Вирус бешенства , научное название Rabies lyssavirus , представляет собой нейротропный вирус , вызывающий бешенство у животных, включая человека. Заражение бешенством может происходить через слюну животных и реже при контакте со слюной человека. Лиссавирус бешенства , как и многие рабдовирусы , имеет чрезвычайно широкий круг хозяев. В дикой природе было обнаружено заражение многих видов млекопитающих, тогда как в лаборатории было обнаружено, что птицы могут быть заражены, а также культуры клеток млекопитающих, птиц, рептилий и насекомых. [2] Бешенство зарегистрировано более чем в 150 странах и на всех континентах, кроме Антарктиды. [3] Основное бремя болезней приходится на Азию и Африку, но за последние 10 лет некоторые случаи были зарегистрированы и в Европе, особенно у вернувшихся путешественников. [4]
Лиссавирус бешенства имеет цилиндрическую морфологию и относится к роду Lyssavirus семейства Rhabdoviridae . Эти вирусы имеют оболочку и одноцепочечный геном РНК с отрицательным смыслом . Генетическая информация упакована в виде рибонуклеопротеинового комплекса, в котором РНК прочно связана с вирусным нуклеопротеином. РНК-геном вируса кодирует пять генов, порядок которых высоко консервативен. Эти гены кодируют нуклеопротеин (N), фосфопротеин (P), матриксный белок (M), гликопротеин (G) и вирусную РНК-полимеразу (L). [5] Полные последовательности генома имеют длину от 11 615 до 11 966 нт. [6]
Все события транскрипции и репликации происходят в цитоплазме внутри специализированной «фабрики вируса», тела Негри (названного в честь Адельчи Негри [7] ). Они имеют диаметр 2–10 мкм и типичны для инфекции бешенства и поэтому используются в качестве определенного гистологического доказательства такой инфекции . [8]
Рабдовирусы обладают спиральной симметрией, поэтому их инфекционные частицы имеют примерно цилиндрическую форму. Для них характерен чрезвычайно широкий спектр хозяев: от растений [ нужна ссылка ] до насекомых [ нужна ссылка ] и млекопитающих; Вирусы, заражающие человека, чаще имеют икосаэдрическую симметрию и принимают форму, приближающуюся к правильным многогранникам .
Геном бешенства кодирует пять белков: нуклеопротеин (N), фосфопротеин (P), матричный белок (M), гликопротеин (G) и полимеразу (L). Все рабдовирусы имеют два основных структурных компонента: спиральное рибонуклеопротеиновое ядро (РНП) и окружающую оболочку. В РНП геномная РНК плотно окружена нуклеопротеином. Два других вирусных белка, фосфопротеин и большой белок (L-белок или полимераза), связаны с РНП. Гликопротеин образует около 400 тримерных шипов, плотно расположенных на поверхности вируса. Белок М связан как с оболочкой, так и с РНП и может быть центральным белком сборки рабдовируса. [9]
Лиссавирус бешенства имеет пулевидную форму длиной около 180 нм и диаметром поперечного сечения около 75 нм. Один конец закруглен или конусный, а другой конец плоский или вогнутый. Оболочка липопротеина несет шишковидные шипы, состоящие из гликопротеина G. Шипы не покрывают плоский конец вириона (вирусной частицы). Под оболочкой находится слой белка мембраны или матрикса (М), который может быть инвагинирован на плоском конце. Ядро вириона состоит из спирально расположенного рибонуклеопротеина . [ нужна цитата ]
Вирион рабдовируса представляет собой оболочку палочковидной или пулевидной структуры, содержащую пять видов белков:
Геномы большинства рабдовирусов содержат пять генов, кодирующих эти белки, [10] [11] : 5, как и в случае Rhabdovirus lyssae . [12]
По оценкам, вирус бешенства вызывает около 55 000 смертей в год во всем мире [13] , а уровень смертности составляет почти 100%. [14] Эта статистика в сочетании с тем фактом, что в настоящее время не существует специфического лечения или противовирусного препарата [13], делает исследование вируса жизненно важным для научного сообщества, чтобы, возможно, снизить текущий уровень смертности. Фосфопротеин и полимераза вируса бешенства являются важными мишенями для противовирусных препаратов и в настоящее время используются для создания вакцины, используемой для домашних и диких животных. Проводится множество исследований, чтобы лучше понять конкретные роли и функции белка LP, поскольку уже есть существенные доказательства того, что он может быть одним из наиболее важных белков, на которые будут нацелены будущие лекарства. [ нужна цитата ]
Геном вируса бешенства кодирует пять белков: фосфопротеин (P), полимераза (L), матричный белок (M), нуклеопротеин (N) и гликопротеин (G). Эти пять белков транскрибируются в мРНК в разных количествах. Чаще всего транскрибируется нуклеопротеин, затем фосфопротеин, затем матриксный белок, затем гликопротеин и, наконец, полимераза. [15] Из этих белков наиболее важными для функций вируса являются белковый комплекс LP. Эти два белка необходимы для производства всех белков, используемых вирусом бешенства, и они взаимодействуют со многими другими белками для выполнения функций, необходимых вирусу для заражения клеток, репликации и выполнения других жизненно важных функций. [14] Когда структура белка LP была проанализирована с помощью UCSF Chimera, было обнаружено, что он содержит две молекулы цинка, а также 2 пятичленных кольца. Вторичные структуры также были проанализированы, и было обнаружено, что существует три различных типа: катушка, спираль и нить.
