Неклеточные инфекционные агенты микроорганизмов, животных и человека

УЧРЕЖДЕНИЕОБРАЗОВАНИЯ ПОЛЕССКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙУНИВЕРСИТЕТ

Д.Д. ЖЕРНОСЕКОВ, Т.А. СЕНЬКОВЕЦ, А.Д.КУЛЬГАВЕНЯ

НЕКЛЕТОЧНЫЕ ÐепозиторийИНФЕКЦИОННЫЕ

АГЕНТЫ МИКРООРГАНИЗМОВ,

ПояснительнаяÏолесÃÓзаписка

ЖИВОТНЫХ И ЧЕЛОВЕКА

специальность «1-31 80 12 - Микробиология»

Конспект лекций Литература Вопросы к экзамену

Учебная программа дисциплины

Неклеточные инфекционные агенты микроорганизмов, животных и человека

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Учебно-методический комплекс ”Неклеточные инфекционные агенты микроорганизмов, животных и человека“ призван обеспечить специальную подготовку студентов магистратуры биотехнологического факультета дневной формы обучения. Он является нормативным документом, которым определяются содержание обучения и устанавливаются требования к объему и уровню подготовки студентов по специальности 1-31 80 12- ”Микробиология “.

Цель курса – сформировать у студентов целостную систему знаний о неклеточных инфекционных агентах, поражающих клетки различного происхождения.

Задачами курса является изучен е основных разделов программы:

- знакомство с историей развит я в русологии, ее достижениями и методами исследования;

- особенностями структурной о ганизации вирусов; - изучение устройства генетическ го аппарата, основных принципов его

репликации; - изучение классификации и разн образия неклеточных инфекционных

агентов;

микроорганизм в; - знакомство с заб леваниями, вызываемыми вирусами, разработками для

борьбы с ними, лекарственными пр паратами и вакцинами; - знакомство с новыми возникающими вирусными инфекциями.

В разд ле ”Введение“ из агаются сведения о п редмете вирусологии, история развития ее как науки, ее достижения и основные методы,

В разделе ”Классификация вирусов“ магистранты изучают классификацию вирусов и основные типы репликации вирусных геномов по Балтимору: двунитевые ДНК-геномы, однонитевые (+)ДНК-геномы, двунитевые РНК-геномы, (+)РНК-геномы, (-)РНК-геномы, (+)РНК-диплоидные геномы, реплицирующиеся через ДНК-копию, двунитевые ДНК геномы, использующие обратную транскрипцию в цикле репродукции.

Неклеточные инфекционные агенты микроорганизмов, животных и человека

взаимодействия вирусов с клетками-мишенями, описаны пути взаимодействия бактериофагов – лизогенный и литический.

Вразделе ”Характеристика инфекционных заболеваний у животных“

изучаются особенности вирусов, поражающих клетки животных и человека, их онтогенез и специфичность о отношению к хозяину.

Вразделе ”Вирусы высших растений“ рассматриваютсяотличительные особенности фитовирусов.

Вразделе ”Вирусы микроорганизмов“ рассматривается общая характеристика бактериофагов, их классификация, а также описываются

вирузы архей, их особенности и классификация.

ÐепозиторийСодержание ÏолесÃÓпрограммы позволяет расширить научный кругозор магистрантов, получить знания, необходимые для последующей практической

В разделе ”Конструирование векторных систем на основе бактериофагов“ описано создание первых векторов, сконструированных на основании фагов, а также приводится строен е, механизмы конструирования и основные направления применения векто ов, сконструированных на основе

ДНК фага λ, а также на базе ДНК нитевидных фагов.

В разделе ”Характеристика антиви усных препаратов“ магистранты изучаютклассификацию современных антивирусных препаратов, механизмы

антивирусного действия, а акже сн вные характеристики лекарственных

препаратов.

В разделе ”Современные разработки в области борьбы с неизлечимыми вирусными заболеван ями“ рассматриваются вирус иммунодефицита человека,

а также мн г бра ие онковиру ов, механизмы их действия, а также

современные разраб тки в борьбе с данными поражающими элементами.

В разделе ”Эв люция виру ов“ ра матривается происхождение и

деятельности.

Неклеточные инфекционные агенты микроорганизмов, животных и человека

ЛЕКЦИИ

1. Введение.

1.Предмет вирусологии.

2. История развития вирусологии.

3. Достижения вирусологии. Связь вирусологии с другими науками. 4. Методы исследования в вирусологии.

5. Взаимодействие вируса с клеткой. Лизогенный и литический путь взаимодействия бактериофагов.

