Хемолитотрофные микроорганизмы

В качестве источника энергии используют неорганические вещества. Известно групп Прокариот, которые окисляют 5 элементов : Н, S, N, Fe, C, Sb.

Получеие энергии происходит в результате дыхания, так как конечный акцептор электронов в ДЦ является кислород, и лишь немногие могут получать энергию за счет анаэробного дыхания.

Так как всем необходим Карбон, то подавляющее большинство микроорганизмов-литотрофов являются хемолитотрофами, используют СО₂ воздуха, который фиксируется в цепи Кальвина.

Имеют полноценную ДЦ. Разнообразность наблюдается на начальных участках энергетического метаболизма, так как для окисления неорганических соединений, связанных с получением энергии, необходима соответствующая ферментативная система. Используют в качестве доноров электронов неорганические соединения различного окислительно–восстановительного потенциала. Это определяет место включения электрона в ДЦ из окисляемого субстрата.

При окислении Н₂ происходит восстановление НАД⁺ ( первичного акцептора ДЦ), при окислении S, Fe, N, электрон сбрасывается на терминальный участок ДЦ на уровне цитохрома. То что электрон сбрасывается на цитохромы порождает 2 проблемы хемолитотрофных микроорганизмов:

1. Связана с тем, что получать незначительную порцию энергии в виде АТФ. Эта проблема решена за счет увеличения скорости окисления субстрата.

2. Включение электрона в терминальной части ДЦ не позволяет микроорганизмам получать восстановитель НАД∙Н₂, который необходим для биосинтетических нужд. Эта проблема решена за счет обратного переноса электрона на НАД∙Н₂ по ДЦ против электрохимического потенциала. Обратный перенос электрона сопровождается затратой АТФ. Энергия АТФ микроорганизмов используется на биосинтетические процессы, в том числе и на фиксацию СО₂ в цикле Кальвина.

ВИРУСОЛОГИЯ

Вирусология — наука о вирусах — микроскопических надмолекулярных созданиях природы, которые являются своеобразной паразитической формой жизни.

Общая вирусология изучает природу вирусов, их строение, размножение, биохимию, генетику. Медицинская, ветеринарная и сельскохозяйственная вирусология исследует патогенные вирусы, их инфекционные свойства, разрабатывает меры предупреждения, диагностики и лечения вызываемых ими заболеваний.

Вирусология решает фундаментальные и прикладные задачи и тесно связана с другими науками. Открытие и изучение вирусов, в частности бактериофагов, внесло огромный вклад в становление и развитие молекулярной биологии. Раздел вирусологии, изучающий наследственные свойства вирусов, тесно связан с молекулярной генетикой. Вирусы не только предмет изучения, но и инструмент молекулярно-генетических исследований, что связывает вирусологию с генетической инженерией. Вирусы — возбудители большого количества инфекционных заболеваний человека, животных, растений, насекомых. С этой точки зрения вирусология тесно связана с медициной, ветеринарией, фитопатологией и другими науками.

Возникнув в конце XIX века как ветвь патологии человека и животных, с одной стороны, и фитопатологии — с другой, вирусология стала самостоятельной наукой, по праву занимающей одно из основных мест среди биологических наук.

Вирусология — молодая наука, ее история насчитывает немногим более 100 лет. Начав свой путь как наука о вирусах, вызывающих болезни человека, животных и растений, в настоящее время вирусология развивается в направлениях изучения основных законов современной биологии на молекулярном уровне, основываясь на том, что вирусы являются частью биосферы и важным фактором эволюции органического мира.

ИСТОРИЯ ВИРУСОЛОГИИ

История вирусологии необычна тем, что один из ее предметов — вирусные болезни — стал изучаться задолго до того, как были открыты собственно вирусы. Начало истории вирусологии — это борьба с инфекционными заболеваниями и только впоследствии — постепенное раскрытие источников этих болезней. Подтверждением тому служат работы Эдуарда Дженнера (1749-1823 гг.) по предупреждению оспы и работы Луи Пастера (1822-1895 гг.) с возбудителем бешенства.

К концу XIX-го столетия выяснилось, что целый ряд заболеваний человека, таких как бешенство, оспа, грипп, желтая лихорадка являются инфекционными, однако их возбудители не обнаруживались бактериологическими методами.

