1. HIV jako jeden z retrowirus≤w
2. Budowa HIV
3. Geny strukturalne i regulacyjne
4. Zmienno£µ antygenowa HIV
5. Mechanizm zaka┐enia kom≤rki i replikacji HIV
6. Wra┐liwo£µ HIV na czynniki fizyczne i chemiczne
7. Fotografie

HIV jako jeden z retrowirus≤w

Znane s╣ dwa wirusy HIV: HIV-1 oraz HIV-2. HIV-1 wystΩpuje w 6 genotypach, oznaczonych literowo od A do F. Ostatnio stwierdzono, i┐ okre£lone genotypy przewa┐aj╣ w pewnych regionach £wiata. 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 ma│p STLV-III (simian T lymphotropic virus) nale┐╣ do ostatniej z wymienionych podgrup. Wytworzenie kopii DNA odbywa siΩ na matrycy RNA w procesie odwrotnej transkrypcji. Umo┐liwia to enzym o nazwie "odwrotna transkryptaza", zwany tak┐e rewertaz╣. Tak wiΩc, przep│yw informacji genetycznej odbywa siΩ tu w kierunku: RNA -> DNA (do czasu odkrycia rewertazy znano tylko kierunek transkrypcji dzi£ okre£lany jako klasyczny: DNA -> RNA).

/ Poradnik dla stomatolog≤w /

Budowa HIV

Wirion HIV ma £rednicΩ 110-130 nm (dla por≤wnania: wirion wirusa B zapalenia w╣troby, tzw. cz╣steczka Dane'a, ma £rednicΩ 42 nm). Cz╣steczka wirusa ma kszta│t cylindryczny i budowΩ warstwow╣.

Ryc. Schemat budowy wirusa HIV

gp 120 = bia│ko powierzchniowe otoczki wi╣┐╣ce siΩ z bia│kiem typu CD4 atakowanej kom≤rki
gp 41 = bia│ko przezb│onowe otoczki, na kt≤rym osadzone jest bia│ko gp120
p17, p24 = p│aszcz bia│kowy wirusa, czyli kapsyd
p15 i RNA = jedna z dw≤ch cz╣steczek RNA stanowi╣cych materia│ genetyczny tego wirusa
RT = bia│ko enzymu - odwrotnej transkryptazy

Dwie g│≤wne warstwy to rdze± i otoczka. W rdzeniu znajduje siΩ dwuniciowy RNA tworz╣cy genom. Na RNA HIV znajduje siΩ 10 tys. par zasad (tj. 10kb). W rdzeniu s╣ umieszczone tak┐e enzymy niezbΩdne do wytworzenia potomnych cz╣stek wirusowych w procesie replikacji. W£r≤d nich jest ju┐ wy┐ej wymieniona rewertaza (a ponadto integraza i proteaza). Genom zawiera geny strukturalne i regulacyjne, a na obu ko±cach nici RNA, 5' i 3' (jak i prowirusowego DNA) znajduje siΩ powtarzalne sekwencje ko±cowe LTR (long terminal repeats). Maj╣ one w│a£ciwo£ci, odpowiednio modulowania i zatrzymywania transkrypcji RNA.

W sk│ad otoczki wchodz╣ glikoproteiny, o symbolach gp120 i gp41 (liczby oznaczaj╣ masΩ cz╣steczkow╣ w tys. dalton≤w, a wiΩc gp41 to glikoproteina o masie 41 000 dalton≤w). Gp120 znajduje siΩ na samej powierzchni wirionu. Jej poszczeg≤lne elementy strukturalne nie │╣cz╣ siΩ ze sob╣, s╣ natomiast po│╣czone mostkiem dwusiarczkowym z gp41. Jedna cz╣steczka wirusa HIV (wirion) zawiera oko│o 500 struktur gp120. Gp41 jest nazywana bia│kiem przezb│onowym, poniewa┐ cz╣stki tej glikoproteiny s╣ u│o┐one poprzecznie w stosunku do struktury otoczki wirusa. ZewnΩtrzna otoczka wirusa ma strukturΩ bia│kowo-lipidow╣. Jej ostateczna struktura kszta│tuje siΩ podczas opuszczania kom≤rki przez wirusa. W jej sk│ad wchodz╣ tak┐e elementy kom≤rkowe. Z tego powodu cz╣stka HIV mo┐e mieµ na swojej powierzchni bia│ka kom≤rkowe, w tym np. cz╣stki uk│adu zgodno£ci tkankowej (MHC).

