Аттенуация вирусов
Все вирусные популяции характеризуются генетическим полиморфизмом, в основе которого лежат спонтанные мутации как результат ошибок при считывании вирусного генома в процессе репликации [511, 916].
Спонтанные мутации ответственны за фенотипические изменения различных свойств вируса, в том числе вирулентности. В природе вирусы в процессе передачи от хозяина к хозяину совершают множество циклов репродукции. В этот период постоянно генерируются спонтанные мутации, которые могут вызывать изменения свойств вируса. В организме природного хозяина селекционируются преимущественно вирулентные вирусные частицы, которые способны передаваться серийно восприимчивым организмам.
Адаптация вирусов к неестественным условиям репродукции сопровождается прогрессирующей селекцией спонтанных мутантов адекватно новым условиям размножения.
Вирулентность вируса может быть снижена разными путями, в том числе пассированием в культурах клеток особенно неестественного хозяина. При этом преимущественно накапливаются мутанты, которые размножаются быстрее, чем полевой вирус. Затем такие мутанты селекционируют и определяют пригодность для использования в качестве живой вакцины. Аттенуированные мутанты часто являются пригодными в качестве живых вакцин потому, что они не долго размножаются в организме естественного хозяина и в то же время часто вызывают выраженный иммунный ответ [670].
У РНК-вирусов защитный механизм считывания генетической информации менее эффективен, чем у ДНК-вирусов. Они обладают значительно более высокой скоростью мутации, не менее чем в 100 раз, чем ДНК-вирусы [511, 525] ДНК-вирусы генетически более стабильны и труднее адаптируются. Частота ошибок у РНК-зависимых полимераз значительно выше, чем у ДНК-зависимых полимераз. На 10 ООО оснований РНК-вирусов приходиться примерно одна мутация. РНК-полимераза коронавирусов может привести примерно к трем редким мутациям вируса на каждые 30 кЬ генома в процессе репродукции [916]. Нелетальные мутанты РНК-вирусов накапливаются достаточно быстро. Гены, кодирующие разные белки, изменяются с разной скоростью [1135, 1149].
Классическая аттенуация вирусов связана с селекцией спонтанных мутантов с пониженной вирулентностью. Идеально, аттенуация вирусных штаммов не должна сопровождаться потерей способности удовлетворительно размножаться в организме естественного хозяина, изменением антигенности и потерей про- тективных свойств.
Генетические мутации наиболее часто сопровождаются заменой единичных нуклеотидов (точечные, миссенс мутации). Реже мутации связаны с делецией или инсерцией единичных нуклеотидов или блоков нуклеотидов. Фенотипическая экспрессия мутаций может проявляться изменением различных свойств вируса [511].
Точечные мутации, сопровождающиеся специфическими аминокислотными заменами, в кодируемых вирусом белках могут снижать их функцию in vivo и тем самым вызывать аттенуацию вируса для хозяина. По уровню аттенуации и их потенциальной полезности для живых вирусных вакцин различают три класса точечных мутаций: чувствительные к температуре (ts мутанты); зависящие от про- теолитического расщепления (Ра мутанты) и с измененным тканевым (клеточным) тропизмом.
Ts мутанты обычно являются условно летальными вирусами, которые эффективно размножаются при 32—34°С. Аттенуирующие ts мутации идентифицированы в большинстве, если не во всех генах вирусов; ts мутацию можно вызвать почти в любом гене. Ts мутанты особенно пригодны для иммунизации людей против респираторных вирусных болезней. Они хорошо размножаются в верхнем отделе респираторного тракта человека (32—34°С) и плохо — в нижнем (37°С) [1130].
Обнаружение ts мутантов (неспособных удовлетворительно размножаться при температуре несколько выше, чем нормальная температура тела) обычно отражает снижение вирулентности и указывает на возможность их использования в качестве живой вакцины. Однако, даже вакцины, содержащие более чем одну мутацию, доставляют беспокойство, связанное с возможностью восстановления вирулентности в процессе размножения в привитом организме [1135].
Вакцинные штаммы полиовируса являются температурочувствительными со значительно сниженной способностью к размножению и нейровирулентностью для обезьян при введении в спиной мозг. Однако такие штаммы хорошо размножаются в кишечнике вакцинированных животных и могут вызывать виремию, и создают иммунитет. Хотя вакцинный вирус выделяется с фекалиями, контактная передача чувствительным организмом происходит очень редко [1130].
Аттенуация путем адаптации вируса к размножению при пониженной температуре приводит к получению холодоадаптированных (Са) мутантов. К Са мутантам относятся безопасные вакцинные штаммы для интраназального применения, т.к. они хорошо размножаются при пониженной температуре носовой полости (около 33°С у большинства видов млекопитающих), но не при температуре низлежащих респираторных путей и легких. Холодоадаптированные вакцинные штаммы против гриппа, содержащие мутации почти в каждом гене, не давали реверсии. В 1997 году вакцину против гриппа людей, основанную на таких мутациях, использовали в США [1135]. Са мутанты успешно использовали при создании живых вакцин против ряда вирусных болезней животных.
