Антигенный шифт характерен для вируса гриппа типа. Антигенная структура

Р. Г. ВЕБСТЕР и У. Г. ЛЕИВЕР i(R. G. WEBSTER and W. G. LAYER)

I. ВВЕДЕНИЕ

Вирус гриппа типа А1 является уникальным среди "возбудителей инфекционных заболеваний человека вследствие своей способности столь сильно изменять собственную антигенную структуру, что специфический иммунитет, приобретенный в ответ «а заражение одним штаммом, очень слабо либо совсем не защищает от следующего появившегося вируса. В связи с такой изменчивостью вируса грипп продолжает оставаться одним из основных эпидемических заболеваний человека.

У вирусов гриппа были обнаружены два типа антигенной изменчивости: антигенный дрейф (Burnet, 1955) и значительный антигенный сдвиг. Для антигенного дрейфа характерны относительно небольшие изменения, возникающие в основном внутри некоторого семейства штаммов, каждый из.которых легко может быть соотнесен со всеми остальными штаммами этого семейства в отношении как внутренних, так и.поверхностных антигенов. Среди штаммов вируса гриппа А, заражающих человека, каждый последующий вариант заменяет предыдущий. Это происходит, возможно, благодаря избирательному преимуществу, которым обладают новые антигенные варианты, в преодолении иммунологических барьеров хозяина. Антигенный дрейф свойствен вирусам гриппа не только А, яо и В.

Второй вид антигенной изменчивости, который был описан только для вируса А, включает более неожиданные и драматические изменения. Их называют значительными антигенными сдвигами2. Эти сдвиги возникают с интервалом в 10- 15 лет (см. гл. 15) и отмечены появлением антигенно «новых» вирусов, иммунитета к которым популяция не имеет, и это именно те "вирусы, которые вызывают значительные пандемии гриппа.

Эти «новые» вирусы обладают субъединицами НА1 и NA, полностью отличающимися ют тех, которые циркулировали среди людей до появления нового вируса. Значительный сдвиг может происходить в одном или сразу в обоих поверхностных антигенах; были описаны две пандемии гриппа, вызванные вирусами, относящимися к каждой из этих двух категорий, (см. гл. 15).

Грипп является также естественной инфекцией некоторых животных я птиц. Вирусы, пака исключительно типа А, были выделены от свиней, лошадей и множества птиц, включая кур, уток, индеек, перепелов, фазанов и крачек (McQueen et al., 1968; Pereira, 1969; World Health Organization, 1972). Раньше считали, что поверхность частицы вируса гриппа состоит из мозаики антигенов, входящих в состав всех штаммов данного типа, и что антигенная изменчивость является результатом перемещения этих антигенов из выступающего положения в скрытое и наоборот. Позже предполагался другой механизм антигенного дрейфа. В настоящее время считают, что в аминокислотах, составляющих антигенные детерминанты субъединиц НА и NA, постоянно происходят изменения. Они являются результатом отбора мутантов, которые проявляют изменения в последовательности аминокислот по-лииелтидов субъединиц, вызываемые в свою очередь мутацией вирусной РНК-Значительные антигенные сдвиги, в результате которых возникают «новые» вирусы, обусловлены, вероятно, другим механизмом. Гемагтлютинирующая и нейраминидазная субъединицы этих «новых» вирусов в антигенном отношении полностью отличаются от субъединиц вирусов, циркулировавших среди людей до появления новых штаммов. Мы думаем, что «новый» вирус не является результатом мутации предшествующего вируса гриппа человека, а возникает вследствие генетической рекомбинации.между вирусом человека и одним из многих штаммов вируса гриппа А, естественными.хозяевами которых являются животные или ттицы. Возникнув, «новый» вирус замещает «старый», который полностью исчезает из популяции человека.

Значительных антигенных сдвигов у вирусов -гриппа В до сих пор не выявлено. Pereira (1969) предположил, что отсутствие значительных антигенных сдвигов в вирусах гриппа В мажет быть следствием отсутствия таких вирусов гриппа среди низших животных и птиц.

Антигенная изменчивость включает только субъединицы НА и NA; внутренние белки вируса (нуклеоиротеиновый антиген и матриксный или мембранный М-белок) в значительной степени постоянны. Из двух поверхностных антигенов более важным является НА, так как антитела к этому антигену нейтрализуют инфекционность вируса.

II. ГРИПП В ИСТОРИЧЕСКОМ АСПЕКТЕ (см. также гл. 15)

А. ДОКАЗАТЕЛЬСТВА АНТИГЕННЫХ ИЗМЕНЕНИЙ

Заболевание, подобное гриппу, часто регистрировалось в прошедшие века (Hirsch, 1883); болезнь возникала либо в форме пандемий, охватывая очень большую часть населения и распространяясь почти по всему миру, либо представляла собой локальные вспышки. До 1933 г., когда вирус гриппа впервые был выделен (от человека. Прим. ред.)1, нельзя было с уверенностью сказать, действительна ли данная пандемия вызывалась вирусом гриппа. Однако характерные черты эпидемий, описанных в исторических документах, свидетельствуют о том, что эти эпидемии вполне могли быть вызваны вирусами гриппа. Хотя характерные для гриппа симптомы могут иметь и другие инфекционные заболевания, только грипп вызывает внезапные эпидемии, которые продолжаются несколько недель и так же внезапно исчезают ("Burnet, White, 1972). Серологические исследования, проведенные на- пожи-"лых людях, также свидетельствуют о предыдущих эпидемиях гриппа, происходивших в не столь отдаленные времена (Mulder, Mazurel, 1958).

Самая ранняя из известных эпидемий гриппа была зарегистрирована в Германии в 1170 г. (Hirsch, 1883), а из других исторических источников можно составить достаточно полный перечень эпидемий в Европе, начиная с 1500 г. Здесь будет упомянуто лишь о наиболее жестких эпидемиях. Более подробные сведения можно найти в работах Hirsch (1883), Creighton (1891, 1894), Burnet и Clarke (1942) и Burnet и White (1972).

Эпидемия 1781-1782 гг. началась в Азии в 1781 г., а затем к началу 1782 г. распространилась через Россию в Европу. Эта эпидемия вызвала относительно мало смертных случаев, но ее особенность состояла:в том, что болезнь чаще поражала людей среднего возраста, чем детей и пожилых. Довольно жестокие эпидемии возникали также в 1803, 1833, 1837 и 1847 гг. Эпидемия 1847-1848 гг. началась в Восточной России в марте 1-847 г. и достигла Европы и Англии зимой 1847-1848 гг. Эта эпидемия -вызвала много смертных случаев, особенно среди пожилых людей.

Пандемия 1889 г. также пришла в Европу из России, достигнув Англии и Америки в начале 1890 г. Болезнь распространялась со скоростью передвижения путешественников. После появления вируса в 1889 г. в каждом из последующих годов имели место еще четыре инфекционные волны. Вторая и третья вспышки вызвали много смертных случаев, особенно среди детей и стариков. Серологические (Mulder, Mazurel, 1958) и другие исследования (Pereira, 1969) предполагают, что в те времена присутствовали вирусы, родственные вирусам гриппа Азия, Гонконг и 2-го лошадиного серотипа.

Наиболее жестокая пандемия гриппа отмечалась в 1918- 1919 гг. Место возникновения этой пандемии точно не известно, но Burnet и Clarke (1942) считают, что вирус мог развиваться независимо в Азии и в Европе или мог быть завезен в Европу (Китайскими рабочими. Пандемия протекала волнами и унесла в среднем от 20 до 50 млн. "человеческих жизней, преимущественно молодых людей. Вероятно, пандемия 1918-1919 гг. была обусловлена штаммом вируса гриппа А, родственным вирусу гриппа свиней. Впервые это предположили Laidlaw (1935) и Shope (1936), но возможно, что этот вирус был перенесен от человека свиньям, а не в обратном направлении. Интенсивные исследования снижения с возрастом антител к вирусу гриппа свиней в сыворотках людей, проведенные Davenport и еоавт. (1953-1964), Hennessy и соавт. (1965), дают основания полагать, что вирус, вызвавший эпидемию 1918-1919 1пг., серологически родствен вирусу гриппа свиней.

Большое число смертных случаев заставило Burnet и Clarke (1942) предположить, что этот вирус, возможно, обладал необычной вирулентностью. По мнению других исследователей (Zhdanov et al., 1958; Kilbourne, 1960), причинами высокой смертности от вторичных "бактериальных инфекций могли быть условия войны и отсутствие антибиотиков. Кажется вероятным, однако, что некоторые мутанты вируса обладали высокой вирулентностью, ибо вирус пандемии 1781 «г., который также поражал молодых людей, не вызывал такой высокой смертности.

Б. АНТИГЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ВИРУСА В ПЕРИОД ПОСЛЕ 1933 г.

После идентификации первого вируса гриппа, который был обозначен как H0N1 (World Health Organization, 1971), антигенные сдвиги происходили в 1947 г., когда появился вирус H1N1 (например, A/FM/1/47), в 1957 г., когда появились вирусы H2N2 (например, А/Сингапур/1/57), и в 1968 г., когда появился вирус Гонконг (А/Гонконг/1/68). Антигенный сдвиг в 1947 г. состоял в изменении гемагглютинирующего антигена (от H0N1 к H1N1"); в 1957 г. и НА и NA в антигенном отношении полностью отличались от антигенов вирусов предыдущих лет (от H1N1 к H2N2), а в 1968 г. вариант Гонконг проявил значительное антигенное отличие по НА (от H2N2 к H3N2).

Азиатский штамм вируса гриппа (H2N2), который впервые появился в одной из провинций Китая в 1957 г., содержал субъединицы НА и NA, которые полностью отличались в антигенном отношении от субъединиц H0N1 и H1N1 вирусов гриппа, ранее циркулировавших среди людей. Этот штамм вируса гриппа вызвал небывалую в истории пандемию (Burnet, White, 1972), но число смертных случаев было невелико. Следующая и пока последняя пандемия гриппа была вызвана вирусом А/Гонконг/68, у.которого субъединицы NA были подобны таковым «старого» азиатского вируса А2, а субъединицы НА имели полное антигенное отличие от таковых «старого» азиатского штамма (Coleman et al., 1968; Schulman, Kilbourne, 1969; Webster, Laver, 1972).

В. ОБЩИЕ СВОЙСТВА ПРЕДЫДУЩИХ ПАНДЕМИЙ

Пандемический характер гриппа у людей указывает на то, что через неравные промежутки времени человечество поражается вирусам, обладающим новыми антигенными детерминантами. Приведенная выше информация указывает на то, что эти пандемии часто возникают в Юго-Восточной Азии и распространяются со скоростью передвижения путешественников. Большинство пандемий вызывало повышенную смертность среди детей и стариков, но по крайней мере две пандемии (1781 и 1918 гг.) вызывали повышенную смертность среди молодых людей.

III. СВОЙСТВА ГЕНОМА ВИРУСА ГРИППА

Вирус гриппа обладает фрагментированным геномом, состоящим по меньшей мере из семи фрагментов одноцепочеч-ной РНК- Такая фрагментация позволяет геному "перегруппировываться («рекомбинация») в процессе смешанных инфекций различными штаммами (см. гл. 7) и может иметь основополагающее значение для антигенной изменчивости вируса гриппа. После смешанного заражения клеток двумя различными вирусами гриппа А с высокой частотой образуются вирусные рекомбинанты. Высокая частота рекомбинаций между вирусами гриппа А впервые была продемонстрирована Burnet (Burnet, Lind, 1949, 1951) и многократно подтверждена другими работающими в этой области исследователями (Hirst, Gotlieb, 1953, 1955; Simpson, Hirst, 1961; Simpson, 1964; Sugiura, Kilbourne, 1966). Было обнаружено, что частота рекомбинаций может доходить до 97%.

Высокая частота рекомбинаций между вирусами гриппа ■позволяет довольно лето образовываться антиген-но гибридным вирусам в ходе смешанной инфекции в опытах как in vitro, так и in vivo. Впервые биохимическое подтверждение этого дали Laver и Kilbourne (1966), которые обнаружили, что генетически стабильный рекомбинантный вирус Х7, выделенный из клеток, смешанно инфицированных штамсиами вируса гриппа NW-S (H0N1) и RI/5+ (H2N2), обладает субъединицами НА вируса H0N1, а субъединицами NA вируса H2N2. Впоследствии было выделено много других таких рекомби-нантных вирусов гриппа А, и фактически их.можно создать «в нужном порядке» (Webster, 1970) (см. также 39). Образование новых штаммов гриппа путем рекомбинации между.вирусами животных (или птиц) и человека обсуждаются в разделе VII. Были получены данные, свидетельствующие о том, что штаммы вирусов, которые вызывают пандемии гриппа, могут возникать таким путем и в природе. Рекомбинации между вирусами гриппа В тоже возможны (Perry, Burner, 1953; Perry et al., 1954; Ledinko, 1955; Tobita, Kilbourne, 1974), но никогда еще не было обнаружено рекомбинации между вирусами -гриппа типов А и В.

IV. СУБЪЕДИНИЦЫ ГЕМАГГЛЮТИНИНА

И НЕЙРАМИНИДАЗЫ КАК ВЫСОКОИЗМЕНЧИВЫЕ

АНТИГЕНЫ

Гемаггл-ютинирующая и нейраминидазная активности вируса гриппа ассоциированы с различными субъединицами (Laver, Valentine, 1969; Laver, 1973), образующими слой «шипов» на поверхности вирусных частиц (32).

Гемагглютииин является основным поверхностным антигеном. Он ответствен за взаимодействие вируса с поверхностью клетки и за индукцию нейтрализующих антител. Изменчивость гемагглютинирующего антигена способствует появлению новых зпидамий гриппа.

