Вирусы репликация которых происходит в ядре

Вирусы существуют в двух качественно разных формах: внеклеточной и внутриклеточной. Репродукция вирусов - сложный и своеобразный процесс, в котором активно участвует внутриклеточная форма вирусов.

Так как вирусы обладают абсолютным внутриклеточным паразитизмом, эти микроагенты могут размножаться только в живой клетке.

Клетка хозяина должна обеспечить синтез вирусных белков и нуклеиновых кислот энергией (т. к. вирусы не имеют собственного энергетического обмена), механизмами синтеза (т. к. у вирусов отсутствует белоксинтезирующий аппарат типа рибосом), а также низкомолекулярными предшественниками.

В одних случаях при попадании вирусной нуклеиновой кислота в клетку хозяина клеточный метаболизм изменяется исключительно в направлении синтеза новых вирусных частиц, в других - клеточный метаболизм не повреждается значительно, хотя клетка синтезирует компоненты вируса.

Стадии взаимодействия вируса с живой чувствительной (пермиссивной) клеткой :

1. Адсорбция является высокоспецифичным процессом на межмолекулярной основе (лиганд - рецепторное взаимодействие). Вирус распознаёт только определённые клеточные структуры, адсорбция только на определённых рецепторах, отсюда а) различная клиническая картина, б) выбор способа лечения - блокирование специфических рецепторов

2. Этап проникновения вируса в клетку - процесс эндоцитоза у простых вирусов, у сложных (оболочечных) продесс слияния мембран, затем формируется внутриклеточная вакуоль - рецептосома.

3. В фазе "раздевания" - депротеинизации высвобождается нуклеиновая кислота вируса. ,В цитоплазме клетки хозяина рецептосома сливается с лизосомами (там много гидролаз), эти ферменты атакуют вирионный капсид и он разрушается. Данный процесс сложный, активный - при слиянии вирионных ободочек и клеточных мембран со стороны вируса участвуют особые вирусные компоненты F-белки (белки слияния). Эти белки обеспечивают слияние вирионных оболочек и клеточных мембран, их разрушение и выход чистой нуклеиновой кислоты. Эти белки (F-белки) действуют только в кислой среде. Данный материал применительно к вопросу терапии вирусных инфекций (если на этом этапе начинать лечить, то можно защелачивать среду и дальше процесс не будет происходить - так действует римантодин). Биологический смысл депротеинизации - высвобождение генетической матрицы (генома) вируса для последующего функционирования, то есть для транскрипции и репликации. Депротеинизация может происходить в ядре (ядерные вирусы) и в цитоплазме клетки (неядерные вирусы).

4. Вирусы обладают уникальным способом размножения - дисъюнктивным - это раздельный синтез вирионных белков и нуклеиновых кислот, разобщение процессов в пространстве (ядро - цитоплазма) и во времени. Процесс "размножения" - репликации геномных молекул идёт в ядре (размножаются все ДНК-вирусы, кроме вируса натуральной оспы), в цитоплазме (все РНК-вирусы, за исключением ортомиксовирусов). Синтез вирионных белков (капсомеров) происходит в цитоплазме, формируются капсиды

5. Сборка нуклеокапсидов (сборка простых вирусов) происходит на определённых территориях (пояснить: образование виропласта, который виден в электронный микроскол, и появление внутриклеточных включений (тельца Гварниери, тельца Негри), диагносцируемых при микроскопировании поражённых клеток в световой микроскоп. (Виропласт - это те участки клетки, где происходят процессы размножения вирусов - ядро, цитоплазма). Это своеобразная "вирусная фабрика", которая локализуется в цитоплазие или ядре и включает системы, обеспечивающие синтез специфических вирусных белков и нуклеиновых кислот. Визуально им соответствуют внутриклеточные включения, видимые в световой микроскол.

6. Выход вновь синтезированных вирионов из клетки. При выходе простых вирусов клетки хозяина могут погибать, потому что клетки не воспроизводят себя, а метаболические процессы в них изменены. При выходе сложных вирусов происходит образование суперкапсида (структура вириона, состоящая из клеточных мембран - вирусспецифические белки соединены с углеводами и липидами клетки хозяина). Механизм образования: почкование нуклеокапсида через участки клеточных мембран, в которые предварительно встроены вирусспецифические белки. В цитоплазматической мембране образуются дефекты, цитоплазма вытекает, клетка хозяина погибает.

