Вирус оспы в микроскопе

ВМФ (41)
ЖЗЛ (29)
СССР (28)
самоучитель (24)
Женщины известные и знаменитые (21)
корабли (20)
Спорт (18)
Армия (15)
Интересно (13)
Стрелковое оружие (11)
поэзия (10)
ВМФ СССР (6)
Архитектура (6)
фото (5)
здоровье (5)
достопримечательности (4)
поэзия (4)
творчество (3)
погребок (3)
круиз (3)
космос (3)
кино (3)
фигурное катание (2)
фото мастеров (2)
Алые паруса (2)
Астрономия (2)
События. Новости (2)
(0)
деревня (3)
живопись (51)
женские образы (34)
море (2)
история (26)
личности (38)
портреты (4)

Болезнетворные микроорганизмы (вирусы, бактерии и многие другие) могут вызывать тяжелые инфекционные заболевания, преодолевая естественную сопротивляемость организма человека.

Инфекционные заболевания вызываются живыми организмами, способными видоизменяться и эволюционировать. Этот процесс у микроорганизмов происходит значительно быстрее, чем у людей, позволяя вирусам и бактериям находить новые способы противостоять лекарственным препаратам.

Бактерия туберкулёза, увеличенная в 10 тысяч раз. Туберкулёз — широко распространённое в мире инфекционное заболевание человека и животных, вызываемое различными видами микобактерий, как правило, видами Mycobacterium tuberculosis complex.

Микроскопические частицы Коронавирусов. Коронавирусы — семейство, включающее около одиннадцати видов вирусов, поражающих человека, кошек, птиц, собак, крупный рогатый скот и свиней.

Бактерия Neisseria meningitidis, которая вызывает тяжёлое заболевание — менингококковый менингит. На снимке бактерия увеличена в 33 тысячи раз.

Стержень бактерии (Bacillus) сибирской язвы, увеличенный в 18 тысяч 300 раз. Сибирская язва (карбункул злокачественный, антракс) — особо опасная инфекционная болезнь сельскохозяйственных и диких животных всех видов, а также человека.

Эта красочная картина на самом деле — вирус Эбола. Вызывает геморрагическую лихорадку Эбола. Размножается так быстро, что пораженные клетки организма превращаются в кристаллоподобные блоки уплотненных частиц вируса.

Вирус гриппа, состоящий из рибонуклеиновой кислоты, окруженной нуклеокапсидой (красный) и липидной оболочкой (зеленый). Снимок увеличен в 230 тысяч раз. Вирусы гриппа А поражают человека и некоторые виды животных (лошади, свиньи) и птиц. Вирусы гриппа типов В и С патогенны только для людей.

Оспа— одно из древнейших заболеваний. В прошлом она была самой распространенной и самой опасной болезнью.

Вирусы оспы— самые крупные вирусы, содержащие ДНК, молекулярная масса которой больше, чем у любого другого вируса животных.

Цветное изображение вируса папилломы, который является причиной появления бородавок у человека. Снимок увеличен в 60 тысяч раз.

Вирус Полиомиелита: генетический материал РНК происходит в ядре каждого вируса, окруженного белковой оболочкой (синий). Полиомиели́т — детский спинномозговой паралич, острое инфекционное заболевание, обусловленное поражением серого вещества спинного мозга полиовирусом.

Цветная, сканированная микрофотография бактерии спирохеты Borrelia Burgdorferi, способной вызвать болезнь Лайма у человека, пострадавшего от укуса клеща. Болезнь Лайма — заболевание с преимущественным поражением кожи, нервной и сердечно-сосудистой системы, опорно-двигательного аппарата, склонное к длительному течению.

Бактерия бубонной чумы, известной также, как «Чёрная смерть», эпидемия которой бушевала в Европе в середине XIV века. Чума — острое природно-очаговое бактериальное заболевание, переносимое блохами, паразитирующими на крысах.

Бактерия кишечной палочки, которая при определенных условиях может вызвать гастроэнтерит и инфекции мочевыводящих путей. Кишечная палочка является палочковидной бактерией, принадлежащей к группе факультативных анаэробов (живет и размножается только в условиях отсутствия прямого кислорода). Кишечная палочка имеет множество штаммов, большинство из которых принадлежит к естественной микрофлоре кишечника людей и помогает предотвращать развитие вредоносных микроорганизмов и синтезировать витамин К. Но некоторые ее разновидности способны вызвать серьезные отравления, кишечный дисбактериоз и колибактериоз.

Бактерия пневмококк, способная вызвать пневмонию верхних дыхательных путей у человека с иммунодефицитом. Пневмококк является лидером среди всех возбудителей тех или иных респираторных заболеваний.

ВИЧ (СПИД)под микроскопом. ВИЧ — вирус иммунодефицита человека, вызывающий ВИЧ-инфекцию — заболевание, последняя стадия которого известна как синдром приобретённого иммунодефицита (СПИД).

источник

Вирус вызывает особо опасное высококонтагиозное инфекционное заболевание, характеризующееся общим поражением организма и обильной сыпью на коже и слизистых оболочках. В прошлом отмечались эпидемии и пандемии заболевания, сопровождающиеся высокой летальностью. В 1892 г. Г.Гварниери, исследуя под микроскопом срезы роговицы зараженного кролика, обнаружил специфические включения, впоследствии названные тельцами Гварниери, представляющие собой скопления вирусов натуральной оспы. Возбудитель оспы впервые обнаружен в световом микроскопе Е. Пашеном (1906).

Таксономия. Вирус натуральной оспы – ДНК-содержащий; относится к семейству Poxviridae (от англ, рох – язва), роду Orthopoxvirus.

Морфология, химический состав, антигенная структура. Вирус натуральной оспы является самым крупным вирусом, при электронной микроскопии имеет кирпичеобразную форму с закругленными углами размером 250-400 нм. Вирион состоит из сердцевины, имеющей форму гантели, двух боковых тел, расположенных по обе стороны от сердцевины, трехслойной наружной оболочки. Вирус содержит линейную двунитчатую ДНК, более 30 структурных белков, включая ферменты, а также липиды и углеводы.В составе вируса обнаружено несколько антигенов: нуклео-протеидный, растворимые и гемагглютинин. Вирус натуральной оспы имеет общие антигены с вирусом осповакцины (коровьейоспы).

Культивирование. Вирусы хорошо размножаются в куриных эмбрионах, образуя белые плотные бляшки на хорионаллантоисной оболочке. Репродукция вируса в культуре клеток сопровождается цитопатическим эффектом и образованием характерных цитоплазматических включений (телец Гварниери), имеющих диагностическое значение.

Резистентность. Вирусы оспы обладают довольно высокой устойчивостью к окружающей среде. На различных предметах при комнатной температуре сохраняют инфекционную активность в течение нескольких недель и месяцев; не чувствительны к эфиру и другим жирорастворителям. При температуре 100ºС вирусы погибают моментально, при 60ºС – в течение 15 мин, при обработке дезинфицирующими средствами (фенол, хлорамин) – в течение нескольких часов. Длительно сохраняются в 50 % растворе глицерина, в лиофилизированном состоянии и при низких температурах.

Восприимчивость животных. Заболевание, сходное по клиническим проявлениям с болезнью человека, можно воспроизвести только у обезьян. Для большинства лабораторных животных вирус оспы малопатогенен.

