Среди опухолеродных вирусов есть ДНК- и РНК-содержащие. ДНК-содержащие вирусы разделяются на следующие 5 классов.

1. Полиомавирусы – обезьяний вирус SV40, вирус полиомы мышей и вирусы человека ВК и JC.

2. Папилломавирусы – 16 вирусов папилломы человека и множество папилломовирусов животных.

3. Аденовирусы – 37 вирусов человека, множество аденовирусов животных (например, 24 вируса обезьян и 9 вирусов крупного рогатого скота).

4. Герповирусы – вирусы простого герпеса человека, цитомегаловирус человека, вирус Эпштейна–Барр и онкогенные вирусы приматов, лошадей, кур, кроликов, лягушек.

5. Вирусы, подобные вирусу гепатита В, – вирус гепатита В человека, гепатита североамериканского сурка, гепатита земляных белок и гепатита уток.

1. Вирусы типа С – возбудители лейкозов и сарком.

2. Вирусы типа В – вирус рака молочных желез мышей.

3. Вирусы типа А.

4. Вирусы типа D – вирус, выделенный при раке молочных желез обезьян резус, и вирус, выделенный из перевиваемых клеток человека.

Объяснение возникновения рака интеграцией вирусного и клеточного геномов, данное Л.А. Зильбером, было понятно для ДНК-содержащих вирусов. Однако его теория сталкивалась с большими трудностями в случае онкогенных вирусов, содержащих РНК, поскольку вирусная РНК не может встраиваться непосредственно в геном клетки.

Между ДНК- и РНК-содержащими опухолеродными вирусами существуют кардинальные различия. При заражении клеток ДНК-содержащими вирусами происходит либо репликация, приводящая к инфекции, либо интеграция геномов, приводящая к трансформации клетки. РНК-содержащие вирусы индуцируют только трансформацию нормальной клетки в злокачественную, т.е. при заражении клетки таким вирусом должна происходить интеграция их геномов.

Пять лет понадобилось Г.Темину для обнаружения фермента, осуществляющего перенос информации от РНК к ДНК, – РНК-зависимой ДНК-полимеразы. Этот фермент получил название обратной транскриптазы. Г.Темину удалось не только получить фрагменты ДНК, комплементарные заданной цепи РНК, но и доказать что ДНК-копии могут встраиваться в ДНК клеток и передаваться потомству.

Группа РНК-содержащих вирусов, в цикле развития которых по геномной РНК с помощью обратной транскриптазы осуществляется синтез ДНК, встраивающейся затем в геном клетки хозяина, получила название ретровирусов (Retroviridae – от REversed TRanscription). В семейство ретровирусов входят вирусы саркомы Рауса, миелоцитоматоза, саркомы мышей Харви и Молони, лейкоза птиц, ретикулоэндотелиоза птиц, лейкоза мышей, Т-клеточного лейкоза человека, иммунодефицита человека.

У ДНК- и РНК-содержащих опухолеродных вирусов по-разному реализуется генетическая информация. ДНК-содержащий вирус, интегрированный в геном клетки, для начала самостоятельного существования должен физически «вырезаться» из генома клетки, а клетка должна вирус потерять. У РНК-содержащих вирусов «вырезания» не требуется – его заменяет транскрипция. Это связано с тем, что РНК, образующаяся при транскрипции с интегрированного в ДНК клетки генетического материала вируса, представляет собой вирусную РНК. Поэтому геном клетки, интегрировавший гены РНК-содержащих вирусов, их никогда не теряет.

Вирусная ДНК, встроившаяся в геном эукариотической клетки-хозяина, может в течение многих поколений никак себя не проявлять. Однако при определенных условиях вирусные гены могут активироваться и вызывать либо репликацию вируса, либо превращение клетки в раковую.

Многочисленные работы, проведенные в 1970–1980-х гг. показали, что у многих видов животных есть гены, похожие, но не совпадающие с генами ретровирусов. Эти гены животных и человека иногда называют эндогенными ретровирусами (HERV), или провирусами.

Обычно HERV не активны и менее онкогенны для вида-хозяина, чем экзогенные. Возможно, вызывающие рак гены ряда ретровирусов когда-то, на ранних этапах биологической эволюции, закрепились в ДНК предков вида-хозяина. При репликации всей ДНК клетки онкогены передавались из поколения в поколение. По оценкам ученых HERV появились в геноме предков человека приблизительно 50 млн лет назад.

Интеграция экзогенного ретровируса в геном хозяина не сайт-специфична (случайна), поэтому закрепление его в геноме подчиняется достаточно жестким правилам. Поскольку провирус не исчезает из генома, присутствует во всех клетках своего носителя и распространяется по популяции, то его присутствие должно быть безвредным для организма и, возможно, дает какие-то преимущества своему хозяину.

Имеются данные об участии HERV в регуляции экспрессии генов, в эмбриональном развитии, в предотвращении заражения родственными экзогенными ретровирусами, в иммуносупрессии и развитии некоторых аутоиммунных заболеваний.

Необходимо упомянуть также, что существует теория происхождения ретровирусов из клеточных генов. Главную роль в этом процессе отводится обратной транскриптазе, включению созданных ею ДНК в ДНК клетки и процесс рекомбинации (Г.Темин).

Опухолеродные вирусы, как правило, видоспецифичны, т.е. поражают животных только определенного вида. Но из каждого правила есть исключения. Например, вирусом куриной саркомы можно заразить крыс, кроликов, хомячков, обезьян, ящериц и даже змей.

Группа ученых под руководством Б.А. Лапина установила, что вирус лейкоза человека может вызывать сходное заболевание у двух видов обезьян. Это привело к созданию экспериментальной модели для изучения всех стадий развития заболевания, начиная с самых первых этапов.

Исследователи показали, что при заражении клетки ретровирусом синтез его ДНК происходит в два этапа: вначале по нити вирусной РНК синтезируется комплементарная ей нить ДНК, затем на последней достраивается комплементарная ей вторая нить ДНК и одновременно происходит, деградация нити РНК вируса.

Онковирусы могут принимать участие в развитии иммунологических заболеваний. Так, при изучении красной волчанки методом молекулярной гибридизации было показано, что в ДНК клеток пораженных болезнью тканей имеются последовательности, комплементарные РНК вируса кори и обратная транскриптаза. Это указывало на экспрессию онковируса в клетках больных волчанкой.

На основании полученных данных было высказано предположение, что на начальных стадиях заболевания происходит взаимодействие коревого вируса с латентным онковирусом. В результате обратная транскриптаза онковируса транскрибирует коревую РНК в ДНК, которая затем встраивается в геном клетки. Экспрессия этих дополнительных генов проявляется в синтезе специфических вирусных белков, часть из которых встраивается в мембраны клеток и изменяет их свойства. Эти клетки становятся чужеродными для организма и подвергаются атаке собственной иммунной системы.

Онковирусы могут активироваться при трансплантации (пересадке) тканей. Рассмотрим следующий пример. При скрещивании двух чистых линий мышей рождается потомство, толерантное к пересадке тканей любого из родителей: все виды тканей, включая и лимфоидную, содержащую иммуноактивные клетки, приживаются. Однако если перед пересадкой лимфоидной ткани у реципиента подавить иммунную систему, то после трансплантации у мышей резко усиливается экспрессия онковирусов. С течением времени у животных развиваются злокачественные лимфомы.

Возможно, онковирусы – нормальные компоненты организма, принимающие участие в процессах клеточного цикла, дифференциации и пролиферации. Тогда старение, действие физических и химических канцерогенов может вызвать развитие рака. Однако присутствие канцерогенов нехарактерно для естественной среды обитания, а заболевание особей, вышедших из репродуктивного периода, не может отразиться на судьбе популяции. В то же время, интегрированный в геном клетки онковирус

«Укрощение строптивых»

Во время нашего путешествия в микромир вы о вирусах доброго слова не услышали. Действительно, они – враги всего живого. Но нельзя ли врагов превратить в друзей?

Первые опыты по «приручению» вирусов были поставлены на фагах – «пожирателях» бактерий. При встрече с вирусами бактерии «тают» на глазах. Вот эту способность фагов и решили использовать для предупреждения и лечения инфекционных болезней.

Но оказалось, что в организме человека фаги не так быстро и активно расправляются с бактериями, как в пробирке. Мало того, бактерии не так уж «глупы» – они быстро становятся нечувствительными к действию фагов.

Самые простые вирусы имеют в составе нуклеиновую кислоту, которая выступает в качестве генетического материала как самого микроорганизма, так и его капсида, представляющего собой чехол из белка. Состав некоторых вирусов дополнен жирами и углеводами. У вирусов отсутствует часть ферментов, которая отвечает за репродуктивную функцию, поэтому размножаться они могут, только попав в клетку живого организма. Метаболизм зараженной клетки после этого перестраивается на производство вирусных, а не собственных компонентов. В каждую клетку заложена определенная генетическая информация, которая при определенных обстоятельствах может рассматриваться в качестве инструкции по синтезу конкретного вида белка внутри клетки. Зараженная клетка воспринимает данную информацию как руководство к действию.

