК- зонда вируса павиана типа C с клеточными ДНК приматов. Степень гибридизации опреде­ляли после обработки гибридов S∕-Hyκπea3θft. По оси орди­нат— ΔΓm (0C) для ДНК-гиб­ридов относительно гибрида [3Я]-ДНК вируса павиана с гомологичной клеточной ДНК; по оси абсцисс — количество гибридов после обработки фер­ментом (%).

зьян (гиббона и орангу­танга), в то время как горилла и шимпанзе «об­разуют» самостоятельную ветвь. Сделано заключе­ние, что большая часть эволюции человека про­исходила вне Африки, вероятно, в Азии.

Другую тенденцию можно видеть при изуче­нии гомологии онковиру­сов, поражающих разные виды животных. Принци­пиальная возможность перехода онковирусов на эволюционно отдаленные виды была показана в опытах по заражению грызунов вирусами саркомы птиц. Реали­зация ,этих возможностей встречается на каждом шагу. Так, онковирусы кошек весьма близки к онковирусам грызунов. Как уже упоминалось, иммунологические перекресты имеются поч­ти у всех онковирусов млекопитающих и птиц. Есть веские ос­нования предполагать, что многие из них являются рекомби­нантами. Мы хотели бы возможность переходов онковиру­сов в новые виды организмов проиллюстрировать на приме­ре вируса RD114.Этот вирус является вторым эндогенным вирусом кошек; первый из них, вернее, первая группа эндо­генных вирусов, произошла явно от вирусов грызунов. Ви­рус RD114весьма близок к эндогенному вирусу павианов, и его иммунологическая близость к нему свидетельствует о сравнительно позднем происхождении вируса. При исследо­вании геномов семейства кошек было установлено, что про­вирус RD114имеется у мелких кошек и отсутствует у круп­ных кошек (львов, тигров, леопардов й др.). Поскольку кб-

шачьи разделились на крупных и мелких кошек 3—4 млн лет назад, то и заселение вирусами организма мелких ко­шек не могло произойти раньше. Этот небольшой срок был достаточен не только для перехода вирусов болезней обезь­ян в новую экологическую нишу, но и для заселения ими организма всех особей этой эволюционной ветви кошачьих, для которых вирус RD114является эндогенным.

Возникает вопрос, когда возникли онковирусы и почему они получили столь широкое распространение, ставши эндо­генными. На этот вопрос можно ответить предположительно. Тот факт, что онковирусы обнаружены у позвоночных начи­ная с рыб или пресмыкающихся, свидетельствует о сравни­тельно позднем их происхождении, хотя, как уже было ука­зано, структуры, сходные с ретровирусами, обнаружены и у беспозвоночных (насекомые). Среди ретровирусов онковиру­сы выделяются способностью захватывать клеточные гены, в то же время они, как и другие ретровирусы, имеют струк­туру транспозонов (наличие терминальных повторов, содер­жащих промоторы). В силу этого ретровирусы в целом и особенно онковирусы можно трактовать как транспозоны [Жданов В. M., 1984].

Какую роль они могут играть в эволюции позвоночных и какие факторы способствуют их сохранению, а не элимина­ции? Как транспозоны онковирусы, безусловно, полезны, и, чтобы не повторяться, мы отошлем читателя к разде­лам книги, в которых описана эволюция генетического ма­териала. Не следует забывать, что интеграция провируса создает иммунитет клетки против сходного экзогенного ви­руса, — отсюда возникает ксенотропность многих онковиру­сов. Что же касается неоплазий, вызываемых онковирусами, то они поражают старых особей, потерявших способность к репродукции, и поэтому онкогенность вируса вряд ли нано­сит вред популяции. В то же время онковирусы, вернее, их интегрированные провирусы, могут играть определенную роль в процессах дифференциации и регенерации.

Установлено, что антигены дифференциации (лучше все­го изучены антигены вилочковой железы) или по крайней мере часть их детерминируется онковирусами типа С. Не случайно поэтому активация эндогенных онковирусов на­блюдается в эмбриогенезе. Основываясь на этих данных, А. С. Шевелев (1977) выдвигает предположение, что у эука­риотов существует феномен трансгрессии, т. е. передача онковирусами генетической информации, детерминирующей полезные для вида физиологические функции клеток.

Об особой роли онковирусов в распространении генети­ческой информации могут служить наблюдения С. Bergmann и соавт. (1981). Они обнаружили в ДНК всех позвоночных

филогенетически высших, чем рыбы, нуклеотидные последо­вательности, около 1000 нуклеотидов, общих с таковыми трансформирующего гена вируса миелобластоза птиц. Кон­серватизм этих последовательностей указывает либо на ста­билизирующий отбор данного гена на протяжении сотен миллионов лет эволюции, либо о векторном их распростра­нении онковирусами, как это имело место, например, в слу­чае вируса RI)114кошек, происшедшего от вируса приматов.

C этими данными согласуются соображения R. Dulbecco (1985) о роли ретровирусов в природе. Он считает ретрови­русы транспозонами особого вида, у которых транспозиция основана на обратной транскрипции. Их биологическая роль как и других транспозонов, использующих обратную транскрипцию, связана с эволюцией. Будучи интегрирован­ными в геном клеток, они передаются по законам Менделя, в то же время в результате активации и образования вирио­нов они могут передаваться горизонтально. Однако имеются ретрогены, которые никогда не генерируют полных внекле­точных вирионов, хотя находятся в сотнях копий в геномах мышиных клеток — интрацистернальные частицы типа А. Наличие в длинных терминальных повторах ретровирусов промоторов, терминаторов, энхансеров, полиаденилатных сайтов, а также мобильность делают их важными регулято­рами работы клеточного генома. Мобильность их приводит к тому, что они могут активировать функционирование кле­точных генов или, наоборот, разрушать их. Но эти же свой­ства, а также способность захватывать клеточные гены мо­гут явиться причиной неопластической трансформации кле­ток. Наконец, указанные свойства ретровирусов делают возможным перенос генов от одного вида другому (что от­ражается в сложных серологических отношениях), а также родство онкогенов, обнаруженных у разных онковирусов, которые поражают разных животных.

Мы лишены возможности рассматривать пути эволюции подсемейства спумавирусов. Что же касается лентивирусов, то возможные пути эволюции их будут рассмотрены на при­мере вирусов СПИД.

Вирусы иммунодефицита человека[II]

Синдром приобретенного иммунодефицита (СПИД) был выделен в самостоятельную нозологическую единицу в 1981 г. Центром по контролю болезней США, который тогда

же признал эпидемическую природу заболевания [CDC, 1981]. Болезнь была выявлена в связи с увеличением числа случаев пневмоцистных заболеваний и саркомы Капоши. Ранее эти заболевания регистрировались у лиц, получав­ших иммунодепрессивную терапию, а с 1978 г. были обна­ружены у здоровых людей, у которых отмечались нарушения в системе клеточного иммунитета, не врожденные, а приоб­ретенные и не связанные с применением иммунодепрессан­тов.