Эпидемиология. Натуральная оспа известна с глубокой древности. В XVII-XVIII вв. в Европе оспой ежегодно болело около 10 млн человек, из них умирало около 1,5 млн. Оспа являлась также главной причиной слепоты. На основании высокой контагиозности, тяжести течения и значительной летальности натуральная оспа относится к особо опасным карантинным инфекциям.

Источником инфекции является больной человек, который заразен в течение всего периода болезни. Вирус передается воздушно-капельным и воздушно-пылевым путями. Возможен контактно-бытовой механизм передачи – через поврежденные кожные покровы.В начале 20-х годов текущего столетия в результате применения оспенной вакцины удалось ликвидировать натуральную оспу в Европе, Северной Америке, а также в СССР (1936). Отечественные ученые В. М. Жданов, М. А. Морозов и др. обосновали возможность осуществления глобальной ликвидации оспы. В 1958 г. по предложению СССР Всемирная организация здравоохранения приняла резолюцию и разработала программу по ликвидации оспы во всем мире, которая была успешно выполнена благодаря глобальной противооспенной вакцинации людей. В 1977 г. в Сомали был зарегистрирован последний случай оспы в мире. Таким образом, оспа исчезла как нозологическая форма.

Патогенез и клиническая картина. Вирус оспы проникает в организм через слизистую оболочку дыхательных путей и реже через поврежденную кожу. Размножившись в регионарных лимфатических узлах, вирусы попадают в кровь, обусловливая кратковременную первичную вирусемию. Дальнейшее размножение вирусов происходит в лимфоидной ткани (селезенка, лимфатические узлы), сопровождается повторным массивным выходом вирусов в кровь и поражением различных систем организма, а также эпидермиса кожи, так как вирус обладает выраженными дерматотропными свойствами. Инкубационный период составляет 8-18 дней. Заболевание начинается остро, характеризуется высокой температурой тела, головной и поясничной болью, появлением сыпи. Для высыпаний характерна последовательность превращения из макулы (пятна) в папулу (узелок), затем в везикулу (пузырек) и пустулу (гнойничок), которые подсыхают с образованием корок. После отпадения корок на коже остаются рубцы (рябины). По тяжести течения различают тяжелую форму («черная» и сливная оспа) со 100% летальностью, среднюю с летальностью 20-40% и легкую с летальностью 1-2%. К числу легких форм натуральной оспы относится вариолоид – оспы у привитых. Вариолоид характеризуется отсутствием лихорадки, малым количеством оспенных элементов, отсутствием пустул или сыпи вообще.

Иммунитет. У переболевших людей формируется стойкий пожизненный иммунитет, обусловленный выработкой антител, интерферона, а также клеточными факторами иммунитета. Прочный иммунитет возникает также в результате вакцинации.

Лабораторная диагностика. Работа с вирусом натуральной оспы проводится в строго режимных условиях по правилам, предусмотренным для особо опасных инфекций. Материалом для исследования служит содержимое элементов сыпи на коже и слизистых оболочках, отделяемое носоглотки, кровь, в летальных случаях – кусочки пораженной кожи, легкого, селезенки, кровь. Экспресс-диагностика натуральной оспы заключается в обнаружении: а) вирусных частиц под электронным микроскопом; б) телец Гварниери в пораженных клетках; в) вирусного антигена с помощью РИФ, РСК, РПГА, ИФА и других специфических реакций. Выделение вируса осуществляют в куриных эмбрионах или клеточных культурах. Идентификацию вируса, выделенного из куриного эмбриона, проводят с помощью РН (на куриных эмбрионах), РСК или РТГА. Вирус, выделенный на культуре клеток, обладает гемадсорбирующей активностью по отношению к эритроцитам кур, поэтому для его идентификации используют реакцию торможения гемадсорбции и РИФ. Серологическую диагностику осуществляют с помощью РТГА, РСК, РН в куриных эмбрионах и на культурах клеток.

Специфическая профилактика и лечение. Живые оспенные вакцины готовят накожным заражением телят или куриных эмбрионов вирусом вакцины (осповакцины). Повсеместная вакцинация населения привела к ликвидации натуральной оспы на земном шаре и отмене с 1980 г. обязательного оспопрививания. Поэтому оспенные вакцины необходимо использовать только по эпидемическим показаниям с целью экстренной массовой профилактики. Методы введения вакцин – накожно или через рот (таб-летированная форма). После вакцинации формируется прочный иммунитет.

Для лечения натуральной оспы, помимо симптоматической терапии, применяли химиотерапевтический препарат – метисазон.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

источник

Вирус натуральной оспы

Вирус натуральной оспы (Variola major) из семейства ортопоксвирусов. Натуральная (черная) оспа — высокозаразное заболевание, передающееся контактным путем и приводящее к смерти в 40-90 процентах случаев. В конце XVIII века от него ежегодно умирало, по оценкам, до 400 тысяч европейцев. В XX веке оспа стала причиной от 300 до 500 миллионов смертей. Однако успешная всемирная прививочная кампания, начавшаяся в XIX веке, привела к полной победе над этим заболеванием в 1979 году. На сегодняшний день оспа считается единственной искорененной инфекцией.

Натуральная оспа – очень заразное заболевание. Заразны почти все выделения больного: мокрота, капельки слизи из зева и полости рта, разбрызгиваемые при кашле, чихании, крике. Заразны моча, кал. Вирус оспы долго сохраняется в постельном белье, домашних вещах, особенно в сухом состоянии. Заражение происходит либо непосредственно от больного, либо через зараженные предметы и вещи.

В 1886 г. Бьюст обнаружил возбудителя оспы. В 1906 г. Пашен предложил окрашивать вирионы специальной краской, позволяющей наблюдать их в световом микроскопе. Вирусы оспы довольно крупные и первыми были рассмотрены под микроскопом. Окрашенные вирионы получили название «тельца Пашена». Вирус оспы содержит двухцепочную линейную ДНК, размножается в цитоплазме клеток, образуя характерные включения.

Возбудитель оспы проникает в организм человека через верхние дыхательные пути (слизистую носоглотки) воздушно-капельным путем, а также через кожу. Затем возбудитель попадает в кровь, с током которой разносится по всему организму. Вирус интенсивно размножается в клетках костного мозга и печени, откуда опять попадает в кровь, затем – в большом количестве в клетки слизистой и кожи. Здесь вирус интенсивно размножается и вызывает типичное поражение, последовательно проходя стадии папулы, везикулы, пустулы, корочки и рубца. Покрытое «оспинами» лицо – типичное последствие перенесенной оспы. Оспенный больной заразен примерно с третьего дня после заражения (инкубационный период – до 12 дней) и до отпадения оспенных корочек.

Оспа известна с древнейших времен. Рукописные памятники Древнего Египта позволяют предполагать, что она возникла на территории Центральной Африки. Так, в египетском папирусе, составленном Аменофисом I за 4 тыс. лет до н.э., описана оспа. На коже мумии, захороненной в Египте за 3 тыс. лет до н.э., сохранились оспенные поражения. В древнейшем китайском трактате «Чеу-Чиуфа» упоминается оспа, которую китайцы называли «ядом из материнской груди» (1120 г. до н.э.). Первое классическое описание оспы сделал арабский врач Аль-Рази (IX–X в. н.э.). Ибн-Сина (980–1037) – первый врач, описавший оспу как заразную болезнь.

В прошлом оспа была самым опасным и распространенным заболеванием. Столетиями она свирепствовала в Азии, откуда в VI в. н.э. сарацины завезли ее в Европу.

