Кто впервые описал вирус табачной мозаики
Вирус табачной мозаики
По легенде, когда в 1492 году Христофор Колумб высадился на берег Кубы, к нему навстречу вышли индейцы, курившие табачные листья, свернутые в виде грубой сигары. Такие сигары назывались "табакос", откуда и произошло слово "табак". По другой версии, "табако" назывались трубки, набитые табачной крошкой, которые при курении вставлялись в ноздри. Табакокурение – ив бытовых, и в религиозных целях – было распространено по всей доколумбовой Америке. Трубку для курения использовали племена ацтеков и майя. Ирокезы зажигали табак, чтобы умилостивить бога войны.
Впервые семена табака (размером они примерно с маковое зернышко или даже мельче) оказались в Испании в 1518 году. В 1560 году французский посланник при португальском дворе в Лиссабоне Жан Нико прислал семена табака в Париж королеве–матери Екатерине Медичи. Доктора начали советовать курить "целебную траву" от астмы и других болезней. "Лекарство" понравилось, курение вошло в моду. Появились новые сорта табака. Площади под его посевами стали быстро расти, и к концу XIX века культура табака широко распространилась по всей Европе.
Модель вируса табачной мозаики: молекулы белка оболочки (1) уложены по спирали; внутри частицы уложена нить РНК (2)
Табак, однако, сам стал болеть. На молодых листьях появлялось мозаичное чередование темно–зеленых и светло–зеленых участков. Из–за их разной толщины лист приобретал гофрированный вид. Адольф Майер, немец, работавший в Голландии, в 1886 году описал это заболевание, дал ему название – "табачная мозаика" – и установил его инфекционную природу: оказалось, что мозаику можно вызвать у здоровых Табаков инъекцией в жилки их листьев сока больного растения.
Между тем болезнь проникла в южные регионы Российской империи – на Украину, в Молдавию, в Крым. И тогда Департамент земледелия направил в Крым молодого ученого Дмитрия Иосифовича Ивановского для изучения заболевания табака и разработки мер борьбы с ним. В 1892 году Д.И. Ивановский подтвердил данные Майера об инфекционной природе заболевания; установил, что основные источники заражения – это больные растения и почва; предложил меры борьбы: уничтожение зараженных растений, замена почвы в теплицах, севооборот. Самое же, как оказалось, главное открытие состояло в следующем: он установил, что неизвестный возбудитель заболевания проходит сквозь мельчайшие норы фарфорового фильтра, непроницаемого для всех известных к тому времени микробов. Такие фильтры были изобретены в Пастеровском институте в Париже, что позволило микробиологам получать фильтраты, не содержащие бактерий. Любую инфекционную жидкость можно было проверить на присутствие в них болезнетворных бактерий, пропустив ее через эти фильтры. Если фильтрат оказывался неинфекционным, это указывало на то, что в исходной жидкости содержится бактерия–возбудитель.
Ивановский обнаружил, что профильтрованный экстракт полностью сохранил свою инфекционность, то есть им можно было заразить другие растения. Ивановский решил, что возбудителем мозаичной болезни табака является очень мелкий микроорганизм.
Местные некрозы на листе табака – реакция растения на заражение вирусом табачной мозаики
В 1898 году голландский микробиолог Мартин Бейеринк подтвердил данные Дмитрия Ивановского и предположил, что заболевание вызывается не мелкой бактерией, а "жидким живым инфекционным началом", который Бейеринк назвал "вирусом" ("вирус" по–латыни означает "яд").
В России считают, что вирус табачной мозаики (ВТМ) открыл Ивановский в 1892 году. На Западе приоритет безусловно отдают Бейеринку. Именно в августе 1998 года в Эдинбурге, в Шотландии, был проведен международный симпозиум, посвященный столетию открытия вируса табачной мозаики.
На этом фрагменте палочковидной частицы вируса табачной мозаики видны: уложенный в регулярную спираль белок оболочки (1), внутренний канал вирусной частицы (2) и канавка, в которую укладывается нить вирусной РНК (3)
Частицы ВТМ – это круглые прямые палочки длиной 300 и толщиной 18 нанометров. Они представляют собой агрегат из 2100 молекул белка оболочки, которые уложены в спираль вокруг заполненного водой канала, проходящего вдоль длинной оси вириона. Генетический материал вируса – однонитевая молекула РНК – уложена внутри спирали из белковых молекул на расстоянии 4 нанометров от центральной оси.
Конечно, сейчас вирусу табачной мозаики далеко до "популярности" вируса гриппа или вируса иммунодефицита человека – истинных антигероев нашего времени.
А между тем вирус табачной мозаики был первым вирусом, который был открыт, с которого вообще пошло понятие "вирус".
