ОБЩАЯ ВИРУСОЛОГИЯ Кафедра микробиологии и вирусологии РНИМУ им

ОБЩАЯ ВИРУСОЛОГИЯ Кафедра микробиологии и вирусологии РНИМУ им. Н. И. Пирогова

Вирусы и вирионы • ВИРУСЫ – это генетические структуры, лишенные собственной белоксинтезирующей системы и способные к самостоятельной эволюции. • ВИРИОНЫ – это внеклеточные вирусные частицы (до взаимодействия с клеткой)

Дефектные вирусы и вироиды • Дефектные вирусы способны вызвать заболевание, но не могут реплицироваться самостоятельно. HDV - cателлитный вирус гепатита D (delta-вирус) формирует свой капсид, используя белок вируса гепатита В. Если выявляют HDV, то человек к тому же болен вирусным гепатитом В. • Вироиды – это инфекционные агенты, которые вызывают заболевание у растений. Они включают кольцевую однонитевую РНК.

Вироиды • Вироиды не имеют капсида, представлены только одной однонитевой молекулой РНК, состоящей из 300 -400 нуклеотидов. • Геном вироидов не кодирует собственных белков. В настоящее время вироиды известны как возбудители заболеваний растений. • Среди вирусов млекопитающих только Дельтавирус имеет сходство с вироидами.

Прионы – «инфицирующие белки» • Прионный белок Pr Psc имеет ту же аминокислотную последовательность, что и нормальный клеточный белок неизвестной функции Pr. Pc. Эти 2 формы Pr. P отличаются по укладке, конформации. • Полагают, что прионный белок и клеточный белок могут связываться в димеры, при этом прионный служит своеобразной матрицей, «обучая» Pr. Pc с образованием Pr. Pscконформации. Происходит синтез патологического белка в клетках нервной ткани. Прионная инфекция может передаваться путем инокуляции в ЦНС

Абберантная укладка Pr. P при использовании продуктов от погибших животных стала причиной эпидемии «болезни бешенных коров»

Прионы

Отличительные свойства вирусов • Облигатные внутриклеточные паразиты • Отсутствие собственной белоксинтезирующей системы: синтез белка происходит на клеточных рибосомах, которые связываются с и. РНК вируса. Вирусная генетическая информация транслируется внутри клетки для продукции вирусных белков. • Разобщенный (дисъюнктивный) способ репродукции: происходит сборка компонентов вируса (нуклеиновая кислота+белок)

Структура вирусов • Это нуклеопротеиды или нуклеокапсиды – нуклеиновая кислота, окруженная белком (капсид). • Выделяют 2 группы вирусных белков: 1 - структурные и 2 - неструктурные Структурные белки - белки капсида, отдельные фрагменты – капсомеры - белки суперкапсида (наружная вирусная оболочка). Эти белки называют пепломерами (peplosпокров, мантия). Суперкапсид включает также липиды, фосфолипиды, холестерин, углеводы в составе гликопротеидов

Структура вируса гриппа (белки – продукты генов вирусной РНК)

Состав вирусов • Белки в составе вирусов, которые рассматривают как неструктурные: q q Предшественники вирусных белков, Ферменты ДНК – и РНК - полимераза, Белки – регуляторы, Ферменты, модифицирующие вирусные белки (протеиназа, протеинкиназа)

Классификация вирусов Обозначают: • Семейство вируса - окончание viridae • Подсемейство – окончание virinae • Род – virus v сем. Herpesviridae v псем. Alpha-Herpesvirinae v род Herpesvirus вид Herpes simplex

Классификация вирусов ДНК – и РНК - содержащие вирусы • • • ДНК-вирусы Двунитевая ДНК cем. Adenoviridae - аденовирус сем. Herpesviridae - герпесвирусы cем. Poxviridae - вирус оспы Особая структура ДНК – двунитевая кольцевая с однонитевым фрагментом (party ds DNA) сем. Hepadnaviridae - вирус гепатита В

