Вирусы особенности строения и жизненного цикла вирусов

679014, Дальневосточный федеральный округ, Еврейская автономная область, г. Биробиджан, ул. Пионерская, 53
(посмотреть на карте)

Режим и график работы:

Понедельник — Четверг:
с 9:00 до 17:15
Пятница: 9:00 -17:00
Выходные: Суббота, Воскресенье.

Приемная: тел.: +7(42622)60306

1. Повторение – программируемый опрос. Перед тем как приступить к изучению новой темы мы повторим материал, который нам понадобится сегодня на уроке.

доядерные организмы не обладающие оформленным ядром (прокариоты)

процесс самовоспроизведения (самокопирования) нуклеиновых кислот, генов, хромосом (редупликация)

мономеры нуклеиновых кислот (нуклеотиды)

химические вещества, способные тормозить рост и вызывать гибель бактерий и других микроорганизмов (антибиотики)

процесс захвата клеткой твёрдых частиц или живых клеток, капелек жидкости или специфических молекул (эндоцитоз)

высшие организмы с четко оформленным ядром, отделённым от цитоплазмы оболочкой (эукариоты)

место синтеза белка (рибосомы)

носители генетической информации (РНК, ДНК)

образование органических веществ из более простых соединений (биосинтез)

2. Изучение нового материала.

Кроме царств растений, животных и грибов, существует недостаточно изученное царство вирусов. А что вы знаете о вирусах?

Царство вирусов открыто относительно недавно. 100 лет это детский возраст по сравнению с математикой, 100 лет много по сравнению с генной инженерией.

Итак, сегодня на уроке мы познакомимся с особой формой жизни – вирусами. Запишите дату и тему урока к себе в тетрадь.

Цель нашего урока заключается в следующем: познакомиться с неклеточными формами жизни – вирусами; раскрыть особенности внутриклеточного паразитизма вирусов, их строение и жизнедеятельность, рассмотреть роль вирусов в природе и их значение в жизни человека.

А теперь давайте более подробно остановимся на особенностях строения и жизнедеятельности вирусов.

Для систематизации изучаемого материала предлагаю вам по ходу работы заполнить следующую таблицу (перечертить таблицу в тетрадь)

Проникновение вируса в клетку

Проявление действия вируса на клетку

Для того, чтобы доказать, являются ли вирусы неклеточной формой жизни, давайте разберём их строение.

По строению различают две группы вирусов.

Итак, давайте разберём более подробно строение компонентов вируса. Белковая оболочка – капсид, часто построена из идентичных повторяющихся субъединиц — капсомеров.

Количество капсомер и способ их укладки строго постоянны для каждого вида вируса. Например, вирус полиомиелита содержит 32 капсомера, а аденовирус — 252.

Оболочка вирусов выполняет многочисленные функции. Во-первых, она защищает хрупкую нуклеиновую кислоту вируса от разрушения под воздействием неблагоприятных факторов окружающей среды, от действия ферментов и от воздействия ультрафиолетового излучения. Во-вторых, оболочка вируса несет на себе различные белки-рецепторы, которые распознают клетку мишень и помогают вирусу в нее проникнуть.

ДНК и РНК вирусов являются материальным субстратом наследственности и изменчивости вирусов. По типу содержащейся нуклеиновой кислоты вирусы разделяют на два класса: ДНК-содержащие и РНК-содержащие. К ДНК-содержащим вирусам относятся вирусы гепатита В, вирус герпеса и др. РНК-содержащие вирусы представлены вирусом гриппа, вирусом иммунодефицита человека (ВИЧ), вирусом гепатита А и пр.

Давайте главные мысли из всего сказанного запишем в тетрадь (с места, не вставая)

Проникновение вирусов в клетку. Для того, чтобы выяснить как вирусы проникают в клетку, давайте рассмотрим жизненный цикл вирусов.

