Вирусы n n ВИРУСЫ (от латинского virus - яд), неклеточные формы жизни. Состоят из нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК) и белковой оболочки (капсида). Открыты в 1892 российским ученым Д. И. Ивановским. Вирусы - внутриклеточные паразиты: они размножаются только в живых клетках, используя их ферменты для синтеза зрелых вирусных частиц - вирионов. У разных вирусов вирионы сильно различаются по форме и размерам (20 -400 нм). Распространены повсеместно; вызывают болезни растений, животных и человека. Широко используются в генетической инженерии. Вирусы бактерий (бактериофаги) - классический объект молекулярной генетики.
Открытие вирусов n Д. И. Ивановский Вирусы были открыты в 1892 г. русским физиологом растений Д. И. Ивановским. Он обнаружил, что экстракт растений, пораженных мозаичной болезнью табака, пропущенный через самые мелкие бактериальные фильтры, сохраняет инфекционность. Следовательно, возбудители заболевания – это ультрамикроскопические агенты, невидимые в световой микроскоп. Они были названы «фильтрующимися» вирусами.
Открытие вирусов n Природа вирусов была выявлена постепенно. Сначала было установлено, что вирусы имеют очень мелкие размеры, являются облигатными паразитами и могут размножаться только внутри клеток. Затем было показано, что вирусы осаждаются спиртом, но при этом не теряют свою активность, как бактерии. Вирусы могут диффундировать через гель, бактерии никогда так себя не ведут.
Открытие вирусов n В 1935 г. Стэнли показал, что вирусы можно закристаллизовать. Сначала был закристаллизован вирус табачной мозаики. Эти кристаллы состояли из белка и небольшого количества нуклеиновой кислоты. Таким образом, установили, что вирусы представляют собой нуклеопротеиды. В 30 -х годах 20 -ого века в электронном микроскопе была изучена структура вирусов. Первыми были описаны возбудители растений и животных. В 1915 г. Туорт и Д Эрель независимо друг от друга открыли вирусы бактерий и назвали их бактериофагами или просто фагами.
Строение вирусов n В жизненном цикле вирусов чередуются 2 фазы – внеклеточная и внутриклеточная. Во время внеклеточной фазы вирус существует в виде инертной инфекционной частицы – вириона. Вирион состоит из молекулы нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК), которая заключена в белковую оболочку – капсид. Во время внутриклеточной фазы вирус существует в виде реплицирующейся молекулы нуклеиновой кислоты.
Строение вирусов n В зрелой вирусной частице имеется только один тип нуклеиновой кислоты. Это может быть 1 цепочечная ДНК или РНК или 2 -хцепочечная ДНК или РНК. У разных вирусов длина нуклеиновой кислоты различна. У самых маленьких вирусов она состоит из нескольких тысяч нуклеотидных пар, а у самых больших – из 280 000 нуклеотидных пар. Т. о. количество генов, которые они кодируют невелико – от 10 до нескольких сотен.
Морфология вирусов По строению нуклеокапсидов вирусы делятся на 2 класса – спиральные и полиэдрические. Размеры 10 -500 нм.
Палочковидные вирусы n Вирус табачной мозаики Из первых хорошо изучен вирус табачной мозаики. В нем линейная молекула нуклеиновой кислоты расположена в желобке в спиральном капсиде. Полный вирион имеет палочковидную форму и содержит 2000 капсомеров.
Вирусы растений
Полиэдрические вирусы n Вирус иммунодифицита человека Полиэдрические вирусы имеют форму правильных многогранников, внутри которых упакована молекула нуклеиновой кислоты. Самый крупный из изученных полиэдрических вирусов содержит 1472 капсомера.
Вирус гриппа
Строение бактериофагов n Вирусы бактерий снабжены специальными структурами и механизмами для преодоления клеточной стенки бактерий. Бактериофаги снабжены хвостовым отростком, который состоит из сократительного белкового чехла, внутри которого находится полый стержень. На конце хвостового отростка имеется базальная пластинка, которая адсорбируется на поверхности бактериальной клетки. У некоторых фагов для адсорбции имеются еще хвостовые нити.