Bia│ka bΩd╣ce produktami gen≤w HIV maj╣ w│a£ciwo£ci antygenowe. Stymuluj╣ uk│ad odporno£ciowy cz│owieka do syntezy przeciwcia│ skierowanych przeciwko odpowiednim epitopom. Ma to podstawowe znaczenie w rozpoznawaniu zaka┐e± HIV. Testy przesiewowe oraz bardziej z│o┐one testy typu Western-blot polegaj╣ bowiem na wykrywaniu swoistych przeciwcia│ anty-HIV w surowicy badanej osoby. S╣ to nadal podstawowe metody w serologicznej diagnostyce zaka┐e± wywo│anych przez retrowirusy.

/ Poradnik dla stomatolog≤w /

Geny strukturalne i regulacyjne

Tab. Geny HIV-1 i ich produkty

Nazwa genu	Produkt	Funkcja
gag	p55: bia│ko prekursorowe dla:	bia│ka strukturalne:
	p6 i p7	rdzeniowe,
	p17 i p24	kapsydowe
pol	enzymy:
	rewertaza, integraza	synteza komplementarnej nici DNA, po│╣czenie prowirusa z genomem gospodarza
	proteaza	rozszczepienie prekursowego bia│ka gag
env	gp160: bia│ko prekursorowe dla:
	gp 120	przy│╣czenie do kom≤rki przez cz╣steczkΩ CD4
	i gp 41	po│╣czenie z b│on╣ kom≤rkow╣ i wnikanie do kom≤rki
tat	bia│ko tat	aktywacja transkrypcji gen≤w wirusa; w oddzia│ywaniu tego bia│ka niezbΩdny jest udzia│ wielu czynnik≤w kom≤rkowych
rev	bia│ko rev	umo┐liwianie transkrypcji gen≤w wirusa; wi╣┐e siΩ z drugorzΩdowymi strukturami RNA; przy braku rev mRNA pozostaje w j╣drze kom≤rkowym
nef	bia│ko nef	zmniejsznie ekspresji CD4 na zaka┐onych kom≤rkach ? (przy│╣cza siΩ do fragmentu CD4 we wnΩtrzu kom≤rki)
vif	proteaza cysteinowa (?)	u│atwianie wewn╣trz kom≤rkowego transportu rdzenia wirusa po wnikniΩciu do kom≤rki; udzia│ w wytwarzaniu cz╣stek wirusazaka┐aj╣cych limfocyty i monocyty
vpu	bia│ko o masie 16 kD	rozbijanie kompleksu gp120-CD4, nasilanie wytwarzania bia│ek wirusa, sk│adanie jego cz╣stki i jej uwalnianie z kom≤rki niezale┐nie od ekspresji env
vpr	bia│ko o masie 15kD, bogate w argininΩ	wp│yw na struktury kom≤rkowe w kierunku umo┐liwienia 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 genom≤w 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) maj╣ w│a£ciwo£ci sterowania procesami replikacji wirusa: dzia│aj╣ nasilaj╣co lub hamuj╣co (dodatnio lub ujemnie) poprzez system sprzΩ┐e± zwrotnych. Jest to niezwykle istotna w│a£ciwo£µ omawianego tu wirusa. W ten spos≤b odbywa siΩ bowiem regulacja statusu wirusa w zaka┐onej kom≤rce. Umo┐liwione jest powstanie zaka┐enia utajonego (latencja), a tak┐e - odwrotnie - oddzia│ywanie w kierunku nasilonej ekspresji HIV (tzw. zaka┐enie produktywne). Nie jest to tylko wewnΩtrzny uk│ad zale┐no£ci pomiΩdzy regulacyjnymi elementami wirusa. Na jego ekspresjΩ ma wp│yw tak┐e £rodowisko wewn╣trzustrojowe. Mo┐e ono w mniejszym lub wiΩkszym stopniu wp│ywaµ na tempo replikacji.

/ Poradnik dla stomatolog≤w /

Zmienno£µ antygenowa HIV

Charakterystyczn╣ cech╣ HIV jest du┐a zmienno£µ antygenowa. Izobaty wirusa, w tym uzyskiwane od tych samych zaka┐onych os≤b, mog╣ r≤┐niµ siΩ miΩdzy sob╣ nawet do 20% sk│adu aminokwas≤w kodowanych przez gen env. Zmiana w│a£ciwo£ci HIV jest mo┐liwa dziΩki obecno£ci w strukturze jego genomu obszar≤w o du┐ej zmienno£ci. S╣ to tzw. domeny V1, V2 i V3. NajwiΩksz╣ zmienno£ci╣ charakteryzuje siΩ region V3 cz╣stki gp120.