Итак, какие этапы проникновения вирусов в клетку, мы можем выделить? (запись в тетради)

Каждая инфицированная одним вирусом клетка производит около 2 тыс. новых вирусов. За те несколько минут, в течение которых происходит этот процесс, число вирусов увеличивается во много раз. Впечатляющая цифра! Вирусы полиомиелита, энцефалита и оспы вызывают быструю гибель клетки, сопровождающуюся выходом большого количества вирусов. Большинство же вирусов до гибели клетки успевают проделать несколько циклов размножения. В результате этого истощенная клетка разрушается. Как вы думаете, по каким причинам происходит разрушение клетки? Вообще разрушение клеток происходит по двум причинам: в одном случае клетка разрушается самими вирусами, а в других – разрушается собственной иммунной системой организма, которая распознает и уничтожает зараженные клетки.

Например, в случае острой вирусной инфекции дыхательных путей, имеет место прямое разрушение эпителия носоглотки, трахеи и бронхов размножающимися вирусами и возникновение таких симптомов как боль, кашель, слизистые выделения и т.д.

В случае вирусного гепатита. В разрушение клеток печени происходит под действием клеток иммунной системы человека, которые распознают и разрушают зараженные клетки.

У вирусов есть отличительная особенность: внутри клетки они могут распадаться на компоненты собирать из вновь созданных новые вирусы. (Заметили нем. учеными Гиррер и Шрам в 1957 г.). Клетки же, как мы знаем, размножаются делением. Расчленение клетки на составляющие ее части (ядро, оболочку, цитоплазму, митохондрии, рибосомы) и последующее смешивание их не приведет к подобному эффекту — клетку восстановить не удастся.

Проявление действия вирусов на клетку

Возможны два типа взаимодействия вируса с клеткой: острая (клиническая) и латентная инфекция. В первом случае процесс инфицирования протекает быстро и приводит к гибели клетки. Во втором развивается хроническое течение инфекции. Внешне клетка выглядит здоровой. Понятно, что в этом случае заболевание трудно выявить. Латентная фаза может продлиться от нескольких часов (грипп) до нескольких лет (СПИД). Именно находясь в этой фазе, организм является носителем скрытой вирусной инфекции. Но рано или поздно она переходит в фазу клинических проявлений, что связано с активацией вирусной ДНК и началом репликации вируса. Причиной развития различных клинических признаков вирусной инфекции является гибель клеток.

Исходя из тех знаний, которые вы сегодня получили, ответьте мне на вопрос:

О возможности использовать вирусы с пользой говорит тот факт, что учеными открыт вирион, который способен избирательно разрушать некоторые опухоли мышей. Получены также вирусы, убивающие опухолевые клетки человека. Если удастся лишить эти вирусы болезнетворных свойств и сохранить при этом их свойство избирательно разрушать злокачественные опухоли, то в будущем, возможно, будет получено мощное средство для борьбы с этими тяжелыми заболеваниями. Вирусы можно использовать в генной инженерии. Вирусы могут оказать ученым неоценимую пользу, захватывая нужные гены в одних клетках и перенося их в другие.

название вирусного заболевания
возбудитель
пути передачи
симптомы
профилактика

Опрос нескольких учеников по результатам работы.

3. Подведение итогов урока : Сегодня на уроке вы получили информацию о неклеточной форме жизни – вирусах. Давайте посмотрим, как вы усвоили материал этого урока:

1. Чем отличаются вирусы от клеточных организмов по содержанию НК?

(Они содержат в своем составе только один из типов нуклеиновых кислот: либо рибонуклеиновую кислоту (РНК), либо дезоксирибонуклеиновую (ДНК), — а все клеточные организмы, в том числе и самые примитивные бактерии, содержат и ДНК, и РНК одновременно.)

2. Чем отличается процесс обмена веществ вирусов и клеточных организмов?

(Не обладают собственным обменом веществ, для размножения используют обмен веществ клетки-хозяина, ее ферменты и энергию.)

3. В чем отличие действия антибиотиков на бактерии и вирусы.

(От действия антибиотиков бактерии погибают, а на вирусы антибиотики не действуют.)

Оценки за урок. Спасибо за урок.

