Морфология и ультраструктура и химический состав вирусов

Сайт СТУДОПЕДИЯ проводит ОПРОС! Прими участие :) - нам важно ваше мнение.

До 1891 г. считали, что именно бактерии стоят на грани живого и неживого. Ученные в то время полагали, что в вопросах изучения организации жизни они дошли до крайних ее пределов, минимальных размеров и простоты строения.

Первым вирусом, для которого были получены бесспорные данные был вирус табачной мозаики BTM, впервые открытый русским учёным Д.И. Ивановским в 1892 г. Он показал, что болезнь табака - так называемую табачную мозаику можно перенести на здоровое растение, воспользовавшись соком больных растений, даже если сок профильтровать через бактерицидные фильтры (фарфоровые). Однако при посеве на питательные среды никаких живых организмов не развивалось, не было их видно и в световой микроскоп.

В 1898 г. немецкие учёные Лёфлер и Форш открыли первую вирусную болезнь животных - ящур рогатого скота.

В 1900 г. Рид с сотрудниками выделил вирус желтой лихорадки - вирусную болезнь человека.

В дальнейшем была установлена вирусная природа некоторых заболеваний членистоногих - желтуха шелковичных червей (описанная ещё Пастером), полиэдроз у гусениц совки, мешотчатая детка пчел. Выявление вирусной природы этих болезней имело большое значение для медицины и сельского хозяйства.

Несколько позже в 1915 г. были описаны вирусы, поражающие бактерии, английским учёным Туортом, а более подробно изучены французским ученым Д’ Эрелем и названы им бактериофагами (от греч. фагейн - пожирать). Он считал, что фаги пожирают бактерии изнутри. Обычно в бактериологии пользуются кратким словом фаг. С совершенствованием методов вычисления вирусов, число вирусов постоянно растет.

В настоящее время не существует полной и обоснованной классификации вирусов. По классификации Берджи вирусы отнесены к отряду Virales, которые вместе с отрядом риккетсий включены в класс Microfabiac

Наиболее удачное определение вируса дал Стенли:

Вирус - это нечто . имеющее ничтожно малые размеры, способные проникать в организм и вызывать заболевание у всех живых существ и размножающееся только в живых клетках.

Существуют и другие определения вирусов:

Вирусы - неклеточные формы жизни, способные проникать в определённые живые клетки и размножаться только внутри этих клеток;

Вирусы - это внутриклеточные паразиты на генетическом уровне.

Описано около 500 вирусов, поражающих теплокровных позвоночных и более 300 видов, поражающих высшие растения.

Отличительные признаки вирусов.

1. Имеют более мелкие размеры по сравнению с микробами и не задерживаются бактериофильтрами. Вирусы невидимы в простой оптический микроскоп и оседают только при ультрацентрифугировании;

2. Содержат только РНК или ДНК;

3. Для их репродукции необходима только нуклеиновая кислота;

4. Растут и размножаются только в клетках хозяина;

5. Имеют неклеточную форму строения.

В организм вирусы могут попадать разными путями:

· с пищевыми продуктами;

· через членистоногих (переносчиков - комаров, москитов, клещей).

Из организма они выводятся с мочой, слюной. В растения вирусы попадают через поранения.

Детальное изучение вирусов было проведено с помощью электронного микроскопа. Размеры вирусов колеблются от 10-15 до 200-400 нм. Вирусы оспы человека - 250-300 нм; бешенства 100-150 нм; BTM - 15 нм; ящура - 10-12 нм.

Форма вирусов может быть различной:

1. Палочковидная или слегка изогнутая - у растений;

2. Сферическая, шаровидная - вирус гриппа;

3. Кубовидная - вирус оспы;

4. Головчатая, сперматозойдоподобная - бактериофоги, вирус азиатской чумы;

5. Нитевидная - вирус гриппа.

Вирусная частица не имеет клеточного строения и её назвали вирионом. Она состоит из генетического материала к ДНК или РНК, окруженного белковой оболочкой - капсидом (греч. ящик). Заключенная в ней нуклеиновая кислота называется нуклеокапсидом. У одних вирусов она непосредственно соприкасается с оболочкой, у других - отделяется от неё мембраной. Капсид состоит из частиц - субъединиц, называемых капсомерами. Капсомер может быть образован одной полипептидной цепью как BTM или может быть построен из многих идентичных мономеров, которые в свою очередь состоят из многих полипептидных цепей.

Вирусы имеют два типа строения капсида: кубовидный и спиральный. При спиральной симметрии (у BTM) капсомеры располагаются как ступени винтовой лестницы. У кубовидного вируса они закручены в клубок, который окружен оболочкой. Некоторые вирусы (BTM) при большом накоплении в пораженной клетке образуют правильные кристаллические формы.

Химический состав вирусов.

