Вирусология взаимодействие вирусов и клетки
Вирусы, их особенности, строение вириона. Принципы классификации вирусов.
Вирусы – мельчайшие микробы, относящиеся к царству Virae (лат. virus – яд).
Вирусы не имеют клеточного строения, состоят из ДНК- или РНК-генома, окружённого белками. Являясь автономными генетическими структурами и облигатными внутриклеточными паразитами, вирусы размножаются в цитоплазме или ядре клеток и не имеют собственной метаболической системы. Для них характерен разобщённый (дизъюнктивный) способ размножения: в разных частях вирусинфицированной клетки происходит образование вирусных компонентов, а затем их сборка.Зрелая вирусная частица называется вирионом.
Размер вириона вируса чрезвычайно мал и лежит в диапозоне 15-400 нм, поэтому вирусы возможно изучать только с помощью электронной микроскопии.
Вирусы содержат только какую-то одну нуклеиновую кислоту: РНК или ДНК. Таким образом, различают ДНК-содержащие и РНК-содержащие вирусы. Геном вирусов достаточно скромный: в среднем от 5 до 200 генов.
РНК-содержащие вирусы имеют полярную нуклеиновую кислоту. Различают плюс-нить РНК (позитивная нить) и минус-нить РНК (негативная нить). Позитивная РНК является одновременно источником наследственного материала, с другой стороны, может выступать в качестве мРНК, т.е. транслироваться с образованием белковых молекул. Негативная нить выступает только в качестве геномной нуклеиновой кислоты, для синтеза белка нужно синтезировать комплементарную ей нить с помощью РНК-зависимой-РНК-полимеразы.
Различают простые и сложные вирусы.
Простые вирусы содержат только нуклеиновую кислоту, связанную с белковой структурой, называемой капсидом. Некоторые простые вирусы во внешней среде могут кристаллизоваться. Такие вирусы разрушают инфицированную клетку (лизис).
Сложные вирусы содержат кнаружи от капсида двойную липопротеиновую оболочку, которая сформировалась при слиянии вируса с ЦПМ клетки хозяина, мембраной ЭПС, ядра и т.д. Эту оболочку иначе называют суперкапсидом, на котором расположены гликопротеиновые шипики. Обработка вирусов эфиром приводит к растворению этих шипиков, и вирус инактивируется. Под оболочкой некоторых вирусов находится матриксный белок (М-белок).
Нуклеиновую кислоту вирусов называют сердцевиной (в некоторых случаях она связана с гистоноподобными белками).
Формы вириона по типу симметрии капсида:
Спиральный капсид – отдельные белковые фрагменты капсида – капсомеры – уложены спирально по ходу нуклеиновой кислоты.
Икосаэдрический капсид – капсомеры формируют геометрически правильное тело, внутри которого расположена нуклеиновая кислота.
Продолговатый капсид – капсомеры образуют вытянутые вдоль продольной оси структуры (это бактериофаги).
Комплексный капсид – имеет смешанный характер, сочетает черты спирального и икосаэдрического капсида.
Лауреат Нобелевской премии Балтимор предложил схему классификации всех вирусов на основе строения их генетического материала, поместив вирусы в 7 групп.
| Группа | Семейство | Представители |
| Поксвирусы (Poxviridae) | Вирус натуральной оспы | |
| Герпесвирусы (Herpesviridae) | Вирусы герпеса, Эпштейна-Барр, ветряной оспы | |
| Аденовирусы (Adenoviridae) | Аденовирусы человека | |
| Папилломавирусы (Papillomaviridae) | Вирус папилломы человека | |
| Полиомавирусы (Polyomaviridae) | Полиомавирусы человека | |
| ДНК (однонитевые)-вирусы | Парвовирусы (Parvoviridae) | Парвовирус человека |
| РНК(двунитевые)-вирусы | Реовирусы (Reoviridae) | Вирус Кемерово, колорадской клещевой лихорадки, ротавирусы человека |
| Пикорнавирусы (Picornaviridae) | Вирус полиомиелита, Коксаки А и В, ECHO, вирус гепатита А, риновирусы человека | |
| Калицивирусы (Caliciviridae) | Вирусы гастроэнтерита группы Норволк | |
| Гепевирусы (Hepeviridae) | Вирус гепатита E | |
| Коронавирусы (Coronaviridae) | Коронавирусы человека, торовирусы | |
| Флавивирусы (Flaviviridae) | Вирус жёлтой лихорадки, клещевого энцефалита, вирус гепатита C | |
| Тогавирусы (Togaviridae) | Вирус краснухи | |
| Борнавирусы (Bornaviridae) | Вирус болезни Борна | |
| Филовирусы (Filoviridae) | Вирус Эбола | |
| Парамиксовирусы (Paramyxoviridae) | Вирусы кори, парагриппа, эпидемического паротита | |
| Рабдовирусы (Rhabdoviridae) | Вирус бешенства, везикулярного стоматита | |
| Ортомиксовирусы (Orthomyxoviridae) | Вирус гриппа | |
| Буньявирусы (Bunyviridae) | Вирус геморрагической лихорадки, вирус гепатита D | |
| РНК-вирусы (обратнотранскрибирующиеся) | Ретровирусы (Retroviridae) | ВИЧ |
| ДНК-вирусы (обратнотранскрибирующиеся) | Гепаднавирусы (Hepadnaviridae) | Вирус гепатита B |
Типы взаимодействия вируса с клеткой. Продуктивная вирусная инфекция.
