Mikrobiologie a imunologie
9.1 Obecná virologie
9.1 Obecná virologie
Celý tento podobor navazuje na předchozí poznatky objevené a objasněné především Robertem Kochem a Luisem Pasteurem. Nemůžeme opomenout zmínku o cca 30 let starém objevu retroviru HIV, viru lidského imunodeficitu (původce AIDS – syndromu získaného selhání imunity). Roku 1983 se na tomto objevu podíleli Francouz Luc de Montagnier a Američan Robert C. Gallo. Ve vědeckém týmu R. C. Gallo pracoval také Slovák Mikuláš Popovič.
Viry jsou velmi malé a pouhým okem neviditelné. Definovat je není vůbec jednoduché, protože představují velmi různorodou skupinu infekčních agens. Charakteristické pro ně je, že se nedělí, nerostou, nemetabolizují, ale s živými organizmy je spojuje jediná zásadní vlastnost, a to, že mají genetický kód pro vlastní replikaci. Můžeme s jistotou říct, že od ostatních organizmů se liší těmito znaky:
1. Viry nejsou organizovány jako buňky, nýbrž jako částice (můžeme je považovat za organizmy podbuněčné nebo nebuněčné).
2. Zralé virové částice obsahují jen jediný typ nukleové kyseliny – buď DNA, nebo RNA.
3. Viry se množí syntézou svých složek, ne dělením.
4. V dané syntéze jsou viry závislé na ribozomech hostitelské buňky.
V medicíně považujeme viry za mikroorganizmy, které nejsou viditelné běžným mikroskopem, nerostou na kultivačních půdách a lze je v laboratorních podmínkách pěstovat pouze na živých buněčných kulturách. Velmi výraznou vlastností virů je, že nejsou citlivé na běžná antibiotika, ale na antivirotika. Z toho vyplývá, že virovou infekci – např. běžnou virózu nelze léčit antibioitiky.
Morfologie virových částic
Virovou částici označujeme termínem – virion. Vnitřní část virionu představuje dřeň – nukleotid. V nukleotidu je obsažena nukleová kyselina, která je obklopena bílkovinnou schránkou – kapsidou. Tomuto komplexu říkáme nukleokapsida. Řada virů je jenom nukleokapsidami, např. picornaviry, adenoviry, papillomaviry, u jiných virů je nukleokapsida uložena v další struktuře, ve virovém obalu, např. herpesviry, orthomyxoviry, paramyxoviry. Virová kapsida se skládá z opakujících se stejných bílkovinných podjednotek neboli protomer. Podle uspořádání protomer – jejich symetrie, rozeznáváme kapsidy s kubickou, spirální, binální nebo komplexní symetrií. Tvar virů je většinou kulovitý, zejména u malých virů, obalené viry mají zpravidla tvar kulovitý nebo nepravidelný. Rhabdoviry se třeba podobají projektilům, poxviry vánočkám nebo briketám, filoviry jsou vláknité. Viry pozorujeme v elektronovém mikroskopu, nejčastěji se používá tzv. technika negativního barvení. K suspenzi virionů přidáváme látku nepropustnou pro elektrony, např. kyselinu wolframovou, která obklopí viriony a pronikne do štěrbin mezi virové struktury - okolí virionu a tyto struktury jsou pak viditelné jako tmavé. Nukleová kyselina obsažená ve virech je nositelem genetické informace jednak pro tvorbu sebe samých a ostatních virových makromolekul, dále je nositelem infekčnosti a schopnosti vyjádřit tuto informaci v hostitelské buňce. Součástí struktury virů jsou proteiny a lipidy. Makroorganizmus vnímá virové antigeny jako cizorodé. Virové antigeny jsou tvořeny proteiny, nukleoproteiny a glykoproteiny. Inaktivace virů znamená poškození virionu, který je zbaven schopnosti infikovat hostitelskou buňku. Virové antigeny dělíme na tzv. strukturální a nestrukturální. Povrchové antigeny patří do skupiny nestrukturálních antigenů Protilátky proti povrchovým antigenům, které tvoří makroorganizmus, jsou protekční a přetrvávají v lidském těle řadu let a mnohdy i po celý život. Chrání organizmus před opakovanou infekcí stejným typem viru. Inaktivace viru znamená poškození virionu, který je zbavený schopnosti infikovat buňku. Tuto inaktivaci lze provést různými způsoby pomocí fyzikálních i chemických prostředků. Velice spolehlivou metodou inaktivace virů je autoklávování, kdy zcela jistě běžné viry zlikvidujeme. Třídění a názvosloví virů medicínsky významných se řídí z praktických důvodů zatím základním rozlišujícím znakem, a tím je povaha hostitele. Mezinárodní komise pro taxonomii virů zavedla univerzální klasifikační systém, podle kterého se všechny viry člení do více než 70 taxonů, na základě daných znaků.