сухое вещество - 40%:

углеводы - до 3,5% (полисахариды);

В вирусах обнаружены рибофлавин и биотин. В некоторых вирусах обнаружены собственные ферменты. Например,в вирусе гриппа находится нейромининаза, которая отцепляет нейраминовую кислоту от эритроцитов.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

В основу классификации вирусов положены следующие кате­гории:

• тип нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК), ее структура, ко­личество нитей (одна или две), особенности воспроизводства вирусного генома;

• размер и морфология вирионов, количество капсомеров и тип симметрии;

• чувствительность к эфиру и дезоксихолату;

• место размножения в клетке;

• антигенные свойства и пр.

Вирусы имеют уникальный геном, так как содержат либо ДНК, либо РНК. Поэтому различают ДНК-содержащие и РНК-содержащие вирусы. Они обычно гаплоидны, т.е. име­ют один набор генов. Геном вирусов представлен различными видами нуклеиновых кислот: двунитчатыми, однонитчатыми, линейными, кольцевыми, фрагментированными. Среди РНК- содержащих вирусов различают вирусы с положительным (плюс-нить РНК) геномом. Плюс-нить РНК этих вирусов выполняет наследственную функцию и функцию информационной РНК (иРНК). Имеются также РНК-содержащие вирусы с отрицатель­ным (минус-нить РНК) геномом. Минус-нить РНК этих виру­сов выполняет только наследственную функцию.

Вирусы— мельчайшие микробы, не имеющие клеточного строения, белоксинтезирующей системы, содержащие только ДНК или РНК. Относятся к царству Vira. Являясь облигатными внутриклеточными паразитами, вирусы размножаются в ци­топлазме или ядре клетки. Они — автономные генетические структуры. Отличаются особым — разобщенным (дисъюнктивным) способом размножения (репродукции): в клетке от­дельно синтезируются нуклеиновые кислоты вирусов и их белки, затем происходит их сборка в вирусные частицы. Сформированная вирусная частица называется вирионом.

Морфологию вирусов изучают с помощью электронной микроскопии, так как их размеры малы (18-400 нм) и срав­нимы с толщиной оболочки бактерий.

Форма вирионов может быть различной: палочковидной (вирус табачной мозаики), пулевидной (вирус бешенства), сферической (вирусы полио­миелита, ВИЧ), нитевидной (филовирусы), в виде спермато­зоида (многие бактериофаги). Различают просто устроенные и сложно устроенные вирусы.

Простые, или безоболочечные, вирусысостоят из нуклеиновой кисло­ты и белковой оболочки, называемой капсидом. Капсид состоит из повторяющихся морфологических субъединиц — капсомеров. Нуклеиновая кислота и капсид взаимодействуют друг с другом, образуя нуклеокапсид.

Сложные, или оболочечные, вирусыснаружи капсида окружены ли-попротеиновой оболочкой (суперкапсидом, или пеплосом). Эта оболоч­ка является производной структурой от мембран вирус-инфицированной клетки. На оболочке вируса расположены гликопротеиновые ши­пы, или шипики (пепломеры). Под оболочкой некоторых вирусов нахо­дится матриксный М-белок.

Тип симметрии. Капсид или нуклеокапсид могут иметь спираль­ный, икосаэдрический (кубический) или слож­ный тип симметрии. Икосаэдрический тип сим­метрии обусловлен образованием изометричес­ки полого тела из капсида, содержащего вирус­ную нуклеиновую кислоту (например, у вирусов гепатита А, герпеса, полиомиелита). Спираль­ный тип симметрии обусловлен винтообразной структурой нуклеокапсида (например, у вируса гриппа).

20. Взаимодействие вируса с клеткой. Фазы жизненного цикла. Понятие о персистенции вирусов и персистентных инфекциях.

Адсорбция.Взаимодействие вируса с клеткой начинается с процесса адсорбции, т. е. прикрепления вирусов к поверхности клетки. Это высокоспецифический процесс. Вирус адсорбирует­ся на определенных участках клеточной мембраны — так назы­ваемых рецепторах. Клеточные рецепторы могут иметь разную хи­мическую природу, представляя собой белки, углеводные ком­поненты белков и липидов, липиды. Число специфических ре­цепторов на поверхности одной клетки колеблется от 10 4 до 10 5 . Следовательно, на клетке могут адсорбироваться десятки и даже сотни вирусных частиц.

Проникновение в клетку.Существует два способа проникнове­ния вирусов животных в клетку: виропексис и слияние вирусной оболочки с клеточной мембраной. При виропексисе после адсорб­ции вирусов происходят инвагинация (впячивание) участка кле­точной мембраны и образование внутриклеточной вакуоли, ко­торая содержит вирусную частицу. Вакуоль с вирусом может транс­портироваться в любом направлении в разные участки цитоплаз­мы или ядро клетки. Процесс слияния осуществляется одним из поверхностных вирусных белков капсидной или суперкапсидной оболочки. По-видимому, оба механизма проникновения вируса в клетку не исключают, а дополняют друг друга.

Биосинтез компонентов вируса.Проникшая в клетку вирусная нуклеиновая кислота несет генетическую информацию, которая успешно конкурирует с генетической информацией клетки. Она дезорганизует работу клеточных систем, подавляет собственный метаболизм клетки и заставляет ее синтезировать новые вирус­ные белки и нуклеиновые кислоты, идущие на построение ви­русного потомства.