Вирусы являются облигатными внутриклеточными паразитами, поэтому все изменения, происходящие с клеткой, обусловлены именно присутствием вируса в клетке.
С клеткой могут происходить следующие изменения:
1. Некроз клетки;
2. Апоптоз клетки;
3. Элиминация клетки T-киллером, NK-клеткой;
4. Вирус находится внутри клетки, но не разрушает её (латентная инфекция);
5. Вирус трансформирует клетку в опухолевую.
Различают 3 основных типа взаимодействия вируса с клеткой:
Осуществляется в несколько стадий:
1. Адсорбция вириона на клеточной мембране;
3. Синтез вирусных компонентов;
4. Сборка новых вирионов;
5. Выход потомства из клетки
Адсорбция вириона осуществляется благодаря взаимодействию поверхностных белковых структур вируса и рецепторов клеток. Вирусы обладают тропизмом, т.е. прикрепляются к строго определённым клеткам.
Проникновение вириона в клетку возможно в результате рецепторопосредованного эндоцитоза или при слиянии мембраны клетки с оболочкой вируса.
В случае рецепторопосредованного проникновения в месте контакта вируса с клеткой образуется впячивание, и вирус проникает в клетку в составе мембранного пузырька.
Сложные вирусы проникают в клетку путём слияния мембраны клетки-хозяина и липидной оболочки. Данный процесс возможен при наличии белка слияния (F-белка), который обнаруживается в составе суперкапсида. При таком пути транспорта вируса внутри клетки оказывается капсид, а суперкапсид встраивается в плазматическую мембрану, поэтому данная клетка приобретает способность сливаться с другими клетками, передавая им вирус.
Синтез вирусных компонентов – это синтез вирусных белков, которые можно поделить на 2 большие группы:
- неструктурные белки, которые по большей части являются ферментами, участвующими в процессе репродукции;
- структурные белки вируса: белки, связанные с нуклеиновой кислотой, белки капсида, а также суперкапсидные белки.
Синтез белка состоит из последовательно протекающих процессов транскрипции и трансляции, в общих чертах не отличаясь от соответствующих процессов у про- и эукариот.
Последовательность основных событий у разных групп вирусов следующая:
- ДНК-содержащие вирусы имеют ДНК-геном, который транскрибируется с участием РНК-полимеразы. Но для тех вирусов, у которых этот процесс протекает в цитоплазме клетки, характерно наличие собственной вирусной РНК-полимеразы, а если транскрипция осуществляется в ядре (аденовирусы, вирус герпеса), то для неё используются содержащиеся в ядерном соке РНК-полимераза II или III типа. После образования мРНК осуществляется её трансляция (при использовании рибосом клетки) с образованием вирусных белков. Таким образом, передача генетической информации происходит в ряду ДНК – мРНК – белок;
- плюс-нитевые РНК-содержащие вирусы имеют нить РНК, которая выступает в качестве мРНК, поэтому транскрипция не требуется, белок синтезируется с данной РНК;
- минус-нитевые РНК и двунитевые реовирусы имеют геном, который играет роль матрицы для синтеза РНК при участии РНК-полимеразы, поэтому в ряду синтеза белка имеем следующие компоненты: геномная РНК вируса – мРНК – вирусные белки;
- ретровирусы (ВИЧ, онкогенные ретровирусы) имеют геном, состоящий из двух комплементарных цепей РНК. У этих вирусов имеется фермент обратная транскриптаза (ревертаза), которая синтезирует на базе одной из нитей РНК нить ДНК, которая комплементарно достраивает себе вторую. Полученная двунитевая ДНК интегрирует в клеточный геном, в составе которого транскрибируется на мРНК с участием ДНК-зависимой-РНК-полимеразы. Трансляция этой мРНК приводит к накоплению вирусных белков.
Формирование вирионов – белки и нуклеиновые кислоты вируса синтезируются в разных частях клетки, поэтому такой способ репродукции вируса получил название дизъюнктивный.
Синтезированные компоненты вирусной частицы доставляются в определённые места цитоплазмы или ядра, где и происходит сборка при участии ионных, водородных, гидрофобных связей, а также за счёт комплементарного стерического соответствия молекул.
