Строение и классификация вирусов

Физиология вирусов

Вирусы— облигатные внутриклеточные па­разиты, способные только к внутриклеточно­му размножению. В вирусинфицированной клетке возможно пребывание вирусов в раз­личных состояниях:

• воспроизводство многочисленных новых вирионов;

• пребывание нуклеиновой кислоты вируса в интегрированном состоянии с хромосомой клетки (в виде провируса);

• существование в цитоплазме клетки в ви­де кольцевых нуклеиновых кислот, напоми­нающих плазмиды бактерий.

Поэтому диапазон нарушений, вызывае­мых вирусом, весьма широк: от выраженной продуктивной инфекции, завершающейся ги­белью клетки, до продолжительного взаимо­действия вируса с клеткой в виде латентной инфекции или злокачественной трансформа­ции клетки.

Различаюттри типа взаимодействия вируса с клеткой: продуктивный, абортивный и интегративный.

1. Продуктивный тип — завершается обра­зованием нового поколения вирионов и ги­белью (лизисом) зараженных клеток (цитоли-тическая форма). Некоторые вирусы выходят из клеток, не разрушая их (нецитолитическая форма).

2. Абортивный тип — не завершается обра­зованием новых вирионов, поскольку инфек­ционный процесс в клетке прерывается на одном из этапов.

3. Интегративный тип,или вирогения —характеризуется встраиванием (интеграцией) вирусной ДНК в виде провируса в хромосому клетки и их совместным сосуществованием (совместная репликация).

Абортивный тип взаимодействия вирусов с клеткой

Этот тип взаимодействия не завершается образованием вирусного потомства и может возникать при следующих обстоятельствах:

1)заражение чувствительных клеток дефект­ными вирусами или дефектными вирионами;

2)заражение стандартным вирусом генети­чески резистентных к нему клеток;

3)заражение стандартным вирусом чувс­твительных клеток в непермиссивных (нераз­решающих) условиях.

. Различают дефектные вирусы и дефект­ные вирионы.

1. Дефектные вирусы существуют как само­стоятельные виды, которые репродуциру­ются лишь при наличии вируса-помощника (например, вирус гепатита D репродуциру­ется только в присутствии вируса гепатита В).

2. Дефектные вирионы обычно лишены части генетического материала и могут на­капливаться в популяции многих вирусов при множественном заражении клеток.

Абортивный тип взаимодействия чаще на­блюдается при заражении нечувствительных клеток стандартным вирусом. Механизм гене­тически обусловленной резистентности кле­ток к вирусам широко варьирует. Он может быть связан: с отсутствием на плазматической мембране специфических рецепторов для ви­русов; с неспособностью данного вида клеток инициировать трансляцию вирусной иРНК; с отсутствием специфических протеаз или нуклеаз, необходимых для синтеза вирусных макромолекул, и т. д.

Абортивный тип взаимодействия может также возникать при изменении условий, в которых происходит репродукция вирусов: повышение температуры организма, измене­ние рН в очаге воспаления, введение в орга­низм противовирусных препаратов и др. При устранении неразрешающих условий абор­тивный тип переходит в продуктивный тип взаимодействия вирусов с клеткой.

Культивирование вирусов

Культивирование вирусов человека и живот­ных проводят с целью лабораторной диагнос­тики вирусных инфекций, для изучения пато­генеза и иммунитета при вирусных инфекци­ях, а также для получения диагностических и вакцинных препаратов.

Вирусы культивируют на трех биологических моделях:

1.в организ­ме лабораторных животных,

2.в развивающихся эмбрионах птиц (чаще на куриных эмбрионах)

3.и культурах клеток (тканей).

Выращенные вирусы определяют с помощью методов:

1.индикации

2.идентификации.

Индикациявирусов, т.е. обнаружение факта их репродук­ции, основана на выявлении различных био­логических свойств вирусов и особенностей их взаимодействия с чувствительными клетками. Идентификация(определение вида, типа) вирусов осуществляется, в основном, с помощью иммуно­логических реакций, основанных на взаимодейс­твии антигенов вирусов и соответствующих им антител (см. «Реакции иммунитета»).

1. Лабораторных животных (взрослых или новорожденных белых мышей, хомяков, кроликов, обезьян и др.) заражают исследуемым вируссодержащим материалом раз­личными способами (подкожно, внутримы­шечно, интраназально, интрацеребрально и т. д.) в зависимости от тропизма вирусов. Использование животных для культивирова­ния вирусов в диагностических целях весьма ограничено из-за видовой невосприимчи­вости животных ко многим вирусам челове­ка, контаминации животных посторонними микробами, а также по экономическим и этическим соображениям.

О репродукции вирусов в организме жи­вотных судят по развитию у них видимых клинических проявлений заболевания, патоморфологическим изменениям органов и тканей, а также на основании реакции гемаг-глютинации (РГА)с суспензией из органов, содержащих вирусы. РГА основана на способ­ности многих вирусов вызывать склеивание (агглютинацию) эритроцитов человека, птиц и млекопитающих в результате взаимодейс­твия вирусных белков (гемагглютининов) с рецепторами эритроцитов.

2. Куриные эмбрионы (5-12-дневные) зара­жают путем введения исследуемого материала в различные полости и ткани зародыша. Таким образом можно культивировать виру­сы гриппа, герпеса, натуральной оспы и др.

Достоинствами модели являются:

a)возмож­ность накопления вирусов в больших коли­чествах;

b)отсутствие скрытых вирусных ин­фекций;

c)доступность для любой лаборатории.

О репродукции вирусов в куриных эмбрионах свидетельствуют:

1.специфические поражения оболочек и тела эмбриона (оспины, крово­излияния);

2.гибель эмбриона;

3.положительная РГА с вируссодержащей жидкостью, получен­ной из полостей зараженного зародыша.

Методику культивирования вирусов в раз­вивающихся эмбрионах птиц используют при промышленном выращивании вирусов. Однако многие вирусы не размножаются в эм­брионах птиц; почти неограниченные возмож­ности для культивирования вирусов появились после открытия метода культур клеток.

3. Культуру клеток (тканей) наиболее часто применяют для культивирования вирусов. Метод культур клеток разработан в 50-х годах XX века Дж. Эндерсом и соавт., получивши­ми за это открытие Нобелевскую премию. Клетки, полученные из различных органов и тканей человека, животных, птиц и дру­гих биологических объектов, размножают вне организма на искусственных питательных средах в специальной лабораторной посуде. Большое распространение получили культу­ры клеток из эмбриональных и опухолевых (злокачественно перерожденных) тканей, обладающих, по сравнению с нормальными клетками взрослого организма, более актив­ной способностью к росту и размножению.

При выращивании культур клеток необхо­димо выполнение ряда условий:

1) соблюдение правил асептики;

2) исполь­зование лабораторной посуды из нейтрально­го стекла (пробирки, флаконы, матрасы) или специальных реакторов для получения био­технологической продукции;

3) использование сложных по составу питательных сред (среда 199, Игла), содержащих минеральные соли, аминокислоты, витамины, глюкозу, сыворотку крови животных или человека, буферные рас­творы для поддержания стабильного рН;

4) до­бавление антибиотиков к питательной среде для подавления роста посторонних микробов:

5) соблюдение оптимальной температуры (36— 38,5 °С) роста клеток.

Антигены вирусов

В структуре вирусной частицы различают несколько групп антигенов:

1.ядерные (или кордовые),

2.капсидные (или оболочечные)

3.суперкапсидные.

4.На поверхности некоторых вирусных частиц встречаются особые V-антигены — гемагглютинин и фермент нейра-минидаза.

Антигены вирусов различаются по происхождению. Часть из них — вирусоспецифические. Информация об их строении картирована в нуклеиновой кислоте вируса. Другие антигены вирусов являются компо­нентами клетки хозяина (углеводы, липиды), они захватываются во внешнюю оболочку ви­руса при его рождении путем почкования.

Антигенный состав вириона зависит от стро­ения самой вирусной частицы:

1. Антигенная специфичность простоорганизованных виру­сов связана с рибо- и дезоксирибонуклеопротеинами. Эти вещества хорошо растворяются в воде и поэтому обозначаются как S-антигены (от лат. solutio — раствор).

2. У сложноорганизованных вирусов часть антигена связана с нуклеокапсидом, а другая — локализуется во внешней оболочке — суперкапсиде.

Антигены многих вирусов отличаются вы­сокой степенью изменчивости. Это связано с постоянным мутационным процессом, кото­рый претерпевает генетический аппарат вирус­ной частицы. Примером могут служить вирус гриппа, вирусы иммунодефицитов человека.

Строение и классификация вирусов

Вирусы относятся к царству Vira.Это

1.мель­чайшие микробы («фильтрующиеся агенты»),

2.не имеющие клеточного строения, белоксинтезирующей системы,

3.содержащие один тип нуклеиновой кислоты (только ДНК или РНК).

4.Вирусы, являясь облигатными внутриклеточ­ными паразитами, размножаются в цитоплазме или ядре клетки.

5.Они являются автономными генетическими структурами и отличаются осо­бым, разобщенным (дизъюнктивным), спо­собом размножения (репродукции): в клетке отдельно синтезируются нуклеиновые кисло­ты вирусов и их белки, затем происходит их сборка в вирусные частицы.

6.Сформированная вирусная частица называется вирионом.

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

Форма вирионов может быть различ­ной (рис.):

1.палочковидной (вирус табач­ной мозаики),

2.пулевидной (вирус бешенства),

3.сферической (вирусы полиомиелита, ВИЧ),

4.ни­тевидной (филовирусы),

5.в виде сперматозои­да (многие бактериофаги).

Размеры вирусов определяют:

1. с помощью электронной микроскопии,

2. методом улырафильтрации через фильтры с известным диаметром пор,

3. методом ультрацентрифугирования.

Наиболее мелкими вирусами являются парвовирусы (18 нм) и вирус полиомиелита (около 20 нм), наиболее круп­ным — вирус натуральной оспы (около 350 нм).

Различают ДНК- и РНК-содержащие виру­сы.Они обычно гаплоидны, т. е. имеют один набор генов. Исключением являются ретро-вирусы, имеющие диплоидный геном. Геном вирусов содержит от шести до нескольких со­тен генов и представлен различными видами нуклеиновых кислот:

1.двунитевыми,

2.однонитевыми,

3.линейными,

4.кольцевыми,

5.фрагментированными.

Среди РНК-содержащих вирусов различают вирусы с положительным (плюс-нить РНК) геномом. Плюс-нить РНК этих вирусов вы­полняет наследственную (геномную) 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.

Геном вирусов способен включаться в геном клетки в виде провируса, проявляя себя ге­нетическим паразитом клетки. Нуклеиновые кислоты некоторых вирусов, например, вирусов герпеса, могут находиться в цитоплазме инфи­цированных клеток, напоминая плазмиды.

Различают:

1. просто устроенные вирусы (на­пример, вирусы полиомиелита, гепатита А) и

2. сложно устроенные вирусы (например, виру­сы кори, гриппа, герпеса, коронавирусы).

Упросто устроенных вирусов (рис.) нуклеиновая кислота связана с белковой оболоч­кой, называемой капсидом(от лат. capsa—футляр). Капсид состоит из повторяющихся морфологических субъединиц— капсомеров. Нуклеиновая кислота и капсид взаимодействуют друг с другом и вместе называются нуклеокапсидом.

У сложноустроенных вирусов (рис.) капсид окружен липопротеиновой оболоч­кой— суперкапсидом, или пеплосом. Оболочка вируса является производной структурой от мембран вирус-инфицированной клетки. На оболочке вируса расположены гликопротеиновые «шипы», или «шипики» (пепломеры, или суперкапсидные белки). Под оболочкой некоторых вирусов находится М-белок.

Таким образом, просто устроенные вирусы состоят из нуклеиновой кислоты и капсида. Сложно устроенные вирусысостоят из нукле­иновой кислоты, капсида и липопротеино­вой оболочки.

Вирионы имеют:

1.спиральный,

2.икосаэдрический (кубический) или сложный тип симметрии кап­сида (нуклеокапсида).

Спиральный тип сим­метрии обусловлен винтообразной структурой нуклеокапсида (например, у вирусов гриппа, коронавирусов). Икосаэдрический типсимметрии обусловлен образованием изометрически полого тела из капсида, содержащего вирусную нуклеи­новую кислоту (например, у вируса герпеса).

Капсид и оболочка (суперкапсид) защи­щают вирионы от воздействия окружающей среды, обусловливают избирательное взаимо­действие (адсорбцию) с определенными клет­ками, а также антигенные и иммуногенные свойства вирионов.

Внутренние структуры вирусов называют сер­дцевиной. У аденовирусов сердцевина состоит из гистоноподобных белков, связанных с ДНК, уреовирусов — из белков внутреннего капсида.

В вирусологии используют следующие так­сономические категории:

1.семейство (название оканчивается на viridae),

2.подсемейство (на­звание оканчивается на virinae),

3.род (название оканчивается на virus).

Однако названия родов и особенно подсемейств даны не для всех ви­русов. Вид вируса не получил биноминального названия, как у бактерий.

В основу классификации вирусов поло­жены следующие категории:

1. тип нуклеино­вой кислоты (ДНК илиРНК), ее структура, количество нитей (одна или две), особен­ности воспроизводства вирусного генома (табл. 2.3),

2. размер и морфология вирионов, количество капсомеров и тип симметрии нуклеокапсида, наличие оболочки (суперкапсида).

3. чувствительность к эфиру и дезоксихолату,

4. место размножения в клетке,

5. антигенные свойства и др.

Вирусы поражают позвоночных и беспозво­ночных животных, а также бактерии и расте­ния. Являясь основными возбудителями ин­фекционных заболеваний человека, они также участвуют в процессах канцерогенеза, могут передаваться различными путями, в том числе через плаценту (вирусы краснухи, цитомегалии и др.), поражая плод человека. Они могут приводить и к постинфекционным осложне­ниям — развитию миокардитов, панкреатитов, иммунодефицитов и др.

Кроме обычных (канонических) вирусов известны инфекционные молекулы, кото­рые не являются вирусами и называются прионами. Прионы—термин, предложенный С. Прузинером, представляет собой анаграм­му английских слов «инфекционная белковая частица.» Клеточная форма нормального прионового протеина (РгРС) имеется в организме млекопитающих, в том числе человека, и выпол­няет ряд регуляторных функций. Его кодирует PrP-ген, расположенный в коротком плече 20-й хромосомы человека. При прионных болезнях в виде трансмиссивных губкообразных энцефа­лопатии (болезнь Крейтцфельда—Якоба, куру и др.) прионный протеин приобретает другую, инфекционную форму, обозначаемую как РгР^& (Sc — от scrapie — скрепи, прионной инфекции овец и коз). Этот инфекционный прионовый протеин имеет вид фибрилл и отличается от нор­мального прионного протеина третичной или четвертичной структурой.

Другими необычными агентами, близкими к вирусам, являются вироиды— небольшие молекулы кольцевой, суперспирализованной РНК, не содержащие

Физиология вирусов

Вирусы— облигатные внутриклеточные па­разиты, способные только к внутриклеточно­му размножению. В вирусинфицированной клетке возможно пребывание вирусов в раз­личных состояниях:

• воспроизводство многочисленных новых вирионов;

• пребывание нуклеиновой кислоты вируса в интегрированном состоянии с хромосомой клетки (в виде провируса);

• существование в цитоплазме клетки в ви­де кольцевых нуклеиновых кислот, напоми­нающих плазмиды бактерий.

Поэтому диапазон нарушений, вызывае­мых вирусом, весьма широк: от выраженной продуктивной инфекции, завершающейся ги­белью клетки, до продолжительного взаимо­действия вируса с клеткой в виде латентной инфекции или злокачественной трансформа­ции клетки.

Различаюттри типа взаимодействия вируса с клеткой: продуктивный, абортивный и интегративный.

1. Продуктивный тип — завершается обра­зованием нового поколения вирионов и ги­белью (лизисом) зараженных клеток (цитоли-тическая форма). Некоторые вирусы выходят из клеток, не разрушая их (нецитолитическая форма).

2. Абортивный тип — не завершается обра­зованием новых вирионов, поскольку инфек­ционный процесс в клетке прерывается на одном из этапов.

3. Интегративный тип,или вирогения —характеризуется встраиванием (интеграцией) вирусной ДНК в виде провируса в хромосому клетки и их совместным сосуществованием (совместная репликация).