Бактериофаги
Проникновение фага в бактериальную клетку n n После адсорбции фага на поверхности бактерии, чехол хвостового отростка сокращается, и стержень протыкает клеточную стенку. Через него в полость клетки впрыскивается нуклеиновая кислота. Таким образом, у вирусов бактерий в клетку-хозяина проникает вирусная нуклеиновая кислота. У вирусов животных и растений – целые вирионы. В этом случае далее следует процесс «раздеваения» , в результате которого под воздействием протеолитических ферментов клетки капсид разрушается и вирусная нуклеиновая кислота высвобождается внутрь клетки.
Механизм размножения бактериофага в клетке
Последовательность процессов репродукции фага в клетке-хозяине n n n n Свободная нуклеиновая кислота вируса запускает в клетке-хозяина два разных процесса: 1. синтез вирус-специфичных белков; 2. репликация вирусной нуклеиновой кислоты. Сразу после того, как нуклеиновая кислота вируса попадает в клетку хозяина, РНК-полимераза клетки начинает транскрибировать некоторые ее гены и образуются «ранние» вирусные информационные РНК. Затем рибосомы клетки-хозяина транслируют эти и-РНК вируса, образуя «ранние» белки вируса - ДНК-полимеразы. Репликация вирусной нуклеиновой кислоты приводит к накоплению большого их количества. Вскоре после этого начинается синтез «поздних» вирус-специфичных белков, в том числе и белков капсида. Одновременно с накоплением субъединиц капсида происходит самосборка вирионов. С молекулами нуклеиновой кислоты связываются субъединицы капсида и образуются зрелые вирусные частицы. Этот процесс называется процессом созревания вирусных частиц. Далее вирусные частицы выходят из клетки-хозяина и этот процесс сопровождается ее гибелью. Дезинтеграция зараженных клеток – необходимое условие для выхода из них вирусов.
Литический цикл n Фаги обычно высвобождаются из клеткихозяина в результате ее лизиса. Разрушение клеточной стенки происходит под воздействием фермента лизоцима – одного из «поздних» белков фага. Процесс развития фага в бактериальной клетке, приводящий к ее гибели, называется литическим циклом. Бактериофаги, вызывающие лизис бактериальных клеток, называются литическими.
Лизогения n n У многих фагов их взаимоотношения с хозяином могут складываться иначе. После попадания внутрь бактериальной клетки нуклеиновая кислота фага может встраиваться в хромосому бактерии и реплицируется лишь вместе с ней при делении клетки. При этом бактерия выживает и образует клон зараженных нуклеиновой кислотой бактериофага клеток. Геном бактериофага оказывается репрессированным, и большая часть вирусных белков не образуется. Такое взаимоотношение вируса с хозяином называется лизогенией, а зараженные клетки лизогенными. Бактериофаги, способные к таким взаимоотношениям с хозяином, называются умеренными, а присутствующий в клетках лизогенной культуры геном вируса, называется профагом. Иногда геном вируса, встроенный в бактериальную хромосому, может спонтанно дерепрессироваться, тогда начинается литический цикл развития клетки, они в конце концов лизируются из них высвобождаются зрелые вирионы. Т. о, в этом случае инфекция становиться продуктивной.
Профаг
Два пути инфекции – лизис и лизогения
Использование бактериофагов n n Взаимодействие бактериофага с клеткой носит специфический характер. Это позволяет использовать бактериофаги в лечении бактериальных заболеваний, в частности респираторных заболеваний и лечения кишечного тракта. Некоторые бактериофаги могут инфицировать и лизировать только бактерий одного вида – они называются типовыми, другие паразитируют на бактериях близких видов и называются групповыми. Специфичность взаимодействия бактериофагов с бактериальными клетками используется также в целях идентификации бактерий.