Influenza-A-Virus

Das Influenza-A-Virus ist ein kugelförmiges Virion mit einem Durchmesser von 80–120 nm und einem Molekulargewicht von 250 mD. Das Genom des Virus besteht aus einzelsträngiger, fragmentierter (8 Fragmente) negativer RNA mit einem Gesamtmolekulargewicht von 5 mD. Das Nukleokapsid ist spiralförmig. Das Influenzavirus besitzt ein Superkapsid (eine Membran), das zwei Glykoproteine enthält – Hämagglutinin und Neuraminidase, die in Form verschiedener Spikes über die Membran hinausragen. Hämagglutinin hat eine Trimerstruktur mit einem Molekulargewicht von 225 kD; das Molekulargewicht jedes Monomers beträgt 75 kD. Das Monomer besteht aus einer kleineren Untereinheit mit einem Molekulargewicht von 25 kD (HA2) und einer größeren mit einem Molekulargewicht von 50 kD (HA1).

Die Hauptfunktionen von Hämagglutinin:

• erkennt einen zellulären Rezeptor – ein Mukopeptid, das N-Acetylneuramin (Sialinsäure) enthält;
• sorgt für die Fusion der Virionmembran mit der Zellmembran und den Membranen ihrer Lysosomen, d. h. ist für das Eindringen des Virions in die Zelle verantwortlich;
• bestimmt den pandemischen Charakter des Virus (Veränderungen des Hämagglutinins sind die Ursache von Pandemien, seine Variabilität ist die Ursache von Grippeepidemien);
• hat die stärksten Schutzeigenschaften und ist für die Bildung der Immunität verantwortlich.

Bei den Influenza-A-Viren von Menschen, Säugetieren und Vögeln wurden 13 Hämagglutinintypen mit unterschiedlichen Antigenen identifiziert und mit einer fortlaufenden Nummerierung (von H1 bis H13) versehen.

Neuraminidase (N) ist ein Tetramer mit einem Molekulargewicht von 200–250 kDa, wobei jedes Monomer ein Molekulargewicht von 50–60 kDa hat. Seine Funktionen sind:

• Sicherstellung der Verbreitung von Virionen durch Abspaltung von Neuraminsäure von neu synthetisierten Virionen und der Zellmembran;
• zusammen mit Hämagglutinin Bestimmung der pandemischen und epidemischen Eigenschaften des Virus.

Es wurde festgestellt, dass das Influenza-A-Virus 10 verschiedene Neuraminidase-Varianten (N1-N10) aufweist.

Das Nukleokapsid des Virions besteht aus 8 vRNA-Fragmenten und Kapsidproteinen, die einen helikalen Strang bilden. An den 3'-Enden aller 8 vRNA-Fragmente befinden sich identische Sequenzen aus 12 Nukleotiden. Die 5'-Enden jedes Fragments weisen ebenfalls identische Sequenzen aus 13 Nukleotiden auf. Die 5'- und 3'-Enden sind teilweise komplementär zueinander. Dieser Umstand ermöglicht offensichtlich die Regulierung der Transkription und Replikation der Fragmente. Jedes der Fragmente wird unabhängig transkribiert und repliziert. Vier Kapsidproteine sind eng mit jedem von ihnen verbunden: Nukleoprotein (NP), das eine strukturelle und regulatorische Rolle spielt; Protein PB1 – Transkriptase; PB2 – Endonuklease und PA – Replikase. Die Proteine PB1 und PB2 haben basische (alkalische) Eigenschaften und PA – saure. Die Proteine PB1, PB2 und PA bilden ein Polymer. Das Nukleokapsid ist von einem Matrixprotein (M1-Protein) umgeben, das eine führende Rolle bei der Virionmorphogenese spielt und die Virion-RNA schützt. Die Proteine M2 (kodiert durch einen der Leserahmen des 7. Fragments), NS1 und NS2 (kodiert durch das 8. vRNA-Fragment, das wie das 7. vRNA-Fragment zwei Leserahmen hat) werden während der Virusreproduktion synthetisiert, sind aber nicht in seiner Struktur enthalten.

