Репродукция днк и рнк содержащих вирусов. Репродукция вирусов с двухнитевыми рнк
Репродукция вируса в клетке происходит в несколько фаз:
Первая фаза - адсорбция вируса на поверхности клетки, чувствительной к данному вирусу.
Вторая фаза - проникновение вируса в клетку хозяина путем виропексиса.
Третья фаза - «раздевание» вирионов, освобождение нуклеиновой кислоты вируса от суперкапсида и капсида. У ряда вирусов проникновение нуклеиновой кислоты в клетку происходит путем слияния оболочки вириона и клетки-хозяина. В этом случае вторая и третья фазы объединяются в одну.
В зависимости от типа нуклеиновой кислоты этот процесс совершается следующим образом.
Репродукция происходит в ядре: аденовирусы, герпес, паповавирусы. Используют ДНК-зависимую РНК - полимеразу клетки.
Репродукция происходит в цитоплазме: вирусы имеют свою ДНК-зависимую РНК полимеразу.
Рибовирусы с позитивным геномом (плюс-нитиевые): пикорна-, тога-, коронавирусы. Транскрипции нет.
РНК ->белок
Рибовирусы с негативным геномом (минус- нитевые): грипп, корь, паротит, орто-, парамиксовирусы.
(-)РНК -> иРНК -> белок (иРНК комплементарная (-)РНК). Этот процесс идет при участии специального вирусного фермента - вирионная РНК-зависимая PHK-полимераза (в клетке такого фермента быть не может).
Ретровирусы
(-)РНК -> ДНК -> иРНК ->белок (и РНК гомологична РНК). В этом случае процесс образования ДНК на базе (-)РНК возможен при участии фермента - РНК-зависимой ДНК-полимеразы (обратной транскриптазы или ревертазы)
Четвертая фаза - синтез компонентов вириона. Нуклеиновая кислота вируса образуется путем репликации. На рибосомы клетки транслируется информация вирусной иРНК, и в них синтезируется вирус-специфический белок.
Пятая фаза - сборка вириона. Путем самосборки образуются нуклеокапсиды.
Шестая фаза - выход вирионов из клетки. Простые вирусы, например, вирус полиомиелита, при выходе из клетки разрушают ее. Сложноорганизованные вирусы, например, вирус гриппа, выходят из клетки путем почкования. Внешняя оболочка вируса (суперкапсид) формируется в процессе выхода вируса из клетки. Клетка при таком процессе на какое-то время остается живой.
Описанные типы взаимодействия вируса с клеткой называются продуктивными, так как приводят к продукции зрелых вирионов.
Иной путь - интегративный - заключается в том, что после проникновения вируса в клетку и "раздевания" вирусная нуклеиновая кислота интегрирует в клеточный геном, то есть встраивается в определенном месте в хромосому клетки и затем в виде так называемого прови-руса реплицируется вместе с ней. Для ДНК- и РНК-содержащих вирусов этот процесс совершается по-разному. В первом случае вирусная ДНК интегрирует в клеточный геном. В случае РНК-содержащих вирусов вначале происходит обратная транскрипция: на матрице вирусной РНК при участии фермента "обратной транскриптазы" образуется ДНК, которая встраивается в клеточный геном. Провирус несет дополнительную генетическую информацию, поэтому клетка приобретает новые свойства. Вирусы, способные осуществить такой тип взаимодействия с клеткой, называются интегративными. К интегративным вирусам относятся некоторые онкогенные вирусы, вирус гепатита В, вирус герпеса, вирус иммунодефицита человека, умеренные бактериофаги.
Кроме обычных вирусов, существуют прионы - белковые инфекционные частицы, не содержащие нуклеиновую кислоту. Они имеют вид фибрилл, размером до 200 нм. Вызывают у человека и у животных медленные инфекции с поражением мозга: болезнь Крейтцфельда-Якоба, куру, скрепи и другие.
Методы индикации вирусов в исследуемом материале.
О репродукции вирусов в культурах клеток судят по их цитопатическому действию (ЦПД), которое носит разный характер в зависимости от вида вируса, по бляшкообра- манию на клеточном монослое, покрытом тонким агаровым слоем, гемадсорбции эритроцитов и другим тестам.
Таким образом, индикация вирусов производится микроскопически по наличию ЦПД, бляшкообразованию на клеточном монослое, гемадсорбции эритроцитов, добавленных к клеточной культуре вируса, а также в реакции гемагглютинации с исследуемым вируссодержащим материалом. Реакцию гемагглютинации вызывают вирусы, содержащие в составе своего капсида или суперкапсида гемагглютинин.
Вирусы воспроизводят себе подобные частицы в таком огромном количестве и столь своеобразным способом, что это явление стали именовать репродукцией, так как здесь копируются молекулы нуклеиновых кислот и, согласно заключенной в них генетической информации, синтезируются вирусные белки.
При большом разнообразии механизмов репродукции вирусов общим для всех видов является:
- источником мономеров для синтеза нуклеиновых кислот служат нуклеотиды клетки;
- источником мономеров для синтеза вирусных белков служат аминокислоты (аминоацил тРНК) клетки;
- синтез белков всех вирусов осуществляется на клеточных рибосомах;
- источник энергии для биосинтетических процессов при репродукции всех вирусов - аденазинтрифосфорная кислота (АТФ), вырабатываемая в митохондриях клетки;
- дисъюнктивный (разобщенный во времени и в пространстве) биосинтез структурных компонентов вирусов. Так, нуклеиновая кислота вируса может реплицироваться, например, в ядре клетки, вирусный белок синтезируется в цитоплазме, а сборка цельных вирионов или нуклеокапсидов может происходить на внутренней поверхности цитоплазматической мембраны. Наконец, сложный липопротеиновый суперкапсид может приобретаться вирусами в процессе почкования;
- репликацию нуклеиновых кислот вирусов осуществляют ферменты - полимеразы (ДНК-полимеразы и РНК-синтетазы), которые могут быть клеточными полимеразами, присутствующими в клетке до ее заражения вирусом, либо вирусспецифическими, появляющимися после заражения клетки вирусом, так как биосинтез их закодирован в структуре нуклеиновых кислот самих вирусов или они находятся в вирионе вируса;
- точность копирования молекул нуклеиновых кислот при их репликации обеспечивается матричным механизмом и принципом комплементарности.
Взаимодействие вируса с клеткой хозяина - сложный и многостадийный процесс. В результате такого взаимодействия могут развиваться три основные формы клеточной инфекции: продуктивная, абортивная и интегративная.
Продуктивная форма чаще носит литический характер, т. е. заканчивается гибелью и лизисом инфицированной клетки, что происходит после полной сборки дочерней популяции инфицированных вирусных частиц. Гибель клетки могут вызвать следующие факторы: раннее подавление синтеза клеточных белков, накопление повреждающих клетку вирусных компонентов; повреждение лизосом и высвобождение их ферментов в цитоплазму. Такая форма инфекции наблюдается у многих вирусов.
Абортивная форма не завершается образованием инфекционных вирусных частиц или они образуются в гораздо меньшем количестве, чем при продуктивной инфекции. Абортивная инфекция может возникать при следующих обстоятельствах: заражение чувствительных клеток дефектным вирусом, заражение чувствительных клеток в неразрешающих условиях, т. е. при резком изменении условий, при которых происходит инфекционный процесс, заражение нечувствительных клеток стандартным вирусом. В результате клетка либо погибает без продукции инфекционного вируса, либо инфекция прерывается на определенном этапе.
Дефектным называется такой вирус, который не способен проявить все генетические функции, необходимые для образования инфекционного потомства. Существуют дефектные вирусы и дефектные вирусные частицы. Дефектными называют такие вирусы, которые репродуцируются лишь в присутствии вируса-помощника, например аденоассоциированный вирус (семейство парвовирусов), дающий потомство только в присутствии аденовируса - помощника. Дефектные вирусные частицы лишены части генетического материала (от 10 до 90 % генома). Дефектные частицы интерферируют при репродукции с инфекционными вирусными частицами и поэтому их называют дефектными интерферирующими частицами (ДИЧ). Попадая в клетку вместе с инфекционными вирусными частицами, они конкурируют с ними за факторы репродукции и препятствуют образованию инфекционного потомства. Большое количество ДИЧ проявляется при серийном пассивировании вируса с высокой множественностью заражения.