Размеры

Что касается размеров ДНК- и РНК-содержащих вирусов, то он находится в пределах 20-300 нм. Вирусы в большинстве своем имеют меньший размер, чем бактерии. Эритроцитные клетки, например, на порядок больше вирусных. Способная к заражению, полноценная инфекционная вирусная частица вне здорового организма носит название вирион. В ядро вириона входят одна или несколько молекул нуклеиновой кислоты. Капсид представляет собой оболочку из белка, которая покрывает вирионовую нуклеиновую кислоту, обеспечивая защиту от пагубного воздействия окружающей среды. Нуклеиновая кислота, входящая в вирион, считается геномом вируса и выражается в дезоксирибонуклеиновой кислоте, или ДНК, а также рибонуклеиновой (РНК). В отличие от бактерий, у вирусов не встречается комбинация этих двух видов кислоты.

Рассмотрим основные стадии размножения ДНК-содержащих вирусов.

Размножение вирусов

Чтобы иметь возможность необходимо внедриться в клетки носителя. Некоторые вирусы могут существовать у большого количества хозяев, у других имеется склонность к конкретным видам. На первоначальной стадии заражения вирус внедряет в клетку генетический материал в виде ДНК или РНК. Репродуктивная его функция, а также дальнейшее развитие клеток напрямую зависят от деятельности и выработки генов и белков вируса.

Для производства клеток ДНК-содержащим вирусам бывает недостаточно собственных белков, поэтому используются аналогичные вещества носителя. Спустя некоторое время после заражения в клетке остается только небольшая часть изначальных вирусов. Данная фаза называется эклипсной. Геном вируса в этот период тесно взаимодействует с носителем. Затем, спустя несколько этапов, начинается накопление во внутриклеточном пространстве потомства вируса. Это называется фазой созревания. Рассмотрим последовательность стадий размножения ДНК-содержащих вирусов.

Цикл жизни

Цикл жизни вирусов состоит из нескольких этапов, являющихся обязательными:

1. Адсорбция на клетке носителя. Это первоначальный и важный этап распознания клеток-мишеней по рецепторам. Адсорбция может происходить на клетках органов или тканей. Процесс запускает механизм дальнейшей интеграции вируса в клетку. Для связывания клеток требуется определенное количество ионов. Это необходимо для снижения электростатического отталкивания. Если проникновение в клетку не удается, вирус ищет новую мишень для интеграции и процесс повторяется. Это явление объясняет определенность в путях проникновения вируса в организм человека.

Так, например, слизистая оболочка верхних дыхательных путей обладает рецепторами к вирусу гриппа. Клетки кожи, напротив, таковых не имеют. По этой причине невозможно заразиться гриппом через кожный покров, это возможно только при вдыхании частиц вируса. Бактериальные вирусы в форме нитей или не имеющие отростков не могут прикрепляться на стенках клетки, поэтому они адсорбируются на фимфибриях. На начальном этапе адсорбция происходит за счет электростатического взаимодействия. Данная фаза обратима, так как частица вируса легко отделяется от клетки, выбранной в качестве мишени. Начиная со второй фазы, отделение не представляется возможным.

2. Следующая стадия размножения ДНК-содержащих вирусов характеризуется попаданием целого вириона или нуклеиновой кислоты, им выделяемой внутри клетки носителя . В организм животного вирус интегрируется проще, так как клетки в данном случае не снабжены оболочкой. Если у вириона есть снаружи липопротеидная мембрана, то она сталкивается при контакте с аналогичной защитой клетки носителя и вирус попадает в цитоплазму. Вирусы, проникающие в бактерии, растения и грибы интегрируются сложнее, так как в данном случае они вынуждены проходить сквозь жесткую стенку клетки. Для этого бактериофаги, к примеру, обеспечены ферментом лизоцимом, который помогает растворить твердые клеточные стенки. Примеры ДНК-содержащих вирусов рассмотрим ниже.

3. Третья стадия именуется депротеинизацией. Она характеризуется высвобождением нуклеиновой кислоты, являющейся носителем генетической информации. У некоторых вирусов, например, бактериофагов, данный процесс сочетается со второй стадией, так как белковая оболочка вириона остается за пределами клетки носителя. Вирион способен проникать в клетку путем захвата последней. При этом возникает вакуоль-фагосома, которая вбирает в себя первичные лизосомы. При этом расщепление на ферменты происходит только у белковой части вирусной клетки, а нуклеиновая кислота остается в неизменном состоянии. Именно она в дальнейшем существенно переформирует функционирование здоровой клетки, вынуждая ее производить нужные вирусу вещества. Сам вирус необходимыми для таких процедур механизмами не обеспечен. Существует такое понятие, как стратегия вирусного генома, которая подразумевает реализацию генетической информации.

4. Четвертая стадия размножения ДНК-содержащих вирусов сопровождается выработкой нужных для жизнедеятельности вируса веществ, которая осуществляется под влиянием нуклеиновой кислоты . Сначала вырабатывается ранняя мРНК, которая станет основой для белков вируса. Ранними называются молекулы, которые возникли до высвобождения нуклеиновой кислоты. Молекулы, возникшие после репликации кислоты, называют поздними. Важно понимать, что выработка молекул напрямую зависит от вида нуклеиновой кислоты конкретного вируса. ДНК-содержащие вирусы во время биосинтеза придерживаются определенной схемы, включающей конкретные этапы - ДНК-РНК-белок. Мелкие вирусы используют в процессе транскрипции РНК-полимеразы. Крупные, такие как оспяной вирус, синтезируются не в клеточном ядре, а в цитоплазме.

Группы РНК-вирусов

1. Первая группа устроена наиболее просто. В нее входят корона-, тога- и пикорнавирусы. Транскрипция у этих видов вируса не осуществляется, поскольку однонитчатая РНК вириона самостоятельно реализует функцию матричной кислоты, то есть представляет собой основу для выработки белков на уровне клеточных рибосом. Таким образом, схема биовыработки у них выглядит как РНК-белок. Вирусы данной группы называют также позитивно геномными или плюснитевыми.

2. Вторая группа ДНК и РНК-содержащих вирусов включает в себя минуснитевые вирусы, то есть они обладают негативным геномом. Это вирусы кори, гриппа, паротита и многие другие. В них также содержится однонитчатая РНК, но она не подходит для непосредственной трансляции. По этой причине сначала происходит перенос данных на РНК вириона, а полученная матричная кислота будет служить в дальнейшем основой для выработки белков вируса. Транскрипция в данном случае определяется зависимой от рибонуклеиновой кислоты полимеразой РНК. Данный фермент приносится вирионом, так как он отсутствует в клетке изначально. Это связано с тем, что у клетки не возникает необходимости перерабатывать РНК для получения другого РНК. Так, схема биовыработки в данном случае будет выглядеть как РНК-РНК-белок.

3. Третью группу составляют так называемые ретровирусы. Они же входят в разряд онковирусов. Биосинтез у них происходит по более сложному пути. В исходной однонитчатого типа на начальном этапе происходит выработка ДНК, что является уникальным явлением, аналогов которому нет в природе. Процесс находится под контролем специального фермента, а именно зависимой от РНК полимеразой ДНК. Данный фермент также носит название ревертазы или обратной транкриптазы. Молекула ДНК, полученная в результате биосинтеза, получает форму кольца и обозначается как провирус. Далее молекула внедряется в клетки хромосом носителя и транскрибируется несколько раз посредством полимеразы РНК. Созданные копии совершают следующие действия: представляют собой матрицу РНК, с помощью которой вырабатывается вирусный белок, а также вирион РНК. Схема синтеза представляется таким образом: РНК-ДНК-РНК-белок.

4. Четвертая группа образуется из вирусов, РНК которых имеет двухнитчатую форму. Их транскрипция реализуется посредством фермента вируса зависимой РНК полимеразы РНК.

5. В пятой группе выработка составляющих частицы вируса, а именно капсидных белков и нуклеиновой кислоты происходит многократно.

6. Шестая группа включает в себя вирионы, которые возникают как результат самосборки на основе множества копий белков и кислоты. С этой целью концентрация вирионов должна достичь критического значения. При этом компоненты частицы вируса вырабатываются отдельно друг от друга в разных областях клетки. Сложные вирусы также создают защитную оболочку из веществ, входящих в плазменную клеточную мембрану.

7. На заключительном этапе новые частицы вируса высвобождаются из клетки носителя. Данный процесс происходит разными способами в зависимости от вида вируса. Некоторые клетки после этого погибают, так как клеточный лизис освобождается. В других вариантах возможно отпочковывание от клетки, однако и этот способ не предотвращает ее дальнейшее отмирание, так как повреждается мембрана плазмы.

Период до момента выхода вируса из клетки называют латентным. Продолжительность данного промежутка может находиться в пределах от нескольких часов до пары дней.