Фосфопротеин (Р) состоит из 297 аминокислот, [16] имеет общую массу 33 кДа [13] и является антагонистом интерферона I типа. Он находится в вирусном рибонуклеопротеине, состоящем из РНК, окруженной нуклеопротеинами (N), [14] которые образуют кольцевую структуру. [17] Каждый нуклеопротеин окружает девять нуклеотидов РНК [13] , а нуклеопротеины в сочетании с фосфопротеинами важны для инициации синтеза РНК. Фосфопротеин в значительной степени отвечает за предотвращение уничтожения вируса иммунной системой до того, как он сможет закрепиться. Было обнаружено, что он останавливает выработку интерферонов, нарушая регуляторный фактор интерферона-3 (IRF-3) и, следовательно, препятствует нормальной функции интерферонов, что позволяет им продолжать инфицировать хозяина. [18] Фосфопротеин также очень важен для репликации. Он является необходимым кофактором вирусной полимеразы (L), а также шапероном нуклеопротеина (N), который отвечает за инкапсидацию вирусной РНК. [19] Считается, что белок P состоит всего из нескольких повторяющихся единиц.
Полимераза (L) состоит из 2127 аминокислот, [16] имеет общую массу 242 кДа [13] и взаимодействует с фосфопротеином с образованием РНК-зависимого комплекса РНК-полимеразы. L и P связываются друг с другом, и согласно текущим исследованиям, основной сайт связывания L находится где-то в первых 19 остатках белка P. [16] Другое исследование показало, что аминокислотная последовательность с номерами от 1929 до 1933 важна для связывания белка L с белком P. Установлено, что белок L инициирует синтез и работает оптимально, если он работает вместе с белком P. [13] Область от 1900 до 1930, которая содержит часть последовательности, важной для связывания белков L и P, и область от 1870 до 1890 являются гидрофильными областями и также высоко консервативны среди штаммов вируса бешенства. [14] Последовательность 1929–1933 также важна, поскольку она участвует в синтезе РНК вируса и, таким образом, может стать мишенью для новых лекарств. Карбокси-концевой домен L должен присутствовать для того, чтобы L мог связываться с P. Белок L также имеет каталитический центр, тогда как белок P, как полагают, не имеет каталитического центра. [16] Имеются данные о том, что в вирусе бешенства белок L может экспрессироваться, даже если белок P не экспрессируется. Это отличается от многих других родственных вирусов, которые требуют как проявления, так и присутствия. [16] Один из доменов белка L отвечает за ускорение реакции, которая приводит к блокированию РНК и, таким образом, может стать еще одной хорошей мишенью для противовирусного препарата. [20] Нуклеопротеины (N), которые, как упоминалось ранее, помогают белку P, также взаимодействуют с белком L, и это необходимо для инициации. [13] Также было отмечено, что взаимодействие между белком L и белком M имеет важное значение для его функции. Исследования показали, что между двумя белками существуют взаимодействия в отношении баланса транскрипции и трансляции. [14] Полимераза представляет собой фермент и может способствовать инициации, элонгации, кэпированию, метилированию, полиаденилированию [16] и полимеризации РНК. [21]
После связывания с рецептором лиссавирус бешенства проникает в клетки-хозяева по эндосомальному транспортному пути. Внутри эндосомы низкое значение pH вызывает процесс слияния мембран, что позволяет вирусному геному достичь цитозоля . Оба процесса, связывание рецептора и слияние мембран, катализируются гликопротеином G, который играет решающую роль в патогенезе (мутантный вирус без G-белков не может размножаться). [5]
Следующим шагом после его проникновения является транскрипция вирусного генома с помощью PL-полимеразы (P является важным кофактором для L-полимеразы) с целью создания нового вирусного белка. Вирусная полимераза может распознавать только рибонуклеопротеин и не может использовать свободную РНК в качестве матрицы. Транскрипция регулируется цис -действующими последовательностями в геноме вируса и белком М, который не только важен для почкования вируса, но также регулирует долю продукции мРНК для репликации. Позже при инфекции активность полимеразы переключается на репликацию, чтобы произвести полноразмерные копии РНК с положительной цепью. Эти комплементарные РНК используются в качестве матриц для создания новых геномов РНК с отрицательной цепью. Они упаковываются вместе с белком N с образованием рибонуклеопротеина , который затем может образовывать новые вирусы. [8]