Ра мутанты играют важную роль в аттенуации вирусов, инфекционность которых зависит от протеолиза структурного белка.
Известно, что протеолитическое расщепление парамиксовирусов необходимо для активации инфекционности и играет важную роль в проявлении тканевого тропизма и патогенности. Трипсин-подобные ферменты, присутствующие в клетках хозяина, требуются для расщепления предшественника белка сплавления FO на две субъединицы F1 и F2. Ра мутанты устойчивые к активации трипсином, оказывались аттенуированными.
Протеолитическое расщепление ГА вируса гриппа клеточными протеазами является важным для инфекционности вирусного потомства. В культуре клеток куринного эмбриона не происходит расщепления гемагглютинина.
Точечные мутации могут сочетаться с делеционными мутациями.
Спонтанные мутации ответственны за фенотипические изменения различных свойств вируса, в том числе вирулентности. В природе вирусы в процессе передачи от хозяина к хозяину совершают множество циклов репродукции. В этот период постоянно генерируются спонтанные мутации, которые могут вызывать изменения свойств вируса. В организме природного хозяина селекционируются преимущественно вирулентные вирусные частицы, которые способны передаваться серийно восприимчивым организмам.
Адаптация вирусов к неестественным условиям репродукции сопровождается прогрессирующей селекцией спонтанных мутантов адекватно новым условиям размножения.
Вирулентность вируса может быть снижена разными путями, в том числе пассированием в культурах клеток особенно неестественного хозяина. При этом преимущественно накапливаются мутанты, которые размножаются быстрее, чем полевой вирус. Затем такие мутанты селекционируют и определяют пригодность для использования в качестве живой вакцины. Аттенуированные мутанты часто являются пригодными в качестве живых вакцин потому, что они не долго размножаются в организме естественного хозяина и в то же время часто вызывают выраженный иммунный ответ [670].
У РНК-вирусов защитный механизм считывания генетической информации менее эффективен, чем у ДНК-вирусов. Они обладают значительно более высокой скоростью мутации, не менее чем в 100 раз, чем ДНК-вирусы [511, 525] ДНК-вирусы генетически более стабильны и труднее адаптируются. Частота ошибок у РНК-зависимых полимераз значительно выше, чем у ДНК-зависимых полимераз. На 10 ООО оснований РНК-вирусов приходиться примерно одна мутация. РНК-полимераза коронавирусов может привести примерно к трем редким мутациям вируса на каждые 30 кЬ генома в процессе репродукции [916]. Нелетальные мутанты РНК-вирусов накапливаются достаточно быстро. Гены, кодирующие разные белки, изменяются с разной скоростью [1135, 1149].
Классическая аттенуация вирусов связана с селекцией спонтанных мутантов с пониженной вирулентностью. Идеально, аттенуация вирусных штаммов не должна сопровождаться потерей способности удовлетворительно размножаться в организме естественного хозяина, изменением антигенности и потерей про- тективных свойств.
Генетические мутации наиболее часто сопровождаются заменой единичных нуклеотидов (точечные, миссенс мутации). Реже мутации связаны с делецией или инсерцией единичных нуклеотидов или блоков нуклеотидов. Фенотипическая экспрессия мутаций может проявляться изменением различных свойств вируса [511].
Точечные мутации, сопровождающиеся специфическими аминокислотными заменами, в кодируемых вирусом белках могут снижать их функцию in vivo и тем самым вызывать аттенуацию вируса для хозяина. По уровню аттенуации и их потенциальной полезности для живых вирусных вакцин различают три класса точечных мутаций: чувствительные к температуре (ts мутанты); зависящие от про- теолитического расщепления (Ра мутанты) и с измененным тканевым (клеточным) тропизмом.
Ts мутанты обычно являются условно летальными вирусами, которые эффективно размножаются при 32—34°С. Аттенуирующие ts мутации идентифицированы в большинстве, если не во всех генах вирусов; ts мутацию можно вызвать почти в любом гене. Ts мутанты особенно пригодны для иммунизации людей против респираторных вирусных болезней. Они хорошо размножаются в верхнем отделе респираторного тракта человека (32—34°С) и плохо — в нижнем (37°С) [1130].
Обнаружение ts мутантов (неспособных удовлетворительно размножаться при температуре несколько выше, чем нормальная температура тела) обычно отражает снижение вирулентности и указывает на возможность их использования в качестве живой вакцины. Однако, даже вакцины, содержащие более чем одну мутацию, доставляют беспокойство, связанное с возможностью восстановления вирулентности в процессе размножения в привитом организме [1135].
Вакцинные штаммы полиовируса являются температурочувствительными со значительно сниженной способностью к размножению и нейровирулентностью для обезьян при введении в спиной мозг. Однако такие штаммы хорошо размножаются в кишечнике вакцинированных животных и могут вызывать виремию, и создают иммунитет. Хотя вакцинный вирус выделяется с фекалиями, контактная передача чувствительным организмом происходит очень редко [1130].