Геномные вирусы, содержащие ДНК

1. Такие геномы, как адено-, папова- и герпесвирусов, переносятся и копируются в клеточном ядре носителя. содержащие двухцепочечную ДНК. Капсиды, попав в клетку, переносятся к мембране клеточного ядра, чтобы потом, под воздействием определенных факторов, ДНК вируса перешло в нуклеоплазму и накопилось там. Вирусы при этом пользуются матрицей РНК и клеточными ферментами носителя. А-белки переносятся первыми, за ними следуют b-белки и g-белки. Матрица РНК возникает на основе а-22 и а-47. реализует перенос ДНК, который размножается по принципу перекатывающегося кольца. Капсид, в свою очередь, возникает из g-5 белка. Какие еще существуют геномы ДНК-содержащих вирусов?

2. Поксивирусы входят во вторую группу. На начальном этапе действия осуществляются в цитоплазме. Там происходит высвобождение нуклеотидов и начало транскрипции. Затем образуется матрица РНК. На ранних стадиях выработки создается полимераза ДНК и около 70 белков, а также двухцепочная ДНК расщепляется полимеразой. С обоих сторон генома начинается репликация в тех местах, где на начальном этапе осуществлялось расплетение и расщепление цепей ДНК.

3. В третью группу включены парвовирусы. Размножение осуществляется в клеточном ядре носителя и находится в зависимости от функций клетки. В данном случае ДНК образует так называемую шпилечную структуру и выступает в роли затравки. 125 первых пар оснований переходят с начальной цепи на смежную, которая и служит матрицей. Таким образом, происходит инверсия. Для синтезирования нужна полимераза ДНК, благодаря которой происходит транскрипция вирусного генома.

8. В четвертую группу входят гепаднавирусы. Сюда относится ДНК-содержащий вирус гепатита. ДНК вируса кольцевого типа работает в качестве основы для выработки мРНК вируса и плюс-цепи РНК. Она, в свою очередь, становится матрицей для синтеза минус-цепи ДНК.

Методы борьбы

Как правило, антитела, направленные на борьбу с теми или иными вирусами вырабатываются как результат вторжения вредоносных микроорганизмов в систему носителя. Однако усилить выработку антител можно заранее, сделав профилактическую прививку.

Виды вакцинации

Существует несколько основных видов вакцинации, включающих:

1. Введение в организм ослабленных клеток вируса. Это провоцирует выработку увеличенного количества антител, что позволяет бороться с нормальным вирусным штаммом.

2. Введение уже мертвого вируса. Принцип действия аналогичен первому варианту.

3. Пассивная иммунизация. Данный метод заключается в введении уже синтезированных антител. Это может быть как кровь человека, перенесшего заболевание, против которого делается прививка, так и животного, например, лошадей. Последовательность размножения ДНК-содержащих вирусов мы рассмотрели.

Чтобы избежать заражения организма различными видами вирусов, опасных для здоровья человека, следует беречь тело от потенциального контакта с патогенными микроорганизмами. Вполне по силам избежать токсоплазмы, микоплазмы, герпеса, хламидий и других распространенных форм вируса, просто соблюдая определенные рекомендации. Это особенно касается детей до 15 лет.

Если тело ребенка не было заражено вышеперечисленными штаммами вирусов, то у него вырабатывается в подростковом периоде здоровый и усиленный иммунитет. Главная опасность вирусов - не всегда в том, как они выражаются, а в том, какое влияние оказывают на защитные свойства нашего организма. Примеры ДНК- и РНК-содержащих вирусов интересуют многих.

Герпесный вирус, который присутствует в теле 9 из 10 жителей Земли, снижает иммунные свойства примерно на 10 процентов в течение всей жизни, хотя может и никак не проявлять себя.

Заключение

Помимо подобной которая подчас не ограничивается только герпесом, условия современной жизни далеки от идеала, что также сказывается на защитных барьерах организма. В данный пункт можно отнести форсированный городской ритм жизни, плохую экологию, неправильное питание и т.д. На фоне снижения общего состояния здоровья человека его организм становится менее резистентным к различным вирусам и, соответственно, частым болезням.

Семейство Пикорнавирусы (Picornaviridae) состоит из 8 родов:

Энтеровирусы (полиомиелит)

Риновирусы (ОРВИ)

Афтовирусы (ящур)

Гепатовирусы (гепатит А)

Это семейство относится к безоболочечным вирусам, содержащих однонитевую плюс РНК. Диаметр вируса около 30нм, вирион состоит из икосаэдрического капсида, окружающего однонитевую плюс РНК с протеином VPg. Капсид состоит из 12 пятиугольников (пентамеров), каждый из которых в свою очередь состоит из 5 белковых субъединиц-протомеров: VP1, VP2, VP3, VP4.

Семейство Реовирусы (Reoviridae) содержит 4 рода:

Ортовирусы (желудочно-кишечные и респираторные инфекции)

Арбовирусы (арбовирусные инфекции: вирус Кемерово переносится клещами, вирус синего языка овец переносится мокрицами)

Колтивирусы (вирус колорадской клещевой лихорадки)

Ротавирусы (диареи)

Вирион реовирусов имеет сферическую форму (диаметр 70-85нм), двухслойный капсид икосаэдрического типа, оболочки нет. Геном представлен двунитевой фрагментированной (10-12 сегментов) линейной РНК. Внутренний капсид и геномная РНК составляют сердцевину вириона. Внутренний капсид реовирусов содержит систему транскрипции: белки лямбда -1, лямбда -3, мю -2. От сердцевины отходят шипы, представленные белком лямбда – 2. У ротавирусов внутренний капсид включает белки VP1, VP2, VP3, VP6. Наружный капсид реовирусов состоит из белков сигма – 1, сигма – 3, мю – 1с, а также белков лямбда -2, выступаюших в виде шипов. Белок сигма -1 является гемагглютинином и прикрепительным белком, белок мю -1с обладает способностью заражать клетки кишечника и впоследствии поражать ЦНС.

Семейство Буньявирусы (Bunyaviridae) включает 5 родов:

Буньявирусы (калифорнийский энцефалит, энцефалит Джеймстаун- каньон, энцефалит Ла-Кросс, лихорадки Тягиня, Инко, Гуароа – переносчиком вирусов являются комары, заболеваемость эндемична в 20 штатах США)

Флебовирусы (москитная лихорадка или лихорадка паппатачи). Резервуаром и переносчиком вируса являются самки москитов. Заболевание встречается в Европе (Средиземноморье), Азии (Иран, Пакистан), в Северной Африке, Италии, Португалии. Вспышки имели место в Закавказье, Крыму, Молдавии и Средней Азии.

Нейровирусы (геморрагическая лихорадка Крым-Конго, основным резервуаром вируса в природе являются многие виды пастбищных клещей, заражение происходит через присасывание клещей. В России это заболевание встречается на территории Краснодарского, Ставропольского краев, Астраханской, Волгоградской и Ростовской областей, республик Дагестан, Калмыкия и Карачаево-Черкесии.

Хантавирусы (ГЛПС-геморрагическая лихорадка с почечным синдромом)

Тосповирусы непатогенны для человека и поражают растения

Вирионы имеют овальную или сферическую форму, диаметр 80-120нм. Это сложные РНК-геномные вирусы, содержащие три внутренних нуклеокапсида со спиральным типом симметрии. Каждый нуклеокапсид состоит из нуклеокапсидного белка N, одноцепочечной минус РНК и фермента транскриптазы. Три сегмента РНК, связанные с нуклеокапсидом, обозначают по размерам: L (long) – большой, M (medium) – средний, S (short) – малый. Сердцевина вириона окружена липопротеидной оболочкой, на поверхности которой находятся шипы – гликопротеины G1 и G2, которые кодируются М-сегментом РНК. ш80-

Семейство Тогавирусы (Togaviridae) состоит из 4 родов, 2 из которых играют роль в патологии человека:

Альфавирус (вирусы, передаваемые членистоногими, вызывают у человека заболевания, сопровождающиеся лихорадкой, высыпаниями на коже, развитием энцефалита и артрита, в Приморском крае – вирус лихорадки леса Семлики)

Рубивирус (вирус краснухи)

Их геном состоит из линейной однонитчатой плюс-РНК, окруженной капсидом (С-белок) с кубическим типом симметрии и состоящим из 32 капсомеров. Нуклеокапсид окружен наружной двухслойной липопротеидной оболочкой, на поверхности которой располагаются гликопротеины Е1, Е2, Е3, пронизывающие липидный слой. Диаметр вирионов- от 65 до 70 нм.

Семейство Флавивирусы (Flaviviridae) происходит от латинского flavus – желтый, по названию заболевания желтая лихорадка. Патогенные для человека входят в состав 2 родов:

Флавивирус (желтая лихорадка, вирус клещевого энцефалита, вирус омской геморрагической лихорадки, вирус лихорадки денге, вирус японского энцефалита, вирус лихорадки Западного Нила)

Гепацивирус (вирус гепатита С)

Это сложные РНК геномные вирусы сферической формы, их диаметр 40-60 нм. Геном состоит из линейной однонитчатой плюс-нитевой РНК, окруженной капсидом с кубическим типом симметрии. В состав нуклеокапсида входит один белок – V2. Нуклеокапсид окружен суперкапсидом, на поверхности которого содержится гликопротеин V3. На внутренней стороне суперкапсида расположен структурный белок V1.

