Аденовирусы (члены семейства Adenoviridae ) — это вирусы среднего размера (90–100 нм ), без оболочки (без внешнего липидного бислоя) с икосаэдрическим нуклеокапсидом , содержащим двухцепочечный ДНК- геном. [2] Их название происходит от их первоначального выделения из аденоидов человека в 1953 году. [3]
У них широкий спектр позвоночных хозяев; у людей было обнаружено более 50 различных серотипов аденовируса, вызывающих широкий спектр заболеваний : от легких респираторных инфекций у маленьких детей (известных как простуда ) до опасных для жизни полиорганных заболеваний у людей с ослабленной иммунной системой . [2]
Это семейство содержит следующие роды : [4]
В настоящее время у людей насчитывается 88 человеческих аденовирусов (HAdV) семи видов (человеческие аденовирусы от A до G): [5]
Различные типы/серотипы связаны с различными состояниями: [12]
Все эти типы названы ICTV человеческим мастаденовирусом A–G , поскольку все они являются представителями рода Mastadenovirus .
Аденовирусы имеют средний размер (90–100 нм). [2] Вирионы состоят из одного линейного фрагмента двухцепочечной ДНК внутри икосаэдрического капсида . 240 гексонных белков составляют основную часть капсида, в то время как двенадцать пентонных оснований покрывают углы икосаэдра. Пентонные основания связаны с выступающими волокнами, которые помогают прикрепляться к клетке - хозяину через рецептор на ее поверхности. [14]
В 2010 году структура человеческого аденовируса была решена на атомном уровне, что сделало ее крупнейшей моделью высокого разрешения. Вирус состоит из примерно 1 миллиона аминокислотных остатков и весит около 150 МДа . [15] [16]
Геном аденовируса представляет собой линейную, несегментированную двухцепочечную (дц) ДНК длиной от 26 до 48 тыс . п. н . [2] Это позволяет вирусу теоретически нести от 22 до 40 генов . Хотя это значительно больше, чем у других вирусов в его балтиморской группе , это все еще очень простой вирус, и его выживание и репликация в значительной степени зависят от клетки-хозяина. Гены аденовирусов в целом можно разделить на хорошо сохраняющиеся наборы единиц транскрипции с шестью ранними единицами транскрипции (E1A, E1B, E2A, E2B, E3 и E4) и одной поздней единицей транскрипции в диапазоне от L1 до L5. Кроме того, аденовирусы также содержат две промежуточные единицы транскрипции, называемые XI и IVa2. Чтобы увеличить экономию вирусных генов, аденовирусы размещают гены на обеих цепях своей дцДНК, что означает, что большая часть его генома используется для кодирования белков. [17] Интересной особенностью этого вирусного генома является то, что он имеет терминальный белок 55 кДа , связанный с каждым из 5'-концов линейной dsDNA. Они используются в качестве праймеров при вирусной репликации и гарантируют, что концы линейного генома вируса адекватно реплицируются. [ необходима цитата ]
Аденовирусы обладают линейным геномом dsDNA и способны реплицироваться в ядре клеток позвоночных , используя репликационный аппарат хозяина. [2] Проникновение аденовирусов в клетку хозяина включает два набора взаимодействий между вирусом и клеткой хозяина. [2] Большая часть действия происходит в вершинах. Проникновение в клетку хозяина инициируется доменом ручки белка -волокна, связывающимся с рецептором клетки. [2] В настоящее время установлены два рецептора: CD46 для серотипов человеческого аденовируса группы B и рецептор вируса Коксаки/аденовируса (CAR) для всех других серотипов. [2] Есть некоторые сообщения, предполагающие, что молекулы MHC и остатки сиаловой кислоты также функционируют в этом качестве. За этим следует вторичное взаимодействие, где мотив в белке основания пентона (см. капсомер ) взаимодействует с молекулой интегрина . Именно взаимодействие корецептора стимулирует проникновение аденовируса. Эта молекула корецептора — αV-интегрин . Связывание с αV-интегрином приводит к эндоцитозу вирусной частицы через ямки , покрытые клатрином . Присоединение к αV-интегрину стимулирует клеточную сигнализацию и, таким образом, вызывает полимеризацию актина , что облегчает клатрин-опосредованный эндоцитоз и приводит к проникновению вириона в клетку-хозяина в эндосоме . [ 18]
После того, как вирус успешно проник в клетку-хозяина, эндосома закисляется, что изменяет топологию вируса, вызывая распад компонентов капсида. Капсид дестабилизируется, и белок VI, который является одним из компонентов капсида (см. Геном аденовируса ), высвобождается из него. [19] Белок VI содержит N-концевую амфипатическую альфа-спираль, спиральный домен, который проявляет как гидрофобные, так и гидрофильные свойства. Эта амфипатическая спираль обеспечивает связывание белка VI с эндосомальной мембраной, что приводит к сильному искривлению мембраны, которое в конечном итоге разрушает эндосому. [20] Эти изменения, а также токсическая природа пентонов разрушают эндосому, что приводит к перемещению вириона в цитоплазму. [2] С помощью клеточных микротрубочек вирус транспортируется в комплекс ядерной поры, в результате чего частица аденовируса разбирается. Затем высвобождается вирусная ДНК, которая может проникнуть в ядро через ядерную пору . [21] После этого ДНК связывается с молекулами гистонов , уже присутствующими в ядре, что позволяет ей взаимодействовать с механизмом транскрипции клетки-хозяина. [22] Затем может происходить экспрессия вирусного гена без интеграции вирусного генома в хромосомы клетки-хозяина, [23] и могут быть получены новые вирусные частицы.