Фермент NA является вторым вирусспеци-фическим поверхностным антигеном частицы вируса "гриппа. В антигенном отношении NA полностью отличается от НА (Seto, Rott, 1966; Webster, Laver, 1967). Антитела ж NA не нейтрализуют инфекционности вируса (кроме очень высоких концентраций) , но они сильно замедляют освобождение вируса из инфицированных клеток (Seto, Rott, 1966; Webster, Laver, 1967; Kilbourne et al., 1968; Becht et al., 1971; Dowdle et al., 1974), и эти антитела могут играть важную роль в снижении репликации вируса in vivo и в предотвращении распространения

инфекции (Schulman et al., 1968). Обычная изменчивость присуща и NA, то вариации этого антигена, возможно, менее существенны для эпидемиологии гриппа.

Гемагглютинирующие субъединицы представляют собой гликопротеиновые палочкообразные структуры, треугольные в сечении с относительной молекулярной массой около 215 000 (33). Они «моновалентны» и (взаимодействуют с

рецепторами клетки только одним концам (Laver, Valentine, 1969). Изолированные субъединицы - высокоиммуногенны при введении животным в присутствии адъюванта. Каждая вирусная частица содержит приблизительно 400 субъедшшц НА (Tiffany Blough, 1970; Schulze, 1973; Layer, 1973).

Субъединицы НА состоят из двух полилептидов с относительной молекулярной массой около 25 000 и 55 000 (Сот-pans et al., 1970; Schulze, 1970; Laver, 1971; Skehel, Schild, 1971; Stanley, Haslam, 1971; Skehel, 1971, 1972; Klenk et al., 1972). Их обозначают как тяжелый и легкий шолипептиды НА1 и НА2. Oi6e эти цепи синтезируются в "виде одного тюли-пелтида-предшествеН"Ника с молекулярной массой около 80 000, который в ряде.клеток расщепляется на легкий и тяжелый полипептиды (Lazarowitz et al., 1971, 1973; Skehel, 1972; Klenk et al., 1972). В интактных субъединицах тяжелая и легкая цепи соединены дисульфидными связями, обр-азуя димер, а каждая субъединица НА состоит из двух или трех таких димеров (Laver, 1971).

Субъед"иницы НА имеют гидрофобный и гидрофильный жонцы (34). Гидрофильный конец ответствен за биологическую активность субъединицы, тогда как гидрофобный конец осуществляет связь с липидами вирусной оболочки. Гид-рофо;бные свойства субъединицы связаны, по-видимому, с С-концом лепкой полипептидной цепи (НА2) (Skehel, Wa-terfield, 1975) (ом. гл. 3).

Нейраминидазная субъединица представляет собой сглико-протеиновую структуру с относительной молекулярной массой около 240 000. Она состоит из квадратных, имеющих форму коробочек, головок размером 8-8-4 ям, IK центру которых прикреплена нить с диффузным хвостом или с небольшой головкой на конце (,35) (Laver, Valentine, 1969; Wrigley et al., 1973). Выделенные субъединицы обладают полной ферментативной активностью и высокоиммуногенны при введении животным с адъювантом. Каждая вирусная частица содержит примерно 80 субъединиц NA (Schulze, 1973; Laver, 1973). Однако количество субъединиц NA в вирусной частице может варьировать в зависимости от штамма (Webster et al., 1968; Webster, Laver, 1972; Palese, Schulman, 1974), а также от вида «летки-хозяина, на которой выращивали вирус

Субъединицы NA состоят из четырех тликозилиро-ванных лолипептидов с относительной молекулярной массой около 60 000, связанных друг с другом дисульфидными связями, локализованными в нити или в ее хвосте (см. также гл. 4). У "большинства штаммов эти 4 полипептида, гао-видимому, идентичны. Однако у некоторых штаммов NA, (возможно, состоит из двух типов полипептидов, слегка различающихся по размерам (Webster, 1970a; Skehel, Schield, 1971; Bucher, Kil-bourne, 1972; Laver, Baker, 1972; Lazdins et al., 1972; Downie, Laver, 1973; Wrigley et al., 1973).

Активный центр фермента и антигенные детерминанты локализованы в различных областях головки субъединицы NA (Ada et al., 1963; Fazekas de St. Groth, 1963), причем эти головки обладают гидрофильными свойствами. «Хвост» NA гидрофобен и служит для присоединения субъединицы к ли-пидной оболочке вируса (Laver, Valentine, 1969) (см. " 29).

А. ВЫДЕЛЕНИЕ И ОТДЕЛЕНИЕ ДРУГ ОТ ДРУГА СУБЪЕДИНИЦ НА И NA

Для некоторых штаммов вируса гриппа чистые, интактные субъединицы НА и NA могут быть получены методом электрофореза на полосках ацетатцеллюлозы после разрушения вирусных частиц с помощью SDS (Laver, 1964, 1971; Laver, Valentine, 1969; Downie, 1973). Успех выделения любой из этих субъединиц с помощью данной методики зависит от устойчивости их к денатурации SDS при комнатной температуре. По этому критерию вирусы гриппа могут быть разделены на четыре группы.

1. Вирусы с субъединицами НА, устойчивыми к денатура

ции SDS. При разрушении вирусов этого типа SDS и элек

трофорезе на полосках ацетатцеллюлозы.все вирусные белки,

«роме субъединиц НА, мигрируют как анионы. Гемагглюти-

нин, мигрирующий как катион, может быть выделен в чистом

виде с полным восстановлением биологической активности

при условиях, не разрушающих ковалентных связей [напри

мер: A/Bel/42 (H0N1)].

2. Вирусы с субъединицами NA, устойчивыми « денатура

ции SDS. Чистые, активные субъединицы NA могут быть вы

делены из этих вирусов методом, описанным выше (напри

мер: B/LEE/40).

3. Вирусы, у которых ни НА, ни NA не устойчивы к дена

турации SDS. В этом случае все вирусные белки.мигрируют

как анионы и ни одна из поверхностных субъединиц не мо

жет быть выделена описанными методами [например:

A/NWS/33 (H0N1)].

4. Вирусы, у которых субъединицы как НА, так и NA

устойчивы к денатурации SDS. Для этих вирусов обе субъ

единицы в процессе электрофореза -мигрируют как катионы

и не могут быть разделены таким способом [например:

А/Сингапур? 1/57 (H2N2)].

Субъединицы НА и NA последней группы вирусов могут быть выделены, как показано на 36. Был выделен птичий вирус гриппа (А/буревестник/Австралия/1/72(Нау6Мау5), который имел стабильные к SDSHAHNA (Downie, Laver, 1973). В процессе электрофореза на ацетатцеллюлозе они двигались вместе как катионы (см. 31, вверху) и не могли быть разделены таким способом. В связи с этим два вида этих субъединиц разделили генетически с помощью рекомбинации (Webster, 1970b). Для получения рекомбинантов были выбраны родительские вирусы с субъединицами НА или NA, чувствительными к денатурации SDS. SDS-стабильные субъединицы НА и NA птичьего вируса были затем выделены из разрушенных с помощью SDS рекомбинантных вирусных частиц путем электрофореза на полосках ацетатцеллюлозы (ем. 31, IB середине и внизу). Таким образам можно получить чистые субъединицы, необходимые для химического анализа и приготовления «моноспецифических» антисывороток.

Субъединицы НА и NA могут (быть также выделены из определенных штаммов вируса гриппа путем обработки вирусных частиц шротеолитическими ферментами (Noll et al., 1962; Seto et al., 1966; Compans et al., 1970; Brand, Skehel, 1972; Wrigley et al., 1973). При таком способе отделение поверхностных субъединиц от вирусных частиц происходит, -по-видимому, в результате переваривания гидрофобных (концов полипентидной цепи, которые ответственны за присоединение субъединиц к липидному слою вирусной оболочки. Однако при этом должно происходить также частичное переваривание других областей субъединицы НА, вследствие чего нарушается гемагглютинирующая активность и теряются некоторые антигенные детерминанты.

Б. РАЗДЕЛЕНИЕ ПОЛИПЕПТИДОВ ГЕМАГГЛЮТИНИНА (НА1 И НА2)

Легкая и тяжелая цепи гемагглютинирующих субъединиц могут быть разделены методом электрофореза в SDS-поли-акриламидном теле. Однако для препаративных целей наилучшее разделение достигается при центрифугировании в градиенте плотности гуанидина гидрохлорида - дитиотриэтола (Laver, 1971), проводимом в условиях, в которых разрываются дисульфидные связи, или путем тель-фильтрации в растворе гуанидина гидрохлорида - дитиотриэтола (Webster, 1970а). В основе такого разделения лежит, по-видимому, значительная.гидрофобность легкой полипептидной цепи. В процессе центрифугирования в концентрированном растворе гуанидина гидрохлорида - дитиотриэтола этот легкий полипептид еедиментирует «быстрее, чем тяжелая цепь, а при гель-фильтрации легкая цепь выходит первой, по-видимому, из-за того, что даже в такой сильно диссоциирующей среде легкая цепь не существует iB виде мономера.

Эти замечания относятся только ж "Субъединицам НА, полученного из вируса, выращенного на клетках, в которых происходит полное протеолитическое расщепление предшеет-

вующего полипептида НА на НАЛ и НА2. Более того, тяжелый и легкий полипептиды (НА1 и НА2) субъединиц НА, получаемых путем протеолитичеокого переваривания, не могут быть разделены таким образам, возможно, из-за того, что при переваривании разрушаются "Гидрофобные области легкой цепи (Skehel, Laver, неопубликованные данные).

В. СВОЙСТВА НА1 И НА2

Легкие и тяжелые полипептидные цепи вируса гриппа А, штамм BEL (H0N1), имели сходный состав полипептидов, за исключением того, что тяжелый полипештид содержал значительно больше пролина, чем легкая цепь (Laver, Raker, 1972). Однако пептидные карты продуктов триптического расщепления этих двух цепей были совершенно различными, что свидетельствует о различной последовательности аминокислот в этих цепях (Laver, 1971). Обе полипелтидные цепи содержат углеводы, но анализ глюкозамина дает основания полагать, что тяжелый полипептид содержит гораздо больше углеводов, чем легкая цепь. Было обнаружено, что тяжелая цепь содержит 9,4% N-ацетилглюкозамина, так же как и нейтральных Сахаров; таким образом, она, вероятно, содержит около 20% углеводов.

Г. КОЛИЧЕСТВО РАЗЛИЧНЫХ ВИРУ СПЕЦИФИЧЕСКИХ

АНТИГЕННЫХ ДЕТЕРМИНАНТ НА ПОВЕРХНОСТИ

СУБЪЕДИНИЦ НА

Количество различных вирусспецифичееких антигенных

детерминант на гемалглютинирующих субъединицах вируса

гриппа неизвестно (на поверхности гемагглютинирующих

субъединиц существуют также детерминанты, специфические

к клетке-хозяину). Проведенные недавно опыты показали,

однако, что гемагглютинирующие субъединицы штамма Гон

конг (H3N2) вируса гриппа человека обладают по меньшей

мере двумя, а возможно, и более различными вирусспецифи-

ческими антигенными детерминантами (Laver et al., 1974).

Это было продемонстрировано следующим образом: гемагглю

тинирующие субъединицы были получены из вируса гриппа

Гонконг (А/Гонконг/68, H3N2) и его антигенного варианта

А/Мемфис/102/72, который возник в результате антигенного

дрейфа. Тесты на иммунодиффузию показали, что субъеди

ницы вируса Гонконг/68 обладают по крайней.мере двумя

различными видами антигенных детерминант, тогда как ва

риант 1972 г. несет на себе, по-видимому, ;не менее трех раз

личных детерминант (37).

Гемагглютинирующие субъединицы вирусов А/Гонконг/68 и А/Мемфис/102/72 имели одну общую детерминанту. Антитела ж этой детерминанте давали "перекрестные реакции с обоими вирусами в тестах на иммунодиффузию, торможение гем-агглютинации и нейтрализации. Антитела к другим детерминантам не показали сколько-нибудь заметных серологических перекрестных реакций между вирусами Гонконг/68 и Мемфис/72. Таким образом, очевидно, что в процессе анти-

генного дрейфа вирус гриппа Гонконг претерпел значительные изменения в одной из своих «специфичных» детерминант. Данные Laver и соавт. (1974) (предполагают, что различные антигенные детерминанты локализованы на одной и той же субъединице НА и что вирусные частицы не обладают смесью антигенно различающихся субъединиц.

Д. ЛОКАЛИЗАЦИЯ АНТИГЕНА КЛЕТКИ-ХОЗЯИНА

Хотя первые описания антигена клетки-хозяина в вирусе гриппа "(Knight, 1944, 1946) "были встречены с некоторым скептицизмом, \в настоящее время их существование установлено твердо1. Наличие таких антигенов было выявлено рядом серологических методов, включающих реакции преципитации (Knight, 1944), иммунодиффузии (Howe et al., 1967), связывания комплемента (Smith et al., 1955), торможения гематглютинации (Knight, 1944; Harboe et al., 1961; Harboe, 1963a) и методом блокирования торможения гемагглютина-ции (Harboe, 1963b; Laver, Webster, 1966). Антиген клетки-хозяина состоит главным образам из углеводов и жовалентно связан с иолипептидами субъедиииц НА и NA. Связей антигена (и углеводов) "клежи-хозяина с внутренними белками вирусной частицы обнаружено не было.

Одной из загадочных черт хозяйского антигена вирусов гриппа является то, что он выявляется в вирусах, выращенных в полости аллантоиса эмбрионов кур или индеек (Harboe, 1963а), но не в вирусах, выращенных, например, в полости" аллантоиса утиных эмбрионов, в легких мышей или в ■различных культурах клеток. Вирусы, выращенные на этих клетках, совсем не ингибировались в реакции торможения темагглютинации антисыворотками, полученными против экстрактов из.незараженных «леток-хозяев. Вероятно, это происходит из-за того, что вирус, выращенный в этих клетках, "Содержит углеводы "клетии-хозяина, но яо некоторым причинам они либо «е обладают антигенными свойствами, либо антитела, направленные против них, не ингибируют гем-агглютинацию.