Реализация генетической информации вируса осуществляет­ся в соответствии с процес­сами транскрипции, трансляции и репликации.

Существуют следующие общие принципы сборки вирусов, имеющих разную структуру:

1. Формирование вирусов является многоступенчатым процессом с образованием промежуточных форм;

2. Сборка просто устроенных вирусов заключается во взаимодей­ствии молекул вирусных нуклеиновых кислот с капсидными белками и образовании нуклеокапсидов (например, вирусы полиомиелита). У сложно устроенных вирусов сначала форми­руются нуклеокапсиды, с которыми взаимодействуют белки суперкапсидных оболочек (например, вирусы гриппа);

3. Формирование вирусов происходит не во внутриклеточной жидкости, а на ядерных или цитоплазматических мембранах клетки;

4. Сложно организованные вирусы в процессе формирования включают в свой состав компоненты клетки-хозяина (липиды, углеводы).

Время, необходимое для осуществления полного цикла реп­родукции вирусов, варьирует от 5—6 ч (вирусы гриппа, нату­ральной оспы и др.) до нескольких суток (вирусы кори, адено­вирусы и др.). Образовавшиеся вирусы способны инфицировать новые клетки и проходить в них указанный выше цикл репро­дукции.

ВИРУСНАЯ ПЕРСИСТЕНЦИЯ- сохранение вируса в функционально активном состоянии в клетках организма или культур ткани за пределами тех сроков, которые характерны для острой инфекции. Соответственно, инфекции, обусловленные феноменом вирусной персистенции, называют персистентными вирусными инфекциями. Как правило, они протекают при менее выраженных по сравнению с острой инфекцией клинических проявлениях, либо вовсе без них.

Выделяют три группы персистентных вирусных инфекций:

Хронические инфекции отличаются от двух других тем, что присутствие вируса определяется относительно просто с помощью лабораторных методов; к их числу относятся, например, хронические формы вирусного гепатита В. При латентных инфекциях, типичных, в частности, для герпесвирусов, возбудитель маскирован в тканях, и его выявление возможно при обострениях. При медленных инфекциях, представителем которых может считаться болезнь Крейцфельда-Якоба, вирусная персистенция приходится на чрезвычайно длительный (несколько лет) инкубационный период, предшествующий медленно развивающемуся заболеванию.

21. Принципы и методы лабораторной диагностики вирусных инфекций. Методы культивирования вирусов.

Для лабораторной диагностики вирусных инфекций используются различные методы.

Вирусологическое исследование (световая микроскопия) позволяет обнаружить характерные вирусные включения, а электронная микроскопия - сами вирионы, и по особенностям их строения диагностировать соответствующую инфекцию (например, ротавирусную).

Для выделения вирусов используют заражение лабораторных животных, куриных эмбрионов или культуры тканей.

Первичную идентификацию выделенного вируса до уровня семейства можно провести с помощью:

• определения типа нуклеиновой кислоты (проба с бромдезоксиуридоном),

• особенностей ее строения (электронная микроскопия),

• размером вириона (фильтрование через мембранные фильтры с порами диаметром 50 и 100 нм),

• наличия суперкапсидной оболочки (проба с эфиром),

• гемагглютининов (реакция гемагглютинации),

• типа симметрии нуклеокапсида (электронная микроскопия).

Существенное значение для идентификации вирусов (до рода, вида, внутри вида) имеет также изучение их антигенного строения, которое проводится в реакции вирусонейтрализации с соответствующими иммунными сыворотками. Сущность этой реакции состоит в том, что после обработки гомологичными антителами вирус утрачивает свою биологическую активность (нейтрализуется) и клетка хозяина развивается так же, как и неинфицированная вирусом. Об этом судят по отсутствию цитопатического действия, цветной пробе, результатам реакции торможения гемагглютинации (РТГА), отсутствию изменений при заражении куриных эмбрионов, выживаемости чувствительных животных.

Методы иммунодиагностики (серодиагностики и иммуноиндикации).Они реализуются в самых разнообразных реакциях иммунитета:

• радиоизотопный иммунный анализ (РИА),

• иммуноферментный анализ (ИФА),

• реакция иммунофлюоресценции (РИФ),

• реакция связывания комплемента (РСК),

• реакция пассивной гемагглютинации (РПГА),

• реакции торможения гемагглютинации (РТГА) и другие.

При использовании методов серодиагностики обязательным является исследование парных сывороток. При этом четырехкратное нарастание титра антител во второй сыворотке в большинстве случаев служит показателем протекающей или свежеперенесенной инфекции. При исследовании одной сыворотки, взятой в острой стадии болезни, диагностическое значение имеет обнаружение антител класса Ig М, свидетельствующее об острой инфекции.

Молекулярно-генетических методов (ДНК-зондирование, полимеразной цепной реакции - ПЦР). В первую очередь с их помощью выявляют персистирующие вирусы, находящиеся в клиническом материале, с трудом обнаруживаемые или не обнаруживаемые другими методами.

