ЕКОЛОГІЧНА БІОХІМІЯ - Навчальний посібник - В. М. Ісаєнко 2005
Розділ І. ВІРУСНІ ІНФЕКЦІЇ ТА РЕАКЦІЯ НА НИХ ОРГАНІЗМІВ (загальні уявлення)
1.4. Віруси тварин
Вірусні інфекції виявлені в усіх тварин — від найпростіших до багатоклітинних, у тому числі в людини. Деякі з тварин здатні не тільки інфікуватися, а й бути переносником вірусів для інших, навіть тварин інших таксонів.
Одна з особливостей вірусів тварин, як і вірусів рослин, на відміну від вірусів бактерій, — це відносно тривалий цикл репродукції. Так, одиночний цикл репродукції навіть вірусів тварин, які розмножуються швидко, сягає 5—6 год, а в деяких — кількох діб. Крім цього, багато вірусів тварин спричиняють персисгентні інфекції, за яких клітина- господар не гине, хоча вірус постійно утворюється в ній та в її нащадках.
Найпоширеніші віруси тварин. Найпростішими з усіх вірусів, мабуть, є nanoeaeipycu. Вони містять одноланцюгову ДНК з молекулярною масою 1,5 • 106 Да. їхній діаметр становить близько 20 нм. Капсид не містить ліпідів і складається з трьох поліпептидів, найбільший з яких має молекулярну масу 9 • 104 Да.
Паповавіруси інфікують різноманітних тварин. Так, наприклад, один з цих вірусів викликає геморагічний ентерит та міокардит у собак, що у 25 — 30 % випадків закінчується смертю тварин.
Розмноження паповавірусів контролюється відповідними системами клітини-господаря. Існують два основних класи паповавіруси — автономні та дефектні. Автономні віруси для транскрипції, реплікації та інших функцій використовують відповідні ферменти клітини-господаря, ДНК яких уже реплікується, тобто в клітинах, що перебувають у S-фазі клітинного циклу.
Дефектні паповавіруси розмножуються незалежно від фази клітинного циклу в клітинах, що одночасно інфіковані аденовірусом, який виконує ряд функцій і є «помічником» під час синтезу парвовірусів. Геном цих вірусів становить одноланцюгові комплементарні одна одній молекули ДНК.
Паповавіруси отримали свою назву від трьох вірусів — вірусу кролячої папіломи (па), вірусу поліоми (по) і вакуолізуючого (ва) вірусу мавп. Вони мають високу специфічність стосовно господарів. Інфікування цими вірусами може спричинити трансформацію клітин та утворення пухлин у деяких ссавців, але не в людини. Прикладом
таких вірусів є вірус полюми кролів, який викликає утворення пухлин епітеліального походження в різних тканинах. У людей значно поширені три паповавіруси — JC, ВK і вірус бородавок. Вірус JC викликає прогресуюче дегенеративне захворювання центральної нервової системи; вірус ВK поки що не зв’язують з певною патологією, його виявляють у сечі людей, які приймали імунодепресанти; вірус бородавок людини, як і папілом тварин, зумовлює доброякісну проліферацію епідермісу.
Аденовіруси містять значно більше ДНК, ніж паповавіруси, але в них є подібні механізми, що контролюють синтез молекул, їх мРНК зчитується з обох ланцюгів вірусної ДНК. Водночас ДНК аденовірусів лінійна й частота її рекомбінації вища, ніж у паповавірусів.
Аденовіруси виявлено в різних тварин. У людини ідентифіковано 31 серологічний тип аденовірусів. Вони спричиняють гострі респіраторні захворювання, ураження органів травлення та кон’юктиви ока. Деякі з них викликають злоякісні пухлини у гризунів, але не в людей.
Герпесвіруси належать до найпоширеніших. Основний фактор, що визначає епідеміотичні та епізоотологічні особливості герпесвірусів є здатність залишатися на тривалий час у латентній формі в клітинах. Захворювання зумовлює лише реактивований вірус. У ссавців реактивація може відбуватися під дією різних факторів (стреси, гормональні порушення, запальні процеси, опромінення тощо) та, імовірно, пов’язана з пригніченням клітинного імунітету.