В основе СПИД лежит избирательное поражение одной из популяций T-клеток, а именно T-хелперов (Г^-лимфоци- тов). В результате поражения и гибели популяции T-хелпе­ров абсолютное число их уменьшается и отношение T-хел­перы: Г-супрессоры (ОКТ4:ОКТ8), которое в норме состав­ляет 1,5—2,0, падает до долей единицы. Поскольку T-хелперы играют важную роль в активации клеточного им­мунитета, а Т-супрессоры угнетают его, нарушается вся система клеточного иммунитета. C этим патогенетическим механизмом СПИД связаны и его проявления: увеличение лимфатических узлов и нарушение их структуры; развитие пневмонии, вызываемой Pneumocystis carinii,генерализация саркомы Капоши, длительная диарея, продолжительная ли­хорадка, большая потеря массы тела, а также разнообраз­ные оппортунистические инфекции вирусной, грибковой и бактериальной природы. Болезнь протекает тяжело и около 50% заболевших умирают в течение первого года после по­явления выраженных признаков заболевания. Более под­робное определение СПИД дано в сводке ВОЗ [WHO, 1986].

Ретровирусная этиология заболевания была установлена группой ученых под руководством L. Montagnier, обозначив­шими выделенный вирус Lymphadenopathy-associated virus— LAV [Barre-Sinoussi P. et al., 1983], и подтверждена амери­канскими исследователями, обозначившими вирус human T Iymphotropic virus III — HTLV-III [Gallo R. et al., 1984] и AIDS-related virus — ARV-2 [Levy J. et al., 1984]. Вирус из­бирательно поражает популяцию Г-хелперов [Sarin P., Gal­lo R., 1986]. Вирус обнаружен также в сперме, костном моз­ге, лимфатических узлах, мозговой ткани и даже в моче [Salahuddin S. et al., 1985]. Однако в наибольшей концен­трации вирус выявляется в крови и сперме, в связи с чем и определяется эпидемиология СПИД как кровяной и поло­вой (венерической) болезни. Позже Международным коми­тетом по номенклатуре вирусов вирус был обозначен HIV (ВИЧ) — вирус иммунодефицита человека.

Пожалуй, ни одна из болезней не вызвала столь паниче­ских настроений у населения, как СПИД. Это и неудиви-

Таблица 17. Время удвоения числа случаев СПИД в США (данные приводятся на 13 января 1986 г.)

Число случаев опид Дата Время удвоенна, мес
129 Сентябрь 1981 г.
257 Февраль 1982 г. 5
514 Июль 1982 г. 5
1029 Январь 1983 г. 6
2057 Август 1983 г. 7
4115 Апрель 1984 г. 8
8229 Февраль 1985 г. 10
16 458 Январь 1986 г. 11

тельно: со времени регистрации первых заболеваний число их в США и некоторых странах Европы удваивалось каж- ι

дне полгода, а смертность среди зарегистрированных боль­ных достигла 50% или лаже превысила эту величину.

В табл. 17 представлены данные по США, где к тому вре- !

мени регистрировалось основное число (до 90%) заболева­ний. Возрастной и социальный профиль заболевших весьма 1

характерен (табл. 18). За этот же период в остальных го­сударствах Америки' было зарегистрировано 1685 случаев, в том числе в Бразилии 540, в Канаде 435 и в Гаити 377 і

случаев.

Число заболеваний в Европе [WHO, 1986] за это время превысило 2000 человек, умерли 1005 человек (50,1%). Наи­большее число заболеваний зарегистрировано во Франции (573), ФРГ (377), Великобритании (287), Италии (140), Бельгии (131). Выходцы из Африки составляют небольшую часть заболевших (175 человек, 8,8%). Среди заболевших преобладают мужчины (91%) и примерно те же группы на­селения — гомо- и гетеросексуалисты, наркоманы, проститут­ки и в меньшей мере лица, получившие гемотрансфузию, и больные- гемофилией. В разных странах удельный вес этих групп колеблется в довольно широких пределах [Curran J. et al., 1985; Dowdle W., 1985]. В этом отношении интересны наблюдения, проведенные в Испании [WHO, 1986] (табл. 19). Среди групп риска наиболее пораженными оказались больные гемофилией, наркоманы, дети «серопозитивных» матерей и только на 4-м месте гомо- и гетеросексуалисты, хотя во всех этих группах йроцент пораженных оказался необычайно вы­соким. Возможно, однако, что имели место ложноположитель­ные реакции, связанные с применением иммуноферментного метода.

В США при первичном обследовании с использовани- \

ем этого теста 593831 донора положительные результаты

217

Таблица 19. Число случаев обнаружения антител против вируса СПИД у лиц, принадлежащих к различным группам риска, в Испании

(по данным на 1985 г.)

Группа риска Число обследованных, имеющих антитела против вируса СПИД
общее абс. число 1%
Наркоманы 538 342 64
Гомосексуалисты (бисексу аль- 226 29 13
ные мужчины)
Гомосексуалисты (бисексуаль- 18 10 56
ные мужчины, получавшие лекар-
ственные препараты внутривенно)
Больные гемофилией 297 203 68
Дети «серопозитивных» матерей 5 3 60
Прочие • 50 11 22
Общее число 1134 598 53

были получены в 0,80%, а при повторном—. результаты сов­пали в 0,25% случаев. В связи с этим были предприняты по­пытки усовершенствовать методы определения антител против вируса СПИД, в частности, было введено применение под­тверждающих тестов типа метода иммуноблотта.

СПИД обнаружен' в Африке, особенно в. государствах Центральной Африки. В отличие от Северной Америки и Ев­ропы здесь мужчины и женщины болеют одинаково часто, велика заболеваемость среди детей, у которых нередко раз­вивается саркома Капоши. Главным путем заражения явля­ются половой и семейный контакты. В Азии заболевания СПИД относительно редки [Kapita В., 1986].

О все более возрастающем значении СПИД как проблемы здравоохранения красноречиво свидетельствовали цифры, при­веденные G. Mahler (1986). К концу 1985 г. было зарегистри­ровано более 20 000 больных СПИД, из которых более 50% умерли. Из них 45% зарегистрировано в 1985 г. и более 75% за 1984—1985 гг. Ко времени конференции в Париже (июнь 1986 г.) 22 025 случаев были в Америке, 2283 — в Европе, 379 —в Африке, 214 —в Океании и 50 — в Азии. Хотя число заболеваний, зарегистрированных в Африке, пока невелико, по данным В. Kapita (1986), антитела против вируса обна­руживаются при обследовании населения в 4—6% (Сенегал, Заир) до 18—23% (Руанда, Уганда) случаев. Еще более- устрашающие цифры были приведены в докладе J. Curran (1985). По расчетным данным, хорошо совпадающим со ста­тистикой в США, к 1991 г. будет 1,5 млн инфицированных, из которых заболеют до 270 000 человек (возможные колеба­ния от 201 000 до 311 000). Из них умрут 179 000 (колебания

от 141 000 до 201000) и в 1991 г. заболеют 74 000 человек. При расходе на лечение одного больного 46 000 долларов стоимость лечения больных СПИД достигнет 8 млрд дол­ларов.

Учитывая это, имеются веские основания предполагать, что инфекция чаще всего протекает бессимптомно, реже в вы­раженной форме, а та статистика, по данным которой 50% заболевших умирают в течение ближайшего года, является своего рода вершиной айсберга. В этом смысле можно пони­мать оценки, согласно которым в США поражены 1—2 млн человек, а в Африке — до 10 млн человек.

При СПИД наиболее часто появляются антитела против белков наружной оболочки {gp41en'°)и нуклеокапсида [p24za8).При этом частота реакций с внутренним белком за­висит от тяжести болезни: она велика при выраженных при­знаках болезни и меньше — маловыраженных. По-видимому, антиген выходит в кровь и вызывает образование антител при массовом разрушении лимфоцитов, что характерно для дале- козашедшей болезни. Для инфицированных вирусом СПИД характерно образование антител не только против процесси­рованных белков, но и против предшественников. При этом спектр антител зависит от стадии развития и выраженности болезни.

