Вирус оспы тип генома

Инструкция для террориста

В январе журнал PLOS One опубликовал статью канадских исследователей, посвященную воссозданию в лаборатории вируса оспы лошадей – того самого, на основе которого Эдвард Дженнер в XVIII веке сделал первую в мире вакцину (Noyce et al., Construction of an infectious horsepox virus vaccine from chemically synthesized DNA fragments). Несмотря на то, что эксперименты были проведены несколько лет назад, статью приняли к публикации только сейчас. Фактически, статья продемонстрировала, что с относительно доступными технологиями ныне не существующий в природе вирус можно запросто синтезировать и воссоздать в лаборатории.

В связи с этим научная общественность раскололась на два лагеря: критики вопрошают, зачем вообще нужно было это делать и зачем журнал опубликовал статью? Вдруг ею захотят воспользоваться террористы, чтобы воссоздать смертоносный вирус черной оспы? Сторонники авторов, напротив, говорят, что статью нужно было опубликовать обязательно и что она должна стать поводом для формирования новых этических и законодательных норм, касающихся синтетической биологии.

Эпидемии натуральной, или черной, оспы практически непрерывно свирепствовали в Азии в Средние века и регулярно вспыхивали в Европе в Новое время вплоть до изобретения в конце XVIII века английским врачом Дженнером вакцины против нее. По легенде, Дженнер заметил, что коровы и лошади болеют особой формой оспы, а люди, работающие с ними, почти никогда не заражаются черной оспой. Врач предположил, что если заразить человека коровьей оспой, это предохранит его от развития более тяжелой формы заболевания. Свое предположение Дженнер успешно проверил на мальчике по имени Джеймс Фиппс. После этого вакцинация безопасной формой оспы вошла в общую практику и эпидемии оспы в Европе прекратились, однако болезнь продолжала уносить жизни людей в Азии и Африке.

Коровья оспа (Wellcome Images)

В XX веке исследователи выяснили, что возбудителем черной оспы является ДНК-вирус из семейства Poxviridae. На базе безопасных для человека родственников черной оспы из того же семейства были разработаны вакцины, которые помогли окончательно победить оспу на планете. Последний случай заражения был зарегистрирован в 1977 году, а в 1980 на Ассамблее ВОЗ официально было объявлено об искоренении заболевания. В настоящее время образцы смертоносного вируса хранятся только в двух институтах в Атланте и в Новосибирске.

Несколько лет назад руководитель канадской фармацевтической компании Tonix Сет Ледерман (Seth Lederman) заинтересовался вирусом оспы, который Дженнер использовал для вакцинации. Как выяснил исследователь, вопреки распространенной легенде возбудитель, которого выделил Дженнер, скорее всего был вирусом лошадиной оспы, а не коровьей. По крайней мере, геном предков того самого вируса, при помощи которого искоренили оспу в Европе, оказался больше всего похож на вирус HPXV, циркулирующий среди лошадей и найденный 40 лет назад в Монголии.

С тех пор лошадиный вирус оспы тоже был забыт, и, вероятно, последний его образец хранился в США в Центре по контролю над инфекционными заболеваниями (CDC). Туда и обратился Ледерман, чтобы исследовать возможности вируса в качестве вакцины. По словам биотехнолога, вирусные вакцины, которые были распространены в XX веке (VACV), далеко ушли от своего предка и накопили нежелательные мутации, которые усилили их способность размножаться в клетках человека. В связи с этим вакцинация в редких случаях может вызвать серьезные побочные эффекты, такие как повреждение сердечной мышцы. Использование исходного вируса должно быть более безопасным.

Несмотря на благие цели, декларированные Ледерманом, вирус ему не дали. Тогда он обратился за помощью к вирусологу Дэвиду Эвансу (David H. Evans), и исследователи самостоятельно воссоздали вирус в лаборатории. Для того чтобы получить геном вируса, который состоит из 212 тысяч пар оснований, исследователи просто заказали синтез нескольких фрагментов ДНК в фирме, предоставляющей соответствующие услуги. Затем ученые собрали вирус из частей в клетках, зараженных родственным ему поксвирусом кроликов. Секвенирование генома подтвердило, что вирус HPXV успешно удалось воссоздать. Исследователи также заразили им мышей и показали, что по сравнению с VACV он легче переносится животными и действительно обеспечивает иммунитет против высокой дозы VACV.

Несмотря на некоторую практическую и академическую ценность статьи, ее отклонили в двух журналах. В середине 2017 года Ледерман послал пресс-релиз в журнал Science, благодаря чему эта история впервые получила огласку. Сама статья была опубликована в 2018 году в журнале PLOS One, и, хотя представители редакции заявили, что не увидели причин отклонять статью, публикация вызвала обеспокоенность научной общественности и специалистов по биобезопасности.

Частицы вируса оспы (CDC).

Дело в том, что черная оспа, в качестве прививки против которой и использовалась вакцина Дженнера, рассматривается как потенциальное биологическое оружие. Так как с начала 80-х годов XX века людей перестали прививать от оспы за ненадобностью, современная популяция не защищена от внезапной вспышки болезни. «Что если террористы захотят воссоздать в лаборатории вирус черной оспы? Теперь у них есть точная инструкция, как это сделать, в виде публикации Эванса и Ледермана», – обеспокоены критики статьи. Конечно, манипуляции с вирусом черной оспы запрещены Всемирной организацией здравоохранения, но вряд ли террористы будут оглядываться на запреты, если захотят это сделать.

Другим аргументом критиков является ненужность подобной вакцины на основе воссозданного вируса. Помимо VACV, были разработаны другие, более безопасные варианты, которые лишены побочных эффектов. К тому же специалистам вообще непонятно, зачем бизнесмену Ледерману нужна новая вакцина – очевидно, что сейчас для нее нет рынка.

В реальности, судя по некоторым фактам о Ледермане, им двигал не коммерческий интерес. Исследователь является большим поклонником Дженнера и пишет его биографию. Возможно, воссоздание исходной «вакцинии», при помощи которой знаменитый врач спас Европу, было подпитано горячим интересом Ледермана ко всему, что связано с его кумиром. Ради этого он даже не пожалел сто тысяч долларов, потраченных из бюджета компании Tonix на синтез генома вируса лошадиной оспы.

Надо сказать, что, несмотря на внимание, которое привлекла данная публикация, возможность воссоздания вируса оспы была продемонстрирована еще в 2002 году, когда исследователи клонировали геном VACV в бактериях. Инженерия патогенных вирусов в целом тоже не редкость в лабораториях – к примеру, совсем недавно мы рассказывали о модифицированном вирусе гриппа, который был собран также в целях создания вакцины. Более того, показательная история произошла в 2011 году, когда две статьи, посвященные вирусу птичьего гриппа H5N1, были запрещены к публикации в результате угрозы биотерроризма. В этих статьях были описаны модификации вируса, благодаря которым тот стал способен заражать не только птиц, но и млекопитающих. Появление подобных статей привело к мораторию на исследования вируса птичьего гриппа, который был отменен, лишь когда научной общественности удалось договориться о том, что польза от подобных исследований перевешивает вред.

Поэтому множество ученых поддерживает «реконструкторов» вируса лошадиной оспы. Подобные публикации демонстрируют возможности синтетической биологии и очерчивают новый круг проблем перед регуляторными организациями. Если даже исследования с довольно туманными негативными последствиями, типа экспериментов с эмбрионами человека, ограничены законодательно, синтез вирусов в лаборатории, способный причинить куда более ощутимый вред, должен быть поставлен под контроль. «Кто-то рано или поздно должен был это сделать», – говорят сторонники Эванса и Ледермана.

