A vírusok tulajdonságai

Átírás

1 A vírusok tulajdonságai Vírusok. Csoportosítás, morfológia. A vírusfertızés menete, a vírusszaporodás lépései. Bakteriofágok. Prionok. Esetbemutatás: a vcjd (kergemarhakór) terjedése Európában. A vírusok obligát intracelluláris paraziták. A vírus nukleinsav csak a gazdasejt bizonyos bioszintetikus folyamatainak jelenlétében képes szaporodni. Nincs saját riboszómája, így a virion önmagában nem képes a replikációra (a virion nyugvó extrakromoszómális információ). Fogékony sejtbe kerülve a vírus nukleinsav irányítja a vírusreplikációt. Kizárólag egyféle nukleinsavat tartalmaznak (vagy csak DNS vagy csak RNS). Vegetatív forma és fertızıképes virion. A vírusok eredete A vírusok önállósult nukleinsav szakaszok mobilis genetikai elemek (plazmid, transzpozon) - amelyek képesek sejten kívül is fennmaradni. Retrográd vagy reverz evolúció intracelluláris paraziták degenerált formái (pl. poxvírusok). Folyamatos evolúció A vírusok morfológiája Méret elektronmikroszkóp -3 nm filovírusok 4 nm hosszúság, mindössze 8 nm kapszid poxvírusok nm méret, már fénymikroszkóppal is láthatók mimivírusok nagyobbak, mint a mycoplasmák (75 nm) Új vírusbetegségek megjelenése. Állatpatogén vírusok gazdaváltása. Vírus nukleinsav DNS vagy RNS Fehérjeburok vagy kapszid kapszomerek Peplon peplomerek Nukleokapszid Kapszidszimmetria Helikális struktúra Kapszidszimmetria Ikozahedális szimmetria Penton vagy pentamer az ikozahedron csúcsain Hexon vagy hexamer az ikozahedron oldalain vírus nukleinsav kapszomer 3 - nukleokapszid

2 Kapszidszimmetria Kettıs szimmetria Kapszidszimmetria Komplex szimmetria poxvírusokra jellemzı a vírus genom fehérjével asszociált a virion centrális régiójában a maganyag burokkal határolt és laterális testek veszik körül pleomorf viruspartikulum, ovoid vagy tégla alakú A vírusok kémiai összetétele I.. - Nukleinsavak, gének DNS vagy RNS, dupla vagy szimpla szál cirkuláris vagy lineáris folyamatos vagy szegmentált genom genom mérete: néhány ezer bázis több ezer bázis (4-4 gén) önmagában is fertızıképes NS RNS genom: messenger (+) vagy komplementer ( ) orientáció vírusfehérjéket kódoló gének és regulátor NS szakaszok nyitott leolvasási keretek és alternatív splicing A vírusok kémiai összetétele II.. - Fehérjék, enzimek mérettıl függıen -3 polipeptid külsı vagy kapszid proteinek belsı vagy core proteinek korai fehérjék virális enzimek NS-polimerázok (reverz transzkriptáz, RNSdependens RNS-polimeráz); nukleázok; ligázok 3. - Szénhidrátok, lipidek peplon gazdasejt eredető szénhidrátok glikoprotein tüskék A vírusok elnevezése és osztályozása Rend: -virales Család: -viridae (pl. Herpesviridae) Alcsalád: -virinae (pl. Alphaherpesvirinae) Nemzetség: - virus (pl. Varicellovirus) Species: -vírus (pl. Varicella zoster vírus) Besorolás alapja: - NS kémiai szerkezete, ss vagy ds, lineáris vagy cirkuláris, NS orientációja - nukleokapszid szimmetriája - burok jelenléte vagy hiánya - helikális vírusoknál a nukleokapszid átmérıje, kubikálisoknál a kapszomerek száma

