Virusologiya

Вирусология

название «кристаллы Ивановского». Позже было доказано, что «кристаллы Ивановского» представляют собой скопление вирусов табачной мозаики.

Вирусные включения выявляются в ядре или цитоплазме зараженной клетки. В зависимости от прокрашивания разными красителями включения бывают базофильными и ацидофильными (эозинофильными). Включения при разных вирусных инфекциях различаются по величине, форме, численности. Они могут быть одиночными и множественными, крупными и мелкими, округлыми или неправильной формы. Характерные ядерные включения формируются в клетках, зараженных вирусами герпеса, полиомы, аденовирусами, флавивирусами, вирусом ящура. Характерные цитоплазматические включения формируются в клетках, зараженных вирусами оспы, гриппа, бешенства.

Природа включений разнообразна. Большей частью включения представляют собой «вирусные фабрики», т.е. очаги, в которых идет транкрипция и репликация вирусных геномов и сборка вирусных частиц. В клетках, зараженных реовирусом, образуются причудливые серповидные околоядерные включения; при электронномикроскопическом исследовании они оказались связанными с нитями митотического веретена, в ассоциации с которыми идет репродукция этого вируса.

Включения могут представлять собой скопление вирусных частиц, как, например, внутриядерные включения в клетках, зараженных аденовирусами и вирусом полиомы, либо скопление молекул вирусных белков, например, ядерные и цитоплазматические включения в клетках, зараженных вирусом гриппа, представляющие собой скопление молекул неструктурного вирусного белка. Некоторые включения содержат только клеточный материал, например, ядерные ацидофильные включения в клетках, зараженных вирусами герпеса на поздней стадии инфекции.

Симпласты. Некоторые вирусы вызывают характерный цитопатический эффект, проявляющийся в слиянии клеток и образовании многоядерных клеток, называемых симпластами или синтицием. Образование симпластов обусловлено действием на клеточные мембраны прилежащих друг к другу клеток вирусных белков слияния и определяется тем же механизмом, который обеспечивает слияние вирусной и клеточной мембраны и проникновение вирусов в клетку. Слияние может происходить как за счет белков родительского вируса при

Вирусология

заражении клеток большими концентрациями вируса (слияние снаружи), так и за счет внутриклеточного накопления вновь синтезированных вирусных белков слияния (слияние изнутри). Образование симпластов вызывают многие вирусы: парамиксовирусы, некоторые ретровирусы, вирусы герпеса. В определенных условиях (при низких значениях рН) слияние вызывают вирусы гриппа, буньявирусы и др.

Основной особенностью вирусной инфекции в клеточной популяции является гетерогенность системы в связи с гетерогенностью вирусных частиц и клеток, входящих в состав популяции. В любом вирусном препарате наряду с инфекционными вирионами находятся частицы. Клетки в каждой клеточной популяции широко варьируют по чувствительности к вирусу, и инфекция может протекать не так, как на клеточном уровне. Например, при заражении вирусом, вызывающим в клетках продуктивную инфекцию, чувствительные клетки популяции могут погибнуть, и в популяции за счет некоторого количества нечувствительных клеток может установиться хроническая инфекция.

5. Развитие иммунного ответа при вирусной инфекции

Между вирусами (хищниками) и их жертвами идет постоянная борьба. Согласно литературным данным, от вирусов погибает до 50% популяции бактерий и 0,01% популяции человека (500 тыс. человек погибло от пандемии вируса гриппа). Организм противостоит вирусным инфекциям благодаря наследственному или приобретенному иммунитету. Кроме того, он дополняется лекарственной терапией (искусственной защитой).

Вирусы разнообразней своих хозяев по строению генома и чаще мутируют, поэтому чтобы противостоять уничтожению хозяева приобрели или постоянно совершенствуют множественные системы антивирусной защиты.

Механизмы противовирусной защиты можно разделить на факторы резистентности организма, в норме невосприимчивого к определенному виду вируса (обладающего видовой невосприимчивостью), факторы неспецифической защиты восприимчивого организма и факторы приобретенного иммунитета.

1. Факторы врожденной (естественной, видовой) резистентности невосприимчивого организма обусловливают врожденное состояние невосприимчивости организма к данной вирусной инфекции. Видовая резистентность определяется не иммунологическими реакциями организма, а неспецифическими механизмами.

Вирусология

Имеют значение анатомические барьеры (кожа, слизистые респираторного тракта с мощным ресничными аппаратом, секреты слизистых, желудочный сок).

