ВОПРОСЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯВОПРОСЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ НОВЫХ ВИРУСНЫХ ИНФЕКЦИЙ НОВЫХ ВИРУСНЫХ ИНФЕКЦИЙ

И И РОЛЬ БИОИНФОРМАТИКИ В РОЛЬ БИОИНФОРМАТИКИ В

РЕШЕНИИ ИХ ПРИЧИН РЕШЕНИИ ИХ ПРИЧИН

Клестова Зинаида Сергеевна, Клестова Зинаида Сергеевна, доктор ветеринарных наук, доктор ветеринарных наук,

Заведующая отделом, ученый секретарь, Заведующая отделом, ученый секретарь, Институт ветеринарной медицины УААН,Институт ветеринарной медицины УААН,

Член Правления ЕвросайенсЧлен Правления Евросайенс

E-mail: zklestova@yandex.ruE-mail: zklestova@yandex.ru

Вирусы, вирусология, вирусные Вирусы, вирусология, вирусные инфекцииинфекции

ВирусВирус - облигатный внутриклеточный паразит, способный - облигатный внутриклеточный паразит, способный вызывать инфекционные болезни. вызывать инфекционные болезни. Не имеетНе имеет:: клеточного клеточного строения и белоксинтезирующей системы, строения и белоксинтезирующей системы, имеетимеет :из :из нуклеиновых кислот – либо ДНК, либо РНК, белковую нуклеиновых кислот – либо ДНК, либо РНК, белковую оболочку (суперкапсид).оболочку (суперкапсид).

ВирусологияВирусология – раздел биологической науки, изучающий – раздел биологической науки, изучающий вирусы, а также болезни, которые они вызывают.вирусы, а также болезни, которые они вызывают.

Вирусные инфекционные заболеванияВирусные инфекционные заболевания — это группа  — это группа заболеваний, вызываемых проникновением в организм заболеваний, вызываемых проникновением в организм патогенных (болезнетворных) вирусов.патогенных (болезнетворных) вирусов.

Размышления о возможных потенциях Размышления о возможных потенциях для возникновения вирусных инфекцийдля возникновения вирусных инфекций

По данным По данным ICTV 2005ICTV 2005 известно 6000 вирусов известно 6000 вирусов классифицированных в 1950 видов, что составило 391 классифицированных в 1950 видов, что составило 391 таксономическую единицу.таксономическую единицу.

Однако, по данным Однако, по данным GenBankGenBank найдено еще 3142 найдено еще 3142 неклассифицированных (по спискам 2005 г.) вирусанеклассифицированных (по спискам 2005 г.) вируса..

За 20 лет (с 1982 по 2002 год) За 20 лет (с 1982 по 2002 год) GenBankGenBank увеличил число увеличил число сохраненных сиквенсов с 1 млн до 42 млн.сохраненных сиквенсов с 1 млн до 42 млн.

Схематические примеры структур некоторых вирусовСхематические примеры структур некоторых вирусов

Структура вириона неикосаэдрического Структура вириона неикосаэдрического оболочечного вируса на примере оболочечного вируса на примере ВИЧВИЧ..Цифрами обозначены: (1) РНК-геном Цифрами обозначены: (1) РНК-геном вируса, (2) нуклеокапсид, (3) капсид, вируса, (2) нуклеокапсид, (3) капсид, (4) белковый матрикс, (5) (4) белковый матрикс, (5) липидная мембраналипидная мембрана, (6) gp120 — , (6) gp120 — гликопротеин, связывает вирус с гликопротеин, связывает вирус с клеточной мембранойклеточной мембраной

Иикосаэдрические вирионы: А. Вирус, не имеющий липидной оболочки (например, пикорнавирус).B. Оболочечный вирус (например, герпесвирус).

)

Палочковидная частица вируса табачной мозаики.Цифрами обозначены: (1) РНК-геном вируса, (2) капсомер, состоящий всего из одного протомера, (3) зрелый участок капсида.

Представители разных семейств вирусов, Представители разных семейств вирусов, вид под электронным микроскопомвид под электронным микроскопом

Что такое эмерджентные Что такое эмерджентные инфекционные болезни?инфекционные болезни?

