ХIХ століття ознаменувалося бурхливим розвитком мікробіології. Однак до кінця сторіччя з'ясувалося, що збудників багатьох захворювань (сказу, грипу, жовтої лихоманки та ін.) бактеріологічними методами досліджень виявити не вдається. У 1892 році Д.И. Івановський довів, що існує група збудників, дрібніших за бактерії (що зберігають заразні властивості при фільтрації через фільтр, який затримує бактерії і необмежено довго здатних розмножуватися при пасажах у живій рослині). Унаслідок цього 1892 рік більшість сучасних вчених вважають роком народження вірусології як науки.

Вірусологія є розділом загальної мікробіології – науки, що вивчає організми, нерозрізнені неозброєним оком. Предметом її вивчення є морфологія, хімічний склад, особливості структури генома і трансляції генетичної інформації, систематика мікроорганізмів і взаємини з іншими формами життя. Об'єктом досліджень вірусології є пріони, віроїди, віруси - об'єкти, що знаходяться на межі, що відокремлює світ органічної природи від неорганічної, світ живого від неживого. У ході еволюції органічних форм на Землі віруси стали унікальною групою, що забезпечує перенос і реалізацію генетичної інформації в клітинних формах. За час свого існування вірусологія зробила багатий внесок в розвиток суміжних наук - бактеріології, генетики, біохімії.

Термінологія.

Вірулентний - заразний, небезпечний, смертельний.

Вірулентність - ступінь патогенності (даного штаму вірусу). Вірулентність визначається инфекційністю – здатністю проникати і розмножуватися в макроорганізмі. За одиницю виміру вірулентності прийнята мінімальна летальна доза (МЛД чи DLM, лат. dosis letalis minima) – найменьше число патогенів, здатне викликати загибель експериментального об'єкта (напр., піддослідної тварини), і LD₅₀ – кількість патогенів, здатне викликати загибель 50% експериментально заражених піддослідних тварин.

Вірус - термін, що позначає усі форми існування виду вірусу в його індивідуальному циклі розвитку.

Віріон - заключна форма розвитку вірусу, яку вірус набуває при виході з клітки.

Гликопротеїд - складний білок з вуглеводним ланцюжком.

Деструкція - руйнування.

ДНК- і РНК-геномні віруси. Віруси підрозділяють на ДНК- та РНК-вмісні, в залежності від типу нуклеиновой кислоти, що входить в їхній склад.

Інфекція – сукупність фізіологічних (адаптаційних) і патологічних процесів, що розвиваються в організмі в результаті взаємодії зі збудником.

Інфікуюча доза - мінімально необхідна для розвитку патологічного процесу в макроорганізму доза патогена, що визначається вірулентністю збудника і станом резистентності організму.

Капсид - оболонка вірусу, побудована з ідентичних субодиниць (капсомеров). Кожен капсомер являє собою один поліпептидний ланцюг або агрегат з однакових або різних поліпептидних ланцюгів.

Нуклеокапсид - капсид з укладеною в ній нуклеїновою кислотою вірусу -геномом.

Патогенність характеризує специфічність патологічних процесів, викликаних конкретним збудником. Генотип патогена фенотипічно виявляється його вірулентними властивостями.

Суперкапсидная оболонка (пеплос) - оболонка вірусу, що складається з матеріалу клітинних мембранних структур, змінених вірусом у процесі інфекції. Частіше пеплос являє собою біологічну мембрану з двох куль - ліпідів (клітинних) і ув'язнених у них глікозилірованих суперкапсидных білків (вірусних), що виступають над поверхнею віріона у виді шипів. Суперкапсидні оболонки надають вірусам різні форми - кулясту (зверху икосаедричного капсида в ретровирусов), кулевидну (зверху палочковидного капсида в рабдовирусов).

Ендогенний – внутрішній, що формується усередині (клітки, організму).

Екзогенний – зовнішній, що передається ззовні.

Экліпс-период (экліпс-фаза) - період внутрішньоклітинного розвитку вірусу, протягом якого вірус перестає існувати у виді організованої структури, а представлений набором біополимерів (нуклеїнова кислота, білки), розосереджених, найчастіше, у різних зонах клітини-хазяїна.

Експресія - прояв (виявлення) якої-небудь ознаки (наприклад, експресія генома - реалізація генетичної інформації у вигляді трансльованих білків).

Віроїди

- екзогенна молекула РНК, інформація про синтез якої не кодується геномом клітини-хазяїна.

Віроїди схожі з вірусами по способах передачі і по симптомах захворювань, що викликаються ними. У більшості випадків вони викликають захворювання рослин (наприклад, пістрявість пелюстків тюльпанів).

Від типових вірусів відрізняються наступними ознаками:

1. Не мають білкової оболонки і не мають антигенні властивості;

2 . РНК відрізняється малими розмірами (довжиною близько 1х10^-6 мм), складається з 300-400 нуклеотидов;

3. Геном представлений кільцевою одноланцюговою РНК. Серед вірусів хребетних подібну структуру має тільки геном вірусу гепатиту Дельта (гепатиту D);

4. Віроїды не кодують власних білків і їхнє розмноження відбувається або автокаталитично, або залежить від клітини-хазяїна.

З 1971 року виявлено більш 10 віроїдов, що відрізняються за структурою, спектром хазяїнів і симптомами захворювання.

Пріони

(від англ. Protein Infectious Agents) - збудники повільних летальних інфекцій, що уражають центральну нервову систему людини і тварин, об'єднаних у групу “підгострих трансмісівних губчастих енцефалопатій”.

У групу пріонових інфекцій включають хвороби людини:

куру,

хвороба Крейтцфельда-Якоба (Creutzfeld-Jakob disease, CJD),

синдром Герстманна-Страусслера-Шайнкера, (GSS),

фатальне сімейне безсоння (FFI),

хронічна прогресуюча енцефалопатия дитячого віку (хвороба

Альперса),

хвороба Альцгеймера (можливо)

і захворювання тварин:

скрейпи (від англ. Scrape – схрестив) овець, кіз, муфлонів, диких баранів,

губкоподібну енцефалопатию корів, биків (“сказ” корів), лосів. Страусів.

трансмісивную енцефалопатию норок,

хвороба хронічного виснаження чернохвостого (канадського) оленя,

котяча спонгиоформна енцефалопатия.

Збудники являють собою протеїди з масою (33-35 кД). Характеризуються рядом властивостей, подібних, до властивостей типових вірусів.

Біологічні властивості пріонових білків:

відсутність экліпс-фази;

тривалий інкубаційний період (від місяців до десятків років);

хронічна прогресуюча патологія (повільна інфекція);

відсутність запальних реакцій;

відсутність ремисій та видужання: неминуче летальна інфекція;

відсутність продукції інтерферону;

нечутливість до інтерферону;

відсутність антигенності, відсутність білків, відрізнимих від білків хазяїна;

не викликають імунної відповіді ( як гуморальної, так і клітинної) в уражено

го організму;

відсутність патогенної дії на клітини in vitro;

різні чутливість, вірулентність і патогенез (ураження різних

зон

мозку) у різних видів;

зміна кола хазяїнів;

реплікація до титрів 10⁵-10¹¹/м у мозку;

відтворення як у клітині, так і в штучній, безклітинній системі

автокаталітичним шляхом.

Фізико-хімічні властивості пріонових білків:

ультрамікроскопічні розміри (здатні проникати через бактеріальні

фільтри);

Таблиця 1

Характеристики стійкості пріонів до різних факторів

Реактиви	Стан		Ефект дії
Фізико-хімічні фактори
Na2OH		0,1-0,5 мМ		Стійкі
SDS		1-10%		Інактивуються
Zn2+		2 мМ		Стійкі
Псораден		10-500 мг/мл		Стійкі
Фенол		100%		Інактивуються
Сода		1N на протязі 1 години при 200С		Інактивуються
Гіпохлорид натрія		2,5% на протязі 1 години при 200С		Інактивуються
Обробка ферментами
ДНК-аза		0,1-100 мг/мл		Стійкі
Протеіназа К		100 мг/мл		Інактивуються
Тріпсін		100мг/мл		Інактивуються я
Фізичні фактори
УФ		Великі дози		Стійкі
Кип’ятіння		30-60 мин		Стійкі
Зберігання при кімнатній температурі у сухому вигляді		До 2 років		Стійкі
Автоклавування		1360С на протязі 18 хвилин		Інактивуються я
Сухий жар		1600С на протязі 18 годин		Інактивуються я

Особливості патогенезу:

Спочатку реплікуються в селезінці та інших органах ретикуло-эндотелиальної

системи, а потім у мозку;

адаптуються до нового хазяїна (скорочення інкубаційного періоду);

присутня генетична регуляція чутливості в деяких видів (в овець

і мишей для збудника скрейпи);

специфічне коло хазяїнів у шкірного штаму;

наявність штамів з різним колом хазяїнів і вірулентністю.

Особливістю ифекційного процесу, викликаного пріонами, є відсутність асоційованих із пріонами нуклеиновых кислот. Очевидно, на відміну від інфекційних захворювань бактеріального чи вірусного походження, у випадку т.зв. неканонічних вірусних інфекцій саме білки є безпосередніми збудниками захворювання і саме вони виявляються в уражених органах ( ЦНС) у значних титрах.

Відповідно до гіпотези лауреата Нобелівської премії 1997 долі Стенлі Прузинера механізм запуску процесу патогенезу у випадках неканонічних інфекцій пов'язаний з тім, що екзогенний білок (пріон), потрапляючи в клітину, змінює конформацію клітинних білків (що у нормі вбудовуються в мембрану клітини) відповідно до власної структури (автокаталітичний синтез) і накопичується в клітині у високих концентраціях, викликаючи незворотні зміни нервової тканини. Характерною ознакою для всіх пріонових інфекцій на останніх стадіях розвитку захворювання слугує утворення в тканинах головного і спинного мозку миєлоїдних тяжів і бляшок, що складаються з пріонового белку PrP^Sc. При цьому тканини мозку на зрізі мають вид губки. Звідси і назва: «губчата хвороба мозку».

Відрізняючись досить високою стійкістю до температурних впливів, пріони можуть ініціювати патологічні процеси при вживанні м'ясних продуктів, що не пройшли достатню обробку.

Крім надходження ззовні (наприклад, з їжею, переливанням крові і її продуктів, уведенням гормональних препаратів), пріонова інфекція може бути «запущена» мутацією гена, що кодує в нормі синтез одного з мембранних білків – PrP-c. Нормальний клітинний білок - PrP-c – кодується єдиним геном, розташованим у людини в 20 хромосомі. Складається приблизно з 254 амінокислотних залишків, включаючи 22-членний N-термінальний сигнальний пептид. Нормальна форма є мембранним білком нервових клітин, швидко виводиться і протеолітично розщеплюється на поверхні клітин.

