Informație

Procesul de infectare cu virusul variolei


Cum duplicează virusul Pox genomul său? Aduce ADN polimeraza sau ARN polimeraza în celula gazdă?


Poxvirusurile, cum ar fi variola (agentul cauzal al variolei) și vaccinia (constituentul activ al vaccinului care a eradicat variola), sunt virusuri ADN foarte mari, complexe, care se replică în citoplasmă, mai degrabă decât în ​​nucleu. Din acest motiv, ei trebuie să poarte enzime cu ei pentru a îndeplini sarcinile care apar în nucleul celulelor eucariote pe care le infectează. Aceasta include toate proteinele necesare pentru sinteza ARNm (de exemplu, o ARN polimerază dependentă de ADN). Enzimele pentru replicarea ADN-ului sunt codificate în genomul poxvirusului și sunt transcrise și traduse ca parte a etapei „timpurii”, direct după adsorbție și penetrare.

Asa de, da, poxvirusurile își aduc propria ARN polimerază preformată. Nu își aduc propriul ADN polimerază cu ei, dar o produc la scurt timp după infectarea unei celule.

Puteți citi mai multe despre acest lucru în Murray Medical Microbiology Capitolul 54.


Procesul de infectare cu virusul variolei - Biologie

Virușii pot fi văzuți ca paraziți obligați, intracelulari. Un virus trebuie să se atașeze de o celulă vie, să fie luat în interior, să-și fabrice proteinele și să-i copieze genomul și să găsească o modalitate de a scăpa de celulă, astfel încât virusul să poată infecta alte celule. Virușii pot infecta doar anumite specii de gazde și numai anumite celule din acea gazdă. Celulele pe care un virus le poate folosi pentru a le reproduce sunt numite permisive. Pentru majoritatea virușilor, baza moleculară a acestei specificități este că o anumită moleculă de suprafață cunoscută sub numele de receptor viral trebuie găsită pe suprafața celulei gazdă pentru ca virusul să se atașeze. De asemenea, diferențele de răspuns imun al celulelor gazdă metabolice și metabolice observate în diferite tipuri de celule bazate pe expresia diferențială a genelor sunt un factor probabil în care celulele pe care le poate viza un virus pentru replicare. Celula permisivă trebuie să producă substanțele de care virusul are nevoie sau virusul nu va putea să se replice acolo.

Obiective de invatare

  • Enumerați pașii de replicare și explicați ce se întâmplă la fiecare pas
  • Explicați transmiterea și bolile virușilor care infectează animalele
  • Explicați transmiterea și bolile virușilor care infectează plantele

Variola: Dead or Alive?

Începe cu simptome care ar putea fi cauzate de multe boli - dureri de cap puternice, epuizare și febră aprinsă. Numai câteva zile mai târziu, răceala a devenit ceva mult mai gravă, pe măsură ce o erupție revelatoare începe să se răspândească de-a lungul corpului pacientului, umflându-se în curând cu puroi și scobit pentru a lăsa umflături ridicate pe pielea infectată. Chiar dacă pacientul supraviețuiește, cicatricile desfigurante pot dura o viață întreagă. Acesta este semnul variolei - sau a fost, în urmă cu aproape cinci decenii, când boala era încă frecventă în multe părți ale lumii. În ceea ce privește mortalitatea, variola este în fruntea listei: virusul variolei a ucis mai mulți membri ai populației umane pe parcursul istoriei înregistrate decât toate celelalte boli infecțioase combinate 36.

În majoritatea bolilor pe care le-am studiat, omenirea se află într-o luptă evolutivă intensă cu co-locuitorii virali ai acestei planete. Progresele în tehnologia biomedicală pot avea ca rezultat bătălii victorioase, dar războiul este câștigat rareori, întrucât virușii care repetă rapid se luptă pentru a depăși vaccinurile și alte medicamente. Variola este una dintre puținele povești de succes adevărate, deoarece anunțul din 1980 al Organizației Mondiale a Sănătății privind eliminarea la nivel mondial a variolei a marcat o adevărată victorie. În timp ce vaccinarea împotriva variolei era obișnuită și răspândită, eradicarea acesteia a făcut ca un astfel de tratament să fie inutil. Cu excepția câtorva tulpini izolate de laborator - conservate pentru posteritate - variola este doar o amintire.

Sau este? Aceleași tulpini de laborator sunt îngrijorate. Deoarece variola nu a fost o amenințare pentru sănătatea publică de zeci de ani, stocurile de vaccinuri sunt la un nivel minim. Dacă virusul ar fi fost armat, ar fi foarte puține lucruri care ar putea fi făcute ca răspuns - și acesta este motivul de îngrijorare.

Varicele mici și mari:

O mare parte din ceea ce știm despre virusul variolei umane provine din studierea virusurilor similare care infectează animalele. Această comparație funcționează deoarece virusul variolei aparține unei familii de agenți patogeni strâns înrudiți, cunoscută sub numele de ortopoxvirusuri. Membrii acestei familii se disting prin gazda lor (adică ce fel de animal pot infecta) și distribuția geografică. Unele, precum virusul variolei, sunt specifice speciilor. De exemplu (așa cum se vede în imaginea de mai jos), poxvirusurile precum variola major (variola) a oamenilor (a), virusul variolei șoarecilor (b) sau virusul camelpox al cămilelor (c) rămân în mare parte limitat la o specie gazdă și rareori, dacă vreodată, provocați infecții în afara speciei respective. Alte poxvirusuri pot infecta mai multe specii gazdă. Caracteristicile comune ale acestei familii permit informațiile despre variolă să fie deduse din studiile asupra rudelor sale care infectează animalele din arborele evolutiv viral. Câțiva dintre cei mai importanți membri ai Ortopoxvirus familia include:

Variola virus: Acesta este virusul responsabil de variolă la om. Numele, folosit mai întâi pentru a descrie mai degrabă boala decât virusul, este derivat din cuvintele latine varius (adică „reperat”) și varus (care înseamnă „cos”) și a fost inventat în secolul al VI-lea în Elveția 37. Mai târziu, medicii englezi ar folosi termenul pocke, bazat pe cuvânt poc (care înseamnă „pungă”) pentru a descrie bolile care cauzează aceleași răni crescute ca și variola 38. Desemnarea mic a venit în secolul al XV-lea, când a fost necesar să se distingă boala de „marea variolei” - sifilisul. Virusul are două forme, numite major și minor, pe baza ratei mortalității pentru fiecare tulpină. Forma clasică a variolei este cauzată de V. major, in timp ce V. minor a fost recunoscută prin studii epidemiologice în secolul XX 39. Variante geografice ale ambelor V. major și V. minor există, de asemenea.