Благодаря работам Роберта Коха (1843-1910 гг.), который впервые использовал технику чистых бактериальных культур, появилась возможность различать бактериальные и небактериальные заболевания. В 1890 г. на X конгрессе гигиенистов Кох вынужден был заявить, что «…при перечисленных болезнях мы имеем дело не с бактериями, а с организованными возбудителями, которые принадлежат к совсем другой группе микроорганизмов». Это высказывание Коха свидетельствует, что открытие вирусов не было случайным событием. Не только опыт работы с непонятными по своей природе возбудителями, но и понимание сущности происходящего способствовали тому, что была сформулирована мысль о существовании оригинальной группы возбудителей инфекционных заболеваний небактериальной природы. Оставалось экспериментально доказать ее существование.
Первое экспериментальное доказательство существования новой группы возбудителей инфекционных заболеваний было получено нашим соотечественником — физиологом растений Дмитрием Иосифовичем Ивановским (1864-1920 гг.) при изучении мозаичных заболеваний табака. Это неудивительно, так как инфекционные заболевания эпидемического характера часто наблюдались и у растений. Еще в 1883-84 гг. голландский ботаник и генетик де Фриз наблюдал эпидемию позеленения цветов и предположил инфекционную природу заболевания. В 1886 г. немецкий ученый Майер, работавший в Голландии, показал, что сок растений, больных мозаичной болезнью, при инокуляции вызывает у растений такое же заболевание. Майер был уверен, что виновником болезни является микроорганизм, и безуспешно искал его. В 19 веке заболевания табака наносили огромный вред сельскому хозяйству и в нашей стране. В связи с этим, для изучения заболеваний табака на Украину была направлена группа исследователей, в которую, будучи студентом Петербургского университета, входил Д.И. Ивановский. В результате изучения заболевания, описанного в 1886 г. Майером как мозаичная болезнь табака, Д.И. Ивановский и В.В. Половцев пришли к выводу, что оно представляет собой два различных заболевания. Одно из них — «рябуха» — вызывается грибком, а другое — неизвестного происхождения. Изучение мозаичной болезни табака было продолжено Ивановским в Никитском ботаническом саду под руководством академика А.С. Фамицина. Используя сок пораженного болезнью листа табака, профильтрованный через свечу Шамберлана, задерживающую самые мелкие бактерии, Ивановский вызвал заболевание листьев табака. Культивирование зараженного сока на искусственных питательных средах не дало результатов и Ивановский приходит к выводу, что возбудитель болезни имеет необычную природу — он фильтруется через бактериальные фильтры и не способен расти на искусственных питательных средах. Прогревание сока при 60-70 °C лишало его инфекционности, что свидетельствовало о живой природе возбудителя. Ивановский сначала назвал новый тип возбудителя «фильтрующиеся бактерии». Результаты работы Д.И. Ивановского были положены в основу его диссертации, представленной в 1888 г., и опубликованы в книге «О двух болезнях табака» в 1892 году. Этот год и считается годом открытия вирусов.

Определенный период времени в зарубежных публикациях открытие вирусов связывали с именем голландского ученого Бейеринка (1851-1931 гг.) который также занимался изучением мозаичной болезни табака и опубликовал свои опыты в 1898 г. Профильтрованный сок зараженного растения Бейеринк поместил на поверхность агара, проинкубировал и получил на его поверхности бактериальные колонии. После этого верхний слой агара с колониями бактерий был удален, а внутренний слой был использован для заражения здорового растения. Растение заболело. Из этого Бейеринк сделал вывод, что причиной заболевания являются не бактерии, а некая жидкая субстанция, которая могла проникнуть внутрь агара, и назвал возбудителя «жидкий живой контагий». В связи с тем, что Ивановский только подробно описал свои опыты, но не уделил должного внимания небактериальной природе возбудителя, возникло недопонимание ситуации. Известность работы Ивановского приобрели только после того, как Бейеринк повторил и расширил его опыты и подчеркнул, что Ивановский впервые доказал именно небактериальный характер возбудителя самой типичной вирусной болезни табака. Сам Бейеринк признал первенство Ивановского и в настоящее время приоритет открытия вирусов Д.И. Ивановским признан во всем мире.

Слово ВИРУС означает яд. Этот термин применял еще Пастер для обозначения заразного начала. Следует отметить, что в начале 19 века все болезнетворные агенты назывались словом вирус. Только после того, как стала понятна природа бактерий, ядов и токсинов терминами «ультравирус», а затем просто «вирус» стали обозначать «новый тип фильтрующегося возбудителя». Широко термин «вирус» укоренился в 30-е годы нашего столетия.