1. Типы взаимодействия вируса с клеткой.

2.Жизненный цикл бактериофагов.

Неклеточные инфекционные агенты микроорганизмов, животных и человека

3. Специфичность вирусов животных.

7. Вирусы высших растений (фитовирусы).

1. Основные особенности фитовирусов

2. Экономический ущерб от вирусной инфекции.

8. Вирусы микроорганизмов.

3.Молекулярные механизмы изменчивости вирусов.

13.Вакцинация.

Неклеточные инфекционные агенты микроорганизмов, животных и человека

6.Аттенуированные вакцины. 7.»Векторные» вакцины.

14. Новые и возникающие вирусные инфекции.

1.Прионы.

2.Механизмы прионного перехода.

3.Болезни вызываемые прионами

4. Вироиды. ÐепозиторийÏолесÃÓ

Неклеточные инфекционные агенты микроорганизмов, животных и человека

ТЕМА 1 ВВЕДЕНИЕ

1.Предмет вирусологии.

2.История развития вирусологии.

3.Достижения вирусологии. Связь вирусологии с другими

науками.

животныхÐепозиторий, вопросыÏолесÃÓпатогенеза, лабораторной диагностики, специфической профилактики терапии вирусных заболеваний. Открытие вирусов связано с

4. Методы исследования в вирусологии.

1.Предмет в русолог и

Вирусология – биологическая наука, которая изучает ультрамикробы

(вирусы), их природу, морф л гию, химический состав, взаимодействие с клеткой макроорганизма, диагнос ику вирусных болезней и их лечение. Вирусы – ультрамикроорган змы исключительно малых размеров, которые не имеют клеточного строен я, меют в своем составе только один тип

нуклеиновой кислоты (РНК ли ДНК) и которые не могут репродуцироваться

вне живой клетки. Ра мер вирусов измеряет я в нм (10-9 м) в отличие от бактерий, размер к т рых измеря тся в микрометрах (в 1 мкм содержится 1000 нм). Вирусол гия как наука делится на общую и частную. Общая вирусология

именем Д. Ивановского и датируется 1892 годом. Вирусология зародилась в недрах микробиологии и получила интенсивно развитие в последние годы.

2. История развития вирусологии

История развития вирусологии делится на четыре периода:

I период (древнейший мир – 1892). Вирусология как наука не

существовала, а все исследования носили эмпирический характер. В это время Л. Пастер занимается бешенством. Создав первую вакцину против вирусого заболевания, он, однако, не раскрыл сущности вирусов. В последующем английским врачом Э. Дженнером предложена вакцина против оспы людей как

метода иммунизации людей против этого заболевания.

Полесскийгосударственныйуниверситет Страница 7

Неклеточные инфекционные агенты микроорганизмов, животных и человека

II период (1892 – 1940 гг.). В 1892 году произошло знаменательное событие в истории вирусологии – был открыт вирус мозаичной болезни табака. Открытие вируса стало возможным благодаря разработке бактериальных фильтров, задерживающих все виды бактерий, но пропускающих из-за малых размеров вирусы. Первооткрывателем вирусов является русский ученый Дмитрий Ивановский, который, пропуская экстракт листьев табака, зараженных вируом мозаичной болезни через бактериальные фильтры, обнаружил сохранение его инфекционности. Однако им был сделан вывод об инфекционности неизвестного токсина в исследуемом экстракте, а не

животныхÐепозиторий(ящур) были открыты возбудители желтой лихорадки человека (У. Рид). В этот период учеными д казана способность вирусов инфицировать не

мельчайших биологических объектов, проходящих через бактериальные фильтры. В последующем ученый М. Бе еринк правильно интерпретировал природу вирусов и доказал их принц п альное отличие от бактерий. В это

только клетки растений и жив ных, но и самих бактерий (Ф. д’Эррель). Этот уровень развития вирусологииÏолесÃÓназван ОРГАНИЗМЕННЫМ.

III период (1940 – 1960 гг.). Широкое использование в вирусологии получают культуры клеток, что дало возможность культивировать вирусы, изучать их культуральные свойства, получать вакцины. Было доказано, что вирусы способны репр дуцироваться только в живой клетке, вызывая при этом специфические изменения морфологии клеток (цитопатическое действие – ЦПД) или функци нальное наруш ние м таболизма клеток (цитопатический эффект – ЦПЭ). Этот уровень развития вирусологии назван КЛЕТОЧНЫМ.