Главную роль играет клеточная резистентость, обусловленная неспособностью вируса адсорбироваться и проникнуть в клетку, вирус не может быть депротеинизирован. Это обеспечивает абсолютную видовую невосприимчивость.

2. Факторы неспецифической резистентности восприимчивого организма способны на первых этапах взаимодействия вируса с организмом подавить дальнейшее размножение и генерализацию вируса задолго до включения механизмов иммунитета.

Наиболее изученными являются белковые вещества плазмы и секретов слизистых человека: ингибиторы вирусной активности. Это термостабильные и термолабильные вируснейтрализующие факторы, которые могут нейтрализовать вирус за счет антигемагглютинирующего действия, активации комплекса вирус-антитело (как кофактор). Вирусные ингибиторы играют существенную роль в защите организма от вируса на первых этапах инфекции, их активность может быть соизмерима с титром антител. Поэтому при серодиагностике вирусных инфекций необходимо дифференцировать выявляемые антитела от вирусных ингибиторов, часто приходится для этого обрабатывать сыворотку для удаления ингибиторов.

Апоптоз – это запрограммированная смерть клетки – цитолитический феномен, при котором избирательному разрушению подвергаются клетки, зараженные вирусами. Термин предложен в 1972 г. английским физиологом Дж. Керром. К числу морфобиохимических признаков апоптоза относятся: изменение размера клетки (разбухает или сморщивается), отпочкование везикул от цитоплазматической мембраны, разрушение хромосомной ДНК, образование апоптозных телец, содержимое мертвой клетки не выходит наружу, поэтому не происходит развитие воспаления. Индукторами апоптоза служат цитокины (интерфероны, интерлейкины) и гормоны.

Температурный фактор. Повышение температуры тела при вирусной инфекции имеет существенное значение в защите, так как не только активирует многие защитные механизмы, но и обеспечивает термоинактивацию вирусов. Поэтому при вирусных инфекциях активность вирусов подавляется при температуре более 38,5 С и не рекомендуют назначать жаропонижающие средства.

Вирусология

Интерферон. Одной из форм ответа на вирусную инфекцию служит изменение паттерна транскрипции хозяйских генов. Это происходит в результате прямой активации транскрипционных факторов, либо опосредовано – когда в ответ на вторжение вируса клетка синтезирует низкомолекулярные регуляторные белки интерфероны. Под регуляторным воздействием интерферонов происходит изменения на уровне клеточной регуляции и метаболизма, в результате чего изменяется спектр поверхностных антигенов и подавляется репродукция РНК и ДНК-содержащих вирусов.

В1957 г. открыты английским вирусологом Эликом Айзексом и швейцарским вирусологом Жаном Линденманном, которые проводили на куриных эмбрионах опыты по одновременному заражению инактивированным вирусам гриппа и неповрежденными гомологичным вирусам. Наблюдали, что размножение вируса не усиливалось, а подавлялось, т.е. наблюдаемая интерференция вызывалась не вирусными частицами, а другими ингибиторами. В результате ученые сделали заключение, что агент (интерферон) имеет белковую природу, отличается по антигенным свойствам от вирусных белков и приводит клетку в состояние резистентности, препятствующие размножению в ней ряда вирусов.

В1970 гг. изучили молекулярную структуру интерферонов и сделали выводы: они регулируют размножение вирусов, их дифференцировку и иммунный ответ организма.

Жан Линденманн не был удостоен Нобелевской премии, а Элик Айзекс умер в 1967 г., так как значение интерферона в полной мере в этот период времени не было осознано.

Следует подчеркнуть, что интерферон не токсичен для клеток и не является антивирусным агентом прямого действия, а вызывает в клетке «антивирусное состояние» за счет индукции защитных механизмов. Будучи сигнальными молекулами, интерфероны обладают исключительно высокой биологической активностью, для того, чтобы привести клетку в «антивирусное состояние» достаточно нескольких десятков молекул этого эффектора.

Многие свойства интерферона делают его идеальным кандидатом на использование в профилактике и лечении вирусных инфекций; он нетоксичен, неантигенен, свободно распространяется по телу и обладает широким спектром антивирусной активности. Местное применение высоких доз интерферона показало некоторую полезность его

Вирусология

применения против инфекций верхних дыхательных путей, герпетического кератита и бородавок гениталий.