О малой заразности свидетельствует редкость заболеваний среди медицинских работников; единичные заражения описа­ны только после уколов иглами при взятии крови у больных СПИД.

Однако вернемся к вирусу СПИД, который, напомним, по­лучил обозначение LAV/HTLV-III,отражавшее сложный ха­рактер приоритетов, а затем унифицированное наименование HIV(ВИЧ)—вирус иммунодефицита человека {human immunodeficiency virus).Спор между Р. Галло и Л. Монтанье окончился в пользу последнего, и ВИЧ теперь относят к лен- тивирусам, к которым также относятся вирус инфекционной анемии лошадей и вирус Висна овец [Montagnier L., 1985]. Однако ближайшими родственниками ВИЧ (теперь его обо­значают как ВИЧ-I) являются серологическая разновидность ВИЧ, распространенная в Западной Африке (ВИЧ-I распро­странен в Центральной Африке) и обозначаемая как ВИЧ-П а также вирус иммунодефицита обезьян STLV-III.Все три вируса имеют иммунологически родственные антигены coreи отличаются по антигенам env,причем вирусы ВИЧ-I и ВИЧ-П менее, а вирусы ВИЧ-П и STLV-IIIболее родственны между собой. Вирусы иммунодефицита человека и обезьян имеют отдаленное родство с 3 другими лентивирусами (инфекцион­ной анемии лошадей, Висна и артроза — энцефалита коз) по внутренним антигенам, включая гены полимеразы и регуля­

торные гены [Pyper J. et al., 1986]. На основании молекуляр­ной} структуры было составлено [Gonda М. et al., 1986] генеа­логическое древо лентивирусов.

Структура генома ВИЧ и родственных им вирусов изучена достаточно детально. На геноме размещены гены в следующем порядке: r>'-LTR — gag — рої — sor — tat — trs∕art — env — Orf­s'.Продуктом гена gagявляется пропептид Pr55,который подвергается расщеплению с помощью вирусной протеазы сначала на промежуточные продукты Pr42и Prl5,а затем на конечные полипептиды р17, р24 и р7/р9. Продуктом гена enυ служит гликозилированный белок Pr 160,расщепляющийся на gρl20и gp41.Продуктами гена роїявляются белки комплек­са полимеразы (обратная транскриптаза) p66∕p51и эндонук­леазы р34. Возможно, их предшественником служит продукт Prl50,расщепляющийся на p22, ρ64∕p53и р34. Предположи­тельные продукты генов sorи Orf — это белки р23 и р27. Про­дуктом гена tatявляется р13 — трансактивирующий фактор транскрипции 1 atJJJ, присутствие которого увеличивает уро­вень синтеза вирусной PHK в 20—IOO раз. Белок IatIIIкоди­руется двумя участками ДНК в области 5376—5590 и 7936— 7979 (табл. 20).

Необходимо отметить, что в отличие от всех ранее описан­ных механизмов регуляции транскрипции эукариотических и вирусных генов область LTR,находящаяся под контролем tatIII,расположена правее стартовой точки инициации син­теза мРНК и обозначена TAR. У некоторых больных обнару­жены антитела против, белка tat.Есть данные' о том, что трансактиватор, продукт гена tat,действует не только на уров­не транскрипции, но и на посттранскрипционном уровне. В, отличие от этого белка продукт гена trs∕art,также являю­щийся трансактиватором, действует только на посттранскрип­ционном уровне. Третий трансактиватор, продукт гена sor, действует на поздних стадиях репродукции, предположитель­но на стадии сборки вирусных частиц. Таким образом; все 3 трансактиватора действуют последовательно, активируя раз­ные стадии инфекционного цикла.

Как уже указывалось, основные проявления патогенеза СПИД связаны с поражением популяции Т-хелперов, в кото­рых происходит размножение ВИЧ, сопровождающееся ги­белью клеток этой популяции. Однако эта первоначальная схема нуждается в серьезных коррективах. Действительно, рецепторами ВИЧ являются 74-рецепторы лимфоцитов, с ко­торыми взаимодействуют ' поверхностные гликопротеиды (gpl20)вируса. Но для гибели лимфоцитов не обязательно размножение в них вируса, так как трансмембранные глико­протеиды {gpl20∕gp41)могут вызывать образование сим- пластов и гибель клеток и без размножения [Maddon H. et al.,

Таблица 20. Продукты генов ВИЧ

1986]. Кроме того, чувствительны к вирусу макрофаги [Gen­delman H. et al., 1986], которые первично поражаются виру­сом, поскольку на поверхности также имеют рецепторы для ВИЧ. Между прочим, причиной частого поражения СПИД гомосексуалистов является не только высокая концентрация вируса в сперме, но и обилие скоплений макрофагов-в стен­ках прямой кишки. Что же касается поражений мозга, то и в этом случае вирус размножается преимущественно в макро­фагах [Koenig R. et al., 1986].

Поражение макрофагов приводит к нарушению синтеза и процессинга СЗ-компонента комплемента, причем это являет­ся ранним симптомом: у инфицированных ВИЧ характерная полоса СЗ-компонента комплемента исчезает задолго до про­явления заболевания и инверсии отношения Т4 : Т8. Таким образом, поражение Т-хелперов является вторичным, хотя и решающим проявлением патогенеза СПИД. В противополож­ность этому В-лимфоциты активируются, с чем, по-видимому, связано раннее появление специфических антител при СПИД.

Для изучения вариабельности генома ВИЧ были сравнены нуклеотидные последовательности генов env,а также участ­ков генов gagи рої.Оказалось, что небольшим вариациям подвержены участки молекулы гена enυ,выступающие сна­ружи ободочки вириона, которые кодируют потенциальные антигенные сайты. В то же время значительные участки этого гена, а также генов gagи роїв, высокой степени консерватив­ны, что позволяет сдержанно относиться к предвзято негатив­ной оценке возможности получения вакцин против этой ин­фекции.

По ряду свойств ВИЧ сближается с другим лентивиру- сом — вирусом инфекционной анемии лошадей. Его гликопро­теиды gρ90и gρl5меняют антигенную структуру в ходе ин­фекционного процесса, чем обусловлены особенности течения этой инфекции — длительные ремиссии, сменяющиеся обост­рениями. Внутренние белки (pl5, р26, р9) такой изменчиво­стью не обладают [Salinovich О. et al., 1986].

Как уже указывалось, ВИЧ имеет четко выраженный тро­пизм к Т-хелперам, что связывают с тропизмом вируса к Т-4-рецепторам, которые в то же время являются рецепторами для интерлейкина-2 [Dalgleish A. et al., 1984].

Существенным компонентом рецепторов для ВИЧ является антиген СД4 (Т4)—антиген популяции Т-хелперов. Это было показано в опытах с инфекцией клеток псевдотипом вируса везикулярного стоматита и ВИЧ и нейтрализацией этих ан­тигенов, препятствующей развитию инфекции [Dalgleish А. et al., 1984].

По-видимому, репликация ВИЧ мало отличается от реп­ликации других ретровирусов, за исключением того, что ВИЧ

имеет выраженные цитолитические свойства, буквально ист­ребляя популяцию Т-хелперов. Пока что не вызывают опти­мизма попытки химиотерапии СПИД (начиная от иммуности­муляторов и кончая ингибиторами обратной транскриптазы) [Rouvray D. et al., 1985; Lane H. et а!., 1985; Norman C., 1985; Fox J., 1986]. Поэтому большое значение придается изменению социального поведения лиц, относящихся к группам повышен­ного риска.