Вирусы − уникальный класс, мельчайший класс инфекционных агентов, которые проходят через бактериальные фильтры и отличаются от бактерий по своей морфологии, физиологии и способу размножения.

Вирусы −внеклеточные формы жизни,надцарство Безядерных (аккариоты), царство Вира.

В настоящее время ясно, что вирусы характеризуются убиквитарностью, то есть повсеместностью распространения. Вирусы поражают представителей всех царств живого: человека, позвоночных и беспозвоночных животных, растения, грибы, бактерии.

ПРИРОДА ВИРУСОВ

1. Вирусы – внеклеточная форма жизни.

2. Вирусы − мельчайшие инфекционные агенты

3. Вирусы являются облигатными паразитами (м/о риккетсии и хламидии), но паразитизм вирусов отличается от паразитизма бактерий, потому что вирусы – облигатные паразиты на генетическом уровне. Вирусная частица, попадая внутрь клетки, заставляет геном клетки работать на себя, а бактериальный паразитизм – это паразитизм на метаболическом уровне.

4. Способ размножения. Вирусы не размножаются делением, размножение вирусов – репродукция – сборка отдельных вирусных компонент в вирусную частицу.

5. Вирусы встречаются в природе в двух состояниях: вне клетки вирусная частица находится в форме вириона – структуры вируса, в которой можно обнаружить все основные вирусные компоненты; внутри клетки вирус находится в вегетативной форме – это реплецирующаяся вирусная нуклеиновая кислота.

6. Вирусы не могут размножаться на обычных питательных средах, а только - в клетках, тканях или организмах.

7. Химический состав. Вирусная частица имеет белковую оболочку – белок, один тип нуклеиновой кислоты , либо РНК, либо ДНК, а также – зольный компонент. Сложно устроенные вирусы имеют ещё капсиды и углеводы.

8. Структура нуклеиновой кислоты (НК). НК вирусов (РНК или ДНК) являются хранителями генетической информации. У вирусов встречаются атипичные формы НК – двухцепочечные РНК и одноцепочечные ДНК.

9. Вирусные частицы не растут.

РАЗМЕРЫ ВИРУСОВ

Вирусы – мельчайшие агенты, 10-350 нм (0,01-0,35 мкм). Они не видны в обычный световой микроскоп, и для определения размера вирусов используют различные методы:

1. фильтрация через фильтры с известной величиной пор;

2. определение скорости осаждения частиц при центрифугировании;

3. фотографирование в электронном микроскопе.

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ВИРУСОВ

Вирусы имеют три основных компонента: белок, НК, зольный компонент.

1.Белок

Белки построены из аминокислот (а/к) L-ряда. Все а/к тривиальной природы, как правило, в структуре преобладают нейтральные и кислые дикарбоновые кислоты. В составе сложных вирусов имеются основные гистоноподобные белки, связанные с НК, для стабилизации структуры и для увеличения антигенной активности.

Все вирусные белки делятся на: структурные – формируют белковую оболочку – капсид; функциональные – белки ферменты, часть белков ферментов находятся в структуре капсида, этими белками связана ферментативная активность и способность вируса проникать внутрь клетки (например, АТФаза, сиалаза – неиромеидаза, которые встречаются в структуре вируса человека и животных, а также лизоцим).

Капсид состоит из длинных полипептидных цепей, что могут состоять из одного или нескольких белков с маленькой молекулярной массой. В структуре полипептидной цепи различают химическую, структурную и морфологическую единицы.

Химическая единица – это отдельный белок, формирующий полипептидную цепь.

Структурная единица – это повторяющаяся единица в структуре полипептидной цепи.

Морфологическая единица – это капсомер, который наблюдается в структуре вируса, что видна в электронном микроскопе.

Белки вирусного капсида имеют ряд свойств: они устойчивы к протеазам и причина устойчивости в том, что белок организован так, что пептидная связь, на которую действует протеаза, спрятана внутрь. В такой устойчивости большой биологический смысл: так как вирусная частица собирается внутри клетки, где высока концентрация протеолитических ферментов. Такая устойчивость предохраняет вирусную частицу от разрушения внутри клетки. Вместе с тем, эта устойчивость вирусной оболочки к протеолитическим ферментам теряется в момент прохождения вирусной частицы через клеточные покровы, в частности через ЦПМ.