Домашнее задание глава 2 , параграф 11.

Жизненный цикл вируса

Каждый вирус проникает в клетку своим, только ему свойственным путем. Проникнув, он должен прежде всего снять верхнюю одежду, чтобы обнажить, хотя бы частично, свою нуклеиновую кислоту и начать ее копирование.

Работа вируса хорошо организована. Одновременно и слаженно! происходят размножение нуклеиновой кислоты вируса и изготовление большого количества белка оболочки вируса. Если в состав вирусной частицы, помимо белка оболочки; входят другие белки (а таких вирусов большинство), придется изготовить и их. Причем изготовить не как Бог на душу положит, а в точности в то время, когда они потребуются для сборки вириона, и в тех пропорциях, в которых они находятся в составе вирусной частицы. Клетка превращается в конвейер по штамповке деталей вирусных частиц и по их сборке. Наконец, многочисленное потомство одной–единственной вирусной частицы, несколько минут или несколько часов назад проникшей в клетку, вываливается наружу и уходит из родительского, так сказать, гнезда в самостоятельную жизнь заражать другие клетки.

Все вирусы устроены по–разному, но потомство любого из них будет выглядеть в точности как исходный вирион. И сравнительно просто устроенный вирус табачной мозаики, и очень сложно устроенный вирус натуральной оспы сохраняют свою форму и структуру в череде поколений. Иными словами, вирусы, как и другие живые организмы, умеют передавать по наследству информацию о свойствах своего вириона.

Но, с другой стороны, характерная особенность всех живых организмов состоит еще и в том, что потомство может отличаться от родителей. Вирусы не исключение – у них тоже постоянно происходит образование новых форм. Более того, у вирусов этот процесс идет намного быстрее, чем у других биологических видов, потому что вирусы быстро размножаются и дают огромное количество потомков. Естественный отбор возникающих вариантов постоянно приводит к появлению новых вирусов.

Вирусы. Строение и многообразие

Цели
Образовательные:
- изучить строение и классификацию вирусов;
- познакомиться с жизненным циклом вируса и их значением:
- закрепить интерес к данной теме и придать знаниям учащихся научный характер.
Развивающие:
- формировать умение учащихся работать с литературой и компьютерными средствами;
- развивать коммуникативную компетентность в общении со сверстника и учителем;
- развивать умение логически излагать свои мысли, используя биологические термины.
Воспитательные:
- воспитывать бережное отношение друг к другу, умение слушать рассказчика.
Тип урока: изучение нового материала с опережающим обучением.
Технологии: ИКТ, технологии сотрудничества, технологии развития критического мышления, технологии разноуровневого обучения.
Оборудование: презентация к уроку, интерактивные дидактические материалы, учебник.

Ход урока
I. Организационный момент
Приветствие.

Сегодня на уроке мы продолжим изучение многообразия представителей нашей планеты, рассмотрим неклеточные формы жизни - Вирусы.
Тема сегодняшнего урока: Вирусы. Строение и многообразие. (Слайд №1)

5. Классификация (Слайд № 6)
Класс I: вирусы, содержащие двуцепочечную ДНК
Вирусы, содержащие двуцепочечную ДНК для репликации, попадают в ядро клетки, так как им требуется клеточная ДНК-полимераза. Также репликация ДНК этих вирусов сильно зависит от стадии клеточного цикла. В некоторых случаях вирус может вызывать деления клетки, что может приводить к раковому перерождению.
Класс II: вирусы, содержащие одноцепочечную ДНК
Класс III: вирусы, содержащие двуцепочечную РНК
Как и большинство РНК-вирусов, представители класса III реплицируют геномную РНК в цитоплазме и используют полимеразы хозяина в меньшей степени, чем ДНК-вирусы.
Классы IV и V: вирусы, содержащие одноцепочечную РНК
Классы IV и V включают вирусы двух типов, репликация которых не зависит от стадии клеточного цикла. Наряду с вирусами, содержащими двуцепочечную ДНК, эти вирусы наиболее изучены.
Класс IV: вирусы, содержащие одноцепочечную (+)РНК
Непосредственно на (+) геномной РНК вирусов IV класса может идти синтез белка на рибосомах клетки хозяина. Вирусы классифицируют на две группы, в зависимости от особенностей РНК:
у вирусов с полицистронной мРНК трансляция приводит к образованию полипротеина, который затем разрезается на зрелые белки. С одной цепи РНК может синтезироваться несколько разных белков, что снижает длину генов.
вирусы со сложной транскрипцией содержат субгеномные мРНК, синтез белка идет со сдвигом рамки считывания, также используется протеолитический процессинг полипротеинов. Эти механизмы обеспечивают синтез разных белков с одной цепи РНК.