источник

Все вирусные геномы являются гаплоидными, т.е. содержат одну копию каждого гена. Исключение составляют ретровирусы, которые обладают диплоидным геномом. Геномы ДНК-вирусов позвоночных представлены одной двуспиральной молекулой за исключением парво- и цирковирусов.

Различные семейства вирусов позвоночных значительно различаются по структуре и функции генома. Основные типы вирусных геномов можно представить следующим образом: 1) двуцепочечной линейной молекулой ДНК с открытыми (герпесвирусы, аденовирусы, иридовирусы) или ковалентно связанными концами (вирусы оспы, асфаровирусы); 2) одноцепочечной линейной молекулой ДНК (парвовирусы); 3) одноцепочечной кольцевой молекулой ДНК (цирковирусы); 4) двуцепочечной кольцевой молекулой ДНК (папилломавирусы, полиомавирусы).

5) частично двуцепочечной кольцевой незамкнутой молекулой ДНК (гепаднавирусы); 6) одноцепочечной молекулой РНК, являющейся мРНК (положительно-геномные вирусы: пикорнавирусы, тогавирусы, флавивирусы, астровирусы, калицивирусы, коронавирусы, артеривирусы, нодавирусы); 7) одноцепочечной единой (рабдовирусы, парамиксовирусы, филовирусы, бор-навирусы) или фрагментированнои (ортомиксовирусы) линейной молекулой РНК, комплементарной мРНК — отрицательно-геномные вирусы; 8) одноцепочечной фрагментированнои кольцевой ковалентно несвязанной отрицательной или двуполярной РНК (буньявирусы, аренавирусы); 9) двуцепочечной линейной фрагментированной молекулой РНК (реовирусы, бирнавирусы); 10) двумя идентичными линейными молекулами плюс-РНК, являющимися матрицами для синтеза ДНК (ретровирусы).

Особенность строения вирусного генома заключается в том, что наследственная информация может быть записана как на ДНК, так и на РНК в зависимости от типа вируса. Мутации у вирусов могут возникать спонтанно, в процессе репликации нуклеиновой кислоты вируса, а также под влиянием тех же внешних факторов, мутагенов, что и у бактерий. Фенотипически мутации вирусного генома проявляются изменениями в антигенной структуре, неспособности вызывать продуктивную инфекцию в чувствительной клетке, чувствительностью продуктивного цикла к температуре, а также изменением формы и размеров бляшек, которые вирусы образуют в культуре клеток под агаровым покрытием. Свойства вирусов могут изменяться при одновременном заражении несколькими вирусами чувствительной клетки. Причем изменения свойств при таких условиях могут происходить как в результате обмена генетическим материалом, принадлежащим разным вирусам (генетическая рекомбинация и генетическая реактивация), так и в результате процессов, не сопровождавшихся обменом генетического материала (комплементация и фенотипическое смешивание). Генетическая рекомбинация встречается чаще у ДНК-содер-жащих вирусов. Среди РНК-содержащих вирусов она наблюдается у тех вирусов, которые обладают фрагментированным геномом, например у вируса гриппа. При рекомбинации происходит обмен между гомологичными участками генома. Генетическая реактивация наблюдается между геномами родственных вирусов, имеющих мутации в разных генах. В результате перераспределения генетического материала формируется полноценный дочерний геном. Комплементация встречается в том случае, когда один из двух вирусов, инфицирующих клетку, в результате мутации синтезирует нефункциональный белок. Немутантный вирус, синтезируя полноценный белок, восполняет его отсутствие у мутант-ного вируса. Фенотипическое смешивание наблюдается в том случае, если при смешанном заражении чувствительной клетки двумя вирусами часть потомства приобретает фенотипические признаки, присущие двум вирусам, при сохранении неизменности генотипа.

источник

Геном вирусов оспы представлен одной линейной молекулой двуцепочечной ДНК с ковалентно замкнутыми концами размером 130 тпн (парапоксвирусы) — 280 тпн (авипоксвирусы). На обоих концах генома имеются идентичные, но противоположно ориентированные тандемы повторяющихся нуклеотидных последовательностей. Геномы вирусов оспы способны кодировать около 200 белков, из которых не менее 100 входят в структуру вириона. Однако функциональные особенности определены лишь у небольшого количества вирусных белков. Наиболее важными из них являются ферменты, участвующие в синтезе вирусных нуклеиновых кислот и структурных компонентов вирионов. Например, синтез ДНК-полимеразы, ДНК-лигазы, РНК-полимеразы, энзимов, связанных с кэппированием и полиаденилированием мРНК и тимидинкиназы.

Инфекционные вирусные частицы содержат системы транскрипции, которые могут выполнять in vitro синтез РНК, а также способны полиаденилировать, кэппировать и метилировать. В вирусных частицах содержится большое количество кодируемых вирусом энзимов и других биологически активных факторов.

Некоторые гены вирусов оспы кодируют белки, которые секретируются инфицированными клетками и вызывают ответ организма на инфекцию, в том числе и формирование иммунитета.

К таким вирокинам относятся гомологичный эпидермальный фактор роста, белок, снижающий активность комплемента, вирокины, обеспечивающие устойчивость к интерферону, и другие супрессоры иммунного ответа, подавляющие действие некоторых цитокинов организма хозяина.

Вирусы оспы обычно характеризуются узким спектром хозяев. Они передаются чаще респираторным путем и реже через поврежденную кожу. Вирусы оспы овец, свиней, птиц и миксоматоза передаются также через укус членистоногими. Вирусы оспы устойчивы в окружающей среде и могут сохраняться годами в высохших струпьях кожи или других вируссодержащих материалах.

Большинство вирусов оспы хорошо размножаются в культуре клеток. Исключение составляют парапоксвирусы, вирус оспы свиней и вирус контагиозного моллюска. Однако они, так же как и ортопоксвирусы, легко образуют оспины на хориоал-лантоисной оболочке куриных эмбрионов.

Вирусы оспы размножаются в цитоплазме, и, в отличие от других ДНК-вирусов, их размножение происходит независимо от ядра клетки, благодаря кодированию всех ферментов, необходимых для транскрипции и репликации вирусного генома. Некоторые из этих функций выполняются вирионами как таковыми. После слияния оболочки вириона с плазматической мембраной клетки или после эндоцитоза вирусная сердцевина освобождается в цитоплазму. Транскрипция вирусного генома характеризуется каскадностью, когда каждый временной класс генов («ранние», «промежуточные» и «поздние» гены) требует наличия специфических транскрипционных факторов, которые создаются предшествующим временным классом генов. Факторы, обеспечивающие транскрипцию промежуточных генов, кодируются ранними генами, тогда как факторы транскрипции поздних генов кодируются промежуточными генами. Транскрипция начинается вирионной транскриптазой и другими факторами, находящимися в сердцевине вириона, которые способны образовывать мРНК спустя минуты после инфицирования.

Белки, образующиеся в результате трансляции этих мРНК, включая ДНК-полимеразу, тимидинкиназу и несколько других ферментов, необходимы для репликации вирусной ДНК. Репликация ДНК ВО связана с синтезом конкатемерных промежуточных структур, которые затем разрезаются с образованием единиц геномной длины. Детали этого процесса недостаточно изучены. С началом репликации ДНК происходит резкий сдвиг в генной экспрессии. Транскрипция «промежуточных» и «поздних» генов контролируется специфическими вирусными белками. Некоторые продукты транскрипции ранних генов образуются на поздней стадии инфекции, упаковываются в вири-оны и используются в следующем круге инфекции. Так как в состав вирусов оспы входит большое количество белков, не является неожиданным, что сборка вирионов есть комплексный процесс, который длится несколько часов и все еще целиком не выяснен.