Для культивирования вирусов используют культуры клеток, куриные эмбрионы и чувствительных лабораторных животных. Эти же методы используют и для культивирования риккетсий и хламидий — облигатных внутриклеточных бактерий, которые не растут на искусственных питательных средах.

Культуры клеток.Культуры клеток готовят из тканей живот­ных или человека. Культуры подразделяют на первичные (неперевиваемые), полуперевиваемые и перевиваемые.

Приготовление первичной культуры клеток складывает­ся из нескольких последовательных этапов: измельчения ткани, разъединения клеток путем трипсинизации, отмывания получен­ной однородной суспензии изолированных клеток от трипсина с последующим суспендированием клеток в питательной среде, обеспечивающей их рост, например в среде 199 с добавлением телячьей сыворотки крови.

Перевиваемые культуры в отличие от первичных адаптированы к условиям, обеспечивающим им постоянное существование in vitro,и сохра­няются на протяжении нескольких десятков пассажей.

Их приготов­ляют из злокачественных и нормальных линий клеток, обладаю­щих способностью длительно размножаться in vitro в определен­ных условиях. К ним относятся злокачественные клетки HeLa, первоначально выделенные из карциномы шейки матки, Нер-3 (из лимфоидной карциномы), а также нормальные клетки ам­ниона человека, почек обезьяны и др.

К полуперевиваемым культурам относятся диплоид­ные клетки человека. Они представляют собой клеточную систе­му, сохраняющую в процессе 50 пассажей (до года) диплоидный набор хромосом, типичный для соматических клеток использу­емой ткани. Диплоидные клетки человека не претерпевают зло­качественного перерождения и этим выгодно отличаются от опу­холевых.

Куриные эмбрионы.Куриные эмбрионы по сравнению с культурами клеток значительно реже бывают контаминированы вирусами и микоплазмами, а также обладают сравнительно вы­сокой жизнеспособностью и устойчивостью к различным воздей­ствиям.

Для получения чистых культур риккетсий, хламидий. и ря­да вирусов используют 8—12-дневные куриные эмбрионы. О размножении упомянутых микроорганизмов судят по морфологическим из­менениям, выявляемым после вскрытия эмбриона на его обо­лочках.

О репродукции некоторых вирусов, например гриппа, оспы, можно судить по реакции гемагглютинации (РГА) с куриными или другими эритроцитами.

К недостаткам данного метода относятся невозможность об­наружения исследуемого микроорганизма без предварительного вскрытия эмбриона, а также наличие в нем большого количества белков и других соединений, затрудняющих последующую очист­ку риккетсий или вирусов при изготовлении различных препа­ратов.

Лабораторные животные.Видовая чувствительность живот­ных к определенному вирусу и их возраст определяют репродук­тивную способность вирусов. Во многих случаях только ново­рожденные животные чувствительны к тому или иному вирусу (например, мыши-сосунки — к вирусам Коксаки).

Преимущество данного метода перед другими состоит в воз­можности выделения тех вирусов, которые плохо репродуциру­ются в культуре или эмбрионе. К его недостаткам относятся кон­таминация организма подопытных животных посторонними ви­русами и микоплазмами, а также необходимость последующего заражения культуры клеток для получения чистой линии данно­го вируса, что удлиняет сроки исследования.

22. Вирусы бактерий – фаги. Взаимодействие фага с бактериальной клеткой. Умеренные и вирулентные бактериофаги. Профаг. Лизогения. Фаговая конверсия. Применение фагов в биотехнологии, микробиологии и медицине.

Явление бактериофагии открыл и изучил французский микробио­лог д'Эррель. Д'Эррель назвал этот агент бактериофагом, а само явление лизиса - бактериофагией.

Позже было подтверждено, что бактериофаг - живой. Это вирус бак­терий, он размножается в бактериях, вызывая их лизис. Добавление бак­териофага в культуру бактерий на жидкой питательной среде вызывает просветление среды. На плотных питательных средах при посеве смеси бактерий и бактериофага на фоне сплошного роста бактерий появля­ются стерильные пятна или негативные колонии фагов.

Бактериофаги специфичны, то есть лизируют определенные виды бактерий. Отсюда их названия: дизентерийный бактериофаг, стафи­лококковый бактериофаг. Обнаружены фаги не только бактерий, но и актиномицетов.

В практической медицине бактериофаги нашли применение как лечебные и профилактические средства,

Важное значение имеет то, что на примере бактериофагии были открыты и изучены многие проблемы общей вирусологиии и молекуляр­ной генетики.

Структура бактериофагов

Размеры бактериофагов колеблются от 20 нм до 200 нм. Как все вирусы, содержат ДНК, или РНК, и белковый капсид. Чаще всего встре­чаются и лучше изучены бактериофаги, имеющие форму сперматозои­да или головастика. Состоят они из головки, хвостового отростка, батальной пластинки с короткими шинами и хвостовыми нитями. Внутри головки располагается спи­рально скрученная пить ДНК, по­крытая белковым капсидом. Хвостовой отросток - что полый цилиндрический стержень, окру­женный сократительным чехлом. Базальная пластинка и нити осу­ществляют процесс адсорбции бактериофага на бактериальной клетке. Существуют бактериофаги, имеющие другое строе­ние: с короткими отростком, с отростком без сократительного чехла, без отростка, нитевидной формы.

