Введение

Семейство вирусов

Аденовирусы (члены семейства Adenoviridae) — это вирусы среднего размера (90–100 нм), не имеющие оболочки (без внешней липидной бислойной мембраны) с икосаэдрическим нуклеокапсидом, содержащим двухцепочечный ДНК-геном. Их название происходит от первоначальной изоляции из человеческих аденоидов в 1953 году. Они обладают широким спектром хозяев среди позвоночных; у людей обнаружено более 50 различных аденовирусных серотипов, вызывающих широкий спектр заболеваний, от легких респираторных инфекций у маленьких детей (известных как обычная простуда) до угрожающих жизни поражений нескольких органов у людей с ослабленной иммунной системой. Атаденовирус
Авиаденовирус
Ихтаденовирус
Мастаденовирус (включая все человеческие аденовирусы)
Сиаденовирус
Тестоденовирус

Структура

Аденовирусы имеют средний размер (90–100 нм). В 2010 году структура человеческого аденовируса была определена на атомном уровне, что сделало его крупнейшей моделью высокого разрешения, созданной на тот момент. Вирус состоит примерно из 1 миллиона аминокислотных остатков и имеет массу около 150 МДа.

Геном

Геном аденовируса представляет собой линейную, несегментированную двухцепочечную (ds) ДНК длиной от 26 до 48 Кбп. Особенностью этого вирусного генома является наличие терминального белка массой 55 кДа, связанного с каждым из 5'-концов линейной двухцепочечной ДНК. Эти белки используются в качестве праймеров при вирусной репликации и обеспечивают полное воспроизведение концов линейного генома вируса.

Репликация

Аденовирусы обладают линейным геномом dsDNA и способны к репликации в ядре клеток позвоночных, используя репликационный аппарат клетки-хозяина. После успешного проникновения вируса в клетку-хозяина эндосома происходит подкисление, что изменяет топологию вируса, вызывая дезинтеграцию компонентов капсида. Капсид дестабилизируется, и из него высвобождается белок VI, являющийся одним из компонентов капсида (см. геном аденовируса). Белок VI содержит N-концевую амфипатическую альфа-спираль, спиральный домен, проявляющий как гидрофобные, так и гидрофильные свойства. Эта амфипатическая спираль обеспечивает связывание белка VI с эндосомной мембраной, приводя к выраженному искривлению мембраны, что в конечном итоге разрушает эндосому. Эти изменения, а также токсичность пентонов, приводят к разрушению эндосомы и перемещению вириона в цитоплазму. После этого ДНК ассоциирует с молекулами гистонов, уже присутствующими в ядре, что позволяет ей взаимодействовать с транскрипционным аппаратом клетки-хозяина. Затем может происходить экспрессия вирусных генов без интеграции вирусного генома в хромосомы клетки-хозяина.

Репликация ДНК разделяет раннюю и позднюю фазы. После того как ранние гены обеспечили достаточное количество вирусных белков, репликационного аппарата и субстратов для репликации, может начаться репликация генома аденовируса. Терминальный белок, ковалентно связанный с 5'-концом генома аденовируса, служит праймером для репликации. Вирусная ДНК-полимераза использует механизм вытеснения цепи, в отличие от обычных фрагментов Оказаки, используемых при репликации ДНК млекопитающих, для репликации генома. Поздняя фаза жизненного цикла аденовируса направлена на производство достаточного количества структурных белков для упаковки всего генетического материала, образовавшегося в результате репликации ДНК (Ямамото и Шимоджо, 1971). MR – это процесс, при котором два или более генома вируса, несущих летальные повреждения, взаимодействуют внутри инфицированной клетки, формируя жизнеспособный вирусный геном. Такой MR был продемонстрирован для аденовируса 12 после облучения вирионов УФ-светом и последующего проведения множественного заражения клеток-хозяев.

Трансмиссия

Аденовирусы необычно устойчивы к химическим или физическим воздействиям и неблагоприятным условиям pH, что обеспечивает их длительное выживание вне организма и в воде. Аденовирусы распространяются главным образом через респираторные капли, однако также могут передаваться фекально-оральным путем и аэрозольным путем (воздушно-капельным путем). Исследования молекулярных механизмов, лежащих в основе передачи аденовирусов, предоставляют эмпирические доказательства в поддержку гипотезы о том, что рецепторы коксакивируса/аденовируса (CAR) необходимы для проникновения аденовирусов в определенные наивные/прогениторные типы клеток.