3. Факторы приобретенного иммунитета при вирусных инфекциях те же, что и при инфекциях другой этиологии: антигенреактивные молекулы (антитела) и клетки (антигенреактивные Т-лимфоциты), обеспечивающие соответственно гуморальный и клеточный иммунитет.

Вирусы как антигены принципиально не отличаются от других возбудителей. Стимуляция иммунной системы организма вирусными антигенами приводит к формированию иммунитета, который при многих вирусных заболеваниях настолько прочен, что сохраняется пожизненно (после натуральной и ветряной оспы, полиомиелита, кори, эпидемического паротита). Следует, однако, отметить, что сохранение пожизненного иммунитета может быть следствием пожизненной персистенции вируса в организме.

Антигены вирусов различны, их роль в иммунных реакциях неодинакова. Например, антитела к нейраминидазе вируса гриппа в меньшей мере нейтрализуют инфекционные свойства вируса, чем антитела к гемагглютинину. Антитела к нуклеиновым кислотам вируса имеют малое значение. Главную роль играют оболочечные антигены, блокада которых антителами препятствует проникновению вируса в клетку.

Вирионы стимулируют, и гуморальные и клеточные иммунные реакции. Размножение вируса в теле во время инфекции вызывает не только количественно большую иммунную реакцию, но также освобождает и делает доступным для иммунной системы целый диапазон вирусных антигенов, включая поверхностные и внутренние антигены,

атакже неструктурные антигены типа ранних белков.

Восуществлении гуморального антивирусного иммунитета наиболее важную роль играют антитела классов IgG, IgM и IgA. IgG и IgM играют главную роль в крови и тканевом пространстве, в то время как IgA более важны на поверхностях слизистых оболочек.

Антитела осуществляют нейтрализацию вируса несколькими механизмами. Они могут предотвращать адсорбцию вируса на клеточных рецепторах, увеличивая деградацию вирусов, или предотвращать выход вирусного потомства из инфицированных клеток. Комплемент может реагировать вместе с антителами, вызывая повреждение поверхностей оболочечных вирионов, а также цитолиз инфицированных вирусом клеток.

Вирусология

Антивирусная активность гуморального иммунитета наглядно проявляется в эффективности материнских антител и пассивно введенного иммуноглобулина для предупреждения многих вирусных инфекций. Защитный эффект убитых вирусных вакцин опирается на их способность стимулировать гуморальные антитела.

Самым ранним признаком клеточного иммунитета при вирусных инфекциях было проявление повышенной чувствительности после прививки у иммунных лиц.

Клеточный иммунитет реализуется за счет действия Т-киллеров на пораженную вирусом клетку за счет взаимодействия рецепторов Т- киллера с вирусными или вирусиндуцированными антигенами на поверхности пораженной клетки. В результате клетка погибает, цикл репродукции вируса прерывается.

Вообще, вирусные инфекции сопровождаются прочным иммунитетом к реинфекции, который может в некоторых случаях быть пожизненным. Кажущиеся исключения, подобные вирусному насморку и гриппу, обусловлены не недостаточностью иммунитета, а результатом повторной инфекции, вызываемой антигенно различающимися вирусами. Живые вирусные вакцины также стимулируют более длительную защиту, чем бактериальные вакцины.

Тема 7. ВИРУСЫ ВЫСШИХ РАСТЕНИЙ

План:

1.Вирусные болезни растений.

2.Жизненный цикл вирусов растений.

3.Индикаторные растения.

4.Особенности фитовирусов.

5.Экономический ущерб от вирусных инфекций.

1. Вирусные болезни растений

Более 1000 различных болезней растений вызываются вирусами. Вирусы растений или фитопатогенные вирусы – это мельчайшие формы субмикроскопических инфекционных агентов (размеры от 20 до 300 нм), не имеющие клеточного строения, а также собственного метаболизма (облигатными внутриклеточными паразитами) и имеющие один тип нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК).

Фитопатогенные вирусы широко распространены в природе. Они

Вирусология

щие и возделываемые, одно- и многолетние, овощные и плодовые культуры, травянистые, кустарники и деревья. Больше всего фитопатогенных вирусов выделено из цветковых растений. Папоротники и голосеменные содержат вирусы редко.

Фитопатогенные вирусы могут вызывать:

цветовую пестролистность (у тюльпанов);

скручивание, бугристость и другие деформации листьев;

локальный и диффузный некрозы;

обезображивание плодов;

задержку роста растений.