Podle klinicko-epidemiologického hlediska je rozdělené virů v medicíně dané na základě způsobu přenosu a vyvolaných syndromů. Následující rozdělení virů je dle projevů, které tyto viry vyvolávají, do několika skupin:
1. Respirační viry – viry chřipky A, B a C, adenoviry, respirační syncytiální virus, viry parainfluenzy, rhinoviry, koronaviry, výjimečně virus herpes simplex – HSV, enteroviry
2. Neurotropní viry – virus klíšťové encefalitidy, enteroviry (virus poliomyelitidy, Coxsackie viry, ECHO viry), virus parotitidy, virus herpes simplex – HSV 1 a 2, virus varicella - zoster VZV, cytomegalovirus – CMV, virus vztekliny, arboviry – virus Ťahyňa, virus lymfocytární choriomeningitidy
3. Exantematické viry – podle projevů na kůži:
Skvrnitý exantém – virus spalniček, virus zarděnek, Coxsackie viry skupiny A, ECHO viry, roseolovirus, erythrovirus, EB–virus
Puchýřky – vesiculy – virus herpes simplex, virus varicelly – zoster, Coxsackie
virus A16, aftovirus
Petechie – cytomegalovirus, viry hemorhagických horeček, hantaviry
Jiné kožní projevy – virus bradavic, virus molluscum contagiosum
4. Viry hepatitid – virus hepatiitidy A (rod Hepatovirus), virus hepatitidy B (rod Orthohepadnavirus), virus hepatitidy C (rod Hepacivirus), virus hepatitdy D (rod Deltovirus), virus hepatitidy E. Viroví průvodci průjmů – rotaviry, viry Norwalk a Sapporo, astroviry, střevní adenoviry aj.
5. Arboviry – virus klíšťové encefalitidy, virus západonilské horečky, virus Ťahyňa, virus Tribeč, Virus Sindbis, virus Eyach, další izolované arboviry
Při napadení hostitelské buňky makroorganizmu virem pozorujeme určité změny, které souvisejí s virovou infekcí. Cytocidní infekce je charakterizovaná především tvorbou interferonu na infikované buňce, poté následuje zástava syntézy většiny buněčných makromolekul, posléze vzrůstá poškození buněčných membrán a nakonec dochází k poruchám funkce buněk. Dalším typem je necytocidní infekce. Je to stav, kdy se při rovnovážné perzistentní infekci virová nukleová kyselina množí sice nezávisle, ale dostatečně a pomalu a moc při tom nenarušuje metabolizmus buňky. Morfologické změny infikovaných buněk se ve tkáňových kulturách označují jako cytopatický efekt viru (CPE). Jiným typem je velmi závažná virová karcinogeneze. Studium virové karcinogeneze přineslo pochopení původu virových onkogenů. Onkogeny odpovídající za nádorovou přeměnu buňky jsou buněčného původu a jejich přítomnost byla zaznamenána v transformujících se retrovirech. Stručně shrnuto – vznik nádoru je konečnou fází sledu mnohočetných genetických změn.
Přehled lidských nádorových virů
Hepadnaviridae - hepatocelulární karcinom
Herpesviridae (EBV, HHV 8) - Burkittův lymfom, nasofaryngeální karcinom, morbus Hodgkin, B-lymfomy, Kaposiho sarkom, morbus Castleman
Papillomaviridae – karcinom cervixu a kůže
Flaviviridae – hepatocelulární karcinom
Retroviridae – T-buněčná leukémie dospělých
Polyomaviridae – nádory mozku, osteosarkomy, mesotheliomy
Poxviridae - molluscum contagiosum
Formy virových nákaz jsou podobné jako u ostatních infekčních agens, které vyvolávají infekce. Rozeznávame infekce lokální (rýma a bradavice - verucae), systémové (chřipka, rotavirový průjem, herpetická stomatitida) a generalizované (spalničky, příušnice, zarděnky, neštovice, klíšťová encefalitida). Patogenezi virových nákaz si stručně přiblížíme shrnutím do několika fází. Prvním krokem je šíření viru vstupními bránami (např. dýchací systém), dále pokračuje rozsev virů v organizmu z buňky do buňky, krví, likvorem, lymfou a poslední fází je vylučování viru z hostitele. Obvyklé šíření viru lidským organizmem při akutní virové infekci je následovné: množení viru ve vstupní bráně, poté nastupuje rozsev viru lymfatickými cestami a následně pak množení virů v regionálních lymfatických uzlinách. Posléze dochází ke vzniku primární virémie a množení v ústředních ložiscích. Nastupuje sekundární virémie, kterou obvykle končí období bez příznaků neboli inkubační doba. Posléze dochází k množení virů v cílovém orgánu event. k terminální virémii, příp. exitu. K vylučování viru z hostitele dochází z postižených sliznic především respiračním a gastrointestinálním traktem, dále z kožních lézí, močí a přímo z krve. Lidský organizmus se brání proti virové infekci několika způsoby. Patří sem