Informacija

5.9: Povijest virusa - Biologija

5.9: Povijest virusa - Biologija


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Nitko ne zna točno kada su se virusi pojavili ili odakle su došli, budući da virusi ne ostavljaju povijesne tragove poput fosila. Oni se ne metaboliziraju niti rastu, već se sastavljaju u svom zrelom obliku.

Otkrivanje i otkrivanje

Virusi su prvi put otkriveni nakon razvoja porculanskog filtera, nazvanog Chamberland-Pasteurov filter, koji je mogao ukloniti sve bakterije vidljive u mikroskopu iz bilo kojeg tekućeg uzorka. Godine 1886. Adolph Meyer je pokazao da se bolest biljaka duhana, bolest mozaika duhana, može prenijeti s bolesne biljke na zdravu putem tekućih biljnih ekstrakata. Dmitri Ivanowski je 1892. godine pokazao da se ova bolest može prenijeti na ovaj način čak i nakon što je Chamberland-Pasteurov filter uklonio sve vitalne bakterije iz ekstrakta. Ipak, prošlo je mnogo godina prije nego što je dokazano da ovi infektivni agensi koji se mogu filtrirati nisu samo vrlo male bakterije, već nova vrsta vrlo malih čestica koje izazivaju bolesti.

Virions, pojedinačne virusne čestice, vrlo su male, promjera oko 20-250 nanometara. Ove pojedinačne virusne čestice su infektivni oblik virusa izvan stanice domaćina. Za razliku od bakterija (koje su oko 100 puta veće), ne možemo vidjeti viruse svjetlosnim mikroskopom, s izuzetkom nekih velikih viriona iz obitelji poxvirusa. Tek razvojem elektronskog mikroskopa kasnih 1930-ih znanstvenici su dobili prvi dobar pogled na strukturu virusa mozaika duhana (TMV) (slika 1) i drugih virusa (slika 2). Površinska struktura viriona može se promatrati i skeniranjem i transmisijskim elektronskim mikroskopom, dok se unutarnje strukture virusa mogu promatrati samo na slikama s transmisionog elektronskog mikroskopa. Korištenje ovih tehnologija omogućilo je otkrivanje mnogih virusa svih vrsta živih organizama. U početku su bili grupirani prema zajedničkoj morfologiji. Kasnije su skupine virusa klasificirane prema vrsti nukleinske kiseline koju su sadržavale, DNK ili RNA, te je li njihova nukleinska kiselina jednolančana ili dvolančana. U novije vrijeme, molekularna analiza virusnih replikativnih ciklusa dodatno je poboljšala njihovu klasifikaciju.

Evolucija virusa

Iako su biolozi prikupili značajnu količinu znanja o tome kako se današnji virusi razvijaju, mnogo se manje zna o tome kako su virusi uopće nastali. Kada istražuju evolucijsku povijest većine organizama, znanstvenici mogu pogledati fosilne zapise i slične povijesne dokaze. Međutim, virusi se ne fosiliziraju, tako da istraživači mogu samo pretpostaviti o evolucijskoj povijesti virusa istražujući kako se današnji virusi razvijaju i koristeći biokemijske i genetske informacije za stvaranje spekulativne povijesti virusa.

Dok se većina otkrića slaže da virusi nemaju niti jednog zajedničkog pretka, znanstvenici tek trebaju pronaći jednu hipotezu o podrijetlu virusa koja je u potpunosti prihvaćena u ovom području – i koja u potpunosti objašnjava viruse i njihove karakteristike. Postoje, međutim, tri hipoteze koje su postale najprihvaćenije:

  • Devolucija ili regresivna hipoteza. Ova hipoteza predlaže da se objasni podrijetlo virusa sugerirajući da su virusi evoluirali iz slobodnoživućih stanica. Međutim, mnoge komponente o tome kako se ovaj proces mogao dogoditi su misterij.
  • Eskapist ili progresivna hipoteza. Ova hipoteza objašnjava viruse koji imaju ili RNA ili DNA genom i sugerira da virusi potječu od RNA i DNA molekula koje su pobjegle iz stanice domaćina. Međutim, ova hipoteza ne objašnjava složene kapside i druge strukture na virusnim česticama.
  • Hipoteza samoreplikacije. Ova hipoteza postavlja sustav samoreplikacije sličan sustavu drugih samoreplicirajućih molekula, koji se vjerojatno razvija zajedno sa stanicama na koje se oslanjaju kao domaćini; studije nekih biljnih patogena podržavaju ovu hipotezu.

Drugi problem za one koji proučavaju podrijetlo i evoluciju virusa je njihova visoka stopa mutacija, osobito u slučaju RNA retrovirusa kao što je HIV/AIDS.

Kako tehnologija napreduje, znanstvenici će razvijati i usavršavati daljnje hipoteze kako bi objasnili podrijetlo virusa - ili kreirali nove hipoteze. Područje u nastajanju zvano virusna molekularna sistematika pokušava učiniti upravo to kroz usporedbe sekvenciranog genetskog materijala. Ovi istraživači se nadaju da će jednog dana bolje razumjeti podrijetlo virusa, otkriće koje bi moglo dovesti do napretka u liječenju bolesti koje oni proizvode.


Kako se virusi razvijaju

Neobični slučajevi upale pluća počeli su se pojavljivati ​​sredinom zime, u Kini. Istraživači su kasnije saznali da je uzrok bio novi za znanost koronavirus. Do ožujka se zaraza počela širiti na druge azijske zemlje i u inozemstvo. Ljudi su umirali, a Svjetska zdravstvena organizacija izdala je globalno zdravstveno upozorenje.