Vaccinia virus: Pentru că variola este atât de periculos de manipulat (necesită condiții stricte de siguranță pentru pericolul biologic), o mare parte din ceea ce știm despre virusul variolei provine de fapt de la lucrări la vaccin, un virus al variolei care infectează mai multe animale diferite, inclusiv bovine 39. Aceasta include virusul cowpox pe care Jenner l-a folosit în experimentele sale de vaccinare de referință (vezi secțiunea istorică).

Cărămida Mortală

Virionul variolei.

Cercetătorii au observat pentru prima dată virusurile variolei la microscop la sfârșitul secolului al XIX-lea. Mult mai mari decât mulți viruși, poxele au un aspect de cărămidă 39. Genomii virușilor ortopox sunt compuși din ADN, nu din ARN 39. Deoarece ADN polimeraza este mult mai puțin predispusă la erori decât ARN polimeraza, această caracteristică are rezultate clinice importante pentru rata mutației (discutată mai jos). Măriți și puteți vedea că structura de cărămidă este compusă din trei componente distincte: (1) un „nucleu” interior care conține ADN și proteinele asociate, (2) o înveliș proteic care formează membrana exterioară și (3) o plasmă membrană derivată din celula din care a înmugurit virusul. Virusul nu conține întotdeauna componenta membranei exterioare. Uneori, în loc de înmugurire, celula gazdă este ruptă și virusul iese purtând doar stratul său proteic exterior.

Schema virionului variolei.

În timp ce acești viruși „neînveliți” sunt încă problematici, lipsa unei membrane derivate din celule are implicații importante în patogenie și vaccinare 39.

Ciclul de viață al virusului Pox

Ciclul prin care se reproduce virusul variolei este similar cu alți viruși. În primul rând, un virion plutitor liber pătrunde în membrana celulară a celulei sale țintă. Cât de eficient trece virusul prin membrana gazdei depinde dacă este sau nu acoperit de o membrană plasmatică 39. Acei virioni ai varicelei cu o acoperire exterioară cu membrană pot intra mai ușor într-o celulă gazdă și, ca rezultat, sunt mai infecțioși.

Odată ajuns în interior, virusul variolei, ca și HIV, își varsă stratul exterior și începe să se replice. Cu toate acestea, deoarece genomul său este format din ADN, virusul variolei se poate copia singur în citoplasmă spre deosebire de virusurile ARN care trebuie să intre în nucleul gazdei lor. Virusul variolei generează copii de proteine ​​și ADN, se recombină într-un virion funcțional și apoi se înmugurește din celula gazdă, distrugându-l ca urmare. Ciclul începe din nou pe măsură ce virionii nou eliberați continuă să infecteze alte celule.

Ciclu de viață al variolei.

Simptome clinice

Chiar și după ce virusul variolei a infectat o gazdă, nu se observă simptome în primele două săptămâni 41. Acesta este un moment deosebit de periculos, deoarece fiecare persoană infectată în tăcere poate infecta încă 10 până la 15, care, dacă nu sunt în carantină, merg să infecteze singuri încă 10 până la 15 41. O persoană infectată arată inițial și se simte bine, deoarece virusul nu a început să reproducă în mod activ și să verse versiuni copiate ale sale în întregul corp. Odată ce această proliferare a început cu seriozitate, individul infectat începe să simtă simptome asemănătoare gripei. Așa cum pacientul pare să se îmbunătățească, apare o erupție teribilă, în special pe față 41. Erupția cutanată se înrăutățește, devenind umflături umplute cu puroi care, în cele din urmă, scabează, lăsând cicatricile fără sâmburi care sunt semnul distinctiv al variolei 41.

Mai puțin evidente - și chiar mai periculoase - sunt ulcerele care se dezvoltă în interiorul gâtului și nasului individului infectat. Când celulele pielii care conțin virusul mor, ele eliberează virusul în saliva vecină și în căile digestive. În acest moment, saliva individului devine contagioasă, capabilă să răspândească virusul prin tuse dacă nu se iau măsuri de precauție 39. De asemenea, virusul este eliberat de limitele ulcerului și se deplasează pe tot corpul prin conducta sistemului digestiv pentru a infecta orice organ cu care intră în contact 39. Cu cât se infiltrează mai multe organe, cu atât este mai rău pentru pacient. Pur și simplu, virusul copleșește corpul, ucigând celule din mai multe sisteme de organe.

Transmisie

După cum sa menționat mai sus, transmiterea virusului variolei variolei are loc exclusiv de la om la om, fără intermediarul insectelor sau rezervorul animal care conține, de asemenea, virusul. Se răspândește în principal prin aerosoli atunci când indivizii infectați tusesc particule mucoase cu variole 42. Odată infectați, pacienții sunt contagioși numai după ce erupția cutanată s-a dezvoltat și rămân contagioși chiar și în timp ce erupțiile cutanate 42. Crustele căzute care conțin particule active de virus se pot colecta pe cearșafuri sau îmbrăcăminte și trebuie supuse unor proceduri adecvate de dezinfecție 42. În cele mai severe V. major, cei infectați sunt adesea incapacitați și, prin urmare, transmiterea poate fi redusă la minimum, atâta timp cât expunerea persoanelor sănătoase este menținută la minimum 42. Cu toate acestea, în cazul V. minor, simptomele sunt atât de ușoare încât persoanele infectate pot răspândi cu ușurință virusul în stadiul său infecțios 42.