IV риод (1970 г. – наши дни). Вирусы стали использовать для изучения фундам нтальных пр блем генетики, молекулярной биологии. Этот уровень развития вирусологии назван МОЛЕКУЛЯРНОБИОЛОГИЧЕСКИМ.

Основные вехи развития вирусологии:

1897 г. – открыт вирус ящура (Леффлер Фрош).

1902 г. – изучены оспенные вирусы, вирус болезни Ауески. 1908 г. – изучен вирус лейкоза кур.

1911 г. – вирус саркомы Рауса.

1930-е гг. – изучены все лейкозные вирусы.

3. Достижения вирусологии. Связь вирусологии с другими науками

За последние годы изучены многие свойства вирусов, предложены новые методы диагностики – ИФА, ПЦР, метод ДНК-зондов. Все достижения вирусологии стали возможны только путем совершенствования старых методов исследования.

Неклеточные инфекционные агенты микроорганизмов, животных и человека

ученые близки к искоренению ветрянки, вирусного паротита человека. Были предложены вакцины против полиомиелита. В 1935 году создана Центральная вирусная лаборатория. Также было доказано, что противовирусные вакцины небезопасны. Изучена роль вирусов в экологии, ассоциации вирусов при различных болезнях. Доказана способность вирусов длительно персистировать

ворганизме человека и животных. Вирусология тесно связана с микробиологией. В вирусологии используются все те же методы, применяемые

вмикробиологии, так как она развивалась в недрах микробиологии и долгое время была ее неотъемлемой частью.

Вирусология является базой для развития эпизоотологии и некоторых других наук. Вирусы являются уникальными объектами для изучения

позволяетÐепозиторийвыявлятьÏолесÃÓкрупные виру ы (вирусы оспы, эктимы овец), обнаруживать внутриклеточные включения, а также регистрировать

нуклеиновых кислот и других вопросов генет ки.

4. Методы исследован я в в русологии

Методы исследования, применяемые в вирусологии аналогичны методам

микробиологии.

1. ВИРУСОСКОПИЧЕСКИЙ. Эт т метод исследования основан на

цитопатическ е действие вирусов на чув твительных тест-объектах. Метод флуорохромирования люминесц нтной вирусоскопии основан на свечении (люмин сц нции) вирусов пос обработки их веществами – флуорохромами. Этот м тод позволяет решать все те же задачи, что и световая вирусоскопия, однако за счет различн го свечения двух типов нуклеиновых кислот вирусов дает возможность дифференцир вать вирусы по содержанию нуклеиновой кислоты. Метод иммунофлуоресценции люминесцентной вирусоскопии основан на специфическом взаимодействии вирусного антигена с антителами, меченными флуорохромами. Этот метод позволяет идентифицировать вирусы. Электронная вирусоскопия позволяет визуально наблюдать вирусные частицы за счет формирования изображения в электронном микроскопе потоком электронов. При этом становится возможным изучать морфологию вирионов, что позволяет дифференцировать вирусы по семействам (прямая электронная вирусоскопия), либо наблюдать взаимодействие вирусов и антител, что позволяет проводить дифференциацию вирусов по видам (непрямая иммунная вирусоскопия).

2. ВЫДЕЛЕНИЕ И КУЛЬТИВИРОВАНИЕ ВИРУСОВ. Этот метод исследования основан на способности вирусов репродуцироваться

Неклеточные инфекционные агенты микроорганизмов, животных и человека

широкое применение три типа тест-объектов: РКЭ (развивающиеся куриные эмбрионы), культуры клеток и организм лабораторных животных. Использование этих тест-объектов позволяет обнаруживать присутствие вирусов в исследуемом материале, поддерживать его в активном состоянии, титровать вирусы, изучать их патогенные свойства, а также проводить постановку реакции нейтрализации и получать вакцины для профилактики вирусных инфекций.

3. БИОЛОГИЧЕСКИЙ МЕТОД. Этот метод исследования заключается в постановке биопробы на лабораторных животных и естественно восприимчивых животных с целью изучения патогенности вирусов. Этот метод исследованияÐепозиторийсоответствует организменному уровню исследования.

4. СЕРОЛОГИЧЕСКИЙ МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ. В основе этого метода лежит постановка серологическ х реакц , т.е. реакций взаимодействия антигена с антителом in vitro. При этом возможно проводить идентификацию вируса, а также обнаруживать противови усные антитела в сыворотке крови животных. Это основной мет д диагн стики вирусных инфекций, требующий

минимум затрат времени для пр ведения исследования. ÏолесÃÓ

Неклеточные инфекционные агенты микроорганизмов, животных и человека

ТЕМА 2 ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ ВИРУСОВ

МИКРООРГАНИЗМОВ, ЖИВОТНЫХ И ЧЕЛОВЕКА

1.Общие свойства вирусов. Структура вирионов.