Герпесвіруси надзвичайно різноманітні за характером репродукції, хоча всі вони подібні морфологічно та за вмістом ДНК. Серед них є такі, що спричиняють лізис інфікованих клітин, і такі, що не викликають цей процес, але призводять до виникнення рінотрахеїтів, рінопневмоній, злоякісних утворень — лімфом, карцином та інших захворювань.
Усі стадії розмноження поксвірусів відбуваються в цитоплазмі на відміну від інших ДНК-вмісних вірусів, у яких ДНК синтезується в ядрі клітини-господаря. Поксвіруси ближче до РНК-вірусів, ніж до ДНК- вірусів, у яких ДНК синтезується в ядрі клітин. У них розмноження розпочинається, як і в деяких РНК-вірусів, із транскрипції ДНК вірусу його РНК-пол імеразою. Він містить yі ферменти, необхідні для перетворення РНК-попередника у функціонально активні мРНК. Відомо багато поксвіругів, один із них—вірус натуральної віспи.
Ретровіруси містять РНК-, а також РНК-залежну ДНК-полімеразу. Виявлено найрізноманітніші ретровіруси. Деякі з них спричиняють лихоманку, виразкові запалення слизової оболонки ротової та носової порожнини, діарею, дегенерацію м’язів та інші захворювання. Ці віруси здатні також викликати злоякісні пухлини в певних тварин. Такими є вірус саркоми Рауса та віруси, які зумовлюють лейкоз у великої рогатої худоби, курей, кішок, мишей та деяких інших тварин. Як і інші віруси, різні види ретровірусів мають відмінності між собою в розмірі, морфологічних особливостях, у колі чутливих клітин-господарів тощо.
Тогавіруси спричиняють ряд захворювань. Одні з них призводять до ураження слизових оболонок кишково-шлункового тракту, появи діарей, а інші, які належать до альфа-типу, — розвиток енцефалітів.
Коронавіруси вражають багатьох ссавців. Особливо небезпечні вони для свиней та великої рогатої худоби. Інфікування ними новонароджених свиней може за гострого перебігу хвороби призвести до 100-відсоткової загибелі. Ці віруси є етіологічним агентом гострих респіраторних захворювань, діареї, гепатитів, нефритів, енцефалітів.
Параміксовіруси викликають у ссавців респіраторні захворювання, парагрип, чуму. Особливо небезпечна чума, яка зумовлюється цими вірусами, для великої рогатої худоби, що супроводжується 90—100-відсотковою загибеллю.
Ортоміновіруси викликають у ссавців, у тому числі людини, захворювання, яке має назву грип. Це гостре захворювання, яке швидко поширюється й характеризується ураженням органів дихання, нервової та серцево-судинної систем тощо.
Серед хвороб, що їх зумовлюють рабдовіруси, найнебезпечнішими є сказ і ефемерна лихоманка Сказ — гостра хвороба ссавців, у тому числі людини, що характеризується ураженням центральної нервової системи. Ефемерна лихоманка великої рогатої худоби спричиняє різке підвищення температури тіла, запалення слизових оболонок голови, ураження м’язів.
Пікорнавіруси викликають багато захворювань, серед яких гепатити, енцефаломієліти та інші. Однією з хвороб, яка зумовлюється цими вірусами і вражає парнокопитних тварин, зокрема велику рогату худобу, є ящур. Ця хвороба супроводжується утворенням ерозій слизових оболонок травної системи, шкіри. Везикулярна хвороба свиней подібна до ящуру великої рогатої худоби, але вражає тільки свиней.
