ВИРУСЫ – неклеточные формы жизни. (с лат. VIRUS - «ЯД») Они угрожали человечеству с самого начала его существования. Являлись они неожиданно, разили людей без промаха и часто сеяли смерть. Их жертвами стали миллионы людей, погибших от оспы, гриппа, энцефалита, кори, атипичной пневмонии, СПИДа и других болезней. Пути и механизмы возникновения вирусов пока не установлены, гипотезы происхождения: 1. Вирусы – это результат деградации таких клеточных организмов, как бактерии или клетки древних эукариот. 2. Вирусы развились из отдельных органоидов клетки – митохондрий или хлоропластов. 3. Вирусы появились после возникновения клетки и вместе с ней проделали длинный путь эволюции. По этой гипотезе вирусы произошли от фрагментов клеточных нуклеиновых кислот. Считается, что эти фрагменты клеточных нуклеиновых кислот вышли из-под контроля клетки, оделись собственной белковой оболочкой и приобрели способность заражать клетки. Приоритет открытия вирусов принадлежит выдающемуся русскому ученому Д. И. Ивановскому. Еще, будучи студентом Петербургского университета, в 1887 г. приступил к изучению мозаичной болезни табака, наносившей большой вред сельскому хозяйству. Было установлено, что мозаичная болезнь табака представляет собой два совершенно различных заболевания одного и того же растения, одно из которых — рябуха (ее возбудитель — грибок), а другое — собственно мозаичная болезнь табака неизвестного происхождения. Изучение природы этого заболевания Д. И. Ивановский проводил самостоятельно, оно и привело его к открытию первого вируса. Капелькой сока, взятого от больного растения, Д. И. Ивановский заражал здоровое растение и вызывал его заболевание. Это убедило его в том, что инфекционное начало находится в соке. Однако при микроскопии сока он не обнаружил в нем никаких бактерий, а посевы сока на питательные среды не давали никакого роста. Тогда Д. И. Ивановский решил профильтровать такой странный сок через фарфоровые фильтры, через которые бактерии не проходят. Однако профильтрованный сок вызывал мозаичную болезнь у здоровых растений спустя 15 дней после заражения. Еще более любопытным был тот факт, что профильтрованный сок, нагретый до 60-70°С, утрачивал инфекционные свойства. К тому же, при последовательном заражении соком больных растений болезнь проявлялась всегда, т. е. заразное начало не разбавлялось, а будучи введенным в растение, в нем размножалось, значит, являлось живым существом, которое Д. И. Ивановский назвал фильтрующимся вирусом. Результаты своих работ он опубликовал в журнале «Сельское хозяйство и лесоводство» в статье «О двух болезнях табака» и доложил на заседании Российской Академии наук. 12 февраля 1892 г. является официальным днем рождения новой науки — вирусологии, а Д. И. Ивановский — ее основоположником. Очень скоро после работ Д. И. Ивановского было установлено, что вирусы широко распространены в природе и вызывают заболевания не только у растений, но и у животных и человека. Открытия: 1897 г. - вирус ящура; 1901 г. - вирус желтой лихорадки; 1903 г. — вирус бешенства; 1908 г. — вирус оспы человека; 1909 г. — вирус полиомиелита. 1970 г. - вирус гепатита В; 1973 г. - вирус гепатита А; 1977 г. - вирус дельта-гепатита; 1983 г. - вирус СПИДа. Основные свойства вирусов ультрамикроскопические размеры; содержат НК только одного типа — или ДНК, или РНК (все другие организмы содержат нуклеиновые кислоты обоих типов, а геном у них представлен только ДНК); вирусы не способны к росту и бинарному делению; вирусы размножаются путем воспроизводства себя из собственной геномной нуклеиновой кислоты; у вирусов отсутствуют собственные системы мобилизации энергии; у вирусов нет собственных белоксинтезирующих систем. вирусы – абсолютные внутриклеточные паразиты, их средой обитания являются бактерии, клетки растений, животных и человека. Вирусы – это особое царство ультрамикроскопических размеров организмов, обладающих только одним типом нуклеиновых кислот, лишенных собственных систем синтеза белка и мобилизации энергии и являющихся, поэтому абсолютными внутриклеточными паразитами. Существует и другой взгляд на природу вирусов: «...