Tratament medicamentos?

Unul dintre principalele motive pentru care un focar de variolă ar fi atât de mortal este că nu există un tratament medicamentos cunoscut. Simptomele precum febra și cefaleea pot fi diminuate cu medicamente tradiționale precum aspirina, dar virusul în sine nu poate fi ucis de niciun medicament din actualul nostru arsenal medicinal. Totuși, la orizont pot fi tratamente mai eficiente. Cidofovir, un inhibitor viral al ADN polimerazei utilizat pentru tratarea citomegalovirusului (CMV) la pacienții cu SIDA, s-a dovedit că ucide virusul variolei în studiile de laborator 43,44. Cu toate acestea, compusul trebuie injectat intravenos și provoacă leziuni la rinichi în concentrațiile mari necesare pentru a pătrunde în celulele infectate cu variola 44. În prezent, oamenii de știință lucrează la reformularea medicamentului într-o versiune mai puțin toxică. Până atunci vaccinarea rămâne principala protecție împotriva variolei. Pentru a aprecia pe deplin impactul vaccinării asupra eradicării variolei, mai întâi trebuie să ne adâncim într-o istorie ...

Originile variolei

Faraonul Ramses.

Cele mai vechi înregistrări ale variolei au apărut din colecțiile muzeale, inclusiv mumii datând din 1570 până în 1085 î.Hr. 44 Din aceste specimene, oamenii de știință au ajuns la concluzia că Ramses V (un tânăr monarh faraon care a murit la începutul anilor treizeci) a murit probabil de variolă 45. Cu această boală și un război civil în timpul domniei sale, nu pare de mirare că a murit tânăr! Alte civilizații antice s-au dovedit mai norocoase. Într-adevăr, chiar dacă eradicarea globală a variolei a trebuit să aștepte tehnologii moderne care să permită producerea pe scară largă de vaccinuri, omenirea știe de milenii că este posibil să se protejeze împotriva virusului. Dovezi izbitoare în acest sens provin din subcontinentul Indiei, unde textele medicale din 400 e.n. conțin ceea ce poate fi o descriere a unei proceduri de vaccinare timpurie 46:

Luați lichidul pockului pe ugerul vacii sau pe brațul dintre umărul și cotul unui subiect uman, în vârful unui lancer, și lansați cu el brațele între umeri și coate până când apare sângele. Apoi, amestecând acest lichid cu sângele, se va produce febra variolei.

Dacă această relatare este adevărată, atunci se pare că medicii indieni au descoperit
puterea protectoare a variolei cu un mileniu sau mai mult înainte de a fi cunoscută în Occident 47.
Cu siguranță, simptomele clinice ale bolii au fost recunoscute de acești medici timpurii, după cum indică pasaje precum acesta:

Inainte de [variolă] apare, apare febră, cu dureri asupra corpului, dar mai ales în spate. . . . Când bila este tulburată, în această boală, se simte durere severă la nivelul articulațiilor mari și mici, cu tuse, lipsă de agitație și zgomot, palatul, buzele și limba sunt uscate cu sete și fără apetit. Pustulele sunt roșii, galbene și albe și sunt însoțite de durere arzătoare. Această formă se coace în curând. . . . Când aerul, bila și flegma sunt tulburate, în această boală corpul are o culoare albastră, iar pielea pare împânzită de orez. Pustulele devin negre și plate, sunt deprimate în centru, cu multă durere. Se coc încet. . . această formă este vindecată cu multă dificultate și se numește Charmo sau forma fatală 48.

Într-adevăr, se pare că boala era atât de cunoscută în India încât o zeiță hindusă a variolei numită Sitala a fost venerată în multe regiuni 49. Cei afectați se rugau lui Sitala să-i scape de boală, folosind picături din apa nemuririi pe care se spunea că o va purta cu ea 50. Una dintre modalitățile prin care preoții brahmani venerau Sitala era să călătorească în fiecare primăvară prin țară, inoculând sătenii împotriva variolei pe măsură ce mergeau 51.

Jenner și Pasteur: Nașterea vaccinării

Edward Jenner.

Dezvoltarea practicilor medicale în Occident comparabilă cu acțiunile Indiei nu va veni până la sfârșitul secolului al XVIII-lea, când medicul englez Edward Jenner a făcut o observație remarcabilă în casa sa din țară 52. Servitoarele de lapte din fermele din jur au purtat leziunile variolei, dar nu au dobândit niciodată variola: aparent erau protejate de virusul uman 52. Întrebându-se dacă această imunitate ar putea fi replicată, Jenner a injectat un tânăr ajutător cu puroi dintr-o leziune de varicelă de la una dintre mamele de lapte și a observat că băiatul a dezvoltat apoi rezistență la variolă 52. Jenner și-a numit descoperirea vaccin (după latinescul vacca, adică „vacă”), deși nu a făcut-o

Menajeră infectată cu variola.

înțelegeți pe deplin de ce a funcționat 52. Explicația completă ar aștepta teoriile moderne ale imunologiei, deși tehnica lui Jenner, rafinată de Louis Pasteur pentru a combate rabia, va deveni totuși extrem de influentă 34.

Vaccinarea decurge

Vaccinarea va deveni din ce în ce mai răspândită în prima jumătate a secolului al XX-lea, deși nu a fost făcută niciodată suficient de mult pentru a eradica variola. Chiar și în țări precum Anglia, unde boala devenise mai puțin frecventă, indivizii infectați din Africa au răspândit o erupție de cazuri în 1962 și doar o creștere rapidă a vaccinărilor a împiedicat o epidemie completă. Cu toate acestea, vaccinările ar putea provoca și daune, rezultând reacții adverse severe la unii indivizi. Pentru a evita să negociezi acest echilibru delicat între beneficiile și neajunsurile vaccinării, boala ar trebui eliminată complet 53.

Afișul campaniei de vaccinare.