Е. РОЛЬ АНТИГЕНА КЛЕТКИ-ХОЗЯИНА

Углеводный компонент может играть очень важную роль в сборке вирусной оболочки. Изолированные субъединицы NA ■и НА в отсутствие SDS агрегируют. Это дает основание полагать, что данные субъединицы обладают как гидрофобными, так и гидрофильными концами (Laver, Valentine, 1969) и, шозможно, углеводный компонент клетки-хозяина и обусловливает гидрофобвость одного конца еубъединиц НА и NA.

Ж. АНТИГЕННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ СУБЪЕДИНИЦ

ГЕМАГГЛЮТИНИНА И НЕЙРАМИНИДАЗЫ, ВЫЯВЛЯЕМАЯ

МОНОСПЕЦИФИЧЕСКИМИ АНТИСЫВОРОТКАМИ

До "недавнего времени считалось, что V-антиген, или обо-лочжа частицы вируса гриппа, "представляет собой нечто неделимое, но это не так. Сейчас известно, что V-антиген состоит ИЗ НА, NA и вирусного антигена клетки-хозяина. Ни в одной из ранее опубликованных работ но антигенным взаимоотношениям между вирусами гриппа это <не принималось во внимание, <в результате чего уровни реакций перекреста ■между данными вирусами зависели от используемых тестов. Так, широко используемая штаммоспецифическая реакция связывания комплемента выявляла перекрестные реакции окзк между нейраминидазными, так и между гемагглютипи-рующими антигенами, :в то время как реакция перекреста между нейраминидазным"и антигенами может выявляться также и в РТГА. Это происходит потому, что в интактном вирусе может возникать «стерическая нейтрализация» нейр-аминидазной активности антителами к гемагглютинину и наоборот (Laver, Kilbourne, 1966; Schulman, Kilbourne, 1969; Easterday et al., 1969; Webster, Darlington, 1969).

Антигенный дрейф отдельных антигенов вируса гриппа может быть изучен после отделения этих антигенов от вирусной частицы (Webster, Darlington, 1969) или путем "генетического разделения этих антигенов (Kilbourne et al., 1967). Таким образом, теперь при использовании моноспецифических антисыворотож « этим двум антигенам "возможно проведение детальных серологических исследований антигенного дрейфа индивидуальных антигенов вируса гриппа.

V. МЕХАНИЗМ АНТИГЕННОГО ДРЕЙФА

(НЕЗНАЧИТЕЛЬНЫХ АНТИГЕННЫХ

ИЗМЕНЕНИИ)

А. ВВЕДЕНИЕ

Два различных проявления антигенной изменчивости, наблюдаемые среди вирусов гриппа А, а именно: внезапное появление новых антигенных подтипов и -постепенный дрейф в пределах одного подтипа, вероятно, не связаны друг с другом.

Общепринято, что дрейф-"последовательное замещение вирусов гриппа А антигенно новыми штаммами - это резуль

тат взаимодействия мутационной изменчивости вируса и иммунологической селекции

Важность этого механизма селекции подтверждается экспериментальным получением антигенных вариантов путем размножения вирусов гриппа в присутствии небольших "количеств антисыазоротаи (Burnet, Lind, 1949; Archetti, Hors-fall, 1950; Isaacs, Edney, 1950; Edney, 1957; Laver, Webster, 1968) или в частично иммунных животных (Gerber et al.,

1955, 1956; Magill, 1955; Hamre et al., 1958). Эпидемиологиче

ские наблюдения также согласуются с таким механизмом, ко

торый предлагает разумное объяснение исчезновения уста

ревших штаммов из популяции людей.

Для объяснения механизма антигенного дрейфа было выдвинуто несколько гипотез. Одна из них (Francis, 1952, 1955, 1960; Jensen et al., 1956; Jensen, 1957) предполагает, что поверхность вируса гриппа состоит из мозаики антигенов, принадлежащих всем штаммам данного типа, но присутствующих в отдельных антигенных штаммах в различных пропорциях или в разных местах. Антигенная изменчивость должна быть следствием смещения данных антигенов на вирусной оболочке из выступающего в "Скрытое положение. Согласно другой гипотезе (Hilleman, 1952; Magil, Jotz, 1952; Andrewes,

1956, 1957; Takatsy, Furesz, 1957), антигены постепенно за

мещаются в ходе изменчивости. Обе эти гипотезы требуют

существования относительно большого количества антиген

но различающихся белковых молекул на поверхности ви

Jensen и соавт. (1956) установили, что в каждом из многих штаммов в обширной коллекции вирусов гриппа А, доступных для исследований в 1953 г., количество антигенов, присутствующих в разных (количествах и (или) местах, доходило до 18. Распространение этих данных на множество новых вариантов, обнаруженных с тех пор, должно, по-видимому, привести |к "предположению даже большего числа антигенов в каждом вирусе, особенно если принимается, и, по-видимо-

му, логично, что штаммы, выделяемые у людей, свиней, лошадей и птиц, являются частями одного и того же комплекса.

Существование такого "большого количества отдельных белковых молекул в вирусах гриппа невозможно увязать с кодирующей емкостью вирусной РНК (Laver, 1964). Кроме того, электронно-микроскопические (Lafferty, Oertelis, 1963), иммуиохимичеокие (Fazekas de St. Groth, 1961, 1962; Fazekas de St. Groth, Webster, 1963, 1964) и "биохимические (Laver, 1964) данные более согласуются с присутствием на вирусной оболочке очень ограниченного числа антигенно различимых белковых молекул.

На основании недавно проведенных опытов -предполагают, что антигенный дрейф является результатом селекции иммунной популяции мутантных вирусных частиц с "измененными антигенными детерминантами, а следовательно, и с преимуществами в росте в присутствии антител (табл. 26). Более того, было «оказано, что имеются изменения в последовательности аминокислот аз полипептидах гемагтлю-тинирующих единиц антигенных мутантов, выделенных путам селекции антителами в системе in vitro (Laver, Webster, 1968) (рис 38).

Пептидные карты выявили, что во время естественного антигенного дрейфа также имеют место изменения в последовательности аминокислот как легкой, так и тяжелой полипел-тидных цепей (39).

Эти результаты предполагают, что антигенные вариации среди вирусов гриппа связаны с изменениями последовательности аминокислот их антигенных белков. Хотя некоторые из изменений в последовательности могут быть случайными, оказывающими небольшое или не оказывающими совсем влияния на антигенные детерминанты, вероятно, некоторые из этих изменений затрагивают антигенные детерминанты

субъединиц НА, делая их менее способными строго «подгоняться» к соответствующим молекулам антител. В эксперименте, однако, не показано, существуют ли эти изменения именно в антигенных детерминантах вирусных "белков или в некоторых других областях молекулы.

Вирусы гриппа в РТГА проявляют асимметричные реакции перекреста. Fazekas de St.-Groth (1970) назвал вирусы,

которые ведут себя подобным образом, «старшими» и «младшими» штаммами. Более того, он "Предположил (Fazekas de St. Groth, 1970), что в процессе естественного антигенного дрейфа «старшие» вирусы гриппа замещают «младшие» штаммы. Последнее предположение "подтверждается лишь очень "немногочисленными данными.

Б. МОЖНО ЛИ ПРЕДВИДЕТЬ НАПРАВЛЕНИЕ ДРЕЙФА"

Способность вируса гриппа к антигенным изменениям остается основной проблемой. Каждый новый вариант должен быть выделен и идентифицирован, прежде чем начнется производство вакцины, поэтому.каждый новый вариант способен инфицировать большое число людей, прежде чем его можно "будет.контролировать с помощью вакцин.

В связи с этим были сделаны попытки предсказать антигенный дрейф в лаборатории, однако не совсем успешно. Hannoun и Fazekas de St. Groth в Институте Пастера в (Париже пассировали штамм А/Гон.конг/68 (H3N2) в присутствии небольших концентраций антисыворотки. После нескольких таких циклов роста был получен (вариант, который "более не (подвергался антигенным мутациям в данных условиях экспериментов. Этот вариант, как предположили авторы, представлял собой конечную точку эволюции в пределах се-ротипа НЗ, и.был, таким образом, вирусом, появления (которого можно:было ожидать после 1970 г. Это предположение подтверждалось открытием, что лондонский вариант вируса гриппа, выделенный впервые,в 1972 г. (А/Англия/42/72), ан-тигенно был очень похож на первый мутант, который Hannoun и Fazekas de St. Groth получили в своей лаборатории годом раньше (Fazekas de St. Groth, Hannoun, 1973).

Была надежда, что вакцины, полученные на основе конечного «старшего» варианта, обеспечат защиту от всех НЗ-ва-риантов, которые могут появиться у "человека. Однако вирусы (гриппа типа А, выделенные впоследствии в 1973 и 1974 гг. (например, А/Порт Чалмерс/1/73), которые антигенно отличались от штамма А/Англия/42/72, также значительно отличались и от искусственно полученного варианта. На основании этого предположили, что в естественных условиях дрейф не пошел в предсказанном направлении.

В любом случае вариант, полученный в лаборатории путем пассажей в присутствии антисыворотки, испытывал дрейф только в НА, тогда как природные варианты проявляют дрейф как в НА, так и в NA. Таким образом, эта попытка приготовить «будущую» вакцину, ло-тидимому, оказалась безуспешной.

В. ВОЗМОЖНОСТЬ ЗНАЧИТЕЛЬНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ, ПРОИСХОДЯЩИХ В ОПРЕДЕЛЕННЫХ АНТИГЕННЫХ ДЕТЕРМИНАНТАХ В ПРОЦЕССЕ АНТИГЕННОГО ДРЕЙФА

В разделе IV было показано, что субъединицы НА вируса гриппа Гонконг обладают по меньшей мере двумя видами антигенных детерминант и что в процессе эволюции путем антигенного дрейфа гриппа Гонконг образовался вирус (А/Мемфис/102/72), у которого одна из этих антигенных де-

термияант испытала значительное антигенное изменение (сравнимое по величине с антигенным сдвигом), тогда как другая «дрейфовала» (ом. 37). Мы назвали первую из этих детерминант «специфической», а вторую - «общей» для этих двух вирусов <(Laver et al., 1974).

Антитела к «специфической» детерминанте не выявляют никаких перекрестных реакций между этими двумя вирусами в тестах иммунодиффуз-ии, РТГА или нейтрализации инфек-ционности. Другая детерминанта (детерминанты) была общей для обоих вирусов (хотя в этой детерминанте и происходил некоторый антигенный дрейф), и между вирусами Гонконг/68 ,и Мемфис/72 были обнаружены перекрестные реакции благодаря одинаковости антител к этой «общей» детерминанте (детерминантам).

Различные животные IB разной степени реагируют на те или иные детерминанты при иммунизации одним и тем же препаратом выделенных субъединиц НА. Эти вариации в иммунологическом ответе могут объяснить изменчивость реакций перекреста, наблюдаемую иногда между двумя вирусами при исследовании их с помощью различных сывороток.

Несмотря на значительное антигенное изменение IB ОДНОЙ

из детерминант, пептидные карты тяжелых и легких поли

пептидов (НА1 и НА2) субъединиц НА вирусов Гонконг/68

■и Мемфис/72 были в значительной степени похожими (см.

39), на основании чего предполагают, что в процессе

эволюции вируса Гонконг и образования. варианта Мем

фис/72 в последовательности аминокислот этих полипептидов

происходят лишь относительно небольшие изменения. Изме

нения имеют место в пептидных картах как тяжелых (НА1),

так и легких (НА2) полипептидных цепей; некоторые из них

могут быть случайными изменениями, другие - отобранными

под давлением антител.

Г. АНТИГЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ НЕЙРАМИНИДАЗЫ

Антигенный дрейф наблюдали в нейраминидазном антиге

не вирусов гриппа как типа А, так и типа В (Paniker, 1968;

Schulman, Kilbourne, 1969; Schild et al., 1973; Curry et al.,

1974). Он, вероятно, происходит путем селекции (под давле

нием антител) мутантов, которые имеют измененную последо

вательность аминокислот в полипептидах субъединиц NA

(Kendal, Kiley, 1973). До сих пор не удалось добиться анти

генного дрейфа в лаборатории. Антитела к NA не нейтрали

зуют инфвкционности вируса; следовательно, вероятно, что

изменчивость этого антигена менее важна для выживаемости

вируса, чем изменчивость НА (Seto, Rott, 1966; Dowdle et al.,

Д. АНТИГЕННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ВИРУСОВ ГРИППА ТИПА В

Антигенный дрейф происходит среди вирусов гриппа типа В примерно в той же степени, что и среди вирусов гриппа: типа А, но значительные антигенные сдвиги, видимые у них, не были обнаружены среди штаммов гриппа типа В. Антигенный дрейф (включает изменения обоих антигенов - НА й NA (Chakraverty, 1972a, b; Curry et al., 1974). Механизм антигенной изменчивости штаммов В, вероятно, подобен механизму, присущему вирусам.гриппа типа А, но «биохимических исследований проведено не было.

Е. АНТИГЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ВИРУСОВ ГРИППА ПТИЦ И ЖИВОТНЫХ

Антигенные изменения среди вирусов гриппа, инфицирующих низших млекопитающих и птиц, не были изучены в достаточной степени, и информация о них невелика. На основании некоторых результатов, однако, можно предположить, что антигенный дрейф имеет место и у штаммов (гриппа млекопитающих и птиц, но в меньшей степени, чем у вирусов гриппа, инфицирующих человека.