3 Szubvirális ágensek - Viroidok kizárólag nukleinsavat tartalmaznak; növénypatogének, ss cirkuláris RNS a gazdasejt kromatinállományában - Prionok tisztán fehérjetermészető fertızı ágens; állati és emberi neurológiai megbetegedések; PrP gén; a normál és az abnormális fehérje tulajdonságai közti különbségek Bakteriofágok - baktériumok vírusai - DNS vagy RNS, ss vagy ds - kubikális, fonalszerő, pleomorf vagy komplex felépítés - molekuláris biológiai vizsgálatok, alkalmazások - mikrobiológiai diagnosztikai hasznosítás (fágtipizálás) - lizogén konverzió A vírusok szaporodása Vírusszaporodás: kizárólag élı sejtekben gazdasejttıl >>> energia, kis molekulasúlyú prekurzorok és szintetizáló gépezet a vírusfehérjék és nukleinsavak elıállításához vírusfertızés során nukleinsav és bizonyos vírusfehérjék gazdasejtbe juttatása vírusfehérjék funkciói: - vírus NS-replikáció - virion összeépülése - a fertızött sejtek mőködésének megváltoztatása Vírusfertızés típusai:. A gazdasejtben - produktív fertızés permisszív sejt - abortív fertızés a fertızés végbemegy, de új virionok nem keletkeznek; nagyon korai és korai fehérjék expressziója, malignus transzformáció veszélye - látens fertızés nem permisszív sejtekben, a vírusgenom jelen van, de nem okoz káros hatástlátenciát kialakító fehérjék. A gazdaszervezetben - akut fertızés - látens fertızés - krónikus fertızés - lassú vírusfertızések A vírusszaporodás szakaszai Adszorpció (-) töltéső sejtfelszín és virion felszín (+) töltéső ionok segítik a kapcsolódást (Mg + ) receptor (gazdasejt) komplementer vagy antireceptor (vírus) kapcsolódás; koreceptorok vírus gazdaszervezet- és gazdasejt-specifitása multiplicitás a felületre abszorbeálódott vírusok száma poliovírus Pvr csak a fıemlısök sejtjein veszettség (lyssa, rabies) nikotinerg acetilkolin receptor influenzavírus sziálsav HIV CD4 receptor és kemokin koreceptorok EBV CR komplementreceptor A vírusszaporodás szakaszai- Penetráció és dekapszidáció a vírusrészecske citoplazmába jutása penetráció módjai: - bakteriofágok kapszid kontrakciója fecskendezi be a nukleinsavat a sejtbe - növényi vírusok sérülések és ízeltlábú vektorok - teljes vírus transzlokációja (burok nélküli vírusok) - a teljes vírusrészecske endocitózisa (egyes burkos és burok nélküli vírusok) - virionburok fúziója a citoplazmamembránnal (burokkal rendelkezı vírusok; paramyxo-, retro- és herpeszvírusok) dekapszidáció a kapszid a bejutás során válik le endoszómális vezikulumban, maghártya pórusainál teljes és részleges (legtöbb RNS-vírus) dekapszidáció a nukleokapszid a citoszkeleton mentén jut a maghártyához a NS bejut, a kapszid szétesik sejten kívül már részleges dekapszidáció reovírusok, poliovírusok a nukleokapszidból egy enzim szabadítja ki a DNS-t (poxvírusok) A vírusszaporodás szakaszai Szintetikus szakasz, replikációs stratégiák A vírusszaporodás szintetikus szakasza Eklipszis fázisa: dekapszidációtól az új vírusalkatrészek megjelenéséig vírusfehérjék szintézise a gazdasejt enzimkészletével korai és késıi transzkripció és transzláció korai vírusfehérjék nem épülnek be a virionba, a gazdasejt átprogramozásában, a vírus NS-replikációjában irányításában vesznek részt Problémák: a DNS vírusoknak a magban kell mrns-t szintetizálniuk gazdasejt mrns szintézise a sejtmagban citoplazmában szaporodó vírusoknál az mrns szintézishez saját virális enzimek kellenek (-)ssrns vírusok - az mrns szintézishez saját virális enzimek kellenek monocisztronos leolvasás a gazdasejtben külön mrns minden egyes vírusgénrıl prekurzor poliprotein kompetíció a gazda mrns-sel sejt saját mrns és fehérje szintézisének gátlása Endocitózis 3