8. Значение вирусов (Слайд №11,12)
1. Вирусы являются возбудителями многих опасных болезней человека, животных и растений.
Более десяти групп вирусов патогенны для человека. Среди них имеются как ДНК-вирусы (вирус оспы, группа герпеса, гепатит B), так и РНК-вирусы (гепатит A, полиомиелит, ОРЗ, грипп, корь, свинка),
Меры борьбы: из-за высокой мутабельности вирусов лечение вирусных заболеваний довольно сложно. Гораздо успешнее применять вакцинацию, заключающуюся во введении аттенуированных (то есть ослабленных) микроорганизмов или умеренных (близкородственных, но не патогенных) штаммов.
2. Использование в генетике и в селекции для получения вакцин против вирусных заболеваний, уничтожение вредных для сельского хозяйства насекомых, растений, животных.
Попытки использовать вирусы на пользу человечеству довольно немногочисленны. Так, в середине XX века вирус кроличьего миксоматоза использовали в Австралии, чтобы уменьшить поголовье этих чрезвычайно расплодившихся животных. Благодаря успехам генетики в будущем, возможно, искусственные вирусы смогут уничтожать больные клетки, не затрагивая при этом здоровые, или излечивать их, добавляя необходимый ген.

- Какие вирусы встречаются в нашей местности?
- Мы сейчас послушаем сообщение о вирусных болезнях растений в нашей местности.

III. Закрепление знаний (Слайд №15)
Фронтальная беседа по вопросам.
Выставление оценок за урок.

IV. Задание на дом.
§ 21, приготовить сообщение по плану:
1. Вид вируса.
2.Вызываемое заболевание.
3. Течение заболевания и клинические признаки болезни.
4. Профилактика и способы лечения.

Из истории открытия

В конце $ХІХ$ века российский ученый Д. И. Ивановский занимался исследованиями болезней растений. Он с помощью специальных микробиологических фильтров пытался выделить возбудителя заболевания табака – листовой мозаики. Но фильтры с даже самым маленьким диаметром пор не могли его задержать. Отфильтрованный материал зараженого растения приводил к заболеванию здоровых. На основе этих опытов Ивановский предположил существование неизвестного науке организма, который значительно меньший по размеру, чем бактерии.

Положение вирусов в системе органического мира

Вирусы нельзя отнести ни к растениям, ни к грибам, ни к животным, ни к бактериям. Они чрезвычайно мелкие. Они способны жить только в клетках живых организмов. Вне клеток животных и растений вирусы жить не могут. От других групп организмов вирусы отличаются отсутствием клеточного строения.

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Вирусы – это, собствено, внутриклеточные паразиты. Вне клетки или вне организма они не проявляют признаков живого, характерных для других организмов. Только после проникновения в клетки и взаимодействия с их аппаратом синтеза белка, вирусные частички могут проявлять отдельные признаки живого – способность к размножению.

Поэтому вирусы считаются особыми, неклеточными формами жизни и объединяются в отдельное царство Вира (Vira).

Особенности строения и функционирования вирусов

Каждый вирус состоит из оболочки, которая окружает молекулу нуклеиновой кислоты. Эти нуклеиновые кислоты имеют различный вид: одиночной или двойной спирали, которые бывают линейными, кольцевыми или вторично скрученными. Молекула нуклеиновой кислоты является наследственным аппаратом вируса.

