Вирусы — это неклеточные формы жизни. Они являются облигатными (обязательными) внутриклеточными паразитами, т. е. вирусы могут функционировать, только попав внутрь бактериальной или эукариотической клетки.
Первооткрыватель вирусов Д. И. Ивановский еще в 1892 г. выявил два их основных свойства — они столь малы, что проходят через фильтры, задерживающие бактерии, и их невозможно, в отличие от клеток, выращивать на искусственных питательных средах. Вирусы (их размеры от 20 до 300 нм) удалось увидеть лишь с помощью электронного микроскопа в 30-х годах XX в.
ДМИТРИЙ ИОСИФОВИЧ ИВАНОВСКИЙ (1863—1920) — отечественный ученый. Открыл проходящий через фильтр (в отличие от бактерий) возбудитель болезни табака (табачной мозаики). Это был первый из описанных вирусов.
По остроумному определению Нобелевского лауреата П. Медавара вирусы — «это плохие новости в упаковке из белка». В значительной степени это действительно так: ведь попавшие в клетку вирусные гены — «плохие новости» — приводят к нарушению нормальных процессов в клетке, в ряде случаев к ее гибели, а также к заболеванию всего организма. Недаром свое название вирусы получили от латинского слова «вирус» — яд.
Ни один из известных вирусов не способен к самостоятельному существованию. Лишь попав в клетку, генетический материал вируса воспроизводится, переключая работу клеточных биохимических конвейеров на производство вирусных белков: как ферментов, необходимых для репликации вирусного генома — всей совокупности его генов, так и белков оболочки вируса. В клетке же происходит и сборка из нуклеиновых кислот и белков многочисленных потомков одного попавшего в нее вируса.
Отдельные вирусные частицы — вирионы представляют собой симметричные тела, состоящие из повторяющихся элементов. Внутри каждого вириона находится генетический материал, представленный молекулами ДНК или РНК. Есть вирусы, содержащие одну молекулу двухцепочечной ДНК в кольцевой или линейной форме; вирусы с одноцепочечной кольцевой ДНК; одноцепочечной или двухцепочечной РНК; содержащие две идентичные одноцепочечные РНК.
Генетический материал вируса окружен капсидом — белковой оболочкой, защищающей его как от действия нуклеаз — ферментов, разрушающих нуклеиновые кислоты, так и от воздействия ультрафиолетового излучения. Кроме того, капсид обеспечивает прикрепление вируса к поверхности клеточной мембраны, так как содержит молекулы, с которыми взаимодействуют рецепторы мембран клетки. Капсиды состоят из многократно повторенных полипептидных цепей одного или нескольких типов белков.
Большинство вирионов имеет форму палочек или правильных многогранников. У вирионов в форме палочек в центре находится спирально закрученная нуклеиновая кислота. Капсид состоит из идентичных субъединиц белка, расположенных вдоль молекулы нуклеиновой кислоты. Такое строение имеет большинство вирусов, поражающих растения, и некоторые вирусы бактерий, так называемые бактериофаги или просто фаги. Так, например, первый из описанных вирусов, вирус табачной мозаики (ВТМ), содержит спиральную молекулу РНК, заключенную в белковый капсид, состоящий из 2130 идентичных полипептидных субъединиц (рис. 26).
Рис. 26. Вирус табачной мозаики.
Слева — электронно-микроскопическая фотография, справа — модель, на которой показана спиральная укладка белковых субъединиц воеруг молекулы РНК
У большей части вирусов, вызывающих болезни человека и животных, капсид почти всегда имеет форму икосаэдра — правильного двадцатигранника с двенадцатью вершинами и гранями из равносторонних треугольников.
Существуют вирусы и с более сложным строением. Некоторые фаги, помимо икосаэдрической головки, содержащей генетический материал, имеют полый цилиндрический отросток, окруженный чехлом из сократительных белков и заканчивающийся площадкой с шестью короткими выростами и шестью длинными фибриллами — нитями (рис. 27). Такая сложная конструкция обеспечивает впрыскивание генетического материала внутрь бактериальной клетки.
Рис. 27. Схематическое изображение фага
Многие вирусы, помимо белкового капсида, имеют еще и внешнюю оболочку. Кроме вирусных белков и гликопротеинов (белков, связанных с углеводами), она содержит еще и липиды, позаимствованные из плазматической мембраны клетки хозяина. Вирус гриппа — пример спирального вириона с оболочкой в виде правильного многогранника. Его геном составляют восемь разных фрагментов одноцепочечной РНК.
Две одинаковые одноцепочечные молекулы РНК внутри белкового капсида содержат некоторые онкогенные (опухолеродные) вирусы. Они имеют еще и внешнюю оболочку, состоящую из двойного липидного слоя плазматической мембраны клетки-хозяина, а также белков и гликопротеинов вирусного происхождения. Такое же строение имеет вирус иммунодефицита человека (ВИЧ), вызывающий синдром приобретенного иммунного дефицита (СПИД). Из онкогенных вирусов первым был открыт вирус саркомы Рауса, вызывающий злокачественные опухоли у кур. Изучение механизма трансформации клетки, т. е. превращения из нормальной в раковую, привело в 1970 г. американских ученых Г. Темина и Д. Балтимора к открытию явления обратной транскрипции. Вирус саркомы Рауса содержит фермент, называемый обратной транскриптазой. Этот фермент осуществляет синтез двуцепочечной ДНК, используя в качестве матрицы одноцепочечную вирусную РНК. Образовавшаяся молекула ДНК может встроиться в хромосому клетки-хозяина. Такой процесс встраивания в хромосомную ДНК называют интеграцией. Вирусный геном в форме интегрированной ДНК, синтезированной по проникшей в клетку вирусной РНК с помощью обратной транскриптазы, называют провирусом. Провирус становится частью генетического материала клетки, реплицируется вместе с клеточной ДНК и при делении передается дочерним клеткам. В скрытой форме провирус может пребывать бесконечно долгое время, переходя от родителей к потомкам через сперматозоид или яйцеклетку. Канцерогенные, т. е. приводящие к раку, факторы, такие, как рентгеновские лучи, табачный дым, асбестовая пыль, некоторые продукты переработки нефти, бензол и др., могут активировать провирус в отдельных клетках. В них образуются вирусные РНК и белки, происходит злокачественная трансформация.
РНК-содержащие вирусы, являющиеся первопричиной злокачественной трансформации, называют онкогенными ретровирусами (от лат. «ретро» — обратно, назад), потому что обратная транскрипция является необходимым этапом в их размножении. К ретровирусам относят и возбудитель СПИДа. Он внедряется в центральные клетки иммунной системы Т-лимфоциты, так как на их поверхности есть рецепторы, способные связываться с белками внешней оболочки ВИЧ. Иммунная система человека утрачивает свои защитные свойства и оказывается не в состоянии противостоять возбудителям различных болезней. ВИЧ передается при половом контакте, через зараженную кровь (совместное пользование загрязненными иглами для введения наркотиков, переливание непроверенной крови, случайный контакт медицинских работников с кровью больного), от матери к плоду во время беременности или новорожденному при родах. Средняя продолжительность жизни инфицированного человека составляет 7—10 лет.
При нормальной транскрипции вирусной ДНК, интегрированной в хромосому клетки, могут транскрибироваться и расположенные рядом гены самой клетки. После обратной транскрипции вирусной РНК эти гены могут встраиваться в хромосомы другого организма и оказываться в необычном для них окружении. Тем самым ретровирусы могут не только привносить в организмы дополнительную генетическую информацию, но и изменять работу генов хозяина. Ретровирусы могут переносить гены между клетками одного организма, между организмами как одного, так и разных видов или классов, когда половая гибридизация исключена. Сегодня вирусы рассматривают не только как возбудителей инфекционных болезней, но и как переносчиков генетической информации между видами. Кроме того, сам факт попадания вируса в живую клетку и перестраивание ее биохимических конвейеров на создание вирусного потомства если и не убивает клетку, то не проходит для нее бесследно. Разрывы хромосом, изменения в порядке расположения генов, а также изменения в самих генах остаются в «генетической памяти» клеток, посещенных незваными пришельцами.
- Чем определяется разнообразие форм вирионов?
- Какое влияние оказывают вирусы на организмы, в которых они паразитируют?
источник
Экспрессия и репликация вирусного генома
Требования и ограничения
В ходе эволюции вирусов сложилось несколько стратегий, обеспечивающих: а) организацию вирусных генов и их кодирующую функцию, б) экспрессию вирусных генов, в) репликацию вирусных геномов и г) сборку и созревание вирусного потомства.