2.Химический состав вирусов.

До сих пор предмет м дискуссии является эволюционное происхождение вирусов. Выдвигались 3 сн вных гипотезы:

• вирусы возникли еще до появления клеточных форм жизни и представляют собой древнюю самостоятельную ветвь молекулярной эволюции; впоследствии они приспособились к внутриклеточному

•вирусы – результат дегенеративной эволюции; происходят из отделившихся генов бактерий или других организмов;

•вирусы произошли от автономных структур клетки, содержащих нуклеиновые кислоты (митохондрии и др.).

Ведущей в настоящее время является теория самостоятельного происхождения и эволюции вирусов. Предполагается, что их источником стали вновь образованные нуклеиновые кислоты (первоначально РНК, затем ДНК). При этом они могли проявлять собственную каталитическую активность. Впоследствии в состав вирусов были включены белки. После возникновения

Неклеточные инфекционные агенты микроорганизмов, животных и человека

клеточных структур вирусы приобрели способность к внутриклеточному паразитизму.

Сформированная вирусная частица, находящаяся вне клетки, получила название «вирион». Вирион является внеклеточной формой существования

вируса. Эти частицы способны кристаллизоваться. Вирионы метаболически инертны и активируются только после взаимодействия с клеткой, чувствительной к данному вирусу. Они обладают инфекционностью, т.е. благодаря рецепторным белкам и ферментам проникают в клетку, где и происходит репродукция вирусов. Некоторые вирусы способны встраивать

свою ДНК в геном клетки-хозяина. Такая вирусная ДНК становится провирусом. Вирус, утративший какие-либо важные функции или признаки, называется дефектным. Обычно это явлен е связано с утратой ряда генов, характерных для полноценной вирусной част цы. Многие дефектные вирусы

внешнейÐепозиторийоболочкой (ÏолесÃÓсуперкапсид м), состоящей из липидов и встроенных в нее белков (обычно – глик пр теин в). Суперкапсид иначе называют «пеплос» (от

не способны к самостоятельной еп одукц без вирусов-помощников

(вирусы-сателлиты). К ним относятся, например, аденосателлиты, для размножения которых необх димы аденоили герпесвирусы, а также

дельтавирус– возбудитель яжел й ф рмы гепатита, для репродукции которого требуется гепаднавирус – возбуди ель гепатита В.

Необычной субв русной час ицей является вироид. Вироиды – это инфекционные агенты, ра множающиеся в клетках растений. Они имеют в своем составе только небольшую (250-400 нуклеотидов) циркулярную

молекулу РНК, белки н выявлены. РНК вироидовспособна к автономной

репликации в растительных клетках.

В структуре вири на нукл иновая ки лота плотно упакована в белковую

греч. peplos– мантия, покров), а его белки – пепломерами. Внешнюю липидную оболочку сложные вирусы приобретают при прохождении через цитоплазматическую мембрану клетки хозяина. Форма укладки капсомеров вокруг нуклеиновой кислоты определяет тип симметрии вируса.

Существуют 2 основных типа симметрии:

•Спиральный– винтообразная структура нуклеокапсида, капсомеры укладываются по спирали;

•Икосаэдрический(или кубический) – в основе лежит фигура икосаэдра (20-

гранника); капсомеры формируют грани многогранника.

Возможен смешанный тип симметрии, сочетающий оба варианта (характерен для бактериофагов – головка фага имеет кубический тип симметрии, отросток – спиральный).

Неклеточные инфекционные агенты микроорганизмов, животных и человека

Вирионы с капсидом, построенным более чем из 60 капсомеров, содержат группы из 5 субъединиц – пентамеры или из 6 субъединиц – гексамеры.

Из-за особенностей своего строения многие вирионы устойчивы во внешней среде. Это характерно для вирусов, имеющих белковую оболочку (большинство простых вирусов). Они сохраняют жизнеспособность при замораживании, высушивании, однако чувствительны к высокой температуре. Сложные вирусы, окруженные липидной оболочкой, чувствительны к детергентам, спиртам, эфирам.

На вирусы не действуют антибиотики. Препараты, подавляющие

активность вирусов, отнесены к отдельной группе противовирусных лекарственныхÐепозиторисредств. й

2. Химический состав в русов

В состав простых вирусов входят белки и нуклеиновая кислота (ДНК или РНК), сложные вирусы содержат все сн вные биополимеры, включая липиды

и углеводы, локализованные в суперкапсиде.

вирусный геном, обеспеч вая наследственность и изменчивость вирусов. Многие из них являются нфекц онными, т.е. могут самостоятельно вызывать инфекционный процесс после попадания в чувствительные клетки.

В вирионе присутствует только один тип нуклеиновой кислоты – РНК или ДНК. Исключения – вирион цитом галовиру а, который помимо геномной

ДНК содержит ределенное колич тво иРНК, и недавно открытый

уникальный РНК-ДНК гибридный вирус (РДГВ), выделенный из горячих источников в Калифорнии, США (2012 г.) Последний пример указывает на возможность г нетических рек мбинаций между РНК и ДНК-вирусами.

Вирусная ДНКможет быть дноили двунитчатой, фрагментированной и

нефрагментированной, линейн й или кольцевой. Размеры ее варьируют в широких пределах – от 2-3 тысяч до 300 тысяч пар нуклеотидных остатков (т.н. .) и более, поэтому геном ДНК-вирусов может содержать и единичные гены, и объединять до нескольких сотен генов.

Вирусные нуклеиновыÏолесÃÓкисл ты. Нуклеиновые кислоты формируют

Гены вирусов могут включать экзоныи интроны. Интроны не кодируют вирусные белки и в ходе транскрипции удаляются из последовательности вирусной иРНК. Гены ДНКовых вирусов могут располагаться как на одной

цепи ДНК, так и мозаично на обеих цепях.

Геномная ДНК содержит разные функциональные участки, обеспечивающие ее репликацию, транскрипцию иРНК, транспорт нуклеиновой кислоты вируса к месту сборки вириона.

Минимальный ДНК-геном характерен для гепаднавирусов (вирус гепатита В – 3,2 т.н.о.), максимальный – у вируса натуральной оспы (375 тыс.

Неклеточные инфекционные агенты микроорганизмов, животных и человека

Кольцевая двухцепочечная ДНК является основной формой вирусной ДНК, способной к репликации. Для ее образования на концах ДНК имеются прямые или инвертированные (развернутые на 180о) повторы. Они обеспечивают способность ДНК замыкаться в кольцо. Такая форма ДНК используется для репликации или встраивания в клеточный геном. Генетическая информация с ДНК затем транскрибируется на иРНК в клетке с помощью РНК-полимераз. Для контроля транскрипции в геномной ДНК имеются промоторные области, энхансеры (усилители транскрипции), участки терминации, участки, влияющие на сплайсинг и другую модификацию иРНК.

СплайсингиРНК – это удаление отдельных участков из первично синтезированной иРНК (первичноготранскрипта) с образованием различных зрелых иРНК, которые кодируют разные белки. Это позволяет значительно расширить разнообразие вирусных белков при ограниченном размере вирусного генома. Механизм сплайсинга ха актерен как для ДНК-, так и РНК-

содержащих вирусов.

клеткахÐепозиторийотсутствуютÏолесÃÓсистемы парации РНК. Из этого следует, что протяж нные вирусные РНК-геномы нестабильны и мало жизнеспособны.

Вирусная РНКпо своему химическому составу не отличается от РНК клеточного происхождения, днако м жет иметь самую разную структуру. Встречаются одно- и двуни ча ая, линейная, кольцевая, фрагментированная вирусная РНК. Вирусный РНК-геном является гаплоидным. Только у ретровирусов имеется д пло дный геном, который представлен двумя идентичными цепями РНК. Размер геномных вирусных РНК в сравнении с ДНК весьма невелик и не превышает 30 .н.о. (пример – коронавирусы).Во многом это связано тем, что р пликация виру ной РНК склонна к ошибкам; в результате в зникают множеств нные мутации в РНК-геноме. Кроме того, в

Кроме того, после ряда цик ов репликации вирусной РНК образуется набор разных мутантных вирус в, геном которых отличается от исходной РНКпоследовательности (мутантный спектр или «мутантное облако»). Это приводит к ускоренной генетической дивергенции РНК-вирусов между собой, что имеет клиническое значение. В частности, накопление мутаций в РНК вируса гепатита С приводит к быстрому развитию устойчивости к противовирусной терапии.

Среди вирусов с одноцепочечной РНК различают 2 основные группы: имеющих (+) РНК (плюс-РНК, положительный геном, положительная полярность РНК) и (–) РНК (минус-РНК, отрицательный геном, отрицательная полярность РНК).

