Белковая оболочка вируса предохраняющая его нуклеиновую кислоту

· Состоит из многократно повторяющихся полипептидных цепей ( белков ) – капсомеров одного или нескольких типов , но не больше 6 ( для каждого вируса существует свой набор белков )

v Капсид вируса табачной мозаики ( ВТМ ) состоит из двух типов белковых молекул – гемагглютининов ( с их помощью вирус прикрепляется к клеточной оболочке ) и нейраминидаз ( блокируют защитные свойства клеточных мембран , когда вирусу необходимо проникнуть в клетку или выйти из неё ) ; клетки организма при встрече с вирусом продуцируют спецефические антитела против белков его капсида

v Вирусы способны менять белки капсида на протяжении нескольких лет , т. е. способны к эволюционному адаптациогенезу ( поэтому образовавшиеся ранее иммунные антитела уже не действуют на них )

q Защита НК ( генома ) от действия нуклеаз клетки-хозяина , разрушающих НК вируса , ультрафиолетового излучения ; блокировка защитных свойств клеточных мембран ( клетки организма при встрече с вирусом продуцируют спецефические антитела против антигенных белков капсида )

q Узнавания нужного типа клеток ( вирусы обладают спецефичностью поражения строго определённых клеток например , вирус оспы и кори поражает кожу , вирус жёлтой лихорадки – печень , вирус бешенства – мозг , ретровирусы – клетки крови )

q Прикрепление к клеточной оболочке и проникновение вируса внутрь клетки

q Антигенные свойства

Внешнее строение вирусов

· Капсиды вирусов построены по одному из двух типов симметрии ( обеспечение оптимальной в энергетическом плане формы капсида ) :

q Спиральная симметрия ( большинство вирусов растений и некоторые бактериофаги )

- капсид имеет форму продолговатых палочек , внутри находится спирально закрученная НК , покры

тая спирально расположенными идентичными капсомерами , образуя с НК единую целостную структуру – нуклеокапсид

q Кубическая симметрия : ( большая часть вирусов , вызывающих инфекции у человека и животных )

§ Форма икосаэдра – имеет 20 треугольных граней ( аденовирусы , вирус полиомиелита )

§ Форма додекаэдра – имеет 12 пятиугольных граней ( капсомеров ) – вирусы полиомы и герпеса

q У некоторых бактериофагов имеется икосаэдрическая головка и хвост , обладающий спиральной симметрией

· Ряд вирусов помимо НК и белков капсида содержат также липопротеидную мембрану , углеводы и ферменты , поэтому все вирусы подразделяются на две группы :

q Простые вирусы – имеют в составе только НК и белок

q Сложные вирусы ( ретровирусы ) – имеют помимо НК и капсида липопротеидную мембрану , углеводы и ферменты ( от лат. retro – назад , обратно ) ; впервые выделены в 1978 г. из Т- лимфоцитов

- нуклепротеид этих вирусов содержит две молекулы РНК и несколько молекул фермента обратной

- нуклеопротеид ( НК и белки ) этих вирусов заключён в защитную внешнюю оболочку , образованную из гликопротеинов или липопротеинов вирусного происхождения и двойного липидного слоя заимствованного из плазматической или ядерной мембраны клетки-хозяина при выходе вируса во внеклеточную среду ( внешняя оболочка может иметь другой тип симметрии , нежели сам вирус )

- к этой группе вирусов относятся онковирусы или опухолеродные ( вызывают рак ) , вирус СПИДа , рабдовирусы , вирус оспы , гриппа , бешенства

· Современная классификация вирусов основана на виде и форме их НК , типе симметрии и наличии или отсутствии внешней оболочки

Бактериофаги ( фаги )

· Открыты одновременно во Франции и Англии в 1917 г.