Ali ovo je bila 2003., a ne 2020., a bolest je bio SARS, a ne Covid-19. Do lipnja epidemija je gotovo nestala, sa samo 8.098 potvrđenih infekcija i 774 smrtnih slučajeva diljem svijeta. Od 2004. godine nije zabilježen nijedan slučaj SARS-a.

Usporedite to s blisko povezanim koronavirusom koji danas uzrokuje Covid-19: više od 13.600.000 potvrđenih slučajeva do 16. srpnja i više od 585.000 smrtnih slučajeva.

Zašto je SARS nestao dok se današnji koronavirus samo nastavlja širiti? Zašto su se, kad smo već kod toga, oba ova koronavirusa uopće prelila na ljude, od svojih izvornih domaćina šišmiša?

I jednako važno kao i ta pitanja je još jedno: Što se dalje događa?

Dok se suočavamo s trenutnom pandemijom, bit će važno razumjeti kako će se SARS-CoV-2, virus koji uzrokuje Covid-19, vjerojatno razvijati u mjesecima i godinama koje su pred nama. Moguće je da bi virus mogao izgubiti svoj smrtonosni karakter i smjestiti se u evolucijski sukob s čovječanstvom. To bi moglo završiti kao samo još jedan virus prehlade, kao što se možda dogodilo s drugim koronavirusom u prošlosti. Ali također može ostati ozbiljna prijetnja ili možda čak evoluirati da postane smrtonosnija. Ishod ovisi o složenoj i ponekad suptilnoj interakciji ekoloških i evolucijskih sila koje oblikuju kako virusi i njihovi domaćini reagiraju jedni na druge.

“Jedna stvar koju naučite o evoluciji je da nikada ne generalizirate,” kaže Edward Holmes, evolucijski virolog sa Sveučilišta u Sydneyu u Australiji i autor članka o evoluciji virusa u nastajanju u Godišnji pregled ekologije, evolucije i sistematike. “U potpunosti ovisi o biološkoj nijansi situacije.”


Sars je doveo do izumiranja kombinacijom sofisticiranog praćenja kontakata i čuda samog virusa

Ubrzano dvije godine, virus je zarazio najmanje 8.096 ljudi, od kojih je 774 umrlo. Ali moglo je biti puno gore.

Kao i njegov bliski srodnik Covid-19, Sars je imao mnoge od potrebnih kvaliteta za svjetsku dominaciju – bio je to RNA virus, što znači da se mogao brzo razvijati, a širio se kapljicama koje se izbacuju pri disanju, a koje je teško izbjeći. U to su vrijeme mnogi stručnjaci bili zabrinuti da bi virus mogao izazvati razaranja na istoj razini kao i kriza s HIV-om, ili čak pandemija gripe 1918., koja je zarazila trećinu svjetske populacije i ubila 50 milijuna.

Umjesto toga, Sars je nestao jednako naglo kao što je i stigao. Do siječnja 2004. bilo je samo nekoliko slučajeva – a do kraja mjeseca objavljena je posljednja sumnja na prirodnu infekciju. Čudno, dok "nulti pacijent" opisuje prvu poznatu osobu koja je zaražena virusom, ne postoji ekvivalentna oznaka za posljednju osobu koja ga je uhvatila u divljini. Ali to bi se vjerojatno odnosilo na 40-godišnjeg muškarca s prezimenom "Liu" iz južnog grada Guangzhoua. (Postojala je još jedna epidemija nekoliko mjeseci kasnije, kada se smatra da je pobjegla iz istraživačkog laboratorija u Pekingu – dva puta).

Ukratko, posrećilo nam se. Prema Sarah Cobey, epidemiologinji na Sveučilištu u Chicagu, Sars je doveo do izumiranja kombinacijom sofisticiranog praćenja kontakata i neobičnih karakteristika samog virusa.

Trebao je globalni napor mjera nadzora i kontrole kako bi se eliminirao Sars (Zasluge: Reuters)

Kada su oboljeli od Sarsa oboljeli, jako su se razboljeli. Virus je imao zapanjujuće visoku stopu smrtnosti – gotovo jedan od pet pacijenata je umro – ali to je značilo da je bilo relativno lako identificirati zaražene i staviti ih u karantenu. Nije bilo dodatnog širenja od ljudi bez simptoma, a kao bonus, Sarsu je trebalo relativno dugo da se inkubira prije nego što je postao zarazan, što je pratiocima kontakta dalo dodatno vrijeme da pronađu svakoga tko bi mogao biti zaražen prije nego što ga prenesu dalje.

“Ali i vlade i institucije su djelovale jako brzo”, kaže Cobey.

Slučaj Liu Jianlun, koji je zarazio virus prije nego što je ispravno identificiran, pokazuje koliko se pandemija Sarsa mogla drugačije odigrati. 64-godišnji specijalist respiratorne medicine zarazio se nakon liječenja pacijenta u bolnici u kojoj je radio u provinciji Guangdong. Dana 21. veljače 2003. Jianlun je otputovao u Hong Kong na vjenčanje i prijavio se u sobu na devetom katu hotela Metropole. Iako je pet dana imao blagu temperaturu i blage respiratorne simptome, bio je dovoljno dobro da s rođakom obiđe grad. No sljedeći dan su mu se simptomi pogoršali, pa je otišao u obližnju bolnicu i zatražio da ga se izolira. Do tada je već nesvjesno zarazio 23 osobe, uključujući goste iz Kanade, Singapura i Vijetnama, koji su potom prenijeli virus u svoje zemlje, gdje su izazvali daljnje epidemije.