Люди

У людей, инфицированных аденовирусами, наблюдается широкий спектр проявлений – от полного отсутствия симптомов до тяжелых инфекций, характерных для аденовируса 14-го серотипа.

Животные

Аденовирус летучих мышей TJM (Bt AdV TJM) – новый вид рода Mastadenovirus, выделенный из *Myotis* и *Scotophilus kuhlii* в Китае. Он наиболее тесно связан с аденовирусами деревень и собак. Хорошо известны два типа аденовирусов собак, тип 1 и 2. Тип 1 (CAdV 1) вызывает инфекционный гепатит собак – потенциально смертельное заболевание, включающее васкулит и гепатит. Инфекция типа 1 также может вызывать респираторные и глазные инфекции. CAdV 1 также поражает лис (*Vulpes vulpes* и *Vulpes lagopus*) и может вызывать гепатит и энцефалит. Аденовирус 2 собак (CAdV 2) является одной из возможных причин кашля в питомниках. Основные вакцины для собак включают аттенуированный живой CAdV 2, который обеспечивает иммунитет к CAdV 1 и CAdV 2. CAdV 1 первоначально использовался в вакцине для собак, но отеки роговицы были распространенным осложнением. Аденовирус белок (SqAdV), по сообщениям, вызывает энтерит у красных белок в Европе, в то время как серые белки, по-видимому, устойчивы к нему. SqAdV наиболее тесно связан с аденовирусом морских свинок (GpAdV). Аденовирусы у рептилий изучены недостаточно, но исследования в настоящее время проводятся. Аденовирусы также вызывают респираторные инфекции у лошадей, крупного рогатого скота, свиней, овец и коз. Аденовирус 1 лошадей также может вызывать смертельное заболевание у иммунокомпрометированных арабских жеребят, проявляющееся в виде пневмонии и разрушения тканей поджелудочной и слюнных желез. Аденовирусы птиц связаны со многими заболеваниями домашней птицы, такими как гепатит с тельцами включения, гидроперикардиальный синдром, синдром падения яйценоскости, бронхит перепелов, эрозия зобу и множеством респираторных заболеваний. Они также были выделены из диких черных коршунов (*Milvus migrans*). Аденовирус тити был выделен из колонии обезьян тити.

Профилактика

В настоящее время существует вакцина против аденовируса типов 4 и 7, предназначенная исключительно для военнослужащих США. Военнослужащие США получают эту вакцину, поскольку у них может быть повышенный риск заражения. Вакцина содержит живой вирус, который может выделяться с фекалиями и приводить к распространению инфекции. Вакцина не одобрена для использования за пределами армии, так как не была протестирована и изучена в общей популяции или у людей с ослабленной иммунной системой. В прошлом новобранцы вооруженных сил США вакцинировались против двух серотипов аденовируса, что привело к соответствующему снижению заболеваемости, вызванной этими серотипами. Эта вакцина больше не производится. 31 октября 2011 года Командование медицинских исследований и материального обеспечения армии США объявило, что новая вакцина против аденовируса, заменяющая устаревшую версию, не выпускавшуюся более десяти лет, была отправлена в учебные центры 18 октября 2011 года. Дополнительную информацию можно найти здесь. Профилактика аденовирусной инфекции, а также других респираторных заболеваний, включает частое мытье рук в течение более 20 секунд, избегание прикосновения к глазам, лицу и носу немытыми руками и избегание тесного контакта с людьми, имеющими симптомы аденовирусной инфекции. Людям с симптоматической аденовирусной инфекцией дополнительно рекомендуется кашлять или чихать в локоть или руку, а не в ладонь, не делиться стаканами и столовыми приборами и воздерживаться от поцелуев. Хлорирование воды в бассейнах может предотвратить вспышки конъюнктивита, вызванного аденовирусом. В лаборатории аденовирус можно идентифицировать с помощью определения антигена, полимеразной цепной реакции (ПЦР), выделения вируса и серологических исследований. Даже если аденовирус обнаружен, он может не быть причиной каких-либо симптомов. Некоторые люди с ослабленным иммунитетом могут выделять вирус в течение нескольких недель, не проявляя при этом никаких симптомов.