Антигенный дрейф наблюдали у вирусов гриппа свиней и лошадей (ееротип 2) (Meier-Ewert et al., 1970; Pereira et al., 1972), но данные об антигенном дрейфе у вирусов гриппа птиц отсутствуют. Возможно, причина этого в том, что птицы, особенно домашние, живут меньше, чем человек или лошадь. У человека каждый последующий вариант вируса гриппа А быстро полностью замещает предыдущий, но среди животных и птиц часто одновременно циркулируют вирусы, отличающиеся друг от друга.

VI. МЕХАНИЗМ АНТИГЕННЫХ СДВИГОВ (ЗНАЧИТЕЛЬНЫХ АНТИГЕННЫХ ИЗМЕНЕНИИ)

В ходе антигенных изменений другого рода поверхностные субъединицы вируса испытывают значительные антигенные сдвиги. При этих значительных сдвигах происходят внезапные и полные изменения одного или обоих поверхностных антигенов, так что "возникают «новые» вирусы, к которым иммунитета в популяции нет. Это именно те вирусы, которые вызывают пандемии гриппа.

Вирусы гриппа человека H2N2 являются естественной системой для изучения молекулярных аспектов значительных антигенных сдвигов. Вирусы, появившиеся у человека в 1957 г., обладали субъединицами НА и NA, которые полностью анти-■генно отличались от таковых штаммов H1N1. Вирусы H2N2

испытывали антигенный дрейф до 1968 г., когда появился «новый» пандемический штам;м Гонконг. .Вирусы А2 (H2N2) и штамм Гонконг (H3N2) возникли в Китае. Вирус Гонконг обладал той же NA, что и предшествующие вирусы А2, но ан-тигенно отличающимся НА (Coleman et al., 1968; Schulman, Kilbourne, 1969). Это четко 1было показано с помощью специфических антисывороток к выделенным субъедивицам НА представителей вирусов гриппа типа А2, (Выращенных в куриных эмбрионах. Эти моноспецифические сыворотки использовали в РТГА с вирусами, выращенными в утиных эмбрио- на"х (Webster, Laver, 1972), что снимало проблемы стериче-ского подавления гемагглютинащии антителами к NA и антигена клетки-хозяина, .которые могут иметь место при использовании сывороток к целым вирусам.

Результаты этих тестов (табл. 27) показали, что серологического соответствия между гемагглютининовыми антигенами «старых» штаммов А2/Азия, выделенных между 1957 и

1968 г., и вирусом Гонконг (1968) не было. Среди трех штаммов Гонконг, ^выделенных в течение первых 3 лет пандемии этого гриппа, имелись лишь очень небольшие вариации или их совсем не было (Webster, Laver, 1972). Откуда же тогда появились «новые» субъединицы НА вируса гриппа Гонконг? По-видимому, имеются две возможные, причины образования «новых» гемапглютинирующих субъединиц: или они произошли в результате мутации из лредсуществовавшего вируса гриппа человека или пришли из некоторого другого источника, такого, как вирусы гриппа животных или птиц.

Одиночная мутация «старого» вируса гриппа А2/Азия могла бы вызвать сворачивание полипептидных цепей субъединиц НА таким образом, чтобы образовались полностью новые

антигенные детерминанты. Если бы субъединицы НА вируса гриппа Гонконг были получены путем такой мутации из более ранних вирусов типа А2, то последовательность аминокислот в полипептидах «старых» и «новых» субъединиц должна быть близка. Ранее описан полный сдвиг в одной из антигенных детерминант субъединиц НА, который произошел в процессе антигенного дрейфа, и этот «сдвиг» в одной из-детерминант не сопровождается, ио-шидимому, какими бы то» ни было значительными общими изменениями последователь" Н"Ости аминокислот в полипептидах НА. Однако если «новые» субъединицы не возникают путем мутации и отбора, а приходят от вируса гриппа животных, то их полипептидные цепи могут значительно отличаться по последовательности аминокислот от лолипаптидных цепей «старых» вирусов А2/Азия.

Субъединицы НА были выделены из трех штаммов гриппа А2/Азия, полученных в 1968 т. до наступления пандемии гриппа Гонконг, и из трех штаммов вируса гриппа Гонконг, изолированных в различных частях мира в 1968, 1970 и 1971 гг. Вследствие антигенного дрейфа три вируса, выделенных в конце периода существования А2/Азия, проявляют значительные антигенные отличия. С другой стороны, три штамма Гонконг, которые были выделены в течение первых 3 лет новой пандемии, почти не проявляют антигенной изменчивости.

Субъединицы НА, выделенные из каждого из этих шести вирусных штаммов, диссоциировали путем обработки гуани-дингидрохлоридом и дитиотреитолом и при центрифугировании разделяли их легкие итяжелые цели (Laver, 1971). Каждую из выделенных полипептидных целей обрабатывали трипсином и картировали трилтические пептиды. Карты показали, что полипептидные цепи из гемагглютинирующих субъединиц «старых» вирусов А2, выделенных в 1968 г., значительно отличались по составу аминокислот от лолилептид-ных цепей «новых» штаммов Гонконг!(40 и 41). При этом предположили, что «новые» полипелтиды не (получены путем мутации из «старых» (Laver, Webster, 1972).,

Одно из объяснений такого результата состоит в предположении мутации со сдвигом рамки, приводящей к появлению полипептидов с полностью отличной последовательностью аминокислот. Однако кажется маловероятным, чтобы такая мутация, если она и происходит, приводила к появлению полипелтидов, способных образовать функциональную гемагглютинирующую единицу. Второе - могут происходить мутации, задевающие главным образом основные аминокислоты, так что карты триштических пептидов могли бы значительно отличаться без какого-либо существенного изменения общей последовательности аминокислот в лолилелти-дах.

В «астоящее время получены данные, указывающие на некоторые вирусы -гриппа животных как на возможные предшественники шта1М"ма Гонконг вируса гриппа человека. Два штамма вируса гриппа, А/лошадь/Майами/1/63 (Heq2Neq2) ■и А/утка/Украина/1/63 (Hav7Neq2), выделенные от лошадей и уток в 1963 г., т. е. за 5 лет до появления гриппа Гонконг среди людей, оказались, как было показано, антигенно близкими штамму Гонконг (Coleman et al., 1968; Masurel, 1968; Kaplan, 1969; Zakstelskaja et al., 1969; Tumova, Easterday, 1969; Kasel et al., 1969).

Субъединицы НА вирусов лошадей и уток давали в РТГА и в тесте иммунодиффузии перекрестные реакции с субъедивицами штамма Гонконг вируса гриппа человека А/Гон-конг/1/68 (H3N2). Более того, пептидные -карты легких иоли-пептидных цепей из темапплютинирующих субъединиц вирусов лошадей, утак и человека были почти идентичными, иа основании чего предположили, что легкие цепи из этих трех штаммов имеют практически одинаковые последовательности аминокислот (Laver , Webster, 1973). Это отчетливо видно из 42, где пептидные жарты легких лолипептидных цепей из субъединиц НА вируса гриппа Гонконг и из штаммов утка/ /Украина и лошадь/Майами (2-й серотип) почти идентичны и значительно отличаются от карты легких лолипаптидных цепей,из «старого» вируса Азия/68.

Эти результаты дают основание полагать, что вирусы лошадей и птиц и вирус человека штамма Гонконг могли возникнуть путем генетической рекомбинации от общего прародителя, и предложить альтернативный по отношению к мутация механизм для объяснения возникновения вируса гриппа Гонконг.

Недавние исследования показали, что в сыворотках диких птиц содержатся антитела, направленные против антигенов, присутствующих в вирусах гриппа, инфицирующих человека (World Health Organization, 1972). Кроме того, недавно вирусы гриппа были выделены от диких птиц, удаленных от ло-пуляций человека, что предполагает грипп.как естественную инфекцию птиц в течение многих тысяч лет (Downie, Laver, 1973).

Rasmussen (1964) первый (предположил, что пандемические вирусы гриппа возникают из таких вирусов животных в результате процесса рекомбинации. Впоследствии Tumova и Pereira (1965), Kilbourne (1968) и Easterday с соавт. (1969) получили антигенно-гибридные вирусы путем генетической рекомбинации in vitro между вирусами гриппа человека и штаммами вирусов гриппа животных и птиц. Недавно Webster и соавт. (1971, 1973) имитировали возникновение нового пандемического штамма вируса гриппа.в опытах in vivo (они будут "описаны далее).

VII. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ДОКАЗАТЕЛЬСТВА,

ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ РОЛЬ ПРОЦЕССА

РЕКОМБИНАЦИИ В ПРОИСХОЖДЕНИИ НОВЫХ

ПАНДЕМИЧЕСКИХ ВИРУСОВ ГРИППА

Приведенные биохимические данные не подтверждают теорию о том, что антиген НА вируса Гонконг произошел вследствие одиночной мутации из предыдущих штаммов Азии. Следовательно, можно задать вопрос, имеются ли какие-нибудь данные, полученные при лабораторных исследованиях in vitro или in vivo или особенно при наблюдениях

в естественных условиях, которые поддерживали бы теорию, предполагающую, что новые вирусы возникают путем рекомбинации.

А. ДАННЫЕ, ПОЛУЧЕННЫЕ ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ В СИСТЕМЕ IN VITRO

Антигенные гибриды (рекомбинанты) многих вирусов ■гриппа А млекопитающих и птиц были выделены после смешанной инфекции куриных эмбрионов или культур клеток различными вирусами гриппа типа A (Tumova, Pereira, 1965; Kilbourne, Schulman, 1965; Kilbourne et al., 1967; Kilbourne, 1968; Easterday et al., 1969). Эти исследования суммированы в обзорах Kilbourne и соавт. (1967), а также Webster и La-ver (1971). В настоящее время очевидно, что рекомбинантные вирусы гриппа А со смешанными поверхностными антигенами (Webster, 1970b) или потенциями к росту (Kilbourne, Murphy, 1960; Kilbourne et al., 1971) или другими биологическими характеристиками (McCahon, Schild, 1971) могут быть сделаны «по заказу».

Таким образом «новые» вирусы гриппа могут быть созданы в лаборатории, но лишь недавно были получены доказательства того, что рекомбинация и отбор «новых» вирусов могут происходить также in vivo в условиях, приближенных к природным (Webster et al., 1971).

Б. ДАННЫЕ, ПОЛУЧЕННЫЕ ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ В СИСТЕМЕ IN VIVO

1. Демонстрация рекомбинации в системе in

Kilbourne (1970) отмечал, что рекомбинация между двумя различными штаммами вирусов гриппа типа А до сих пор не была показана в случае интактных животных, даже в экспериментальных условиях. Для того чтобы выяснить, (может ли происходить рекомбинация in vivo, использовали две системы. В первой лишь один из родительских вирусов размножался в животном-хозяине, а во второй размножались оба родительских вируса. Животным вводили большие дозы родительских вирусов и на 3-й день, когда оказывался размноженным хотя бы один из вирусов, животных забивали. Суспензии легких исследовали прямо в оболочках аллантоиса на наличие рекомбинантных (антигенно-гибрддных) вирусов;, родительские.вирусы подавляли специфическими антисыворотками (Webster, 1970b).

В первой системе свиньям вводили смесь вируса гриппа свиней - ВГ"С (А/свинья/Висконсин/1/67 ) и вируса чумы птиц типа А - ВЧП (Дания/27 ) (43). Последний не дает выхода инфекционного вируса после введения свиньям. Суспензии легких, собранные через

Во второй системе, где реплицировались оба вируса, индеек заражали ВЧП и вирусом гриппа индюков - ВГИ (А/я"ндюк/Массачусетс/3740/65 ). Как (было указано, в системе аллантоионых оболочек выделяли антигенные гибриды, имеющие ВГИ (Г)-ВЧП (N) (Hav6Neql) и ВЧП (Н)-ВГИ(1Ч) (Havl-N2).

Имеются два возможных возражения против того, что описанная рекомбинация происходит in vivo. Первое - рекомбинация может иметь место в системе культуры клеток, использованной для селекции вирусов; второе"-неизвестно, "были ли эти антигенные гибриды генетически стабильными и не являлись ли просто фенотипически смешанными частицами.

Первое возражение можно не принимать во внимание, поскольку селекция антигенно гибридных вирусов проводилась непосредственно при очень высоких концентрациях антител, которые должны нейтрализовать родительские вирусы. Для получения (более строгих доказательств того, что анти-(гештснгибридные вирусы не возникают в процессе выделения вне инфицированного хозяина, было необходимо получить бляшки вирусов смешанного урожая из суспензии лепких, чтобы выделить отдельные бляшки и охарактеризовать образцы вирусов, полученные из отдельных бляшек. 25% бляшек, выделенных из суспензии легких индеек, смешанно инфицированных ВЧП + ВГИ, были рекомбинантными вирусами. Гибридные вирусы не выделялись из контрольных культур, зараженных искусственной смесью обоих родительских вирусов.

Генетическая стабильность рекомбинантных вирусов была установлена путем «ведения животным-хозяевам клонированных аятигенно-гибридных вирусов (Webster et al., 1971). Так, например, цыплята, зараженные антигенно-гибридным вирусом, несущим ВЧП(Н)-ВГИ(N), (HavliN2), погибали от скоротечной инфекции, а вирус, вновь выделенный из легких этих птиц через 3 дня, являлся чистой культурой вируса, обладающего B4n(H)-(Havl-N2). Также были вновь выделены от животных и оказались генетически стабильными и другие антигенно-тибридные вирусы.

2. Естественная передача вируса и селекция

Описанные исследования показали, что два различных штамма вируса гриппа А могут рекомбинировать in vivo, если они одновременно введены одному и тому же животному.