Прежде чем мы рассмотрим каждое из этих положений в деталях, стоит напомнить, что ключевым моментом в репликации вирусов является использование для синтеза вирусных белков хозяйских структур, синтезирующих белки клетки. Независимо от размеров, состава и организации своего генома вирус должен предоставить белоксинтезирующему аппарату эукариоти-ческой клетки информационную РНК, которую клетка должна распознать и транслировать. В этом отношении клетка навязывает вирусу два ограничения.
Во-первых, клетка синтезирует в ядре свою собственную мРНК путем транскрипции своей ДНК и последующего постранскрипционного процессинга транскрипта. Поэтому в клетке: а) ни в ядре, ни в цитоплазме нет фер* ментов, необходимых для транскрипции мРНК с вирусного РНК-генома, и б) в цитоплазме нет ферментов, способных транскрибировать вирусную ДНК. В связи с этим клеточную транскриптазу для синтеза вирусных мРНК могут использовать только вирусы, содержащие ДНК и способные проникать в ядро. Все другие вирусы вынуждены создавать собственные ферменты для синтеза мРНК.
Второе ограничение состоит в том, что синтезирующий аппарат эукариотических клеток приспособлен только для трансляции моноцистронных мРНК, так как он не распознает внутренних участков инициации в мРНК. В результате вирусы вынуждены синтезировать либо отдельные мРНК для каждого гена (функционально моноцистронная мРНК), либо мРНК, включающую несколько генов и кодирующую большой «полипротеин», который затем разрезается на индивидуальные белки.
Вирусные гены кодированы либо в РНК, либо в ДНК, которые могут быть либо одно-, либо двухцепочечными. Кроме того, геномы могут быть либо монолитными, когда все гены вируса содержатся в одной хромосоме, либо состоять из раздельных блоков, которые все вместе и составляют геном вируса. Во избежание ошибок мы обозначаем как «геномную» только нуклеиновую кислоту, которая заключена в вирионах.
Для удобства сначала лучше обсудить РНК-содержащие вирусы, фокусируя внимание прежде всего на функции геномной РНК.
Вирусы с одноцепочечной РНК можно подразделить на три группы. В первую группу входят пикорнавирусы и тогавирусы. Их геномы выполняют две функции (рис. 5.2 и 5.3). Во-первых, они функционируют как мРНК. Вирусы, геном которых может служить в качестве мРНК, принято называть вирусами с позитивным геномом. РНК пикорнавирусов после проникновения в клетку связывается с рибосомами и полностью транслируется. Затем продукт этой трансляции — полипротеин — расщепляется. Во-вторых, геномные РНК выполняют функцию матрицы для синтеза на ней комплементарных минус-цепей при участии полимеразы, появившейся в результате расщепления полипротеина. Образуется двуспиральная репликативная форма. На ее минус-цепях синтезируются новые плюс-цепи, которые могут использоваться в качестве а) мРНК, б) матриц для синтеза новых минус-цепей и в) составной части вирусных частиц потомства.
Тогавирусы и ряд других вирусов с позитивным геномом отличаются от пикорнавирусов в одном отношении: для трансляции в первом цикле синтеза белков доступна только часть их геномной РНК. Вероятной функцией образующихся при этом белков является способность транскрибировать геномную РНК. Они осуществляют синтез минус-цепи, которая в свою очередь служит матрицей для синтеза двух различных по размеру классов молекул плюс-РНК. В клетках, зараженных тогавирусами, РНК первого класса представлены небольшими молекулами мРНК, фланкирующими участок геномной РНК, который не транслировался в первом цикле. Образующиеся на них полипротеины расщепляются на белки, которые играют структурную роль в вирионах. Плюс-РНК второго класса состоит из полноразмерных цепей, которые упаковываются в вирионы.
Главным в репликации вирусов с позитивным геномом является способность геномной РНК служить в качестве мРНК после заражения. Это имеет двоякие последствия. Во-первых, ферменты, ответственные за репликацию генома, синтезируются после заражения, и нет необходимости в их внесении в зараженную клетку вместе с вирионом. Вот почему «голая» РНК, экстрагированная из вирионов, инфекционна. Во-вторых, так как все позитивные геномы относятся к монолитным и все их гены сосредоточены в одной хромосоме, первичный продукт трансляции обеих РНК (как геномной, так и мРНК) обязательно представляет собой единый белок. Продукты трансляции пикорнавиру-сов и тогавирусов должны быть затем расщеплены на индивидуальные белки, которые и обнаруживаются в вирионе или в зараженной клетке.
РНК-содержащие вирусы с негативным геномом: ортомиксовирусы, парамиксовирусы, буньявирусы, аренавирусы и рабдовирусы.
Их геномная РНК выполняет две матричные функции: во-первых, для транскрипции и, во-вторых, для репликации. В связи с тем что для синтеза мРНК должен транскрибироваться вирусный геном, а в клетках соответствующие ферменты отсутствуют, все вирусы с негативным геномом содержат в вирионе кроме вирусного генома транскриптазу. Транскрипция вирусного генома — первое событие после проникновения вируса в клетку, в результате которого накапливаются функционально активные моноцистронные мРНК [позитивные, или плюс-цепи], кодирующие один белок. Репликацию начинают новосинтезированные вирусные белки, катализирующие образование полной плюс-цепи, которая служит матрицей для синтеза геномной минус-РНК (рис. 5.4).
Главное в репликации вирусов с негативным геномом заключается в том, что геномная РНК функционирует как матрица и для транскрипции, и для репликации. Отсюда следует, что, во-первых, вирус должен внести с собой в зараженную клетку транскриптазу; во-вторых, «голая» РНК, экстрагированная из вирионов, неинфекционна; в-третьих, синтезируемые мРНК имеют длину одного гена, они кодируют один белок — единичный полипептид. Присутствие сигналов сплайсинга в определенных участках может обеспечить формирование нескольких мРНК (каждая из которых кодирует особый белок) с одного и того же участка генома. Следовательно, плюс-транскрипт, функционирующий в качестве мРНК, отличается от плюс-РНК, служащей матрицей для вирусного потомства, хотя и первый, и вторая синтезируются на геномной РНК. Кроме РНК-транскриптазы в репликации вирусной РНК участвуют вирусиндуцированнные: репликаза 1 (обрзование репликативной формы) и репликаза 2 (синтез вирионных -нитей).
Размножение ортомиксовирусов и парамиксовирусов.
Ортомиксовирусы (вирусы гриппа А; В;С) генм представлен не одной а набором односпиральных РНК (грипп птиц и человека 8-7фрагментов). В структуре вириона:
– РНК зависимая РНК полимераза (синтез +нитей,
– две разновидности РНК полимераз
РНК транскриптаза (синтез +нитей в начале инфекции,
РНК репликаза ( – нитей в конце инфекции)
Ретровирусы входят в третью группу РНК-содержащих вируссов.
Характерно, что геномы ретровирусов монолитны, но имеют диплоидную структуру, и обе цепи либо частично соединены водородными связями друг с другом, либо спарены неизвестным до настоящего времени образом. Единственная известная функция геномной РНК — матричная функция для синтеза вирусной ДНК. Поскольку эукариотические клетки не имеют для этого соответствующих ферментов, вирион кроме генома содержит еще и РНК-зависимую ДНК-полимеразу (обратную транскриптазу 1), а также смесь тРНК хозяина, одна из которых служит в качестве затравки. В цикле репродукции можно выделить следующие ключевые ступени: а) связывание комплекса тРНК —обратная транскриптаза с геномной РНК; б) синтез ДНК-копии, комплементарной по отношению к РНК, с переходом полимеразы с одной молекулы РНК-матрицы на другую, что приводит к образованию кольцевой одноцепочечной молекулы ДНК, связанной водородными связями с линейной геномной РНК; в) расщепление геномной РНК нуклеазой, атакующей только РНК в ДНК—РНК-гибридах (рибонуклеазои Н, также содержащейся в вирионе), и г) синтез комплементарной копии вирусной ДНК. Затем кольцевая двухцепочечная ДНК перемещается в ядро, где интегрирует с геномом хозяина, но последующая экспрессия вирусных генов не обязательна. Если экспрессия происходит, то интегрированная.вирусная ДНК транскрибируется транскриптазой клетки-хозяина. Продуктами транскрипции являются молекулы РНК, как равные по длине молекуле генома, так и более короткие мРНК-транскрипты нескольких соседних генов, которые транслируются с образованием полипротеинов. Полипротеины затем расщепляются на отдельные вирусные белки. В состав вирионов включаются только транскрипты, содержащие весь геном.