У шимпанзе ВИЧ вызывает персистентную инфекцию [Fultz P. et al., 1986] с поражением центральной нервной сис­темы [Gajdusek D. et al., 1985], сходным с поражением ее у людей [Snider W. et al., 1983]. Похожие на СПИД человека заболевания у низших обезьян (макак) вызываются разными вирусами, в частности, онковирусами типа Д, отличными от вируса Мезона —Пфайзера [Marx P. et al., 1984]. Однако для проблемы СПИД человека не эти вирусы представляют ин­терес, а вирусы иммунологически родственные ВИЧ. От аф­риканских зеленых мартышек [CerropHthe cus Ciethiops)был выделен вирус, серологически близкий LAV∣HTLV-III [Kan- ki P. et al., 1985]. Проблема вирусов, вызывающих СПИД у обезьян, явилась предметом специального обсуждения ВОЗ [WHO, 1985]. Было показано, что наряду с вирусами, родст­венными Т-лимфотропному онковирусу человека [HTLV-I) и вирусу Мезона — Пфайзера, от обезьян с признаками СПИД были выделены вирусы, иммунологически родственные виру­су Lavihtvl-IIL

Теперь после изложения элементарных данных о вирусе и вызываемых им заболеваниях можно рассмотреть проблему происхождения и эволюции СПИД. Прежде всего следует отбросить как неверное утверждение о том, что СПИД — но­вая болезнь, возникшая если не в 1981 г., то, скажем, в 1978 г. Она так же «нова», как болезнь легионеров, которую до из­вестной вспышки не диагностировали, или как инфаркт мио­карда, который в прошлом столетии называли разрывом серд­ца. Рассмотрим СПИД в СССР, который начали изучать только в 1984 г.

Первой выявленной и зарегистрированной больной оказа­лась девочка 11 лет, которая в возрасте около 2 лет получала гемотрансфузии, а в 5 лет заболела лимфоаденопатией. Диаг­ноз СПИД был установлен с помощью серологических и им­мунологических тестов. Девочка заболела в 1977 г., а зара­зилась в 1974 г. А когда же был инфицирован один из доно­ров, чью кровь она получила? Наверное, ранее 1974 г. Аналогично можно рассуждать и в отношении случаев СПИД в США и в любой другой стране. Таким образом, совершенно ясно, что СПИД начал существовать не в 80-е и не в 70-е го­ды, а значительно раньше. Или, например, в Африке эпиде­

миология СПИД наиболее «натуральна», так как заражение происходит путем естественного полового и бытового контак­та и характерные проявления болезни в виде саркомы Капо- ши часто и давно встречаются у детей. Нет решительно ни­каких оснований говорить о СПИД как о новой болезни для Африки.

Нам представляется СПИД такой же древней болезнью, как и человечество. Вероятно, «колыбель» его — Африка — явилась местом происхождения, там был и источник проис­хождения вируса. Сходный вирус макак резусов или зеленых мартышек [Montagnier L., 1986] имеет гомологию нуклеотидов и серологическое родство с вирусом СПИД. Возможно, что речь идет о дивергентном развитии нескольких вирусов, один из которых эволюционировал вместе с человеком, возможна и рекомбинантная природа этого вируса на основе взаимо­действия онковирусов типа В и C [Toh H., Miyata T., 1985]. «Становление» этого вируса могло произойти 3—5 млн лет назад, и с тех пор он проделал определенную эволюцию как в месте своего происхождения (Африка), так и на других континентах, где расселился человек. Обращает на себя вни­мание отсутствие «собственных» заболеваний в Юго-Восточ­ной Азии. Что это — низкая восприимчивость монголоидной расы к вирусу, или низкая заселенность вирусом этой эколо­гической ниши, или просто отсутствие достоверных сведений о распространенности СПИД в этом регионе?

Применительно к СССР можно оценить автохтонную по­раженность порядка 1 : IOO 000. Если исходить из этой цифры, то ежегодно заражаются около 2500 человек, а за 10 лет «кумулируется» 25 000 инфицированных. У значительной ча­сти (80%), по-видимому, инфекция бессимптомная или в суб­клинической форме. Поэтому если даже будет обследовано 10% населения, то будет выявлено не более 2500 инфициро­ванных, а среди них только 500 больных. Конечно, эти расче­ты весьма произвольны, но цель их — поставить вопрос: а мог ли при такой небольшой интенсивности эпидемического про­цесса выжить вирус? Думается, что мог, так как невысокая заразительность инфицированного компенсируется длитель­ным, иногда пожизненным носительством вируса. Таким об­разом, имеются и «медленный» вирус, и «медленная» инфек­ция, и «медленная» эпидемиология. Вероятно, этот тип эпи­демического процесса был характерен для первой половины нашего столетия в странах Европы и Америки. Во второй половине XX в. многие страны освободились от колониальной зависимости и общение между людьми резко интенсифициро­валось. В частности и в особенности это относится к странам Африки, где, несомненно, существуют свои «естественные» очаги СПИД, мужчины и женщины поражаются с примерно

одинаковой частотой, среди населения 3—7% человек имеют антитела против вируса СПИД, а у проституток частота их обнаружения доходит до 35—30% [Georges А., 1985]. Отме­тим, что гомосексуализм в этих местах относительно редок.

Для колониальных стран процесс реинтродукции вируса СПИД начался раньше — во второй половине прошлого сто­летия, и население именно этих стран, владевших колониями в Африке (Франция, Бельгия и др.), оказалось наиболее по­раженным СПИД.

В особом положении оказались США, так как, во-первых, ввоз рабов в США и страны Карибского бассейна начал ин­тенсивно проводиться еще с конца XVIII в., во-вторых, в на­чале 60-х годов в США произошла так называемая «сексуаль­ная» революция (она охватила и ряд стран Западной Евро­пы), легализировавшая промисквитет и гомосексуализм и другие аналогичные проявления «свободной личности». Все это не могло не привести к взрыву эпидемии СПИД, приняв­шей характер национальной катастрофы. Быть может, реин- тродуцированные африканские штаммы вируса СПИД обла­дали повышенной вирулентностью по сравнению с эндемиче­скими штаммами Европы и Северной Америки. Уже говорят об обратном оттоке СПИД из США и Европы в Африку [Biggar R., 1986].

Перспективы борьбы со СПИД пока не слишком оптими­стичны, поскольку эффективных лечебных средств пока не найдено [Fox J., 1986], а выраженная изменчивость вируса ставит препятствия на пути получения эффективных вакцин. Впрочем, оценки темпов изменчивости этого вируса некото­рыми авторами [Haseltine W., 1986] нам представляются явно завышенными. Не следует также недооценивать санитарных мер, диагностики СПИД у доноров и, наконец, изменения уклада общественной жизни вплоть до необходимости «ущем­ления» юридическими законами прав «свободных личностей», угрожающих здоровью и жизни народа. В этом отношении здравый смысл советского народа и юридических законов является залогом того, что нашей стране СПИД не угрожает катастрофой, хотя и остается серьезной проблемой медицины и здравоохранения.

Дополнение к авторскому тексту'. Немногим более двух лет прошло со времени написания настоящей кни­ги, а уже появились новые данные о возбудителе СПИД, бо­лезни, принявшей характер пандемии. Если учесть, что ВИЧ был открыт в 1983 г., а его этиологическая роль при СПИД окончательно доказана в 1984 г., то период исследований из­меряется 5—6 годами. За такой короткий срок был достигнут

1Раздел написан А. Г. Букринской.

