Poliovírus - biológia

The Poliovírus je vírus v rodine Picornaviridae, ktorý spôsobuje u človeka obrnu alebo poliomyelitídu. Je to veľmi jednoduchý vírus bez obalu s genómom jednovláknovej plus RNA. Vyskytuje sa iba u ľudí; eradikácia poliovírusu očkovaním je cieľom Svetovej zdravotníckej organizácie.

Objav a história

Aj keď bola poliomyelitída dávno známou chorobou, až po štúdiách švédskeho lekára Ivara Wickmana na začiatku 20. storočia sa všeobecne začalo akceptovať, že ide o kontaktné infekčné ochorenie. Karl Landsteiner a Erwin Popper sú považovaní za objaviteľov vírusu obrny; V roku 1908 sa im podarilo preniesť patogén na dve opice injekciou bakteriologicky sterilného extraktu z miechy chlapca, ktorý zomrel na poliomyelitídu; obe zvieratá ochoreli. [1]

Charlesovi Armstrongovi sa v 30. rokoch podarilo preniesť vírus na bavlníkové potkany. John F. Enders, Frederick Chapman Robbins a Thomas Huckle Weller boli schopní množiť vírus v bunkových kultúrach v roku 1949; za to im bola v roku 1954 spoločne udelená Nobelova cena za fyziológiu alebo medicínu. V roku 1955 bola schválená inaktivovaná vakcína proti detskej obrne vyvinutá Jonasom Salkom, o pár rokov neskôr nasledovala perorálna vakcína proti detskej obrne od Alberta Sabina.

Nárast vírusu

tvaroslovie

Približne guľatá vírusová častica má priemer 28 až 30 nanometrov. V roku 1985 bolo možné vyriešiť trojrozmernú štruktúru kompletnej poliovírusovej častice pomocou analýzy kryštalickej štruktúry. [2] Každý virión obsahuje kópiu jednovláknového genómu RNA, ktorý je obalený v ikosahedrálnej kapside. Kapsida je tvorená zo 60 kópií každého zo štyroch kapsidových proteínov VP1, VP2, VP3 a VP4. Vírus nemá škrupinu.

Kvôli tejto štruktúre je poliovírus ekologicky stabilný vírus, ktorý je odolný voči mnohým dezinfekčným prostriedkom, ako je 70 percent etanolu, izopropanolu a kvartérnych amóniových zlúčenín. Vírus je ťažko inaktivovaný mnohými detergentmi alebo kyselinami, napríklad žalúdočnou kyselinou.

Genomové a vírusové proteíny

poliovírus

Vírusový genóm bol prvýkrát klonovaný a sekvenovaný v roku 1981. RNA 7440 nukleotidov dlhých typu 1, na ktorých 5 'koniec je naviazaný vírusový proteín (VPg), pozostáva z dlhej 5' neprekladanej oblasti (5 'NTR), za ktorou nasleduje jeden otvorený čítací rámec, ktorý kóduje polyproteín 220 kDa a krátku 3'-nepreloženú oblasť (3'-NTR) s poly (A) chvostom. V 5 'nepreloženej oblasti obsahuje RNA vnútorný ribozomálny vstupný bod (IRES), ktorý je zásadný pre transláciu RNA v hostiteľskej bunke. Mutácie v IRES sú molekulárnou príčinou oslabenia poliovírusov použitých v perorálnych vakcínach proti obrne.