Одновременное введение животным больших доз двух различных вирусов гриппа А представляет собой, однако, искусственную систему, которой, вероятно, нет в природе. Для того чтобы выяснить, может ли рекомбинация происходить при более естественных условиях, двум различным вирусам гриппа А позволили одновременно распространяться в стае чувствительных к вирусам птиц следующим образом: двух индеек, зараженных ВГИ (А/и-ндкж/Виеконсин/66 {Hav6N2]), подселили к стае из 30 чувствительных охраняемых индеек. Спустя 2 дня в ту же стаю ввели еще двух индеек, зараженных ВЧП. Ежедневно забивали по 2 индейки из стаи и образцы легких исследовали на наличие каждого из родительских и аятигенно-гибридных вирусов в оболочках аллантоиса, а также путем выделения бляшек и идентификации вирусов (Webster et al., 1971). ВЧП быстро распространялся среди охраняемых птиц и обнаруживался через 3 дня после введения; ВГИ не определялся до 9-го дня после введения в стаю зараженных птиц (Webster et al., 1973). Антигенно-гибридные вирусы, несущие ВЧП (Н)-ВГИ(N), выявлялись на 10-й день после начального воздействия и составляли основную часть вирусной популяции в суспензии лепких одной из исследованных птиц. Опыты такого рода проводились трижды, и в каждом опыте на 9-10-й день выделялись антигенные гибриды; эти гибриды обладали ВЧП (Н)-ВГИ(N), но обратных -гибридов выделено не было. Выделяемый рекомбинантный 1вирус имел, вероятно, преимущество в росте перед родительскими вирусами; в каждом опыте этот вирус выделяли как доминирующий от одной или более птиц. Для того чтобы «новый» штамм вируса гриппа появился в природе путем такого рода рекомбинации и стал эпидемическим штаммом, необходимо, чтобы «новый» вирус имел некоторое селективное преимущество. Это селективное преимущество может состоять в обладании антигенами, к которым популяция в большинстве своем не является иммунной, но вирус должен также обладать способностью переходить к чувствительным хозяевам. Обе возможности были изучены в приведенных опытах. Так, например, ко времени, когда рекомбинантный вирус уже присутствовал, в стаю вводили нормальных птиц, «о рекомбинанты не сумели стать доминантным штаммом, и все нормальные контактирующие птицы погибли от инфекции, вызванной родительским ВЧП.

3. Селекция и передача «нового» вируса гриппа в системе in vivo

Если мы предполагаем, что новые штаммы вирусов гриппа типа А могут возникать >в пр"ироде путем рекомбинации, важно показать, .как эти вирусы могут селектироваться и стать доминирующими или новыми эпидемическими штаммами. Возможный механизм селекции может состоять в том, что рекомбинация и селекция имеют место <в иммунных животных. Опыты Webster и Campbell (1974) показали, что рекомбинация и селекция «нового» штамма -вируса гриппа может происходить у индеек с низкими уровнями антител к НА одного родительского вируса и к NA другого родительского вируса (45).

Индеек, обладающих низкими уровнями антител к НА ВГИ (А/индкж/Висконсин/бб ) .и к NA ВЧП, подвергали смешанной инфекции ВЧП и ВГИ. Через 1-2 дня после смешанной инфекции в трахеях индеек присутствовали как оба родительских вируса, так и рекомбинантный вирус гриппа, несущий ВЧП (Н)-ВГИ (N). На 6-й день после смешанной инфекции присутствовал только рекомбинантный вирус B4n(H)iBrH(N). На 7-й день "после смешанной инфекции индейки погибали, и выделялись лишь рекомбинантные вирусы гриппа, обладающие ВЧП (Н)-ВГИ (N). Все вирусы выделяли при предельных разведениях из оболочек аллан-тоиса или из эмбрионов, и не использовали антител для селекции рекомбинантных вирусов. Все неиммунные птицы, введенные в стаю на 5-й день, погибли от скоротечной инфекции и от «их выделяли лишь (рекомбинантные вирусы гриппа.

После смешанной инфекции неиммунных или гипериммунных индеек селенции рекомбинантного вируса гриппа не происходило. Таким образам, смешанная инфекция птиц, которые имеют низкий уровень антител к НА одного вируса и к NA другого, обеспечивает идеальные условия для селекции рекомбинантов. Вслед за инфекцией в ограниченной степени реплицируются оба родительских вируса, стимулируя тем са-мььм иммунную систему, которая элиминирует родительские вирусы. Таким путем могут быть селектированы рекамбиная-ты и при условии, что они обладают необходимыми свойствами вирулентности и способностью к передаче другим особям, эти рекомбинанты могут вызвать эпидемическое заболевание.

Эти эксперименты показывают, что при относительно естественных условиях имеется рекомбинация между различными вирусами гриппа А и что новые вирусы могут и^меть селективное преимущество перед обоими родительскими штаммами. Эти опыты не доказывают, что все новые вирусы гриппа низших млекопитающих, птиц и человека возникают по такому механизму, но они устанавливают, что этот механизм является одним из способов, "благодаря которым появляются новые "вирусы.

В. ДАННЫЕ ПО РЕКОМБИНАЦИИ ВИРУСОВ ГРИППА В ПРИРОДЕ

Приведенные опыты не оставляют сомнений в том, что новые штаммы вируса гриппа могут быть "получены in vitro и in vivo, и позволяют предположить, что подобные процессы могут иметь место и в природе. Имеются ли, однако, какие либо доказательства того, что рекомбинация в природе происходит? Эти доказательства косвенные и включают: 1) антигенные соответствия между вирусами гриппа, выделенными от людей и от низших млекопитающих "и птиц; 2) отсутствие строгого круга хозяев вирусов гриппа.

1. Антигенные соотношения между вирусами гриппа человека, низших млекопитающих и птиц

Доказательствами, предполагающими, что рекомбинация между вирусами гриппа человека и животных возможна в природе, могут служить данные о том, что некоторые вирусы гриппа человека, низших млекопитающих и птиц обладают близкими, если не одинаковыми, (поверхностными антигенами.

а) Антигенные взаимоотношения, обусловленные NA. NA некоторых вирусов гриппа птиц антигенно очень близка NA ранних вирусов гриппа человека. Так, например, вирус уток (А/ужа/Германия/1868/68 ) обладает NA, близкой NA вирусов человека НОШ и H1N1 (Schild, Newman, 1969). Вирусы гриппа, выделяемые от свиней, также несут антиген NA, родственный антигену NA вирусов человека

H0N1 (Meier-Ewert et al., 1970). Аналогичным образом ВГИ (А/ индкж/ Массачусете/65 ) обладает NA, подобной, если не идентичной, NA вирусов гриппа человека H2N2 (Pereira et al., 1967; Webster, Pereira, 1968; Schild, Newman, 1969). Другие вирусы гриппа птиц имеют NA- антигены, ■ близко относящиеся , к NA вирусов гриппа лошадей типов 1 и 2 (Webster, Pereira, 1968; World Health Organization, 1971). Так, NA ВЧП (А/ ВЧП/ Голландия/27 ) подобна NA вируса гриппа лошадей типа 1 (А/ лоша, дь/ Прага/1/57 ). Эти межвидовые взаимоотношения использованы в пересмотренной номенклатуре вирусов гриппа (World Health Organization, 1971). Имеется восемь различных.подтипов вирусов гриппа птиц и четыре из них обладают NA-ан-тигенами, родственными NA-антигенам вирусов гриппа человека и лошадей.

б) Антигенные соответствия, обусловленные НА-антиге-■ном. Меньше подобных примеров было -обнаружено с вирусами гриппа, выделенными от низших млекопитающих и птиц, которые имели бы НА-антигены, родственные НА-антигенам вирусов человека. Выше обсуждалось соответствие НА вирусов Гонконг, утка/Украина/63 и лошадь/тип 2. Недавно было найдено, что вирус, выделенный от уток в Германии (А/ут-ка/Германия/1225/74 ), обладает НА, близким НА вирусов гриппа семейства Азия. Таким образом, с выделением большего числа вирусов возрастает количество обнаруживаемых соответствий.

2. Круг хозяев

Вирусы гриппа типа А не всегда имеют строго определен

ную специфичность к хозяину (см. Easterday, Tumova, 1971;

Webster, 1972). Так, например, вирус гриппа Гонконг был

выделен от свиней, собак, кошек, бабуинов и гиббонов. Виру

сы гриппа А/Гонконг (H3N2) недавно были выделены также

от кур и телят (Zhezmer, 1973). Эти вирусы эксперименталь

но были перенесены телятам и цыплятам; во всех случаях

вирус реплицировался в хозяине, от которого он был выде

лен. Так, вирус гриппа телят вызывал респираторную инфек

цию у телят, а вирус гриппа кур реплицировался, но не про

являл признаков заболевания у,кур (Schild, Campbell, Web

русов гриппа Гонконг не могли реплицироваться в курах.

В случае вируса гриппа Гонконг очевидно, что этот вирус

адаптировался к тому, чтобы вызывать естественную инфек

цию у других хозяев, и таким образом создавались условия,

когда могут иметь место двойная инфекция и генетические

взаимодействия

Г. ОБОБЩЕНИЕ ДАННЫХ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИХ ТОЧКУ

ЗРЕНИЯ О ВОЗНИКНОВЕНИИ НОВЫХ ШТАММОВ

ВИРУСА ГРИППА ПУТЕМ РЕКОМБИНАЦИИ

1. Пандемии гриппа у людей вызываются только вируса

ми гриппа типа А, и только вирусы гриппа этого типа были

выделены от низших млекопитающих и птиц. Вирусы гриппа

типа В постоянно рекомбинируют in vitro, но в природе мо

жет не происходить такого объединения генетической инфор

мации, [которое позволило бы "возникнуть пандемическому

штамму вируса гриппа типа В. Рекомбинаций между вируса

ми гриппа типов Аи В показано не было.

2. Биохимические данные, представленные ранее, свиде

тельствуют о маловероятной возможности возникновения

«новых» пандемических штаммов вируса гриппа путем непо

средственной мутации из предшествующих вирусов гриппа

человека.

3. Новые вирусы гриппа, способные вызывать пандемию,

могут возникнуть путем рекомбинации и селекции в условиях

эксперимента in vivo.

4. На основании антигенных и биохимических соответст

вий между гемалглютинирующими и нейраминидазными ан

тигенами вирусов гриппа человека, низших млекопитающих

и птиц предполагают, что генетические обмены существуют

и в природе.

Приведенные доказательства являются косвенными; более прямые данные можно будет получить, если окажется, что будущие пандемические штаммы имеют антигены, идентичные уже выделенным антигенам, свойственным вирусам гриппа домашних или диких животных (см. также гл. 15).

VIII. БУДУЩИЕ АНТИГЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ

ВИРУСОВ ГРИППА И ВОЗМОЖНОСТИ

ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ИЗМЕНЧИВОСТИ

И КОНТРОЛЯ ЗАБОЛЕВАНИЙ

А. ВОЗМОЖНЫЕ ОБЪЯСНЕНИЯ ЦИКЛИЧЕСКОЙ ПРИРОДЫ ПАНДЕМИИ

На основании исследования антител в сыворотках пожилых людей можно предположить, что вирус гриппа, похожий на вирус триппа Гонконг, существовал -среди людей в прежние времена и, возможно, явился причиной "пандемии гриппа в конце XIX века (см. раздел II). В сыворотках пожилых людей -выявлены также в низких титрах антитела к НА вирусов гриппа лошадей типа 2 и Азия. Антитела к NA вирусов гриппа. Гонконг или Азия не определялись в тех же аятисы-воротках, тогда как антитела к NA вируса гриппа лошадей

типа 2 были определены. Это предполагает ответственность вирусов, имеющих аналогичные субъединицы НА, но различные субъединицы NA за прежнюю и "нынешнюю эпидемии. Эпидемиологические данные позволили считать, что пандемические вирусы гриппа человека появляются циклически. Отсутствие данных о гомологичности NA делает маловероятным существование одного и того же "вируса гриппа Гонконг в конце XIX вежа "и снова в 1968 .г. Кажется более вероятным, что вирус гриппа, существовавший в конце XIX века, обладал субъединицей НА, которая проявляла некоторое антигенное подобие вирусу гриппа Гонконг, но нес на себе совершенно отличный антиген NA. Исходя из серологических данных, эта NA антигенно родственна NA типа 2 гриппа лошадей. Новый цикл вирусов гриппа может происходить в результате появления вирусов из некоторого резервуара, связанного с животными, с участием или без участия рекомбинаций, когда коллективный иммунитет "более не предохраняет от него популяцию людей.

Другое явление, связанное с возникновением новых -штаммов гриппа, - очевидное исчезновение предыдущих штаммов. Оно могло бы быть обусловлено просто незаинтересованностью в сборе образцов вирусов гриппа, которые более не опасны для большей части общества (Fenner, 1968), но это объяснение маловероятно, ибо практика показала, что вирусы гриппа человека не сосуществуют в природе в течение сколько-нибудь длительного времени. Можно объяснить исчезновение штаммов, которые появились в результате антигенного дрейфа, самоупразднением; серологически новый вирус повышает уровень более старых антител, предотвращая тем самым распространение старого вируса. Исчезновение же старших штаммов (Fazekas de St. Groth, 1970) каждого подтипа после значительного антигенного сдвига менее понятно и удовлетворительного объяснения пока не имеет.

В. ВОЗМОЖНОСТИ КОНТРОЛЯ ЗА АНТИГЕННЫМИ ИЗМЕНЕНИЯМИ ВИРУСА ГРИППА А В БУДУЩЕМ

Биологические, биохимические и иммунологические данные, приведенные выше, дают лишь косвенные доказательства того, что значительные антигенные сдвиги вирусов гриппа человека происходят путем рекомбинации. Более определенные данные будут получены, если в природе можно будет " выявить рекомбинацию между различными вирусами гриппа, приводящую к появлению нового пандемического штамма, Редкость такого события фактически исключает эту возможность. Альтернативный подход к этой проблеме состоит в выделении вирусов гриппа от популяций животных до появления следующего пандемического для людей штамма, т. е.

