1. HIV jako jeden z retrowirusów
2. Budowa HIV
3. Geny strukturalne i regulacyjne
4. Zmienność antygenowa HIV
5. Mechanizm zakażenia komórki i replikacji HIV
6. Wrażliwość HIV na czynniki fizyczne i chemiczne
7. Fotografie

HIV jako jeden z retrowirusów

Znane są dwa wirusy HIV: HIV-1 oraz HIV-2. HIV-1 występuje w 6 genotypach, oznaczonych literowo od A do F. Ostatnio stwierdzono, iż określone genotypy przeważają w pewnych regionach świata. W Azji i w Afryce np. dominuje genotyp C i E, a w Europie i Ameryce - B. Poza tym, ostatnio wykryto podtyp O.

HIV jest retrowirusem. Rodzina Retroviridae obejmuje trzy podrodziny: Oncovirinae, Spumavirinae i Lentivirinae. HIV-1 , HIV-2 oraz izolowany od małp STLV-III (simian T lymphotropic virus) należą do ostatniej z wymienionych podgrup. Wytworzenie kopii DNA odbywa się na matrycy RNA w procesie odwrotnej transkrypcji. Umożliwia to enzym o nazwie "odwrotna transkryptaza", zwany także rewertazą. Tak więc, przepływ informacji genetycznej odbywa się tu w kierunku: RNA -> DNA (do czasu odkrycia rewertazy znano tylko kierunek transkrypcji dziś określany jako klasyczny: DNA -> RNA).

/ Poradnik dla stomatologów /

Budowa HIV

Wirion HIV ma średnicę 110-130 nm (dla porównania: wirion wirusa B zapalenia wątroby, tzw. cząsteczka Dane'a, ma średnicę 42 nm). Cząsteczka wirusa ma kształt cylindryczny i budowę warstwową.

Ryc. Schemat budowy wirusa HIV

gp 120 = białko powierzchniowe otoczki wiążące się z białkiem typu CD4 atakowanej komórki
gp 41 = białko przezbłonowe otoczki, na którym osadzone jest białko gp120
p17, p24 = płaszcz białkowy wirusa, czyli kapsyd
p15 i RNA = jedna z dwóch cząsteczek RNA stanowiących materiał genetyczny tego wirusa
RT = białko enzymu - odwrotnej transkryptazy

Dwie główne warstwy to rdzeń i otoczka. W rdzeniu znajduje się dwuniciowy RNA tworzący genom. Na RNA HIV znajduje się 10 tys. par zasad (tj. 10kb). W rdzeniu są umieszczone także enzymy niezbędne do wytworzenia potomnych cząstek wirusowych w procesie replikacji. Wśród nich jest już wyżej wymieniona rewertaza (a ponadto integraza i proteaza). Genom zawiera geny strukturalne i regulacyjne, a na obu końcach nici RNA, 5' i 3' (jak i prowirusowego DNA) znajduje się powtarzalne sekwencje końcowe LTR (long terminal repeats). Mają one właściwości, odpowiednio modulowania i zatrzymywania transkrypcji RNA.

W skład otoczki wchodzą glikoproteiny, o symbolach gp120 i gp41 (liczby oznaczają masę cząsteczkową w tys. daltonów, a więc gp41 to glikoproteina o masie 41 000 daltonów). Gp120 znajduje się na samej powierzchni wirionu. Jej poszczególne elementy strukturalne nie łączą się ze sobą, są natomiast połączone mostkiem dwusiarczkowym z gp41. Jedna cząsteczka wirusa HIV (wirion) zawiera około 500 struktur gp120. Gp41 jest nazywana białkiem przezbłonowym, ponieważ cząstki tej glikoproteiny są ułożone poprzecznie w stosunku do struktury otoczki wirusa. Zewnętrzna otoczka wirusa ma strukturę białkowo-lipidową. Jej ostateczna struktura kształtuje się podczas opuszczania komórki przez wirusa. W jej skład wchodzą także elementy komórkowe. Z tego powodu cząstka HIV może mieć na swojej powierzchni białka komórkowe, w tym np. cząstki układu zgodności tkankowej (MHC).