Интегративная форма не приводит к гибели клетки. Нуклеиновая кислота вируса, встроенная в геном клетки-хозяина, функционирует как составная часть клеточного генома. Клетка может сохранить нормальные функции и при ее делении вирусные последовательности могут переходить в геном дочерних клеток. Интеграция может привести к неопластической трансформации клеток. Такие клетки приобретают способность к неограниченному делению.
Интегративная форма инфекции возможна для нескольких семейств: ретровирусов, аденовирусов, вирусов герпеса, паповавирусов и др.
Процесс репродукции вирусов может быть условно разделен на две фазы. Первая фаза охватывает события, которые ведут к адсорбции и проникновению вируса в клетку, освобождению его внутреннего компонента и модификации вируса таким образом, что он способен вызвать инфекцию. Соответственно первая фаза включает три стадии.
I. Адсорбция вируса на клетках.
II. Проникновение в клетки.
III. Раздевание вируса в клетке.
Эти стадии направлены на то, чтобы вирус был доставлен в соответствующие клеточные структуры и его внутренний компонент был освобожден от защитных оболочек. Как только эта цель достигнута, начинается вторая фаза репродукции, в течение которой происходит экспрессия вирусного генома. Эта фаза включает в себя пять стадий:
I. Транскрипция.
II. Трансляция иРНК.
III. Репликация генома.
IV. Сборка вирусных компонентов.
V. Выход вируса из клетки.
Первая фаза репродукции . I. Адсорбция вирионов на поверхности клетки . Прикрепление вирусных частиц к поверхности клетки-хозяина - первая стадия инфекционного процесса. Начальный контакт вируса с клеткой происходит в результате случайного столкновения по типу броуновского движения.
В основе адсорбции лежат два механизма.
Первый из них - неспецифический. Определяется силами электростатического взаимодействия, возникающими между разнозаряженными группами, расположенными на поверхности клетки и вируса. В этом процессе участвуют заряженные положительно аминные группы вирусного белка и кислые фосфатные, сульфатные и карбоксильные группы клеточной поверхности, имеющие отрицательный заряд.
Второй - специфический. Специфичность связи между вирусом и клеткой обусловлена комплементарными клеточными и вирусными рецепторами.
Процесс адсорбции возможен при наличии соответствующих рецепторов на поверхности клетки и «узнающих» их субстанций на поверхности вируса. Узнавание клеточных рецепторов вирусными белками (рецепторами), ведущее к прикреплению вирусной частицы к клетке, является высокоспецифическим процессом. Белки на поверхности вируса, узнающие специфические группировки на плазматической мембране клетки и обусловливающие прикрепление к ним вирусной частицы, называются прикрепительными белками (рецепторами). Рецепторы могут иметь разную химическую природу и представлять собой белки, углеводный компонент белков и липидов. Рецепторами для вирусов гриппа и парамиксовирусов является сиаловая кислота в составе гликопротеидов и гликолипидов, для рабдо — и реовирусов - также углеводный компонент в составе белков и липидов, для пикорна — и аденовирусов - белки, для некоторых вирусов - липиды. Специфические клеточные рецепторы играют роль не только в прикреплении вирусной частицы к клеточной поверхности. Они определяют дальнейшую судьбу вирусной частицы, ее внутриклеточный транспорт и доставку в определенные участки цитоплазмы и ядра, где вирус способен инициировать инфекционный процесс. Вирус может прикрепиться и к неспецифическим рецепторам и даже проникнуть в клетку, однако только прикрепление к специфическому рецептору приведет к возникновению инфекции.
Прикрепление вирусной частицы к клеточной поверхности вначале происходит путем образования единичной связи вирусной частицы с рецептором. Однако такое прикрепление непрочно, и вирусная частица может легко оторваться от клеточной поверхности (обратимая адсорбция). Для того чтобы наступила необратимая адсорбция, должны появиться множественные связи между вирусной частицей и многими молекулами рецепторов, т. е. должно произойти стабильное мультивалентное прикрепление. Количество молекул клеточных рецепторов в участках адсорбции может доходить до 3000.
Количество специфических рецепторов на поверхности клетки колеблется между 10 4 и КР на одну клетку. Рецепторы ряда вирусов могут быть представлены лишь в ограниченном наборе клеток-хозяев, и этим может определяться чувствительность организма к данному вирусу. Например, вирусы полиомиелита адсорбируются только на клетках приматов. Рецепторы для других вирусов, напротив, широко представлены на поверхности клеток различных видов, как, например, рецепторы для ортомиксо — и ларамиксовирусов, представляющие собой сиалилсодержащие соединения, имеют относительно широкий диапазон клеток, на которых может происходить адсорбция вирусных частиц. Рецепторами для ряда тогавирусов обладают клетки широкого круга хозяев: эти вирусы могут адсорбироваться и инфицировать клетки как позвоночных, так и беспозвоночных. Вирусные ДНК и РНК обладают способностью заражать более широкий круг хозяев, чем вирусы. Максимальная скорость адсорбции вируса наблюдается лишь при определенном соотношении концентрации вируса и клеток, влиянии pH, температуры, ионного состава среды.
Адсорбция вируса на клетках происходит в широком диапазоне температур. Она протекает нормально в присутствии катионов и подавляется веществами, несущими высокий отрицательный заряд (сульфатированные полисахариды, гепарин). Для ряда оболочечных вирусов известна обратная закономерность.
Процесс адсорбции состоит из двух быстро следующих друг за другом периодов: обратимого и необратимого. Период обратимого прикрепления может закончиться десорбцией. При длительном контакте вируса с клеткой никакие воздействия не позволяют освободить адсорбированный вирус, наступает стадия необратимой адсорбции. Вирус ящура, например, адсорбируется клетками культуры почки свиней при 2-4 и 37 °С, однако при низкой температуре адсорбция вируса обратима и инфицирования клеток не происходит, так как вирус находится на поверхности клеток и легко может быть десорбирован раствором версена без нарушения целостности клеток, тогда как при 37 °С через 80-90 мин наступала полная необратимая адсорбция вируса. Количество адсорбированного вируса и число инфицированных клеток в основном зависят от множественности заражения и продолжительности адсорбции.
Адсорбированные вирусные частицы могут иметь различную судьбу: большая часть их элюируется, при этом они повреждаются, так как теряют способность к реадсорбции другими клетками и не инфицируют их; другая часть вирусных частиц проникает в клетку и подвергается дезинтеграции; небольшая часть инфекционных вирусных частиц, связанных с клеткой, остается интактной.
Прикрепительные белки могут находиться в составе уникальных органелл, таких, как структуры отростка у Т-бактериофагов или фибры у аденовирусов, которые хорошо видны в электронном микроскопе; могут формировать морфологически менее выраженные, но не менее уникальные структуры белковых субъединиц на поверхности вирусных мембран, как, например, шипы у оболочечных вирусов, «корону» у коронавирусов.
Просто организованные вирусы животных содержат прикрепительные белки в составе капсида. У сложно организованных вирусов эти белки входят в состав суперкапсида и представлены множественными молекулами. Например, у вируса леса Семлики (α-вирус) имеется 240 молекул гликопротеида в одном вирионе, у вируса гриппа - 300-450 гемагглютинирующих субъединиц, у аденовируса - 12 фибров.
Спектр чувствительности клеток к вирусам в значительной степени определяется наличием соответствующих рецепторов. Прикрепление вируса к клетке - непременное, но недостаточное условие для инфицирования, которое определяется прохождением последующих стадий репродукции вируса.
II. Проникновение вируса в клетку . В настоящее время известно два механизма проникновения вируса в клетку: путем рецепторного эндоцитоза и путем слияния вирусной и клеточной мембран. Оба эти механизма не исключают, а дополняют друг друга.
Рецепторный эндоцитоз происходит в специализированных участках плазматической мембраны, где имеются специальные ямки, на дне которых находятся специальные рецепторы. Ямки обеспечивают быструю инвагинацию и образование внутриклеточных вакуолей (за 1 мин образуется более 2 тыс. вакуолей), которые сливаются с цитоплазматическими вакуолями, образуя рецептосомы, а они могут сливаться с лизосомами. Эндоцитоз обеспечивает внутриклеточный транспорт вириона в составе вакуоли, освобождая вирусную частицу в соответствующих внутриклеточных участках. Так, например, ядерные вирусы попадают в ядро, а реовирусы - в лизосомы. Большинство вирусов животных проникает в клетку путем эндоцитоза.
Слияние вирусных и клеточных мембран . У оболочечных вирусов слияние обусловлено точечным взаимодействием вирусного белка путем слияния с липидами клеточной мембраны, в результате вирусная липопротеидная оболочка интегрирует с клеточной мембраной.