Powstawanie nowych cech biologicznych wirusa nastΩpuje ju┐ po zmianie kilku aminokwas≤w. CzΩsto£µ mutacji jest okre£lana na 10^-4 na jedn╣ parΩ zasad. Jeden cykl replikacyjny wirusa mo┐e spowodowaµ powstanie do 10 mutant≤w. HIV nale┐y do najbardziej zmiennych wirus≤w chorobotw≤rczych. Mutacje dokonuj╣ siΩ w trakcie odwrotnej transkrypcji. Jest to proces obci╣┐ony du┐╣ liczb╣ b│Ωd≤w. CzΩste mutacje zwiΩkszaj╣ prawdopodobie±stwo powstania wariantu o szczeg≤lnie korzystnych cechach przetrwania w £rodowisku ustrojowym. Wysokie tempo mutacji powoduje, ┐e cz╣stki wirusa izolowane po £rednim okresie 10 lat zaka┐enia objawowego s╣ o kilka tysiΩcy generacji oddalone w swej strukturze od wirusa zaka┐aj╣cego pierwotnie. Warianty w strukturze genomu HIV s╣ rezultatem podstawiania nukleotyd≤w, delecji i przegrupowa± w wyniku rekombinacji. (Przeniesienie wirusa przez zaka┐on╣ krew, wydzieliny narz╣d≤w p│ciowych lub z matki na p│≤d jest zwi╣zane z selekcj╣ ograniczonej liczby wariant≤w genetycznych. Por≤wnanie sekwencji wirusowych wykaza│o, ┐e dotyczy to wariantu wystΩpuj╣cego w mniejszo£ci). Mutacje wirusa, w wiΩkszo£ci powstaj╣cych w ich toku wariant≤w, nie wp│ywaj╣ na jego zdolno£ci replikacyjne, choµ w ich trakcie mog╣ powstawaµ odmiany o zdefektowanych w│a£ciwo£ciach replikacyjnych. Mutanty doprowadzaj╣ tak┐e do zmiany tropizmu kom≤rkowego. I tak preferencja do namna┐ania siΩ w monocytach zmienia siΩ z czasem w kierunku sprawniejszej replikacji w limfocytach.

Mechanizm szybkiej mutacji pozwala wirusowi na ucieczkΩ przed odpowiedzi╣ odporno£ciow╣. Powstawanie mutant≤w powoduje, i┐ nowe jego epitopy nie s╣ w odpowiednim czasie rozpoznawane przez kom≤rki cytotoksyczne. Warunkuje to mo┐liwo£µ przetrwania HIV w ustroju. Cecha ta ma du┐e znaczenie patogenetyczne.

Genotyp HIV ma tak┐e znaczenie jako determinanta zakaƒno£ci. I tak ostatnio stwierdzono, ┐e podtyp E i C │atwiej s╣ przenoszone podczas stosunk≤w heteroseksualnych, w odr≤┐nieniu od podtypu B, zwi╣zanego raczej ze stosunkami homoseksualnymi.

/ Poradnik dla stomatolog≤w /

Mechanizm zaka┐enia kom≤rki i replikacji HIV

HIV ma trzy - mniej lub bardziej znane - receptory. S╣ to: cz╣steczka CD4, ceramid galaktozowy, fragment Fc i receptor dope│niacza (zaka┐enie t╣ drog╣ nastΩpuje cz╣steczkami znajduj╣cymi siΩ w kompleksie z przeciwcia│ami). Istnienie r≤┐nych receptor≤w umo┐liwia zaka┐anie r≤┐nych kom≤rek. WnikniΩcie wirusa do kom≤rki jest poprzedzone fuzj╣ otoczki HIV i b│ony kom≤rkowej. Tropizm HIV do cz╣steczki CD4 jest wynikiem wysokiego stopnia powinowactwa pomiΩdzy ww. cz╣stk╣ a gp120. Powsta│y w ten spos≤b kompleks ma w│a£ciwo£ci aktywowania tzw. fuzyjnej domeny gp41. Doprowadza to do po│╣czenia cz╣stki wirusa z b│on╣ kom≤rkow╣, co umo┐liwia wnikniΩcie HIV do wnΩtrza kom≤rki w procesie aktywnej endocytozy.