Białka będące produktami genów HIV mają właściwości antygenowe. Stymulują układ odpornościowy człowieka do syntezy przeciwciał skierowanych przeciwko odpowiednim epitopom. Ma to podstawowe znaczenie w rozpoznawaniu zakażeń HIV. Testy przesiewowe oraz bardziej złożone testy typu Western-blot polegają bowiem na wykrywaniu swoistych przeciwciał anty-HIV w surowicy badanej osoby. Są to nadal podstawowe metody w serologicznej diagnostyce zakażeń wywołanych przez retrowirusy.

/ Poradnik dla stomatologów /

Geny strukturalne i regulacyjne

Tab. Geny HIV-1 i ich produkty

Nazwa genu	Produkt	Funkcja
gag	p55: białko prekursorowe dla:	białka strukturalne:
	p6 i p7	rdzeniowe,
	p17 i p24	kapsydowe
pol	enzymy:
	rewertaza, integraza	synteza komplementarnej nici DNA, połączenie prowirusa z genomem gospodarza
	proteaza	rozszczepienie prekursowego białka gag
env	gp160: białko prekursorowe dla:
	gp 120	przyłączenie do komórki przez cząsteczkę CD4
	i gp 41	połączenie z błoną komórkową i wnikanie do komórki
tat	białko tat	aktywacja transkrypcji genów wirusa; w oddziaływaniu tego białka niezbędny jest udział wielu czynników komórkowych
rev	białko rev	umożliwianie transkrypcji genów wirusa; wiąże się z drugorzędowymi strukturami RNA; przy braku rev mRNA pozostaje w jądrze komórkowym
nef	białko nef	zmniejsznie ekspresji CD4 na zakażonych komórkach ? (przyłącza się do fragmentu CD4 we wnętrzu komórki)
vif	proteaza cysteinowa (?)	ułatwianie wewnątrz komórkowego transportu rdzenia wirusa po wniknięciu do komórki; udział w wytwarzaniu cząstek wirusazakażających limfocyty i monocyty
vpu	białko o masie 16 kD	rozbijanie kompleksu gp120-CD4, nasilanie wytwarzania białek wirusa, składanie jego cząstki i jej uwalnianie z komórki niezależnie od ekspresji env
vpr	białko o masie 15kD, bogate w argininę	wpływ na struktury komórkowe w kierunku umożliwienia replikacji wirusa

wg. Felber B.K. i Pavlakis G.N.: "AIDS", 1993, 7 (Suppl.,S51); Wolinsky S.M.:Curr. Opin. Infect. Dis., 1994,7,65)

Ryc. Struktura genomów HIV-1 i HIV-2

wg. Wong-Staal F., w: Humanretroviruses and diseases they cause, red. J. P. Allain i wsp., Excerpta Medica, Amsterdam 1988 (Sympozjum Abbott'a, Abbott Diagnostics Educational Services)

Geny regulacyjne (tat, rev,nef, vif, vpr dla HIV-1 oraz w miejsce vpr, gen vpx dla HIV-2) mają właściwości sterowania procesami replikacji wirusa: działają nasilająco lub hamująco (dodatnio lub ujemnie) poprzez system sprzężeń zwrotnych. Jest to niezwykle istotna właściwość omawianego tu wirusa. W ten sposób odbywa się bowiem regulacja statusu wirusa w zakażonej komórce. Umożliwione jest powstanie zakażenia utajonego (latencja), a także - odwrotnie - oddziaływanie w kierunku nasilonej ekspresji HIV (tzw. zakażenie produktywne). Nie jest to tylko wewnętrzny układ zależności pomiędzy regulacyjnymi elementami wirusa. Na jego ekspresję ma wpływ także środowisko wewnątrzustrojowe. Może ono w mniejszym lub większym stopniu wpływać na tempo replikacji.