Предполагают, что в процесс транспортировки вирусной частицы через ЦПМ, происходят изменения конформационной структуры и пептидная связь становится доступной для ферментов.

Функции структурных белков:

- защитная (предохраняют НК, которая расположена внутри капсида);

- некоторые белки капсиды несут адресную функцию, что рассматривается как рецепторы вирусов, с помощью которых вирусная частица прикрепляется на поверхности специфических клеток;

- в составе вирионов обнаружен внутренний гистоноподобный белок связанный с НК, который обладает антигенной функцией и ещё участвует в стабилизации НК.

Функциональные белки-ферменты связанные с капсодом:

- сиалаза-неиромиедаза. Обнаружен в вирусах животных и человека, облегчает выход вирусной частицы из клетки и делает дырку (плешь) в вирусных структурах;

- лизоцим. Структурно связан с вирусной частицей, разрушает β-1,4-гликозидную часть в муреиновом каркасе и облегчает проникновение НК бактериофага внутрь бактериальной клетки.

- АТФаза. Встроен в структуру бактериофага и некоторых вирусов человека и животных клеточного происхождения. Функции изучены на примере бактериофагов, с помощью АТФазы происходит гидролиз АТФ, которые интеркалированы в структуру вируса и имеют клеточное происхождение, выделяющаяся энергия расходуется сокращение хвостового отростка, это облегчает транспортировку НК внутрь бактериальной клетки.

1. Нуклеиновые кислоты (НК)

Молекулярная масса вирусной ДНК колеблется 10⁶-10⁸ Д, а РНК – меньше 10⁶-10⁷ Д.

НК вирусов в 10 раз меньше, чем НК самых мелких клеток.

Количество нуклеотидов в ДНК варьирует от нескольких тысяч до 250 тысяч нуклеотидов. 1 ген – 1000 нуклеотидов, это означает, что в структуре вирусов встречается от 10 до 250 генов.

В состав НК наряду с пятью азотистыми основаниями, имеют место и аномальные основания – основания, которые полностью способны замещать стандартные: 5-оксиметилцитозин – полностью замещает цитозин, 5-оксиметилурацил − замещает тимин.

Аномальные основания встречаются только у бактериофагов, у остальных – классические основания.

Функции аномальных оснований: блокируют клеточную ДНК, не дают возможность реализовать информацию заложенную в ДНК, в момент, когда вирусная частица попадает в клетку.

Помимо аномальных, обнаружены и минорные основания: малое количество 5-метилцитозина, 6-метиламино пурин.

У некоторых вирусов могут встречаться метилированые производные цитозина и аденина.

НК вирусов как РНК, так и ДНК, могут встречаться в двух видах:

- в виде кольцевых цепей;

- в виде линейных молекул.

Кольцевые цепи имеют две формы:

- ковалентно-замкнутые цепи (не имеют 3’ – 5’ свободных концов, на них не действуют экзонуклеазы);

- релаксированая форма, когда одна цепь ковалентно замкнутая, а вторая имеет один или несколько разрывов в своей структуре.

Линейные молекулы делятся на две группы:

- линейная структура с фиксированной последовательностью нуклеотидов (начинается всегда одним нуклеотидам);

- линейная структура с пермитированной последовательностью (определенный набор нуклеотидов, но последовательность разлмчная).

В структуре РНК встречаются одноцепочечные +РНК и −РНК цепи.

+РНК – с одной стороны хранитель генетической информации, а с другой стороны – выполнять функцию иРНК и узнается рибосомами клетки как иРНК.

−РНК − выполняют только функцию хранителя генетической информации, а иРНК синтезируется на её основе.

1. Зольный компонент

В вирусных частицах встречаются катионы металлов: калия, натрия, кальция, мангана, магния, железа, меди, и их содержанием может достигать несколько мг на 1 г вирусной массы.

Функции Ме²⁺: играют важную роль в стабилизации вирусной НК, формируют упорядоченную четвертичную структуру вирусной частицы. Состав металлов непостоянный и определяется составом окружающей среды. У некоторых вирусов имеются поликатионы связанные с полиаминами, которые играют огромную роль в физической стабильности вирусных частиц. Также ионы металлов обеспечивают нейтрализацию отрицательного заряда НК, которые формируют фосфорно-кислые (фосфатные группы) НК.