В XVI — XVIII вв. произошел наиболее убийственный «расцвет» оспы, тогда от этой болезни умирал каждый третий ребенок. В Европе в отдельные годы оспой заболевало до 12 млн человек, 1,5 млн человек умирало.

Оспа была широко распространена в войсках и, передвигаясь с ними, страшнее войн опустошала целые области.

Древний историк Курциус (I в. до н.э.) писал, что оспа уничтожила воинов Александра Македонского, возвращающихся из завоеванной Индии.

Во время эпидемий оспа поражала молодых и старых, простолюдина и владыку, не щадя никого, проникала в хижину бедняка и во дворцы царей. От оспы умерли русский император Петр II, австрийский император Иосиф, короли Франции – Людовик XIV, Людовик XV, король Нидерландов Вильгельм II Оранский, королева Англии Анна.

Древний историк Тебезиус написал: «Никакой народ, никакая раса, никакое звание, никакой темперамент, ни возраст, ни пол не щадились оспой. Все трепетали перед ней».

Оспа приобретала чудовищную силу на территориях, куда она проникала впервые. В XVI в. конкистадоры завезли оспу в Америку. Возможно, это было первое бактериологическое оружие, использованное против людей: индейцам преднамеренно оставляли одеяла от больных оспой, развешивали на деревьях рубахи, пропитанные оспенным гноем.

В 1520 г., во время завоевания Мексики от оспы погибли 3,5 млн человек. Вымирали целые племена. Из оставленных очевидцами описаний следует, что «несметное количество трупов туземцев валялось в лесах». Страна опустела. В 1576 г. в Перу погибло свыше 2 млн человек.

В Средние века при возникновении оспы основной рецепт гласил: «Быстро, далеко, долго», т.е. предписывалось убираться быстро, далеко и долго не возвращаться.

В Европе даже в XVIII в. от оспы ежегодно погибало 0,5 млн человек. Многие из «благополучно» перенесших оспу слепли, лица их обезображивались.

В 1563 г. оспа была занесена в Бразилию. Во время эпидемии только в провинции Чату погибли 100 тыс. человек.

Методы заражения куриных эмбрионов: а – заражение в полость аллантоиса; б – заражение в амнион закрытым способом; в – заражение в амнион открытым способом; г – заражение на хорионаллантоисную оболочку

Путешествие в невидимый мир

Англичане занесли оспу на Восточное побережье Северной Америки. В 1616–1617 гг. зарегистрирована крупнейшая эпидемия среди индейцев. В частности, почти полностью погибло племя алгонкинов, населявшее леса Массачусетса.

В Европе даже в XVIII в. от оспы ежегодно погибало 0,5 млн человек. Многие из «благополучно» перенесших оспу слепли, лица их обезображивались оспенными знаками.

В Австралию оспу завезли в конце XVIII в.

В Россию оспа впервые попала в XVI в. В 1610 г. инфекция была занесена в Сибирь и унесла жизни около трети населения. Люди бежали в леса, тундру, горы. На лицах идолов выжигали оспенные знаки для обмана злого духа. Но ничто не могло остановить безжалостного убийцу.

В дореволюционной России процент заболеваемости оспой был высок. По дорогам, городам и селам бродили нищие, ослепшие после оспы. В период 1901–1910 гг. только в европейской части России с населением 70–80 млн человек оспа унесла 414 143 жизнь.

В Средние века во время эпидемий оспы основной «рецепт» был таков: «быстро, далеко, долго», т.е. предписывалось убираться быстро, далеко и долго не возвращаться.

Академик Н.Ф. Гамалея писал: «. Не видя пользы от стремления избежать заразы, человечество перешло к противоположной крайности и стало искать ее». Действительно, попытки защититься от оспы так же древни, как и сама оспа.

С течением времени стало ясно, что люди, переболевшие оспой, больше не заболевали. Кроме того, в некоторых случаях оспа протекает очень легко. У многих народов стало применяться искусственное заражение легкой формой оспы, или вариоляция.

В древней Индии за 1000 лет до н.э. брахманы надевали на детей рубашки, смоченные гноем легкобольных оспой. Китайцы через бамбуковые трубочки вдували в нос измельченные оспенные корочки. Арабы давали пить настой оспенных корочек. В Шотландии перевязывали ниткой, смоченной оспенным гноем, слегка оцарапанную ручку ребенка (шотландский метод). Славяне стегали людей прутьями, смоченными оспенным гноем. На Кавказе прививки делали иголками, смоченными выделениями пустул.

В Оттоманской империи в гарем поставляли только девочек со шрамиком на руке или бедре – результатом прививки против оспы. Эта была гарантия от заболевания и, следовательно, сохранения красоты лица.

В Западной Европе со времен Средневековья бытовал особый способ предохранения от оспы – «покупка оспы». Здорового ребенка приводили к больному, и малыш, протягивая монеты больному, говорил: «Я покупаю у тебя оспу». Домой ребенок возвращался с корочками оспы, плотно зажатыми в кулак. В Аравии также «покупали» оспу, расплачиваясь за нее изюмом или винными ягодами. Уличные глашатаи на улицах объявляли о продаже оспы.

В Средние века в Константинополе сложилась своеобразная школа вариоляции. Известная писательница, леди Монтегю (1689–1762), сама перенесшая оспу, в 1717 г., будучи в качестве жены посла в Константинополе, привила оспу сыну, а через четыре года, уже в Лондоне, – дочери. В 1721 г. по ее рекомендации для проверки безопасности и эффективности вариоляции привили оспу заключенным Ньюгетской тюрьмы. Все окончилось благополучно, как и в описанных выше случаях.

В то же время далеко не все прививки заканчивались хорошо. В большинстве случаев вариоляция приводила к трагедиям, поэтому прививки легкой формы оспы в конце XVIII в. практически прекратились.

Несмотря на то, что Екатерине II и ее сыну Павлу в 1768 г. была удачно привита оспа, вариоляцию в России почти не проводили. Правда, надо отметить, что в воспитательных домах для подкидышей прививки делали постоянно. А.Н. Радищев (1749–1802) во время ссылки в Сибирь занимался вариоляцией.

В 1796 г. в Беркли была открыта новая страница истории борьбы с оспой, связанная с именем английского врача Эдварда Дженнера (1749–1823). Свое открытие Дженнер сделал на основании замечательных народных наблюдений: человек, заразившийся от больной оспой коровы, становится невосприимчивым к натуральной оспе. Коровья оспа поражает вымя животного, поэтому чаще заражаются доярки, у которых на кистях рук образуются оспенные пузырьки.

Дженнер в течение долгих 25 лет проверял народное наблюдение. С большим терпением и исключительной добросовестностью врач изучал каждый случай. Наконец он решился на прививку коровьей оспы пастушонку, восьмилетнему Джеймсу Фиппсу. Оспенный материал он взял у Сарры Нельм, заразившейся коровьей оспой. Прививка прошла хорошо. Но этого было мало. Требовалось доказать, что привитой ребенок не заболеет натуральной оспой. После мучительных раздумий Дженнер идет на решительный шаг и заражает Фиппса натуральной оспой. Мальчик не заболел.

Начало оспопрививанию было положено. Однако прошло немало времени, пока это замечательное открытие получило признание. К сожалению, многие ученые не поняли этого метода. Так, Лондонское Королевское общество возвратило Дженнеру его работу «Исследование причин и действие коровьей оспы», сопроводив наставлением «не компрометировать своей научной репутации подобными статьями». Дженнеру пришлось печатать этот труд за свои деньги. Во многих странах, в том числе и на родине ученого, духовенство с негодованием отвергло прививки коровьей оспы.

