ЛЕКЦИЯ ПО ОБЩЕЙ ВИРУСОЛОГИИ ЛЕКТОР: ДОЦЕНТ КАЗАК Н. Ф.
ПЛАН ЛЕКЦИИ • Вирусология: определение; открытие вирусов; задачи медицинской вирусологии • Морфология вирусов: отличительные особенности вирусов; формы существования; генетика вирусов • Классификация вирусов • Репродукция вирусов; взаимодействие вирусов с клеткой • Экология вирусов • Бактериофаги: морфология, репродукция, использование в медицине
Вирусология — наука, изучающая морфологию, физиологию, генетику, экологию и эволюцию вирусов.
Открытие вирусов • Открытие вирусов принадлежит русскому ученому Дмитрию Иосифовичу Ивановскому, который в 1892 г. опубликовал работу по изучению мозаичной болезни табака – открыл вирусы растений. • В 1898 г. Ф. Леффлер и П. Фрош показали, что широко распространенная болезнь крупного рогатого скота — ящур, вызывается вирусом. Этот год считается годом открытия вирусов животных. • В 1901 г. Рид и Кэррол выделили фильтрующийся агент из трупов людей, умерших от желтой лихорадки. Этот год считается годом открытия вирусов человека. • Ф. Д’Эррель и Ф. Туорт в 1915 1917 гг. обнаружили вирусы у бактерий. Д’Эррель назвал их «бактериофагами» или пожирателями бактерий. • Позднее были выделены вирусы грибов, простейших, насекомых.
Отличительные особенности вирусов 1. Вирусы не имеют клеточного строения. Это доклеточные формы биологической жизни. 2. Вирусы имеют субмикроскопические размеры, варьирующие в пределах 15 250 и более нм. 3. Характеризуются только одним типом нуклеиновой кислоты: ДНК или РНК в качестве генома.
Отличительные особенности вирусов 4. Вирусы не обладают собственными системами метаболизма и получения энергии. 5. Репликация вирусов происходит в клетках с использованием их белоксинтезирующих и энергетических систем, поэтому они — облигатные внутриклеточные паразиты. 6. Вирусы не способны к прогрессивному росту и делению; они размножаются путем репродукции.
Формы существования вирусов 1) вирион (вирусная частица) — образуется внутри клетки, но местом нахождения является внеклеточная или внешняя среда. Это покоящаяся форма вируса; 2) внутриклеточный (вегетативный) вирус; 3) провирус геном вируса, интегрированный с ДНК клеткихозяина
Морфология вириона По строению различают 2 типа вирусных частиц: • простые • сложные.
Морфология вириона Сердцевина вируса — вирусная нуклеиновая кислота — вирусный геном, который может быть представлен одной из 4 молекул РНК или ДНК: однонитчатыми и двунитчатыми РНК и ДНК. Большинство вирусов имеют один цельный или фрагментированный геном, имеющий линейную или замкнутую форму.
Морфология вириона Однонитчатые геномы могут иметь 2 полярности: 1. позитивную, когда вирионная нуклеиновая кислота одновременно служит и матрицей для синтеза новых геномов и выполняет роль и-РНК; 2. негативную, выполняющую только функцию матрицы.
Морфология вириона Геном вирусов содержит от 3 до 100 и более генов, которые делятся на структурные, кодирующие синтез белков, входящих в состав вириона, неструктурные или регуляторные, которые изменяют экспрессию генов клетки хозяина и регулируют скорость биосинтеза компонентов вирусов.
Морфология вириона Ферменты вирусов кодируются генами. К ним относятся: РНК-зависимая РНК-полимераза (транскриптаза), которая обнаружена у всех РНК-содержащих вирусов с негативной полярностью. – Поксвирусы содержат ДНК-зависимую РНКполимеразу. – Ретровирусы имеют уникальный фермент — РНК-зависимую ДНК-полимеразу, называемую обратной транскриптазой. – В геноме некоторых вирусов имеются гены, кодирующие РНК-азы, эндонуклеазы, протеинкиназы.
Морфология вириона Снаружи нуклеиновая кислота покрыта белковым чехлом – капсидом, образуя комплекс — нуклеокапсид (в химическом смысле — нуклеопротеид). Капсид состоит из отдельных белковых субъединиц — капсомеров, которые представляют уложенную определенным образом полипептидную цепь, создающую симметричную конструкцию.