· Из всех вирусов имеют наиболее сложное строение

· Живут и размножаются только в клетках бактерий , вызывая их гибель ( холеры , брюшного тифа , дизентерии и проч., всего около 100 видов ) ; фаги обладают строгой спецефичностью, поражая только бактерии определённого вида ; особенно богат фагами кишечник человека и животных

· Имеют капсид , включающий :

· икосаэдрическую головку из белка ( содержит генетический материал – ДНК или РНК )

- полый стержень из сократительных белков для проникновения через клеточную стенку и инъекции НК фага внутрь клетки бактерии

- опорная пластинка с шестью длинными нитями ( фибриллами ) – обеспечивает абсорбцию бактериофага на клетке- хозяине

· Вирусы разделяются на :

q Вирусы растений ( фитовирусы ) - все относятся к рибовирусам ( РНК –содержащие )

q Вирусы животных

q Вирусы человека ( около 500 видов )

q Бактериофаги ( около 100 видов )

· Не обнаружены вирусы у змей , моллюсков , лишайников , грибов , дрожжей , хвойных , водорослей

Действие вируса на клетку

· Складывается из трёх этапов :

1. Проникновение вируса внутрь клетки – хозяина ( начало инфекционного процесса ) ; имеются различные механизмы этого процесса :

q Рецепторный механизм ( путём эндоцитоза – фаго- и пиноцитоза ) ; характерен для вирусов животных клеток , не имеющих клеточной стенки

- связывание вируса с белком рецептором на поверхности мембраны клетки и образование комплекса вирус – рецептор мембраны ( белок узнаётся вирусом с помощью с помощью специального белка-акцептора в капсиде )

- абсорбция мембраной и погружение комплекса в цитоплазму клетки ( образование вакуоли с вирусом и транспорт её внутри клетки )

q В клетки растений вирусы проникают только в случае механических повреждения целостности покровов и клеточных стенок ( ранении) , т. к. фитовирусам приходиться проходить ещё и через прочную целлюлозную клеточную стенку ( разносчиками этих вирусов могут членистоногие–насекомые)

q Метод инъекции ( характерен для бактериофагов )

- поиск и присоединение фага к спецефическим рецепторам мембраны бактериальной клетки с помо-

. щью опорной пластинки с нитями ( абсорбция фага на мембране клетки–хозяина )

- растворение части оболочки бактерий ферментами стержневой части фага

- сокращение белков полого стержня и проникновение его через клеточную стенку бактерии

- инъекция НК фага внутрь бактериальной клетки ( при этом белковая оболочка фага остаётся на внешней поверхности клетки )

· Заражённая клетка выделяет вещество белковой природы – интерферон , разрушающем его белковые оболочки

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ - конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Сейчас известно 39 видов коронавирусов, в каждый вид могут входить десятки и сотни штаммов. Кроме того, есть еще 10 видов — кандидатов в коронавирусы. Специалисты пока только проверяют, можно ли их считать настоящими коронавирусами. У них широкий спектр хозяев среди птиц и зверей, у которых они вызывают заболевания дыхательной системы и желудочно-кишечного тракта. К людям коронавирусы приходят от животных: вирус атипичной пневмонии 2002—2003 годов SARS-CoV пришел от подковоносых летучих мышей, от которых он перескочил в мусанга, или малайскую пальмовую куницу, а из мусанга — уже в человека. (Любителям кофе малайская пальмовая куница должна быть знакома — это тот самый зверек, без которого не было бы кофе копи-лювак: мусангам скармливают кофейные зерна, которые определенным образом ферментируются в кишечнике, изменяя вкусовые свойства; кофе из зерен, которые прогнали через мусангов, считается особо изысканным и стоит весьма немалых денег.)

Еще один человеческий коронавирус известен по вспышке ближневосточного респираторного синдрома, первые случаи которого были зарегистрированы в 2012 году в Саудовской Аравии, — он получил название MERS-CoV. Этот вирус также пришел к людям от летучих мышей с промежуточной остановкой в одногорбых верблюдах (оттого его еще называют верблюжьим гриппом, что неправильно, — коронавирусы от вирусов гриппа отличаются). Умирают от него более трети заразившихся, однако заразиться им сложно: с момента появления вируса и до начала этого года в мире зарегистрировано лишь около двух с половиной тысяч случаев.

Подозревают, что и новый вирус SARS-CoV-2 тоже пришел к нам от летучих мышей.

Наконец, есть еще четыре человеческих коронавируса, два из которых, HCoV-229E и HCoV-OC43, были известны еще до атипичной пневмонии от SARS-CoV, а два других, HCoV-NL63 и HCoV-HKU1, открыли в 2004 и 2005 годах. Все четыре не вызывают ничего серьезнее мягкой простуды; хотя коронавирусная простуда встречается довольно часто — на ее счет относят 15—30% всей простуды в мире.

Но об эпидемиологии коронавирусов мы рассказывать не будем, а вместо этого поговорим о том, как они устроены и как на них реагируют наши клетки.