Аттенуация путем адаптации вируса к размножению при пониженной температуре приводит к получению холодоадаптированных (Са) мутантов. К Са мутантам относятся безопасные вакцинные штаммы для интраназального применения, т.к. они хорошо размножаются при пониженной температуре носовой полости (около 33°С у большинства видов млекопитающих), но не при температуре низлежащих респираторных путей и легких. Холодоадаптированные вакцинные штаммы против гриппа, содержащие мутации почти в каждом гене, не давали реверсии. В 1997 году вакцину против гриппа людей, основанную на таких мутациях, использовали в США [1135]. Са мутанты успешно использовали при создании живых вакцин против ряда вирусных болезней животных.
Ра мутанты играют важную роль в аттенуации вирусов, инфекционность которых зависит от протеолиза структурного белка.
Известно, что протеолитическое расщепление парамиксовирусов необходимо для активации инфекционности и играет важную роль в проявлении тканевого тропизма и патогенности. Трипсин-подобные ферменты, присутствующие в клетках хозяина, требуются для расщепления предшественника белка сплавления FO на две субъединицы F1 и F2. Ра мутанты устойчивые к активации трипсином, оказывались аттенуированными.
Протеолитическое расщепление ГА вируса гриппа клеточными протеазами является важным для инфекционности вирусного потомства. В культуре клеток куринного эмбриона не происходит расщепления гемагглютинина.
Точечные мутации могут сочетаться с делеционными мутациями.
Источник: В.А. Сергеев, Е.А. Непоклонов, Т.И. Алипер, «Вирусы и вирусные вакцины» 2007
А так же в разделе « Аттенуация вирусов »
- Классификация вирусов
- Глава 3 РЕПЛИКАЦИЯ ВИРУСОВ
- Цикл размножения вирусов
- Прикрепление (адсорбция) вируса
- Проникновение вируса в клетку
- Раздевание вирионов (обнажение вирусного генома)
- Синтез вирусных компонентов (эклипс-период)
- 3.2 Стратегия репликации вирусов
- РНК-вирусы
- ДНК-вирусы
- Репликация вирусных ДНК
- Репликация вирусных РНК
- 3.3. Формирование и выход из клетки вирионов
- Дефектные интерферирующие вирусные частицы (ДИ-частицы)
- Типы взаимодействия вирусов с клетками
- Глава 4 КРУПНОМАСШТАБНОЕ КУЛЬТИВИРОВАНИЕ ВИРУСОВ
- Клеточные субстраты
- Контаминация клеточных культур
- Выращивание вирусов
- Факторы, влияющие на размножение вирусов в культуре клеток
- Размножение вирусов в однослойной культуре
- Размножение вирусов в суспензии постоянных линий клеток
- Глава 5 ВИРУСНЫЕ АНТИГЕНЫ
- Глава 6 ПРОТИВОВИРУСНЫЙ ИММУНИТЕТ
- Организация иммунной системы
- Клетки иммунной системы
- Субклеточные компоненты иммунной системы
- Синтез антител
- Типы гуморального иммунного ответа
- Клеточный иммунитет
- Эффекторные и регуляторные Т-клетки
- Иммунологическая память
- Иммунная система слизистых оболочек
- Секреторный IgA как ведущий Кооператор иммунной системы слизистых оболочек
- Роль отдельных органов в функционировании иммунной системы слизистых оболочек
- Респираторные органы
- Молочная железа
- Некоторые особенности патогенеза и иммунитета при вирусных инфекциях
- Нейтрализация вирусов
- Глава 7 МАТЕРИНСКИЙ ИММУНИТЕТ (естественый пассивный иммунитет)
- Глава 8 ИММУНОЛОГИЧЕСКИЕ АДЪЮВАНТЫ
- Механизм действия адъювантов
- Адъюванты на основе природных субстратов
- Мурамилдипептиды
- Липосомы
- Действие адъювантов на орально вводимые антигены
- Безопасность адъювантов
- Глава 9 ВИРУСНЫЕ ВАКЦИНЫ
- Классификация и типы вирусных вакцин
- Инактивированные вакцины
- Методы инактивации вирусов
- Химические методы
- Физические методы
- Живые вакцины
- Делеционные мутанты
- ДИЧ-мутации (образование дефектных интерферирующих частиц-ДИЧ)
- Аттенуация вируса серийными пассажами в неестественном хозяине
- Продолжительность аттенуации
- Ранняя защита после вакцинации
- Гетерологичные вакцины
- Вакцины из очищенных нативных вирусных белков
- Реассортантные вакцины
- Рекомбинантные живые векторные вакцины
- Рекомбинантные субъединичные вакцины
- Вакцины на основе вирусоподобных частиц и трансгенных растений
- ДНК-вакцины
- Синтетические пептидные вакцины