Первая вакцинация против оспы в России проходила в торжественной обстановке. В 1801 г. профессор Московского университета Ефрем Мухин привил оспу Антону Петрову из воспитательного дома. Мальчику присвоили фамилию Вакцинов, пожаловали дворянство и пенсию. В период 1805–1810 гг. в России вакцинировали около 1 млн человек. В 1824–1847 гг. вакцинировано было примерно 24 млн младенцев. К сожалению в России прививка была передана в руки невежественных «оспенников» – людей, обязанных за мизерную плату проводить оспопрививание, но зачастую имевших лишь смутное представление о его сущности. Результатов прививок никто не проверял.

Со временем во многих странах убедились, что Дженнер предложил безопасный способ борьбы с натуральной оспой. Однако не все в методе английского врача было безупречно. Для прививки использовали так называемую «гуманизированную лимфу», т.е. содержимое оспенных пузырьков человека, зараженного коровьей оспой. Прививку делали с ручки на ручку – от одного привитого ребенка к другому. В этом-то и была слабая сторона метода Дженнера. Кроме того, при оспопрививании существовала возможность заражения кожными болезнями.

Название «вакцина» (от лат. vacca корова) в науку ввел Луи Пастер (1822–1895), указавший: «Я придаю слову «вакцина» более широкое значение в надежде, что наука оставит его, как выражение признательности к заслугам Дженнера».

Были разработаны новые методы получения вакцины против оспы. Для ее производства отбирали здоровых телят определенной масти и заражали их оспой. Перед заражением на боках и животе телят выбривали шерсть, тщательно мыли и дезинфицировали выбритые участки кожи. Через несколько дней созревали оспенные пузырьки, в которых накапливались вирусы. После сбора и специальной обработки оспенного материала получали готовую вакцину в виде прозрачной вязкой жидкости.

Большая заслуга нашего соотечественника М.А. Морозова состояла в разработке метода получения сухой вакцины против оспы. Преимущества ее очевидны: сухая вакцина более стойкая, имеет более длительный срок годности. Позже была создана новая сухая вакцина, получаемая при заражении вирусом оспы куриных эмбрионов.

В 1979 г. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) констатировала полное исчезновение вируса натуральной оспы в природе (сохранились лишь образцы в Центре контроля и предотвращения болезней в Атланте (США) и Российском научном центре вирусологии и биотехнологии в Кольцово) и рекомендовала прекратить вакцинацию населения. В 1999 г. все вирусы оспы в лабораториях должны были быть уничтожены, но сохранены фрагменты ДНК. Тем не менее, ВОЗ имеет запас в 500 тыс. доз вакцины против оспы и будет его поддерживать.

Вирусы оспы — наиболее крупные из всех вирусов животных. Под электронным микроскопом они выглядят как большие овальные (кирпичеобразные) частицы размером около 250-350×200-270 нм.

В структуре вирусов оспы различают три основных компонента: двояковогнутую сердцевину, овальные боковые тела и оболочку вириона. Сердцевину вириона составляют ДНК и связанные с нею белки. Сердцевина окружена гладкой мембраной (толщиной около 5 нм), снаружи покрытой слоем вертикально уложенных и плотно прилегающих друг к другу цилиндрических субъединиц (5×10 нм). Вогнутость сердцевины с обеих сторон занята овальными образованиями (неизвестной природы), называемыми боковыми телами. Они как бы сдавливают сердцевину, придавая ей форму двояковогнутого диска, имеющего на разрезе вид гантели.

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.

Бешенство (лисса, или водобоязнь) – острое инфекционное заболевание теплокровных животных и человека, характеризующееся поражением центральной нервной системы. Чаще всего передается человеку при укусе больного животного (собаки, волка, лисицы и др.) или при попадании слюны больного животного на поврежденную кожу или слизистые оболочки. Без лечения бешенство практически всегда приводит к смерти больного.

В 1903 г. Рамленже доказал вирусную природу бешенства. Вирус бешенства относится к семейству рабдовирусов (возбудители бешенства, везикулярного стоматита у крупного рогатого скота и лошадей, а также других заболеваний у животных, от насекомых до млекопитающих, и растений). Вирион имеет пулевидную форму. Его размеры 180–300ґ65 нм. Вирион окружен белково-липидной оболочкой, содержащей единственный гликопротеин, который является видоспецифичным антигеном, и содержит спиральный нуклеокапсид с единственной РНК, а также собственную РНК-полимеразу.

Дата добавления: 2016-04-14 ; просмотров: 551 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

источник

Современный вирус человеческой оспы появился в конце XVII века.

Чёрная оспа считается одной из самых древних болезней: некоторые исторические сочинения утверждают, что оспа была у египетского фараона Рамзес V, умершего в 1145 г. до н. э., кроме того, есть сведения об эпидемиях в Китае в IV веке, в Корее в VI веке, а в Индии даже была особая богиня оспы по имени Маритале.

По Европе болезнь гуляла беспрепятственно вплоть до XIX века, когда благодаря исследованиям британского врача Эдварда Дженнера в медицинскую практику вошла прививка от натуральной оспы. Со временем её удалось полностью изгнать – последний случай заболевания был зарегистрирован в 1977 году, а в 1980 году Всемирная организация здравоохранения заявила, что мир очищен от оспы. Но при всём при том, что оспа была исключительно распространённым заболеванием и изучали её чрезвычайно пристально, до сих пор не вполне понятно, где именно, когда и откуда она пришла к людям.

Результаты исследований Аны Дагген (Ana T. Duggan) и её коллег из Университета Макмастера добавляют в историю оспы новой интриги. В статье, опубликованной в Current Biology, описан вирус (точнее, не сам вирус, а его генетический материал – вирусная ДНК), извлечённый из детских мумифицированных останков, обнаруженных на территории Литвы. Ребёнок умер где-то между 1643 и 1665 годами – в то время в Европе действительно случилось несколько вспышек оспы, каждая тяжелее предыдущей.

ДНК – молекула достаточно прочная, так что гены вируса XVII века удалось прочитать и сравнить их с генами вирусов XX века, образцы которых собирали с 1940 по 1977 гг. Сравнивая геномы представителей одной и той же группы организмов (или же близких родственников), которые жили в разное время, можно оценить скорость их генетических изменений, и таким образом понять, когда конкретный вид или штамм (если говорить о микроорганизмах) появился на свет. В случае с натуральной оспой такое сравнение привело к неожиданному результату – её вирус возник не много тысяч лет назад, а сравнительно недавно, не позже конца XVI века.

Обычно, когда про человеческий вирус или бактерию говорят, что они «возникли», то имеют в виду, что некий предок нашего патогена, до поры до времени сидевший в каком-то животном, совершил эволюционный скачок и приобрёл способность заражать человека. У оспы, как мы её знаем, есть относительно близкие родственники – это вирусы верблюдов и некоторых грызунов – однако родство между ними и человеческим вирусом всё-таки достаточно далёкое, чтобы они могли претендовать на роль его предка. Скорее всего, природный резервуар, из которого вышел «наш» вирус, просто исчез – вирус или покинул тех, в ком он жил, либо те популяции животных, которые выступали природными хранителями вируса, попросту вымерли.