Вирусная (+) РНК инфекционная и обладает функциями информационной РНК (смысловая цепь). Она сама является матрицей для синтеза белка на рибосомах, где происходит процесс трансляции.

Вирусная(–) РНК не является инфекционной. Нить (–) РНК не обладает

Неклеточные инфекционные агенты микроорганизмов, животных и человека

наследственную функцию. В зараженной клетке на матрице вирусной геномной (–) РНК ферментом РНК-полимеразой проводится синтез комплементарной смысловой цепи (+) РНК. С этой цепи в дальнейшем будет происходить синтез вирусных белков.

Нити (+) РНК вирусов в отличие от (–) РНК имеют концевой остаток 5`- метилгуанозина (кэп или «шапочка») для специфического узнавания рибосом.

Обычно вирусный геном содержит РНК только одной полярности – «плюс» или «минус». Однако у некоторых вирусов может быть амбиполярный геном, где положительные участки чередуются с отрицательными (пример –

аренавирусыÐепози). торий Наряду с типичной для всех РНК однонитевой формой у многих вирусов

имеется двунитеваягеномная РНК (д плорнав русы). К ним относятся, в частности, реовирусы. РНК диплорнав русовфрагментирована и состоит из

нескольких сегментов. С другой сто оны, в однонитевой вирусной РНК могут

образоваться двухцепочечные участки («шпильки») с поворотом цепи РНК на

180о. Это происходит из-за спа ивания комплементарных нуклеотидов

(палиндромные последова ельн с и) в линейной РНК-молекуле. Такие структуры принимаютÏолесÃÓучас ие в регуляции транскрипции и трансляции

вирусной РНК.

Вирусные белки.У в русов различают структурные и неструктурные

белки. Среди структурных белков выделяют капсидныеи суперкапсидные.

Капсидныебелки входят в тав кап омеров. Плотно упакованные

нуклеокапсидныеили NP-белки образуют комплекс с нуклеиновой кислотой; собственно ка сидные белки формируют капсид, защищая вирусную нуклеиновую кислоту. У простых вирусов капсидные белки также являются рец пторами.

Суп ркапсидные белки имеются у сложных вирусов. Часто это наружные гликопротеины, которые ф рмируют шипы на поверхности суперкапсида. Они выполняют роль рецепт р в –узнают чувствительную клетку и адсорбируются

на ней (адресные прикрепительные белки).

Для проникновения внутрь клетки (интернализации) вирусов используются матриксные М-белки и белки слияния – F-белки (от англ. Fusion– слияние). F-белки обеспечивают слияние вирусной и клеточной мембран и

приводят к образованию симпластов.

Функции структурных белков: определяют тип симметрии вируса, обеспечивают самосборкунуклеокапсида, участвуют в распознавании клеток и взаимодействии с ними; защищают вирусный геном от нуклеаз; обладают антигенными свойствами.

Среди неструктурных белков различают:

• предшественники вирусных белков (обычно формируют полипротеины из которых под действием протеаз образуются конечные вирусные

Неклеточные инфекционные агенты микроорганизмов, животных и человека

•регуляторные белки участвуют в репродукции вируса;

•вирусные ферменты: ДНК- и РНК-полимеразы обеспечивают репликацию вирусного генома; транскриптазы – синтез вирусных иРНК,

интеграза вирусов выполняет встраивание вирусной ДНК в геном клетки, вирусные протеазы гидролизуют вирусные и клеточные белки и т.д.

Выделяют вирионныеи вирусиндуцированные ферменты вирусов.

Вирионные ферменты постоянно присутствуют в составе вириона. Они участвуют в репликации, транскрипции и рекомбинации вирусных нуклеиновых кислот (эндо- и экзонуклеазы, ДНК и РНК-полимеразы, обратная

транскриптаза у ретровирусов и др.), адсорбции и проникновении вируса в клетку (нейраминидаза, АТФаза) и т.д.

К вирусиндуцированным относятся ферменты, которые закодированы в вирусном геноме, а их синтез происход т в клетке. Это РНК-полимеразы многих РНКовых вирусов (орто- и па ам ксов русов, пикорна- и тогавирусов),

ДНК-полимераза герпесвирусов и д. .

липидсодержащихÐепозиторийвирусÏолесÃÓв чувствительно к эфиру и детергентам. Липиды могут составлять до 20-30% т массы сложного вириона.

