Свойства и происхождение вирусов.

Свойства и происхождение вирусов.

Наиболее просто устроенные вирусы состоят из нуклеиновой кислоты, являющейся генетическим материалом (геномом) вируса, и покрывающего нуклеиновую кислоту белкового чехла. В состав некоторых вирусов входят также углеводы и жиры (липиды). Таким образом, вирусы можно рассматривать просто как мобильные наборы генетической информации. Вирусы лишены некоторых ферментов, необходимых для репродукции, и могут размножаться только внутри живой клетки, метаболизм которой после заражения перестраивается на воспроизводство вирусных, а не клеточных компонентов. Это свойство вирусов позволяет отнести их к облигатным (обязательным) клеточным паразитам. После синтеза отдельных компонентов формируются новые вирусные частицы. Симптомы вирусного заболевания развиваются как следствие повреждения вирусами отдельных клеток. Принято считать, что вирусы произошли в результате обособления (автономизации) отдельных генетических элементов клетки, получивших, кроме того, способность передаваться от организма к организму. В нормальной клетке происходят перемещения нескольких типов генетических структур, например матричной, или информационной, РНК (мРНК), транспозонов, интронов, плазмид. Такие мобильные элементы, возможно, были предшественниками, или прародителями, вирусов. Являются ли вирусы живыми организмами? В 1935 американский биохимик У. Стэнли выделил в кристаллической форме вирус табачной мозаики, доказав тем самым его молекулярную природу. Полученные результаты вызвали бурные дискуссии о природе вирусов: являются ли они живыми организмами или просто активированными молекулами? Действительно, внутри зараженной клетки вирусы проявляют себя как интегральные компоненты более сложных живых систем, но вне клетки представляют собой метаболически инертные нуклеопротеины. Вирусы содержат генетическую информацию, но не могут самостоятельно реализовать ее, не обладая собственным механизмом синтеза белка. Когда особенности строения и репродукции вирусов оказались выясненными, вопрос о том, являются ли они живыми, постепенно утратил свое значение.

Размеры вирусов.

Величина вирусов варьирует от 20 до 300 нм (1 нм = 10-9 м). Практически все вирусы по своим размерам мельче, чем бактерии. Однако наиболее крупные вирусы, например вирус коровьей оспы, имеют такие же размеры, как и наиболее мелкие бактерии (хламидии и риккетсии), которые тоже являются облигатными паразитами и размножаются только в живых клетках. Поэтому отличительными чертами вирусов по сравнению с другими микроскопическими возбудителями инфекций служат не размеры или обязательный паразитизм, а особенности строения и уникальные механизмы репликации (воспроизведения самих себя).

СТРОЕНИЕ ВИРУСОВ

Полноценная по строению и инфекционная, т.е. способная вызвать заражение, вирусная частица вне клетки называется вирионом. Сердцевина ("ядро") вириона содержит одну молекулу, а иногда две или несколько молекул нуклеиновой кислоты. Белковый чехол, покрывающий нуклеиновую кислоту вириона и защищающий ее от вредных воздействий окружающей среды, называется капсидом. Нуклеиновая кислота вириона является генетическим материалом вируса (его геномом) и представлена дезоксирибонуклеиновой кислотой (ДНК) или рибонуклеиновой кислотой (РНК), но никогда двумя этими соединениями сразу. (Хламидии, риккетсии и все другие "истинно живые" микроорганизмы содержат одновременно ДНК и РНК.) Нуклеиновые кислоты самых мелких вирусов содержат три или четыре гена, тогда как самые крупные вирусы имеют до ста генов. У некоторых вирусов в дополнение к капсиду имеется еще и внешняя оболочка, состоящая из белков и липидов. Она образуется из мембран зараженной клетки, содержащих встроенные вирусные белки. Термины "голые вирионы" и "лишенные оболочки вирионы" используются как синонимы. Капсиды самых мелких и просто устроенных вирусов могут состоять лишь из одного или нескольких видов белковых молекул. Несколько молекул одного или разных белков объединяются в субъединицы, называемые капсомерами. Капсомеры, в свою очередь, образуют правильные геометрические структуры вирусного капсида. У разных вирусов форма капсида является характерной особенностью (признаком) вириона.