Наведений перелік поширених вірусів тварин далеко не вичерпує всіх відомих і досліджених вірусів. Зауважимо, що не існують прояви захворювань, які могли б викликатися тільки вірусом одного типу. Крім цього, не має такої групи вірусів, яка б уражала тільки певну тканину чи органи. Наприклад, захворювання верхніх дихальних шляхів спричиняються пікорнавірусами, аденовірусами, міксовірусами, реовірусами тощо. Захворювання печінки зумовлюють тогавіруси (вірус жовтої гарячки), вірус гепатиту та ін. Нервова система вражається тогавірусами (збудниками енцефаліту), рабдовірусами (вірус сказу), пікорнавірусами (вірус поліомієліту) тощо. Вірусні захворювання, які викликають шкірні висипи, спричинені поксвірусами (віспа), параміксовірусами (кір), герпесвірусами (вітряна віспа) тощо.
До онкогенних ДНК-вірусів, як уже зазначалося, належать папо- вавіруси, аденовіруси й герпесвіруси, а серед РНК-вірусів — ретро- віруси. Вони зумовлюють розвиток найрізноманітніших пухлин. Ці віруси у більшості призводять до трансформації клітин. Основними проявами їх дії є зміна регуляції росту, тривалості життя, властивостей поверхні. Трансформовані клітини не переходять у стадію спокою, вони продовжують безперервно ділитися, ростуть хаотично, утворюють багатошарові безформні маси.
Деякі з онкогенних вірусів, зокрема ретровіруси, які викликають лейкози, розмножуються в клітинах господаря без їх трансформації.
Іридовіруси тварин. Свою назву іридовіруси (родина Iridoviridae) отримали від гр. iridos — райдуга. Райдужний відтінок має осад часток цього вірусу, притаманний деяким комахам. Тіло цих комах теж має райдужний відтінок. Цим вірусам притаманна ікосаедрична будова, вони є ДНК-вмісними цитоплазматичними вірусами. Іридовіруси виявлено в найрізноманітніших тварин — найпростіших, комах, земноводних, риб, ссавців. Також їх ідентифікували у вищих рослин і водоростей.
За розмірами іридовіруси поділяють на дві групи — малі, діаметр яких не перевищує 130 нм, та великі — діаметром понад 130 нм. Найбільшим є, мабуть, іридовірус лімфоцитозу риб, діаметр віріонів якого досягає 3000 нм.
Розглянемо деякі з іридовірусів, які можуть міститися в різних тваринах.
Іридовіруси комах позначають, як правило, за типом із присвоєнням порядкового номера. Так, наприклад, іридовірус комара болотного довгонога Tipula paludosa, який був попередньо позначений як TIV (Tipula iridescent virus), у цій класифікації позначають як вірус райдужності, тип 1. Відповідно, віруси інших комарів — MTV (Mosquito iridescentvirus) мають кілька типів — 3,4, 5,11, 12,14,15; мошки Odagmia ornata — тип 7; мокреці Culicoides sp. — тип 8; жуків родини Scarabaeidae, зокрема Sericesthis pruinosa — тип 2, Costelytra zealandica — тип 16 та ін.; перетинчастокрилих родини бджолиних Apidae — тип 24; метеликів родини тонкопрядів Hepialidae — тип 9; совок родини Noctuidae — тип 21, рівнокрилих родини цикадок Cicadellidae — тип 17 тощо.
Комарі — одна з численних груп комах. Кровосисні комарі є переносниками різних хвороб тварин і людини, які передаються під час ссання крові. Деякі некровосисні комарі, зокрема личинки болотного довгонога (Tipula paludosa), підгризають корені рослин.
Основне місце репродукції іридовірусів комарів — жирове тіло, яке руйнується наприкінці вірусної репродукції. Разом з гемолімфою з личинок комарів витікає бліда рідина з райдужним відтінком, яка містить іридовіруси. Крім жирового тіла ці віруси вражають також клітини гіподерми, особливо епітелію трахей, який містить модифіковану гіподермальну тканину. Репродукція вірусу, мабуть, не відбувається в середній і задній кишці комах, але в прилеглій до них тканині стравоходу містяться іридовіруси. Велику кількість цих вірусів виявлено також у яєчниках імаго комарів, які дають інфікованих нащадків. Деякі гемоцити, мабуть, під час поглинання залишків клітин, які містили іридовіруси, стають інфікованими. Незначно також уражається іридовірусами м’язова та нервова тканини комах. У загальному випадку 15 % усієї маси тіла інфікованої комахи припадає на іридовіруси, а в деяких випадках і більше.