Аденовирус

Группа герпесвирусов ВПГ-1

Группа герпесвирусов VaricellaHerpes zoster

Группа герпесвирусов Цитомегаловирус

Группа герпесвирусов вирус Эпштейна-Барр

Вирус оспы

Вирус гепатита В (двунитевая ДНК с однонитевым участком)

Вирус гепатита В

Вирус папилломы человека Papillomavirus (кольцевая молекула ДНК)

Вирус папилломы человека

РНК - содержащие вирусы • ОДНОНИТЕВАЯ РНК: • Сем. Picornaviridae – Poliovirus вирус полиомиелита • Cем. Togaviridae - Rubella virus – вирус краснухи • Cем. Rhabdoviridae - Rabies virus – вирус бешенства • Сем. Orthomyxoviridae – Influenza virus – вирус гриппа • Cем. Paramyxoviridae – Measles virus – вирус кори

РНК-вирусы Вирус кори

РНК-вирусы Вирус краснухи

РНК-вирусы вирус эпидемического паротита

Характеристика РНК-содержащих вирусов • РНК вирусов включает 3 класса молекул: • 1 – и. РНК, передающая информацию, заложенную в геноме, на белок- синтезирующую систему клетки • 2 - рибосомальная РНК • 3 - т. РНК (транспортная), доставляющая аминокислоты на рибосомы клетки Выделяют (РНК +) геном и (РНК –) геном (полярность нуклеиновой кислоты)

(РНК+) геном вирусов • РНК+ (плюс) геном, когда вирусный геном обладает функциями и. РНК, может непосредственно передавать информацию на рибосомы • Вирусы полиомиелита, гепатита А, краснухи

(РНК- ) геном вирусов • РНК – (минус) геном, когда вирусный геном не обладает функциями и. РНК. Функцию и. РНК выполняет РНК, комплементарная геному. Синтез этой РНК (транскрипция) осуществляется в зараженной клетке на матрице геномной РНК с помощью транскриптазы. • Вирусы гриппа, бешенства, кори

Тип симметрии капсида ДНК-вирусы • 1 - кубический (форма икосаэдра) Сем. Herpesviridae - Herpes simplex virus Сем. Adenoviridae - Adenovirus

Спиральный тип симметрии Вокруг спирали нуклеиновой кислоты винтообразно располагаются структурные субъединицы (протомеры), полностью закрывая нуклеиновую кислоту. • Вирусы без оболочки имеют палочковидную форму, у оболочечных вирусов нуклеокапсид имеет форму длинного тяжа, плотно упакованного в виде клубка.

Кубический тип симметрии Капсид образует форму многогранника (икосаэдра). В основе капсида лежат комбинации равносторонних треугольников, состоящих из капсомеров. Каждый капсомер состоит из 5 -ти (пентомер) или 6 -ти (секстомер) структурных белковых субъединиц. Капсиды разных типов (видов) вирусов имеют строго определенное количество капсомеров, например у энтеровирусов их 32, у вируса гепатита В – 180 и т. д.

Герпесвирус

Аденовирус

Тип симметрии капсида РНК-вирусы • 1 - кубический (форма икосаэдра) Сем. Picornaviridae - Poliovirus (РНК+) Сем. Togaviridae - Rubella virus (РНК+) Сем. Flaviviridae – Yellow fever virus (РНК+) • 2 - спиральный сем. Rhabdoviridae – Rabies virus (РНК-) сем. Paramyxoviridae – Measles virus (РНК-) сем. Orthomyxoviridae-Influenza virus(РНК-) сем. Retroviridae – HIV (капсидикосаэдр, нуклеокапсид – спиральный)

Rhabies virus РНК- вирус

ВИРУС ГРИППА ( ВИРУС рнк - , СПИРАЛЬНЫЙ ТИП СИММЕТРИИ)

Вирус краснухи Rubella virus (вирус РНК, икосаэдр, оболочка)

Классификация вирусов • РНК- вирусы с оболочкой вирусы краснухи, бешенства, кори, гриппа, ВИЧ • РНК-вирусы без оболочки вирус полиомиелита, ротавирус • ДНК-вирусы с оболочкой вирус гепатита В, оспы, герпесвирусы • ДНК-вирусы без оболочки аденовирус