ПРИ ИКОСАЭДРИЧЕСКОМ ТИПЕ СИММЕТРИИ, показанной на схеме строения аденовируса, капсомеры, или белковые субъединицы вируса, образуют изометрический белковый чехол, состоящий из 20 правильных треугольников. Вирионы со спиральным типом симметрии, как у вируса табачной мозаики, имеют форму удлиненного цилиндра; внутри белкового чехла, состоящего из отдельных субъединиц - капсомеров, находится свернутая спираль нуклеиновой кислоты (РНК). Вирионы с икосаэдрическим типом симметрии (от греч. eikosi - двадцать, hedra - поверхность), как у полиовируса, имеют сферическую, а точнее, многогранную форму; их капсиды построены из 20 правильных треугольных фасеток (поверхностей) и похожи на геодезический купол.

В СЛУЧАЕ СПИРАЛЬНОЙ СИММЕТРИИ, показанной на схеме строения вируса табачной мозаики, капсомеры, или субъединицы вируса, формируют спираль вокруг полой трубчатой сердцевины.

У отдельных бактериофагов (вирусов бактерий; фагов) смешанный тип симметрии. У т.н. "хвостатых" фагов головка имеет вид сферического капсида; от нее отходит длинный трубчатый отросток - "хвост".

КОМБИНИРОВАННАЯ, или смешанная, симметрия у вирусов может быть представлена разными вариантами. Частица бактериофага, показанная на схеме, имеет "головку" правильной геометрической формы и "хвост" со спиральной симметрией. Встречаются вирусы с еще более сложным строением. Вирионы поксвирусов (вирусы группы оспы) не имеют правильного, типичного капсида: между сердцевиной и наружной оболочкой у них располагаются трубчатые и мембранные структуры.

РЕПЛИКАЦИЯ ВИРУСОВ

Генетическую информацию, закодированную в отдельном гене, в общем можно рассматривать как инструкцию по производству определенного белка в клетке. Такая инструкция воспринимается клеткой только в том случае, если она послана в виде мРНК. Поэтому клетки, у которых генетический материал представлен ДНК, должны "переписать" (транскрибировать) эту информацию в комплементарную копию мРНК. ДНК-содержащие вирусы по способу репликации отличаются от РНК-содержащих вирусов. ДНК обычно существует в виде двухцепочечных структур: две полинуклеотидные цепочки соединены водородными связями и закручены таким образом, что образуется двойная спираль. РНК, напротив, обычно существует в виде одноцепочечных структур. Однако геном отдельных вирусов представляет собой одноцепочечную ДНК или двухцепочечную РНК. Нити (цепочки) вирусной нуклеиновой кислоты, двойные или одинарные, могут иметь линейную форму или замыкаться в кольцо. Первый этап репликации вирусов связан с проникновением вирусной нуклеиновой кислоты в клетку организма-хозяина. Этому процессу могут способствовать специальные ферменты, входящие в состав капсида или внешней оболочки вириона, причем оболочка остается снаружи клетки или вирион теряет ее сразу после проникновения внутрь клетки. Вирус находит подходящую для его размножения клетку, контактируя отдельными участками своего капсида (или внешней оболочки) со специфическими рецепторами на поверхности клетки по типу "ключ - замок". Если специфические ("узнающие") рецепторы на поверхности клетки отсутствуют, то клетка не чувствительна к вирусной инфекции: вирус в нее не проникает. Для того чтобы реализовать свою генетическую информацию, проникшая в клетку вирусная ДНК транскрибируется специальными ферментами в мРНК. Образовавшаяся мРНК перемещается к клеточным "фабрикам" синтеза белка - рибосомам, где она заменяет клеточные "послания" собственными "инструкциями" и транслируется (прочитывается), в результате чего синтезируются вирусные белки. Сама же вирусная ДНК многократно удваивается (дуплицируется) при участии другого набора ферментов, как вирусных, так и принадлежащих клетке. Синтезированный белок, который используется для строительства капсида, и размноженная во многих копиях вирусная ДНК объединяются и формируют новые, "дочерние" вирионы. Сформированное вирусное потомство покидает использованную клетку и заражает новые: цикл репродукции вируса повторяется. Некоторые вирусы во время отпочковывания от поверхности клетки захватывают часть клеточной мембраны, в которую "заблаговременно" встроились вирусные белки, и таким образом приобретают оболочку. Что касается клетки-хозяина, то она в итоге оказывается поврежденной или даже полностью разрушенной. У некоторых ДНК-содержащих вирусов сам цикл репродукции в клетке не связан с немедленной репликацией вирусной ДНК; вместо этого вирусная ДНК встраивается (интегрируется) в ДНК клетки-хозяина. На этой стадии вирус как единое структурное образование исчезает: его геном становится частью генетического аппарата клетки и даже реплицируется в составе клеточной ДНК во время деления клетки. Однако впоследствии, иногда через много лет, вирус может появиться вновь - запускается механизм синтеза вирусных белков, которые, объединяясь с вирусной ДНК, формируют новые вирионы. У некоторых РНК-содержащих вирусов геном (РНК) может непосредственно выполнять роль мРНК. Однако эта особенность характерна только для вирусов с "+" нитью РНК (т.е. с РНК, имеющей положительную полярность). У вирусов с "-" нитью РНК последняя должна сначала "переписаться" в "+" нить; только после этого начинается синтез вирусных белков и происходит репликация вируса. Так называемые ретровирусы содержат в качестве генома РНК и имеют необычный способ транскрипции генетического материала: вместо транскрипции ДНК в РНК, как это происходит в клетке и характерно для ДНК-содержащих вирусов, их РНК транскрибируется в ДНК. Двухцепочечная ДНК вируса затем встраивается в хромосомную ДНК клетки. На матрице такой вирусной ДНК синтезируется новая вирусная РНК, которая, как и другие, определяет синтез вирусных белков.

