Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) относится к ретровирусам. Основу ретровирусов составляет рибонуклеиновая кислота (РНК). Название «ретровирус» связано с тем, что в процессе репликации для синтеза ДНК эти вирусы используют механизм обратной транскрипции собственной РНК. Для завершения этого процесса ВИЧ использует ферментобратную транскриптазу (ОТ). Неслучайно этот фермент является главной мишенью противовирусной (или антиретровирусной) терапии. Наиболее распространенным типом ВИЧ является тип 1 (ВИЧ-1). ВИЧ-1 содержит 9749 нуклеотидов и имеет примерно такие же размеры, как и остальные ретровирусы. ВИЧ-1 дополнительно разделяется на подтипы (известные также как штаммы), обозначаемые латинскими буквами от А до К (объединенные в группу М), N и О. Более 98% случаев ВИЧ-инфекции в США вызваны подтипом В. Идентифицирован также вирус иммунодефицита человека 2-го типа (ВИЧ-2), который также способен вызывать СПИД, тем не менее в Соединенных Штатах эпидемии вируса этого типа не отмечено. Первоначально считалось, что ретровирусы неспособны вызывать болезни у человека. Эпидемия ВИЧ/СПИДа изменила это представление.

Геном ВИЧ-1 имеет девять открытых считываемых фрагментов, хотя образуется 15 протеинов. К структурным генам относятся gag, pol и env. Ген gag и комплекс gag-pol кодируют крупные полипротеины. Эти полипротеины расщепляются протеазой, которая является частью полипротеина Pol. Полипротеин Gag расщепляется на четыре протеина, обнаруживаемых в зрелых вирионах: матрикс (MA), капсид (КА), нуклеокапсид (НК) и рб (капсидный белок). Полипротеин Pol расщепляется на протеазу (ПР) (мишень для антиретровирусной терапии), обратную транскриптазу и интегразу (ИН). Ген env кодирует оболочечный гликопротеин gpl60 (из которого образуются gpl20 и gp41). К регуляторным генам относятся tat, rev, nef, vpr, vif и vpu. Ген tat (трансактиватор транскрипции) является положительным активатором синтеза вирусных протеинов и продуцирует протеин Tat, который, как известно, обладает прямым нейротоксическим эффектом. Ген vpr (вирусный протеин R) кодирует протеин, который может связывать глюкокортикоидные рецепторы, повышая резистентность к глюкокортикоидам и усиливая стимуляцию лимбико-гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой оси. Известно, что vif (фактор инфективности вириона) контролирует инвазивную способность вируса; протеин Vif необходим для продуцирования вызывающего инфекцию вируса, поскольку он ингибирует антивирусный метаболический путь в клетках, который проходит с участием фермента хозяина, называемого APOBEC3G. Протеины Rev (регулятор экспрессии протеина вириона) и Nef (негативный регуляторный фактор) участвуют в репликации вируса. Vpu (вирусный протеин и) среди прочих функций усиливает высвобождение вирусных частиц из клетки-хозяина.

Оболочечный гликопротеин ВИЧ-1, именуемый gpl60 (молекулярная масса 160 кило- дальтон (кД)), состоит из двух протеинов: поверхностной части gpl20 и трансмембранной части gp41. Поверхностная часть gpl20 имеет большое значение, потому что она взаимодействует с основной мишенью ВИЧ-1 — CD4+-T- клетками, т. н. «хелперами», играющими важную роль в функционировании иммунной системы. Протеин gpl20 способствует ВИЧ-инфицированию СБ4-клеток путем связывания с CD-рецепторами, после которого следуют изменения конформации, а затем происходит связывание с корецепторами поверхности клетки. К таким корецепторам относятся хемокиновые рецепторы цистеин-цистеин-5 (CCR5) (на моноцитах и макрофагах) и рецептор цистеин-Х-цистеи- на-4 (CXCR4). Затем gp41 меняет свою конформацию, что приводит к активации слияния между поверхностной мембраной лимфоцитов CD4 и гликопротеиновой оболочкой вируса. Именно благодаря этому механизму ядро вируса проникает в клетку. Как только ядро вируса проникает в клетку-хозяина, оно перемещается в ядро. Дальше возможны два варианта последствий. В клетке начинается процесс продуктивного заражения, либо клетка интегрирует ВИЧ-1 в собственный геном (путем интегрирования ДНК в геномную РНК ВИЧ-1). В последнем случае вирус переходит в латентное (неактивное) состояние (становится «провирусом»).

Разнообразные факторы могут реактивировать вирус из латентного состояния, вызывая его репликацию. Латентность прекращается, если СD4-клетка стимулируется при нормальной иммунной реакции. Одним из стимуляторов реактивации репликации из латентного состояния является ядерный фактор NF-каппа В (NFKB), фактор транскрипции хозяина. Известно, что латентное состояние устанавливается во многих клетках и тканях (включая лимфоциты С04+-Т-хелперы в периферической крови и макрофаги в тканях головного мозга). При реактивации вируса, пребывающего в латентном состоянии, информационные РНК вирусов (мРНК) считываются, белки вирусов транслируются (синтезируются) и образуются полные вирионы. Эти вирионы почкуются на поверхности CD4- клетки, что приводит к гибели ее путем лизиса.

Кроме описанных выше протеинов гликопротеиновой оболочки, вирус имеет также капсидные белки сердцевины хромосомы, включая р24, р17, р7 и р6. Из них лучше всего был изучен р24 (молекулярная масса 24 кД); на более ранней стадии эпидемии определяли количество этого белка с целью оценить вероятность прогрессирования ВИЧ-инфекции. Уровень выработки основного антигена убедительно коррелировал с уровнем продуцирования полных вирионов. Таким образом, этот показатель использовался для косвенной оценки интенсивности репликации вируса, напрямую связанной с вероятностью клинического прогрессирования заболевания. Фактически до обычного применения метода количественного определения копий РНК ВИЧ-1 («вирусная нагрузка») в плазме крови казалось, что количественное определение антигена р24 — улучшенное путем использования кислоты для расщепления комплексов антиген-антитело («сложный антиген») до измерения — подает большие надежды как показатель репликации вируса и косвенно клинического прогрессирования болезни. Этот метод все еще применим, и в настоящее время рекомендуется как косвенный маркер вирусной нагрузки в плазме крови в условиях ограниченных ресурсов в мировом масштабе.