Образование вириона связано с вхождением ДНК внутрь незрелой сердцевинной структуры, которое затем завершается включением наружных покрывающих слоев. Репликация и сборка вирионов происходят в разных местах цитоплазмы в так называемых виропластах или вирусных фабриках. Вирионы выходят из клетки почкованием (оболочечные вирионы), или путем экзоцитоза, или при лизисе клеток (вирионы без оболочки). Большинство вирионов освобождаются при цитолизе и не имеют оболочки. Вирионы с оболочкой и без нее обладают инфекционностью, но первые, вероятно, играют более значительную роль в возникновении и распространении заболевания, а также в создании иммунитета.

В очищенном вирусе осповакцины (ВОВ) выявлены белки с молекулярной массой 10-250 кД. Многие из них сосредоточены в сердцевине вириона. Два структурных гликопротеина располагаются между оболочкой и сердцевиной. В оболочке ВОВ содержится около 10 белков, из которых иммунологически наиболее активны крупномолекулярные белки с молекулярной массой 58—32 кД (VP4c, VP6a, VP6b и VP7a). Белок 32 кД определяет круг хозяев и важен для репликации вируса.

В составе очищенного вируса оспы птиц обнаружено 29 полипептидов с молекулярной массой 14-138 кД. Наивысшей антигенной и иммуногенной активностью обладают полипептиды с молекулярной массой 35 и 37 кД. За индукцию вируснейтрализующих антител ВО ответственны антигены, расположенные на поверхности наружной оболочки вириона, и прежде всего белок 58 кД (VP4c), являющийся основным структурным компонентом трубочек (ворсинок). Антисыворотка к этому белку нейтрализовала инфекционность вируса и предотвращала образование синцития в культуре клеток. Этот белок ответственен за выработку иммунитета.

Внеклеточные вирионы покрыты дополнительной наружной оболочкой, отсутствующей у внутриклеточных вирионов. Она играет важную роль в индукции синтеза ВН-антител. Инфекционность ВОВ и ВО крупного рогатого скота, имеющих наружную оболочку, нейтрализовалась антисывороткой к имеющему эту оболочку ВОВ, но не нейтрализовалась антисывороткой к ВОВ, лишенному наружной оболочки.

За гемагглютинирующую активность ортопоксвирусов ответственны полипептид 85 кД и гликопротеид 41 кД. Во внеклеточном оболочечном ВОВ гемагглютинирующие свойства связаны с полипептидом 85 кД. Внутриклеточные вирионы (без дополнительной оболочки) практически не содержали этого полипептида. Неструктурный гемагглютинин формируется на цитоплазматических мембранах. С его образованием инфицированные клетки приобретают способность адсорбировать эритроциты. Вирусспецифические белки с молекулярной массой 32 и 37 кД, экспрессируемые на поверхности клеток, инфицированных ВОВ, делают их мишенями для специфических цитотоксических Т-лимфоцитов. МАТ-реактивные против каждого из пяти (54; 34; 32; 29 и 17—25 кД) белков наружного слоя поверхности вируса осповакцины нейтрализовали его инфекционность. В структуре полипептида 54 кД обнаружено два нейтрализующих эпитопа(Аи В). Анализ антигенных детерминант поверхностных полипептидов, проведенный с помощью МАТ, выявил в составе ортопоксвирусов, наряду с видоспецифическими, группоспецифические эпитопы.
Связывание ВОВ с нейтрализующими МАТ не препятствовало его прикреплению к клеткам-мишеням, но блокировало депротеинизацию вирионов.

источник

Общая характеристика вирусов.

Вирусы — уникальные агенты на нашей планете. Основные свойства вирусов, по которым они отличаются от всех остальных живых существ следующие:

1. Ультрамикроскопические размеры

2. Вирусы содержат нуклеиновую кислоту только одного вида — или ДНК, или РНК. Все другие организмы содержат нуклеиновые кислоты обоих типов, а геном у них представлен только ДНК.

3. Вирусы не способны к росту и бинарному делению.

4. Вирусы размножаются путем воспроизводства себя из собственной геномной нуклеиновой кислоты. Все прочие организмы способны к увеличению своей биомассы (росту) и размножаются путем бинарного деления клеток.

5. У вирусов отсутствуют собственные системы мобилизации энергии.

6. У вирусов нет собственных белоксинтезирующих систем.

7. В связи с отсутствием собственных систем синтеза белка и мобилизации энергии вирусы являются абсолютными внутриклеточными паразитами. Средой обитания вирусов являются бактерии, клетки растений, животных и человека.

С учетом перечисленных особенностей можно дать следующее определение:

Вирусы — особое царство ультрамикроскопических размеров организмов, обладающих только одним типом нуклеиновых кислот, лишенных собственных систем синтеза белка и мобилизации энергии и являющихся поэтому абсолютными внутриклеточными паразитами.

Молекулярно-генетическая организация вирусов.

Основой таксономии вирусов является вирион, который представляет собой конечную фазу развития вируса. Размеры вирионов различных вирусов варьируют в широких пределах: от 15 -18 до 300-400 нм. Они имеют разнообразную форму — палочковидную, нитевидную, сферическую. Вирион состоит из из геномной нуклеиновой кислоты, окруженной одной или двумя оболочками.

Оболочка, в которую упакована геномная нуклеиновая кислота, называется капсидом (от греческого сapsa — ящик). Наиболее просто организованные вирусы представляют собой нуклеокапсиды: они состоят только из нуклеиновой кислоты и белковой оболочки, построенной из идентичных пептидных молекул. Капсид имеет строго упорядоченную структуру, в основе которой лежат принципы спиральной или кубической симметрии.

Капсиды палочковидных или нитевидных вирионов состоят из структурных субъединиц, уложенных в виде спирали вокруг оси. При таком расположении субъединиц образуется полый канал, внутри которого компактно уложена молекула вирусной нуклеиновой кислоты. Ее длина может во много раз превышать длину палочковидного вириона. Например, длина вируса табачной мозаики 300 нм, а его РНК достигает величины 4000 нм. При этом РНК настолько связана с капсидом, что ее нельзя при этом освободить, не повредив последний. Подобные капсиды встречаются у некоторых бактериальных вирусов и у вирусов человека (вирус гриппа).

Сферическая структура вирионов определяется капсидом, построенном по принципам кубической симметрии в основе которой лежит фигура икосаэдра -двадцатигранника .

Капсид состоит из асимметричных субъединиц (полипептидных молекул), которые объединены в морфологические субъединицы — капсомеры.Один капсомер содержит 2,3,5 субъединиц, расположенных по осям симметрии икосаэдра.

Число капсомеров для вируса данного вида является постоянным, оно имеет диагностическое значение. Например, вирион аденовирусов имеет 252 капсомера, у паповавирусов — 72. Молекулярная организация всех простых вирусов сводится к использованию спиральной и кубической симметрии.

Более сложно устроены вирусы, у которых имеется вторая оболочка. Она называется — суперкапсид. Суперкапсид представляет собой обычную биологическую мембрану, состоящую из двух слоев липидов, имеющих клеточное происхождение и заключенных в них гликозилированных суперкапсидных вирусных белков, которые выступают над наружной поверхностью вириона в виде своеобразных шипов. Суперкапсидные вирусные белки, образующие шипы, обладают жизненно важными для вируса функциями:

они распознают клеточные рецепторы и связываются с ними, обеспечивают слияние вирусной мембраны с мембраной клетки и ее лизисом, способствуют распространению вируса в организме за счет слияния клеток, многие из них обладают свойствами протективных антигенов и т.д. Многие сложные вирусы, такие как ортомиксовирусы, парамиксовирусы, коронавирусы и др. устроены таким образом, что их нуклеокапсид, имеющий палочковидную спиральную структуру, окружен суперкапсидной липопротеидной оболочкой, придающей вириону сферическую форму. У тогавирусов нуклеокапсид имеет форму икосаэдра, который окружен суперкапсидной оболочкой, придающей вириону шаровидную форму. Вирион ретровирусов имеет икосаэдрический капсид внутри которого располагается спиральный нуклеокапсид, а

сам вирион покрыт липидсодержащей оболочкой, придающей ему сферическую форму.

