2.5.3. Вирустардың морфологиясы және биохимиясы

Құрылымдық сипаты бойынша вирустардың едәуір айырмашылығы бар екі түрін ажыратады: жасушадан тыс орналасқанын - вирион, жасушаішілігін - вирус деп атайды. Вирустардың мөлшері 25нм-ден 350-400 нм-ге дейін болады (нанометр - 1нм = 10^-9 метр). Мөлшерін және массасын жанама әдістермен - ультрацентрифугалау, ультрасүзу және микрофотографиялау тәсілдерімен анықтайды. Ірі вириондарды сәулелі микроскопта көруге болады (шешек ауруы кезіндегі Пашен денешіктері).

Вирустардың морфологиясы жақсы зерттелген және олар жіктеу (классификациялау) кезінде ескеріледі. Вирионның негізгі компоненті-ақуыздық қабаты (капсид), оның ішінде нуклеин қышқылы болады. Капсидпен қоршалған нуклеин қышқылын нуклеокапсид дейді.

Капсидтер ақуыздық суббірліктерден (капсомерлерден) құрылған. Әрбір капсомер - ақуыздардың бір немесе бірнеше түрлерінен тұратын тиісті молекулалық салмағы (массасы) бар ақуыз молекуласы. Мысалы: темекі теңбілі (мозаика) вирусының 2130 біркелкі капсомерлері бар. Капсид жүрекшені (core) қоршап тұрады. Көптеген вирустарда нуклеин қышқылдарынан басқа арнайы ферменттері болады. Ақуыздар мен ферменттердің құрамы әртүрлі болуы мүмкін: ұшық вирусында-32 ақуыз, шешек вирусында-12 фермент, құрамында 1-2 ферменттері бар вирустар кездеседі. Ферменттер вирустардың репродукциялануы кезінде маңызды рөл атқарады.

Вириондарды құрамы бойынша бірнеше симметриялық типтерге бөледі:

● симметрияның спиральдық типі (рабдовирустар, грипп және парагрипп вирустары, коронавирустар);

● квазисфералық- куб типтес немесе икосаэдральды тип;

● аралас симметриялық тип (Т-жұпты бактериофагтар-басы көпқырлы, ал құйрықшасы спираль тәріздес).

Симметриялық типі тек қана нуклеокапсидпен байланысты, суперкапсид бұл кезде есепке алынбайды. Мысалы, грипп вирусы сыртынан қарағанда сфера пішіндес, ал нуклеокапсидінің симметриясы спираль типтес. Көптеген вирустардың суперкапсиді (пеплос) болады - олар күрделі құрылымды вирустардың сыртқы қосымша қабаты. Суперкапсидтің құрылымдық элементтері - тікенекшелер немесе пепломерлер. Грипп вирусында олардың 2 типі бар: гемагглютинин және нейраминидаза; парагрипп вирусында екі комплекс-гемагглютининмен бірге нейраминидаза және қосылу ақуызы деп аталатын компонент; АИВ-да - гликопротеид (gр 120).Адамдар үшін патогенді вирустардың көпшілігі – күрделі құрылымдылар. Егер вирустың суперкапсиді болмаса - қарапайым құрылымды вирустар деп аталады. (8,9,10 - сурет).

Күрделі құрылымды вирустардың көпшілігінде суперкапсид - ол ие жасушасының өзгерісіне ұшыраған (модифицирленген) ЦПМ-ы. (7,11,12 - сурет). Модификация ЦПМ учаскесіне вирус тікенекшелерінің тіркелуі нәтижесінде іске асады. Бұл заңдылыққа поксвирустарының (шешек вирустары ж.т.б.) суперкапсиді жатпайды, олардың суперкапсиді вирусспецификалық, яғни суперкапсид синтездеуге жауапты меншікті гендері бар. Егер де бір вирусты әртүрлі жасушаларда дақылдандырса, биохимиялық құрамы бойынша айырмашылығы бар суперкапсид пайда болады. Тікенекшелер (шипы) сезімтал жасушалардың беткейлеріне жабыстырғыш ақуыз рөлін атқарады. Егер оларды майеріткіштермен немесе детергенттермен кетірсе, вирустың инфекциялық белсенділігі толық жойылады.