КЛАССИФИКАЦИЯ ВИРУСОВ

Если вирусы действительно являются мобильными генетическими элементами, получившими "автономию" (независимость) от генетического аппарата их хозяев (разных типов клеток), то разные группы вирусов (с разным геномом, строением и репликацией) должны были возникнуть независимо друг от друга. Поэтому построить для всех вирусов единую родословную, связывающую их на основе эволюционных взаимоотношений, невозможно. Принципы "естественной" классификации, используемые в систематике животных, не подходят для вирусов. Тем не менее система классификации вирусов необходима в практической работе, и попытки ее создания предпринимались неоднократно. Наиболее продуктивным оказался подход, основанный на структурно-функциональной характеристике вирусов: чтобы отличить разные группы вирусов друг от друга, описывают тип их нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК, каждая из которых может быть одноцепочечной или двухцепочечной), ее размеры (число нуклеотидов в цепочке нуклеиновой кислоты), число молекул нуклеиновой кислоты в одном вирионе, геометрию вириона и особенности строения капсида и наружной оболочки вириона, тип хозяина (растения, бактерии, насекомые, млекопитающие и т.д.), особенности вызываемой вирусами патологии (симптомы и характер заболевания), антигенные свойства вирусных белков и особенности реакции иммунной системы организма на внедрение вируса. В систему классификации вирусов не вполне укладывается группа микроскопических возбудителей болезней, называемая вироидами (т.е. вирусоподобными частицами). Вироиды вызывают многие распространенные среди растений болезни. Это мельчайшие инфекционные агенты, лишенные даже простейшего белкового чехла (имеющегося у всех вирусов); они состоят только из замкнутой в кольцо одноцепочечной РНК.

Генетический аппарат вирусов.

В природе, носителем генетической информации являются нуклеиновые кислоты. Известно два основных типа нуклеиновых кислот: ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) и РНК (рибонуклеиновая кислота). У большинства живых организмов нуклеиновые кислоты содержатся в ядре и цитоплазме (клеточном соке). Описываемые микроорганизмы, хоть и являются неклеточными структурами, но также содержат нуклеиновые кислоты. По типу содержащейся нуклеиновой кислоты вирусы разделяют на два класса: ДНК-содержащие и РНК-содержащие. К ДНК-содержащим вирусам относятся вирусы гепатита В, герпес и др. РНК-содержащие микроорганизмы представлены гриппом и парагриппом, вирусом иммунодефицита человека (ВИЧ), гепатитом А и пр. У данных микроорганизмов, равно как и у прочих живых организмов, нуклеиновые кислоты играют роль носителя генетической информации. Информация о структуре различных белков (генетическая информация) закодирована в структуре нуклеиновых кислот в виде специфических последовательностей нуклеотидов (составных частей ДНК и РНК). Гены вирусных нуклеиновых кислот кодируют разнообразные ферменты и структурные белки. ДНК и РНК вирусов являются материальным субстратом наследственности и изменчивости этих микроорганизмов – двух основных составляющих в эволюции вирусов в частности и всей живой природы в целом.

Оболочка вирусов.