Задай вопрос специалистам и получи
ответ уже через 15 минут!

Размеры вирусных частичек у разных вирусов варьируют от $15$ до $2000$ нанометров. В зависимости от структуры и химического состава вирусы разделяют на простые и сложные.

У простых вирусов оболочка состоит из однотипных белковых образований (субъединиц). Простые вирусы имеют разную форму – палочкообразную, нитевидную, шарообразную.

Сложные вирусы покрыты дополнительной мембраной. Эта мембрана состоит из белков и липидов. Она может также содержать соединения, которые служат для распознавания специфических рецепторов на мембране клетки-хозяина и прикрепления к ней вирусной частицы. Вирусы способны длительное время существовать вне организма хозяина и выдерживать неблагоприятные условия среды: солнечный свет, очень низкие и высокие температуры (некоторые – даже кратковременное кипячение).

Стадии жизненного цикла вируса

Жизненные циклы у вирусов очень отличаются между собой. Но большинство вирусов проходит три стадии развития (три стадии вирусной инфекции).

Первой стадией является адсорбция вируса на клеточной мембране и проникновение вируса в клетку.
На второй стадии происходит угнетение синтеза клеточного белка и налаживание синтеза вирусных нуклеиновых кислот и вирусных белков с использованием ресурсов клетки-хозяина. Этот процесс носит название экспрессии и репликации вирусного генома. Собственно происходит размножение вируса в клетке и истощение клеточных ресурсов.
На третьей стадии происходит собирание вирусов и выход их из клетки. Это сопровождается разрушением клеточной мембраны и гибелью клетки. Поэтому вирусные заболевания чрезвычайно опасны.

Значение вирусов

Вирусы, являясь внутриклеточными паразитами, вызывают заболевания живых организмов и, зачастую, их гибель. Но они могут приносить для человека и пользу. Человек может использовать вирусы для борьбы с болезнетворными бактериями, для биологической защиты растений. Последнее время проводятся исследование по применению вирусов в генной инженерии.

Так и не нашли ответ
на свой вопрос?

Просто напиши с чем тебе
нужна помощь

Выполнила студентка 1 курса ДГХ Борисевич Д.А.

Инфекция вирусом иммунодефицита человека, вызывающим СПИД, многолика. Вначале этот вирус обычно интенсивно размножается, и свободные вирионы (вирусные частицы) появляются в жидкости. Заполняющей полости головного и спинного мозга, а так же в кровотоке. Первая волна репликации HIV может сопровождаться жаром, сыпью, явлениями, подобным симптомам гриппа, и иногда неврологическими расстройствами. Затем на несколько недель количество вируса, циркулирующего в крови и цереброспинальной жидкости, значительно уменьшается. Тем не менее вирус по-прежнему присутствует в организме. Его можно обнаружить не только в Т-4 лимфоцитах, которые в начале считались его единственной мишенью, но и в других клетках иммунной системы, в клетках нервной системы и кишечника, а так же, по всей вероятности, в некоторых клетках спинного мозга.

Здесь имеет смысл дать краткое описание той системы организма, которую он выводит из строя, то есть системы иммунитета. Она обеспечивает в нашем теле постоянство состава белков и осуществляет борьбу с инфекцией и злокачественно перерождающимися клетками организма.

Как и всякая другая система, иммунная система имеет свои органы и клетки. Ее органы - это тимус (вилочковая железа), костный мозг, селезенка, лимфатические узлы (их иногда неправильно называют лимфатическими железами), скопление клеток в глотке, тонком кишечнике, прямой кишке. Клетками иммунной системы являются тканевые макрофаги, моноциты и лимфоциты. Последние в свою очередь, подразделяются на Т-лимфоциты (созревание их происходит в тимусе, откуда и их название) и В-лимфоциты (клетки, созревающие в костном мозге).

Макрофаги имеют многообразные функции, они, например, поглощают бактерии, вирусы и разрушенные клетки. В-лимфоциты вырабатывают иммуноглобулины - специфические антитела против бактериальных, вирусных и любых других антигенов - чужеродных высокомолекулярных соединениях. Макрофаги и В-лимфоциты обеспечивают гуморальный (от лат. humor - жидкость) иммунитет.

Так называемые клеточный иммунитет обеспечивают Т-лимфоциты. Их разновидность - Т-киллеры (от англ. killer - убийца) способны разрушать клетки, против которых вырабатывались антитела, либо убивать чужеродные клетки.

Сложные и многообразные реакции иммунитета регулируются за счет еще двух разновидностей Т-лимфоцитов: Т-хелперов (помощников), обозначаемых также Т4, и Т-супрессоров (угнетателей), иначе обозначаемых как Т8. Первые стимулируют реакции клеточного иммунитета, вторые угнетают их. В итоге обеспечивается нейтрализация и удаление чужеродных белков антителами, разрушение проникших в организм бактерий и вирусов, а также злокачественных переродившихся клеток организма, иначе говоря, происходит гармоническое развитие иммунитета.

В общих чертах жизненный цикл HIV, такой же, как у других вирусов этой группы. Ретровирусы получили свое название в связи с тем, что в их развитии имеется этап, на котором перенос информации происходит в направлении обратном тому, которое считается обычным, нормальным. Генетическим материалом клеток является ДНК. В ходе экспрессии генов сначала происходит транскрипция ДНК: образуется копирующая ее мРНК, которая затем служит матрицей для синтеза белков. Генетическим материалом ретровирусов служит РНК, и, чтобы произошла экспрессия генов, должна появиться ДНК-копия вирусной РНК. Эта ДНК обычным путем обеспечивает синтез вирусных белков.

Жизненный цикл HIV начинается с того, что вирусная частица присоединяется снаружи к клетке и вводит внутрь нее свою сердцевину. Сердцевина вириона содержит две идентичные цепи РНК, а так же структурные белки и ферменты, нужные на последующих стадиях жизненного цикла. Фермент обратная транскриптаза, имеющая несколько ферментативных активностей, осуществляет этапы переноса генетической информации вируса - синтез ДНК. На первом этапе она синтезирует одноцепочечную ДНК по РНК, затем расщепляя последнюю. Затем синтезируется вторая цепь, используя первую в качестве матрицы.

Генетическая информация вируса, теперь уже в форме двухцепочечной ДНК, проникает в клеточное ядро. С помощью†††††††††††††††††††††††††††††††††††††††енного цикла HIV - производство новых вирионов - совершается спорадически и только в некоторых зараженных клетках. Она начинается, когда т.н. длинные концевые повторы ( LTR , от англ. long terminal repeat ; это особые нуклеотидные последовательности на концах вирусного генома) инициируют транскрипцию вирусных генов; при этом ферменты, принадлежащие клетке-хозяину синтезируют РНК - копии провируса.

Каждая вирусная частица собирается из множества копий двух различных белковых молекул, соотношение которых составляет примерно 20:1. Структура вириона довольно проста и состоит из двух оболочек: внешней - сферической, и внутренней - пулевидной. Последняя содержит в себе две цепи РНК и ферменты: обратную транскриптазу, протеиназу и интегразу. На внешней оболочке содержатся белки, молекулы которого выступают из мембраны наподобие шипов. Каждый шип образован двумя или тремя идентичными субъединицами, которые в свою очередь состоят из двух связанных компонентов, представляющих собой гликопротеины. Один компонент, обозначаемый gp120 (гликопротеин с молекулярной массой 120000), выступает над поверхностью клетки, а другой - gp41 - наподобие стержня погружен в мембрану. Эти гликопротеинные комплексы определяют способность HIV заражать новые клетки.

Хитроумно организованные генетические регуляторы определяют, начнется ли цикл репликации вируса, и какова будет интенсивность размножения. Помимо трех генов для белков сердцевины и оболочки в геноме HIV имеется по меньшей мере шесть генов. Некоторые из них, а возможно и все, регулируют производство вирусных белков: один ген обеспечивает ускорение синтеза белков в целом, другой - только определенных белков, а третий - подавление синтеза белков. Поскольку регуляторные гены сами кодируют белки, каждый из них влияет не только на структурные гены, но и на регуляторные гены, в том числе и на самого себя.

Регуляторный ген tat (от англ. trans - activator of transcription ) ответственен за вспышку репликации, которая наблюдается, к примеру, в Т-4 клетках, когда они активируются при встрече с антигеном (чужеродной молекулой, вызывающей иммунный ответ). Ген tat необычен как по структуре, так и по своему действию. Он состоит из двух нуклеотидных последовательностей, расположенных довольно далеко друг от друга. В результате его транскрипции образуется РНК (первичный транскрипт), которая должна подвергнуться сплайсингу (промежуточный сегмент вырезается и кодирующие последовательности соединяются), чтобы она превратилась в мРНК и по ней синтезировался белок. влияние белка - продукта гена tat очень велико: он может повысить уровень экспрессии вирусных генов в 1000 раз по сравнению с тем, что наблюдается у мутантов HIV без этого гена. Стимулирующий эффект распространяется на все вирусные белки - как на структурные компоненту вирионов, так и на регуляторные белки, включая белок кодируемый самим геном tat. Благодаря такой положительной обратной связи, как только механизм с участием гена tat активировался, очень быстро образуется огромное количество вирусных частиц.

В то время как ген tat усиливает синтез всех вирусных белков без разбора, второй регуляторный ген, rev (от англ. regulator of virion - protein expression - регулятор экспрессии белков вириона) обладает избирательным действием, благодаря которому производятся либо регуляторные белки, либо компоненты вириона. Белок - продукт гена rev, как и в случае гена tat, кодируется разобщенными нуклеотидными последовательностями, которые соединяются в результате сплайсинга РНК. В регуляции этим белком участвуют еще две последовательности. Одна из них действует как репрессор: препятствует трансляции транскриптов, которые ее содержат. Другая последовательность взаимодействует с белком rev и снимает эффект первой последовательности.

Последовательность - репрессор, называемая CRS (от англ. cis - acting repression sequence ), имеется в мРНК, по которым синтезируются белки, формирующие вирионы - сердцевинные белки, ферменты репликации и белок оболочки; мРНК регуляторных белков - продуктов генов tat и самого rev - не содержат CRS. В отсутствие белка - продукта гена rev - последовательность CRS не дает накапливаться длинным мРНК, по которым синтезируются белки для вирионов. Напротив, короткие мРНК, кодирующие регуляторные белки не имеющие CRS, стабильны и транслируются.

В присутствии белка - продукта гена rev происходит “переключение”. Этот белок действует на последовательность CAR (от англ. cis - acting rev - responsive sequence ), которая тоже содержится в длинных мРНК. При этом нейтрализуется CRS и начинают накапливаться полноразмерные мРНК, и вместо регуляторных белков синтезируются белки, из которых собираются новые вирионы. Таким образом , механизм с участием гена rev может определять переход от скрытой инфекции к активному размножению вируса.

Однако в ходе репликации взаимодействие между механизмами rev и tat может сдерживать размножение вируса, нейтрализуя друг друга. Продукт гена tat усиливает синтез самого себя и белка гена rev, тогда как продукт гена rev замедляет собственный синтез и синтез белка кодируемого геном tat. В результате устанавливается своего рода гомеостаз, характеризующийся постоянными уровнями белков, кодируемых генами tat и rev, и умеренным производством вирусных частиц. Ограниченная репликация позволяет вирусу воспроизводиться годами, не убивая зараженные клетки, поэтому такой тип генетической регуляции может быть адаптивным признаком ретровирусов, хозяевами которых являются виды с долгим временем жизни, такие как человек.

Помимо активатора (tat) и избирательного регулятора (rev) у HIV есть негативный регулятор. Который замедляет транскрипцию вирусного генома. Ген негативного регуляторного фактора, обозначаемый nef (от англ. negative - regulatory factor ), возможно, определяет способность HIV прекращать размножение и переходить в состояние покоя.