Авторам работы также удалось показать, что расхождение оспы на два вида, собственно натуральную оспу с высокой смертностью и так называемую малую оспу, или аластрим, со смертностью менее 1%, случилось как раз после изобретения вакцины на рубеже XVIII–XIX вв. Очевидно, всё более распространяющаяся вакцинация привела к появлению двух форм вируса, причём малая оспа распространялась маршрутами работорговцев в Атлантике.

Но всё-таки – как быть с многочисленными историческими свидетельствами об оспенных эпидемиях тысячелетней давности? Здесь важно подчеркнуть, что в исследовании речь идёт именно о современном вирусе – о том, который заразил литовского ребёнка, о том, против которого Дженнер разрабатывал свою вакцину, о том, которого, наконец, уничтожили в XX веке.

Как выглядела оспа в Древнем Китае, мы можем судить только по описаниям болезни, а уж о том, что было причиной заболевания, мы вообще можем только догадываться. Вирусы вообще изменяются довольно быстро, и возможно, что человечество за сотни и тысячи лет успело пережить несколько модификаций «оспообразных» вирусов, которые могли довольно сильно отличаться от того, что пришёл к нам в конце XVII века.

источник

Вирус натуральной оспы – таково его полное имя – является представителем большого семейства поксвирусов (от английского слова «рох» – оспа). Поксвирусы – самые крупные из вирусов животных, их размер 250–300 нанометров. Частицы поксвирусов можно увидеть даже в световой микроскоп. Вирус натуральной оспы был открыт именно под световым микроскопом в 1906 году.

Вирионы вируса натуральной оспы выглядят как овальные тельца или как тельца прямоугольной формы, напоминающие кирпич или спичечный коробок со сглаженными ребрами. Сердцевина содержит генетический материал вируса – двунитевую ДНК вкупе с многочисленными белками. На поперечном срезе вириона сердцевина имеет форму гантели, потому что сверху и снизу по центру она сдавлена боковыми телами. Все это хозяйство покрыто оболочкой, на внешней поверхности которой видны бороздки. И, наконец, внеклеточные частицы вируса оспы покрыты еще одной оболочкой, состоящей из липидов; возможно, как часто бывает, эту оболочку вирус заимствует у клетки.

Схема строения вируса натуральной оспы: 1 – сердцевина, содержащая двунитевую ДНК; 2 – оболочка сердцевины; 3 – боковые тела;4 – оболочка вириона

Вирус оспы не зря такой крупный. Под его оболочками упрятано многое, чего более мелкие и более просто устроенные вирусы не могут себе позволить. Например, вирус может сам, без помощи клетки, изготовлять полноценные информационные РНК. Для этого надо много разных ферментов, и все они у вируса есть. Поэтому, проникнув в клетку, вирус не тратит время на раскачку – уже через несколько минут в клетке начинается синтез вирусных белков.

Вирус попадает в организм через слизистую оболочку верхних дыхательных путей. Вначале он накапливается в лимфатических узлах и в печени, а затем кровью разносится по всему организму. В отличие от большинства вирусов, испытывающих неодолимую тягу к тому или иному типу тканей, для размножения вируса натуральной оспы годятся любые клетки, в том числе и клетки кожи, поэтому вирус натуральной оспы вызывает образование сыпи. Вирус оспы поражает глубокие слои кожи, так что после выздоровления на месте сыпи остаются рубцы, «оспины».

Болезнь начинается внезапно – поднимается температура, возникает головная боль, появляются боли в животе, потом температура падает, и возникают поражения на коже, во всех внутренних органах и на всех слизистых в виде характерной оспенной корочки. Смерть наступает через 3–4 дня. Умирает примерно половина заболевших, а еще каждого пятого поражает слепота, потому что оспенная корочка образуется и на роговице глаза. Перенесенное заболевание оставляет после себя стойкий пожизненный иммунитет.

Клиническая картина натуральной оспы настолько характерна, что заболевание определяется просто по внешнему виду больного. Беда в том, что врачей, которые видели настоящего больного оспой, в мире остались единицы, и первые два дня заболевания, когда у больного начинается головная боль и поднимается температура, ни о чем не говорят современному врачу, совершенно не ожидающему встретить оспу. А именно в эти два дня человек усиленно заражает ничего не подозревающих окружающих – заражает воздушнокапельным путем, потому что слюна и выделения из носоглотки содержат громадное количество вируса. Этот способ распространения вирусов вообще считается самым опасным, потому что его труднее всего прервать. Даже при обычном разговоре капельки слюны разлетаются на расстояние до полутора метров. По этой причине инфекционные оспенные бараки всегда устраивались на большом расстоянии от жилых районов или даже на кораблях, стоящих на якоре в открытом море. Зарегистрирован случай заболевания оспой, когда человек просто проезжал на автобусе мимо инфекционного барака, где находились больные оспой.

В первые дни заболевания вирус, проникший в кожу, еще слишко глубоко зарыт и опасности не представляет. Другое дело, когда на коже возникнут и покроются корочкой пузырьки. В таких корочках вирус высыхает и очень долго сохраняет свою заразность. Больной заразен до тех пор, пока у него на теле есть хотя бы одна корочка. Заражение может происходить при контакте с постельным бельем больного, при вдыхании пыли в его комнате. Однажды в Великобритании источником инфекции послужил хлопок, привезенный из–за моря. Вирус сохраняется в трупах. Даже если они закопаны на большую глубину, почвенные животные рано или поздно выносят вирус на поверхность почвы, на траву, и он может попасть к скоту вместе со съеденной травой.

Натуральная оспа известна очень давно – вирус обнаружен микроскопически в язвенных поражениях египетских мумий. А вот живший семь столетий позже Гиппократ (IV век до н.э.) об оспе нигде не упоминает. Спустя еще шесть столетий, во II веке нашей эры, натуральную оспу описывает римский врач Гален, однако его современникам она не представляется грозной болезнью. Но в средние века оспа превратилась в то страшное бедствие – черную смерть, от которой вымирали целые города и одно название которой являлось символом всенародного бедствия.

источник

Вирусы являются чрезвычайно малыми объектами, имеющими размер от нескольких десятков до нескольких сотен нанометров. Первым и на несколько десятилетий единственным методом их визуализации стала электронная микроскопия, позволившая не только подробно изучить строение самих вирусных частиц, называемых вирионами, но и исследовать процессы, происходящие в зараженной клетке – репликацию вируса. «Монополия» электронной микроскопии была нарушена появлением в начале 1980-х годов принципиально нового класса приборов – сканирующих зондовых микроскопов.

Относящийся к данному классу атомно-силовой микроскоп оказался инструментом, подходящим для исследования биологических объектов и позволил не только визуализировать наноразмерные структуры, но и манипулировать ими. В частности, принципиально возможной оказалась манипуляция одиночными вирионами и прямое измерение сил, возникающих при их контакте с поверхностью клетки. Такие эксперименты позволяют получать подробные данные о самом первом и во многих случаях еще недостаточно исследованном этапе заражения клетки – адгезии вируса к ее поверхности. Данные исследования представляют и значительный практический интерес, т.к. могут дать ключ к созданию эффективных противовирусных препаратов, защищающих клетки от проникновения вирусов.