Жизненный цикл аденовируса разделяется процессом репликации ДНК на две фазы: раннюю и позднюю. [2] В обеих фазах первичный транскрипт , который альтернативно сплайсируется для получения моноцистронных мРНК, совместимых с рибосомой хозяина , что позволяет транслировать продукты . [ необходима цитата ]
Ранние гены отвечают за экспрессию в основном неструктурных, регуляторных белков . [2] Цель этих белков тройная: изменить экспрессию белков хозяина, которые необходимы для синтеза ДНК ; активировать другие гены вируса (например, кодируемую вирусом ДНК-полимеразу ); и избежать преждевременной гибели инфицированной клетки иммунной защитой хозяина (блокада апоптоза , блокировка активности интерферона и блокировка транслокации и экспрессии MHC класса I ).
Некоторые аденовирусы в особых условиях могут трансформировать клетки, используя свои ранние генные продукты. Было обнаружено, что E1A (связывает белок-супрессор опухолей ретинобластомы ) иммортализует первичные клетки in vitro, позволяя E1B (связывает белок-супрессор опухолей p53 ) помогать и стабильно трансформировать клетки. Тем не менее, они зависят друг от друга, чтобы успешно трансформировать клетку-хозяина и формировать опухоли . E1A в основном является внутренне неупорядоченным белком и содержит домен CR3, который имеет решающее значение для активации транскрипции. [24]
Репликация ДНК разделяет раннюю и позднюю фазы. Как только ранние гены высвободили адекватные вирусные белки, репликационный аппарат и репликационные субстраты, может произойти репликация генома аденовируса. Конечный белок, ковалентно связанный с 5'-концом генома аденовируса, действует как праймер для репликации. Затем вирусная ДНК-полимераза использует механизм смещения цепи, в отличие от обычных фрагментов Оказаки, используемых при репликации ДНК млекопитающих, для репликации генома.
Поздняя фаза жизненного цикла аденовируса сосредоточена на производстве достаточного количества структурного белка для упаковки всего генетического материала, произведенного репликацией ДНК. [2] После того, как вирусные компоненты успешно реплицируются, вирус собирается в свои белковые оболочки и высвобождается из клетки в результате лизиса клетки, вызванного вирусом . [2]
Аденовирус способен к множественной реактивации (МР) [25] (Ямамото и Симоджо, 1971). МР — это процесс, при котором два или более вирусных генома, содержащих летальные повреждения, взаимодействуют внутри инфицированной клетки, образуя жизнеспособный вирусный геном. Такая МР была продемонстрирована для аденовируса 12 после того, как вирионы были облучены УФ-светом и подвергнуты множественному заражению клеток-хозяев. [25] В обзоре были описаны многочисленные примеры МР у различных вирусов, и было высказано предположение, что МР — это распространенная форма полового взаимодействия, которая обеспечивает преимущество выживания за счет рекомбинационного восстановления повреждений генома. [26]
Аденовирусы необычайно устойчивы к химическим или физическим агентам и неблагоприятным условиям pH , что позволяет им длительное время выживать вне организма и воды. Аденовирусы распространяются в основном через капли дыхательных путей, однако они также могут распространяться фекальными путями и через аэрозоли ( воздушно-капельным путем ). [27] Исследования молекулярных механизмов, лежащих в основе передачи аденовирусов, предоставляют эмпирические доказательства в поддержку гипотезы о том, что рецепторы вируса Коксаки/аденовируса (CAR) необходимы для транспортировки аденовирусов в определенные типы наивных/прогениторных клеток. [28]
У людей, инфицированных аденовирусами, наблюдается широкий спектр реакций: от полного отсутствия симптомов до тяжелых инфекций, типичных для аденовируса серотипа 14 .
