Тема 5.1. Классификация и структура вирусов. Культивирование

Тема 5.1. Классификация и структура вирусов. Культивирование и репродукция вирусов. Методы
изучения вирусов
Прионы – возбудители медленных неконвекционных инфекций. Состоят из набора специфичных белков и
аномальных изоформных клеточных белков с молекулярной массой от 20000 до 37000 единиц.
Заболевания, вызываемые прионами (связаня с расстройством рефлексов, нейронов, нервной ткани, ЦНС):
Куру (болезнь каннибалов Новой Гвинеи), Болезнь Кройтцфельдта – Якоба, Амниотрофический
лейкоспорангиоз, Синдром Герстманна – Страусслера – Шайнкера, Спонгиоформная энцефалопатия
Обладают выс резистентностью к кипячению, 70% этанола, формальдегиду=>они лишены НК либо они
сипрятаны
Белок приона – структырный компонент=фактор вирулентности . Механизм: прион – это матрица для
кристаллизации белков. Они кристаллизуются, аккумулируются=>гибнут нейроны.
Вирусы отличаются от микроорганизмов следующими особенностями:
*содержат нуклеиновую кислоту только одного типа – или ДНК, или РНК;
*для репродукции необходима только одна нуклеиновая кислота;
*не способны размножаться вне живой «хозяйской» клетки;
*Не дышат, не питаются, не двигаются
Вирусы – абсолютные паразиты. Вне клетки вирус существует в виде вирусной частицы (вириона). Вирион
состоит из нуклеиновой кислоты и белковой оболочки – капсида. Развитие вируса приводит к гибели
клетки-хозяина.
Подтип ДНК-вирусов: паповавирусы (Вир бородавнок), аденовирусы (ОРВИ), герпесвирусы (ветрянка),
поксвирусы (оспа), онкорновирусы (лейкозы)
Подтип РНК-вирусов: пикорнавирусы (полиомиелит, ЕСНО, коксаки, ящур), флавивирусы,
ортомиксовирусы (грипп), парамиксовирусы (парагрипп, корь, свинка), реовирусы, ретровирусы,
фитопатогенные, рабдовирусы (вирус бешенства)
ДНК-овые вирусы: одноцепоч, двуцепоч, кольцевые, двухцепоч с 1 короткой цепью, двуцепоч с 1
непрерывной, а с другой ферментир цепями
РНК-овые вирусы: однонитевые, линейные двунитевые, линейные фрагментированные, кольцевые, 2
одинаковые однонитч РНК
Типы взаимод-я вируса с кл-хозяина:
1) продуктивная вирусная инф (вирус проникает внутрь, репродуцир-ся, а кл постепенно погибают)
2) абортивная инф (вирус проникает в кл, но его репродукции не происходит, кл восстанавливают
нарушенные функции)
3) латентная вир инф (вирус проникает, продуцируется, но кл нормально функционирует)
4) вирус-индуцированная трансформация (кл, пораженные вирусом, трансформир-ся, преобретают новые фции, может стать злокач).
Размножение вирусов протекает в несколько стадий. Сначала вирус прикрепляется к клетке, что обычно
требует наличия химического сродства между поверхностью вирусной частицы и тем или иным
компонентом клеточной поверхности (рецептором).
Это взаимодействие весьма специфично, что является одной из при-чин высокой избирательности
взаимодействия вируса с клеткой (напр., вирус полиомиелита или вирус иммунодефицита человека -ВИЧ в
естественных условиях инфекционны только для человека).