поразительный прогресс в этой области знаний. Большую роль- сыграли молниеносная перестройка научных исследований,, создание новых лабораторий и даже институтов, установление широких научных международных контактов, которые обес­печили высокий темп научных исследований. Нет сомнения в том, что ВИЧ является наиболее сложным среди других, патогенных для человека -вирусов. Однако в настоящее время о нем известно больше, чем о многих других патогенных аген­тах. На примере ВИЧ были открыты новые классы явлений: и механизмы патогенности, а некоторые из них впоследствии были обнаружены и у других вирусов.

Несомненно, ошеломительные успехи в изучении возбуди­теля СПИД оказались возможны благодаря высокому мето­дическому уровню исследований по молекулярной биологии, и генной инженерии. Следует упомянуть, что всего лишь 3 го­да назад рядом ученых высказывалось мнение о том, что че­ловечество не подготовлено к решению такой сложной проб­лемы, как СПИД, и на фоне наших скудных знаний о моле­кулярных основах жизнедеятельности клетки едва ли? возможно выявить причины многочисленных и необычных патологических изменений при СПИД [Haseltine W. А., 1986]. По мнению У. Хазелтайна, любой успех в области контроля СПИД будет случайной удачей исследователя и «подобен* удачному в-ыстрелу в темноте» (так и называется его статья: «Выстрелы в темноте», 1986 г.), поскольку не будет основан: на научных знаниях. Однако пессимизм ведущего специалиста в области молекулярной биологии СПИД оказался чрезмер­ным, и за короткий срок, через 2—3 года, были получены, ответы на большинство поставленных им вопросов. К сожа­лению, в настоящее время приобретенные знания не получили непосредственного выхода в область профилактики и лечения СПИД. Это положение отражает сказанная на III междуна­родной конференции по СПИД в 1988 г. крылатая фраза: «Блестящие победы в лаборатории и полный провал на ули­це». Тем не менее нет сомнения в том, что эти неудачи вре­менные и вскоре будут выработаны меры борьбы с пандемией СПИД такие же не тривиальные, как и сам вирус.

.Не будет преувеличением сказать, что В. М. Жданов, как. опытный эпидемиолог (одна из его основных специальностей)-, первый в нашей стране распознал ту угрозу, которую несет- СПИД для населения страны. На фоне общего благодушия прозвучал его тревожный голос со страниц центральных газет и научных журналов как предупреждение о том, что нам не- избежать эпидемии СПИД и на нашу страну неуклонно на­двигается ее угроза. В своей последней статье он писал: «Хотя число заболеваний СПИД в СССР невелико и большая часть их приходится на лиц иностранного происхождения, было бы-

величайшей и непростительной беспечностью полагать, что пандемия СПИД пройдет мимо нас стороной... СПИД — не «национальная, а глобальная проблема, требующая для своего решения объединения международных усилий под эгидой Все­мирной организации здравоохранения, необходима наступа­тельная стратегия и тактика борьбы со СПИДом. Здесь может пригодиться опыт, накопленный при искоренении оспы. Но ■борьба со СПИДом значительно сложнее, потребует несрав­ненно больше сил и средств, займет не одно десятилетие. Нельзя допустить, чтобы СПИД стал чумой XXI века, истреб­ляющей сотни миллионов» [Жданов В. M., 1987]. В. М. Жда­нов настаивал на том, что необходимы безотлагательные ме­ры для заслона ввоза вируса в нашу страну, пока еще не поздно. Вскоре после смерти В. М. Жданова принят ряд со­ответствующих правительственных указов.

В последние годы жизни В. М. Жданова СПИД стал ос­новной проблемой, над которой он работал и в которую вло­жил много сил и здоровья. В Институте вирусологии им. Д. И. Ивановского АМН СССР, который он возглавлял, очень оперативно были развернуты научные исследования по изу­чению вируса и созданию двух диагностических тест-систем, по получению рекомбинантных вирусных белков и монокло­нальных антител. В. М. Жданова волновал вопрос о про­исхождении вируса и его эволюции, о взаимоотношении его с другими ретровирусами и лентивирусами животных.

Вскоре после открытия возбудителя СПИД появились со­общения, в том числе и в нашей стране, об искусственном происхождении вируса «и его создании в лабораториях Пента­гона как вида биологического оружия. Эта кампания, исполь­зуя неубедительные аргументы, нанесла большой вред науч­ным контактам СССР и США и на несколько лет затормозила начало совместной работы советских и американских ученых. В. М. Жданов категорически выступал против этой концепции. По его мнению, чрезмерно сложная структура генетического аппарата вируса полностью исключает возможность создания вируса с помощью человеческих рук. Правота этого сообра­жения подтвердилась позже. Лишь совсем недавно стали из­вестны генетические элементы вирусного генома, функциони­рующие в сложном взаимодействии друг с другом и с други­ми вирусными генами.

Во время работы В. М. Жданова над книгой появились первые сообщения о выделении на территории Западной Аф­рики вируса иммунодефицита обезьян (ВИО), которым были заражены африканские зеленые мартышки, а вскоре и вируса иммунодефицита человека типа 2(ВИЧ-2), который занимает промежуточное положение между ВИЧ-1 и ВИО. В. М. Жда­нов немедленно оценил значение этих вирусов для понимания

эволюции ВИЧ и использовал данные о первичной структуре их геномов для трактовки эволюционных представлений. Каю оказалось, помимо 3 структурных генов gag, роїи env,нахо­дящихся в составе всех ретровирус'ов, ВИЧ имеет в своем: составе еще 6 неструктурных генов, продукты 4 из них явля­ются трансактиваторами. Это новая группа регуляторных белков, обладающих уникальной способностью активировать, функцию структурных и неструктурных генов, в том числе и самих себя. C экспрессией этих генов в значительной степени связаны активация и экспрессия провируса. Функции данных генов были изучены и уточнены лишь в последнее время, в связи с чем они получили новые названия, не фигурирующие в предыдущем разделе книги.

Эти гены следующие: 1) tat(от англ, trans,-activator of transcription),название гена сохранено; 2) гео (от англ. regulator of expression of virus proteins),прежнее название art, trs∖ 3) vif (от англ, υirion Infectivity factor),старое на­звание sor; 4) пе) (от англ, negative regulatory factor),преж­нее название 3'-orf.Гены с неизвестными функциями — vpr и vpu.Наиболее активным регуляторным геном является tat, включение которого способно в 1000 раз усилить репликацию вируса. Его действие обусловлено связыванием продукта гена с областью TAR,находящейся в месте транскрипционного старт-сигнала в LTRи распространяющейся на 70—80 нук­леотидов в лидерную область. Стимулирующий эффект рас­пространяется на все вирусные гены, как на структурные, так и регуляторные, и приводит к их одновременной транскрип­ции, благодаря чему начинается взрывообразное образование вирусных частиц.

Второй регуляторный ген revприводит к избирательной активации синтеза структурных белков, замедляя синтез ре­гуляторных белков. Продукт гена revвзаимодействует с кэп- структурой в составе длинных мРНК.