МОРФОЛОГИЯ И СТРУКТУРА ВИРУСОВ

Для вирусов характерна однородность формы и величины, они также не подвижны индивидуальному росту и в процессе своего онтогенеза имеют одинаковый размер.

Морфологические формы вирусов меньше, чем у бактерий.

Основными компонентами вириона (вируса вне клетки) является белковая оболочка – капсид – и с заключенной в неё НК – нуклеокапсид. Морфологические единицы капсида – капсомеры – построены из одного или нескольких белков. Эти капсомеры связаны типом симметрии, располагаются в однозначном порядке:

- спиральная симметрия – формирует цилиндрические структуры;

- кубическая симметрия – формирует структуры близкие к сфероидам.

Вирионы по типу формирования их структуры делятся на:

- простые вирионы – построены по одному типу симметрии;

- сложные вирионы – смешанный тип симметрии (спиральная и кубическая).

Структура простых вирионов

Существуют два типа простых вирионов:

- спиральные;

- сферические.

Спиральные вирионы. Различают:

1. Жесткие палочковидные вирусы имеющие форму жесткого негнущегося очень ломкого цилиндра. Сюда входят вирусы, которые различаются по своей длине 1300-3150 Ǻ при длине вирионов 180-250 Ǻ (вирус табачной мозаики).

Строение вируса табачной мозаики (ВТМ). В электронном микроскопе ВТМ ,имеет форму палочек, толщиной 150-180 Ǻ, длина 3000 Ǻ (300 нм). Встречаются и с меньшей длиной, но они не обладают инфекционностью. Капсомеры вириона расположены по спиральному типу симметрии.

Химической, структурной и морфологической единицей является белок с молекулярной массой 17400 Д. Причем на каждые три витка спирали приходится 49 морфологических единицы. Внутри полого цилиндра располагается одноцепочная РНК, размер РНК превышает размер вириона, но РНК упакована компактно и расположена также по винтовой линии между капсомерами. На каждый борот спирали приходится 49 нуклеотидов, каждая молекула белка связана с тремя нуклеотидными остатками.

2. Нитевидные вирусы имеют форму эластичных легко изгибающихся и перекрещивающихся между собой нитей.

Сферические вирионы построены по кубической симметрии. В основе этой структуры лежит структура двадцатигранника – икосаэдр. Самый простой икосаэдр имеет 12 вершин и 20 граней, более сложные – содержат 20Т граней, где Т – число триагулирования.

Т=Р×f²,

Р - размер, класс икосаэдра, принимает значение 1, 3, 7, 13, 19, 21, 37,

f - любое целое число,

f ² – указывает сколько равнобедренных треугольников расположено на одну грань икосаэдра.

Так, простейшие икосаэдры класса 1 при f =1, имеют 20 граней, при f =2 – 80 граней.

У вирусов с кубическим типом симметрии имеется два типа копсомеров: по вершинам располагаются капсомеры построены из 5-ти идентичных субъединиц (пентомеры), а по боковым граням – из 6 –ти субъединиц (гексомеры).

Размеры вируса определяются числом капсомеров, наименьший сферический вирус класса 1 имеет 12 пентомеров и не содержит гескомеров, а самый крупный вирус содержит 1472 капсомера. РНК или ДНК уложена очень компактно, образуя впячивания внутрь капсомеров по спирали.

Структура сложных вирусов

К сложным вирусам относятся вирусы, которые имеют сложный тип симметрии или дополнительные липидные или углеводные компоненты.

Дополнительные оболочки, либо липидные, либо углеводные, но структура этих оболочек не закодирована в НК. Эти оболочки клеточного происхождения и определить их содержание сложно, часто это фрагменты ЦПМ, которые захватывает вирус при выходе из клетки.

Функции оболочек:

- защитная (нечувствительны к некоторым химическим, токсическим веществам);

- они служат частью механизма, что облегчает проникновение вируса внутрь клетки, за счет того, что эти оболочки легко сливаются с ЦПМ.

- оболочки могут иметь трубчатые выросты, которые обладают антигенной активностью и служат рецепторами для прикрепления ви руса на клеточной поверхности.

Вирусы, которые имеют дополнительные оболочки, полиморфны и напоминают форму пули или наперстка.

Бактериофаги – группа вирусов со сложным типом симметрии.

В 1917 г. Де Еррель обнаружил лизис клеток бактерий на поверхности чашки Петри и назвал этот агент неизвестной природы бактериофагом – пожиратель бактерий.