У безоболочечных вирусов один из поверхностных белков также взаимодействует с липидами клеточных мембран, в результате внутренний компонент проходит через мембрану и вовнутрь клетки проникает только нуклеопротеид вириона. При данном способе проникновения функционально активный вирусный нуклеопротеид освобождается из вириона в период его прохождения внутрь клетки через плазматическую мембрану, т. е. одновременно происходит проникновение и «раздевание» вириона. Белком слияния у вирусов является один из поверхностных белков, так, у парамиксовирусов это белок (F-белок), у вируса гриппа функцию белка слияния выполняет малая гемагглютинирующая субъединица (НА2).
Большинство вирусов вызывает слияние мембран при низком значении pH - от 5,0 до 5,75.
III. Раздевание - депротеинизация вируса . Проникшие в клетку вирусные частицы должны раздеться для того, чтобы вызвать инфекционный процесс. Смысл раздевания заключается в удалении вирусных защитных оболочек, которые препятствуют экспрессии вирусного генома. В результате раздевания освобождается внутренний компонент вируса, который способен вызвать инфекционный процесс. Раздевание сопровождается рядом характерных особенностей: в результате распада вирусной частицы исчезает инфекционная активность, в ряде случаев появляется чувствительность к нуклеазам, возникает устойчивость к нейтрализующему действию антител, теряется фоточувствительность при использовании ряда препаратов.
Конечными продуктами раздевания являются сердцевины, нуклеокапсиды или нуклеиновые кислоты. Для ряда вирусов было показано, что продуктом раздевания являются не голые нуклеиновые кислоты, а связанные с внутренним вирусным белком. Например, конечный продукт раздевания пикорнавирусов - РНК, ковалентно связанная с белком VPg, конечный продукт раздевания аденовирусов, вируса полиномы и SV40 - ДНК, ковалентно связанная с одним из внутренних вирусных белков.
В ряде случаев способность вирусов вызвать инфекционный процесс определяется возможностью их раздевания в клетке данной системы. Тем самым эта стадия является одной из ограничивающих инфекцию.
Раздевание ряда вирусов происходит в специализированных участках внутри клетки (лизосомах, структурах аппарата Гольджи, околоядерном пространстве, ядерных порах на ядерной мембране). При слиянии вирусной и клеточной мембран проникновение в клетку сочетается с раздеванием.
Раздевание и внутриклеточный транспорт - взаимосвязанные процессы: при нарушении правильного внутриклеточного транспорта к местам раздевания вирусная частица попадает в лизосому и разрушается лизосомальными ферментами.
Раздевание вирусной частицы осуществляется постепенно в результате серии последовательных реакций. Например, в процессе раздевания пикорнавирусы проходят ряд стадий с образованием промежуточных субвирусных частиц с размерами от 156S до 12S. Раздевание аденовирусов происходит в цитоплазме и ядерных порах и имеет по крайней мере три стадии: 1) образование субвирусных частиц с большей плотностью, чем вирионы; 2) образование сердцевин, в которых отсутствует 3 вирусных белка; 3) образование ДНК-белкового комплекса с терминальным белком.
Вирусы оспы раздеваются в две стадии: на первой - ферменты хозяина удаляют наружное покрытие, а на второй - для освобождения вирусной ДНК из сердцевины требуется участие продуктов вирусных генов («раздевающий фермент»), синтезированных после заражения.
Вторая фаза репродукции . I. Транскрипция . Это переписывание информации с ДНК на РНК по законам генетического кода. Осуществляется с помощью специального фермента (РНК-полимеразы), который связывает нуклеотиды путем образования 3’-5′-фосфодиэфирных мостиков. При инициации транскрипции РНК-полимераза связывается со специальным участком ДНК (промотором), удвоенные спирали ДНК разъединяются и функционируют как матрицы, к которым присоединяются комплементарные нуклеотиды благодаря спариванию комплементарных оснований (аденин с тимином, урацил с аденином, гуанин с цитазином и цитазин с гуанином). Таким образом, происходит постепенное удлинение (элонгация) цепи НИК. Терминация (прекращение роста) цепи ГПК происходит на специфических участках ДНК, называемых терминаторами. При этом процессе принимают участие и специальные белки.
Стратегия вирусного генома в отношении синтеза иРНК у разных вирусов различна. У ДНК-содержащих вирусов иРНК синтезируется на матрице одной из нитей ДНК. Формула переноса генетической информации у них такая же, как и в клетке:
ДНК →(транскрипция)→ РНК →(трансляция)→ белок.
ДНК-содержащие вирусы, репродукция которых происходит в ядре, используют для транскрипции клеточную полимеразу. К этим вирусам относятся папова-, аденовирусы, вирусы герпеса. ДНК-содержащие вирусы, репродукция которых происходит в цитоплазме, не могут использовать клеточные ферменты, находящиеся в ядре. Транскрипция их генома осуществляется вирусспецифическим ферментом - ДНК-полимеразой, которая проникает в клетку в составе вириона. К этим вирусам относятся вирусы оспы и иридовирусы.
РНК → белок.
К этой группе вирусов относятся пикорна-, тога-, коронавирусы. У них нет необходимости в акте транскрипции для синтеза вирусспецифических белков. Поэтому транскрипцию как самостоятельный процесс у этих вирусов не выделяют.
Б. У вирусов, геном которых не может выполнять функцию иРНК (минус-нитевые вирусы). В клетке синтезируется комплементарная геному РНК, которая и является информационной. Передача генетической информации у этих вирусов осуществляется по формуле:
РНК → РНК → белок.
У этих вирусов транскрипция выделена как самостоятельный процесс в инфекционном цикле. К ним относятся две группы вирусов животных:
- вирусы, геном которых представлен односпиральной РНК: ортомиксо-, парамиксо-, рабдо-, буньявирусы;
- вирусы, геном которых представлен двуспиральной РНК. Среди вирусов животных к ним относятся реовирусы.
В клетке нет фермента, который может полимеризовать нуклеотиды на матрице РНК. Эту функцию выполняет вирусспецифический фермент - РНК-зависимая PHK-полимераза, или транскриптаза, которая находится в составе вирионов и вместе с ними проникает в клетку.
В. Среди РНК-содержащих вирусов животных есть семейство ретровирусов, которые имеют уникальный путь передачи генетической информации. РНК этих вирусов переписывается на ДНК, ДНК интегрирует с клеточным геномом и в его составе переписывается на РНК, которая обладает информационными функциями. Путь передачи генетической информации в этом случае осуществляется по более сложной формуле: РНК → ДНК → PHК → белок
В составе этих вирусов есть уникальный вирусспецифический фермент, который переписывает РНК на кДНК. Этот процесс называется обратной транскрипцией, а фермент - обратная транскриптаза, или ревертаза. Тот же фермент синтезирует нить ДНК на матрице ДНК. Двуспиральная ДНК после замыкания в кольцо интегрирует с клеточным геномом, и транскрипцию интегрированной ДНК в составе клеточных геномов осуществляет клеточная ДНК-зависимая РНК-полимераза.
Транскрипция вирусного генома строго регулируется на протяжении инфекционного цикла. Регуляция осуществляется как клеточными, так и вирусспецифическими механизмами. У некоторых вирусов, в основном ДНК-содержащих, существует три периода транскрипции: сверхранний, ранний и поздний. К ним относятся вирусы оспы, герпеса, папова-, адено — и иридовирусы. В результате сверхранней и ранней транскрипции избирательно считываются сверхранние и ранние гены с образованием сверхранних или ранних иРНК. При поздней транскрипции считывается другая часть вирусного генома - поздние гены с образованием поздних и PHК. Количество поздних генов обычно превышает количество ранних генов. Многие сверхранние гены являются генами для неструктурных белков (ферментов и регуляторов транскрипции) и репликации вирусного генома. Напротив, поздние гены обычно являются генами для структурных белков. Обычно при поздней транскрипции считывается весь геном, но с преобладанием транскрипции поздних генов.
Фактором регуляции транскрипции у ядерных вирусов является транспорт транскриптов из ядра в цитоплазму, к месту функционирования иРНК - полисомам.
Продуктом сверхранней транскрипции вирусов герпеса являются α-белки. Функция одного или нескольких из них необходима для транскрипции следующей группы генов, кодирующих β-белки. В свою очередь, β-белки включают транскрипцию последней группы поздних генов, кодирующих γ-белки. Такой тип регуляции получил название «каскадный».