Мозаика чередования темных и светлых участков на листе табака, зараженного вирусом табачной мозаики
Многое из того, что мы знаем о вирусах, впервые было обнаружено при изучении именно вируса табачной мозаики. Этот вирус был первым, который удалось не просто выделить из зараженного растения, но и очистить от всех примесей растительного происхождения. Вирус табачной мозаики был первым, который удалось наблюдать в недавно изобретенный электронный микроскоп. Произошло это в 1939 году. Вирус табачной мозаики был первым вирусом, который удалось разобрать на части – белок и нуклеиновую кислоту, и вновь собрать полноценную инфекционную вирусную частицу. При заражении растений РНК вируса табачной мозаики впервые было показано, что именно нуклеиновая кислота несет генетическую информацию и что именно она ответственна за инфекционность вируса. До сих пор, хотя в нем всего–то три гена, вирус табачной мозаики является излюбленным объектом изучения вирусологов во всем мире.
Возьмите сигарету или сигару, лучше низкосортную, и разотрите табак с небольшим количеством воды. Тем, что получилось, натрите листья томатов или петунии. Если в табаке есть вирус табачной мозаики, то через несколько дней на зараженных растениях образуются некротические или хлоротические пятна, а затем на всем растении может развиться мозаика. Поскольку многие курительные табаки содержат вирус табачной мозаики, в теплицах даже запрещается курение. Можно пойти на рынок, купить помидоры или огурцы (лучше всего тепличные!) и, растерев мякоть, проделать все то же самое, что и с табаком. Или, например, подорожник, который просто растет под ногами, – тоже годится для опыта, потому что он тоже заражается вирусом табачной мозаики. Правда, не стоит производить такие опыты на дачном участке, потому что вирус табачной мозаики исключительно заразен, а лучше примоститься где–нибудь в укромном уголке, на подоконнике, используя рассаду, которую не жалко, которая и заражается, кстати, легче, чем взрослые растения.
| Вирус табачной мозаики | ||||
|---|---|---|---|---|
 | ||||
| Электронная микрофотография частиц ВТМ окрашивали для улучшения видимости при увеличении 160,000x | ||||
| классификация Вирус | ||||
| Группа: | ||||
| вирус мозаики белок оболочки Tobacco | |
|---|---|
 |
Вирус табачной мозаики имеет стержень, как внешний вид. Его капсид сделан из 2130 молекул белка оболочки (см изображения слева) и одной молекулы геномной РНК одной нити, длинных 6400 оснований. Белка оболочки самособирается в стержнеобразной спиральную структуру (16,3 белков в свою очереди спирали) вокруг РНКА, которая образует структуру петли шпильки (см электронной микрофотографии выше). Белок Мономер состоит из 158 аминокислот , которые собраны в четыре основных альфа-спиралей, которые соединены видной проксимальной петле к оси вириона. Вирионы
300 нм в длину и
18 нм в диаметре. Отрицательно окрашенные электронные микрофотографии показывают отчетливую внутренний канал
4 нм. РНК находится в радиусе
6 нм и защищена от действия клеточных ферментов с помощью белка оболочки. Есть три нуклеотида РНК в белок мономера. Рентгеновская дифракционные волокон была изучена структура интактного вируса на основе электронной плотности карты при 3,6 Å разрешения. Внутри сердечника спирали, спиральный молекула РНК присутствует, который состоит из около 6500 нуклеотидов.
геном
ВТМ геном состоит из 6,3-6,5 кб одноцепочечной (сс) РНК . 3'-конец имеет тРНК -подобной структуры, и 5' - конца имеет метилированный нуклеотидный колпачок. (m7G5'pppG). Геном кодирует 4 открытых рамки считывания (ORF , ), два из которых производят один белок из - за рибосомальное readthrough негерметичного UAG стоп - кодон . Эти гены кодируют 4 в репликазы (с метилтрансферазой [MT] и РНК геликазы [Хель] доменами), РНК-зависимой РНК - полимеразой , так называемый белком движения (МП) и белка капсида (СР).
Физико-химические свойства
ВТМ является термостабильной вирус. На сушеных листьев, он может выдержать до 50 ° С (120 градусов по Фаренгейту) в течение 30 минут.
цикл болезни
ВТМ не имеет отчетливую зимующие структуру. Скорее всего , это будет зимуют в зараженных табачных стеблей и листьев в почве, на поверхности загрязненных семян (ВТМ может даже выжить в зараженных табачных изделий в течение многих лет). При непосредственном контакте с растениями - хозяевами через свои векторы (обычно насекомые , такие как тли и цикадки ), ВТМ будет проходить через процесс заражения , а затем в процессе репликации.
После того, как его умножение, он попадет в соседние клетки через плазмодесмы . Спреды инфекции путем непосредственного контакта с соседними клетками, для его гладкой записи, ВТМ производит 30 к Да белка движение под названием P30 , который увеличивает плазмодесмы. ВТМ большинство вероятно перемещается от клетки к клетке как комплекс РНК, Р30 и копируют белки.