Генетический материал такового зрелого микроорганизма окружен специальной оболочкой. У многих вирусов (например как полиомиелит) оболочка состоит из белковых молекул, которые соединяясь между собой образуют пространственную структуру с полостью внутри, в которой помещается нуклеиновая кислота данного микроорганизма. У других вирусов (ВИЧ, гепатита В, корь, бешенство) по мимо белковой оболочки есть еще и вторая, в состав которой входят белки и жиры. По своему составу эта оболочка очень похожа на обычную клеточную оболочку, так как этот микроорганизм заимствует ее у клетки хозяина, однако в нее встраиваются и специфические вирусные белки выполняющие различные функции.Оболочка вирусов выполняет многочисленные функции. Во-первых, она защищает хрупкую нуклеиновую кислоту микроорганизма от разрушения под воздействием неблагоприятных факторов окружающей среды. Во-вторых, оболочка вируса несет на себе различные белки-рецепторы, которые распознают клетку мишень и помогают этому опасному микроорганизму в нее проникнуть. В-третьих, различные компоненты вирусной оболочки распознаются организмом хозяина как антигены и стимулируют развитие иммунного ответа. Определение в крови различных компонентов данного микроорганизма или специфических антител против белков вируса, является важным моментом в диагностике различных вирусных заболеваний.

Жизненный цикл вируса.

Как уже упоминалось выше, данные микроорганизмы способны размножаться только паразитируя в клетках бактерий, растений и животных. Связано это с тем, что вирусы не имеют собственного синтетического аппарата и для самовоспроизведения используют ресурсы клетки-хозяина. Проникновение этого опасного микроорганизма в клетку-хозяина опосредовано реакцией лиганд-рецептор, что значит, что специфические белки на поверхности микроорганизма (рецепторы) распознают специфические структуры на поверхности клетки-мишени (именно поэтому определенный тип вируса может вызывать заболевание у одних животных и быть абсолютно безвредным для других организмов), и связываются с ними посредством химических связей. Этот процесс носит название абсорбция вируса. Вслед за абсорбцией происходит слияние оболочки микроорганизма с мембраной клетки и проникновение компонентов вируса во внутрь клетки. Внутри клетки данный микроорганизм полностью освобождается от оболочки и выделяет в клеточный сок свой генетический материал и ферменты. Генетический материал вируса (геном), как уже упоминалось выше, представлен одним из типов нуклеиновых кислот: ДНК или РНК. Вирусный геном содержит от нескольких единиц генов, у простых вирусов, до несколько сотен генов, у более сложных микроорганизмов такого рода. Гены вирусного генома кодируют разнообразные белки, выполняющие различные функции (структурные белки, ферменты и пр.). Вирусный геном чрезвычайно активен и спустя короткое время интегрируется в геном клетки хозяина. Стоит отметить что у РНК-содержащих вирусов сначала происходит синтез ДНК на основе цепи РНК при помощи специального фермента обратной транскриптазы (реверстранскриптазы). Такие микроорганизмы называются ретровирусами (например ВИЧ). После проникновения генома вируса в геном клетки хозяина микроорганизм переходит в фазу провируса, то есть в форму «молчащих генов», что означает что, несмотря на присутствие в зараженной клетке вирусного генома, размножение микроорганизма не происходит. Для периода проникновения вируса в клетку хозяина и фазы провируса не свойственно никаких клинических проявлений. Эта фаза вирусной инфекции называется латентной. Латентная фаза может продлиться от нескольких часов (грипп) до нескольких лет (СПИД), но рано или поздно она переходит в фазу клинических проявлений, что связано с активацией вирусной ДНК и началом репликации микроорганизма такого рода. Используя ресурсы зараженной клетки, вирус синтезирует собственные белки и нуклеиновые кислоты. В цитоплазме (внутренней среде) клетки хозяина происходит объединение вновь синтезированных белков и нуклеиновых кислот с образованием новых вирусных частиц. Зрелые частицы носят название вирионы. Разрывая мембрану клетки они попадают в межклеточную среду или кровь и заражают новые клетки.В следствии размножения данных микроорганизмов, зараженные клетки претерпевают глубокие изменения, в следствии которых сама клетка может погибнуть. Вообще разрушение клеток происходит по двум причинам: в одном случае клетка разрушается самими вирусами, а в других – разрушается собственной иммунной системой организма, которая распознает и уничтожает зараженные клетки. Именно гибель клеток и является причиной развития различных клинических признаков таковой инфекции. Например, в случае острой вирусной инфекции дыхательных путей, имеет место прямое разрушение эпителия носоглотки, трахеи и бронхов размножающимися вирусами и возникновение таких симптомов как боль, кашель, слизистые выделения и т.д. В случае вирусного гепатита В разрушение клеток печени (гепатоцитов) происходит под действием клеток иммунной системы человека, которые распознают и разрушают зараженные клетки. Массовое разрушение гепатоцитов вызывает появление таких симптомов и клинических признаков как желтуха, повышение печеночных проб, а в тяжелых случаях – наступление печеночной недостаточности. Реагируя на вирусную инфекцию, иммунная система организма вырабатывает ряд факторов (антитела) которые противостоят данным микроорганизмам. Появление специфических антител наблюдается с конца первой недели вирусной инфекции. Связываясь с вирусами, антитела вызывают их инактивацию и удаление из организма. Этот период носит название фазы выздоровления. В некоторых случаях, после перенесенной вирусной инфекции, организм становится защищенным от повторного проникновения того же микроорганизма в силу развившегося иммунитета. Выздоровление от вирусной инфекции может быть полным или частичным. В случае острых вирусных инфекций данный микроорганизм, как правило, полностью удаляется из организма. Однако, в некоторых случаях вирусная инфекция принимает хроническое течение, при котором кажущееся клиническое выздоровление сопровождается персистенцией данной инфекции в организме (гепатит В). Согласно философскому определению жизни, вирусы – это живые организмы, поскольку являются нуклеопротеидными частицами: нуклеиновой кислотой, заключенной в белковую оболочку (капсид), а иногда защищенной и дополнительными покровами. Однако вирусы имеют ряд признаков, которые существенно их отличают от всех известных организмов клеточного строения.