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Lebenszyklus des Influenza-A-Virus

Das Influenzavirus wird durch die Wechselwirkung seines Hämagglutinins mit dem Mukopeptid in die Zellmembran aufgenommen. Anschließend gelangt das Virus über einen von zwei Mechanismen in die Zelle:

• Fusion der Virionenmembran mit der Zellmembran oder
• auf dem Weg: beschichteter Kern – beschichtetes Vesikel – Endosom – Lysosom – Fusion der Virionenmembran mit der Lysosommembran – Freisetzung des Nukleokapsids in das Zellzytosol.

Die zweite Phase der „Entkleidung“ des Virions (Zerstörung des Matrixproteins) erfolgt auf dem Weg zum Zellkern. Die Besonderheit des Lebenszyklus des Influenzavirus besteht darin, dass für die Transkription seiner vRNA ein Primer benötigt wird. Das Virus selbst kann keine „Kappe“ synthetisieren – eine spezielle Region am 5'-Ende der mRNA, bestehend aus methyliertem Guanin und 10–13 benachbarten Nukleotiden, die für die Erkennung der mRNA durch das Ribosom notwendig ist. Daher beißt es mit Hilfe seines Proteins PB2 die Kappe von der zellulären mRNA ab. Da die mRNA-Synthese in Zellen nur im Zellkern stattfindet, muss die virale RNA zunächst in den Zellkern eindringen. Sie dringt in Form eines Ribonukleoproteins ein, das aus 8 RNA-Fragmenten besteht, die mit den Proteinen NP, PB1, PB2 und PA assoziiert sind. Nun ist das Leben der Zelle vollständig den Interessen des Virus, seiner Reproduktion, untergeordnet.

Transkriptionsfunktion

Im Zellkern werden drei Arten virusspezifischer RNA auf vRNA synthetisiert: 1) positive komplementäre RNA (mRNA), die als Vorlage für die Synthese viraler Proteine dient; sie enthält eine Kappe am 5'-Ende, die vom 5'-Ende der zellulären mRNA abgespalten wurde, und eine Poly-A-Sequenz am 3'-Ende; 2) vollständige komplementäre RNA (cRNA), die als Vorlage für die Synthese von Virion-RNA (vRNA) dient; am 5'-Ende der cRNA befindet sich keine Kappe und am 3'-Ende keine Poly-A-Sequenz; 3) negative Virion-RNA (vRNA), die das Genom für neu synthetisierte Virionen darstellt.

Unmittelbar vor Abschluss der Synthese assoziieren vRNA und cRNA mit Kapsidproteinen, die aus dem Zytosol in den Zellkern gelangen. Virionen enthalten jedoch nur mit vRNA assoziierte Ribonukleoproteine. Ribonukleoproteine, die cRNA enthalten, sind nicht nur nicht Bestandteil von Virionen, sondern verlassen den Zellkern auch nicht. Virale mRNAs gelangen ins Zytosol und werden dort translatiert. Neu synthetisierte vRNA-Moleküle wandern nach der Assoziation mit Kapsidproteinen vom Zellkern ins Zytosol.

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Merkmale der viralen Proteintranslation

Die Proteine NP, PB1, PB2, PA und M werden auf freien Polyribosomen synthetisiert. Nach der Synthese aus dem Zytosol kehren die Proteine NP, PB1, PB2 und PA in den Zellkern zurück, wo sie an neu synthetisierte vRNA binden und anschließend als Nukleokapsid ins Zytosol zurückkehren. Nach der Synthese wandert das Matrixprotein zur Innenseite der Zellmembran und verdrängt dort zelluläre Proteine. Die Proteine H und N werden auf Ribosomen synthetisiert, die mit Membranen des endoplasmatischen Retikulums assoziiert sind, an ihnen entlang transportiert, wo sie glykosyliert werden, und sich auf der Außenseite der Zellmembran anlagern, wo sie Spikes direkt gegenüber von Protein M auf der Innenseite bilden. Protein H wird während der Verarbeitung in HA1 und HA2 zerlegt.

Das letzte Stadium der Virionenmorphogenese wird durch das M-Protein gesteuert. Das Nukleokapsid interagiert mit ihm; beim Durchdringen der Zellmembran wird es zunächst vom M-Protein, dann von der zellulären Lipidschicht und den Superkapsid-Glykoproteinen H und N umhüllt. Der Lebenszyklus des Virus dauert 6–8 Stunden und endet mit der Knospung neu synthetisierter Virionen, die andere Gewebezellen angreifen können.