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:
источник
10.1. Характеристика классов ДНК- и РНК-вирусов
10.1.2. Вирусы, содержащие одноцепочечную ДНК (класс II)
10.1.3. Вирусы, содержащие двухцепочечную РНК (класс III)
10.1.4. Вирусы, содержащие плюс-РНК цепь (класс IV)
10.1.5. Вирусы, содержащие «минус»- цепь РНК (класс V)
10.1.6. Ретровирусы (класс VI)
10.3. Прионовые инфекции (слайд 10.3)
10.1. ХарактеристикаклассовДНК- иРНК-вирусов
Вирусы подразделяются на 6 классов по строению нуклеиновой кислоты:
Класс I – вирусы, содержащие двух цепочечную ДНК.
Класс II – вирусы, содержащие одно цепочечную ДНК.
Класс III – вирусы, содержащие двух цепочечную РНК.
Класс IV – вирусы, содержащие «плюс»-цепи РНК.
Класс V – вирусы, содержащие «минус»-цепи РНК.
Класс VI – вирусы, содержащие обратную транскриптазу (ретровирусы) (слайд 10.4).
10.1.1. Вирусы, содержащиедвухцепочечнуюДНК(классI)
Герпесвирусы. Семейство Herpesviridae .
Двухнитевая ДНК, икосаэдральный нуклеокапсид, волокнистая оболочка. Значительная часть герпесвирусов способны вызывать острые и латентные инфекции, а также обладает онкогенным потенциалом (слайд
Herpes labialis . Вызывает первичный герпетический гингивостоматит. Вирус Эпштейна-Барр вызывает инфекционный мононуклеоз – острое инфекционное заболевание, поражающее лимфоидную ткань всего организма. Этот вирус постоянно выделяют из клеток двух видов опухолей
человека – лимфомы Беркитта и карциномы носоглотки (слайд 10.6). Генитальный герпес. Ветряная оспа, опоясывающий лишай.
Паповавирусы. Семейство Papovaviridae .
Икосаэдральный капсид, без оболочки, ДНК циклическая, замкнутая, двухнитевая. Средний размер около 45 нм (слайд 10.7).
Свое наименование паповавирусы группа получила от названий трех вирусов: вируса папилломы, вируса полиомы и вакуолизирующего обезьяньего вируса, тип 40 (SV40). Вызывают папилломы и полиомы у млекопитающих и человека. SV40 иногда заражает клетки человека.
Микробиология с основами вирусологии. Конспект лекций
ЛЕКЦИЯ № 10. КЛАССИФИКАЦИЯ ВИРУСОВ
10.1. Характеристика классов ДНК- и РНК-вирусов
Папилломавирусы (род Papillomavirus ) вызывают поражения кожных покровов и слизистых оболочек. Возбудитель передается при контакте через микротравмы на коже. Вирус бородавок человека, как и вирусы папиллом животных, вызывает лишь доброкачественную пролиферацию эпидермиса.
Полиомавирусы (род Polyomavirus ) включают группу вирусов, патогенных для животных и человека. Инфицируют почки и головной мозг
SV40 – обезьяний вирус – вызывает нефриты.
Аденовирусы . Семейство Adenoviridae .
Впервые выделены Роу в 1953 г. из тканей миндалин и аденоидов у детей. Икосаэдральный голый капсид, ДНК линейная, двухнитевая. Средний размер вириона 60-90 нм (слайд 10.9).
Наиболее часто вызывают ОРВИ, протекающие по типу гриппоподобных поражений; конъюнктивиты, гастроэнтериты. Аденовирусные инфекции человека достаточно широко распространены. Основные пути передачи – воздушно-капельный и контактный.
Поксвирусы . Семейство Poxviridae .
Объединяет крупные и сложные вирусы, разделяемые на подсемейства: Chordopoxvirus (вирусы оспы позвоночных) и Entomopoxvirus (вирусы оспы насекомых).
Геном – двухнитевая ДНК. Оболочки нет. Частицы вирусов натуральной оспы (variola) и коровьей оспы (vaccinia) имеют вид округленных блоков 250-390 × 200-260 нм. Они состоят из внутреннего тельца, содержащего ДНК, двойного слоя, содержащего белок, эллиптических белковых телец и наружной мембраны. Частицу обвивают плотно прилегающие к ней нити (слайд 10.10).
Эти вирусные частицы очень устойчивы к высыханию и поэтому чрезвычайно инфекционны.
Все стадии размножения поксвирусов происходят только в цитоплазме. Молекулярный вес ДНК таких вирусов больше, чем у любого другого вируса животных, и репродукция данного вируса связана с инициацией активности самых разнообразных ферментов.
Наиболее важным для человека является вирус натуральной оспы, который вызывает одно из древнейших инфекционных заболеваний. Все поксвирусы имеют общий антиген, поэтому людей вакцинируют вирусом, полученным от коров, который у людей вызывает весьма слабые симптомы болезни (слайд 10.11).
Гепаднавирусы . Семейство Hepadnavir >.
В семейство включены икосаэдральные вирусы с оболочкой, ДНК – неполная (с разрывом одной цепи) двухнитевая, кольцевая.
Типовой род Hepadnavirus , включает возбудителя гепатита В человека. Орган-мишень инфекции – печень, доминирующий симптом – желтуха. олезнь может протекать в осложненной и хронической форме. Вызывает осложнения – цирроз печени (слайд 10.12).
Микробиология с основами вирусологии. Конспект лекций
ЛЕКЦИЯ № 10. КЛАССИФИКАЦИЯ ВИРУСОВ
10.1. Характеристика классов ДНК- и РНК-вирусов
Вирус гепатита В – основная причина одной из самых распространенных формы рака – первичного рака печени. Особенность вируса гепатита В состоит в том, что сам по себе он не убивает клетки печени. Заболевание является следствием иммунной атаки организма на собственные клетки печени (слайд 10.13).
Пути передачи – парентеральный (через кровь), половой и вертикальный (от матери к плоду), а также бытовые контакты с больным или хроническим носителем инфекции. Для детей гепатит В представляет особенную опасность, так как будучи перенесенным в раннем возрасте, он в 50-95% случаев переходит в хроническую форму.
10.1.2. Вирусы, содержащиеодноцепочечнуюДНК(классII)
Парвовирусы . Семейство Parvoviridae .
Мелкие вирусы, без оболочки. Икосаэдральный капсид, ДНК однонитевая. Диаметр около 20 нм. Геном представлен одноцепочечной ДНК с молекулярным весом всего 1,5×10 6 дальтон. Размножение, по-видимому, полностью зависит от соответствующих систем клетки-хозяина (слайд 10.14).
Существует два основных класса парвовирусов – автономные и дефектные. Все до сих пор известные автономные парвовирусы – это вирусы грызунов; для транскрипции, репликации и других функций эти вирусы используют соответствующие ферменты клетки-хозяина. Дефектные парвовирусы – «аденоассоциированные» – размножаются лишь в клетках, которые заражены одновременно аденовирусом вирусами (слайд 10.15).
Парвовирусы вызывают аномалии развития у эмбрионов и дефекты растущих тканей у новорожденных. Они вызывают также нарушения функции кишечника. К парвовирусам относится возбудитель инфекционной эритемы (слайд 10.16).
10.1.3. Вирусы, содержащиедвухцепочечнуюРНК(классIII)
Вирусы данного класса были обнаружены у плесеней, высший растений, насекомых и позвоночных животных. Ни один из этих вирусов не содержит липидов. Их капсиды состоят из двух слоев – внутреннего (сердцевины) и наружного, образующего оболочку вокруг сердцевины. В сердцевине находится множество сегментов двухцепочечной РНК.
Реовирусы . Семейство Reoviridae .
Семейство объединяет голые вирусы 78-80 нм в диаметре; капсид икосаэдрический. Геном фрагментарный, образован двухнитевой РНК, состоящей из 10-11 отдельных сегментов (слайд 10.17).
Патогенны для позвоночных, насекомых и растений. Вызывают респираторные инфекции, инфекции ЖКТ, клещевую лихорадку.
Микробиология с основами вирусологии. Конспект лекций
ЛЕКЦИЯ № 10. КЛАССИФИКАЦИЯ ВИРУСОВ
10.1. Характеристика классов ДНК- и РНК-вирусов
10.1.4. Вирусы, содержащиеплюс-РНКцепь(классIV)
Пикорнавирусы . Семейство Picornavir >.
Относительно небольшие безоболочечные вирусы с икосаэдральной симметрией. Средний размер частиц 22-30 нм (слайд 10.18).
Включает вирус полиомиелита, энтеровирусы, устойчивые к низким значениям рН ( А – инфекционное заболевание, проявляющегося желтухой, которая вызвана вирусным поражением печени (слайд 10.20). Передается фекально-оральным путем, с загрязненной водой и продуктами. Источниками инфекции являются заболевшие люди. Возбудитель был открыт в 1973 г. Отличается высокой устойчивостью к факторам внешней среды и дезинфекционным средствам. После перенесения вирусного гепатита А развивается пожизненный иммунитет. Существует вакцина.