Он может также распространяться через флоэму для длительного движения расстояния в растении. Кроме того, ВТМ может быть передан от одного растения к другому при непосредственном контакте. Хотя ВТМ не определил векторы передачи, вирус может легко передаваться от зараженных хостов здоровых растений, человеческой обработкой.
После вступления в хозяина через механическую инокуляции ВТМ uncoats себя , чтобы выпустить его вирусный [+] РНК - нить. Как происходит раздевание, то MetHel: ген Pol переводится сделать герметизирующий фермент MetHel и РНК - полимеразу. Затем вирусный геном будет дополнительно повторить для получения нескольких мРНК с помощью а [-] РНК промежуточного загрунтованы с помощью тРНК HIS на [+] РНК 3' - конца. Полученный в результате мРНК кодирует несколько белков, в том числе белка оболочки и РНК-зависимой РНК - полимеразы (RdRp), а также белка движения. Таким образом , ВТМ может повторить свой собственный геном.
Хост и симптомы
Среда
ВТМ известен как один из наиболее стабильных и вирусов. Она имеет очень широкий диапазон выживания. До тех пор пока температура окружающей среды остается ниже примерно 40 градусов по Цельсию , ВТМ может поддерживать свою стабильную форму. Все это нуждается в хост заражать. При необходимости, оранжереи и ботанические сады обеспечит наиболее благоприятные условия для ВТМ , чтобы распространиться, из - за высокой плотности населения возможных хостов и постоянной температуры в течение всего года.
Лечение и управление
Одним из распространенных методов управления для ВТМА является улучшением санитарных условий , которая включает в себя удаление зараженных растений и мытье рук между каждой посадкой. Севооборот также следует использовать , чтобы избежать зараженных почв / семенные кровати , по крайней мере , двух лет. Что касается каких - либо заболеваний растений, ищу устойчивые штаммы против ВТМА также может быть рекомендовано. Кроме того, способ кросса защиты может быть введен, где сильнее штамм TMV инфекции ингибируется путем заражения растения - хозяина с мягким штаммом ВТМ, аналогичным эффекту в вакцинах .
За последние десять лет, применение генной инженерии на растения - хозяина генома было разработано , чтобы растение - хозяина для получения белка оболочки ВТМА в их клетках. Была выдвинута гипотеза о том , что ВТМ геном будет быстро повторно покрытием при входе в клетку - хозяина, таким образом , он предотвращает инициирование репликации ВТМ. Позже было установлено , что механизм , который защищает хозяин от вирусного генома вставки через молчание генов .
Научная и воздействие на окружающую среду
Большое количество литературы о ВТМ и ее выбор для многих пионерских исследований в области структурной биологии ( в том числе дифракции рентгеновских лучей ), вирусной сборки и разборки, и так далее, принципиально из - за больших количествах , которые могут быть получены, а также тот факт , что он не заражает животных. После того, как растет несколько зараженных табачных растений в теплице и несколько простых лабораторных процедур, ученый может легко произвести несколько граммов вируса.
Джеймс Д. Уотсон , в своих мемуарах двойной спирали , цитирует его рентгеновское исследование спиральной структуры ВТМА в качестве важного шага в выведении природы ДНК молекулы.
Экспериментальные применения
Из - за свою цилиндрическую форму, высокий коэффициент пропорциональности, самосборки природа, и способность включать металлические покрытия ( никель и кобальт ) в его оболочку, ВТМ является идеальным кандидатом для включения в аккумуляторные электроды . Добавление к ВТМ электрода батареи увеличивает реактивную площадь поверхности по порядку величины, что приводит к увеличению емкости батареи до шести раз по сравнению с геометрией планарного электрода.
Вирус (лат. virus — яд) — неклеточный инфекционный агент, который может воспроизводиться только внутри живых клеток. Вирусы поражают все типы организмов, от растений и животных до бактерий и архей (вирусы бактерий обычно называют бактериофагами). Обнаружены также вирусы, способные реплицироваться только в присутствии других вирусов (вирусы-сателлиты).
Со времени публикации в 1892 году статьи Дмитрия Ивановского, описывающей небактериальный патоген растений табака, и открытия в 1898 году Мартином Бейеринком вируса табачной мозаики были детально описаны более 6 тысяч видов вирусов, хотя предполагают, что их существует более ста миллионов. Вирусы обнаружены почти в каждой экосистеме на Земле, они являются самой многочисленной биологической формой. Изучением вирусов занимается наука вирусология, раздел микробиологии.
У животных вирусные инфекции вызывают иммунный ответ, который чаще всего приводит к уничтожению болезнетворного вируса. Иммунный ответ также можно вызвать вакцинами, дающими активный приобретённый иммунитет против конкретной вирусной инфекции. Однако некоторым вирусам, в том числе вирусу иммунодефицита человека и возбудителям вирусных гепатитов, удаётся ускользнуть от иммунного ответа, вызывая хроническую болезнь. Антибиотики не действуют на вирусы, однако было разработано несколько противовирусных препаратов.