Классификация и таксономия вирусов.

Вирусы составляют царство Vira , которое подразделяется на два подцарства по типу нуклеиновой кислоты: ДНК-содержащие вирусы (дезоксирибовирусы) и РНК- содержащие вирусы ( рибовирусы).

Подцарства делятся на семейства, которые в свою очередь подразделяются на роды. Название всех вирусных родов оканчивается словом «virus», для названия семейств используется суффикс «idae», а подсемейств «inae». Из более чем 55 семейств вирусов, признанных Международным комитетом по таксономии вирусов, 19 включают вирусы человека и животных.

Для классификации вирусов используют следующие критерии:

1. Нуклеиновая кислота: тип, число нитей, процентное содержание, молекулярная масса, содержание гуанина и цитозина.

2. Морфология: тип симметрии или псевдосимметрии, число капсомеров для вирусов с кубической симметрией, наличие внешней липопротеиновой оболочки, форма. Размеры вирионов.

4. Белки: количество структурных белков, их локализация , аминокислотный состав.

6. Размножение в тканевых культурах.

7. Круг поражаемых хозяев, особенности патогенеза инфекционного процесса

8. Устойчивость к физическим и химическим факторам (гамма-лучи, термоинактивация при 37 и 50 градусах Цельсия, действие жирорастворителей и отдельных катионов).

В состав простых вирионов входит один тип нуклеиновой кислоты — РНК или ДНК и белки. У сложных вирионов в составе внешней оболочки содержатся липиды и полисахариды, которые они получают из клеток хозяина.

Вирусные ДНК. По своей структуре вирусные ДНК характеризуются рядом особенностей, что дает возможность подразделить их на несколько типов:

1. Одноцепочечная линейная ДНК (парвовирусы)

2. Одноцепочечная кольцевая ДНК

3. Двухцепочечная линейная ДНК (вирусы герпеса)

4. Двухцепочечная кольцевая ДНК (паповавирусы, вирус гепатита В)

5. Двухцепочечная ДНК с ковалентно связанным терминальным гидрофобным белком ( аденовирусы)

6. Двухцепочечная ДНК, замкнутая на каждом конце ковалентной связью (вирус оспы).

Вирусные РНК. У РНК-содержащих вирусов генетическая информация закодирована в РНК таким же кодом. Как в ДНК всех других вирусов и клеточных организмов. Вирусные РНК по своему химическому составу не отличаются от РНК клеточного происхождения, на характеризуются разной структурой:

1. Одноцепочечная нефрагментированная РНК, обладающая матричной активностью (позитивная или +РНК) Вирус полиомиелита и др. пикорнавирусы.

2. Одноцепочечная нефрагментированная РНК, не обладающая матричной активностью (негативная, или — РНК). Вирион имеет в своем составе РНК-зависимую РНК-полимеразу (транскриптазу). Она синтезирует на вирионной РНК матричную РНК, необходимую для трансляции вирусспецифических белков. Парамиксовирусы.

3. Одноцепочечная фрагментированная РНК, не обладающая матричной активностью (негативная РНК), вирион имеет транскриптазу. Ортомиксовирусы (РНК состоит из 8 фрагментов).

4. Двухцепочечная фрагментированная РНК, вирион имеет транскриптазу. Реовирусы.

5. Вирусы, геном которых представлен двумя идентичными нитями позитивной РНК (диплоидный геном). Вирионы имеют обратную транскриптазу. Ретровирусы.

6. Одноцепочечная кольцевая РНК. Такой геном имеет только один вирус — вирус Дельта — гепатита. Это дефектный вирус, для его размножения необходим вирус — помощник — вирус гепатита В.

Жизненный цикл вирусов. Основные типы вирусных геномов.

Под жизненым циклом вируса понимают процесс его размножения. Он происходит только внутриклеточно. Особенности размножения зависят прежде всего от вирусного генома.

Тип вирусной ДНК определяет особенности ее репликации.

1. Двунитевая ДНК — репликация происходит по обычному механизму репликации: нити разделяются, и на каждой из них достраивается комплиментарная ей нить.

2. Однонитевая ДНК. Ее репликация происходит через образование вначале репликативной формы, а затем промежуточной репликативной формы. Репликативная форма возникает в результате синтеза на исходной вирионной ДНК ( + нити) комплементарной ей (-) нити, то есть однонитевая ДНК превращается в двунитевую структуру ДНК. Промежуточная репликативная форма — это репликативная форма, (-) нить которой служит матрицей для синтеза (+) нити ДНК, идентичной исходной вирионной ДНК. Такой механизм обеспечивает передачу генов дочерним вирионам.

3. У вирусов, геном которых представлен однонитевой РНК, ее репликация происходит по следующей схеме: вначале на вирионной РНК (в РНК) синтезируются комплиментарные ей РНК (к РНК). Этот процесс катализирется специфической РНК — репликазой 1. Затем на к РНК синтезируется комплементарная ей, но идентичная исходной вирионная РНК (в РНК), этот процесс также катализируется специфической репликазой П. Таким образом репликация идет по схеме :

4. Репликация однонитевой РНК ретровирусов происходит с участием обратной транскриптазы. Вначале на в РНК обратная транскриптаза синтезирует комплементарную ей «минус» цепь ДНК, а затем на ней — «плюс» нить ДНК. Двунитевая ДНК интегрируется в хромосому клетки и там служит матрицей для синтеза разных классов вирусных РНК. Таким образом, репликация ретровирусов происходит по схеме:

Существуют некоторые общие закономерности размножения вирусов. Во- первых, все РНК-содержащие вирусы, кроме вирусов гриппа и ретровирусов, размножаются в цитоплазме.

Во-вторых, размножение всех ДНК-содержащих вирусов, кроме вирусов оспы, протекает в ядре.

Другая особенность размножения вирусов заключается в том, что их нуклекапсидные белки синтезируются на свободных полирибосомах, (не связанных с мембраной), а суперкапсидные белки — на рибосомах, ассоциированных с мембранами. Кроме того, белки некоторых вирусов подвергаются протеолитическому процессингу и гликозилированию.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

источник

Все вирусные геномы являются гаплоидными, т.е. содержат одну копию каждого гена. Исключение составляют ретровирусы, которые обладают диплоидным геномом. Геномы ДНК-вирусов позвоночных представлены одной двуспиральной молекулой за исключением парво- и цирковирусов.

Геномы полиома-, папиллома-, гепадна- и цирковирусов представлены кольцевой ДНК. ДНК гепаднавирусов частично двуспиральная, частично односпиральная. ДНК вирусов полиомы и папилломы является суперспиральной. Большинство линейных вирусных ДНК обладает способностью приобрести циркулярную конфигурацию, которая требуется для репликации по вращающемуся кольцевому механизму. Две цепи ДНК вируса оспы ковалентно связаны своими концами и при денатурации образуют большое одноцепочечное кольцо. У некоторых ДНК-вирусов (так же как у РНК-ретровирусов) имеются концевые повторяющиеся последовательности. Инвертированные концевые повторы обнаружены у адено- и парвовирусов. У адено-, гепадна- и парвовирусов, так же как у некоторых РНК-вирусов (пикорна- и калицивирусов), с 5′-концом генома ковалентно связан белок, играющий важную роль в его репликации.