Третий регуляторный ген nefявляется негативным регу­лятором, который замедляет транскрипцию вирусных генов1. Вторично он обеспечивает состояние равновесия, устанавли­вающееся между вирусом и организмом. Продукт гена nef взаимодействует с начальной последовательностью в LTR, негативным регуляторным элементом NRE.Взаимодействие механизмов, включающихся генами nefи tat,может приво-

дить к стационарному состоянию, при котором вирус может лишь ограниченно реплицироваться и не вызывать гибели клеток. Взаимодействие продуктов генов nefи revтакже будет угнетать синтез регуляторных и структурных белков, и провирус будет находиться в негативном состоянии. Ско­рее всего взаимодействие этих 3 генов обеспечивает ответ по принципу «все или ничего». Четвертый ген vifкодирует синтез белка, который повышает способность зрелой вирус­ной частицы заражать клетку. Механизм действия этого белка пока не выяснен. Остальные два гена vprи vpu,по-видимому, также кодируют синтез регуляторных белков, однако их функ­ции еще не установлены [Хазелтайн У., Вонг-Стааль Ф., 1988].

ВИЧ-2 имеет сходную с ВИЧ-1 организацию генома, что указывает на их общее эволюционное происхождение. Не очень высокая гомология генома подтверждает, что оба виру­са являются различными членами группы ВИЧ, а'-не вариан­тами одного и того же вируса [Guyader М. et al., 1987]. По структурной организации генома ВИЧ-2 ближе к ВИО, чем к ВИЧ-1. Длина генома ВИЧ-2 и ВИО несколько больше, чем у ВИЧ-1 (соответственно 9671 и 9200 нуклеотидов). В составе генома ВИЧ-2 и ВИО есть ген vpx,отсутствующий у ВИЧ-1, и в то же время нет гена vpu.Гомология ВИЧ-1 и ВИЧ-2 по наиболее консервативным генам gagи potравна соответст­венно 56 и 60%, по другим генам она не превышает 30—40% [Guyader М. et al., 1987], ВИЧ-2 имеет более высокую гомо­логию генома с геномом ВИО и более широкие антигенные перекресты не только по антигенам роїи gag,но и епо. Антигенные связи ВИЧ-1 и ВИЧ-2 ограничиваются антигена­ми роїи gag.

В. М. Жданов придерживался точки зрения, что источни­ком происхождения ВИЧ является сходный вирус африкан­ских обезьян резусов или зеленых мартышек, который сохра­нил гомологию нуклеотидов и серологическое родство C ВИЧ, и все 3 вируса произошли от общего предка. В настоящее время это мнение является общепринятым, но оно вызвало немало нареканий, когда впервые несколько лет назад В. М. Жданов опубликовал ряд журнальных и газетных статей.

Почти одновременное появление очагов инфекции ВИЧ-1 в Центральной Африке и ВИЧ-2 в Западной Африке едва ли можно объяснить одновременными мутациями в предшеству­ющем непатогенном ретровирусе или случайным возникнове­нием двух новых для человека вирусов, В. М. Жданов пола­гал, что СПИД — столь же древняя болезнь, сколь древне человечество, и местом происхождения его является Африка, а источником происхождения — сходный вирус обезьян резу­сов или зеленых мартышек. Вирусы могли возникнуть 3—

5 млн лет назад и с тех пор проделали определенную эволю­цию как в месте своего происхождения (Африка), так и на других континентах. Эта точка зрения, впервые высказанная В. M.. Ждановым, имеет своих последователей. М. Фуказава и соавт. (1988) также полагают, что ВИЧ и ВИО дивергиро- вали миллионы лет назад и эволюционировали постепенно с эволюцией приматов. Авторы определили нуклеотидные последовательности ВИО, выделенного от африканских зеле­ных мартышек, и провели их сравнение с геномами ВИЧ-1, ВИЧ-2 и ВИО азиатских макак. ВИО, выделенный от афри­канских зеленых мартышек, отличается от других вирусов иммунодефицита, хотя он несколько ближе к ВИЧ-2 и ВИО азиатских макак, чем к ВИЧ-1. В то же время ВИО макак очень сходен с ВИЧ-2, а ВИО зеленых мартышек значитель­но отличается от ВИО макак. Определение нуклеотидных последовательностей ВИО, выделенного от мандрил, также показало, что этот вирус отличается от других ВИЧ и ВИО, включая ВИО африканских зеленых мартышек, и почти в равной степени «удален» от ВИЧ-1, ВИЧ-2, ВИО макак и зеленых мартышек. М. Фуказава и соавт. трактуют эти дан­ные как доказательства дивергенции вирусов в период ди­вергенции приматов и появления в. результате эволюции при­матов видоспецифических вирусов. Если и произошла меж­видовая трансмиссия вируса, полагают авторы, это случилось в древние времена. Что касается ВИЧ-1 и ВИЧ-2, они также отделились в то время, дивергировали в процессе эволюции человека, по-видимому, в различных изолированных популя­циях и различных ареалах. Такой же точки зрения придержи­вался К. Мульдер (1988). Сравнивая первичную структуру геномов ВИЧ и ВИО, он приходит к выводу, что их сущест­венные отличия отвергают возможность цроисхождения ВИЧ от вирусов африканских зеленых мартышек в обозримом про­шлом и лентивирусы произошли от общего предшественника вирусов приматов Старого Света и человека и эволюциони­ровали вместе со своими «хозяевами».

Несомненно, эта концепция вызывает ряд вопросов. Если ВИЧ-1 и ВИЧ-2 дивергировали в результате эволюции чело­века, почему ВИЧ-2 имеет большее генетическое родство с ВИО? Почему ВИО вызывает болезнь лишь у азиатских ма­как, содержащихся в неволе? Каким образом ВИЧ сохранил­ся в организме человека до 60-х годов? Сомнения в. правоте этой концепции у некоторых авторов вызывает то, что болезнь не регистрировалась и вирус не проявлял себя. Однако и это может иметь ряд объяснений. В. М. Жданов предполагал, что патогенность вируса была невысокой и вирус не вызывал клинических форм заболеваний благодаря установившемуся равновесию между вирусом и организмом, вызванному как

низкой вирулентностью вируса, так и относительной устойчи­востью организма. В настоящее время появилась материаль­ная основа для такого предположения: наличие в составе ВИЧ и ВИО гена nefс негативной регуляцией, продукт кото­рого способен подавлять функции структурных и неструктур­ных генов. Такую ситуацию можно сравнить с зараженностью обезьян ВИО. Эти вирусы были выделены от разных видов обезьян в Африке и Азии.

ВИО широко распространен среди африканских зеленых мартышек, заражая 30—70% популяции, однако он лишен патогенных свойств и у этих обезьян не вызывает заболева­ния. При этом вирус способен к активной репликации в лим­фоцитах крови зеленых мартышек, но не вызывает цитоли­тического эффекта. Однако вирус иммунодефицита, выделен­ный от содержащихся в неволе азиатских макак, обладает патогенными свойствами и вызывает у обезьян заболевания, сходные со СПИД человека. Он заражает ту же популяцию Т-лимфоцитов — Т-помощников, рецептором для него также являются молекулы CD4на поверхности Т-клеток, он вызы­вает состояние иммунодефицита, обусловленное, так же как и у человека, снижением количества 7Жклеток и нарушением их функции. Животные погибают от вторичных инфекций, похожих на оппортунистические инфекции при СПИД. Одна­ко вирус не был обнаружен у диких азиатских макак. Пред­полагалось, что больные макаки были заражены в неволе и источником их заражения были африканские зеленые мар­тышки, содержащиеся в том же питомнике. Но при изучении геномов вирусов, выделенных от азиатских макак и африкан­ских зеленых мартышек, показаны существенные различия между ними, свидетельствующие о независимой эволюции этих вирусов [Fukasawa М. et al., 1988].