Тогавирусы . Семейство Togaviridae .
Сферические оболочечные вирусы с икосаэдральным нуклеокапсидом. Средняя величина 45-75 нм (слайд 10.21).
Вызывают арбовирусные инфекции – обязательно наличие членистоногого переносчика (комары, клещи). Для сохранения популяции наибольшее значение имеют позвоночные (птицы, млекопитающие).
Серологически тогавирусы делятся на две группы (А и В), которые в настоящее время называются альфавирусами и флавивирусами соответственно.
Альфавирусы – вирусы энцефалита лошадей.
Флавивирусы . Семейство Flaviviridae .
Включает роды Rubivirus – вирус краснухи, Hepacivirus – вирусы гепатита С, G и флавивирусов. В последний входит 63 вируса, разделяемых на 4 антигенные группы: клещевого энцефалита (переносчик – клещи рода Ixodes ), японского энцефалита, желтой лихорадки и др (слайд 10.22).
40 % гепатитов, возникающих при переливании донорской крови, обусловлены вирусом гепатита С . У 5-20 % носителей в течение 5-7 лет развивается цирроз печени, переходящий в рак печени. Вирус отличается высокой скоростью мутации. Быстро меняющееся “антигенное лицо” антитела не узнают и не могут уничтожить вирус. Часто приводит к хроническому носительству. Вакцины не существует.
Коронавирусы . Семейство Coronaviridae .
Объединяет оболочечные вирусы, круглой или овальной формы, диаметром 50-220 нм. Нуклеокапсид спиральный; геном образует (+)РНК. Для человека патогенны кишечные и респираторные коронавирусы (слайд
Тяжёлый острый респираторный синдром (ТОРС), более известен как атипичная пневмония или SARS. Первый случай этого заболевания был
Микробиология с основами вирусологии. Конспект лекций
ЛЕКЦИЯ № 10. КЛАССИФИКАЦИЯ ВИРУСОВ
10.1. Характеристика классов ДНК- и РНК-вирусов
зафиксирован в ноябре 2002 г. в китайской провинции Гуандун. Уровень смертности от ТОРС – около 10 %.
Калицивирусы . Семейство Caliciviridae .
Семейство объединяет вирусы с голым икосаэдральным капсидом.
В состав семейства входят вирусы насекомых, рыб, земноводных, птиц
и млекопитающих. К семейству калицивирусов некоторое время относили и вирус гепатита Е , однако сейчас данное таксономическое положение этого вируса оспаривается.
Калицивирусная инфекция кошек, или калицивироз – очень заразная вирусная остропротекающая болезнь кошек с преимущественным поражением респираторных органов и ротовой полости (слайд 10.24).
10.1.5. Вирусы, содержащие«минус»- цепьРНК(классV)
Ортомиксовирусы . Семейство Orthomyxovir >.
Оболочечные вирусы, средний размер вирионов – 80-120 нм. Тип симметрии – спиральный. Геном сегментированный, состоящий из ряда отдельных минус-цепей РНК (слайд 10.25).
Род Influenzavirus включает два вида – вирусы гриппа А и В . Оба считаются высококонтагиозными возбудителями ОРВИ, часто приобретающими характер эпидемий. Наибольшую опасность представляют вирусы гриппа А .
Парамиксовирусы . Семейство Paramyxoviridae .
Оболочечные вирусы со спиральной симметрией. Геном – линейная однонитевая РНК цепь. Средний размер вириона 100-800 нм.
Включает возбудителей эпидемического паротита (свинка), парагриппа, вирусы кори (слайд 10.26).
Рабдовирусы . Семейство Rhabdoviridae .
Форма капсида пулевидная, имеется оболочка, спиральный тип симметрии. Средние размеры вириона 180×75 нм (слайд 10.27).
Включает более 60 вирусов, инфицирующих млекопитающих, рыб, насекомых и растения. Для человека наибольшую опасность представляет вирус бешенства – острая инфекция ЦНС, сопровождающаяся дегенерацией нейронов головного и спинного мозга; летальность 100 %.
Вирус везикулярного стоматита (ВВС) патогенен для крупного рогатого скота. Возбудители ВВС размножаются в организме комаров, которые и являются переносчиками.
Буньявирусы . Семейство Bunyaviridae .
Считается крупнейшим по количеству входящих в него вирусов (около 250). Большинство членов семейства – арбовирусы, а также природноочаговые. Симметрия спиральная. Все сферические, оболочечные с тремя нуклеокапсидами, каждый из которых содержит три отдельных сегмента РНК. В состав большинства входит РНК-зависимая РНК-полимераза (слайд
Микробиология с основами вирусологии. Конспект лекций
ЛЕКЦИЯ № 10. КЛАССИФИКАЦИЯ ВИРУСОВ
10.1. Характеристика классов ДНК- и РНК-вирусов
Круг позвоночных хозяев: грызуны, птицы, жвачные. Переносчики возбудителей – комары Culicinae , иксодовые клещи, москиты. Патогенные для человека виды вызывают лихорадки (в т. ч. геморрагические) и энцефалиты (калифорнийский энцефалит).
Аренавирусы . Семейство Arenaviridae .
В состав семейства включены округлые или полиморфные оболочечные вирусы. Спиральный тип симметрии (слайд 10.29).
Основной хозяин – грызуны, человек – тупиковый хозяин инфекционного цикла. Типовой вид – вирус лимфоцитарного хориоменингита (ЛХМ). Патогенные для человека виды вызывают тяжелые геморрагические лихорадки с высокой летальностью и гриппоподобные поражения.
К семейству относится вирус гепатита дельта. Гепатит D встречается только в комбинации с инфекцией вирусом гепатита В , поскольку одним из компонентов вируса является белок вируса гепатита В . Часто приводит к смертельному исходу. Вакцины нет.
Филовирусы . Семейство Filoviridae .
Включает род Filovirus , объединяющий оболочечные палочковидные ветвящиеся вирусы со спиральным нуклеокапсидом. Средний размер: диаметр 80 нм и длина от 790 нм (вирус Марбург) до 970 нм (вирусы Эбола и Рестон) (слайд 10.30).
Для человека патогенны вирусы Марбург и Эбола. Вызывают тяжелые геморрагические лихорадки, сопровождающиеся тяжелой интоксикацией, сыпью, подкожными и внутренними кровоизлияниями, массивными кровотечениями. Смертность при заболевании вирусом Марбург достигает 25-30% от числа заболевших, а при заболевании вирусом Эбола — до 80-90%.
Ретровирусы . Семейство Retroviridae .
Вирусы покрыты оболочкой. Геном образован однонитевой (+)РНК, образующей комплекс из двух идентичных субъединиц. Тип симметрии спиральный или икосаэдральный (слайд 10.31).
В вирионе ретровирусов содержится РНК, однако внутри клетки они существуют в виде ДНК, интегрированной с геномом клетки-хозяина. Размножаясь путем почкования, подобно многим другим РНКвирусам, поддерживают продуктивную инфекцию, не вызывая гибели клетки-хозяина.
Характерная особенность семейства – наличие обратной транскриптазы (РНК-зависимая ДНК-полимераза).
Обнаружено много самых разнообразных ретровирусов, однако патогенностью для человека обладает ограниченная группа.
Подсемейства Oncovirinae – содержит группу онковирусов. Некоторые из них способны вызывать злокачественные опухоли. Лучше других изучены вирус саркомы Рауса и вирусы, вызывающие лейкозы у кур и мышей (слайд
Микробиология с основами вирусологии. Конспект лекций
ЛЕКЦИЯ № 10. КЛАССИФИКАЦИЯ ВИРУСОВ
10.1. Характеристика классов ДНК- и РНК-вирусов
Spumavirinae – «пенящие» вирусы, синцитиальные вирусы. Lentivirinae – «медленные» ретровирусы, вирусы иммунодефицита
Вирус иммунодефицита человека
СПИД – завершающая стадия хронической инфекции, вызываемой вирусом иммунодефицита человека (ВИЧ). В нашей стране регистрируют ВИЧ-инфекцию вне зависимости от стадии. Всемирная организация здравоохранения лишь ВИЧ-инфекцию в стадии СПИД (слайд 10.33).
В настоящее время выделено 2 типа вируса иммунодефицита человека
ВИЧ-1 – это основной возбудитель ВИЧ-инфекции; основные места распространения – Северная и Южная Америка, Европа и Азия.
ВИЧ-2 – это менее вирулентный аналог ВИЧ-1, редко вызывает типичные проявления синдрома приобретенного иммунодефицита и не так широко распространен. Место распространения – преимущественно Западная Африка.