Адсорбция > Проникновение >Высвобождение геномной молекулы > Вирионная нуклеиновая кислота > образование матричных нуклеиновых кислот (мРНК) > вирусные белки (мРНК даёт начало вирионных белков) >. Сборка вирионов > Выход > гибель клетки. Стратегия вируса - переключить работу клеточных систем обеспечения жизнедеятельности на себя, т. к. вирус не имеет белоксинтезирующего аппарата и энергетических систем. Условия данного процесса: 1. Полностью или частично подавить гены клетки - хозяина (ибо под их контролем совершается работа клетки). Надо подавить экспрессию генов. 2. Включить в работу собственные гены для синтеза нуклеиновой к-ты и белков вируса или дать клетке новые, собственные гены (как бы навязать их), которые обеспечатдыполнение процессов, необходимых для репродукции вируса. Эти два принципа лежат в основе репродукции любого вируса.

1. Структурные белки, которые входят в состав вириона; защищают вирусный геном от инактивирующего действия нуклеаз; обеспечивают структурную симметрию зрелого вириона; участвуют в прикреплении вирусной частицы к чувствительной клетке (рецепция); определяют антигенные свойства вируса

2. Функциональные белки - ферменты. Их известно более 10. Они выполняют определённые функции на ранних этапах цикла репродукции: участвуют в полимеризации НК: ДНК-зависимая РНК-полимераза, отсюда репликация нуклеиновых кислот.

Гены, из которых состоят нуклеиновые к-ты вируса, принято делить на "ранние" гены и "поздние" гены. Нуклеиновые кислоты вириона функционируют как "поздние" гены. "Ранние" гены детерминируют синтез "ранних" белков. "Ранние" белки не включаются в состав капсида, они работают как функциональные белки на стадии внутриклеточного размножения (они осуществляют дискриминацию клеточного генома и работают как функциональные ферменты: образование белков с полимеразной активностью). Дискриминация - это выключение (ослабление) экспрессии (самовыражения) генетического аппарата клетки. Механизм дискриминации объясняется следующим образом: он реализуется на уровне рибосом (т. е. трансляции), которые под влиянием вирусспецифических факторов модифицируются и теряют способность распознавать и связывать мРНК клетки, отдавая предпочтение вирусным мРНК. Затем включаются в работу "поздние" гены: в результате появляются репликативные нуклеиновые кислоты.

Клетка хозяина сопротивляется дискриминации, начинает активизировать антидискриминационные механизмы => начинают вырабатываться интерфероны. " Поздние" гены обеспечивают синтез поздних белков (это структурные белки вириона, входящие в капсид и суперкапсидную оболочку).

По особенностям транскрипции нуклеиновой кислоты предложена классификация вирусов и разделение их на ДНК-содержащие вирусы, плюс РНКсодержащие вирусы, минус РНК-содержащие вирусы и ретровирусы (РНК-содержащие). У ДНК-содержащих вирусов иРНК синтезируется на матрице одной из нитей ДНК, Формула переноса генетической информации у них такая же, как в любой живой клетке.

ДНК - транскрипция - м РНК - трансляция на рибосомах - - - белок

ДНК-содержащие вирусы, репликация которых происходит в ядре, используют для транскрипции клеточную полимеразу ( аденовирусы, герпесвирусы).

РНК-вирусы делятся на триюлассд по особенностям транскрипции: у РНК-содержащих "плюснитевых" вирусов, у которых функции иРНК выполняет сам геном, передача генетической информации осуществляется по наиболее простой формуле:

Вирусная РНК = мРНК --- белок

К этой группе относятся пикорнавирусы, тогавирусы. Транскрипцию как самостоятельный процесс у этих вирусов не выделяют.

У РНК-со держащих "минус-нитевых" вирусов геномная молекула не может выступать как матричная РНК. В клетке синтезируется комплементарная геному РНК, которая и является информационной. Передача генетической информации осуществляется по формуле

РНК - - - РНК - - - белок

У этих вирусов в составе вириона имеется вирусспецифический фермент - РНК-полимераза или транскриптаза. К таким вирусам относятся ортомиксовирусы, парамиксовирусы, рабдовирусы, реовирусы.

Ретровирусы имеют уникальный путь передачи генетической информации. РНК этих вирусов переписывается на ДНК, ДНК интегрирует с клеточным генол-юм и в его составе переписывается на РНК, которая обладает информационными функциями.

Вирусная РНК - действует ревертаза - ДНК - мРНК - - - белок.

В составе этих вирусов есть уникальный вирусоспецифический фермент, который переписывает РНК на ДНК (обратная транскриптаза, или ревертаза).