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

Основные свойства вирусов (и плазмид), по которым они отличаются от остального живого мира.

1.Ультрамикроскопические размеры (измеряются в нанометрах). Крупные вирусы (вирус оспы) могут достигать размеров 300 нм, мелкие- от 20 до 40 нм. 1мм=1000мкм, 1мкм=1000нм.

2.Вирусы содержат нуклеиновую кислоту только одного типа- или ДНК (ДНК- вирусы) или РНК (РНК- вирусы). У всех остальных организмов геном представлен ДНК, в них содержится как ДНК, так и РНК.

3.Вирусы не способны к росту и бинарному делению.

4.Вирусы размножаются путем воспроизводства себя в инфицированной клетке хозяина за счет собственной геномной нуклеиновой кислоты.

5.У вирусов нет собственных систем мобилизации энергии и белок- синтензирующих систем, в связи с чем вирусы являются абсолютными внутриклеточными паразитами.

6.Средой обитания вирусов являются живые клетки- бактерии (это вирусы бактерий или бактериофаги), клетки растений, животных и человека.

Все вирусы существуют в двух качественно разных формах: внеклеточной- вирион и внутриклеточной- вирус. Таксономия этих представителей микромира основана на характеристике вирионов- конечной фазы развития вирусов.

Строение (морфология) вирусов.

1.Геном вирусов образуют нуклеиновые кислоты, представленные одноцепочечными молекулами РНК (у большинства РНК- вирусов) или двухцепочечными молекулами ДНК (у большинства ДНК- вирусов).

2.Капсид - белковая оболочка, в которую упакована геномная нуклеиновая кислота. Капсид состоит из идентичных белковых субъединиц- капсомеров.Существуют два способа упаковки капсомеров в капсид- спиральный (спиральные вирусы) и кубический (сферические вирусы).

При спиральной симметрии белковые субъединицы располагаются по спирали, а между ними, также по спирали, уложена геномная нуклеиновая кислота (нитевидные вирусы). При кубическом типе симметрии вирионы могут быть в виде многогранников, чаще всего- двадцатигранники - икосаэдры.

3.Просто устроенные вирусы имеют только нуклеокапсид, т.е. комплекс генома с капсидом и называются “голыми”.

4. У других вирусов поверх капсида есть дополнительная мембраноподобная оболочка, приобретаемая вирусом в момент выхода из клетки хозяина- суперкапсид. Такие вирусы называют “одетыми”.

Кроме вирусов, имеются еще более просто устроенные формы способных передаваться агентов - плазмиды, вироиды и прионы.

Основные этапы взаимодействия вируса с клеткой хозяина.

1.Адсорбция- пусковой механизм, связанный со взаимодействием специфических рецепторов вируса и хозяина (у вируса гриппа- гемагглютинин, у вируса иммунодефицита человека- гликопротеин gp 120).

2.Проникновение- путем слияния суперкапсида с мембраной клетки или путем эндоцитоза (пиноцитоза).

3.Освобождение нуклеиновых кислот- “раздевание” нуклеокапсида и активация нуклеиновой кислоты.

4.Синтез нуклеиновых кислот и вирусных белков, т.е. подчинение систем клетки хозяина и их работа на воспроизводство вируса.

5.Сборка вирионов- ассоциация реплицированных копий вирусной нуклеиновой кислоты с капсидным белком.

6.Выход вирусных частиц из клетки, приобретения суперкапсида оболочечными вирусами.

Исходы взаимодействия вирусов с клеткой хозяина.

1.Абортивный процесс- когда клетки освобождаются от вируса:

- при инфицировании дефектным вирусом, для репликации которого нужен вирус- помощник, самостоятельная репликация этих вирусов невозможна ( так называемые вирусоиды). Например, вирус дельта (D) гепатита может реплицироваться только при наличии вируса гепатита B, его Hbs - антигена, аденоассоциированный вирус- в присутствии аденовируса);

- при инфицировании вирусом генетически нечувствительных к нему клеток;

- при заражении чувствительных клеток вирусом в неразрешающих условиях.

2.Продуктивный процесс- репликация (продукция) вирусов:

- гибель (лизис) клеток (цитопатический эффект)- результат интенсивного размножения и формирования большого количества вирусных частиц - характерный результат продуктивного процесса, вызванного вирусами с высокой цитопатогенностью. Цитопатический эффект действия на клеточные культуры для многих вирусов носит достаточно узнаваемый специфический характер;

- стабильное взаимодействие, не приводящее к гибели клетки (персистирующие и латентные инфекции) - так называемая вирусная трансформация клетки.