1. Ультрамикроскопические размеры (нм).

2. Наличие нуклеиновой кислоты только одного типа (либо РНК, либо ДНК).

3. Отсутствие способности к росту и бинарному делению.

4. Размножение путем репликации собственной НК.

5. Отсутствие собственных систем мобилизации энергии.

6. Отсутствие собственных систем синтеза белка.

7. Абсолютный внутриклеточный паразитизм.

Вирусы – особая группа микроорганизмов самого высокого таксономического ранга (царство, империя), которые имеют ультрамикроскопические размеры, обладают только одним типом нуклеиновой кислоты, лишенные собственных систем синтеза белка и мобилизации энергии и являющиеся, поэтому абсолютными внутриклеточными паразитами.Абсолютный внутриклеточный паразитизм отражается в том, что вирусы имеют две стадии в жизненном цикле: внеклеточную и внутриклеточную. Вне клетки вирус существует в виде инертной инфекционной частицы не способной к размножению, которую называют вирионом. Все динамические события начинаются после проникновения вириона в чувствительную клетку. Тогда образуется особая система «вирус – клетка», в которой свойства и паразита, и хозяина меняются: вирус перестает существовать как оформленная частица, а клетка «забывает» о своих нуждах. Работа всей системы направляется на размножение и сохранение вируса как геномовида или на продукцию нового поколения вирионов. Таким образом, даже у многоклеточных хозяев решающие события при вирусной инфекции происходят на клеточном уровне. Фазы взаимодействия вируса с клеткой-хозяином

1. Адсорбция, адгезия вируса на поверхности клетки (специфическая, опосредованная рецепторами).

2. Проникновение вириона внутрь клетки и его раздевание: разрушение капсидных и суперкапсидных белков.

3. Внутриклеточное размножение (транскрипция, трансляция, репликация).

4. Выход новых вирионов из клетки (постепенный, взрывной)

Адсорбция – пусковой момент инфекции, осуществляется через специфические рецепторы как вирусов, так и клеток. Разнообразие рецепторов клеток – разнообразие патогенов. Например: для вируса гриппа кеточным рецептором является мукопептид, содержащий свободную N-ацетилнейраминовую кислоту, с которой сединяется гемагглютинин вируса гриппа.

Виды вирусных инфекций

Продуктивная заканчивается образованием новых вирионов и выходом их наружу.

Интегративная – приводит к образованию более или менее устойчивой ассоциации вирус-клетка, например: профаг, провирус в составе генома клетки-хозяина.

Абортивная – сопровождается элиминацией (уничтожением) вируса, а инфицированная вирусом клетка может при этом либо погибнуть, либо остаться живой.

Вирусы-сателлиты

Вирус гепатита D открыт в 1977 г. как спутник (сателлит) вируса гепатита В (хелпера). Не способен к самостоятельному размножению. Имеет 2 белка: поверхностный – HBsAg и внутренний – HDAg.

