Древние свидетельства вирусных инфекций Дмитрий Иосифович Ивановский

Древние свидетельства вирусных инфекций

Дмитрий Иосифович Ивановский “О двух болезнях табака”: доклад 14 февраля 1892 года в Академии наук , журнал “Сельское хозяйство и лесоводство” и отдельное издание 1892 г.

НОБЕЛЕВСКАЯ ПРЕМИЯ ПО ФИЗИОЛОГИИ И МЕДИЦИНЕ 2008 ГОДА Харальд цур Хаузен Франсуаза Барре-Синусси Люк Монтанье за открытие вирусов папилломы человека, вызывающих рак шейки матки за открытие вируса иммунодефицита человека

Внеклеточная форма (пассивная): молекулы ДНК или РНК, обычно заключенные в белковую оболочку, иногда содержащую еще липиды и углеводные компоненты Химический состав полиовируса: C 332652 H 492388 N 98245 O 131196 P 7501 S 2340 Внутриклеточная форма (активная): обычно способна к реализации генетической информации

СРАВНИТЕЛЬНЫЕ РАЗМЕРЫ ВИРУСОВ И ДРУГИХ ОБЪЕКТОВ

РАЗНООБРАЗИЕ ВИРУСОВ ЖИВОТНЫХ Всего на Земле: 1031 вирусных частиц

Электронные микрофотографии некоторых вирусов (негативный контраст) Бактериофаг λ Бокалвидные вирусы архей

Электронные микрофотографии некоторых вирусов (негативный контраст) Гепаднавирусы Папилломавирусы Аденовирус Вирусы гриппа Рабдовирусы

Растения, пораженные вирусами (ВТМ и сливовой оспы)

Основные свойства вирусов Ø Вирусы – очень маленькие, инфекционные, облигатные клеточные паразиты Ø Вирусный геном состоит только из одного вида нуклеиновых кислот (либо ДНК, либо РНК) Ø Вирусный геном реплицируется в клетке-хозяине и направляет синтез вирусных компонентов с помощью хозяйских систем Ø Вирион синтезируется de novo путем сборки из вновь синтезированных компонентов внутри клетки-хозяина Ø Образовавшийся в ходе сборки вирион является инструментом для передачи вирусного генома следующим клеткам или организмам

Эксперимент Френкеля-Конрада (1955)

ОСНОВНЫЕ ГИПОТЕЗЫ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ВИРУСОВ «virus-first» «escape» «reduction» the Last Universal Common Ancestor — LUCA

Классификация и номенклатура вирусов 1962 г. – Львофф и соавт. - первая попытка 1966 г. – классификация ICNV (the International Committee on Nomenclature of Viruses) – первая унифицированная схема классификации В основе различных схем классификаций использовались следующие данные: Ø хозяин Ø симптомы поражения Ø морфология вирусной частицы (симметрия и размеры капсида, наличие или отсутствие оболочки) Ø природа нуклеиновой кислоты, число и размер молекул

1976 г. – классификация ICТV (the International Committee on Taxonomy of Viruses) В основе классификации: § тип нуклеиновой кислоты; § количество цепей в молекуле нуклеиновой кислоты (одна или две); § размер вириона; § количество капсомеров; § тип симметрии; § наличие оболочки (суперкапсида); § чувствительность к эфиру и дезоксихолату; § место размножения § другие свойства: § локализация синтеза компонентов вириона в клетках, § особенности взаимодействия вируса с хозяином (круг хозяев), § биофизические свойства (константа седиментации, плавучая плотность) и некоторые другие

Основные принципы номенклатуры вирусов • Стабильность; отсутствие ошибок и путаницы в названиях; создание только необходимых названий • Номенклатура вирусов и субвирусных агентов не зависит от номенклатуры других биологических объектов; вирусная номенклатура имеет статус исключения в международном коде номенклатуры (Bio. Code). • Наименование таксона должно иметь целью отразить таксон как таковой, а не его историю • Официальный статус наименование таксона приобретает только после утверждения ICTV • ICTV не несет ответственности за наименования штаммов, серотипов и т. п.