Обладатели белковой короны

И белок S, и белок HE сидят в мембранной липидной оболочке. Откуда она берется? Как мы помним, наши клетки окружены мембраной и внутри них существует много мембранных органелл — клеточных органов, выполняющих разные функции и ради правильной работы отделенных от остальной клетки двуслойной липидной мембраной. Ее-то вирус и заимствует, выходя из клетки, а как именно, скажем чуть ниже. Кроме S и HE в ней сидит очень много белка М, который поддерживает и структурирует мембрану, и еще немного белка E. Под липидной оболочкой с белками мы найдем геном вируса — нить молекулы РНК, которая усажена белком N: он упаковывает вирусную РНК в компактную свернутую спираль. (Белковая оболочка вирусов, непосредственно взаимодействующая с нуклеиновой кислотой, называется капсидом.) Когда РНК попадает в клетку, то на ней сразу можно синтезировать белки, и такую РНК у вирусов обозначают плюсом.

По этим признакам коронавирусы относят к РНК-содержащим вирусам, чей геном представляет собой одну-единственную плюс-цепь РНК. Так же выглядит геном у множества других вирусов, среди которых есть риновирусы (одна из самых частых причин простуды) и вирус гепатита С. В то же время коронавирусы относят к оболочечным вирусам, у которых кроме нуклеиновой кислоты и связанного с ней структурно-защитного белка (у коронавирусов это белок N) есть еще мембранная оболочка. К оболочечным вирусам еще относятся, например, вирусы герпеса, у которых наследственная информация хранится в ДНК, и ВИЧ. Как видим, по отдельности разные молекулярные черты можно найти у множества вирусов и лишь по их сочетанию отделить одну группу вирусов от другой.

Кстати, геном в виде РНК — это, можно сказать, слабость коронавирусов. В нуклеиновых кислотах время от времени появляются мутации либо из-за внешних факторов, вроде фоновой радиации, либо из-за стандартных ошибок белков, которые эти нуклеиновые кислоты копируют. Но в клеточной ДНК мутации могут быть исправлены специальными ремонтными белками. Этим же ремонтом способны воспользоваться вирусы с геномом в виде ДНК или же те, которые геномную РНК на время копируют в ДНК (такие вирусы называются ретровирусами). А в коронавирусной РНК ошибки никак не исправляются. Мутации помогают вирусам сменить хозяина, но среди мутаций есть очень много вредных, и если вирус не может никак корректировать дефекты в ДНК, они в какой-то момент могут сделать его просто нежизнеспособным.

Любые вирусы — это, грубо говоря, лишь комок молекул, пусть и сложно устроенный. Собственного обмена веществ у вирусов нет, и размножаться за пределами клетки они не могут. Вирусам с мембранной оболочкой проникнуть в клетку проще как из-за самой мембраны, так и благодаря сидящим на ней белкам: они хорошо подходят к клеточным рецепторам. Кроме того, белки мембранной оболочки, как собственно вирусные, так и те, которые вирус прихватил у клетки вместе с куском мембраны, помогают вирусу уходить от иммунной атаки. Но из-за мембраны такие вирусы более чувствительны к разным неблагоприятным факторам, вроде обезвоживания или моющих детергентов, мембрану разрушающих. Поэтому вирусы с мембранной оболочкой лучше всего передаются от хозяина к хозяину, а сидеть на какой-то поверхности и ждать, когда их оттуда снимет потенциальный хозяин, они долго не могут. Этим они отличаются от вирусов без мембраны, которые представляют собой нуклеиновую кислоту, заключенную в белковый капсид, — они более устойчивы в окружающей среде, но проникнуть в клетку для них зачастую сложнее.

Внедрение в клетку

Разные вирусы пользуются разными клеточными белками для входа. Так, вирус атипичной пневмонии SARS-CoV и относительно безобидный HCoV-NL63 связываются с ангиотензинпревращающим ферментом 2, который помогает регулировать кровяное давление, участвует в управлении иммунитетом и играет роль еще в целом ряде процессов. Но белка одного вида для входа бывает недостаточно, поэтому, например, SARS-CoV нужен еще белок TMPRSS2 — одна из сериновых протеаз, участвующая в разных биохимических реакциях. Вирус сначала связывается с одним белком на поверхности клетки, а потом второй белок на поверхности клетки режет вирусный белок S, после чего мембраны вируса и клетки соединяются.