Мутантна ізоформа пріонового білка PrP-c – інфекційний пріоновий білок PrP-Sc має молекулярну масу (30-35kD), аналогічну масі нормального пріон-протеїну і кодується тім же геном. Спектроскопічний аналіз показав, що PrP-c і PrP-Sc мають різну конформацію: у PrP-c домінує α-спіралізація і у дуже малих кількостях виявляються β-складчасті структури (3%), тоді як PrP-Sc мають високий зміст β -структур (до 43%). Встановлено, що зміна конформації нормального протеїна може бути спричинена однією з 18 мутацій гена PrP. Патогенна форма пріона має здатність дифундувати крізь клітинну мембрану і накопичуватися як усередині нервових кліток, так і поза ними. Патогенній формі прионов присуща здатність до утворення міжмолекулярних ассоціатів, що обумовлюють, зокрема, утворення амілоїдів в уражених нервових тканинах.

PrP-c входить до складу зовнішніх клітинних мембран, зв'язаний із зовнішньою поверхнею клітин якорем гликолипида і бере участь в ендоцитозі і катаболізмі клітин. У нейронах пріон-протеїн необхідний для нормальної синаптичної функції. Передбачається що в нормі пріони беруть участь в міжклітинному розпізнаванні і клітинній активації. Незважаючи на те, що найвищий рівень концентрації PrP-c виявлений у нейронах, його можуть синтезувати й багато інших клітин організму.

Патогенні пріон-протеїни, здатні до трансмісії, є мутантами клітинної ізоформи нормального пріон-протеїну. До 1991 року встановлене (Prusiner S.B.) 18 різних мутацій гена Pr людини, що зв'язані з різними прионовыми хворобами.

Одна зі спроб пояснити механізм патогенезу пріонових інфекцій (Мотузка С.В., 1999) пов’язує патогенність пріонових білків із їхньою здатністю до проходження крізь клітинні мембрани і зв'язуванню з протеїназами. У результаті патогенний пріон перетворюється в транспортний білок, що доставляє протеїнази в міжклітинний простір. Наслідком цих подій (відповідно до гіпотези С.В. Мотузки) є фізіологічно недоречна активація внутрішньоклітинних проферментів з наступним розвитком нейродегенеративних процесів, що ведуть до загибелі клітки.

Вважається, що усі встановлені до цього часу види трансмісивних спонгіоформних енцефалопатій людини і тварин зв'язані між собою єдиним збудником і розрізняються лише механізмом передачі інфекції і реакцією макроорганізму на інфекційний агент.

Загальні методи вивчення вірусів

Про присутність вірусів, як при спонтанних захворюваннях, так і при експериментальному зараженні хазяїна, висновок роблять по появі тих чи інших патологічних симптомів. Усякий раз, коли виникає підозра про присутність вірусу в досліджуваному об'єкті, приходити підбирати чутливий до вірусу організм та метод його зараження.

Як відомо, для доказу того, що дане захворювання викликається визначеним мікроорганізмом, необхідно виконати так називані постулати Коха:

1. Показати, що даний мікроорганізм регулярно виявляється в хворому організмі.

2. Одержати культуру цього мікроорганізму на штучному живильному . середовищі

3. Відтворити дане захворювання зараженням експериментальної тварини виділеною культурою.

4. Повторно виділити даний мікроорганізм, але вже з організму експериментально зараженого хазяїна.

Ті ж постулати, з деякими змінами, справедливі й у випадку діагностики вірусних захворювань. У цьому випадку, згідно Риверсу, постулати формулюються в такий спосіб:

1. Виділити вірус з організму хворого.

2. Культивувати вірус у організмі в клітинах експериментальної тварини.

3. Довести здатність проникати скрізь бактеріальний фільтр інфекційного агента (щоб виключити патогенні агенти більшого розміру, наприклад, бактерії).

4. Відтворити подібне захворювання в представника даного чи близького виду.

5. Повторно виділити той же вірус.

Матеріал, у якому підозрюється наявність вірусу (шматочок тканини, біологічна рідина чи лізат бактерій) при необхідності подрібнюють чи гомогенізують.

Великі фрагменти клітин, а також, можливо, забруднюючі матеріал мікроорганізми видаляють за допомогою фільтрування і центрифугувания.

Очищену суспензію вводять хазяїну, або додають у суспензію клітин, або наносять на моношар відповідних кліток.

У результаті, у шарі чуттєвих кліток можуть з'явитися локальні ураження, так названі «бляшки», характерні для даного вірусу. Бляшки утворюються в результаті зараження розташованих у даній області клітин, розмноження в них вірусу і їх повного чи часткового лізису. Якщо при розмноженні вірусу бляшки не утворюються, присутність вірусу може бути виявлене за допомогою інших тестів.

При введенні досліджуваного матеріалу не в клітинну культуру, а в організм хазяїна виявляють загальні симптоми, що свідчать про розвиток інфекції (ознаки захворювання, утворення антитіл і т.д.).

Якщо ж ні зараження клітинної культури, ані зараження експериментальної тварини не ведуть до виявлення симптомів вірусної інфекції, вдаються до так називаного «сліпого пасажа», тобто до повторних переносів (пересіванням) досліджуваного матеріалу, що часто призводить до підвищення вірулентності вірусу і підвищення його титру.

Індукована вірусом реакція може відбуватися за типом «все або нічого» (наявність чи відсутність інфекції), а може бути виражена кількісно, наприклад тривалістю годин, необхідноих для прояву інфекції числом поразок у шарі чутливих клітин. Кількісне вираження вірусної інфекції називається титруванням. Титр вихідної вірусної суспензії виражається числом інфекційних одиниць, що приходяться на одиницю об'єму чи найбільшим розведенням вірусовмісного матеріалу, що викликає такий ефект вірусної поразки, який можна зареєструвати. Інфекційні нуклеїнові кислоти вірусів, як правило, мають менш інфекційний титр, ніж вихідний вірус. Однак, теоретично, вірусну інфекцію може викликати навіть одна молекула вірусної нуклеїнової кислоти.

Існують віруси людей і тварин, рослин, бактерій і грибів. Практично невідома група організмів, серед якої не були б виявлені віруси. Багато вірусів є причиною захворювань людини, тваринних і інших організмів. Питомий ріст вірусів у патології людини зростає в міру зниження захворюваності бактеріальними, грибковими і протозойными інфекціями, на тлі практично повної відсутності засобів специфічної хіміотерапії. Серед людей віруси є причиною більш ніж 90% всіх інфекційних захворювань і найбільш поширеними причинами респіраторних інфекцій (респіраторних - що передаються повітряно-краплинним шляхом) і масових інфекцій шлунково-кишкового тракту. До масових інфекцій, що супроводжують людину від народження і до смерті відносяться також кір і герпетична інфекція.

Роль вірусів у канцерогенезі полягає в перетворенні нормального клітинного гена, протоонкогена, в онкоген унаслідок неконтрольованого переміщення гена в інші ділянки хромосоми і його посиленої експресії.

Цитомегаловирусы, віруси Коксакі та інші, проникаючи від матері до плоду трансплацентарно, можуть бути причиною викиднів, мертвонароджееннь та уроджених каліцтв.

Віруси можуть викликати поразки різних органів і систем: міокардиту, панкреатиту, гепатиту, та інше. Віруси паротиту і Коксакі можуть бути причиною розвитку цукрового діабету.

В той же час віруси представляють собою досконалиймеханізм переносу генетичної інформації, що переборює видові бар'єри і бере участь у формуванні генетичного розмаїття в популяціях.

Інтерес до вірусології обумовлений також і тім, що на моделях вірусів (як найбільше просто організованих форм життя) досліджують багато фундаментальних питань біології (наприклад, інтрони, сплайсинг чи онкогени). Одним з найбільших внесків вірусології в сучасну науку вважають відкриття зворотної транскриптази, використання якої лежить в основі генної інженерії.

Віруси - генетичні клітинні паразити

Віруси не мають власного апарату синтезу білків і систем виробництва енергії (рибосом, мітохондрій і ферментів, необхідних для цього). Тому власні вірусні білки синтезуються на рибосомах клітини-хазяїна, дочірні вірусні геноми синтезуються за участю клітинних ферментів, а вірусні компоненти, синтезовані клітиною, формують віріон за принципом самозбірки (табл.2).

Вірус вносити в клітку лише власну генетичну інформацію, а всі процеси репродукції вірусу відбуваються в клітині-хазяїні за допомогою її речовин, запасів енергії та апарату синтеза. Незважаючи на крихітні розміри вірусного геному (молекулярна маса геному вірусу середнього розміру - 2-5х10⁶ D, що приблизно в мільйон разів менше розмірів генома клітини) заражена клітка починає функціонувати по генетичній програмі вірусу.

Таблиця 2.

Відмінності прокаріот і вірусів

	Клітинна організація	Ріст на мінімаль-них середовищах	Подвійний розподіл	Містить ДНК і РНК	Рибосоми	Чутливість до антибак-теріаль-них препара-тів	Чутливість до интерфе-рону
Бактерії	+	+	+	+	+	+	-
Міко-плазми	+	+	+	+	+	+	-
Риккет-сії	+	+	+	+	+	+	-
Хламідії	+	-	+	+	+	+	+
Віруси	-	-	-	-	-	-	+

Для вірусів, як і для інших організмів, характерні мінливість і адаптація до змінних умова зовнішнього середовища. Як і інші організми, віруси еволюціонують і рушійною силою їхньої еволюції є природний добір. Частоти мутацій у вірусів у тисячі, а, можливо, й в мільйони разів перевищують темпи спадкових змін в інших групах організмів. Звертає на собі увага також і безсумнівна роль вірусів як факторів еволюції, зв'язана зі здатністю вірусних геномів вбудовуватися в геном клітки і трансдукувати клітинні гени, у сполученні з можливістю розмножуватися в різних, нерідко біологічно далеких, хазяїнах (наприклад, у рослині і комасі - переноснику вірусу).

Геометрична структура вірусів.

Важлива особливість вірусів виражається в тому, що віріон чи тільки його частина має геометрично упорядковану будову (симетрію). Центральну частину віріону займає вірусна високомолекулярна нуклеїнова кислота (ДНК чи РНК) - геном вірусу. Геном ізольований від зовнішнього середовища білковим капсидом, а в ряді вірусів також додатковою ліпопротеїдною суперкапсидною оболонкою.

Число морфологічних форм вірусних капсидов обмежене (малий. 1). У 1956-57 р. Crick і Watson, розглянувши структуру найбільш простих віріонов, що складаються тільки з білка та нуклеїнової кислоти, висловили припущення, що величина молекули вірусної нуклеїнової кислоти недостатня для кодування тих багатьох видів білкових молекул, що утворюють білкову оболонку (капсид). Тому вони припустили, що капсид складається з однакових білкових субодиниць, упакованих у вірусному капсиді симетрично. Виходячи з цих принципів, вирионам чи окремим їхнім компонентам можуть бути притаманні два основних типи симетрії: спіральна і кубічна (ікосаєдрична). Деякі складноорганизованні віріони можуть мати комбіновану будову (нитковидні віруси грипу, Т-парні бактеріофаги кишкової палички).

Рис. 1, Форма і відносні розміри деяких вірусів тварин

1.Poxvirus;

2. Iridovirus;

3. Herpesvirus;

4. Adenovirus;

5. Papillomaviridae;

6. Parvovirus;

7. Paramyxovirus;

8. Orthomyxovirus;

9. Coronavirus;

10. Arenavirus;

11. Leucovirus;

12. Reovirus; 13. Picornaviridae; 14. Rhabdovirus; 15. Togaviridae;

16. Група Буньямвера

а). Віруси зі спіральною симетрією. Типовим представником є вірус тютюнової мозаїки (ВТМ). Вірусна оболонка побудована з однакових білкових субодиниць з масою 18000, що складаються кожна з 157-158 амінокислотних залишків. Спіральне укладання капсомеров уздовж осі спирали утворює порожнину (канал), усередині якого щільно укладена нуклеїнова кислота (РНК) ВТМ, що складається з 6400 нуклеотидів (мала. 2).

Рис.2. Вірус тютюнової мозаїки в поперечній і подовжній проекції. проекції.

Спіральний тип симетрії характерний для багатьох вірусів рослин (вірусу мозаїки ячменя, вірусу жовтяниці цукрового буряка й ін.), людини і тварин (міксовіруси), багатьох вірусів бактерій - бактеріофагів. При цьому типі симетрії білковий чохол краще захищає геномную нуклеїнову кислоту, але при цьому потрібно більша кількість білка, чим у випадку вірусів з кубічним типом симетрії.

б) Віруси з кубічною симетрією. У капсиді віріона розташовується нуклеїнова кислота вірусу. Найбільш “раціональною” формою капсида повинна бути така, при якій найбільший обсяг порожнини капсида буде відповідати найменшої його поверхні, тобто найменшим витратам матеріалу, з якого побудований капсид. Серед вірусів округлої форми найбільше “вигідним” з цього погляду буде ікосаєдр. Ікосаєдр має 12 вершин і 20 граней, що представляють собою рівнобедрені трикутники. Подібну форму мають багато вірусів - збудники захворювань людини (герпеса, поліомієліту, гепатитів і ін.). Число капсомеров в оболонці є постійним і має значення в класифікації вірусів. Наприклад, вирион аденовірусів має 252 капсомера, парвовирусов - 32 капсомера, паповавирусов - 72 (малий. 3).

Р ис. 3. Електронна мікрофотографія (А) і модель (Б) аденовірусу.

в) Віруси, що володіють комбінованою симетрією. До таких вірусів відносяться віріони з більш складною організацією, наприклад, деякі бактеріофаги, побудовані по різних типах симетрії (голівки - ікосаєдричному і відростки – спіральному) (малий. 6).

У багатьох вірусів хребетних (як зі спіральним, так і з кубічним типом симетрії) білковий капсид оточений ліпопротеїдной оболонкою, похідною від цитоплазматичної мембрани клітини чи від мембран клітинних органелл. Ця зовнішня оболонка формується при виділенні вірусу з клітки шляхом відбруньковування. Тому ліпіди вірусної оболонки в цьому випадку подібні ліпідам клітини-хазяїна. На внутрішній поверхні оболонки вірусів ряду сімейств мається гідрофобний матриксный белок, що стабілізує оболонку.

Структура вірусного геному

Віруси мають тільки один тип нуклеїнової кислоти - ДНК чи РНК. Усі вірусні геноми гаплоїдні, тобто містять тільки одну копію кожного гена, за винятком ретровірусів, що мають диплоїдный геном. Форма генетичного матеріалу може бути надзвичайно різноманітна.

Геном ДНК-вмістних вірусів може бути дволанцюговим (більшість ДНК-вірусів людини і тварин) чи одноланцюговим (парвовіруси, фаги М13 і (х174). Одноланцюгова ДНК може бути лінійна (парвовіруси) чи замкнута в кільце (фаги М13 і (х174). Дволанцюгова ДНК може бути лінійна (вірус герпесу, бактеріофаги Т2, Т4 кишкової палички) чи кільцева (вірус гепатиту В, паповавіруси).

Перевагами кільцевої структури ДНК перед лінійною є велика стійкість молекули до дії клітинних нуклеаз. Крім того, така конформація необхідна для вбудовування вірусної ДНК у ДНК клітини-хазяїна.

Лінійна дволанцюгова ДНК вірусів набуває тимчасово кільцеву форму, мабуть, під час реплікації. ДНК в багатьох вірусів має специфічні особливості. Наприклад, у гепаднавірусів (до цього сімейства, зокрема, відноситься вірус гепатиту В людину) один з ланцюгів ДНК дефектний - майже на третину вона одноланцюгова, у вірусів віспи обидві ланцюжки ДНК ковалентно замкнуті на кінцях, в адено- і гепаднавирусов з 5’- кінцями ковалентно зв'язаний білок; для лінійної ДНК вірусів герпеса властиві послідовності що повторюються; для ДНК аденовірусів - інвертовані повтори. До складу ДНК Т-парних бактеріофагів (Т2, Т4 і т.д.) входять метильовані похідні основ (5'- оксіметилцитозин замість цитозину та ін.). У багатьох фагів Bacillus subtilis тимін у ДНК може заміщатися 5'- оксиметилурацилом чи просто урацилом, але в сполученні з дезоксирибозою. У вірусній ДНК ідентичні нуклеотидні послідовності зустрічаються однократно, але на кінцях молекули наявні прямі чи інвертовані (розгорнуті на 180⁰) послідовності, що повторюються. Їхня наявність обумовлює здатність молекули стулятися в кільце. Ці послідовності присутні в одно- і двуниткових молекулах ДНК і є своєрідними маркерами вірусної ДНК.

Геном РНК-вмісних вірусів може бути одно- і двунитковим, цільним чи сегментованим, зібраним в одну чи розподіленим по декількох вірусних оболонках. В ортомиксовірусів (представник - вірус грипу) геном складається з 7 - 8 сегментів, у реовірусів - з 10 - 12. При цьому найчастіше кожен сегмент унікальний і являє собою індивідуальний ген. Геном ретровірусів (представник - ВІЛ) складається з двох ідентичних ланцюгів РНК, а в Дельта вірусу гепатиту геном представлений одноланцюговою кільцевою РНК.

У зв'язку з особливостями транскрипції генома ретровірусів (переписуванні інформації з РНК генома на ДНК копію) до складу віріона ретровірусів входить фермент РНК-залежна ДНК-полімераза (ревертаза).

Деякі віруси рослин (мозаїки багаття) мають геном, що розподілений по окремим капсидам і зараження може відбутися лише при одночасному потраплянні в клітину усіх фрагментів вірусного геному.

Для одноланцюгової вірусної РНК характерна полярність. Позитивною (“+”) прийнято вважати полярність РНК тих вірусів, що виконує в зараженій клітці функцію інформаційної РНК (віруси сімейств Picornaviridae, Retroviridae і ін.). Віруси з негативно-полярною (“-”) РНК несуть у складі віріону РНК-залежну РНК-полімеразу, що транскрибує негативну РНК у позитивну РНК-копию (иРНК) – Retroviridae, Orthomyxoviridae і ін. В арена- і буньявірусів частина геному має позитивну, а частина - негативну полярність. Матрична РНК вірусів з позитивною полярністю (иРНК) несе характерні структури: поліаденілові послідовності на 3’- кінці і “шапочку” (англ. cap) на 5’-кінці, крім пікорна- і каліцивірусів, що мають на 5’-кінці не “шапочку”, а ковалентно зв'язаний із РНК (геномный) білок.

Вірусні білок

Білки вірусів можуть бути розділені на структурні, вхідні до складу віріона і неструктурні, що виявляються в зараженій клітці під час вірусної інфекції, але не входять до складу віріону. Неструктурні білки забезпечують внутрішньоклітинну репродукцію вірусів на різних етапах.

Структурні білки формують структуру віріону. Їхня кількість може бути від 2 - 3 у простих вірусів до 100 і більше в складноорганизованих вірусів віспи. Капсид може містити також ряд ферментів, а також регуляторних білків, зв'язаних у віріоні з вірусним геномом, а в зараженій клітині беруть участь у реплікації нуклеїнових кислот.

Основною функцією власне капсидних білків є захист генома вірусу від зовнішніх впливів. Багато вірусних структурних білків містять “масковану” N-кінцеву аміногрупу, представлену ацетильованим серином, тобто в даному випадку має місце “маскування” вільної NH₂ групи шляхом її ацетилування. “Маскування” N-кінцевої амінокислоти і заміна З-кінцевої амінокислоти на треонін очевидно є еволюційним пристосуванням, що утрудняє руйнування вірусного білка під дією протеаз клітини-хазяїна.

Суперкапсидні білки розміщуються в ліпопротеїдной оболонці складних вірусів, що мають оболонку. За своєю структурою ці білки подібні білкам плазматичної мембрани клітини, і часто кодуються вірусним геномом. Зазвичай білки пеплосу представлені глікопротеїдами, вуглеводні ланцюжки яких прикріплені до визначених амінокислот поліпептиду. Вуглеводи захищають білковий кістяк вірусної оболонки від протеаз клітини-хазяїна і формують антигенні властивості вірусних білків.

У вірусів, що мають оболонку, глікопротеїди звичайно утворюють на поверхні вірусної частки шпичаки, що беруть участь в адсорбції вірусу на клітинній мембрані і проникненні його в клітину. Глікопротеїди є основними антигенами, до яких утворюються вірус-нейтралізуючі антитіла. Ці білки використовують для одержання противірусних вакцин.

Неструктурні білки вивчені значно менше, ніж структурні, через складність їхнього очищення та ідентифікації. До неструктурних білків відносяться ферменти, що забезпечують транскрипцію і реплікацію вірусного геному, білки-регулятори.

Багато структурних білків віріона мають ферментативну активність, що забезпечує адсорбцію і проникнення вірусу в клітину, транскрипцію і трансляцію вірусного геному і вивільнення зрілого вірусу з клітини. Кількість таких ферментів у різних вірусів неоднакова. Найпростіші віруси (поліомиэліта, гепатиту А) узагалі не містять у складі віріона ферментів, а у вірусів групи віспи (натуральної віспи людини, віспи корів) виявлено більш півтора десятків різних ферментів. Деякі віруси людини і тварин (зокрема, що належати до сімейства Retroviridae) володіють зворотної транскриптазой - РНК-залежною ДНК-полимеразою, здатною синтезувати ДНК на матриці РНК.

У віріонах «-«РНК-геномных вірусів обов'язкова присутність власної РНК-полімерази, що здійснює транскрипцію віріонної РНК і синтез вірусоспецифічних і-РНК. Такий фермент знайдений у представників сімейств Orthomyxoviridae, Rhabdoviridae та ін.

Особливий інтерес представляють ферменти вірусів, що руйнують клітинні стінки бактерій. Бактеріальні клітки з їх твердою полісахаридною оболонкою в неушкодженому стані не дають можливості проникати усередину клітини вірусній нуклеїновій кислоті. Природно, що бактеріофаги повинні мати відповідні засоби впливу на клітинну оболонку. У багатьох фагів, лизуючих Escherichia coli, Bacillus subtilis, Bacillus megaterium, деякі види Salmonella, таким засобом є лізоцим, що локалізується в хвостовому відростку бактеріофага. Найбільш добре вивчений лизоция Т-парних фагів (Т-2, Т-4, Т-6). Лізоцими належать до типу эндоацетилмурамідаз, тобто ферментів, гідролизуючих визначені глікозидні зв'язки в пептидогликанах бактеріальних клітин із звільненням цукрів, що редукуються, і ацетилгексозамінів. У результаті взаємодії ферменту з полісахаридним комплексом бактеріальної оболонки в оболонці утвориться локальний отвір, що в нормальних умовах швидко затягується. При високій множинності зараження, коли на клітинній поверхні адсорбуються від декількох десятків до сотень фагів, ушкодження бувають настільки значними, що клітина гине, а весь клітинний вміст виходить назовні. Цей феномен одержав назву «лізису ззовні».Молекулярна вага лізоциму, виділеного з фага Т2, як виявилося дорівнює 20000 і властивості його істотно відрізняються від властивостей лізоциму курячого яйця.

Ліпіди в складних вірусів виявляються лише в складі ліпопротеїдної оболонки, яку оболонкові віруси захоплюють при виході через цитоплазматичну мембрану клітини, ядерну мембрану чи мембрани внутрішньоклітинних вакуолей.

Високоочищені препарати віріонів містять ряд низькомолекулярних компонентів - поліамінів і, у скорочувальному чохлі відростка бактеріофагів - іонів Са²⁺.

Номенклатура вірусів

У найменуванні вірусів довгий час не було єдиного принципу. На початку вірусології їм привласнювали визначення, що походять від назви хвороб (вірус жовтої лихоманки, вірус поліомиєліту, вірус віспи) чи імена дослідників (вірус саркоми Рауса). Потім почали використовувати географічні назви, що в основному давали арбовірусам (вірусам, стерпним комахами) - вірус Західного Нілу, вірус Конго-Кримської геморрагичної лихоманки. Виділення вірусів, не зв'язаних із захворюваннями, призвело до появи багатоскладових назв і їхніх буквених скорочень: ECHO (enteric cytopathogenic human orphan), REO (respiratori enteric orphan).

Міжнародний комітет з таксономії вірусів (МКТВ), прагнучи упорядкувати номенклатуру вірусів, виробив ряд правил. Родові назви закінчуються на “-virus”, назви підродин на “-inae”, сімейств - на “-idae”.

Класифікація вірусів

Перші спроби класифікувати вірусів відносяться до кінця 40-х років ХХ століття. Тому що відомості про віруси в ті роки були убогими, класифікація ґрунтувалася на патогених властивостях вірусів. При цьому в одну групу могли бути віднесені віруси, що розрізняються за типом нуклеїнової кислоти, особливостям будівлі, стратегії реалізації генетичної інформації, але подібні за клінічними ознаками захворювання. Приклад - віруси гепатиту людини, яких у даний час відомо не менш ніж 7 типів. Серед вірусів гепатиту зустрічаються представники сімейств Hepadnaviridae (збудник сироваткового гепатиту - гепатиту В), Picornaviridae (збудник хвороби Боткина - вірус гепатиту А), Flaviviridae (вірус гепатиту З) і ін.

За ступенем потенційної небезпеки для людини (летальності, ступенем легкості і зараження, стійкості в зовнішнім середовищі) віруси підрозділяються на 4 групи:

1 - група збудників особливо небезпечних інфекцій - віруси Ебола, Ласса, Марбург, Мачупо, вірус натуральної віспи, вірус У (мавп);

2 - збудники висококонтагіозних (високозаразних) епідемічних захворювань - віруси гепатиту А и В, ВІЛ і ін.;

3 - віруси грипу, поліомієлиту, енцефаломіокардиту, осповакцини;

4 - аденовіруси, цитомегаловіруси, ентеровіруси, онковіруси й ін.

Дозвіл на роботу з вірусами 1 - 4 груп дають спеціальні режимні комісії, причому в лабораторіях санітарно-епідеміологічної служби (СЕС) дозволяється робота тільки з вірусами 3 і 4 груп, а працювати з вірусами 1 і 2 груп можна тільки в спеціалізованих лабораторіях особливо небезпечних інфекцій.

У залежності від хазяїна віруси підрозділяють на віруси бактерій, найпростіших, мікроскопічних грибів, водоростей, рослин, тварин і людини.

Біологічна класифікація вірусів (табл. 3) заснована на знанні структури віріону (спіральний чи кубічний тип), наявності або відсутності суперкапсидної оболонки, типі нуклеїнової кислоти та її структури, особливостях транскрипції вірусного геному в клітині, наявності ферментів та ін.

Таблиця 3.

Біологічна класифікація вірусів людини і тварин

РНК-вміщуючі віруси

Сімейство	Рід	Типові представники
Picornaviridae	Enterovirus Rhinovirus Aphtovirus Caroliovirus	вірус поліомієліту, гепатиту A ріновіруси людини вірус ящура вірус енцефаломіокардиту
Reoviridae	Reovirus Rotavirus	реовірус людини типу 1 збудники гострого гастроентериту у дітей
	Orbivirus
Togaviridae	Alphavirus Rubivirus Pestivirus	вірус карельської лихоманки вірус краснухи
Flaviviridae	Bunjavirus Phlebovirus Nairobivirus	вірус Буньямвера вірус кримсько-конголезской лихоманки
Orthomyxoviridae	вірус грипу А вірус грипу У	вірус грипу Н2N2
Paramyxoviridae	Paramixovirus Morbilliovirus Pneumovirus	вірус парагрипу людини типу 1 вірус корі респіраторно-синцитіальний вірус
Rhabdoviridae	Vesiculovirus Lyssavirus	вірус везикулярного стоматиту вірус сказу
Filoviridae	Filovirus	вірус Марбург і Ебола
Retroviridae підродини Oncovirinae Lentivirinae Spumavirinae	Oncovirus Lentivirus Spumavirus	віруси Т-клетинних лейкозів людини вірус імунодефіциту людини (ВІЛ)
Arenaviridae	Arenavirus	вірус лимфоцитарного хоріоменінгіту
Coronaviridae	Coronavirus	коронавірус людини
Caliciviridae	Calicivirus	вірус Норволк

ДНК-вмістні віруси

Сімейство	Рід	Типові представники
Poxviridae Підродина Chordopoxvirinae	Orthopoxvirus Parapoxvirus Avipoxvirus Capripoxvirus Leporipoxvirus	віруси віспи хребетних вірус натуральної віспи
Entomopoxvirinae	Suipoxvirus	вірус віспи комах
Herpesviridae Підродина Alphaherpesvirinae Betaherprsvirinae Gammaherpesvirinae		віруси простого герпесу (ВПГ), вітряної віспи, оперізуючого лишаю віруси цитомегалії людини і мишей вірус Эпштейн-Барр
Adenoviridae	Mastadenovirus Aviadenovirus	Аденовірус ссавців (41 Тип аденовірусів людини) Аденовіруси птахів (9 серотипів)
Hepadnaviridae	Hepadnavirus B	Вірус гепатиту В людини
Parvoviridae	Parvovirus Densovirus Dependovirus

Генетика вірусів і взаємодія вірусних геномів

Подібно іншим живим організмам віруси мають спадковість і мінливість.

Популяційну структуру вірусів і характер процесів, що протікають, визначають наступні фактори:

висока чисельність популяції; швидка зміна поколінь (у порівнянні з життєвим циклом організмів - хазяїнів);

гаплоїдність та безстатевий спосіб розмноження;

мала ємність геномів і відсутність повторюваних генів;

безперервність у динаміці епідемічного процесу, тому що обов'язкова умова збереження в природі - передача іншим хазяям.

За фенотипічними проявами мутації вірусів можна розділити на чотири групи:

1. Мутації, що не мають фенотипічного прояву, не змінюють властивостей вірусу і можуть бути виявлені лише при спеціальному аналізі;

2. Мутації, що цілком порушують синтез чи функції життєво важливих білків, призводять до втрати здатності до репродукції (летальні мутації); у їхній основі лежать зміни, що приводять до виникнення безглуздих кодонів шляхом вставок або делецій;

3. Мутації з утратою здатності синтезувати визначений білок чи з порушеннями функцій білка у визначених умовах (умовно летальні мутації).

4 Мутації, що мають фенотипічний прояв (наприклад, зміна розмірів бляшок, термостабільність).

У природних умовах точкові мутації генів гемагглютиніну та нейрамінідази обумовлюють антигенний дрейф вірусів грипу (зміна структури поверхневих антигенів) у динаміці епідемічного процесу.

Найбільш повно вивчені умовно-летальні мутанти; в останніх один з вірусних білків цілком утрачає здатність функціонувати чи синтезується лише за певних умов. Прикладом мутантів з дефектом індивідуального гена є холодові мутанти. Вони не здатні репродукуватися в інтервалі температур 37-41⁰С, а розмножуються при більш низьких температурах. Їх широко використовують для приготування вакцин активної імунізації.

У цей же час термостабільні мутанти здатні реплікуватися при 41⁰С і винятково вірулентні.

Мутації, що збільшують інфекційний спектр, обумовлюють здатність репродукуватися в клітках, нечуттєвих до “дикого” штаму вірусу.

Мутації, що обумовлюють стійкість до антивірусних препаратів, характерні для РНК- і ДНК-вмістних вірусів.

Бляшкоутворюючі мутанти характеризуються зміною розмірів бляшок (зон лізису) у моношарі клітинної культури чи на бактеріальному газоні.

Мутації, що обумовлюють дефіцит ферменту, викликають повну втрату ферменту чи модифікацію його структури. Мутації можуть бути летальними чи умовно летальними в залежності від ступеня модифікації ферменту і його ролі в репродуктивному циклі вірусу.

Таблиця 4