В этом случае сначала идет образование одной нити ДНК, затем образуется ДНК-провирус (двунитевой), этот провирус включается в ДНК-хромосому. Может быть два исхода процесса: 1 .транскрипцию интегрированной ДНК в составе клеточных геномов осуществляет клеточная РНКп-полимераза. 2. вирусная ДНК остается в ДНК (хромосоме) клетки хозяина,, наступает состояние вирогении.

Единственный прямой метод изучения вирусов является электронная микроскопия (рассматривается структура вириона), все остальные методы являются косвенными, которые по тем или иным структурным или функциональным изменениям, указывают на наличие вируса. К таким косвенным методам относятся цитопатическое действие (ЦПД) вирусов в культуре ткани, которое наступает через 3-5 дней после заражения вирусом тканевой культуры ( изменения в клеточном монослое видны под малым или большим увеличением микроскопа); обнаружение в пораженных клетках внутриклеточных вирусспецифических включений (тельца Негри в нервных клетках при бешенстве - посмертная диагностика заболевания, тельца Гварниери в пораженных клетках при натуральной оспе - пример классической вирусной инфекции, которую ликвидировали в 1980 году). К косвенным методам относится реакция гемагглютинации, которая позволяет обнаружить любой. вирус, который имеет в суперкапсиде фермент гемагглютинин (данная реакция проста в постановке , результаты можно читать через 1-2 минуты, по образованию хлопьев из эритроцитов на предметном стекле ). Реакция гемадсорбции основана на феномене образования скоплений эритроцитов в виде розеток на культуре ткани, которая заражена вирусом, в тех местах, где активно размножается вирус ( при этом ЦПД еще не наблюдается).

Люминесцентная микроскопия также является косвенным методом изучения вирусов "особенно иммунофлюоресцентный метод (необходимо иметь специфические диагностические иммунные сыворотки).

Метод Дюльбекко-Фохта (метод бляшек под агаром) является разновидностью цитопатического действия вируса в культуре клеток - это локальный цитопатический эффект. Демонстрация - блящкообразование под агаровым гелем во флаконе - видны "стерильные пятна" (агаровое покрытие ограничивает распространение репродуцированных вирионов после выхода их из клеток, поэтому очаги разрушения дискретны).

Лекция 6

РЕПЛИКАЦИЯ

Репликация ДНК осуществляется ДНК-полимеразами. Для начала репликации необходим предварительный синтез короткого участка РНК на матрице ДНК, который называется затравкой. С затравки начинается синтез нити ДНК, после чего РНК быстро удаляется с растущего участка.

Репликация вирусных ДНК. Репликация генома ДНК-содержащих вирусов в основном катализируется клеточными фрагментами и механизм ее сходен с механизмом репли­кации клеточной ДНК.

Каждая вновь синтезирован­ная молекула ДНК состоит из одной родительской и одной вновь синтезированной нити. Та­кой механизм репликации назы­вается полуконсервативным.

У вирусов, содержащих коль­цевые двунитчатые ДНК (паповавирусы), разрезается одна из нитей ДНК, что ведёт к раскру­чиванию и снятию супервитков на определенном участке моле­кулы.

При репликации однонитчатых ДНК (семейство парвовирусов) происходит образование двунитчатых форм, которые представляют собой промежуточные репликативные формы.

Репликация вирусных РНК. В клетке нет ферментов, спо­собных осуществить репликацию РНК. Поэтому ферменты, участ­вующие в репликации, всегда вирусспецифические. Реплика­цию осуществляет тот же фер­мент, что и транскрипцию; репликаза является либо модифи­цированной транскриптазой, ли­бо при репликации соответствующим образом модифицируется матрица.

Репликативные комплексы ассоциированы с клеточ­ными структурами либо с предсуществующими, либо вирусиндуцируемыми. Например, репликативные комплек­сы пикорнавирусов ассоциированы с мембранами эндоплазматической сети, вирусов оспы — с цитоплазматическим матриксом, репликативные комплексы аденовирусов и вирусов герпеса в ядрах находятся в ассоциации со вновь сформированными волокнистыми структурами и связаны с ядерными мембранами. В зараженных клетках может происходить усиленная пролиферация клеточных структур, с которыми связаны репликативные комплексы, или их формирование из предсуществующего материала. Напри­мер, в клетках, зараженных пикорнавирусами, происходит пролиферация гладких мембран. В клетках, зараженных реовирусами, наблюдается скопление микротрубочек; в клетках, зараженных вирусами оспы, происходит формиро­вание цитоплазматического матрикса.