Эмерджентной болезнью является:Эмерджентной болезнью является:• новая инфекция, являющаяся результатом новая инфекция, являющаяся результатом эволюции или изменчивости существующего эволюции или изменчивости существующего патогенного агента;патогенного агента;

• известная инфекция, распространяющаяся на известная инфекция, распространяющаяся на новую географическую зону или популяцию;новую географическую зону или популяцию;

• новый, ранее неизвестный агент или новый, ранее неизвестный агент или заболевание, диагностированное впервые, заболевание, диагностированное впервые, которые оказывают значительное влияние на которые оказывают значительное влияние на здоровье животных или людей здоровье животных или людей

««International Animal Health Code – 2006International Animal Health Code – 2006»»

Эмерджентные и реэмерджентные инфекции. Эмерджентные и реэмерджентные инфекции. Зоонозные и Зоонозные и

зооантропонозные инфекции зооантропонозные инфекции у новых хозяев: животных и у новых хозяев: животных и людейлюдей..

Биологические агенты, Биологические агенты, выделенные от выделенные от инфицированных в новых инфицированных в новых экологических нишахэкологических нишах..

Впервые выделенные Впервые выделенные природные, ранее природные, ранее неизвестные патогены от неизвестные патогены от инфицированного инфицированного организмаорганизма..

Появление при инфекциях Появление при инфекциях вновь ранее вновь ранее иррадицированных иррадицированных патогеновпатогенов..

Причина инфекций – Причина инфекций – появление случайно или появление случайно или специально созданных специально созданных биоинженерным путем биоинженерным путем микроорганизмовмикроорганизмов..

Из Из 14071407 известных известных патогенов человекапатогенов человека 816 816 являются зоонозамиявляются зоонозами

68 - 75% 68 - 75% эмерджентных инфекций эмерджентных инфекций человека вызваны зоонозамичеловека вызваны зоонозами

Эмерджентные Эмерджентные вирусные болезни свинейвирусные болезни свиней19801980 Рубулавирусная инфекция Рубулавирусная инфекция

свиней, болезнь «голубой глаз»свиней, болезнь «голубой глаз»Рубулавирус свиней (РубВС, Рубулавирус свиней (РубВС, сем. сем. ParamyxoviridaeParamyxoviridae

МексикаМексика

19861986 Респираторная коронавирусная Респираторная коронавирусная инфекцияинфекция

Респираторный коронавирус Респираторный коронавирус свиней (РКВС),свиней (РКВС), сем.сем.CoronaviridaeCoronaviridae

Бельгия, Бельгия, Франция, СШАФранция, США

19819888--19901990

Репродуктивно-респираторный Репродуктивно-респираторный синдром (РРСС), болезнь «синее синдром (РРСС), болезнь «синее ухо», таинственная болезньухо», таинственная болезнь

Вирус РРССВирус РРСС, , сем. сем. ArteriviridaeArteriviridae

США, Канада США, Канада Германия(1990)Германия(1990)

19971997 ЦирковирусЦирковирусные болезни ные болезни свиней (ЦБС)свиней (ЦБС)

Цирковирус свиней тип 2Цирковирус свиней тип 2 (ЦВ(ЦВC-C-2)2), сем., сем. Circoviridae Circoviridae

Канада, СШАКанада, США

19971997 Безсимптомная Безсимптомная инфекцияинфекция

Свиной вирус гепатита Е Свиной вирус гепатита Е (СВГЕ)(СВГЕ) сем. сем. HepeviridaeHepeviridae

СШАСША

19971997 Menagle-Menagle-болезньболезнь MenagleMenagle-вирус, -вирус, сем. сем. ParamyxoviridaeParamyxoviridae

АвстралияАвстралия

19981998 Грипп свинейГрипп свиней Эмерджентный вирус гриппа Эмерджентный вирус гриппа свиней Н3свиней Н3NN2, 2, H1N2H1N2 сем. сем. OrthomyxoviridaeOrthomyxoviridae

СШАСША

1998-1998-19991999

Респираторно-Респираторно-неврологический синдромневрологический синдром,,

NipahNipah-вирус, -вирус, сем. сем. ParamyxoviridaeParamyxoviridae

Малайзия, Малайзия, СингапурСингапур

2007-2007-20092009

Африканская чума свинейАфриканская чума свиней Вирус африканской чумы Вирус африканской чумы свиней Сем.свиней Сем. Asfarviridae Asfarviridae

Грузия, Грузия, кавказский кавказский

регионрегион

Экономический ущерб от Экономический ущерб от цирковирусной болезни цирковирусной болезни

свинейсвинейВ настоящее время цирковирусная болезнь свиней В настоящее время цирковирусная болезнь свиней является является глобальной глобальной эпизоотией , наносящей эпизоотией , наносящей огромный ущерб промышленному свиноводству .огромный ущерб промышленному свиноводству .