Das Virus ist in der äußeren Umgebung nicht sehr stabil. Es wird leicht durch Erhitzen (auf 56 °C für 5–10 Minuten), unter dem Einfluss von Sonnenlicht und UV-Licht zerstört und durch Desinfektionsmittel leicht neutralisiert.

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Pathogenese und Symptome der Influenza A

Die Inkubationszeit der Grippe ist kurz – 1–2 Tage. Das Virus vermehrt sich in den Epithelzellen der Atemwegsschleimhaut und lokalisiert sich hauptsächlich in der Luftröhre, was sich klinisch als trockener, schmerzhafter Husten mit Schmerzen entlang der Luftröhre manifestiert. Die Zerfallsprodukte der betroffenen Zellen gelangen ins Blut und verursachen eine schwere Vergiftung und einen Anstieg der Körpertemperatur auf 38–39 °C. Eine erhöhte Gefäßdurchlässigkeit aufgrund einer Schädigung der Endothelzellen kann pathologische Veränderungen in verschiedenen Organen verursachen: punktförmige Blutungen in der Luftröhre, den Bronchien und manchmal ein Hirnödem mit tödlichem Ausgang. Das Influenzavirus hat eine dämpfende Wirkung auf die Hämatopoese und das Immunsystem. All dies kann zu sekundären viralen und bakteriellen Infektionen führen, die den Krankheitsverlauf erschweren.

Postinfektiöse Immunität

Die frühere Annahme, dass nach einer Grippe eine schwache und kurzfristige Immunität bestehen bleibt, wurde nach der Rückkehr des H1N1-Virus im Jahr 1977 widerlegt. Dieses Virus verursachte die Krankheit hauptsächlich bei Menschen unter 20 Jahren, also bei jenen, die vor 1957 nicht daran erkrankt waren. Folglich ist die Immunität nach der Infektion ziemlich intensiv und langanhaltend, weist jedoch einen ausgeprägten typspezifischen Charakter auf.

Die Hauptrolle bei der Bildung der erworbenen Immunität spielen virusneutralisierende Antikörper, die Hämagglutinin und Neuraminidase blockieren, sowie sekretorische Immunglobuline IgAs.

Epidemiologie der Influenza A

Die Infektionsquelle ist ein Mensch, eine kranke Person oder ein Träger, selten Tiere (Haus- und Wildvögel, Schweine). Die Ansteckung von Menschen erfolgt durch Tröpfchen in der Luft, die Inkubationszeit ist sehr kurz (1–2 Tage), sodass sich die Epidemie sehr schnell ausbreitet und sich ohne kollektive Immunität zu einer Pandemie entwickeln kann. Immunität ist der wichtigste Regulator von Grippeepidemien. Mit zunehmender kollektiver Immunität nimmt die Epidemie ab. Gleichzeitig werden aufgrund der Bildung von Immunität Virusstämme mit veränderter antigener Struktur selektiert, vor allem Hämagglutinin und Neuraminidase; diese Viren verursachen weiterhin Ausbrüche, bis Antikörper gegen sie auftreten. Ein solcher Antigendrift erhält die Kontinuität der Epidemie. Beim Influenza-A-Virus wurde jedoch eine andere Form der Variabilität entdeckt, die als Shift bezeichnet wird. Sie ist mit einem vollständigen Wechsel von einem Hämagglutinintyp (seltener - und Neuraminidase) zu einem anderen verbunden.

Alle Grippepandemien wurden durch Influenza-A-Viren verursacht, die sich verändert hatten. Die Pandemie von 1918 wurde durch ein Virus vom Phänotyp H1N1 verursacht (etwa 20 Millionen Menschen starben), die Pandemie von 1957 durch das Virus H3N2 (mehr als die Hälfte der Weltbevölkerung erkrankte) und die Pandemie von 1968 durch das Virus H3N2.