Дефектные вирусы-сателлиты некроза табака и кольцевой пятнистости табака имеют неполноценные геномы. Их репликация и созревание происходят только в присутствии родительского вируса-помощника.

При размножении вирусы-сателлиты образуют общую репликативную систему с вирусом-помощником.

Вироиды

Вироиды открыл в 1972 г. Т. Дайнер. Они вызывают 11 заболеваний растений, которые ранее считались вирусными:

1) веретенообразность клубней картофеля,

2 – 4) карликовость хризантем, хмеля и лопуха,

5) бледность огурца,

6) экзокортис цитрусовых,

7) хлоротическую крапчатость вишни,

8) солнечные ожоги авокадо,

9) кустистость верхушек томатов,

10) болезнь планта махо томатов

11) болезнь Каданга-Каданга кокосовых пальм.

Вироиды являются трансмиссибельными субвирусными агентами с неполными для вирусов свойствами. Вироиды – ковалентно замкнутые кольцевые молекулы РНК, не имеющие белковой оболочки.

Особенности рнк вироидов

Малые размеры: 300 – 400 нуклеотидов.

Отсутствие антигенных свойств.

Наличие третичной структуры.

Неспособность акцептировать аминокислоты.

Образуются с помощью ферментов клетки-хозяина в ядре зараженных клеток или аутокаталитически.

Их синтез подавляется актиномицином.

У вироидов нарушены функции репликации и созревания. Они, по-видимому, исполняют роль регуляторных элементов. Вероятно, вироиды вызывают в зараженных ими клетках образование новых копий, стимулируя транскрипцию каких-то генов.

Предполагают, что по механизму действия в зараженных клетках вироиды близки к прионам!?

Прионы

Прионы (от англ. «protein infection») – инфекционные безнуклеиновые структуры, состоящие из низкомолекулярного белка 27 – 30 кД.

Медленные нейроинфекции – подострые трансмиссивные спонгиозные (губчатые) энцефалопатии

куру – «смеющаяся смерть» людей,

болезнь Крейнтцфельда–Якоба,

синдром Герстманна–Штреусслера–Шейкера,

фатальная семейная инсомния,

скрепи (вертячка) овец и коз,

инфекционная энцефалопатия домашних норок,

хроническое истощение одомашненных оленей и лосей,

трансмиссивная губчатая энцефалопатия коров – «бешество коров»

Общие свойства медленных энцефалопатий:

длительный (несколько лет) инкубационный период,

прогрессирование без ремиссий,

необратимая дегенерация нейронов,

летальный исход.

Медленные энцефалопати могут вызываться и каноническими вирусами как висна-меди овец.

Отличия прионов от вирусов

Большая устойчивость к воздействию физико-химических факторов (УФ-и ионизирующее облучение, ультразвук, нагревание, антисептики).

Отсутствие сердцевины из НК (не инактивируются нуклеазами, не чувствительны к интерферону).

Устойчивы к протеолизу (содержат мало α-участков).

Не распознаваемы при электронной микрокоспии.

Не индуцируют иммунный ответ в организме хозяина (отсутствие антигенных свойств).

По-видимому, вызывают блокаду отдельных генов.

60-е гг. ХХ в. – К. Гайдушек показал, что инфекционное начало куру передается в результате ритуального каннибализма между членами племени Форе. Сенсация – “вирус без ДНК! Однако обнаружен ядерный ген PrР у разных видов организмов. Последовательности нуклеотидов в генах PrР разных видов гомологичны, особенно в части, кодирующей N-терминальный конец полипептида. Прионные белки обнаружены не только в пораженной нервной ткани (амилоидные бляшки), но и в нормальных клетках, причем не только в нейронах. Предполагают, что нормальный прионный белок PrPC необходим для стабилизации нейронного сообщества ЦНС, прежде всего головного мозга. Избирательное поражение ЦНС не связано со специфической рецепцией прионов нейронами. При периферийном введении, прежде чем попасть в мозг, прионы обнаруживаются в ретикулоэндотелиальной системе. Но, они никогда не накапливаются здесь в высоких титрах. Это объясняется тем, что клетки делятся чаще, чем удваивается количество прионов, а потому самостерилизуются. Прионы поражают только нейроны, которые лишены способности к делению. Первопричиной болезни является спонтанное изменение характера укладки полипептидной цепи, что приводит к изменению третичной структуры белка. В результате белок инактивируется и возникает устойчивость к протеолизу. В 1994 г. Д. Уэстауэй показал, что к появлению аномальных белков – прионов PrPSc приводит сверхэкспрессия генов PrР. Таким образом, было доказано, что наследственности без ДНК не бывает. Однако остается неразгаданным вопрос: ”Каким образом прион, попадая в здоровый организм человека или животного, превращает все вновь синтезируемые молекулы в прионы?”. Действуя аутокаталитически, экзогенные прионы вызывают конформационные изменения в клеточном прионовом белке, переводя его патогенетически значимые изоформы. Обладая устойчивостью к внутриклеточным протеазам PrPSc накапливается в клетках, вызывая дегенеративные изменения.