Аналіз хімічного складу іридовірусів комах свідчить про те, що вони містять 80—85 % білка, 12—14 % ДНК, 3—5 % ліпідів (в основному фосфоліпідів).
Іридовіруси личинок мошок, зокрема Odagmia ornata, мають діаметр 160 нм, уражають жирове тіло, сполучну тканину нервових гангліїв, гіподерму, еноцити, клітини трахеї, м’язові тканинні черевця. У цитоплазмі вражених клітин утворюються вакуолі, порушується ендоплазматичний ретикулум і мітохондрії.
Личинки хаоборид і хірономід, які є двокрилими комахами, інфікуються іридовірусами діаметром 127 нм і 165 нм відповідно. Ці віруси репродукуються в цитоплазмі клітин жирового тіла, гіподермі, трахеї. У личинок Culicoides sp. виявлено іридовірус діаметром 125—135 нм.
У клітинах жирового тіла і підглоткових залоз бджіл Apis cerana знайдено великі скупчення іридовірусів, але ознак ураження цих бджіл не помічено. У цикадок Pterostrictus madidus та клопів белостоматид Lethocems columbiae виявлено іридовіруси діаметром близько 130 нм.
У личинок жуків (Sericesthis pruinosa, Costeiyta zealandica, Opogonia sp. та ін.) знайдено також іридовіруси діаметром 130—140 нм. Деякі з них репродукуються в основному не в жировому тілі, а в клітинах м’язів.
Гусінь метеликів Chilo suppressalis, совок Heliothis zea і Heliothis armigera та інших метеликів інфікується іридовірусами діаметром 130—140 нм.
У фікоміцетів Aphelidium, які паразитують у зеленій водорості Scenedesmus armatus, помічено іридовірус, який має діаметр 200 нм. Можливо, що цей вірус притаманний водорості, а у фітоміцети потрапляє під час їх живлення.
Іридовіруси діаметром 140 нм виявлено також у дафній, зокрема Simocephalus expinosus. Вони репродукуються, в основному, у жировому тілі, нервовій тканині та гіподермі. Ці віруси (d = 80 нм) знайдено також у поліхет, зокрема в Nereis Diversicolor. Вони вражають тільки сперматоцити й викликають цим самим стерильність самців.
У креветок Protrachypene precipua помічено іридовіруси діаметром 122—136 нм, а в краба Macropipus depurator — діаметром 170— 180 нм.
Молюски теж уражаються іридовірусами. Так, у п’явушника Lymnaea truncatula виявлено іридовіруси діаметром 145 нм в клітинах гемолімфатичного синусу проксимальної частини нирки та амебоцитах. В інфікованих клітинах мантії та зябер вустриці Crassostrea angulata знайдено іридовіруси діаметром 230 нм, які спричиняють значне збільшення вражених клітин. Іридовіруси восьминога Octopus vulgaris мають діаметр 100—140 нм, викликають пухлини м’язів щупалець і прилеглих до них тканин.
Серед земноводних іридовіруси помічено в жаб (Rana pipiens, Rana catesbeiana та ін.), саламандр і тритонів. Так, наприклад, іридо- вірус жаб (діаметр 135 нм) уражає тільки пуголовок і молодих тварин. Дорослі особини чутливі тільки до високих доз іридовірусу. Інфікуються в основному м’язові тканини. Виникають також геморагічні зміни в різних органах. Зазначені дегенеративні зміни м’язової тканини, некроз печінки, нирок і травного каналу. В основного господаря — дорослих особин леопардової жаби Rana pipiens іридо- вірус жаб не викликає захворювань. У тритонів, зокрема Triturus dorsalis, виявлено іридовірус, який зумовлює персистентну інфекцію, за якої в зовнішньо здоровому організмі репродукується вірус та виділяється в довкілля.