Морфология вириона Если капсомеры укладываются по спирали, такой тип укладки капсида носит название спиральной симметрии. многогранника (12 20 -гранника), такой тип укладки капсида носит название икосаэдрической симметрии.
Морфология вириона Капсид простых вирусов представлен -спиральными белками, которые защищают геном от различных воздействий, выполняют рецепторную функцию у этой группы вирусов, обладают антигенными свойствами.
Морфология вириона Сложные вирусы имеют дополнительную внешнюю оболочку — суперкапсид. В составе суперкапсида выделяют внутренний белковый слой (М-белок), внешний объемный слой липидов и углеводов (компонентов мембран клетки-хозяина) и поверхностные гликопротеиды.
Морфология вириона Вирусспецифические гликопротеиды встраиваются в липидный бислой, образуя разные по форме выпячивания, выполняющие рецепторную функцию и обладающие антигенными свойствами.
Классификация вирусов В основу современной классификации вирусов положены следующие основные критерии: l Тип нуклеиновой кислоты (РНК или ДНК) и ее первичная структура — сиквенс (одно- или двунитчатая, линейная, циркулярная, непрерывная или фрагментированная). l Характеристика вирионов: наличие белковой оболочки (капсида) и/или дополнительной липопротеидной оболочки (суперкапсида), размер и морфология, тип симметрии. l Стратегия вирусного генома в клетке хозяина (т. е. используемый вирусом путь транскрипции, трансляции, репликации и выход из нее). l Антигенные и физико-химические свойства.
Классификация вирусов В основу современной классификации вирусов положены следующие основные критерии: l Феномены генетических взаимодействий. l Экологические взаимодействия (круг восприимчивых хозяев, ареал географического распространения). l Механизмы патогенности (характер изменений в клетках, образование внутриклеточных включений, изменения экспрессии генов клеток хозяина, апоптоз и трансформация клеток). l Способы передачи и резистентность к факторам внешней среды (γ-излучению, температуре, действию детергентов, эфира, противовирусным препаратам).
Классификация вирусов Названия порядков, семейств, подсемейств, родов и видов пишется по латыни и начинается с большой буквы. Название порядка имеет суффикс «virales» , а семейства оканчивается на «viridae» . Некоторые семейства делятся на подсемейства и имеют суффикс «virinae» , род — «virus» (например, Caudovirales, Adenoviridae, Mastadenovirus, Human adenovirus C).
Классификация вирусов Последняя классификация опубликована в 2000 г. Она включает классификацию 1550 вирусов, объединенных в 3 порядка, 56 семейств, 9 подсемейств и 203 рода. Мировая коллекция вирусов включает более 30 000 штаммов вирусов. Вирусы человека и животных распределены в 25 семействах: 15 — РНК-геномных и 10 — ДНКгеномных.
Классификация вирусов ЦАРСТВО VIRA Семейство вирусов Тип нуклеиновой кислоты Наличие суперкапсида Размер вириона, нм Типовые представители ДНК-геномные вирусы Группа 1 – двунитчатые ДНК вирусы Adenoviridae Herpesviridae линейная, двунитчатая ДНК Papillomaviridae двунитчатая, кольцевая ДНК Poliomaviridae двунитчатая, кольцевая ДНК Poxviridae двунитчатая ДНК с замкнутыми концами - + - 70 -90 220 45 -55 Аденовирусы млекопитающих и птиц Вирусы простого герпеса, цитомегалии, ветряной оспы, инфекционного мононуклеоза Вирусы бородавок папилломы, Вирусы полиомы - + 45 -55 130 -250 Вирусы осповакцины, вирус натуральной оспы
Классификация вирусов ЦАРСТВО VIRA Семейство вирусов Тип нуклеиновой кислоты Наличие суперкапсида Размер вириона, нм Типовые представители ДНК-геномные вирусы Группа 2 – однонитчатые ДНК вирусы Parvoviridae линейная, однонитчатая ДНК - 18 -26 Аденоассоциированный вирус РНК-геномные вирусы Группа 3 – двунитчатые РНК вирусы Reoviridae Двунитчатая РНК - 60 -80 Реовирусы, ротавирусы
