Ротавирусы[3] (лат. Rotavirus) — род вирусов с двунитевой сегментированной РНК, принадлежащий к семейству реовирусов (Reoviridae), возбудители ротавирусной инфекции.
| Ротавирусы | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Компьютерная реконструкция ротавируса, основанная на нескольких микрографах | ||||||||
| Научная классификация | ||||||||
|
Реалм: Царство: Тип: Класс: Resentoviricetes Порядок: Reovirales Семейство: Подсемейство: Sedoreovirinae Род: Ротавирусы |
||||||||
| Международное научное название | ||||||||
| Rotavirus | ||||||||
| Виды[2] | ||||||||
|
||||||||
| Группа по Балтимору | ||||||||
| III: дцРНК-вирусы | ||||||||
| ||||||||
Внешний вид частиц напоминает «колесо с широкой ступицей, короткими спицами и чётко очерченным ободком»[4], из-за чего они и получили своё название (от лат. rota — «колесо»).
Виды
Известно 9 видов данного рода, обозначаемых латинскими буквами A—J[2]. Человек может инфицироваться видами A, B и C, при этом возбудителем более 90 % ротавирусных инфекций является наиболее часто встречаемый вид — ротавирус A. Виды с A по D могут вызывать болезни у других животных[5]. К виду Ротавирус A относится несколько серотипов[6]. Как и в случае с вирусом гриппа, здесь применяется двойная классификация по подтипам поверхностных белков: серотипы G определяются вариациями гликопротеина VP7, а серотипы P — протеазочувствительным белком VP4[7]. Поскольку гены, определяющие G- и P-типы, наследуются независимо друг от друга, встречаются различные их комбинации[8].
Структура
Геном ротавируса состоит из 11 уникальных двунитевых молекул РНК, состоящих в общей сложности из 18 555 нуклеотидов. Нити нумеруются от 1 до 11 в порядке уменьшения длины, каждая представляет собой один ген. Каждый ген кодирует один белок, за исключением гена 9, кодирующего два белка[9]. РНК окружена трёхслойным белковым капсидом в форме усечённого икосаэдра. Каждый из слоёв сложен отдельным вирусным белком. Внутренний и средний слои перфорированы каналами. Средний слой визуально содержит «спицы колеса» (белок VP6) и является важнейшим компонентом вириона.[10] Размер вируса — 76,5 нм в диаметре[11][12], суперкапсида нет[5].
Белки
Вирион сформирован шестью структурными вирусными протеинами (VP), которые обозначаются как VP1, VP2, VP3, VP4, VP6 и VP7. Инфицированная вирусом клетка продуцирует также шесть неструктурных белков (NSP), не являющихся частью вирусной частицы. Они обозначаются: NSP1, NSP2, NSP3, NSP4, NSP5 и NSP6.
По крайней мере шесть из двенадцати кодируемых геномом вируса белков связываются с РНК[13]. Роль этих белков в репликации вируса до конца не выяснена; их функции, как считается, относятся к синтезу РНК и его упаковке в вирион, транспортировке мРНК к месту репликации, трансляции мРНК и регуляции экспрессии генов[14].
Структурные белки
VP1 располагается в ядре вирусной частицы и представляет собой фермент — РНК-полимеразу[15]. В инфицированной клетке фермент осуществляет синтез мРНК для дальнейшего производства вирусных белков, а также синтез сегментов РНК вирусного генома для новых вирионов.
VP2 формирует ядро вируса и связывает вирусный геном[16].
VP3 также составляет ядро вириона и является ферментом гуанилил-трансферазой. Данный фермент катализирует образование 5'-кэп во время процессинга пре-мРНК[17]. Кэп стабилизирует вирусную мРНК, защищая её от утилизации нуклеазами[18].
VP4 расположен на поверхности вириона и выступает с неё в виде шипа[19]. Он связывается с рецепторами на поверхности клеток и управляет внедрением вируса в клетку[20]. Для того, чтобы вирус смог вызывать инфекцию, VP4 должен быть модифицирован находящимся в кишечнике ферментом трипсином в VP5* и VP8*[21]. Именно VP4 определяет вирулентность вируса. VP4 используется для серотипической классификации ротавирусов наряду с VP7.
VP6 формирует толщу капсида. Этот белок крайне антигенен и может использоваться для определения вида ротавируса[22]. Этот белок используется для определения инфекции, вызванной ротавирусом А, в лабораторных тестах[23].
VP7 — структурный гликопротеин, формирующий наружную поверхность вириона. Он определяет G-тип серологической классификации и вместе с VP4 участвует в формировании иммунитета к инфекции[11].