Семейство Ортомиксовирусы (Orthomyxoviridae) включает в себя род:

Инфлюэнцавирус (вирус гриппа, который включает 3 серотипа: А, В,С)

Диаметр вирусной частицы 80-120 нм. Вирион имеет сферическую форму, В центре вириона расположен нуклеокапсид, имеющий спиральный тип симметрии. Геном вирусов гриппа представляет собой спираль однонитчатой сегментированной минус-нитевой РНК. Капсид состоит в основном из белка – нуклеопротеина (NР), а также белков полимеразного комплекса (Р). Нуклеокапсид окружен слоем матриксных и мембранных белков (М), которые участвуют в сборке вирусной частицы. Поверх этих структур располагается суперкапсид – наружная липопротеиновая оболочка, которая несет на своей поверхности шипики. Шипики образованы двумя сложными белками-гликопротеинами: гемагглютинином (Н) и нейраминидазой (N).

Семейство Парамиксовирусы (Paramyxoviridae), которое включает 2 подсемейства:

Подсемейство Парамиксовирусы:

Морбилливирус (вирус кори)

Респировирус (вирус парагриппа)

Рубулавирус (вирус паротита, парагриппа)

Подсемейство Пневмовирусы:

Пневмовирус (респираторно-синцитиальный вирус (РС))

Метапневмовирус (РС-вирус)

Вирион парамиксовирусов имеет сферическую форму, диаметр 150-300 нм, окружен оболочкой с гликопротеиновыми шипами. Под оболочкой находится спиральный нуклеокапсид, состоящий из нефрагментированной линейной однонитевой минус-РНК, связанной белками: нуклеопротеином (NР), полимеразой-фосфопротеином (Р) и большим (L) белком. Нуклеокапсид ассоциирован с матриксным (М) белком, расположенным под оболочкой вириона. Оболочка вириона содержит шипы – два гликопротеина: белок слияния (F), прикрепительный белок гемагглютинин-нейраминидаза (HN), гемагглютинин (Н) или (G) белок.

Семейство Рабдовирусы (Rhabdoviridae) включает около 80 родов, вызывают заболевания животных и растений.

Лассавирус (вирус бешенства)

Везикуловирус (вирус везикулярного стоматита)

Вирионы имеют форму цилиндра с полукруглым и плоским концами (форма пули), размер вирионов 130х300х60х80. Состоят из двухслойной липопротеиновой оболочки и нуклеокапсида спиральной симметрии. Оболочка изнутри выстлана М-белком, а снаружи от нее отхоят шипы гликопротеина G. РНП нуклеокапсида состоит из геномной РНК и белков: N – белок, укрывающий как чехол РНК, L –белок и NS – белок, являющиеся транскриптазой вируса. Геном рабдовирусов представлен однонитевой нефрагментированной линейной минус-РНК.

Семейство Филовирусы (Filoviridae) содержит два рода:

Род марбургподобных вирусов (африканская геморрагическая лихорадка Марбург)

Род эболаподобных вирусов (африканская геморрагическая лихорадка Эбола)

Вирусы имеют вид длинных филаментов (80-1000нм) с оболочкой и однонитевой минус-РНК, заключенной в капсид. Содержит полимеразу. Симметрия капсида спиральная. На оболочке имеются шипы (спикулы).

Семейство Коронавирусы (Coronaviridae), включает в себя 1 род, объединяющий более 10 видов, вызывающих заболевания у человека и животных.

Коронавирус (вызывает поражения респираторных органов, в т.ч. SARS, ЖКТ, нервной системы)

Вирионы округлой формы размером 80-220нм. Сердцевина вириона представлена спиральным нуклеокапсидом, содержащим однонитевую плюс-РНК. Нуклеокапсид окружен липидной оболочкой, покрытой снаружи булавовидными выступами – пепломерами. Пепломеры придают вирусной частице вид солнечной короны. В оболочку вириона встроены гликопротеины Е1 и Е2, которые отвечают за адсорбцию вируса на клетке и проникновение в клетку хозяина.

Семейство Ретровирусы (Retroviridae), которое влючает 7 родов:

Альфаретровирус (вирусы лейкоза, саркомы птиц, саркомы Рауса кур)

Бетаретровирус (вирус рака молочных желез мышей, эндогенный ретровирус человека, вирус обезьян)

Гаммаретровирус (вирусы саркомы и лейкемии мышей, кошек, приматов)

Дельтаретровирус (вирус лейкемии КРС, лимфотропные вирусы Т-клеток человека)

Эпсилоретровирус (вирус саркомы кожи)

Лентивирус (вирус иммунодефицита человека)

Спумавирус (пенящие вирусы человека, обезьян, бычий синцитиальный вирус)

Ретровирусы имеют сферическую форму, размер 80-130нм. Вирион имеет оболочку и нуклеокапсидную сердцевину. Капсид икосаэдрический. Обратная транскриптаза связана с геномом однонитевой плюс- РНК. Вирусы содержат протеины: группового антигена (gag), полимеразный протеин (pol) и белки оболочки (env). Известно около 30 онкоантигенов.

Семейство Аренавирусы (Arenaviridae) включает род:

Аренавирус (вирусы лимфоцитарного хориоменингита, Ласа, Хунин, Мачупо, Гуанарито, вызывающие тяжелые геморрагические лихорадки)

Вирион имеет сферическую или овальную форму, диаметр около 120нм. Снаружи он окружен оболочкой с булавовидными гликопротеиновыми шипами GP1, GP2. Под оболочкой расположены 12-15 клеточных рибосом, капсид спиральный. Геном представлен двумя сегментами (L, S) однонитевой минус-РНК, кодируется 5 белков:L, Z, N, G.

Семейство Калицивирусы (Caliciviridae) содержит вирусы гастроэнтерита группы Норволк и вирус везикулярной экзантемы свиней.

Вирион безоболочечный, имеет икосаэдрический капсид с 32 чашеобразными углублениями (ямками). Форма сферическая, диаметр 27-38нм. На поверхности вириона различают 10 выступов, сформированных краями чашеобразных углублений. Геном – линейная, однонитевая плюс-РНК.

Систематика и номенклатура вирусов. Принципы классификации и таксономия вирусов. Вироиды, прионы.

Принципы классификации вирусов:

Вирусы составляют царство Vira, которое подразделено по типу нуклеиновой кислоты на два подцарства – рибовирусы и дезоксирибовирусы. Подцарства делятся на семейства, которые в свою очередь подразделяются на роды. Понятие о виде вирусов пока еще четко не сформулировано, так же как и обозначение разных видов.

В качестве таксономических характеристик первостепенное значение придается типу нуклеиновой кислоты и ее молекулярно-биологическим признакам: двунитевая, однонитевая, сегментированная, несегментированная, с повторяющимися и инвертированными последовательностями и др. однако в практической работе прежде всего используются характеристики вирусов, полученные в результате электронно-микроскопических и иммунологических исследований: морфология, структура и размеры вириона, наличие или отсутствие внешней оболочки (суперкапсида), антигены, устойчивость к высокой температуре, pH, детергентам и тд.

В настоящее время вирусы человека и животных включены в состав 18 семейств. Принадлежность вирусов к определенным семействам определяется типом нуклеиновой кислоты, структурой, целостностью или фрагментацией генома, а также наличием или отсутствием внешней оболочки. При определении принадлежности к семейству ретровирусов обязательно учитывается наличие обратной транскриптазы.

Вироиды и прионы

В природе помимо вирусов обнаружены другие очень мелкие загадочные инфекционные агенты с необычными свойствами. К ним относятся вироиды и прионы.

Вироиды. Название «вироид» было предложено в 1971 г. Т. Динером. Оно свидетельствует о том, что симптомы заболеваний, которые вызывают эти агенты у различных растений, похожи на симптомы заболеваний, вызываемых у них вирусами. Однако вироиды отличаются от вирусов по крайней мере по следующим четырем признакам.

1. Вироиды, в отличие от вирусов, не имеют белковой оболочки и состоят только из инфекционной молекулы РНК. Они не обладают антигенными свойствами и поэтому не могут быть обнаружены серологическими методами.
2. Вироиды имеют очень малые размеры: длина молекулы РНК вироидов равна 1 10"6 мм, она состоит из 300-400 нуклеотидов. Вироиды - самые маленькие способные к размножению единицы, известные в природе.

3. Молекулы вироидов представляют собой одноцепочечные кольцевые РНК. Такую кольцевую структуру имеет еще только один вирус - вирус дельта-гепатита.

4. Молекулы РНК вироидов не кодируют собственных белков, поэтому их размножение может происходить либо аутокаталитически, либо с участием клетки-хозяина.