Eradicarea globală

Fără îndoială, această nevoie de o soluție durabilă a condus campaniile de vaccinare din 1950-1958 în America de Sud, America Centrală și Caraibe, completând eforturile anterioare care au împins cazurile din Statele Unite în cifre unice 53. Pe baza acestui succes, o campanie globală a fost lansată de Organizația Mondială a Sănătății în 1959, deși abia în 1967 s-a intensificat cu adevărat efortul pentru a face față provocării sarcinii 53. În acest moment, au fost stabilite rețele de aprovizionare consistente, precum și sisteme extinse de monitorizare în multe țări, astfel încât eficacitatea campaniei de vaccinare să poată fi confirmată în timp 54.

Ac bifurcat.

Pe lângă o astfel de organizare, evoluțiile tehnologice au ajutat și această campanie. Unul a fost acul bifurcat (arătat în dreapta). În loc de o lovitură standard care a perforat o venă, vaccinatorii au folosit un dispozitiv simplu dezvoltat în anii 1960 de firma farmaceutică Wyeth Laboratories. Acest ac în formă de potcoavă a fost scufundat în vaccin, apoi a fost ușor atins de pielea pacientului pentru a face o serie de mici puncții. Într-o mișcare dezinteresată, Wyeth a permis ca acul să fie utilizat fără a percepe drepturi de autor. Pe lângă ușurința de utilizare, acul bifurcat avea și avantajul reutilizării: cu condiția să fie sterilizate, fiecare instrument ar putea vaccina sute de persoane 55. Pe lângă furnizarea de ace, Wyeth fabrica și vaccinul împotriva variolei Dryvax utilizat în timpul campaniei de eradicare 56.

În timpul campaniei, muncitorii din teren ar fi scotocit pe glob, distribuind vaccin și controlând focarele. Eforturile lor s-au întâlnit în cele din urmă cu succes, ultimul caz de infecție cu variolă înregistrat în Somalia în 1977. Un alt caz aberant a apărut în 1978 când o tulpină a scăpat de un laborator din Anglia, dar în afară de aceasta, nu au fost raportate alte infecții. În 1980 boala a fost declarată dispărută 57-59.

O victorie în sănătatea publică: variola este eliminată!

Înainte de eradicare, vaccinarea împotriva variolei se făcea folosind tulpini inactivate de virus vaccinia. Cu toate acestea, doar stocurile mici de vaccin rămân acum și nu sunt disponibile pentru o distribuție pe scară largă. De obicei, doar cercetătorii din facilitățile de înaltă securitate sunt acum vaccinați pentru variolă 60,61. În ciuda îngrijorărilor cu privire la viitorul război biologic, cunoașterea faptului că vaccinul are efecte secundare este un argument major împotriva reinstituirii vaccinării mai răspândite împotriva variolei în pregătirea unui atac de bioterorism. Aceste complicații au ca rezultat, de obicei, erupții cutanate sau, în cazuri mai severe, moarte tisulară potențial fatală. În timp ce oficialii din domeniul sănătății prezic că doar 1-2 din fiecare milion de vaccinați vor muri de fapt de astfel de complicații, riscurile sunt încă prea mari pentru a restabili vaccinarea la scară largă 41,42.

O victimă suferă de efectele adverse ale vaccinului împotriva variolei.

Învieți variola?

Existența tulpinilor de laborator ale virusului înseamnă că există încă posibilitatea ca acesta să fie înviat ca o armă bio-teroristă. În timp ce tulpinile închise la CDC pot fi probabil considerate ferite de astfel de abuzuri, prăbușirea sprijinului financiar pentru cercetarea științifică rusă a ridicat îngrijorarea cu privire la faptul că mâinile private (și neprietenoase) ar putea acum finanța munca în fostele instalații sovietice de arme biologice 62.

Există un avantaj în menținerea stocurilor de variolă în laborator? Unii cercetători susțin că aceste provizii sunt necesare pentru cercetări suplimentare. Cu toate acestea, acest lucru pare suspect în condițiile în care majoritatea a ceea ce știm despre virus provine de fapt din forme animale, cum ar fi vaccinia. Cu toate acestea, factorii de decizie politică au susținut păstrarea eșantioanelor de virus uman. Chiar dacă Organizația Mondială a Sănătății a promis distrugerea tuturor stocurilor rămase de variolă în SUA și Rusia până în 1999, administrația Clinton a decis să inverseze acest plan în SUA, susținând că probele sunt necesare pentru viitoarele cercetări antivirale sau, în în cazul în care virusul s-a refăcut, pentru a dezvolta noi vaccinuri 53. Cu toate acestea, stocurile salvate au generat de fapt un interes științific redus, fără noi produse farmaceutice sau vaccinuri dezvoltate în anii de când au fost salvate din distrugerea planificată 53.

Deci, cât de mortal ar fi un focar? Cu siguranță, lipsa vaccinării actuale face ca variola să fie o amenințare deosebit de periculoasă și, din moment ce vaccinul nu mai este utilizat în mod regulat în SUA, nivelurile de imunitate în rândul populației americane sunt efectiv inexistente. În afară de aceasta, virusul este o armă tentantă, deoarece poate fi ușor crescut și aerosolizat 53. Astfel, din cauza acestei amenințări, avantajele și dezavantajele vaccinării pe scară largă sunt încă ponderate, adevărata amenințare a unui focar de variolă rămânând necunoscută.


Virușii provoacă multe boli umane. În plus față de gripă și HIV, virusurile provoacă rabie, rujeolă, boli diareice, hepatită, poliomielită, răni și alte boli (vezi Figura de mai jos). Bolile virale variază de la ușoare la fatale. O modalitate prin care virușii cauzează boli este cauzarea celulelor gazdă să se deschidă și să moară. Virușii pot provoca, de asemenea, boli fără a ucide celulele gazdă. Acestea pot provoca boli prin perturbarea homeostaziei din celulele gazdă.

Rău. Răniile sunt cauzate de un virus herpes.