Кроме того, был обнаружен вирус иммунодефицита обезьян (ВИО). Впервые СПИД был официально зарегистрирован Центром по
контролю заболеваний США 5 июня 1981 года. Ретроспективный анализ сывороток, хранящихся в Национальном Центре контроля инфекционных заболеваний, показал, что первые случаи синдрома приобретенного иммунодефицита у человека относятся к 50-м годам нашего столетия, и что заболевание возникло в Африке, а затем распространилось на территории Европы и США.
По данным Всемирной организации здравоохранения на конец 2000 года со времени открытия вируса иммунодефицита человека от СПИДа умерло почти 22 млн. человек, число инфицированных превысило 36 млн. Сейчас можно говорить о пандемии ВИЧ-инфекции.
Строение ВИЧ сложнее, чем у большинства других РНК-содержащих вирусов. Зрелые вирионы достигают в диаметре 100-140 нм. Вирусная частица, обычно сферической формы, одета оболочкой из фосфолипидов, которые она заимствует от клетки-хозяина. В этот фосфолипидный слой наружной оболочки встроены особые белки – гликопротеины: gp 120 КДа и gp 41 КДа.
ВИЧ может поражать Т-лимфоциты-хелперы, микрофаги и особые поддерживающие клетки мозга (нейроглию). Мишенью для вируса становятся клетки, на фосфолипидной мембране которых имеется особый белок – рецептор CD4. Белок gp 120 узнает в оболочке вируса этот рецептор и связывается с ним. В результате такого взаимодействия клетка, имеющая рецептор CD4, начинает втягивать в себя вирус (слайд 10.34).
Наличие в зараженной клетке генов вируса может долгое время никак не сказываться на ее жизнедеятельности. Инкубационный период значительно варьирует; в среднем он продолжается около 10 лет. Однако в дальнейшем значительная часть таких клеток разрушается.
Микробиология с основами вирусологии. Конспект лекций
ЛЕКЦИЯ № 10. КЛАССИФИКАЦИЯ ВИРУСОВ
10.1. Характеристика классов ДНК- и РНК-вирусов
Больной, зараженный ВИЧ, становится беззащитным перед возбудителями различных инфекции. Одним из наиболее ранних признаков заболевания является поражение органов иммунной системы, в частности, лимфатических узлов. Они увеличиваются в размерах, меняется их строение.
При ВИЧ-инфекции отмечается не только уменьшение количества Т- лимфоцитов, но и нарушается их функция. Одновременно происходит поликлональная активация B-лимфоцитов. В крови повышается общее содержание иммуноглобулинов и циркулирующих иммунных комплексов, а также появляются антитела к лимфоцитам. Возникают серьезные аутоиммунные процессы (слайд 10.35).
ВИЧ не стоек во внешней среде. Он инактивируется при нагревании в течение 30 мин. при температуре 54 ° С, при кипячении в течение 1-5 мин., а также при резком изменении рН среды. ВИЧ быстро погибает под воздействием дезинфектантов, относительно устойчив к ультрафиолетовым лучам и ионизирующей радиации.
Для ВИЧ характерна выраженная мутационная изменчивость. Она объясняется ошибками переписывания РНК в ДНК с помощью вирусной обратной транскриптазы. Система коррекции таких «генетических» ошибок у вируса отсутствует.
Источником инфекции является больной человек или бессимптомный вирусоноситель. Передача заболевания происходит половым путем, трансплацетарно (вертикально) от матери к плоду, а также парентерально.
Установлено, что ВИЧ не распространяется при механических контактах или воздушно-капельным способом. Возможная роль насекомых как переносчиков вируса не подтвердилась.
Лечение. Появление признаков истощения иммунной системы свидетельствует о приближении летального исхода, который может наступить через несколько месяцев или лет. Однако в последнее время разработаны лекарственные средства, позволяющие повысить продолжительность и качество жизни больных СПИДом (слайд 10.36).
В настоящее время излечивающей терапии не существует, однако противовирусные препараты угнетают или замедляют патологические процессы.
1. Ингибиторы обратной транскриптазы – наиболее известны зидовудин (азидотимидин, или AZT, ретровир) и другие соединения. Ингибиторы ВИЧ-протеазы.
2. Иммуновосстановительная терапия предусматривает пересадку костного мозга, переливание лимфоцитарной массы, подсадку тимусина. Иммунорегуляторные препараты (тимозин, тималин, T-активин, интерлейкин-2), препараты интерферона (альфа-интерферон и его рекомбинантный аналог – реаферон).
3. Лечение вторичных инфекции, сопровождающих СПИД. Применение антибиотиков (бисептол, клиндамицин, рибавирин, ацикловир и др.).
Микробиология с основами вирусологии. Конспект лекций
источник
Почему ДНК присутствует в виде двойной спиральной структуры, а РНК — в виде одной спиральной? Что вызывает разницу между ними? Каковы практические физиологические различия между дцДНК и ссРНК? Как ключевые биофизико-химические свойства ответственны за эти различия? Какова роль этих различий? Кроме того, почему ДНК предпочтительнее РНК в качестве генетического материала?
Хотя это основной вопрос (несколько запросов в Google предоставят все ответы), и вы задали много вопросов, я отвечу на них один за другим.
Почему РНК одноцепочечная (а не двухцепочечная, как ДНК)?
дцРНК менее стабильна, чем дсДНК. Смотрите это: http://en.wikipedia.org/wiki/RNA#Structure . Важной структурной особенностью РНК, которая отличает ее от ДНК, является наличие гидроксильной группы в положении 2 ‘рибозного сахара. Присутствие этой функциональной группы заставляет спираль принимать геометрию A-формы, а не B-форму, наиболее часто наблюдаемую в ДНК. Это приводит к очень глубокой и узкой основной канавке и мелкой и широкой вспомогательной канавке. Второе последствие присутствия 2’-гидроксильной группы состоит в том, что в конформационно гибких областях молекулы РНК (то есть, не участвующих в образовании двойной спирали), он может химически атаковать соседнюю фосфодиэфирную связь, чтобы расщепить основную цепь.
РНКазы очень распространены. Наиболее важно, что в биологических системах присутствие дсРНК является сигналом вирусов и активных перемещаемых элементов, поэтому ссРНК является простым способом для клетки-хозяина различать чужеродные элементы. Да, это было чрезмерное упрощение и игнорирование функциональной дцРНК, но даже тогда дцРНК, вероятно, эволюционировала из систем в чужеродные элементы. 1
Почему ДНК двухцепочечная (а не одноцепочечная, как РНК)?
Во-первых, «информационной» частью ДНК является азотистое основание, в отличие от пентозного сахара или фосфатных остатков. В одноцепочечной молекуле эта важная часть будет подвергаться воздействию клеточной среды, предоставляя больше возможностей для ее мутации различными химическими веществами. В двухцепочечной конфигурации, однако, два азотистых основания заблокированы внутри комплекса, обращены друг к другу в центре молекулы. Эта организация помогает защитить их от местных мутагенов.
Во-вторых, наличие двух взаимодополняющих нитей, обращенных друг к другу, по сути означает наличие двух копий одного и того же предмета, размещенных рядом друг с другом. Это позволяет для корректуры. Джордж К. Уильямс суммировал это прекрасно в своем содержательном отрывке (из «Свечения пони-рыбы» (1997)) (напомним, что аденин [A] на одной нити всегда должен связываться с тимином [T] на дополнительной нити, и наоборот). цитозин [C] всегда связывается с гуанином [G], и наоборот, т.е. правилом Харагаффа ). 2
- В чем разница между ДНК и РНК?
Полная таблица различий может быть найдена здесь (к сожалению, я не могу создать таблицу в уценке) вместе с этим изображением:
- Чем отличаются роли ДНК и РНК?
РНК выполняет несколько различных функций, которые, хотя и связаны между собой, немного различаются в зависимости от типа. Существует три основных типа РНК:
РНК-мессенджер (мРНК) транскрибирует генетическую информацию из ДНК, найденной в ядре клетки, и затем передает эту информацию в цитоплазму и рибосому клетки.
Трансферная РНК (тРНК) находится в цитоплазме клетки и тесно связана с мРНК в качестве ее помощника. тРНК буквально переносит аминокислоты, основные компоненты белков, в мРНК в рибосоме.
Рибосомная РНК (рРНК) обнаружена в цитоплазме клетки. В рибосоме он берет мРНК и тРНК и транслирует информацию, которую они предоставляют. Из этой информации он «узнает», должен ли он создавать или синтезировать полипептид или белок.
Гены ДНК экспрессируются или проявляются через белки, которые ее нуклеотиды продуцируют с помощью РНК. Признаки (фенотипы) происходят из того, какие белки сделаны и которые включены или выключены. Информация, найденная в ДНК, определяет, какие признаки должны быть созданы, активированы или деактивированы, в то время как различные формы РНК выполняют свою работу. 3
РЕДАКТИРОВАТЬ — как вы задали еще один вопрос в комментариях, я добавлю его здесь:
- Почему ДНК предпочтительнее РНК как генетического материала?