В то же время обнаружено и большое сходство в органи­зации геномов ВИЧ и ВИО и их серологических свойствах. Есть данные о том, что по вирулентности для людей ВИЧ-1 и ВИЧ-2 также существенно различаются. При заражении ВИЧ-2 заболевание протекает менее остро, чем при зараже­нии ВИЧ-1, и не ведет к столь неотвратимому и быстрому концу. Генетический аппарат этих вирусов имеет различия. Например, в составе ВИЧ-2 и ВИО отсутствует ген vpu,про­дукт которого, возможно, повышает патогенность вирусов. Напротив, у ВИЧ-2 и ВИО есть ген vpx,продукт которого может обладать функцией репрессора активаторов- и умень­шать патогенность вирусов. Вирулентность изолятов ВИЧ-1 также может варьировать в широких пределах. Можно до­пустить возможность длительного сосуществования вируса и организма, тем более что сама биологическая природа ретро- вирусов — обязательный этап интеграции вирусного генома

с геномом клетки-хозяина, образование провируса и наследо­вание его вместе с хромосомной ДНК, наличие непатогенных эндогенных ретровирусов, передающихся вертикально — обос­новывает возможность сосуществования представителей этого семейства с клеткой без губительных последствий для «хо­зяина».

Подтверждением этой возможности является, например, более высокий уровень антител против ВИЧ-2 у старших по возрасту африканских проституток по сравнению с таковым у молодых. Следовательно, с возрастом увеличивается число случаев контакта с вирусом и инфекция не заканчивается летальным исходом. Известны случаи заражения обоими ви­русами. Например, проститутки Западной Африки, заражен­ные ВИЧ-2, часто позже заражались ВИЧ-1. В том случае, если эта инфекция будет протекать не столь тяжело и не вы­зывать губительных последствий, могут быть определены новые подходы к созданию вакцины против СПИД с «участи­ем» ВИЧ-2.

Аналогичные соображения об эволюции ретровирусов вы­сказывались и по поводу происхождения Г-лимфоцитарных вирусов человека HTLV-Iи HTLV-ILКак и в случае возбу­дителя СПИД, вскоре после открытия HTLVбыл выделен близкий ему по свойствам вирус у обезьян (японских макак), который обозначен как STLV.Организация генома обоих вирусов идентична, а их нуклеотидные последовательности почти одинаковы, гомология достигала 90—95%. Вирус обезь­ян вызывал у макак рак лимфоидной ткани подобно тому, как вирус человека вызывал лейкоз. Вскоре было обнаруже­но, что STLVзаражает и африканских, и азиатских обезьян Старого Света; уровень зараженности варьирует от 1 до 40%. При этом вирус человека более родствен вирусу, выделенно­му от африканского шимпанзе и африканской зеленой мар­тышки (95% гомологии), чем вирусу азиатской макаки (90% гомологии). На этом основаны гипотезы о происхождении HTLVот вирусов обезьян. Большую роль в возникновении и эволюции вируса человека сыграл вирус, заражающий афри­канских обезьян. В соответствии с одной из гипотез HTLV произошел от вируса, заражавшего общего предка крупных человекообразных приматов в эпоху эоцена, т. е. около 40 млн лет назад. Это заключение основано на том, что 5% различие в нуклеотидных последовательностях вирусов человека и обезьян достаточно существенно и свидетельствует о дивер­генции вирусов параллельно с дивергенцией линии приматов Нового и Старого Света. После этого вирусы обезьян и чело­века проделали параллельную эволюцию вместе со своими «хозяевами» [Эссекс M., Канки Φ., 1988].

В то же время при такой длительной независимой эволю­

ции двух вирусов едва ли могла сохраниться столь высокая степень гомологии, как 95%. Поэтому другая концепция про­исхождения HTLVпредполагает, что HTLVвозник в менее отдаленные времена. Например, он мог возникнуть в Африке, когда один из вариантов вируса обезьян приобрел способ­ность циркулировать среди людей, а затем этот вариант рас­пространился в страны Нового Света в результате работор­говли и в Японию, куда его завезли португальские торговцы- мореплаватели.

Как и в случае HTVL,альтернативная изложенной выше точка зрения на происхождение вирусов иммунодефицита основывается на том, что эти вирусы дивергировали' не мил­лионы лет назад, в далекие доисторические времена, а в обо­зримом прошлом, менее 1000 лет назад. Срок возникновения вирусов у разных авторов варьирует от 40 [Smith Т. et al., 1988] до 140 [Sharp P., Vi W.-H., 1988] и 280 [Yokoyama S. et al., 1988] лет. Эта концепция основана на том факте, что нуклеотидные замены в геномах ретровирусов накапливаются в миллионы раз быстрее, чем в ядерных ДНК высших организ­мов. Огромная скорость мутационного процесса обусловлена высокой скоростью ошибок при репликации вирусных PHK и синтезе ДНК на РНК-матрице. В результате возможна одна ошибка на IO3или IO4оснований, в то время как для ДНК скорость ошибки не превышает одной на IO9[Реппу D., 1988]. Поэтому эволюция у ретровирусов могла протекать в милли­он раз быстрее, чем в случае ДНК-геномов.

Для определения филогенетической истории возникнове­ния вирусов иммунодефицита были использованы традицион­ные подходы, основанные на расчете числа мутаций в вирус­ных геномах. В основе такого расчета лежит определение времени по скорости замен нуклеотидов на один сайт за один год. Однако для ВИЧ такой подход оказался осложненным по нескольким причинам: недостаточное число изолятов с из­вестной структурой генома, высокая вариабельность извест­ных штаммов ВИЧ-1, которая затрудняет идентификацию гомологичных последовательностей, и, главное, отсутствуют данные о временных соотношениях штаммов как калибровоч­ных точек из-за короткой эпидемиологической истории виру­сов. Наиболее старый изолят ВИЧ-1, выделенный в Заире из хранившегося образца крови, относится всего лишь к 1976 г. [Smith Т. et al., 1988].

Т. Смит и соавт. (1988) построили эволюционное древо для вирусов иммунодефицита, используя 5 изолятов ВИЧ-1, два ВИЧ-2 и два ВИО. Сравнения проводили по наиболее вариабельному гену envс целью выявления наиболее консер­вативных сайтов и исключения недостоверных различий. В гене envимеются 3 консервативные области, связанные с

функцией белка: цистеиновые остатки, сайты гликозилирова­ния и сайт протеолитического нарезания. Авторы исходили из того, что скорость мутаций была постоянной в течение всей филогенетической истории вирусов (теория молекуляр­ных часов). У всех изолятов отличие ВИЧ-1 1976 г. от более «свежих» изолятов составляет 11,6 + 2,0 замен на 1000 в год для 3-го нуклеотида кодона. У двух изолятов ВИЧ-2, выде­ленных с разницей в 112года, обнаружено 21+5 замен на 1000 в год. Это позволяет определить период дивергенции ВИЧ-1 и ВИЧ-2 в 37 лет, что совпадает, как полагают авто­ры, с началом эпидемии в Африке, на Гайте и в США. Дей­ствительно, серологические и клинические данные указывают на распространение ВИЧ-инфекции в Африке в середине 50-х годов [Plot P. et al., 1988; Curran J. W. et al., 1988], а в США в 1969 г. [Smith Т. et al., 1988]. На основании полу­ченных данных построено эволюционное древо, которое, одна­ко, показано без корней. Эта схема не исключает того, что вирусы обезьян могли произойти от вирусов человека, а не вирусы человека от вирусов, обезьян.