Um die Gründe für den starken Wandel der Influenza-A-Virentypen zu erklären, wurden zwei Haupthypothesen vorgeschlagen. Nach der Hypothese von AA Smorodintsev verschwindet ein Virus, das sein epidemisches Potenzial erschöpft hat, nicht, sondern zirkuliert in einer Gruppe ohne erkennbare Ausbrüche weiter oder persistiert lange Zeit im menschlichen Körper. Wenn in 10-20 Jahren eine neue Generation von Menschen auftaucht, die keine Immunität gegen dieses Virus besitzen, wird dies zur Ursache neuer Epidemien. Diese Hypothese wird durch die Tatsache gestützt, dass das Influenza-A-Virus mit dem Phänotyp H1N1, das 1957 verschwand, als es durch das Virus h3N2 ersetzt wurde, nach 20-jähriger Abwesenheit 1977 wieder auftauchte.

Einer anderen Hypothese zufolge, die von vielen Autoren entwickelt und unterstützt wurde, entstehen neue Typen des Influenza-A-Virus als Ergebnis einer Reassoziation der Genome zwischen menschlichen und aviären Influenzaviren, zwischen aviären Influenzaviren, zwischen aviären und Säugetier-(Schweine-)Influenzaviren, was durch die segmentale Struktur des viralen Genoms (8 Fragmente) erleichtert wird.

Das Influenza-A-Virus kann sein Genom also auf zwei Arten verändern.

Punktmutationen verursachen Antigendrift. Sie betreffen vor allem die Hämagglutinin- und Neuraminidase-Gene, insbesondere beim H3N2-Virus. Aus diesem Grund verursachte das H3N2-Virus zwischen 1982 und 1998 acht Epidemien und ist bis heute von epidemischer Bedeutung.

Reassoziation von Genen zwischen menschlichen Influenzaviren und Vogel- und Schweineinfluenzaviren. Es wird angenommen, dass die Reassoziation der Genome des Influenza-A-Virus mit denen des Vogel- und Schweineinfluenzavirus der Hauptgrund für die Entstehung pandemischer Varianten dieses Virus ist. Durch Antigendrift kann das Virus die bestehende Immunität des Menschen überwinden. Der Antigenshift führt zu einer neuen epidemischen Situation: Die meisten Menschen haben keine Immunität gegen das neue Virus, und es kommt zu einer Grippepandemie. Die Möglichkeit einer solchen Reassoziation der Genome des Influenza-A-Virus wurde experimentell nachgewiesen.

Es wurde festgestellt, dass Grippeepidemien beim Menschen durch Viren des Typs A mit nur drei oder vier Phänotypen verursacht werden: H1N1 (H0N1); H3N2; H3N2.

Das Hühner- (Vogel-)Virus stellt jedoch auch eine erhebliche Bedrohung für den Menschen dar. Immer wieder wurden Ausbrüche der Hühnergrippe beobachtet, insbesondere das Hühnervirus H5N1 verursachte eine Tierseuche unter Haus- und Wildvögeln, die eine Million Menschenleben forderte und bei der 80-90 % der Menschen starben. Auch Menschen haben sich durch Hühner angesteckt; 1997 wurden 18 Menschen bei Hühnern angesteckt, ein Drittel davon starb. Ein besonders großer Ausbruch wurde von Januar bis März 2004 beobachtet. Er betraf fast alle Länder Südostasiens und einen der US-Bundesstaaten und verursachte enormen wirtschaftlichen Schaden. 22 Menschen wurden durch Hühner infiziert und starben. Um diesen Ausbruch einzudämmen, wurden die rigorosesten und entschlossensten Maßnahmen ergriffen: strikte Quarantäne, Tötung sämtlichen Geflügels an allen Herden, Hospitalisierung und Isolierung der Kranken und aller Menschen mit erhöhter Temperatur sowie der Personen, die mit den Kranken in Kontakt gekommen waren, ein Einfuhrverbot für Hühnerfleisch aus den oben genannten Ländern, strenge ärztliche und tierärztliche Überwachung aller Passagiere und Fahrzeuge, die aus diesen Ländern einreisen. Die flächendeckende Verbreitung der Grippe unter Menschen blieb aus, da es zu keiner Reassoziation des Genoms des Vogelgrippevirus mit dem Genom des menschlichen Grippevirus kam. Die Gefahr einer solchen Reassoziation bleibt jedoch bestehen. Sie könnte zur Entstehung eines neuen gefährlichen pandemischen Grippevirus führen.