Схема жизненного цикла коронавируса. Проникнув в клетку, вирус высвобождает свою РНК, на которой рибосомы — клеточные машины для белкового синтеза — собирают вирусные белки, необходимые для формирования мембранных пузырьков и для синтеза плюс-цепи геномной РНК — гРНК. На вспомогательных мембранных пузырьках появляются вирусные белки, образующие RTC — replication transcription complex, этот комплекс выполняет репликацию (удвоение генома вируса) и транскрипцию — синтез коротких субгеномных РНК (сгРНК), предназначенных для сборки структурных вирусных белков. Структурный белок N соединяется с геномной РНК и образует нуклеокапсид вируса (геном плюс капсидный белок). На эндоплазматической сети синтезируются другие структурные белки, которые организуют вирусу липидную мембрану.

Вирус проник в клетку, и теперь он начинает копировать свой геном, то есть молекулу РНК, и синтезировать белки, нужные для копирования РНК и для формирования вирусных частиц. Кроме полных геномных РНК коронавирусы создают еще набор более коротких РНК — они синтезируются на больших геномных РНК и нужны только для синтеза белков; в вирусные частицы эти короткие РНК не попадают (точно так же ведут себя некоторые другие вирусы, которые вместе с коронавирусами объединяют в группу Nidovirales). Все вирусные РНК синтезируются в особых белковых комплексах, которые, в свою очередь, закреплены в небольших мембранных пузырьках. Эти пузырьки создает сам вирус: его белки вторгаются во внутриклеточные мембраны и фрагментируют их, создавая пузырьки-везикулы, чтобы РНК-синтезирующим комплексам было к чему пришвартоваться.

Часть насинтезированной РНК остается плавать в цитоплазме клетки — на ней синтезируется белок N, который будет упаковывать геномную вирусную РНК в спираль. Другие структурные белки, те, что потом окажутся в мембранной оболочке вируса (S, M и пр.), синтезируются на РНК, осевшей на особой внутриклеточной структуре — эндоплазматической сети, или эндоплазматическом ретикулуме (ЭР). Эндоплазматическая сеть — это огромная система мембранных канальцев, цистерн и пузырьков, на которых сидят белоксинтезирующие молекулярные машины рибосомы и собирают белки в соответствии с информацией в РНК. Готовые белки погружаются внутрь полостей ЭР, где приобретают правильную пространственную форму и потом либо переходят в клеточную цитоплазму, либо отправляются на экспорт, наружу из клетки, будучи заключены в транспортный мембранный пузырек.

Особенности внутриклеточной борьбы

О том, что у нее внутри орудует вирус, клетка может догадаться по неполадкам с внутренними мембранами — мы помним, что коронавирусы фрагментируют мембраны, чтобы дать опору своим белкам, синтезирующим РНК, и сами вирусные частицы прихватывают себе куски мембран. Кроме того, вирусные белки накапливаются в эндоплазматической сети и вызывают так называемый ЭР-стресс, то есть стресс эндоплазматического ретикулума. ЭР-стресс заставляет клетку остановить синтез белков (что, несомненно, бьет по вирусу — ведь он зависит от клеточной белоксинтезирующей машины) и активирует сигнальные молекулярные пути, которые включают программы клеточного суицида. Наконец, клетка может понять по вирусной РНК, что внутри у нее поселилась инфекция, и в ответ начать синтез интерферона первого типа. Это сигнальный белок, который выходит из клетки и оповещает всех об инфекции, в результате здоровые клетки готовятся защищаться от своей соседки, а иммунные клетки стремятся уничтожить зараженную клетку.

Вирус живет, пока работает его нуклеиновая кислота

- Итак, инфекционные свойства вируса связаны с его нуклеиновой кислотой.

- Да, и это было доказано в нескольких крупнейших лабораториях мира.

- А какова же роль белка?

- Он защищает нуклеиновую кислоту от внешних воздействий и помогает вирусу внедриться в клетку.