В репликативных комплексах одновременно с синтезом геномных молекул осуществляется транскрипция и происходит сборка нуклеокапсидов и сердцевин, а при некоторых инфекциях — и вирусных частиц. О сложной структуре репликативных комплексов говорит, например, такой состав репликативного комплекса аденовирусов: реплицирующиеся ДНК, однонитчатые ДНК, однонитчатые РНК, ферменты репликации и транскрипции, структурные и неструктурные вирусные белки и ряд клеточных белков.

СБОРКА ВИРУСНЫХ ЧАСТИЦ

Синтез компонентов вирусных частиц в клетке разоб­щен и может протекать в разных структурах ядра и цитоплазмы. Вирусы, репликация которых проходит в ядрах, условно называют ядерными. В основном это ДНК-содержащие вирусы: аденовирусы, паповавирусы, парвовирусы, вирусы герпеса. Вирусы, реплицирующиеся в цитоплазме, называют цитоплазматическими. К ним относятся из ДНК-содержащих вирус оспы и большинство РНК-содержащих вирусов, за исключением ортомиксовирусов и ретровирусов. Однако это разделение весьма относительно, потому что в репродукции тех и других вирусов есть стадии, протекающие соответственно в цитоплазме и ядре.

Внутри ядра и цитоплазмы синтез вирусспецифических молекул также может быть разобщен. Так, например, синтез одних белков осуществляется на свободных полисомах, а других — на полисомах, связанных с мембранами. Вирусные нуклеиновые кислоты синтезиру­ются в ассоциации с клеточными структурами вдали от полисом, которые синтезируют вирусные белки. При таком дисъюнктивном способе репродукции образо­вание вирусной частицы возможно лишь в том случае, если вирусные нуклеиновые кислоты и белки обладают способностью при достаточной концентрации узнавать друг друга в многообразии клеточных белков и нуклеи­новых кислот и самопроизвольно соединяться друг с другом, т. е. способны к самосборке.

В основе самосборки лежит специфическое белок-нуклеиновое и белок-белковое узнавание, которое может происходить в результате гидрофобных, солевых и водородных связей, а также стерического соответствия. Белок-нуклеиновое узнавание ограничено небольшим участком молекулы нуклеиновой кислоты и определяется уникальными последовательностями нуклеотидов в некодирующей части вирусного генома. С этого узнавания участка генома вирусными капсидными белками начинается процесс сборки вирусной частицы. Присоединение осталь­ных белковых молекул осуществляется за счет специфичеческих белокбелковых взаимодействий или неспецифиче­ских белокнуклеиновых взаимодействий.

В связи с разнообразием структуры вирусов животных разнообразны и способы формирования вирионов, однако можно сформулировать следующие общие принципы сборки.

1. У просто устроенных вирусов формируются провирионы, которые затем в результате модификаций белков превращаются в вирионы. У сложно устроенных вирусов сборка осуществляется многоступенчато. Сначала форми­руются нуклеокапсиды или сердцевины, с которыми взаимодействуют белки наружных оболочек.

2. Сборка сложно устроенных вирусов (за исключе­нием сборки вирусов оспы и реовирусов) осуществляется на клеточных мембранах. Сборка ядерных вирусов проис­ходит с участием ядерных мембран, сборка цитоплазматических вирусов — с участием мембран эндоплазматической сети или плазматической мембраны, куда независимо друг от друга прибывают все компоненты вирусной части­цы.

5. Сложно устроенные вирусы для построения своих частиц используют ряд элементов клетки-хозяина, например липиды, некоторые ферменты, у ДНК-геномного SV40 — гистоны, у оболочечных РНК-геномных виру­сов — актин, а в составе ареновирусов обнаружены даже рибосомы. Клеточные молекулы несут определенные функции в вирусной частице, однако включение их в вирион может явиться и следствием случайной контами­нации, как, например, включение ряда ферментов клеточ­ных оболочек или клеточных нуклеиновых кислот.

Сборка РНК-содержащих вирусов. Сборка просто устроенных РНК-содержащих вирусов заключается в ассоциации вирусного генома с вирусными капсидными белками с образованием нуклеокапсида.

Все вирусные компоненты — нуклеокапсиды и супер­капсидные белки прибывают к месту сборки незави­симо друг от друга. Первыми к месту сборки прибывают суперкапсидные белки. Обычно этими белками являются гликопротеиды, которые синтезируются в полисомах, связанных с мембранами, и через шероховатые, а затем гладкие мембраны в результате слияния с ними везикул комплекса Гольджи транспортируются на наружную поверхность плазматических мембран или остаются в составе везикул.

Включение М-белка в клеточные мембраны является сигналом для сборки вирусной частицы: вслед за включе­нием немедленно следует связывание нуклеокапсидов с мембранами и почкование вирусной частицы. Тем самым М-белок обладает функцией лимитирующего сборку фактора.