/ Poradnik dla stomatologów /

Zmienność antygenowa HIV

Charakterystyczną cechą HIV jest duża zmienność antygenowa. Izobaty wirusa, w tym uzyskiwane od tych samych zakażonych osób, mogą różnić się między sobą nawet do 20% składu aminokwasów kodowanych przez gen env. Zmiana właściwości HIV jest możliwa dzięki obecności w strukturze jego genomu obszarów o dużej zmienności. Są to tzw. domeny V1, V2 i V3. Największą zmiennością charakteryzuje się region V3 cząstki gp120.

Powstawanie nowych cech biologicznych wirusa następuje już po zmianie kilku aminokwasów. Częstość mutacji jest określana na 10^-4 na jedną parę zasad. Jeden cykl replikacyjny wirusa może spowodować powstanie do 10 mutantów. HIV należy do najbardziej zmiennych wirusów chorobotwórczych. Mutacje dokonują się w trakcie odwrotnej transkrypcji. Jest to proces obciążony dużą liczbą błędów. Częste mutacje zwiększają prawdopodobieństwo powstania wariantu o szczególnie korzystnych cechach przetrwania w środowisku ustrojowym. Wysokie tempo mutacji powoduje, że cząstki wirusa izolowane po średnim okresie 10 lat zakażenia objawowego są o kilka tysięcy generacji oddalone w swej strukturze od wirusa zakażającego pierwotnie. Warianty w strukturze genomu HIV są rezultatem podstawiania nukleotydów, delecji i przegrupowań w wyniku rekombinacji. (Przeniesienie wirusa przez zakażoną krew, wydzieliny narządów płciowych lub z matki na płód jest związane z selekcją ograniczonej liczby wariantów genetycznych. Porównanie sekwencji wirusowych wykazało, że dotyczy to wariantu występującego w mniejszości). Mutacje wirusa, w większości powstających w ich toku wariantów, nie wpływają na jego zdolności replikacyjne, choć w ich trakcie mogą powstawać odmiany o zdefektowanych właściwościach replikacyjnych. Mutanty doprowadzają także do zmiany tropizmu komórkowego. I tak preferencja do namnażania się w monocytach zmienia się z czasem w kierunku sprawniejszej replikacji w limfocytach.

Mechanizm szybkiej mutacji pozwala wirusowi na ucieczkę przed odpowiedzią odpornościową. Powstawanie mutantów powoduje, iż nowe jego epitopy nie są w odpowiednim czasie rozpoznawane przez komórki cytotoksyczne. Warunkuje to możliwość przetrwania HIV w ustroju. Cecha ta ma duże znaczenie patogenetyczne.

Genotyp HIV ma także znaczenie jako determinanta zakaźności. I tak ostatnio stwierdzono, że podtyp E i C łatwiej są przenoszone podczas stosunków heteroseksualnych, w odróżnieniu od podtypu B, związanego raczej ze stosunkami homoseksualnymi.

/ Poradnik dla stomatologów /

Mechanizm zakażenia komórki i replikacji HIV

HIV ma trzy - mniej lub bardziej znane - receptory. Są to: cząsteczka CD4, ceramid galaktozowy, fragment Fc i receptor dopełniacza (zakażenie tą drogą następuje cząsteczkami znajdującymi się w kompleksie z przeciwciałami). Istnienie różnych receptorów umożliwia zakażanie różnych komórek. Wniknięcie wirusa do komórki jest poprzedzone fuzją otoczki HIV i błony komórkowej. Tropizm HIV do cząsteczki CD4 jest wynikiem wysokiego stopnia powinowactwa pomiędzy ww. cząstką a gp120. Powstały w ten sposób kompleks ma właściwości aktywowania tzw. fuzyjnej domeny gp41. Doprowadza to do połączenia cząstki wirusa z błoną komórkową, co umożliwia wniknięcie HIV do wnętrza komórki w procesie aktywnej endocytozy.