Четверть века назад, в 1952 году, известнейшими американскими биохимиками Э. Херши и М. Чейз при изучении бактериофагов впервые было показано, что нуклеиновые кислоты играют главную роль в репродукции вирусов. В отличие от всех остальных вирусов бактериофаги не проникают в клетку своего хозяина - микроба, а лишь прикрепляются к его оболочке. Наблюдая с помощью электронного микроскопа за различными стадиями взаимодействия между бактериофагами и бактериями, ученым удалось увидеть, как фаг вводит внутрь микроба свою нуклеиновую кислоту. Весь белковый чехол, которым бактериофаг прикрепился к оболочке микроба, остается снаружи. Фотографии, полученные учеными, обошли весь мир, опровергая прежние утверждения о ведущей роли белка в передаче наследственной информации.

Но ведь все, что касается бактериофага, не обязательно должно повторяться при репродукции других, устроенных по-иному вирусов, утверждали скептики, у которых в голове не укладывалось, что из одной молекулы вирусной РНК в клетке может одновременно возникнуть тысяча и более новых вирусов. И вот в 1956 году X. Френкель-Конрад в США и одновременно с ним А. Гирер и Г. Шрамм в ФРГ сделали важное открытие, за которое они позднее получили Нобелевскую премию. Разрушив белковый компонент вирусной частицы табачной мозаики крепкой карболовой кислотой (фенолом), они выделили РНК и очистили её. Полученная РНК не содержала даже следов белка. Тем не менее введение ее в листья здоровых растений вызвало развитие типичной мозаичной болезни.

Сам по себе факт выделения заразного компонента вируса (его нуклеиновой кислоты) с помощью карболки, широко используемой в практической дезинфекции для разрушения самых устойчивых микроорганизмов, казался чем-то невероятным. Более того, нуклеиновую кислоту, полученную после сжигания фенолом белковых молекул вириона, осаждали и длительно хранили в чистом спирте, который также является сильнейшим дезинфицирующим средством. Несмотря на эти вреднейшие воздействия, совершенно несовместимые с существовавшими в медицине понятиями о жизни, вирусная нуклеиновая кислота отлично сохраняла свою заразительность для клеток восприимчивых растений табака.

Разрушения самых устойчивых микроорганизмов

В последние годы из многих мелких вирусов животных и человека (полиомиелит, клещевой энцефалит, вирусы, вызывающие злокачественные перерождения тканей) также удалось выделить рибонуклеиновые кислоты, обладавшие заразными свойствами. Такие вирусные РНК стали называть инфекционными, поскольку они вызывали развитие болезни в организме восприимчивых животных или же в чувствительных культурах ткани без участия вирусных частиц или их белка. Причем после каждого такого искусственного заражения с помощью инфекционной РНК в клетках исследуемого объекта появлялись вполне полноценные вирусные частицы.

Первоначально открытие инфекционных нуклеиновых кислот было встречено с недоверием. Многие, даже очень солидные, ученые-биологи думали, что инфекционный процесс вызывают не сами нуклеиновые кислоты, а сохранившиеся в растворе частицы живого вируса или примеси белка. Однако такие сомнения были быстро опровергнуты. X. Френкель-Конрад использовал самые чувствительные методы химического анализа, способные обнаружить даже отдельные белковые молекулы. Все пробы на белок были отрицательными: препараты содержали только нуклеиновую кислоту.

Теперь следовало доказать, что именно она несет в себе заразительность для здоровых растений. Для этого А. Гирер и Г. Шрамм провели специальные контрольные исследования, которые показали, что добавление фермента рибонуклеазы к препарату вирусной РНК полностью разрушало его инфекционные свойства. Это подтвердило, что вся заразительность заключена в обследуемой РНК, так как рибонуклеаза совершенно безвредна для вирусной частицы.

Исследователи установили также, что активность вирусных нуклеиновых кислот не изменялась и после добавления иммунной сыворотки. Если бы после обработки фенолом в препарате вирусной РНК сохранились даже отдельные неубитые вирусные частицы, иммунная сыворотка подавила бы их биологическую активность.

Чтобы окончательно убедиться в своей правоте, исследователи провели дополнительные испытания. Они установили, что препараты очищенной вирусной РНК крайне нестойки и быстро разрушаются даже при непродолжительном хранении в термостате или в леднике.

Напротив, частицы исходного вируса табачной мозаики сохраняли высокую устойчивость даже после продолжительного хранения в тех же условиях. Поэтому, считали ученые, вирусные частицы было бы легко обнаружить через несколько дней после хранения на леднике, когда нежные нуклеиновые кислоты полностью разрушатся. Однако все попытки оказались безуспешными: с гибелью РНК исчезала инфекционная активность очищенного препарата. Так было окончательно доказано, что именно выделенная из вируса РНК, а не остаточный вирус, вызывала заражение листьев растений.