создании «банка» вирусов гриппа. После появления следующего, вызывающего пандемию среди людей, штам1ма этот вирус может быть сравнен с вирусами, имеющимися в «байке», и можно будет получить данные об его возникновении. Популяции диких животных как "источники новых вирусов гриппа в значительной степени игнорировались. Популяции птиц в мире обитают в колониях с высокой плотностью в течение более длительных периодов, чем млекопитающие или люди. Интересно, что уже выделено восемь различных подтипов вирусов гриппа птиц, шесть из них - от домашних птиц. Следовательно, логично начать поиск вирусов гриппа ъ природе в больших птичьих колониях, особенно в -конце сезона гнездования. Такие экологические исследования помогут установить число различных подтипов вируса гриппа, которые существуют в природе и могут в конце концов показать, каким образом возникают новые штаммы. Если имеется лишь ограниченное количество вирусов гриппа А, то в будущем можно будет думать о контроле над этими вирусами, представляющими огромное бедствие для человека.

ЛИТЕРАТУРА

Ada G. L., Lind P. E., Laver W. G. J. gen. Microbiol., 1963, v. 32, p. 225.

Andrewes С. Н. Calif. Med., 1956, v. 84, p. 375.

Andrewes С H. N. engl. J. Med., 1957, y. 242, p. 197.

Andrewes С. Н. In: Perspectives in Virology (M. Pollard, ed.); New York ,

Wiley, 1959, p. 184-196.

Archetti I. , Horsfall F. L. J. exp. Med., 1950, v. 92, p. 441. Becht H., Hammerling U., Rott R. Virology, 1971, v. 46, p. 337. Brand С M., Skehel J. J. Nature (London ). New Biol., 1972, v. 238, p. 145. Bucher D. J., Kilbourne E. D. J. Virol., 1972, v. 10, p. 60. Burnet F. M. «Principles of Animal Virology», 1st ed. New York , 1955,p. 380. Burnet F. M., Clarke E. Influenza, Melbourne , Walter and Eliza Hall Inst,1942.

Burnet F. M., Lind P. E. Aust. J. Sci., 1949, v. 22, p. 109.

Burnet F. M., Lind P. E. J. gen. Microbiol., 1951, v. 5, p. 67.

Burnet F. M., White D. O. Natural History of Infectious Disease, 4th ed. London - New York , Cambridge Univ. Press, 1972, p. 202-212.

Chakraverty P. Bull. Wld Hlth Org., 1972a, v. 45, p. 755.

Chakraverty P. Bull. Wld Hlth Org., 1972b, v. 46, p. 473.

Chu C.-M. J. Hyg., Epidemiol., Microbiol., Immunol., 1958, v. 2, p. 1.

Coleman M. Т., Dowdle W. R., Pereira H. G., Schitd G. C, Chang W. K- Lancet, 1968, v. 2, p. 1384.

Compans R. W., Klenk H. D., Caliguiri L. A., Choppin P. W. Virology, 1970

Первые данные о вирусе гриппа получены при выделении вируса от больного в 1933 г. (Smith W. et al., 1933). Выделенный изолят вируса и подобные ему (со сходными свойствами) были названы вирусом гриппа типа А. Впоследствии этот тип вируса постоянно выявляли в период сезонных эпидемий гриппа, которые он вызывал. В 1940 г. был идентифицирован вирус гриппа типа В, который признан вторым по важности вирусом, выделяемым во время эпидемий (Francis T., 1940; Frank A.L. et al., 1983). Вирус, выделенный от больного гриппом в 1949 г., не относился ни к типу А, ни к типу В, и был обозначен как вирус гриппа типа С (Francis T. et al., 1950). Течение заболевания, вызванного вирусом гриппа типа С, не было тяжелым, а его активность не подчинялась законам сезонных эпидемий (Shaw M.W. et al., 1992).

Вирусы гриппа типов А и В представляют род Orthomyxovirus в составе семейства Orthomyxoviridae. Геном вируса гриппа представлен односетевой сегментированной РНК, каждый сегмент имеет самостоятельную транскрипцию (табл. 1).

Как показано на рис. 1, на поверхности сферических или филаментных вирионов гриппа имеются «шипы», которые представляют собой поверхностные гликопротеины: гемагглютинин (H) и нейраминидазу (N). Вирусы гриппа типа А описаны по номенклатуре, включающей биологического хозяина, географическое происхождение, номер штамма и год его выделения. Антигенная классификация H и N дана в скобках, например, А/Гонконг/1/68(H 3 N 2). Всего насчитывается 14 антигенных подтипов гемагглютинина (H 1 — H 1 4) и 9 подтипов нейраминидазы (N 1 — N9).

Таблица 1
Реализация генетической информации вируса гриппа

Все подтипы обнаруживают у водоплавающих птиц, и только некоторые из них — у человека (H 1 N 1 , H 2 N 2 , H 3 N 2), свиней и лошадей (Hinshaw V.S., Webster R.G., 1992). Подобные подтипы отсутствуют у вируса гриппа типа В.

1.1. Поверхностные белки

1.1.1. Гемагглютинин

Гликопротеин (Н), содержание которого составляет до 25% всего вирусного белка, выполняет по крайней мере три функции: а) прикрепление вируса к специфическим рецепторам на клеточной мембране; б) слияние вириона и клетки при вхождении в последнюю вируса; в) обеспечение «площадки», к которой преимущественно прикрепляются антитела, нетрализующие инфекционность вируса гриппа (Ada G.L., Jones P.D., 1986). Молекула Н присутствует в вирионе в виде тримера. Каждый мономер представлен двумя полипептидами, НА1 и НА2, соединенных одной дисульфидной связью. Дистальный отрезок полипептида НА1 содержит активные центры для связывания с рецепторами и антителами. Вариации в активных центрах, предназначенных для связывания с антителами, являются в основном причиной частых вспышек гриппа и неудач в постоянном контроле над вирусом методом активной иммунизации (Webster R.G. et al., 1982). В отличие от вариабельности НА1, полипептид НА2 является достаточно неизменчивым (Krystal M., 1982).

1.1.2. Нейраминидаза

Шипы N вириона представляют собой тетрамеры, закрепленные в липидном бислое вируса. Нейраминидаза обладает активностью, направленной на уничтожение рецепторов, и предотвращает агрегацию незрелых вирионов, что в значительной степени снижает их инфекционность (Palese P., 1974).

Антинейраминидазные антитела угнетают высвобождение незрелых вирусных частиц из инфицированной клетки путем образования перекрестных связей между почкующимися вирионами. Присутствие антинейраминидазных антител обратно пропорционально коррелирует с заболеваемостью и тяжестью клинических проявлений инфекции (Schulman I.L., 1975; Ada G.L., Jones P.D., 1986). На основании этих данных появилась концепция «нейраминидазоспецифической вакцины» (Couch R.B. et al., 1974).

1.2. Внутренние белки

Нуклеопротеин (NP) — один из типоспецифичных антигенов, по которому отличаются вирусы типов А, В и С. Принадлежит к основным антигенам, на которые направлена активность цитотоксических Т-лимфоцитов — ЦТЛ (Tite I.P. et al., 1988). Мембрана матричного белка М1 также является типоспецифичным антигеном вириона. Ее роль в индукции иммунитета не выяснена (Webster R.G. et al., 1982). Второй полипептид — М2, кодируемый геномом 7, определенным образом связан c резистентностью к противовирусному препарату амантадину (Hay A.I. et al., 1985). Полимеразные белки (РА, РВ1 и РВ2) транскрибируют вирусную РНК и, вероятно, не имеют существенного значения в выработке иммунитета.

Неструктурные белки (NS1, NS2) кодируются самым маленьким сегментом РНК и, вероятно, не участвуют в формировании иммунного ответа.

2. Молекулярная генетика вируса гриппа

2.1. Антигенный шифт

Сегментированная природа генома вируса гриппа ответственна за значительные вариации, которые возможны как в генотипе, так и в фенотипе (табл. 2, 3) (Palese P., Kingsbury D.W., 1983). При инфицировании клетки более чем одним штаммом в ней может образоваться потомство вирусов с новыми сочетаниями генов. Этот процесс, который может происходить как в природных условиях, так и в лаборатории, называется рекомбинацией, или пересортировкой (reassortment) (Webster R.G. et al., 1971). При таком антигенном шифте (дословно с англ. «сдвиг») происходит обмен участками генома, кодирующими H и N.

Таблица 2
Изменчивость вируса гриппа

Пандемические штаммы вируса гриппа А возникают при пересортировке генов человеческих и животных штаммов при одновременном инфицировании промежуточного хозяина, возможно, свиньи, которая служит как бы «смешивающим сосудом» (Hinshaw V.S. et al., 1978; Scholtissek C. et al., 1985).

2.2. Антигенный дрейф

Менее радикальные изменения — антигенный дрейф компонентов H и N возникают при точечных мутациях в генах, вследствие которых накапливаются изменения в последовательностях аминокислот, что в свою очередь приводит к изменению активных центров антигена, при которых они перестают распознаваться иммунной системой хозяина.

Повторное возникновение подтипа гриппа А (H 1 N 1) в 1977 г. стало иллюстрацией феномена рециркуляции, потому что штаммы, выделенные в Северном Китае, имели выраженное сходство со штаммами, циркулировавшими в 1950 г. (Scholtissek C. et al., 1978).

Вариабельность Н может также проявляться в период адаптации вируса гриппа к куриному эмбриону (Schild G.C. et al., 1983; Robertson J.S. et al., 1987). Поскольку вирус гриппа, используемый в качестве вакцины, культивируется в куриных эмбрионах, возник вопрос, не будут ли изменения антигенности достаточными для того, чтобы снизить защитные свойства вакцины по отношению циркулирующих человеческих штаммов. Однако экспериментальные данные свидетельствовали, что штаммы вируса А (H 3 N 2), выращенные как в куриных эмбрионах, так и в клетках млекопитающих, у человека индуцируют одинаковые защитные свойства при его контакте с вирусом (Katz J.C. et al., 1987).

Природа иммунного ответа на вакцинацию

Гуморальный (антительный) ответ

Существуют доказательства того, что антитела в сыворотке крови, определяемые методами торможения гемагглютинации, нейтрализации инфекционности и угнетения N, являются хорошими прогностическими факторами резистентности конкретного индивидуума к инфекции. Сывороточные антитела, иммуноглобулины класса G (IgG) к Н играют основную роль в защите от гриппа (Potter C.W., Oxford J.S., 1979; Ada G.L., Jones P.D., 1986). В высоких концентрациях обеспечивают полную защиту. В более низких концентрациях предотвращают развитие или ослабляют проявления заболевания после заражения у значительного количества больных. Антигемагглютининовый титр (1:40) или (1:32) многие авторы (Hobson D. et al., 1972; Longini I.M. et al., 1988; Davis J.R., Grillis E.A., 1989) определяют как защитный порог. Результаты полевых исследований свидетельствуют, что предсуществующие контакту с вирусом титры, превышающие это значение, обеспечивают по крайней мере частичную защиту.

Таким образом, определение уровней сывороточных антигемагглютининов может рассматриваться в качестве индикатора уровня иммунитета против гриппа.

Достоверную выработку антител иногда регистрировали уже через 4 дня после вакцинации взрослых, контактировавших ранее с вирусом (Zuckerman M.A. et al., 1991). Несмотря на данные о чрезвычайно быстром ответе и высоких уровнях защиты, высокий защитный уровень антител возникает в течение 14 дней после вакцинации (Pyhala R. et al., 1993). Время действия защитных уровней иммунитета после вакцинации инактивированной вакциной редко превышает 1 год, что важно в практическом отношении (Clark A. et al., 1983).

Состав выработанных в ответ на вакцинацию антител зависит главным образом от предыдущих контактов пациента с антигеном. Пациенты, примированные одними подтипами вируса в детстве, по-разному реагируют на гомологичную или гетерологичную инфекцию или вакцинацию впоследствии, по сравнению с теми, у кого был контакт с другими подтипами вируса (Davenport F.M. et al., 1953; Francis T. et al., 1953; Webster R.G., 1966). Этот феномен может повлиять на часть вакцинированных, но ни в коем случае не может быть причиной отказа от ежегодной вакцинации, поскольку новые антитела обеспечивают защиту от эпидемического демические штаммы вируса гриппа А возникают при пересортировке генов человеческих и животных штаммов при одновременном инфицировании промежуточного хозяина, возможно, свиньи, которая служит как бы «смешивающим сосудом» (Hinshaw V.S. et al., 1978; Scholtissek C. et al., 1985).

Со времени выделения первого вируса гриппа произошло два крупных антигенных шифта у вируса гриппа А человека, не учитывая повторное возникновение штаммов этого вируса А (H 1 N 1) в 1977 г. В ретроспективных сероэпидемиологических исследованиях выявлены подтипы эпидемических штаммов, которые циркулировали до 1933 г. (Masurel N. et al., 1973). Установлено также, что вирусы гриппа типов B и C не подвергаются антигенным шифтам, возможно, потому, что они не имеют животного резервуара, в отличие от типа вируса гриппа А. Антигенные шифты возникают через нерегулярные промежутки времени — 10-40 лет.

Местный антительный ответ

Применение инактивированных вакцин обычно не приводит к выработке IgA в верхних дыхательных путях, но ведет к образованию IgG антител в верхних и нижних дыхательных путях (Clements M.L., Murphy B.R., 1986). Местный иммунный ответ, заключающийся в выработке IgG, отмечен у 94% примированных пациентов после введения инактивированной вакцины, антител класса IgA — только у 38% (Zahradnik J.M. et al., 1983; Clements M.L. et al., 1986).

