Вірусологія і проблеми практики

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вірусологія і проблеми практики

1. Вступ

Захворювання рослин, тварин і людини, вірусна природа яких у даний час установлена, у протягом багатьох сторіч завдавали шкоди господарству і шкода здоров'ю людини. Хоча багато з цих хвороб були описані, але спроби встановити їхню причину і виявити збудник залишались безуспішними.

У результаті спостережень Д.І.Івановський і В.В.Половцев уперше висловили припущення, що хвороба тютюну, описана в 1886 році A. D. Mayer у Голландії під назву мозаїчної, являє собою не одне, а два цілком різноманітних захворювання того самого рослини: одне з них - рябуха, збудником якого є грибок, а інше невідомого походження. Дослідження мозаїчної хвороби тютюну Д.І.Івановський продовжує в ботанічному саду (під Ялтою) і ботанічної лабораторії Академії наук і дійде висновку, що хвороба тютюну визивається бактеріями, що проходять через фільтри Шамберлана, що, проте, не спроможні рости на штучних субстратах. Збудник мозаїчної хвороби називається Івановським ті “фільтрівними” бактеріями, те мікроорганізмами, тому що сформулювати відразу існування особливого світу вірусів було дуже важко.

Підкреслюючи, що збудник мозаїчної хвороби тютюну не міг бути виявлений у тканинах хворих рослин за допомогою мікроскопа і не культивувався на штучних живильних середовищах. Д.І.Івановський писав, що його припущення про живу й організовану природу збудника “сформовано в цілу теорію особливого роду інфекційних захворювань”, представником яких, крім тютюнової мозаїки, є ящур (використавши тієї ж метод фільтрації).

Д.І.Івановський відкрив віруси - нову форму існування життя. Своїми дослідженнями він заклав основи ряду наукових напрямків вірусології: вивчення природи вірусу, цитопаталогічних вірусних інфекцій, що фільтруються форм мікроорганізмів, хронічного і латентного вирусоносительства. Один із видатних радянських фітовирусологів В.Л.Рижков писав: “Заслуги Д.І.Івановського не тільки в тому, що він відкрив цілком новий вид захворювань, але й у тому, що він давши методи їхній вивчення”.

У 1935 році У.Стенлі із соку тютюну, ураженого мозаїчною хворобою, виділив у кристалічному вигляді ВТМ (вірус тютюнової мозаїки). За це в 1946 році йому була вручена Нобелевська премія.

У 1958 році Р.Франклин і К.Холм, досліджуючи будівлю ВТМ, визначили, що ВТМ є порожнистим циліндричним утворенням.

У 1960 році Гордон і Сміт установили, що деякі рослини заражаються вільною нуклеїновою кислотою ВТМ, а не цілою часткою нуклеотида. У цьому ж році значний радянський навчань Л.А.Зильбер сформулював основні положення вирусогенетичної теорії.

У 1962 році американські вчені А.Зигель, М.Цейтлин і О.И.Зегал експериментально одержали варіант ВТМ, що не мав білкової оболонки, з'ясували, що в дефектних ВТМ часток вивірки розміщені довільно, і нуклеїнова кислота поводитися, яка повноцінний вірус.

У 1968 році Р.Шепард виявив ДНК-вірус.

Одним із найбільших відкриттів у вірусології є відкриття американських учених Д.Балтімора і Н.Темина, що знайшли в структурі ретровіруса ген, що кодує фермент - обернену транскриптазу. Призначення цього ферменту - каталізувати синтез молекул ДНК на матриці молекули РНК. За це відкриття смердоти одержали Нобелевську премію.

2. Місце вірусів у біосфері

2.1 Еволюційне походження

вірус біосфера інтерферон онкогенний

У міру вивчення природи вірусів, після їхній відкриття Д.І.Івановським (1892) формувалися уявлення про віруси яка про дрібні організми. Епітет “фільтрівний” згодом був відкинутий, тому що стали відомі фільтрівні форми або стадії звичайних бактерій, а потім і фільтрівні види бактерій. Найбільше правдоподібною є гіпотеза про ті, що віруси походять з “утікача” нуклеїнової кислоти, тобто нуклеїнової кислоти, що набула спроможність реплікуватись незалежно від тієї клітини, із якої смердота виникнула, хоча при цьому передбачається , що така ДНК реплікується з використанням структур цей або інший клітин.