К концу XIX века было известно, что вирусы обладают инфекционными свойствами, способны проходить через фильтры и нуждаются в живом хозяине для размножения. В то время вирусы в исследовательских целях культивировали только в растениях и животных. В 1906 году Росс Грэнвилл Гаррисон изобрёл метод выращивания тканей в лимфе, и в 1913 году Штейнард, Израэли и Ламберт использовали этот метод при выращивании вируса осповакцины на фрагментах ткани роговицы морских свинок. В 1928 году Г. Б. Мэйтланд и М. К. Мэйтланд вырастили вирус осповакцины на суспензии из измельчённых куриных почек. Этот метод не применялся широко до конца 1950-х годов, когда в больших масштабах стали выращивать полиовирус для производства вакцины.
Другое крупное достижение принадлежит американскому патологу Эрнесту Уильяму Гудпасчеру; в 1939 г он вырастил вирус гриппа и несколько других вирусов в оплодотворённых куриных яйцах. В 1949 году Джон Франклин Эндерс, Томас Уэллер и Фредерик Роббинс вырастили полиовирус на культуре клеток зародыша человека. Это был первый вирус, выращенный не на тканях животных или яйцах. Эта работа дала возможность Джонасу Солку создать эффективную полиовакцину (вакцину против полиомиелита).
Первые изображения вирусов были получены после изобретения электронного микроскопа немецкими инженерами Эрнстом Руской и Максом Кноллем. В 1935 году американский биохимик и вирусолог Уэнделл Мередит Стэнли тщательно изучил вирус табачной мозаики и обнаружил, что он по большей части состоит из белка. Спустя короткое время этот вирус был разделён на белковую и РНК-составляющую. Вирус табачной мозаики был кристаллизован первым среди вирусов, что позволило многое узнать о его структуре. Первая рентгенограмма кристаллизованного вируса была получена Берналем и Фэнкухеном в конце 1930-х годов. На основании полученных ею изображений Розалинд Франклин в 1955 году определила полную структуру вируса. В том же году Хайнц Френкель-Конрат и Робли Уилльямс показали, что очищенная РНК вируса табачной мозаики и белок оболочки способны к самосборке в функциональный вирус. Это позволило им предположить, что подобный механизм лежит в основе сборки вирусов внутри клеток-хозяев.
Вторая половина XX века стала периодом расцвета вирусологии. В то время было открыто свыше 2000 видов вирусов животных, растений и бактерий. В 1957 году были открыты лошадиный артеривирус и возбудитель вирусной диареи коров (пестивирус). В 1963 году Барух Бламберг открыл вирус гепатита B, а в 1965 году Хоуард Темин описал первый ретровирус. В 1970 году Темин и Дейвид Балтимор независимо друг от друга описали обратную транскриптазу, ключевой фермент, с помощью которого ретровирусы синтезируют ДНК-копии своих РНК. В 1983 году группа учёных во главе с Люком Монтанье из Института Пастера во Франции впервые выделила ретровирус, известный сейчас как ВИЧ.
В 2002 году в Нью-Йоркском университете был создан первый синтетический вирус (вирус полиомиелита).
Вирусы найдены везде, где есть жизнь, и, вероятно, вирусы существуют с момента появления первых живых клеток[37]. Происхождение вирусов неясно, поскольку они не оставляют каких бы то ни было ископаемых остатков, а их родственные связи можно изучать только методами молекулярной филогенетики.
Д.И. Ивановский
Дмитрий Иосифович Ивановский
(1864-1920 гг.)
Биография. Краткая справка.
Окончил Петербургский университет в 1888 г. и был оставлен при кафедре ботаники.
Ассистент Ботанической лаборатории Петербургской Академии наук (с 1890 г.), приват-доцент Петербургского университета (1895-1901 гг.), профессор Варшавского университета (1901-1915 гг.), профессор Донского университета (с 1915 г.).
Научная деятельность. Краткая справка.
Приступив в 1887 г. к изучению заболеваний табака на территории Бессарабии и Никитского ботанического сада, различил ранее смешиваемые т.н. рябуху и мозаичную болезнь (совместно с В.В.Половцевым). Выяснил (1892 г.), что возбудитель последней, в отличие от бактерий, невидим в микроскоп при самом сильном увеличении, проходит через фарфоровые фильтры и не растет на обычных питательных средах. Обнаружил в клетках больных растений кристаллические включения (кристаллы Ивановского), открыв, таким образом, особый мир возбудителей заболеваний небактериальной и непротозойной природы, названных впоследствии вирусами. Д.И.Ивановский рассматривал их как мельчайшие живые организмы. Кроме того, Д.И.Ивановский опубликовал работы об особенностях физиологических процессов в больных растениях, влиянии кислорода на спиртовое брожение у дрожжей, состоянии хлорофилла в растениях, его устойчивости к свету, значении каротина и ксантофилла, по почвенной микробиологии.
Жизненный путь.