Цепная реакция обеспечивает экспоненциальный рост концентрации PrPSc:

1) PrPC + PrPSc → PrPC– PrPSc → 2 PrPSc,

2) 2PrPC + 2PrPSc → 2PrPC– PrPSc → 4 PrPSc,

3) 4PrPC + 4PrPSc → 4PrPC– PrPSc → 8 PrPSc.

Прионы позвоночных и цитогены дрожжей (Ψ-фактор) имеют сходство по структуре и характеру наследственной детерминации, указывают на существование в природе ранее неизвестного механизма регуляции активности генных продуктов – белков.

https://studfiles.net/preview/2164755/page:3/

Строение вирусов

Вирусы (от лат. virus — яд) в отличие от всех других организмов не имеют клеточного строения. Они способны жить и размножаться исключительно в клетках других организмов и за их пределами жизнедеятельности не проявляют. Таким образом, вирусы можно рассматривать как неклеточную форму жизни. Вирусы были открыты русским ученым Д. И. Ивановским в 1892 г. при изучении причин мозаичной болезни листьев табака. Поэтому первый известный вирус был назван вирусом табачной мозаики. Находясь в клетке-хозяине, вирус представляет собой молекулу нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК). Исходя из этого вирусы делят на ДНК-содержащие и РНК-содержащие. В свободном состоянии полностью сформированная вирусная частица, способная инфицировать клетки-хозяина, находится в форме вириона. Вирион, кроме нуклеиновой кислоты, имеет защитную белковую оболочку (капсид). У некоторых вирусов,
таких как вирусы герпеса или гриппа, присутствует еще и дополнительная липопротеидная оболочка (суперкапсид). Суперкапсид формируется из цитоплазматической мембраны клетки-хозяина. Размеры вирусов колеблются от 20 до 500 нм. Большинство вирусов имеет кристаллическую форму.

Размножение вирусов

Вирус синтезирует собственные белки и нуклеиновые кислоты за счет ресурсов зараженной клетки. У ДНК-содержащих вирусов одним из первых синтезируется фермент РНК-полимераза, которая строит на нити ДНК вируса и-РНК. Данная и-РНК попадает на рибосомы клетки-хозяина, где и протекает биосинтез других белков вирусной частицы. На следующем этапе в цитоплазме клетки-хозяина происходит объединение вновь синтезированных белков и нуклеиновой кислоты вируса. При этом образуются новые вирусные частицы — вирионы. Они разрывают цитоплазматическую мембрану, попадают в межклеточное пространство или кровь и заражают другие клетки. Многие РНК-содержащие вирусы синтезируют фермент полимеразу, участвующую в синтезе новых частиц вирусной РНК. Эта РНК переходит на рибосомы и контролирует синтез белков вирусной оболочки — капсида. Как видно, таким вирусам для размножения и передачи генетической информации ДНК не требуется. Проникая в клетки живых организмов, вирусы являются причиной ряда опасных заболеваний растений, животных и человека. Поражая сельскохозяйственные растения, вирусы существенно снижают их урожай и ухудшают его качество. Примерами вирусных заболеваний растений являются мозаичная болезнь табака, желтуха картофеля, проявляющаяся в скручивании листьев и карликовости растений. Среди опасных вирусных заболеваний животных и человека можно отметить ветряную оспу, полиомиелит, бешенство, вирусный гепатит, грипп, СПИД. Многие вирусы, к которым чувствителен человек, не поражают животных и наоборот. Например, некоторые животные могут быть переносчиками вирусов человека и при этом сами не болеют. Так, птицы переносят различные формы вируса гриппа, к которым чувствителен человек.

