Что такое биохимия вирусов

Размеры вирусов определяются косвенно на микрофотографиях, микрофильтрацией либо ультрацентрифугированием. Вирус, находящийся внутри клетки, называется вирионом.

Фотографирование осуществляется в электронном микроскопе (рис. 10.2). Но вирусы прозрачны для электронов, поэтому препараты для микроскопии готовят специальным способом. Создают подложку из чистого углерода либо коллодия, на нее наносят вирионы в испаряющейся жидкости и проводят лиофильную сушку. Методом напыления на материал на подложке под углом наносят тяжелые металлы (палладий, уран). Другим способом контрастирования является метод реплик — вируссодержащий материал, очищенный от балластных белков, заливают тонким слоем пластмассы. После высыхания образуется рельефная матрица, которую просматривают в электронном микроскопе. Негативное контрастирование можно осуществить путем помещения материала на подложку и добавлением нейтрального раствора фосфовольфрамовой кислоты или урацилацетита, затекающего во все углубления вириона и создающего для электронов непроницаемый фон, на котором видны детали строения вирусных частиц.

Рис. 10.2. Вид электронного микроскопа

Масса вирионов определяется косвенно при ультрацентрифугировании в единицах Сведберга.

Размеры вирусов колеблются от 20 нм у самых мелких до 350— 400 нм (у вирусов семейства Poxviridae). 1 нм равен 10 -9 метра. Колебания размеров вирусов измеряют на микрофотографиях.

Размеры частиц можно определять при их фильтрации через заведомо известные диаметры фильтров. Крупные вирионы можно видеть и в световой микроскоп в виде мелких точек (тельца Пашена при натуральной оспе).

Морфология вирусов учитывается при их классификации. Основной компонент вириона — белковая оболочка (капсид), содержащая внутри нуклеиновую кислоту. Капсиды построены из белковых субъединиц (капсомеров). Каждый капсомер — молекула белка с определенной молекулярной массой одного вида или разных видов белков. У вируса табачной мозаики 2130 одинаковых капсомеров. Капсид включает пространство сог, у многих вирусов помимо нуклеиновой кислоты есть еще специальные ферменты. Состав белков и ферментов может быть различным: у вируса герпеса — 32 белка, есть вирусы всего с 1—2 ферментами. Ферменты играют важную роль в репродукции вирусов.

По структуре вирионов выделяют простые и сложноустроенные вирионы (рис. 10.3).

Рис. 10.3. Структура вирионов

Тип симметрии определяется только нуклеокапсидом, суперкапсид при этом не учитывают. Например, вирус гриппа снаружи выглядит как сфера, нуклеокапсид имеет спиральный тип симметрии.

Икосаэдр — многогранник, он состоит из 12 вершин и 20 ребер. К данному типу симметрии относятся аденовирусы человека и животных. Капсомеры могут иметь разное строение и содержать разные белки. У аденовирусов боковые капсомеры в виде гексонов, а вершинные — пентонов (соседствуют с пятью капсомерами). От пентамеров отходят выросты (фибры), это прикрепительные белки. Икосаэдр обеспечивает прочность капсида (зашита от внешних факторов), прочная связь между капсомерами обеспечивает минимум свободной энергии.

Многие вирусы имеют суперкапсид — дополнительную оболочку сложно устроенных вирусов, или пеплос. Структурные элементы суперкапсида — шипики, или пепломеры. У вируса гриппа их 2 типа: гемагглютинины и нейраминидаза; у парагриппа два комплекса — ге- магглютинин и нейраминидаза вместе и второй так называемый белок слияния; у вирусов иммунодефицита человека они представлены гликопротеидами (GP 120). Большинство вирусов, патогенных для человека, — сложно устроенные. Если у вируса нет суперкапсида, это просто устроенные вирусы.

У большинства сложноустроенных вирусов суперкапсид — это модифицированная (путем встраивания белков вируса) цитоплазматическая мембрана клеток хозяина. Модификация идет путем встраивания шипиков вируса в участки цитоплазматической мембраны (ЦПМ). Исключением являются поксвирусы, у них суперкапсид вирусоспецифический, так как имеются собственные гены, ответственные за синтез суперкапсида. Если культивировать один и тот же вирус в разных клетках, получим разные по биохимическому составу суперкапсиды. Шипы выполняют роль прикрепительных белков на поверхности чувствительных клеток. Если их удалить жирорастворителем или детергентом, вирус полностью теряет инфекционную активность.