вирусы можно рассматривать как генетические элементы, одетые в защитную оболочку и способные переходить из одной клетки в другую» Молекулярно-генетическая организация вирусов Основой таксономии вирусов является вирион, который представляет собой конечную фазу развития вируса, состоит из геномной НК, окруженной одной или двумя оболочками. По строению вирусы можно разделить на 4 типа, которые различаются по характеру упаковки морфологических субъединиц: а) вирусы со спиральной симметрией; б) изометрические вирусы с кубической симметрией; в) вирусы с бинарной симметрией, например фаги: у них головка имеет кубический тип симметрии, а хвостик - спиральный; г) более сложно организованные вирусы, имеющие вторую оболочку Оболочка, в которую упакована геномная НК, называется капсидом (от греч. capsa - ящик). Наиболее просто организованные вирусы представляют собой нуклеокапсиды: они состоят только из НК и белковой оболочки, построенной из идентичных пептидных молекул. Поскольку число аминокислотных остатков в белковой молекуле всегда меньше числа нуклеотидов в гене (код триплетный), то для того, чтобы упаковать геномную НК требуется большое число одинаковых белковых молекул. А многократное повторение белок-белковых взаимодействий возможно лишь при условии симметричного расположения субъединиц. Сложно устроены вирусы, у которых имеется вторая оболочка. Вначале она получила название суперкапсида. Он представляет собой обычную биологическую мембрану, состоящую из двух слоев липидов, имеющих клеточное происхождение, и заключенных в них гликозилированных суперкапсидных вирусных белков, которые выступают над наружной поверхностью вириона в виде своеобразных шипов. Суперкапсидные вирусные белки, образующие шипы, обладают жизненно важными для вируса функциями: они распознают клеточные рецепторы и связываются с ними; обеспечивают слияние вирусной мембраны с мембраной клетки и ее лизосом; способствуют распространению вируса организме за счет слияния клеток; обладают свойствами протективных антигенов т. д. Отличия вирусов от неживой материи: 1.способны воспроизводить себе подобных; 2.обладают наследственностью (ДНК или РНК); 3.обладают изменчивостью (способность к мутациям у вируса гриппа); 4.способны к адаптации и эволюции. Отличия вирусов от живых организмов: 1.вирусы не имеют клеточного строения (отсутствует цитоплазматическая мембрана и цитоплазма с органоидами); 2.вирусы обязательные паразиты, вне клетки хозяина существуют в виде покоящейся или внеклеточной формы (вирусные частицы или вирионы); 3.вирусы не способны к самостоятельной репродукции своей наследственной информации вне клетки хозяина; 4.вирусы не имеют метаболизма; 5.вирусы не растут. В 1915 году Тоуртом были открыты вирусы бактерий – бактериофаги. Бактериофаги, или фаги, способны проникать в клетку бактерий и разрушать ее. Цикл жизни вируса: 1. Вирус прикрепляется к поверхности восприимчивой клетки – этот процесс называется адсорбцией. 2. Вирус вводит свою нуклеиновую кислоту в клетку (у бактериофагов) или проникает в клетку полностью, а затем происходит отделение вируса от белковой оболочки и освобождение нуклеиновой кислоты. Этот процесс называется инъекцией. 3. Редупликация вирусных молекул нуклеиновой кислоты осуществляется за счет нуклеотидов, накопленных в клетке хозяина. 4. Синтез вирусных белков и ферментов -- осуществляется на рибосомах клетки. 5. Сборка вирусных частиц—осуществляется из синтезированных пораженной клеткой вирусных белков и нуклеиновых кислот. 