Аденовирус летучих мышей TJM (Bt-AdV-TJM) — это новый вид рода Mastadenovirus, выделенный из Myotis и Scotophilus kuhlii в Китае. [29] Он наиболее тесно связан с AdV тупайи и собак. [30]
Хорошо известны два типа аденовирусов собак : тип 1 и 2. Тип 1 (CAdV-1) вызывает инфекционный гепатит собак , потенциально смертельное заболевание, включающее васкулит и гепатит . Инфекция типа 1 также может вызывать респираторные и глазные инфекции. CAdV-1 также поражает лисиц ( Vulpes vulpes и Vulpes lagopus ) и может вызывать гепатит и энцефалит. Аденовирус собак 2 (CAdV-2) является одной из потенциальных причин питомникового кашля . Основные вакцины для собак включают ослабленный живой CAdV-2, который вырабатывает иммунитет к CAdV-1 и CAdV-2. Первоначально CAdV-1 использовался в вакцине для собак, но отек роговицы был распространенным осложнением. [31]
Сообщается, что аденовирус белки (SqAdV) вызывает энтерит у рыжих белок в Европе, в то время как серые белки, по-видимому, устойчивы. SqAdV наиболее тесно связан с аденовирусом морских свинок (GpAdV).
Аденовирус у рептилий изучен недостаточно, но в настоящее время ведутся исследования.
Известно также, что аденовирусы вызывают респираторные инфекции у лошадей , крупного рогатого скота , свиней , овец и коз . Аденовирус лошадей 1 также может вызывать смертельное заболевание у арабских жеребят с ослабленным иммунитетом , включая пневмонию и разрушение тканей поджелудочной железы и слюнных желез . [31] Аденовирус тупайи (TAV) (аденовирус 1 древесной землеройки) был выделен от древесных землероек.
Аденовирус Otarine 1 был выделен от морских львов ( Zalophus californianus ). [32]
Аденовирусы птиц связаны со многими болезнями у домашней птицы, такими как гепатит с тельцами включения , синдром гидроперикарда , [33] синдром падения яиц , бронхит перепелов , эрозии желудка и многие респираторные заболевания. Они также были выделены у диких черных коршунов (Milvus migrans). [34]
Аденовирус обезьяны Тити был выделен из колонии обезьян. [35]
В настоящее время существует вакцина от аденовируса типа 4 и 7 только для военнослужащих США. Военнослужащие США получают эту вакцину, поскольку они могут подвергаться более высокому риску заражения. [ необходима цитата ] Вакцина содержит живой вирус, который может выделяться со стулом и приводить к передаче. Вакцина не одобрена для использования за пределами армии, поскольку она не была испытана в исследованиях на общей популяции или на людях с ослабленной иммунной системой. [36]
В прошлом новобранцы армии США вакцинировались от двух серотипов аденовируса, что привело к соответствующему снижению заболеваний, вызванных этими серотипами. Эта вакцина больше не производится. 31 октября 2011 года Управление медицинских исследований и материально-технического обеспечения армии США объявило, что 18 октября 2011 года на базовые учебные полигоны была отправлена новая вакцина против аденовируса, которая заменила старую версию, снятую с производства более десяти лет назад. [37]
Профилактика аденовируса, а также других респираторных заболеваний, включает частое мытье рук в течение более 20 секунд, избегание прикосновения к глазам, лицу и носу немытыми руками и избегание тесного контакта с людьми с симптоматической аденовирусной инфекцией. Людям с симптоматической аденовирусной инфекцией дополнительно рекомендуется кашлять или чихать в руку или локоть, а не в ладонь, избегать совместного использования чашек и столовых приборов и воздерживаться от поцелуев. Хлорирование бассейнов может предотвратить вспышки конъюнктивита, вызванного аденовирусом. [36]
Диагноз ставится на основании симптомов и истории болезни. Тесты необходимы только в очень серьезных случаях. Тесты включают анализы крови, мазки из глаз, носа или горла, анализы кала и рентген грудной клетки. [38] В лаборатории аденовирус можно идентифицировать с помощью обнаружения антигена, полимеразной цепной реакции (ПЦР), изоляции вируса и серологии. Даже если аденовирус обнаружен, он может не быть причиной каких-либо симптомов. Некоторые люди с ослабленным иммунитетом могут выделять вирус в течение нескольких недель и не проявлять никаких симптомов. [39]
Большинство инфекций аденовирусом приводят к инфекциям верхних дыхательных путей. Аденовирусные инфекции часто проявляются в виде конъюнктивита , тонзиллита (который может выглядеть точно так же, как стрептококковая ангина , и его невозможно отличить от стрептококка, за исключением посева из горла), ушной инфекции или крупа . [40] Аденовирусы типов 40 и 41 также могут вызывать гастроэнтерит . [41] Сочетание конъюнктивита и тонзиллита особенно распространено при аденовирусных инфекциях.