На підставі досвідів фільтрації через градуйовані лінійні фільтри були визначені розміри вірусів. Розмір найбільше дрібних із них виявився рівним 20-30 нм. , а найбільше значних - 300-400 нм.

У процесі подальшої еволюції у вірусів змінювалася більше форма, чим утримання.

У такий спосіб віруси, можливо, походять від клітинних організмів, і їх не варто розглядати, як примітивних попередників клітинних організмів.

2.2 Будова і властивості

Розміри вірусів коливаються від 20 до 300 нм. У середньому смердоти в 50 разів менше бактерій. Їх не можна побачити у світловий мікроскоп, тому що їхньої довжини менше довжини світлової хвилі.

Схематичний розтин.

додаткова

оболонка

капсомер

серцевина

Віруси складаються з різноманітних компонентів:

а) серцевина - генетичний матеріал (ДНК або РНК). Генетичний апарат вірусу несе інформацію про декілька типів білку, що необхідні для утворення нового вірусу: ген, що кодує обернену транскриптазу й інші.

б)білкова оболонка, що називають каспидом.

Оболонка часто побудована з ідентичних повторюваних субодиниць - капсомерів. Капсомери утворять структури з високим щаблем симетрії.

в)додаткова липопротеідна оболонка.

Цілком сформована інфекційна частка називається вирионом.

Положення про ті, що віруси являють собою повноцінні організми, дозволило остаточно об'єднати всі трьох названих групи вірусів - віруси тваринною, рослин і бактерій - в одну категорію, що посідають визначене місце серед живих істот, що населяють нашу планету. Тієї факт, що їх не удалося вирощувати на штучних живильних середовищах, поза клітинами, не викликав особливого подиву, тому що віруси із самого початку були визначені як суворі внутрішньоклітинні паразити. Ця властивість признавалася не унікальним, властивим тільки вірусам, оскільки внутрішньоклітинні паразити відомі і серед бактерій, і серед найпростіших. Як і інші організми, віруси спроможні до розмноження. Віруси мають визначену спадкоємність, відтворюючи собі подібних. Спадкові ознаки вірусів можна враховувати по спектрі хазяїв і симптомам що викликаються захворювань, а також по специфічності імунних реакцій природних хазяїв або штучних імунізує експериментальних тварин. Сума цих ознак дозволяє чітко визначити спадкові властивості будь-якого вірусу, і навіть більше - його різновидів, що мають чіткі генетичні маркери, наприклад: нейтропность деяких вірусів грипу, знижену патогенність у вакціональних вірусів і т.п.

Мінливість є інший стороною спадкоємності, і в цьому відношенні віруси подібні всім іншим організмам, що населяють нашу планету. При цьому у вірусів можна спостерігати як генетичну мінливість, пов'язану зі зміною спадкової речовини, так і фенотипову мінливість, пов'язану з проявом того самого генотипу в різних умовах. Прикладом першого типу мінливості є мутанти того самого вірусу.

Прикладом другого типу мінливості служить різний тип поразок, що викликаються тим самим вірусом у різноманітних тварин, рослин і бактерій.

Всі віруси по своїй природі - паразити. Вони спроможні відтворювати себе, але тільки усередині живих клітин. Звичайно віруси викликають явні ознаки захворювання. Попавши усередину клітини, вони “включають” її ДНК і, використовуючи свою власну ДНК або РНК, дають клітині команду синтезувати компоненти вірусу. Компоненти вірусу спроможні до спонтанному утворення вириона. Віруси “розривають” оболонку клітини і передаються в іншу клітину у виді інертних часток. Віруси поза клітиною являють собою кристали, але при влученні в клітину “оживають”.

Учені, аналізуючи будівлю речовини, дотепер не вирішили: вважати віруси живими або мертвий. Віруси, з одного боку, мають спроможність розмножаться, спадкоємністю і мінливістю, але з іншого боку, не мають обміну речовин, і їх можна розглядати, як гігантські молекули.

Віруси як і інші організми, характеризуються пристосованістю до умов зовнішнього середовища. Потрібно тільки не забувати, що для них організм хазяїна є середовищем життя, тому багато умов зовнішнього середовища впливають на вірус опосредованно - через організм хазяїна. Проте багато чинників зовнішнього середовища можуть і безпосередньо впливати на віруси.. Кожний вірус має коло природніх хазяїв, іноді дуже широкий, як, наприклад, у дрібних РНК-геномних фагов: у першому випадку уражаються всі ссавці, у другому - окремі клони кишкової палички. Циркуляція вірусів може бути горизонтальної (поширення серед популяції хазяїв) і вертикальної (поширення те батьків нащадку). Таким чином, кожний вірус займає визначену екологічну нішу в біосфері.