Влияние возраста на иммунный ответ

По результатам многочисленных наблюдений предполагают, что иммунный ответ после вакцинации от гриппа может снижаться с возрастом. Считают, что иммунодефицит, связанный со старением, зависит от постепенной инволюции вилочковой железы, что приводит к недостаточной выработке Т-клеток, в то время как В-клетки остаются интактными (Thomas M.L., Weigle W.O., 1989). Полагают также, что функция Т-клеток снижается у лиц пожилого возраста, поэтому как количество, так и качество Тх с возрастом может изменяться. Так, выявлено снижение выработки интерлейкина-2 (IL-2) с возрастом в ответ на введение вакцины против гриппа (Huang J.P. et al., 1992).

Опубликованы данные о снижении эффективности вакцины против гепатита В в пожилом возрасте, что также подтверждает предположение о возрастном снижении иммунного ответа (Denis F. et al., 1984). Однако у большинства привитых больных гепатитом В, проживающих в Северном полушарии, не было недавних контактов с этим вирусом, а у лиц пожилого возраста отмечен один контакт или более с одним или несколькими типами или подтипами вируса гриппа, циркулирующими в течение их жизни. Таким образом, вакцинация действует как бустер и активирует клоны предсуществующих В-клеток памяти.

С возрастом происходят и изменения в подклассах вырабатываемых антител. Ухудшение с возрастом выработки антител класса IgG1 может быть причиной более низкой эффективности вакцины, отмеченной по крайней мере в нескольких исследованиях у пациентов пожилого возраста по сравнению с таковой у молодых (Hocart M.J. et al., 1990; Remarque E.J. et al., 1993; Powers D.C., 1994). Антитела IgG1 — наиболее эффективный подкласс, способствующий активации комплемента и нейтрализации вируса. Гемагглютинин-ингибирующая активность коррелирует больше с титрами IgG1, чем с любым другим изотипом IgG (Burton D. et al., 1986). Активированные лимфоциты, полученные от лиц пожилого возраста, секретируют меньше IL-2, чем IL-4, IL-6 и гамма-интерферона по сравнению с клетками, полученными у лиц молодого возраста (контроль) (Daynes R.A. et al., 1993). Изменения в профиле цитокинов могут быть ответственны за возрастные изменения в относительных количествах специфических антител подклассов IgG. В нескольких работах исследовали ответ ЦТЛ на введение вакцины для профилактики гриппа в пожилом возрасте (Gorse G.J., Belshe R.B., 1990; Powers D.C., Belshe R.B., 1993).

При сравнительном исследовании клеточного иммунного ответа у лиц пожилого возраста отмечали достоверно более низкие исходные и пиковые поствакцинальные уровни специфического лизиса аутологичных клеток-мишеней, инфицированных вирусом гриппа типа А, однако ЦТЛ-опосредованный ответ был сравним с таковым у взрослых молодого возраста. Гриппо-специфическая ЦТЛ-активность снижалась у пожилых лиц через 3 мес после вакцинации (Powers D.C., Belshe R.B., 1993). Наблюдаемая ограниченная персистенция ЦТЛ-памяти у привитых лиц пожилого возраста может иметь некоторое значение вследствие наличия интервала между введением вакцины поздней осенью и сезоном эпидемии гриппа в зимний период.

Эпидемиология гриппа

Гриппозная инфекция у человека определяется сложными взаимодействиями нескольких факторов, включая вирулентность и генетическую специфичность вируса, иммунитет хозяина и, возможно, как генетические факторы, так и факторы внешней среды, которые влияют на передачу вируса в человеческой популяции (Hemmes J.H. et al., 1960). Для гриппа характерна определенная сезонность с наивысшей активностью зимой и ранней весной. Факторы окружающей среды в этот период могут иметь значение для передачи вируса гриппа (Ghendon Y., 1991). В тропиках эпидемии гриппа происходят в сезон дождей. Основная активность эпидемического процесса наблюдается во время случайных пиков, спорадическая активность — на протяжении всего года; эндемическая персистенция между эпидемиями является хорошо задокументированным фактом (Ghendon Y., 1991).

Повышенная заболеваемость гриппом в закрытых коллективах (дома престарелых) обусловлена скученностью. Вирус гриппа передается воздушно-капельным путем (при кашле или чиханьи), поэтому частые контакты лиц в закрытых коллективах, совместное питание и проживание способствуют перекрестной инфекции (Longini I.M. et al., 1982).

В большинстве исследований установлено, что уровень заболеваемости детей дошкольного и школьного возраста гораздо выше, чем взрослых (Monto A.S., Kiomehr F., 1975). Следовательно, семьи, в которых есть дети, страдают от гриппа значительно больше. Поэтому вакцинация детей, проживающих в непосредственном контакте с лицами из групп высокого риска, такими, как пожилые, рекомендуется для снижения вероятности передачи вируса этим лицам (Immunization Practices Advisory Committee (ACIP), 1992).

По данным исследований эпидемических процессов, частота возникновения гриппа составляет от 10 до 20% всех респираторных заболеваний в эпидемический год. Заболеваемость гриппом типа А при этом несколько выше, чем гриппом типа В (Ghendon Y., 1991). Однако заболеваемость гриппом типа А в закрытых коллективах может достигать 60% (Glezen W.P., 1982).

Катастрофическая пандемия 1918-1920 гг. («испанка»), во время которой во всем мире погибло более 20 миллионов заболевших, пандемии 1957 г. («Азиатский грипп») и 1968 г. («Гонконгский грипп») свидетельствуют об опасности внезапно возникающих штаммов вируса гриппа, против которых у населения отсутствует иммунитет (Collins S.D. et al., 1930). Ежегодные зимние эпидемии, вызываемые дрейфующими вариантами гриппа типа А и В, менее драматичны и поэтому их опасность часто недооценивают. Тем не менее они ответственны за повышение заболеваемости и смертности в группах риска (Barker W.H., Mullooly J.P., 1980; Choi K., Thacker S.B., 1981; Blackwelder W.C. et al., 1982; Cameron A.S. et al., 1985; Lui K., Kendal A.P., 1987; Baron R.C. et al., 1988; Glathe H., Rasch G., 1992; McBean A.M. et al., 1993; Sprenger M.C. et al., 1993).

Такие часто возникающие клинические осложнения, как пневмония, вторичные бактериальные инфекции или обострения имеющейся патологии, опасны для лиц пожилого возраста и пациентов с хроническими заболеваниями. В США ежегодные эпидемии являются причиной смерти 20 000-40 000 больных и госпитализаций 150 000 — 200 000, в основном лиц пожилого возраста с хроническими заболеваниями (Choi K., Thacker S.B., 1981; Blackwelder W.C. et al., 1982; Lui K., Kendal A.P., 1987; Baron R.C. et al., 1988). В период эпидемии 1989- 1990 гг. 26 000 человек умерли от осложнений гриппа в Великобритании, 55 000 — в США и 4100 — в Нидерландах (Curwen M. et al., 1990; Sprenger M.I.W. et al., 1990). Частота госпитализации взрослых с сопутствующими заболеваниями высокого риска возрастает во время крупных эпидемий в 2-5 раз, достигая максимальной частоты надфоновых госпитализаций 800 на 100 000 субъектов из групп высокого риска, что обусловит 1600 «дополнительных» госпитализаций на 1 миллион жителей, если взять за точку отсчета, что 20% всего населения входят в группу высокого риска (Barker W.H., Mullooly J.P., 1980; Sprenger M.C. et al., 1993).

Грипп как медицинская проблема

Среди медицинской общественности сегодня уже существует общее понимание проблемы гриппа и его серьезных последствий для здоровья. Болезнь ассоциируется с большой частотой серьезных осложнений и абсолютные показатели смертности порой достигают миллионов, хотя смертность, напрямую связанная с гриппом, порой может быть занижена или не выявлена.

Смертность вследствие гриппа или его осложнений особенно высока у лиц, находящихся в учреждениях закрытого типа, у пациентов с хроническими заболеваниями, туберкулезом и бронхиальной астмой, артериосклерозом, артериальной гипертензией, ревматическими поражениями сердца, цереброваскулярными заболеваниями, генерализированным артериосклерозом, сахарным диабетом, болезнью Паркинсона и множественным рассеянным склерозом. Например, во время эпидемии Азиатского гриппа 1957 года в Нидерландах смертность среди пациентов с эндокринными заболеваниями (в основном с сахарным диабетом) возросла на 25% (Polak M.F., 1959; Ashley J. et al., 1991; Foster D.A. et al., демические штаммы вируса гриппа А возникают при пересортировке генов человеческих и животных штаммов при одновременном инфицировании промежуточного хозяина, возможно, свиньи, которая служит как бы «смешивающим сосудом» (Hinshaw V.S. et al., 1978; Scholtissek C. et al., 1985).

Со времени выделения первого вируса гриппа произошло два крупных антигенных шифта у вируса гриппа А человека, не учитывая повторное возникновение штаммов этого вируса А (H 1 N 1) в 1977 г. В ретроспективных сероэпидемиологических исследованиях выявлены подтипы эпидемических штаммов, которые циркулировали до 1933 г. (Masurel N. et al., 1973). Установлено также, что вирусы гриппа типов B и C не подвергаются антигенным шифтам, возможно, потому, что они не имеют животного резервуара, в отличие от типа вируса гриппа А. Антигенные шифты возникают через нерегулярные промежутки времени — 10-40 лет.

Грипп как социально-экономическая проблема

Социально-экономические последствия гриппа еще труднее оценить, а данные, которыми мы располагаем, чаще всего опубликованы в США и странах Западной Европы. Так, во Франции во время эпидемии гриппа 1989-1990 гг. общее количество дней нетрудоспособности составило 17 млн (Sprenger M.J.W. et al., 1992). В 31% случаев причиной отсутствия с сентября по март сотрудников на рабочих местах было заболевание гриппом (Nicol K.L. et al., 1994) (табл. 4). По опубликованным данным величины охвата групп риска в Европе колеблются от 30 до 78%. В США определена первостепенная задача службы охраны здоровья на 2000 год — достижение 60% охвата пациентов из групп риска. Невысокие показатели охвата объясняются скорее всего такими факторами, как национальная политика в области здравоохранения.

В большинстве стран мира бюджетные средства преимущественно направляются на решение проблем заболеваний сердечно-сосудистой системы, рака, СПИД/ВИЧ и сексуального здоровья, медицины катастроф. В прессе и научной литературе широко освещаются проблемы контролируемых рандомизированных и неконтролируемых исследований, посвященных в основном вопросам клинической эффективности применения вакцин. К сожалению, эти работы не могут быть использованы в качестве доказательства эффективности непосредственно профилактической медицины и тем более для укрепления позиций профилактики в умах чиновников и управленцев всех уровней. Даже специалисты порой не могут доказать эффективность профилактической работы с конкретными вакцинами, прогнозировать оборачиваемость вложений. Вместе с тем, подсчитано, что польза вакцинации и, в частности, у детей, больше, чем все другие медицинские мероприятия, включая использование антибиотиков. В то же время показательным является то, что менее 10% мирового бюджета расходуется на проведение вакцинопрофилактики. Экономическая эффективность предотвращения гриппа является одной из самых выгодных для бюджета стратегий в области превентивной медицины, уступая лишь профилактике гепатита В. Рынок же всех противоинфекционных вакцин примерно равен рынку одного только препарата для лечения язвы желудка. Почему же такая экономически выгодная для национальной службы здравоохранения стратегия не используется? Почему до сих пор при наличии современных высокоэффективных вакцин не удается полностью искоренить определенные инфекционные заболевания? Существует много причин, но основными, по-видимому, следует считать следующие:

• Охват при вакцинации должен быть адекватным, что необходимо для создания коллективного иммунитета. Например, предполагалось полностью ликвидировать корь к 1991 г. Теперь очевидно, что для достижения этой цели необходима вакцинация 99% населения.
• Недостоверная или невыверенная информация о побочных эффектах, которой уделяется чересчур много внимания. Чтобы избежать этого требуется образование и обучение как медицинских работников, так и населения.

Дополнительная литература

Особенностью вирусов гриппа является их способность к изменчивости (изменчивость вируса гриппа). Небольшие изменения антигенной структуры вирусных белков называются антигенным дрейфом (от английского слова drift – медленное течение). Такие изменения происходят у вирусов гриппа ежегодно, и по этой причине ежегодно возникают эпидемии гриппа.

Изменения вируса гриппа.

Иногда происходят более значительные изменения антигенной структуры вируса гриппа, которые называются шифтом (от английского слова shift – скачок). В результате подобной изменчивости появляются вирусы гриппа с абсолютно новыми свойствами, и поэтому все население планеты восприимчиво к инфекции. Такие вирусы вызывают пандемии гриппа. Резкие изменения генома вируса гриппа происходят раз в 20-40 лет и, как правило, в результате реассортации генов, то есть обмена генами между вирусами гриппа человека и животных. Полагают, что так появился новый вирус гриппа А/Калифорния/4/2009(H1N1), вызвавший пандемию гриппа на планете в 2009 году. В специальных исследованиях показано, что возбудитель этой пандемии гриппа представляет собой сложный реассортант, в состав которого вошли гены от классического вируса свиного гриппа, гены вируса гриппа свиней евроазиатской линии, перешедшие к ним от вируса птиц в конце 70-х годов, и гены от вируса гриппа свиней североамериканской линии, в свою очередь являющегося реассортантом и включившим ген от вируса гриппа А(H3N2) человека.

С лета 2011 года от некоторых больных гриппом в США выделяется новый вариант вируса гриппа А(N3N2), который по своим генетическим характеристикам отличается от циркулирующего в настоящее время сезонного вируса гриппа А(H3N2). Этот вариант вируса гриппа обозначают как вирус гриппа А(H3N2)v.