II. Трансляция . Эго - процесс перевода генетической информации, содержащейся в иРНК на специфическую последовательность аминокислот в синтезируемых вирусспецифических белках. Синтез белка в клетке происходит в результате трансляции иРНК на рибосомах. В рибосомах идет слияние потока информации (в иРНК) с потоком аминокислот, которые приносят транспортные РНК (тРНК). В клетке существует большое количество разнообразных тРНК. Для каждой аминокислоты должна быть своя тРНК.
Молекула тРНК представляет собой односпиральную РНК со сложной структурой в виде кленового листа.
Связывание конкретной тРНК и аминокислоты осуществляет фермент аминоацилсинтетаза. Один конец тРНК связывается с аминокислотой, а другой - с нуклеотидами иРНК, которым они комплементарны. Три нуклеотида на иРНК кодируют одну аминокислоту и называются «триплет» или «кодон», а комплементарные кодону три нуклеотида на тРНК называются «антикодоном».
Процесс транскрипции состоит из трех фаз: инициации элонгации, терминации.
Инициация трансляции - наиболее ответственный этап в процессе трансляции, основанный на узнавании рибосомой иРНК и связывании с ее особыми участками. Рибосома узнает иРНК благодаря «шапочке» (кэп) на 5′-конце и скользит к 3′-концу, пока не достигнет инициаторного кодона, с которого начинается трансляция. В эукариотической клетке инициаторными кодонами являются кодоны АУГ (аденин, урацил, гуанин), кодирующие метионин. С метионина начинается синтез всех полипептидных цепей. Специфическое узнавание рибосомой вирусной и РНК осуществляется за счет вирусспецифических инициаторных факторов.
Вначале с иРНК связывается малая рибосомальная субъединица. К комплексу иРНК с малой рибосомальной субъединицей присоединяются другие компоненты, необходимые для начала трансляции. Это - несколько молекул белка, которые называются «инициаторные факторы». Их, по крайней мере, три в прокариотической клетке и более девяти в эукариотической клетке. Инициаторные факторы определяют узнавание рибосомой специфических иРНК. В результате формируется комплекс, необходимый для инициации трансляции, который называется «инициаторным комплексом». В инициаторный комплекс входят: иРНК; малая рибосомальная субъединица; аминоацил-тРНК, несущая инициаторную аминокислоту; инициаторные факторы; несколько молекул ГТФ (гуанозинтрифосфат).
В рибосоме осуществляется слияние потока информации с потоком аминокислот. Вхождение аминоацил-тРНК в А-центр большой рибосомальной субъединицы является следствием узнавания, а ее антикодон взаимодействует с кодоном иРНК, находящейся в малой рибосомальной субъединице. При продвижении иРНК на один кодон тРНК перебрасывается в пептидильный центр (П-центр), и ее аминокислота присоединяется к инициаторной аминокислоте с образованием первой пептидной связи. Свободная от аминокислоты тРНК выходит из рибосомы и может опять функционировать в транспорте специфических аминокислот. На ее место из A-центра в П-центр перебрасывается новая тРНК, и образуется новая пептидная связь. В A-центре появляется вакантный кодон иРНК, к которому немедленно присоединяется соответствующая тРНК, и происходит присоединение новых аминокислот к растущей полипептидной цепи.
Элонгация трансляции - процесс удлинения, наращивания полипептидной цепи, основанный на присоединении новых аминокислот с помощью пептидной связи. Происходит постоянное протягивание нити иРНК через рибосому и «декодирование» заложенной в ней генетической информации. Часто иРНК функционирует одновременно на нескольких рибосомах, каждая из которых синтезирует одну и ту же полипептидную нить, кодируемую данной иРНК.
Терминация трансляции происходит в тот момент, когда рибосома доходит до терминирующего кодона в составе иРНК (УАА, УГА, УАГ). Трансляция прекращается, и полипептидная цепь освобождается из полирибосомы. После окончания трансляции полирибосомы распадаются на субъединицы, которые могут войти в состав новых полирибосом.
Каждая и PHК функционирует на нескольких рибосомах. Группу рибосом, работающих на одной молекуле иРНК, называют полирибосомой или полисомой. Полисомы могут состоять от 4-6 до 20 и более рибосом.
Вирусспецифические полисомы могут быть как свободными, так и связанными с мембранами. Внутренние белки обычно синтезируются на свободных полисомах, гликопротеиды всегда синтезируются на полисомах, связанных с мембранами.
Поскольку геном вируса животных представлен молекулой, кодирующей более чем один белок, вирусы поставлены перед необходимостью синтеза либо длинной иРНК, кодирующей один гигантский полипептид-предшественник, который затем должен быть нарезан в специфических точках на функционально активные белки, либо коротких моноцистронных иРНК, каждая из которых кодирует один белок. Таким образом, существуют два способа формирования вирусных белков:
первый - иРНК транслируется в гигантский полипептид-предшественник, который после синтеза последовательно нарезается на зрелые функционально активные белки;
второй - иРНК транслируется с образованием зрелых белков или белков, которые лишь незначительно модифицируются после синтеза.
Первый способ трансляции характерен для РНК-содержащих плюс-нитевых вирусов - пикорнавирусов и тогавирусов. Их иРНК транслируется в гигантскую полипептидную цепь, так называемый полипротеид, который сползает в виде непрерывной ленты с рибосомного «конвейера» и нарезается на индивидуальные белки нужного размера. Нарезание вирусных белков - многоступенчатый процесс, осуществляемый как вирусспецифическими, так и клеточными протеазами.
Второй способ формирования белков характерен для ДНК-содержащих вирусов и большинства РНК-содержащих вирусов. При этом способе синтезируются короткие моноцистронные иРНК в результате избирательной транскрипции одного участка генома (гена). Однако эти вирусы широко используют механизм посттрансляционного нарезания белка.
В эукариотической клетке многие белки, в том числе вирусные, подвергаются посттрансляционным модификациям, зрелые функционально активные белки часто неидентичны их вновь синтезированным предшественникам. Широко распространены такие посттрансляционные ковалентные модификации, как гликозилирование, ацилирование, метилирование, сульфирование (образование дисульфидных связей), протеолитическое нарезание и, наконец, фосфорилирование. В результате вместо 20 генетически закодированных аминокислот из различных клеток разных органов эукариотов выделено около 140 дериватов аминокислот.
Гликозилирование . В составе сложно устроенных PHК — и ДНК-содержащих вирусов имеются белки, содержащие ковалентно присоединенные боковые цепочки углеводов, - гликопротеиды. Гликопротеиды расположены в составе вирусных оболочек и находятся на поверхности вирусных частиц.
Гликозилирование полипептидов - сложный многоступенчатый процесс, первые этапы которого начинаются уже в процессе синтеза полипептидов, и первый углеводный остаток присоединяется к полипептидной цепи, еще не сошедшей с рибосомы. Последующие этапы гликозилирования происходят путем последовательного присоединения углеводных остатков к углеводной цепочке в процессе транспорта полипептида к плазматической мембране. Углеводные остатки присоединяются по одному, и только при инициации синтеза олигосахаридной цепи переносится «блок». Окончательное формирование углеводной цепочки может завершаться на плазматической мембране перед сборкой вирусной частицы.
Гликозилирование влияет на транспорт, более того, транспорт неразрывно связан для гликопротеидов со стадийным гликозилированием. Убедительным доказательством этого служит влияние на вирусную репродукцию ингибиторов гликозилирования; они полностью подавляют транспорт полипептидов, не нарушая и не ингибируя их синтеза.
При подавлении гликозилирования соответствующими ингибиторами (аналоги сахаров типа 2-дезоксиглкжозы, антибиотик туникамицин) блокируется сборка вирионов миксо-, рабдо-, α-вирусов или образуются неинфекционные вирионы вирусов герпеса и онковирусов.
Сульфирование . Некоторые белки сложно устроенных РНК — и ДНК-содержащих вирусов сульфируются после трансляции. Чаще всего сульфированию подвергаются гликопротеиды, при этом сульфатная группа связывается с углеводными остатками гликопротеида.
Ацилирование . Ряд гликопротеидов сложно устроенных РНК-содержащих вирусов (НА2 вируса гриппа, белок G вируса везикулярного стоматита, белок HN вируса ньюкаслской болезни и др.) содержат ковалентно связанные 1-2 молекулы жирных кислот.