В результате связывания ДНК с капсидами появляет­ся новый класс промежуточных форм, которые называют­ся неполными формами. Помимо неполных форм с раз­ным содержанием ДНК, существует другая промежуточ­ная форма в морфогенезе — незрелые вирионы, отличаю­щиеся от зрелых тем, что содержат ненарезанные пред­шественники полипептидов. Таким образом, морфогенез вирусов тесно связан с модификацией (процессингом) белков.

Сборка ядерных вирусов начинается в ядре, обычно — с ассоциации с ядерной мембраной. Формирующиеся в ядре промежуточные формы вируса герпеса почкуются в перинуклеарное пространство через внутреннюю ядерную мембрану, и вирус приобретает таким путем оболочку, которая является дериватом ядерной мембраны. Дальней­шая достройка и созревание вирионов происходит в мем­бранах эндоплазматической сети и в аппарате Гольджи, откуда вирус в составе цитоплазматических везикул транс­портируется на клеточную поверхность.

ВЫХОД ВИРУСНЫХ ЧАСТИЦ ИЗ КЛЕТКИ

Выход из клетки путем взрыва связан с деструкцией клетки, нарушением ее целостности, в результате чего находящиеся внутри клетки зрелые вирусные частицы ока­зываются в окружающей среде. Такой способ выхода из клетки присущ вирусам, не содержащим липопротеидной оболочки (пикорна-, рео-, парво-, папова-, аденовирусы). Однако некоторые из этих вирусов могут транспортиро­ваться на клеточную поверхность до гибели клетки.

Выход из клеток путем почкования присущ вирусам, содержащим липопротеидную мембрану, которая является дериватом клеточных мембран. При этом способе клетка может длительное время сохранять жизнеспособность и продуцировать вирусное потомство, пока не произойдет полное истощение ее ресурсов.

Вирусы — это микроскопические патогены, заражающие клетки живых организмов для самовоспроизводства. Они состоят из одного вида нуклеиновой кислоты (или ДНК или РНК, но не обе вместе), которая защищена оболочкой, содержащей белки, липиды, углеводы или их комбинацию. Размер типичного вируса варьируется от 15 до 350 нм, поэтому его можно увидеть только с помощью электронного микроскопа.

В 1892 году русский ученый Д.И. Ивановский впервые доказал существование ранее неизвестного типа возбудителя болезней, это был вирус мозаичной болезни табака. А в 1898 году Фридрих Лоффлер и Пол Фрош нашли доказательства того, что причиной ящура у домашнего скота была инфекционная частица, которая меньше, чем любая бактерия. Это были первые шаги к изучению природы вирусов, генетических образований, которые лежат где-то в серой зоне между живыми и неживыми состояниями материи. На текущий момент описано около 6 тыс. вирусов, но их существует несколько миллионов.

Строение вирусов

Вне клеток-хозяев вирусы существуют в виде белковой оболочки (капсида), иногда заключенного в белково-липидную мембрану. Капсид обволакивает собой либо ДНК, либо РНК, которая кодирует элементы вируса. Находясь в такой форме вне клетки, вирус метаболически инертен и называется вирионом.

Простая структура, отсутствие органелл и собственного метаболизма позволяет некоторым вирусам кристаллизоваться, т.е. они могут вести себя подобно химическим веществам. С появлением электронных микроскопов было установлено, что их кристаллы состоят из тесно прижатых друг к другу нескольких сотен миллиардов частиц. В одном кристалле вируса полиомиелита столько частиц, что ими можно заразить не по одному разу всех жителей Земли.

Формы вирусов

Вирусы встречаются в трех основных формах. Они бывают:

1. Сферическими (кубическими или полигидральными). Вирусы герпеса, типулы, полиомы и т.д.
2. Спиральными (цилиндрическими или стержнеобразными). Вирусы табачной мозаики, гриппа, эпидемического паротита и др.
3. Сложными. Например, бактериофаги.

Проникновение вирусов в клетку-хозяина

Капсид в основном защищает нуклеиновую кислоту от действия клеточного нуклеазного фермента. Но некоторые белки капсида способствуют связыванию вируса с поверхностью клеток-хозяев, и работают, как ключики, вставляемые в нужные замочки. Другие поверхностные белки действуют как ферменты, они растворяют поверхностный слой клетки-хозяина и таким образом помогают проникновению нуклеиновой кислоты вируса в клетку-хозяина.