Unii viruși trăiesc într-o stare inactivă în interiorul corpului. Aceasta se numește latenta. De exemplu, virusul care provoacă varicela poate infecta un copil mic și poate provoca boala pe termen scurt. Apoi, virusul poate rămâne latent în celulele nervoase din corp timp de decenii. Virusul poate reapărea mai târziu în viață ca boală numită zona zoster. În zona zoster, virusul provoacă erupții cutanate dureroase cu vezicule (vezi pct Figura de mai jos).

Zoster. Zoster este o boală cauzată de același virus care provoacă varicela.

Unele virusuri pot provoca cancer. De exemplu, virusul papilomului uman (HPV) provoacă cancer la colul uterin la femei. Virusul hepatitei B cauzează cancer la ficat. Este probabil ca un cancer viral să se dezvolte numai după ce o persoană a fost infectată cu un virus de mai mulți ani.

Gripa

Gripa, sau gripa, este o boală respiratorie contagioasă cauzată de virusurile gripale. Gripa se răspândește în întreaga lume în epidemii sezoniere. Un epidemie este un focar de boală într-o populație de oameni într-un anumit timp. În fiecare an, în Statele Unite, aproximativ 200.000 de persoane sunt spitalizate și 36.000 de persoane mor din cauza gripei. Pandemiile de gripă pot ucide milioane de oameni. A pandemic este o epidemie care se răspândește prin populațiile umane într-o regiune extinsă (de exemplu un continent), sau chiar în întreaga lume. Trei pandemii de gripă au avut loc în secolul al XX-lea și au ucis zeci de milioane de oameni, fiecare dintre aceste pandemii fiind cauzată de apariția unei noi tulpini de virus. Majoritatea tulpinilor de gripă pot fi inactivate cu ușurință de dezinfectanți și detergenți.

Boli virale emergente

Modurile moderne de transport permit mai multor oameni și produse să călătorească în jurul lumii într-un ritm mai rapid. De asemenea, ele deschid căile respiratorii către mișcarea transcontinentală a vectorilor bolilor infecțioase. Un exemplu al acestui lucru este Virusul West Nile, despre care oamenii de știință cred că a fost introdus în Statele Unite de către un călător aerian infectat. Cu ajutorul călătoriilor cu avionul, oamenii sunt capabili să meargă pe țări străine, să se îmbolnăvească de o boală și să nu aibă simptome de boală până când ajung acasă, expunându-i pe alții la boală pe parcurs.

Adesea, noi boli rezultă din răspândirea unei boli existente de la animale la oameni. O boală care poate fi răspândită de la animale la oameni se numește a zonoza. Când izbucnește o boală, au sunat oamenii de știință epidemiologi investigați focarul, căutând cauza acestuia. Epidemiologii sunt ca detectivii care încearcă să rezolve o crimă. Informațiile pe care epidemiologii le învață sunt importante pentru a înțelege agentul patogen și pentru a ajuta la prevenirea viitoarelor focare de boală.

O tulpină mortală a virusului gripei aviare numită H5N1 a prezentat cel mai mare risc pentru o nouă pandemie de gripă, de când a ucis oameni în Asia în anii 1990. Virusul este transmis de la păsările infectate la oameni. Din fericire, virusul nu s-a mutat într-o formă care se răspândește ușor între oameni.

Au fost descoperiți mai mulți viruși letali care provoacă febră hemoragică virală, dintre care doi sunt prezentați în Figura de mai jos. Focarele de Ebola au fost limitate în principal la zone îndepărtate ale lumii. Cu toate acestea, ei au câștigat o atenție extinsă din partea presei din cauza ratei ridicate a mortalității & mdash23% până la 90% & mdash în funcție de tulpină. Se crede că gazdele principale ale virusurilor sunt maimuțe în vestul Africii centrale, dar virusul a fost izolat și de lilieci în aceeași regiune.

Virusul Ebola (stânga) și virusul Marburg (dreapta) sunt virusuri care provoacă febră hemoragică care poate provoca insuficiență multiplă de organe și moarte.

Oamenii sunt expuși la zoonoze noi și rare atunci când se mută în zone noi și întâlnesc animale sălbatice. De exemplu, sindromul respirator acut sever (SARS) este o boală respiratorie cauzată de coronavirusul SARS. Un focar din China în 2003 a fost legat de manipularea și consumul pisicilor de civet sălbatic vândute ca alimente pe o piață. În 2005, două studii au identificat o serie de coronavirusuri asemănătoare SARS la liliecii chinezi. Este probabil ca virusul să se răspândească de la lilieci la civete și apoi la oameni.

Ebola este o boală rară și mortală cauzată de infecția cu o tulpină de virus Ebola. Epidemia de Ebola din 2014 este cea mai mare din istorie, afectând mai multe țări din Africa de Vest, inclusiv Guineea, Sierra Leone și Liberia. Ebola se răspândește prin contactul direct cu sângele și fluidele corporale ale unei persoane infectate și care prezintă deja simptome ale Ebola. Ebola nu se răspândește prin aer, apă, alimente sau țânțari.


Evaluarea nevoilor științifice viitoare pentru virusul Variola viu (1999)

10Înțelegerea biologiei virusului Variola

După cum sa menționat anterior, variola a fost eradicată înainte de vârsta modernă a biologiei celulare și moleculare, virologiei și imunologiei. Prin urmare, elementele de bază ale replicării virale, factorii determinanți ai virulenței virale și patogeneza bolii nu sunt la fel de bine înțelese ca și pentru alți agenți patogeni.