Но есть вирус и с широким спектром хозяев, заражающие, например, млекопитающих и насекомых (так,
вирус клещевого энцефалита размножается в организме человека и клеща). В кле-ки растений вирус может
проникать только после механического повреждения (например, насекомыми) клеточной стенки. После
взаимодействия вируса с рецептором его геном (в свободном виде или в комплексе с белками) проникает
внутри клетки, где начинается синтез вирусных нуклеиновых кислот и белков (структурных компонентов
вириона, а также вирусных ферментов и др. молекул, способствующих эффективному размножении вируса
благодаря их взаимодействию с вирусными или клеточными макромолекулами). Последовательность
образования этих двух типов молекул у разных вирусов варьирует. Однако всегда синтез вирусных белков
направляется вирусными нуклеиновыми кислотами и происходит на рибосомах клетки. Синтез же вирусных
нуклеиновых кислот осуществляется при участии либо вирусных, либо клеточных ферментов, нередко и тех
и других. Затем вирусные нуклеиновые кислоты и структурные белки объединяются с образованием
дочерних вирионов, которые покидают клетку, разрушая её или сохраняя целостность. Клеточная
плазматическая мембрана сохраняется, например, если вирус покидает клетку путём т. н почкования:
"незрелый" вирион сначала обволакивается клеточной мембраной, включающей некоторые из вирусных
белков, затем "отшнуровывается", а целостность клеточной мембраны восстанавливается. Т.о., для
построения оболочки вируса могут использоваться клеточные липиды и углеводы. Инфекционный процесс,
инициированный одним вирионом может приводить к образованию до 103-105 дочерних вирусных частиц.
Вирусы бактерий (бактериофаги). Характеристика бактериофагов, их биологическое значение.
Вирусы могут быть паразитами не только человека, животных и растений, но и микроорганизмов — грибов,
актиномицетов, бактерий. Такие вирусы получили название фагов. Вирусы бактерий называются
бактериофаги, актиномицетов — актинофаги, грибов — микофаги.
В 1898 г. русский ученый Н. Ф. Гамалея при изучении сибирской язвы крупного рогатого скота впервые
наблюдал, что спорообразующие палочки — возбудители болезни — растворяются под влиянием какого-то
агента. В 1915 г. английским микробиологом Ф. Туортом и в 1917 г. канадским микробиологом Ф.
Д'Эррелем была установлена природа этого явления. Оно получило название бактериофагии, а возбудитель
— бактериофага.
Размеры фагов колеблются от 40 до 140 нм. Бактериофаги имеют вид многогранной головки со стержнем,
покрытой снаружи белковой оболочкой. Внутри стержня имеется канал. Головка фага заполнена молекулой
ДНК. У основания стержня имеется базальная пластинка с шипами и нитями.
Воздействие фага на бактериальную клетку происходит в несколько стадий: адсорбция фага на
бактериальной клетке с помощью базальной пластинки с зубцами и нитями, проникновение ДНК из головки
фага по каналу в бактериальную клетку, в которой затем под влиянием фаговой ДНК происходит полная
перестройка обмена веществ, синтезируется уже не бактериальная ДНК, а фаговая, что приводит к
образованию в бактериальной клетке новых частиц фага растворение клеточной стенки бактерии, ее гибель.
По морфологии фаги подразделяются:
фаги с длинным отростком, чехол которого сокращается;
фаги с длинным отростком, чехол которого не сокращается;
фаги с короткими отростками;
фаги с аналогом отростка;
фаги без отростка;
нитевидные фаги.
Существует два типа взаимодействия фага с клеткой:
1. Литический (продуктивная вирусная инфекция) фаги литические или вирулентные:
адсорбируется на клеточной стенке, проникает
впрыскивается нуклеиновая кислота фага
происходит репродукция фага
подавляется синтез клеточных компонентов
образуются ферменты для синтеза ДНК фага – «ранние белки»
синтезируется нуклеиновая кислота фага
прекращается синтез ДНК бактерии
на рибосомах - синтез белка, образуются белки оболочки, лизоцимы и эндолизины – «поздние белки»
происходит созревание, образуются новые частицы фагов
вирионы выходят из клетки
происходит лизис бактерии
2. Лизогенный: фаги умеренные:
адсорбируется на клеточной стенке, проникает
впрыскивается нуклеиновая кислота фага
происходит интеграция в геном клетки
наблюдается длительное сожительство фага с клеткой без ее гибели
при изменении внешних условий могут происходить выход фага из интегрированной формы и развитие
продуктивной вирусной инфекции.