Вирустардың биохимиясы да толық зерттелген. Вирион құрамына кіретіндері: ақуыздар-70-80%; нуклеин қышқылдары-4-6% (РНҚ), 20-30% (ДНҚ-ы вирустарда); липидтер және көмірсулар шамалы мөлшерде болады.

Вирустық ақуыздар -полипептидтер, олар кәдімгі солайналымды (левовращающих) амин қышқылдары, тек қана реттілігі бойынша айырмашылығы бар. Қалыпты ақуыздарға қарағанда вирустық ақуыздардың протеазаның әсеріне сезімталдығы өзгерген. Вирустардың ақуыздары әртүрлі факторлардың (нуклеазаның, ультракүлгін сәуленің, иондаушы сәулеленудің т.б.) әсеріне қарсы қорғаныс функциясын атқарады. Вирус ақуыздарының жоғары (бірақ абсолютті емес) төзімділігі бар, өйткені репродукциялануы кезінде вирусқа «шешіну» қажет (геномның босануы). Бұл кезде ақуыздардың протеазаларға сезімталдығы өзгереді. Сезімтал жасушаға вирус енгеннен кейін ақуызы өзгереді және протеазалардың әсерінен жылдам гидролизденеді.

Вирустың ақуыздары құрылымдық (структурные) және құрылымдық емес (неструктурные) деп бөлінеді. Құрылымдық ақуыздар суперкапсид және капсид ақуыздарын түзеді. Құрылымдық емес ақуыздар вирус бөлшектерінің құрамына енбейді, жұқтырылған жасушада вирустың репродукциялануы кезінде табылады. Олар реттеушілік функциясын атқаратын ферменттер (реттеуші ақуыздар және ферменттер), және де вирустық құрылымдық ақуыздардың ізашары (предшественник) болуы мүмкін. Адамдарға қарағанда вирус ақуыздарының аминқышқылдық реттілігі (последовательность) басқаша, сондықтан оларды жасуша ішінде анықтауға болады. Вирустық ақуыздардың синтезделуі жасушалар рибосомасында жалпы заңдылықтарға сәйкес жүреді және иРНҚ-мен реттеледі, ол вирустық нуклеин қышқылының матрицасында пайда болады. Вирус ақуыздарының атқаратын функциялары:

1. Қорғаныстық - вирустық нуклеин қышқылын УКС (УФО), химиялық факторлардың, нуклеазаның, интерферон индукторының әсерінен көлеңкелейді.

2. Адрестік (бағытты әсер ету) функциясы - кез-келген емес, өзіне қажетті сезімтал жасушаға ғана енуі. Үш өлшемдік (трехмерная) құрылымның комплементарлық принципі бойынша іске асады. Жасуша беткейінде вирионның жабыстырушы ақуызына комплементарлы рецепторлар болуы қажет, осындай жағдайда ғана вирустың керекті жасушаға адсорбциялануы жүреді.

Жасушалық рецепторлардың табиғаты әртүрлі болуы мүмкін. Вирустардың әрқайсысы үшін тиісті сезімтал жасушалар болады: грипп вирусы үшін-құрамында сиал және нейрамин қышқылы бар мұрын және жұтқыншақтың артқы қабырғасының жылпылдақ эпителиі; АИВ (ВИЧ) үшін-сезімтал жасушалардың 5 типі (Тh, макрофагтар, альвеолярлық макрофагтар, нейрондар және нейроглиялар жасушалары, тік ішек шырышының жасушалары; құтыру вирусы үшін-теріасты майшелінің (клетчаткасының) фибробластары, бас миының нейрондары. Жасушалық рецепторлардың саны бірдей емес, кейбір вирустар үшін бір жасушаның беткейінде 10⁴-10⁵-ке дейін рецепторлар болады. Күрделі құрамды вирустарда адрестік функцияны суперкапсид орындайды, ал қарапайым құрамдыларда - капсидтің бір ақуызы атқарады. Егер де бұл ақуыздарды детергентермен бұзса вирус сезімтал жасушамен өзара әрекеттесу қабілеттілігін жоғалтады.