Pierwszym etapem po internalizacji wirusa w obrΩbie kom≤rki jest usuniΩcie jego otoczki. Odbywa siΩ to przez oddzia│ywanie enzym≤w kom≤rkowych. NastΩpnie na matrycy jednej z nici RNA rewertaza (odwrotna transkryptaza) odtwarza pojedyncz╣, komplementarn╣ niµ DNA. Druga z kolei staje siΩ matryc╣, na kt≤rej odtworzona zostaje druga niµ DNA. Druga niµ RNA ulega degradacji przez rybonukleazΩ H. Znaczna czΩ£µ nowo wytworzonego DNA pozostaje w formie niezintegrowanej z genomem kom≤rki.

CzΩ£µ DNA HIV ulega natomiast integracji z DNA kom≤rki (przy udziale integrazy i LTR), tworz╣c tzw. prowirusa. Integracja dokonuje siΩ w chromosomach losowo. Proces integracji ma bardzo du┐e znaczenie patogeniczne. Podzia│ kom≤rki odbywa siΩ bowiem wraz ze zintegrowanym genomem wirusa. Zintegrowany genom mo┐e nie przejawiaµ aktywno£ci replikacyjnej przez bardzo d│ugi czas.

Czynnikiem wzbudzaj╣cym proces powielenia DNA, transkrypcji RNA i kompletowania pe│nej cz╣stki wirionu jest stan pobudzenia kom≤rki. Aby dosz│o do replikacji HIV, musi nast╣piµ odtworzenie RNA HIV na matrycy DNA HIV. Powstaj╣cy RNA jest wykorzystywany jako materia│ dla cz╣stek potomnych, a inne s│u┐╣ jako mRNA, kt≤ry jest niezbΩdny do wytworzenia bia│ek strukturalnych i enzym≤w replikowanych cz╣steczek. W procesie transkrypcji prowirusowego DNA najpierw ulegaj╣ aktywacji geny reguluj╣ce tat (tysi╣ckrotne przyspieszenie transkrypcji pozosta│ych bia│ek) i rev (umo┐liwia powstanie nici mRNA o pe│nej d│ugo£ci i transport RNA do cytoplazmy). Du┐a aktywno£µ replikacyjna ma toksyczne oddzia│ywanie na metabolizm zaka┐onej kom≤rki, a szczeg≤lnie limfocyt≤w CD4. Wytwarzanie bia│ek wirusa odbywa siΩ w cytoplazmie. Ulegaj╣ one przetworzeniom (np. glikozylacji i fosforylacji), co umo┐liwia uformowanie siΩ pe│nej cz╣stki wirusa. Opuszczaj╣c kom≤rkΩ poprzez p╣czkowanie, cz╣stka HIV otacza siΩ b│on╣ kom≤rkow╣.

Cykl replikacyjny HIV (obja£nienia w tek£cie)

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

Wra┐liwo£µ HIV na czynniki fizyczne i chemiczne

Wirus jest bardzo wra┐liwy na dzia│anie czynnik≤w £rodowiska zewnΩtrznego. Poza organizmem cz│owieka szybko traci zjadliwo£µ. Szybko r≤wnie┐ ginie pod wp│ywem dzia│ania £rodk≤w dezynfekuj╣cych.

na powietrzu	w temperaturze otoczenia	mo┐e prze┐yµ 3-7 dni
w zakrzep│ej krwi	w temperaturze otoczenia	mo┐e prze┐yµ 3-7 dni
w wodzie	w temperaturze 23-27oC	mo┐e prze┐yµ do 15 dni
na brudnej zanieczyszczonej krwi╣ strzykawce	w £rodowisku wilgotnym i temp. otoczenia	mo┐e prze┐yµ kilka godzin
	w £rodowisku suchym i temp. 20oC	mo┐e prze┐yµ 3-7 dni

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

/ "»yµ z wirusem..." /

Fotografie

Cz╣steczki wirusa odp╣czkowuj╣ce od rozga│Ωzionych mikrokosmk≤w	Cz╣stki wirusa HIV-1 pod bardzo silnym powiΩkszeniem

Lennart Nilsson, © Boehringer Ingelheim International GmbH

⌐ 1998 SONAR