Основоположник вирусологии, российский ученый Дмитрий Иосифович Ивановский родился 9 ноября (28 октября по старому стилю) 1864 г. в многодетной семье чиновника, проживавшей в селе Низы Лужского уезда Петербургской губернии.
После смерти отца семье была назначена небольшая пенсия в Санкт-Петербурге. Несмотря на стесненные денежные обстоятельства, Дмитрий сумел поступить за казенный счет в гимназию, которую он окончил с отличием. Успешно сдав необходимые экзамены, был зачислен в Петербургский университет на физико-математический факультет, окончил его в 1888 г. и был оставлен при кафедре ботаники. С 1890 г. – ассистент ботанической лаборатории Петербургской Академии наук.
Еще студентом Д.И.Ивановский во время командировки на табачные плантации в Бессарабии и в Никитском ботаническом саду начинает исследования болезней табака. В сентябре 1887 г. он публикует первый отчет, где показывает, что заболевание табака вызвано одновременно несколькими причинами. Впервые в научной литературе он разделил рябуху (грибковое заболевание табака) от собственно мозаичной болезни листьев. Затем он ставит эксперименты в повторение опытов Майера с бумажными фильтрами. Эту работу он делает, уже закончив университет и оставшись работать при кафедре ботаники.
Научная работа по мозаичной болезни табака не мешает молодому ученому совершенствовать свои знания и в других областях науки. Под руководством А.Е.Бекетова, А.С.Фаминцына и Х.Я.Гоби он изучает физиологию растений и микробиологию. В 1895 г. защищает магистерскую диссертацию и в качестве приват-доцента начинает чтение лекций по физиологии низших организмов, а с 1896 г. – по анатомии и физиологии растений в Петербургском университете. С 1901 г. – экстраординарный, а с 1903 г. – ординарный профессор Варшавского университета.
Д.И.Ивановский занимался изучением процесса спиртового брожения и влияния на него кислорода, хлорофилла и других пигментов зеленых листьев, участвующих в процессе фотосинтеза. Известны также его работы по общей сельскохозяйственной микробиологии. Д.И.Ивановский был дарвинистом, подчеркивал зависимость организмов от условий окружающей среды и доказывал эволюционное значение этого факта.
В годы Первой мировой войны (1915 г.) Варшавский университет был эвакуирован в Ростов-на-Дону. Эвакуация не позволила перевезти оборудование лаборатории, которую Д.И.Ивановский в течение многих лет создавал в Варшаве. Ему пришлось заново организовывать учебный процесс и практикумы в Донском университете.
Д.И.Ивановский скончался 20 апреля 1920 г. в Ростове-на-Дону. Он похоронен на территории Братского кладбища, в его северо-восточной части.
В 1935 г. американский ученый Уэндел Мериддит Стенли впервые выделил в кристаллическом виде чистый препарат вируса табачной мозаики, т.е. исследовал те самые кристаллические структуры в клетках табачного листа, которые наблюдал и описал Д.И.Ивановский. Вирус табачной мозаики, корпускулярная и контагиозная природа которого были показаны Д.И.Ивановским, ученые смогли увидеть только в 1939 г., после изобретения электронного микроскопа. А в 1946 г. в Нобелевской лекции У.М.Стенли напомнил миру о заслугах своего российского предшественника.
Комплекс зданий Варшавского университета
1 8. Вирусы. Вирусы инфекционные агенты с простой, неклеточной структурой. Известно множество вирусных заболеваний человека, каждый год открываются новые заболевания, подобно атипичной пневмонии или птичьему гриппу. Первыми вирусными эпидемиями, описанными в истории, возможно, являются эпидемии кори и ветрянки в Римской Империи в гг. и гг. В Новом Свете ветрянка занесенная европейцами истребила до трети Астеков в 1520г. Миссионеры и исследователи в веках распространили инфекционные заболевания в Южной и Северной Америке, уничтожение коренного населения проложило дорогу освоению континента. История изучения вирусов. Первые знания о вирусных заболеваниях люди получили задолго до открытия вирусов. В начале 18в. в Англии стало известно о процедурах вариоляции (ранней практики оспопрививания) принятых в Османской Империи. Позже Эдуард Дженнер разработал метод вакцинации, его внимание привлекло популярное среди населения мнение о том, что люди, переболевшие оспой коров, не заболевают натуральной оспой. До 19 в. термин вирусы использовался для обозначения всех патогенов. В 1884г. коллега Пастера и изобретатель автоклава Чарльз Чемберлен создал фарфоровые фильтры, задерживающие бактериальный клетки. Российский исследователь Дмитрий Ивановский использовал фильтры для изучения вытяжки, полученной из растений, зараженных табачной мозаикой. Фильтрат не содержал бактериальных клеток, но заражал растения. В 1892г. Ивановский опубликовал работу о существовании инфекционных агентах, меньших размеров нежели бактерии (вирус табачной мозаики -- ВТМ). 1