В сентябре 1931 года Джозеф Леннокс Паван из Тринидада обнаружил тела Негри в мозгу летучей мыши с необычными привычками. В 1932 году Паван впервые обнаружил, что зараженные летучие мыши-вампиры могут передавать бешенство людям и другим животным. [22] [23] [24]
Из входной раны лиссавирус бешенства быстро распространяется по нервным путям периферической нервной системы . Ретроградный аксональный транспорт лиссавируса бешенства в центральную нервную систему (ЦНС) является ключевым этапом патогенеза при естественной инфекции. Точный молекулярный механизм этого транспорта неизвестен, хотя было показано связывание белка P лиссавируса бешенства с белком легкой цепи динеина DYNLL1 . [25] P также действует как антагонист интерферона , тем самым снижая иммунный ответ хозяина. [ нужна цитата ]
Из ЦНС вирус далее распространяется на другие органы. Слюнные железы, расположенные в тканях рта и щек, получают высокие концентрации вируса, что позволяет ему передаваться дальше за счет слюноотделения. Летальный исход может наступить от двух дней до пяти лет с момента первоначального заражения. [26] Однако это во многом зависит от вида животных, выступающих в качестве резервуара . Большинство инфицированных млекопитающих умирают в течение нескольких недель, в то время как штаммы таких видов, как африканский желтый мангуст ( Cynictis penicillata ), могут бессимптомно переносить инфекцию в течение многих лет. [27]
Первые симптомы бешенства могут быть очень похожи на симптомы гриппа, включая общую слабость или дискомфорт, лихорадку или головную боль. Эти симптомы могут длиться несколько дней. Также может возникнуть дискомфорт, покалывание или зуд в месте укуса, которые в течение нескольких дней прогрессируют до симптомов церебральной дисфункции, тревоги, спутанности сознания и возбуждения. При появлении этих прогрессирующих симптомов заболевание начинает ухудшаться. По мере прогрессирования заболевания у человека может наблюдаться делирий, аномальное поведение, галлюцинации и бессонница. Лиссавирус бешенства также может быть неактивным в организме хозяина и становиться активным через длительный период времени. [28]
Инкубационный период этого вируса в некоторых случаях может длиться от недель до месяцев. Это не зависит от конкретной формы вируса. Столь длительный инкубационный период, скорее всего, обусловлен наличием микроРНК , которые замедляют репликацию вируса в мышцах. Однако когда у пациента начинают проявляться продромальные симптомы (лихорадка, грипп) и желудочно-кишечные симптомы, вирус широко распространился. [29] Продромальные симптомы отмечаются в течение первых 2–10 дней после инкубации и включают лихорадку и усталость. Они также могут поражать дыхательную систему , вызывая боль в горле и кашель, желудочно-кишечную систему, вызывая анорексию, тошноту, рвоту, боль в животе, диарею и центральную нервную систему. Центральная нервная система в некоторых случаях является наиболее распространенной и включает такие симптомы, как головная боль, головокружение, беспокойство, ночные кошмары, депрессия и многое другое. Неврологическая дисфункция начинается, когда центральная нервная система начинает замедляться и не функционировать должным образом. [30]
Геном лиссавируса включает множество вирусов, от вируса бешенства до генетически и антигенетически родственных бешенству вирусов. К таким вирусам относятся вирусы Lagos Bat , Mokola и Duvenhage , а также европейские вирусы летучих мышей. [30] Благодаря другим антигенетическим характеристикам было обнаружено более 350 вирусов бешенства только в Америке. С этими вирусами были связаны четыре филогенетические группы. Кроме того, благодаря этому открытию были обнаружены другие области циркуляции вируса, такие как E. fuscus . [31] Хотя эти вирусы имеют один и тот же геном, исследования перекрестной защиты показывают, что животные, принимавшие лиссавирусную вакцину от традиционного бешенства, не были полностью защищены при воздействии других типов лиссавируса .