4 dsdns vírusok (Baltimore class ) DNS magban szaporodó DNS vírusok (papilloma, polyoma, adeno, herpesvírusok) - gazdasejt saját enzimjei (korai fehérjék >>> S fázis) vagy saját enzimkészlet felhasználása; erısen függnek a sejtciklustól citoplazmában szaporodó vírusok (poxvírusok): saját replikációs enzimek a kapszidon belül, ezután jut a DNS a magba ssdns vírusok (Baltimore class ) DNS-dependens DNS-polimeráz (+) vagy ( )DNS ±DNS RNS-polimeráz mrns (+) vagy (-)DNS magban replikálódnak a szaporodó gazdasejt (S-fázis) celluláris enzimkészletének használata összeépülés a sejtmagban Parvoviridae, Anelloviridae dsrns vírusok (Baltimore class 3) ± RNS RNS-dependens RNS-polimeráz protein virális replikáz ± RNS (virion) replikáció a citoplazmában nem tudják használni a gazda polimerázát saját RNS polimeráz szükséges Reoviridae monocisztronos átírás (+)ssrns vírusok (picorna, flavivírus, toga, coronavírus) (Baltimore 4) RNS-dependens RNS-polimeráz ± RNS átmeneti forma poliprotein (hasítás) vagy több fehérje +RNS (virion) de novo polimeráz képzés replikáció a citoplazmában, függetlenül a gazdasejt replikációs ciklusától (-)ssrns vírusok (paramyxo-, rhabdo-, filovírus) (Baltimore class 5) -RNS RNS-dependens RNS-polimeráz virális replikáz Ambiszensz RNS vírusok részben (+) és részben (-) RNS szál virion-eredető polimeráz >>> mrns szintézis virális replikáz (de novo) >>> teljes RNS genom protein ± RNS átmeneti forma -RNS (virion) (+)ssrns vírusok replikációja DNS intermedieren keresztül Retrovírusok (Baltimore class 6) +RNS reverz transzkriptáz reverz transzkriptáz -DNS ±DNS (provirális DNS) ribonukleáz H protein +RNS (virion) 4

5 dsdns vírusok replikációja ssrns intermedieren keresztül (hepadnavírusok) (Baltimore class 7) virális DNS-dependens DNS-polimeráz részlegesen dsdns ±DNS protein pregenomiális RNS reverz transzkriptáz aktivitás dsdns (virion) A vírusszaporodás szakaszai Morfogenezis érés és összeépülés folyamata késıi vírusfehérjék képzıdése struktúrproteinek, virionba bekerülı enzimek és a morfogenezisben szerepet játszó fehérjék virionba kerülı NS szintézise érés prekurzor poliproteinek hasítása csak a NS-val egyidıben keletkezı struktúrfehérjék állnak össze virionokká ikozahedrális vírusok a kapszomerek önállóan is összeépülnek (NS nélküli kapszid); core fehérjék vagy celluláris fehérjék NS kondenzálása helikális vírusok a nukleinsav és kapszomerek együttes jelenléte szükséges, nincs üres kapszid virális és celluláris chaperonok burok megszerzése A vírusszaporodás szakaszai Kiszabadulás Lefőzıdés vagy bimbózás a burokkal rendelkezı vírusoknál a virális antigének beépülése a fertızött sejt membránjába így kerülnek majd be a vírus peplonjába erısen citolitikus (paramyxo-, rhabdo- és togavírusok) és nem citolitikus (retrovírusok) vírusok Sejtlízis sejt szétesése burokkal nélküli vírusok poxvírusok Exocitózis burokkal rendelkezı és burok nélküli vírusok herpesvírusok maghártyáról való lefőzıdés, cp-transzport, vezikulum és a citoplazmamembrán fúziója és exocitózis, majd citolízis Prionok KIR krónikus progresszív degeneratív elváltozása jellegzetes amyloid plakkok a KIR-ben >>> szöveti destrukció, astrocytosis átvihetı szivacsos encephalopathia >>> emlékezet kiesés, személyiség változás, mozgáskoordinációs zavarok, aluszékonyság, demencia >>> fatális kimenetel terjedés táplálékkal, direkt kontaktus a kontaminált szövetekkel, testváladékokkal, kontaminált