Встречаются как сложные вирусы, так и простые, они имеют 5 морфологических форм:

- фаги нитевидные (спиральный тип симметрии, в основном ДНК-содержащие);

- фаги с кубическим типом симметрии (имеют зачатки хвостового отростка, это РНК- или одноцеп. ДНК-содержащие);

- фаги с коротким отростком;

- фаги, имеющие два типа симметрии (головку – кубического типа симметрии и несокращающийся чехол – хвостовой отросток - построенный по спиральному типу симметрии) с двуцепочечной ДНК;

- самого сложно типа симметрии (с головкой и сокращающимся чехлом, ДНК-содержащие).

Модель фага Т2.

Это бактериофаг содержащий головку и отросток.

Головка построена по кубическому типу симметрии, внутри содержится двуцепоч. ДНК, которая во много раз превышает размеры фага. ДНК компактно уложена и во многом определяется стабилизирующей функцией белков путрисцина и спермицина, что связаны с двухвалентными металлами, их функция блокировать силы отталкивания и нейтрализуют отрицательный заряд частицы.

Отросток имеет сложное строение, состоит их воротничка, который примыкает к головке, сокращающегося чехла построенного по спиральному типу симметрии, внутри которого располагается полый цилиндр, а на конце отростка расположена шестиугольная базальная пластина, от которой отходят 6 нитей. Базальная пластина служит фактором адсорбции на поверхности клетки, а полый стержень обеспечивает транспортировку ДНК фага внутрь бактериальной клетки.

Вироиды. Вироиды представляют собой молекулу одноцепочечной РНК, ковалентно замкнутой в кольцо, и не содержат белковой оболочки. Вироиды относятся к инфекционным объектам. Некоторые заболевания растений имеют вироидную итеологию, но возбудителей болезней человека и животных – нет. Вироиды обладают трансмессивностью – способностью передаваться от объекта к объекту, часто от растения к растению механическим путем (ветром, насекомыми).

Культивирование вирусов

1. Использование лабораторных животных, но в связи с ограниченной специфичностью для культивирования вирусов необходимо иметь определенных лабораторных животных, также необходимы ткани человека, а это неудобства и нарушение биоэтики.

2. Культивирование виру сов на куриних эмбрионах, но это подходит не для всех вмрусов.

3. Использование культуры клеток или тканей лабораторных животных или человека, которые обладают пермессивностью для вируса – способностью размножать вирусы. Недостаток: клетки при культивировании стареют.

4. Культивирование с использованием гибридных клеток – гибрид нормальной клетки пермессивной для вируса с раковой клеткой. Раковые клетки обладают неконтролируемыми митозами, тем самым продлевая жизнь пермесссивным клеткам.

Влияние факторов внешней среды

1. Нагревание. Большинство вирусов устойчивы при комнатной температуре, но уменьшение инфекционности наступает при 50-60^о С. Скорость репродукции у вируса гриппа уменьшается при 38-39^о С, а вирус табачной мозаики стабилен при 65^о С, но богибает при 70^о С.

2. Механическое воздействие

- большинство вирусов устойчивы к осмотическому давлению,

- ультразвук разрушает палочковидные вирусы за несколько минут и слабо действует на сферические вирусы,

- высушивание – одни вирусы легко переносят, а другие при понижении влажности инактивируются при комнатной температуре.

3. Излучение : УФ и ионизирующая радиация вызывают гибель, а в низких дозах – мутации.

4. Химические факторы:

- спирт, йод, перекись водорода,

- антибиотики, но эффективных для системного лечения нет. Есть антибиотики профилактические и есть те, которые используют для местного лечения.

Агентом против вирусов является система интерферонов, продуцируемых человеческим организмом.

Хранение вирусов в лабораториях

Вирусы хранят в лиофильновысушенном состоянии состоянии в системе криопротекторов, высушивание при 60^оС из замороженного состояния. При этом вирусная частичка помещается в криопротекторы, что защищают вирусы от повреждения частичками льда. Также вирусы можно хранить в сыворотке крови в атмосфере СО₂ при -70^о С, в виде стабилизатора используют глицерин.

Основные группы вирусов

Вирусы в зависимости от объекта воздействия делят на : вирусы бактерий, растений, насекомых, животных и человека.

Имеется искусственная классификация вирусов, которая закладывает:

- тип НК (ДНК или РНК),

- структура одно- или двоцепочечная,

- наличие или отсутствие внешней оболочки,

- если одноцепочечная РНК, то +РНК или –РНК,

- наличие в структуре обратной транскриптазы.