Deoarece virusul variolei este un agent patogen care este adaptat în mod unic pentru a provoca boli grave, răspândite la om, este foarte probabil ca acesta să fi evoluat pentru a contracara în mod specific un răspuns imun eficient la infecție. Poxvirusurile sunt cele mai mari dintre virusuri și produc numeroase proteine ​​care nu sunt necesare pentru replicarea virusului, dar, probabil, sporesc capacitatea virusului de a provoca boli. Multiplele mecanisme utilizate de poxvirusuri pentru a sustrage răspunsurile imune ale gazdei, proteinele unice pe care le produc acești viruși și interacțiunile lor cu gazda abia încep să fie identificate. Pe măsură ce baza de date se extinde, întrebările despre interacțiunile virusului variolei cu celulele umane și răspunsurile imune și despre funcțiile acestor proteine ​​variolei care produc boli vor deveni mai evidente și mai presante. Abilitatea de a identifica interacțiunile dintre virusul variolei și proteinele gazdă ar oferi probabil noi perspective asupra aspectelor importante ale sistemului imunitar uman, care nu ar fi evidente din studiile altor viruși.

Interacțiuni virus-celulă

Virușii se adaptează în mare parte gazdelor lor, evoluând pentru a interacționa eficient cu celulele gazdă în inițierea infecției și producerea unor cantități mari de virus. Virusul se răspândește în diferite organe ale gazdei și în acest proces provoacă leziuni tisulare. Tulpinile unui virus (de exemplu, variola major și variola minor) diferă prin vim-

sau capacitatea de a provoca boli fatale. Diferențele de virulență se pot datora schimbărilor în rapiditatea replicării și răspândirii virusului, a cantităților de virusuri produse, a capacității de a deteriora celulele în care virusul se reproduce sau a capacității de a sustrage răspunsul imun al gazdei. În plus, genele tropismului țesutului ortopoxvirusului au fost identificate în vaccinia vires și cowpox (C7L, K1L și CHOhr), iar morfogeneza multiplelor forme de particule de ortopoxvirus este mai bine înțeleasă [43, 44]. Baza genetică a infecțiilor cu ortopoxvirus poate fi astfel revelată. Infecția celulelor umane crescute în cultura țesuturilor ar putea începe să ofere răspunsuri la unele dintre următoarele întrebări:

  • Există o moleculă unică sau o serie de molecule pe suprafața celulelor umane care le face distinct sensibile la infecția cu virusul variolei? Care este funcția normală a acestei molecule?
  • Cum și în ce ordine sunt exprimate numeroasele gene ale virusului pentru a produce proteine ​​virale? Afectează aceste proteine ​​celula infectată stimulând creșterea, provocând moartea sau inhibând moartea, astfel încât virusul să poată crește pentru o perioadă mai lungă de timp? Aceasta variază între variola major și variola minor?
  • Oricare dintre proteinele virale oferă noi ținte potențiale pentru medicamentele antivirale care pot bloca replicarea virusului fără a afecta celulele gazdă? Aceste ținte pot sugera noi tipuri de medicamente care pot fi dezvoltate pentru a trata alte infecții.

În cele din urmă, judecând din ceea ce se știe despre alte poxvirusuri, modularea răspunsurilor imune ale gazdei este foarte probabil să contribuie la virulența virusului. Infecția celulelor sistemului imunitar ar putea face posibilă evaluarea efectelor directe asupra acestor celule, iar incubația celulelor sistemului imunitar uman cu proteine ​​secretate de celulele infectate ar putea permite identificarea interacțiunilor potențial unice între proteinele virale și mediatorii răspunsului imun antiviral. Aceste interacțiuni ar putea fi utilizate pentru a identifica aspecte importante și potențial unice ale răspunsului uman la infecțiile cu virusuri.

Interacțiuni virus-gazdă

Replicarea virusului variolei în diferite tipuri de culturi celulare ar putea oferi informații valoroase despre modul în care acest virus infectează și afectează în mod distinct celulele umane. Cu toate acestea, nu ar putea furniza informații despre modul în care virusul se răspândește prin gazdă sau despre modul în care contracarează răspunsul imun al gazdei.

Culturile care implică un număr de celule organizate în țesuturi și organe pot fi studiate în prezent în bioreactoare, șoareci SCID-hu și culturi de plute. Aceste sisteme ar putea permite anchetatorilor să răspundă la unele dintre următoarele întrebări:


Discuţie

Aceste studii au fost provocate de interesul nostru pentru istoria vaccinului Jenner. Conturile contemporane [6, 7] oferă sprijin pentru speculațiile lui Jenner conform cărora vaccinul își are originea probabil ca o boală ecvină numită „grăsime”. În special, Loy a arătat că una dintre cele două forme de grăsime (sau varicela) caracterizate printr-o reacție difuză a variolei, asigura protecție împotriva variolei fără a necesita trecerea prin vaci [2]. Secvențierea modernă susține această ipoteză cu cea cunoscută tulpină HPXV care seamănă cel mai mult atât cu vaccinurile antivariolice vechi franceze [3], cât și cu cele antice americane [5] și împărtășind o origine comună cu toate VACV cunoscute [33]. Suport suplimentar pentru o origine partajată este oferit de observația că locusul I4L într-o clonă rară Dryvax (DPP17), codifică un bloc de secvență și o mutație framehift care seamănă cel mai mult cu locusul omolog din HPXV [20]. Folosind secvența genomului HPXV [4], fragmentele de ADN sintetic și metodele prezentate în altă parte [34], am folosit reacții de recombinare și reactivare pentru a recrea această tulpină HPXV. This scHPXV resembles VACV in many of its growth properties, although it produces much smaller plaques (Fig 4a) without the secondary plaques associated with extracellular virus, which may partly explain the reduced virulence. Whether the increased infectivity and virulence of VACV reflects two centuries of selection in alternative hosts, including passage in humans, is an interesting question and because VACV-HPXV hybrids are viable (Fig 2), such strains might provide a tool for identifying some of the gene(s) responsible. Of perhaps most interest is the fact that our scHPXV strain generates immune protection against lethal virus challenge (Fig 5), and if the lower virulence in mice reflects better tolerability in humans, it supports further investigation as a vaccine and vector.