С 1971 г. обнаружено более 10 различных вироидов, отличающихся по первичной структуре, кругу поражаемых хозяев, по симптомам вызываемых ими заболеваний. Все известные вироиды построены по одному плану: 300-400 нуклеотидов образуют кольцо, которое удерживается парами оснований и образует двухцепо-чечную палочковидную структуру с перемежающимися короткими одно- и двухце-почечными участками.
Вопрос о природе, происхождении вироидов и о том, каким способом они распространяются, остается открытым. Существует предположение, что вироиды образуются из нормальных клеточных РНК, однако убедительных подтверждений этому не было представлено.

Прионы. Название«прионы» предложил открывший их в 1982 г. С. Прузинер. Прионы - низкомолекулярные, не содержащие нуклеиновых кислот белки, которые вызывают так называемые трансмиссивные губкообразные энцефалопатии. Последние выделены в особую группу медленных летальных прионных инфекций, для которых характерны очень длительный инкубационный период, медленно прогрессирующее течение, дегенеративные изменения в ЦНС, отсутствие признаков воспаления и выраженного иммунного ответа и летальный исход.

Синтез прионов контролирует ген ргпР, который несет у человека 20-я хромосома. Установлено 18 различный мутаций этого гена, которые связаны с различными прионовыми болезнями.

Прионы состоят из особого белка, который существует в виде двух изомеров. Один из них - нормальный клеточный прионовый протеин - изоформа РгРс. Он состоит из 254 аминокислотных остатков и имеет м. м. 33-35 кД. PrPtf растворим в детергентах, чувствителен к действию протеинкиназы К. Он, как полагают, участвует в регуляции суточных циклов многих гормонов. У здоровых животных содержание его составляет 1 мкг/г ткани мозга (больше всего его в нейронах).

Другой изомер прионового протеина PrPSc -аномальный, имеет такую же м. м. Он отличается от РгРс вторичной структурой, устойчив к протеолизу, не растворяется детергентами, способен к самоагрегации олигомеризации. Конверсия ргРс в PrPSc присходит очень медленно, но ускоряется в присутствии экзогенного Ориона. Прионы PrPSc - возбудители прионных медленных инфекций.

Содержание PrPbl в ткани мозга больных животных в 10 раз больше, чем у здоровых.
Известны 12 нозологических единиц прионных болезней, из них 6 наблюдаются у животных (скрепи у овец, губкообразные энцефалопатии крупного рогатого скота, экзотических копытных и кошачьих, хроническое истощение у лосей и трансмиссивная энцефалопатия норок). Шесть болезней прионной этиологии описаны у человека.

Куру (папуасское curu - дрожать, трястись) впервые описано в 1957 г. К. Гай-душеком у папуасов-каннибалов в Новой Гвинее. Характеризуется прогрессирующей мозжечковой атаксией, общим дрожанием, адинамией, а также психическими изменениями (эйфория, беспричинный смех и т. п.).

Болезнь Крейтцфельда-Якоба (БКЯ - дегенерация кортикостриоспиналь-ная) встречается повсеместно. Характеризуется прогрессирующей деменцией с симптомами поражения пирамидальных и

экстрапирамидальных нервных путей. В 1996 г. началась эпизоотия губкообразнон энцефалопатии коров («бешенство» коров) в Англии, а затем в ряде других стран Западной Европы. Она связана с нарушением природных схем питания животных: они стали получать в виде добавок к пище вещества, полученные из костей и мясных отходов овец и коров. Заражение мясом таких животных стало причиной заболевания людей БКЯ. В Англии описана новая форма БКЯ (она обозначена как VCJD). Она отличается от БКЯ тем, что ею болеют лица моложе 40 лет, а также более длительным течением и развитием нейропатологических изменений, не наблюдаемых при классическом течении болезни.

Летальная семейная бессонница - потеря сна, гиперреактивность симпатической системы, прогрессирующее ослабление автономных и эндокринных циклических временных ритмов; наблюдается у лиц среднего возраста (около 45 лет).

Синдром Герстманна-Штрейслера (СГШ) - медленная инфекция. Зарегистрирована в Великобритании, США, Японии и других странах мира. Характеризуется дегенеративными поражениями ЦНС, которые проявляются в формировании губкообразного состояния, образовании амилоидных бляшек во всем мозге. Болезнь выражается в развитии медленно прогрессирующей атаксии и деменции. Патогенез не изучен. Заболевание тянется длительно и заканчивается смертью.

Амиотрофический лейкоспонгиоз - медленная инфекция человека, характеризующаяся прогрессирующим развитием атрофических парезов мышц конечностей и туловища, нарушением дыхания и заканчивается смертью.
Синдром Альперса - медленная прионная инфекция. Наблюдается главным Образом в детстве, характеризуется симптомами, свидетельствующими о поражении ЦНС.
Для прионовых болезней человека характеры 4 классических нейропатологических признака: спонгиозные изменения (множество овальных вакуолей диаметром 1-50 мк в сером веществе мозга), потеря нейронов, астроцитоз и формирование амилоидных бляшек.

Предполагается, что прионы играют роль в этиологии шизофрении, миопатии и ^которых других заболеваний человека. Природа прионов остается неясной. С висами их объединяют малые размеры (они способны проходить через бактериальные фильтры) и неспособность размножаться на искусственных питательных средах; специфический круг поражаемых хозяев; длительная персистенция в культуре клеток, полученной из тканей зараженного хозяина, а также в организме больного человека и животного. Вместе с тем они существенным образом отличаются от вирусов: во-первых, у них отсутствует собственный геном, следовательно, они не могут рассматриваться, в отличие от вирусов, как живые существа; во-вторых, они не индуцируют никакого иммунного ответа. В-третьих, прионы обладают значительно более высокой резистентностью, чем обычные вирусы, к действию высокой температуры (выдерживают кипячение в течение 1 ч), УФ-излучению, ионизирующей радиации и к различным дезинфектантам; нечувствительны к интерферонам и не индуцируют их синтеза.

По мнению С. Прузинера, есть два пути передачи аномального приона PrPSc: наследственный (мутации в гене ргпР) и трансмиссивный, или инфекционный (алиментарный и нозокомиальный). Прионовые болезни в том и другом случае наблюдаются в виде спорадических или групповых заболеваний.

К. Гайдушек в 1976 г. за открытие инфекционной природы прионных болезней и С. Б. Прузинер в 1997 г. за открытие прионов и разработку прионной теории были удостоены Нобелевских премий.

Репродукция вирусов.

Репродукция вируса в клетке происходит в несколько фаз:

1) первая фаза – адсорбция вируса на поверхности клетки, чувствительной к данному вирусу.

2) вторая фаза – проникновение вируса в клетку хозяина путем виропексиса.

3) третья фаза – «раздевание» вирионов, освобождение нуклеиновой кислоты вируса от суперкапсида и капсида. У ряда вирусов проникновение нуклеиновой кислоты в клетку происходит путем слияния оболочки вириона и клетки-хозяина. В этом случае вторая и третья фазы объединяются в одну.

4) четвертая фаза – синтез компонентов вириона. Нуклеиновая кислота вируса образуется путем репликации. На рибосомы клетки транслируется информация вирусной иРНК, и в них синтезируется вирус-специфический белок.

5) пятая фаза – сборка вириона. Путем самосборки образуются нуклеокапсиды.

6) шестая фаза – выход вирионов из клетки. Простые вирусы, например, вирус полиомиелита, при выходе из клетки разрушают ее. Сложноорганизованные вирусы, например, вирус гриппа, выходят из клетки путем почкования. Внешняя оболочка вируса (суперкапсид) формируется в процессе выхода вируса из клетки. Клетка при таком процессе на какое-то время остается живой.

Описанные типы взаимодействия вируса с клеткой называются продуктивными, так как приводят к продукции зрелых вирионов.

Иной путь – интегративный – заключается в том, что после проникновения вируса в клетку и «раздевания» вирусная нуклеиновая кислота интегрирует в клеточный геном, то есть встраивается в определенном месте в хромосому клетки и затем в виде так называемого провируса реплицируется вместе с ней. Для ДНК- и РНК-содержащих вирусов этот процесс совершается по-разному. В первом случае вирусная ДНК интегрирует в клеточный геном. В случае РНК-содержащих вирусов вначале происходит обратная транскрипция: на матрице вирусной РНК при участии фермента «обратной транскриптазы» образуется ДНК, которая встраивается в клеточный геном. Провирус несет дополнительную генетическую информацию, поэтому клетка приобретает новые свойства. Вирусы, способные осуществить такой тип взаимодействия с клеткой, называются интегративными. К интегративным вирусам относятся некоторые онкогенные вирусы, вирус гепатита В, вирус герпеса, вирус иммунодефицита человека, умеренные бактериофаги.

Кроме обычных вирусов, существуют прионы – белковые инфекционные частицы, не содержащие нуклеиновую кислоту. Они имеют видфибрилл, размером до 200 нм. Вызывают у человека и у животных медленные инфекции с поражением мозга: болезнь Крейтцфельда-Якоба, куру, скрепи и другие.

4)Особенности репродукции вирусов в зависимости от типа нуклеиновой кислоты (+ и – РНК). Виды взаимодействия вирусов и клетки: продуктивный, абортивный, интегративный.