Формирование вириона – многоступенчатый этап, однако у простых вирусов протекающий быстрее: связывание белков капсомеров нуклеиновыми кислотами с образованием нуклеокапсида. У сложных вирусов формируется также модифицированная липидная мембрана – аналог будущей липидной оболочки вируса. Кроме того, в состав суперкапсида могут включаться гликопротеины, а под суперкапсидом в некоторых случаях (Ортомиксовирусы) обнаруживают матриксный М-белок, который, будучи гидрофобным, выступает посредником между суперкапсидом и нуклеокапсидом.
Выход вирусов из клетки – в инфицированной клетке образуется 100-1000 зрелых вирионов, которые могут выходить из клетки следующими путями:
- взрывной путь – характерен для простых (безоболочечных) вирусов, когда из клетки выходит одновременно много вирионов, а клетка погибает (происходит её лизис);
- почкование (экзоцитоз) – характерно для сложных (оболочечных) вирусов, причём сначала образующийся нуклеокапсид транспортируется к тому или иному участку ЦПМ клетки-хозяина, затем образуется выпячивание (почка), и вирус отделяется от клетки-хозяина, имея в своём составе липидную мембрану инфицированной клетки. Таким образом из клетки может выходить большое количество вирусов, но целостность клетки будет сохраняться.
При таком типе взаимодействия попадание вируса в клетку не приведёт к образованию вирусного потомства. Связано это с тем, что вирус является дефектным.
Дефектность вирусов можно расценить по-разному. С одной стороны, есть вирусы, которые сами по себе не могут реализовать продуктивную инфекцию, им нужен вирус-помощник (вирус гепатита D репродуцируется только в присутствии вируса гепатита B), с другой стороны, есть вирусные частицы, имеющие неполноценный геном, которые подавляют репродукцию других вирусов – дефектные интерферирующие частицы (ДИ-частицы).
Этот тип взаимодействия заключается во встраивании генома вируса в геном клетки-хозяина.
Такой тип взаимодействия характерен для бактериофагов, ВИЧ, онкогенных вирусов, вируса гепатита B. Геном вируса встраивается в виде двунитевой молекулы ДНК, замкнутой в кольцо, которая интегрируется в геном клетки-хозяина в области гомологии нуклеотидных последовательностей. Встроенная в геном ДНК вируса называется провирусом. Он реплицируется в составе генома клетки, передаваясь в ряду дочерних клеток, и это называется вирогенией.
Присутствие чужеродного генома нередко может придать клетки определённые новые свойства, причём часто это опухолевая трансформация.
Длительное сосуществование генома вируса и клетки-хозяина – основа для развития длительно текущих вирусных инфекций (латентные инфекции).
Дата добавления: 2019-09-13 ; просмотров: 636 ;
Открытие вирусов Д.И.Ивановским в 1892г. положило начало развитию науки вирусологии. Более быстрому ее развитию способствовали: изобретение электронного микроскопа, разработка метода культивирования микроорганизмов в культурах клеток.
Слово “вирус” в переводе с латинского- яд (животного происхождения). Этот термин применяют для обозначения уникальных представителей живой природы, не имеющих клеточного (эукариотического или прокариотического) строения и обладающих облигатным внутриклеточным паразитизмом, т.е. которые не могут жить без клетки.
В настоящее время вирусология- бурно развивающаяся наука, что связано с рядом причин:
- ведущей ролью вирусов в инфекционной патологии человека (примеры- вирус гриппа, ВИЧ- вирус иммунодефицита человека, цитомегаловирус и другие герпесвирусы) на фоне практически полного отсутствия средств специфической химиотерапии;
- использованием вирусов для решения многих фундаментальных вопросов биологии и генетики.
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.В организме лабораторных животных.
2.В куриных эмбрионах.
3.В клеточных культурах - основной метод.
Типы клеточных культур.
1.Первичные (трипсинизированные) культуры- фибробласты эмбриона курицы (ФЭК), человека (ФЭЧ), клетки почки различных животных и т.д. Первичные культуры получают из клеток различных тканей чаще путем их размельчения и трипсинизации, используют однократно, т.е. постоянно необходимо иметь соответствующие органы или ткани.
2.Линии диплоидных клеток пригодны к повторному диспергированию и росту, как правило не более 20 пассажей (теряют исходные свойства).
3.Перевиваемые линии (гетероплоидные культуры), способны к многократному диспергированию и перевиванию, т.е. к многократным пассажам, наиболее удобны в вирусологической работе- например, линии опухолевых клеток Hela, Hep и др.
Специальные питательные среды для культур клеток.