Все РНК-вирусы позвоночных за исключением рео- и бирнавирусов имеют одноцепочечные геномы. Геном некоторых РНК-вирусов состоит из нескольких (2-12) уникальных фрагментов, каждый из которых кодирует, как правило, один белок. РНК-вирусы с односпиральным геномом могут иметь различную полярность. Если они имеют ту же полярность, что и мРНК, то они могут прямо индуцировать синтез вирусного белка и считаются положительно (+) полярными.

Если геномная нуклеотидная последовательность комплементарна мРНК, то они считаются отрицательно (—) полярными. К ним относятся: парамиксо-, рабдо-, фило-, ортомиксо-, арена- и буньявирусы. Все они имеют вирионную РНК-зависимую полимеразу (транскриптазу), которая в инфицированной клетке транскрибирует положительно-полярную РНК на матрице геномной вирусной РНК. У аренавирусов, по крайней мере, у одного рода буньявирусов, один из РНК-сегментов является двуполярным. Обычно у (+)полярных РНК-вирусов З’-конец имеет polyA-последовательность, а 5′-конец имеет кэп-структуру.

Размер геномов РНК-вирусов (одноцепочечных 1,7—21 т.н.; двуцепочечных — 18—27 т.п.н.) значительно меньше размера генома многих ДНК-вирусов. Поэтому РНК-вирусы, как правило, кодируют меньше белков, чем ДНК-вирусы. Масса генома различных вирусов находится в пределах от 1 % (орто- и пара-миксовирусы) до 32% (парвовирусы) от массы вириона.

Различные семейства вирусов позвоночных значительно различаются по структуре и функции генома. Основные типы вирусных геномов можно представить следующим образом:
1) двуцепочечной линейной молекулой ДНК с открытыми (герпесвирусы, аденовирусы, иридовирусы) или ковалентно связанными концами (вирусы оспы, асфаровирусы);
2) одноцепочечной линейной молекулой ДНК (парвовирусы);
3) одноцепочечной кольцевой молекулой ДНК (цирковирусы);
4) двуцепочечной кольцевой молекулой ДНК (папилломавирусы, полиомавирусы);

5) частично двуцепочечной кольцевой незамкнутой молекулой ДНК (гепаднавирусы);
6) одноцепочечной молекулой РНК, являющейся мРНК (положительно-геномные вирусы: пикорнавирусы, тогавирусы, флавивирусы, астровирусы, калицивирусы, коронавирусы, артеривирусы, нодавирусы);
7) одноцепочечной единой (рабдовирусы, парамиксовирусы, филовирусы, бор-навирусы) или фрагментированнои (ортомиксовирусы) линейной молекулой РНК, комплементарной мРНК — отрицательно-геномные вирусы;
8) одноцепочечной фрагментированнои кольцевой ковалентно несвязанной отрицательной или двуполярной РНК (буньявирусы, аренавирусы);
9) двуцепочечной линейной фрагментированнои молекулой РНК (реовирусы, бирнавирусы);
10) двумя идентичными линейными молекулами плюс-РНК, являющимися матрицами для синтеза ДНК (ретровирусы).

Молекулярная масса ДНК различных вирусов позвоночных варьирует в широких пределах: от 0,7—1,5 МД у цирковирусов и парвовирусов, до 150—200 МД у вирусов оспы. Молекулярная масса генома у РНК вирусов колеблется менее значительно — от 2,0 до 20,0 МД.

56. Трансляция и образование структурных и неструктурных вирусных белков. Сборка вирионов и их выход из клеток.

Репродукция вирионов характеризуется сменой стадий:

Транскрипция — переписывание ДНК на РНК – осуществляется с помощью фермента РНК-полимеразы, продуктами является биосинтез и-РНК. ДНК-содержащие вирусы, репродукция которых происходит в ядре, используют для транскрипции клеточную полимеразу. РНК-содержащие вирусы ф-ю и-РНК выолняет сам геном. У некоторых РНК-содержащих вирусов передача генетической информации осуществляется по формуле РНК-РНК-белок. К этой группе вирусов относятся – пикорновирусы, корновирусы.

У РНК-содержащих вирусов транскрипция осуществляется вирусоспецифическими ферментами транскриптазами, т.е. вирусами закодированными в геноме.

Синтез белка происходит в результате трансляции в РНК.

Трансляция – процесс перевода генетической информации, содержащейся в вирусе на специфическую последовательность АК. Синтез белка осуществляется на рибосомах клетки. Репликация – синтез молекул нуклеиновой кислоты, гомологичной геному. В клетке происходит репликация ДНК в результате которой образуется двунитчатая ДНК. Будучи внутриклеточными паразитами вирусы используют все энергетические ресурсы клетки для синтеза компонентов: АК, нуклеотидов, АТФ. При этом в значительной мере или полностью подавляется клеточный метаболизм. На ряду с этим вирус вызывает образование ферментов, отсутствующих в клетке и необходимых для репликации вирусных АК.

Согласно современным данным различают 3 основных периода в цикле репродукции:

Каждый из периодов включает ряд этапов:

1.Адсорбция вируса на клетке.

3.Депротеинизация (высвобождение нуклеиновой кислоты).

1.Биосинтез ранних вирусных белков

2.Биосинтез вирусных компонентов

1.Формирование зрелых вирионов

2.Выход зрелых вирионов из клетки.

1.Адсорбция – физико-химический процесс, является следствием разности зарядов. Эта стадия обратима на ее исход оказывает влияние кислотность среды, температура и другие процессы.

Основную роль в адсорбции вируса играет взаимодействие вируса с комплементарными рецепторами клетки. По химической природе они относятся к мукополипротейдам. На степень скорости адсорбции влияют гормоны действующие на рецепторы. Адсорбция вируса может и не наступить, что связано с различной чувствительностью клеток к вирусам. Чувствительность, в свою очередь определяется:

— наличием в клеточной оболочке и цитоплазме ферментов, способных разрушить оболочку и освободить нуклеиновую кислоту.

— наличием ферментов, материала, обеспечивающих синтез вирусных компонентов.

2.Проникновение вируса в клетку:

Вирус проникает 3 путями – путем непосредственного впрыскивания (характерно для фагов); путем разрушения клеточной оболочки (путь сплавления – характерно для вирусов растений); путем пиноцитоза (характерен для вирусов позвоночных).

3.Репродукция ДНК-содержащих вирусов.

Под воздействием ферментов у ДНК-содержащих вирусов осуществляется синтез и-РНК, и-РНК посылается на рибосомы чувствительной клетки. На рибосомах клетки начинается синтез ранних вирионных белков (наделены свойствами – ферментами, блокируют клеточный метаболизм).

Ранние вирионные белки дают начало образованию ранних вирионных кислот.

По мере накопления ранних вирионных белков они блокируют себя и процесс перестраивается на рибосомном аппарате. Идет сборка вирионов и вновь сформировавшиеся вирионы покидают клетку-мать.

1.Просачиваются через оболочку клетки и одеваются суперкапсидом, в состав в состав которого включаются компоненты клетки: липиды, полисахариды. В данном случае клетка сохраняет свою жизнедеятельность затем погибает. В некоторых случаях в процессе репродукции процессы могут происходить в течение нескольких лет, но жизнедеятельность сохраняется. При этом способе зрелые вирионы из клетки выходят постепенно и относительно длительно. Этот путь характерен для сложных вирусов, имеющих двойную оболочку.

В процессе репродукции образуются различные аномальные вирусы. Усилиями академика Жданова в последние годы были открыты псевдовирусы, состоящие из РНК-вируса и белков клетки, образующих капсид. Они обладают инфекционными свойствами, но в силу особенности капсида не поддаются действию антител, образующих ответ на этот вирус.