Kako spriječiti prijenos

Postoje mjere koje možete poduzeti da se zaštitite od virusa. Prema Klausneru, najbolji način da se izbjegne virusna infekcija je držanje podalje od bolesnih ljudi, redovito pranje ruku (na pravi način) i izbjegavanje dodirivanja nosa, usta i lica.

Također biste trebali nastojati održavati opće dobro zdravlje, što vaše tijelo čini jačim i bolje opremljenim za borbu protiv virusa. Ostanite zdravi jedući dobro uravnoteženu prehranu bogatu hranjivim tvarima, uzimajući vitamine (prave) i dovoljno spavajući. Također je dobra ideja redovito dezinficirati površine u svom domu. Također, kada je u pitanju gripa, trebali biste se cijepiti svake godine.

Ako uhvatite virus, postoje načini da spriječite njegovo širenje. Najbolji način je držati se podalje od drugih, što može značiti ostati kod kuće iz škole ili posla i držati se podalje od članova obitelji ili cimera. Osim toga, evo i drugih stvari koje možete učiniti kako biste spriječili prenošenje virusa:

  • Rutinski perite ruke i koristite sredstvo za dezinfekciju ruku na bazi alkohola kada sapun i voda nisu dostupni.
  • Nosite masku ako ste mora izađi van dok si bolestan.
  • Očistite površine svog doma i često dodirivane predmete (uključujući mobitele) dezinficijensima.
  • Kašljajte ili kihnite u lakat, a ne u usta.
  • Odmah izbacite maramice umjesto da ih ostavljate.
  • Operite ruke nakon ispuhavanja nosa.
  • Nemojte dijeliti igle ako se vaš virus prenosi krvlju.
  • Koristite zaštitu tijekom seksa ako je vaš virus spolno prenosiv.
  • Otkrijte svoj status virusa drugima kako bi mogli donijeti informirane odluke.

Bez obzira jeste li već bolesni i pokušavate ne prenijeti virus, ili ste zdravi i želite spriječiti klice, provjerite uklanjate li viruse s površina na ispravan način. Klausner preporučuje korištenje maramica na bazi izbjeljivača, maramica na bazi vodikovog peroksida ili općenitih antiseptičkih maramica. Pazite da se površina potpuno osuši prije nego što je dodirnete, jer je proces sušenja vrlo važan u dekontaminaciji jer će omogućiti stanicama da ispare.

Sve dok poduzimate sve odgovarajuće preventivne mjere kako biste se zaštitili od virusa, ne morate paničariti.


Uvod u viruse

Godine 1898. Friedrich Loeffler i Paul Frosch pronašli su dokaze da je uzročnik slinavke i šapa kod stoke zarazna čestica manja od bilo koje bakterije. Ovo je bio prvi trag o prirodi virusa, genetskih entiteta koji leže negdje u sivoj zoni između živih i neživih stanja.

Virusi ovise o stanicama domaćinima koje zaraze kako bi se razmnožavali. Kada se nađu izvan stanica domaćina, virusi postoje kao proteinski omotač ili kapsid, ponekad zatvoren unutar membrane. Kapsid obuhvaća ili DNK ili RNA koja kodira elemente virusa. Dok je u ovom obliku izvan stanice, virus je metabolički inertan primjeri takvih oblika prikazani su u nastavku.

Kada dođe u kontakt sa stanicom domaćina, virus može umetnuti svoj genetski materijal u svog domaćina, doslovno preuzimajući funkcije domaćina. Inficirana stanica proizvodi više virusnih proteina i genetskog materijala umjesto svojih uobičajenih proizvoda. Neki virusi mogu ostati neaktivni unutar stanica domaćina dulje vrijeme, ne uzrokujući očite promjene u njihovim stanicama domaćinima (stadij poznat kao lizogeni faza). Ali kada se uspavani virus stimulira, on ulazi u litički faza: stvaraju se novi virusi, samosastavljaju se i izbijaju iz stanice domaćina, ubijajući stanicu i inficirajući druge stanice. Dijagram ispod desno prikazuje virus koji napada bakterije, poznat kao lambda bakteriofag, koji mjeri otprilike 200 nanometara.

Virusi uzrokuju niz bolesti kod eukariota. Kod ljudi su velike boginje, prehlada, vodene kozice, gripa, herpes, dječja paraliza, bjesnoća, ebola, hanta groznica i AIDS primjeri virusnih bolesti. Čak su i neke vrste raka - iako definitivno ne svi - povezane s virusima.

Sami virusi nemaju fosilni trag, ali je sasvim moguće da su ostavili tragove u povijesti života. Pretpostavlja se da bi virusi mogli biti odgovorni za neka izumiranja viđena u fosilnim zapisima (Emiliani, 1993.). Neki su nekoć mislili da su epidemije virusnih bolesti mogle biti odgovorne za masovna izumiranja, kao što je izumiranje dinosaura i drugih oblika života. Ovu teoriju je teško testirati, ali se čini malo vjerojatnom, budući da određeni virus obično može uzrokovati bolest samo u jednoj vrsti ili u skupini srodnih vrsta. Čak ni hipotetski virus koji je mogao zaraziti i ubiti sve dinosaure, prije 65 milijuna godina, nije mogao zaraziti amonite ili foraminifere koji su također izumrli u isto vrijeme.