Вирусы

Вирусные заболевания возникли в глубокой древности, однако вирусология как наука начала развиваться в конце XIX века.В 1892 г. русский ученый-ботаник Д. И. Ивановский, изучая мозаичную болезнь листьев табака, установил, что заболевание это вызывается мельчайшими микроорганизмами, которые проходят через мелкопористые бактериальные фильтры. Эти микроорганизмы получили название фильтрующихся вирусов (от лат. virus - яд). В дальнейшем было показано, что имеются и другие микроорганизмы, проходящие через бактериальные фильтры, поэтому фильтрующиеся вирусы стали называть просто вирусами.Вопрос о происхождении вирусов является предметом многих исследований и дискуссий. Одни ученые предполагают, что вирусы являются потомками неклеточных форм живых паразитических микроорганизмов. Другие считают, что вирусы возникли в результате регрессивной эволюции одноклеточных микроорганизмов. Третьи думают, что вирусы произошли из клеточных элементов, ставших автономными системами.Большой вклад в изучение вирусов внесли советские вирусологи: М. А. Морозов, Н. Ф. Гамалея, Л. А. Зильбер, М. П. Чумаков, А. А. Смородинцев, В. М. Жданов и др.Вирусы - это неклеточная форма существования живой материи. Они очень малы. По образному выражению В. М. Жданова "величину их по отношению к величине средних бактерий можно сравнить с величиной мыши по отношению к слону". Увидеть вирусы стало возможным только после изобретения электронного микроскопа.В настоящее время для изучения вирусов используют много методов: химические, физические, молекулярно-биологические, иммунобиологические и генетические.Все вирусы подразделяются на поражающие человека, животных, насекомых, бактерии и растения.У вирусов наблюдается большое разнообразие форм и биологических свойств, однако все они имеют общие черты строения. Зрелые частицы вирусов называют вирионами.В отличие от других микроорганизмов, содержащих одновременно ДНК и РНК, вирион содержит только одну из нуклеиновых кислот - либо ДНК, либо РНК.Нуклеиновая кислота вирусов может быть однонитчатой и двунитчатой. Почти все вирусы, содержащие РНК, имеют в своем геноме однонитчатую РНК, а содержащие ДНК - двунитчатую ДНК. В соответствии с двумя типами генетического вещества вирусы подразделяют на РНК- и ДНК-содержащие. К ДНК-содержащим относятся 5 семейств, РНК-содержащим - 10 семейств.

Классификация вирусов ^*

^* (Здесь приведены данные, касающиеся только некоторых из патогенных для человека вирусов.)

Классификация вирусов

Структура вириона. В центре вириона находится нуклеиновая кислота, которая окружена капсидом (от греч. kanca - ящик). Капсид состоит из белковых субъединиц, называемых капсомерами. Зрелый вирус по химической структуре является нуклеокапсидом. Количество капсомер и способ их укладки (рис. 52) строго постоянны для каждого вида вируса. Например, вирус полиомиелита содержит 32 капсомера, а аденовирус - 252 капсомера. Капсомеры могут быть уложены в виде многогранника с равномерными симметричными гранями - кубоидальная форма (например, аденовирус). Укладка в виде спиралей (сферическая) характерна для вирусов гриппа. Может быть тип симметрии, при котором нуклеиновая кислота имеет вид пружины, вокруг которой уложены капсомеры, в этом случае вирус имеет палочковидную форму - вирус, вызывающий болезнь листьев табака.

Рис. 52. Схематическое изображение расположения капсомеров в капсиде вирусов.а - вирус гриппа; б - аденовирус; в - вирус герпеса; г - вирус полиомиелита

Сложный тип симметрии имеет фаг: головка - кубоидальной, а отросток - палочковидной формы (сперматозоидная форма) (см. рис. 21, 22).Таким образом, в зависимости от способа укладки вирусы подразделяют на кубоидальную, сферическую, палочковидную и сперматозоидную формы.Некоторые вирусы, обладающие более сложной структурой, имеют оболочку, которая называется пеплос. Она образуется при выходе вируса из клетки хозяина. Вирусный капсид при этом обволакивается внутренней поверхностью цитоплазматической мембраны клетки хозяина и образуется один или несколько слоев оболочки суперкапсид. Такую оболочку имеют только некоторые вирусы, например вирусы бешенства, герпеса, энцефалита. Эта оболочка содержит фосфолипиды, разрушающиеся под воздействием эфира. Таким образом, воздействуя эфиром, можно отличить вирус, имеющий пеплос, от вируса с "голым капсидом".У некоторых вирусов из внешнего липидного слоя оболочки выступают капс