В Европе ежегодно поражается до 8 млн. поросятВ Европе ежегодно поражается до 8 млн. поросят и и свиней.свиней.

Общий экономический ущерб в странах Европейского Общий экономический ущерб в странах Европейского сообщества ежегодно составляет от 562 до 900 млн. сообщества ежегодно составляет от 562 до 900 млн. евро.евро.

(“(“NoteNote PCV2 Meeting”, Brussels, May 15, 2003PCV2 Meeting”, Brussels, May 15, 2003))..

Вирус гриппа A/H1N1 под Вирус гриппа A/H1N1 под электронным микроскопомэлектронным микроскопом и схема и схема

строения. строения. (диаметр(диаметр вирусавируса — 80-120  — 80-120 нмнм))

Region Cumulative total as of 31 July 2009

  Cases* Deaths

WHO Regional Office for Africa (AFRO) 229 1

WHO Regional Office for the Americas (AMRO) 98242 1008

WHO Regional Office for the Eastern Mediterranean (EMRO) 1301 1

WHO Regional Office for Europe (EURO) 26089 41

WHO Regional Office for South-East Asia (SEARO) 9858 65

WHO Regional Office for the Western Pacific (WPRO) 26661 39

  Grand Total 162380   1155  

SARSSARS

«Атипичная пневмония" или тяжёлый острый «Атипичная пневмония" или тяжёлый острый респираторный синдром (ТОРС) или Severe Acute респираторный синдром (ТОРС) или Severe Acute

Respiratory Syndrome (SARS) (2002-2004): Respiratory Syndrome (SARS) (2002-2004): 32 страны, 8500 - заболевших, 800 - умерших32 страны, 8500 - заболевших, 800 - умерших

Матрица сравнения полного генома вируса SARS c геномами других коронавирусовPOL gene %

1. Sars 100.00

2.bov-ent 60.87 Bovine coronavirus /isolate="BCoV-ENT"

3.mhv-a59 60.58 Murine coronavirus MHV (strain A59)

4.mhv-2 60.47 Murine hepatitis virus (strain 2)5.mhv-ml1 60.47 Murine hepatitis virus (strain ML-11)6.mhv-ml0 60.40 Murine hepatitis virus (strain ML-10)7.mhv-pen 60.25 Murine hepatitis virus (strain Penn 97-1)8.mhv-jhm 59.85 Murine coronavirus MHV (strain JHM)9.por-cv 55.12 Porcine epidemic diarrhea virus /strain="CV777"

10.por-pur 54.51 Porcine transmissible gastroenteritis (Purdue)

11.hum-229 54.47 Human coronavirus (strain 229E)12.avi-bea 53.75 Avian infectious bronchitis virus /Beaudette

Усредненная степень подобия : 67.95 %

Причины появления Нипа Причины появления Нипа инфекцииинфекции

НосителиНосителиФруктоядные Фруктоядные

летучие мышилетучие мыши

Передача вируса НипаПередача вируса Нипа

ЛЕТУЧИЕ ЛЕТУЧИЕ МЫШИМЫШИ СВИНЬИ

ЛЮДИ

?

?

Выявлен новый вида ареновирусов, ставший Выявлен новый вида ареновирусов, ставший причиной заболевания в 2008 г. гемморагической причиной заболевания в 2008 г. гемморагической

лихорадкой в Южной Африке и Замбиилихорадкой в Южной Африке и Замбии

новый аренавирус – новый аренавирус – это отдалённый это отдалённый родственник вируса родственник вируса лихорадки Ласса и лихорадки Ласса и вируса вируса лимфоцитарного лимфоцитарного хориоменингитахориоменингита ((выявлен в течение 72 выявлен в течение 72 часов с момента его часов с момента его появления). появления).