nespecifická protivirová rezistence podložená nevnímavostí (buňka nemá receptory nebo nedovede virion pohltit) a nepermisivitou (taková buňka není schopna translace virové RNA). Virové inhibitory se nacházejí v séru, ve tkáňovém moku a v hlenu na sliznicích. Jejich jedinečnou schopností je neutralizace infekčnosti mnoha virů. Dalším mechanizmem imunity je produkce interferonu. Interferon byl objeven jako produkt buňky, který interferuje s množením virů. Rozlišujeme interferon alfa – produkovaný leukocyty, interferon beta – produkovaný fibroblasty a interferon gama – produkovaný lymfocyty. Účinnost interferonu je obrovská v ochraně buněk, stačí k tomu jediná molekula interferonu, aby ochránila buňku před virem, ale musí se k ní dostat dříve než virus. Interferon je nejdůležitější faktor omezující šíření virů a podmiňující uzdravení z virové infekce. Stejně tak účinkuje proti všem virům bez ohledu na to, co může být induktorem, dále pak potencuje přirozené zabíječe – buňky NK. Významnou roli sehrává interferon v regulaci imunitní odpovědi a potlačuje i dělení nádorových buněk. Další způsob ochrany představuje zvýšená tělesná teplota, která se zvyšuje přeladěním termoregulačního centra v hypothalamu účinkem interleukinu 1 a dalších endogenních pyrogenů. Zvýšená teplota těla postupně inaktivuje volné viriony v krvi a ve tkáních a brzdí replikaci virových nukleových kyselin. O obraně proti virům zánětem není sporu. Leukocyty a makrofágy se seskupují kolem infikovaných buněk, kyselina mléčná se hromadí v zaníceném ložisku, současně se zvyšuje tenze oxidu uhličitého a pH pak klesá k hodnotám neslučitelným s množením virů. Z poškozených buněk se uvolňuje interleukin 1, a to zvyšuje tělesnou teplotu.
Imunita u virových nákaz
U virových infekcí se uplatňuje především protilátková imunita. Protilátky vznikají proti povrchovým virovým antigenům a vazba protilátky vede k neutralizaci infekčnosti viru. Pokud se daná protilátka naváže na povrchový antigen viru, zabrání tím přilnutí virionu k receptoru hostitelské buňky. Vytvořené protilátky proti povrchovým antigenům infikované buňky umožňují imunní lýzu nakažených buněk jednak účinkem komplementového systému a také účinkem zabíječských lymfocytů. Důležitější je však likvidace virem infikovaných buněk pomocí cytotoxických lymfocytů. Situace u viróz, jednoho z nejběžnějších infekčních onemocnění u nás, je následovná. Samotná imunitní reakce se rozbíhá až po pomnožení viru. Markerem akutní fáze infekce jsou protilátky typu IgM (po několika týdnech vymizí), posléze se tvoří protilátky typu IgA (chrání hlavně sliznice – slizniční protilátky přetrvávají i několik let) a pak teprve protilátky typu IgG, které mohou přetrvávat několik měsíců i let a dokonce celoživotně. V laboratorním nálezu jsou přetrvávající protilátky typu IgG charakterizovány jako anamnestické protilátky. Velký význam mají pasivně přenesené mateřské IgG protilátky u novorozence. Chrání ho minimálně první půlrok života před infekcemi, které prodělala matka nebo proti nimž byla očkována.
V obraně před virovými infekcemi má svoje místo i buněčná imunita. Právě virovými infekcemi trpí častěji jedinci s postiženou buněčnou imunitou. Buněčná neboli celulární imunita je zprostředkovaná imunními lymfocyty a namířena je především proti antigenně změněným buňkám. Schopnost rozpoznávat virové antigeny mají cytotoxické lymfocyty Tc. Nesmíme zapomenout na význam interferonu gama, který jej jedním z lymfokinů produkovaných lymfocyty při jejich aktivaci. Interferon gama je schopen ochránit aktivované lymfocyty před virovou infekcí, dále také poskytuje ochranu makrofágům obvykle předtím, než jsou aktivovány dalšími působky. Imunitní systém funguje velmi složitě a cíleně a i přesto mají mnohdy viry schopnost těmto obranným mechanizmům uniknout.
V prevenci a profylaxi virových infekcí má svoje zásadní místo specifická aktivní imunizace – vakcinace. Účinek aktivní imunizace je dlouhodobý a spolehlivý. Pasivní imunizace – podávaní imunoglobulinu má obrovskou výhodu v okamžitém účinku hned po podání, nevýhodou je krátkodobý účinek cca 8–10 týdnů. Odolnost organizmu je možné posilovat též cíleně interferonem užívaným zejména v léčbě hepatitidy C, u některých forem hepatitidy B, leukemie z vlasatých buněk a u condylomata accuminata.