Вирусы могут репродуцироваться только

ВИРУСЫ (от лат. virus — яд), облигатные внутриклеточные паразиты, вызывающие инфекц. заболевания человека, позвоночных животных, членистоногих, гельминтов, бактерий, простейших, плесневых грибов, растений. В., поражающие бактерии, наз. бактериофагами . В. являются неклеточными формами жизни, обладающими собственным геномом и способными к воспроизведению лишь в клетках более высокоорганизованных организмов. Для В. характерны две формы существования; внеклеточная, или покоящаяся (вирионы, вироспоры, вирусная частица), и внутриклеточная, или размножающаяся, репродуцирующаяся (комплекс вирус — клетка”). Связь между этими формами существования В. осуществляется через нуклеиновую к-ту вириона (носитель генетич. информации), к-рая индуцирует в заражённой [зараженной] клетке вирусоспецифич. синтезы и образование дочерних вирионов. В.— паразиты на генетич. уровне, т. к. их взаимодействие с клеткой — это прежде всего взаимодействие вирусного и клеточного геномов, результатом чего может быть либо острая вирусная инфекция, иногда с цитоцидным эффектом, либо хронич. инфекция, к-рая в ряде случаев может приводить к клеточной трансформации. Внутриклеточный паразитизм В. обусловлен отсутствием у них собственных белоксинтезирующих систем. Для своего воспроизведения В. используют синтетич. аппарат клетки.

Различные виды В. на внеклеточной стадии существования характеризуются размерами от 15—18 до 300—350 нм. Наиболее крупные В. (возбудители оспы, осповакцины) различимы в световом микроскопе, но в основном В. можно увидеть лишь в электронном микроскопе.

Химический состав и структура вирусных частиц. Простые В. состоят только из белка и нуклеиновых к-т. У сложных, более крупных В., поражающих высших животных, наряду с этими компонентами содержатся липиды (в форме гликопротеидов) и белки-ферменты. В отличие от клеточных форм жизни, В. содержат в вирионе один из двух типов нуклеиновых к-т: РНК или ДНК. Нуклеиновые к-ты у В. представлены двухспиральной ДНК (В. оспы, герпеса) или односпиральной РНК (В. полиомиелита, ящура), однако существуют В. с односпиральной ДНК (парвовирусы) и В. двухспиралыюй РНК (реовирусы). Структура генома у многих В. изучена недостаточно. Установлено, что гены (определённое [определенное] число нуклеотидов) расположены в нуклеиновой к-те в определённой [определенной] линейной последовательности, осн. их функция — программирование синтеза вирусоспецифических (функциональных и структурных) белков. Нуклеиновая к-та в вирусной частице окружена защитной белковой оболочкой (капсидом). Нуклеиновая к-та с капсидом наз. нуклеокапсидом. У просто организованных В. термины “нуклеокапсид” и “вирусная частица” (вирион) тождественны. У сложно устроенных В. наряду с капсидом имеется ещё [еще] одна или неск. внешних (белковых или липидных) оболочек (суперкапсид). Белковая оболочка В. построена из идентичных полипептидных цепей, уложенных в определённом [определенном] порядке, обусловливающем тип симметрии (спиральный или кубический). Капсид предохраняет нуклеиновую к-ту В. от неблагоприятных воздействий внешней среды; обеспечивает адсорбцию В. на клетке хозяина благодаря сродству рецепторов, расположенных на поверхности капсида и клетки. С капсидом связаны также антигенные и иммуногенные свойства В. С помощью электронного микроскопа в капсиде выявляют комплексные группы его структурных единиц — капсомеры. Их число у различных В. колеблется от 12 до неск. сотен и более (рис.).

Размножение (репродукция) В. происходит в клетках хозяина и включает неск.стадий: адсорбцию и проникновение В. в клетку; синтез вирусоспецифич.ферментов — “ранних” белков, необходимых для воспроизведения (репликации) вирусной нуклеиновой к-ты; репликацию вирусной нуклеиновой к-ты; синтез информационных РНК (при репродукции ДНК-содержащих В.), кодирующих поздние белки, входящие в состав вирионов, а также формирование вирионов; освобождение дочерних вирусных частиц во внешнюю среду.

В. имеют или собственные вирусоспецифич. ферменты репликации, заключённые [заключенные] в структуре вириона, или ферменты, закодированные в вирусном геноме и появляющиеся в инфицированной клетке перед началом репликации вирусной ДНК или РНК. Напр., у В. оспы в составе вирионов имеются собств. высокоснецифич. транскриптазы; в составе онкорнавирусов содержится обратная транскриптаза. У аденовирусов репликация ДНК обеспечивается клеточными ферментами. В. могут репродуцироваться в организме естественно восприимчивых животных, куриных эмбрионах, культурах клеток и переживающих эксплантатах органов и тканей (В. не удаётся [удается] культивировать на искусств. питательных средах). Как в естеств., так и экспериментальных условиях спектр патогенности В. различен. Имеются В. полипатогенные, поражающие широкий круг животных (В. бешенства, болезни Ауески), и монопатогенные (В. чумы свиней, инфекц. ларинготрахеита кур и др.). Между этими представителями имеется обширная группа В. различных классов и семейств, обладающих разным спектром патогенности.