orvosi eszközökkel, hormonkivonatokkal rezisztensek UV-sugárzásra (>>> nem nukleinsav) és nem inaktiválja alkohol, %formalin, β-propiolakton, forrásban lévı víz; inaktiválható autoklávval, 5% Na-hipoklorittal és N NaOH-val a nincs gyulladásos válaszreakció és immunválasz, nem indukálnak interferon-termelést és nem interferálnak más fertızı ágensekkel a szőrhetı ágens átmérıje 5 nm, elektronmikroszkóppal nem mutatható ki vírusszerő struktúra érzékeny szövetekben nagy titerben replikálódik (in vivo) kísérleti állatra átvihetı, hosszú inkubációs idı után jelenik meg a betegség PrP c (α-hélix) és PrP sc (β-redı) forma nagy stabilitás, akkumulálódik a fertızött szövetekben, szöveti károsodás; a két forma nem különbözik nukleinsav és aminosavszekvenciájában speciális celluláris RNS segíti a konformáció-változás Prusiner (997 Nobel-díj) PrP Sc mutáció a PRNP génben (betegségspecifikus) 4-féle mutáció konformációs változás a másodlagos és harmadlagos szerkezetben béta-redı amyloid plakkokban akkumulálódik filamentózus struktúra >> neurodegeneráció a normál forma abnormálissá alakulását indukálja rosszul oldódik, proteáz R PrP C a prion protein normál formája sejmembránban található sejtfelszíni és transzmembrán formák, kommunikáció, védelem, Cu-dependens antioxidáns? fıleg alfa-hélix forma 9 aminosav (53 aa PTM elıtt), diszulfid-híddal proteináz K-val emészthetı, oldékony PRNP gén. kromoszómán hosszú távú memória?; ıssejtek megújulása a csontvelıben 5

6 Scrapie Szarvasmarha szivacsos encephalopathiája (bovine spongiform encephalopathy - BSE) juhok és kecskék betegsége polimorfizmus a 36., 54. és 7. kodonban >>> változó fogékonyság a scrapie-re PrP-VRQ és PrP-ARQ nı a fogékonyság PrP-ARR csökken a fogékonyság a betegség iránt fertızıdés táplálék, sebeken keresztül, átvihetı az utódokra a prion vizelettel is ürül? évtizedekig perzisztálhat a környezetben elıször a nyirokcsomókban jelenik meg, majd elsısorban az idegsejtekben akkumulálódik inkubációs idı -5 év viszketegség, mozgászavar elıfordul Európában, ÉszakAmerikában, Ausztrália és Új-Zéland mentes a betegségtıl BSE JÁRVÁNY modern ipari mérető állattartás antibiotikumok, hormonok, peszticidek, termékenységfokozók és fehérje-kiegészítık az állati takarmányban fehérjepótlásra szójabab; DE: drága és Európában nehezen termeszthetı, emiatt hús- és csontliszt alkalmazása fehérjeforrásként forrás elhullott, emberi fogyasztásra alkalmatlan állatok (juhok, kecskék, szárnyasok) tetemeinek feldolgozása (987 elıtt) 98-as éve eleje változás a gyártási technológiában alacsonyabb hımérséklető hıkezelés, extrakciós lépés kihagyása, megnövekedett húsliszt arány a takarmányban elsı igazolt állati eset 984 UK-ban ~85. fertızött állat, 4,5 millió kiirtása az eradikációs program során (UK) ~4. fertızött állat kerülhetett élelmiszeripari felhasználásra a humán variáns CJD (vcdj) forrása 9. februárig 64 eset UK-ban és 4 más országokban; elsı megerısített eset 995 UK fertızés másik forrása növényi trágya állati fehérje tartalma (inhaláció) szarvasmarha eredető anyagok gyógyászatban és kozmetikai iparban való alkalmazásának korlátozása a kérıdzı melléktermékek még felhasználhatók kisállatok, sertések és háziszárnyasok takarmányozására BSE vcjd Ausztria 5 Belgium Ország 33 Kanada 5 Csehország 8 Dánia 4 Falkland-szigetek Finnország 9 5 Németország 3 