Биохимия вирусов также хорошо изучена. В состав вириона входят белки — 70—80%; нуклеиновые кислоты — 4—6% (РНК), 20—30% — ДНК-вирусы; липиды и углеводы в незначительных количествах.

Вирусные белки — полипептиды, которые состоят из обычных левовращающих аминокислот, отличаются лишь последовательностью. Принцип субъединичности построения капсида — полипептиды небольшой величины и повторяющиеся. Это позволяет экономить генетический материал. Если бы капсид был построен из разных белков, требовался бы огромный геном. У вируса табачной мозаики масса капсила 37,2.106 дальтон, а для кодирования этого капсида вирусом используется всего 600 нуклеотидов. Весь геном вируса составляет около 6000 нуклеотидов. Некоторые гены вирусов способны кодировать несколько белков со сдвигом рамки. Например, у вируса гриппа 8 генов, а кодируют 10 вирусных белков.

Капсид за счет упорядоченности капсомеров по сравнению с простой пептидной цепью обладает меньшей свободной энергией. На уровне вирусов действует принцип саморегуляции — самосборка капсида. Принцип самосборки вирусных белков заключается в том, что при определенных условиях (pH, температура) наблюдается спонтанная сборка вирусных белков близких капсидов. При добавлении вирусных нуклеиновых кислот этот процесс упорядочивается.

Вирусные белки подразделяются на структурные и неструктурные. Структурные белки составляют суперкапсид, в составе сердцевины — геномные белки. Неструктурные белки не входят в состав вирусных частиц и обнаруживаются только в зараженной клетке в процессе репродукции. Это ферменты, осуществляющие функции регуляторов, и белки-регуляторы. Аминокислотная последовательность белков вирусов иная, чем у человека, поэтому их можно определять внутри клетки.

Синтез вирусных белков на рибосомах клеток идет по общим законам и регулируется иРНК, которая образуется на матричных вирусных нуклеиновых кислотах. Белки вирусов выполняют следующие функции.

• 1. Защитная — экранирование нуклеиновой кислоты вируса от химических факторов, нуклеаз и т.д., благодаря этому вирусы существуют тысячи лет.
• 2. Адресная функция — проникновение только в нужную чувствительную клетку, а не в любую.
• 3. Регулирующие функции. Их выполняют внутриклеточные белки вирусов, ферменты, ферментные комплексы.

Вирусные нуклеиновые кислоты имеют существенные отличия от нуклеиновых кислот всех других существ. Обычно генетическая информация закодирована в двуспиральной ДНК и имеется однонитевая РНК (информационная, транспортная, рибосомальная). У вирусов в качестве геномной может быть как ДНК, так и РНК. У некоторых вирусов (РНК-геномных) вирионная РНК одновременно может выполнять роль информационной. Такие вирусы называют +нитевые. Если выделить в чистом виде такую РНК и поместить в клетку, то инфекция будет протекать так же, как если бы туда проник целый вирус. У других вирусов, нитевых, РНК не может выполнять функцию информационной.

Вирусы отличает многообразная структура нуклеиновых кислот. Их можно получить, разрушив вирус химическими (фенолом) или физическими (ультразвуком) факторами. Выделяют ДНК-содержащие вирусы, у которых она может присутствовать в виде: классической двунитевой (аденовирусы, герпесвирусы); двунитевой линейной с замкнутыми концами (оспа); двунитевой линейной с разрывами одной цепи (Т-фаги); с несколькими разрывами одной нити (каждый фрагмент — уникальный ген); двунитевой, замкнутой в кольцо со сверхвитками, (суперспирализация) или без них (тогавирусы); двунитевой, у которой внешняя нить замкнута в кольцо (L-нить), а у внутренней Уз отсутствует (S-нить, шорт), — гепаднавирусы; уникальной линейной однонитевой ДНК (парвовирусы); однонитевой замкнутой в кольцо (фаги).