В зависимости от типа нуклеиновой кислоты этот процесс совершается следующим образом.

1)репродукция происходит в ядре: аденовирусы, герпес, паповавирусы. Используют ДНК-зависимую РНК-полимеразу клетки.

2)репродукция происходит в цитоплазме: вирусы имеют свою ДНК-зависимую РНК-полимеразу.

1)рибовирусы с позитивным геномом (плюс-нитиевые): пикорна-, тога-, коронавирусы. Транскрипции нет.

2)рибовирусы с негативным геномом (минус-нитиевые): грипп, корь, паротит, орто-, парамиксовирусы.

(-)РНК, иРНК-белок (иРНК-комплементарная (-)РНК). Этот процесс идет при участии специального вирусного фермента – вирионная РНК-зависимая РНК-полимераза (в клетке такого фермента быть не может).

3)ретровирусы (-)РНК, ДНК, иРНК-белок (иРНК гомологична РНК). В этом случае процесс образования ДНК на базе (-)РНК возможен при участии фермента – РНК-зависимой ДНК-полимеразы (обратнойтранскриптазы или ревертазы).

Выявление вирусных Аг

ИФА. В настоящее время уже появились коммерческие наборы для выявления Аг некоторых возбудителей, позволяющие их идентифицировать в течение 5-10 мин. Для выявления Аг на твёрдой фазе сорбируют известные AT и добавляют сыворотку, содержащую Аг; после инкубирования несвязанный Аг декантируют, систему промывают и вносят меченые AT, специфичные к сорбированным AT. Повторяют процедуру инкубирования и отмывания, вносят хромогенный субстрат, положительный результат фиксируют при изменении окраски системы.

Гибридизация ДНК - высокоспецифичный метод, позволяющий идентифицировать геном вируса после его гибридизации комплементарными молекулами ДНК. В качестве маркёра применяют ферменты и изотопы. Метод определяет способность вирусной ДНК гибридизироваться с меченой комплементарной ДНК; специфичность метода прямо пропорциональна длине I комплементарной цепочки. Перспективен метод гибридизации нуклеиновых кислот in situ. Для постановки реакции меченую ДНК наносят на биоптаты тканей (в том числе на фиксированные формалином или заключённые в парафиновые блоки) и регистрируют взаимодействие с комплементарной ДНК. Метод используют для выявления вирусов простого герпеса, папилломы человека, Эпстайна-Барр и др.

ПЦР. Метод значительно увеличивает чувствительность метода гибридизации, повышая содержание вирусной ДНК в материале, полученном от больного, а также ускоряет время получения результата.

Занятие №7. Общая характеристика вирусов и особенности их репродукции. ДНК- и РНК-содержащие вирусы.

1)Строение (структура, химический состав) вирусов. Типы симметрии нуклеокапсида.

Морфологию и структуру вирусов изучают с помощью электронного микроскопа, так как их размеры малы и сравнимы с толщиной оболочки бактерий.

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

Простые, или безоболочечные, вирусы состоят 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, вирусы снаружи капсида окружены липопротеиновой 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.

Фенотипическое смешивание довольно широко распространено среди близкородственных безоболочечных вирусов, таких, например, как вирусы полиомиелита типов 1 и 2, вирусов ЭКХО и Коксаки, других пикорнавирусов. Таким образом, немутационные вирусы-гибриды - полноценные вирионы. Подобно вирусам-мутантам, возникают путем комплементации, а не вследствие скрещивания геномов, как рекомбинанты. Состояния гетерозиготности и транскапсидизации вирусов неустойчивы и быстро исчезают при пассажах. Биологическое значение гетерозигот не выяснено. Транскапсидизация же может обеспечить вирусам-гибридам широкий круг хозяев и преодоление межвидовых барьеров.

Капсид и суперкапсид защищают вирионы от влияния окружающей среды, обусловливают избирательное взаимодействие (адсорбцию) с клетками, определяют антигенные и иммуногенные свойства вирионов. Внутренние структуры вирусов называются сердцевиной.

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).

Включения - скопление вирионов или отдельных их компонентов в цитоплазме или ядре клеток, выявляемые под микроскопом при специальном окрашивании. Вирус натуральной оспы образует цитоплазматические включения - тельца Гварниери; вирусы герпеса и аденовирусы - внутриядерные включения.

Размеры вирусов определяют с помощью электронной микроскопии, методом ультрафильтрации через фильтры с известным диаметром пор, методом ультрацентрифугирования. Одним из самых мелких вирусов является вирус полиомиелита (около 20 нм), наиболее крупным - натуральной оспы (около 350 нм).

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.

Внутримолекулярные рекомбинации у вирусов, как и других микроорганизмов, реализуются механизмом разрыв - воссоединение, а у РНК-вирусов с сегментированным геномом - перемешиванием генов. В общем, у вирусов различают две группы рекомбинаций -рекомбинация у ДНК-вирусов и рекомбинация-пересортировка у РНК-вирусов с сегментированным геномом.

Среди генетических рекомбинаций ДНК-вирусов выделяют рекомбинации:

1) между двумя дикими типами вирусов с интактными (лат intactus - нетронутый), т. е. полными, геномами;

2) между диким типом и его мутантным вариантом;

3) между вариантами мутантов дикого типа вируса.

От лат. «virus» - яд

Вирусы - это внеклеточная форма жизни, обладающая собственным геномом и способная к воспроизведению только в клетках живых организмов.

Вирион (или вирусная частица) состоит из одной или нескольких молекул ДНК или РНК, заключенных в белковую оболочку (капсид), иногда содержащую также липидные и углеводные компоненты

Диаметр вирусных частиц (их называют также вирионами) равен 20-300 нм. Т.е. они намного меньше, чем мельчайшие из прокариотических клеток. Так как размеры белков и некоторых ам.к. находятся в диапазоне 2-50 нм, то вирусную частицу можно было бы считать просто комплексом макромолекул. Вследствие их малых размеров и неспособности к самовоспроизведению вирусы часто относят к разряду «неживого».

Говорят «Вирус – это промежуточная форма жизни, или нежизни», т.к. вне клетки хозяина он превращается в кристалл.

Говорят: в. это переход от химии к живому

Жизненный цикл вируса начинается

1. с проникновения внутрь клетки.

2. Для этого он связывается со специфическими рецепторами на ее поверхности и

а) либо вводит свою нуклеиновую кислоту внутрь клетки, оставляя белки вириона на ее поверхности,

б) либо проникает целиком в результате эндоцитоза. В последнем случае после проникновения вируса внутрь клетки следует его «раздевание» - освобождение геномных нуклеиновых кислот от белков оболочки.

3. В результате этой процедуры вирусный геном становится доступным для ферментных систем клетки, обеспечивающих экспрессию генов вируса.

4. Именно после проникновения вирусной геномной нуклеиновой кислоты в клетку заключенная в ней генетическая информация расшифровывается генетическими системами хозяина и используется для синтеза компонентов вирусных частиц.

По сравнению с геномами других организмов вирусный геном относительно мал и кодирует лишь ограниченное число белков, в основном белки капсида и один или несколько белков, участвующих в репликации и экспрессии вирусного генома. Необходимые метаболиты и энергия поставляются хозяйской клеткой.

ДНК-содержащие вирусы несут в качестве генетического материала либо одно-, либо двухцепочечную ДНК, которая может быть как линейной, так и кольцевой. В ДНК закодирована информация о всех белках вируса. Вирусы классифицируют в зависимости от того, одно или двухцепочечная у них ДНК, и про- или эукариотической является клетка-хозяин. Вирусы заражающие бактерии называются бактериофагами.

1 - вирусы оспы; 2 - вирусы герпеса; 3 – аденовирусы; 4 - паповавирусы; 5 - гепаднавирусы; 6 - парвовирусы;

Первая группа - вирусы с двуцепочечной ДНК,

- репликация осуществляется по схеме: ДНК -»РНК -> ДНК.

- они получили название ретроидные вирусы.

- п редставителями этой группы вирусов являются вирус гепатита В и вирус мозаики цветной капусты.

1. Репликация ДНК-генома этих вирусов осуществляется при посредстве промежуточных молекул РНК:

2. Молекулы РНК образуются в результате транскрипции вирусных ДНК в клеточном ядре хозяйским ферментом ДНК-зависимой РНК-полимеразой.

3. Транскрибируется только одна из нитей вирусной ДНК.

4. Синтез ДНК на РНК-матрице происходит в результате реакции, катализируемой обратной транскриптазой; сначала синтезируется (-) нить ДНК,

5. а затем на вновь синтезированной (-) нити ДНК тот же фермент строит (+) нить.

В целом общая схема репликации генома ретроидных вирусов поразительно похожа на схему репликации генома ретровирусов. По-видимому, данное сходство имеет под собой и эволюционную основу, так как первичная структура обратных транскриптаз этих вирусов выявляет определенное сходство между собой.

Вторая группа - вирусы с двуцепочечной ДНК,

- репликация осуществляется по схеме ДНК -> ДНК.