Неструктурные белки
NSP1, продукт гена 5, является неструктурным РНК-связывающим белком[24]. NSP1 также блокирует продукцию интерферона, части врождённой иммунной системы, защищающей клетки от вирусной инфекции. NSP1 вынуждает протеасомы к лизису ключевых сигнальных компонентов, необходимых для стимуляции продукции интерферона в заражённой клетке и для реакции на интерферон, секретируемый соседними клетками. Целями для протеолитической деградации становятся несколько регуляторных факторов интерферона.[25]
NSP2 — РНК-связывающий белок, аккумулируется в цитоплазматических включениях (вироплазмах) и участвует в репликации генома[26][27].
NSP3 связывается с вирусной мРНК в заражённых клетках и отвечает за выключение синтеза клеточных белков[28]. NSP3 инактивирует два фактора инициации трансляции, необходимые для синтеза белков из мРНК клетки-хозяина. Во-первых, NSP3 выталкивает поли(а)-связывающий белок (PABP) из фактора инициации трансляции eIF4F. PABP необходим для эффективной трансляции транскриптов с 3'-хвостами, которые обнаруживаются у большинства транскриптов клетки-хозяина. Во-вторых, NSP3 инактивирует eIF2, стимулируя его фосфорилирование. В то же время эффективная трансляция вирусной мРНК не требует двух этих факторов, поскольку эта РНК не содержит 3'-концов.[29]
NSP4 — вирусный энтеротоксин, вызывающий диарею. Является первым обнаруженным вирусным энтеротоксином[30].
NSP5 кодируется сегментом 11 генома ротавируса А и в инфицированных вирусом клетках накапливается в вироплазмах[31].
NSP6 является белком, связывающим нуклеиновые кислоты[32], кодируется геном 11 по внефазовой открытой рамке считывания[33].
| Сегмент РНК (Ген) | Размер, спаренных оснований | Белок | Молекулярная масса, kDa | Положение | Копий на частицу | Функция |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 3302 | VP1 | 125 | В вершинах ядра | <25 | РНК-зависимая РНК-полимераза |
| 2 | 2690 | VP2 | 102 | Формирует внутреннюю оболочку ядра | 120 | Стимулирует вирусную РНК-репликазу |
| 3 | 2591 | VP3 | 88 | В вершинах ядра | <25 | метилтрансфераза, мРНК-кэпирующий фермент |
| 4 | 2362 | VP4 | 87 | Шипы на поверхности капсида | 120 | Прикрепление к клетке, вирулентность |
| 5 | 1611 | NSP1 | 59 | Неструктурный белок | 0 | Связывание 5’РНК, блокирование продукции интерферона |
| 6 | 1356 | VP6 | 45 | Толща капсида (средний слой) | 780 | Структурная функция; видоспецифичный антиген |
| 7 | 1104 | NSP3 | 37 | Неструктурный белок | 0 | Усиливает активность вирусной мРНК, выключает синтез клеточных белков |
| 8 | 1059 | NSP2 | 35 | Неструктурный белок | 0 | НТФаза, участвует в упаковке РНК |
| 9 | 1062 | VP71 VP72 | 38 и 34 | На поверхности | 780 | Структурный белок; нейтрализирующий антиген |
| 10 | 751 | NSP4 | 20 | Неструктурный белок | 0 | Энтеротоксин |
| 11 | 667 | NSP5 NSP6 | 22 | Неструктурный белок | 0 | оцРНК- и дцРНК-связывающий модулятор активности NSP2, фосфопротеин |
Таблица составлена на основе штамма обезьяньего ротавируса SA11[34][35][36]. Размеры генов у некоторых других штаммов могут отличаться.
Репликация
Ротавирусы реплицируются главным образом в кишечнике[37] и заражают энтероциты ворсинок тонкого кишечника, что приводит к структурным и функциональным изменениям эпителия[38]. Тройная белковая оболочка делает их устойчивыми к кислой среде желудка и пищеварительным ферментам в кишечнике.
Существует два возможных пути проникновения вируса в клетку: прямая пенетрация через клеточную мембрану и эндоцитоз. Предполагается, что трансмембранное проникновение опосредовано гидрофобной областью VP5, являющегося продуктом расщепления VP4. Эта область закрыта у нерасщеплённого VP4, поэтому вирионы с белковыми шипами, не подвергшимися расщеплению, не способны проникнуть в клетку этим способом. Второй путь проникновения — эндоцитоз. Вирус проникает в клетку путём опосредованного рецепторами эндоцитоза и образует везикулы, известные как эндосомы. Белки в третьем слое (VP7 и шип VP4) нарушают мембрану эндосомы, создав разницу в концентрации кальция. Это вызывает распад VP7-тримеров на одиночные белковые субъединицы, при этом оставшиеся вокруг вирусной двунитевой РНК белки VP2 и VP6 образуют двухслойную частицу (DLP)[39].