Görögország Hong Kong Izrael Olaszország 38 Japán 6 Liechtenstein Luxemburg Hollandia 85 3 Omán Lengyelország Portugália 875 Szaud Arábia Szlovákia 5 Szlovénia Spanyolország Svédország Svájc Egyesült Királyság USA Összesen (66+3) Thaiföld igazolt humán vcjd esetek BSE elıfordulása Nyércek fertızı encephalopathiája (Transmissible mink encephalopathy - TME) Franciaország Írország kergemarhakór neurodegeneratív megbetegedés hosszú inkubációs idı - ~4 év (-8 év), kizárólag felnıtt, 5 évnél idısebb állatoknál elsı megerısített eset 986 UK a járvány csúcsa 993 Angliában hetente új jelentett eset a kórokozó eredete a scrapie gazdaváltása vagy spontán kialakulás maternális fertızés (alacsony hatékonyság) 947 USA, Minesota és Wisconsin sporadikus elıfordulás USA, Kanada, Finnország, Szovjetunió utódállamai kizárólag felnıtt állatokat érint 7- hónapos inkubációs idıszak után jelentkezı, fatális kimenetelő degeneratív idegrendszeri betegség viselkedési zavarok az állat nem tisztálkodik, körbe jár, hátára görbülı farok, fogyás, matt szırzet, idegesség diagnózis post mortem, szövettani 6

7 Macskafélék szivacsos encephalopathiája (Feline spongiform encephalopathy - FSE) központi idegrendszeri és máj érintettség kapcsolatba hozható a BSE-vel házimacska és fogságban élı állatok fertızıdés kontaminált marhahússal 4-9 éves állatoknál jelentkezett ataxia, mozgászavar, vakság, izomgörcsök, fokozott zajérzékenység, aluszékonyság, fatális kimenetel elsı eset 99 UK (Max) 87 eset UK (kizárólag házimacskákban) - eset Norvégia, Észak-Írország és Svájc állatkerti esetek (Franciaország, UK) gepárd, tigris, oroszlán, puma és ocelot diagnózis post mortem Szarvasfélék krónikus sorvadásos betegsége (Chronic wasting disease of deer - CWD) elsı leírás 967 Colorado 978 TSE-ként azonosították felnıtt állatokat érint fertızés módja az állatok testváladékaival ürülve a kórokozó kontaminálja a legelıket, állatok nyála inkubációs idı 8 hónap az állatok progresszív súlyvesztése, viselkedési változások, kedvetlenség, idegesség, nyáladzás, szomjúság, fokozott vizeletürítés, fatális kimenetel nincs kapcsolat a CWD és más humán és állati TSE-k között post mortem diagnózis neurodegeneráció; kóros soványság, aspirációs pneumonia elıfordulás Colorado, Wyoming, Nebraska (), Wisconsin-Illinois-Új-Mexico (), New York-West Virginia (5), Utah-Dakota-Kansas (6), Michigan-Alberta (8) nemcsak vadon, hanem farmon élı állatoknál is megjelent 9 államban Humán prionbetegségek. Creutzfeldt-Jacob kór (968). Gerstmann-Straussler-Scheinker kór (öröklıdı) (98) 3. Fatalis familiaris insomnia (öröklıdı) 4. Kuru (átvihetı) (966) 5. (Alpers szindróma) Diagnosztika - klinikai tünetek - EEG - MRI - prion fehérje kimutatása WB Elıfordulás a humán szövetekben - agy, gerincvelı, szem - vese, tüdı, liquor, nyirokszervek, izom - vér, vizelet Magyaroszágon a idıszakban 9 beteg Creutzfeld-Jacob betegség 9 Creutzfeld és Jacob a betegség leírása -/.. eset/év év; legtöbb a 6-65 éves korosztályban a tünetek megjelenése után éven belül fatális (85%) rapid demencia, emlékezetkiesés, elkent beszéd, mozgászavar, egyensúlyzavar, irritabilitás sporadikus forma (spontán mutáció) a CJD esetek 5-%-a hónapokon belül halálos genetikus, familiáris forma (mutáció az ıssejtekben, öröklıdik) 4 pontmutáció 78.,.,. és 3. kodonban szerzett forma (iatrogén fertızés) növekedési hormon