3. Реттеушілік (регулирующая) функциясы. Ол вирустардың жасушаішілік ақуыздары, ферменттері, ферменттік кешендерінің көмегімен ажыратылады. Грипп вирусының осындай кешенінің құрамына РА1-қышқыл және РВ-негізгі полимеразалар кіреді. АИВ-ында төрт фермент: РНҚ тәуелді-ДНҚ полимераза, интеграза, протеаза, эндонуклеаза. Бұл кешендер вирион жүрекшесінің құрамында болады. Сезімтал жасушамен өзара әрекеттесу процесі кезінде осындай функцияны құрылымдық емес ақуыздар мен ферменттер орындауы мүмкін (шешек вирусы-33 полипептидтер және10 ферменттер).

Вирустардың ферменттерін екі топқа бөледі: вириондық және вирусиндуцирлеушілер. Біріншісіне транскрипция және репликация процесіне қатысатын ферменттер (ДНҚ және РНҚ полимеразалар-көптеген вирустардан табылған, кері транскриптаза-ретровирустарда, эндо- және экзонуклеазалар, АТФ-аза, кейбір вирустардың нейраминидазасы). Құрылысы вирустық геномда кодталган ферменттер - вирусиндуцирлеушілер деп аталады. Оған РНҚ-полимеразалар (пикорна-, тога-, орто-, және парамиксовирустардың) және де ДНҚ-полимеразалар (покс-, және ұшық вирустары) жатады. Вирустар өзінің меншікті ферменттері мен қатар вирусспецификалыққа жатпайтын жасушалық ферменттерді де пайдаланады. Кейбір вирустардың құрамында ферменттердің ауқымды жиынтығы болады: поксвирустарда-10, АИВ-4, грипп вирусында-3 фермент. Ферменттер вирустың репродукциялану кезеңдерін қамтамасыз етеді (комплементарлылық принцип бойынша).

ДНҚ-геномды вирустарда ДНҚ-тәуелді полимераза ферменті бар, иРНҚ-ң синтезделуін қамтамасыз етеді. Ферменттер НҚ-ың синтезделген тізбектерін модификациялауға қатысады: тізбектің ұзаруы, қысқаруы, нуклеин қышқылдарының «тазартылуы» немесе процессингі-кесілуі НҚ-ың белгілі бір учаскелерінен 1-2 нуклеотидтерді кесіп алып лигаза ферментімен тігілуі (сшивание).

Вирустық нуклеин қышқылдарының басқа тірі организмдердің нуклеин қышқылдарына қарағанда едәуір айырмашылықтары бар. Олардың бәрінде генетикалық ақпарат екі спиральды ДНҚ-а кодталған және бір жіпшелі РНҚ бар (информациялық, транспорттық, рибосомалық). Вирустарда геном ретінде ДНҚ да, әрі РНҚ да болуы мүмкін. Кейбір вирустарда (РНҚ геномды) вириондық РНҚ бір мезетте информациялық РНҚ-ң рөлін атқара алады. Мұндай вирустарды (Балтимор классификациясы бойынша) плюс (+) жіпшелі деп атайды. Осындай РНҚ-н бөліп алып жасушаға жұқтырса, жасушаға бүтін вирус енгендей инфекция дамиды. Басқа минус (-) жіпшелі вирустарда РНҚ ақпараттық функциясын іске асыра алмайды. Егер бөлініп алынған осындай РНҚ-н сезімтал жасушаға енгізсе инфекция дамымайды, информациялық РНК-ң синтезделуін қажет етеді. Себебі РНҚ тәуелді полимераза енуін қажет етеді, ол вирустық РНҚ-ның матрицасында иРНҚ-ң синтезделуін қамтамасыз етеді, иРНҚ жасушаның рибосомасына тасымалданады да, трансляциялық процесс- вирустық ақуыздардың синтезделуі басталады. Вирустар нуклеин қышқылдары құрылымының әртүрлі болуымен ерекшелінеді. Оларды химиялық (фенолмен) немесе физикалық факторлармен (ультрадыбыспен) вирусты бұзып алуға болады. ДНҚ құрамды вирустарда олар бірнеше түрде кездеседі: классикалық екі жіпшелі (аденовирустар, герпесвирустар); екі жіпшелі сызықша пішінді шеттері тұйықталған (шешек вирусы); екі жіпшелі сызықшалы бір тізбегі үзілген (Т-фагтар);бір тізбегі бірнеше жерден үзілген (әрбір фрагменті-уникалды ген); жоғарғы бұрамалары (витки) бар (суперспирализация) немесе ондай жоқ (тогавирустар) екі жіпшелі сақина түзіп тұйықталған:сыртқы жіпшесі сақина пішіндес тұйықталған (L-жіпше), ал ішкі жіпшесінің 1\3 бөлігі жоқ (S-жіпше, шорт) екі жіпшелі (гепадновирустар); ерекше сызықшалы бір жіпшелі ДНҚ (парвовирустар); бір жіпшелі сақинаша тұйықталған (фагтар).