Жизненный цикл вирусов сильно отличается у разных видов, но существует шесть основных этапов жизненного цикла вирусов:

Присоединение к клетке-хозяину представляет собой специфическое связывание между вирусными капсидными белками и рецепторами на клеточной поверхности. Эта специфика определяет хозяина вируса.

Проникновение следует за прикреплением: вирионы проникают в клетку-хозяина через рецептор-опосредованный эндоцитоз или слияние мембран. Это часто называют вирусной записью.

Проникновение вирусов в клетку достигается за счет:

Размножение вирусов

После того, как вирусный геном освобождается от капсида, начинается его транскрипция или трансляция. Именно эта стадия вирусной репликации сильно различается между ДНК- и РНК-вирусами и вирусами с противоположной полярностью нуклеиновой кислоты. Этот процесс завершается синтезом новых вирусных белков и генома (точных копий внедрённых).

Механизм репликации зависит от вирусного генома.

• ДНК-вирусы обычно используют белки и ферменты клетки-хозяина для получения дополнительной ДНК, она транскрибируется в РНК-мессенджер (мРНК), которая затем используется для управления синтезом белка.
• РНК-вирусы обычно используют ядро ​​РНК в качестве матрицы для синтеза вирусной геномной РНК и мРНК. Вирусная мРНК направляет клетку-хозяина на синтез вирусных ферментов и капсидных белков и сборку новых вирионов. Конечно, есть исключения из этого шаблона. Если клетка-хозяин не обеспечивает ферменты, необходимые для репликации вируса, вирусные гены предоставляют информацию для прямого синтеза отсутствующих белков.

Чтобы преобразовать РНК в ДНК, вирусы должны содержать гены, которые кодируют вирус-специфический фермент обратной транскриптазы. Она транскрибирует матрицу РНК в ДНК. Обратная транскрипция никогда не происходит в неинфицированных клетках. Необходимый фермент, обратная транскриптаза, происходит только от экспрессии вирусных генов в инфицированных клетках.

Вироиды

Вироиды заражают только растения. Одни вызывают экономически важные заболевания сельскохозяйственных культур, в то время как другие являются доброкачественными. Двумя примерами экономически важных вироидов являются кокосный cadang-cadang (он вызывает массовую гибель кокосовых пальм) и вироид рубцовой кожицы яблок, который безнадежно портит товарный вид яблок.

30 известных вироидов были классифицированы в две семьи.

• Члены семейства Pospiviroidae, названные по имени вироида клубневого веретена картофеля, имеют палочковидную вторичную структуру с небольшими одноцепочечными областями, имеет центральную консервативную область, и реплицируются в ядре клетки.
• Avsunviroidae, названный в честь вироида авокадо, имеет как палочковидную, так и разветвленную области, но не имеет центральной консервативной области и реплицируется в хлоропластах растительной клетки.

В отличие от вирусов, которые являются паразитами механизма трансляции хозяина, вироиды являются паразитами клеточных транскрипционных белков.

Бактериофаги

Существуют тысячи разновидностей фагов, каждый из которых может заразить только один тип или несколько близких типов бактерий или архей. Фаги классифицируются по ряду семейств вирусов; например:

Как и все вирусы, фаги являются простыми организмами, которые состоят из ядра генетического материала (нуклеиновой кислоты), окруженного капсидом белка. Нуклеиновая кислота может представлять собой либо ДНК, либо РНК, и может быть двухцепочечной или одноцепочечной.

Существует три основных структурных формы фага:

1. Икосаэдрическая (20-сторонняя) головка с хвостом
2. Икосаэдрическая головка без хвоста
3. Нитевидная форма

Во время заражения фаг прикрепляется к бактерии и вставляет в нее свой генетический материал. После этого фаг обычно следует одному из двух жизненных циклов: литическому (вирулентному) или лизогенному (умеренному).

Литические, или вирулентные, фаги захватывают механизм клетки, чтобы скопировать компоненты фага. Затем они разрушают или лизируют клетку, высвобождая новые частицы фага.

Лизогенные, или умеренные, фаги включают свою нуклеиновую кислоту в хромосому клетки-хозяина и реплицируются с ней как единое целое, не разрушая клетку. При определенных условиях лизогенные фаги могут индуцироваться в соответствии с литическим циклом.

Существуют и другие жизненные циклы, в т.ч. псевдолизогенез и хроническая инфекция. При псевдолизогении бактериофаг проникает в клетку, но не использует механизм репликации клеток и не интегрируется в геном хозяина, просто как бы прячется внутри бактерии, не нанося ей никакого вреда. Псевдолизогенез возникает, когда клетка-хозяин сталкивается с неблагоприятными условиями роста и, по-видимому, играет важную роль в выживании фага, обеспечивая сохранение генома фага до тех пор, пока условия роста хозяина снова не станут благоприятными.