Явление образования таких вирусов объясняется длительным вирусоносительством при наличии в организме специфических АТ.

Причинами формирования таких вирионов являются:

1.Высокая множественность, в результате чего клетка не в состоянии обеспечить все потомство энергетическим материалом.

2.Действие интерферона – он влияет на синтез ДНК и РНК вирусов.

Титрование вирусов.

В лабораторных работах с вирусами, биофабричном производстве и в ветеринарной практике постоянно возникает необходимость определения количества вирусов в том или ином материале. Без такого определения невозможны экспериментальное заражение вирусами живых лабораторных систем, производство живых и инактивированных противовирусных вакцин и диагностических препаратов, оценка активности живых противовирусных вакцин, получение иммунных сывороток и многие другие работы.

Количество вируса в каком-либо материале определяют по титру вируса в этом материале. Под титром вируса понимают выражение его концентрации в материале.

Титр вируса — это количество вируса, содержащееся в единице объема материала. Поскольку количество вируса невозможно выразить в обычно применяемых (объем, масса и т. п.) единицах, прибегают к измерению в единицах действия или единицах активности. Вирусы обладают инфекционным и гемагглютинирующим действием. Отсюда и единицы количества вирусов инфекционные и гемагглютинирующие.

Размерность этих единиц зивисит от соотношения полноценных и неполноценных вирионов в используемой суспензии, объекта, способа титрования и других факторов. В практике нашли применение три типа единиц количества вируса: 1-й — инфекционные единицы локальных повреждений, вызываемых вирусами и оцениваемых по единичному эффекту; 2-й — инфекционные единицы 50%-ного действия вирусов на чувствительные живые объекты, оцениваемые статистически; 3-й — гемагглютинирующие единицы.

Из локальных повреждений, вызываемых вирусами, наиболее известны бляшки в зараженных культурах клеток (островки мертвых клеток в слое живых) и оспины (некротические узелки) на ХАО куриных эмбрионов, зараженных оспенными и некоторыми другими вирусами. В случаях такого проявления инфекционной активности вирусов количество вируса может быть измерено в бляшкообразующих единицах (БОЕ) или оспообразующих единицах (ООЕ). Одна БОЕ равна дозе вируса, способной вызвать образование одной бляшки, а одна ООЕ — одной оспины.

Наиболее универсален метод определения титра вируса в единицах 50%-ного инфекционного действия. По этому методу за единицу количества вируса принимается такая его доза, которая способна вызывать инфекционный эффект у 50 % зараженных тест-объектов. Она обозначается как ЭД₅₀— эффективная 50%-ная доза. Число таких доз вируса в единице объема материала и будет выражать титр вируса в этом материале.

Виды единиц количества вирусов при определении по 50%-ному инфекционному действию

В качестве тест-объектов в лабораториях обычно используют белых мышей, куриные эмбрионы и культуры клеток, у которых инфекционное действие вируса может проявляться гибелью, клиническими симптомами, патологоанатомическими изменениями и цитопатическим эффектом. Для каждого вируса подбирают чувствительный к нему тест-объект и форму учета его инфекционного действия, по которой оценивают эффект заражения. В зависимости от вида тест-объекта и формы проявления инфекционного действия ЭД₅₀ принимает один из следующих видов, приведенных в таблице 6.

1 ЛД₅₀—это доза вируса, убивающая 50 % лабораторных животных (обычно белых мышей);

1 ИД₅₀—доза вируса, вызывающая клинические симптомы или патологоанатомические изменения у 50 % зараженных лабораторных животных;

1 ЭЛД — доза вируса, убивающая 50 % куриных эмбрионов;

1 ЭИД₅₀—доза вируса, вызывающая патологоанатомические изменения у 50 % зараженных куриных эмбрионов;

1 ЦПД₅₀— доза вируса, вызывающая цитопатический эффект у 50 % зараженных культур клеток (обычно пробирок с культурами клеток).

Количество ЭД₅₀ (ЛД₅₀, ИД ЭЛД₅₀, ЭИД₅₀ или ЦПД₅₀) вируса, содержащееся в единице объема вируссодержащего материала, и будет выражением титра (Т) вируса в этом материале. Например, Т=10 3,48 ЦПД₅₀/0,1 мл означает, что в каждой 0,1 мл вируссодержащего материала содержится 10 3 ‘ 48 доз вируса (т. е. более 1000, но менее 10 000, а именно 10 3,48 =3020), каждая из которых способна вызвать цитопатический эффект в 50 % пробирок с культурой клеток.

Названные единицы 50%-ного инфекционного действия вируса (ЛД₅₀, ИД₅₀, ЭЛД₅₀, ЭИД₅₀, ЦПД₅₀) используются в случаях оценки инфекционного действия вируса со статистически оцениваемым эффектом, имеющим место, когда учет инфекционного действия вируса ведется по летальному действию, клиническим симптомам, патологоанатомическим изменениям или цитопатическому действию.

Титрование вирусов по 50%-ному инфекционному действию — наиболее универсальный прием, пригодный для титрования практически любого вируса, если подобрать чувствительную к нему живую систему (текст-объект). Однако этот метод титрования вирусов довольно трудоемкий, длительный и требует статистических расчетов.

Задача определения титра вируса в единицах 50%-ного инфекционного действия (ЛД₅₀, ИД₅₀, ЭЛД₅₀, ЭИД₅₀, ЦПД₅₀) сводится к тому, чтобы найти такое разведение испытуемого вируссодержащего материала, в объеме заражающей дозы которого содержалась бы одна ЭД₅₀, а затем рассчитать, сколько таких единиц вируса содержится в таком же объеме вируссодержащего материала, что и будет показателем титра вируса в этом материале.

Чтобы решить эту задачу, сначала из исследуемого вируссодержащего материала готовят ряд последовательных 10-кратных разведений. 10-кратные разведения берут по двум причинам:

во-первых, как видно из графика зависимости инфекционного эффекта от дозы вируса (рис. 35), кривая этой зависимости вблизи точки, соответствующей ЭД₅₀, на значительном отрезке приближается к прямой.

Рисунок 35. График зависимости инфекционного эффекта от дозы вируса

Это означает, что в определенных пределах, центр которых в точке ЭД₅₀, между логарифмом дозы (разведения) вируса и инфекционным эффектом существует прямолинейная зависимость, т. е. величина инфекционного эффекта пропорциональна логарифму дозы вируса (или его разведения), в области малых и особенно больших доз эта зависимость нарушается;

во-вторых, при 10-кратном разведении облегчаются последующие расчеты.

Одинаковыми объемами каждого из 10-кратных разведений исследуемого вируссодержащего материала заражают равные группы чувствительных к данному вирусу живых тест-объектов (мышей, куриных эмбрионов или культур клеток). При этом в каждой группе должно быть не менее 4—6 тест-объектов, так как при меньшем количестве статистически рассчитываемая величина титра вируса будет иметь слишком большую погрешность (статистическая величина тем точнее, чем на большем количестве исходных данных она основана).

