Обратная транскрипция вируса краснухи

Общие принципы вирусологии

Цель дисциплины – познакомить студентов с вирусами и субвирусными агентами.

Задача дисциплины - сформировать у студентов представление о:

· месте вирусов и субвирусных агентов в природе

· строении вирусных частиц,

· разнообразии вирусных геномов,

· особенностях взаимодействия вирусов с клеткой и механизмами их репликации,

· природе субвирусных агентов – вироидов, сателлитных РНК и прионах,

IV. Место дисциплины в структуре ООП

Информация об образовательном стандарте и учебном плане:

· тип образовательного стандарта и вид учебного плана – специалитет

· направление подготовки – фармация и лечебное дело

Информация о месте дисциплины в образовательном стандарте и учебном плане:

Для освоения дисциплины необходимо освоение следующих дисциплин: цитологии, органической химии, биохимии, молекулярной биологии, иммунологии

Общая трудоемкость курса – 36 ак. часа

Форма промежуточной аттестации – зачет

V. Форма проведения дисциплины –

Форма проведения дисциплины – лекции

Форма текущего контроля – коллоквиум.

VI. Распределение трудоемкости по разделам и темам, а также формам проведения занятий с указанием форм текущего контроля и промежуточной аттестации:

Трудоемкость (в ак. часах) по формам занятий (для дисциплин) и видам работ (для практик)

Аудиторная работа (с разбивкой по формам и видам)

Наименование разделов и тем дисциплины/наименование разделов (этапов практики)

Раздел I. Общие сведения о вирусах

Тема 1. Краткие сведения о вирусах.

Тема 2. Вирусная инфекция

Тема 3. Структура генетического материала вирусов.

Тема 4. Структура вирусных частиц.

Раздел II. Взаимодействие вируса и клетки.

Тема 1. Проникновение вируса в клетку

Тема 2. РНК-содержащие вирусы.

Тема 3. ДНК-содержащие вирусы.

Коллоквиум по разделам 1 и 2

Раздел III. Синтез компонентов вируса.

Тема 2. Обратная транскрипция.

Тема 3. Синтез вирусных белков

Тема 4. Формирование вирусных частиц

Раздел IV. Онкогенные вирусы и медленные инфекции

Тема 1. РНК-содержащие онкогенные вирусы.

Тема 2. ДНК-содержащие онкогенные вирусы.

Тема 3. Медленные вирусные инфекции.

Тема 4. Прионные болезни

Коллоквиум по разделам 3 и 4

VII. Содержание дисциплины

Раздел I. Общие сведения о вирусах

Тема 1. Краткие сведения о вирусах.

Тема 2. Вирусная инфекция.

Стадии инфекционного цикла. Терминология. История изучения инфекционного цикла. Культивирование клеточных линий. Цитопатический эффект. Синцитиеобразование. Оценка инфекционности вирусов. Методы определения инфекционности. Метод бляшек. Метод конечного разведения. Отношение количества вирусных частиц к количеству бляшкообразующих единиц.

Оценка количества вирусных частиц: гемагглютинация, электронная микроскопия, определение активности вирусных ферментов, иммуноблоттинг, ИФА. Современные методы: использование флуоресцентных белков, ПЦР, секвенирование. Работы Эллис и Дельбрюк. Одиночный цикл размножения фага. Множественность инфекции.

Тема 3. Структура генетического материала вирусов

Классификация вирусов по Балтимору (в зависимости от типа генетического материала). ДНК-содержащие вирусы. Различные типы ДНК-геномов: непрерывный дцДНК, сегментированный дцДНК, оцДНК.

РНК-содержащие вирусы. Различные типы РНК-геномов: дцРНК, оцРНК (+), оцРНК (-). Реассортация сегментированных геномов. Двусмыленная РНК.

Генетика вирусов. Трансформация, трансфекция, мутагенез. Эксперимент Херши-Чейз. Генная терапия.

Тема 4. Структура вирусных частиц.

Общие принципы структуры вирусов. Терминология. Функции вирусных белков. Молекулярная организация вирионов.