- с генома этих вирусов в зараженной клетке ДНК-зависимая РНК-полимераза транскрибирует молекулы мРНК (т.е. (+) РНК),

МРНК (т.е. (+) РНК) принимает участие в синтезе вирусных белков,

Размножение вирусного генома осуществляет фермент ДНК-зависимая ДНК-полимераза:(±) днк → (+)РНК

В одних случаях производством как мРНК, так и ДНК занимаются клеточные ферменты; в других случаях вирусы используют собственные ферменты. Бывает, что те и другие ферменты обслуживают процесс репликации и транскрипции. К этой группе относятся вирусы герпеса, оспы и др.

Вирус герпеса

Оспа – естественный враг СПИДа (нет оспы – есть СПИД). О СПИДе есть информация в Ветхом завете. В нашем геноме есть генетические метки прежних пандемий СПИДа

Вирусные заболевания периодичны: ОСПА → ПРОКАЗА→ЧУМА → †

Третья группа - вирусы с одноцепочечной ДНК, либо с негативной, либо с позитивной полярностью.

- Попав в клетку, вирусный геном сначала превращается в двуцепочечную форму,

Это превращение обеспечивает клеточная ДНК-зависимая ДНК-полимераза:

или (±) ДНК → (+) РНК

Транскрипция и репликация на последующих этапах происходит так же, как и для вирусов, с (±) ДНК-геномом.

Структура вируса: это молекула ДНК в белковой оболочке, называемой капсидом. Однако есть много разных вариантов строения вирусов: от просто покрытой белком ДНК (например, бактериофаг Pf1) до сложных макромолекулярных комплексов, окруженных мембранными структурами, например, вирус оспы. Если у вируса есть мембрана‚ говорят, что он в оболочке, а если мембраны нет, то вирус называют «раздетым». Различают четыре основных вида капсидов: спиральные, икосаэдрические, сложные без оболочки, сложные с оболочкой.(см. презентация)

Спиральные капсиды

- обычно встречаются у нитевидных вирусов.

Образуются путем самосборки асимметричных белковых субъединиц (капсомеров), объединяющихся в трубчатую структуру со спиральной симметрией (например у Pf1).

Субъединицы в большинстве случаев гомогенны, так, что поверхность вириона состоит из множества копий одного и того же белка, хотя под наружним капсидом могут находиться и другие белки.

ДНК в таких вирусах либо вытянута, либо может быть туго скручена в комплексе со специальными связывающими белками.

Икосаэдрические капсиды

Свойственны большинству сферических ДНК-содержащих вирусов

Икосаэдр – это многогранник с двадцатью треугольными гранями, имеющий кубическую симметрию и приблизительно сферическую форму.

Вершины треугольников соединяясь образуют двенадцать вершин икосаэдра;

В местах соединения располагаются обычно пентамерные белковые структуры – пентоны; там же могут находится участки, на которых формируются белковые нити, нередко ассоциированные с вершинами (например у ф Х174 прозрачка 1).

Грани икосаэдра заполнены другими белковыми субъединицами, сгруппированными обычно в гексамерные структуры – гексоны (апример, у аденовируса прозрачка 1).

Количество субъединиц, необходиимое для заполнения граней, определяется размерами вириона в целом, и разные икосаэдрические вирусы содержат поэтому разное число гексонов – обычно при неизменном числе пентонов.

ДНК обычно плотно свернута внутри капсида;

Иногда она связана с белками или полипептидами, способными стабилизировать ее структуру.

Сложные капсиды без оболочки

Типичны для бактериофагов:

Они состоят из частей с разными типами симметрии.

У бактериофага Т2, например, ДНК находится в икосаэдрической головке, а для «узнавания» бактерии и введения в нее ДНК служат трубчатые и фибриллярные структуры (в узнавании участвует также лизоцим, расположенный на дистальном конце хвостового отростка).

Сложные капсиды с оболочкой

Есть только у вирусов эукариотических клеток.

В них ДНК-белковые комплексы окружены одним или несколькими белковыми слоями и наружней мембраной, почти все белковые компоненты которой являются вирусными по своему происхождению, а липидные структуры – клеточными.

Инфицирование – процесс, посредством которого вирус внедряется в клетку-хозяина и «настраивает» ее метаболический аппарат на воспроизведение вирионов.

Зараженные вирусом клетки либо остаются живыми (тогда говорят, что вирус невирулентен),

Либо подвергаются лизису, приводящему к высвобождению вирусных частиц.

Неизменным итогом заражения клеток ДНК-содержащими бактериофагами является лизис.

- ДНК-содержащие вирусы животных вызывают лизис редко; однако клетки могут погибнуть из-за возникших при заражении хромосомных повреждений, вследствии иммунологической реакцииорганизма или просто в результате нарушения вирусом нормальных клеточных функций.

Размножение вируса – четко очерченный цикл, приводящий в конечном счете, после синтеза новых молекул вирусных белков и большого числа копий вирусной ДНК, к формированию зрелых вирусных частиц. У вирусов бактерий весь цикл может завершаться менее чем за час, тогда как у многих вирусов животных он занимает не один день.

Адсорбция вируса на клетке-хозяине – первый этап инфицирования. Она происходит на специфических рецепторных участках (белковых или липидных) клеточной поверхности, которые узнаются особыми выступающими частями вириона и к которым он прочно прикрепляется. У вирусов без оболочки такими частями могут быть белковые отростки (например, у аденовируса и бактериофага Т2), а у вирусов с оболочкой это, как правило белки, погруженные в вирусную мембрану. В процессе адсорбции осуществляются, в частности, такие белок-белковые взаимодействия, результатом которых является инициация стадии проникновения ДНК в клетку.

Проникновение вирусной ДНК в клетку-хозяина у разных вирусов происходит по-разному. ДНК многих бактериофагов, например, бактериофага Т2: белковый стержень сплющивается, подобно телескопической конструкции, и ДНК «впрыскивается» в бактерию. Из вирусов животных ДНК обычно переходит в клетку в результате как бы слияния наружнего слоя вириона с клеточной мембраной. В отличие от ДНК большинства бактериофагов ДНК вирусов животных всегда входят в клетку вместе с непосредственно прилегающими к ней белками; последующее освобождение ДНК от этих белков осуществляется с помощью ферментов.

Транскрипция и репликация генетического материала вируса осуществляется обычно с участием ферментов клетки-хозяина. Сначала вирусная ДНК копируется РНК-полимеразами клетки-хозяина, в результате чего образуется мРНК, которая затем транслируется. На некоторых молекулах вирусной ДНК синтезируются также ее ДНК-копии – с помощью либо клеточной, либо кодируемой вирусом ДНК-полимеразы. Эти ДНК-копии используются в последствии при сборке вирусных частиц. В некоторых случаях, например, у бактериофага Т4 первые же новосинтезированнные молекулы вирусной мРНК транслируются с образованием специальных белков, модифицирующих полимеразы клетки-хозяина таким образом, что те прекращают транскрипцию клеточных генов, не теряя пари этом способности транскрибировать вирусные. В какой части клетки протекают процессы транскрипции и репликации вирусной ДНК эукариотических вирусов: в ядре или цитоплазме? У одних транскрипция и репликация происходит в ядре клетки-хозяина (например, у вируса герпеса), а у других – в цитоплазме, например, у поксивирусов.

Трансляция вирусной мРНК на рибосомах клетки-хозяина приводит к образованию вирусных белков. Некоторые из этих белков используются в последствии для построения капсидов, другие связываются с вирусной ДНК, стабилизируя ее (у многих вирусов животных), третьи хотя и не войдут никогда в состав зрелых вирионов, участвуют в процессе их сборки в качестве ферментов (например, у бактериофага Т2)

Сборка вируса из его компонентов в клетке-хозяине может происходить спонтанно (самосборка), но может зависеть и от участия вспомогательных белков. Вирусная ДНК обычно покрывается слоем белка – капсидом. Капсид, в свою очередь, может заключаться в мембранную структуру, получаемую вирионом обычно от клетки-хозяина: покидая клетку путем отпочковывания от нее, вирусная частица оказывается окруженной плазматической мембраной.

1. Полиомавирусы – обезьяний вирус SV40, вирус полиомы мышей и вирусы человека ВК и JC.

2. Папилломавирусы – 16 вирусов папилломы человека и множество папилломовирусов животных.

1 - парамиксовирусы; 2 - вирусы гриппа; 3 - коронавирусы; 4 - аренавирусы; 5 - ретровирусы; 6 - реовирусы; 7 - пикорнавирусы; 8 - капицивирусы; 9 - рабдовирусы; 10 - тогавирусы, флавивирусы; 11 - буньявирусы

Геномы почти всех известных РНК-содержащих вирусов - это линейные молекулы, их удобно разделить на 3 группы.

Первая группа - это однонитевые геномы положительной полярности, т.е. с нуклеотидной последовательностью, соответствующей таковой у мРНК.

Такие геномы обозначают как (+) РНК.