МЕХАНИЗМ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ВИРУСОВ И КЛЕТКИ

Под взаимодействием между вирусом и клеткой понимают такой тип взаимодействия, при котором образуется новый биологический комплекс: вирус-клетка. Этот комплекс содержит геном как и вирусный, так и клеточный, функции этого генома могут переплетаться самым неимоверным образом, образовывая некоторый гибридный организм.

Все взаимодействия можно свести к трем основным:

1. Продуктивная инфекция.

Вирусная частица, попадая внутрь клетки, находится в автономном от клеточного генома состоянии. Вирусная частица репродуцируется независимо от генома клетки, т.е. репликация НК вируса происходит автономно. Вирусы, вызывающие продуктивную инфекцию, называются вирулентными. Если развитие вирулентного вируса приводит к гибели клетки, то такая реакция на вирусную частицу называется литической. С другой стороны, зараженная клетка может продуцировать вирус во внешнюю среду сохраняя при этом жизнеспособность.

2. Абортивная инфекция.

Вирусная частица, попав в клетку, по определенным причинам не может репродуцироваться в клетке и клетка при делении в таком случае распределяет этот вирус в одну дочернюю клетку. При n-ом количестве делений на N количество клеток, только дона клетка будет содержать вирус, а популяция освобождается от вирусной частицы.

3. Вирогения. Лизогения.

Вирус, что попал в клетку хозяина, не репродуцируется, зрелые вирусные частицы не образуются. Вместе с тем, вирусная НК реплицируется синхронно с геномом клетки хозяина. Чаще всего такой тип инфекции сопровождается интеграцией вирусного генома в геном клетки хозяина. В этом случае геном вируса можно рассматривать как часть генома клетки. Такие вирусы называются умеренными вирусами.

Между умеренными и вирулентными вирусами нет четкой грани, потому что умеренные вирусы могут вызывать и продуктивную инфекцию, а вирулентные вызывают только продуктивную инфекцию, но не вирогенную.

РАЗВИТИЕ ПРОДУКТИВНОГО ИНФЕКЦИОННОГО ПРОЦЕССА

При развитии продуктивного механизма выделяют несколько стадий:

1. адсорбция вируса на клеточной поверхности;

2. проникновение вируса внутрь клетки хозяина и «раздевание» вириона, либо поступление внутрь только НК;

3. транскрипция вирусного генома с образованием ранних иРНК; репликация вирусного генома; образование поздней иРНК; синтез белков вируса;

4. сборка вирионов (репродукция);

5. выход вирусных частиц из клетки.

1. Адсорбция вируса

Под адсорбцией понимают прикрепление вируса к клетке. Этот специфический процесс связан с взаимодействием между рецепторами вируса и рецепторами на поверхности клетки хозяина. Клетка может сортировать определенное количество вирусов, это связано с размерами и рецепторами клеточной поверхности. Процесс адсорбции является обратимым и становится необратимым, когда происходит взаимодействие между рецепторами.

Клеточными рецепторами бактериальной клетки являются тейхоевые кислоты у Г⁺ либо липопротеиды и липополисахариды у Г^-. Фагорецепторы – жгутики, фимбрии и пили. У клеток эукариот фагорецепторы – липопротеиды или мукополисахариды.

У бактериофагов в качестве рецепторов выступают6 нитей, которые отходят от 6-ти угольной базальной пластины. У кубических вирусов отросток расположен внутри пентомеров. На поверхности образуется не ковалентное связывание.

На адсорбцию влияют: + катионы – нейтрализуют отрицательные группировки. Кофакторы адсорбции – триптофан и изо лейцин – улучшают процесс сорбции фага, засчет придания отрестку определенной конформации и помогают закрепляться на поверхности. Но существуют и вещества, что угнетают адсорбцию – это нитраты, индол, некоторые химиотерапевтические вещества, они препятствую адсорбции вируса на поверхности клетки.

Вирусные частицы в процессе мутации могут изменять структуру своих рецепторов и вирус, который может поразить клетку, не вызывает инфекцию, потому что не закрепляется на поверхности. С другой стороны клетка тоже может изменять структуру клеточных рецепторов и приобретает резистентность к вирусу.

Не всегда процесс развития продуктивной инфекции начинается с адсорбции. Для вируса человеку и животных характерен путь поступления – пиноценоза (слияние поверхностных образований с ЦПМ) и адсорбция – не обязательная стадия.