Используются разнообразные синтетические вирусологические питательные среды сложного состава, включающие большой набор различных факторов роста- среда 199, Игла, раствор Хэнкса, гидролизат лактальбумина. В среды добавляют стабилизаторы рН (Hepes), различные в видовом отношении сыворотки крови (наиболее эффективной считают эмбриональную телячью сыворотку), L-цистеин и L-глютамин.
В зависимости от функционального использования среды могут быть ростовые (с большим содержанием сыворотки крови) - их используют для выращивания клеточных культур до внесения вирусных проб, и поддерживающие (с меньшим содержанием сыворотки или ее отсутствием)- для содержания инфицированных вирусом клеточных культур.
Выявляемые проявления вирусной инфекции клеточных культур.
2.Выявление телец включений.
3. Выявление вирусов методом флюоресцирующих антител (МФА), электронной микроскопией, авторадиографией.
4.Цветная проба. Обычный цвет используемых культуральных сред, содержащих в качестве индикатора рН феноловый красный, при оптимальных для клеток условиях культивирования (рН около 7,2)- красный. Размножение клеток меняет рН и соответственно- цвет среды с красного на желтый за счет смещения рН в кислую сторону. При размножении в клеточных культурах вирусов происходит лизис клеток, изменения рН и цвета среды не происходит.
5.Выявление гемагглютинина вирусов- гемадсорбция, гемагглютинация.
6.Метод бляшек (бляшкообразования). В результате цитолитического действия многих вирусов на клеточные культуры образуются зоны массовой гибели клеток. Выявляют бляшки- вирусные “ клеточно- негативные” колонии.
Название семейства вирусов заканчивается на “viridae”, рода- “virus”, для вида обычно используют специальные названия, например - вирус краснухи, вирус иммунодефицита человека- ВИЧ, вирус парагриппа человека типа 1 и т.д.
Вирусы бактерий (бактериофаги).
Естественной средой обитания фагов является бактериальная клетка, поэтому фаги распространены повсеместно (например, в сточных водах). Фагам присущи биологические особенности, свойственные и другим вирусам.
Наиболее морфологически распространенный тип фагов характеризуется наличием головки- икосаэдра, отростка (хвоста) со спиральной симметрией (часто имеет полый стержень и сократительный чехол), шипов и отростков (нитей), т.е. внешне несколько напоминают сперматозоид.
Взаимодействие фагов с клеткой (бактерией) строго специфично, т.е. бактериофаги способны инфицировать только определенные виды и фаготипы бактерий.
Основные этапы взаимодействия фагов и бактерий.
1.Адсорбция (взаимодействие специфических рецепторов).
2.Внедрение вирусной ДНК (инъекция фага) осуществляется за счет лизирования веществами типа лизоцима участка клеточной стенки, сокращения чехла, вталкивания стержня хвоста через цитоплазматическую мембрану в клетку, впрыскивание ДНК в цитоплазму.
4.Выход дочерних популяций.
Основные свойства фагов.
Различают вирулентные фаги, способные вызвать продуктивную форму процесса, и умеренные фаги, вызывающие редуктивную фаговую инфекцию (редукцию фага). В последнем случае геном фага в клетке не не реплицируется, а внедряется (интегрируется) в хромосому клетки хозяина (ДНК в ДНК), фаг превращается в профаг. Этот процесс получил название лизогении. Если в результате внедрения фага в хромосому бактериальной клетки она приобретает новые наследуемые признаки, такую форму изменчивости бактерий называют лизогенной (фаговой) конверсией. Бактериальную клетку, несущую в своем геноме профаг, называют лизогенной, поскольку профаг при нарушении синтеза особого белка- репрессора может перейти в литический цикл развития, вызвать продуктивную инфекцию с лизисом бактерии.
Умеренные фаги имеют важное значение в обмене генетическим материалом между бактериями- в трансдукции (одна из форм генетического обмена). Например, способностью вырабатывать экзотоксин обладают только возбудитель дифтерии, в хромосому которого интегрирован умеренный профаг, несущий оперон tox, отвечающий за синтез дифтерийного экзотоксина. Умеренный фаг tox вызывает лизогенную конверсию нетоксигенной дифтерийной палочки в токсигенную.
По спектру действия на бактерии фаги разделяют на :
- поливалентные (лизируют близкородственные бактерии, например сальмонеллы);
- моновалентные (лизируют бактерии одного вида);
- типоспецифические (лизируют только определенные фаговары возбудителя).
На плотных средах фаги обнаруживают чаще с помощью спот (spot) - теста (образование негативного пятна при росте колоний) или методом агаровых слоев (титрования по Грациа).
Практическое использование бактериофагов.
1.Для идентификации (определение фаготипа).
2.Для фагопрофилактики (купирование вспышек).
3.Для фаготерапии (лечение дисбактериозов).
4.Для оценки санитарного состояния окружающей среды и эпидемиологического анализа.
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.
Читайте также: