История вирусологии. Структура и химический состав вирионов. Таксономия и номенклатура вирусов

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГОУ ВПО Московская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии имени К.И. Скрябина

Кафедра ветеринарной вирусологии

Реферат

по вирусологии на тему «История вирусологии. Структура и химический состав вирионов. Таксономия и номенклатура вирусов»

Исполнитель:

Кирсанова С.О.

Москва 2013

Содержание

1. История вирусологии

2. Общий химический состав вирусов

3. Белки вирусов. Аминокислотный состав вирусных белков

4. Вирусная ДНК

5. Вирусная РНК

6. Вирусные белки

7. Аминокислотный состав вирусных белков

8. Химические субъединицы вирусных белков

9. Некоторые общие свойства вирусных белков

10. Матричная РНК (м РНК) - промежуточный носитель генетической информации

11. Углеводы

12. Ферменты вирусов

13. Типы организации вирионов

14. Фазы развития: эллипс, репликация и созревание

15. Таксонометрия (классификация) вирусов

16. Классификация по типу генома

1. История вирусологии

Вирусология - наука, изучающая морфологию, физиологию, генетику, экологию и эволюцию вирусов

Слово «вирус» означало яд. Этот термин применил ещё Л. Пастер для обозначения заразного начала. В настоящее время под вирусом подразумеваются мельчайшие реплицирующиеся микроорганизмы, находящиеся всюду, где есть живые клетки.

Открытие вирусов принадлежит русскому учёному Дмитрию Иосифовичу Ивановскому, который в 1892 году опубликовал работу по изучению мозаичной болезни табака. Д.И. Ивановский показал, что возбудитель этой болезни имеет очень малые размеры и не задерживается на бактериальных фильтрах, являющихся непреодолимым препятствием для мельчайших бактерий. Кроме того, возбудитель мозаичной болезни табака не способен культивироваться на искусственных питательных средах. Д.И. Ивановский открыл вирусы растений.

В 1898 году Леффлер и Фрош показали, что широко распространённая болезнь крупного рогатого скота - ящур вызывается агентом, который также проходит через бактериальные фильтры. Этот год считается годом открытия вирусов животных.

В 1901 году Рид и Кэррол показали, что фильтрующиеся агенты можно выделить из трупов людей, умерших от жёлтой лихорадки. Этот год считается годом открытия вирусов человека. Д'Эррель и Туорт в 1917-1918 г.г. обнаружили вирусы у бактерий, назвав их «бактериофагами». Позднее были выделены вирусы из насекомых, грибов, простейших.

Вирусы до сих пор остаются одними из главных возбудителей инфекционных и неинфекционных заболеваний человека. Около 1000 различных болезней имеют вирусную природу. Вирусы и вызываемые ими болезни человека являются объектом изучения медицинской вирусологии.

2. Общий химический состав вирусов

Вирусы -- это неклеточные формы жизни, различимые только под электронным микроскопом. Это внутриклеточные паразиты. За пределами клетки они не проявляют своих свойств и имеют кристаллическую форму. Строение вирусов: Наиболее просто организованные вирусы представляют собой нуклеопротеид, состоящий из нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК) и белковой оболочки (капсида).

Вирусы имеют две формы: внеклеточная (вирион) и внутриклеточная или репродуцирущаяся (вегетативный вирус).

Непременным компонентом вирусной частицы является какая-либо одна из двух нуклеиновых кислот, белок и зольные элементы. Эти три компонента являются общими для всех без исключения вирусов, тогда как остальные двалипоиды и углеводы - входят в состав далеко не всех вирусов.

Вирусы, состоящие только из белка нуклеиновой кислоты и зольных элементов, чаще всего принадлежат к группе простых, так называемых минимальных, вирусов, лишенных дифференциации, собственных ферментов или каких-либо специализированных структур. К такого рода вирусам принадлежат вирусы растений, некоторые вирусы животных и насекомых. В то же время практически все бактериофаги, которые по химическому составу, безусловно принадлежат к группе минимальных вирусов, на самом деле являются очень сложными и высокодифференцированными структурами. Вирусы, в состав которых наряду с белком и нуклеиновой кислотой входят также липоиды и углеводы, как правило, принадлежат к группе сложно устроенных вирусов. Большая часть вирусов этой группы паразитирует на животных.

3. Белки вирусов. Аминокислотный состав вирусных белков

Белок всех исследованных до настоящего времени вирусов построен из обычных аминокислот, принадлежащих к естественному L-ряду. D-аминокислот в составе вирусных частиц не найдено. Соотношение аминокислот в вирусных белках достаточно близко к таковому в белках животных, бактерий и растений.

Вирусные белки не содержат обычно большого количества основных аминокислот (аргинина, муцина), т.е. не принадлежат к группе белков типа гистонов и протаминов с ярко выраженными щелочными свойствами. Не учитывая нейтральных аминокислот, можно сказать, что в вирусном белке преобладают кислые дикарбоновые кислоты. Это справедливо как для вирусов с низким содержанием нуклеиновой кислоты, так и для вирусов с высоким содержанием РНК и ДНК.

4. Вирусная ДНК

Главной структурной особенностью большинства вирусных молекул ДНК, как и ДНК из других источников, является наличие двух спаренных антипараллельных цепей. ДНК-геном вирусов, однако, невелик и поэтому здесь возникают вопросы, касающиеся концов спирали и общей формы молекулы ДНК, а не монотонной, фактически не имеющей концов "средней" части спирали. Полученные ответы оказались весьма удивительными: молекулы вирусных ДНК могут быть линейными или кольцевыми, двухцепочечными или одноцепочечными по всей своей длине или же одно цепочечными только на концах. Кроме того, выяснилось, что большинство нуклеотидных последовательностей в вирусном геноме встречается лишь по одному разу, однако на концах могут находиться повторяющиеся, или избыточные участки.

Из всех описанных до сих пор вирусных ДНК наиболее сложно организована ДНК вируса герпеса. Геном здесь, по-видимому, состоит из двух больших соединенных сегментов, каждый из которых имеет повторяющиеся концевые последовательности. Возможны четыре способа соединения двух таких сегментов конец в конец, и все они как будто бы встречаются в каждом препарате вирионов.

Наибольший из известных вирусов - вирус осповакцины имеет геном размером 15-108 дальтон. ДНК, выделенная из свежего препарата вирионов, по-видимому, имеет поперечные сшивки, так как не разделяется по две цепи. Одна из возможных моделей такой молекулы - гигантская, не подверженная денатурации кольцевая структура, образующаяся при замыкании концов линейной двойной спирали.

Помимо очень интересных различий в форме молекулы и в структуре концевых участков вирусных ДНК существуют также большие различия в величине генома. Среди наименьших "полных" вирусов (т.е. вирусов, способных размножаться в клетке-хозяине) можно назвать фаг ? X174, парвовирусы, паповирусы, вирусы полиомы и SV40. С другой стороны, у крупных бактериофагов и вирусов человека и животных (паприляр, герпеса и осповакцины) геном значительно больше - от 1 до 1,5.108 дальтон, так что он мог бы кодировать более 100 белков. Действительно, у бактериофага Т4 сейчас идентифицировано больше ста генов.

В 1953 г. Уайетт и Коэн сделали неожиданное открытие, весьма существенное для последующих экспериментов: оказалось, что в ДНК Т-четных бактериофагов содержится не цитозин, а 5-гидроксиметилцитозин. Это отличие дало возможность изучать фаговые ДНК независимо от ДНК хозяина. Были открыты кодируемые фагом ферменты, которые изменяют метаболизм инфицированной клетки, и она начинает синтезировать компоненты, необходимые вирусу. Еще одно биохимическое отличие ДНК бактериофага состоит в том, что к ее гидроксиметилцитозину присоединены остатки глюкозы: последние, видимо, препятствуют прерыванию фаговой ДНК некоторыми ферментами хозяина.

В противоположность этому у вирусов животных ДНК почти не подвергается модификациям. Например, хотя ДНК клеток-хозяев и содержит много метилированных оснований, у вирусов имеется в лучшем случае лишь несколько метильных групп на геном. Большинство вирусных дезоксинуклеотидов не модифицированы, и поэтому нахождение несомненных модификаций представляло бы большой интерес.

5. Вирусная РНК

Исследования вирусной РНК составили один из самых значительных вкладов вирусологии в молекулярную биологию. Тот факт, что у вирусов растений реплицируемая генетическая система состоит только из РНК, ясно показал, что и РНК способна сохранять генетическую информацию. Была установлена инфекционность РНК вируса табачной мозаики, и выяснилось, что для инфекции необходима вся ее молекула; это означало, что интактность структуры высокомолекулярной РНК существенно для ее активности. Не менее важным результатом ранних исследований на том же вирусе явилась разработка методом выделения высокомолекулярной РНК и изучения ее свойств. Эти методы послужили в дальнейшем основой для изучения различных типов РНК, встречающихся у других вирусов.

Размеры вирионов РНК - вирусов сильно варьируют - от 7.106 дальтон у пикорнавирусов до >2.108 дальтон у ретровирусов; однако размеры РНК и, следовательно, объем содержащейся в ней информации различаются в значительно меньшей степени.

РНК пикорнавирусов - вероятно, наименьшая из известных - содержит около 7500 нуклеотидов, а РНК парамиксовирусов - едва ли не самая крупная - почти 15000 нуклеотидов. По-видимому, всем независимо реплицирующимся РНК-вирусам нужен какой-то минимум информации для репликационной системы и капсидного белка, но у них отсутствует очень сложная добавочная информация, которой могут обладать крупные ДНК-вирусы.

6. Вирусные белки

Кроме капсидных белков, образующих "футляр" для нуклеиновой кислоты, у вирусов с оболочками имеются и другие белки. Подобные примеры можно найти среди вирусов животных (в том числе насекомых), растений и бактерий. Кроме белков, входящих в состав нуклеопротеидного "ядра", вирионы могут содержать еще вирус - специфические белки, которые были встроены в плазматические мембраны зараженных клеток и покрывают вирусную частицу, когда она выходит из клетки или "отпочковывается" от ее поверхности. Кроме того, у некоторых вирусов с оболочкой существует субмембранный матриксный белок между оболочкой и нуклеокапсидом. Вторую большую группу вирус-специфических белков составляют некапсидные вирусные белки. Они в основном имеют отношение к синтезу нуклеиновых кислот вириона.

7. Аминокислотный состав вирусных белков

Белок всех исследованных до настоящего времени вирусов построен из обычных аминокислот, принадлежащих к естественному L-ряду. Д-аминокислот в составе вирусных частиц не найдено. Соотношение аминокислот в вирусных белках достаточно близко к таковому в белках животных, бактерий и растений. Вирусные белки не содержат обычно большого количества основных аминокислот (аргинина, муцина), т.е. не принадлежат к группе белков типа гистонов и протаминов с ярко выраженными щелочными свойствами. Не учитывая нейтральных аминокислот, можно сказать, что в вирусном белке преобладают кислые дикарбоновые кислоты. Это справедливо как для вирусов с низким содержанием нуклеиновой кислоты, так и для вирусов с высоким содержанием РНК и ДНК.

8. Химические субъединицы вирусных белков

Резюмируется имеющийся в настоящее время материал о субъединицах вирусного белка, можно сделать вывод, что белковый компонент вирусов, как и все прочие белки, построен из пептидных цепочек. Единственное своеобразие полипептидной цепочки вирусного белка связано с "маскировкой" обеих или какой-либо одной С- или N - концевой аминокислоты, что, видимо, является эволюционным приспособлением, затрудняющим разрушение вирусного белка под влиянием протеаз в клетках хозяина. В вирусных частицах пептидные цепочки определенным образом взаимодействуют друг с другом, приобретая вторичную и третичную структуру. Именно в такой форме пептидные цепи являются структурными субъединицами вирусного белка, наблюдаемые обычно в электронном микроскопе.

9. Некоторые общие свойства вирусных белков

Пептидная цепь вирусного белка, за исключением "маскировки" С- или N-концевых групп, не обладает сама по себе какими-либо уникальными свойствами. Она легко гидролизуется протеазами и обнаруживает обычную, характерную для пептидов лабильность по отношению к ряду физических и химических факторов. В то же время белковая оболочка вирусов в целом характеризуется рядом уникальных особенностей. Прежде всего следует отметить устойчивость цельных частиц к протеолитическим ферментам, легко гидролизующим тканевые белки. В то же время в некоторых исследованиях сообщается о частичной или полной инактивации как очищенных препаратов вирусов, так и экстрактов, содержащих вирус после инкубации с различного рода протеолитическими ферментами любопытно, что даже близкородственные вирусы могут, по-видимому, различаться по чувствительности к протеазам. Так, ни инфекционность, ни гемагглютинирующая активность вирусов гриппа А и С не изменились после инкубации с трипсином, тогда как в аналогичных условиях инфекционность препарата вируса гриппа В снижалась на 87 %, а титр гемагглютининов при этом не изменялся. Оценивая чувствительность того или иного типа вирусов к протеолитическим ферментам, следует так же иметь в виду, что вирусы обнаруживают дифференциальную чувствительность к различным протеазам. Вирус осповакцины, например, устойчивый к трипсину и химотрепсину, сравнительно быстро переваривается папоином, Однако как бы ни был решен впоследствии вопрос о действии протеаз на некоторые вирусы, следует все же помнить, что устойчивость к протеазам является широко распространенным свойством белковой оболочки неповрежденных вирусов.

Поэтому при выделении вирусов часто применяют обработку вирусных препаратов протеометическими ферментами для удаления белковых загрязнений. Такая уникальная устойчивость вирусов к протеазам не связана с индивидуальными особенностями вирусного белка как такового, ибо при частичном повреждении или легкой денатурации вирусного корпускула, равно как и при выделении вирусного белка в чистом виде, последний легко переваривается протеазами. Поэтому устойчивость вирусных частиц к действию протеолитических ферментов нельзя объяснить какими-либо аномалиями в аминокислотном составе или наличием особого типа связей. Это свойство вирусов обусловлено структурными особенностями корпускула в целом, т.е. третичной и четвертичной структурой белка, и имеет большое биологическое значение, поскольку вирусы размножаются в клетках, содержащих большое количество протеолитических ферментов. Второй особенностью вирусного белка является, как правило, высокая устойчивость к воздействию ряда физических и химических факторов, хотя каких-либо общих закономерностей в этом отношении отметить не удается. Некоторые вирусные виды, выдерживающие необычайно жесткие режимы обработки, способны инактивироваться под влиянием такого невинного фактора, как пониженная или повышенная концентрация солей, лиофилизация и т.п. У четных Т-фагов отделение ДНК от белковых оболочек ("теней") легко достигается быстрым изменением осмотического давления, так называемым "осмотическим шоком", тогда как нечетные Т-фаги на быстрое уменьшение солевой концентрации среды не реагируют.

Так же резко различаются вирусы по своей устойчивости в солевых растворах. Одним из наиболее устойчивых в этом отношении является вирус папилломы кроликов, месяцами не теряющий активности в 2 %-ном растворе хлористого натрия и в полунасыщенном растворе сульфата аммония и сохраняющийся в течение десятков лет в 50 %-ном растворе глицерина на основании вышеприведенных фактов можно действительно прийти к выводу, что имеются очень стабильные и весьма лабильные виды вирусов, но чаще всего для вирусов характерна избирательная чувствительность к какому-либо определенному виду воздействий наряду с достаточной стабильностью нуклеопротеидной связи к ряду других факторов внешней среды.

Стабильность того или иного вируса к определенным воздействиям нельзя считать неизменной, раз и навсегда данной видовой характеристикой. Она, наряду с другими свойствами вирусной частицы, может подвергаться самым радикальным изменениям в результате мутации. При оценке стабильности вирусных частиц необходимо также иметь в виду, что физическая и биологическая инактивация вирусов не всегда совпадает. Чаще всего эти понятия совпадают в случае простых вирусов, у которых отсутствуют специализированные структуры, ответственные за заражение клеток, а физическая и химическая структура вирусных частиц отличается высокой степенью гомогенности и одинаковым уровнем чувствительности по отношению к различного рода воздействиям. У более сложных вирусов очень часто биологическая инактивация связана с повреждением специализированных структур, определяющих адсорбцию вирусной частицы или введение в зараженную клетку нуклеиновой кислоты, хотя вирусный корпускул в целом остается неповрежденным. Из рассмотрения данных о стабильности вирусных частиц и изменений данной характеристики в процессе мутации становится очевидным, что какой-либо универсальной закономерности в этом отношении установить нельзя. Стабильность вируса к тем или иным физическим и химическим факторам определяется всей совокупностью особенностей первичной, вторичной и третичной структуры белка и нуклеиновой кислоты, а также их взаимодействием.

10. Матричная РНК (м РНК) - промежуточный носитель генетической информации

Механизм, благодаря которому генетическая информация ДНК "транскрибируется" в матричную РНК, а затем транслируется в белок, выяснился через несколько лет после того, как молекулярные биологи осознали, что нуклеотидные последовательности в ДНК генов прямо ответственны за аминокислотные последовательности белка. Тот факт, что некоторые вирусы растений и животных содержат в качестве генетического материала РНК и что вирусная РНК сама по себе инфекционна, уже говорит о вероятной промежуточной роли РНК в переносе генетической информации. Когда Жакоб и Моно предсказали существование короткоживущего, нестойкого посредника между генами и аппаратом белкового синтеза, поиски молекулы РНК с такими свойствами были уже начаты. Первые указания на наличие фаговой РНК, которая вновь синтезировалась после фаговой инфекции и была ассоциирована с предсуществовавшими бактериальными рибосомами. Окончательное доказательство роли м РНК в синтезе полипептидов было получено в опытах с бесклеточной белок-синтезирующей системой. Экстракты нормальных клеток Е coli могли быть запрограммированы для синтеза специфических белков фага F 2 добавлением РНК из этого фага.

В дальнейшем м РНК была идентифицирована и изучена как в бактериальных, так и в животных клетках. Позже было показано, что многие молекулы и РНК, и вирусные и невирусные, способны программировать синтез специфических белков в самых разных клеточных экстрактах. Это подтверждало, что специфичность синтеза белка в различных системах зависит от РНК, а не от системы, синтезирующей белок. Во всех клетках первым этапом экспрессии генов оказалась "транскрипция" ДНК с образованием соответствующей м РНК.

11. Углеводы

Четверым компонентом, обнаруживаемым иногда в очищенных вирусных препаратах, являются углеводы (в количестве, превышающем содержание сахара в нуклеиновой кислоте). Глюкоза и гентибиоза, обнаруживаемая в составе Т-четных и некоторых других фагов, - компоненты нуклеиновой кислоты и рассматриваются в разделе, посвященном составу ДНК и РНК. Помимо этих "экстра" - углеводов, в составе бактериофагов могут быть и другие полисахариды. Единственная группа вирусов, в которой наличие углеводов точно доказано, - вирусы животных, хотя различные авторы приводят весьма противоречивые данные как о количественном, так и о качественном составе их углеводного компонента. В составе элементарных телец вируса гриппа и классической чумы птиц находятся до 17% углеводов.

12. Ферменты вирусов

Термин "ферменты вирусов" может употребляться в узком и широком смысле слова. В первом случае имеется в виду ферментативная активность, связанная с покоящимися вирусными частицами, с вирусом внеклеточным. Широкое толкование этого термина обозначает всю совокупность ферментных систем, принимающих участие в синтезе вируса в зараженной клетке, т.е. ферменты размножающегося внутриклеточного вируса.

Было доказано, что присутствие в вирусных препаратах одного фермента представляет собой достаточно редкий феномен, установленный в настоящее время с полной достоверностью для лизоцимной и фосфатозной активностей бактериофагов и нейтраминидазной активности миксовирусов. Во всех остальных случаях либо не было получено убедительных доказательств собственно вирусного происхождения определяемого фермента, либо, наоборот, твердо доказано происхождение активности фермента от клеточных загрязнений.

Компоненты вирионов, не относящиеся к нуклеиновым кислотам и белкам.

Наиболее важный из таких компонентов это двойной слой липидов, образующий основную массу наружной оболочки у тех вирусов, у которых она имеется. Полагают, что липиды оболочек просто заимствуются из плазматической мембраны клетки-хозяина и поэтому, строго говоря, не могут считаться "вирус-специфическими". Действительно, парамиксовирусы, размножающиеся в различных клетках, могут содержать и соответственно разные липиды. Поэтому специфика вирусной оболочки зависит от вирусных гликопротеидов, находящихся на ее поверхности. Высокоочищенные препараты вирионов содержат ряд низкомолекулярных компонентов, функция которых в некоторых случаях понятна. У бактериофагов и вирусов животных и растений обнаружены полиамины. Возможно, что их единственная физиологическая функция состоит в нейтрализации отрицательного заряда нуклеиновой кислоты. Например, вирус герпеса содержит достаточно спермина, чтобы нейтрализовать половинку вирусной ДНК, а в вирусной оболочке, кроме того, присутствует спермидин.

В состав некоторых вирусов растений (морщинистости турнепса, крапчатости фасоли, табачной мозаики) входит бис (3-аминопропил) амин. Полагают, что этот полиамин, подобно полиаминам фагов нейтрализует заряды вирусной РНК; поскольку он не был обнаружен в здоровых листьях, возможно, что он синтезируется только в зараженных клетках.

13. Типы организации вирионов

Основным структурным компонентом вириона является капсид, в котором заключена нуклеиновая кислота. Капсиды построены из белковых субъединиц, собранных строго определенным образом в соответствии с относительно простыми геометрическими принципами. Именно поэтому капсиды совершенно различных вирусов, например фагов, вирусов животных или вирусов растений, могут быть построены точно по одному плану и быть практически неразличимыми морфологически.

Крик и Уотсон, исходя из того, что содержащаяся в нуклеиновой кислоте вируса генетическая информация недостаточна для того чтобы вирус мог кодировать множество различных белков, пришли к выводу, что капсиды вирусов должны быть построены из множества идентичных субъединиц. Существуют два типа организации, при которой идентичные асимметричные субъединицы, такие, как молекулы белка, могут соединиться друг с другом с образованием правильного капсида: спиральная сборка и формирование замкнутых белковых оболочек. Соответственно существуют лишь два типа капсидов: спиральные и изометрические (или квазисферические); капсиды всех вирусов относятся к одной из этих двух категорий. Каждый из этих типов структур образуется белками капсидов в результате процесса, называемого самосборной. Этот процесс идет лишь в том случае,если он энергетически выгоден. Это означает, что из всех возможных форм капсида реализуется именно та, которая отвечает минимуму свободной энергии специфических белков данного вируса. Реальная форма и размеры капсида, таким образом, определяются специфической формой молекул белка, являющихся субъединицами, из которых строится капсид, и характером связей, которые эти субъединицы образуют друг с другом. Стабильность структуры, возникающей, в конечном счете, зависит от числа и силы слабых связей, образующихся между белками, входящими в состав данного капсида. Чем больше свободная энергия, выделяющаяся в процессе сборки капсида, тем прочнее собранный капсид.

Спиральные капсиды. Вирионы многих вирусов растений и ряда фагов имеют "голый" спиральный капсид, без внешней оболочки. Наиболее хорошо изученным вирусом данной группы является ВТМ.

Капсиды ВТМ - это относительно жесткие по структуре палочки. Столь же жестки по структуре капсиды по крайней мере еще одного фага. Капсиды других вирусов растений, например вируса желтухи сахарной свеклы и Х-вируса картофеля, тоже представляет собой спиралеобразные палочки, но палочки эти гибкие. Гибки также спиральные капсиды ряда обладающих внешней оболочкой вирусов животных. Гибкость этих палочковидных капсидов свидетельствует о том, что субъединицы, из которых они построены, образуют друг с другом менее прочные и более подвижные связи, чем те, которые образуются между субъединицами палочек типа вирионов ВТМ.

Изометрические (квазисферические) капсиды. Капсиды многих вирусов по форме почти идентичны сфере, однако электронная микроскопия показывает, что на самом деле эти капсиды представляют собой не сферы, а правильные многогранники. Такие капсиды называют изометрическими, так как их линейные размеры вдоль ортогональных осей идентичны.

Сложные капсиды. Серологические и морфологическое исследование капсидов показало, что они представляют собой сложные структуры. При детальном электронно-микроскопическом анализе строения капсидов на их поверхности части удается обнаружить выступы, иначе называемые шипами, которые обычно расположены на каждой из 12 вершин икосаэдра. Эти шипы играют важную роль в инициации инфекции. В литературе описан "волосатый" фаг, у которого от поверхности головки вириона отходят многочисленные фибриллы.

У самых крупных фагов имеются отростки, "хвосты". Эти отростки являются органами, при помощи которых фаги прикрепляются к поверхности бактерии-хозяина. Существует мало биологических объектов, которые были бы более удивительны, чем Т-четные фаги.

Вирионы этих фагов собраны более чем из 50 видов различных белков и обладают высокоорганизованной, изумительно сложной и правильной структурой. Воротничок и базальная пластинка этих фагов обладают гексагональной симметрией. Белковая оболочка их головки представляет собой деформированный икосадельтаэдр с дополнительным рядом субъединиц, вследствие чего в одном направлении она длиннее, чем в других. Гексагональный отросток такого фага каким-то образом присоединен к макушке головки по плану пентагональной симметрии. При сборке фага Т4 иногда образуются вирионы с двумя отростками вместо одного. Многие вирусы животных, некоторые вирусы растений и, по крайней мере,один класс бактериофагов имеют внешнюю оболочку, окружающую их капсиды. Неотъемлемой структурой этих оболочек, как и всех других биологических мембран, является двойной слой фосфолипидов, в который погружены молекулы специфических белков. В тех случаях, когда двойной слой фосфолипидов расположен на поверхности вириона и, следовательно, легко доступен для эфира или других растворителей липидов, вирионы легко разрушаются и интактивируются такими растворителями. Фосфолипиды внешних оболочек вирусов бывают идентичны липидам клетки-хозяина или сходны с ними, что, например, характерно для большинства оболочек вирусов животных, в других случаях наблюдаются достаточно выраженные различия между фосфолипидами.

Оболочки вирусов животных формируются в составе плазматической или ядерной мембраны клетки. Электронные микрофотографии зараженных вирусами клеток показывают, что белки вируса появляются на небольших участках плазматической мембраны клетки, к которой в последствии мигрируют капсиды вируса, что, в конечном счете, ведет к формированию вириона и его отпочкованию. Следует, однако, подчеркнуть, что далеко не у всех вирусов животных вирионы имеют квазисферическую форму. Например, вирионы рабдовирусов по форме напоминают пулю; их оболочка, так же как и у других вирусов животных, образуется в результате отпочкования от плазматической мембраны клетки. Оболочки других вирусов, например, вируса оспы, построены значительно сложнее и полностью формируются в цитоплазме клетки. Такие вирионы нечувствительны к действию эфира, не дают перекрестных иммунологических реакций с белками клетки-хозяина и, по-видимому, состоят только из компонентов, специфичных для вируса.

Вирусная частица, или вирион, - это инертная статическая форма вируса. Когда вирионы находятся вне клетки, они не размножаются и в них не происходит никаких метаболических процессов. Все динамические события - биосинтез вирусных компонентов, повреждение организма-хозяина - начинаются лишь тогда, когда вирус проникает в клетку. Даже у многоклеточного хозяина решающие события при вирусной инфекции происходят на клеточном уровне. Распространение вируса совершается в результате повторных циклов взаимодействия вируса с клетками и рассеяния вирионов во внеклеточной среде. Все то, что мы уже знали о различных компонентах вирионов, заставляет предполагать, что внутри клетки-хозяина организация этих компонентов должна быть не такой, как в свободной вирусной частице. И действительно, в зараженных вирусом клетках происходит глубокая перестройка вирусного материала, а часто также и компонентов клетки-хозяина. Возникает новая система - комплекс вирус-клетка, функциональная организация, которой определяется взаимодействием вирусных и клеточных функций. Активные механизмы этого комплекса существенно отличаются от механизмов незараженной клетки.

14. Фазы развития: эллипс, репликация и созревание

С помощью различных методов было обнаружено много разнообразных ситуаций, которые, однако имеют между собой нечто общее, а именно то, что у каждого вируса взаимодействие с хозяином представляет собой специфическую последовательность событий. Каждый вирус - это организм со своими собственными процессами онтогенеза и морфогенеза, а также со своим филогенетическим прошлым. Однако циклы развития разных вирусов, если их рассматривать в широком плане, имеют ряд общих черт.

После прикрепления вируса в клетке происходит ряд событий, ведущих к освобождению вирусного генетического материала внутри клетки. При этом инфицирующие вирионы перестают существовать как организованные структуры. Так как инфекционность свободной вирусной нуклеиновой кислоты, как правило, намного меньше инфекционности цельного вириона, освобождение вирусного генома и переход его внутрь клетки-хозяина сопровождаются уменьшением или исчезновением инфекционности. Это явление получило название эклипса. Проникновение нуклеиновой кислоты вируса в клетку в процессе ее заражения может происходить различными способами. Например, у фагов, ингецирующих свою ДНК, ориентированным образом через оболочку бактериальной клетки, нуклеиновая кислота освобождается непосредственно у поверхности клетки. Некоторые фаги прикрепляются к жгутикам или ворсинкам бактерий, после чего вводят через эти органеллы свой генетический материал или же используют их для того, чтобы приблизиться к поверхности клетки. Вирусы, обладающие наружной оболочкой, могут сливаться с клеточной мембраной, и в цитоплазму клетки проникает весь внутренний капсид вируса, после чего происходит освобождение вирусного генома. Как только вирусный геном освободится от белка, он может служить источником информации как для репликации, так и для транскрипции, действуя как матрица для биосинтеза соответствующих продуктов.

Размножение вирусных геномов идет путем репликации генетического материала, т.е. ДНК или РНК. Репликация ДНК происходит в основном с помощью тех же биохимических механизмов, что и репликация генетического материала клетки. Репликация вирусного ДНК-генома в клетке хозяина возможна, если геном является репликоном, который распознается репликационным аппаратом клеточного или вирусного происхождения. В процессе репликации могут совместно участвовать и клеточные и вирусные ферменты. В некоторых случаях репликация начинается лишь после ряда предварительных этапов и создания особых условий. При вирусной инфекции набор клеточных ферментов может пополняться - иногда за счет ферментов, привносимых в клетку вирионом (вирусы осповакцины, везикулярного стоматита и гриппа, ретровирусы), а иногда - за счет ферментов, вновь синтезируемых как продукты вирусных генов. Последние, в частности, доказано для некоторых фагов, для репродукции которых нужны особые компоненты ДНК. Эти фаги содержат информацию, необходимую для синтеза соответствующих ферментов. Вирусы могут также вызывать синтез ферментов, катализирующих реакции, которые уже ранее осуществлялись с помощью клеточных ферментов.

Большинство РНК-содержащих вирусов размножаются путем образования копий РНК без участия промежуточных ДНК-матриц, и поэтому их репликация может происходить в клетках с ингибированным синтезом ДНК. Эти вирусы кодируют собственную РНК-репликазу.

Клетки хозяина такого фермента не имеют. У некоторых групп РНК-содержащих вирусов РНК реплицируется на промежуточной комплиментарной ДНК, синтезируемой на вирусной РНК с помощью обратной транскриптазы. Этот фермент привносится в клетку хозяина вирионом вместе с вирусной РНК. Введение уже синтезированного вирусного фермента в клетку - явление не столь редкое.

Число компонентов биосинтетического аппарата, которое мог бы кодировать вирус, лимитируется величиной вирусного генома. Самые малые вирусы содержат около 106 дальтон ДНК или РНК. Так как соотношение молекулярных весов кодирующей нуклеиновой кислоты и кодируемого белка составляет примерно 9:1 для РНК или одноцепочной ДНК и 18:1 для двухцепочной ДНК, эти вирусы в состоянии обеспечить синтез лишь нескольких белков, и обычно это лишь структурные белки вириона. Очевидно, что все вирусы в значительной степени зависят от ферментного аппарата клеток - хозяев. Некоторые вирусы нуждаются даже в помощи других вирусов. Например, РНК вируса - сателлита некроза табака состоит всего из 1200 нуклеотидов, а белковая субъединица капсида, которую эта РНК кодирует, состоит из 400 аминокислотных остатков. Очевидно, что ни для какой другой информации в геноме этого вируса не хватило бы места. Поэтому он способен размножаться только в тех клетках, которые одновременно заражены вирусом некроза табака. Последний и служит источником необходимой репликазы. Есть и другие примеры вирусов, сохраняющихся в естественных условиях только благодаря вирусам - помощником, инфицирующим те же клетки.

Во время своей репликации вирусная нуклеиновая кислота не связана со специфическими белками, имеющимися в зрелых вирионах. При определенных условиях репликация нуклеионовых кислот происходит тогда, когда синтез белков химическим путем ингибирован. В ходе инфекции, ведущей к образованию и высвобождению новых вирусных частиц, синтез вирионных белков обычно начинается после того, как репликация нуклеиновой кислоты уже развернулась. В результате синтеза этих белков накапливается фонд предшественников, служащий источником материала, используемого при сборке капсидов. Созревание - сложный и необратимый процесс: ни нуклеиновая кислота, ни структурные белки, включенные в полный капсид или его часть, снова уже не освобождаются в той же клетке. Таким образом, при сборке капсида вирусный геном исключается из реплицирующейся популяции нуклеиновой кислоты, а капсидные белки - из фонда белковых предшественников. Если вирусы имеют наружную оболочку, то она присоединяется к капсиду позднее, либо в цитоплазме клетки, либо при взаимодействии с клеточной мембраной. Такой процесс сборки, включающий этапы наполнения предшественников позволяет объяснить явление фенотипического смешения, когда в клетке, зараженной двумя различными, но совместимыми вирусами, образуются вирионы с капсидами, построенными из субъединиц, кодируемых разными геномами.

Вновь образованные вирионы освобождаются во внешнюю среду (нередко вместе с незрелыми формами) либо в результате лизиса клетки - хозяина, вызываемого вирусными ферментами, как при инфекции бактерий фагами, либо путем выталкивания участков цитоплазмы, либо, наконец, путем выхода отдельных вирионов или небольших их групп. Некоторые вирусы животных с трудом освобождаются из клеток в культурах in vitro; в живом организме выходу таких вирусов из клеток и их распространению способствует захват поврежденных вирусом клеток фагоцитами и их переваривание. Вирусы растений обычно не освобождаются путем лизиса клеток, а переходят из клетки в клетку через межклеточные соединения.

15. Таксономия (классификация) вирусов

В таксономии живой природы вирусы выделяются в отдельный таксона Vira, образующий в классификации Systema Naturae 2000 вместе с доменами Bacteria, Archaea и Eukaryota корневой таксон Biota. В течение XX века в систематике выдвигались предложения о создании выделенного таксона для неклеточных форм жизни ( Aphanobionta Novak, 1930; Надцарство Acytota Jeffrey, 1971; Acellularia ), однако такие предложения не кодифицировано.

Вирусы классифицируются на те, которые содержат ДНК (вирус простого герпеса) и те, что содержат РНК (вирус иммунодефицита человека).

По структуре капсомеров. Изометрические (кубические), спиральные, смешанные.

По наличию или отсутствию дополнительной липопротеидной оболочки за клетками-хозяевами.

Наиболее применяемая в настоящее время классификация вирусов, предложенная лауреатом Нобелевской премии Дэвидом Балтимор. Она построена на типе нуклеиновой кислоты, которая используется вирусом для переноса наследственного материала, и на том, каким путем происходит ее экспрессия и репликация. Стоит отметить, что такая классификация не отражает филогенетические связи между видами вирусов, так как вирусы, согласно общепринятым сейчас взглядом, имеют механизмы происхождения, отличные от всех других организмов.

В отличие от клеточных организмов, генетическая информация которых хранится в виде двухцепочечной ДНК, геном вируса может сохраняться как в виде двух-, так одноцепочечных нуклеиновых кислот. При этом этой кислотой может быть как ДНК, так и РНК, матричная форма которой (м-РНК) используется в клетках как промежуточный продукт при трансляции генетической информации в процессе синтеза протеинов. РНК-геномы вирусов могут быть закодированы в двух противоположных направлениях: или гены расположены в направлении от 5'-конца молекулы к 3'-концу (положительное направление, или + полярность), аналогично направлению расположения генов в м-РНК в клетках, или гены вирусного генома расположены в противоположном направлении (отрицательный направление, или-полярность). Таксономия вирусов в основных чертах похожа на таксономию клеточных организмов. Таксономические категории, используемые в классификации вирусов, такие (в скобках приведены суффиксы для образования латинских названий):

Ряд ( -virales )

Семья (-viridae)

Подсемейство (-virinae)

Род (-virus)

Вид

Но в номенклатуре вирусов есть и некоторые особенности, отличающие ее от номенклатуры клеточных организмов. Во-первых, названия не только видов и родов, но также рядов и семей пишутся курсивом, во-вторых, в отличие от классической номенклатуры, названия вирусов не является биноминальной (т.е. образованными из названия рода и эпитета вида - подробнее см.. в статье «Научная классификация»). Обычно названия вирусов образуются в форме [Болезнь] - вирус.

В целом в настоящее время описано около 80 семей, в которые входят примерно 4000 отдельных видов вирусов.

Распределение семей на ряды начался недавно и происходит медленно; в настоящее время (2005 год) выделено и описано диагностические признаки только трех рядов, и большинство описанных семей является неклассифицированных.

16. Классификация по типу генома

В данной классификации названия типичных представителей таксонов переведены на украинский язык при наличии общепринятого научного термина; в других случаях приведены международно-принятую английское название согласно постановлению Международного Комитета по таксономии вирусов (International Committee on Taxonomy of viruses).

ДНК-вирусы

Группа I - дволанцюгови ДНК-вирусы (dsDNA viruses)

Ряд Caudovirales (tailed bacteriophages).

Семья Myoviridae - типичный представитель: Ентеробактериальний фаг T4

Семья Podoviridae

Семья Siphoviridae - типичный представитель: Ентеробактериальний фаг О

Неклассифицированные

Семья Ascoviridae

Семья Adenoviridae

Семья Asfiviridae

Семья Baculoviridae

Семья Corticoviridae

Семья Fuselloviridae

Семья Guttaviridae

Семья Herpesviridae - типичный представитель: Вирус герпеса человека

Семья Iridoviridae

Семья Lipothrixviridae

Семья Nimaviridae

Семья Papillomaviridae

Семья Phycodnaviridae

Семья Plasmaviridae

Семья Polyomaviridae - типичный представитель: Вирус обезьян 40

Семья Poxviridae - типичные представители: Вирус коровье оспы, вирус оспы человека

Семья Rudiviridae

Семья Tectiviridae

Неклассифицированные роды

Мимивируса; типичный представитель: Acanthamoeba polyphaga mimivirus (вирус амебы Acanthamoeba polyphaga) - номинально самый крупный из известных вирусов.

Группа II - одноланцюгови ДНК-вирусы (ssDNA viruses)

Неклассифицированные бактериофаги

Семья Inoviridae

Семья Microviridae

Неклассифицированные вирусы

Семья Geminiviridae

Семья Circoviridae

Семья Nanoviridae

Семья Parvoviridae - типичный представитель: Парвовирус Б19 (для развития требует совместного инфектування с аденовирусами)

Неклассифицированные роды

Род Anellovirus; типичный представитель: Спиральный вирус Тено

РНК-вирусы

Группа III - дволанцюгови РНК-вирусы (dsRNA viruses)

Семья Birnaviridae

Семья Chrysoviridae

Семья Cystoviridae

Семья Hypoviridae

Семья Partitiviridae

Семья Reoviridae - типичный представитель: Ротавирус диареи человека

Семья Totiviridae

Неклассифицированные роды

Род Endornavirus; типичный представитель: Вирус бобовой гнили

Группа IV - положительно направлены одноланцюгови РНК-вирусы ((+) ssRNA viruses)

Ряд Nidovirales («Гнездо» вирусы)

Семья Arteriviridae

Семья Coronaviridae - типичные представители: коронавирус пневмонии, вирус SARS.

Семья Roniviridae

Неклассифицированные

Семья Astroviridae

Семья Barnaviridae

Семья Bromoviridae

Семья Caliciviridae - типичные представители: Norwalk-вирусы табака и картофеля

Семья Closteroviridae

Семья Comoviridae

Семья Dicistroviridae

Семья Flaviviridae - типичные представители: Вирус Желтой лихорадки, Вирус Нильской лихорадки, Вирус Гепатита С

Семья Flexiviridae

Семья Hepeviridae - типичный представитель: Вирус Гепатита Е

Семья Leviviridae

Семья Luteoviridae

Семья Marnaviridae

Семья Narnaviridae - безоболочные РНК-вирусы

Семья Nodaviridae

Семья Picornaviridae - типичные представители: вирус Полиомиелита, Вирус Гепатита А

Семья Potyviridae

Семья Sequiviridae

Семья Tetraviridae

Семья Togaviridae - типичный представитель: Вирус Краснухи

Семья Tombusviridae

Семья Tymoviridae

Неклассифицированные роды

Род Benyvirus; типичный представитель: Вирус жовтосудинного некроза свеклы

Род Cheravirus; типичный представитель: Cherry rasp leaf virus

Род Furovirus; типичный представитель: Soil-borne wheat mosaic virus

Род Hordeivirus; типичный представитель: Barley stripe mosaic virus

Род Idaeovirus; типичный представитель: Raspberry bushy dwarf virus

Род Machlomovirus; типичный представитель: Maize chlorotic mottle virus

Род Ourmiavirus; типичный представитель: Ourmia melon virus

Род Pecluvirus; типичный представитель: Peanut clump virus

Род Pomovirus; типичный представитель: Potato mop-top virus

Род Sadwavirus; типичный представитель; Satsuma dwarf virus

Род Sobemovirus; типичный представитель: Вирус бобовой мозаики

Род Tobamovirus; типичный представитель: Вирус табачной мозаики

Род Tobravirus; типичный представитель: Tobacco rattle virus

Род Umbravirus; типичный представитель: Вирус пятнистости моркови

Группа V - отрицательно направленные одноланцюгови РНК-вирусы ((-) ssRNA viruses)

Ряд Mononegavirales (несегмнтовани негативно направленные РНК-вирусы)

Семья Bornaviridae - типичный представитель: Borna disease virus

Семья Filoviridae - типичный представитель: Вирус Эбола

Семья Paramyxoviridae - типичный представитель: Вирус Кору

Семья Rhabdoviridae - типичный представитель: Вирус бешенства

Сегментированные негативно направленные РНК-вирусы

Семья Arenaviridae

Семья Bunyaviridae - типичный представитель: Hantavirus

Семья Orthomyxoviridae - типичный представитель: Вирусы Гриппа

Неклассифицированные рода:

Род Deltavirus; типичный представитель: Вирус Гепатита D (Гепатита Дельта)

Род Ophiovirus; типичный представитель: Citrus psorosis virus

Род Tenuivirus; типичный представитель: Вирус пестроты риса

Род Varicosavirus; типичный представитель: Вирус раздутости жилок салата

ДНК-и РНК-вирусы, осуществляющих обратную транскрипцию

Группа VI - одноланцюгови обратно-транскрипционные РНК-вирусы (ssRNA-RT viruses)

Семья Metaviridae

Семья Pseudoviridae

Семья Retroviridae - Ретровирусы, типичный представитель: Вирус иммунодефицита человека

Группа VII - дволанцюгови обратно-транскипцийни ДНК-вирусы (dsDNA-RT viruses)

Семья Hepadnaviridae - типичный представитель: Вирус Гепатита В

Семья Caulimoviridae - типичный представитель: Вирус мозаики цветной капусты

вирус химический генетический таксонометрия

Список используемой литературы

1. «Вирусология» //Под. ред. Б. Филдса, Д. Найпа: В 3 т. - М.: Мир, 1989.

2. «Основы вирусологии» //Павлович С.А. - Вышая школа, 2001.

3 «Микробиологический справочник» //Д.Х. Йоргенсен - Издательство: «Мир» Москва 2006год.

4 «Клиническая микробиология» //П.Р. Марри; И.Р. Шей - Издательство: «Мир» Москва 2006 год.

5 «Лабораторная диагностика и профилактика вирусных инфекций» Е.В. Гарасько - Издательство: ИвГМА 2001 год.

6 «Диагностика инфекций» //Г.А. Дмитриев - Издательство: «Бином» 2007 год.

Размещено на Allbest.ru

...