Роль научных открытий, исследователей в развитии вирусологии. Физическая структура и химический состав вирионов вирусов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство Науки и образования Республики Казахстан

Семейский университет им. Шакарима

Реферат

На тему:

«Роль научных открытий, исследователей в развитии вирусологии. Физическая структура и химический состав вирионов вирусов»

Выполнила:

Увахиева Д.В.

Проверила:

Тихомирова Е.Ю.

Семей 2013

Первые упоминания о вирусных болезнях людей и животных встречаются в дошедших до нас письменных источниках древних народов. В них, в частности, содержатся сведения об эпизоотиях бешенства у волков, шакалов и собак и полиомиелите в Древнем Египте (II-III тыс. лет до н. э.). О натуральной оспе было известно в Китае за тысячу лет до нашей эры. Давнюю историю имеет также желтая лихорадка, на протяжении столетий косившая белых первопроходцев в тропической Африке и моряков. Первые описания вирусных болезней у растений относятся к живописной пестролепестности тюльпанов, которые уже около 500 лет выращивают голландские цветоводы.

Началом становления вирусологии как науки можно считать конец XIX века. В 80-х годах XIX века, работая над созданием вакцины против бешенства, Луи Пастер (1822-1895) впервые применил термин вирус (от лат.virus, яд) для обозначения инфекционного агента. Пастер был первым, кто начал использовать лабораторных животных в работах по изучению вируса. вирус вирион ген химический

Первым, кто выделил вирусов как конкретную группу инфекционных агентов, был русский учёный Дмитрий Иванович Ивановский (1864-1920). В 1892 году в результате проведённых исследований Д.И. Ивановский пришёл к выводу, что мозаичная болезнь табака вызывается бактериями, проходящими через фильтр Шамберлана, которые кроме того не способны расти на искусственных субстратах.

В 1898 году Мартин Бейеринк (1851-1931) подтвердил и расширил исследования Ивановского над ВТМ и сформулировал первую полноценную теорию о вирусах как о новом классе микроорганизмов и возбудителей. Несмотря на то, что многие зарубежные ученые приписывали ему честь открывателя вирусов, Бейеринк признал приоритет Ивановского.

Уже в 1898 году Ф. Лефлер и П. Фрош установили фильтруемость возбудителями ящура коров. Таким образом, они были первыми, кто показал, что вирусы могут поражать не только растения, но и животных. Это первое открытие вирусной природы широко распространенной и очень опасной зоонозной болезни парнокопытных позволило признать, что описанные в 1892-1906 гг. автономные элементарные тельца Э. Пашена и цитоплазматические включения Г. Гуарниери в эпителиальных клетках содержимого везикул и пустул (пузырьков) при натуральной оспе человека тоже вирусы - вне- и внутриклеточно располагающиеся, обособленные и сгруппированные в колонии. Такие же включения-колонии вирусов обнаружили в 1898-1903 гг. В. Бабеш и А. Негри в цитоплазме нейронов мозга погибших от бешенства животных.

Серия открытий новых вирусов пришлась на первое десятилетие XX века. Началась она с исследований Уолтера Рида (1851-1902), установившего в 1901 г. вирусную природу тропической желтой лихорадки. Так появилось представление о внешнем инкубационном периоде.

Семь лет спустя было доказано, что вирусными болезнями являются также полиомиелит (К. Ландштейнер и Э. Поппер), денге (П. Ашбери и Ч. Крейч) и лейкоз кур (В. Эллерман и О. Банг), который в то время считали простым «системным разрастанием кроветворной ткани». Через 3 года в 1911 г. Фрэнсис Раус (1879-1970), использовав все тот же метод фильтрации вытяжки тканей саркомы кур, привел неопровержимые доказательства наличия в ней онкогенного вируса, способного вызывать аналогичную опухоль у здоровых птиц. Это великое открытие было отмечено Нобелевской премией только спустя 55 лет в 1966 году. Благодаря исследованиям X. Арагана и Э. Пашен (1911-1917) была признана вирусная природа ветряной оспы, при которой в кожных высыпаниях закономерно выявляются элементарные тельца Арагана. Одновременно с ними Т. Андерсон и Дж. Гольдберг (1911) установили вирусную этиологию кори.

Первый шаг в направлении описания молекулярной структуры вирусов был сделан в 1935 году, когда В. Стенли получил кристаллы вируса тобачной мозаики (Нобелевской премия, 1946). Детально изучить тонкую структуру вирусов стало возможно в 50-60 гг. после усовершенствования электронного микроскопа.

В 1938 г. М. Тэйлор (M. Theiler, 1899-1972) получил ослабленную живую вакцину против жёлтой лихорадки (Нобелевская премия, 1951). Разработанная вакцина оказалась такой надёжной и эффективной, что используется до сегодняшнего дня.

Развитие вирусологии очень сильно зависело от разработки метода культур клеток, которые сначала появились в конце 20-х годов, а затем в 40-х годах были применены для исследования вирусов энцефалитов. В 1949 г. в ключевом эксперименте Эндерса, Уеллера и Роббинса было показано, что культуры клеток способны поддерживать рост вируса полиомиелита (Нобелевская премия, 1954). Это открытие возвестило о приходе эры современной вирусологии и послужило толчком к ряду исследований, которые в конечном итоге привели к выделению многих вирусов, вызывающих серьёзные заболевания у человека.