ВИЧ вирус иммунодефицита человека

Классификация вирусов поверхностные вирусные антигены вирус гриппа

Поверхностный антиген Hbs. Ag вируса гепатита В

Вирус иммунодефицита человека

Связывание повехностных антигенов ВИЧ с CD 4 -маркером Т-клеток и проникновение вирусного генома в клетку

Классификация вирусов (размеры вирусов) • Сем. Picornaviridae – мелкие РНК-вирусы, d=30 -40 нм • Сем. Herpesviridae – ДНК-вирусы средних размеров d=120 - 220 нм • Сем. Poxviridae- Poxvirus – ДНК-вирус крупных размеров d=280 - 300 нм

Сем. Arenaviridae Lassa fever virus(оболочка, малый РНКвирус, две кольцевые молекулы)

Вирус оспы (крупный ДНК-вирус)

Сравнительные размеры вируса полиомиелита, бактериофага, эритроцита

Взаимодействие вируса с клеткой Взаимодействие 2 -х геномов может обусловить - v вирусную персистенцию, когда вирус не вызывает гибель клетки и устанавливается биологическое равновесие (персистирующая инфекция Herpes-вирусов) v литическую инфекцию, когда вирус подавляет геном клетки и вызывает ее гибель (Polio-вирус) v интегративную инфекцию, когда геном вируса встраивается в клеточную хромосому и передается при делении v ( ВИЧ, вирус гепатита В)

Этапы взаимодействия вируса с клеткой • 1. Адсорбция (прикрепление вируса к рецептору клетки). Клеточные рецепторы находятся на дне ямок (углублений), покрытых со стороны цитоплазмы высокомолекулярным белком клатрином. Прикрепление вируса – это сигнал для эндоцитоза ( ямка превращается в вакуоль и образуется рецептосома). Эндоцитоз. • 2. Слияние мембран (слияние вирусной оболочки с мембраной вакуоли, в результате белки вируса становятся частью клеточной мембраны. Белок слияния F (fusion) обеспечивает трансмембранный переход, а также образование синцития и симпластов

Этапы взаимодействия вируса с клеткой • 3. Депротеинизация ( «раздевание вируса» ). С поверхности нуклеокапсида удаляется матриксный белок М, в результате нуклеокапсид приобретает функциональную активность и проникает в цитоплазму, вирус гриппа – в клеточное ядро. • 4. Проникновение нуклеиновой кислоты • ДНК-вирусы: встраивание генома вируса в геном клетки хозяина (вирус гепатита В, герпесвирусы) • РНК-ретровирусы: геномная РНК переписывается на ДНК с помощью обратной транскриптазы (РНКзависимая ДНК-полимераза) и эта ДНК – провирус встраивается в геном клетки.

Этапы взаимодействия вируса с клеткой • 5. Репликация - экспрессия ранних и поздних генов и синтез белка в направлениии ДНК - и. РНК – белок • 6. Сборка вирионов, морфогенез c последующим выходом из клеткимишени путем почкования (вирусы с оболочкой) или лизиса клетки (вирусы без оболочки)

Репликация ДНК – вирусов вирус гепатита В(HVB) • ДНК вируса - это двунитевая кольцевая молекула с однонитевым фрагментом (party ds DNA): минус (-)нить(некодируемая) и плюс(+)нить кодируемая. В разрыве между нитями присутствует вирусная ДНК- полимераза. HVB - oбратная транскриптаза обладает свойствами ревертазы ретровирусов. • Восстановление фрагмента ДНК идет через синтез РНК-интермедиата : ДНК служит матрицей для транскрипции вирусной РНК с помощью клеточной РНК-полимеразы party ds. DNA > ss. RNA • Для формирования ДНК вируса – РНК служит в качестве матрицы для обратной транскрипции: ss RNA > ss. DNA> party ds. DNA

