Життєвий цикл вірусу та перспективи розвитку противірусних препаратів

Вірусні ураження дихальних шляхів вважаються найбільш частою причиною звернення до лікаря, складаючи до 70-90% всіх випадків інфекційних хвороб. Крім особливостей дитячого організму, які зумовлюють високу схильність вірусного впливу, значний внесок роблять і самі віруси ГРВІ, здатні вражати різні відділи дихальних шляхів, ефективно протистояти захисним силам і викликати вірус-індуковані імунні порушення.

На це все здатні частки мікроскопічних розмірів, які до живої природи належать лише умовно. Які структури або механізми дозволяють їм досягати таких воістину колосальних успіхів в інфекційній захворюваності людини і як сьогодні можливо протистояти цим мікроскопічним агресорам – розглянемо в статті.

Віруси – це внутрішньоклітинні паразити, а значить усі ефекти, пов’язані з їх зараженням, виникають на рівні клітини. Для того, щоб зараження відбулося, вірусу необхідно проникнути в клітину, налагодити в ній відтворення потомства і забезпечити його вихід назовні. Для досягнення цих цілей він задіює власні ферментні системи, а також використовує ферменти інфікованої клітини.

Читайте також: Рекурентні респіраторні вірусні інфекції та імунодефіцитні стани: як не пропустити важку патологію

Як вірусам це вдається? Відповідь криється в їх будові. Майже кожен вірусний компонент має призначення, а чітка послідовність етапів життєвого циклу забезпечує здатність вірусів не тільки виживати, а й викликати масові захворювання людини.

Як будова вірусу сприяє досягненню його мети? Розглянемо більш докладно цей процес на прикладі вірусу грипу. Зважаючи на високу агресивність вірус грипу сьогодні є найбільш вивченим серед всіх представників сімейства ГРВІ.

Частка вірусу грипу складається з ядра, матричних білків і вірусної оболонки (нуклеокапсид). Вірус грипу А складається з білків, що кодуються вісьмома сегментами РНК. Це білки – гемаглютинін (HA), нейрамінідаза (NA), нуклеопротеїн (NP), РНК-залежна – полімераза (PA, PB1, PB2), матричний білок 1 (M1), білок протонного каналу (M2), неструктурний білок 1 ( NS1) і ядерний експортний білок (NEP, або NS2). Є ще білки, які виявлені в певних штамах і були ідентифіковані зовсім недавно. Це PB1-F2, PB1-N40 і PA-X. Більш того, недавно у вірусу грипу були виявлені нові білки.

Життєвий цикл вірусу грипу схожий з іншими вірусами ОРВІ і складається з етапів:

1) прикріплення віріона до поверхні клітини за допомогою зв’язування з рецептором,

2) входження вірусу в клітину із залученням різних механізмів, для вірусу грипу це ендоцитоз,

3) розкриття вірусної частки, транспорт вірусних нуклеопротеїдів в ядро, де відбувається реплікація вірусних РНК;

4) синтез вірусного білка;

5) збирання вірусного потомства, відокремлення і вивільнення з клітинної мембрани.

Всі перераховані вище вірусні білки задіяні на кожному з вищезазначених етапів життєвого циклу. У вірусу грипу вищевказані білки задіяні в такий спосіб.

Білок гемаглютинін відповідає за прикріплення вірусу грипу до клітини. Його субодиниця HA1 взаємодіє з клітинним рецептором термінального залишку сіалової, або N-ацетилнейрамінової кислоти, також в цій субодиниці міститься рецептор-зв’язуючий сайт, за допомогою якого утворюються множинні контакти віріона з клітинною оболонкою. Далі відбувається формування цитоплазматичної ендосоми, яка включає прикріплений до поверхні клітини віріон, де за допомогою АТФ-залежного протонного насоса відбувається закислення вмісту ендосоми, що запускає роботу тепер уже вірусних білків – М2 вірусу грипу типу А (ВМ2 вірусу грипу типу В, СМ2 вірусу грипу типу С). Ці білки формують іонний канал, через який всередину віріона нагнітаються протони, а у вірусу грипу типу С нагнітаються аніони хлору, що призводить до вивільнення нуклеокапсиду в цитоплазму клітини через пору злиття на N-кінці субодиниці гемаглютиніну (НА2).

Читайте також: ГРВІ у дітей можуть бути причиною бронхіальної астми

Надалі вірус грипу використовує ферменти зараженої клітини, щоб транспортувати свій генетичний матеріал в ядро ​​і за допомогою власного полімеразного комплексу (РНК-залежної РНК-полімерази), в якому задіяні вірусні структурні білки РВ2, РВ1 і PA (у вірусів грипу А та В) і Р1, Р2 і Р3 (вірусу грипу С) здійснюється копіювання генетичної інформації для дочірніх віріонів.