РНК-содержащие вирусы также имеют несколько типов: классическая однонитевая линейная (пикорновирусы, тоговирусы, парамик- совирусы, рабдовирусы); линейная однонитевая фрагментированная (ортомиксовирусы); однонитевая фрагментированная, но каждый фрагмент замкнут в кольцо (буньявирусы); две нити, идентичные друг другу, (ретровирусы), говорят о диплоидности этих вирусов; двуните- вая фрагментированная (реовирусы).

По химическому составу вирусные РНК и ДНК сходны с клеточными. В их составе те же нуклеотиды, но отличаются метилированным урацилом.

Липиды имеют сложно устроенные вирусы, их наличие характерно для патогенных вирусов. Данный признак используется при классификации. Содержание липидов вариабельно — от 1,5 до 54% (тогавирусы). Липидный состав вирусов не постоянен, у большинства это липиды клеточного происхождения. Липиды содержатся в суперкапсиде и зависят от клетки хозяина. По липидному составу различные чувствительные клетки при помещении в них одного и того же вируса останутся разными, тогда как одинаковые клетки при включении в них разных вирусов сохранят идентичность. Липиды играют важную роль: защитная функция укрепляет белковый скелет суперкапсида. Они содержатся в виде липопротеидного или гликопротеидного комплекса. У поксвирусов синтезируются собственные липиды под контролем самого вируса, и поэтому состав липидов у них постоянен.

Углеводы входят в суперкапсид сложно устроенных вирусов преимущественно в составе различных шипиков в виде моносахаридов, аминосахаридов (2—3 цепочки в комплексе с белковым или липидным компонентом (гликопротеид, гликолипопротеид). У вируса гриппа это гемагглютини и нейраминидаза, у парагриппа — комбинированный шип гемагглютинина и нейраминидазы, у ВИЧ — поверхностные структуры gp 41 и gp 120 — гликопротеиды, у вируса клещевого энцефалита — шипы гемагглютинина.

Количество углеводов может достигать 1—3% и более, они состоят из глюкозы, маннозы, галактозы, нейраминовой кислоты. Углеводный компонент определяется клеткой хозяина, укрепляет суперкапсидную структуру, придает ей жесткость. Удаление гликопротеидных комплексов у сложно устроенных вирусов ведет к потере способности к адсорбции на чувствительных клетках. У просто устроенных вирусов углеводный компонент отсутствует.

В составе вирусов могут быть и другие компоненты: в состав полипептидов часто включаются фосфаты (аденовирусы, ретровирусы, гер- песвирусы, поксвирусы, ортомиксовирусы), их конкретная функция пока точно не установлена. У некоторых вирусов есть микроэлементы: медь, молибден. Отдельные вирусы содержат целый набор ферментов: поксвирусы — 10, ВИЧ — 4, у вируса гриппа 3 фермента. Ферменты обеспечивают этапы вирусной репродукции: реакции полимеризации (образования иРНК), репликацию (образование новых нитей нуклеиновых кислот) по принципу комплементарности. В ряде случаев ферменты синтезируются за счет генома вируса. Вирусы также активно используют клеточные ферменты, например, у гриппа гемагглютинин находится в составе шипов в неактивном состоянии и для адсорбции на клеточном эпителии необходима протеолитическая активация ге- магглютинана за счет ферментов клеточного секрета. Только после этого достигается соответствие прикрепительного белка со структурами чувствительной клетки.

Вирусы неспособны к росту и бинарному делению, их размножение тесно связано с клеткой-хозяином. Процесс взаимодействия вирусов с чувствительной клеткой называется репродукцией. Выделяют раннюю и позднюю ее фазы. Ранняя фаза включает:

• 1) адсорбцию вириона на чувствительной клетке;
• 2) проникновение в клетку (пенетрация);
• 3) раздевание вириона.

