Латентное заболевание: до тех пор, пока смерть не разлучит нас
Я приступил к исследованиям вирусов эукариотических клеток на последнем курсе обучения в Кембриджском университете в конце семидесятых годов. Я живо вспоминаю, как захватил меня сплайсинг м-РНК транскриптов одного из генов аденовируса, ДНК-содержащего вируса, реплицирующегося в ядрах эукариотических клеток. Недавнее открытие расщепления генов в лабораториях «Колд-Спринг-Харбор» Филиппом Шарпом и Ричардом Робертсом принесло первооткрывателям Нобелевскую премию по физиологии и медицине 1993 года. Сплайсинг РНК включает в себя процессинг первичного транскрипта гена в ядре перед его выходом в цитоплазму. В процессе сплайсинга вырезаются целые сегменты некодирующих последовательностей, называемых интронами, которые включаются в первичный транскрипт. Получающаяся зрелая РНК содержит непрерывные, кодирующие белки – экзоны. Подвергнутый сплайсингу транскрипт транспортируется в цитоплазму, где он распознается и транслируется на рибосоме. Стало ясно, что этот процесс лежит в основе любой экспрессии клеточных генов. Точно так же, как бактериофаги снабдили нас знаниями о генетике и молекулярной биологии царства бактерий, эти вирусы должны были научить нас особенностям эукариотических клеток. Итак, мое первое очарование вирусами, касалось, собственно говоря, не самих вирусов как таковых и болезней, которые они вызывали, но предвосхищения того, чему они научат нас относительно процессов в наших собственных клетках, которыми они так умело пользуются. Ядерные ДНК-содержащие вирусы, подобно своим цитоплазматическим РНК-содержащим сородичам, должны использовать те же цитоплазматические механизмы трансляции белка, но должны «уметь» манипулировать клеточными механизмами транскрипции генов в ядре. Эти матричные РНК транскрибируются с вирусной геномной ДНК с помощью человеческой РНК-полимеразы II. Эта ДНК должна кодировать необходимые сигналы и последовательности кодонов для направления синтеза из аминокислот собственных белков вируса на клеточных рибосомах, а кроме того, содержать информацию, необходимую для согласованной экспрессии генов клеточными транскрипционными механизмами.
Представители семейства вирусов герпеса – одни из наиболее сложных ДНК-содержащих вирусов, геном которых колеблется от 125 до 230 тысяч пар оснований двуспиральной ДНК, кодирующих от 70 до 200 генов. Сложность их геномов является убедительным индикатором их способности к многогранным адаптационным отношениям с организмами хозяев. Вирусы герпеса являются наглядной живой историей успешной эволюции.
Требуется, однако, более формальное представление вирусов герпеса. Так же как хвостатые вирусы признаются семейством родственных бактериофагов благодаря их сходной морфологии, порядок герпетических вирусов входит в вирусную номенклатуру в виде точно такой же сложной совокупности. При исследовании под электронным микроскопом видна похожая архитектура вирусных частиц всех вирусов герпеса. Вирусные частицы состоят из липидной оболочки, пронизанной вирусными гликопротеинами, окруженными аморфным белковым матриксом, внутри которого находится икосаэдрический капсид, содержащий ДНК-геном. Вирусы герпеса представлены тремя семействами: семейство, вирусов, поражающих млекопитающих, птиц и рептилий; алловирусы герпеса рыб и земноводных; малаковирусы, поражающие беспозвоночных. Большая часть наших знаний о герпетических вирусах почерпнута из исследований первого семейства, в которых выделяют три подсемейства: альфа-, бета- и гамма-герпетические вирусы. Люди являются хозяевами для трех альфа-герпетических вирусов, трех бета-герпетических вирусов и одного гамма-герпетического вируса. Человеческие вирусы герпеса являются окном, сквозь которое мы можем изучать способ существования и патогенные свойства герпетической инфекции. Все они обладают общим свойством взаимодействовать с клетками двумя способами: литическим и латентным. После первичного инфицирования хозяина вирус производит литическую инфекцию, обычно сочетающуюся с легкой симптоматикой и выделением в окружающую среду инфицирующих вирусных частиц. Установление пожизненной латентной фазы инфекции в покоящейся клеточной популяции следует за начальной литической фазой инфекции. Латентность определяется как отсутствие продукции инфицирующего вируса и происходит перед лицом активного иммунного ответа (Wilson, Mohr, 2012; Roizman, Whitley, 2013). Успешность герпетических вирусов объясняется их способностью уходить от иммунной реакции. Герпетические вирусы приобрели механизмы противостояния иммунной защите макроорганизма, хотя и в латентном состоянии вирус герпеса находится под прицелом иммунной системы хозяина. Механизм, поддерживающий латентное состояние вируса, является предметом интенсивных исследований, но ясно, что это метастабильное состояние, в поддержание которого вносят равный вклад клеточные репрессивные механизмы и механизмы активации вируса. Реактивация вируса из латентного состояния происходит периодически и, очевидно, стохастически, при продукции инфекционной формы вируса, которую можно передать новому хозяину.