Polyproteín s molekulovou hmotnosťou 220 kDa sa vírusovými peptidázami štiepi na tri proteíny, Pl, P2 a P3; proteín P1 sa ďalej rozkladá na štrukturálne proteíny VP1-VP4, z ktorých je zostavená kapsida nových vírusových častíc. Proteíny P2 a P3 vedú k vzniku neštrukturálnych proteínov, ktoré majú úlohu v replikácii vírusu. Proteíny 2A pro a 3C pro, ako aj 3CD pro sú peptidázy, ktoré štiepia vírusový polyproteín, zatiaľ čo proteíny 2BC, 2C a 3AB tvoria membránový komplex, ktorý je potrebný na replikáciu vírusu. 3B VPg sa viaže na 5 'koniec vírusovej RNA a je dôležitý pre iniciáciu replikácie RNA. Nakoniec je 3D pol RNA-závislá RNA polymeráza, ktorá syntetizuje vírusovú RNA. [3]

Replikácia

Poliovírus sa množí v cytoplazme hostiteľskej bunky. Na vstup do bunky potrebuje vírus špecifický receptor, proteín CD155. Vírus potom môže preniesť svoju RNA do bunky, kde sa okamžite prevedie na polyproteín. Polyproteín sa môže proteolyticky rozkladať na jednotlivé štrukturálne a funkčné proteíny. RNA sa nielen prekladá, ale aj replikuje. Posledne uvedené sa deje prostredníctvom vírusovej RNA-závislej RNA polymerázy 3D pol, ktorá prevádza pôvodnú plus-RNA na mínus-RNA a z toho okamžite generuje novú plus-RNA. RNA je nakoniec zabalená so štrukturálnymi proteínmi za vzniku nového viriónu; nakoniec hostiteľská bunka zomrie a vírusy sa uvoľnia.

Systematika

Poliovírus patrí do rodu vírusov Enterovírus; toto je súčasť rodiny Picornaviridae. V poliovíruse sa rozlišujú tri sérotypy.

  • rodina Picornaviridae
    • rod Enterovírus
      • druhov Poliovírus
        • Sérotyp 1 (typ „Mahoney“ alebo „Brunhilde“): tento typ je najbežnejší a môže tiež spôsobiť vážne ochorenie.
        • Sérotyp 2 (typ „Lansing“): tento typ spôsobuje skôr mierne progresie.
        • Sérotyp 3 (typ „Leon“): tento typ sa vyskytuje pomerne zriedka, ale zvyčajne spôsobuje vážny priebeh.

Tri sérotypy sa štrukturálne líšia hlavne v kapsidových proteínoch. Porovnania úplných sekvencií genómu poliovírusov a ľudského enterovírusu C (HEV-C) ukázali, že poliovírusy a vírusy HEV-C sú si veľmi podobné v štruktúre genómu. Mimo kapsidovej oblasti sú poliovírusy podobné vírusom HEV-C, pretože sú navzájom podobné. Preto bol navrhnutý druh Poliovírus opustiť a tri sérotypy do druhu Ľudský enterovírus C triediť. [4] O tomto ešte nebolo rozhodnuté.

Difúzia, prenos a špecifickosť

distribúcia

Pôvodne sa vírus šíril do celého sveta; V trópoch sa epidémie vyskytovali celoročne, v miernych šírkach najmä v lete. V endemických oblastiach možno vírus zistiť okrem iného aj v splaškoch; v prostredí by mala zostať schopná reprodukcie niekoľko týždňov. Jediným prirodzeným hostiteľom a teda jediným známym rezervoárom sú ľudia. Preto sa očkovanie javí ako možné; toto sa už dosiahlo u poliovírusu typu 2. V roku 2007 bolo na celom svete 1310 prípadov divokej poliovírusovej choroby; v roku 2008 je vírus endemický iba v Nigérii, Indii, Pakistane a Afganistane. [5] [6]