Вирусы — группа ультрамикроскопических облигатных внутриклеточных паразитов, способных размножаться только в клетках живых организмов (многоклеточных и одноклеточных). Среди них имеются возбудители заболеваний человека, животных, растений, насекомых, простейших и микроорганизмов.

Вирусы были открыты в 1892 г. Д. И. Ивановским при изучении причин гибели табака от мозаичной болезни, выражающейся в появлении пятен на листьях растений. Ученый обнаружил, что здоровое растение получает возбудителя с соком больного растения даже после пропускания этого сока через бактериологические фильтры. Следовательно, болезнь вызывает организм, который способен проходить через бактериологические фильтры. Эти микроорганизмы назвали фильтрующимися вирусами, а затем просто вирусами.

Вирусы обладают следующими характерными особенностями, отличающими их от других микроорганизмов:

• • не имеют клеточного строения;
• • не способны к росту и бинарному делению;
• • не имеют собственных систем метаболизма;
• • содержат нуклеиновые кислоты только одного типа — ДНК или РНК;
• • используют рибосомы клетки-хозяина для образования собственных белков;
• • не размножаются на искусственных питательных средах и могут существовать только в организме восприимчивого к ним хозяина.

Обычно вирусы существуют в двух формах — внеклеточной в виде так называемого вириона и внутриклеточной, называемой репродуцирующимся, или вегетативным, вирусом. У вириона отсутствует обмен веществ, он не растет и не размножается. Внутриклеточная форма представляет собой активный агент, который, попав в клетку хозяина (растения, животного, микроорганизма), использует ее биосинтетический и энергетический аппарат для репродукции новых вирусов, а впоследствии может вызвать и гибель самой клетки. Следовательно, только в клетке хозяина вирус способен функционировать и репродуцироваться, приобретая свойства живого организма.

Химический состав вирусов довольно прост. Число химических соединений, из которых они состоят, невелико. Вирусы представляют собой нуклеоп роте иды и состоят из нуклеиновой кислоты и нескольких кодируемых ею белков. Нуклеиновые кислоты вирусов отличаются значительным разнообразием, превосходя в этом отношении даже клеточные формы жизни — эукариот и прокариот.

Как известно, в состав клеток входят ДНК и РНК, в то время как вирусы содержат только один тип нуклеиновой кислоты — ДНК или РНК. Поэтому все вирусы подразделяют на две группы — ДНК-геномные и РНК-геномные. Обычно вирусы растений содержат РНК-геномы, вирусы человека и животных как ДНК-, так и РНК-геномы. Почти все бактериофаги ДНК-геномны.

Сложно организованные вирусы (вирусы животных и человека) сложны по химическому составу и содержат дополнительные белковые или липопротеидные оболочки. Кроме нуклеиновой кислоты и белков, они содержат липиды в наружных оболочках и углеводы в составе белков наружных оболочек (гликопротеидов). Некоторое количество липидов есть у бактериофагов и ряда крупных вирусов растений. У некоторых сложных вирусов выявлены ферменты. У бактериофагов также обнаружены ферменты — лизоцим и аденозинтрифосфатаза.

Один из наиболее хорошо изученных фитопатогенных вирусов — вирус табачной мозаики (ВТМ). В 1935 г. У. Стенли выделил и получил этот вирус в кристаллической форме. При введении в рас-

Рис. 28. Электронные микрофотографии вирусов животных, растений и бактерий: слева — коровьей оспы, заболеваний насекомых, бактериофага ТЗ. полиомиелита; справа — гриппа, бактериофага Г2. папилломы кроликов, мозаики табака

тение табака кристаллы вызывали симптомы мозаичной болезни. Получены в кристаллическом виде и многие другие вирусы.

Изучение вирусов под электронным микроскопом показало, что они разнообразны по форме и имеют довольно сложное строение. Различают следующие формы вирусов: палочковидную, при которой вирус имеет вид прямого цилиндра (вирус табачной мозаики); нитевидную, представляющую эластичные изгибающиеся нити (некоторые вирусы растений и бактерий); сферическую, сходную с многогранниками (вирусы животных и человека); кубовидную, по виду напоминающую параллелепипед с закругленными краями (вирусы животных и человека); булавовидную, характеризующуюся наличием головки и отростка (вирусы бактерий и актиномицетов) (рис. 28).

Внеклеточная форма существования вируса, вирион, состоит из нуклеиновой кислоты и белка. Нуклеиновая кислота уложена в виде спирали и окружена белковой оболочкой, называемой капсидом. Последний образован большим числом субъединиц белка — капсамеров, которые, в свою очередь, представлены одной или несколькими молекулами белка. Белковый капсид, объединенный с нуклеиновой кислотой (ДНК или РНК), носит название нуклеокапсида. По способу укладки капсомсров выделяют капсиды, построенные по спиральному и кубическому типам симметрии. В первом случае капсид имеет цилиндрическую форму, во втором — форму многогранника. К вирусам со спиральным типом симметрии относят вирус табачной мозаики.

Рис. 29. Т-бактериофаг. Электронная микрофотография (по: С. Бреннер)

Для многих вирусов бактерий, или фагов, характерен так называемый сложный тип симметрии: головка фага имеет форму многогранника (кубическая симметрия), хвостовой отросток — форму цилиндра (спиральная симметрия) (рис. 29).

Размеры вирусов определяют различными способами: по размеру пор фильтров, пропускающих вирусы, по скорости осаждения вирусов при центрифугировании и при помощи фотографий, полученных в электронном микроскопе. Размеры вирионов вирусов колеблются в довольно широких пределах — от 15 до 400 нм. В обычный световой микроскоп отдельные вирусные частицы не видны, но в пораженных вирусом клетках часто можно различить тельца-включения, представляющие собой, как считают, гигантские колонии вирусов.

Вирусы специфичны, они паразитируют только на определенных хозяевах — растениях, животных или микроорганизмах. Это обусловливает распределение вирусов на группы на основе типа хозяев. В последнее время при классификации вирусов принимают во внимание их строение, чувствительность к внешним факторам и т. д. Выделяют группы вирусов, патогенных для растений, животных и, наконец, для микроорганизмов. Вирусы бактерий и актиномицетов называют соответственно бактериофагами и актииофагами. Известны субмикроскопические агенты — микофаги, поражающие грибы, и цианофаги, паразитирующие на цианобактериях.

Вирусы нс размножаются в почве, но могут долго сохраняться в ней, если условия исключают их инактивацию. Так сохраняются вирусы мозаичной болезни пшеницы, овса и табака, кольцевой пятнистости картофеля и др. Некоторые вирусы человека и животных, попадая в почву, остаются инфекционными в течение нескольких месяцев.

Фаги — облигатные паразиты микроорганизмов — открыли независимо друг от друга в 1915 г. Ф. Туорт ив 1917 г. Ф. Д. Эррель. Длина головки фага достигает 60—100 нм, отростка — 100—200 нм. Призматическая головка фага покрыта оболочкой из упорядоченно расположенных капсомсров. Внутри головки находится одна или две нити ДНК.

Отросток представляет собой белковый стержень, покрытый сверху чехлом из спирально расположенных капсомеров, способных к сокращению. Обычно отросток оканчивается базальной пластинкой с пятью-шестью выростами. От пластинки отходят тонкие нити — органы адсорбции. Через отросток из головки фага ДНК переходит в клетку микроорганизма.

Механизм проникновения бактериофага в бактерии подробно изучен. Обычно фаг адсорбируется чувствительной к нему клеткой бактерии. Затем содержимое головки (ДНК) переходит в бактерию, а оболочка остается снаружи. После нападения фага бактерия утрачивает способность к делению, перестает двигаться. Метаболизм бактериальной клетки перестраивается под влиянием ДНК фага, и клетка начинает производить продукты не собственного обмена, а бактериофага, и в результате в ней происходит интенсивное образование частиц бактериофага. Затем клеточная стенка бактерии растворяется, и из нес выходят зрелые бактериофаги. Одна клетка бактерии становится источником нескольких сотен и даже тысяч бактериофагов.

При наблюдении колоний бактерий на агаре лизирующее действие бактериофага видно по образованию прозрачных зон вокруг колоний, а на жидкой среде — но уменьшению мутности бактериальной суспензии.

Растворять (лизировать) данный вид бактерий способен только вирулентный к нему фаг. Нередко бактериальная клетка инфицируется фагом, который может в ней существовать, не вызывая лизиса. При размножении бактерии инфекционное начало переходит в дочерние клетки. Бактериофаги такого характера называют умеренными, а бактерий — передатчиков данных фагов — лизогенными. При определенных условиях лизогенные культуры бактерий могут быть лизированы находящимся в них фагом. Каждый фаг способен поражать бактерий одного вида или группы близких видов.

Исследовано большое число фагов, поражающих рахзичных микроорганизмов. Известны фаги, лизирующие бактерии родов Pseudomonas, Bacillus, Rhizobium, Streptococcus, Staphylococcus; актиноми исты рода Streptomyces; микобактерии рода Mycobacterium и др. Фаги встречаются в воде, почве и других природных объектах. Некоторых фагов используют в медицине для профилактики заболеваний.

1. Назовите основные группы водорослей и их свойства. 2. Какие группы простейших широко представлены в почве? 3. Чем отличаются микромицс- ты от миксомицетов? 4. Что представляют собой вирусы и какие организмы они способны заражать?

В 1901 американский военный хирург У.Рид и его коллеги установили, что возбудитель желтой лихорадки также является фильтрующимся вирусом. Желтая лихорадка была первым заболеванием человека, опознанным как вирусное, однако потребовалось еще 26 лет, чтобы ее вирусное происхождение было окончательно доказано.

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 (см. 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

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.

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

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.

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.

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. См. также РЕТРОВИРУСЫ.

КЛАССИФИКАЦИЯ 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.

ВИРУСНЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ

Хотя вирусы не являются полноценными живыми организмами, их эволюционное развитие имеет много общего с эволюцией других патогенных организмов. Для того чтобы сохраниться как вид, ни один паразит не может быть слишком опасным для своего основного хозяина, в котором размножается. В противном случае это привело бы к полному исчезновению хозяина как биологического вида, а вместе с ним и самого возбудителя. В то же время любой патогенный организм не сможет существовать как биологический вид, если у его основного хозяина слишком быстро и эффективно развивается иммунитет, позволяющий подавлять репродукцию возбудителя. Поэтому вирус, вызывающий острое и тяжелое заболевание у какого-либо вида животных, обычно имеет еще и другого хозяина. Размножаясь в последнем, вирус не наносит ему (как виду) существенного вреда, однако такое относительно безвредное сосуществование поддерживает циркуляцию вируса в природе. Так, например, вирус бешенства в природе сохраняется среди грызунов, для которых заражение этим вирусом не является смертельным.

Природным резервуаром для вирусов лошадиных энцефалитов, особо опасных для лошадей и в несколько меньшей степени для человека, являются птицы. Эти вирусы переносятся кровососущими комарами, в которых вирус размножается без существенного вреда для комара. Иногда вирусы могут передаваться насекомыми пассивно (без размножения в них), однако чаще всего они репродуцируются в переносчиках.

Для многих вирусов, например кори, герпеса и отчасти гриппа, основным природным резервуаром является человек. Передача этих вирусов происходит воздушно-капельным или контактным путем.

Распространение некоторых вирусных заболеваний, как и других инфекций, полно неожиданностей. Например, в группах людей, проживающих в антисанитарных условиях, практически все дети в раннем возрасте переносят полиомиелит, обычно протекающий в легкой форме, и приобретают иммунитет. Если же условия жизни в этих группах улучшаются, дети младшего возраста обычно полиомиелитом не болеют, но заболевание может возникнуть в более старшем возрасте, и тогда оно часто протекает в тяжелой форме.

Возбудители некоторых болезней, в том числе очень тяжелых, не укладываются ни в одну из вышеперечисленных категорий. К особой группе медленных вирусных инфекций еще недавно относили, например, болезнь Крейтцфельда – Якоба и куру – дегенеративные заболевания головного мозга, имеющие очень продолжительный инкубационный период. Однако оказалось, что они вызываются не вирусами, а мельчайшими инфекционными агентами белковой природы – прионами (см. ПРИОН).

Репродукция вирусов тесно переплетается с механизмами синтеза белка и нуклеиновых кислот клетки в зараженном организме. Поэтому создать лекарства, избирательно подавляющие вирус, но не наносящие вреда организму, – задача чрезвычайно трудная. Все же оказалось, что у наиболее крупных вирусов герпеса и оспы геномные ДНК кодируют большое число ферментов, отличающихся по свойствам от сходных клеточных ферментов, и это послужило основой для разработки противовирусных препаратов. Действительно, создано несколько препаратов, механизм действия которых основан на подавлении синтеза вирусных ДНК. Некоторые соединения, слишком токсичные для общего применения (внутривенно или через рот), годятся для местного использования, например при поражении глаз вирусом герпеса.

Известно, что в организме человека вырабатываются особые белки – интерфероны. Они подавляют трансляцию вирусных нуклеиновых кислот и таким образом угнетают размножение вируса. Благодаря генной инженерии стали доступны и проходят проверку в медицинской практике интерфероны, производимые бактериями (см. ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ).

К самым действенным элементам естественной защиты организма относятся специфические антитела (специальные белки, вырабатываемые иммунной системой), которые взаимодействуют с соответствующим вирусом и тем самым эффективно препятствуют развитию болезни; однако они не могут нейтрализовать вирус, уже проникший в клетку. Примером может служить герпетическая инфекция: вирус герпеса сохраняется в клетках нервных узлов (ганглиев), где антитела не могут его достичь. Время от времени вирус активируется и вызывает рецидивы заболевания.

Обычно специфические антитела образуются в организме в результате проникновения в него возбудителя инфекции. Организму можно помочь, усиливая выработку антител искусственно, в том числе создавая иммунитет заранее, с помощью вакцинации. Именно таким способом, путем массовой вакцинации, заболевание натуральной оспой было практически ликвидировано во всем мире. См. также ВАКЦИНАЦИЯ И ИММУНИЗАЦИЯ.

Для приготовления вакцинных препаратов необходимо накопить вирус. С этой целью часто используют развивающиеся куриные эмбрионы, которых заражают данным вирусом. После инкубирования зараженных эмбрионов в течение определенного времени накопившийся в них вследствие размножения вирус собирают, очищают (центрифугированием или другим способом) и, если нужно, инактивируют. Очень важно удалить из препаратов вируса все балластные примеси, которые могут вызывать серьезные осложнения при вакцинации. Конечно, не менее важно убедиться, что в препаратах не осталось неинактивированного патогенного вируса. В последние годы для накопления вирусов широко используют различные типы клеточных культур.

МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ВИРУСОВ

Работы с бактериофагами способствовали расширению методического арсенала в изучении вирусов животных. До этого исследования вирусов позвоночных выполнялись в основном на лабораторных животных; такие опыты были очень трудоемки, дороги и не очень информативны. Впоследствии появились новые методы, основанные на применении тканевых культур; бактериальные клетки, использовавшиеся в экспериментах с фагами, были заменены на клетки позвоночных. Однако для изучения механизмов развития вирусных заболеваний эксперименты на лабораторных животных очень важны и продолжают проводиться в настоящее время.

Вирусы имеют одну нуклеиновую кислоту, являются паразитами внутрикл-ми, не имеют клетки.

Вирусология – изучает вирусы. Зародилась в 19 веке. Основоположник – Ивановский, в 1892 году изучал мозаичную болезнь табака и установил, что возбудитель этого заболевания проходит через бактериальные фильтры и не растет на питательных средах. Этот организм он назвал фильтрующейся бактерией. В 1898 году Голландский ученый Бейлинг подтвердил результаты исследования Ивановского. В 20 веке вирусология получает бурное развитие. Изучены вирусы на молекулярном, субмолекулярном уровне. Разработаны методы культивирования. Последовательно были открыты вирусы, которые поражают не только растения, но и многие другие вирусы. В 1898 году Лефрер и Фрош открыли вирус Ящера, поражающий животных. В 1908 году Ландштейнер и Копер открыли вирус полиомиелита. В 1917 году ДэЭррель открыл бактериофаги.

До открытия вирусов уже были созданы вакцины против вирусных заболеваний. В 1796 году была разработана первая вакцина Дженером(вакцина против натуральной оспы)

Профилактика против Оспы была обязательна. 1971 – заболевание побеждено. !885 год – Пастер создал антиробическую вакцину. Интреференция – один вирус препятствует репродукции другого. Открыто более 500 зоопатогенных вирусов. Вирусы – возбудители массовых заболеваний – Корь, Грипп, ОРВИ, гепатит. Около 80% инфекций – это вирусные инфекции. ВИЧ инфекция – иммунодефицитное состояние, лейкозы. Для 150 вирусов показан онкогенный эффект. Вирусы способны проникать через плаценту – трансплацентарно. Основная причина врожденных уродств, смертей и патологий.

Для профилактики вирусных инфекций разработаны вакцины. Субединичные вакцины, генноинженерные, рекомбинантные вакцины.

Вирусы относятся к царству Vira. Слово вирус введено Пастером, означает яд. Вирусы могут существовать в 2х формах –внутриклеточная - вирус и внеклеточная – вирион.

Строение вириона. По морфологии, вирионы бывают

Сферические – вирус Гриппа, кори

Палочковидная – имеет вирус табачной мозаики.

Кубическая форма – аденовирус

Размеры. Измеряются в нанометрах. От 20 до 350 Нм. Не видны в световом микроскопе. Можно изучить только в электронном микроскопе. При некоторых вирусных инфекциях в клетках образуются включения, которые видны в световом микроскопе и которые мы используем для диагностики.

Включения – это может быть место скопления вирусов в клетке, либо реакция клетки на вирус. Могут быть в цитоплазме, ядре клетки. Они изучаются в обычном световом микроскопе.

Структура вириона. В центре находится нуклеиновая кислота – ДНК или РНК. Только одна либо либо. Нуклеиновая кислота окружена белковой оболочкой – капсидом.

Капсид закрывает нуклеиновую кислоту. Они формирую нуклеокапсид вируса. Капсид построен из субъединиц – капсомеров. Капсомеры – скрученные в клубок, белковые молекулы. У некоторых сложных вирусов имеется снаружи суперкапсид, либо протеидная оболочка. В суперкапсид встроены гликопротеидные шипы, в которых находятся ферменты вируса. Количество капсомеров в капсиде и их расположение строгоопределенно. По этому выделяют типосимметрию вирусов.

1 тип – спир. тип симметрии – нукл. К-та в виде спирали, а капсомеры уложены винтообразно.

2 тип – кубический тип симметрии. Нуклеиновая кислота в виде клубка – капсид многогранник и косаидр в плоскостях которого уложены капсомеры.

3 тип – комбинированный тип симметрии. Нуклеиновая кислота в виде спирали, а капсид построен по кубическому типу.

Химический состав вирусов.

1 нуклеиновая кислота. И РНК и ДНК могут быть одно и двуничетыми, линейными и кольцевыми и могут быть непрерывными или фрагментированными. ДНК несет генетическую информацию и может нести в обеих нитях. РНК у вирусов может нести генетическую наследственную информацию. РНК бывает 2х типов. РНК+, она несет информационную функцию. РНК-, она не несет информационной функции.

Особенности нукл. кислот. Они инф-ные. Нукл. кислоты могут иметь необычные азотистые основания и это приводит к тому, что ДНК клетки в которой находятся вирусы не способна выполнять матричную функцию. В составе ДНК может быть глюкоза. За счет глюкозы – устойчивость.

2 компонент вириона – белки. С вирусом связаны 2 вида белков – структурные, они субъединичны и способны к самосборке.

2 тип белков – функциональные не структурные. Это белки предшественники, белки ферменты и белки регуляторы. Они участвуют в репродукции вируса на той или иной стадии.

Особенности белков – Способны к самосборке, концевые группы аминокислот в молекуле белка могут быть заблокированы, спрятаны, поэтому устойчивы к протеазам.

Белки несут функции – защитная роль, участвуют в репродукции вируса, адресная функция – взаимодействуют с определенными рецепторами, обеспечивают проникновение вируса в клетку.

Липиды есть только в суперкапсиде, липиды могут быть липидами клетки хозяина, и липиды выполняют функцию стабилизации структуры вируса.

Углеводы. В составе гликопротеидных шипов, они выполняют функцию защиты от протеаз, обеспечивают конформацию белковой молекулы.

Есть ферменты. Ферменты, участвующие в репликацию вируса ДНКполимеразы, трансвектазы, уникальный фермент, как у ВИЧ – обратная транскриптаза(РНК зависимая ДНК полимераза). Лигазы тоже участвуют в репродукции.

Ферменты проникновения – нейроменидаза(N) и гемаглютинин(H). Эти ферменты несут антигенные качества. Изменяют структуру клеточной мембраны и обеспечивают проникновение вируса в клетку.

Природа и особенности вируса. У них одна нуклеиновая кислота. У них ультрамикроскопические размеры. У них отсутствует белок синтезирующая система – они заставляют работать клетку на себя. У них отсутствует система иммобилизации энергии(используют энергию клетки). У них нет роста и бинарного деления. Репродукция – воспроизведения частиц. Они внутриклеточные и генетические паразиты. То, что это живой организм подтверждается, т.к. они способны к размножению, способны к изменчивости, к адаптации и имеют наследственность.

Происхождение вирусов. Имеется 3 гипотезы – результат регрессии бактерий, возможно они потомки доклеточных форм жизни, возможно они произошли от клеточных генетических элементов. Ни одна из гиппотиз не объясняет многообразия вирусов.

Репродукция вирусов – воспр-ние новых вирусных частиц при взаимодействии вируса и клетки

Цикл репродукции вирусов складывается из 3х периодов – начальный период –

1 фаза – абсорбция вируса на клетке, вирусы прикрепляются к рецепторам на клетке, за счет специфического взаимодействия прикрепительных белков(p) и соответствующих рецепторов клетки. За счет этого вирусы имеют определенный тропизм к клеткам.

2 фаза – проникновение вируса в клетку. Происходит 2мя путями. 1ый - эндоцитоз или виропексис. Вирус прикрепляется к рецептору в специальной ямке, это окамленная ямка. Ямка инвагинирует, образуется вакуоль – эндосома, которая сливается с вакуолями клетки и образуется рецептосома, в составе которой вирус доставляется либо в ядро, либо к рибосомам. 2ой путь проникновения – путем слияния, происходи за счет точенчных взаимодействий вирусного белка слияния(F) белка с липидами клеточных мембран. В результате вирусный суперкапсид интегрирует в клеточную мембрану, а нуклеокапсид попадает в клетку.

3я фаза – раздевание вируса – удаляются вирусные оболочки, высвобождается

Вирусная нуклеиновая кислота, чаще под влиянием лизосомальных ферментов. В результате в клетке только нуклеиновая кислота, наступает 2й период - латентный период, в клетки вируса не имеем, имеем только НК. В латентный период – репликация генома, транскрипция и трансляция.

Репликация генома – синтез молекулы НК аналогичной молекуле вируса. На ДНК матрице с помощью ДНК полимеразы синтезируется вирусная ДНК. На РНК - строится комплиментарная РНК а затем вирусная РНК с помощью РНК полимеразы. В результате репликации образовалась НК вируса. В это же время происзодит процесс транскрипции.

Транскрипция – процесс переписывания информации с ДНК на иРНК(На ДНК с помощью РНК полимеразы, образуется иРНК) РНК также может перейти в иРНК. Если РНК не несет информационную функцию(РНК-), то процесс может происходить по разному – строится иРНК с помощью РНК полимеразы.

На РНК- с помощью РНК зависимой РНК полимеразы строится ДНК транскрипт и на нем иРНК.

Вирусы могут давать интегративный процесс ДНК вирусов или ДНК транскрипт с помощью ферментов могут встраиваться в геном клетки. Этот процесс – вирогения, а встроенный вирус – провирус.

Смысл интеграции – при интеграции сохраняется генетическая информация вируса и передается клеточному потомству. В зависимости от места встраивания вирусная ДНК может нарушать клеточные процессы, вызывать ее трнсформацию вплоть до онкогенной.

Вирусоподобные структуры – это автономные генетические структуры, но они способны функционирвоать только в клетке. Относятся дефектные вирусы, сателлиты, прионы и вироиды.

Дефектные вирусы – способны репродуцироваться только в присутствии полноценных биологически близких к ним вирусов. У них может быть дефект репликации генома, либо дефект синтеза белка

Сателлиты (спутники) – всегда дефектные по репликации и способные репродуцироваться в присутствии не родственных им вирусов. Есть аденосателиты, вирусы герпеса.

Прионы – это белковые инфекционные частицы. Прионы контагиозны, способны вызывать ряд заболеваний у человека, в клетках в норме предсуществуют прионные белки. Они участвуют в процессах жизнедеятельности клетки. Если попадает прион инфекционный – то идут конформационные изменения собственного прионного белка, накапливается прионный белок и поражаются нейроны. Прионы вызывают скрытую инфекцию, слабоумие и пр.

Вироид – молекула, кольцевой суперспиралезованной РНК. Полагают, что вироиды происходят от интронов транспазонов клетки(скачущие гены), путем кольцевания и отрезания. Вироиды вызывают заболевания растений(в патологии человека не установлено) – пальмы, хризонтеммы и картофель.

Критерии классификации вирусов – учитывается тип нуклеиновой кислоты, строение вириона, феномены генетических взаимодействий, учитывается круг восприимчивых хозяев, патогенность вируса, географическое распространение, способ передачи и антигенные свойства.

Внутри царства выделяют группы - РНК и ДНК содержащих вирусов. Группы подразделяют на подгруппы однонитевых и 2хнитевых с оболочкой и без оболочки. Выделяют семейство, подсемейство, род вирусов, тип и отдельных представителей.

Номенклатура вирусов – известно более 37 семейств вирусов и семейства обозначаются суффиксом viridae. Под семейство – virinae и род обозначается суффиксом virus. Внутри рода – серотипы.

Культивирование и индикация вирусов.

В организме восприимчивого лабораторного животного

В развивающемся курином эмбрионе

В культурах клеток(тканей)

В организме восприимчивых животных. Испольщуют различных животных – мышей, морскихз свинок, обезьян(полиомиелит). Заражение вн/брюшинно, вн/мышечно, в мозг. Более восприимчивы молодые животные.

По морфологическим изменениям в органе, клетках животного

В развивающемся курином эмбрионе(РКЭ) – жизнеспособный эмбрион. Заражение либо внутри желточный укол, либо на хориноаллантоисную оболочку. Индикация:

1. Нарушение развития эмбриона вплоть до гибели.

2. Включения в клетках эмбриона

3. Для обнаружения вируса в жидкостях – РГА – эритроциты + вирус = гемагглютинация. Реакция склеивания эритроцита под влияние вирусов имеющих гемагглютинин и нейроменидазу.

Культивирование на культуре клеток. Культура клеток – клетки макроорганизма, которые поддерживаются in vitro. Используется среда 199 или среда Игла.

Типы тканевых культур клеток.

По технике приг-ния культуры клеток могут быть однослойные, суспензионные и органные.

Этапы приготовления однослойной трипсинизированной культуры клеток. Используют ткани органов, опухолевые ткани или эмбриональные ткани – те, которые быстро размножаются.

Ткань механически измельчается

Дезагрегация клеток трипсином. Трипсин разрывает межклеточные связи

Изучение клеток и внесение определенного количества их в среду 199.

Клетки оседают на поверхности стекла, размножаются, образуют монослой.

По числу жизнеспособной генерации выделяют следующие типы тканевых культур

Первичные – выдерживают 5-10 пассажей. Культура клеток типа фибробластов

Полуперививаемые ткани – до 100 пассажей. Диплоидные клетки легких человека.

Индикация репродукции вируса.

Результатом репродукции вируса является ЦПД – цитопатическое действие. Вирус репродуцируется, клетки гибнут. По характеру ЦПД оценивается патогенность вируса. ЦПД может проявляться регенерацией клеток, гибель, пролиферация, включения, образование симпластов – многоядерные клетки.

Можно использовать для индикации реакцию Гемадсорбции. На клетках, содержащих вирус с гемагглютинином адсорбируются эритроциты.

Иммунофлюоресценции. Антитела, меченные флюорохромом взаимодействуют с вирусом в клетке и клетки светятся.

Цветная проба. Клетки, за счет метаболизма выделяют кислые продукты и цвет среды 199 меняется с красного на желтый. Если в клетках репродуцируется вирус, клетка погибает, метаболизм не наблюдается, цвет среды остается красным.

Выявление бляшкообразования на культуре клеток.

Метод интерференции. Если вирус не обладает ЦПД, то добавляют цитопатогенный вирус, но ЦПД не наблюдают, т.к. первый вирус препятствует проникновению в клетки цитопатогенного вируса – это явление Интерференция

Лабораторные методы диагностики вирусных инфекций.

Вирусоскопический метод, быстрая диагностика. Основан на обнаружение вируса или его компонентов в материале от больного. 1. Электронная сикроскопия(увидеть вирус в тканях). 2. Выявление включений 3. Выявление ЦПД(цитопатического действия) вирусов. 4. Метод иммунофлюоресценции. 5. Для обнаружения генома вируса ПЦР 6. Методом молекулярной гибритизации. Основан на способности однонитевой НК вступать во взаимодействие с комплиментарными нитями. ДНК вирусов денатурируют, расплетают, добавляют ДНК зонд(нить ДНК меченная ферментом или изотопом) образуется гибрид, который можно выявить ИФА или РИА(радио-имунный анализ) 7. Вирусы и их антигены можно обнаружить с помощью твердофазного имунноферментного анализа тифа. По степени изменения цвета делают выводы о субстрате.

Виросологический метод диагностики. 3 этапа – выделение, индикация, идентификация – основана на использовании известных антител, котоыре нейтрализуют вирус. Для идентиифкации используют реакции нейтрализации на животных – РН. Реакция нейтрализации на культуре клеток. Можно использовать реакцию торможения гемагглютинации. Антитела нейтрализуют вирус и не наблюдается реакция гемаглютинации

Серологический. Основан на выявлении антител в сыворотке больного. Испольуют парные сыворотки, наблюда.т нарастание титра антител в4 и более раз, определяют класс Ig – ИФА, флюоресцирующих антител, цветную пробу. Используют реакции преципитации, РПГА(реакция пассивной гемаглютинации), иммуноблотинг – выявление антител к отдельным структурным белкам вируса

Вирусы имеют генотип и определенный генотип.

Геном может содержать от 3х до 150 генов. Выделяют структурные гены, регуляторные, промоторы. Для вирусов характерна фенотипическая(мутации) и модификационная изменчивость. При репродукции в клетку попадают несколько вирусов и они вступают во взаимодействие. Выделяют генотипические и негентические взаимодействия – взаимодействяи между геномами вирусов. К ним относят – рекомбинацию, обмен генетического материала между вирусами. И рекомбинант несет свойства обоих вирусов.

Гетерозиготность – в одном вирусе объединяются геномы 2х вирусов.

Негенетические взаимодействия происходят между продуктами деятельности гена. Негенетическое взаимодействие – интерференция – один вирус препядствует репродукции другого за счет индукции синтеза интерферона.

Фенотипическое смешивание Геном одного вируса заключается в капсид другого. Значение изучения генетики вируса

Изучение свойств вируса

использопнин промоторов в генной инженерии

Вирусную инфекцию можно рассматривать на уровне взаимодействия вируса и клетки. И на уровне развития патологического процесса в макроорганизме. Если рассматривать вирусную инфекцию на уровне клетки то выделяют:

Автономная инфекция – вирусный геном реплецируется внеклеточного генома.

Интеграционная инфекция – вирусный геном встраивается в клеточный и с ним вместе реплецируется

Продуктивная инфекция. Проходит весь цикл репродукции. Образуется инфекционное потомство.

Выделяют абортивную инфекцию, когда инфекционного потомства не образуется.

Цитолитическая инфекция, когда наблюдается гибель клеток.

Нецитолитическая инфекция. Клетка в течении какого то времени сохраняется

По локализации – очаг. инфекция и генерал. инфекция (вторичные очаги, например при кори),

по продолжительности – острая – после образования потомства клетка либо гибнет, либо освобождается от инфекции. Персистирующая – протекает упорно, длительно. По продолжительности персистенция может быть – латентная инфекция, когда инфекционные вирусы не выделяются, хроническая инфекция, она протекает с ремиссиями и обострениями – герпетическая, медленная инфекция – характеризуется длительным инкубационным периодом, прогрессирующим течением и летальным исходом.

Пути проникновения вируса в организм. Алиментарный, контактный, воздушно-капельный путь передачи, алиментарный, трансмессивный, перкутанный – через кожу, половой путь, парэнтералный(минуя ЖКТ), вертикальный путь передачи, когда вирусны геном интегрирует в клеточный и клетками передается через плаценту.

Пути распространения вирусов в организме.

Вирусы могут распространяться гематогенно , лимфогенно, по ходу нервных стволов, по периневральным пространствам, по межкл. пространствам за счет слияния мембран клеточных.

Особенности противовирусно иммунитета.

Основная особенность в том, что защита макроорганизма направлена не на уничтожение вируса, а на подавление репродукции вируса. Это осуществляется неспецифическими механизмами защиты – ареактивность клеток. Выделение ингибиторов на слизистых. Лихорадка. Фагоцитоз. Вирусы не фагоцитируются, поскольку малы, но фагоциты уничтожают инфецированные вирусом клетки.

Система интерферона – гликопротеиды с различной молекулярной массой.

Интерфероны синтезируются всеми клетками макроорганизма. Под влияниями индукторов. Такими индукторами могут быть более 200 веществ – вирусы, бактериальные токсины, митогены, растительные и синтетические вещества. Свойства интерферонов.

Они имеют тканевую специфичность.

Неспецифичен в отношении вирусов

Низкие антигенные качества

Многообразие действия. Интерферон имеет антивирусное действие, противоопухолевое и иимуномодулирующее действие. Механизм действия интерферона – синтезируется протеинкиназы, которые блокируют трансляцию. Типы интерферона – альфа интерферон – лейкоцитарный интерферон, бета – фибробластный, гамма- сенсибилизированными т лимфоцитами, также используется генно инженерный интерферон. Получен на бактериальных клетказ в геном которыхз введен ген синтеза интерферона.

Антитела – действуют до попадания вируса в клетку.

Клеточный иммунитет – T эффекторы, т киллеры уничтожают клетки, инфицированные вирусом, NK клетки.