Иерархия таксонов • • • Порядок (Order) –virales Семейство (Family) -viridae Субсемейство (Subfamily) –virinae Род (Genus ) -virus Вид (Species) -virus

Примеры систематической классификации вирусов • 6 порядков (order): – Caudovirales (3 семейства - families) – Herpesvirales (3 families) – Mononegavirales (4 families) – Nidovirales (3 families) – Picornavirales (5 families) – Tymovirales (4 families) • 66 семейств вирусов не относятся к порядкам

Порядок Nidovirales • Family: Arteriviridae (1 род) • Family: Coronaviridae (2 субсемейства) – Subfamily: Coronavirinae (3 рода) • Genus: Alphacoronavirus (8 видов) • Genus: Betacoronavirus (7 видов) • Species: Severe acute respiratory syndrome-related coronavirus • Genus: Gammacoronavirus (2 вида) • Species: Avian coronavirus • Species: Beluga whale coronavirus SW 1 ‒ Subfamily: Torovirinae (2 рода) • Family: Roniviridae (1 genus) Порядок может быть не определен Семейство – подсемейство – род – вид – штамм Reoviridae Sedoreovirinae Orbivirus Bluetongue virus (BTV-1 – BTV-24)

КЛАССИФИКАЦИЯ ВИРУСОВ ПО БАЛТИМОРУ ← ← VII

ДНК-СОДЕРЖАЩИЕ ВИРУСЫ I II

РНК-СОДЕРЖАЩИЕ ВИРУСЫ IV V III

РЕТРО- И ПАРАРЕТРОВИРУСЫ VI VII

Культивирование бактериофагов

Бляшки бактериофага на газоне E. coli (мягкий агар)

Развитие цитопатических эффектов Изменение и лизис клеток в ходе полиовирусной инфекции (0; 5, 5; 8; 24 ч) Образование клеточного синцития вирусом лейкемии мышей

Иммунное окрашивание

Иммунопреципитация

Схема метода полимеразной цепной реакции в реальном времени для тестирования специфических вирусных последовательностей

DNA oligonucleotide microarray Детекция ДНК вируса сливовой оспы (PPV) c помощью матрицы из 70 -мерных олигонуклеотидов

Поверхностный плазмоновый резонанс (SPRi) Взаимодействие белок-РНК ВТМ

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРЫ ВИРУСНЫХ ЧАСТИЦ • Электронная микроскопия (негативный контраст; крио-ЭМ) • Рентгено-структурный анализ • Атомная силовая микроскопия, сканирующая туннельная микроскопия • Ядерный магнитный резонанс

Сравнительные размеры вирусов и других объектов

Негативное окрашивание Папилломавирусы Преимущества: простая процедура; короткое время обработки образца; высокий контраст Недостатки: дегидратация; соли тяжелых металлов плоское изображение 3 -D структуры; артефакты (эффект муара)

Крио-электронная микроскопия A B Анализируемые образцы: 200 k. Da – 400 MDa

Реконструкция 3 D изображения

Преимущества : нативный, гидратированный образец с исходной 3 D-структурой; достаточно 1000 молекул образца; возможность изучения 3 D-структуры крупных комплексов; низкая температура предупреждает радиационные повреждения от электронных пучков. Недостатки: сложная экспериментальная процедура; низкий контраст; разрешение хуже, чем РСА и ЯМР; высокий шум (необходимость в большом количестве измерений)

Схема рентгено-структурного анализа

Установка для рентгено-структурного анализа

Кристалл 0, 2 мкм и лаограмма энтеровируса быка

Кристаллы вируса желтой мозаики турнепса (TYMV), выращеные в присутствии высокой концентрации соли (1) и ПЭГ (2) 1 2

Атомная силовая микроскопия

Техники сканирования проб STM: scanning tunneling microscope AFM (SFM): atomic (scanning) force microscope MFM: magnetic force microscope SNOM: scanning near-field optical microscope

Схема сканирования (AFM, SFM)

AFM-изображение вируса лейкемии мышей

ЯМР Варианты: СOSY/NOESY (13 C 15 N 1 H; 3 D-str) TROSY TOCSY HSQC

Структура fusion-домена гемагглютинина вируса гриппа в мицелле по результатам NOESY и. TOCSY экспериментов (600 MHz) Докинг этой же структуры к липидному бислою с использованием данных по ЭПР-спектроскопии