На відміну від тритонів, дорослі саламандри чутливі до іридовірусу, він виявляється в печінці, нирках, селезінці, однак виражених захворювань не спричиняє.
Іридовіруси в більше як 100 видів риб викликають лімфоцитоз — хронічне захворювання, яке вражає шкіру та плавці. Вірус, який зумовлює це захворювання, назвали FLDV (Fishlymphocystis disease virus). При інфікуванні риб цим вірусом деякі клітини шкіри риб значно збільшуються в розмірах. Як наслідок цього на поверхні тіла, особливо на плавцях, з’являються пухлини у вигляді вузликів, які мають вигляд бородавок, що з’єднуються в грона. Подібні утворення виникають і в порожнині тіла, у внутрішніх органах, але рідше, ніж на поверхні. З часом (7 — 9 місяців після інфікування) гігантські клітини (діаметром до 2 мм), які становлять вузлики-пухлини, лопаються, уражена шкіра зарубцьовується, хвора риба продовжує жити та стає джерелом інфекції. Розміри вірусу лімфоцитозу риб коливаються в широких межах — їхній діаметр становить близько 200 нм у морської камбали, а 300—380 нм—у світлопір’явого судака.
У коропових риб виявлено зяберний некроз, який викликається іридовірусом, що має діаметр 200—220 нм. Риба, яка захворіла, стає кволою, відстає в рості, її зябра вкриваються білуватим нальотом. Пізніше на зябрах з’являються крововиливи, некротичні ділянки, які можуть відторгатися. Нирки інфікованих риб набрякають, селезінка збільшується, печінка стає анемічною, на перикарді та мозкових оболонках виникають крововиливи, у крові нагромаджується аміак, збільшується кількість лейкоцитів, а еритроцитів і гемоглобіну — зменшується.
Африканська чума свиней викликається іридовірусом, який має діаметр 175—215 нм. Хвороба характеризується високою температурою, ураженням клітин ретикулоендителіальної системи, запальними процесами, дистрофічними та некротичними змінами внутрішніх органів.
У природних умовах копо господарів вірусу африканської чуми обмежене свиньми. В Африці його виявлено в бородавочних (Phacochaerus sp.), кущових (Potamochoerus sp.) та гігантських лісових свиней (Hylochorus sp.). Цей вірус вражає також свійських свиней. В європейських диких і свійських свиней захворювання проходить у важкій формі з високим рівнем летальності. Вірус знайдено також в організмі гіпопотама, гієни й дикобраза.
Членистоногі, зокрема кліщі Omitodorus erraticus і Omitodorus moubata, здатні зберігати у своєму тілі іридовірус африканської чуми протягом 6 —12 місяців. Існує припущення, що цей вірус може репродукуватися в організмі кліщів.
Вірус денсонуклеозу. Кровосисні комарі є одними з переносників збудників небезпечних хвороб тварин і людини — малярії, туляремії, вухерерізу, піроплазмозу, тейлеріозу, аденовірусних інфекцій та багатьох інших.
Одним із перспективних заходів боротьби з кровосисними комарами є їх інфікування вірусом денсонуклеозу. Це захворювання має ще назву «хвороба щільних ядер» (денеонуклеоз). Його вперше виявлено у вощинної молі Galleria mellonella. Збудником його є денсо-віруси, віднесені до роду Densovirus родини Parvoviridae. Згідно з новою класифікацією денсовірус Aedes aegypti та ще з 14-ма представниками віднесено до роду Contravirus родини Parvoviridae, де він є типовим видом. Денсовірус Bombux mori віднесено до роду Dependovirus тієї самої родини. Ці віруси виділено, крім вощинної молі, ще з деяких представників рядів Lepidoptera, Coleoptera, Dip- tera, Orthoptera, Blattoptera й Odonata.