Специалисты проводят тщательное наблюдение за циркуляцией вирусов гриппа в различных регионах мира. Это необходимо для рекомендаций по составу гриппозных вакцин и прогнозирования эпидемиологической ситуации.

Закончилась ли пандемия «свиного» гриппа?

По информации Всемирной Организации Здравоохранения, опубликованной в августе 2010 г., новый вирус A(H1N1)pdm09 в значительной степени завершил цикл своего развития. Мир вступил в послепандемический период. Но это не означает, что новый вирус A(H1N1)pdm09 исчез. Специалисты полагают, что он будет вести себя как вирус сезонного гриппа. Этот вирус еще будет вызывать заболевания. Поэтому нужно соблюдать меры предосторожности для снижения риска инфицирования.

Типовые антигены вирусов гриппа типа А - гемагглютинин и нейрамшшдаза; на сочетании этих белков основана классификация вирусов гриппа.

В частности, у вируса гриппа А выделяют 13 антигенов различных типов гемагглютинина и 10 типов нейраминидаз. Антигенные различия среди вирусов гриппа типов А, В и С определяют различия в структурах NP- и М-белков.

Все штаммы вирусов типа А имеют групповой (S-) антиген , выявляемый в РТГА. Типоспецифические антигены вирусов гриппа - гемагглютинин и нейраминидаза; варьирование их структуры приводит к появлению новых серологических вариантов, часто в динамике одной эпидемической вспышки.

Изменения антигенной структуры вируса гриппа могут происходить двумя путями:

Антигенный дрейф вируса гриппа.

Вызывает незначительные изменения структуры антигенов , обусловленные точечными мутациями. В большей степени происходит изменение структуры гемагглютинина. Дрейф развивается в динамике эпидемического процесса и снижает специфичность иммунных реакций, развившихся в популяции в результате предшествующей циркуляции возбудителя.

Антигенный шифт вируса гриппа.

Вызывает появление нового антигенного варианта вируса , не связанного либо отдалённо антигенно-родственного ранее циркулирующим вариантам. Предположительно антигенный шифт происходит в результате генетической рекомбинации между штаммами вируса человека и животных либо латентной циркуляции в популяции вируса, исчерпавшего свои эпидемические возможности. Каждые 10-20 лет происходит обновление популяции людей, но иммунная «прослойка» исчезает, что приводит к формированию пандемий.

Грипп A/H1N1 как типичная эмерджентная инфекция: Общая характеристика вирусов гриппа, изменчивость, появление новых пандемических штаммов

Вирусы гриппа - РНК-содержащие вирусы - относятся к сем. Orthomyxoviridae и разделяются на вирусы А, В и С (табл. 1).

Таблица 1.

Сравнительная характеристика вирусов гриппа

Вирус гриппа имеет сферическую форму и размер 80-120 нм. Сердцевина представлена одноцепочечной отрицательной цепью РНК, состоящей из 8 фрагментов, которые кодируют 11 вирусных белков.

Вирусы гриппа А широко распространены в природе и поражают как людей, так и целый ряд млекопитающих и птиц. Вирусы гриппа типов В и С выделены только от человека.

Эпидемически значимыми являются 2 подтипа вируса гриппа А - H3N2 и H1N1 и вирус гриппа типа В (А.А. Соминова с соавт, 1997; О.М. Литвинова с соавт., 2001). Итогом такой ко-циркуляции явилось развитие в один и тот же эпидсезон в различных странах эпидемий гриппа различной этиологии. Гетерогенность популяции эпидемических вирусов возрастает также за счет дивергентного характера изменчивости вирусов гриппа, что приводит к одновременной циркуляции вирусов, относящихся к различным эволюционным ветвям (О.М. Литвинова с соавт., 2001). В этих условиях создаются предпосылки для одновременного инфицирования человека различными возбудителями, что приводит к формированию смешанных популяций и реассортации как между вирусами ко-циркулирующих подтипов, так и среди штаммов в пределах одного подтипа (О.И. Киселев с соавт., 2000).

Классификация типов вирусов гриппа основана на антигенных различиях двух поверхностных гликопротеинов - гемагглютинина (НА) и нейраминидазы (NА). Согласно этой классификации вирусы гриппа и подразделяют на 3 типа - вирусы гриппа типа А, типа В и типа С. Различаются 16 подтипов НА и 9 подтипов NА.

Рис. 1. Классификация вирусов гриппа А и виды животных и птиц - промежуточные и конечные хозяева в цепи передачи инфекции к человеку.
Недавно открыт 16 подтип (Н16) гемагглютинина
Примечание: ∗ НА 7 и NА 7-NА8 выявили и у лошадей

На рис. 1 представлены подтипы вирусов гриппа типа А и их промежуточные хозяева и природные резервуары (перелетные птицы). К основным хозяевам вирусов гриппа А относятся те виды, которым свойственна заболеваемость гриппом.

В популяции человека до настоящего времени выявлены вирусы гриппа А только трех подтипов с НА1, НА2 и НА3. При этом вирусы содержат только два типа нейраминидазы - NА1 и NА2 (рис.1). Доказана их стабильная циркуляция в течении прошлого столетия, начиная с пандемии 1918 г (R.G. Webster et al., 1978; K.G. Nicholson et al., 2003).

Вирусы гриппа А (в меньшей степени В) обладает способностью к изменению структуры НА и NА. Для вируса гриппа А характерны два типа изменчивости:

• точечные мутации в вирусном геноме с соответствующим изменением в НА и NА (антигенный дрейф);
• полная замена одного или обоих поверхностных гликопротеинов (НА и NА) вируса путем реассортации/рекомбинации (антигенный шифт), в результате которого появляется принципиально новый вариант вируса, способный вызвать гриппозные пандемии.

Для вируса гриппа В антигенная изменчивость ограничивается только дрейфом, т.к. он, по-видимому, не имеет природного резервуара среди птиц и животных. Для вируса гриппа С характерна большая стабильность антигенной структуры и с ним связаны лишь локальные вспышки и спорадические случаи заболевания.

Представляет определенный интерес появление новых штаммов вируса гриппа в человеческой популяции и связанные с ними пандемии (рис. 2). На рис. 2 представлены основные антигенные шифты, ассоциированные с панедмиями ХХ века, вызванные вирусами гриппа А:

• в 1918 г пандемия была вызвана вирусом типа H1N1;
• в 1957 г - H2N2 штаммом А/Singapore/1/57;
• в 1968 г - H3N2 штаммом A/Hong Kong/1/68;
• в 1977 г - H1N1 штаммом A/USSR/1/77 (многие ученые не рассматривали это как пандемию, но с появлением этого штамма сложилась ситуация с одновременной ко-циркуляцией 2 штаммов вируса гриппа А - H3N2 и H1N1).

В 1986 г в Китае вирус А/Тайвань/1/86 вызвал обширную эпидемия гриппа А/H1N1, продолжавшуюся до 1989г. Дрейф варианты этого вируса просуществовали до 1995 г, вызывая локальные вспышки и спорадические случаи заболевания. По результатам молекулярно-биологических исследований в геноме вируса А/H1N1 в эти годы возникли множественные мутации. В 1996 г появились два антигенных варианта вируса гриппа А/H1N1: А/Берн и А/Пекин, их особенностью являлась не только антигенная, но и географическая разобщенность. Так, в России вирус гриппа А/Берн принял активное участие в эпидемии гриппа 1997-98 гг. В этот же сезон на востоке страны была зарегистрирована циркуляция штаммов вируса А/Пекин. В дальнейшем в 2000-2001 гг. вирус гриппа А/H1N1 стал возбудителем эпидемии гриппа в России. Современные вирусы гриппа А/H1N1 обладают низкой иммуногенной активностью, свежие выделенные изоляты вируса взаимодействуют только в эритроцитами млекопитающих (человека 0 группы и морских свинок).

Рис. 2. Возникновение новых штаммов вируса гриппа в человеческой популяции и связанные с ними пандемии

В прошлом столетии вирусы гриппа типа А претерпели значительные генетические изменения, результатом чего явились глобальные пандемии с высокой летальностью среди людей. Самая большая пандемия гриппа (H1N1) была в 1918-1919 гг. («испанка»). Вирус, появившийся в 1918 г проделал выраженный дрейф, исходные (Hsw1N1) и конечные (H1N1) его варианты считаются шифтовыми. Вирус вызвал опустошительную эпидемия, унесшую 20 млн жизней (половина погибших - молодые люди в возрасте от 20 до 50 лет (M.T. Osterholm, 2005).

Исследования J.K. Tanbenberger et al., (2005) показали, что вирус, вызвавший пандемию 1918 г., не являлся реассортантом между птичьим вирусом гриппа и вирусом гриппа человека - все 8 генов вируса H1N1 имели больше сходство с вариантами «птичьего» вируса, нежели человеческого (рис. 3). Поэтому, по мнению R.B. Belshe (2005) вирус гриппа птиц, должен инфицировать (минуя промежуточного хозяина) человека, передаваясь от человека к человеку.

Важно отметить, что вирусы гриппа птиц «участвуют» в появлении новых «человеческих» вирусов гриппа, которые характеризуются высокой патогенностью и способностью вызывать пандемии (Э.Г. Деева, 2008). Эти вирусы (H1N1, H2N2 и H3N2) имели различный набор внутренних генов, происхождение которых указывает на их филогенетическую связь с вирусами птиц и свиней.

Каковы же механизмы происхождения пандемических штаммов и какие биологические характеристики необходимы для появления высокопатогенного вируса с пандемическим потенциалом?

Для вирусов гриппа А характерна высокая частота возникновения реассортантов в результате смешанного заражения, что обусловлено сегментированностью вирусного генома. Преобладание реассортанта определенного генного состава считается результатом селекции, при которой из обширного набора разных реассортантов отбирается именно такой, который наиболее приспособлен к репродукции в данных условиях (Н.Л. Варич с соавт., 2009). Штаммоспецифические свойства геномных сегментов могут оказать сильное влияние на генный состав реассортантов в неселективных условиях. Другими словами, отличительной особенностью вирусов гриппа является то, что в восьми из генных сегментов, особенно в гене НА, происходят частые и непредсказуемые мутации. Реассортация играет важную роль в появлении новых вариантов вирусов, в частности в происхождении пандемических штаммов. И иногда нельзя исключить возможность появления на протяжении пандемии вируса с более высокой вирулентностью.

Современные исследования показали, что генная структура нового вируса А/H1N1 является сложной и в его состав, как мы уже отмечали во введении, входят гены свиного гриппа, поражающего свиней Северной Америки; гены свиного гриппа, поражающего свиней Европы и Азии; гены птичьего гриппа; гены человеческого гриппа. По сути, гены нового вируса получены из четырех различных источников. Микрофотография вируса гриппа А/H1N1 представлена на рис. 4.

Рис. 4. Микрофотография вируса гриппа А/H1N1

ВОЗ опубликовала «Руководство для лабораторий гриппа» и представила новые данные по последовательности вирусных генов и их длины реассортантного нового вируса гриппа А/H1N1 (изолят - А/California/04/2009): НА, NА, М, РВ1, РВ2, РА, NР, NS. Эти данные свидетельствуют о формировании нового пандемического варианта вируса, создавая всеобщую уязвимость перед инфекцией в виду отсутствия к иммунитета. Становится понятным, что пандемические варианты вируса гриппа возникают посредством как минимум двух механизмов:

• реассортации между вирусами гриппа животных/птиц и человека;
• непосредственной адаптации вируса животных/птиц к человеку.

Для понимания происхождения пандемических вирусов гриппа важное значение имеет изучение свойств природного резервуара инфекции и путях эволюции этого семейства вирусов при смене хозяина. Уже хорошо известно и это можно утверждать, что водоплавающие птицы являются природным резервуаром вирусов гриппа А (адаптированные к этим промежуточным хозяевам в течение многих столетий), о чем свидетельствует носительство всех 16 подтипов НА этого вируса. Через фекалии птиц, которые в воде могут сохраняться более 400 дней (Грипп птиц…, 2005), вирусы могут передаваться другим видам животных при употреблении воды из водоема. (K.G. Nicholson et al., 2003). Это подтверждается филогенетическим анализом последовательностей нуклеиновых кислот разных подтипов вирусов гриппа А от различных хозяев и из различных географических регионов.

Анализ последовательностей гена нуклеопротеина показал, что вирусы гриппа птиц эволюционировали с появлением 5 специфических хозяйских линий: вирусы диких и домашних лошадей, чаек, свиней и человека. Причем (!) вирусы гриппа человека и свиней составляют так называемую сестринскую группу, что свидетельствует об их близком родстве и, естественно, общем происхождении. Предшественник вирусов гриппа человека и классический свиной вирус, по-видимому, имели полностью «птичье» происхождение. В странах Средней Азии, по известным причинам, свинина не популярна, и эти животные практически отсутствуют в животноводстве. Это приводит к тому, что (в отличие от Китая, например), данный регион не имеет в популяции домашних животных основного промежуточного хозяина - свиней, поэтому вероятность «зарождения» пандемических вирусов в Среднеазиатском регионе ниже, чем в Китае, что практически и следует из данных по анализу их происхождения (Грипп птиц, 2005). Постоянный источник генов пандемических вирусов гриппа, существует (в фенотипически неизменнном состоянии), в природном резервуаре вирусов водоплавающих и перелетных птиц (R.G. Welster, 1998). Следует иметь в виду, что предшественники вирусов, вызвавших пандемию «испанки» (1918 г), как и вирусы, явившиеся источником генома пандемических штаммов Азия/57 и Гонконг/68, до сих пор циркулируют среди популяции диких птиц с незначительными мутационными изменениями (Грипп птиц…, 2005).

Комментарии

(видны только специалистам, верифицированным редакцией МЕДИ РУ)