2 В 1900г. Уолтер Рид установил причину желтой лихорадки на Кубе вирус переносимый москитами. В 1915г. Фредерик Творт обнаружил бактериальные вирусы. Феликс д Эреллле описал лизис бактерий, вызывающих дизентерию и назвал вирусы бактериофагами Строение и жизненный цикл вирусов. Общие свойства вирусов. Вирусная частица вирион, содержит одну или несколько молекул ДНК или РНК и покрыта белковой оболочкой (внеклеточная форма). Внутриклеточная форма реплицирующаяся нуклеиновая кислота. Строение вирусов. Размер вирусных частиц нм в диаметре. Наименьшие вирусы немного больше рибосом, наибольшие (поксвирусы) сравнимы по размерам с небольшими бактериями и видимы в световой микроскоп. Все вирионы имеют нуклеокапсидное ядро (нуклеиновая кислота), снаружи белковый капсид. Спиралевидные капсиды образуют полую трубку (ВТМ) длиной 300 нм и диаметром 15-18нм. Вирус гриппа заключен в тонкую и гибкую оболочку. 2
3 Структура вируса табачной мозаики. Вирус гриппа оболочечный со спиральным капсидом. Вирус имеет сегментированный геном из 7 или 8 молекул РНК, каждая покрыта капсидными белками. Вирусы плеоморфны, Электронная микрофотография (350,000). 3
4 Икосаэдрические капсиды наиболее рациональное использование объема, лишь несколько генов необходимо для кодирования капсидных субъединиц, самоорганизующихся в капсидную структуру. Механизм сборки капсидов до конца не понятен, предполагается, что он проходит без участия ферментов. Икосаэдрические капсиды: а) Парвовирус собак, 12 капсомеров; б) Модель полиомавируса (72 капсомера, вызывает редкое димиелинизирующее заболевание ЦНС); в) Аденовирус (х ); г) Модель аденовируса. 4
5 Структура икосаэдрического капсида, сформированного из одного типа протомеров. Протомеры формируют пентоны и гексоны. 5
6 Вирусы со сложной структурой поксвирусы и бактериофаги. Один из самых больших вирус коровьей оспы (на рисунке). Некоторые бактериофаги имеют икосаэдрическую головку и спиральный хвост. Оболочечные вирусы. Многие вирусы животных имеют оболочку фрагмент мембраны клетки хозяина, также оболочка может состоять из пептидов, кодируемых геномом вируса. Один из наиболее изученных вирус гриппа, шипы на поверхности вируса (10нм), могут содержать фермент нейраминидазу, которая служит для выхода зрелых вирусных частиц из клетки-хозяина, также встречаются гемагглютинины, прикрепляющие вирусы к эритроцитам. Внутри капсида могут располагаться вирусные ферменты, например вирус гриппа несет РНКзависимую РНК полимеразу. 6
7 Вирусный геном. В геноме различных вирусов встречается ДНК и РНК в одно и двухцепочечном виде. Наименьшие геномы составляют нуклеотидов, у некоторых фагов достигает нуклеотидов и кодирует до 100 белков. ДНК-вирусы могут быть линейными или кольцевыми, некоторые могут переходить из одной формы в другую. РНК-вирусы (большинство имеют одиночную нить). Если последовательность РНК идентична ирнк положительная последовательность РНК (может сразу после попадания в клетку использоваться для синтеза белка). Отрицательная РНК комплементарна ирнк. Некоторые РНК-вирусы имеют сегментированные геномы, часто фрагменты кодируют по одному белку, встречаются вирусы с геномом, распределенным по нескольким вирусным частицам. 7
9 Репродукция вирусов. 9
10 Многие вирусы также культивируются на клеточных культурах или монослое клеток. Бактериальные и архейные вирусы воспроизводят, выращивая молодые колонии бактерий. Вирусы растений выращивают на целых растениях или клеточных культурах. Схема выделения вирусов. Происхождение вирусов. Происхождение вирусов остается неясным. Существует 2 основных гипотезы. Первая выдвигает предположение о том, сто наиболее сложные вирусы (поксвирусы, вирусы герпеса) произошли от небольших прокариотических клеток, которые вели паразитический образ жизни. Упрощение этих паразитических клеток (ретроградная эволюция) привело к возникновению вирусов. Однако вирусы радикально отличаются от прокариот и не известны более сложные вирусы промежуточные эволюционные формы. Другая гипотеза участки НК приобретшие частичную обособленность от клетки в результате ряда мутаций. НК ретровирусов и многие другие вирусы схожи с плазмидами и транспозонами. Малые РНК (вироиды) очень схожи с транспозонами. Возможно формирование вирусов шло по обоим направлениям. Различия между вирусами также крайне велики, вероятно независимое происхождение различных вирусов в ходе эволюции Вирусы прокариот. Вирусы бактерий бактериофаги, вирусы археев открыты недавно и изучены плохо. E. сoli может инфицироваться более чем 20 бактериофагами, фаги могут нарушать производственные процессы, основанные на использовании бактерий. Фаги археев отличаются от бактериальных. Фаги бактерий представлены всеми типами нуклеиновых кислот, вирусы археев только одноцепочечной ДНК. 10