Причины эмерджентности инфекцийПричины эмерджентности инфекций

Изменчивость вирусов и их эволюция: Точковые мутации (квази-виды)• Рекомбинация• Реассортация• Адаптация•Постоянная эволюция

Деятельность людей:• Глобализация торговли, туризма, путешествий• Транспорт•Биопрепараты (вакцины)• Промышленные или обычные агросистемы• Крупные проекты по мелиорации, вырубка лесов и т.п.

Климатические и экологические изменения:• Изменение климата, глобальное потепление• Изменение экологии• Экспансия популяции животных (особенно летающих)

Эмерджентные инфекционные болезни Эмерджентные инфекционные болезни (ЭИБ) и некоторые факторы, (ЭИБ) и некоторые факторы,

направляющие их эмерджентность направляющие их эмерджентность

ЭИБ диких животных

ЭИБ человека

ЭИБ домашних животных

Технологии и индустрия

Международные путешествия УрбанизацияБиомедицинские манипуляции

Вторжение людейEx situ контактЭкологические манипуляции

Перемещения

Вторжения

Интродукция

Интенсификация сельского хозяйства

Биологические основы и факторы Биологические основы и факторы эмерджентности вирусных болезней в эмерджентности вирусных болезней в

популяциях животныхпопуляциях животных

Агент (возбудитель)

Инфекция

Хозяин

Окружающая среда

Факторы:Патогенность

ВирулентностьСпособ передачи

ИммуногенностьСтабильность:Генетическая ,

антигенная, устойчивость во

внешней среде

Факторы: Генотип, вид, порода, пол, возраст. Плотность популяции, состав популяции, популяционный иммунитет, восприимчивость, чувствительность

Факторы: климат, способ ведения хозяйства, условия содержания и кормления, стрессы

ГриппГрипп -- 1918 1918 Торговые пути и путешествия сегодня

Сравнение торговых путей в 1918 г. и на сегодняшний день

Тенденция роста популяцииТенденция роста популяции человекачеловека

Развивающиеся страны

Развитые страны

706560551950 75 80 85 90 95 2000 05 10 150

1

2

3

4

5

6

7

8Billions

TotalGlobal Population: 1950-2015

Source: US Bureau of the Census

Потребность продуктов Потребность продуктов питания к 2020 году питания к 2020 году увеличится на 70 %увеличится на 70 %

птицыптицы

Плотность популяцииПлотность популяции

людейлюдей

Глобальное потеплениеГлобальное потепление

Изменение экосистемИзменение экосистемЭкономическое развитие и использование землиЭкономическое развитие и использование земли

Ассоциация субметацентрических хромосом лимфоцита инфицированного ротавирусом

поросенка-гнотобиота, а – контроль.

а

Нарушения в строении хромосом лимфоцитов поросят, инфицированных ротавирусом

ба

Биоинформа́тика  — одна из дисциплин биологии, применяющая компьютерные методы для решения

биологических задач, в том числе молекулярной биологии, в основном для анализа разных последовательностей

(аминокислотных, нуклеотидных).

Возникла в 1976-1978 годах, окончательно оформилась в 1980 году с выходом специального выпуска журнала «Nucleic Acid Research» (NAR).

Биоинформатика включает в себя:

•базы данных, в которых хранится биологическая информация ,

• набор инструментов для анализа тех данных, которые лежат в таких базах,

• правильное применение компьютерных методов для правильного решения биологических задач.

БиоинформатикаБиоинформатика

Основные вехи достижений биологических технологий Основные вехи достижений биологических технологий и биоинформатикии биоинформатики

Применение современной Применение современной биоинформатикибиоинформатики

Анализ генетических Анализ генетических последовательностей,последовательностей,

Аннотация геномов (маркировка генов и Аннотация геномов (маркировка генов и др. объектов в последовательности ДНК)др. объектов в последовательности ДНК)

Вычислительная эволюционная Вычислительная эволюционная биология (в т.ч. филлогенетический биология (в т.ч. филлогенетический анализ),анализ),

Оценка биологического разнообразия.Оценка биологического разнообразия.

Благодарю за

внимание !