Prenos a špecifickosť

Vírus je spôsobený náterovou infekciou (fekálne-orálne) a prenášané aj prostredníctvom objektov. Tropizmus poliovírusu je obmedzený na ľudí a niektoré ďalšie primáty. Rôzne opice môžu byť experimentálne infikované injekciou vírusu priamo do miechy alebo mozgu. Iba šimpanzy a opice starého sveta môžu byť infikované orálne ako ľudia. Pretože vírus vyžaduje na infikovanie hostiteľských buniek špecifický receptor, proteín CD155, infekcia organizmu v podstate závisí od toho, či sa vírus môže na hostiteľa naviazať na receptor. Poliovírus sa viaže na CD155 od ľudí, šimpanzov a opíc starého sveta, ale iba čiastočne na CD155 od opíc nového sveta. [7] Po väzbe na receptor CD155 sa vírus absorbuje do bunky, kde sa môže množiť. Mechanizmy množenia v bunke sú menej špecifické pre hostiteľa ako mechanizmy absorpcie. Receptor CD155 je lokalizovaný na bunkovom povrchu monocytov, makrofágov, T lymfocytov a nervových buniek. Lymfatické tkanivá, ako sú Peyerove plaky v čreve, sú miestom prvej replikácie vírusu.

Choroby, detekcia a vakcíny

choroba

Po požití vírusu ústami a jeho množení v nosohltane a zažívacom trakte dochádza k virémii, pri ktorej sa vírus šíri krvou. Vo väčšine prípadov je to symptomatické; príznaky podobné chrípke sa vyskytujú iba u 4 až 8% infikovaných.

Len v ojedinelých prípadoch, asi u 1% infekcií, vírusy napádajú aj nervové bunky, najlepšie bunky predného rohu v mieche, ktoré sú dôležité pre svaly. To potom vedie ku klinickému obrazu obrny.

dôkaz

Vírus sa dá zistiť zo vzoriek stolice, výterov z hrdla a podľa potreby z mozgovomiechového moku. Pri klasickej virologickej detekcii sa pripravený materiál inkubuje na bunkových kultúrach a identita vírusu sa stanoví pomocou neutralizačného testu so špecifickým antisérom. Hovorí sa, že izolácia vírusu zo vzoriek stolice je 80% úspešná počas prvých 14 dní ochorenia. [8] Táto metóda je však zložitá. Preto sa dnes často používa reverzná transkriptáza-polymerázová reťazová reakcia, pomocou ktorej je možné vírusovú RNA detegovať priamo v klinickom materiáli. Niekedy sa dokonca sekvenujú aj časti vírusového genómu, aby sa pomocou porovnania sekvencií vytvorili spojenia medzi rôznymi pacientmi a aby sa dalo porozumieť ceste infekcie. Môže sa tiež vykonať detekcia protilátok proti vírusu v sére pacienta.

Dôkaz poliovírusu sa oznamuje podľa nemeckého zákona o ochrane pred infekciami.

Vakcíny

Existujú dve rôzne vakcíny proti obrne. Inaktivovaný poliovacín (IPV) podľa Jonasa E. Salka je mŕtva vakcína, ktorá sa podáva intramuskulárne. Vakcína obsahuje častice vírusu inaktivovaného formaldehydom troch typov pestovaných na bunkových kultúrach. Táto vakcína ponúka dobrú ochranu pred chorobou; rozhodujúcou výhodou tejto vakcíny je to, že je vylúčená vakcinácia proti poliomyelitíde. Inaktivovaná vakcína proti obrne bola schválená v USA v roku 1955 a viedla k rýchlemu poklesu počtu tamojších chorôb.

Perorálny poliovakzín (OPV) podľa Alberta Sabina na perorálne očkovanie je živá vakcína a pozostáva zo zmesi troch typov takzvaných oslabených vírusov, ktoré sú stále schopné reprodukcie, ale už nespôsobujú choroby. Výhodou tejto vakcíny je, že sa ľahko používa, ale tiež vytvára imunitu v gastrointestinálnom trakte, ktorá nielen zabraňuje chorobe, ale tiež bráni prenosu vírusu. Táto vakcína sa v Nemecku už nepoužíva, pretože nemožno úplne vylúčiť očkovanie proti poliomyelitíde. Pretože poliovírus bol v Nemecku eradikovaný, bolo by to neprijateľné riziko.