Инфекции

Большинство инфекций, вызванных аденовирусом, приводят к инфекциям верхних дыхательных путей. Аденовирусные инфекции часто проявляются в виде конъюнктивита, тонзиллита (который может выглядеть точно так же, как стрептококковая ангина и не может быть отличим от нее, кроме как с помощью мазка из горла), отита или крупа. Аденовирусы типов 40 и 41 также могут вызывать гастроэнтерит. Сочетание конъюнктивита и тонзиллита особенно часто встречается при аденовирусных инфекциях. У некоторых детей (особенно самых маленьких) может развиться аденовирусный бронхиолит или пневмония, оба из которых могут быть тяжелыми. У младенцев аденовирусы также могут вызывать приступы кашля, которые почти неотличимы от коклюша. Аденовирусы также могут вызывать вирусный менингит или энцефалит. Редко аденовирус может вызывать геморрагический цистит (воспаление мочевого пузыря – форма инфекции мочевыводящих путей – с кровью в моче). Большинство людей выздоравливают от аденовирусных инфекций самостоятельно, но люди с иммунодефицитом иногда умирают от этих инфекций, и – в редких случаях – даже ранее здоровые люди могут умереть от них. Это может быть связано с тем, что аденовирусная инфекция иногда может приводить к сердечным заболеваниям. Например, в одном исследовании в некоторых образцах сердечной ткани пациентов с дилатационной кардиомиопатией был обнаружен аденовирус 8 типа. Аденовирусы часто передаются воздушно-капельным путем (например, с помощью аэрозолей), но также могут передаваться при контакте с инфицированным человеком или через вирусные частицы, оставшиеся на предметах, таких как полотенца и краны. Некоторые люди с аденовирусным гастроэнтеритом могут выделять вирус со стулом в течение нескольких месяцев после исчезновения симптомов. Вирус может передаваться через воду в бассейнах, недостаточно хлорированную. Как и при многих других заболеваниях, тщательное мытье рук – один из способов предотвратить передачу аденовирусов от человека к человеку. Высокая температура и отбеливатель уничтожают аденовирусы на поверхностях.

Лечение

Нет доказанных противовирусных препаратов для лечения аденовирусных инфекций, поэтому лечение в основном направлено на облегчение симптомов (например, ацетаминофен от лихорадки). Антивирусный препарат цидофовир оказывал помощь некоторым пациентам с тяжелыми формами заболевания; однако источник не предоставляет информации о количестве пациентов, степени улучшения, конкретных осложнениях или симптомах, при которых он был эффективен, а также о времени и месте применения. При конъюнктивите врач может назначить антибактериальные глазные капли, ожидая результатов бактериального посева, и для профилактики вторичных бактериальных инфекций. В настоящее время вакцина от аденовируса не доступна для широкой публики, но она имеется в распоряжении вооруженных сил США для защиты от типов 4 и 7.

Генная терапия

Аденовирусы давно стали популярным вирусным вектором для генной терапии благодаря их способности инфицировать как реплицирующиеся, так и нереплицирующиеся клетки, вмещать крупные трансгены и кодировать белки без интеграции генетического материала в геном клетки-хозяина. В частности, они используются как средство доставки таргетной терапии в форме рекомбинантной ДНК или белка. Эта терапия оказалась особенно эффективной при лечении моногенных заболеваний (например, муковисцидоза, X-связанного SCID, дефицита альфа-1 антитрипсина) и рака. Специфические модификации фибробелков используются для нацеливания аденовируса на определенные типы клеток; прилагаются значительные усилия для ограничения гепатотоксичности и предотвращения полиорганной недостаточности. Аденовирусный додекаэдр может служить эффективной платформой для доставки чужеродных антигенов в миелоидные дендритные клетки человека (MDC), которые затем эффективно представляют эти антигены M1-специфичным CD8+ T-лимфоцитам. Проблема безопасности, связанная с аденовирусами, заключается в том, что они могут вызывать иммунный ответ с последующей воспалительной реакцией, как это произошло в случае смерти Джесси Гелсингера в 1999 году. Для снижения этого риска геном вирусных генов был модифицирован путем удаления некоторых вирусных генов. Одной из таких модификаций является создание "gutless" вектора, удаляющего почти весь вирусный геном. Аденовирусы использовались для доставки систем редактирования генов CRISPR/Cas9, однако высокая иммунная реактивность на вирусную инфекцию создает трудности при их применении у пациентов.