Очищенные вирусные нуклеиновые кислоты способны заражать даже ткани, которые в естественных условиях полностью невосприимчивы, то есть устойчивы, нечувствительны к цельному вирусу. Например, вирус полиомиелита прекрасно размножается в тканевых культурах, приготовленных из клеток человека. Ведь как раз у человека этот вирус вызывает поражение спинного мозга, параличи и смерть. В то же время этот вирус не способен заразить тканевые культуры, приготовленные из клеток курицы, так же как он не может заразить и курицу.

Выделенную из вируса полиомиелита инфекционную РНК легко удалось ввести в куриные клетки, после чего в них произошло формирование сотен полноценных зрелых частиц вируса. Но в невосприимчивой ткани вирусная инфекция на этом и прекращалась. Новые вирионы, которые могли бы оказаться высокозаразными для чувствительных тканей, были часто не способны даже выйти из нечувствительных к ним клеток.

Однако с помощью электронного микроскопа ученым удалось увидеть вирусные частицы внутри клеток и выделить вирус из клеток, разрушив их ультразвуком. Такой вирус прекрасно размножался, если его переносили в другую, восприимчивую ткань.

Если учесть полную искусственность опытов с очищенной вирусной нуклеиновой кислотой, с помощью которой ученые старались заразить растения, животных или тканевые культуры, становится понятным, почему активность инфекционной вирусной РНК несравненно ниже активности исходных частиц. Для заражения культуры ткани нужно взять РНК, выделенную из 106-108 вирусных частиц или всего 4-10 вирионов. Разница огромная, и величины несопоставимые.

В естественных условиях "голая" РНК никогда не проникает в клетки извне, через клеточную оболочку. Нуклеиновые кислоты всегда попадают сюда только в составе цельной вирусной частицы, которая освобождает вирусную РНК (или ДНК) лишь внутри зараженной клетки. Хотя вирусные нуклеиновые кислоты и играют ведущую роль в размножении вирусов, однако они не обладают способностью самостоятельно переходить от клетки к клетке.

Некоторые вирусологи ошибочно рассматривают процесс размножения вируса как самостоятельную работу клетки, которая "продуцирует вирусные частицы". В действительности от начала и до конца этот процесс - результат жизнедеятельности вируса. Он осуществляет основную функцию паразита - репродукцию, то есть воспроизводство, новых потомков. Абсолютно чуждые клетке молекулы вирусных нуклеиновых кислот и белка воссоздаются в виде сотен новых копий в ее ядре и в цитоплазме под командой вируса, но за счет строительных материалов и синтетических систем клетки.

Общая характеристика вирусов

Вирус — это мельчайшая, субмикроскопическая частица, представляющая собой неклеточную форму жизни и содержащая молекулы нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК) и белков.

Вирусы открыты в 1892 г. Д.И. Ивановским. В настоящее время известно около трех тысяч различных видов вирусов.

❖ Принципиальные отличия вирусов от клеточных организмов:

■вирусы проявляют свою активность и размножаются только в клетках других организмов, используя их вещество и энергию;

■ вирусы содержат только одну из нуклеиновых кислот — ДНК или РНК (все клеточные организмы имеют обе эти кислоты);

❖ Особенности жизнедеятельности: в жизненном цикле вирусов наблюдаются две стадии — покоя (вирусы существуют в форме не проявляющих активности вирионов) и репликации (размножения) — генеративная стадия.

Вирион — это зрелая, полностью сформировавшаяся вирусная частица.

Строение вирусов

Размеры вирусов лежат в пределах от 20 до 300 нм;

Формы вирионов разнообразны: нитевидная, палочковидная, похожая на кирпич, в виде симметричного многогранника и др.

Вирусы состоят из молекулы нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК) и молекул одного или нескольких белков, образующих вокруг нуклеиновой кислоты оболочку, называемую капсидом. Некоторые вирусы имеют дополнительную белковую или липо-протеидную оболочку.

Молекулы нуклеиновых кислот у разных вирусов имеют одноцепочечную или двухцепочечную форму и могут быть свернуты в спираль. У некоторых вирусов молекула РНК находится в виде набора кусочков-фрагментов, каждый из которых несет часть генетической программы вируса.