ДНК имела несколько преимуществ перед РНК, поэтому естественный отбор был выбран для представления высших существ:
ДНК была химически более стабильной, чем РНК, поэтому можно было поддерживать большую длину ДНК по сравнению с РНК. РНК имеет гидроксильную группу (ОН), присутствующую на 2 ‘углероде. Эта гидроксильная группа вызывает реакцию гидролиза, и поэтому было невозможно поддерживать длинную молекулу РНК. Эта гидроксильная группа отсутствовала в ДНК, что приводило к стабильности молекулы ДНК.
ДНК была более способна к самовосстановлению во время процесса репликации благодаря присутствию тимина вместо урацила. Это было связано с тем, что цитозин часто превращался в урацил из-за дезаминирования. Теперь в случае РНК клетке было невозможно узнать, должен ли там присутствовать урацил или нет, но в ДНК, поскольку урацил присутствует не все, поэтому было довольно легко идентифицировать ошибку и исправить ее.
ДНК также обеспечивает большую информационную безопасность благодаря двойной спиральной структуре. 4
Сравнение молекулярной структуры ДНК и РНК отсюда
источник
Размножение вирусов включает в себя три процесса: репликацию вирусной нуклеиновой кислоты, синтез вирусных белков и сборку вирионов.
Разнообразие видов и форм вирусных нуклеиновых кислот определяет и разнообразие способов их репликации. Бактериофаг Т4 имеет одну двухцепочечную линейную молекулу ДНК, состоящую из 160-103 пар нуклеотидов. В ней закодировано более 150 различных белков, в том числе более 30 белков, участвующих в репликации фаговой ДНК.
Обезьяний вирус SV40 имеет двухцепочечную кольцевую ДНК. У вируса оспы две комплементарные цепи линейной ДНК на обоих концах соединены одна с другой ковалентной фосфодиэфирной связью. Этот самый крупный из известных вирусов содержит более 240 генов. Репликация у вирусов с двухцепочечной ДНК принципиально не отличается от репликации бактериальной или эукариотической ДНК.
Паразитирующие в бактериальных клетках Е. coli фаги М13 и фиХ174 имеют кольцевую одноцепочечную ДНК. В зараженной клетке бактериальные ферменты репликации синтезируют комплементарную ей цепь, которая служит матрицей для образования фаговых ДНК. Они соединяются с фаговыми белками, также синтезированными бактериальными ферментами, и новые фаги покидают клетку-хозяина.
Многие вирусы растений содержат одну линейную молекулу РНК, например, первый из описанных, вирус табачной мозаики (ВТМ) . Молекула РНК ВТМ заключена в белковый капсид, состоящий из 2130 идентичных полипептидных субъединиц. В 1955 г. в изящном эксперименте с «переодеванием» Френкель-Конрад впервые показал, что РНК может выполнять функцию носителя генетической информации. (Для ДНК эта функция была доказана раньше.) Он взял два штамма ВТМ, дающих различные картины поражения листьев табака. Отделив белки от РНК, он реконструировал вирионы таким образом, чтобы РНК из одного штамма покрывалась белковым чехлом другого. Картина поражения листьев, зараженных реконструированным вирусом, не зависела от того, какому штамму принадлежали белки, она определялась лишь РНК. Репликация РНК вируса табачной мозаики осуществляется ферментом, называемым РНК-зависимой РНК-полимеразой , закодированной в геноме вируса. Сначала этот фермент строит комплементарную цепь РНК, так называемую минус-цепь (она не кодирует белки в отличие от вирусной РНК, кодирующей белки и поэтому называемой плюс-цепью), а затем по ней, как по матрице, синтезирует множество вирусных РНК.
У так называемых вирусов с «негативными» геномами, к которым относится вирус гриппа, инфицирующая РНК является минус-цепью и не кодирует белков. Только комплементарная ей плюс-цепь РНК, синтезирующаяся в зараженных вирусом клетках, несет информацию о создании новых вирусных частиц. Она же служит матрицей для образования большого количества вирусных минус-цепей РНК.
Две одинаковые одноцепочечные молекулы РНК внутри икосаэдрического белкового капсида содержат некоторые онкогенные (опухолеродные) вирусы . Они имеют еще и внешнюю оболочку, состоящую из двойного липидного слоя плазматической мембраны клетки-хозяина, а также белков и гликопротеинов вирусного происхождения. Такое же строение имеет вирус иммунодефицита человека ( ВИЧ ), вызывающий синдром приобретенного иммунного дефицита ( СПИД ). Из онкогенных вирусов первым был открыт вирус саркомы Рауса ( RSV , ВСР), вызывающий злокачественные опухоли у кур. Изучение механизма трансформации клетки, т. е. превращение из нормальной в раковую, привело в 1970 г. американских ученых Г. Темина и Д. Балтимора к открытию явления обратной транскрипции . ВСР содержит фермент, называемый обратной транскриптазой . Он представляет собой ДНК-полимеразу, которая сначала синтезирует цепь ДНК, используя в качестве матрицы одну из идентичных молекул вирусной РНК, а затем вторую, комплементарную цепь ДНК. В результате образуется двухцепочечная ДНК ( рис. 60 ). Она может встроиться в хромосому клетки-хозяина. Такой процесс встраивания в хромосомную ДНК называют интеграцией . Вирусный геном в форме интегрированной ДНК, синтезированной по проникшей в клетку вирусной РНК с помощью обратной транскриптазы, называется провирусом . Провирус становится частью генетического материала клетки, реплицируется вместе с клеточной ДНК и при делении передается дочерним клеткам. В скрытой (латентной) форме провирус может пребывать бесконечно долгое время, переходя от родителей к потомкам через сперматозоид или яйцеклетку.
Канцерогенные , т. е. приводящие к раку , факторы, такие, как рентгеновые лучи, табачный дым, асбестовая пыль, некоторые продукты переработки нефти, бензол и другие, могут активировать провирус в отдельных клетках. В них образуются вирусные РНК и белки, происходит злокачественная трансформация . Раковые клетки отличаются от нормальных тремя главными признаками:
1) они быстрее делятся, затрачивая большое количество энергии молекул АТФ;
2) они частично дедифференцируются, т. е. утрачивают часть признаков, приобретенных клетками в процессе развития организма, и становятся похожими на зародышевые клетки;
3) они иногда теряют присущую в норме способность к тесному сцеплению с соседними клетками, а поэтому могут отделяться от них, перемещаться в другие части тела и давать начало новым опухолям, т. е. метастазировать .
РНК-содержащие вирусы, являющиеся первопричиной злокачественной трансформации, называют онкогенными ретровирусами (лат. retro — возврат назад) из-за того, что обратная транскрипция — необходимый этап в их размножении.
источник
К РНК-содержащим вирусам относятся многие вирусы растений, возбудители заболеваний человека и животных: вирус полиомиелита, вирусы гриппа А, В и С, вирусы паротита (свинки), кори, чумы плотоядных животных (чумки), бешенства, вирус иммунодефицита человека (ВИЧ). В отдельную группу выделяются арбовирусы, которые переносятся членистоногими (клещами, москитами), например, вирусы клещевого энцефалита, желтой лихорадки. Многие РНК-содержащие вирусы вызывают ОРВИ (например, коронавирусы), желудочно-кишечные заболевания (реовирусы птиц, млекопитающих и человека). Некоторые РНК-содержащие вирусы используются в биотехнологии, например, вирусы полиэдроза насекомых.
Вирионы РНК-содержащих вирусов содержат РНК. После проникновения в клетку вирусная РНК становится матрицей для синтеза ДНК и РНК.
Примеры организации генома РНК-содержащих вирусов
- 1. Линейная одноцепочечная мРНК (плюс-цепь) длиной около 4 тн; в виде единой молекулы или в виде нескольких разных молекул. Плюс-цепь сразу же может использоваться для трансляции. Вегетативно-репродуктивная фаза этих вирусов протекает в цитоплазме. В плюс-цепи закодирована РНК-репликаза (РНК-зависимая РНК-полимераза). Представители:
- — Вирус табачной мозаики (ВТМ) — сегментированная РНК. Вирион нитевидный (18х300 нм). ВТМ открыт Д.И. Ивановским в 1982 г.
- — Вирус полиомиелита — несегментированная РНК. Вирионы мелкие, в виде икосаэдра. Капсид белковый.
- — Вирус бешенства. Нитевидный вирион. Имеетсядополнительная липопротеиновая оболочка.
- — Арбовирусы (переносятся членистоногими: клещами, москитами) — вирусы клещевого энцефалита, желтой лихорадки. Морфология и размеры вирионов разнообразны, например, вирус энцефалита содержит 9 белков. Имеется дополнительная липопротеиновая оболочка.