S druge strane, budući da virusi mogu prenositi genetski materijal između različitih vrsta domaćina, oni se intenzivno koriste u genetskom inženjeringu. Virusi također provode prirodni "genetski inženjering": virus može inkorporirati neki genetski materijal od svog domaćina dok se replicira, i prenijeti ovu genetsku informaciju na novog domaćina, čak i na domaćina koji nije povezan s prethodnim domaćinom. Ovo je poznato kao transdukcija, au nekim slučajevima može poslužiti kao sredstvo za evolucijsku promjenu - iako nije jasno koliko je zapravo važan evolucijski mehanizam transdukcije.

Sliku virusa gripe dao je Odjel za veterinarske znanosti Queen's University of Belfast. Sliku virusa mozaika duhana dala je eksperimentalna stanica Rothamstead. Oba poslužitelja imaju opsežne arhive slika virusa.

Institut za molekularnu virusologiju Sveučilišta Wisconsin ima mnogo izvrsnih informacija o virusima, uključujući vijesti, bilješke s tečaja i neke veličanstvene računalne slike i animacije virusa.

Žive ćelije! web stranica sadrži informacije o veličinama virusnih čestica i članak o mehanizmima infekcije HIV-om.


Virusi gripe

Virusi gripe jednostavni su entiteti koji pripadaju jednom od tri tipa: A, B ili C. Sastoje se od najviše sedam ili osam RNA segmenata zatvorenih u ovojnici proteina. Mutacije u virusnoj RNA i rekombinacije RNA iz različitih izvora dovode do evolucije virusa.

Antigenski drift

Virusi gripe mogu se razvijati postupno kroz mutacije u genima koji se odnose na virusne površinske proteine ​​hemaglutinin i neuraminidazu (skraćeno HA i NA). Ove mutacije mogu uzrokovati da vanjska površina virusa izgleda drugačije od domaćina koji je prethodno bio zaražen sojem pretka virusa. U takvom slučaju, antitijela proizvedena prethodnom infekcijom sojem pretka ne mogu se učinkovito boriti protiv mutiranog virusa, što rezultira bolestima. (Hemaglutinin i neuraminidaza daju svoje prve inicijale podtipovima gripe. Na primjer, pandemiju gripe iz 2009. godine prouzročio je virus gripe A H1N1.) Kako se mutacije gomilaju u budućim generacijama virusa, virus se "odluta" od soja svog pretka.

Antigenski drift jedan je od razloga zašto se nova cjepiva protiv gripe često moraju stvarati za svaku sezonu gripe. Znanstvenici pokušavaju predvidjeti koje će se promjene vjerojatno dogoditi na trenutno cirkulirajućim virusima gripe. Oni stvaraju cjepivo dizajnirano za borbu protiv predviđenog virusa. Ponekad je predviđanje točno, a cjepivo protiv gripe učinkovito. Drugi put predviđanje nije u redu, a cjepivo neće spriječiti bolest.

Antigenski pomak

Antigenski pomak je proces kojim se dva ili više različitih tipova gripe A spajaju kako bi tvorili virus koji se radikalno razlikuje od sojeva predaka. Dobiveni virus ima novi podtip HA ili NA. Antigenski pomak može rezultirati globalnim širenjem bolesti ili pandemijom, jer će ljudi imati malo ili nimalo antitijela za blokiranje infekcije. Međutim, ako se novi podtip gripe A ne prenosi lako s osobe na osobu, izbijanje bolesti bit će ograničeno.

Antigenski pomak se događa na dva načina. Prvo, antigenski pomak može se dogoditi genetskom rekombinacijom, ili reasortacijom, kada dva ili više različitih virusa gripe A inficiraju istu stanicu domaćina i kombiniraju svoj genetski materijal. Virusi gripe A mogu zaraziti ptice, svinje i ljude, a kada se ti tipovi virusa kombiniraju, mogu doći do velikih antigenskih promjena. Na primjer, virus svinjske gripe i virus ljudske gripe mogu se kombinirati u ptici, što rezultira radikalno drugačijim tipom gripe. Ako virus zarazi ljude i učinkovito se prenosi među njima, može doći do pandemije.

Drugo, virus gripe A može skočiti s jedne vrste organizma, obično ptica, na drugu vrstu organizma, kao što je čovjek, bez velikih genetskih promjena. Ako virus mutira u ljudskom domaćinu tako da se lako širi među ljudima, može doći do pandemije.

U svim slučajevima, antigenski pomak proizvodi virus s novim HA ili NA podtipom na koji ljudi nemaju ili imaju vrlo malo već postojećih protutijela. Nakon što znanstvenici uspiju identificirati novi podtip, općenito se može stvoriti cjepivo koje će pružiti zaštitu od virusa.

Zašto se antigenski pomak događa samo kod gripe A, a ne kod gripe B i C? Influenca A jedini je tip gripe koji može zaraziti veliki broj životinja: ljude, vodene ptice, druge ptice, svinje, pse i konje. Mogućnosti rekombinacije su, stoga, vrlo niske ili ne postoje kod gripe B i C.

Pandemija se mogla pojaviti u izbijanju ptičje gripe 2003. u Aziji. Virus H5N1 gripe A širio se sa zaraženih ptica na ljude, što je rezultiralo ozbiljnim ljudskim bolestima. Ali virus nije evoluirao tako da se lako širi među ljudima, a nije se dogodila pandemija H5N1.