Нарезание . Многие вирусные белки, и в первую очередь гликопротеиды, приобретают функциональную активность лишь после того, как произойдет их нарезание в специфических точках протеолитическими ферментами. Нарезание происходит либо с образованием двух функциональных белковых субъединиц (например, большая и малая субъединицы гемагглютинина вируса гриппа, два гликопротеида (Е2 и ЕЗ) вируса леса Семлики), либо с образованием одного функционально активного белка и неактивного фермента, например белки F и HN парамиксовирусов. Нарезание обычно осуществляется клеточными ферментами. У многих сложно устроенных вирусов животных, имеющих гликопротеиды, нарезание необходимо для формирования активных прикрепительных белков и белков слияния и, следовательно, для приобретения вирусами способности инфицировать клетку. Лишь после нарезания этих белков вирусная частица приобретает инфекционную активность. Таким образом, можно говорить о протеолитической активации ряда вирусов, осуществляемой с помощью клеточных ферментов.
Фосфорилирование . Фосфопротеиды содержатся практически в составе всех вирусов животных - РНК — и ДНК-содержащих, просто и сложно устроенных. В составе большинства вирусов обнаружены протеинкиназы, однако фосфорилирование может осуществляться как вирусными, так и клеточными ферментами. Обычно фосфорилируются белки, связанные с вирусным геномом и осуществляющие регулирующую роль в его экспрессии. С процессом фосфорилирирования связан механизм активного действия интерферона.
Фосфорилирование белков играет регулирующую роль в транскрипции и трансляции вирусных и PHК, специфическом узнавании вирусных иРНК рибосомой, белок-нуклеиновом и белок-белковом узнавании на стадии сборки вирусных частиц.
III. Репликация . Это - синтез молекул нуклеиновой кислоты, гомологичных геному.
Различные вирусы имеют разные типы вирусного генома. Так, у ДНК-содержащих вирусов различают: двуспиральную линейную ДНК (адено-, герпес-, поксвирусы;), двуспиральную кольцевую ДНК (паповавирусы); односпиральная линейная ДНК (парвовирусы). У РНК-содержащих вирусов различают: двуспиральную сегментированную РНК (реовирусы); односпиральную плюсРНК (пикорна-, кальци-, тога-, флави-, коронавирусы); односпиральную минусРНК (ортомиксо-, парамиксо-, рабдо-, фило-, бунья — вирусы); односпиральную плюсРНК-матрицу для синтеза ДНК-провируса (ретровирусы). Особенности механизма репликации вирусов зависят от типа вирусного генома.
Репликация вирусов в двуспиральной ДНК сходна с репликацией клеточной ДНК. Репликация происходит на расплетенных участках ДНК и идет одновременно на обеих нитях от 5′-конца к 3′-концу. Репликацию осуществляют ДНК-полимеразы. Каждая вновь синтезированная молекула ДНК состоит из одной родительской и одной вновь синтезированной нити.
При репликации вирусов с односпиральной ДНК происходит образование двуспиральных форм, которые представляют собой промежуточные репликативные формы, на минус-нитях которых синтезируются дочерние плюс-нити ДНК.
У вирусов, геном которых представлен односпиральной РНК, ее репликация происходит по следующей схеме: на вирионной РНК синтезируется комплементарная ей РНК (образуется репликативная форма РНК), затем на комплементарной РНК синтезируется комплементарная ей, но идентичная исходной вирусная РНК.
В клетках нет ферментов, способных осуществлять репликацию РНК, поэтому ферменты, участвующие в репликации, всегда вирусспецифические.
Репликация двуспиральных вирусных РНК происходит следующим образом: на минус-нити геномной двуспиральной РНК синтезируются односпиральные плюс-нити, которые являются и PH К и матрицей для синтеза минус-нитей, в результате образуются двуспиральные вирусные РНК.
Репликация односпиральной РНК ретровирусов происходит с участием фермента обратной транскриптазы. Вначале на вирусной РНК синтезируется комплементарная ей минус-нить ДНК, а затем (после разрушения РНК) на ней синтезируется плюс-нить ДНК. Двуспиральная ДНК интегрирует в хромосому клетки. Вирусспецифическая ДНК, встроенная в клеточный геном, транскрибируется с образованием вирусной РНК, которая вначале выполняет функции иРНК, направляя синтез вирусспецифических белков, а затем соединяется с ними, формируя новое поколение вирионов.
Синтез РНК может осуществляться по одному из двух механизмов: 1) консервативному, при котором полинуклеотидные цепи, входящие в состав репликативной формы РНК, сохраняются (консервируются) и не переходят в односпиральную форму; 2) образование плюс-нитей может происходить асимметрическим полуконсервативным путем, когда вновь строящаяся плюс-нить вытесняет ранее синтезированную плюс-нить из репликативной формы РНК.
IV. Сборка вирусных частиц . Синтез компонентов (нуклеиновых кислот и белков) вирусных частиц в клетке разобщен и может протекать в разных структурах ядра и цитоплазмы. Как только их концентрация достигнет определенного уровня, начинается сборка вирионов. При таком дисъюнктивном способе репродукции образование вирусных частиц возможно лишь при специфическом узнавании вирусных нуклеиновых кислот и белков и самопроизвольного их соединения друг с другом, т. е. вирусные компоненты способны к самосборке в результате гидрофобных, ионных, водородных связей и стерического соответствия.
Разнообразие структуры вирусов отражается на способе их формирования и выходе из клетки. У просто устроенных вирусов формируются провирионы, которые затем в результате модификаций белков превращаются в вирионы. У сложно устроенных вирусов сборка осуществляется многоступенчато - сначала формируются нуклеокапсиды, или сердцевины, с которыми взаимодействуют белки наружных оболочек. Сборка нуклеотидов, сердцевин, провирионов и вирионов происходит в специальных структурах клетки («фабриках»).
Различают две стратегии, используемые вирусами при сборке, созревании и выходе из зараженной клетки. Первая заключается в сборке и созревании вирионов внутри клетки (пикорна-, адено-, реовирусы и др.). Вторая состоит в сочетании завершающей стадии сборки вириона с выходом его из зараженной клетки. Она используется обычно вирусами, имеющими оболочку (тога-, ретро-, герпесвирусы и др.). Образование зрелых вирионов у оболочечных вирусов осуществляется при почковании их нуклеопротеидов через модифицированные участки цитоплазматических или ядерных (герпесвирусы) мембран, в которых клеточные белки заменены вирусспецифическими. Во время этого процесса вновь образовавшийся вирион отпочковывается от клетки.
Дозревание ретровирусов происходит после отпочковывания от плазматической мембраны клетки.
Число инфицированных вирусных частиц, образуемых в одной клетке, зависит от типа вируса, вида клеток, и количество их варьирует очень широко. Считают, что на долю вирусспецифических продуктов приходится от 0,1 до 5 % массы клетки животного, а на бактериофаги - до 40 % массы клетки хозяина. В инфицированных клетках вирусные нуклеиновые кислоты и вирусспецифические белки синтезируются в значительно большем количестве, чем включаются в вирионы.
V. Выход вирусных частиц из клетки . Существует два способа выхода вирусного потомства из клетки: путем взрыва и путем почкования. Выход из клетки путем взрыва связан с деструкцией клетки, нарушением ее целостности, в результате чего находящиеся внутри клетки зрелые вирусные частицы оказываются в окружающей среде. Такой способ выхода из клетки присущ вирусам, не содержащим липопротеидной оболочки (пикорна-, рео-, парво-, папова-, аденовирусы). Однако некоторые из этих вирусов могут транспортироваться на клеточную поверхность до гибели клетки.
Выход из клетки путем почкования присущ вирусам, содержащим липопротеидную мембрану, которая является дериватом клеточных мембран. При этом способе клетка может длительное время сохранять жизнеспособность и продуцировать вирусное потомство, пока не произойдет полное истощение ее ресурсов.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .
1. Периоды осуществления продуктивной вирусной инфекции
2. Репликация вируса
3. Трансляция
Стадии репродукции вирусов.
1 - адсорбция вириона на клетке; 2 - проникновение вириона в клетку путем виропексиса; 3 - вирус внутри вакуоли клетки; 4 - раздевание вириона вируса;
5 - репликация вирусной нуклеиновой кислоты; 6 - синтез вирусных белков на рибосомах клетки; 7 - формирование вириона; 8 - выход вириона из клетки путем почкования.
20. ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ ВИРУСОВ (от лат. inter, здесь - взаимно и ferio - ударяю, поражаю), тип взаимодействия между вирусами, при к-ром наблюдается подавление репродукции одного вируса другим в клетках, смешанно заражённых двумя вирусами. Проявляется на разных стадиях вирусной инфекции и м. б. обусловлена конкуренцией за клеточные рецепторы при адсорбции вируса на клеточной поверхности, за участки репликации нуклеиновой к-ты и трансляции, истощением метаболитов в клетке, индукцией интерферона и др. причинами. И. в. используют для обнаружения, идентификации и титрования нецитопатогенных вирусов.