РНҚ құрамды вирустардың да бірнеше типтері бар: классикалық бір жіпшелі сызықшалық (пикорнавирустар, тогавирустар, парамиксовирустар, рабдовирустар); сызықшалық, бір жіпшелі, фрагменттелген (ортомиксовирустар); бір жіпшелі фрагменттелген, бірақ әрбір фрагмент сақиналы тұйықталған (буньявирустар); бір-біріне сай келетін екі жіпшелі (ретровирустар), бұл вирустардың диплоидты екенін көрсетеді; екі жіпшелі, фрагменттелген (реовирустар). Химиялық құрамы бойынша вирустық РНҚ және ДНҚ жасушалық нуклеин қышқылдарына ұқсас. Олардың құрамында сол нуклеотидтер, бірақ метилирленген урацилі бойынша айырмашылығы бар.

Липидтер күрделі құрылымды вирустарда бар, олардың болуы патогенді вирустар үшін қажетті қасиеттің бірі болып табылады. Бұл белгі классификациялау кезінде пайдаланылады. Құрамындағы липидтер мөлшері тұрақты емес, 1,5%-дан 54%-ға (тогавирустар), дейінгі деңгейде байқалады. Вирустардың липидтік құрамы тұрақты емес, олар көбінесе жасушалық липидтер. Липидтер суперкапсидтің құрамында болады және иесінің жасушасына байланысты. Егер әртүрлі вирустарды жасушаның бір түріне жұқтырса липидтік құрамы бойынша бірдей болады. Липидтер маңызды рөл атқарады - қорғаныстық функциясы суперкапсидтың ақуызды қаңқасын нығайтады. Олар липопротеидті немесе гликопротеидті кешен түрінде болады. Поксвирустарда өзінің бақылауымен меншікті липидтер синтезделеді, сондықтан олардың липидтік құрамы тұрақты.

Көмірсулар күрделі құрамды вирустардың суперкапсидінің құрамына кіреді, көбінесе моносахаридтер, аминосахаридтер түрінде әртүрлі тікенекшелердің (шипики) құрамында болады. Көмірсулар мөлшері 1-3%-ға дейін және одан да артық мөлшерге жетуі мүмкін, олар глюкоза, манноза, галактоза, нейрамин қышқылдарынан тұрады. Көмірсулық компонент иесінің жасушасына байланысты, суперкапсидтық құрылымды нығайтады, оған қатқылдық қасиет береді. Күрделі құрамды вирустардың гликопротеидті кешенін алып тастаса, олар сезімтал жасушаларға адсорбциялау қабілетінен айырылады. Қарапайым құрылымды вирустарда көмірсулық компонент болмайды.

Вирустардың құрамында басқа да компоненттердің болуы мүмкін: полипептидтердің құрамына жиі жағдайда фосфаттар қосылады (адено-, ретро-, ұшық-, покс-, ортомиксовирустар), олардың нақты функциясы қазірше анықталмаған. Кейбір вирустарда микроэлементтер бар: мыс, молибден.