Файл: Тема 10. Происхождение вирусов. Вопросы для рассмотрения.pdf

Тема 10. Происхождение вирусов.
Вопросы для рассмотрения.
1.
Происхождение вирусов. РНК-, ДНК- геномные вирусы.
2.
Строение бактериофагов.
Взаимодействие бактериофагов с чувствительными клетками бактерий.
3.
Цикл репродукции вирусов.

натуральной оспы гриппа полиомиелита бешенства бородавок аденовирус
ВТМ
Эпидемического паратита герпеса
Птичьего лейкоза кори
Внешний вид вирусов

Происхождение вирусов
Сторонники лауреата
Нобелевской премии А.
Львова, открывшего в
50- х гг. XX в. профаг – вирусы - не организмы
С.Э. Лурия , лауреата
Нобелевской премии — вирусы -не менее живые, чем все существа,
«сверхорганизмы»

Гипотезы о происхождении вирусов:
 1
вирусы могли явиться первичными формами жизни, возникшими в результате химических реакций с использованием энергии УФ-лучей или электроразрядов и давшими начало клеточной организации жизни.

2. регрессивная теория предполагает, что вирусы произошли от свободноживущих микробов, нуждавшихся в факторах роста и ставших вследствие этого внутриклеточными паразитами, а затем поэтапно утративших энергообменные системы.

3. вирусы произошли от содержащих НК (плазмид) структур и органелл клеток, ставших автономными самовоспроизводящимися элементами. В эволюции вирусы являются важным средством горизонтального переноса генов, обусловливающего генетическое разнообразие

Вирусы
• мельчайшие объекты жизни, имеющие неклеточное строение и не способные к проявлению каких-либо признаков вне живых клеток. Относятся к царству
Vira.
Облигатные внутриклеточные паразиты
I-
й вирус
Вирус мозаичной болезни табака
(ВТМ), обнаруженный русским ученым
Д.И. Ивановским в 1892 г.
В кристаллическом виде получил лауреат
Нобелевской премии У. Стенли в 1935 г.

Каждый вирус в своем онтогенезе проходит
две стадии:
• внеклеточную,
когда вирус находится в состоянии покоя, и получившую название вирион. В таком состоянии он находится в условиях окружающей среды.
• внутриклеточную
, в которой происходит весь цикл репродукции в клетках хозяина.

По форме вирионы могут быть:
• Округлыми;
• Палочковидными;
• Правильными многоугольниками;
• Нитевидными и др.
Размеры колеблются от 15–18 до 300 –
400 нм.

Отличительные признаки вирусов:
• Содержат лишь один тип нуклеиновой кислоты;
• Не имеют собственных энергетических систем;
• Не имеют клеточной организации;
• Обладают дизьюнктивным (разобщенным) способом редукции (синтез белков и нуклеиновых кислот происходит в разное время и в разных местах);
• Облигатные паразиты на генетическом уровне;
• Проходят через бактериальные фильтры.

По строению вирусы бывают:
Простые
• состоят из н.к. и белковой оболочки (
капсида
).
Капсид сотоит из повторяющихся морфологических субъединиц – капсомеров
Н.к. и капсид взаимодействуют друг с другом и образуют нуклеокапсид.
Сложные (оболочечные
)
• Снаружи капсида – липопротеиновая оболочка
(
суперкапсид или пеплос
).
Эта оболочка – производная от мембран вирус- инфицированной клетки.
• На оболочке вируса –
гликопротеиновые шипы
(пепломеры). Под оболочкой некоторых вирусов находится матриксный белок
(М-белок).
Наличие капсида отличает вирусы от вирусоподобных
инфекционных нуклеиновых кислот —
вироидов
!
!!

Тип симметрии:
• 1. спиральный (вирус табачной мозаики
(ВТМ), гриппа);
• 2. икосаэдрический или кубический
(гепатита А, герпеса, полиомиелита);
• 3. сложный (2 типа симметрии и состоят из икосаэдрической головки и хвоста (колифаги Т2, Т4)

Строение вируса со спиральной симметрией

Строение вируса с кубической симметрией

Сложные вирусы
Кубическая симметрия
Спиральная симметрия

Для классификации вирусов
используют след. признаки:

Морфология вирионов (тип симметрии капсида, наличие и
тип отростков, шипов, их длина, наличие суперкапсида);

Физико-химические свойства (молекулярная масса
вириона, константа седиментации (S), устойчивость к
действию температуры и др.;

Особенности генома (последовательность нуклеотидов,
размер, линейный или циклический, % ГЦ пар);

Особенности организации белков, липидов, функции
ферментов; аминокислотная последовательность белков и
др.;

Круг хозяев, тип взаимодействия с клетками –хозяевами;
симптомы заболевания, серотип.
Для наименования вирусов применяется официальная и
неофициальная номенклатура, причем и в той, и др. не
используются биноминальные латинские названия.