Репликация малых РНК(+) вирусов вирус полиомиелита(Poliovirus) v Геном Polio-вируса (+ нить) функционирует как и. РНК, на 5’ конце имеется ковалентно связанный с РНК белок VPg. Репродукция – в цитоплазме v В процессе «раздевания вируса» освобождается РНК и связывается с рибосомами. v Геном используется как и. РНК для синтеза белка С вирусного генома транслируется гигантский полипротеин, который расщепляется на вирусные белки, включая РНК-зависимую полимеразу. • Полимераза синтезирует минус (-) нить с поверхности плюс (+) нити и реплицирует геном, а VPg ковалентно связывается с 5’-концом генома Структурные белки собираются в капсид.

Репликация вируса гриппа (в ядре) РНК (-) • Вирус гриппа с помощью (Н) гемагглютинина связывается на клеточных рецепторах. В течение часа после заражения начинается РНК-транскрипция с использованием инфицирующего РНК-генома в качестве матрицы. • Это требует участия вирусной РНК-зависимой РНК -полимеразы. Полимеразные белки PB 1 и PB 2 преобразуют минус РНК- геном в РНК+. В отличие от других РНК( - ) вирусов, у вируса гриппа отсутствует активность ферментов для capping и метилирования, поэтому вирус участвует в этих процессах с помощью клеточной и. РНК, предварительно синтезированной и модифицированной в ядре

Вирус гриппа

Репликация РНК (-) вирусов вирус гриппа тип А (репликация – в ядре)

Вирусные белки М- 1 белок вируса гриппа

Поверхностный антиген вируса гриппа

Исторический очерк • Д. Ивановский первым заявил о новом виде микроорганизмов, изучая болезнь растений, называемую «табачная мозаика» . • Его оппонент фон Бейеринг считал, что болезнь вызывает ядовитое вещество. Однако слово «яд» означало «вирус» . Так появился этот термин. • Вирусы были открыты в те годы, когда появился электронный микроскоп.

Дмитрий Ивановский

Вирус табачной мозаики

Исторический очерк • В 1933 году был открыт вирус гриппа А, • • в 1934 году – вирус гриппа В. В конце 40 -х годов был разработан метод культивирования вирусов в клеточных культурах. В 1952 году Эндерс, Уэллер и Роббинс были удостоены Нобелевской премии за разработку методов культивирования вирусов. Это позволило: выделять новые вирусы, их идентифицировать, изучать их взаимодействие с клеткой

Исторический очерк Дж. Солк и Сейбин (США) разработали технологию производства вакцин – сначала убитой, а затем живой аттенуированной. Вакцина против полиомиелита стала первой культуральной вакциной. • В 50 -х годах наши исследователи Чумаков и Смородинцев приняли участие в разработке вакцины против полиомиелита, которая проводилась в рамках международного сотрудничества в области медицины. • В результате в 1959 году была проведена массовая иммунизация детей в нашей стране.

Исторический очерк • В 1979 году Балтимор и одновременно Темин (США) открыли обратную транскриптазу в составе РНК-содержащих онкогенных вирусов. • Это фермент, с помощью которого РНК переписывается на ДНК (РНК-зависимая ДНКполимераза); появилась возможность получения ДНК-копии на матрице вирусной РНК. • В 1972 году Бэр (США) получил рекомбинантные молекулы ДНК – так началась эра генной инженерии.

Исторический очерк • Бламберг (Blumberg), Нобелевский лауреат (1972) исследовал антигены крови аборигенов Австралии. Он предположил, что открыл новый антиген крови. Но позже, при медицинском обследовании пациентов, было установлено, что они больны гепатитом, а этот антиген – Hbs. Ag поверхностный антиген вируса гепатита В. • В 1982 -1983 г. г. Монтанье (Франция), а затем и Р. Галло (США) выделили вирус иммунодефицита человека (предварительно были изучены несколько лимфотропных ретровирусов). Вирус получил название HIV (ВИЧ). В 2007 году Монтанье был удостоен Нобелевской премии.

Благодарим за внимание