Классификация вирусов ЦАРСТВО VIRA Семейство вирусов Тип нуклеиновой Наличие Размер кислоты суперкапсида вириона, нм Типовые представители РНК-геномные вирусы Группа 4 – однонитчатые РНК вирусы (РНК+) Astroviridae Однонитчатая +РНК Caliciviridae Однонитчатая +РНК Coronaviridae Однонитчатая +РНК Picornaviridae Togaviridae Однонитчатая +РНК 28 -30 Астровирус человека 1 - 20 -30 Вирус гепатита Е, калицивирусы человека + 80 -130 Коронавирусы человека 20 -30 Вирусы полиомиелита, Коксаки, ЭКХО, гепатита А, риновирусы 30 -90 Вирусы Синдбис, лошадиных энцефалитов, краснухи - - +
Классификация вирусов ЦАРСТВО VIRA Семейство вирусов Flaviviridae Тип нуклеиновой кислоты Однонитчатая +РНК Наличие суперкапсида + Размер вириона, нм Типовые представители 30 -90 Вирусы клещевого энцефалита, Желтой лихорадки, Денге, японского энцефали-та, гепатита C, G Группа 5 – однонитчатые РНК вирусы (РНК-) Arenaviridae Фрагментированная, однонитчатая -РНК + 50 -300 Вирусы Ласса, Мачупо Bornaviridae Несегментированная однонитчатая РНК + 80 -100 Вирус болезни Борна Bunyaviridae Фрагментированная, однонитчатая, кольцевая -РНК 90 -100 Вирусы геморрагических лихорадок и энцефалитов +
Классификация вирусов ЦАРСТВО VIRA Семейство вирусов Тип нуклеиновой кислоты Наличие суперкапсида Размер вириона, нм Типовые представители Orthomyxoviridae Фрагментированная, однонитчатая, кольцевая -РНК + 80 -120 Вирусы гриппа Paramyxoviridae Однонитчатая, линейная -РНК 150 -300 Вирусы парагриппа, кори, эпидпаратита, РС-вирус Rhabdoviridae Несегментирован-ная, однонитчатая, линейная -РНК + 30 -90 Вирус бешенства, вирус везикулярного стоматита Filoviridae Несегментирован-ная, однонитчатая, линейная -РНК + 200 -4000 Вирусы лихорадки Эбола, Марбург + Группа 6 – обратно транскрибирующиеся вирусы Hepadnaviridae Двунитчатая, кольцевая с однонитчатым участком ДНК + 45 -50 Вирус гепатита В Retroviridae Однонитчатая +РНК + 80 -100 Вирусы рака, лейко-за, саркомы, ВИЧ
Репродукция вирусов Процесс внутриклеточной репродукции вирусов условно разделяют на 2 фазы. Первая фаза включает 3 стадии: 1. адсорбцию вируса на рецепторах определенных типов клеток; 2. проникновение вируса в клетку; 3. депротеинизацию вириона.
Репродукция вирусов Адсорбция — специфическое связывание поверхностных белков вириона, комплементарных рецепторам мембраны клетки-мишени. По химической природе рецепторы, на которых фиксируются вирусы, относятся к двум группам белков: мукопротеидам и липопротеидам.
Репродукция вирусов Проникновение вирусов человека и животных в клетку происходит двумя путями: 1. виропексисом (пиноцитозом); 2. слиянием вирусной суперкапсидной оболочки с клеточной мембраной. 3. бактериофаги имеют свой механизм проникновения, инъекционный или шприцевой, когда в результате сокращения белкового отростка фага нуклеиновая кислота впрыскивается в клетку.
Репродукция вирусов Депротеинизация вируса — освобождение генома вируса от вирусных защитных оболочек, происходит с помощью либо вирусных, либо клеточных ферментов. Конечные продукты депротеинизации — нуклеиновые кислоты или нуклеиновые кислоты, связанные с внутренним вирусным белком. После депротеинизации наступает эклипсстадия – исчезновение вириона.
Репродукция вирусов Вторая фаза — синтетическая, включает стадии реализации стратегии вирусного генома: 1. транскрипцию 2. трансляцию 3. репликацию 4. сборку вирусных частиц 5. выход вирусных частиц из клетки.