kivonat, Ig, cornea transzplantáció, agyi elektródák transzfúzió variáns forma (táplálék) fogékonyság polimorfizmus a PRPN gén 9. kodonjában (Val >>> Met), a betegek homozigóták Jellemzık Median életkor a beteg halálakor Klasszikus CJD 68 év Variáns CJD 8 év Gerstmann-Straussler-Scheinker kór A betegség lefolyásának medián idıtartama Klinikai tünetek Periódikusan jelentkezı éles hullámok az EEG-n Szignál hyperintensitás az MRI során Pulvináris jelek az MRI-ben IH analízis Ágens a lymphoid szövetekben 4-5 hó demencia, korai neurológiai tünetek Gyakran Gyakran Nincs Változatos akkumuláció Nincs 3-4 hó feltőnı pszichiátriai/viselkedési változások, fájdalmas dysesthesia; késıi neurológiai tünetek Hiányoznak Hiányoznak Van az esetek >75% A proteáz-rezisztens prion protein markáns akkumulációja Van öröklıdı betegség autoszómális dominánsan öröklıdik gyakorisága -/ millió fı/év -6 éves korosztály mutáció a. (Pro >> Leu), 7. és 98. kodonban 3 hó - 3 év kórlefolyás elkent beszéd, ataxia, progresszív demencia, memória zavar A proteáz-rezisztens prion protein megemelkedett aránya immunoblot analízisben Amyloid plakkok az agyban Nincs Jelen lehet A proteáz-rezisztens prion protein markáns akkumulációja Jelen lehet 7

8 Kuru Fatalis familiaris insomnia autoszomális dominánsan öröklıdı betegség 5 család világszerte I. Roiter 974 insomnia, fatális 3-6 éves korosztály beteg halála a tünetek megjelenése után 7-36 hó 9. kodon Met (Val) polimorfizmus és 78. kodon Asp >> Asn mutációja együtt >>> FFI prion akkumuláció a thalamusban fázisai növekvı álmatlanság, pánikrohamok, paranoia, fóbiák (4 hónap) hallucináció és pánikrohamok (további 5 hónap) álmatlanság, fogyás (3 hónap) demencia, halál terápia nincs altatók rontják a beteg állapotát Új-Guinea, Fore törzs 9as éve közepéig több mint ember halála D. C. Gajdusek (Nobel-díj 976) rituális kannibalizmus, nık és gyermekek eredet sporadikus CJD-ben szenvedı beteg elfogyasztása ataxia, fejfájás, ízületi fájdalmak, izomrángás, akaratlan nevetés hónap alatt vezet a beteg halálához USA kormányintézkedései 989: Import restrikció élı állatok és állati termékek importtilalma a BSE-fertızött országokból Megelızés és kontroll 997 az import-tilalom kiterjesztése az összes európai államra FDA animal feed rule állati fehérje nem alkalmazható a kérıdzık takarmányozására USA kormányintézkedései Célzott surveillance magas kockázatú állatok neurológiai tüneteket mutató állatok rabies- negatív szarvasmarha farmokon elpusztult állatok 3:, állat BSE vizsgálata 4: fokozott surveillance Prevenció és kontroll CJD surveillance USA CDC sperma donáció szabályozása véradás restrikciója azok a személyek, akik a idıszakban 3 hónapnál többet töltöttek UK-ban eradikációs programok az állatállományban (scrapie, BSE) a lehetı legnagyobb állat-létszám vizsgálata 8

9 A CWD megelızésére vonatkozó speciális elıírások kerülendı a CWD expozíció normális kinézető és viselkedéső állatok vadászhatók tilos a beteg vagy fertızött állati termékek fogyasztása tilos az agy, a gerincvelı, a szemek, a lép, a mandulák és a nyirokcsomók fogyasztása az állatok körültekintı feldolgozása minimalizálni az aggyal és gerincvelıvel történı érintkezést gumikesztyő viselése a feldolgozás során a feldolgozáshoz használt eszközök megfelelı fertıtlenítése (hypo) a gyanús esetek hatósági bejelentése az állatállomány tesztelése 9