2.3 Класифікація

а) Віруси класифікуються по серцевині:

б)За структурою капсомеров.

Ізометричні (кубічні), спіральні, змішані.

в)По наявності додаткової липопротеїдной оболонки

г)По клітинах-хазяїнах

Крім цих класифікацій є ще багато інших. На приклад, по типі переносу інфекції від одного організму до іншого.

3. Бактеріофаги

Відкриття.

Через 25 років після відкриття вірусу, канадський учений Фелікс Д'Эрел, використовуючи метод фільтрації, відчинив нову групу вірусів, що уражають бактерії. Вони так і були названі бактеріофагами (або просто фагами).

Життєвий цикл бактеріофагів.

1) Фаг наближається до бактерії, і хвостові нитки зв'язуються з рецепторними ділянками на поверхні бактеріальної клітини.

2)Хвостові нитки згибаються, хвостовий чохол скорочується, примушуючи порожнистий стрижень входити в клітину; цьому сприяє фермент - лизоцим, що знаходиться в базальній платівці; у такий спосіб ДНК вводиться усередину клітини.

3)ДНК фага кодує синтез ферментів фага, використовуючи для цього апарат, що більш синтезує, (рибосоми і т.п.) хазяїна.

4) Фаг тим або іншим засобом інактивує ДНК хазяїна, а фермент фага зовсім розщеплює її; ДНК фага підкоряє собі клітинний апарат.

5) ДНК фага кодує синтез нових вивірок.

6) Нові частки фага, що з'явились у результаті спонтанної самосборки білкової оболонки навколо фаговой ДНК; під контролем ДНК фагов синтезується лизоцим.

7) Лізис клітини, тобто клітина лопається під впливом лизоцима; визволяється біля 200-1000 нових фагов; фаги індуцують інші клітини.

Лікування. Властивість бактеріофагів руйнувати бактерії використовується для попередження і лікування бактеріальних захворювань.

Через 10-15 хвилин після введення бактеріофагів в організм збудника чуми, черевного тифу, дизентерії, сальмонельозу зникають.

Але в цього методу є серйозна хиба. Бактерії більш мінливі (у плані захисти від фагов) чим бактеріофаги, тому бактеріальні клітини щодо швидко стають не чуттєвими до фагів.

4. Проблеми раку

Спроможність вірусів викликати пухлини була встановлена на початку 20 сторіччя.

Онкогена дія вірусів.

До онкогенних відносяться віруси, спроможні перетворювати заражену ними клітину в пухлиноподібну. Відомі в даний час онкогені віруси належать до 4 із 5 сімейств вірусів, що містять ДНК, (герпес-віруси, адено-віруси) і до одного сімейства вірусів, що містять РНК (ротовірусів).

Механізм дії онкогених вірусів.

Яким же чином вірус перетворює нормальну клітину в пухлиноподібну? На це питання, винятково важливе не тільки для онкології і вірусології, але і для розуміння найважливіших аспектів біології в даний час ще немає чіткої і повної відповіді.

Можна уявити собі дві принципово різноманітні механізми дії пухлинородного вірусу на клітину: 1)вірус або вірусний геном здійснює запуск трансформованого процесу, але не бере участь у його підтримці (гіпотеза запуску); 2)для виникнення і підтримки трансформованого стану клітини необхідна постійна присутність вірусного генома (гіпотеза присутності). Якщо вірна друга гіпотеза, то вірусний геном може діяти на клітину одним із двох загальних механізмів: 1)вірусний геном включається в клітинний геном і займає таке положення, при якому порушується контроль клітинного розподілу; функціонування вірусного генома при цьому не обов'язкове (гіпотеза положення); 2)не вірусний геном а продукти його функціонування безпосередньо відповідають за виникнення і підтримку трансформованого стану клітини (гіпотеза функціонування).

У основі сучасних уявлень про механізм вірусного канцерогенезу лежить поняття онкогену.