Интерфероны - ряд белков со сходными свойствами, выделяемых клетками организма в ответ на вторжение вируса. Благодаря интерферонам клетки становятся невосприимчивыми по отношению к вирусу. «Определяемый в качестве интерферона фактор должен быть белковой природы, обладать антивирусной активностью по отношению к разным вирусам, по крайней мере, в гомологичных клетках, опосредованной клеточными метаболическими процессами, включа-ми синтез РНК и белка».
Индукторы интерферона - вещества природного или синтетического происхождения, стимулирующие в организме человека продукцию собственного интерферона, который способствует формированию защитного барьера, препятствующего инфицированию организма вирусами и бактериями, а также регулирует состояние иммунной системы и ингибирует рост злокачественных клеток. Перспективными интерфероногенами являются низкомолекулярные производные акридонуксусной кислоты (карбоксиметилакридон - CMA), а также различные производные флуоренонов. Примером известнейших лекарственных препаратов-индукторов интерферона являются циклоферон, тилорон.
21. Диплоидные клеточные штаммы . Это клетки одного типа, которые способны претерпевать in vitro до 100 делений, сохраняя при этом сбой исходный диплоидный набор хромосом (Хейфлик, 1965). Диплоидные штаммы фибробластов, полученные из эмбрионов человека, широко используются в диагностической вирусологии и при производстве вакцин, а также применяются в экспериментальных исследованиях. Следует иметь в виду, что некоторые возможности вирусного генома реализуются лишь в клетках, сохраняющих нормальный уровень дифференцировки.
Жёлтая лихорадка (амариллез) - острое геморрагическое трансмиссивное заболевание вирусной этиологии, тропический зооантропоноз Африки и Южной Америки. Передаётся с укусом комаров.
Как пишет Милан Даниэль, у жёлтой лихорадки много общего с малярией. Не только то, что и она подчас не на шутку ввязывалась в историю человеческого общества и отчасти сходна с ней по эпидемиологии, но и то, что она сходна с нею в некоторых клинических признаках; и не случайно из древнейших исторических сведений очень трудно заключить, о какой из двух болезней шла речь в том или ином случае и не шла ли речь о комбинации обеих. Вот почему авторы расходятся и в определении самого старого источника. Некоторые склонны считать таковым запись 1598 г. о гибели воинов Георга Клиффорда, графа из Камберленда на острове Пуэрто-Рико. Однако обычно отсчёт ведут от описания эпидемии на полуострове Юкатан в 1648 г.
В то время население Центральной Америки и островов Карибской области страдало от тяжёлых, повторяющихся эпидемий, и именно тогда на острове Барбадос родилось и название болезни: yellow fever, или «жёлтая горячка»; так именовали болезнь английские врачи, а испанцы употребляли название vomito negro («чёрная рвота»). Среди английских моряков и солдат, больше всего и болевших ею, в обращении было название «Жёлтый Джек».
Жёлтая лихорадка существует в двух эпидемиологических формах: лихорадки джунглей (передаётся комарами от заражённых обезьян) и лихорадки населённых пунктов (передается комаром Aedes aegypti от больного человека здоровому). Последняя вызывает большинство вспышек и эпидемий.
Ежегодно жёлтая лихорадка поражает около 200 тыс. человек, из которых 30 тыс. погибает. Около 90 % всех случаев заболевания диагностируются в Африке. Возбудитель - арбовирус Viscerophilus tropicus из семейства флавивирусов. Диаметр вирусных частиц - 17-25 нм. Способен длительно (более года) сохраняться в замороженном состоянии и при высушивании. Вирус быстро гибнет при нагревании до 60 °C, под воздействием ультрафиолетовых лучей, эфира, хлорсодержащих препаратов и при воздействии обычных дезинфекционных средств.
Клиника - Инкубационный период колеблется от 3 до 6 суток, изредка до 10 дней. Клиническая картина заболевания характеризуется двухфазным течением.
Течение заболевания варьирует по тяжести от умеренного лихорадочного состояния до тяжёлого гепатита с геморрагической лихорадкой. Тяжёлое течение характеризуется внезапным началом, сопровождающимся лихорадкой до 39-41 °С, ознобом, сильной головной болью, болью в мышцах спины и конечностей, тошнотой, рвотой. Характерен внешний вид больного: желтушное прокрашивание кожи вследствие поражения печени (отсюда название заболевания); лицо красное, одутловатое, веки отечны. После короткого светлого промежутка может наступить шок, геморрагический синдром с развитием острой почечной недостаточности, развивается острая печеночная недостаточность. При молниеносно протекающем развитии болезни больной умирает через 3-4 дня. Летальность заболевания составляет от 5-10 % до 15-20 %, а во время эпидемических вспышек - до 50-60 %. Жёлтая лихорадка относится к карантинным болезням. У перенесших болезнь людей возникает пожизненный иммунитет.
Лечение - Специфических препаратов для лечения жёлтой лихорадки не существует. Оказание помощи сводится к симптоматическому лечению, включающему покой, использование нестероидных противовоспалительных препаратов (следует избегать ацетилсалициловой кислоты!), инфузионные растворы.
24. Вирусы – микроорганизмы, составляющие царство Vira.
Отличительные признаки:
2) не имеют собственных белоксинтезирующих и энергетических систем;
3) не имеют клеточной организации;
4) обладают дизъюнктивным (разобщенным) способом репродукции (синтез белков и нуклеиновых кислот происходит в разных местах и в разное время);
6) вирусы проходят через бактериальные фильтры.
Вирусы могут существовать в двух формах: внеклеточной (вириона) и внутриклеточной (вируса).
По форме вирионы могут быть:
1) округлыми;
2) палочковидными;
3) в виде правильных многоугольников;
4) нитевидными и др.
Размеры их колеблются от 15–18 до 300–400 нм.
В центре вириона – вирусная нуклеиновая кислота, покрытая белковой оболочкой – капсидом, который имеет строго упорядоченную структуру. Капсидная оболочка построена из капсомеров. Нуклеиновая кислота и капсидная оболочка составляют нуклеокапсид.
Нуклеокапсид сложноорганизованных вирионов покрыт внешней оболочкой – суперкапсидом, которая может включать в себя множество функционально различных липидных, белковых, углеводных структур.
Строение ДНК– и РНК-вирусов принципиально не отличается от НК других микроорганизмов. У некоторых вирусов в ДНК встречается урацил.
ДНК может быть:
1) двухцепочечной;
2) одноцепочечной;
3) кольцевой;
4) двухцепочечной, но с одной более короткой цепью;
5) двухцепочечной, но с одной непрерывной, а с другой фрагментированной цепями.
РНК может быть:
1) однонитевой;
2) линейной двухнитевой;
3) линейной фрагментированной;
4) кольцевой;
Вирусные белки подразделяют на:
1) геномные – нуклеопротеиды. Обеспечивают репликацию вирусных нуклеиновых кислот и процессы репродукции вируса. Это ферменты, за счет которых происходит увеличение количества копий материнской молекулы, или белки, с помощью которых на матрице нуклеиновой кислоты синтезируются молекулы, обеспечивающие реализацию генетической информации;
2) белки капсидной оболочки – простые белки, обладающие способностью к самосборке. Они складываются в геометрически правильные структуры, в которых различают несколько типов симметрии: спиральный, кубический (образуют правильные многоугольники, число граней строго постоянно) или смешанный;
3) белки суперкапсидной оболочки – это сложные белки, разнообразные по функции. За счет них происходит взаимодействие вирусов с чувствительной клеткой. Выполняют защитную и рецепторную функции.
Среди белков суперкапсидной оболочки выделяют:
а) якорные белки (одним концом они располагаются на поверхности, а другим уходят в глубину; обеспечивают контакт вириона с клеткой);
б) ферменты (могут разрушать мембраны);
в) гемагглютинины (вызывают гемагглютинацию);
г) элементы клетки хозяина.
25 . Я́щур - острое вирусное заболевание из группы антропозоонозов (инфекционных болезней животных, которыми болеет также и человек), характеризующееся интоксикацией и везикулезно-эрозивным (пузырьково-язвенным) поражением слизистых оболочек ротовой и носовой полостей, а также кожи межпальцевых складок и околоногтевого ложа.