Это приводит к различной классификации вирусов бешенства. Фиксированная классификация означает, что вирус был адаптирован путем пассажа на животных или в культуре клеток. Классификация дикого типа, более известного как уличный тип, предполагает, что вирус был адаптирован другими способами, например, через укус. Чтобы дифференцировать варианты уличного бешенства, моноклональные антитела идентифицировали происхождение вируса в резервуарах-хозяевах по всему миру. [32] Это указывает на источники воздействия, даже если укус не был зафиксирован в истории болезни пациента.
При попадании вируса в организм, а также после вакцинации организм вырабатывает вируснейтрализующие антитела, которые связывают и инактивируют вирус. Было показано, что определенные области белка G являются наиболее антигенными, что приводит к выработке вируснейтрализующих антител. Эти антигенные сайты или эпитопы подразделяются на регионы I–IV и минорный сайт а. Предыдущая работа продемонстрировала, что антигенные сайты II и III чаще всего подвергаются воздействию естественных нейтрализующих антител. [33] Кроме того, было продемонстрировано, что моноклональное антитело с нейтрализующей функциональностью нацелено на антигенный участок I. [34] Было показано, что другие белки, такие как нуклеопротеин, не способны вызывать выработку вируснейтрализующих антител. [35] Эпитопы, которые связывают нейтрализующие антитела, являются как линейными, так и конформационными. [36]
Все существующие вирусы бешенства, по-видимому, эволюционировали в течение последних 1500 лет. [37] Существует семь генотипов лиссавируса бешенства . В Евразии случаи заболевания обусловлены тремя из них: генотипом 1 (классическое бешенство) и, в меньшей степени, генотипами 5 и 6 (лиссавирусы европейских летучих мышей типа 1 и -2). [38] Генотип 1 развился в Европе в 17 веке и распространился в Азию, Африку и Америку в результате европейских исследований и колонизации. [ нужна цитата ]
Бешенство летучих мышей в Северной Америке, по-видимому, наблюдалось с 1281 года нашей эры (95% доверительный интервал : 906–1577 годы нашей эры). [39]
Вирус бешенства, по-видимому, претерпел эволюционный сдвиг в хозяевах от рукокрылых ( летучих мышей ) к виду хищных животных (т.е. еноту или скунсу ) в результате гомологичной рекомбинации , произошедшей сотни лет назад. [40] Это событие рекомбинации изменило ген, который кодирует вирусный гликопротеин , необходимый для распознавания и связывания рецептора.
Лиссавирус бешенства используется в исследованиях по отслеживанию вирусных нейронов для установления синаптических связей и направленности синаптической передачи. [41]
Интересно, что вакцина против вируса бешенства, созданная с использованием комплекса SAD-B19, включающего белок LP, была использована при создании вакцины против SARS-CoV-2. Белок S1 из SARS-CoV-2 был встроен в вектор вакцины против бешенства, чтобы создать новую вакцину, которая, как было показано, эффективна в защите от COVID-19. Вирус бешенства также использовался для создания вакцины против Эболы под названием FiloRab1, и было обнаружено, что она на 100% эффективна для нечеловекообразных приматов. [42]
Вирус бешенства Вирус бешенства лиссавирус бешенства (RABV) [M13215]