Primjeri patobiološkog značaja raznolikosti sijalične kiseline

Primjeri specifičnosti sijalične kiseline u vezivanju patogena

Patogeneza gripe A

Možda je najranije otkrivena 'funkcija' Siasa bila da služi kao receptor za viruse gripe A i B (slika 1c). 14, 15 Većina virusa gripe koji inficiraju i šire se među divljim i udomaćenim pticama preferencijalno prepoznaju Sias koji su α2-3 povezan s temeljnim lancima glikana (najnoviji primjer je virus H5N1 'ptičje gripe'). Ljudi su otporni na infekciju takvim virusima barem djelomično zato što ih mi umjesto toga prikazujemo α2-6-povezani Sias na epitelu gornjih dišnih putova (vidi sliku 2a). Dakle, da bi virusi ptičje gripe postali ljudski patogeni, moraju se pojaviti određene specifične mutacije u džepu hemaglutinina virusa koji veže Sia. Smatra se da se to događa kod srednjih domaćina kao što je svinja, koja ima oboje α2-3 i α2-6 povezao je Sias na svojim dišnim putovima. 14 Međutim, postojao je barem jedan slučaj (pandemija gripe iz 1918.) u kojem se virus prilagodio da veže obje vrste veza 16, 17 i 'skočio' izravno s ptica na ljude. Nedavne infekcije nekolicine ljudi ptičjom gripom, srećom, nisu povezane s takvom promjenom specifičnosti vezanja virusa, već vjerojatnom izloženošću vrlo velikoj dozi, koja je stigla do donjih dišnih puteva i vezala se za α2-3-povezani Sias prisutni na tom mjestu. 15 To također može objasniti zašto ti pacijenti nisu lako prenijeli svoje infekcije na druge ljude.

Neki primjeri in situ otkrivanje Sia tipova i veza. (a) Diferencijalni prikaz od α2-6-povezani Sias na cilijarnoj granici epitelnih stanica bronha pluća u ljudi i čimpanza. Parafinski dijelovi su deparafinizirani, rehidrirani i blokirani za endogeni biotin i prekriveni biotiniliranim Sambucus Nigra aglutinin (SNA), nakon čega slijede tris-puferirane fiziološke otopine, streptavidin obilježen alkalnom fosfatazom i dodatna ispiranja. Detekcija boja koristila je Vector Labs plavu podlogu i nuklearno brzu crvenu protuboju. Strelice pokazuju na epitelni luminalni rub, gdje se bojanje vidi kod ljudi, ali ne i kod čimpanza ili drugih velikih majmuna. 18 (b) Izraz od 9-O-acetilirani Sias u jetri štakora. Lijeva ploča: DFP-tretirana rekombinantna topiva hemaglutinin-esteraza gripe C (CHE-FcD). Desna ploča: verzija iste sonde koja nije tretirana DFP-om (CHE-Fc, esteraza aktivna, negativna kontrola vezanja). 19 Smrznuti dijelovi jetre štakora blokirani su za endogene peroksidaze, fiksirani u formalinu, isprani, prekriveni CHE-FcD ili Che-Fc sondama, koje su prethodno složene s HRP anti-humanim antitijelima u unaprijed određenim razrjeđenjima. Nakon inkubacije na 4°C tijekom 2 h, sekcije su isprane u PBS-u, a boja je razvijena korištenjem AEC supstrata s Mayerovim hematoksilinom za nuklearnu protuboju. (c) Detekcija nehumanog Sia Neu5Gc u ljudskim tumorima, korištenjem afinitetno pročišćenog pilećeg IgY antitijela. Lijeva ploča: primjer pozitivnog karcinoma debelog crijeva. Smrznuti dijelovi humanog karcinoma debelog crijeva blokirani su za endogene peroksidaze, fiksirani u formalinu, isprani i prekriveni pilećim anti-Neu5Gc antitijelom. 38 Nakon ispiranja i inkubacije s HRP-obilježenim magarećim protutijelom protiv piletine i daljnjim ispiranjem, boja je razvijena korištenjem AEC supstrata s Mayerovim hematoksilinom za nuklearnu protuboju. Desna ploča prikazuje negativnu kontrolu korištenjem nespecifičnog IgY piletine. (d) Detekcija GD3 i de-N-acetilirani GD3 u ljudskim melanomima. Lijeva ploča: detekcija GD3 pomoću MAb R24. Desna ploča: otkrivanje de-N-acetil-GD3 korištenjem MAb SGR37. Nefiksirani smrznuti dijelovi ljudskog melanoma blokirani su za endogene peroksidaze i prekriveni monoklonskim antitijelima R24 ili SGR37. 33 Nakon ispiranja PBS-om, inkubacije s HRP-obilježenim kozjim anti-mišjim Ig protutijelima i daljnjih ispiranja, boja je razvijena korištenjem AEC supstrata s Mayerovim hematoksilinom za nuklearnu protuboju. (Napomena: Mjerna traka=50 μm za svaki par panela prikazan je na lijevoj strani).

S tim u vezi, kada smo uspoređivali terminalne glikane u ljudskim organima i usko srodnim čovjekolikim majmunima, uočili smo razlike u ekspresiji specifičnih sia i veza, u više tkiva. 18 Najočitija razlika bila je u dišnim putovima, gdje je istaknuti prikaz od α2-6-povezani Sias na cilijarnoj granici ljudskih stupastih epitelnih stanica nije viđen kod velikih majmuna, naših najbližih evolucijskih rođaka (slika 2a). To može pomoći u objašnjenju zašto čimpanze također nisu bile dobar model za studije infekcije humanom gripom A.