Репродукция вирусов • Транскрипция — переписывание информации с ДНК или РНК вируса на и. РНК в соответствии со стратегией генома. • Трансляция — процесс перевода генетической информации, содержащейся в и-РНК, на специфическую последовательность аминокислот и синтез вирусспецифических белков или их предшественников. • Репликация — процесс синтеза молекул нуклеиновых кислот, гомологичных вирусному геному.
Репродукция вирусов • Реализация стратегии генома у ДНК-содержащих вирусов идет так же, как и в клетках хозяина: ДНК - транскрипция - и-РНК - трансляция белок. • У -РНК вирусов, т. е. вирусов с негативным геномом (вирусы гриппа, парагриппа и др. ), путь реализации генома следующий: -РНК - транскрипция - и-РНК - трансляция белок. • У +РНК вирусов, т. е. с позитивным геномом (тогавирусы, пикорнавирусы), этап транскрипции отсутствует. Плюс-нить РНК генома выполняет функцию и-РНК, соответственно, путь реализации генома более прост: +РНК - трансляция - белок.
Репродукция вирусов • Гепаднавирусы (вирус гепатита В) имеют в качестве генома циркулярную двухцепочечную ДНК. Их геном реплицируется через РНК интермедиат: ДНК – транскрипция - РНК - обратная транскрипция ДНК - транскрипция - и-РНК - трансляция - белок. • У ретровирусов (имеют геном в виде +РНК и фермент обратную транскриптазу) — уникальный путь передачи генетической информации: РНК - обратная транскрипция - ДНК-копия – транскрипция - и-РНК - трансляция - белок. • ДНК-копия интегрируется с геномом клетки-хозяина (провирус).
Репродукция вирусов После наработки клеткой вирусных компонентов наступает последняя стадия вирусной репродукции — сборка вирусных частиц и выход вирионов из клетки.
Репродукция вирусов Выход вирионов осуществляется двумя путями: 1. путем «взрыва» клетки, в результате чего она разрушается (цитолитическая инфекция). Этот путь присущ простым вирусам (пикорна-, рео- и аденовирусам); 2. выход из клеток путем почкования. Присущ вирусам, содержащим суперкапсид (грипп, ВИЧ, герпес). При этом способе клетка сразу не погибает, может дать многократное вирусное потомство, пока не истощатся ее ресурсы (нецитолитическая инфекция).
Репродукция вирусов
Экология вирусов Это раздел экологической микробиологии, который исследует взаимодействие вирусов между собой и с окружающей средой. Она изучает экологическую среду, формы и факторы эволюционной изменчивости, влияние физических и химических факторов на вирусы, использование экологических знаний в борьбе с вирусными инфекциями.
Экология вирусов С изменением экологии возникают новые вирусные инфекции. Например, • Крымская геморрагическая лихорадка описана в 1943 году, когда солдаты и переселенцы прибыли в Крым для земледелия. Вспаханные после долгого перерыва поля послужили хорошей средой для выведения переносчика – клеща Hyalomma • Аргентинская геморрагическая лихорадка, вызываемая вирусом Хунин, впервые зарегистрирована в 1950 году, когда большие площади были засеяны кукурузой, что послужило хорошему размножению и выживанию грызунов Calomys – резервуара вируса Хунин
Экология вирусов • Лихорадка Эбола зарегистрирована в сельских местностях Южного Судана и Северного Заира. Предполагается существование природных источников вируса лихорадки Эбола • В 1967 году в Марбурге (Германия) описана вспышка геморрагической лихорадки среди сотрудников вирусологической лаборатории, которые готовили вакцину против полиомиелита на культуре клеток почек африканских зеленых мартышек, привезенных из Уганды • Хантавирусы в РБ вызвали Кобринскую геморрагическую лихорадку с почечным синдромом, а в США эти же вирусы – поражение легких
Экология вирусов Антропогенные факторы влияют на эволюцию вирусов: 1. Загрязнение окружающей среды промышленными отходами 2. Повсеместное применение пестицидов, антибиотиков, вакцин 3. Урбанизация, развитие современных транспортных средств, хозяйственное освоение неиспользованных территорий
Бактериофаги Бактериофагами или просто фагами называют вирусы, поражающие бактерий, которым они всегда сопутствуют. Размеры их колеблются от 25 до 200 нм. Геном представлен или РНК, или ДНК и содержит от 8– 9 до 200 генов
Бактериофаги Существуют они, как и другие вирусы, в трех формах — внеклеточной (вирион), размножающейся в клетке (вегетативная форма) и в виде провируса (интегрированной с геномом клетки-хозяина). Большинство бактериофагов по внешнему виду напоминают сперматозоиды. У наиболее сложно устроенных фагов имеется головка кубической симметрии с заключенным в ней геномом и отросток, в котором различают полый стержень, окружающий его чехол, состоящий из актиноподобного, способного к сокращению спирального белка, и находящуюся на дистальном конце стержня базальную пластинку с шипами и нитями (рецепторами), от которых зависит специфическая адсорбция на клетке-хозяине.