Одиннадцать дцРНК-нитей остаются под защитой двух белковых оболочек, где вирусная РНК-зависимая РНК-полимераза создаёт транскрипты мРНК вирусного генома. Оставаясь в ядре вириона, вирусная РНК избегает врождённого иммунного ответа, называемого РНК-интерференцией и вызываемого присутствием двухцепочечной РНК.
Во время инфекции ротавирус производит мРНК для биосинтеза белка и репликации генов. Большинство ротавирусных белков накапливается в вироплазмах, где реплицируется РНК и собираются DLP. Вироплазмы формируются вокруг ядра клетки уже через два часа после начала вирусной инфекции и состоят из вирусных фабрик, создаваемых, как предполагается, двумя вирусными неструктурными белками: NSP5 и NSP2. Ингибирование NSP5 РНК-интерференцией приводит к резкому снижению репликации ротавирусов. DLP мигрируют в эндоплазматический ретикулум, где они получают свой третий, внешний, слой (образованный VP7 и VP4). Потомство вируса высвобождается из клетки путём лизиса[21][40][41].
Передача
Ротавирусы передаются фекально-оральным путем, при контакте с загрязненными руками, поверхностями и предметами[42] и, возможно, дыхательным путем[43]. Вирусная диарея очень заразна. Фекалии инфицированного человека могут содержать более 10 триллионов инфекционных частиц на грамм[44]; для передачи инфекции другому человеку требуется менее 100 из них[45].
Ротавирусы стабильны в окружающей среде и были обнаружены в образцах устья реки в количестве до 1-5 инфекционных частиц на галлон США. Вирусы выживают от 9 до 19 дней[46]. Санитарные меры, достаточные для уничтожения бактерий и паразитов, по-видимому, неэффективны в борьбе с ротавирусом, поскольку заболеваемость ротавирусной инфекцией в странах с высокими и низкими стандартами здравоохранения одинакова[43].
Признаки и симптомы
Ротавирусный энтерит — это заболевание от легкой до тяжелой степени, характеризующееся тошнотой, рвотой, водянистой диареей и субфебрильной температурой. Как только ребёнок заражается вирусом, проходит инкубационный период продолжительностью около двух дней, прежде чем появляются симптомы. Период болезни острый. Симптомы часто начинаются с рвоты, за которой следует от четырёх до восьми дней обильной диареи. Обезвоживание чаще встречается при ротавирусной инфекции, чем при большинстве случаев, вызванных бактериальными патогенами, и является наиболее частой причиной смерти, связанной с ротавирусной инфекцией[47].
Ротавирусные инфекции А могут возникать на протяжении всей жизни: первая обычно вызывает симптомы, но последующие инфекции обычно протекают в легкой или бессимптомной форме[48][44], поскольку иммунная система обеспечивает некоторую защиту[49]. Следовательно, частота симптоматических инфекций наиболее высока у детей в возрасте до двух лет и постепенно снижается к 45 годам[50]. Наиболее тяжелые симптомы, как правило, возникают у детей в возрасте от шести месяцев до двух лет, пожилых людей и людей с иммунодефицитом. Из-за иммунитета, приобретенного в детстве, большинство взрослых не восприимчивы к ротавирусу; у гастроэнтерита у взрослых обычно есть причина, отличная от ротавирусной, но бессимптомные инфекции у взрослых могут поддерживать передачу инфекции в сообществе[51]. Есть некоторые свидетельства того, что группа крови может влиять на восприимчивость к заражению ротавирусами[52].
Механизмы заболевания
Ротавирусы размножаются в основном в кишечнике[53] и поражают энтероциты ворсинок тонкой кишки, что приводит к структурным и функциональным изменениям эпителия[54]. У людей, и особенно на животных моделях, имеются доказательства внекишечного распространения инфекционного вируса в другие органы и макрофаги[55].
Диарея вызывается множественной активностью вируса[56]. Нарушение всасывания происходит из-за разрушения клеток кишечника, называемых энтероцитами. Токсичный белок ротавируса NSP4 индуцирует возрастную и кальций-зависимую секрецию хлорида, нарушает реабсорбцию воды, опосредованную транспортером SGLT1 (котранспортер натрия / глюкозы 2), по-видимому, снижает активность дисахаридаз мембран щеточной каймы и активирует кальций-зависимые секреторные рефлексы кишечной нервной системы[57]. Повышенная концентрация ионов кальция в цитозоле (которые необходимы для сборки вирусов-потомков) достигается за счет NSP4, действующего как виропорин. Это увеличение ионов кальция приводит к аутофагии (саморазрушению) инфицированных энтероцитов[58].