У некоторых детей (особенно самых маленьких) может развиться аденовирусный бронхиолит или пневмония , оба из которых могут быть тяжелыми. У младенцев аденовирусы также могут вызывать приступы кашля, которые выглядят почти так же, как коклюш . Аденовирусы также могут вызывать вирусный менингит или энцефалит . Редко аденовирус может вызывать геморрагический цистит (воспаление мочевого пузыря — форма инфекции мочевыводящих путей — с кровью в моче).
Большинство людей выздоравливают от аденовирусных инфекций самостоятельно, но люди с иммунодефицитом иногда умирают от аденовирусных инфекций, и — редко — даже ранее здоровые люди могут умереть от этих инфекций. [42] Это может быть связано с тем, что иногда аденовирусная инфекция может приводить к сердечным расстройствам. Например, в одном исследовании некоторые образцы сердца пациентов с дилатационной кардиомиопатией были положительными на наличие аденовируса типа 8. [43]
Аденовирусы часто передаются через мокроту (например, аэрозоли), но они также могут передаваться при контакте с инфицированным человеком или через вирусные частицы, оставленные на таких предметах, как полотенца и ручки кранов. Некоторые люди с аденовирусным гастроэнтеритом могут выделять вирус со своим стулом в течение месяцев после того, как симптомы исчезнут. Вирус может передаваться через воду в бассейнах, которые недостаточно хлорируются.
Как и в случае со многими другими заболеваниями, хорошая практика мытья рук является одним из способов предотвращения передачи аденовирусов от человека к человеку. Тепло и отбеливатель убивают аденовирусы на предметах. [ необходима цитата ]
Не существует проверенных противовирусных препаратов для лечения аденовирусных инфекций, поэтому лечение в основном направлено на симптомы (например, ацетаминофен от лихорадки). Противовирусный препарат цидофовир помог некоторым из тех пациентов, у которых были тяжелые случаи заболевания; число и степень помощи, а также конкретные осложнения или симптомы, с которыми он помог, и когда и где это произошло, не были указаны в источнике. [44] Врач может назначить антибиотиковые глазные капли от конъюнктивита, ожидая результатов бактериальных культур, и для предотвращения вторичных бактериальных инфекций. В настоящее время нет вакцины от аденовируса, доступной для широкой публики, но вакцина доступна для вооруженных сил США от типов 4 и 7.
Аденовирусы уже давно являются популярным вирусным вектором для генной терапии из-за их способности влиять как на реплицирующиеся, так и на нереплицирующиеся клетки, размещать большие трансгены и кодировать белки без интеграции генетического материала в геном клетки-хозяина. [23] Более конкретно, они используются в качестве средства для введения таргетной терапии , [45] в форме рекомбинантной ДНК или белка. Эта терапия оказалась особенно полезной при лечении моногенных заболеваний (например, муковисцидоза , Х-сцепленного SCID , дефицита альфа1-антитрипсина ) и рака. [23] В Китае онколитический аденовирус является одобренным средством лечения рака. [46] Для нацеливания аденовируса на определенные типы клеток используются определенные модификации белков волокон ; [47] прилагаются значительные усилия для ограничения гепатотоксичности и предотвращения полиорганной недостаточности. Додекаэдр аденовируса может считаться мощной платформой для доставки чужеродных антигенов в человеческие миелоидные дендритные клетки (MDC), и что он эффективно презентируется MDC специфическим для M1 CD8+ Т-лимфоцитам. [48]
Проблема безопасности аденовирусов заключается в том, что они могут вызывать иммунный ответ с сопутствующим воспалительным ответом, как это произошло при смерти Джесси Гелсингера в 1999 году. Чтобы устранить этот риск, геном вирусных генов был модифицирован для удаления некоторых вирусных генов. Одной из таких модификаций является вектор без кишки , который удаляет почти весь вирусный геном. [49] : 58
Аденовирус использовался для доставки систем редактирования генов CRISPR/Cas9 , но высокая иммунная реактивность к вирусной инфекции создала проблемы при использовании для пациентов.
Модифицированные ( рекомбинантные ) аденовирусные векторы, включая типы, некомпетентные к репликации, могут доставлять ДНК, кодирующую специфические антигены . [50]
Аденовирус использовался для производства вирусных векторных вакцин COVID-19 . «В четырех вакцинах-кандидатах COVID-19... Ad5... служит «вектором» для транспортировки гена поверхностного белка SARS-CoV-2». [51] Цель состоит в том, чтобы генетически экспрессировать гликопротеин спайка тяжелого острого респираторного синдрома коронавируса 2 ( SARS-CoV-2 ). Вектор вакцины аденовируса шимпанзе с дефицитом репликации (ChAdOx1) используется вакциной Oxford–AstraZeneca COVID-19 , которая была одобрена для использования. [52] [53] Вакцина Janssen COVID-19 использует модифицированный рекомбинантный аденовирус типа 26 (Ad26). [54] Рекомбинантный аденовирус типа 5 (Ad5) используется Ad5-nCoV , [55] ImmunityBio и UQ-CSL V451 . Продукт Gam-COVID-Vac (он же Sputnik-V) является инновационным, поскольку вакцина на основе Ad26 используется в первый день, а вакцина на основе Ad5 — в 21-й день. [54] Еще один — ChAd-SARS-CoV-2-S ; как сообщается, вакцина предотвратила заражение SARS-CoV-2 мышей, генетически модифицированных для получения человеческих рецепторов ACE2 (hACE2), предположительно рецепторов, которые позволяют вирусу проникать в клетки. [56] [57]
Возможные проблемы с использованием аденовируса в качестве векторов вакцин включают: организм человека вырабатывает иммунитет к самому вектору, что делает последующие ревакцинации трудными или невозможными. [58] В некоторых случаях у людей уже есть иммунитет к аденовирусам, что делает доставку вектора неэффективной. [59]
Использование вакцин Ad5 для COVID-19 обеспокоило исследователей, у которых был опыт двух неудачных испытаний вакцины Ad5, Phambili и STEP, из-за повышенного риска заражения ВИЧ-1 для необрезанных пациентов мужского пола через незащищенный анальный секс. [60] В то время был сделан вывод, что повышенный риск получения ВИЧ может наблюдаться для любой векторной вакцины на основе Ad5. [61] В октябре 2020 года эти исследователи написали в The Lancet : «На основании этих результатов мы обеспокоены тем, что использование вектора Ad5 для иммунизации против SARS-CoV-2 может аналогичным образом повысить риск приобретения ВИЧ-1 среди мужчин, которым сделана вакцина». [62] [63] Вакцины, использующие другие технологии, не будут затронуты, но Sputnik V , Convidecia и hAd5 от ImmunityBio будут затронуты. [64] Два исследования показали, что Т-клетки CD4 , специфичные к Ad5, более восприимчивы к ВИЧ-инфекции, чем Т-клетки CD4, специфичные к некоторым другим векторам, таким как цитомегаловирус [65] и оспа канареек . [66]
Для сравнения, статья в Science сообщила, что Китай одобрил вакцину от Эболы компании CanSino на основе вектора Ad5. Она была испытана в Сьерра-Леоне , где была высокая распространенность ВИЧ , что делало такие проблемы более вероятными. Генеральный директор CanSino сказал: «Мы ничего не увидели с вакциной от Эболы» и предположил, что восприимчивость к ВИЧ может быть ограничена вакцинами Ad5, которые вырабатывают белки ВИЧ. В исследовании, опубликованном в The Lancet в мае, исследователи компании признали такую возможность, назвали ее «спорной» и заявили, что будут следить за ней в испытаниях кандидата на вакцину от COVID-19 компании . [51] [55] Неизвестно, в какой степени дискриминация ЛГБТ в Сьерра-Леоне могла способствовать сокрытию возможной причинно-следственной связи в испытании вакцины от Эболы; в то время как в испытании Step были задействованы в основном гомосексуальные и бисексуальные мужчины, в испытании Phambili были задействованы в основном гетеросексуальные мужчины и женщины, и все равно была обнаружена очевидная связь. [ необходима цитата ]