После заражения учитывают результат действия вируса (гибель, клинические симптомы, патологоанатомические изменения или ЦПЭ) на зараженные объекты и определяют, в каком разведении вирус проявил свое действие на 50 % чувствительных объектов. Разведение, дающее 50%-ный эффект, рассчитывают методом прямолинейной интерполяции. Когда такое разведение нашли, то считают, что в заражающем объеме вируса, разведенного в найденное (соответствующее 50%-ному эффекту) число раз, содержится 1 ЭД₅₀. В таком же объеме исходного (неразведенного) вируссодержащего материала таких доз (ЭД₅₀) содержится больше во столько раз, во сколько был разведен материал, давший 1 ЭД₅₀. Затем пересчитывают, сколько таких единиц 50%-ного инфекционного действия вируса содержится в единице объема (мл) вируссодержащего материала, что и будет выражением титра вируса в данном материале.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

источник

Ученые давно стремятся выявить строение и роль вирусов. Они уникальны тем, что их классифицировали, как живые, так и неживые организмы в разные моменты истории биологии. Вирусы — это частицы, которые способны спровоцировать множества серьезных заболеваний, включая рак. Они не только заражают человека и животных, но и растения, бактерии и археи. Что делает вирусы такими интересными? Они примерно в 1000 раз меньше, чем бактерии, и их можно встретить практически в любой среде. Вирусы не могут существовать независимо от других организмов, так как должны паразитировать на живой клетке для воспроизведения.

Вирусная частица, также известная как вирион, представляет собой, по существу, нуклеиновую кислоту (ДНК или РНК), заключенную в оболочку белка. Вирусы чрезвычайно малы, диаметром приблизительно 20-400 нанометров. Крупнейший вирус, известный как Мимивирус, может иметь размер до 500 нанометров в диаметре. Для сравнения, человеческий эритроцит составляет около 6000-8000 нанометров в диаметре. В дополнение к малым размерам, вирусы также имеют различные формы. Подобно бактериям, некоторые вирусы имеют сферические или стержневые формы, а другие — икосаэдрические (полиэдр с 20 гранями) или спиральные формы.

Вирусы могут иметь двухцепочечную ДНК, двухцепочечную РНК, одноцепочечную ДНК или одноцепочечную РНК. Тип генетического материала, обнаруженного в конкретном вирусе, зависит от его природы и функции. Генетический материал обычно не подвергается воздействию, но покрывается белковым слоем, известным как капсид. Вирусный геном может состоять из очень небольшого числа или до нескольких сотен генов в зависимости от типа вируса. Обратите внимание, что геном обычно организован как длинная молекула, которая обычно является прямой или круговой.

Вирусы не способны самостоятельно реплицировать свои гены. Они должны полагаться на клетку-хозяина для воспроизведения. Чтобы вирусная репликация произошла, вирусу необходимо сперва заразить живую клетку. Вирус вводит свой генетический материал в клетку и использует органеллы клетки для репликации. После того, как было реплицировано достаточное количество вирусов, вновь образованные вирусы лизируют или разрывают клетку-хозяина и заражают другие клетки.

Белок, покрывающий вирусный генетический материал, известен как капсид. Капсид состоит из белковых субъединиц, называемых капсомерами. Капсиды могут иметь несколько форм: многогранник, стержень или комплекс. Они необходимы для защиты вирусного генетического материала от повреждений.

В дополнение к белковой оболочке у некоторых вирусов есть специализированные структуры. Например, вирус гриппа имеет мембраноподобную оболочку вокруг своего капсида. Добавки капсида также встречаются в бактериофагах. Например, бактериофаги могут иметь белковый «хвост», прикрепленный к капсиду, который используется для заражения бактерий-хозяев.

Вирусы вызывают ряд заболеваний в организмах, которые они заражают. Инфекции и заболевания человека, вызванные вирусами, включают лихорадку Эбола, ветряную оспу, корь, грипп, ВИЧ, герпес и многие другие. Вакцины эффективны для предотвращения некоторых типов вирусных инфекций, таких как оспа. Они работают, помогая организму построить ответ иммунной системы против конкретных вирусов.

Вирусные заболевания, которые воздействующие на животных, включают бешенство, ящур, птичий и свиной грипп. Заболевания растений включают мозаичное заболевание, кольцевая пятнистость, скручивание листьев и другие болезни листьев. Вирусы, известные как бактериофаги, вызывают заболевание у бактерий и археев.

источник

Вирусы – это особая форма жизни, объединяющая организмы с неклеточным строением.

Вирусы способны существовать в двух формах: вне клеток и внутри клеток.

Вне клеток существуют свободные вирусы – вирионы. Вирионы не проявляют свойств биологических систем: у них отсутствует обмен веществ, и они неспособны к самовоспроизведению. Вирионы состоят из нуклеиновых кислот (ДНК или РНК), заключенных в белковую оболочку – капсид.

В состав капсида входит строго определенное количество повторяющихся белковых субъединиц – капсомеров. Например, у вируса полиомиелита в состав капсида входит 60 капсомеров, у аденовируса – 252, у вируса табачной мозаики – 2000.

Размеры вирусов колеблются от 20 до 350 нм. По морфологии различают следующие формы вирусов: сферическую, палочковидную, кубоидальную, сперматозоидную. По характеру симметрии капсида различают вирусы со спиральным, кубическим (икосаэдрическим) и комбинированным типом симметрии.

Степень сложности вириона может быть различной. У простых вирусов в состав вириона входит только нуклеиновая кислота и белки, которые связаны в единуюнуклеопротеиновую структуру – нуклеокапсид. У сложных вирусов имеется дополнительная липопротеиновая оболочка – суперкапсид. В состав сложных вирионов могут входить углеводы и некоторые ферменты. Однако вирусы никогда не содержат метаболических систем, обеспечивающих обмен веществ.

Для собственного воспроизведения вирусы должны проникнуть в клетку. Поверхность капсида включает химические вещества, способствующие прикреплению вириона к поверхности клетки и проникновению всего вириона или нуклеиновой кислоты в клетку. Сначала происходит адсорбция (фиксация) вирионов на поверхности клетки, а затем внутрь клетки проникает или весь вирион или только вирусная нуклеиновая кислота. В большинстве случаев вирусы проникают в клетку путем виропексиса (этот механизм проникновения вирусов в клетку сходен с фагоцитозом).

Как и любое чужеродное вещество, нуклеиновые кислоты вирусов, проникшие в клетку, должны разрушаться защитными системами клетки. Основу защитных систем составляют нуклеазы – ферменты, расщепляющие нуклеиновые кислоты. Однако существует множество способов защиты вирусных нуклеиновых кислот от разрушения ферментными системами клетки. Например, у крупных ДНК-содержащих бактериофагов в состав вирусной ДНК входят модифицированные основания: окисленные и метилированные. Такая модифицированная ДНК не разрушается клеточными нуклеазами.

После проникновения в клетку вирусы вступают в вегетативно-репродуктивную фазу , то есть приобретают способность к обмену веществ и воспроизведению, причем, метаболизм вирусов неразрывно связан с метаболизмом клетки-хозяина. Таким образом, вирусы являются облигатными (обязательными) специализированными внутриклеточными паразитами на молекулярно-генетическом уровне.

Многие вирусы приступают к репродукции сразу же поле проникновения в цитоплазму клетки-хозяина. Однако в ряде случаев нуклеиновые кислоты вирусов встраиваются (интегрируются) в состав хромосом хозяина. В интегрированном состоянии вирус называется провирусом. Провирусы неотличимы от генетического материала хозяина и воспроизводится вместе с ним. В интегрированном (вирогенном) состоянии вирусы могут находиться долгое время. Но в ряде случаев (при изменении физиологического состояния клетки, например, при облучении) начинается репродукция вируса. С помощью ферментов и пластических веществ клетки идет репликация вирусных нуклеиновых кислот и вирусных белков. Путем самосборки из этих молекул формируется множество вирионов, которые покидают клетку. При этом клетка может погибнуть или сохраниться.

В настоящее время известно свыше 800 видов вирусов (вероятно, миллионы видов еще не открыты). Вирусы классифицируются по носителям наследственной информации (ДНК-содержащие и РНК-содержащие) и по хозяевам (вирусы растений, вирусы грибов, вирусы животных и вирусы прокариот, или бактериофаги). Биномиальная номенклатура в вирусологии не привилась, и обычно каждый вид вируса получает собственное имя.