NSP4 также секретируется. Эта внеклеточная форма, которая модифицируется ферментами протеазы в кишечнике, представляет собой энтеротоксин, который действует на неинфицированные клетки через рецепторы интегрина, что, в свою очередь, вызывает и увеличивает внутриклеточную концентрацию ионов кальция, секреторную диарею и аутофагию[59].
Рвота, характерная для ротавирусного энтерита, вызывается вирусом, поражающим энтерохромаффинные клетки на слизистой оболочке пищеварительного тракта. Инфекция стимулирует выработку 5'-гидрокситриптамина (серотонина). Это активирует блуждающие афферентные нервы, которые, в свою очередь, активируют клетки ствола головного мозга, которые контролируют рвотный рефлекс[60].
Здоровые энтероциты выделяют лактазу в тонкий кишечник; непереносимость молока из-за дефицита лактазы является симптомом ротавирусной инфекции[61], которая может сохраняться неделями[62]. Повторение легкой диареи часто следует за повторным введением молока в рацион ребёнка из-за бактериальной ферментации дисахарида лактозы в кишечнике[63].
Иммунные реакции
Конкретные ответы
Ротавирусы вызывают как В-, так и Т-клеточный иммунный ответ. Антитела к белкам ротавируса VP4 и VP7 нейтрализуют вирусную инфекционность in vitro и in vivo[64]. Вырабатываются специфические антитела классов IgM, IgA и IgG, которые, как было показано, защищают от ротавирусной инфекции путем пассивного переноса антител у других животных[65]. Материнский трансплацентарный IgG может играть определённую роль в защите новорожденных от ротавирусных инфекций, но, с другой стороны, может снизить эффективность вакцины[66].
Врожденные реакции
После заражения ротавирусами возникает быстрый врожденный иммунный ответ, включающий интерфероны I и III типов и другие цитокины (в частности, Th1 и Th2[67]), которые ингибируют репликацию вируса и рекрутируют макрофаги и естественные клетки-киллеры в инфицированные ротавирусом клетки[68]. Ротавирусная дцРНК активирует рецепторы распознавания образов, такие как toll-подобные рецепторы[69], которые стимулируют выработку интерферонов. Ротавирусный белок NSP1 противодействует эффектам интерферонов 1-го типа, подавляя активность регуляторных белков интерферона IRF3, IRF5 и IRF7[69].
Маркеры защиты
Уровни IgG и IgA в крови и IgA в кишечнике коррелируют с защитой от инфекции[70]. Было заявлено, что специфичные для ротавируса сывороточные IgG и IgA в высоких титрах (например, > 1: 200) являются защитными, и существует значительная корреляция между титрами IgA и эффективностью ротавирусной вакцины[71].
Диагностика и выявление
Диагноз заражения ротавирусом обычно следует за диагнозом гастроэнтерита как причины тяжелой диареи. Большинство детей, поступивших в больницу с гастроэнтеритом, проходят тестирование на ротавирус А[72][73]. Специфический диагноз заражения ротавирусом А ставится путем обнаружения вируса в кале ребёнка методом иммуноферментного анализа. На рынке имеется несколько лицензированных тест-наборов, которые являются чувствительными, специфичными и обнаруживают все серотипы ротавируса A[74]. Другие методы, такие как электронная микроскопия и ПЦР (полимеразная цепная реакция), используются в исследовательских лабораториях[75]. Полимеразная цепная реакция с обратной транскрипцией (ОТ-ПЦР) позволяет обнаруживать и идентифицировать все виды и серотипы ротавирусов человека[76].
Лечение и прогноз
Лечение острой ротавирусной инфекции неспецифично и включает в себя лечение симптомов и, что наиболее важно, лечение обезвоживания[77]. При отсутствии лечения дети могут умереть от возникающего в результате сильного обезвоживания[78]. В зависимости от тяжести диареи лечение состоит из пероральной регидратационной терапии, во время которой ребёнку дают дополнительную воду для питья, содержащую определённое количество соли и сахара[79]. В 2004 году Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) и ЮНИСЕФ рекомендовали использовать раствор для пероральной регидратации с низкой осмолярностью и прием добавок цинка как двустороннее средство лечения острой диареи[80]. Некоторые инфекции достаточно серьёзны, чтобы потребовать госпитализации, при которой вводятся жидкости путем внутривенной терапии или назогастральной интубации, а также контролируется уровень электролитов и сахара в крови ребёнка[72]. Ротавирусные инфекции редко вызывают другие осложнения, и для хорошо обследованного ребёнка прогноз отличный[81]. Было показано, что пробиотики сокращают продолжительность ротавирусной диареи[82], и согласно Европейскому обществу детской гастроэнтерологии «эффективные вмешательства включают введение специфических пробиотиков, таких как Lactobacillus rhamnosus или Saccharomyces boulardii, диосмектит или рацекадотрил»[83].
См. также
Примечания
Wikiwand in your browser!
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.