Вирусы герпеса очень медлительны в выборе новых хозяев, а заболевания, вызываемые ими, редко сочетаются с тяжелыми клиническими проявлениями у здоровых пациентов. Это указывает на высокий уровень эволюционной адаптации к их привычным хозяевам. Это, разумеется, имеет большое преимущество для вируса, если хозяин остается относительно здоровым в течение длительного периода времени инфицирования, что позволяет вирусу передаваться от хозяина другим организмам в нормальном состоянии. Особенно это верно в отношении патологии, передаваемой половым путем, или для заболеваний, которые требуют для передачи тесного телесного контакта. Тяжелые или даже смертельные поражения, вызванные вирусами герпеса, однако, случаются, когда происходит инфицирование во время эпизоотии (среди животных разных видов). Чаще всего такие заражения происходят случайно, а вирус проникает в чуждый организм, как в тупик, который не приводит к развитию эндемического заболевания. Вирус B герпеса макаки может служить в этом отношении примером (Huff, Barry, 2003). Проникая в организм своего естественного хозяина, вирус вызывает у него бессимптомное легкое заболевание, но для человека, имевшего несчастье заразиться вирусом от макаки, заболевание часто оказывается смертельным. Вирус B герпеса макаки поражает до 75 % выловленных в дикой природе макак, которых используют для научных исследований, однако в наши дни макак разводят в специальных питомниках для выведения чистых линий, что резко снизило опасность зооноза среди сотрудников лабораторий. Многие другие перекрестные заражения приводят к похожим исходам, причем зоонозы чаще всего поражают фермеров и держателей зверинцев, где представители разных биологических видов находятся в нехарактерном для этих видов близком соседстве.
В обиходе герпесом называют инфекционное поражение вирусом простого герпеса (HSV). Половой герпес, вызываемый вирусом HSV, приобрел широкую известность в начале восьмидесятых годов. В 1982 году журнал Newsweek окрестил его «венерической болезнью восьмидесятых, а журнал «Time» – новой «Алой буквой». Та эпидемия поразила двадцать миллионов американцев – она прошлась, как ураган, по нашему сексуально раскрепощенному обществу. На самом деле, существуют два вида вируса простого герпеса, HSV-1 и HSV-2, и они сочетаются с губным герпесом, распространенным заболеванием, при котором герпетические поражения высыпают в полости рта и на губах, и с половым герпесом, который поражает слизистые оболочки полового тракта (Whitley, Roizman, 2001). Эта инфекция передается половым путем, когда вирус отшелушивается от слизистой оболочки половых путей либо при первичном инфицировании, либо при реактивации латентной инфекции. Эти вирусы, являющиеся эталоном успешности в качестве человеческих патогенов, HSV-1 и HSV-2, чрезвычайно широко распространены среди людей, а частота поражения неуклонно увеличивается с возрастом. Носителями менее распространенного вируса HSV-2 являются 30 % взрослого населения, вирус HSV может обнаруживаться у 50 % детей в возрасте до 10 лет, а у пожилых людей частота поражения достигает и превосходит 80 %. Обычный путь заражения – контакт вирусных частиц простого герпеса с эпителиальными клетками. Так же как в случае с вирусом гриппа, прикрепление к клетке опосредуется молекулярным взаимодействием между гликопротеинами вирусной оболочки с мембранными белками клеточной мембраны. Слияние вирусной и клеточной мембран позволяет нуклеокапсиду и ассоциированным с ним матриксным белкам проникнуть в цитоплазму клетки, откуда нуклеокапсид проходит в клеточное ядро, прободая его мембрану. Через ядерную пору сбросивший белковый матрикс и капсид ДНК-геном вируса проходит в святая святых клетки, в ее ядро. Здесь вирус проходит несколько циклов экспрессии генов, в ходе которых возникают волны последовательных синтезов белка, нейтрализуются защитные механизмы клетки и метаболизм клетки начинает работать на вирус. Реплицируется геном вирусной ДНК, и сборка вирусных частиц происходит в ядре. Частицы отпочковываются от ядерной мембраны и вступают в аппарат Гольджи, где частица приобретает вирусную оболочку. Покинув аппарат Гольджи, частицы переходят в цитоплазму и сливаются с клеточной мембраной, после чего зрелые вирионы выходят в окружающую среду. Этот литический репликативный цикл в эпителиальных клетках приводит к появлению клинических симптомов инфекции – образованию наполненных водянистой жидкостью пузырьков на слизистой оболочке рта, губ или других слизистых оболочках. Эти патологические элементы нагружены инфекционными вирусными частицами, которые могут быть легко переданы другим людям в слюне или секрете половых желез. Вирус герпеса человека способен заражать незаметно; очень часто передача инфекции половому партнеру происходит при отсутствии видимых симптомов вирусного поражения слизистой оболочки половых путей.