Названия вирусов растений, несмотря на многочисленные по-

пытки придать им латинизированный вид, остаются в основном тривиальными, т.е. образованными при первоначальном выделении и описании вируса в основном в соответствии с растением-хозяином и внешними симптомами заболевания, например, вирус табачной мозаики, вирус желтой карликовости ячменя и т.п. Причем, закрепляется имя того хозяина, из которого впервые был выделен возбудитель в биоценозах.

Подавляющее большинство вирусов растений − РНК-вирусы семейств рабдо- и реовирусов. Исключение составляют изометрические вирусы (50 нм) мозаики цветной капусты и мозаики георгины, содержащие обычную двухцепочечную ДНК и дефектные сателлиты вируса некроза табака и кольцевой пятнистости табака с неполноценным геномом, репликация и созревание, которых происходят только в присутствии родительского вируса-помощника.

Группа РНК-вирусов с полноценным геномом насчитывает около сотни видов. Большинство из них вирионы с одноцепочечной линейной цельной РНК. По морфологии их подразделяют на три подгруппы: а) бациллярные (около 10 видов), отличающиеся таким же поперечником, как и у рабдовируса желтой карликовости картофеля, имеющего размеры 380х75 нм; б) палочковидные (более 30 видов), поперечник которых не превышает 18 нм, а длина варьирует от 300 нм, как у вируса табачной мозаики (ВТМ) и близких ему вирусов зеленой крапчатости мозаики огурца, кольцевой пятнистой орхидеи, мозаики подорожника и гороха, до 1250 нм, как у вирусов желтой свеклы и пятнистого некроза гвоздики; в) изометрические (более 30 видов), в диаметре не превышающие 30 нм, типичными представителями которых являются вирусы мозаики костра, крапчатости коровьего гороха, мозаики огурца, некротической кольцевой пятнистости сливы, кольцевой пятнистости

Вирусология

табака, желтухи ячменя, кустистой карликовости томата, желтой мозаики турнепса.

К вирусам с двухцепочечной сегментированной РНК относят вирус раневой опухоли, геном которого состоит из 11 фрагментов, сходные с ним вирусы карликовости кукурузы и риса, сахарного тростника островов Фиджи и измельченности початков кукурузы.

Рассмотрим более подробно некоторые семейства вирусов растений:

1.Гемивириды: 1-2 молекулы одноцепочечной ДНК, форма 2 неполных икосаэдра, 18 на 20 нм, 22 общих капсомера. Поражает двудольные и однодольные растения (кукуруза, фасоль, молочай, маниока, томаты, табак). В результате медленного персистирующего размножения вируса клетки растения теряют способность к синтезу хлорофилла и возникает хлоратическая исчерченность листьев. Вирус переносят насекомые: цикадки, белокрылки.

2.Фикодновириды: кольцевая 2-х цепочечная ДНК, капсид имеет сферический диаметр размером 50 нм. Группа вирусов мозаики цветной капусты (хлоритическое пожелтение жилок, скручивание листьев, задержка роста и гибель).

3.Потивириды: одноцепочечная цепочечная молекула РНК, нитевидный капсид спирального типа симметрии. Распространяется путем механического контакта (переносчики тли). Вызывает заболевания: Х-вирус картофеля, крапчатая мозаичность листьев, полосчатый некроз жилок вдоль листа.

4.Тобановириды: одноцепочечная молекула РНК, палочковидная форма, диаметр вириона 30−40 нм. Вирус табачной мозаики, хозяева: табак, свекла, картофель, нарциссы. Механизм передачи: через семена, механическим путем.

5.Томбусвириды: одноцепочечная нитчатая ДНК, спиральный тип симметрии, диаметр 30 нм. Вызывает заболевания многих покрытосеменных растений: вирус кустистой карликовости томатов. Передача механическим путем.

6.Фитореовирусы: 10-ти фрагмент двуцепочечной молекулы РНК, кубический тип симметрии, шаровидная форма до 70 нм. Заболевания: опухоль клевера, вирус карликовости риса. Переносчики: цикадки, тли.

7.Фиторабдовирусы: одноцепочечная нить РНК, спиральный тип симметрии. Пулевидная форма, диаметр вириона 100−400 нм. Забо-

Вирусология

левания: карликовость картофеля, кроме тоже поражает табак, томаты и георгины. Переносчики: тли и цикадки.