3.Интегративный процесс- интеграция вирусного генома с геномом клетки хозяина. Это особый вариант продуктивного процесса по типу стабильного взаимодействия. Вирус реплицируется вместе с геномом клетки хозяина и может длительно находиться в латентном состоянии. Встраиваться в ДНК- геном хозяина могут только ДНК- вирусы (принцип “ДНК- в ДНК”). Единственные РНК- вирусы, способные интегрироваться в геном клетки хозяина- ретровирусы, имеют для этого специальный механизм. Особенность их репродукции- синтез ДНК провируса на основе геномной РНК с помощью фермента обратной транскриптазы с последующим встраиванием ДНК в геном хозяина.

Основные методы культивирования вирусов.

1. Метод культивирования в организме чувствительных экспериментальных лабораторных животных.
2. Культивирование вирусов в развивающихся куриных эмбрионах.
3. Метод культивирования вирусов в культуре ткани – для культивирования вирусов вне организма; используют эмбриональные, опухолевые клетки, которые активно размножаются в питательных средах для культуры тканей.

1. источником мономеров для синтеза нуклеиновых кислот служат нуклеотиды клетки;

2. источником мономеров для синтеза вирусных белков служат аминокислоты (аминоацил тРНК) клетки;

3. синтез белков всех вирусов осуществляется на клеточных рибосомах;

4. источник энергии для биосинтетических процессов при репродукции всех вирусов — аденазинтрифосфорная кислота (АТФ), вырабатываемая в митохондриях клетки;

5. дисъюнктивный (разобщенный во времени и в пространстве) биосинтез структурных компонентов вирусов. Так, нуклеиновая кислота вируса может реплицироваться, например, в ядре клетки, вирусный белок синтезируется в цитоплазме, а сборка цельных вирионов или нуклеокапсидов может происходить на внутренней поверхности цитоплазматической мембраны. Наконец, сложный липопротеиновый суперкапсид может приобретаться вирусами в процессе почкования;

6. репликацию нуклеиновых кислот вирусов осуществляют ферменты — полимеразы (ДНК-полимеразы и РНК-синтетазы), которые могут быть клеточными полимеразами, присутствующими в клетке до ее заражения вирусом, либо вирусспецифическими, появляющимися после заражения клетки вирусом, так как биосинтез их закодирован в структуре нуклеиновых кислот самих вирусов или они находятся в вирионе вируса;

7. точность копирования молекул нуклеиновых кислот при их репликации обеспечивается матричным механизмом и принципом комплементарности.

ВНИМАНИЕ! САЙТ ЛЕКЦИИ.ОРГ проводит недельный опрос. ПРИМИТЕ УЧАСТИЕ. ВСЕГО 1 МИНУТА.

В зависимости от характеристик генома, особенностей строения и размножения, различают канонические (от греч. kanon – норма, правило) и неканонические вирусы.

Канонические вирусы– это вирусы, имеющие оболочку, заключающую в себя геном, и размножающиеся без помощи других вирусов. Почти все патогенные для человека, животных, растений и бактерий вирусы являются каноническими.

К неканоническим вирусам относятся вирусоиды, вироиды, плазмиды, ретротранспозоны и прионы. Вирусоиды – это вирусы, имеющие оболочку, покрывающую геном, но не способные размножаться без вируса-помощника. Напротив, вироиды, плазмиды и прионы размножаются без помощи других вирусов, но не имеют защищающей геном оболочки. Из числа неканонических вирусов патогенными для человека являются прионы и один вирусоид (возбудитель гепатита Д). Остальные вирусоиды и все известные вироиды вызывают заболевания у растений. Плазмиды обитают только в бактериях.

Канонические вирусы и вирусоиды имеют две формы существования: 1) внеклеточную, в виде вирионов, то есть целых вирусных особей, покоящихся без признаков жизни и движения; и 2) внутриклеточную, в виде свободных нуклеиновых кислот (вирус) или нуклеиновых кислот, интегрированных в геном клетки-хозяина (провирус). Вироиды, плазмиды и прионы имеют только внутриклеточную форму существования. При этом вироиды находятся в виде свободной нуклеиновой кислоты, плазмиды – в виде свободной или интегрированной, прионы – в виде инфекционного прионового белка и, возможно, нуклеиновой кислоты, интегрированной в геном клетки-хозяина.

§ 1. Морфология и ультраструктура вирионов канонических вирусов.

Размеры вирионов – внеклеточных вирусных частиц – широко варьируют. Наиболее мелкие вирионы имеют размеры от 15 до 40 нм (вирусы ящура, полиомиелита, Коксаки, ЕСНО). Величина вирионов средних размеров находится в пределах 60-80 нм (аденовирусы). Крупные вирионы достигают размеров 180-350 нм (вирус ветряной оспы).

Размеры вирионов устанавливаются с помощью 3 методов.

1. Метод фильтрации. Вируссодержащую жидкость фильтруют через фильтры с различным диаметром пор, определяя, через какой из фильтров вирионы не проходят. Метод даёт несколько завышенные результаты, так как вирионы из-за сил поверхностного трения могут не проходить через поры фильтра, большие по диаметру, чем вирионы.

2. Метод центрифугирования. Вируссодержащую жидкость центрифугируют в скоростных центрифугах. Чем крупнее и тяжелее вирионы, тем быстрее и при меньших скоростях они оседают на дно центрифужных сосудов. Имеется специальная формула, пользуясь которой и, зная время седиментации и скорость движения центрифуги, можно рассчитать массу вирионов. Метод не позволяет судить о форме вирионов.

