Риновирус человека
Основным вирусом простуды является риновирус человека. Ринос происходит от греческого слова, означающего «нос» или «носовой». Риновирус человека был выделен в пятидесятые годы как вирус, вызывающий простуду, и к сегодняшнему дню известно около ста его различных серотипов (Jacobs, Lamson, St. George et al., 2013). Все они генетически очень близки между собой, и выделяли их у больных, имевших одинаковую симптоматику. Вирус реплицируется в эпителиальных клетках, выстилающих носовые ходы. В течение десятилетий считали, что патологоанатомическая картина обусловлена локализованной репликацией вируса в носу и носоглотке. Ученые знали, что риновирус человека лучше всего реплицируется в культуре клеток при температуре между 33 и 35 °C. Это намного ниже температуры тела, и поэтому вирусологи полагали, что вирус может поражать только более холодные верхние дыхательные пути в носовых ходах. Оказалось, что это не так. У небольшой части пациентов риновирус с не меньшим успехом вызывает поражения нижних отделов дыхательных путей. Репликация вируса в нижних дыхательных путях была продемонстрирована в многочисленных исследованиях, в которых РНК вирусного генома выделяли из эпителия нижних дыхательных путей (Gern et al., 1977; Kaiser et al., 2006; Mosser et al., 2005). Ученые Кливлендского университета провели тщательное исследование температуры, преобладающей в дыхательных путях человека. Они непосредственно измерили температуру в нижних дыхательных путях и обнаружили, что она близка к 37 °C только ниже ветвления бронхов четвертого порядка, то есть глубоко в ткани легких (McFadden et al., 1985). Теперь мы принимаем как факт, что риновирус может поражать нижние дыхательные пути и там тоже можно обнаружить его репликацию. Этот аспект патогенеза риновирусной инфекции наиболее важен для особо восприимчивых пациентов. Больные, страдающие бронхиальной астмой или хронической обструктивной болезнью легких, подвержены тяжелым обострениям основных заболеваний на фоне риновирусной инфекции. Так что если мама говорила вам в детстве, что у вас «грудная простуда», то она ставила вам очень точный диагноз.
Существует сомнительное мнение, что простуда непременно возникает в холодную погоду; «ты простудишься и заболеешь» – это типичное напутствие матерей, дети которых убегают на мороз без шапки и в расстегнутой куртке. Считалось, что холод способствует распространению вируса. Какое более удачное место для исследований можно было найти, как не на станции МакМердо в Антарктиде? Группа ученых из университета штата Висконсин отправилась именно туда и в 1989 году опубликовала результаты своих исследований. Один из выводов гласил: длительное пребывание на холоде не оказывало значимого влияния на заболеваемость простудой среди ученых, перезимовавших на станции (Warshauer et al., 1989). Эти исследования развеяли еще один миф о простуде.
Итак, каков «образ жизни» риновируса? В чем секрет его генетического успеха в качестве возбудителя простуды у человека, простуды, которая посещает нас с завидной регулярностью? Давайте начнем сначала, как мы сделали это в отношении хвостатых ДНК-содержащих фагов. Риновирусы являются членами многочисленного и разнообразного семейства Picornaviridae; по размеру они сходны с хвостатыми фагами, инфицирующими прокариот, и тоже имеют икосаэдрический белковый капсид, в который упакован вирусный геном. Вместо двухцепочечной ДНК генетическая программа риновируса записана на одноцепочечной полимерной молекуле РНК длиной приблизительно в восемь тысяч пар оснований. РНК очень похожа на ДНК, и в настоящее время почти все согласны с тем, что РНК является эволюционной предшественницей ДНК в качестве носителя генетической информации. Нить РНК непосредственно представляет рибосомам клетки-хозяина информацию, кодирующую белок капсида, и на рибосоме немедленно начинается его синтез. Вирусная РНК, таким образом, транслируется в крупный белок, который расщепляется на одиннадцать белков меньшего размера, составляющих структурные элементы вирусной частицы (вирусные белки 1–4), и неструктурные белки, отвечающие за ход репликации генома. Частица риновируса является эффективным переносчиком вируса: инфицирование происходит в момент контакта вируса с эпителием носовых ходов или с эпителием конъюнктивы глаза. Вирус остается жизнеспособным в этой среде до четырех суток, а на поверхности кожи его жизнеспособность сохраняется два часа (Jacobs, Lamson, St. George et al., 2013). Обследование добровольцев показало, что у 40 % людей, страдающих простудой, вирус обнаруживается на руках (Gwaltney, Moskalski, Hendley, 1978). Перенесение вируса с рук на нос, с рук на глаза, а также прямой контакт с выделениями из носа или аэрозолем являются основными путями заражения. Вирус, попавший в носовые ходы, должен получить доступ в клетки хозяина, то есть в клетки слизистой оболочки, в которых ему предстоит реплицироваться. Этот процесс обеспечивается распознаванием и связыванием с белковым рецептором, расположенным на поверхности клетки носового эпителия. Специфичность этого физического взаимодействия исключительно высока. Форма и структура вирусного капсида точно соответствует трехмерной структуре внеклеточного домена рецептора (отношения «замок – ключ»). Таким способом подавляющее большинство риновирусов распознают молекулу межклеточной адгезии 1 (ММКА-1), белок на поверхности эпителиальной клетки. В норме эта молекула играет главную роль в адгезии лейкоцитов, иммунокомпетентных клеток, к клеткам, пораженным инфекцией или воспалением. Малая доля некоторых типов риновирусов, около 10 %, использует связывание с другим поверхностным белком – рецептором липопротеинов низкой плотности. Это связывание вирусной частицы с белком клеточной поверхности служит той же цели; в результате происходит прикрепление вируса к клетке. Независимо от природы рецептора, который распознает и связывает риновирус, комплекс белка и вируса транспортируется внутрь клетки с помощью механизма эндоцитоза. Вирус присваивает процесс, который клетка использует для обратного захвата и повторного использования белков своей собственной поверхности. Комплекс проникает в клетку в полости пузырьков, которые образуются в результате впячивания клеточной мембраны. Внутри клетки вирус отделяется от рецептора, и его частица распадается и высвобождает в цитоплазму геном – так же как фаги, геном вируса вступает в мир клетки-хозяина голым. Геном вируса немедленно распознается как шаблон для синтеза белка на клеточных рибосомах. Эти вирусные белки сразу блокируют функции клеточных белков, парализуют работу клетки и собирают комплексы репликации, которые удваивают геном РНК, готовый к упаковке и высвобождению из клетки. В отличие от фагов у риновируса нет выбора после входа в клетку. Он может вести себя только как вирулентный литический фаг; он не способен к лизогении (к которой способны умеренные фаги), и у риновируса, таким образом, нет возможности задержаться в клетке-хозяине. Это типичный гонщик на голом автомобильном шасси, кодирующий только свои генные продукты; он вынужден следовать хищнической литической тактике – хватай что можешь и беги – реплицироваться в наших клетках и одновременно в наших организмах.