11 Некоторые вирусы архебактерий способны к росту вне клетки хозяина. Рост вирусов археев вне клеток хозяина (a-d). Синтез белка и НК. ДНК-вирусы используют обычные механизмы для синтеза НК и белков. Т4 бактериофаг: через 2 минуты после попадания РНК полимераза синтезирует раннюю ирнк, используются для синтеза белков. Репликация ДНК инициируется в нескольких точках и идет в обе стороны. Фаг контролирует экспрессию своих генов, регулируя активность РНК полимеразы E. coli. Вирус использует обычную РНК полимеразу хозяина, затем она ингибируется. Поток генетической информации у ДНК-содержащих вирусов. 11
12 РНК фаги. Содержат обычно положительные РНК цепи, синтезирует РНрепликазу, которая синтезирует промежуточную молекулу РНК +/- (репликативная форма). Далее репликаза синтезирует тысячи копий +РНК, часть из которых функционирует как ирнк. Также обнаружено несколько дцрнк-фагов. Пример фаг ф6 (патоген растений), под капсидной оболочкой содержатся 3 фрагмента НК и РНК-зависимая РНКполимераза. Используя белки оболочки, вирус прикрепляется и проникает внутрь клетки. Внутри РНК-полимераза работает как транскриптаза, синтезируя вирусную ирнк на матрице каждого из сегментов. Также происходит репликация +РНК цепи. +РНК цепи заключенные в новый капсид, служат матрицами для синтеза РНК. Поток генетической информации у +РНК вирусов. 12
13 ДНК фаги. Известно много дцднк и несколько оцднк фагов. Воспроизведение кольцевых оцднк-фагов требует синтеза двухцепочечной репликативной формы ДНК с помощью полимеразы клетки. После сборки вирионов происходит лизис клетки и выход вирионов. Поток генетической информации у оцднк вирусов. Лизогенный и лизирующий циклы. Бактериофаг λ, паразит E. coli и классический объект вирусологических исследований один из фагов, способных к литическому и лизогенному жизненному циклу. В его ДНК есть регуляторный участок, содержащий два промотора, направленных в разные стороны. Этот участок очень мал, и поместиться на нём может только одна молекула хозяйской РНК-полимеразы. Она пойдёт либо в одном, либо в другом направлении, и продукт первого же гена, который она прочитает, закрепит сделанный выбор: альтернативный промотор будет заблокирован, и вирусу придётся следовать выбранному пути, до тех пор пока условия внешней среды не заставят его пересмотреть своё решение. 13
16 Проникновение в клетку. Вирусы проникают через мембрану в клетку сразу после прикрепления. Механизмы различаются у оболочечных и безоболочечных вирусов. Разработано 2 модели: Слияние оболочки с мембраной, (парамиксовирусы, ретровирусы), в образующуюся пору входит капсид. Полимераза вируса, ассоциированная с оболочкой запускает транскрипцию вирусной РНК. Эндоцитоз (главным образом безоболочечных вирусов). Проникновение оболочечных (а и b) и безоболочесных (с) вирусов. 16
18 Воспроизведение РНК-вирусов более разнообразно, нежели ДНК-вирусов. Выделяют 4 основных стратегии воспроизведения РНК-вирусов. Общим является наличие РНК-зависимой РНК-полимеразы (транскриптаза) или реплицирования РНК (репликаза). Пикорнавирусы оц+рнк вирусы. Используют свою РНК в качестве ирнк, синтезируя на рибосомах хозяина РНК-зависимую РНК-полимеразу. Синтез оц-рнк (репликативной формы) далее синтез оц+рнк. Оц-РНК вирусы должны доставить в клетку хотя бы одну копию РНК полимеразы. Пример ортомиксовирусы (вирус гриппа А). 18
20 Цитопатические эффекты вирусов. Ингибирование синтеза РНК, ДНК и белков. Повреждение эндосом с выходом гидролаз. Изменение антигенов мембраны клетки, атака собственной иммунной системы, возможен синцитий. Токсический эффект вирусных белков. Формирование включений, разрушение структур. Хромосомные нарушения. Злокачественная трансформация. Персистирующие, латентные инфекции. Острые инфекции (грипп) развиваются быстро, персистирующие инфекции могут длиться годами. Хронические инфекции слабые клинические симптомы, вирусы обнаруживаются (гепатит В, ВИЧ). Латентные инфекции репродукция вирусов останавливается, симптомов и вирусных частиц не обнаруживается (вирус герпеса, цитомегаловирус, Эппштейна-Барр вирус, вызывающий мононуклеоз). Причины изменение антигенов вирусов, процессы уменьшения