ВИРУСОЛОГИЯ для студентов заочного отделения Рекомендуемая литература

ВИРУСОЛОГИЯ (для студентов заочного отделения)

Рекомендуемая литература 1. Зинченко А. И. , Паруль Д. А. Основы молекулярной биологии вирусов и антивирусной терапии. Минск: «Вышэйшая школа» , 2005. 2. Поздеев О. К. Медицинская микробиология. М. : Гэотар, 2005. 3. Пиневич А. В. , Сироткин А. К. , Гаврилова О. В. , Потехин А. А. Вирусология, СПб. : Изд-во С. -Петерб. ун-та, 2012 – 432 с. 4. Медицинская вирусология: Руководство / под ред. Д. К. Львова. М. : ООО «Медицинское информационное агентство» , 2008. 5. Вирусология: В 3 -х т. / под ред. Б. Филдса, Д. Нойпа и др. М. : Мир, 1989. 6. Пташне М. Переключение генов. Регуляция генной активности и фаг . М. : Мир, 1989.

Вирус (от лат. virus – яд) – инфицирующий комплекс, состоящий из нуклеиновой кислоты (РНК или ДНК), окруженной белковой оболочкой (капсидом), а у ряда вирусов – липополисахаридной оболочкой (суперкапсидом); облигатный внутриклеточный паразит, способный реплицироваться только в живых клетках организма-хозяина

Дмитрий Иосифович Ивановский (1892 г. ) Мартинус Бейеринк (1898 г. ) Фридрих Август Лёффлер (1897 г. ) Уэнделл Мередит Стэнли (1935 г. ) Фредерик Туорт (1915 г. ) и Феликс д'Эрелль (1917 г. ) Фрэнсис Раус (1911 г. )

Для вирусов характерно существование в виде двух форм: - внеклеточной, представленной вирионом, или вирусной частицей, - внутриклеточной – вегетативной формы (для некоторых – в форме провируса).

Вирусы инфицируют: человека (напр. , папилломавирусы человека), животных (напр. , вирус синего языка овец), растения (напр. , вирус табачной мозаики), бактерии (напр. , фаг М 13), грибы (напр. , Barnavirus), водоросли (напр. , Phycodnavirus).

Размер частиц вирусов (вирионов) – 18 -400 нм

Для вирусов характерен особый разобщенный во времени и пространстве (дизъюнктивный) способ репликации: отдельные компоненты вирусов синтезируются неодновременно и в разных участках клетки хозяина, после чего происходит их сборка в вирусные частицы – вирионы.

Таксономические группы вирусов Таксономическая группа Порядок Семейство Подсемейство Род Суффикс Пример 1 Пример 2 -virales -viridae -virinae -virus Mononegavirales Paramyxoviridae Paramyxobirinae Morbillivirus Вид - Caudovirales Myoviridae T 4 -подобные вирусы Фаг Т 4 Escherichia coli Вирус кори С 1995 г. предложено вместо таксона «порядок» указывать группу Балтимора, который предложил все семейства вирусов объединить в 7 групп на основании типа генома вируса и особенностей его транскрипции.

Основные семейства вирусов человека и животных Группа Балтимора Тип нуклеиновой кислоты Наличие у вириона внешней оболочки + Двуцепочечная ДНК (ds DNA) Представители Poxviridae Вирус натуральной оспы, Вирус осповакцины, вирус оспы свиней Herpesviridae I Семейства Вирус простого герпеса (типы 1 и 2) Цитомегаловирус Вирус Эпштейна-Барр Аденовирусы человека и животных Вирус SV 40, или обезьяний вирус Папилломавирусы человека (ПВЧ 16, ПВЧ-18) Парвовирус человека В 19 - II Одноцепочечная ДНК (ss DNA) Adenoviridae Polyomaviridae Papillomaviridae - Parvoviridae

Основные семейства вирусов человека и животных III Двуцепочечная РНК (ds RNA) - Reoviridae Ротавирус, Вирус синего языка овец IV Одноцепочечная (+) РНК (ss(+) RNA) + Togaviridae Вирус Синдбис, вирус краснухи Flaviviridae Вирус желтой лихорадки, вирус гепатита С, Коронавирус человека Вирусы полиомиелита 1, 2, 3; Вирус ящура, вирус гепатита А Вирусы гастроэнтерита группы Норволк Coronaviridae - Picornaviridae Caliciviridae

Основные семейства вирусов человека и животных V Одноцепочечная (-) РНК (ss(-) RNA) + Paramyxoviridae Вирус кори, Вирус эпидемического паротита, Вирус парагриппа человека Rhabdoviridae Вирус бешенства, вирус везикулярного стоматита Filoviridae Вирусы Марбург и Эбола Orthomyxoviridae Вирусы гриппа типов А, В и С Bunyaviridae Вирус калифорний -ского энцефалита, Вирусы Буньямвера Arenaviridae Вирус Ласа, Вирус лейкоцитарного хориоменингита

Основные семейства вирусов человека и животных VI Одноцепочечная (+) РНК, имеющая в репликативном цикле ДНК в качестве интермедиата + Retroviridae VII Двуцепочечная ДНК, имеющая в репликативном цикле РНК в качестве интермедиата + Hepadnaviridae ВИЧ, Тклеточные лейкозы и лимфомы у человека, вирус саркомы Рауса кур Вирус гепатита В

Типы симметрии капсида 1. Кубический (икосаэдрический тип) Строение вириона Аденовирусов Микрофотография вирионов Аденовирусов

2. Спиральный тип симметрии Строение вириона Вируса табачной мозаики (сем. Virgaviridae) Микрофотография вириона ВТМ

3. Смешанный тип симметрии Микрофотография вирионов фага Т 4 Строение вириона бактериофага Т 4

Многие вирусные белки обозначают лишь одной или двумя буквами, которые могут означать: - структурную характеристику: G (гликопротеин), Р (фосфопротеин), - функцию: F (белки слияния), Р (полимераза), RT (обратная транскриптаза).

Тельца включения бакуловирусов (специфические белковые структуры, в которые упакованы вирионы): (а) вируса гранулеза; (b) вируса ядерного полиэдроза (под световым микроскопом), (с) вируса ядерного полиэдроза (под электронным микроскопом)

Организация геномов вирусов В отличие от клеточных организмов вирусы содержат лишь один тип нуклеиновой кислоты – либо ДНК, либо РНК, причем и та, и другая может быть хранителем наследственной информации, выполняя роль генома вируса.

ДНК-геномы Тип ДНК Одноцепочечная ДНК (ss. DNA) Структура ДНК Примеры вирусов Линейная Парвовирусы Кольцевая Фаги φХ 174, М 13, fd Герпесвирусы (вирус простого герпеса, цитомегаловирус, вирус Эпштейна-Барр), аденовирусы, фаг λ Линейная с разрывами в одной цепи Фаг Т 5 Двухцепочечная ДНК Линейная (ds. DNA) Линейная, цепи ДНК на каждом из концов соединены друг с другом в виде шпильки Кольцевая с брешью в (+)цепи Кольцевая с разрывами в обеих цепях Вирус коровьей оспы, вирус натуральной оспы Полиомавирусы (SV-40), папилломавирусы, фаг РМ 2, бакуловирусы, вирус мозаики цветной капусты. . Вирус гепатита В Каулимовирусы

РНК-геномы Тип РНК Структура РНК Одноцепочечная РНК Линейная +РНК (ss. RNA) Линейная -РНК Линейная +РНК сегментированная Примеры вирусов Пикорнавирусы (полио-, риновирусы), тогавирусы, ВТМ и большинство вирусов растений, фаги Qβ, MS 2 Рабдовирусы парамиксовирусы (вирус кори, вирус эпидемического паротита), Буньявирусы, Вирус мозаики костра (отдельные сегменты в разных вирионах) Ретровирусы (вирус саркомы Рауса, ВИЧ) Линейная +РНК несегментированная, диплоидная Линейная -РНК Ортомиксовирусы (вирус сегментированная гриппа) Двухцепочечная РНК Линейная сегментированная Реовирусы, фаг φ6, многие (ds. RNA) миковирусы

Стадии репликации вирусов адсорбция, проникновение, депротеинизация вирусной частицы (раздевание), транскрипция, синтез вирусных нуклеиновых кислот и белков, сборка вирионов, выход вирусных частиц из клетки.

Транскрипция, синтез вирусных нуклеиновых кислот и белков Для вирусов характерен особый разобщенный (дизъюнктивный) во времени и в пространстве способ репликации. Для синтеза вирусных белков используется белоксинтезирующая система клетки хозяина. Транскриптазу (ДНК-зависимую РНК-полимеразу) клетки хозяина могут использовать ДНК-содержащие вирусы, способные проникать в ядро. В процессе транскрипции синтезируются либо индивидуальные м. РНК для каждого гена (моноцистронные м. РНК), либо м. РНК, кодирующие полипротеин, который затем расщепляется протеазами на отдельные белки.

Взаимосвязь между размером вириона и зависимостью репликации его ДНК от ферментов клетки хозяина Вирус Парвовирус (ss. DNA) Полиомавирус (ds. DNA) Увеличение размера вириона Зависимость репликации вирусной ДНК от ферментов клетки хозяина Полностью зависит Вирус кодирует белок, участвующий в инициации синтеза ДНК; на следующих этапах нужны ферменты хозяина Аденовирус (ds. DNA) Вирус кодирует белки, участвующие в инициации синтеза ДНК и ДНК-полимеразу Поксвирус (ds. DNA) Полностью не зависит от ферментов клетки хозяина

Локализация репликации вирусного генома в клетках эукариот Геном вируса Цитоплазма Ядро ds. DNA Поксвирусы, некоторые бакуловирусы, иридовирусы Большинство ss. DNA Все ds. RNA Все (+)ss. RNA Все (-)ss. RNA, несегмент. геном Все (-)ss. RNA, сегмент. геном (+)ss. RNA ретровирусов ds. DNA гепадновирусов Все ss. RNA → ds. DNA → ss. RNA

Пути формирования оболочек вирусов Место сборки вириона Источник оболочки вириона Примеры Цитоплазма эукариотических клеток Плазматическая мембрана Большинство ретро- и рабдовирусов Мембраны эндоплазматической сети или аппарата Гольджи Гепаднавирусы Синтез de novо Поксвирусы Ядро эукариотической клетки Ядерная мембрана Нуклеорабдовирусы Синтез de novо Бакуловирусы Прокариотическая клетка Клеточная мембрана Вирус L 2 Acholeplasma laidlawii Синтез de novо Фаг ϕ 6 Pseudomonas Вирионы с наружной оболочкой Вирионы с внутренней мембраной Иридовирусы Фаг PM 2 Alteromonas

Вирусные мутации Мутация – любое наследуемое изменение в структуре гена, произошедшее спонтанно или индуцируемое мутагенами. Спонтанные мутации Индуцированные мутации Летальные мутации Условно-летальные мутации

Типы вирусных мутантов 1. 2. 3. 4. 5. Мутанты по морфологии бляшек (напр. syn-мутанты) Мутанты по спектру хозяев Температурочувствительные мутанты (ts-мутанты ) Холодочувствительные мутанты (cs-мутанты) Делеционные мутанты (часто для их репродукции требуется вирус-помощник)

Генетические взаимодействия между вирусами Комплементация Рекомбинация

Негенетические взаимодействия вирусов Вирусная интерференция Фенотипическое смешение

Бактериофаги (фаги) (от др. -греч. φᾰγω — "пожираю") — вирусы, избирательно поражающие бактериальные клетки. Бактериофаги были открыты независимо Фредериком Туортом в 1915 г. и канадским микробиологом Феликсом д'Эрелем в 1917 году. Бактериофаги широко распространены в природе и обнаруживаются в воде, почве, сточных водах, организме человека и животных, а также в культурах бактерий.

Бактериофаги различаются по: химической структуре, морфологии фаговой частицы , типу нуклеиновой кислоты, морфологии негативных колоний, характеру взаимодействия с микробной клеткой. Для обозначения бактериофагов используют буквы латинского и греческого алфавитов, например, к хорошо изученным фагам кишечной палочки относятся фаги λ, X 174, fd, f 2, R 17, Т 2.

Чашка Петри с зонами лизиса бактерий E. coli

Классификация бактериофагов Бредли Тип A B C D E Схема Особенности строения капсида Икосаэдрическая головка и сократимый отросток Икосаэдрическая головка и длинный несократимый отросток Короткий несократимый отросток В капсиде большие капсомеры В капсиде мелкие капсомеры F Тип нуклеиновой Примеры кислоты фагов ds. DNA Т-четные ds. DNA Т 1, Т 5, λ ds. DNA Т 3, Т 7 ss. DNA φХ 174 ss. RNA f 2, R 17, MS 2 M 13, fd, f 1 ss. DNA Нитевидные

Все фаги делятся на 2 большие группы – вирулентные и умеренные. Вирулентные фаги разрушают структуры клетки хозяина, часто (но не всегда) приводя к ее лизису, сопровождающемуся выходом вирусных частиц. Примеры вирулентных фагов – фаги Т-группы E. coli, фаг М 13 E. coli. У вирулентных фагов выделяют 2 состояния – вирусная частица (вирион, вне клетки) и вегетативное состояние (внутри клетки, способна вызывать заболевание).

Умеренные фаги могут реплицироваться по двум путям: литическому (продуктивная инфекция) и лизогенному (фаг остается латентным в клетке хозяина). У умеренных фагов выделяют 3 состояния - вирусная частица (вирион, вне клетки), а внутри клетки – профаг и вегетативное состояние.

Типы профагов Инсерция вирусной нуклеиновой кислоты в хромосому хозяина посредством сайт-специфической рекомбинации Инсерция вирусной нуклеиновой кислоты в хромосому хозяина посредством транспозиции Существование вирусной нуклеиновой кислоты в автономной от хромосомы хозяина форме Пример бактериофага Колифаг λ Фаг Р 22 Salmonella Фаг L 5 микобактерий Фаг ϕС 31 Streptomyces Mu-1 D 108 Колифаги Р 1, Р 7 Фаг D 6 Salmonella

Типы взаимодействия фагов с клетками бактерий Фаг Тип взаимодействия Тип нуклеиновой кислоты Результат взаимодействия Т 4 продуктивный ds. DNA лизис клетки MS 2, Qβ продуктивный ss. RNA лизис клетки λ лизогения или продуктивный ds. DNA фаг и клетка могут длительно существовать без лизиса клетки M 13, fd продуктивный ss. DNA новые вирусные частицы выходят из клетки, не вызывая ее лизис ϕX 174 продуктивный ss. DNA лизис клетки

Вирулентный фаг Микрофотография вирионов фага Т 4 Строение вириона бактериофага Т 4

Бактериофаг λ Умеренный фаг, Относится к группе В по классификации Бредли

Бактериофаг λ В вирионе - линейная ds. DNA размером 48, 5 тыс. п. н. , Каждая из цепей ДНК на одном конце выступает за пределы дуплекса на 12 нуклеотидов. Эти концы комплементарны другу и называются липкими или cos-концами, В ДНК около 60 генов, Геном фага может реплицироваться либо автономно (литический цикл), либо встраиваться в геном клетки хозяина (лизогенный цикл).

Генетическая карта фага λ

Фаговая конверсия (от лат. Conversion – превращение) – приобретение бактериями новых свойств при их инфицировании бактериофагами. Изменяться могут свойства бактерий: Морфологические, Культуральные, Биохимические, Антигенные и др.

Участие фагов в развитии патогенности бактерий Бактериальный патоген Механизм Clostridium botulinum Фаг кодирует ботулотоксин Clostridium diphtheriae Фаг кодирует дифтерийный токсин Staphylococcus aureus Фаг кодирует фибринолизин, энтеротоксин и др. Pseudomonas aeruginosa Фаг φСТХ кодирует цитотоксины Vibrio cholerae Фаг СТХφ кодирует холерный токсин Escherichia coli Продукт гена lom фага λ способствует адгезии эпителиальных клеток Mycoplasma arthritidis Продукт гена vir фага MAV 1 может способствовать возникновению артрита