The method described here could be adapted to assemble other Orthopoxviruses, and possibly other Chordopoxviruses if the right helper virus(es) and supporting cell lines can be identified. This is timely as poxviruses offer much promise as oncolytic agents [35, 36] and better ways are needed to more rapidly and extensively engineer these agents to provoke potent anti-tumour immune responses ideally using designs based on personalized cancer neo-antigens. These synthetic approaches also provide tools for investigating certain basic features of virus genome structure (for example the mismatched and flip/flop hairpin telomeres) that are still incompletely understood 3–4 decades after they were discovered [37].

That said this is clearly an example of dual use research, and observations like these poses significant challenges for public health authorities. Most viruses could be assembled nowadays using reverse genetics, and these methods have been combined with gene synthesis technologies to assemble poliovirus [12] and other extinct pathogens like the 1918 influenza strain [13]. Given that the sequence of variola virus has been known since 1993 [38], our studies show that it is clearly accessible to current synthetic biology technology, with important implications for public health and biosecurity [34]. Our hope is that this work will promote new and informed public health discussions relating to synthetic biology, stimulate new evaluation of HPXV-based vaccines, and advance the capacity to rapidly produce next-generation vaccines and poxvirus-based therapeutics.


NIAID supports basic, preclinical, and clinical research needed to advance product development for biodefense and emerging infectious diseases. Product development goals in this arena have shifted from a “one bug-one drug” approach to a more flexible strategy that is applicable to a broad spectrum of infectious diseases. Specifically, this broad-spectrum approach is being used to develop products effective against a variety of pathogens and toxins find technologies that can be widely applied to improve multiple classes of products and establish platforms that can reduce the time and cost of creating new products. This is evident in both the treatment and vaccine research NIAID has supported for smallpox, outlined below.

To learn about risk factors for smallpox and current prevention and treatment strategies visit the MedlinePlus smallpox site.


Department of Biology

Today smallpox can only be found in deep freeze inside a few highly secured laboratories, like this one at the CDC in 1980.   Photo by CDC, CC BY

Smallpox was a terrible scourge on humanity, killing hundreds of millions of people over the centuries. But its origin remains obscure. Egyptian mummies from 3,000 to 4,000 years ago, including that of Pharaoh Ramses V, have pox-like skin lesions, but did they have smallpox? Recent genomic evidence puts that in doubt.

Whether or not ancient plagues were truly smallpox, by the 18th century the disease was endemic throughout the world. The widespread introduction of effective vaccination in the 19th century diminished – but did not eliminate – smallpox in the western world, and it persisted in many areas well into the 20th century.

I’m a microbiologist interested in how diseases jump from animals to humans and then evolve. Smallpox raged for centuries but was eradicated 40 years ago. While the idea of completely eradicating a disease has obvious appeal during the current pandemic, differences between the smallpox and SARS-CoV-2 viruses suggest that the path to ending COVID-19 pandemic will not be the same.

Wiping a virus from the face of the Earth

Smallpox is caused by a virus called variola. Although the primary route of infection is inhalation, the characteristic skin pustules are also filled with the virus. As long ago as the 10th century the Chinese knew that a person scratched with the pus from a pox sometimes gained immunity. It was, however, risky as some recipients developed smallpox and died.

This procedure, called variolation, was brought to Europe in the early 1700s. Later that century, English doctor Edward Jenner discovered that inoculation with a closely related virus, cowpox, also conferred immunity to smallpox but was much safer. Called vaccination, after “vacca,” the Latin word for cow, the process has remained essentially the same to the present.

In 1959, the World Health Organization initiated a program to eradicate smallpox worldwide, but the effort didn’t really get underway until 1967.

In 1977, a health care field worker conducts a house-to-house search for possible smallpox-infected inhabitants. Photo by CDC/Dr. Stanley Foster, CC BY

The program’s intensified vaccination efforts employed a new technique called circle vaccination, which consists of surveillance and containment when people in a community came down with the disease, health workers would try to vaccinate all their contacts to stop the spread of the virus.

Containment worked because people infected with the smallpox virus do not pass it on until they exhibit obvious symptoms. This is in contrast to SARS-CoV-2, which can be spread by infected people long before they develop symptoms, if they ever do. Surveillance and containment of cases, which was so successful for smallpox, may be less so for COVID-19 due to its asymptomatic spread.

The last known natural case of smallpox occurred in Somalia in 1977, and in May 1980 the World Health Assembly declared the disease officially eradicated. And that was the end of smallpox in the wild.

Under a magnification of 370,000X, the dumbbell-shaped viral core of the smallpox virus is visible it contains the viral DNA. Photo by CDC/Dr. Fred Murphy Sylvia Whitfield, CC BY

Deducing smallpox’s evolution from its genes

Variola is very different from SARS-CoV-2, the virus causing the current COVID-19 pandemic. The variola genome consists of double-stranded DNA, which is more stable and gets copied more accurately when the virus replicates than do single-stranded RNA genomes, such as that of SARS-CoV-2. Consequently, the rate of genetic change in variola is much lower. Although estimates vary, the evolution rate of the variola genome is at least 15-fold lower than that of SARS-CoV-2.

However, variola’s evolutionary history with humans is far longer than that of SARS-CoV-2 exactly how long is the subject of ongoing research. To reconstruct the evolutionary history of smallpox, scientists need to compare the DNA from virus samples preserved at various times.

After eradication, scientists destroyed all known existing samples of variola except for 571 live samples that had been collected in the preceding 30 years. They’re kept at two secure facilities, one in the U.S. and one in Russia.

Scientists have sequenced genomes from about 50 of these samples. They’ve also isolated variola DNA from a few accidentally preserved human remains. To date, the oldest of these is the mummified remains of a Lithuanian child who died between 1643 and 1665. It’s still unknown whether the pox-like diseases described in ancient texts or observed on Egyptian mummies were actually smallpox.

With viral DNA sequences in hand, scientists can construct genetic family trees by analyzing the small changes – mutations – that accumulated in the genes while the viruses were circulating in the human population.

These studies show that the variola strains that existed in the 20th-century cluster into two groups. One is made up of samples collected from West Africa and South America – an association probably due to the 18th-century slave trade – and the other consists of samples collected from the rest of the world.