2. Проникновение

После закрепления наступает модификация вирусной частицы. Шестиугольная пластина приобретает форму шестиугольной звезды – это пусковой механизм для сокращения чехла хвостового отростка. При этом происходит гидролиз АТФ за счет АТФазы ( в хвостовом отростке находится около 170 АТФ). Выдвигается стержень из хвостового отростка, убирается пробка, которая запирала канал, высвобождается лизоцим и через абортивную дырку из стержня впрыскивается НК внутрь бактериальной клетки.

У вирусов человека и животных, которые поступают путем пиноцетоз, вирусная частица поступает вместе с её белковой оболочкой, но для проявления инфекционности вируса, белковая оболочка разрушается гидролитическими ферментами клетки. Некоторые также могут поступать в клетку через брешь, образованную сиалазой.

3. Транскрипция

После попадания вирусной НК в клетку, происходит транскрибирование отдельных генов НК вируса, в которых закодирована информация о ранних белках вируса – это белки-ферменты принимающие участие в репликации вирусной НК. В результате транскрибирования этих генов образуются ранние иРНК, которые объединяются с клеточными рибосомами, образовывая белок синтезирующий аппарат, который использует клеточные аминокислоты и энергию для синтеза вирусных белков.

Ранние белки ферменты участвуют в репликации НК, немного позже происходит транскрибирование других, в которых заложена информация о структурных белках вируса, образуются поздние иРНК, которые также формируют белок синтезирующий аппарат.

В клетке создаются пулы НК и белков, которые объединяются друг с другом с образованием зрелой вирусной частицы.

Механизм репликации двухнитчатых ДНК

Линейная реплицируется по классическому полу консервативному механизму. Кольцевая двухчепочечная также по полу консервативному механизму по модели катящегося колеса. Одноцепочечная ДНК в этом случае под действием ДНК полимерезы превращается в двухцепочечную форму, в которой одна цепь аналогична вирусной, а другая – ей комплементарна.

Сушествует два варианта синтеза одноцепочечной ДНК:

- двухцепочечная ДНК служит матрицей для образования вирусной ДНК;

- репликация по полу консервативному механизму, накапливается целый пул ДНК, а потом комплементарная цепь разрушается и образуется только много вирусных ДНК.

Синтез вирусных РНК

У вирусов , у которых имеется одна цепь РНК, различают две их разновидности. У одних +РНК, у других –РНК. Репликация +РНК

Идет одновременно с иРНК , поэтому попадая в клетку, на +РНК «нападают» рибосомы и начинается синтез ранних белков. –РНК не может узнаваться рибосомами как иРНК, поэтому на основе её синтезируется комплементарная ей +РНК, которая и есть иРНК.

Механизм репликации одноцепочечной РНК

Имеются два механизма : для онкогенных и для не онкогенных вирусов.

У раккогенных вирусов синтез вирусной НК происходит в результате образования промежуточной двухцепочечной РНК. Двухцепочечная РНК служит матрицей для образования одноцепочечной мРНК. Каждая последующая выделяет предыдущую из этой репликативной формы.

У онкогенных вирусов образуется химерная молекула одна цепь РНК, а другая – ДНК. Эта молекула реплицируется и образует две молекулы: дона РНК-ДНК, а другая - ДНК-ДНК. Эта двухцепочечная ДНК и есть матрицей для синтеза одноцепочечной вирусной РНК.

4. Сборка вирионов

Сборка вирионов – это формирование вирусной частицы, сборка отдельных компонентов в единую структуру. В основе лежит агрегация по типу кристаллизации, этот процесс безусловно исправляется ферментными системами. Вирусы с наружной оболочкой включают эти структуры (липиды, углеводы) за счет разных механизмов. В одном случае, вирусы могут захватывать, покидая клетку, кусок ЦПМ, из которой образуется оболочка вируса. Во втором случае, эти компоненты могут синтезироваться внутри клетки на основе клеточных механизмов. В геноме вирусов нет генов, которые кодируют природу липидов и углеводов.

5. Выход вируса

Существует два механизма выхода вируса:

- взрывной: характерен для всех бактериофагов, а также некоторых вирусов человека и животных. Вирусные частицы выходят, одновременно при этом повреждая поверхность клетки во многих местах, и клетка лизируется.

- продолжительный: при этом вирус покид