Вирусы – возбудители многих инфекционных заболеваний растений, животных и человека. В то же время, вирусы – возбудители заболеваний у нежелательных для человека организмов («враги наших врагов»). Вирусы широко используются как объекты молекулярно-генетических исследований. В генной инженерии вирусы применяются для создания генетических конструкций и для переноса генетического материала.

Происхождение вирусов. Существует ряд теорий происхождения вирусов. Согласно одной из теорий, вирусы – крайне упрощенные прокариотические организмы, утратившие цитоплазму. Противоположные теории рассматривают вирусы как часть генетического материала клетки, вынесенного за ее пределы.

Биологическое значение вирусов в первую очередь связывается с их патогенностью – способностью вызывать заболевания. Различают острые вирусные заболевания (например, грипп), хронические и латентные (скрытые).

Борьба с вирусными заболеваниями человека и животных ведется с использованием неспецифических препаратов (например, интерферона), специфических сывороток и препаратов, подавляющих репродукцию вирусов. Для профилактики вирусных заболеваний применяют различные вакцины. Антибактериальные препараты (сульфаниламиды, антибиотики) на вирусы не действуют.

Существуют инфекционные агенты, которые не являются вирусами. К одной из этих групп относятся вироиды – мелкиеодноцепочечные кольцевые молекулы РНК длиной до 300 нуклеотидов, не кодирующие собственных белков (не имеющиесобственного капсида). Вироиды вызывают многие болезни растений, например, веретеновидность клубней картофеля. К вироидамблизки вирусоиды. Это молекулы РНК, которые способны к самовоспроизведению в присутствии вируса-помощника. Вирусоидытакже вызывают заболевания растений, например, преходящую полосатость люцерны.

К другой группе инфекционных агентов относятся регуляторные белки прионы. Прионы включают те гены, которые не должны функционировать в данное время и в данной ткани. Это нарушает нормальное функционирование клеток, что приводит к развитию тяжелых заболеваний, например, энцефалопатии («бешенство коров»).

Некоторые вирусы (аденовирусы, ретровирусы) могут нарушать нормальное функционирование генетического аппарата клетки хозяина, что приводит к развитию онкологических заболеваний.

– Структурные гены, которые кодируют белки. Занимают примерно 95 % вирусной хромосомы. Белки вирусов можно разделить на несколько групп: структурные, ферменты, регуляторы.

– Регуляторные последовательности, которые не кодируют белки: промоторы, операторы и терминаторы.

– Прочие некодирующие участки (сайты), в том числе:

– участок attP , обеспечивающий интеграцию вирусной хромосомы в хромосому клетки–хозяина;

– участки cos – липкие концевые участки линейных вирусных хромосом, обеспечивающие замыкание линейной хромосомы в кольцевую форму.

Гены, кодирующие рРНК и тРНК, в геноме вирусов обычно отсутствуют. Однако в геноме крупного фага Т4 имеются гены, кодирующие несколько тРНК.

Геном вирусов отличается высокой плотности упаковки информации. Например, у фага φХ174 в пределах одного гена может располагаться еще один ген. В частности, ген В находится в пределах гена А , а ген Е – в пределах гена D. У мелкого РНК-содержащего фагаf2 ген регуляторного белка, блокирующего лизис (созревание вирионов и разрушение клетки), перекрывается с двумя другими генами, удаленными друг от друга.

Особенности вирусов эукариот

У вирусов эукариот обнаружены следующие особенности:

1. Интрон-экзонная структура генов.

2. Модификация белков после синтеза полипротеинов: весь геном транскрибируется в виде одной молекулы мРНК, которая служит матрицей для синтеза полипротеина – одного гигантского инертного белка, и лишь затем происходит расщепление полипротеина на белки, выполняющие определенные функции.

3. Перекрывание генов (обезьяний вирус SV 40, вирус гриппа).

К ДНК-содержащим вирусам относятся многие вирусы бактерий – бактериофаги (или просто фаги ). Некоторые мелкие фаги (например, фаг М13) при репродукции не разрушают клетку. Репродукция крупных фагов (например, фага Т–4) приводит к гибели клетки. Фаг Т–4 – это один из наиболее сложно организованных вирусов. Белковый капсид включает не менее 130 белков, образующих головку, воротничок, сократимый хвост, базальную пластинку и хвостовые нити. Такое строение капсида позволяет впрыскивать ДНК в бактериальную клетку через толстую оболочку, поэтому подобные вирусы образно называют «живыми шприцами». Т–фаги могут существовать в виде профага длительное время. К ДНК-содержащим вирусам относятся возбудители многих заболеваний человека и животных: вирусы оспы, герпеса, гепатита В, аденовирусы млекопитающих и человека (вызывают желудочно-кишечные заболевания,ОРВИ, конъюнктивиты), вирусы бородавок человека. К ДНК-содержащим вирусам относятся и некоторые вирусы растений (вирус золотистой мозаики фасоли, вирус мозаики цветной капусты). Некоторые вирусы используются в генной инженерии для переноса генов от одних организмов к другим, например, обезьяний вирус SV 40.

Вирионы ДНК-содержащих вирусов содержат ДНК. Объемом ДНК определяется количество белков в вирионе: один полипептид кодируется отрезком ДНК длиной примерно 1 тысяча нуклеотидов (нуклеотидных пар). После проникновения в клетку вирусная ДНК становится матрицей для синтеза ДНК и РНК.

Примеры организации генома ДНК-содержащих вирусов

1. Кольцевая двухцепочечная ДНК длиной около 5 тпн.

– Обезьяний вирус SV 40. Мелкий эукариотический вирус. Вирионы в виде икосаэдра. Капсид белковый. Используется в генной инженерии как вектор переноса генов. Кодирует 5 белков.

– Вирусы бородавок человека.

2. Кольцевая одноцепочечная ДНК длиной около 5 тн; может быть как кодирующей, так и антикодирующей.

– Мелкие бактериофаги типа М13. Не разрушают клетку. Капсид включает 8 белков.

– Вирус золотистой мозаики фасоли.

3. Линейная двухцепочечная ДНК длиной 30-150 тпн.

– Бактериофаги типа Т4. Вирионы крупные. Белковый капсид из 130 белков включает: головку, хвостовой отдел и хвостовые нити. Эти вирусы могут существовать в виде профага длительное время.

– Аденовирусы млекопитающих и человека. Вирионы средних размеров в виде икосаэдра. Капсиды белковые. Вызывают ОРВИ, конъюнктивиты, желудочно-кишечные заболевания, иногда обладают онкогенными свойствами.

– Вирусы оспы, герпеса и им подобные. Вирионы крупные. Имеется липопротеиновая оболочка.

4. Линейная одноцепочечная ДНК длиной около 5 тн; ДНК может быть как кодирующей, так и антикодирующей. У человека известны как спутники аденовирусов.

5. Двухцепочечная ДНК, замкнутая в кольцо из перекрывающихся сегментов. Длина ДНК – 3-8 тн.

– Вирус гепатита В. Вирион сферический, средних размеров. Имеется дополнительная оболочка из вирусных и клеточных белков. Кодирует 5 белков.

– Вирус мозаики цветной капусты (CaMV). Промотор 35S-RNA (CaMV35S) этого вируса широко используется в традиционной генной инженерии для создания генетических конструкций.

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. Вплюс-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. Имеется дополнительная 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. ВызываютОРВИ, желудочно-кишечные заболевания. РНК фрагментированная (10. 11 фрагментов), кодирует 11 белков.

4. Две линейные 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. Многиеретровирусы 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.

Видео: Конституция — вирус в геноме.

источник