Помимо собственных белк в, ф ми ующийся вирион в процессе сборки

30% от общего кол чества клеточного белка циклофиллина А; без него инфекционные вирусные част цы не формируются).

Липиды и углев ды в составе виру ов. Липиды входят в состав суперкапсида сл жных вирусов. Они включают фосфо- и гликолипиды,

конформациюсу еркапсидных бе ков, а также способствуют проникновению

вируса ч з гидр ф бную к еточную мембрану. Большинство

Углеводы входят в состав гликопротеинов суперкапсида. Типичным примером такого гликопротеина является рецептор гемагглютинин, который вызывает склеивание эритроцитов и обладает антигенной специфичностью.

Гликозилирование поверхностных белков влияет на их рецепторную специфичность, а также предохраняет от действия антител и клеточных протеаз. Углеводные остатки могут составлять до 10-15% от общей массы

Неклеточные инфекционные агенты микроорганизмов, животных и человека

ТЕМА 3 ВИРУСНЫЙ ГЕНОМ

1.Размер вирусного генома.

2.Минимальный набор вирусных генов.

3.Различие эволюционных стратегий РНК- и ДНК-содержащих вирусов.

не реплицируется.

ÐепозиторийПод вирусным геномом обычно подразумевается геном вириона. В данном случае он находится в латентном состоян , т.е. не транскрибируется и

На внутриклеточной стадии онтогенеза геном вируса переходит в

активное репликативное сост яние. П и этом изменяются молекулярные

характеристики геномной нуклеин в й кислоты: сменяется ее тип; ss-форма

превращается в ds-форму; линейная к нфигурация заменяется кольцевой; геном амплифицируется. ОписаниеÏолесÃÓрепликативных состояний генома вируса, или его

стратегии, – одна из основных ем вирусологии, а анализ этих состояний – одна из главных задач вирусолог ческого исследования.

1. Размер виру ного генома

Особенн сть вирусного г нома – го относительно малый размер, чаще всего в пр д лах 5 – 190 тыс. п.н. (при минимуме 3 тыс. п.н. и максимуме 1200 тыс. п.н.). Для сравнения, минима ьный размер генома прокариотов составляет

580 тыс. п.н. (у паразитическ й бактерии Mycoplasma genitalium).

Размер вирусного ген ма не коррелирует размером генома клетки-

хозяина. В частности, самые большие вирусные геномы у вирусов протистов – симбиотических хлорелл (330 тыс. .н.) и амеб (1200 тыс. п.н.). В то же время геном вируса человеческой оспы имеет размер «всего» 190 тыс. п.н., а геном бактериофага Т4 еще меньше169 тыс. п.н.

У вирусов, имеющих минимальный размер генома, однако еще способных самостоятельно реплицироваться и образовывать вирионы,

геномной нуклеиновой кислотой, как правило, служит ssPHК. Информационная емкость вирусного генома. Малый размер вирусного

генома отражает его незначительную информационную емкость.Это неудивительно, поскольку биологическая задача вируса ограничивается внутриклеточным копированием геномной нуклеиновой кислоты, а также ее доставкой в другую клетку.

Соответственно вирусы обладают малым числом генов по сравнению с

Неклеточные инфекционные агенты микроорганизмов, животных и человека

бактериофага MS2 (3,5 тыс. п.н.) всего четыре гена; столько же открытых рамок считывания выявлено в геноме вируса гепатита В (3,2 тыс. п.н.). В данном случае малая информационная емкость генома частично компенсируется перекрыванием рамок считывания. Например, у вируса гепатита В перекрываются все рамки считывания; каждый нуклеотид входит в состав кодона более чем одного белка. Использование перекрывающихся рамок считывания позволяет разместить максимально возможный объем информации в матрице малого размера, а также использовать разные стратегии экспрессии генома, что обеспечивает баланс продуктов транскрипции.

Ðепозиторий2. Минимальный набор вирусных генов

В то время как самые крупные в русы меют несколько сотен генов,

геномы самых мелких вирусов код уют лишь несколько белков.В минимальный набор вирусных генов п ежде всего входят те гены, которые отвечают за репликацию ген ма. Между п очим, присутствие нуклеотидной последовательности гена репликазы служит четким критерием различия между

систем репликации клетки-хозя на.

репликативной формойÏолесÃÓвируса и плазмидой, которая полностью зависит от

Нуклеотидная последовательность гена репликазы представляет собой

филогенетический маркер в русов одинаковыми типом и стратегией генома.