Последовательность, являющаяся мишенью белка - продукта гена nef, расположена в начале вирусного генома в длинном концевом повторе. Она называется негативным регуляторным элементом ( NRE , от англ. negative - regulatory element ). NRE подавляет транскрипцию даже сама по себе; если вирусный LTR, лишенный этой последовательности, ввести в незараженную клетку, он обеспечивает повышенный уровень транскрипции клеточных генов. Продукт гена nef усиливает эффект NRE. но каким образом он достигает этого - загадка.

Сложные механизмы регуляции размножения HIV действуют не в изоляции: они тесно связаны с метаболизмом клетки-хозяина. Начать с того, что вирус использует клеточный аппарат для транскрипции своих генов и синтеза белков. В частности, клеточные факторы явно играют роль во вспышке репликации HIV, происходящей при участии гена tat, когда зараженная Т-клетка стимулируется антигеном. Особенности молекулярного “климата” клетки-хозяина также, вероятно, как-то влияют на скорость размножения вируса, которая различна в различных типах клетки.

Возможно, для связи клеточных и вирусных процессов имеет значение связь клеточных белков с LTR в начале вирусного генома. Последовательности в LTR определяют сайт инициации транскрипции вирусных генов - стартовую точку, в которой начинается синтез мРНК. По крайней мере восемь белков, которые в норме участвуют в клеточной транскрипции, связываются с клеточной ДНК в сайте инициации транскрипции или рядом с ним. Они играют определенную роль в процессе транскрипции. Один из белков, который узнает инициаторные последовательности, играет специфическую роль в Т-клетках и других лимфоцитах. Этот белок активируется, когда лимфоцит стимулируется антигенами и начинает размножаться. Считается, что он способствует размножению клетки, усиливая транскрипцию. Как выяснилось, при стимуляции зараженных Т-клеток усиливается связывание этого белка с геномом провируса. Таким образом активация этого белка может быть одним из путей ускорения размножения HIV при стимуляции Т-клетки.

Вероятно, набор клеточных факторов, действующий на вирусный геном, варьирует в зависимости как от условий, так и от типа клетки-хозяина. Некоторые клетки, находясь в состоянии покоя. Могут просто не иметь белков, необходимых для инициализации транскрипции, так что инфекция остается скрытой. В других клетках скорость размножения вируса может быть ограничена из-за низкой концентрации инициаторных факторов или из-за избытка белков, ингибирующих синтез мРНК. Таким образом, клетка-хозяин при помощи собственных факторов транскрипции создает молекулярное окружение, влияющее на регуляторные механизмы HIV.

После того как в результате действия описанных выше механизмов началось производство вирусных частиц, в игру вступает последний ген. Этот ген, названный vif (от англ. virion infectivity factor - фактор инфекционности вириона), кодирует небольшой белок, который обнаруживается в цитоплазме зараженных клеток и вокруг них в межклеточной среде, а так же в свободных вирусных частицах. Белок - продукт гена vif каким-то образом усиливает способность отпочковавшегося вириона заражать другие клетки. У штаммов HIV с мутациями, инактивирующими vif, вирионы имеют нормальный вид, содержат полный набор РНК и ферментов, но заражают клетки намного менее эффективно.

1. Джонатан Н. Вебер, Робин А. Вейсс; Взаимодействие вируса СПИДа с клеткой.:// В мире науки , №12, 1988.
2. Роберт Яркоан, Хироаки Мицуя, Самьэл Бродер; Средства лечения СПИДа.:// В мире науки , №12, 1988.

Читайте также:

Вирусы особенности строения и жизненного цикла вирусов

Похожие главы из других книг:

Вирусы. Строение и многообразие

Вирусы. Строение и многообразие

Из истории открытия

Положение вирусов в системе органического мира

Особенности строения и функционирования вирусов

Стадии жизненного цикла вируса

Значение вирусов