3. Метод электронной микроскопии. Этот метод позволяет установить не только величину, но и форму вирионов. Однако метод даёт несколько заниженные результаты измерения размеров вирионов, так как в электронном микроскопе при работе возникает глубокий вакуум, в котором вирионы могут усыхать и уменьшаться в размерах.

Для получения более точных результатов размеры вирусов изучают параллельно всеми указанными методами и дают максимальные и минимальные величины.

Форма вирионов весьма разнообразна (рис. 1). Палочковидную или цилиндрическую форму имеют вирусы растений, нитевидную – вирусы растений, бактериофаги, филовирусы. Сферическая, многогранная, кубовидная формы характерны для многих вирусов человека и животных. Пулевидную форму имеют возбудитель бешенства и фитопатогенные рабдовирусы. Сперматозоидная форма присуща многим бактериофагам.

Ультраструктура полных вирионов. Полными являются вирионы, у которых ущерб обязательных структурных компонентов отсутствует, в связи с чем они способны размножаться без помощи других вирусов своего вида. Структурные компоненты полных вирионов могут быть подразделены на обязательные (оболочка, нуклеиновая кислота) и не

обязательные (ферменты, включения).

Суперкапсид представляет собой липидный бислой клетки-хозяина, покрывающий вирион при его выходе из клетки. В составе суперкапсида могут быть и углеводы. Суперкапсид имеют самые опасные для человека вирусы (вирусы гриппа, вирус иммунодефицита человека). Липидная оболочка суперкапсида не иммуногенна, в связи с чем она не индуцирует иммунный ответ со стороны макроорганизма. Наличие суперкапсида выявляют по чувствительности вирусов к эфиру и жирорастворителям. Если вирус имеет суперкапсид, то он чувствителен к эфиру (вирус погибает). При отсутствии суперкапсида вирусы сохраняют активность в эфире в течение 24 ч и более. Чувствительность к эфиру явля

ется важным видовым признаком вирусов.

Капсид играет роль чехла, защищающего нуклеиновую кислоту, при её переносе из одной клетки-мишени в другую. Капсид состоит из капсомеров – субъединиц белковой природы. Количество капсомеров является видовым признаком и различно у разных вирусов (например, у бактериофага Ф-174 12 капсомеров, у аденовирусов человека – 252, у вируса радужности долгоножки – 812 капсомеров). Структурными единицами капсомеров являются протомеры. Мономерные протомеры состоят из 1 белковой молекулы, полимерные протомеры – более чем из 6. Двойной белковый капсид имеют ротавирусы.

У всех вирусов на поверхности капсида содержатся спикулы – гликолипидные или гликопротеидные структуры в виде выростов длиной до 7-10 нм. Спикулы встроены в капсид или суперкапсид, и выполняют функции рецепторов при фиксации вирусов к клеткам-мишеням. Спикулы так же, как и капсомеры, могут обладать антигенными свойствами.

Капсиды могут быть построены по спиральному, кубическому (икосаэдрическому) и смешанному типу симметрии (рис. 3). Если капсомеры, соединяясь друг с другом, образуют полую спираль, то такое строение называется спиральным типом симметрии капсида. Он по форме может напоминать либо полую трубку (вирус табачной мозаики, филовирусы), либо сферу (вирусы натуральной оспы, гриппа, парагриппа). Если капсомеры, соединяясь друг с другом, образуют полый многогранник (чаще икосаэдр), то такое строение обозначается как кубический (икосаэдрический) тип симметрии капсида (адено-, пикорна, герпесвирусы и др.). При этом типе симметрии капсомеры образуются из нескольких молекул белка. В полости капсида находится определённым образом упакованная нуклеиновая кислота.

Кубический тип симметрии имеют более высоко организованные вирусы. У них нуклеиновая кислота свернута наиболее компактно и соединена с капсидом небольшим числом радикалов. Это обусловливает наибольшую устойчивость вирионов при минимальной их площади, а освобождение нуклеиновой кислоты возможно без полной деструкции вирусного капсида. Икосаэдрический тип симметрии обеспечивает более легкую композицию (сборку) вирионов, чем при спиральном типе симметрии, где на протяжении всей нити нуклеиновая кислота взаимодействует с капсидом. При разделении нуклеиновой кислоты и капсидных белков у вирусов со спиральным типом симметрии капсид разрушается.

У некоторых вирусов бактерий (бактериофагов) выявлен смешанный тип симметрии капсида. Форма у этих вирусов сперматозоидная. Головка имеет кубический, а хвост (отросток) – спиральный тип симметрии (рис. 3в). В головке фага содержится упакованная определённым образом нуклеиновая кислота. От фаговой головки отходит отросток, который представляет собой стержень, окружённый чехлом в виде цилиндра. Чехол способен сокращаться, при этом из головки бактериофага через стержень выходит нуклеиновая кислота. На дистальном конце отростка имеется базальная пластинка шестиугольной формы. От неё отходят тонкие белковые нити, посредством которых бактериофаг прикрепляется к бактерии-мишени. У некоторых типов фагов отростки могут отсутствовать. В отростке фага содержится фермент мурамидаза, разрушающий клеточную стенку бактерий для прохождения бактериофагальной нуклеиновой кислоты. Продольные и поперечные размеры составных частей бактериофага представлены на рис. 3 в.