Начальные процессы адсорбции имеют неспецифический характер, в их основе может лежать электрическое взаимодействие положительно и отрицательно заряженных группировок на поверхности вируса и клетки. На адсорбцию влияет также pH, буферность среды, температура. При 4 °С адсорбция носит синхронный характер, с повышением температуры скорость адсорбции увеличивается, но она приобретает асинхронный характер. Дальнейшее взаимодействие клеточных рецепторов и вирусных прикрепительных белков носит специфический характер.

Вирусы используют рецепторы, предназначенные для проникновения в клетку необходимых для ее жизнедеятельности веществ: гормонов, ферментов, факторов роста, других питательных веществ. Клеточные рецепторы имеют разную химическую природу. Так, для вируса гриппа и парагриппа рецепторами являются структуры, содержащие сиаловую (нейраминовую) кислоту.

Прикрепление вириона к клеточной поверхности. Вначале происходит образование единичной связи прикрепительного белка с рецептором — обратимая адсорбция. В этот момент, изменяя pH среды, воздействуя ультразвуком, антителами, можно удалить вирион с поверхности клетки. Для того чтобы наступила необратимая адсорбция, должны появиться множественные связи между вирионами и клеточными рецепторами. Число молекул клеточных рецепторов, участвующих в адсорбции, может доходить до 3000.

Прикрепительные белки вирусов могут находиться в составе уникальных образований, таких как фибры у аденовирусов, у сложно организованных вирусов эти белки входят в состав шипов на поверхности суперкапсиды, например, у вируса гриппа имеется 300—450 шипов гемагглютинина. Просто организованные вирусы содержат прикрепительные белки в составе капсида.

Проникновение (пенетрация) вирусов в клетку осуществляется за счет двух механизмов, взаимодополняющих друг друга, — путем ви- ропексиса (эндоцитоза) и путем слияния вирусной и клеточной мембраны.

Раздевание вируса происходит параллельно с его проникновением. В результате раздевания освобождается внутренний компонент вируса, способный вызвать инфекционный процесс. Раздевание ви- риона осуществляют ферменты клетки: липазы и протеазы. Оно сопровождается рядом характерных особенностей: вирион теряет инфекционную активность, появляется чувствительность кнуклеазам, возникает устойчивость к нейтрализующему действию антител и др. Раздевание вириона осуществляется постепенно. Так, вирус гриппа вначале теряет липопротеиновую оболочку, на втором этапе удаляется М-белок и освобождается нуклеокапсид.

Вирусы, как и бактерии, можно обнаружить в каждой точке нашей планеты. Они встречаются в горячих источниках, на дне океанов и даже в арктических льдах. Химический состав вирусов долгое время удивлял ученых, так как он существенно отличается от состава всех ранее известных организмов: только вирусы способны хранить генетическую информацию на матрице РНК, транскрибировать ДНК на матрице РНК, встраивать свой геном в ДНК живой клетки под действием ферментов интеграз. В этой статье мы подробно разберем структуру, геном и химический состав вирусов.

Общие сведения о вирусах

Находясь вне живой клетки, вирусы не проявляют никаких признаков, характерных для живых организмов. Находящиеся в таком состоянии неактивные вирусы называют вирионами. В вирионе нет клеточных органелл, характерных для клеток других живых организмов, - плазматической мембраны, митохондрий, рибосом, ядрышка, ядра и других. Вирион включает оболочку из белковых субъединиц - капсид, дополнительную оболочку, которая есть не у всех вирусов, - суперкапсид и геном.

Генетический материал вируса реализуется только при попадании в живую клетку. В зависимости от типа вирусного генома, нуклеиновые кислоты реплицируются либо в ДНК клетки хозяина, либо на митохондриях в цитоплазме.

Структура простого вириона

Простой вирион состоит из генетического материала и внешней оболочки - капсида. Капсид состоит из белковых субъединиц, называемых капсомерами. Способ организации каспомеров определяет пространственную структуру вируса. Химический состав капсида представлен одним или несколькими видами белков. Форма капсида может быть икосаедрической (характерна для аденовирусов), спиральной (вирус табачной мозайки) или комплексной (встречается у проксивирусов и рабдовирусов). Капсид может состоять как из одного, так и из нескольких видов белков. Субъединицы капсида во многом определяют морфологию и химический состав вирусов.