Вакцины

Модифицированные (рекомбинантные) векторы аденовирусов, включая репликационно-дефицитные типы, могут доставлять ДНК, кодирующую специфические антигены. Аденовирусы использовались для производства вакцин против COVID-19 на основе вирусных векторов. "В четырех вакцинах-кандидатах против COVID-19 Ad5 выступает в роли "вектора" для переноса гена поверхностного белка SARS-CoV-2". Цель состоит в генетической экспрессии спайк-гликопротеина коронавируса, вызывающего тяжелый острый респираторный синдром 2 (SARS-CoV-2). Вакцина Oxford–AstraZeneca против COVID-19, получившая одобрение для применения, использует репликационно-дефицитный вектор аденовируса шимпанзе (ChAdOx1). В вакцине Janssen против COVID-19 используется модифицированный рекомбинантный аденовирус 26 типа (Ad26). ImmunityBio и UQ CSL V451. Препарат Gam-COVID-Vac (также известный как Sputnik V) является инновационным, поскольку в первый день используется вакцина на основе Ad26, а на 21-й день – вакцина на основе Ad5. Еще один пример – ChAd SARS-CoV-2 S; сообщается, что вакцина предотвратила инфицирование SARS-CoV-2 у мышей, генетически модифицированных для экспрессии человеческих рецепторов ACE2 (hACE2), предположительно рецепторов, обеспечивающих проникновение вируса в клетки. Возможные проблемы, связанные с использованием аденовирусов в качестве векторов вакцин, включают: развитие иммунитета к самому вектору в организме человека, что затрудняет или делает невозможным последующие бустерные прививки. В некоторых случаях у людей уже имеется пресуществующий иммунитет к аденовирусам, что снижает эффективность доставки вектора.

Опасения по поводу ВИЧ-инфекции

Использование вакцин Ad5 для профилактики COVID-19 вызвало обеспокоенность у исследователей, имевших опыт двух неудачных испытаний вакцин Ad5 – Phambili и STEP – из-за повышенного риска заражения ВИЧ-1 у мужчин, не прошедших обрезание, при незащищенном анальном сексе. В то время был сделан вывод о том, что повышенный риск заражения ВИЧ может наблюдаться при использовании любой векторной вакцины на основе Ad5. В октябре 2020 года эти исследователи написали в The Lancet: «Основываясь на этих данных, мы обеспокоены тем, что использование вектора Ad5 для иммунизации против SARS-CoV-2 может аналогичным образом увеличить риск заражения ВИЧ-1 среди мужчин, получающих вакцину». Вакцины, использующие другие технологии, не будут затронуты, но это касается вакцин Sputnik V, Convidecia и hAd5 от ImmunityBio. Два исследования показали, что CD4 Т-клетки, специфичные к Ad5, более восприимчивы к заражению ВИЧ, чем CD4 Т-клетки, специфичные к другим векторам, таким как цитомегаловирус и оспа канареек. Для сравнения, в статье, опубликованной в Science, сообщалось, что Китай одобрил вакцину против Эболы от CanSino, основанную на векторе Ad5. Она была протестирована в Сьерра-Леоне, где наблюдается высокая распространенность ВИЧ, что повышает вероятность выявления подобных проблем. Генеральный директор CanSino заявил, что «мы не обнаружили ничего подобного в ходе испытаний вакцины против Эболы», и предположил, что восприимчивость к ВИЧ может быть ограничена вакцинами Ad5, которые производят белки ВИЧ. В исследовании, опубликованном в The Lancet в мае, исследователи компании признали эту возможность, назвав ее «спорной» и заявив, что будут следить за ней в ходе клинических испытаний своей вакцины-кандидата против COVID-19. Неизвестно, в какой степени дискриминация в отношении ЛГБТ в Сьерра-Леоне могла способствовать сокрытию возможной причинно-следственной связи в ходе испытания вакцины против Эболы; в то время как в исследовании STEP участвовали преимущественно гомосексуальные и бисексуальные мужчины, в исследовании Phambili участвовали преимущественно гетеросексуальные мужчины и женщины, и тем не менее была выявлена очевидная связь.