В известной песне Владимира Высоцкого поется: «не поймаешь нейтрино за бороду и не посадишь в пробирку…». Конечно, вирус – это не нейтрино, не атом и даже не молекула, но все же объект настолько малый, что его невозможно увидеть не только глазом, но и в обычный световой микроскоп. Однако электронная микроскопия, в сотни тысяч раз увеличившая возможности нашего зрения, позволила не только увидеть эти удивительные объекты, но и рассмотреть их до мельчайших подробностей. А атомно-силовая микроскопия, в такой же степени обострившая наше осязание, позволила осуществить прямую механическую манипуляцию вирусными частицами

Вирусы являются чрезвычайно малыми объектами – их размеры лежат в диапазоне от нескольких десятков до нескольких сотен нанометров. Первым и на долгое время единственным методом прямой визуализации наноразмерных частиц стала электронная микроскопия (ЭМ), которая начала развиваться в 1930-е гг. Метод, оказавшийся очень информативным, позволил не только детально охарактеризовать структуру различных вирусов, но и исследовать процессы, происходящие в зараженной клетке.

Оказалось, что форма вирусных частиц отличается большим разнообразием: от правильных сфер до сложных структур, напоминающих кирпичи, обклеенные трубочками (вирус натуральной оспы), или щетинистых червей (вирус геморрагической лихорадки Эбола).

Еще большее разнообразие было обнаружено для стратегии репликации (размножения) вирусов. Единственным фундаментальным свойством, общим для всех без исключения вирусов, оказался их статус облигатного внутриклеточного паразита. Это означает, что для размножения вируса его генетический материал должен в обязательном порядке проникнуть в живую клетку и «захватить» ее ферментативный аппарат, переключив последний на производство копий вируса.

Вне клетки любой вирус является всего лишь молекулярным контейнером с генетическим материалом (ДНК или РНК) и вряд ли может считаться полноценным живым организмом, хотя по этому вопросу в научной среде до сих пор нет окончательной терминологической определенности.

Спецификой электронной микроскопии является изучение фиксированных, т. е. подготовленных специальным образом, объектов – по сути, она работает только с «мертвой» материей *. Имея дело только с «застывшими мгновениями», исследователь может лишь строить гипотезы о динамике изучаемых процессов, поскольку не имеет возможности наблюдать их течение в реальном времени.

Так, исследование репликации вируса методом просвечивающей электронной микроскопии на ультратонких срезах выглядит следующим образом: зараженные клетки обрабатывают фиксирующим раствором, обезвоживают спиртом и заливают специальной смолой. После отвердевания смолы с помощью специального прибора – ультратома – делают ультратонкие (≈ 50 нм) срезы, которые затем наносят на специальную сетку и обрабатывают растворами солей тяжелых металлов. Во время самого микроскопического исследования образец находится в вакуумной камере и подвергается действию пучка электронов с энергией в несколько десятков кэВ. Очевидно, что прижизненная визуализация в данном случае принципиально невозможна.

В течение почти полувека электронная микроскопия оставалась единственным методом визуализации наноразмерных объектов. Однако в начале 1980-х гг. эта монополия была нарушена появлением сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ). Основным принципом СЗМ является сканирование – прецизионное (с высокой точностью) перемещение зонда вблизи исследуемой поверхности, сопряженное с отслеживанием определенного параметра, характеризующего взаимодействие между зондом и образцом. Результатом такого сканирования является топографическая карта рельефа поверхности образца.

Первым прибором СЗМ стал сканирующий туннельный микроскоп (СТМ), который мог лишь весьма ограниченно использоваться для визуализации биологических объектов, так как для его работы требовалась высокая электрическая проводимость исследуемой поверхности.

В 1986 г. швейцарский физик Г. Бинниг и его коллеги создали новый прибор семейства СЗМ – атомно-силовой микроскоп (АСМ). В основе его работы лежит силовое (Ван-дер-Ваальсово) взаимодействие атомов зонда и поверхности. АСМ не требуется электрическая проводимость поверхности образца, и он может осуществлять съемку в жидкой среде. Поэтому этот прибор оказался удобным инструментом для исследования биологических объектов.

С момента появления атомно-силового микроскопа было опубликовано огромное число работ, посвященных АСМ-визуализации самых разнообразных биологических образцов. Следует все же признать, что в большинстве случаев в плане визуализации АСМ не дает ничего принципиально нового в сравнении с обычной электронной микроскопией, поэтому зачастую данный метод воспринимается биологами как техническая экзотика, а не как полноценный исследовательский инструмент.

Однако важнейшим, пусть и почти единственным преимуществом визуализации биологических объектов при помощи АСМ по сравнению с электронной микроскопией является возможность выполнения исследований нативных, природных образцов без какой-либо фиксации и специальной пробоподготовки, при физиологических параметрах среды.

Помимо визуализации рельефа поверхности с субнанометровым разрешением АСМ позволяет осуществлять прямое измерение сил, возникающих при взаимо¬действии одиночных наноразмерных объектов.

Проводятся такие измерения следующим образом: один объект закрепляется на острие зонда АСМ, а второй фиксируется на подложке, после чего зонд подводится к поверхности подложки до достижения механического контакта, а затем возвращается обратно. В ходе этого перемещения отслеживается деформация упругой консоли (кантилевера). Зависимость этого параметра от расстояния между зондом и подложкой называется силовой кривой. С ее помощью можно определить величину силы, действующей между исследуемыми объектами. Этот метод, названный атомно-силовой спектроскопией (АСС), может использоваться для исследования силовых характеристик взаимодействия самых разнообразных малых объектов: от неорганических наночастиц до вирусов и живых клеток.

Начальным этапом заражения клетки вирусом является адгезия (прилипание) вирусной частицы (вириона) к клеточной поверхности с последующим проникновением генетического материала вируса внутрь клетки. Этот процесс, определяемый взаимодействием белковых рецепторов, расположенных на поверхности клетки, с поверхностными белками вириона, является критически важным для размножения вируса. И, надо отметить, в большинстве случаев изучен недостаточно.

Поистине захватывающие перспективы исследований в этом направлении открывает АСС. Зафиксировав одиночную вирусную частицу на острие зонда АСМ, можно осуществить измерение силы, возникающей при контакте вирусной частицы с поверхностью клетки, исследовать кинетические характеристики данного взаимодействия и даже «вдавить» вирион внутрь клетки, одновременно ведя наблюдение при помощи мощного светового микроскопа. В таком эксперименте исследователь из пассивного наблюдателя превращается в активного участника процесса, осуществляя механическую манипуляцию исследуемым наноразмерным объектом – такую возможность не может предоставить ни один из других видов микроскопии.

Однако фиксация одиночной вирусной частицы на острие зонда атомно-силового микроскопа является весьма непростой задачей. Для успешного проведения эксперимента требуется большая подготовительная работа:

получить как можно более чистый и концентрированный препарат вируса;

подготовить на острие зонда площадку подходящего размера для посадки вириона;

химически активировать поверхность зонда для образования ковалентных связей при контакте с белками вируса;

убедиться в том, что на зонде закрепился действительно вирион, а не молекулы свободного белка или мелкие фрагменты клеток, всегда присутствующие в препаратах вирусов.

Оценка концентрации и степени чистоты препарата вируса обычно проводится методом просвечивающей электронной микроскопии. Площадку на острие АСМ-зонда, которое обычно изготавливают из кремния или его нитрида, формируют путем длительного сканирования кремниевой или сапфировой подложки при больших значениях развертки и силы прижатия зонда к поверхности. Наиболее наглядной иллюстрацией для этого процесса служит изменение формы острия карандаша в ходе интенсивного рисования.

Главный вопрос, на который необходимо ответить при интерпретации любых результатов атомно-силовой спектроскопии, можно сформулировать следующим образом: «Силы между какими объектами были измерены?»

По меркам микроскопии, клетка высших организмов является относительно крупным (≈ 10 мкм) объектом, поэтому хорошо видна в световом микроскопе, при помощи которого на нее наводится кантилевер атомно-силового микроскопа. Но как быть с самим зондом, на острие которого предполагается наличие вириона? Строго говоря, вместо вириона там может оказаться все, что угодно: монослой белковых молекул, фрагмент клетки или вириона, агрегат из нескольких вирионов, случайное загрязнение и т. д. Кроме того, в процессе измерения вирион может разрушиться или оторваться от зонда. Визуализация же зонда с вирусной частицей методом электронной микроскопии до силовых измерений недопустима, так как под воздействием высушивания, вакуума и пучка электронов вирион приобретет необратимые изменения.

Наиболее эффективным методом решения данной проблемы оказалась визуализация острия зонда АСМ с помощью электронной микроскопии, осуществляемая непосредственно после силовых измерений. Если на острие будет обнаружена вирусная частица, уцелевшая в ходе эксперимента, то все сомнения развеются.

В течение последних пятидесяти лет в результате поистине титанической работы, проделанной электронными микроскопистами всего мира, накоплен огромный багаж знаний в области ультраструктурных аспектов репликации различных вирусов. Создание атомно-силового микроскопа и техники силовой спектроскопии позволило вплотную приблизиться к произвольной механической манипуляции одиночными вирусными частицами. Это выводит изучение взаимодействия вируса с клеткой на принципиально другой уровень – от структурных исследований к функциональным.

При этом атомно-силовая спектроскопия не является конкурентом для электронной микроскопии, а открывает новое самостоятельное направление исследований – наномеханику взаимодействия вирусной частицы с поверхностью клетки. Весьма вероятно, что в самом ближайшем будущем в данном направлении будут совершены фундаментальные открытия, соизмеримые по значимости с достижениями электронной микроскопии в середине прошлого века.

Изучение механизмов связывания вирусных частиц с поверхностью клетки вызывает значительный интерес не только с позиции фундаментальной науки, но и в контексте практических приложений. Более детальное понимание этих механизмов на молекулярном уровне может дать человечеству ключ к созданию эффективных противовирусных препаратов, защищающих клетки от проникновения вирусов.

*Просвечивающая электронная микроскопия с использованием специальной жидкостной ячейки и сканирующая электронная микроскопия при атмосферном давлении позволяют исследовать биологические объекты без фиксации, но из-за ряда технических трудностей и относительно низкого пространственного разрешения эти методы не получили широкого распространения

Корнеев Д. В., Бессуднова Е. В., Зайцев Б. Н. Изучение взаимодействия наночастиц TiO2 и поверхности эритроцитов человека методом атомно-силовой спектроскопии // УНЖ. 2012. № 4. С. 73—77.

Миронов В. Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии. Нижний Новгород: ИФМ РАН, 2004. 182 с.

Alsteens D., Pesavent E., Cheuvart G. et al. Controlled manipulation of bacteriophages using single-virus force spectroscopy // ACSNANO. 2009. V. 3(10). P. 3063—3068.

Alsteens D., Trabelsi H., Soumillion P., Dufrene Y. F., Multiparametric atomic force microscopy imaging of single bacteriophages extruding from living bacteria // Nature Communications. V. 4. Article number: 2926.

Binnig G., Quate C. F., Gerber Ch. Atomic force microscope // Phys. Rev. Lett. 1986. V. 56(9). P. 930—933.

Cappella B., Dietler G. Force-distance curves by atomic force microscopy // Surf. Sci. Rep. 1999. V. 34. P. 1—104.

Malkin A.J., Plomp M., McPherson A. Unraveling the architecture of viruses by high-resolution atomic force microscopy // Methods Mol. Biol. 2005. V. 292. P. 85—108.

В публикации использованы фото автора

источник

В клетке, инфицированной вирусом, вследствие его размножения нарушается обмен веществ. Это, как правило, приводит к зависящим от типа вируса изменениям структуры и функций клетки, состояния самой клетки, ее вида и условий окружающей среды. Возможны следующие варианты:

1) потеря способности к размножению, росту, что приводит к медленной гибели;
2) перерождение нормальной клетки в раковую;
3) слияние нескольких клеток в одну большую многоядерную клетку – симпласт.

Каждая инфицированная одним вирусом клетка производит около 2 тыс. новых вирусов. Небольшая группа клеток (11) произведет примерно 22 тыс. вирионов, способных атаковать соответственно 22 тыс. здоровых клеток. В свою очередь эти клетки дадут 44 млн новых убийц. Во время следующего цикла размножения число вирусов возрастет уже до 88 млрд, каждый из которых может убить здоровую клетку. Впечатляющая цифра!

Мы уже знаем, что вирусы могут вызывать либо хроническую, либо острую инфекцию. В первом случае вирус, проникший в клетку, не выдает своего присутствия. Соответственно и инфицированная клетка по виду не отличается от нормальной. Вирус может интегрироваться в ДНК клетки и при делении передаваться ее потомству. Следовательно, клетка при делении воспроизводит вирус. Интегрированный вирус невозможно обнаружить и выделить из клетки.

В опытах in vitro на культивируемых клетках человека удалось воспроизвести хроническую инфекцию вирусом гриппа. Оказалось, что через несколько поколений в культивируемых клетках происходило постепенное исчезновение признаков заражения. В конце концов вирус исчезал и не проявлял своего присутствия в течение продолжительного времени. Но затем внезапно наступала быстрая гибель клеток, свидетельствующая о неожиданном «возвращении» вируса. «Беглец» изменился, стал более агрессивным, приобрел новые губительные для клеток свойства. Изменились и клетки. Они приобрели способность к безудержному росту, т.е. стали злокачественными.

Новые данные породили новые вопросы. Происходит ли на самом деле интеграция генома вируса в геном клетки? Почему происходит повторная активация вируса и его выход из «подполья»?

Дальнейшие исследования провели на субклеточных структурах, выделенных из клеток, инфицированных арбовирусами. Арбовирусами называют вирусы четырех семейств (тогавирусы, буньявирусы, реовирусы и рабдовирусы), передающиеся при укусе кровососущими насекомыми. Нормальный арбовирус состоит из трех частей: нуклеиновой кислоты – РНК, внутренней белковой и внешней белково-липидной оболочек. Внутреннюю оболочку образуют специфические белки, а внешнюю – наружная мембрана клетки.

У субклеточных структур – незрелых вирусов – нет оболочки. Они состоят только из вирусной РНК и специфических вирусных белков и представляют собой так называемые рибонуклеопротеиды (РНП) – комплексы нуклеиновой кислоты и белка.

Впоследствии было открыто, что РНП вызывает инфицирование. При выделении субклеточных структур из инфицированных клеток были получены еще три типа РНП. При введении в здоровые клетки все четыре типа РНП вызывали образование нормальных вирусов.

Как объяснить полученные результаты? Вирусологи предположили, что кроме истинно вирусного комплекса РНК–вирусный белок были получены гибридные РНП – молекулярные химеры, у которых нуклеиновая кислота прикрыта не только вирусными белками, но и клеточными. Для доказательства этого предположения из нормальных вирусов выделили РНК, добавили ее к белкам неинфицированных клеток и получили РНП.