Капсид защищает генетический материал вируса от механических повреждений, влияния перепадов температуры, рН, воздействия радиации и химических веществ. Капсид вместе с геномом вирусом называют нуклеокапсидом.

Структура сложного вириона

Сложно организованный вирион имеет в составе дополнительную структуру - суперкапсидную оболочку, которая находится над капсидом.

Строение и химический состав вирусов, содержащих суперкапсидную оболочку, существенно отличается от состава простых вирусов. Суперкапсидная оболочка формируется из клеточной мембраны клетки хозяина и состоит на 95 % из липидов и белков. В составе суперкапсида присутствует небольшое количество гликопротеинов - сложных белков, в которых белковая часть связана с углеводом ковалентными связями.

Суперкапсид, как и капсид, выполняет защитную функцию. Гликопротеины в составе суперкапсида служат для идентификации и связывания со специфическими рецепторами на поверхности клетки хозяина.

Вирусные белки

Бактериальные белки могут быть капсидными, суперкапсидными или геномными. Капсидные и суперкапсидные белки выполняют защитные функции. Геномные белки ковалентно связаны с геномом и образуют с молекулами вирусной РНК или ДНК рибо- или дезоксирибонуклеопротеины. Эти белки принимают участие в компактизации нуклеиновой кислоты, а также в репарации, транскрипции и трансляции.

Химический состав вирусов сложен. Особенно разнообразны по своей структуре и составу вирусные ферменты. В зависимости от выполняемой функции, их делят на два больших класса:

• ферменты, необходимые для репликации вирусного генома;
• ферменты, облегчающие проникновение вирусной нуклеиновой кислоты в клетку и обеспечивающие последующий выход вирионов из клетки.

К первому классу ферментов относится РНК- и ДНК-зависимая РНК-полимераза, ДНК-полимераза, обратная транскриптаза, интеграза, ДНК-бета-гликозилтрансфераза и многие другие.

Ко второму классу относится нейраминидаза, входящая в состав гликопротеинов, гемагглютинин-эстераза, эндолизин и некоторые другие.

Вирусные липиды

Липиды являются одним из основных компонентов химического состава вирусов и в большом количестве содержатся в суперкапсидной оболочке. Суперкапсид формируется из плазматической мембраны клетки хозяина, поэтому состав липидной композиции определяет химический состав этой мембраны. Вирусные липиды представлены в основном фосфолипидами (50-60 %) и холестерином (20-30 %), так как именно эти липиды в наибольших количествах представлены в плазмалемме. В следовых количествах может присутствовать фосфоинозитол.

Липиды являются обязательным компонентом состава суперкапсидной оболочки. Они вносят вклад в формирование поверхностного заряда клетки за счет заряженных групп в составе фосфолипидов, а также придают суперкапсиду гибкость, необходимую для противостояния внешним механическим повреждениям. Липиды также служат хорошим дополнительным изолятором для генетического материала вирусов в случае резких изменения температуры или кислотности среды, обеспечивают поддержание постоянного химического состава клетки. Вирусы с суперкапсидной оболочкой благодаря толстому слою липидов и белков более устойчивы к действию детергентов, чем простые вирионы.

Углеводы в составе вируса

Углеводы в составе вируса, как правило, связаны с липидами или белками капсида (при этом они называются гликолипидами или гликопротеинами соответственно). Гликопротеины образуют шиповатые выросты на поверхности клетки, которые обладают свойствами гемагглютининов (вызывают агглютинацию эритроцитов) или разрушают нейраминовую кислоту, входящую в состав клеточных стенок, с помощью нейраминидазы.

Генетический материал

Генетический материал вирусов может быть представлен как одно- или двуцепочечной ДНК, так и одно- или двуцепочечной РНК. Больше ни у каких живых организмов РНК не является основным носителем генетической информации. ДНК-вирусы реплицируются в ядре клетки, так как для этого процесса необходима клеточная ДНК-полимераза. РНК-вирусы реплицируются в цитоплазме, на рибосомах клетки хозяина.