- — Мелкие бактериофаги (с несегментированной РНК).
- 2. Линейная одноцепочечная кРНК (минус-цепь, порядок нуклеотидов комплементарен по отношению к мРНК). Минус-цепь не может служить для трансляции и используется как матрица для синтеза плюс-цепи. Плюс-цепь служит для трансляции вирусных белков и используется как матрица для синтеза вирусной кРНК. Вегетативно-репродуктивная фаза этих вирусов также протекает в цитоплазме.
- — Вирусы гриппа А, В, С. Вирус гриппа А содержит минус-цепь РНК, состоящую из 8 фрагментов. Фрагменты РНК связаны с вирусными белками и образуют спиральный нуклеокапсид. Поверх нуклеокапсида располагается гликолипопротеиновый суперкапсид. В составе вириона 10 белков. В состав суперкапсида входит два белка, определяющих антигенные свойства вируса: гемагглютинин и нейраминидаза. Кроме того, в состав вириона входит уже готовая РНК-репликаза, обеспечивающая синтез плюс-цепи на матрице минус-цепи.
- — Вирусы паротита (свинки), кори, чумы плотоядных животных (чумки). Сферический вирион средних размеров. Имеется дополнительная липопротеиновая оболочка.
- 3. Линейная двухцепочечная РНК
- — Мелкие бактериофаги. Вирионы мелкие, сферические или в виде икосаэдра. Капсид белковый.
- — Вирусы полиэдроза насекомых. Вирионы мелкие, сферические или в виде икосаэдра. Капсид белковый. Используются в биотехнологии (для синтеза интерферона).
- — Реовирусы птиц, млекопитающих и человека. Вирионы мелкие, сферические или в виде икосаэдра. Капсид белковый. Вызывают ОРВИ, желудочно-кишечные заболевания. РНК фрагментированная (10. 11 фрагментов), кодирует 11 белков.
- 4. Двелинейные одноцепочечные одинаковые молекулы мРНК длиной около 10 тн. Ретровирусы. Способны интегрироваться в ДНК. В состав вирионов входит фермент обратная транскриптаза (ревертаза). Имеется дополнительная липопротеиновая оболочка. Многие ретровирусы вызывают онкологические заболевания: лейкозы, саркомы, опухоли молочных желез. К ретровирусам относится и вирус иммунодефицита человека, вызывающий СПИД.
- — Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ). Содержит одну плюс-цепь РНК, кодирует 13 белков. Сферический вирион. Имеется дополнительная липопротеиновая оболочка, включающая фрагменты мембран человека. Избирательно поражает Т-лимфоциты.
источник
ДНК-содержащие вирусы несут в качестве генетического материала либо одно -, либо двухцепочечную ДНК, которая может быть как линейной, так и кольцевой. В ДНК закодирована информация о всех белках вируса. Вирусы, заражающие бактерии, называются бактериофагами. К ДНК-содержащим вирусам относятся вирусы гепатита В, герпес, вирусы оспы, паповавирусы, гепаднавирусы, парвовирусы.
По виду цепи ДНК вирусы делятся на 3 группы:
Первая группа — вирусы с двуцепочечной ДНК. Репликация ДНК-генома этих вирусов осуществляется при посредстве промежуточных молекул РНК: Молекулы РНК образуются в результате транскрипции вирусных ДНК в клеточном ядре хозяйским ферментом ДНК-зависимой РНК-полимеразой. Транскрибируется только одна из нитей вирусной ДНК. Синтез ДНК на мРНК происходит в результате реакции, катализируемой обратной транскриптазой: сначала синтезируется (-) нить ДНК, а затем на вновь синтезированной (-) нити ДНК тот же фермент строит (+) нить.
Вторая группа — вирусы с двуцепочечной ДНК.В одних случаях производством как мРНК, так и ДНК занимаются клеточные ферменты; в других случаях вирусы используют собственные ферменты. Бывает, что те и другие ферменты обслуживают процесс репликации и транскрипции. К этой группе относятся вирусы герпеса, оспы и др.
Третья группа — вирусы с одноцепочечной ДНК, с негативной, либо с позитивной полярностью. Попав в клетку, вирусный геном сначала превращается в двуцепочечную форму, это превращение обеспечивает клеточная ДНК-зависимая ДНК-полимераза. Транскрипция и репликация на последующих этапах происходит так же, как и для вирусов, с (±) ДНК-геномом. Структура вируса: это молекула ДНК в белковой оболочке, называемой капсидом. Однако есть много разных вариантов строения вирусов: от просто покрытой белком ДНК до сложных макромолекулярных комплексов, окруженных мембранными структурами, например, вирус оспы. Если у вируса есть мембрана‚ говорят, что он в оболочке, а если мембраны нет, то вирус называют «раздетым». Различают четыре основных вида капсидов: спиральные, икосаэдрические, сложные без оболочки, сложные с оболочкой. Неизменным итогом заражения клеток ДНК-содержащими бактериофагами является лизис. ДНК-содержащие вирусы животных вызывают лизис редко, однако клетки могут погибнуть из-за возникших при заражении хромосомных повреждений, вследствие иммунологической реакции организма или просто в результате нарушения вирусом нормальных клеточных функций.
ДНК-содержащие опухолеродные вирусы разделяются на 5 классов:
* Полиомавирусы – обезьяний вирус SV40, вирус полиомы мышей и вирусы человека ВК и JC.
* Папилломавирусы – 16 вирусов папилломы человека и множество папилломовирусов животных.
* Аденовирусы – 37 вирусов человека, множествоаденовирусов животных (например, 24 вируса обезьян и 9 вирусов крупного рогатого скота).
* Герповирусы – вирусы простого герпеса человека, цитомегаловирус человека, вирус Эпштейна– Барр и онкогенные вирусы приматов, лошадей, кур, кроликов, лягушек.
* Вирусы, подобные вирусу гепатита В, – вирус гепатита В человека, гепатита североамериканского сурка, гепатита земляных белок и гепатита уток.
IV. РНК-содержащие вирусы
РНК-содержащие микроорганизмы представлены гриппом и парагриппом, вирусом иммунодефицита человека (ВИЧ), гепатитом А парамиксовирусами, вирусами гриппа, коронавирусами, аренавирусами, ретровирусами, реовирусами, пикорнавирусами, капицивирусами, рабдовирусами, тогавирусами, флавивирусами и буньявирусами. РНК-содержащие вирусы не имеют ДНК, генетическая информация закодирована в РНК. Геномы почти всех известных РНК-содержащих вирусов — это линейные молекулы.
Геномы РНК-содержащих вирусов можно разделить на 3 группы.
Первая группа — это однонитевые геномы положительной полярности. Такие геномы обозначают как (+)РНК. Вирусные (+)РНК-геномы кодируют несколько белков. С помощью этого фермента синтезируются сначала (-) нити РНК фага, затем при наличии особого белка, называемого «хозяйским фактором», репликаза осуществляет синтез (+) нити РНК. На заключительной стадии из накопившихся вирусных белков и (+) РНК формируются вирионы. Упрощенная схема этого процесса такова:(+) РНК (-) РНК Инфекционный процесс состоит в проникновении вируса в растительную клетку с последующей быстрой утратой им капсида. Затем в результате трансляции непосредственно (+)РНК рибосомами клетки-хозяина образуются несколько белков, часть которых необходима для репликации вирусного генома.
Репликация осуществляется РНК-репликазой, продуцирующей копии РНК для новых вирионов. Синтез белка капсида происходит после того как инфицировавшая клетку РНК подвергается некоторой модификации, делающей возможным присоединение рибосом клетки к тому участку РНК, которым кодируется этот белок. Сборка вириона начинается с образования дисков из белка капсида. Два таких белковых диска образуют структуру, которая после связывания с ней РНК приобретает форму спирали. Присоединение молекул белка продолжается до тех пор, пока РНК не будет покрыта полностью. В окончательной форме вирион представляет собой цилиндр длиной 300 нм.
Вторая группа — это однонитевые геномы с негативной полярностью, т.е. (-)РНК-геномы.Поскольку (-)РНК не может выполнять функции мРНК, для образования «своих» мРНК вирус внедряет в клетку не только геном, но и фермент, умеющий снимать с этого генома комплементарные копии по схеме: (-) РНК (+) РНК. Этот вирусный фермент упакован в вирионе в удобной для доставки в клетку форме. Инфекционный процесс начинается с того, что вирусный фермент копирует вирусный геном, образуя (+) РНК, выступающую в качестве матрицы для синтеза вирусных белков, в том числе РНК-зависимой РНК-полимеразы, которая входит в состав образующихся вирионов. К вирусам с негативным РНК-геномом относятся: вирусы гриппа, кори, бешенства, желтой карликовости картофеля и др.