вирулентности, делеции вызывают образование дефектных интерферирующих частиц, затрудняющих репродукцию вируса. Вирусы и рак. Неоплазия (аномальный клеточный рост) приводит к образованию опухоли. Доброкачественные опухоли не способны к метастазированию. Злокачественные опухоли образуют вторичные опухоли. Канцерогенез сложный процесс, который может быть инициирован мутагенами, однако для его проявления требуются еще одно событие (другой химический канцероген или вирус). Возможно, от 30 до 60% опухолей вызываются неправильным питанием и курением. Онкогены привносятся в геном вирусами, либо находятся в виде протоонкогенов. Вирусы которые приводят к развитию рака онковирусы. Все известные дцднк онковирусы человека запускают злокачественную трансформацию по одному механизму. Вирусы кодируют белок, связывающий и блокирующий клеточные супрессоры опухолей (Rb и р53). Rb необходим для поддержания нормального клеточного цикла, р53 тормозит клеточный цикл и запускает апоптоз в ответ на повреждение ДНК. Это способствует 20
21 пролиферации опухолей. Ретровирусы переносят протоонкогены либо встраиваясь в геном вблизи протоонкогенов. На сегодняшний день известно о влиянии вирусов на 8 типов злокачественных заболеваний человека. Вирус Эппштейна-Барр (герпесвирус) вызывает лимфому Баркетта и назофарингиальную карциному. Вирус гепатита В ассоциирован с гепатоцеллюлярной карциномой. Вирус гепатита С вызывает цирроз печени, приводящий к раку печени. Герпесвирус8 человека и ВИЧ ассоциированы с саркомой Капоши. Паппиломавирус вызывает рак шеи. Т-клеточный лимфотропный вирус I и II ассоциированы с Т-клеточной лейкемией. Вирусы растений. Строение капсидов вирусов растений аналогично вирусам животных и бактерий. Почти все они РНК-вирусы, лишь небольшая часть ДНК-вирусы. Внедрение в клетку происходит при механическом повреждении клеточной стенки насекомыми. Насекомые также могут переносить вирусы между растениями, и даже быть промежуточными хозяевами некоторых вирусов. Большинство РНК-вирусов растений +оцрнк, после подготовки (ВТМ), происходит трансляция РНК. Сборка ВТМ из компонентов и РНК показана на рисунке. 21
22 Вирусы грибов и простейших. Большинство миковирусов выделено из Penicillium и Aspergillus. Они содержат дцрнк и сферические полиэдрические капсиды от 25 до 50 нм в диаметре. Известно о возникновении заболеваний грибов, но не обнаружено цитопатических или токсических эффектов. Обнаружены также вирусы (линейная дцднк) инфицирующие фотосинтезирующих простейших. Гигантский Мимивирус (400 нм и п.н.) дцднк обнаружен у Acanthamoeba polyphaga. Амеба, инфицированная гигантскими вирусными частицами мимивируса. Вирусы насекомых. Насекомые переносят вирусы желтой лихорадки, болезни Западного Нила, нескольких типов энцефалитов. В качестве основных хозяев насекомых используют Baculoviridae, Reoviridae, Iridoviridae, Polydnaviridae. Многие инфекции насекомых связаны с образованием телец включений. Личинки заражаются, поедая листья контаминированные тельцами включений. В тканях личинок их концентрация доходит до на личинку. 22
23 Инфицирование вирусами личинок насекомых, для сравнения на правой фотографии представлена здоровая и зараженные личинки Невирусные инфекционные частицы. Вироиды и вирусоиды инфекционные агенты, состоящие из РНК. Вироиды вызывают более 20 болезней растений, представляют замкнутые кольцевые фрагменты оцрнк длиной нуклеотидов. Локализуются в ядре или цитоплазме, не кодируют белковых продуктов и не могут реплицировать себя. Воспроизведение происходит с помощью ДНК-зависимой РНК полимеразы клетки хозяина. Синтез РНК на матрице вироидной РНК приводит к образованию комплементарной оцрнк, которая в свою очередь используется для синтеза вироидной РНК. Сравнение размеров бактерии, вирусов и вироида (х ). 23
25 мембранным белком, который в основном экспрессируется в клетках центральной нервной системы и лимфоретикулярной ткани. Нормальная форма белка PrP обозначается PrPC. Патологическая форма этого белка, обуславливающая инфекционность, была названа PrPSc (форма PrP, связанная со scrapie). PrPSc неотличим от PrPC по аминокислотной последовательности, но имеет другую конформацию. Для прионов отмечено штаммовое разнообразие. Нормальная молекула приона (1) перемещается на поверхностную мембрану, где участвует в передаче нервного импульса. Если такая молекула встречается в клетке с "неправильным" раскрученным прионом (2), она приобретает ее конфигурацию. Постепенно накапливаясь, аномальные прионы формируют на поверхности нейрона фибриллы и бляшки (3). 25
Читайте также:
