Вирусология

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Учреждение образования

«ПОЛЕССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Т.И. САМОЙЛОВА ÏолесÃÓТ.А. СЕНЬКОВЕЦ

ВИРУСОЛОГИЯ

лабораторный практикум

Пинск

ПолесГУ

2017

УДК 578.34 ББК 28.3

Рецензенты Доктор биологических наук, профессор Цвирко Лидия Сергеевна

Кандидат биологических наук Асташонок Андрей Николаевич

Утверждено научно-методическим советом

ÏолесÃÓПолесского государственного университета

Самойлова Т.И.

Лабораторный практикум по дисциплине: «Вирусология» / Т.И. Самойлова, Т.А. Сеньковец. – Пинск: ПолесГУ, 2017. – 74 .

Практикум содержит теоретиче кий материал по предмету, материал для проведения лабораторных работ, перечень тем реферативных работ, способствующих более глубокому изуч нию ди циплины «Вирусология», а также при изучении смежных ди циплин, таких как «Микробиология», «Молекулярная биология», «Г н тика», «Г нная инженерия», «Прикладная геномика», «Основы биот хно огии», «Основы иммунологии», «Современные проблемы био огии» и других. Предназначен для студентов специальности 1-31 01 01 Био огия дневной и заочной формы обучения, а так же слушателей ФПК и ПК.

УДК 578.34 ББК 28.3

©УО «Полесский государственный университет»,2017

2

ПРЕДИСЛОВИЕ

Вирусология является одной из наиболее интенсивно развивающихся областей медико-биологических наук. Повышенное внимание к этой дисциплине связано с особым положением и ролью вирусов в системе органического мира. Изучение природы взаимодействия их с клетками хозяев помогает решить множество таких фундаментальных проблем биологии, как раскрытие природы генетического кода, механизмов синтеза нуклеиновых кислот и белков, химического мутагенеза. Генетическая структура вирусов и необычайно высокая изменчивость делают их

уникальными объектами изучения эволюционных механизмов и направлений. Вирусная теория этиологии рака, лейкозов и других злокачественных новообразований, а также ведущее значение вирусных болезней в инфекционной патологии человека создают необходимость еще большего расширения исследований в этих областях для скорейшего благополучного решения этих важных проблем науки и здравоохранения.

освоить иÏолесÃÓотработать опред нные м тодики самостоятельно, а также ответить на контрольные вопросы в конце каждой лабораторной работы.

Данное издание разработано в помощь студентам биотехнологического факультета при выполнении лабораторного практикума в рамках дисциплин:

лабораторных занятий по цик у «Вирусология». Студентам предстоит

Вопросы и задания сф рму ир ваны таким образом, чтобы стимулировать студентов к сам ст яте ьн му и сознанному изучению предмета. В пособии содержатся также примерные тематики рефератов, отражающие основные разделы программы курса.

3

СОДЕРЖАНИЕ

2.4.7.2Иммуноферментный анализ (ИФА)……………………. 51

2.4.7.3Иммунная электронная микроскопия (ИЭМ)…………. 52

2.4.7.4Радиоиммунный анализ (РИА)…………………………. 52

Указания к оформлению работ………………………………………… 71

5

1 ОБЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ВИРУСОВ

1.1 Структура вирусных частиц, типы симметрии вирусов

Вирусы — особое царство ультрамикроскопических организмов, обладающих только одним типом нуклеиновых кислот, лишенных собственных систем синтеза белка и мобилизации энергии, и являющихся поэтому абсолютными внутриклеточными паразитами (А. И. Коротяев).

Основные свойства вирусов, отличающие их от всех остальных живых существ (кроме плазмид):

1.УльтрамикроскопическиеÏолесÃÓразмеры: в среднем от 20 до 300 нм.

2.Проходят через бактериальные фильтры.

3.Вирусы нельзя увидеть помощью светового микроскопа, для морфологии и структуры используют электронные микроскопы.

4.Содержат нуклеиновую кислоту только одного типа (ДНК, или

5.Не способны к росту и бинарному делению.

6.Размножаются путем воспроизвод тва ебя из обственной геномной нуклеиновой кислоты.

7.Не имеют собственных систем мобилизации энергии.

8.Не имеют собственных б локсинт зирующих и тем.

9.Являются абсолютными внутрикл точными паразитами. Средой обитания вирусов являются бакт рии, клетки раст ний, животных и человека.

Среди вирусов имеются как крупных, так и мелких размеров (рисунки 1, 2). Вирус натуральной оспы достига т 400 нм. Вирус коровьей оспы, имеет такие же размеры, как и наибо ее ме кие бактерии (хламидии и риккетсии).