Після транскрипції і реплікації відбувається транспортування нуклеокапсиду дочірніх віріонів з ядра назад в цитоплазму. Цей процес здійснюється за допомогою клітинного білка Crm1, який взаємодіє з вірусним білком нуклеокапсиду NEP вірусів грипу А і В та NS2 вірусу грипу С. У ньому також беруть участь структурні вірусні білки NP, NEP, а також білок внутрішнього шару M1.

Відокремлення новостворених віріонів відбувається з апікальної (тобто оберненої в просвіт дихальних шляхів) поверхні клітини при активній участі вірусної нейрамінідази, яка як ножицями відрізає вірусні частки від клітинної мембрани. Це важливий етап життєвого циклу вірусу грипу, від якого залежить життєздатність вірусних копій.

Однак ефективно відтворити власне потомство – це лише частина вірусного плану. Адже в момент потрапляння вірусу в клітину вона починає активно чинити опір загарбникові, включаючи власні захисні механізми. Йдеться про активацію синтезу інтерферонів, які в свою чергу запускають механізми запрограмованої загибелі клітини (апоптоз), тим самим не дозволяючи розібраному на частини вірусу скопіювати своє потомство, здатне заражати нові клітини. Тому в структуру вірусної частки включені спеціальні білки, метою яких є пригнічення протидіючих вірусному вторгненню захисних механізмів. Найбільш вивченим в цьому плані є неструктурний білок NS1, що пригнічує дію інтерферонів та інших інтерлейкінів.

Читайте також: Особливості інтерфероногенезу у дітей: ефективність застосування противірусної терапії

Відкритий нещодавно білок PB1-F2, присутній лише у деяких штамів вірусу грипу, відповідає за індукцію апоптозу, який найбільш виражений у ще одних тропних для вірусу грипу клітинах – в тканинних, зокрема, альвеолярних макрофагах. Запрограмована смерть цих клітин зменшує фагоцитоз – важливий механізм, що захищає легеневу тканину від будь-яких патогенів, а також впливає на презентацію антигенів вірусів CD4+-лімфоцитів, що запускає специфічну імунну відповідь. Очевидно, що зараження людини таким штамом несе загрозу вірусного ураження легеневої тканини.

Перераховані вище етапи життєвого циклу стають неможливими, якщо який-небудь із зазначених вірусних білків буде виведений з ладу, або вимкнений (заблокований). Тому на даний час вірусні білки, задіяні на конкретному етапі життєвого циклу, є привабливою мішенню для боротьби з вірусними інфекціями. Однак суттєво обмежують реалізацію цих планів кілька моментів. По-перше, це різниця між ферментами, які у різних вірусів ГРВІ відповідальні за різні етапи життєвого циклу, навіть у вірусів грипу типів А, В і С вони відрізняються. По-друге, здатність до мутацій, що призводить до перебудови або заміни ділянок білкових молекул, що може істотно позначитися на ефективності противірусного препарату. І, нарешті, третій аргумент – це вироблення резистентності до противірусних препаратів. Підтвердженням тому є реєстрована все частіше стійкість до блокаторів М2-каналу вірусів грипу типу А – адамантанів. Тому сьогодні практичний інтерес представляють інгібітори РНК-залежною РНК-полімерази РНК-вірусів, до яких відноситься вірус грипу, а також ДНК-залежною ДНК-полімерази у ДНК-вірусів (аденовіруси). Крім того, сьогодні є можливість пригнічувати нейрамінідазу вірусу грипу, що однак значно звужує показання для застосування останніх, які ефективні лише по відношенню до вірусів грипу.

Читайте також: Грип у дітей: вірус може вражати нервову систему

Перспективними в цьому плані є препарати з полімішеневою противірусною дією, наприклад, сироп Флавовір, що містить активну (діючу) речовину – рідкий екстракт протефлазід. Він поєднує в собі здатність блокувати життєвий цикл вірусів на етапі реплікації шляхом пригнічення РНК-полімерази у РНК-вірусів та ДНК-полімерази у ДНК-вірусів, охоплюючи всіх представників численного сімейства ГРВІ. Для вірусу грипу додаткова можливість заблокувати активність нейрамінідази, що не дозволяє його потомству повноцінно відокремитись від клітини людського організму і надалі заражати нові клітини. Такий подвійний удар по найбільш агресивного вірусу грипу забезпечує більш повну його інактивацію.

Таким чином, на наведеному прикладі життєвого циклу вірусу грипу стає зрозуміло, що віруси для відтворення задіють велику кількість білків, частина з яких утворює вірусну частку, а частина є власними білками клітин людини. Величезне різноманіття цих ферментів, як і особливості будови (РНК або ДНК-вмісні, оболонкові та безоболонкові тощо) вимагає не менш величезних наукових зусиль в пошуку точок прикладання у вірусу, які не підвладні частим змінам. І сьогодні такі мішені знайдені.

Вікторія Талько, д.м.н, професор, директор Інституту експериментальної радіології Національного наукового центру радіаційної медицини НАМНУ; експерт з питань імунології, вірусології, і радіобіології