При внедрении чужеродного белка организм человека вырабатывает защитные антитела, способные найти и нейтрализовать «пришельца». Гораздо сложнее антителам найти и обезвредить псевдовирус – гибридный РНП. Гибридные РНП приобретают выраженную устойчивость к их действию. Не исключено, что именно этим объясняется устойчивость незначительной доли вирусов к действию антител и в естественных условиях.

Однако не все так безнадежно. В клетках имеются ферменты нуклеазы, расщепляющие попавшие в клетку нуклеиновые кислоты. Нуклеазы не могут расщепить нуклеиновую кислоту, находящуюся в комплексе с белками. Но при заражении клеток вирус «раздевается», оставляя «белковый плащ» снаружи. Кроме того, при вирусной инфекции активность нуклеаз возрастает, поэтому теоретически они могут атаковать и расщепить «голую» вирусную нуклеиновую кислоту.

Тем не менее вирусные инфекции возможны вследствие способности нуклеиновой кислоты вируса образовывать гибридные комплексы с клеточными белками, защищающими ее от нуклеаз. К этой проблеме мы еще вернемся.

Для изучения клеток, инфицированных вирусом, разработаны различные методы. Один из широко применяемых методов основан на использовании флюоресцирующих антител.

При размножении вируса в организме хозяина вырабатываются антитела, специфически соединяющиеся с «пришельцем». Эти антитела можно выделить в чистом виде и получить так называемые моноклональные антитела, специфические к какому-либо одному антигену вируса. К антителам можно присоединить флюоресцентный краситель. После добавления таких меченых антител к инфицированной клетке можно с помощью флюоресцентного микроскопа определить, сколько вирусных антигенов имеется в клетке и, иногда, где именно они находятся.
Использование методов иммунологии сыграло важную роль в классификации вирусов и изучении противовирусного иммунитета.

Определение скорости и характера размножения вирусов основано на регистрации клеточных патологий, вызванных вирусом.

Диагностика некоторых вирусных инфекций основана на обнаружении телец включений, в клетках, инфицированных вирусами бешенства, оспы, ящура и др.

Метод ультрацентрифугирования в градиенте плотности позволяет получать вирусы и их составляющие в чистом виде.

Метод электрофореза в полиакриламидном геле позволяет разделять смеси макромолекул, например белков. Вначале он был применен при изучении вируса полиомиелита, а затем и других вирусов.

Вирусы способны кристаллизоваться, а структуру кристалла можно детально изучить с помощью рентгеноструктурного анализа. Это позволило установить связь между свойствами отдельных белков и структурой вириона.

С использованием электронной микроскопии можно определять размеры вирусов, изучать их ультратонкую структуру, идентифицировать «капризные» вирусы, например возбудителя гастроэнтерита.

Биосинтез ДНК фага–ФХ174 в бесклеточной системе:
1 – циклическая одноцепочечная «+» нить ДНК-фага; 2 – вновь синтезированная незамкнутая «–» нить ДНК; 3 – духцепочечная инфекционная ДНК; 4 – дезинтеграция ДНК после обработки ДНК-азой и тепловой денатурации; 5 – разделение структур ДНК центрифугированием с целью выделения вновь синтезированной инфекционной ДНК; 6 и 7 – биосинтез ДНК из искусственно синтезированной ДНК

В каждом положении отыщется
что-нибудь утешительное,
если хорошо поискать.
Даниэль Дефо

Изучение вирусов невозможно без получения их в достаточном для исследований количестве. Обычно для размножения вирусов используют либо клетки многоклеточных организмов, либо бактерии.

Некоторые вирусы, например вирус парагриппа из семейства парамиксовирусов (к нему же относятся вирусы кори и паротита), хорошо размножаются в куриных эмбрионах. Плотность вирусов парагриппа в эмбрионе достигает 1 млрд частиц в 1 см 3 .

В конце 1940-х гг. сама жизнь потребовала срочного решения задачи получения вирусов в больших количествах. Необходимо было создать вакцины для борьбы с полиомиелитом и гриппом.

В 1949 г. американский ученый Дж.Эндерс (1897–1985, Нобелевская премия 1954 г.), работая над созданием вакцины против полиомиелита, предложил метод культивирования вирусов в срезах ткани, а не в целых организмах. Именно этот метод позволил затем в короткий срок провести массовую вакцинацию населения против вируса полиомиелита.

Позже для этой цели стали применять культуры клеток. Для приготовления культуры живую ткань расщепляют ферментами на отдельные клетки. Клетки перемешивают с подходящей питательной средой и переносят в стерильные плоские герметичные сосуды – «матрасы». Клетки постепенно оседают на дно и распластываются по стеклу или пластику. Затем они начинают делиться, достаточно быстро образуя слой толщиной в одну клетку. Теперь можно проводить эксперименты на клеточном уровне, непосредственно наблюдая разрушительное действие вирусов. Под обычным микроскопом легко отличить инфицированные и погибшие клетки от нормальных. Собственно говоря, количество вирусов определяют по этим показателям.

Р.Далбекко (р. 1914, Нобелевская премия 1975 г.) усовершенствовал этот метод: покрыл клетки тонким слоем агара. Теперь очаги выглядели как пятна, более прозрачные, чем неповрежденные клетки (метод негативных пятен). Вирусологи получили простой и надежный метод накопления и количественного определения вирусов. Этот метод был использован А.Б. Сэбином (1906–1993) при получении его знаменитой живой вакцины против полиомиелита.

Однако использование животных в качестве инкубаторов для вирусов не утратило своего значения. При введении в брюшную полость мыши клеток асцитной карциномы (злокачественные раковые клетки) происходит их безудержное размножение. Спустя несколько дней эти клетки в виде взвеси заполняют всю полость. Впоследствии установили способность и других клеток расти во взвеси in vitro, вне организма.

Метод культивирования клеток был найден. Оставалось смоделировать «мышку», дающую взвесь клеток в промышленных масштабах. Совместный труд биологов и конструктов привел к созданию реакторов для культивирования клеток во взвешенном состоянии. Теперь вирусы можно было не только изучать, но и выделять в количестве, достаточном для производства вакцин – оружия против вирусов.

Работа в микробиологической лаборатории:
1– отбор микробной суспензии из пробирки; 2 – посев на чашку Петри;
3 – просмотр под микроскопом выросшей на агаре колонии

Поминутно мертвых носят,
И стенания живых
Боязливо бога просят
Успокоить души их!
Поминутно мести надо,
И могилам меж собой,
Как испуганное стадо,
Жмутся тесной чередой.

А.С. Пушкин. Пир во время чумы.

Такие вирусные болезни, как оспа, грипп, полиомиелит, желтая лихорадка, подпадают под действие Международных санитарных правил или подлежат Международному надзору.

Оспа была широко распространена в войсках и, передвигаясь с ними, страшнее войн опустошала целые области.

В 1563 г. оспа была занесена в Бразилию. Во время эпидемии только в провинции Чату погибли 100 тыс. человек.

источник

Вирус оспы в микроскопе

Работа в микробиологической лаборатории: 1– отбор микробной суспензии из пробирки; 2 – посев на чашку Петри; 3 – просмотр под микроскопом выросшей на агаре колонии

Работа в микробиологической лаборатории:
1– отбор микробной суспензии из пробирки; 2 – посев на чашку Петри;
3 – просмотр под микроскопом выросшей на агаре колонии