Репродукция вирусов

ЛЕКЦИЯ

ОСНОВЫ ВИРУСОЛОГИИ

1. Открытие вирусов
2. Свойства вирусов
3. Морфология, симметрия и строение вирусов
4. Репродукция вирусов
5. Экологическая ниша и происхождение вирусов
6. Пути распространения вирусных инфекций
7. Бактериофаги
8. Онкогенные вирусы. ВИЧ

ОТКРЫТИЕ ВИРУСОВ

Вирусы (лат. virus – яд животного происхождения) – облигатные внутриклеточные паразиты. Некоторые из них – на грани живой и неживой природы. Вызывают заболевания человека, животных (в том числе и простейших), растений, микроорганизмов.

Вирусы были открыты в 1892 г. Д.И. Ивановским при изучении причин гибели растений табака от мозаичной болезни.

Свойства вирусов

Вирусы, с одной стороны, автономны, с другой, – лишены собственного метаболизма.

1. Имеют очень маленькие размеры, поэтому не задерживаются бактериологическими фильтрами, видимые только с помощью электронного микроскопа.

2. Не растут на искусственных питательных средах, т.к. размножаются только в клетках живых организмов, поэтому их культивируют в культуре тканей (куриный эмбрион).

3. Не имеют клеточного строения.

4. Не способны к росту и бинарному делению.

5. Не имеют собственных метаболических систем.

6. Содержат НК только одного типа: ДНК или РНК.

7. Для их воспроизводства нужна только НК.

8. Для образования собственных вирусных белков используют рибосомы клетки-хозяина.

9. Вирусы живые, т.к. для них характерны размножение, наследственность, изменчивость и способность к адаптации.

Морфология, симметрия и строение вирусов

Наиболее хорошо изучен вирус табачной мозаики (ВТМ). В 1935 г. У. Стенли выделил его, получив в кристаллической форме (вирион – внеклеточная форма существования вирусов).

Форма вирусов:

1. Палочковидная.

2. Нитевидная.

3. Сферическая.

4. Кубовидная.

5. Булавовидная.

Вирион состоит из НК (ДНК или РНК) и белкового капсида, состоящего из одинаковых капсомеров. Капсид + НК = нуклеокапсид.

Типы симметрии капсидов:

1. Спиральный.

2. Кубический.

3. Смешанный.

Нуклеокапсиды многих вирусов человека и животных одеты внешней оболочкой (суперкапсид).

Многохромосомные РНК-вирусы делятся на ковирусы и моновирусы.

Вироиды, вызывающие опухоли растений, – без капсида (1 цепь РНК).

Репродукция вирусов

Условно делится на 2 фазы:

I. 1) адсорбция; 2) проникновение вируса в клетку (виропексис и слияние вирусной и клеточных мембран); 3) раздевание вируса в клетке.

II. Экспрессия вирусного генома:

1) транскрипция; 2) трансляция; 3) репликация генома; 4) сборка вирусных компонентов; 5) выход вируса из клетки.

Транскрипция – это переписывание ДНК на РНК по законам генетического кода по принципу комплементарности с помощью фермента РНК-полимеразы. Продукт транскрипции – иРНК:

1) ДНК → иРНК → белок.

2) У РНК-вирусов: РНК → белок (ферменты транскриптазы).

3) РНК → иРНК → белок.

4) У семейства ретровирусов: РНК (фермент обратная транскриптаза) → ДНК →

иРНК → белок.

Синтезированная иРНК транспортируется к рибосомам.

Трансляция – перевод генетической информации с иРНК на последовательность АК, в котором участвуют тРНК, рибосомы. Ее фазы:

1. Инициация. С иРНК связывается малая рибосомальная субъединица. К этому комплексу присоединяется несколько молекул белкового фактора инициации. Инициаторный кодон на иРНК – АУГ или ГУГ, кодирующий метионин, с которого начинается синтез всех ППЦ. Происходит взаимодействие антикодона тРНК с кодоном иРНК. Образуется пептидная связь.

2. Элонгация – удлинение ППЦ, протягивание иРНК через рибосому.

3. Терминация – прекращение трансляции.

Полуконсервативная репликация – синтез молекул НК, гомологичных геному.