Денсовіруси комах дуже дрібні, мають діаметр близько 22 нм. Вони містять лінійну ДНК з молекулярною масою від 1,5 • 106 до 2,2 • 10б Да.
У разі зараження личинок вощинної молі Galleria mellonella L. денсовірусом більшість їх гине. У тих, що вижили, затримується линяння на лялечку. Більшість із них теж гине, не завершивши метаморфозу до імаго. Висока смертність лялечок є наслідком активної репродукції вірусу в їхніх тканинах.
У комарів Aedes aegypti, інфікованих денсовірусом на стадії личинок, захворювання проявляється на всіх фазах розвитку. Вони стають малорухомими, смикаються під час подразнення, тіло деформоване. У частини особин, які завершили метаморфоз, хвороба продовжується на стадії імаго, більшість комах гине, так і не злетівши з поверхні води.
Захворювання денсонуклеоз, яке спричиняється денсовірусами, отримало свою назву, як уже зазначалося, завдяки розвитку ущільнення та гіпертрофії клітинних ядер у тканинах, де вірус репродукується насамперед у клітинах жирового тіла. Розміри ядер збільшуються в 6 — 10 разів, у них зникає хроматин, утрачається нормальна структура, ядро заповнюється вірусною масою, яка займає 3/4 його об’єму. Більшість денсовірусів личинок, іфім жирового тіла, виявлено також у меншій кількості в гіподермі, гемоцитах, еноцитах, м’язах, клітинах глотки, гонадах, нервовій системі, задній кишці, линяльних залозах. У лялечок денсовіруси знайдено також у більшості личинкових тканин, що зберігаються, а саме жировому тілі, личинковій мускулатурі, перитрахеальних клітинах, нервових гангліях. Крім цього, їх виявлено в імагінальних тканинах, що формуються, а саме імагінальній мускулатурі, гіподермі, усіх відділах кишечнику, слинних залозах. В імаго, що вижили, додатково денсовіруси репродукуються клітинами мальпігієвих судин, гонадами, придатковими залозами.
Найінтенсивніше на всіх фазах розвитку ушкоджується жирове тіло, у личинок дещо менше перитрахеальні клітини, передня кишка, імагінальні диски, у лялечок — імагінальна мускулатура, в імаго — також задня кишка та гонади. Певним винятком є вірус Bombus mori, який репродукується тільки в стовпчастих клітинах епітелію середньої кишки личинок.
Одним зі способів передавання денсовірусів є аліментарний, коли вони потрапляють у здорові комахи з їжею в кишковий тракт від екскрементів та інших виділень інфікованих комах. Інший шлях — коли інфіковані комахи завершують метаморфоз та імаго передають вірус нащадкам через яйце. У цьому разі вірус може міститися на поверхні яйця та личинки, організми заражаються під час народження через контамінову поверхню.
Установлено, що вірус денсонуклеазу кровосисних комарів, зокрема Aedes aegypti, не викликає інфікування двокрилих (Musca domestica, Phormia regina), лускокрилих (Lymantriddispar, Malacosoma neustria та ін.), медоносних бджіл (Apis mellifera), ракоподібних (дафній Daphnia sp., циклопів Cyclops sp.), дощових червів (Lumbricus sp.). Також виявлено, що ці віруси в більшості випадків не інфікують хребетних тварин (риб, земноводних, птахів, ссавців) і людей. Отже, дєнсовіруси кровосисних комарів викликають захворювання в цих комах і не вражають інших безхребетних і хребетних тварин. Це робить їх перспективним для практичного використання як засобу боротьби із кровосисними комарами. Для зниження кількості кровосисних комарів родів Aedes, Culex і Culiseta на біологічному факультеті Київського національного університету ім. Т. Шевченка розроблено препарат «Віроден», у якого діючою основою є вірус денсонуклеозу комара Aedes aegypti. Результати його випробовування засвідчили, що преімагінальна смертність кровосисних комарів становила 43—73 %.