Белковая оболочка вируса защищает его нуклеиновую кислоту от неблагоприятных условий внешней среды и препятствует проникновению ферментов клетки-хозяина к нуклеиновой кислоте вируса и ее расщеплению.

Ретровирусы

Ретровирусы — это РНК-содержащие вирусы, в состав которых входит также особый фермент — обратная транскриптаза (ревертаза), с помощью которого оказывается возможным осуществление обратной транскрипции и, соответственно, передачи генетической информации от РНК к ДНК, а не, как обычно, от ДНК к РНК. Примеры ретровирусов: вирусы гриппа, краснухи, энцефалита, бешенства, иммунодефицита человека.

Механизм обратной транскрипции: после проникновения вируса в клетку его РНК и фермент ревертаза освобождаются от капсида. Ревертаза, используя вирионную РНК как матрицу, синтезирует по ее подобию молекулу ДНК (так называемую минус-ДНК). Затем, как зеркальное отражение этой молекулы, синтезируется другая нить ДНК — плюс-ДНК. Две эти молекулы образуют ДНК-копию вирусного генома, который проникает в ядро инфицированной клетки и встраивается в ее геном.

Бактериофаги

Бактериофаги — особая группа вирусов, поражающих бактерии. Открыты Ф. Туортом в 1915г.

Бактериофаг Имеет головку, в которой находится молекула ДНК, полый стержень — хвост, окруженный белковым чехлом и способный сокращаться, базальную (т.е. лежащую в основании) пластинку и хвостовые нити (см. рис.). При помощи хвостовых нитей бактериофаг прикрепляется к поверхности бактерии и в месте соприкосновения с ней растворяет с помощью фермента прочную клеточную стенку.

После этого за счет сокращения хвоста бактериофага молекула ДНК фага из его головки впрыскивается через канал стержня в клетку. Геном бактериофага попадает в цитоплазму, а оболочка остается снаружи.

Примерно через Ю-15 мин под действием ДНК перестраивается весь метаболизм бактериальной клетки и она начинает синтезировать нуклеиновую кислоту бактериофага, а не собственную ДНК. При этом синтезируется и фаговый белок. Завершается этот процесс составлением 200-1000 новых фаговых частиц, после чего клетка бактерии погибает.

Способы проникновения вирусов в клетку

❖ Основные способы проникновения вирусов в клетку:
■ пиноцитозный,
■ фагоцитозный,
■ в местах механических повреждений растительных клеток,
■ рецепторный;
■ впрыскиванием ДНК через полый стержень (бактериофаги).

Пиноцитозный способ — проникновение вирусов в не имеющую жесткой клеточной стенки и защищенную одной мембраной животную клетку или в одноклеточный организм вместе с жидкостью в процессе пиноцитоза (т.е. при поглощении клеткой питательной жидкости в виде мелких капель путем их захвата выростами цитоплазмы). Если клетки соединены друг с другом, вирус может путешествовать по клеткам, заражая их одну за другой.

Фагоцитозный способ — проникновение вирусов в животную клетку или в одноклеточный организм в процессе фагоцитоза (при этом вирус обволакивается клеточной мембраной и втягивается в цитоплазму).

Способ проникновения в клетки в местах их механических повреждений характерен для вирусов растений и бактерий, клетки которых (растений) защищены не только плазматической мембраной, но и прочной целлюлозной оболочкой.

Рецепторный механизм проникновения вируса в клетку обеспечивает специфичность (избирательность) инфекционного процесса. Примеры: вирус гепатита А или В проникает и размножается только в клетках печени, аденовирусы и вирус гриппа — в клетках эпителия слизистой оболочки верхних дыхательных путей.

Размножение вирусов

Вирусы — внутриклеточные паразиты на генетическим уровне.

Проникший в клетку вирус начинает размножаться, перестраивая в своих интересах многие внутриклеточные процессы. Процесс размножения происходит так. Сначала нуклеиновая кислота вируса сбрасывает капсид. Затем с нее, как с матрицы, по заложенной в ней программе синтезируется информационная РНК (и-РНК), которая переключает работу биохимических конвейеров инфицированной клетки на производство ферментов, необходимых для репликации вирусной молекулы ДНК (или РНК) и вирусных белков. После этого происходит репликация (удвоение) вирусного генома. При этом репликация ДНК или РНК вируса в инфицированной клетке может повторяться многократно. Наконец, в клетке происходит сборка из образованных нуклеиновых кислот и белков многочисленных потомков одного попавшего в эту клетку вируса.