Die Namen der nachgewiesenen Grippevirusstämme geben den Serotyp des Virus (A, B, C), die Wirtsspezies (falls es sich nicht um einen Menschen handelt), den Ort der Isolierung, die Stammnummer, das Jahr der Isolierung (die letzten beiden Ziffern) und den Phänotyp (in Klammern) an. Beispiel: „A/Singapur/1/57 (h3N2), A/Ente/UdSSR/695/76 (H3N2)“.

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Labordiagnostik der Influenza A

Als Untersuchungsmaterial dienen Nasen-Rachen-Sekrete, die entweder durch Waschen oder mit Wattestäbchen gewonnen werden, sowie Blut. Folgende Diagnosemethoden kommen zum Einsatz:

• Virologisch - Infektion von Hühnerembryos, Nierenzellkulturen von Grünen Meerkatzen (Vero) und Hunden (MDSC). Zellkulturen sind besonders effektiv für die Isolierung der Viren A (H3N2) und B.
• Serologisch – Nachweis spezifischer Antikörper und Erhöhung ihres Titers (in gepaarten Seren) mittels RTGA, RSK und Enzymimmunoassay.
• Als beschleunigte Diagnosemethode kommt dabei ein Immunfluoreszenzverfahren zum Einsatz, das einen schnellen Nachweis viraler Antigene in Abstrichen der Nasenschleimhaut oder in Abstrichen aus dem Nasen-Rachen-Raum von Patienten ermöglicht.
• Zum Nachweis und zur Identifizierung des Virus (virale Antigene) wurden RNA-Sonden- und PCR-Methoden vorgeschlagen.

Behandlung von Influenza A

Die Behandlung der Influenza A, die so früh wie möglich begonnen werden sollte, sowie die Vorbeugung von Influenza und anderen viralen akuten Infektionen mit Atemwegserkrankungen basieren auf der Anwendung von Dibazol, Interferon und seinen Induktoren Amixin und Arbidol nach speziellen Behandlungsschemata sowie zur Behandlung und Vorbeugung der Influenza bei Kindern über 1 Jahr auf Algirem (Remantadin) nach speziellen Behandlungsschemata.

Spezifische Prävention von Influenza A

Jedes Jahr erkranken weltweit Hunderte Millionen Menschen an Grippe, was enorme gesundheitliche Schäden für die Bevölkerung und die Wirtschaft jedes Landes verursacht. Das einzige wirksame Mittel zur Bekämpfung ist die Schaffung einer kollektiven Immunität. Zu diesem Zweck wurden folgende Impfstofftypen vorgeschlagen und eingesetzt:

1. leben von abgeschwächten Viren;
2. ganzes Virion abgetötet;
3. Subvirion-Impfstoff (aus gespaltenen Virionen);
4. Untereinheit - ein Impfstoff, der nur Hämagglutinin und Neuraminidase enthält.

In unserem Land wurde ein dreiwertiger Polymer-Untereinheiten-Impfstoff („Grippol“) entwickelt und wird verwendet, bei dem ein steriles Konjugat der Oberflächenproteine der Viren A und B mit dem Copolymer Polyoxidonium (Immunstimulans) verknüpft ist.

Kinder im Alter von 6 Monaten bis 12 Jahren sollten gemäß den Empfehlungen der WHO nur mit dem Untereinheitenimpfstoff geimpft werden, da dieser am wenigsten reaktogen und toxisch ist.

Das Hauptproblem bei der Steigerung der Wirksamkeit von Grippeimpfstoffen besteht darin, ihre Spezifität gegen das aktuelle Virus, d. h. die Virusvariante, die die Epidemie verursacht hat, sicherzustellen. Mit anderen Worten: Der Impfstoff muss spezifische Antigene des aktuellen Virus enthalten. Die wichtigste Möglichkeit zur Verbesserung der Impfstoffqualität besteht in der Verwendung der konservativsten Epitope, die allen Antigenvarianten des Virus A gemeinsam sind und eine maximale Immunogenität aufweisen.