Существуют вирусы, способные превращать молекулу РНК в молекулу ДНК с помощью обратной транскриптазы. Самым известным представителем этого класса вирусов является вирус иммунодефицита человека. Синтезированная на матрице РНК молекула вирусной ДНК под действием фермента интегразы страивается в хромосому клетки хозяина и транскрибируется вместе с нормальными участками ДНК.

Бактериальные вирусы: бактериофаги

Бактериофаги - особые вирусы, так как они поражают исключительно бактериальные клетки. Структура и химический состав вирусов и бактериофагов очень похожи. Однако у вторых есть дополнительный отросток из фибриллярных белков. Генетический материал бактериофагов может быть представлен как ДНК, так и РНК.

Проникновение бактериофага внутрь бактериальной клетки приводит к ее лизису. Таким образом бактериофаги регулируют численность бактериальной популяции. Кроме того, эти вирусы обеспечивают генетическое разнообразие бактерий. Благодаря бактериофагам осуществляется процесс трансдукции: фрагменты бактериальной хромосомы или плазмиды упаковываются в головку бактериофага, выходят в ее составе из исходной бактериальной клетки и подают в другую бактериальную клетку, где и реплицируются. Так в бактериальную клетку попадает новый для нее генетический материал.

Данная книга предназначена студентам медицинских образовательных учреждений. Это краткое пособие поможет при подготовке и сдаче экзамена по микробиологии. Материал изложен в очень удобной и запоминающейся форме и поможет студентам за сжатый срок детально освоить основные концепции и понятия курса, а также конкретизировать и систематизировать знания.

• ЛЕКЦИЯ № 1. Введение в микробиологию
• ЛЕКЦИЯ № 2. Морфология и ультраструктура бактерий
• ЛЕКЦИЯ № 3. Физиология бактерий
• ЛЕКЦИЯ № 4. Генетика микроорганизмов. Бактериофаги
• ЛЕКЦИЯ № 5. Общая вирусология
• ЛЕКЦИЯ № 6. Учение об инфекции
• ЛЕКЦИЯ № 7. Нормальная микрофлора организма человека

Приведённый ознакомительный фрагмент книги Микробиология: конспект лекций (К. В. Ткаченко) предоставлен нашим книжным партнёром — компанией ЛитРес.

ЛЕКЦИЯ № 5. Общая вирусология

1. Морфология и структура вирусов

Вирусы – микроорганизмы, составляющие царство Vira.

1) содержат лишь один тип нуклеиновой кислоты (РНК или ДНК);

2) не имеют собственных белоксинтезирующих и энергетических систем;

3) не имеют клеточной организации;

4) обладают дизъюнктивным (разобщенным) способом репродукции (синтез белков и нуклеиновых кислот происходит в разных местах и в разное время);

5) облигатный паразитизм вирусов реализуется на генетическом уровне;

6) вирусы проходят через бактериальные фильтры.

Вирусы могут существовать в двух формах: внеклеточной (вириона) и внутриклеточной (вируса).

По форме вирионы могут быть:

3) в виде правильных многоугольников;

4) нитевидными и др.

Размеры их колеблются от 15–18 до 300–400 нм.

В центре вириона – вирусная нуклеиновая кислота, покрытая белковой оболочкой – капсидом, который имеет строго упорядоченную структуру. Капсидная оболочка построена из капсомеров. Нуклеиновая кислота и капсидная оболочка составляют нуклеокапсид.

Нуклеокапсид сложноорганизованных вирионов покрыт внешней оболочкой – суперкапсидом, которая может включать в себя множество функционально различных липидных, белковых, углеводных структур.

Строение ДНК– и РНК-вирусов принципиально не отличается от НК других микроорганизмов. У некоторых вирусов в ДНК встречается урацил.

4) двухцепочечной, но с одной более короткой цепью;

5) двухцепочечной, но с одной непрерывной, а с другой фрагментированной цепями.

2) линейной двухнитевой;

3) линейной фрагментированной;

5) содержащей две одинаковые однонитевые РНК.