Онкоген - специфічний ген пухлинородного вірусу, продукція якого безпосередньо відповідає за перетворення нормальної клітини в трансформовану через підтримку трансформованого фенотипу. Для того, щоб трансформація мала стійкий характер, вірусний онкоген повинен закріпиться в клітині і постійно функціонувати з утворенням специфічної РНК і відповідної “онкогенної” вивірки. У такий спосіб онкогенну дію вірусів можна розглядати як слідство хронічної вірусної інфекції. Якщо інфекція клітини пухлинородним вірусом не буде хронічною, трансформаційні зміни під впливом онкогена будуть носити тимчасовий характер і зникнуть як тільки припиниться інфекційний процес.

Онкогеність герпесвірусів.

Онкогенні віруси цієї групи залучають у даний час велику увагу як збудники ряду злоякісних пухлинних захворювань людини і тварин. Для онкогенних герпесвірусів характерна спроможність викликати лімфоїдні пухлни; так вірус Епштейна-Барра, що являється збудником інфекційного мононуклеозу, є також і збудником лімфоми Беркитта у негрів в Африці і назофарингеального раку у китайців Південно-Східної Азії і раку шейки матки.

Онкогенність аденовірусів.

Багато аденовірусів людини і тварин у експериментальних умовах виявляють онкогенну активність. Особливо чітко ця активність виявляється при зараженні новонароджених сірійських хом'ячків, у яких через декілька тижнів на місці ін'єкції з'являються саркоми, які не містять інфекційного вірусу. Аденовіруси викликають великий інтерес як одна з кращих моделей для вивчення вірусного канцерогенезу.

Онкогеність ротавірусів.

У цій групі відомі віруси саркоми курок, мишей, кішок і мавп. У людини прикладом ротавірусного канцерогенезу є гострий Т-клітинний лейкоз. Ендемічні райони захворювання - південь Японії, Західна Індія, Центральна Африка.

Вивчення даного питання потребує подальших великих зусиль.

5. Трансдукція

Трансдукція (від лат. transductio - переміщення) - передача генетичного матеріалу від однієї клітини до іншої, що призводить до зміни спадкових властивостей.

Явище трансдукції було відкрито американським ученим Д.Ледербергом і Н.Циндером у 1952 році. Особливі бактеріальні віруси - помірні фаги - у процесі вегетативного розмноження спроможні випадково захоплювати і переносити в інші клітини будь-які ділянки ДНК, зруйнованих ними клітин. Довжина відрізка ДНК визначається розміром білкової оболонки фагової частки і зазвичай не перевищує 1-2 % бактеріального геному.

Оскільки можливість успішної трансдукції залежить від відстані між генами в молекулі ДНК, які утворюють хромосому бактерії, явища трансдукції широко використовується при складанні генетичних карт хромосом бактерій. Генетичний матеріал фага в таких частках відсутній. Тому при запровадженні ДНК у клітину вони не здійснюють усі функції фага: розмноження, руйнація клітини. Внесений фрагмент може існувати в клітині у вигляді додаткового генетичного елементу, який володіє функціональною активністю. Такий фрагмент не спроможний розмножуватись при кожному розподілі клітини, тому він передається в одну з дочірніх клітин. За винятком цієї клітини властивість всього іншого нащадку не змінюється. Надалі фрагмент може бути або зруйнований, або внесений у хромосому бактерії, замінивши в ній гомологічну ділянку ДНК. У останньому випадку нові ознаки, набуті клітиною - трансдуктантом, будуть властиві усім нащадкам клітини.

Існує група бактеріофагів, спроможних переносити лише визначені гени, розташовані поруч із місцем входження генома фага в хромосому бактерії при руйнації (лізогенизації).

6. Віруси тварин, рослин і людини

Віруси рослин.

Про те, що рослини хворіють, люди дізналися в ті далекі часи, коли перейшли на осіле землеробство. Хлібороби як могли лікували рослини, намагалися попередити масову поразку. Один із збудників хвороб рослин - вірус тютюнової мозаїки. Подібний вірус зустрічається в картоплі, томатів, квітів, плодових і ягідних культур. Одним з ознак вірусного ураження є зміна окрасу квітів через покоління (наприклад тюльпанів) і зміни забарвлення листів (жовтуха рослин).

Безвірусні і вірусостійкі рослини

Розробка ефективних противірусних заходів заснована на характерній рисі кожного вірусу рослин, на передачі захворювання від одних рослин іншим. Застосовується термічне опрацювання, хіміотерапія, сполучення цих засобів (обприскування рослин або насичення атмосфери термокамери інгібіторами вірусу).