Тип симметрии капсида является видовым признаком вирусов и учитывается при их классификации.

Нуклеиновая кислота составляет геном вирионов, который может быть представлен только одним типом нуклеиновой кислоты – ДНК или РНК.

Геном канонических и неканонических вирусов, за небольшим исключением, гаплоиден. Диплоидный геном, представленный двухниточной РНК, имеют рео- и ретровирусы.

Нуклеиновые кислоты, составляющие геном вирусов, могут быть однониточными, двухниточными, линейными, кольцевыми, непрерывными и фрагментированными. Комбинации этих характеристик ДНК и РНК обусловливают разнообразие вирусных геномов. Двухниточные вирусные ДНК способны к суперспирализации – дополнительному скручиванию, в результате чего возникает очень компактная третичная структура, которая позволяет укладываться ДНК в небольшом по объёму капсиде.

Молекулы РНК и ДНК могут быть упакованы в вирионе 2 способами: 1) по спирали, тогда образуются нитевидные и палочковидные вирионы; и 2) изометрически (способ упаковки нуклеиновой кислоты геометрически не связан с организацией капсида), что ведет к образованию вирионов сферической формы. При упаковке в капсиде нуклеиновые кислоты могут быть накручены на белковые структуры (герпесвирусы), либо же скреплены молекулами белков, которые не составляют четко выраженных и отличных от капсида подструктур (аденовирусы). Такие комплексы белка с нуклеиновой кислотой называют нуклеопротеином. Комплекс нуклеиновой кислоты и капсида называют нуклеокапсидом.

В нуклеиновых кислотах закодирована информация о белках и ферментах вирусов. Число генов, составляющих геном, у разных вирусов различно. Нуклеиновые кислоты имеют специфические участки для фиксации к рибосомам или интеграции в ДНК клетки-хозяина.

Ферменты не являются обязательными структурными компонентами вириона. Вирусы, содержащие фермент, считаются несовершенными паразитами. Ферменты могут быть наружными и внутренними (находящимися внутри вириона). Наружные ферменты, например, нейраминидаза вируса гриппа, мурамидаза бактериофагов, способствуют проникновению этих вирусов в клетки-мишени. Внутренние ферменты могут быть представлены ДНК- и РНК-полимеразами. Обратную транскриптазу (РНК-зависимую ДНК-полимеразу) имеют ретровирусы. Функция внутренних ферментов состоит в копировании геномов вирусов.

Включения в виде электронно-плотных мелких гранул, напоминающих песок, имеют аренавирусы. Считается, что эти включения представляют собой клеточные рибосомы. Функция инкорпорированных в вирионы рибосом не выяснена. В составе папиллома- и полиомавирусов нередко содержатся клеточные белки-гистоны, а в состав ряда сложных вирионов может входить белок цитоскелета – актин. Включение клеточных компонентов в вирионы происходит случайно или закономерно. Включения могут иметь существенное значение в репродукции вируса, как например, гистоны – в репродукции папиллома- и полиомавирусов.

Переход от внеклеточной к внутриклеточной форме существования вирусов осуществляется на этапе проникновения нуклеиновой кислоты из вириона в цитоплазму клетки-мишени. С этого момента вирус становится невидимым, поскольку представляет собой молекулу ДНК или РНК. Молекула вирусной нуклеиновой кислоты находится в клетке либо в свободном состоянии (вирус) и включается в репликацию, либо же интегрируется в геном клетки-хозяина. В этом случае вирус переходит в фазу провируса и может длительное время сохраняться в клетке-мишени, вплоть до её гибели.

Ультраструктура неполных (дефектных) вирионов. Неполными, или дефектными, вирионами являются те, у которых имеется ущерб обязательных структурных компонентов (капсида, генома), в связи с чем, такие вирионы не способны размножаться без помощи полных вирионов своего вида. Неполные вирионы образуются вследствие делеции нуклеиновой кислоты родительского вируса. Величина утраты части генома может достигать 100 %. Однако обычные структурные вирусные белки и антигены у дефектных вирусов присутствуют. При значительном уменьшении длины геномной нуклеиновой кислоты, как правило, уменьшаются размеры, форма вириона, и его седиментационные характеристики (рис. 4).

Одной из разновидностей дефектных вирионов являются псевдовирионы, представляющие собой частицы, содержащие нуклеиновую кислоту клетки-хозяина, полностью заменившую нуклеиновую кислоту вирусного генома. Образование дефектных вирионов происходит при избыточной продукции полных вирионов. Дефектные вирионы за счёт конкурентного размножения ослабляют летальное действие на клетку полных вирионов, а также поддерживают антигенную стимуляцию инфицированного организма.