Этиология и эпидемиология
Возбудителем ящура является РНК-содержащий вирус из семейства пикорнавирусов, его размеры составляют от 8 до 20 нм. Характеризуется высокой степенью болезнетворности и дерматотропностью (сродством по отношению к коже). По антигенной структуре подразделяется на 7 серотипов, в каждом из которых различают несколько антигенных вариантов. На территории СНГ обычно встречаются вирусы типов О и А. Возбудитель ящура устойчив к высушиванию и замораживанию, но быстро погибает при нагревании до 60 °C, действии ультрафиолетовых лучей и обычных дезинфицирующих веществ дезинфектантов. Вирусы культивируют на тканевых культурах.
Ящур довольно широко распространен среди животных. В ряде стран заболевание носит характер эпизоотии (эпидемий среди животных), повторяющихся через определенные промежутки времени. Эпизоотия ящура имела место в 2001 г. в странах Северной Европы (в основном в Великобритании и Нидерландах). Наиболее подвержены инфекции молодые парнокопытные сельскохозяйственные животные (крупный рогатый скот, свиньи, козы, овцы, олени). От неё могут страдать также лошади, верблюды, собаки, кошки и грызуны. У животных, перенесших заболевание, и некоторых птиц установлено вирусоносительство, проявляющееся выделением возбудителя с испражнениями.
Инфекционный процесс у парнокопытных характеризуется тяжелым течением с вирусемией, афтозными высыпаниями и изъязвлениями в области слизистых оболочек полости рта, языка, носоглотки, носа, губ, на коже в межкопытных щелях, на вымени, иногда около рогов. Общая продолжительность болезни у животных - от 10 до 15 дней, продолжительность инкубационного периода - 2- 4 дня. При злокачественном течении ящура, особенно у коров, более чем у 50 % заболевших животных наступает смертельный исход в течение 2-3 суток.
Основной путь инфицирования людей - через сырое молоко больных животных и продукты его переработки, реже через мясо. У лиц, непосредственно контактирующих с больными животными, возможна прямая передача инфекции (при доении, уходе, лечении, убое), воздушно-капельный путь заражения (при дыхании, кашле животных), а также через предметы, загрязненные их выделениями. Описаны случаи внутрилабораторного инфицирования. От человека к человеку инфекция не передается. Дети более восприимчивы к ящуру, чем взрослые. Иммунитет типоспецифичен и зависит от наличия вируснейтрализующих антител.
Взаимодействие вирусов с клетками хозяев и репродукция вирусов.
Вирусы проходят в клетке сложный цикл развития. Морфогенез вирусов представляет собой основной этап этого развития и состоит из формообразовательных процессов приводящих к образованию вириона как заключению формы развития вируса. Онтогенез и репродукция развития вируса регулируется геномом.
В 50-х годах установлено, что размножение вируса происходит путем репродукции, т.е. воспроизведение нуклеиновых и белков с последующей сборкой вириона. Эти процессы происходят в разных частях клетки, например в ядре и цитоплазме (дизъюнктивный способ репродукции). Вирусная репродукция представляет собой уникальную форму, выражения чужеродной инфекции в клетках человека, животных, насекомых и бактерий.
Морфогенез регулируется с помощью морфогенетических генов. Существует прямопропорциональная зависимость между сложностью ультраструктуры вириона и его морфогенеза. Чем сложнее организация вириона, тем больший путь развития проходит вирус. Весь этот процесс осуществляется с помощью специальных ферментов. Т.к. вирусы не имеют собственного метаболизма то нуждается в ферментах. Однако у вирусов обнаружено свыше 10 ферментов, разных по происхождению и функциональному значению.
По происхождению: вирионные, вирус-индуцированные, клеточные, модифицированные вирусами. Первые входят в состав многих ДНК и РНК содержащих вирусов. ДНК-зависимая РНК-полимераза, протеинкиназа, АТФ-аза, рибонуклеаза, РНК-зависимая РНК-полимераза, экзонуклеаза и другие.
К вирионным формам относятся: гемоглютиннин и нейраминидаза, лизоцим.
Вирус-индуцирующие – это ферменты, структура которых закодирована в геноме, а синтез происходит на рибосоме хозяина – ранние вирионные белки.
Клеточные – включают ферменты клетки хозяина, не являются вирусоспецифическими, однако при взаимодействии с вирусами активность может модифицироваться.
По функциональному значению ферменты делятся на 2 группы:
Участвующие в репликации и транскрипции;
Нейраминидаза, лизоцим и АТФ-аза, которые способствуют проникновению вируса в клетку и выходу зрелых вирионов из клетки.
Репродукция вирионов характеризуется сменой стадий:
Транскрипция - переписывание ДНК на РНК – осуществляется с помощью фермента РНК-полимеразы, продуктами является биосинтез и-РНК. ДНК-содержащие вирусы, репродукция которых происходит в ядре, используют для транскрипции клеточную полимеразу. РНК-содержащие вирусы ф-ю и-РНК выолняет сам геном. У некоторых РНК-содержащих вирусов передача генетической информации осуществляется по формуле РНК-РНК-белок. К этой группе вирусов относятся – пикорновирусы, корновирусы.
Синтез белка происходит в результате трансляции в РНК.
Согласно современным данным различают 3 основных периода в цикле репродукции:
1.Начальный (подготовительный)2.Средний (латентный)3.Конечный (заключительный)
Каждый из периодов включает ряд этапов:
Первый этап
1.Адсорбция вируса на клетке.
2.Проникновение в клетку.
3.Депротеинизация (высвобождение нуклеиновой кислоты).
Второй этап
1.Биосинтез ранних вирусных белков
2.Биосинтез вирусных компонентов
Третий этап
1.Формирование зрелых вирионов
2.Выход зрелых вирионов из клетки.
1.Адсорбция – физико-химический процесс, является следствием разности зарядов. Эта стадия обратима на ее исход оказывает влияние кислотность среды, температура и другие процессы.
Основную роль в адсорбции вируса играет взаимодействие вируса с комплементарными рецепторами клетки. По химической природе они относятся к мукополипротейдам. На степень скорости адсорбции влияют гормоны действующие на рецепторы. Адсорбция вируса может и не наступить, что связано с различной чувствительностью клеток к вирусам. Чувствительность, в свою очередь определяется:
Наличием в клеточной оболочке и цитоплазме ферментов, способных разрушить оболочку и освободить нуклеиновую кислоту.
Наличием ферментов, материала, обеспечивающих синтез вирусных компонентов.
2.Проникновение вируса в клетку:
Вирус проникает 3 путями – путем непосредственного впрыскивания (характерно для фагов); путем разрушения клеточной оболочки (путь сплавления – характерно для вирусов растений); путем пиноцитоза (характерен для вирусов позвоночных).
3.Репродукция ДНК-содержащих вирусов.
Под воздействием ферментов у ДНК-содержащих вирусов осуществляется синтез и-РНК, и-РНК посылается на рибосомы чувствительной клетки. На рибосомах клетки начинается синтез ранних вирионных белков (наделены свойствами – ферментами, блокируют клеточный метаболизм).
Ранние вирионные белки дают начало образованию ранних вирионных кислот.
По мере накопления ранних вирионных белков они блокируют себя и процесс перестраивается на рибосомном аппарате. Идет сборка вирионов и вновь сформировавшиеся вирионы покидают клетку-мать.
4.Выход вириона из клетки:
1.Просачиваются через оболочку клетки и одеваются суперкапсидом, в состав в состав которого включаются компоненты клетки: липиды, полисахариды. В данном случае клетка сохраняет свою жизнедеятельность затем погибает. В некоторых случаях в процессе репродукции процессы могут происходить в течение нескольких лет, но жизнедеятельность сохраняется. При этом способе зрелые вирионы из клетки выходят постепенно и относительно длительно. Этот путь характерен для сложных вирусов, имеющих двойную оболочку.
Аномальные вирусы.
В процессе репродукции образуются различные аномальные вирусы. Усилиями академика Жданова в последние годы были открыты псевдовирусы, состоящие из РНК-вируса и белков клетки, образующих капсид. Они обладают инфекционными свойствами, но в силу особенности капсида не поддаются действию антител, образующих ответ на этот вирус.
Явление образования таких вирусов объясняется длительным вирусоносительством при наличии в организме специфических АТ.
Причинами формирования таких вирионов являются:
1.Высокая множественность, в результате чего клетка не в состоянии обеспечить все потомство энергетическим материалом.
2.Действие интерферона – он влияет на синтез ДНК и РНК вирусов.
Похожая информация.