6. Лизис – выход вирусных частиц из пораженной клетки; при этом у бактерий происходит распад клетки под влиянием ферментов фага, а у эукариот выпячивается оболочка клетки, и вирусные частицы «выталкиваются» в окружающую среду. Путь проникновения в клетку у вирусов бактерий – бактериофагов. Стенки бактерий очень прочные, поэтому бактериофаг вводит полый стержень в клетку и выталкивает через него ДНК или РНК, находящуюся в головке. Геном бактериофага попадает в цитоплазму, а оболочка остается снаружи. Проникнув в клетку, вирус изменяет в ней обмен веществ, направляя всю ее деятельность на производство вирусной нуклеиновой кислоты и вирусных белков. Внутри клетки происходит самосборка вирусных частиц из синтезированных молекул нуклеиновой кислоты и белков. До момента гибели в клетке успевает синтезироваться огромное число вирусных частиц. В конечном итоге клетка гибнет, оболочка ее лопается, и вирусы выходят из клетки – хозяина. Новых частиц вируса образуется огромное количество. Эти вирусы заражают новые клетки, и в каждой из них повторяется многоступенчатый процесс размножения. Вироиды и прионы В природе помимо вирусов обнаружены другие очень мелкие загадочные инфекционные агенты с необычными свойствами. К ним относятся вироиды и прионы. Вироиды. Название «вироид» было предложено в 1971 г. Динером. Оно свидетельствует о том, что симптомы заболеваний, которые вызывают эти агенты у различных растений, похожи на симптомы заболеваний, вызываемых у них вирусами. Однако вироиды отличаются от вирусов по крайней мере по следующим четырем признакам: Вироиды, не имеют белковой оболочки и состоят только из инфекционной молекулы РНК. Не обладают антигенными свойствами и поэтому не могут быть обнаружены серологическими методами. Вироиды имеют очень малые размеры: длина молекулы РНК вироидов равна 1 • 106 мм, она состоит из 300-400 нуклеотидов. Вироиды - самые маленькие способные к размножению единицы, известные в природе. Молекулы вироидов представляют собой одноцепочечные кольцевые РНК. Молекулы РНК вироидов не кодируют собственных белков, поэтому их размножение может происходить либо аутокаталитически, либо оно зависит от клетки-хозяина. С 1971 г. обнаружено более 10 различных вироидов, отличающихся по первичной структуре, кругу поражаемых хозяев, по симптомам вызываемых ими заболеваний. Все известные вироиды построены по одному плану: 300-400 нуклеотидов образуют кольцо, которое удерживается парами оснований и образует двухцепочечную палочковидную структуру с перемежающимися короткими одно- и двухцепочечными участками. Прионы - группа особых инфекционных агентов белковой природы. Их считают возбудителями медленных летальных инфекций, характеризующихся поражением ЦНС человека и животных и объединенных в группу «подострых трансмиссивных губкообразных энцефалопатии». Она включает четыре болезни человека - куру, болезнь Крейтцфельдта-Якоба, синдром ГерстманнаШтрейслера, амиотрофический лейкоспонгиоз – и четыре болезни животных: скрепи овец, губкообразную энцефалопатию коров, трансмиссивную энцефалопатию норок и хроническую изнуряющую болезнь находящихся в неволе чернохвостого оленя и лосей. Куру («смеющаяся смерть») - эндемическая («куру» - регион в восточной части острова Новая Гвинея) медленная инфекция, характеризующаяся тяжелыми поражениями ЦНС, которые проявляются в медленно прогрессирующем нарушении координации движений, дрожании, а также в психических изменениях (эйфория, беспричинный смех и т. п.). Болезнь продолжается от 1,5 до 2 лет и заканчивается смертью. Патогенез заболевания изучен недостаточно. Болезнь Крейтцфельдта—Якоба встречается повсеместно. Характеризуется симптомами поражения нервных путей. Заканчивается всегда смертью. В 1996 г. в Англии были зарегистрированы заболевания коров губкообразной энцефалопатией («бешенство» коров). Заражение мясом таких животных послужило причиной заболевания людей болезнью Крейтцфельдта—Якоба. Синдром Герстманна—Штрейслера - медленная инфекция. Зарегистрирована в Великобритании, США, Японии и других странах мира. Характеризуется дегенеративными поражениями ЦНС, которые проявляются в формировании губкообразного состояния, образовании амилоидных бляшек во всем мозге. Болезнь выражается в развитии медленно прогрессирующей