Перекрывающиеся вирусные гены. Геномы многих вирусов содержат перекрывающиеся гены (англ. overlapping gene), когда два или больше белков

кодируются дн й и той же нукл отидной последовательностью. Иными словами, такие оследовате ьности транскрибируются по множественным рамкам считывания. Как прави , бе ковые продукты перекрывающихся генов

выполняют вспомогательную р ь в распространении вируса или в реализации его патогенных свойств. Смысл этого явления до конца не ясен. Считается, что благодаря этому в ходе эв люции вирусные геномы не выходят за размерный предел, обозначенный вместимостью капсида. Из-за высокой стабильности и геометрического совершенства икосаэдра именно такая форма капсида оказалась предпочтительной. Однако белковый кристалл, в отличие от неорганического, редко достигает кpyпнoй величины без потери стабильности, что лимитирует размер капсида и, соответственно, размер геномной нуклеиновой кислоты, которая может поместиться в капсид.

Альтернативным решением проблемы стало распределение сегментов вирусного генома, аналогичных хромосомам, по разным вирионам. В данном случае это называется партитностью генома.

Сегментированность вирусного генома. Физическое состояние клеточного генома в виде того или иного числа неидентичных групп сцепления называется партитностью. Монолитным, или унипартитным (англ. unipartite; от

Неклеточные инфекционные агенты микроорганизмов, животных и человека

группу сцепления, т.е. ассоциированный с одной хромосомой. В свою очередь, мультипартитным (англ. multipartite; от лат. multus – многочисленный и лат. pars – часть) называется геном, рассредоточенный между несколькими неидентичными хромосомами либо между хромосомой и одной или несколькими мегаплазмидами.

Геном РНК-содержащих вирусов также может распределяться между несколькими неидентичными молекулами, упакованными в общий капсид. Однако в данном случае такое физическое состояние генома обозначается не термином «партитный», а термином «сегментированный». Альтернативой

сегментированного генома выступает монолитный геном.

Для сравнения, у ДНК-содержащих вирусов никогда не бывает сегментированных геномов, и их геном содерж тся в одной молекуле или

нескольких идентичных (плоидных) молекулах.

пересортировкаÐепозиторий), лежитÏолесÃÓв основе бы трой эволюции РНК-содержащих вирусов и объясняет высокую эпид мио огич скую опасность соответствующих

Только полный набор сегментов генома позволяет осуществить

«полноценную» инфекцию и восп оизводство вируса. Сегментированность генома свойственна dsРНК-бактери фагам (сем. Cystoviridae) и dsРНК-вирусам

животных (сем. Reoviridae).Она ак же встречается и у вирусов с геномными нуклеиновыми кислотами других ип в.

При одновременном нфицировании клетки родственными, но не

идентичными вирусами, обладающими сегментированными геномами, между ними возможен реципрокный обмен сегментами, приуроченный к этапу сборки вириона. Характерным примером служит вирус гриппа (сем. Orthomyxoviridae).

Такой механизм, названный р а ортацией (англ. reassortment –

инф кционных заболеваний че овека и животных.

Партитнос ь вирусн го генома. Если отдельные сегменты вирусного генома входят в состав разных вирионов, то он называется партитным (лат. pars

– часть). Инфекционн сть вируса сохраняется только при наличии полного набора таких вирионов. Вирусы, обладающие партитным геномом, распространяются путем плазмогамии (англ. plasmogamy), т.е. слияния гаметхозяев в ходе полового процесса, из которых хотя бы одна уже инфицирована. Такой механизм используют, в частности, вирусы грибов (сем. Partitiviridae).

Альтернативный механизм заражения, заключающийся в переносе и инъекции вируса насекомыми-векторами, используют многие вирусы растений

(например, сем. Geminiviridae).

3. Различие эволюционных стратегий РНК- и ДНК-содержащих вирусов

Как уже отмечалось, сегментированные геномы, встречающиеся у РНК-

Неклеточные инфекционные агенты микроорганизмов, животных и человека

эволюции РНК-содержащих вирусов, по сравнению с эволюцией ДНКсодержащих вирусов. Вторая причина быстрой эволюции РНК-содержащих вирусов состоит в нестабильности их генома, поскольку в природе отсутствуют репарационные системы, исправляющие мутационные изменения этой нуклеиновой кислоты. Поэтому ошибки, совершаемые РНК-репликазами в процессе матричного копирования, сохраняются (в отличие от ошибок ДНКрепликаз) и накапливаются, что создает более широкий, чем у ДНКсодержащих вирусов, ресурс эволюционной изменчивости.

ÐепозиторийÏолесÃÓ