Використовується також метод, названий культурою меристеми. Метод, заснований на тому, що в різноманітних тканинах рослин віруси поширені нерівномірно, а в деяких частинах відсутні. Дана ділянка в стерильних умовах вирізається і є матеріалом для одержання здорового нащадка.

Віруси тварин і людини.

Поряд із вірусами рослин існують небезпечні збудники хвороб тварин і людини. Це - віспа, поліомієліт, сказ, вірусний гепатит, грип, СНІД і т.д. Багато вірусів, до яких причетна людина, уражає тварин і навпаки. Крім того деякі тварини є переносниками вірусів людини, при цьому не хворіючи .

Коротко зупинимося на деяких вірусних захворюваннях.

Віспа - одне з найдавніших захворювань. Опис віспи знайшли в єгипетському папірусі Аменофиса 1, складеного за 4 тис. років до нашої ери. Збудник віспи - великий, складно улаштований вірус, який містить ДНК, що розмножується в цитоплазмі клітин, де утворюються характерні вмикання. В даний час віспа людини ліквідована у світі за допомогою вакцинації.

Поліомієліт - вірусне захворювання, при якому уражається сіра речовина центральної нервової системи. Збудник поліомелиту - дрібний вірус, що не має зовнішньої оболонки і містить РНК. Ефективним методом боротьби з даним захворюванням є жива поліомелітна вакцина.

Сказ - інфекційне захворювання, що передається людині від хворої тварини при укусі або контакті зі слиною хворої тварини, частіше усього собаки. Один з основних ознак сказу, що розвивається - водобоязнь, коли в хворого утруднене ковтання рідини, розвиваються судоми при спробі пити воду. Вірус сказу містить РНК, покладену в нуклеокапсид спіральної симетрії, покритий оболонкою і при розмноженні в клітинах мозку утворює специфічні вмикання, на думку деяких дослідників, - “цвинтарі вірусів“, що носять назву тілець Бабеша-Негрі. Захворювання не виліковується.

Вірусний гепатит - інфекційне захворювання, що протікає з ураженням печінки, жовтяничним зафарбовуванням шкіри, інтоксикацією. Захворювання відомо з часів Гіппократа більше 2-х тисяч років тому. У країнах СНД щорічно від вірусного гепатиту гине 6 тис. чоловік.

7. Інтерферон

Система інтерферону є найважливішим чинником неспецифічної резидентності. Поряд із специфічним імунітетом вона забезпечує захист організму від багатьох несприятливих впливів. Доведено можливість використання цього препарату для профілактики і лікування ряду вірусних захворювань. Система інтерферону здійснює в організмі контрольно-регуляторні функції, спрямовані на зберігання клітинного меостазу. Найважливішими з цих функції є антивірусна, протиклітинна, яка іммуномодулює.

Клінічне використання інтерферону і його продуктів.

Інтерферон є універсальним чинником неспецифічної резидентності й утворюється всіма клітинами організму практично відразу ж після попадання вірусів. Найбільше активними продуцентами інтерферону є лімфоцити і макрофаги. При більшості вірусних інфекцій встановлена чітка кореляція між рівнем інтерферону і вагою захворювання. Як правило, кількість інтерферону помітно знижується при тяжкому перебігу хвороби і зростає при доброякісному. У зв'язку з цим використання готових препаратів інтерферону або стимуляція виробітки власного інтерферону за допомогою індукторів є дуже перспективними методами профілактики і терапії вірусних інфекцій.

8. Особливості еволюції вірусів на сучасному етапі

Еволюція вірусів в еру науково-технічного прогресу в результаті потужного тиску чинників протікає значно швидше, ніж колись. У якості прикладів таких процесів, що розвиваються інтенсивно в сучасному світі, можна вказати на забруднення зовнішнього середовища промисловими відходами, повсюдне застосування пестицидів, антибіотиків, вакцин і інших біопрепаратів, концентрація населення в містах, розвиток сучасних транспортних засобів, господарське освоєння раніше невикористаних територій, створення індустріального тваринництва з найбільшими по чисельності і щільності популяції тваринними господарствами. Все це призводить до виникнення невідомих раніше збудників, зміни властивостей і шляху циркуляцій відомих раніше вірусів, а також до значних змін сприйнятливості й опірності людських популяцій.

Размещено на Allbest.ru