В 50-е и 60-е годы были выделены ряд энтеровирусов (Коксаки, ECHO) и респираторных (адено-, респираторно-синцитального) вирусов, что привело к тому, что были установлены причины большого числа болезней, вирусное происхождение которых до того момента лишь предполагали. Так, например, в 1953 году Блумберг открыл вирус гепатита B (Нобелевская премия, 1976) и создал против него первую вакцину. Параллельно с этими медицинскими исследованиями после 1952 г., когда Дульбекко применил к вирусам животных метод бляшек (Нобелевская премия, 1975), в количественную вирусологию вошли системы культур тканей. Метод бляшек был прямым продолжением исследований, проводившихся на бактериях и бактериофагах.

В 1950 г. А. Львов с сотрудниками открыл в Bacillus megaterium лизогенный бактериофаг и ввёл термин профаг (Нобелевская премия, 1965), Таким образом, выяснилось, что существуют умеренные и вирулентные фаги. Эта работа привела к исследованиям контроля экспрессии генов в прокариотических организмах, вылившихся в конце концов в концепцию оперона Жакоба и Моно. В 1952 г. А.Херши и М.Чейз показали, что генетический материал бактериофагов представлен ДНК.

Между тем вирусы продолжали оставаться важнейшими объектами при проведении молекулярно-генетических исследований. В 1972 г. Берг создал первые рекомбинантные молекулы ДНК, построенные на основе кольцевого ДНК-генома вируса SV40 с включением генов фага и галактозного оперона E.coli (Нобелевская премия, 1975). Эта работа дала начало технологии рекомбинантных ДНК. В 1977 стала известна первая полная нуклеотидная последовательность генома биологического объекта: Сэнгер с сотрудниками определили нуклеотидную последовательность генома фага OX174 (5375 нуклеотидов) (Нобелевская премия, 1980). В 1985 году в продажу поступил первый коммерческий генетически модифицированный организм: модифицированный вирус коровьей оспы для вакцинации против свиного герпеса (псевдобешенства). В 1990 году была осуществлена первая успешная попытка применения генотерапии в клинической практике: ребёнку, страдающему тяжёлым комбинированным иммунодефицитом, заболеванием связанным с дефектом гена аденозиндезаминидазы, была введена нормальная копия гена с использованием вектора, построенного на основе генома ретровируса.

Различают простые и сложные вирионы. Простые вирионы состоят из нуклеиновой кислоты, окруженной снаружи белковой оболочкой, которую называют капсидом (ящиком, футляром), сложные -- имеют дополнительную внешнюю оболочку (суперкапсид, пеплос).

Структура и химический состав простых вирионов. В состав простых вирусов, типичным представителем которых является вирус табачной мозаики, входят только капсидные белки, но у некоторых из них содержатся также геномные, или терминальные, ковалентно связанные с концом вирионной нуклеиновой кислоты и участвующие в регуляции вирусного генома.

Капсидные белки простоорганизованных вирионов обычно состоят из 1-3 вирусоспецифических белков (полипептидных цепей). При этом каждый из них обладает способностью к самосборке, в начале которой из идентичных полипептидных цепей образуются отдельные структурные элементы (субъединицы) или капсомеры белкового чехла, вслед за чем при их взаимодействии с нуклеиновой кислотой вириона происходит полное самопроизвольное формирование капсида. Количество капсомеров в капсиде вирусов варьирует от трех-шести десятков до многих сотен. У одних вирусов капсомеры имеют овальную или округлую форму, у других - пяти- или шестигранную.

По характеру расположения капсомеров вирусы делят на три группы: с кубическим, спиральным и смешанным типом симметрии. Большинство патогенных для человека вирусов имеет кубический тип симметрии. Спиральный тип симметрии нередко встречается среди вирусов растений. Смешанный тип симметрии для простых вирусов нетипичен.

Структура и химический состав сложных вирионов. Сложно устроенные вирусы в капсиде имеют много разновидностей белков. Кроме капсидных и геномных белков могут также содержать ферменты, участвующие в репликации и транскрипции вирусного генома, например ДНК- и РНК-полимеразы. Формирование их капсидов и нуклеокапсидов происходит тоже в процессе самопроизвольной сборки, но цикл полного образования сложных вирионов носит многоступенчатый характер. В суперкапсиде сложных вирусов, представляющем собой липидный бислой, в котором расположены пепломеры, превалируют гликопротеиды. Являясь типичными внутримембранными белками, они у большинства вирусов образуют поверхностные «шипы», длина которых достигает 5-10 нм. Чаще всего шипы построены из нескольких молекул идентичного белка, и те вирусы, которые имеют один гликопротеид, естественно, обладают одним типом шипов, при наличии в них двух гликопротеидов - двумя типами. Есть, однако, вирусы, имеющие 2-3 гликопротеида, формирующие один тип шипов.

Суперкапсидные вирусные гликопротеиды выполняют две основные функции: 1) распознают специфические клеточные рецепторы и взаимодействуют с ними, что дало повод называть их прикрепительными белками, и 2) обусловливают проникновение вируса в клетки, инициируя слияние его оболочек с клеточными мембранами, вследствие чего их называют белками слияния. Количество углеводов в гликопротеидах может достигать 10% общей массы вириона. Обычными сахарными остатками в них являются сахароза, фруктоза, манноза, галактоза, нейраминовая кислота. Углеводы гликопротеидов обеспечивают сохранение конформации белка и его устойчивость к протеазам.

Размещено на Allbest.ru