Вирусные белки подразделяют на:

1) геномные – нуклеопротеиды. Обеспечивают репликацию вирусных нуклеиновых кислот и процессы репродукции вируса. Это ферменты, за счет которых происходит увеличение количества копий материнской молекулы, или белки, с помощью которых на матрице нуклеиновой кислоты синтезируются молекулы, обеспечивающие реализацию генетической информации;

2) белки капсидной оболочки – простые белки, обладающие способностью к самосборке. Они складываются в геометрически правильные структуры, в которых различают несколько типов симметрии: спиральный, кубический (образуют правильные многоугольники, число граней строго постоянно) или смешанный;

3) белки суперкапсидной оболочки – это сложные белки, разнообразные по функции. За счет них происходит взаимодействие вирусов с чувствительной клеткой. Выполняют защитную и рецепторную функции.

Среди белков суперкапсидной оболочки выделяют:

а) якорные белки (одним концом они располагаются на поверхности, а другим уходят в глубину; обеспечивают контакт вириона с клеткой);

б) ферменты (могут разрушать мембраны);

в) гемагглютинины (вызывают гемагглютинацию);

г) элементы клетки хозяина.

2. Взаимодействие вирусов с клеткой хозяина

Взаимодействие идет в единой биологической системе на генетическом уровне.

Существует четыре типа взаимодействия:

1) продуктивная вирусная инфекция (взаимодействие, в результате которого происходит репродукция вируса, а клетки погибают);

2) абортивная вирусная инфекция (взаимодействие, при котором репродукции вируса не происходит, а клетка восстанавливает нарушенную функцию);

3) латентная вирусная инфекция (идет репродукция вируса, а клетка сохраняет свою функциональную активность);

4) вирус-индуцированная трансформация (взаимодействие, при котором клетка, инфицированная вирусом, приобретает новые, ранее не присущие ей свойства).

Нуклеиновые кислоты вирусов реализуют генетическую программу по созданию вирусного потомства и определяют наследственные свойства вирусов. С помощью специальных ферментов (полимераз) снимаются копии с родительской нуклеиновой кислоты (происходит репликация), а также синтезируются информационные РНК, которые соединяются с рибосомами и осуществляют синтез дочерних вирусных белков (трансляцию).

После того как в зараженной клетке накопится достаточное количество компонентов вируса, начинается сборка вирионов потомства. Процесс этот происходит обычно вблизи клеточных мембран, которые иногда принимают в нем непосредственное участие. В составе вновь образованных вирионов часто обнаруживаются вещества, характерные для клетки, в которой размножается вирус. В таких случаях заключительный этап формирования вирионов представляет собой обволакивание их слоем клеточной мембраны.

Последним этапом взаимодействия вирусов с клетками является выход или освобождение из клетки дочерних вирусных частиц. Простые вирусы, лишенные суперкапсида, вызывают деструкцию клетки и попадают в межклеточное пространство. Другие вирусы, имеющие липопротеидную оболочку, выходят из клетки путем почкования. При этом клетка длительное время сохраняет жизнеспособность. В отдельных случаях вирусы накапливаются в цитоплазме или ядре зараженных клеток, образуя кристаллоподобные скопления – тельца включений.

3. Культивирование вирусов

Основные методы культивирования вирусов:

1) биологический – заражение лабораторных животных. При заражении вирусом животное заболевает. Если болезнь не развивается, то патологические изменения можно обнаружить при вскрытии. У животных наблюдаются иммунологические сдвиги. Однако далеко не все вирусы можно культивировать в организме животных;

2) культивирование вирусов в развивающихся куриных эмбрионах. Куриные эмбрионы выращивают в инкубаторе 7—10 дней, а затем используют для культивирования. В этой модели все типы зачатков тканей подвержены заражению. Но не все вирусы могут размножаться и развиваться в куриных эмбрионах.

В результате заражения могут происходить и появляться:

1) гибель эмбриона;

2) дефекты развития: на поверхности оболочек появляются образования – бляшки, представляющие собой скопления погибших клеток, содержащих вирионы;

3) накопление вирусов в аллантоисной жидкости (обнаруживают путем титрования);

4) размножение в культуре ткани (это основной метод культивирования вирусов).