Бактериофаги наносят большой вред в молочной промышленности (производстве сыров, творога, сметаны)
и в производстве маргарина. Они поражают в основном молочнокислые стрептококки заквасок для
получения этих продуктов. Под влиянием бактериофага клетки стрептококков лизируются (растворяются) и
погибают. В антибиотической промышленности актинофаги лизируют производственную культуру
актиномицетов — продуцентов антибиотиков.
Естественной средой обитания фагов является бактериальная клетка, поэтому фаги распространены
повсеместно (например, в сточных водах). Фагам присущи биологические особенности, свойственные и
другим вирусам.
Наиболее морфологически распространенный тип фагов характеризуется наличием головки- икосаэдра,
отростка (хвоста) со спиральной симметрией (часто имеет полый стержень и сократительный чехол), шипов
и отростков (нитей), т.е. внешне несколько напоминают сперматозоид.
Взаимодействие фагов с клеткой (бактерией) строго специфично, т.е. бактериофаги способны инфицировать
только определенные виды и фаготипы бактерий.
Основные этапы взаимодействия фагов и бактерий.
1.Адсорбция (взаимодействие специфических рецепторов).
2.Внедрение вирусной ДНК (инъекция фага) осуществляется за счет лизирования веществами типа
лизоцима участка клеточной стенки, сокращения чехла, вталкивания стержня хвоста через
цитоплазматическую мембрану в клетку, впрыскивание ДНК в цитоплазму.
3.Репродукция фага.
4.Выход дочерних популяций.
Основные свойства фагов.
Различают вирулентные фаги, способные вызвать продуктивную форму процесса, и умеренные фаги,
вызывающие редуктивную фаговую инфекцию (редукцию фага). В последнем случае геном фага в клетке не
не реплицируется, а внедряется (интегрируется) в хромосому клетки хозяина (ДНК в ДНК), фаг
превращается в профаг. Этот процесс получил название лизогении. Если в результате внедрения фага в
хромосому бактериальной клетки она приобретает новые наследуемые признаки, такую форму
изменчивости бактерий называют лизогенной (фаговой) конверсией. Бактериальную клетку, несущую в
своем геноме профаг, называют лизогенной, поскольку профаг при нарушении синтеза особого белкарепрессора может перейти в литический цикл развития, вызвать продуктивную инфекцию с лизисом
бактерии.
Умеренные фаги имеют важное значение в обмене генетическим материалом между бактериями- в
трансдукции (одна из форм генетического обмена). Например, способностью вырабатывать экзотоксин
обладают только возбудитель дифтерии, в хромосому которого интегрирован умеренный профаг, несущий
оперон tox, отвечающий за синтез дифтерийного экзотоксина. Умеренный фаг tox вызывает лизогенную
конверсию нетоксигенной дифтерийной палочки в токсигенную.
По спектру действия на бактерии фаги разделяют на :
- поливалентные (лизируют близкородственные бактерии, например сальмонеллы);
- моновалентные (лизируют бактерии одного вида);
- типоспецифические (лизируют только определенные фаговары возбудителя).
На плотных средах фаги обнаруживают чаще с помощью спот (spot) - теста (образование негативного пятна
при росте колоний) или методом агаровых слоев (титрования по Грациа).
В медицине бактериофаги применяются для лечения некоторых заболеваний, Практическое использование
бактериофагов.
1.Для идентификации (определение фаготипа).
2.Для фагопрофилактики (купирование вспышек).
3.Для фаготерапии (лечение дисбактериозов).
4.Для оценки санитарного состояния окружающей среды и эпидемиологического анализа.