Таблица. Отличие вирусов от клеточных организмов
Свойства
Вирусы Прокариоты Эукариоты
Клеточная организация
—
+
+
Тип нуклеиновой кислоты
ДНК или
РНК
ДНК +
РНК
ДНК+
РНК
Автономный метаболизм
—
+ (кроме
некоторых
риккетсий)
+
Рост на питательных средах
—
+ (кроме
риккетсий)
+
Бинарное деление
—
+
+

Отличие вирусов от других живых организмов –
отсутствие у них собственного метаболизма.

В вирионах нет белок-синтезирующего аппарата
(рибосом) и нет механизмов, обеспечивающих
получение автономной энергии АТФ.

Уникальная природа вирусного паразитизма — ультрапаразиты, паразитирующие на генетическом уровне. Адсорбируясь на клетке хозяина, вирусы внедряют в нее свой геном в виде ДНК или РНК и подавляет деятельность генома клетки хозяина.

Генетический уровень паразитизма вирусов обуславливает невозможность культивирования их на самых сложных питательных средах.
Культивируют только в организмах лаб. животных, развивающихся куриных эмбрионах, в культуре тканей.

Вирусы
ДНК-содержащие
РНК-содержащие
С одной нитью нуклеиновой кислоты
С двумя нитями нуклеиновой кислоты
С одной нитью нуклеиновой кислоты (+ или -)
С двумя нитями нуклеиновой кислоты
Бактериофаг х174
•Аденовирусы
•Вирусы оспы
•Вирусы герпеса и др.
•Энтеровирусы
•Вирусы гриппа
•Вирусы бешенства.
•Большинство вирусов растений ( в т.ч. вирус табачной мозаики)
•Ретровирусы
(онкогенные)
•Вирусы раневых опухолей растений
•ВИЧ

По способу взаимодействия с клетками-
хозяевами:
• инфекционные (вирулентные или литические)
вирусы с автономной репликацией нуклеиновых кислот и продукцией вирионов (продуктивная инфекция);
• Интеграционные (умеренные) вирусы, способные интегрироваться с геномом клетки и в этих случаях утратившие способность вызывать продуктивную инфекцию. Их н.к. может неограниченно долго претерпевать синхронные с клеточной ДНК акты репликации и наследуясь дочерними клетками, не приводя их к гибели. Такой процесс носит название
вирогения
, а его частный случай, характерный для бактериофагов —
лизогения

Классификация вирусов
ДНК-содержащие
1.
Семейство Herpesviridae
Под/сем.:
-
Вирус простого герпеса
-
Опоясывающего герпеса
-
Псевдобешенства
2.
Семейство Adenoviridae – вирусы, поражающие у человека верхние дыхательные пути, кишечник
Роды:
-
Вирусы млекопитающих
-
Птичьи вирусы
3.
Семейство Papovaviridae – вирусы папиломы, полиомы и вакуолизирующий клетки вирус
SV-40
Роды:
-
Доброкачественные разрастания кожи
-
Опухоли у животных
4. Семейство Hepadnaviridae – вирион гепатита В, т.е. воспаление печени
+
•
Семейство Poxviridae – вызывающие заболевания кожи человека и животных, имеет 2 подсемейства
•
Семейство Iridoviridae (радуга) – имеет 5 родов
•
Семейство Parvoviridae (крошечный) – имеет 3 рода

РНК-содержащие
Включает 12 классовых семейств и 2 предполагаемых семейства.
Группы
Энтеротропные
Пневмотропные
Вазотропные
Лимфотропные
1. Семейство
Picornaviridae
•
полиомиелит
•
ангина
•
миозиты
2. Семейство
Калицивирусы
•
гастероэнтерит
•
риновирусы = риниты
•
кардиовирусы – миокардиты
•
афтовирусы - ящур
1.Семейство
Миксовирусы
– поражают дыхательные пути
•грипп
•корь
•лихорадки = желтая
•энцефалит
•краснуха
Семейство
Retroviridae
•онкогенные
•ВИЧ
+
бешенство, фитопатогенные вирусы, стоматит