Virusi prehlade i 9-O-acetil-modificirane sijalične kiseline

Dodavanje 9-O-acetil esteri na bočnom lancu Sias-a mogu blokirati vezanje virusa gripe A, ali zanimljivo je da je ova modifikacija potrebna za vezanje virusa prehlade kao što je gripa C i određenih tipova koronavirusa. 3, 7 Otprilike trećina humanih virusa prehlade oslanja se na ovaj mehanizam vezivanja, koji je posredovan specifičnim hemaglutininom koji je daleko povezan s onim kod gripe A. Ovaj je nalaz također omogućio razvoj rekombinantnih topljivih oblika hemaglutinin-esteraze gripe C, koji mogu se koristiti kao sonde za otkrivanje prisutnosti 9-O-acetilirani Sias in situ, nakon inaktivacije aktivnosti esteraze (slika 2b). 7, 19

Malarija

U drugom primjeru, invazija crvenih krvnih stanica u merozoitnoj fazi Plasmodium falciparum često ovisi o prisutnosti Sia (iako su se neki mehanizmi vezanja neovisni o Sia pojavili u ovom virulentnom patogenu). Različiti proteini na plazmodij merozoiti upravljaju vezanjem na crvene krvne stanice. Utvrdili smo da je različita osjetljivost ljudi i čimpanza na P. falciparum i P. reichnowii malarijski paraziti, odnosno, mogli bi se objasniti različitom preferencijom proteina koji vežu parazite za ljudske i neljudske Sias. 20 Dakle, promjenu u Siasu povezanu s ljudskom evolucijom (vidi dolje) vjerojatno je karakterizirala faza u kojoj su naši preci pobjegli od uobičajene malarije majmuna, da bi kasnije postali meta za P. falciparum, koji preferira ljudski fenotip Sia.

Primjeri uloga sijaličnih kiselina u regulaciji imunološkog odgovora

Sias su ključna komponenta intrinzičnih liganada za selektine, obitelj receptora izraženih na leukocitima, trombocitima i endotelu i koji igraju kritičnu ulogu u urođenom imunitetu, hemostazi i reperfuzijskim ozljedama. 21, 22 Druga nedavno otkrivena skupina intrinzičnih proteina koji vežu Sia su Siglecs (Sia-vezujući imunoglobulin-superfamilija lektini), koji se uglavnom nalaze na stanicama urođene i adaptivne imunosti i čini se da igraju važnu ulogu u tim procesima. 13, 23 Čini se da su se tijekom ljudske evolucije dogodile višestruke promjene u biologiji Sigleca. 11 Na primjer, za čovjeka specifičan evolucijski gubitak molekula Siglec koji reguliraju imunitet na T stanicama može objasniti hiperaktivnost ljudskih T stanica i našu očitu sklonost razvoju disfunkcije T stanica uzrokovane bolestima. 24 S druge strane, sugerirali smo da bi nedavne evolucijske promjene u specifičnosti vezanja ljudskih sigleka povezanih s CD33, 25 mogle objasniti našu sklonost kolonizaciji i invaziji mikroorganizama koji izražavaju ljudske oblike Siasa. 23

Primjeri uloga sijaličnih kiselina u napredovanju i širenju malignih bolesti kod ljudi

Poboljšana ekspresija terminala α2-6-povezani Sias na N-vezanim glikanima na površini stanice i Sialyl-Lewis X na O-vezanim glikanima (obično se nalaze na mucinima) često koreliraju s lošom prognozom mnogih humanih maligniteta. Prvi primjer korelira s pojačanom regulacijom ekspresije ST6GAL1 gen, a opisan je i kod karcinoma debelog crijeva, dojke, cerviksa, koriokarcinoma, akutnih mijeloidnih leukemija i nekih malignih bolesti mozga. 26 Ovo se može odnositi na učinke α2-6-vezani Sias na funkciji integrina. 27 U slučaju ekspresije Sialyl-Lewis X, čini se da tumorske stanice koriste ovaj selektinski ligand kako bi olakšale interakcije sa selektinima. Tumorske embolije i mikrotrombi nastaju kada ligandi selektina karcinoma na stanicama karcinoma koji se prenose hematogeno u interakciju sa selektinima na trombocitima, urođenim imunološkim stanicama i endotelu, služeći za propagiranje metastaza. 28, 29 Slučajni nalaz da neki klinički odobreni heparini mogu blokirati mnoge od ovih procesa posredovanih selektinom na klinički prihvatljivim razinama mogao bi objasniti zašto heparini smanjuju incidenciju metastaza, kada se koriste tijekom „prozora terapijskih mogućnosti”. 28, 29, 30

Gangliozidi su glikolipidi koji nose sias, koji se nalaze u svim tkivima i tipovima stanica, ali su posebno obogaćeni stanicama neuroektodermalnog podrijetla. Maligni melanomi izražavaju vrlo visoke razine disialogangliozida GD3 kao i modificiranog 9-O-acetilirani 31, 32 i 5-N-deacetilirana 33 oblika ovog gangliozida. Protutijela protiv sva tri oblika su dostupna i mogu se koristiti za proučavanje njihove ekspresije i distribucije u melanomima (vidi primjer na slici 2d). Poboljšano izražavanje 9-O-acetil-GD3 se također vidi u karcinomima bazalnih stanica. 34 Postoje dokazi da dok GD3 pojačava apoptozu, 9-O-acetil-GD3 ima suprotan učinak. 35 Postoji mnogo drugih primjera monoklonskih antitijela koja prepoznaju specifične gangliozide, a koja se moraju koristiti na smrznutim dijelovima, budući da proces ugrađivanja parafina rezultira ekstrakcijom gangliozida. 33