При хронической инфекции новые фаговые частицы образуются непрерывно и длительно, но без явного уничтожения клеток.

Вскоре после открытия фаги начали использовать для лечения бактериальных заболеваний человека, таких как бубонная чума и холера. Но фаговая терапия тогда не была успешной, и после открытия антибиотиков в 1940-х годах она была практически заброшена. Однако с появлением устойчивых к антибиотикам бактерий терапевтическому потенциалу фагов уделяется все больше внимания.

Наше время с антибиотиками заканчивается. В 2016 году женщина в штате Невада умерла от бактериальной инфекции, вызванной Klebsiella pneumoniae, которая была устойчивой ко всем известным антибиотикам. Бактерии, устойчивые к колистину, антибиотику последней инстанции, были обнаружены на свинофермах в Китае. В настоящее время бактерии приспосабливаются к антибиотикам быстрее, чем когда-либо.

Покажите ножницы которыми вирусы разрезают молекулу РНК что бы встроиться для мутации.Может что нибудь придумаете другое.К примеру деление цепочка аминокислот получив энергию из вне как одноименные заряды распадается на две. К каждой соединятся только те какие были ранее (другие проскочат мимо),казалось бы копии,но внутренняя энергия разная(уменьшается увеличивается) поэтому распад и создание. Вся химия углерода на этом построена 1000 орган соединений создает у других хим элементов этого свойства нет. Иммунная система делает накладку(интерференция)с помощью энергии интерферонов пытаясь разрушить цепочку РНК вируса.Надо помочь организму но не вакциной(вирус быстро мутирует)

Одни вирусы способны интегрироваться в геном клетки-мишени и таким образом оставаться во всех дочерних клетках, которые будут в будущем получены после ее деления. К таким вирусам относятся гаммаретровирусы и лентивирусы. Другие делать этого не умеют (например, адено- и аденоассоциированные вирусы). Но для производства белков и репликации (размножения) все они используют клетку и ее синтетический аппарат.

Как это работает?

Для того чтобы вирус мог проникнуть в клетку, белки его оболочки должны связаться с мембранными белками клетки-мишени. Важно отметить, что проникает вирус только в те клетки, которые могут в дальнейшем помочь его репликации. Вирус ВИЧ живет в клетках иммунной системы, вирус гепатита С — в клетках печени. Есть особые вирусы, которые поражают только растения или даже только бактерии.

Содержащие неактивный вирус и оставшиеся в живых клетки иногда сохраняют возможность нормального функционирования. В этом случае клетки могут быть заражены, но вирус проявит себя спустя длительный период времени. Так устроен герпес.

В зависимости от того, каким типом нуклеиновой кислоты представлен генетический материал, выделяют ДНК-содержащие вирусы и РНК-содержащие вирусы. И тут стоит остановиться на классификации.

Типы вирусов. Коротко о главном

Современная типология вирусов содержит 7 классов и была предложена Дэвидом Балтимором еще в 1971 году. С тех пор, впрочем, она была уточнена и расширена, в том числе советскими учеными. И выглядит в настоящее время таким образом:

• Класс I

Вирусы, содержащие двухцепочечную ДНК

Описание

Для репликации вирусу необходимо попасть в ядро клетки-мишени и воспользоваться ее ДНК-полимеразой. Иногда вирус вызывает незапланированное деление самое клетки, то есть становится онкогенным. Эти вирусы хорошо изучены.

Пример: Вирус герпеса, адено- и папилломавирусы

Вирусы, содержащие одноцепочечную ДНК

Описание

Попадая в ядро клетки, вирусы образуют двухцепочечную ДНК, после чего реплицируются так же, как вирусы класса I.

Пример: Парво- и цирковирусы

Вирусы, в которых РНК способна к репликации (редупликации)

Описание

Вирусы этого класса могут размножаться в цитоплазме клетки, им не нужна молекула ДНК. Каждый ген, находящийся в РНК вируса, кодирует только один вирусный белок.

Пример: Бирна- и реовирусы

Вирусы, содержащие одноцепочечную (+) РНК

Описание

Из геномной (+) РНК на рибосомах хозяина создаются вирусные белки. В одном фрагменте РНК могут быть закодированы разные белки, что увеличивает сложность вируса без удлинения генов.

Пример: Пикорнавирусы (полиомиелит, гепатит А) и коронавирусы

Вирусы, содержащие одноцепочечную (–) РНК

Описание

(–) РНК этих вирусов предварительно должна быть транскрибирована в (+) РНК вирусными РНК-полимеразами, после чего может начаться синтез вирусных белков. Вирусы этого класса делятся еще на две группы, в зависимости от их генома и места его репликации (цитоплазма или ядро).