атаксии и деменции. Патогенез не изучен. Заболевание тянется длительно и заканчивается смертью. Амиотрофический лейкоспонгиоз - медленная инфекция человека, характеризующаяся прогрессирующим развитием атрофических парезов мышц конечностей и туловища, нарушением дыхания и смертельным исходом. Предполагается, что прионы играют роль в этиологии шизофрении, миопатии и некоторых других заболеваний человека. С вирусами их объединяют малые размеры (они способны проходить через бактериальные фильтры) и неспособность размножаться на искусственных питательных средах; специфический круг поражаемых хозяев; длительная персистенция в культуре клеток, полученной из тканей зараженного хозяина, а также в организме больного человека и животного. Они существенным образом отличаются от вирусов: во-первых, у них отсутствует собственный геном, следовательно, они не могут рассматриваться, в отличие от вирусов, как живые существа; во-вторых, они не индуцируют никакого иммунного ответа; следовательно, возникает вопрос о степени их чужеродности для организма хозяина. в-третьих, прионы обладают более высокой резистентностью, чем обычные вирусы, к действию высокой температуры, УФ-облучению, ионизирующей радиации и к различным дезинфектантам; нечувствительны к интерферонам и не индуцируют их синтеза. Предполагается, что патогенное действие прионов связано с тем, что они блокируют функции определенных генов, следствием чего является нарушение нормальных физиологических реакций и синтез каких-то аномальных белков. Методы культивирования вирусов Л. Пастер еще в 1884 г. для обнаружения вируса бешенства использовал метод заражения животных. С изобретением электронной микроскопии появилась возможность увидеть вирусы и изучать их морфологию. Совершенствование методов сверхскоростного центрифугирования в градиенте плотности позволило получить препараты вирусов в очищенном виде и установить их химический состав. Исключительно важное значение для развития вирусологии имела разработка методов культивирования вирусов. Раньше всего для этой цели было использовано заражение различных животных, но этот метод еще не позволял получать чистые культуры вирусов, с его помощью их можно было только обнаружить и установить причинную связь с той или иной болезнью. Поскольку вирусы не растут на искусственных питательных средах, а размножаются только внутриклеточно, нужно было найти простые и общедоступные методы их культивирования. Крупным достижением было предложение в 1932 г. Р. Гудпасчура использовать для культивирования вирусов куриные эмбрионы, в клетках которых успешно размножаются многие вирусы. Хотя способность клеток расти вне организма была установлена еще в 1907 г., потребовалось много лет для разработки доступных методов культивирования клеток, а в них — вирусов. Вначале был использован метод переживающих тканей. Он заключался в том, что в колбу, содержащую питательную среду, вносили кусочек ткани. Клетки некоторых тканей в таких условиях могут переживать (но не размножаться) до 30 дней, а в них могут размножаться вирусы. Однако этот способ давал очень небольшой выход вирусов. Необходимо было разработать условия, при которых клетки ткани могли бы свободно размножаться. К началу второй половины XX века эпидемии полиомиелита приняли настолько широкий и опасный характер, что требовалось принять немедленные меры для создания вакцины, которую можно было бы использовать для массового применения. Но для этого нужно было найти метод, позволяющий быстро выращивать вирусы в большом количестве. Это и явилось одним из обстоятельств, стимулировавших разработку методов культивирования вирусов. Для выделения изолированных, но жизнеспособных клеток из разрушенных тканей использовали обработку их слабым раствором трипсина, разрушающего межклеточные мостики. Решающее значение имели опыты, проведенные в 1949 г. Дж. Эндерсом, Т. Веллером и Ф. Роббинсом, которые показали, что вирус полиомиелита хорошо размножается в первично-трипсинизированных культурах клеток, полученных из почек обезьян. Классификация вирусов Из более чем 55 семейств вирусов, признанных Международным комитетом по таксономии вирусов, 19 включают вирусы человека и животных Классификация вирусов человека и животных Вирус полиомиелита Вирус гепатита (тип 72) Вирус энцефаломиокардита Риновирусы человека Вирус ящура Реовирус человека, тип I Вирус карельской лихорадки Вирус краснухи Вирус желтой лихорадки Вирус Буньямвера Вирус крымско-конго лихорадки Вирус гриппа H2N2 AH1N1 Вирус парагриппа человека типа I Вирус кори Респираторно-синцитиальный вирус Вирус везикулярного стоматита Вирус бешенства Вирус Марбург и Эбола Вирус СПИДа (ВИЧ) Вирус лимфоцитарного хориоменингита Коронавирус человека Вирус Норволк Вирусы оспы позвоночных Вирус натуральной оспы Вирусы оспы насекомых Вирусы простого герпеса, ветряной оспы, опоясывающего герпеса Вирус цитомегалии человека и мышей Вирус Эпштейна-Барр Аденовирусы млекопитающих (41 тип аденовирусов человека) Аденовирусы птиц (9 серотипов) Вирус гепатита В человека Обезьяний вирус 40 (SV40) Аденоассоциированные вирусы человека (аденосателлиты) Под жизненным циклом вируса понимают процесс его размножения, происходит только внутриклеточно. Особенности размножения зависят прежде всего от вирусного генома. Механизм взаимодействия вируса с клеткой Жизненный цикл вирусов начинается с их адсорбции на мембране клетки-мишени и заканчивается выходом вновь синтезированных вирионов из клетки. Цикл включает в себя следующие стадии: Адсорбция - начальный этап вирусной инфекции, заключающийся в прикреплении вируса к поверхности клетки. Внедрение вириона в клетку, сопряженное с одновременным разрушением его суперкапсидных и капсидных белков и высвобождением его геномной нуклеиновой кислоты. Внутриклеточное размножение вируса, включающее в себя целую серию последовательных событий, заканчивающихся формированием зрелых вирионов и выходом их из клетки. Некоторые факты. После проникновения вириона гриппа в клетку, число вирусов увеличивается каждые 6 часов в тысячу раз. Через 48 часов у человека появляются первые признаки болезни. Шаровидный вирус гриппа имеет на наружной оболочке выступающие детали — гликопротеидные шипы(N,H), которые постоянно изменяются, что затрудняет выработку лекарств. В 1957 году Гирер и Шрамм разрушили вирус табачной мозаики, выделили составные части, смешали их и получили жизнеспособное потомство. Позже ученые смешивали нуклеиновую кислоту одного вируса и белок другого, получая жизнеспособное потомство. Такого рода явления происходят в природе естественным путем. Вирусы состоят из следующих основных компонентов:1. Сердцевина - генетический материал (ДНК либо РНК), который несет информацию о нескольких типах белков, необходимых для образования нового вируса.2. Белковая оболочка, которую называют капсидом (от латинского слова капса– ящик) 3. Дополнительная липопротеидная оболочка. Тест «Вирусы» 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. Вирусы были открыты в 1892 году: а) Д.И. Ивановским; б) И.М. Сеченовым; в) И.П. Павловым. Термин «вирус» (с латинского «яд») был введен: а) М. Бейеринком; б) И.М. Сеченовым; в) И.П. Павловым. Бактериофаг состоит из таких частей: а) нуклеиновой кислоты и капсида; б) нуклеиновой кислоты и суперкапсида; в) нуклеиновой кислоты, капсида и суперкапсида. Бактериофаг содержит нуклеиновую кислоту: а) в головке; б) в хвосте; в) в шипах. Размер вирусов колеблется: а) от 20 до 300 нм; б) от 20 до 30 нм; в) от 200 до 400 нм. У вирусов отсутствует: а) метаболизм; б) наследственность; в) изменчивость. Основной путь проникновения вируса в клетку: а) эндоцитоз; б) экзоцитоз; в) пиноцитоз. Вирус вызывает заболевание: а) оспу; б) холеру; в) туберкулез. Какой вирус вызывает заболевание СПИД? а) иммунодефицита; б) герпеса; в) оспы. «Вирусы – это «плохие новости» в упаковке из белка». Это высказывание: а) П. Медавара; б) М. Бейеринка; в) И.М. Сеченова.