Detekcija nehumane sijalične kiseline Neu5Gc u ljudskim tkivima

Najčešći sisavci Sias su N-acetilneuraminska kiselina (Neu5Ac) i N-glikolineuraminska kiselina (Neu5Gc). Iako je Neu5Gc u izobilju u mnogim sisavcima, genetska promjena specifična za ljude eliminirala je našu sposobnost proizvodnje. 11, 36 Unatoč tome, Neu5Gc je otkriven u ljudskim karcinomima i fetalnim tkivima kao 'onkofetalni' antigen, korištenjem poliklonskog monospecifičnog antitijela. 37 Poboljšana afinitetno pročišćena verzija ovog protutijela otkrila je ne samo ekspresiju Neu5Gc u tumorskim stanicama (slika 2c), već i male količine u normalnim ljudskim tkivima, unatoč činjenici da ljudi nisu u stanju sintetizirati ga. 38 Ovaj paradoks se sada objašnjava činjenicom da ljudi apsorbiraju Neu5Gc iz prehrambenih izvora (uglavnom crveno meso i mliječni proizvodi) i mogu ga metabolički ugraditi u određene tipove stanica (osobito endotel i epitel). 38 U međuvremenu, zdravi ljudi imaju značajne i različite razine cirkulirajućih anti-Neu5Gc antitijela. 38, 39 Naša trenutna hipoteza je da bi kronična upala povezana s ovom reakcijom antigen-antitijelo mogla olakšati i karcinogenezu i aterogenezu.

Slična 'kontaminacija' Neu5Gc očito se događa u cijeloj biotehnološkoj industriji, koja proizlazi iz upotrebe životinjskih stanica, životinjskih seruma i drugih životinjskih proizvoda tijekom proizvodnje. Na primjer, ljudske embrionalne matične stanice rutinski se uzgajaju na hranidbenim slojevima mišjih embrionalnih fibroblasta i u medijima koji sadrže serum sisavaca ili 'serumske zamjene', koji također sadrže komponente životinjskog podrijetla. 40 Kada su takve stanice izložene ljudskim serumima, one bivaju obložene antitijelima i komplementom, 40 proces koji in vivo označio bi ih za imunološki napad. 41 Slična kontaminacija mnogih bioterapijskih proizvoda i stanica s Neu5Gc vjerojatno je široko rasprostranjena i potencijalno bi mogla igrati ulogu u imunološkim odgovorima protiv takvih agenasa.

Alati za In Situ Detekcija vrsta i veza sijalične kiseline, korištenjem sondi koje prepoznaju glikan

Nedavni napori u 'glikoikom' pomoću masene spektrometrije definiraju niz terminalnih glikanskih struktura prisutnih u tkivima modelnih organizama kao što je miš. 42 Međutim, takve metode ekstrahiraju cjelokupne uzorke tkiva i ne uzimaju u obzir raznolikost tipova stanica unutar danog tkiva ili organa – a mogu čak propustiti i glavne glikane na manjim tipovima stanica. Ovaj pristup glikomici stoga mora biti nadopunjen sondiranjem dijelova tkiva korištenjem prirodnih i rekombinantnih sondi za prepoznavanje glikana (GRP) koje mogu detektirati specifične strukture glikana. in situ. 43, 44 Kao što je navedeno u okviru 1, postoji nekoliko načina za otkrivanje sias i njihove raznolikosti in situ, svaki sa svojim prednostima i nedostacima. Ovi pristupi trebali bi biti od posebnog interesa za patologe, čija stručnost u vizualnom in situ otkrivanje patobioloških promjena vjerojatno nikada neće biti zamijenjeno bilo kakvim računalnim metodama ili mehaniziranim pristupima.

Okvir 1 Alati za In Situ Detekcija vrsta i veza sijalične kiseline, korištenjem sondi koje prepoznaju glikan

Fizikalno-kemijski pristupi glikomiku moraju se nadopuniti sondiranjem dijelova tkiva korištenjem prirodnih i rekombinantnih sondi koje prepoznaju glikan i sposobne detektirati specifične strukture glikana in situ. Postoji nekoliko jednostavnih, ali moćnih alata dostupnih za otkrivanje Sia raznolikosti na dijelovima tkiva.

Biljni lektini. Lektini su proteini koji vežu glikan, koji su tradicionalno bili moćni alati za istraživanje glikanskih struktura. 45 Njihova specifičnost je takva da se mogu razlikovati čak i izomerni glikani s identičnim sastavom šećera. Poznat primjer je Sambucus nigra aglutinin (SNA), koji se na vrlo selektivan način veže na Sias vezan za galaktozu ili GalNAc jedinice, putem α2-6-vezice. 46 Za razliku od SNA, obitelj lektina iz Maackia amurensis sjemenke prepoznaju α2-3-povezani Sias. U literaturi postoji zabuna u vezi s Maackia lektine, ne samo zato što ih ima više različitih specifičnosti, već i zato što ih komercijalni izvori prodaju pod različitim imenima. Pripravci nazvani 'MAA' su obično nespecificirane mješavine dvaju Maackia lektini, odnosno jedan koji je izvorno identificiran kao 'leukoaglutinin' (MAL) i drugi, 'hemaglutinin' (MAH). 47, 48, 49 Budući da ova dva lektina imaju različite specifičnosti, značaj svih objavljenih rezultata korištenjem 'MAA' pripravaka mora se tumačiti oprezno. Dodatna komplikacija nastaje jer se MAL lektin ponekad prodaje kao "MAL-I", a MAH kao "MAL-II". 49 Konačno, MAL također može prepoznati glikan u kojem je Sia zamijenjen sulfatnim esterom na poziciji 3 galaktoze. 50 Jasno je da se upotreba ovih lektina mora bolje kontrolirati kako bi interpretacije bile točne. Također, takvi biljni lektini se ponekad koriste uz pretpostavku da vežu sve oblike Siasa, što nije slučaj. Lektin koji se rjeđe koristi i koji bolje prepoznaje višestruke oblike Siasa je Limax flavus aglutinin. 51