Третью группу составляют двунитевые геномы, (±) РНК-геномы. Известные двунитевые геномы всегда сегментированы, т.е. состоят из нескольких разных молекул, Сюда относятся реовирусы. Их размножение проходит по варианту, близкому к предыдущему. Вместе с вирусной РНК в клетку попадает и вирусная РНК-зависимая РНК-полимераза, которая обеспечивает синтез молекул (+) РНК. В свою очередь (+) РНК обеспечивает производство вирусных белков на рибосомах хозяйской клетки и служит матрицей для синтеза новых (-) РНК-цепочек вирусной РНК-полимеразой. Цепочки (+) и (-) РНК, комплексируясь друг с другом, образуют двунитевой (±) РНК-геном, который упаковывается в белковую оболочку. Реовирусы поражают респираторные и кишечные пути теплокровных животных (человека, обезьян, крупного и мелкого рогатого скота, летучих мышей.
Инфекционный процесс начинается с проникновения в клетку РНК. После частичного разрушения наружнего капсида ферментами лизосом РНК в образовавшейся таким образом субвирусной частице транскрибируется, ее копии покидают частицу и соединяются с рибосомами. Затем в клетке-хозяине продуцируются белки, необходимые для формирования новых вирусных частиц. Репликация РНК вирусов происходит по консервативному механизму. Одна из цепей каждого сегмента РНК служит матрицей для синтеза большого числа новых (+) цепей. На этих (+) цепях образуются затем как на матрице (–) цепи , (+) и (–) цепи при этом не расходятся, а остаются вместе в виде двухцепочечных молекул.
К РНК-содержащим вирусы также относятся вирусы, у которых цикл репликации генома можно разбить на две главные реакции: синтез РНК на матрице ДНК и синтез ДНК на матрице РНК. При этом в состав вирусной частицы в качестве генома может входить либо РНК, либо ДНК. Вирусная частица содержит две молекулы геномной одноцепочечной (+)РНК. В вирусном геноме закодирован необычный фермент, который обладает свойствами как РНК-зависимой, так и ДНК-зависимой ДНК-полимеразы.
V. Вирусные заболевания
Эволюция вирусов и вирусных инфекций. Хотя вирусы не являются полноценными живыми организмами, их эволюционное развитие имеет много общего с эволюцией других патогенных организмов. Для того чтобы сохраниться как вид, ни один паразит не может быть слишком опасным для своего основного хозяина, в котором размножается. В противном случае это привело бы к полному исчезновению хозяина как биологического вида, а вместе с ним и самого возбудителя. В то же время любой патогенный организм не сможет существовать как биологический вид, если у его основного хозяина слишком быстро и эффективно развивается иммунитет, позволяющий подавлять репродукцию возбудителя. Поэтому вирус, вызывающий острое и тяжелое заболевание у какого-либо вида животных, обычно имеет еще и другого хозяина. Размножаясь в последнем, вирус не наносит ему (как виду) существенного вреда, однако такое относительно безвредное сосуществование поддерживает циркуляцию вируса в природе. Так, например, вирус бешенства в природе сохраняется среди грызунов, для которых заражение этим вирусом не является смертельным. Природным резервуаром для вирусов лошадиных энцефалитов, особо опасных для лошадей и в несколько меньшей степени для человека, являются птицы. Эти вирусы переносятся кровососущими комарами, в которых вирус размножается без существенного вреда для комара. Иногда вирусы могут передаваться насекомыми пассивно (без размножения в них), однако чаще всего они репродуцируются в переносчиках. Для многих вирусов, например кори, герпеса и отчасти гриппа, основным природным резервуаром является человек. Передача этих вирусов происходит воздушно-капельным или контактным путем. Распространение некоторых вирусных заболеваний, как и других инфекций, полно неожиданностей. Например, в группах людей, проживающих в антисанитарных условиях, практически все дети в раннем возрасте переносят полиомиелит, обычно протекающий в легкой форме, и приобретают иммунитет. Если же условия жизни в этих группах улучшаются, дети младшего возраста обычно полиомиелитом не болеют, но заболевание может возникнуть в более старшем возрасте, и тогда оно часто протекает в тяжелой форме. Многие вирусы не могут долго сохраняться в природе при низкой плотности расселения вида-хозяина. Малочисленность популяций первобытных охотников и сборщиков растений создавала неблагоприятные условия для существования некоторых вирусов; поэтому весьма вероятно, что какие-то вирусы человека возникли позже, с появлением городских и сельских поселений. Предполагается, что вирус кори первоначально существовал среди собак (как возбудитель лихорадки), а натуральная оспа человека могла появиться в результате эволюции оспы коров или мышей. К наиболее «свежим» примерам эволюции вирусов можно отнести синдром приобретенного иммунодефицита человека (СПИД).«Новые» инфекции обычно протекают в тяжелой форме, нередко со смертельным исходом, но в процессе эволюции возбудителя они могут стать более легкими. Хороший пример – история вируса миксоматоза. В 1950 этот вирус, эндемичный для Южной Америки и довольно безобидный для местных кроликов, вместе с европейскими породами этих животных был завезен в Австралию. Заболевание австралийских кроликов, ранее не встречавшихся с данным вирусом, было смертельным в 99,5% случаев. Несколько лет спустя смертность от этого заболевания значительно снизилась, в некоторых районах до 50%, что объясняется не только «аттенуирующими» (ослабляющими) мутациями в вирусном геноме, но и возросшей генетической устойчивостью кроликов к заболеванию, причем в обоих случаях эффективная природная селекция произошла под мощным давлением естественного отбора.
Репродукция вирусов в природе поддерживается разными типами организмов: бактериями, грибами, простейшими, растениями, животными. Например, насекомые часто страдают от вирусов, которые накапливаются в их клетках в виде крупных кристаллов. Растения нередко поражаются мелкими и просто устроенными РНК-содержащими вирусами. Эти вирусы даже не имеют специальных механизмов для проникновения в клетку. Они переносятся насекомыми (которые питаются клеточным соком), круглыми червями и контактным способом, заражая растение при его механическом повреждении. Вирусы бактерий (бактериофаги) имеют наиболее сложный механизм доставки своего генетического материала в чувствительную бактериальную клетку. Сначала «хвост» фага, имеющий вид тонкой трубочки, прикрепляется к стенке бактерии. Затем специальные ферменты «хвоста» растворяют участок бактериальной стенки и в образовавшееся отверстие через «хвост», как через иглу шприца, впрыскивается генетический материал фага (обычно ДНК).
Более десяти основных групп вирусов патогенны для человека. Среди ДНК-содержащих вирусов это семейство поксвирусов (вызывающих натуральную оспу, коровью оспу и другие оспенные инфекции), вирусы группы герпеса (герпетические высыпания на губах, ветряная оспа), аденовирусы (заболевания дыхательных путей и глаз), семейство паповавирусов (бородавки и другие разрастания кожи), гепаднавирусы (вирус гепатита B). РНК-содержащих вирусов, болезнетворных для человека, значительно больше. Пикорнавирусы (от лат. pico – очень мелкий, англ. RNA – РНК) – самые мелкие вирусы млекопитающих, похожие на некоторые вирусы растений; они вызывают полиомиелит, гепатит А, острые простудные заболевания. Миксовирусы и парамиксовирусы – причина разных форм гриппа, кори и эпидемического паротита (свинки). Арбовирусы (от англ. arthropod borne – «переносимые членистоногими») – самая большая группа вирусов (более 300) – переносятся насекомыми и являются возбудителями клещевого и японского энцефалитов, желтой лихорадки, менингоэнцефалитов лошадей, колорадской клещевой лихорадки, шотландского энцефалита овец и других опасных болезней. Реовирусы – довольно редкие возбудители респираторных и кишечных заболеваний человека – стали предметом особого научного интереса в силу того, что их генетический материал представлен двухцепочечной фрагментированной РНК. Венерические болезни, ветряная оспа, гепатит, грипп, денге лихорадка, инфекционный мононуклеоз, корь, краснуха, менингит, оспа натуральная, полиомиелит, респираторные вирусные заболевания, свинка, Синдром приобретенного иммунодефицита (СПИД), энцефалит.
Возбудители некоторых болезней, в том числе очень тяжелых, не укладываются ни в одну из вышеперечисленных категорий. К особой группе медленных вирусных инфекций еще недавно относили, например, болезнь Крейтцфельда – Якоба и куру – дегенеративные заболевания головного мозга, имеющие очень продолжительный инкубационный период. Однако оказалось, что они вызываются не вирусами, а мельчайшими инфекционными агентами белковой природы – прионами.
Дата добавления: 2016-11-20 ; просмотров: 3431 | Нарушение авторских прав
источник