Вирусные инфекции

❖ Типы вирусных инфекций (в зависимости от длительности пребывания вируса в клетке и характера изменения ее функционирования): литический, персистентный и латентный.

Литическая инфекция развивается, если образовавшиеся в клетке вирусы покидают ее одновременно, разрывая клетку (и тем самым приводя ее к гибели). Вышедшие из нее вирусы поражают новые клетки.

При персистентной инфекции новые вирусы, покидают клет-ку-хозяина постепенно. Клетка продолжает жить и делиться, производя новые вирусы, хотя ее функционирование может измениться.

При латентной (скрытой) инфекции гены попавшего в клетку вируса встраиваются в хромосомы клетки и при ее делении воспроизводятся и передаются дочерним клеткам. В таком виде геном вируса может существовать в клетке-хозяине длительное время. При определенных условиях в некоторых из инфицированных клеток латентный вирус активизируется, начинает размножаться, и его потомки покидают клетки. Далее инфекция может развиваться по литическому или персистентному типу.

Изменчивость вирусов

♦Механизмы изменчивости вирусов:
■ мутации;
■ прямой обмен фрагментами нуклеиновых кислот между вирусами разных видов (пример: возникновение новых разновидностей вируса гриппа).

Роль вирусов

❖ Положительная роль:

■ человеком вирусы используются в генной инженерии, а бактериофаги — в микробиологической промышленности.

❖ Отрицательная роль:
■ вирусы вызывают многие опасные заболевания растений, животных и человека;
■ многие вирусы являются паразитами.

❖ Некоторые вирусные заболевания:
■ сельскохозяйственных растений: мозаичная болезнь табака, томатов и огурцов, скручивание листьев, карликовость и др.;
■ домашних животных: ящур, чума свиней и птиц, инфекционная анемия лошадей, птичий грипп и др.;
■ человека: грипп, гепатит, корь, оспа, энцефалит, полиомиелит, свинка, бешенство и др.

Организмы, обладающие хорошим иммунитетом, способны бороться с вирусами, образуя интерферон.

Интерферон — белок, вырабатываемый клетками млекопитающих и птиц и обладающий защитными противовирусными свойствами.

СПИД и вирус иммунодефицита человека (ВИЧ)

СПИД (синдром приобретенного иммунодефицита) — эпидемическое заболевание человека, поражающее преимущественно иммунную систему, осуществляющую защиту организма от различных болезнетворных факторов, и центральную нервную систему, а также ослабляющее способность организма противостоять развитию злокачественных новообразований. Для СПИДа характерен длительный (до 5 и более лет) инкубационный период, исчисляемый с момента заражения до появления первых признаков болезни.

Возбудитель СПИДа — вирус иммунодефицита человека (ВИЧ, см. рис.), размножающийся главным образом в клетках его иммунной системы, в результате чего организм становится беззащитным к микробам, которые в обычных условиях не вызывают заболеваний. У инфицированных людей ВИЧ находится в крови, сперме и влагалищных выделениях женщин.

❖ Особенности ВИЧ:
■ он принадлежит к семейству ретровирусов;
■ его геном представлен двумя идентичными молекулами РНК, состоящими из примерно Ю тысяч нуклеотидов каждая;
■ он обладает уникально высокой изменчивостью (более чем в 100 раз превосходящей изменчивость вируса гепатита В);
■ считается, что этот вирус может сохраняться в организме человека пожизненно.

Это значит, что до конца своей жизни инфицированные люди могут заражать других, а при соответствующих условиях могут сами заболеть СПИДом.

❖ Основные пути передачи ВИЧ-инфекции:
■ половые контакты (особо опасны гомосексуальные контакты между мужчинами), проституция и частая смена половых партнеров;
■ через нестерильные медицинские инструменты (которыми часто пользуются наркоманы);
■ через кровь и некоторые лекарственные препараты при пересадке органов и тканей и др.;
■ от матери, инфицированной ВИЧ, к ребенку — при вынашивании плода, во время рождения ребенка или в период его грудного вскармливания.

❖ Меры профилактики СПИДа:
■ здоровый образ жизни;
■ крепость брачных уз и семьи;
■ использование физических контрацептивов — презервативов;
■ борьба с наркоманией, половой распущенностью и сексуальными извращениями.