Строение бактериофага Т4
Фермент лизоцим

Морфологические типы
бактериофагов:

Существуют 4 типа взаимодействия:
• Продуктивная вирусная инфекция —
происходит репродукция вируса, а клетки погибают;
• Абортивная инфекция — репродукция вируса не происходит, а клетка восстанавливает нарушенную функцию;
• Латентная вирусная инфекция
— идет репродукция вируса, а клетка сохраняет свою функциональную активность;
• Вирус-индуцированная трансформация — клетка, инфицированная вирусом, приобретает новые, ранее не присущие ей свойства.

По способу взаимодействия с клетками- хозяевами
Вирулентные
(литические)
• Обуславливают продуктивную инфкцию, включающую несколько стадий и заканчивающихся гибелью инфицированных клеток
Умеренные
(интеграционные)
• Их н.к. может неограниченно долго поддерживаться в клетке, претерпевая синхронные с клеточной
ДНК акты удвоения и наследоваться клетками, не приводя их к гибели.
• Это вирогения
, а для бактериофагов — лизогения

Литический цикл
• 1. Случайное столкновение бактериофагов с клетками.
• 2.Стадия адсорбции при наличии рецепторов (гликопротеины).
• 3. Проникновение вирусной н.к. в клетку ( ч-з периплазматическое пространство в цитоплазму).
• 4. Латентный период – необратимая перестройка клеточного метаболизма на нужды вируса. → считываются «ранние» гены→
«ранние» белки → «поздние» белки.
• 5. Созревание фаговых частиц и их сборка осуществляется из синтезированных пораженной клеткой вирусных нуклеиновых кислот и вирусных белков.
• 6. Выход вирусных частиц из пораженной клетки. У бактерий часто сопровождается лизисом (разрушением клетки), у эукариот происходит путем выпячивания оболочки клетки и «выталкивания» вирусных частиц в окружающую среду.
• Новые частицы вируса, очутившись в окружающей среде, заражают новые клетки, и цикл развития повторяется снова.

Подкрашенные микрофотографии
Адсорбированных на клеточной
стенке E.сoli фагов Т4
Клетки E.сoli , в которой
происходит сборка фаговых
частиц

Лизогения (для колифага λ)
• 1. После проникновения фаговой ДНК в бактериальную клетку липкие концы соединяются с ДНК-лигазой клетки-хозяина→ кольцевая ДНК → встраивается в бактериальную хромосому
(
сайт-специфическая рекомбинация).
• Установлено, что гены фага λ кодируют с-з 4-х регуляторных белков, среди которых репрессорный белок сІ блокирует литический цикл, а антирепрессорный белок Сro запускает его.
• Выбор между лизогенным и литическим путем определяется относительной скоростью накопления регуляторных белков.
• ДНК фага λ реплицируется с клеточной ДНК как единая структура. Подобные клетки называются лизогенными
, а ДНК фага λ в них —
профагом
Индукторами перехода лизогения литический цикл : УФ, Т-ра, митомицин и др.
Умеренные бактериофаги:
1. вирионы: 2. профагами,3. в вегетативном (активном состоянии)

Способы взаимодействия вирулентных и умеренных фагов с клетками бактерий

Взаимодействие бактериофага λ с чувствительной клеткой

а b

Коронавирусная инфекция COVID-19
• Коронавирусная инфекция COVID-
19
(аббревиатура от англ.
COrona VIrus Disease
2019
), ранее коронавирусная инфекция 2019-
nCoV
— потенциально тяжёлая острая респираторная инфекция, вызываемая коронавирусом
SARS-CoV-2
Представляет собой опасное заболевание, которое может протекать как в форме острой респираторной вирусной инфекции лёгкого течения, так и в тяжёлой форме, специфические осложнения которой могут включать вирусную пневмонию
, влекущую за собой острый респираторный дистресс- синдром или дыхательную недостаточность с риском смерти.

SARS-CoV-2
• (
Severe acute respiratory
syndrome
coronavirus 2), ранее 2019-nCoV (
англ.
2019
novel coronavirus,
Wuhan seafood
market
pneumonia virus)
— новый штамм коронавирусов
, выявленный в конце 2019 года и вызывающий опасное инфекционное заболевание —
COVID-19
• Представляет собой одноцепочечный
РНК
- содержащий вирус
• (+)оцРНК-вирус