Сборка вирусных частиц. Вирусы, репликация которых происходит в ядрах, – ядерные; в цитоплазме – цитоплазматические.

Вирусные НК и белки могут при достаточной концентрации узнавать друг друга и самопроизвольно соединяться, т.е. способны к самосборке.

Выход вирусных частиц из клетки: 1) почкование;2) «взрыв» клетки.

Экологическая ниша и происхождение вирусов –организмы – хозяева

Теории происхождения вирусов:

1. Вирусы – результат крайнего проявления регрессивной эволюции одноклеточных организмов.

2. Вирусы – потомки доклеточных форм жизни – протобионтов.

3. Гипотеза «взбесившихся генов».

4. Вирусы – дериваты генетических элементов клеток.

Бактриофаги

облигатные паразиты бактерий. Открыты Ф. Туортом (1913) – феномен бактериофагиии, и Ф. д′Эррелем (1917).

Типы фагов:

1. Фаги с длинным отростком, чехол которого сокращается (Т-четные фаги E. coli – Т-2; Т-4; Т-6);

2. Фаги с длинным отростком, чехол которого не сокращается (фаги E. coli – Т-1; Т-5);

3. Фаги с короткими отростками (фаги E. coli Т-3; Т-7);

4. Фаги с рудиментом отростка (большинство РНК-фагов);

5. Фаги без отростка (фаг E. coli M-2, R-17) – кубическая форма;

6. Нитевидные фаги (фаги E. сoli, взаимодействующие с «мужскими» клетками, имеющими F-плазмиды).

7. Плеоморфные фаги.

Фаги более устойчивы к действию физических и химических факторов, чем бактерии. Фаги состоят из 2х химических компонентов: НК (у большинства ДНК) и белков, расположенных в головке по кубическому, а в отростке – по спиральному типу симметрии. Группы фагов:

1. Поливалентные фаги лизируют бактерий нескольких видов.

2. Моновалентные фаги лизируют бактерий одного типа.

3. Типовые фаги лизируют определенный тип данного вида.

Фазы взаимодействия фагов с бактериями:

1. Адсорбция.

2. Инъекция внутрь бактерии содержимого головки фага (Херши и Чейз, 1952).

3. Репродукция фаговых частиц.

Лизис бактерий осуществляется литическим ферментом – фаговым лизоцимом. Фаги, вызывающие продуктивную инфекцию (лизис бактерий), – вирулентные. Существуют умеренные фаги, вызывающие инфекцию двоякого рода – продуктивную и редуктивную (лизогения).

Практическое применение бактериофагов:

1. Лечение и профилактика болезней.

2. Диагностика инфекционных заболеваний.

3. Для выявления резервуаров инфекции в эпидемиологических исследованиях.

4. Индикация окружающей среды.

Вирусы подвержены генетическим воздействиям:

Модификации.

2.Мутации:

1) Делеция.

2) Встраивание нуклеотидов.

3) Замена одного нуклеотида другим.

Бывают прямые, меняющие фенотип, и обратные (реверсии)мутации, а также истинные реверсии и псевдореверсии – интрагенная супрессия.

1 клетка может быть заражена не одним, а несколькими вирусами – смешанная инфекция, в результате чего происходят взаимодействия между вирусными геномами:

1) множественная реактивация;

2) рекомбинация;

3) пересортировка генов;

4) перекрестная реактивация (кроссс-реактивация);

5) гетерозиготность;

6) комплементация;

7) фенотипическое смешивание и маскирование (псевдотипирование).

Интерференция вирусов – состояние невосприимчивости к вторичному заражению клетки, инфицированной вирусом:

а) гетерологическая;

б) гомологическая.

Пути проникновения вирусов в организм: 1)воздушно-капельный; 2) пищевой; 3) трансмиссивный; 4) через кожу; 5) парентеральный; 6) вертикальный.

Основные реакции зараженных вирусом клеток:

1)Альтерация(повреждение клеток) и воспалительные изменения тканей.

2) Вследствие поражения цитоскелета клетки становятся округлыми.

3) Изменение структуры ядра.

4) Нарушение структуры ЦПМ.

5) Появление телец включений в цитоплазме или в ядре.

6) Нарушение синтеза макромолекул (ДНК, РНК).

7) Гибель клеток.