Синтез группы ранних белков (репрессоры клеточного метаболизма, вирус-специфичные полимеразы), Синтез вирус-специфичных белков и НК, Синтез структурных (поздних) белков вируса, Формирование зрелых вирионов В основе этого синтеза лежит тот же механизм, что и при синтезе белка в нормальных клетках. У РНК-содержащих пикорнавирусов функцию иРНК выполняют плюс-нити. У них односпиральная вирионная РНК транслируется с образованием одного гигантского полипептида, который затем расщепляется на отдельные функциональные белки. В синтезе полновирусного белка выражена постоянная во времени трансляция всех генов вирусной РНК. У орто-, рабдо- и парамиксовнрусов вирионная односпиральная РНК не транслируется, а транслируется комплементарная ей плюс-нить, поэтому синтез вирусных специфических белков начинается после образования вирусной иРНК (плюс-нити), которая комплементарна вирионной РНК-Минус-нити синтезируются на плюс-нити вирионной РНК-зависимой полимеразой (РНК-транскриптазой), находящейся в составе вириона в качестве структурного компонента. Синтезирующиеся вирионной полимеразой иРНК являются моноцистронными и значительно короче вирионной РНК. В процессе вирусной инфекции происходят распад клеточных полисом и образование вирусспецифических полисом. Синтез вирусспецифического белка зависит от синтеза вирусной иРНК, но и влияет на него: если синтез белка нарушен, происходит затоваривание вновь образующейся иРНК в местах ее синтеза и тормозится дальнейший ее синтез. Вирусные белки в процессе инфекции синтезируются в избыточном количестве, чем требуется для образования инфекционного вируса. Например, в клетках, инфицированных вирусами герпеса, в вирусное потомство включается только около 35% от общей массы вирусспецифических белков, синтезированных в клетках. У большинства вирусов синтез белков осуществляется в цитоплазме; относительно ядерной локализации синтеза белков некоторых вирусов существует сомнение. Известно, что вирусные белки могут синтезироваться в одних структурах, а накапливаться- в других. Механизмы, ответственные за миграцию вирусных белков в ядро, не выяснены. Известно лишь, что отсутствие аргинина в среде приводит к подавлению миграции структурных белков вируса герпеса от места их синтеза (цитоплазмы) к месту сборки вирионов (ядру), хотя синтез ДНК и белка вируса не нарушен. На разных стадиях инфекционного цикла могут преимущественно образовываться то одни, то другие группы вирусспецифических белков. Скорость их регулируется либо на уровне транскрипции (с образованием иРНК), либо на уровне трансляции (считывание иРНК на рибосомах). В зараженной клетке непропорционально накапливаются иРНК с разных вирусных генов. Механизм этой непропорциональности заложен в самой вирусной частице. Этот же механизм определяет разную эффективность образования различ- ых белков. Стандартная вирусная частица содержит одну молекулу РНК и до 10 тыс. молекул белков. Помимо структур-ных белков, в зараженной клетке могут синтезироваться и не-структурные (но кодируемые вирусной РНК) белки. Наряду с синтезом белков в клетке при репродукции вируса гриппа происходит синтез и углеводных цепей, входящих в состав гликопротеидов. Присоединение углеводов осуществляется с помощью трансфераз, которые являются клеточными ферментами. Синтез липидов также осуществляется клеткой. Вирусная оболочка формируется при включении липидов из плазматической мембраны клетки-хозяина. Синтез вирусных нуклеиновых кислот и вирусспецифических белков происходит почти одновременно и не менее чем на 1 ч опережает созревание вирусных частиц.
Этапы взаимодействия вируса с клеткой: адсорбция и проникновение бактериофагов.
Адсорбция: неспецифическая, специфическая.
Проникновение: Инъекция (остаются оболочки - «тени» фагов),Трансфекция.
+ Вопрос № 6
Этапы взаимодействия вируса с клеткой: проникновение и распространение фитопатогенных вирусов.
Адсорбция : нет. Проникновение : Контактный (через повреждения) От материнского растения к дочернему Переносчики-членистоногие. Репродукция: Синтез группы ранних белков (репрессоры клеточного метаболизма, вирус-специфичные полимеразы) Синтез вирус-специфичных белков и НК. Синтез структурных (поздних) белков вируса. Формирование зрелых вирионов Сборка: автоматическая. Выход:
Этапы взаимодействия вируса с клеткой: типы выхода вирусных частиц из клетки.
Вирусы животных : Выталкивание участков цитоплазмы. Выход отдельных вирионов или их групп. Вирусы растений: Через межклеточные соединения. Клетки продуцируют вирус, не подвергаясь лизису. Бактериофаги: После гибели клетки (литический тип).
Типы взаимодействия вируса и клетки: продуктивный тип.
Продуктивная инфекция – происходит формирование новых вирусных частиц.
Литическая – зараженная клетка может погибнуть, образовав при этом большое количество вируса. Бактериофаги, образующие в зараженных клетках новое поколение фаговых частиц, что приводит к лизису(разрушению) бактериальной клетки, называются вирулентными фагами. Некоторые бактериофаги внутри клетки хозяина не реплицируются. Вместо этого их нуклеиновая кислота включается в ДНК хозяина, образуя с ней единую молекулу, способную к репликации. Такие фаги получили названия умеренных фагов, или профагов. Профаг не оказывает литического воздействия на клетку-хозяина и при делении реплицируется вместе клеточной ДНК. Бактерии, содержащие профаг, называются лизогенными.Они проявляют устойчивость к содержащемуся в них фагу, а так же к близким к нему другим фагам. Связь профага с бактерией весьма прочная, но она может быть нарушена под воздействием индуцирующих факторов(УФ - лучами, ионизирующая радиация, химические мутагены). Персистентная – клетка продолжает жить и делиться, синтезируя небольшие количества вируса. Характерна для вирусов животных. Формы персистентной инфекции: латентная (герпес), хроническая (гепатит), медленная инфекция (ВИЧ).
Типы взаимодействия вируса и клетки: лизогенный тип.
Интегративная инфекция – геном вируса встраивается в геном клетки-хозяина и реплицируется вместе с ним. Продукции вируса нет. Вирусоносительство. Умеренные фаги – способны лизогенизировать заражаемые бактерии. Вирулентные фаги – не могут лизогенизировать бактерии. Профаг – фаг, передающийся дочерним клеткам при делении.
Классификация вирусов.
Вирусы подразделяются на 6 классов по строению нуклеиновой кислоты: Двух цепочечная ДНК, Одно цепочечная ДНК,Двух цепочечная РНК,Одно цепочечная РНК «+»цепь,Одно цепочечная РНК «-»цепь,Ретровирусы Классификация вирусов по Балтимору основывается на механизме образования мРНК. Вирусы должны синтезировать мРНК из собственных геномов для образования белков и репликации своей нуклеиновой кислоты, однако каждое семейство вирусов имеет собственный механизм осуществления этого. Вирусные геномы могут быть одноцепоченые (оц) или двухцепочечные (дц), ДНК- или РНК-содержащие, могут использовать или не использовать обратную транскриптазу. Кроме того, одноцепочечные РНК-вирусы могут иметь положительную (+) или отрицательную (-) цепь РНК в составе своего генома.
Эта система включает в себя семь основных групп: (I) Вирусы, содержащие двуцепочечную ДНК и не имеющие РНК-стадии (например, герпесвирусы, поксвирусы, паповавирусы,мимивирус). (II) Вирусы, содержащие одноцепочечную молекулу ДНК (например, парвовирусы). В этом случае ДНК всегда положительной полярности. (III) Вирусы, содержащие двуцепочечную РНК (например, ротавирусы). (IV) Вирусы, содержащие одноцепочечную молекулу РНК положительной полярности (например, пикорнавирусы, флавивирусы). (V) Вирусы, содержащие одноцепочечную молекулу РНК негативной или двойной полярности (например, ортомиксовирусы, филовирусы). (VI) Вирусы, содержащие одноцепочечную положительную молекулу РНК и имеющие в своем жизненном цикле стадию синтеза ДНК на матрице РНК, ретровирусы (например,ВИЧ). (VII) Вирусы, содержащие двуцепочечную ДНК и имеющие в своём жизненном цикле стадию синтеза ДНК на матрице РНК, ретроидные вирусы (например, вирус гепатита B). Дальнейшее деление производится на основе таких признаков как структура генома (наличие сегментов, кольцевая или линейная молекула), генетическое сходство с другими вирусами, наличие липидной оболочки, таксономическая принадлежность организма-хозяина и так далее.