Анализируя данные Т. Смита и соавт., Д. Пенни (1988) пытается выявить те корни эволюционного древа, которые позволили бы определить происхождение вирусов. Если Т. Смит и соавт. уравнивают скорости эволюции ВИЧ-1 и ВИЧ-2, то Д. Пенни останавливается скорее на том варианте эволюции, при котором корень древа ближе к ВИЧ-2, по­скольку скорость мутационного процесса у ВИЧ-1, как у бо­лее вирулентного штамма, должна быть выше.

М. Мак-Клюре и соавт. (1988) построили эволюционное древо для 17 ретровирусов, включая ВИЧ, по скорости мута­ций в наиболее консервативном гене роїи наименее консер­

вативном гене env.Как и следовало ожидать, в первом слу­чае было получено более однородное древо, чем во втором.

Срок эволюции ВИЧ, равный 280 годам, был определен исходя из предположения, что наиболее консервативный ген роїлентивирусов мутирует с той же скоростью, как и вирус­ные онкогены, т. е. 500 замен на один сайт в год [Yokoyama С. et al., 1988]. Однако другие авторы исходят из более высокой скорости замен в гене рої —960 и полагают, что ВИЧ-1 и ВИО дивергировали примерно 150 лет назад, ВИЧ-2 и ВИО —i 30 лет назад, а лентивирусы приматов отделились от вирусов Висна около 300 лет назад [Sharp P., Li W.-H., 1988].

Авторы эволюционных теорий не исключают возможности, что ВИЧ-1 и ВИЧ-2 возникли независимо друг от друга от ВИО. Рассматривается возможность того, что ВИЧ-1 произо­шел от ВИЧ-2 как особо вирулентный штамм в соответствии с более коротким инкубационным периодом и, следовательно, с большей скоростью эволюции в связи с большим количест­вом мутаций [Penny D., 1988].

Подобные расчеты вызывают критику некоторых эволю­ционистов. Так, К. Мульдер (1988) считает эти определения

ошибочными, так как они основаны на ложной идентичности. Поскольку вирус африканских зеленых мартышек значитель­но отличается от ВИЧ, вирусы человека не могли произойти от вирусов обезьян в недавнем прошлом. Скорее всего эти вирусы имели общего предшественника среди вирусов прима­тов. Таким образом, К- Мульдер полностью разделяет точку зрения В. М. Жданова. В. М. Жданов полагал, что все 3 ви-

руса, ВИЧ-1, ВИЧ-2 и ВИО, дивергировали от общего предка и все они были патогенны, но вирус африканских зеленых мартышек утратил патогенность после дивергенции. Возмож­на и другая трактовка: все 3 вируса были непатогенны и ВИЧ-1 и ВИЧ-2 приобрели патогенность после дивергенции. Возможно, вирус стал возбудителем иммунодефицита лишь после того, как произошли изменения в его генетической структуре и активировались гены-регуляторы, в несколько сотен раз усиливающие репродукцию вируса и патологический процесс.

Благодаря продуктам этих генов происходят активация провируса в Т-лимфоцитах и переход из латентной стадии в клиническую, при этом механизмы активации провируса мо­гут быть многообразными. Включение активной экспрессии генов может произойти в результате взаимодействия транс­активатора— продукта гена tat — с последовательностью TAR.Активация может произойти в результате образования клеточного белка NF-kBв Т-лимфоцитах, стимулированных иммуногеном. В этом случае механизм включения провируса

отличается от предыдущего, так как белок NF-kB связывает­ся с другой областью LTR— усилителем (в составе LTR ВИЧ-1 этот белок связывают две последовательности, а у ВИЧ-2 — одна). Форболовые эфиры, образующиеся при акти­вации Т-лимфоцитов, активируют провирус, связываясь с об­ластью LTR,синергичной с tat.Трансактиваторы других ви­русов — вируса гепатита В, аденовируса, герпесвирусов — обладают иным механизмом действия. Например, активация ВИЧ белком аденовируса EIAзависит от TATA box,а акти­ваторы вируса простого герпеса работают по другому меха­низму. Хотя еще далеко не все пути активации провируса известны, очевидно, что этот процесс может быть вызван мно­гими факторами, взаимодействующими с разными регулятор­ными элементами самого вируса -и друг с другом. Изучение механизма их действия может способствовать созданию новых подходов к лечению и профилактике СПИД, а данные о мень­шей патогенности ВИЧ-2 по сравнению с ВИЧ-1 могут опре­делить новые подходы к созданию вакцины против СПИД. Таким образом, изучение взаимоотношений вирусов иммуно­дефицита, их происхождения и эволюции может быть не от­влеченной абстракцией и игрой ума, а проблемой, тесно свя­занной с пониманием эпидемиологии СПИД и перспективой контроля болезни.

Интерес к происхождению _и эволюции возбудителей СПИД возрастает с каждым годом, накапливаются новые научные факты, увеличиваются возможности, позволяющие обосновать эволюционные теории. Несомненный вклад в эту проблему при ее зарождении внес В. М. Жданов.

<< | >>
Источник: Жданов В.М.. Эволюция вирусов/АМН СССР. — M.: Медицина, 1990, 376 с. 1990

Еще по теме ГЛАВА 20. РЕТРОВИРУСЫ:

  1. Глава 14. ВИЧ-ИНФЕКЦИЯ
  2. НЕХОДЖКИНСКИЕЛИМФОМЫ
  3. Список рекомендуемой литературы и веб-сайты
  4. ВВЕДЕНИЕ
  5. ГЛАВА I ПАРАЗИТЫ И СИМБИОНТЫ ГЕНОМА ЧЕЛОВЕКА
  6. Ретроэлементы генома современного віща Homo sapiens
  7. Гуморальная и клеточная иммунные системы.
  8. СОДЕРЖАНИЕ
  9. Этиология опухолей
  10. Глава 20 СПИД И ПРОБЛЕМЫ АНДРОЛОГИИ
  11. ГЛАВА 1. ПРИРОДА И ПРОИСХОЖДЕНИЕ ВИРУСОВ
  12. ГЛАВА 3. КЛАССИФИКАЦИЯ ВИРУСОВ
  13. ГЛАВ А 4. ПРИОНЫ
  14. ГЛАВА 15. ПАРАМИКСОВИРУСЫ
- Акушерство и гинекология - Анатомия - Андрология - Биология - Болезни уха, горла и носа - Валеология - Ветеринария - Внутренние болезни - Военно-полевая медицина - Восстановительная медицина - Гастроэнтерология и гепатология - Гематология - Геронтология, гериатрия - Гигиена и санэпидконтроль - Дерматология - Диетология - Здравоохранение - Иммунология и аллергология - Интенсивная терапия, анестезиология и реанимация - Инфекционные заболевания - Информационные технологии в медицине - История медицины - Кардиология - Клинические методы диагностики - Кожные и венерические болезни - Комплементарная медицина - Лучевая диагностика, лучевая терапия - Маммология - Медицина катастроф - Медицинская паразитология - Медицинская этика - Медицинские приборы - Медицинское право - Наследственные болезни - Неврология и нейрохирургия - Нефрология - Онкология - Организация системы здравоохранения - Оториноларингология - Офтальмология - Патофизиология - Педиатрия - Приборы медицинского назначения - Психиатрия - Психология - Пульмонология - Стоматология - Судебная медицина - Токсикология - Травматология - Фармакология и фармацевтика - Физиология - Фтизиатрия - Хирургия - Эмбриология и гистология - Эпидемиология -