Пример: Филовирусы, аренавирусы (геморрагическая лихорадка Ласса), ортомиксовирусы (вирусы гриппа) и так далее.

Вирусы, содержащие одноцепочечную (+) РНК, реплицирующиеся через стадию ДНК

Описание

Такие вирусы используют фермент обратную транскриптазу для превращения (+) РНК в ДНК, которая встраивается в геном хозяина ферментом интегразой. Дальнейшая репликация происходит при помощи полимераз клетки хозяина.

Пример: Ретровирусы (в том числе ВИЧ)

Вирусы, содержащие двухцепочечную ДНК, реплицирующиеся через стадию одноцепочечной РНК

Описание

Молекула ДНК замкнута в кольцо и является матрицей для синтеза мРНК и дополнительных молекул РНК, которые используются при репликации вирусного генома обратными транскриптазами.

Пример: Колимовирусы (вызывают инфекции растений) и гепаднавирусы (например, гепатит В)

Вакцинация и лечение

Как правило, организмы умеют бороться с паразитирующими на них вирусами. На примере млекопитающих и человека мы обычно говорим о главном инструменте — врожденном иммунитете.

Впрочем, наиболее эффективен этот вид защиты в отношении бактериальных инфекций и не может обеспечить продолжительную и надежную защиту, особенно от инфекций вирусных.

Именно поэтому огромное значение имеет приобретенный иммунитет, в результате которого клетки иммунной системы обучаются вырабатывать специфические к вирусу антитела, способные уничтожать как саму вирусную частицу, так и зараженные ею клетки.

Еще одна врожденная система борьбы с вирусными инфекциями — внутриклеточная. Как правило, клетка способна распознать чужеродную РНК в своей цитоплазме, куда ее сперва и доставляют многие вирусы, и имеет специальные комплексы для ее деградации. Но часть вирусов научились обходить и эту ловушку. К примеру, ротавирусы, которые даже внутри клетки сохраняют капсид с геномной РНК.

Миссия: уничтожить

Основная сложность в лечении вирусных заболеваний заключается в том, что они используют естественные функции клеток-мишеней для своего размножения, поэтому ученым зачастую оказывается не так-то просто придумать препарат, который будет токсичен для вируса и безопасен для самой клетки. Если такой безопасности достичь не удастся, лекарство будет иметь слишком много побочных эффектов, повреждающих сам организм, что окажется нецелесообразно для использования.

По принципу действия противовирусные препараты подразделяются на две группы: стимулирующие иммунную систему атаковать вирусы (например, за счет индукции синтеза белков-интерферонов) и атакующие вирусы напрямую. Препараты второй группы различаются по этапу жизненного цикла вируса, на котором они активны: это препараты, препятствующие проникновению вируса в клетку, препятствующие размножению вируса внутри клетки и препятствующие выходу копий вируса из клетки.

Чтобы помешать проникновению вируса, препарат должен заблокировать рецептор на клетке, с которым связывается вирусная частица. Так работает, например, ибализумаб — зарегистрированный в США новый препарат против ВИЧ, о котором мы недавно писали.

Еще один класс противовирусных препаратов блокирует ферменты, необходимые для создания и модификаций белков вируса. Такие лекарства называют протеазными ингибиторами.

Вместо заключения: а могут ли вирусы приносить пользу?

Безусловно, да. Несмотря на то, что вирусы ассоциируются у большинства людей с однозначным вредом, они могут приносить и пользу — если речь идет о так называемых вирусных векторах и терапевтических подходах на их основе.

Исследователи давно научились помещать в белковую оболочку вируса интересующие их нуклеиновые кислоты, чтобы доставлять нужный ген в клетки, а также убирать те гены, которые делают вирус опасным для организма.

Это позволило сделать возможной генную терапию, помогающую бороться с заболеваниями, вызванными известными генетическими мутациями. Создание вирусных векторов — достаточно непростая задача, к тому же ограниченная свойствами самих вирусных частиц: количеством помещающейся генетической информации, местом ее вставки, стабильностью. Кроме того, вирусный вектор, используемый в медицине, не должен вызывать иммунного ответа или критично влиять на жизнедеятельность клетки. Тем не менее эти сложности решаются, поэтому уже одобрен ряд вполне успешных и безопасных генных терапий. А в качестве основы для вирусных векторов чаще всего используются ретро-, ленти-, адено- и аденоассоциированные вирусы.