Whether using just the DNA from the 20th-century variola strains, or including the viral DNA from the 17th-century Lithuanian mummy, researchers estimate the rate of change of variola strains to be one or two mutations per year. Previous estimates incorporating historical records had been as low as one-twentieth of this rate.

The more rapid mutation rate predicts a few things. It means the available modern variola strains shared a common ancestor only 400 years ago the two great clusters split only between 200 and 300 years ago and strains within the two clusters began to diverge about 100 years ago.

Model phylogenetic tree illustrating how an ancestor, A, could have led to the current two groups of smallpox strains, B and C. It’s possible other strains went extinct (x) and their remains are yet to be discovered. Horizontal lines represent the strain lineages and branch points represent genetic divergence. Loosely based on Duggan et al, 2016 https://doi.org/10.1016/j.cub.2016.10.061, CC BY-ND

When and how did smallpox appear in people?

If the existing variola strains appeared only a couple of centuries ago, that’s clearly inconsistent with reliable historic records of earlier smallpox outbreaks. There are two possible reasons for this discrepancy, both of which may be true.

First, the recent viral strains might have evolved more rapidly than older strains. That is, the estimated evolution rate might not be applicable across the entire history of the virus.

Second, older strains of the virus may have disappeared, leaving no progeny to be collected in the 20th century. The rise of vaccination in the 19th century may have driven these other strains to extinction. That would leave only the one strain that gave rise to the two major groups that then diverged into the modern strains.

So, how did the original strain first make it into the human population?

Variola virus belongs to a family of pox viruses that are widespread among mammals, and most with broad host-ranges. For example, cowpox infects cows, humans, cats, dogs and zoo animals, including the big cats. Variola, however, infects only humans.

At the level of their DNA, variola’s two closest relatives are camelpox, which infects only camels, and taterapox, whose only known host is an African gerbil. One interpretation of this family tree is that these three viruses emerged from a common ancestor, probably with a broad host range, about 3,000 years ago. The three viruses then independently narrowed their host range as they adapted to their new hosts, losing many of the genes that allow pox viruses to infect other host species.

Not all scientists who study the evolution of variola agree with this simplified scheme, arguing that the information gained from the available viral genomes cannot be extrapolated to the timing or the sequence of events that led to the original appearance of variola in people.

Contact tracing is much trickier for a virus like SARS-CoV-2 that doesn’t always cause obvious symptoms in those it infects. AP Photo/Rick Bowmer

Few similarities between smallpox and COVID-19

In addition to the differences between the viruses, the diseases that they cause are also very different, making the techniques used to eradicate smallpox less useful for the COVID-19 pandemic.

Smallpox is highly lethal as many as 30% of people infected with the major form of variola die, but survivors have lasting immunity. In contrast, best estimates put the death rate of COVID-19 at 1% or less, and it is not known if infection produces lasting immunity.

People infected with smallpox do not spread it until symptoms appear, at which point they are so sick as to be bedridden, whereas COVID-19 can be spread by infected people who have no symptoms. Within a community this asymptomatic spread of COVID-19 may account for more than 40% of secondary cases.

Historical records show that less virulent strains of smallpox appeared at various times, a few of which survived into the 20th century. A highly virulent pathogen may lose its virulence over time if rapidly disabling or killing its host limits its rate of transmission. However, because COVID-19 is spread by both asymptomatic and symptomatic people, there would appear to be little advantage for SARS-CoV-2 to evolve to be less virulent.

Surveillance and containment of cases, which was so successful for smallpox, also is less likely to work for COVID-19.

Our best hope is for an effective vaccine to stop the COVID-19 pandemic, just as it stopped smallpox.


Transmisie

Varicella is highly contagious. The virus can be spread from person to person by direct contact, inhalation of aerosols from vesicular fluid of skin lesions of acute varicella or zoster, and possibly through infected respiratory secretions that also may be aerosolized. A person with varicella is considered contagious beginning one to two days before rash onset until all the chickenpox lesions have crusted. Vaccinated people may develop lesions that do not crust. These people are considered contagious until no new lesions have appeared for 24 hours.

It takes from 10 to 21 days after exposure to the virus for someone to develop varicella. Based on studies of transmission among household members, about 90% of susceptible close contacts will get varicella after exposure to a person with disease. Although limited data are available to assess the risk of VZV transmission from zoster, one household study found that the risk for VZV transmission from herpes zoster was approximately 20% of the risk for transmission from varicella.

People with breakthrough varicella are also contagious. One study of varicella transmission in household settings found that people with mild breakthrough varicella (<50 lesions) who were vaccinated with one dose of varicella vaccine were one-third as contagious as unvaccinated people with varicella. However, people with breakthrough varicella with 50 or more lesions were just as contagious as unvaccinated people with the disease.

Varicella is less contagious than measles, but more contagious than mumps and rubella.


Poxviridae

Species demarcation criteria in the genus

The criteria are provisional and reflect the fact that species definitions can be rather arbitrary and reflective of attempts to define natural transmission lineages. Most orthopoxviruses contain a hemagglutinin (HA) and many contain an A-type inclusion protein polymorphisms within these genes distinguish species. Species can be classified by pock morphologies and by ceiling temperature for growth on the chorioallantoic membrane of embryonated chicken eggs. Ecological niche and host range are useful in some cases, but in others ( rabbitpox virus and buffalopox virus) these can be misleading. RFLP analysis of the terminal regions of viral DNA outside of the core of common genes has aided the classification process. Detailed polymerase chain reaction (PCR) polymorphism analysis throughout the entire genome and subsequent genomic DNA sequencing studies have shown all orthopoxviruses to be unique. With genomic sequence analysis, it has become apparent that members of the species Cowpox virus are not monophyletic, as indicated by the different positions of cowpox virus GRI-90 and cowpox virus Brighton Red in the phylogenetic structure of the genus Orthopoxvirus (see Figure 4 below). This is still not reflected in the current taxonomy because the results of a wide-scale genome sequence study to clarify the issue are pending.