Методы изучения структуры вирусных частиц: электронная микроскопия, рентгеноструктурный анализ, криоэлектронная микроскопия, ЯМР-спектроскопия.

Общие принципы структуры вирусов, симметрия. Спиральные вирионы (принципы спиральной симметрии, вирус табачной мозаики). Принципы симметрии сферических вирусов. Икосаэдрические вирусы. Строение оболочечных вирусов. Функции гликопротеинов. Сложные вирусы (аденовирусы, реовирусы, герпесвирусы). Бактриофаги.

Раздел II. Взаимодействие вируса и клетки.

Тема 1. Проникновение вируса в клетку.

Этапы взаимодействия вирусной частицы и клетки. Клеточные рецепторы, необходимые для вирусных частиц. Механизмы проникновения вируса в клетку. Влияние рН на процесс проникновения на примере вируса гриппа. Механизмы регуляции. Молекулярные механизмы проникновения филовирусов в клетку. Взаимодействие простых вирусов с клеточной мембраной. Роль корецепторов в инициации вирусной инфекции. Механизмы проникновения в клеточное ядро.

Тема 2. РНК-содержащие вирусы.

История изучения РНК. Терминология. Типы РНК-геномов. Общие принципы синтеза РНК в клетке. Особенности транскрипции и трансляции (+) РНК-содержащих вирусов. Созревание и выход вирионов из клетки. Репликация и транскрипция (-) РНК-содержащих вирусов с непрерывным геномом. Репликация и транскрипция (-) РНК-содержащие вирусы с сегментированным геномом. РНК-содержащие вирусы с двуцепочечной РНК. Синтез и трансляция вирусных мРНК. Репликация двуцепочечных РНК и созревание вирионов. Синтез РНК как источник генетической изменчивости.

Тема 3. ДНК-содержащие вирусы.

Общие принципы синтеза ДНК в клетке. Особенности репликации вирусных ДНК-геномов. Роль клеточных и вирус-специфических белков в репликации ДНК. Два механизма репликации дцДНК. Обезьяний вирус-40 (SV-40): механизм репликации, роль клеточных и вирусных белков. Парвовирусы: самозатравочный механизм инициации синтеза ДНК. Репликативная форма, надрез (nick) вирусной эндонуклеазой. Инверсия концевых повторов.

Аденовирусы: роль белков в инициации синтеза ДНК. Точка начала репликации (ori) вирусов.

Крупные ДНК-содержание вирусы: механизм репликации вируса простого герпеса и вируса оспы.

Регуляция синтеза вирусных ДНК

Раздел III. Синтез компонентов вируса.

Тема 1. Вирусная транскрипция.

Типы клеточных РНК-полимераз. Понятие о транскрипции вирусных ДНК. Этапы транскрипции. Механизмы инициации транскрипции. Регуляция белкового синтеза на уровне транскрипции. Кэпирование и поладенилирование. Сплайсинг пре-мРНК. Контроль процессинга мРНК при ретровирусной инфекции. Полиаденилирование и сплайсинг при аденовирусной инфекции. Регуляция альтернативного сплайсинга вирусными белками.

Тема 2. Обратная транскрипция.

История открытия и изучения процесса обратной транскрипции. Ретровирусы. Функции вирусной обратной транскриптазы. Механизмы интеграции. Провирус. Ретроэлементы в геноме эукариот. Вирус гепатита В. Строение частиц вируса гепатита В. Структура генома, продукты генов и их функции. Транскрипция ДНК, синтез прегеномной РНК. Механизм репликации вирусного генома, транслокация белковой и РНК-затравок. Общая схема жизненного цикла вируса гепатита В. Эпидемиология гепатита В и его роль в возникновении гепатокарцином.

Тема 3. Синтез вирусных белков.

Тема 4. Формирование вирусных частиц.

Общие принципы сборки вирусных частиц. Механизмы формирования зрелых вирусных частиц. Локализация белков в месте отпочковывания. Механизмы почкования вирусных частиц. Процессы отпочковывания на примере вируса гриппа и ВИЧ. Упаковка вирусной нуклеиновой кислоты. Сигналы упаковки ДНК-содержащих и РНК-содержащих вирусов, вирусов с сегментированным геномом.

Раздел IV. Онкогенные вирусы и медленные инфекции.

Тема 1. РНК-содержащие онкогенные вирусы.

Онкоген, протонкоген, анти-онкоген (супрессор опухоли) – определение понятий.

Онкогенные РНК-содержащие вирусы. Типы структурной организации геномов ретровирусов. Онкогенез в результате вставки промотора, энхансера, трансактивации клеточного генома (вирус Т-клеточного лейкоза человека).

Тема 2. ДНК-содержащие онкогенные вирусы.

Онкогенные ДНК-содержащие вирусы. Истинные вирусные онкогены (механизм действия). ДНК-содержащие онкогенные вирусы как модельная система для исследования молекулярной биологии эукариотической клетки.

Паповавирусы. Общая характеристика. Папилломавирусы. Полиомавирусы. Обезьяний вирус-40 (SV-40): структура, продуктивная и непродуктивная формы инфекции, литическая инфекция. Ранняя транскрипция генов SV-40. Т-антиген - мультифункциональный белок. Репликация ДНК SV-40. Поздняя транскрипция генов. Сборка вириона.

Тема 3. Медленные вирусные инфекции.

Характеристика медленных вирусных инфекций. Факультативные возбудители: вирус кори (подострый склерозирующий панэнцефалит), вирус краснухи (прогрессирующая врожденная краснуха, прогрессирующий краснушный панэнцефалит), вирус клещевого энцефалита (прогредиентная форма клещевого энцефалита), вирус простого герпеса (подострый герептический энцефалит), вирус бешенства (медленная рабическая инфекция). Облигатные возбудители: вирусы JC, ВК, ВИЧ, HTLV 1,2.

Тема 4. Прионные болезни.

Губчатые (спонгиформные) энцефалопатии, свойства, отличающие прионные болезни от других инфекционных заболеваний; история открытия. Роль белка РrРC в организме; Структура и свойства клеточного белка PrPc. Изменение характера укладки полипептидной цепи при превращении белка PrPC в прион PrPSc; механизм копирования конформации. Прионные заболевания человека: наследственные, инфекционные, спорадические; межвидовой барьер, диагностика. Сателлиты. Классификация сателлитов. Сателлитные вирусы. Сателлитные нуклеиновые кислоты (вирусоиды). Вирус гепатита дельта.

VIII. Перечень компетенций, формируемых в результате освоения дисциплины

В результате освоения дисциплины студент должен

· представлять себе место вирусов и субвирусных агентов в системе живой природы

· знать принципы строения вирусов и субвирусных агентов, устройство вирусных геномов вирусов различных групп и способы их экспрессии, способы взаимодействия вирусов и субвирусных агентов с другими организмами.

· уметь использовать полученные знания для применения в области фармации, медицины, медицинской, молекулярной, ветеринарной вирусологии, молекулярной и клеточной биологии, а также смежных областях.

IX. Используемые образовательные, научно-исследовательские и научно-производственные технологии:

В преподавании дисциплины используются демонстрационные компьютерные технологии.

Х. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов, оценочные средства контроля успеваемости и промежуточной аттестации:

Примеры тем для семинаров:

1. История открытия вирусов

2. Гипотезы происхождения вирусов

3. Гигантские вирусы (мимивирус, мегавирус, пандоравирус)

5. Онколитическая виротерапия

6. Вирус Зика: эпидемиология, пути передачи, лечение

7. Вирус Эбола: эпидемиология, профилактика, лечение

8. Современные препараты для профилактики и лечения ВИЧ-инфекции/СПИДа. Микробициды

9. Вирусные препараты для лечения, профилактики и диагностики инфекционных заболеваний

10. Возбудители медленных вирусных инфекций. Прионы. Вироиды

XI. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

, PhD, Wadsworth Center, NYSDOH

Last full review/revision February 2018 by Laura D Kramer, PhD

Вирусы – это мельчайшие паразиты, обычно величиной от 0,02 до 0,3 μ м, хотя недавно были обнаружены несколько очень крупных вирусов длиной до 1 μ м (megavirus, pandoravirus). Размножение вирусов находится в полной зависимости от клеток (бактериальных, растительных или животных). Вирусы имеют внешнюю белковую, а иногда и липидную, оболочку, ядро РНК или ДНК и иногда ферменты, необходимые для первых этапов репликации вируса.

Вирусы классифицируются преимущественно в соответствии с природой и структурой их генома и способом их репликации, а не в зависимости от заболеваний, которые они вызывают. Таким образом, существуют ДНК-вирусы и РНК-вирусы; каждый тип может иметь одинарные или двойные цепи генетического материала. Одноцепочечные РНК-вирусы в свою очередь подразделяются на РНК с положительной полярностью и РНК с отрицательной полярностью. Как правило, ДНК-вирусы реплицируются в ядре клетки-хозяина, а РНК-вирусы обычно реплицируются в цитоплазме. В то же время, некоторые одноцепочечные РНК-вирусы с положительной полярностью, называемые ретровирусами, используют совершенно другой способ репликации.

Ретровирусы используют обратную транскрипцию для создания двухцепочечной ДНК-копии (провируса) их генома РНК, которая встраивается в геном клетки-хозяина. Обратная транскрипция осуществляется с помощью фермента обратной транскриптазы, который вирус несет с собой внутри своей оболочки. Примерами ретровирусов являются вирусы иммунодефицита человека и вирусы Т-клеточного лейкоза человека. После того, как провирус интегрируется в ДНК клетки-хозяина, он транскрибируется с использованием обычных клеточных механизмов для воспроизведения вирусных белков и генетического материала. Если инфицированная клетка относится к зародышевой линии, интегрированный провирус может укорениться как эндогенный ретровирус, который передаётся потомству.

Секвенирование генома человека выявило, что как минимум, 1% генома человека состоит из эндогенных ретровирусных последовательностей, представляющие собой предыдущие контакты с ретровирусами в процессе эволюции человека. Немногие эндогенные ретровирусы человека остаются транскрипционно активными и вырабатывают функциональные белки (например, синтицины, которые участвуют в образовании структуры человеческой плаценты). Ряд экспертов полагает, что некоторые заболевания неясной этиологии, такие как рассеянный склероз, определенные аутоиммунные нарушения, а также различные злокачественные опухоли, могут быть вызваны эндогенными ретровирусами.

Поскольку транскрипция РНК не использует те же самые механизмы для контроля ошибок, что и транскрипция ДНК, РНК-вирусы – в частности, ретровирусы – особенно склонны к мутации.

Для того, чтобы произошло инфицирование, вирус в первую очередь прикрепляется к одиночной или к одной из нескольких рецепторных молекул на поверхности клетки-хозяина. Затем вирусная ДНК или РНК проникает в клетку-хозяин и отделяется от внешней оболочки (декапсуляция вируса) и воспроизводится в клетке-хозяине с участием определенных ферментов. Вновь синтезированные компоненты вируса затем собираются в полноценные вирусные частицы. Клетка–хозяин, как правило, погибает, выделяя новые вирусы, которые заражают другие клетки хозяина. Каждый этап вирусной репликации задействует различные ферменты и субстраты и дает возможность для противодействия процессу инфицирования.

Последствия вирусного инфицирования в значительной степени варьируются. Многие инфекции вызывают острое заболевание после непродолжительного инкубационного периода, а некоторые являются бессимптомными или вызывают несущественные симптомы, которые никак нельзя распознать, кроме как ретроспективно. Многие вирусные инфекции устраняются защитными силами организма, но некоторые переходят в латентную форму, а некоторые становятся причиной хронического заболевания.

При скрытой инфекции вирусная РНК или ДНК остается в клетках-хозяина, но не реплицируется и не вызывает заболеваний в течение долгого времени, иногда в течение многих лет. Латентные вирусные инфекции могут передаваться в течение бессимптомного периода, что облегчает распространение от человека к человеку. Иногда реактивацию вызывает инициирующий фактор (в частности, иммуносупрессия).

К распространённым вирусам, которые переходят в латентную форму, относятся