Различают следующие типы культур тканей:

1) перевиваемые – культуры опухолевых клеток; обладают большой митотической активностью;

2) первично трипсинизированные – подвергшиеся первичной обработке трипсином; эта обработка нарушает межклеточные связи, в результате чего выделяются отдельные клетки. Источником являются любые органы и ткани, чаще всего – эмбриональные (обладают высокой митотической активностью).

Для поддержания клеток культуры ткани используют специальные среды. Это жидкие питательные среды сложного состава, содержащие аминокислоты, углеводы, факторы роста, источники белка, антибиотики и индикаторы для оценки развития клеток культуры ткани.

О репродукции вирусов в культуре ткани судят по их цитопатическому действию, которое носит разный характер в зависимости от вида вируса.

Основные проявления цитопатического действия вирусов:

1) размножение вируса может сопровождаться гибелью клеток или морфологическими изменениями в них;

2) некоторые вирусы вызывают слияние клеток и образование многоядерного синцития;

3) клетки могут расти, но делиться, в результате чего образуются гигантские клетки;

4) в клетках появляются включения (ядерные, цитоплазматические, смешанные). Включения могут окрашиваться в розовый цвет (эозинофильные включения) или в голубой (базофильные включения);

5) если в культуре ткани размножаются вирусы, имеющие гемагглютинины, то в процессе размножения клетка приобретает способность адсорбировать эритроциты (гемадсорбция).

4. Особенности противовирусного иммунитета

Противовирусный иммунитет начинается со стадии презентации вирусного антигена Т-хелперами.

Сильными антигенпрезентирующими свойствами при вирусных инфекциях обладают дендритные клетки, а при простом герпесе и ретровирусных инфекциях – клетки Лангерганса.

Иммунитет направлен на нейтрализацию и удаление из организма вируса, его антигенов и зараженных вирусом клеток. Антитела, образующиеся при вирусных инфекциях, действуют непосредственно на вирус или на клетки, инфицированные им. В этой связи выделяют две основные формы участия антител в развитии противовирусного иммунитета:

1) нейтрализацию вируса антителами; это препятствует рецепции вируса клеткой и проникновению его внутрь. Опсонизация вируса с помощью антител способствует его фагоцитозу;

2) иммунный лизис инфицированных вирусом клеток с участием антител. При действии антител на антигены, экспрессированные на поверхности инфицированной клетки, к этому комплексу присоединяется комплемент с последующей его активацией, что и обуславливает индукцию комплементзависимой цитотоксичности и гибель инфицированной вирусом клетки.

Недостаточная концентрация антител может усиливать репродукцию вируса. Иногда антитела могут защищать вирус от действия протеолитических ферментов клетки, что при сохранении жизнеспособности вируса приводит к усилению его репликации.

Вируснейтрализующие антитела действуют непосредственно на вирус лишь в том случае, когда он, разрушив одну клетку, распространяется на другую.

Когда вирусы переходят из клетки в клетку по цитоплазматическим мостикам, не контактируя с циркулирующими антителами, то основную роль в становлении иммунитета играют клеточные механизмы, связанные прежде всего с действием специфических цитотоксических Т-лимфоцитов, Т-эффекторов и макрофагов. Цитотоксические Т-лимфоциты непосредственно контактируют с клеткой-мишенью, повышая ее проницаемость и вызывая осмотическое набухание, разрыв мембраны и выход содержимого в окружающую среду.

Механизм цитотоксического эффекта связан с активацией мембранных ферментных систем в зоне прилипания клеток, образованием цитоплазматических мостиков между клетками и действием лимфотоксина. Специфические Т-киллеры появляются уже через 1–3 дня после заражения организма вирусом, их активность достигает максимума через неделю, а затем медленно понижается.

Одним из факторов противовирусного иммунитета является интерферон. Он образуется в местах размножения вируса и вызывает специфическое торможение транскрипции вирусного генома и подавление трансляции вирусной мРНК, что препятствует накоплению вируса в клетке-мишени.

Стойкость противовирусного иммунитета вариабельна. При ряде инфекций (ветряной оспе, паротите, кори, краснухе) иммунитет достаточно стойкий, а повторные заболевания встречаются крайне редко. Менее стойкий иммунитет развивается при инфекциях дыхательных путей (гриппе) и кишечного тракта.