8. Фитотоговирусы: однацепочечная +нить РНК, кубический тип симметрии, диаметр вириона 30 нм, в составе вириона нет липидов. Заболевания: карликовость кукурузы. Переносчики: цикадки.

В механической, или пассивной, передаче вирусов растений принимают участие неспецифические переносчики-организмы и абиотические факторы. Так, вирус табачной мозаики и Х-вирус картофеля переносятся зараженной почвой (на обуви, руках крестьян, сельскохозяйственном инвентаре и технике). Может передавать вирусы паразитное растение повилика, гаустории которой внедряются в стебли растений-хозяев. Прямым контактом через пораженные клубни. Луковицы и стебли заражаются вирусом картофель, луковичные растения, земляника, малина, хмель. Возможен перенос вирусов семенами и пыльцой. В пассивном переносе вирусов участвуют также грибы, круглые черви, иногда клещи, но наиболее часто насекомые.

2. Жизненный цикл вирусов растений

Введенные в клетки растений фитопатогенные вирусы сначала размножаются в них локально. Накопившись, они медленно распространяются в соседние клетки по межклеточным каналам плазмодесмам. Проникая в проводящую ткань (чаще листовой пластинки), они сначала быстро движутся по сосудисто-волокнистым пучкам к основанию листовой пластинки, а затем, по черешку в стебель. Перенос вирусов происходит главным образом по флоэме вместе с током пластических веществ, но возможен и по ксилеме. Как правило, вирусом атакуются активно растущие клетки листа, стебля и корней растений.

Так же, как у вирусов позвоночных, репликация фитопатогенных вирионов в клетках происходит вскоре после освобождения их РНК от белковой оболочки. У одних вирусов (вирус табачной мозаики) происходит декапсидирование, а у других (вирус желтой мозаики турнепса) РНК освобождается без разрушения белковой оболочки. Вслед за депротеинизацией в зараженных клетках появляются репликативные и промежуточные формы РНК. Катализируется репликация РНК у фитопатогенных вирусов специфическими полимеразами, но как это происходит в действительности до конца не выяснено. Предполагается, что РНК вируса табачной мозаики с молекулярной массой 2,3 106 способна кодировать синтез нескольких белков, в том числе белка оболочки, но invitro он не образуется ни в бесклеточной системе из заро-

Вирусология

дышей пшеницы, ни в ооцитах, которые использовались для изучения его репродукции.

Созревание вирусов начинается через 4-5 ч после заражения растений. Первичным местом репликации РНК большинства вирусов растений является ядро, а полное формирование их вирионов завершается в цитоплазме.

Детально изучен лишь процесс формирования вирионов мозаичной болезни табака. Он происходит путем самопроизвольной сборки составляющих его компонентов (2130 идентичных молекул белка и однонитчатая РНК). Самосборкакапсида начинается с образования дисков, состоящих из 34 субъединиц белка, уложенных в два слоя по 17 субъединиц в каждом, т.е. вирионы ВТМ собираются не из субъединиц белка, а из двухслойных дисков. Диски складываются в нуклеокапсид со спиральным типом симметрии. В дальнейшем в центр включается молекула РНК.

У многокомпонентных вирусов, геном которых представлен несколькими, часто неравными фрагментами, как, например, у вирусов мозаики коровьего гороха и люцерны, белки оболочки вначале собираются вокруг каждого фрагмента генома. Оболочка каждого из них может состоять из одного или нескольких типов белков. Как осуществляется их упаковка в один геном пока достоверно неизвестно.

На завершающем этапе репродукции фитопатогенных вирусов у некоторых из них образуются псевдовирионы, содержащие клеточную РНК, в том числе РНК хлоропластов.

3. Индикаторные растения

При большинстве вирусных заболеваний растений зараженные клетки долго продуцируют вирус, не подвергаясь лизису. В этом случае в тканях накапливается огромное количество вирионов. Так, например, в одной клетке волоска листьев табака может содержаться более10 млн. частиц ВТМ.

Часто вирусы, воздействуя на растения, вызывают образование амебоидных и кристаллических цитоплазматических включений. Вирус гравировки табака и несколько других видов образуют включения в ядре клеток, а вирус желтухи свеклы в хлоропластах. Под действием вирусов хлоропласты клеток деформируются и дегенерируют, что вызывает проявление симптомов.

Индикаторные растения – это растения, на которых легко выявляются симптомы, характерные для заражения данным вирусом.