Вирусные (+) РНК-геномы кодируют несколько белков, среди которых РНК-зависимая РНК-полимераза (репликаза), способная синтезировать молекулы РНК без участия ДНК.

С помощью этого фермента синтезируются сначала (-) нити РНК фага,

Затем при наличии особого белка, называемого «хозяйским фактором», репликаза осуществляет синтез (+) нити РНК.

На заключительной стадии из накопившихся вирусных белков и (+) РНК формируются вирионы.

Упрощенная схема этого процесса такова:

(+) РНК (-) РНК

Однонитевый (+) РНК-геном характерен для

а) фага Qβ,

б) вирусов табачной мозаики,

Вирус табачной мозаики – пример + одноцепочечного вируса растенийвирус не имеет оболочки, спиральный, содержит 2130 идентичных молекул белка капрсида и одну цепь РНК. РНК располагается в спиральном желобке, обрапзованном белковыми субъединицами, и удерживается многочисленными слабыми связями.

Инфекционный процесс, протекающий по схеме (прозрачка 2 внизу), состоит в проникновении вируса в растительную клетку с последующей быстрой утратой им капсида. Затем в результате трансляции непосредственно +одноцепочечной вирусной РНК рибосомами клетки-хозяина образуются несколько белков, часть которых необходима для репликации вирусного генома.

Репликация осуществляется РНК-репликазой, продуцирующей копии РНК для новых вирионов. Синтез белка капсида происходит только после того как инфицировавшая клетку РНК подвергается некоторой модификации, делающей возможным присоединение рибосом клетки к тому участку РНК, которым кодируется этот белок. Сборка вириона начинается с образования дисков из белка капсида. Два таких белковых диска, располагаясь концентрически, образую похожую на бисквит структуру, которая после связывания с ней РНК приобретает форму спирали. Последующее присоединение молекул белка продолжается до тех пор, пока РНК не будет покрыта полностью. В своей окончательной форме вирион представляет собой цилиндр длиной 300 нм.

3) полиомиелита,

4) клещевого энцефалита.

Вторая группа - это однонитевые геномы с негативной полярностью, т.е. (-) РНК-геномы.

Поскольку (-) РНК не может выполнять функции мРНК, для образования «своих» мРНК вирус внедряет в клетку не только геном, но и фермент, умеющий снимать с этого генома комплементарные копии по схеме:

(-) РНК (+) РНК

Этот вирусный фермент (РНК-зависимая РНК-полимераза, синтезированная в предыдущем цикле размножения) упакован в вирионе в удобной для доставки в клетку форме.

Инфекционный процесс начинается с того, что вирусный фермент копирует вирусный геном, образуя (+) РНК, которая выступает в качестве матрицы для синтеза вирусных белков, в том числе РНК-зависимой РНК-полимеразы, которая входит в состав образующихся вирионов

К вирусам с негативным РНК-геномом относятся

а) вирусы гриппа,

в) бешенства,

г) желтой карликовости картофеля и др.

Схема вируса гриппа

Вирус гриппа – это пример вируса с «-»-одноцепочечной РНК. У него есть оболочка и спиральная сердцевина. Сердцевина состоит из восьми сегментов «-» РНК, которые в комплексе с белками образуют спиралевидные структуры. Каждый сегмент кодирует один из белков вируса. В наибольшем количестве вирус содержит белок матрикса, располагающийся на внутренней стороне оболочки и придающий ей стабильность. Все белки оболочки кодируются вирусной РНК, тогда как липиды являются по своему происхождению клеточными (см. ДНК-содержащие вирусы, сборка). Основные белки оболочки – гемагглютинин и нейраминидаза.

Инфекционный процесс протекает по схеме (прозрачка 2 внизу) начинается с прикрепления вируса к поверхности клетки-хозяина через гемагглютинин. Затем происходит слияние оболочки с клеточной мембраной, нуклеопротеиновая сердцевина (нуклеокапсид) входит в клетку, и кодируемая вирусом РНК-зависимая РНК-полимераза синтезирует + цепи мРНК на вирусных «-» цепях, после чего на рибосомах клетки-хозяина продуцируются вирусные белки. Некоторые из этих белков играют важную роль в репликации вирусного генома.

Репликация происходит в ядре, где с помощью той же, но вероятно, модифицированной РНК-полимеразы образуются «-» цепи РНК. После того как в ядро проступают нуклеокапсидные белки, происходит сборка нуклеокапсида. Затем нуклеокапсид проходит цитоплазму, присоединяя по пути белки оболочки, и покидает клетку, отпочковываясь от ее плазматической мембраны. Считается, что в процессе отпочковывания принимает участие нейраминидаза.

Третью группу составляют двунитевые геномы, (±) РНК-геномы.

Известные двунитевые геномы всегда сегментированы (т.е. состоят из нескольких разных молекул).

Сюда относятся реовирусы. Их размножение проходит по варианту, близкому к предыдущему. Вместе с вирусной РНК в клетку попадает и вирусная РНК-зависимая РНК-полимераза, которая обеспечивает синтез молекул (+) РНК. В свою очередь (+) РНК обеспечивает производство вирусных белков на рибосомах хозяйской клетки и служит матрицей для синтеза новых (-) РНК-цепочек вирусной РНК-полимеразой

Цепочки (+) и (-) РНК, комплексируясь друг с другом, образуют двунитевый (±) РНК-геном, который упаковывается в белковую оболочку.

- Реовирусы птиц (от англ. respiratory респираторный, enteric кишечный, orphan сиротский) – это икосаэдрические вирусы без оболочки, белковый капсид которых состоит из двух слоев – наружнего и внутреннего. Внутри капсида находятся 10 или 11 сегментов двухцепочечной РНК.

Реовирусы поражают респираторные и кишечные пути теплокровных животных (человека, обезьян, крупного и мелкого рогатого скота, летучих мышей,

Инфекционный процесс начинается с проникновения в клетку РНК и затем протекает в соответствии со схемой (прозрачка 2 - внизу). После частичного разрушения наружнего капсида ферментами лизосом РНК в образовавшейся таким образом субвирусной частице транскрибируется, ее копии покидают частицу и соединяются с рибосомами. Затем в клетке-хозяине продуцируются белки, необходимые для формирования новых вирусных цастиц.

Репликация РНК вирусов происходит по консервативному механизму. Одна из цепей каждого сегмента РНК служит матрицей для синтеза большого числа новых + цепей. На этих + цепях образуются затем как на матрице – цепи, + и – цепи при этом не расходятся, а остаются вместе в виде двухцепочечных молекул. сборка новых вирусных частиц из новообразованных + и -–сегментови капсидных белков связана каким-то образом с миотическим веретеном клетки-хозяина.

Сюда относятся вирусы, у которых цикл репликации генома можно разбить на две главные реакции: синтез РНК на матрице ДНК и синтез ДНК на матрице РНК.

При этом в состав вирусной частицы в качестве генома может входить либо РНК (ретровирусы (Retroviridae – от REversed TRanscription)), либо ДНК (ретроидные вирусы).

Вирусная частица содержит две молекулы геномной одноцепочечной (+) РНК.

В вирусном геноме закодирован необычный фермент (обратная транскриптаза, или ревертаза), который обладает свойствами как РНК-зависимой, так и ДНК-зависимой ДНК-полимеразы.

Только в 1970 г. американские ученые Г. Темин и Мицутани и независимо от них Д.Балтимор разрешили эту загадку. Они доказали возможность передачи генетической информации от РНК к ДНК. Это открытие перевернуло центральную догму молекулярной биологии о том, что генетическая информация может переноситься только в направлении ДНК–РНК–белок. Пять лет понадобилось Г. Темину для обнаружения фермента, осуществляющего перенос информации от РНК к ДНК, – РНК-зависимой ДНК-полимеразы. Этот фермент получил название обратной транскриптазы. Г. Темину удалось не только получить фрагменты ДНК, комплементарные заданной цепи РНК, но и доказать что ДНК-копии могут встраиваться в ДНК клеток и передаваться потомству.

Этот фермент попадает в заражаемую клетку вместе с вирусной РНК и обеспечивает синтез ее ДНК-копии сначала в одноцепочечной форме [(-) ДНК], а затем в двуцепочечной [(±) ДНК]:

Вирусный геном в форме нормального дуплекса ДНК (так называемая провирусная ДНК) встраивается в хромосому клетки хозяина.

В результате двуцепочечная ДНК вируса представляет собой в сущности дополнительный набор генов клетки, который реплицируется вместе с ДНК хозяина при делении.

Для образования новых ретровирусных частиц провирусные гены (гены вируса в хромосомах хозяина) транскрибируются в ядре клетки транскрипционным аппаратом хозяина в (+) РНК-транскрипты.

Одни из них становятся геномом нового «потомства» ретровирусов, а другие подвергаются процессингу в мРНК и используются для трансляции белков, необходимых для сборки вирусных частиц

В эту группу входят

а) вирус иммунодефицита человека (ВИЧ)

Информация о СПИДе есть в Ветхом Завете

В нашем ганоме есть генетические метки прежних пандемий СПИДа

Ремонт РЭА