Вирусы, общая характеристика

Вирусы − 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.

Вирусы – мельчайшие объекты жизни, имеющие неклеточное строение и не способные к проявлению каких-либо признаков живого вне живых клеток.

Каждый вирус в своем онтогенезе проходит две стадии:

• Внеклеточную, когда вирус находится в состоянии покоя (вирион); в таком состоянии он находится в условиях окружающей среды.

• В нутриклеточную, в течение которой происходит весь цикл репродукции вируса в клетках хозяина. На начальном этапе может быть представлен лишь одной молекулой нуклеиновой кислоты.

Каждый вирион представлен в основном двумя компонентами – нуклеиновой кислотой (ДНК или РНК) и белком, что позволяет называть вирусы неклеточными формами жизни. Белковая оболочка, которая окружает нуклеиновую кислоту, называется капсидом. Капсид каждого вируса состоит из отдельных субъединиц – капсомеров. Капсиды некоторых вирионов окружены дополнительной мембраной (суперкапсидом). Капсид чаще всего имеет симметричное строение, при котором различают два вида симметрии – спиральную и кубическую.Также вирусыразличаются своей морфологией и размерами. Размеры большинства вирусов менее 0,1 мкм. Вирусы можно наблюдать только в электронный микроскоп.

В зависимости от организма хозяина выделяют вирусы, инфицирующие животных и человека, растения и микроорганизмы.

· Первый вирус – вирус мозаичной болезни табака - был открыт русским ученым Д. И. Ивановским в 1892 г.

· Вирусы − 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.

· Вирусы – мельчайшие объекты жизни, имеющие неклеточное строение и не способные к проявлению каких-либо признаков живого вне живых клеток.

Рис. 1. - Схематичное строение вирионов, основные типы симметрии: А— «голый», кубическая симметрия; Б — «одетый», кубическая симметрия; В — «голый», спиральная симметрия; Г — «одетый», спиральная симметрия

Таблица 2 - Отличия вирусов от клеточных организмов

Свойства	Вирусы	Прокариоты	Эукариоты
Клеточная организация	–	+	+
Тип нуклеиновой кислоты	ДНК или РНК	ДНК + РНК	ДНК + РНК
Автономный метаболизм	–	+ (кроме некоторых риккетсий)	+
Рост на питательных средах	–	+ (кроме риккетсий)	+
Рост на питательных средах	–	+	+

 

4. Бактериофаги

Вирусы, поражающие бактерии, называются бактериофагами. Высказано предположение, что для каждой бактерии имеется соответствующий фаг. Для некоторых бактерий число бактериофагов велико: у E. сoli целая серия колифагов Т1, Т2, Т3, Т4, ….Т7, М1…..М13 и т.д.

Рассмотрим строение колифага Т4. Он относится к сложным вирусам, т. е. он состоит из икосаэдрической головки, отростка (хвоста). В капсиде головки находится плотно упакованная двухцепочечная линейная ДНК и фермент транскриптаза в неактивном состоянии. Отросток фага имеет сложное строение. В нем различают полый стержень, покрытый сократимым чехлом, который заканчивается базальной пластинкой с шипами и нитями. Все структуры отростка имеют белковую природу. В области базальной пластинки находится фермент лизоцим, способный разрушать муреин клеточной стенки бактерий. Здесь же имеется АТФаза, которая регенерирует энергию для сокращения чехла отростка бактериофага.

В зависимости от особенностей размножения в чувствительной клетке бактериофаги подразделяются на: вирулентные и умеренные.

Вирулентные фаги всегда лизируют зараженные ими бактерии и имеют только один путь развития – литический цикл: бактерии погибают.

Умеренные фаги могут вести себя двояко: 1) после проникновения в клетку нуклеиновая кислота фага может вовлекаться в литический цикл; 2) вступает с клеткой-хозяином всвоего рода симбиоз, т. е. встраивается в хромосому бактериальной клетки и превращается в профаг, передаваясь всему потомству данной клетки. Это лизогенный путь. Бактерии, которые содержат профаг, называются лизогенными.

Состояние лизогении довольно неустойчиво. Индукторами перехода лизогения ↔ литический цикл являются: состояние бактерии-хозяина, УФ-излучение, митомицин С, алкилирующие агенты, изменение температуры.

Фаговая или лизогенная конверсия – приобретение новых признаков (например, морфология их колоний, биохимические признаки, способность синтезировать токсины или антибиотики и др.).

· Для некоторых бактерий число бактериофагов довольно велико: имеются многочисленные серии бактериофагов (например, у E. сoli целая серия колифагов Т1, Т2, Т3, Т4, ….Т7,М1…..М13 и т.д.).

· Большинство бактериофагов содержит двухцепочечную ДНК, но охарактеризованы и бактериофаги с одноцепочечной ДНК (колифаг М13) и с одноцепочечной РНК (колифагиfr, Qβ, R17).

 

Рис. 2 - Строение сложных бактериофагов на примере колифага Т4

1 23 45

Рис. 3 -Адсорбция фага Т4 и инъекция ДНК в E.coli – Этапы взаимодействия вирулентных фагов с клеткой-хозяином: 1 - адсорбция, 2 - прикрепление фагов к бактериям, 3 - сокращение чехла бактериофага, 4 - разрушение клеточной стенки и проникновение полого стержня в клетку, 5 - инъекция ДНК.

Рис. 4 - Взаимодействие умеренных (подробно охарактеризовано для колифага λ) и вирулентных (на примере колифага Т4) бактериофагов с чувствительной клеткой: А – адсорбция фага на клетке; Б – интеграция фаговой ДНК в хромосому бактерий; В – репликация фаговой ДНК вместе с бактериальной; Г – деление клетки; Д – репликация фаговой ДНК и синтез фаговых белков; Е – образование капсидов; Ж – упаковка ДНК в капсиды; З – созревание фаговых частиц; И – лизис клетки и выход фаговых частиц

Таблица 3 - Отличительные свойства состояний умеренных бактериофагов

Свойства	Вирион	Профаг	Вегетативный фаг
Наличие специфической нуклеиновой кислоты	+	+	+
Репликация нуклеиновой кислоты	–	Вместе с бактериальной хромосомой	+
Синтез фаговых белков	–	–	+
Способность к заражению	+	–	–
Способность вызывать лизис клетки	–	–	+

· Профаг – геном фага, интегрированный в хромосомнуюДНКбактериальных клеток. Умеренные фаги интегрируются в геном клетки-хозяина или существуют в виде плазмид. Это латентная форма взаимодействия фага и бактериальной клетки, при которой не происходит лизис бактерий.

· Фаголизис – гибель бактериальных клеток, который вызван наличием в клетке бактериофагов.

· Лизогенная конверсия, фаговая конверсия -приобретение новых свойств бактериальной клеткой вследствие заражения её умеренным бактериофагом (обусловлена профагом). Лизогенная конверсия может затрагивать такие важнейшие свойства бактерий как морфология их колоний, биохимические признаки, способность синтезировать токсины или антибиотики, устойчивость к лекарственным препаратам и др. Это явление хорошо изучено у некоторых болезнетворных бактерий.