Рисунок 1 – Форма и относительные размеры вирионов некоторых семейств ДНК-содержащих вирусов животных

6

РисунокÏолесÃ2 – Форма и относительные размеры вирионовÓнекоторых семейств

РНК-содержащих виру ов животных:

1 – Paramyxoviridae; 2 – Orthomyxoviridae; 3 – Coronaviridae; 4 – Arenaviridae; 5 – Retroviridae; 6 – Reoviridae; 7 – Picornaviridae; 8 – Rhabdoviridae; 9 –

Orbiviridae; 10 – Togaviridae; 11 – Bunyaviridae

Формы существования вирусов:

 внеклеточная форма – вирион – включает в себя все составные элементы (капсид, нук еиновую кис оту, структурные белки, ферменты и др.);  внутриклеточная форма – вирус – может быть представлена лишь одной молекул й нук еин в й кис оты, так как, попадая в клетку, вирион

распадается на ставные э ементы.

По стр ению различают два типа вирусных частиц:

Простые («г лые») вирусы состоят из сердцевины и белковой оболочки – капсида.

Сложные («одетые») вирусы имеют дополнительную липопротеидную оболочку – суперкапсид.

По морфологии вирионы бывают:

-палочковидные (возбудитель лихорадки Эбола), -пулевидные (вирус бешенства), -сферические (герпесвирусы), -овальные (вирус оспы),

-а также бактериофаги, со сложной формой строения.

Внутренняя структура простых и сложных вирусов сходна.

Сердцевина вируса – вирусная нуклеиновая кислота (ДНК либо РНК) – вирусный геном (рисунок 3).Наиболее простой вирусный геном кодирует 3-4 белка, наиболее сложный − более 50 полипептидов.

7

внешняя осмиофильнаяÏолесÃÓмембрана оболочки нукл оида; 13 – средняя осмиофобная мембрана оболочки нуклеоида; 14 – внутр нняя осмиофильная мембрана оболочки нуклеоида; 15 – нук еоидоп азма; 16 – осмиофобный компонент S-образной структуры; 17 – кольцо – срез спира ьной укладки ДНК (гипотеза); 18 – центр этого кольца; 19 – внутренний компонент S-образной структуры нуклеоида; 20 – центральный к мпонент S-образной структуры нуклеоида

Рисунок 3 – Схема строения вириона оспы:

1 – фрагмент цитоплазматической оболочки, захваченной вирионом при выходе из клетки; 2 – пространство между этой оболочкой и поверхностью вириона; 3

– внешняя осмиофильная мембрана оболочки вириона; 4 – редняя осмиофильная мембрана оболочки вириона; 5 – внутренняя мембрана оболочки вириона; 6 –

Снаружи нуклеин вая кисл та покрыта белковым чехлом – капсидом, образуя комплекс – нукле капсид, по химической природе представляющий собой нуклеопр теид.

Капсид (лат. capsa, ящик) часто построен из повторяющихся субъединиц – капсомеров. Капсомеры являются морфологическими единицами вирусов Число капсомеров строго специфично для каждого вида и зависит от размеров и морфологии вирионов. Например, вирус полиомиелита содержит 32 капсомера, а аденовирус – 252.

Капсомеры состоят из молекул белка – протомеров. Комплекс капсида и вирусного генома называют нуклеокапсидом (рисунок 4).

Дополнительная оболочка сложных вирусов – суперкапсид образована из плазматической мембраны клетки-хозяина. В составе суперкапсида выделяют внутренний белковый слой (М-белок), внешний объемный слой

ÏолесÃÓРисунок 4 – Аденовирус:

а — схема строения вириона (по А. Г. Букринской, 1986); б — модель аденовируса. Римскими цифрами обозначены основные белки вириона; в центре — дезоксирибонуклеопротеид, содержащий вирусный геном

Вирусспецифические гликопротеиды встраиваются в липидный бислой, образуя разные по форме выпячивания, например, шипы

.

Типы симметрии вирусов. Кап омеры вириона организованы в один или два слоя по двум типам симм трии – кубиче кому или спиральному (рисунок 5).

Рисунок 5 – Основные типы симметрии вирусов:

А – кубический («голый» вирион); Б – кубический («одетый» вирион); В – спиральный («голый» вирион); Г – спиральный («одетый» вирион)

1. Спиральная симметрия. В нуклеокапсиде взаимодействие нуклеиновой кислоты и белка осуществляется по одной оси вращения

9

(рисунок 6), капсид которого образован 2130 одинаковыми белковыми субъединицами. Вирион имеет палочковидную форму.

2. Кубическая симметрия. Нуклеиновая кислота окружена капсомерами, образующими фигуру икосаэдра – многогранника с 12 вершинами, 20 треугольными гранями и 30 углами (рисунок 7), что придаѐт вирусам сферическую форму.

имеют двойную симмет¬рию: головка организована по принципу кубической симметрии, отросток – по принципу спиральной симметрии (рисунок 8).

Рисунок 8 – Бактериофаг:

смешанный тип симметрии

4. Отсутствие постоянной симметрии. Для вирусов больших размеров (для поксвирусов) характерно отсутствие постоянной симметрии

10