Rekombinantni topljivi mikrobni proteini. Različiti proteini i toksini koji se vežu za mikrobe specifično vežu određene strukture koje sadrže Sias. 5, 6, 7, 8, 9 Thus, recombinant soluble versions of these molecules (or even intact virions bearing them) can be used to detect the relevant ligands in situ. Examples include cholera toxin, which binds selectively to GM1 ganglioside and the influenza C hemaggluttinin, which selectively recognizes 9-O-acetylated-Sia residues (see text).

Recombinant soluble mammalian receptors. Major classes of Sia-binding proteins found in vertebrates such as selectins and Siglecs, 9, 11 can be converted to recombinant soluble chimeras with the Fc portion of Human Immunoglobin G1. 52 These ‘pseudo-antibodies’ can be powerful tools for detecting specific types and arrangements of Sias in situ.

Antibodies. A variety of monoclonal antibodies recognize specific types of Sias and linkages, but typically only in the context of specific underlying sugar chains. 53 In some cases, polyclonal antibodies have been generated that can recognize a specific type of Sia. For example, the nonhuman Sia N-glycolylneuraminic acid (Neu5Gc), can be recognized by an affinity-purified chicken polyclonal antibody (see text). 37, 38


How do viruses multiply?

Due to their simple structure, viruses cannot move or even reproduce without the help of an unwitting host cell. But when it finds a host, a virus can multiply and spread rapidly.

To identify the correct host, viruses have evolved receptors on their surfaces that match up with those of their ideal target cell, letting the virus get its genetic material inside and hijack its host's cellular machinery to help it reproduce by multiplying the virus' genetic material and proteins.

Using that strategy, the minute marauders have flourished and evolved in step with their hosts. By one estimate, at least 320,000 different viruses can infect mammals alone, and even this massive number may be on the low side. This viral army can cause symptoms as mild as a cough or as deadly as internal bleeding. Some viruses may even cause the runaway cellular growth that is the root of cancer, as is thought to be the case with human papillomavirus and cervical cancer.


In the developed world, we are now far more likely to die from non-communicable diseases like cancer, heart disease or Alzheimer’s than from a contagion

In the developed world, and increasingly in the developing world, we are now far more likely to die from non-communicable diseases like cancer, heart disease or Alzheimer’s than from a contagion. The decline of infectious disease is the best evidence that life on this planet truly is getting better.

The polio vaccine, shown here studied by scientists in the 1950s, eliminated, in most of the world, a disease in that used to kill or disable millions (Credit: Getty Images)

While reporting my book End Times, I visited the epidemiologist Marc Lipsitch at his office at the Harvard T.H. Chan School of Public Health in Boston one rainy morning in the spring of 2018. Lipsitch is one of the most influential epidemiologists in the United States, and one who takes seriously the possibility that disease pandemics might constitute a true global catastrophic risk – which is why I was there to see him.

But that morning Lipsitch showed me something I wasn’t expecting: a chart that graphed infectious disease mortality in the United States over the course of the 20th Century.

What it shows is a drastic decline, from around 800 deaths from infectious disease per 100,000 people in 1900 to about 60 deaths per 100,000 by the last years of the century. There was a brief spike in 1918 – that would be the flu – and a slight and temporary upturn during the worst of the AIDS epidemic in the 1980s. But, Lipsitch told me, “death rates from infectious disease dropped by nearly 1% a year, about 0.8 % per year, all the way through the century.”

Not over yet

That’s the good news. The bad news, as Covid-19 reminds us, is that infectious diseases haven’t vanished. In fact, there are more new ones now than ever: the number of new infectious diseases like Sars, HIV and Covid-19 has increased by nearly fourfold over the past century. Since 1980 alone, the number of outbreaks per year has more than tripled.


More Information

Researchers continue to develop new vaccine types and improve current approaches. For more information about experimental vaccines and delivery techniques, see our article The Future of Immunization.

Izvori

Plotkin, S.A., Mortimer, E. Cjepiva. New York: Harper Perennial 1988.

Plotkin, S.A., Orenstein, W.A., Offit, P.A., eds. Cjepiva. 6th. ed. Philadelphia: Elsevier 2013.

Last update 17 January 2018

Hepatitis B: Recombinant Vaccine Licensed

The FDA licensed Merck’s Recombivax HB. This hepatitis B vaccine was the first human vaccine produced by recombinant DNA methods.

A challenge in creating the vaccine involved avoiding the use of human blood products, as did Maurice Hilleman’s first hepatitis B vaccine. Therefore, Merck used an enzyme to remove the virus’s surface protein (HBsAg, the Australia antigen). Researchers inserted the code for the antigen into yeast cells, which produced more of the surface protein. The yeast-derived surface protein produced immunity to the hepatitis B virus.


Gledaj video: Jeff G - Virusne zablude - Prezentacija o pravoj prirodi virusa (Svibanj 2022).