Pierwszym etapem po internalizacji wirusa w obrębie komórki jest usunięcie jego otoczki. Odbywa się to przez oddziaływanie enzymów komórkowych. Następnie na matrycy jednej z nici RNA rewertaza (odwrotna transkryptaza) odtwarza pojedynczą, komplementarną nić DNA. Druga z kolei staje się matrycą, na której odtworzona zostaje druga nić DNA. Druga nić RNA ulega degradacji przez rybonukleazę H. Znaczna część nowo wytworzonego DNA pozostaje w formie niezintegrowanej z genomem komórki.

Część DNA HIV ulega natomiast integracji z DNA komórki (przy udziale integrazy i LTR), tworząc tzw. prowirusa. Integracja dokonuje się w chromosomach losowo. Proces integracji ma bardzo duże znaczenie patogeniczne. Podział komórki odbywa się bowiem wraz ze zintegrowanym genomem wirusa. Zintegrowany genom może nie przejawiać aktywności replikacyjnej przez bardzo długi czas.

Czynnikiem wzbudzającym proces powielenia DNA, transkrypcji RNA i kompletowania pełnej cząstki wirionu jest stan pobudzenia komórki. Aby doszło do replikacji HIV, musi nastąpić odtworzenie RNA HIV na matrycy DNA HIV. Powstający RNA jest wykorzystywany jako materiał dla cząstek potomnych, a inne służą jako mRNA, który jest niezbędny do wytworzenia białek strukturalnych i enzymów replikowanych cząsteczek. W procesie transkrypcji prowirusowego DNA najpierw ulegają aktywacji geny regulujące tat (tysiąckrotne przyspieszenie transkrypcji pozostałych białek) i rev (umożliwia powstanie nici mRNA o pełnej długości i transport RNA do cytoplazmy). Duża aktywność replikacyjna ma toksyczne oddziaływanie na metabolizm zakażonej komórki, a szczególnie limfocytów CD4. Wytwarzanie białek wirusa odbywa się w cytoplazmie. Ulegają one przetworzeniom (np. glikozylacji i fosforylacji), co umożliwia uformowanie się pełnej cząstki wirusa. Opuszczając komórkę poprzez pączkowanie, cząstka HIV otacza się błoną komórkową.

Cykl replikacyjny HIV (objaśnienia w tekście)

wg. T. Niemiec: "Zakażenie HIV u kobiet", Krajowe Biuro Koordynacyjne ds. Zapobiegania AIDS, Warszawa 1997

Wrażliwość HIV na czynniki fizyczne i chemiczne

Wirus jest bardzo wrażliwy na działanie czynników środowiska zewnętrznego. Poza organizmem człowieka szybko traci zjadliwość. Szybko również ginie pod wpływem działania środków dezynfekujących.

na powietrzu	w temperaturze otoczenia	może przeżyć 3-7 dni
w zakrzepłej krwi	w temperaturze otoczenia	może przeżyć 3-7 dni
w wodzie	w temperaturze 23-27oC	może przeżyć do 15 dni
na brudnej zanieczyszczonej krwią strzykawce	w środowisku wilgotnym i temp. otoczenia	może przeżyć kilka godzin
	w środowisku suchym i temp. 20oC	może przeżyć 3-7 dni

Gotowanie zabija HIV.
W temperaturze 56^oC ginie on po 30 minutach.

/ "Żyć z wirusem..." /

Fotografie

Cząsteczki wirusa odpączkowujące od rozgałęzionych mikrokosmków	Cząstki wirusa HIV-1 pod bardzo silnym powiększeniem

Lennart Nilsson, © Boehringer Ingelheim International GmbH

© 1998 SONAR