Бактериофаги 1. 2. 3. 4. 5. По морфологии различают 5 типов вирионов бактериофагов: нитевидные (в своем составе содержат однонитевую ДНК) головка с аналогом отростка (РНКсодержащие и один бактериофаг с однонитевой ДНК) головка с коротким отростком головка с несокращающимся отростком головка с сокращающимся отростком (как правило, с двунитевой ДНК). Бактериофаги делятся на вирулентные и умеренные.
Бактериофаги Взаимодействие бактериофага с клеткой — процесс, подобный взаимодействию вирусов животных с клеткой. Вначале идет адсорбция фага на бактериальной клетке. ).
Бактериофаги Второй этап — введение вирусной нуклеиновой кислоты в бактериальную клетку. У сложных фагов пластинка с шипами плотно прикрепляется к клеточной стенке, содержащийся в них лизоцим в месте контакта повреждает клеточную стенку, затем, вследствие сокращения белка чехла, внутренний стержень прокалывает стенку клетки и ДНК фага инъецируется в цитоплазму клетки. Если действуют другие механизмы инъекции нуклеиновой кислоты в клетку, то все равно капсидные белки фага остаются снаружи.
Бактериофаги • Если бактериофаг вирулентный, то развивается продуктивная инфекция клетки, образуются зрелые инфекционные фаговые частицы. • Если в клетку внедряется умеренный бактериофаг, то после проникновения его ДНК встраивается в геном клетки-хозяина и превращается в профаг. Это явление получило название «лизогения» . В этом случае активной репродукции вируса не происходит, а геном фага репродуцируется одновременно с геномом бактерии и передается по наследству дочерним клеткам. Такие бактерии называются лизогенными. Профаг может спонтанно или под действием некоторых индукторов (УФоблучение, рентгеновское облучение, избыток витамина С, Н 2 О 2, повышение температуры и др. ) начать репродуцироваться, т. е. превращается в вирулентную форму. Образующиеся вирионы могут вести себя как вирулентные или как умеренные бактериофаги.
Практическое использование бактериофагов 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Идентификация бактерий путем постановки пробы фаголизиса. Идентификация проводится видовыми бактериофагами (Vi-I брюшнотифозный, бруцеллезный Тб, бактериофаги шигелл Зонне, Флекснера и др. ) или до биовара (СIV и Эль-Тор II холерные). Фаготипирование с целью определения источника инфекции (Vi -II брюшнотифозные бактериофаги, стафилококковые, сальмонеллезные, склеромные и др. , которые лизируют отдельные штаммы данного вида). Определение присутствия в патологическом материале или объектах внешней среды бактерий по наличию соответствующих бактериофагов, что свидетельствует о контаминации этих объектов. Для лечения инфекций (дизентерийный, брюшнотифозный, озенозный бактериофаги) и, особенно, обширных ожогов с нагноением (колибактериофаг, коли-протейный, стафилококковый, поливалентный клебсиеллезный и др. ). Для профилактики инфекций (дизентерийный, холерный). Для изучения генетики микроорганизмов. Бактриофаги — сильные стимуляторы Т-клеточного иммунного ответа.
Скачать презентацию ЛЕКЦИЯ ПО ОБЩЕЙ ВИРУСОЛОГИИ ЛЕКТОР ДОЦЕНТ КАЗАК Н
1- ЛЕКЦИЯ ПО ОБЩЕЙ ВИРУСОЛОГИИ.ppt