Занятие 6

Вирусы
Вирусы существуют в двух качественно разных формах: внеклеточной и
внутриклеточной. Репродукция вирусов - сложный и своеобразный процесс, в котором
активно участвует внутриклеточная форма вирусов.
Так как вирусы обладают абсолютным внутриклеточным паразитизмом, эти микроагенты
могут размножаться только в живой клетке.
Клетка хозяина должна обеспечить синтез вирусных белков и нуклеиновых кислот
энергией (т.к. вирусы не имеют собственного энергетического обмена), механизмами
синтеза (т.к. у вирусов отсутствует белоксинтезирующий аппарат типа рибосом), а также
низкомолекулярными предшественниками.
В одних случаях при попадании вирусной нуклеиновой кислота в клетку хозяина
клеточный метаболизм изменяется исключительно в направлении синтеза новых
вирусных частиц, в других - клеточный метаболизм не повреждается значительно, хотя
клетка синтезирует компоненты вируса.
Стадии взаимодействия вируса с живой чувствительной (пермиссивной) клеткой :
1. Адсорбция является высокоспецифичным процессом на межмолекулярной основе
(лиганд - рецепторное взаимодействие). Вирус распознаёт только определённые
клеточные структуры, адсорбция только на определённых рецепторах, отсюда а)
различная клиническая картина, б) выбор способа лечения - блокирование специфических
рецепторов
2. Этап проникновения вируса в клетку - процесс эндоцитоза у простых вирусов, у
сложных (оболочечных) продесс слияния мембран, затем формируется внутриклеточная
вакуоль - рецептосома.
3. В фазе "раздевания" - депротеинизации высвобождается нуклеиновая кислота вируса. ,В
цитоплазме клетки хозяина рецептосома сливается с лизосомами (там много гидролаз),
эти ферменты атакуют вирионный капсид и он разрушается. Данный процесс сложный,
активный - при слиянии вирионных ободочек и клеточных мембран со стороны вируса
участвуют особые вирусные компоненты F-белки (белки слияния). Эти белки
обеспечивают слияние вирионных оболочек и клеточных мембран, их разрушение и
выход чистой нуклеиновой кислоты. Эти белки (F-белки) действуют только в кислой
среде. Данный материал применительно к вопросу терапии вирусных инфекций (если на
этом этапе начинать лечить, то можно защелачивать среду и дальше процесс не будет
происходить - так действует римантодин). Биологический смысл депротеинизации высвобождение генетической матрицы (генома) вируса для последующего
функционирования, то есть для транскрипции и репликации. Депротеинизация может
происходить в ядре (ядерные вирусы) и в цитоплазме клетки (неядерные вирусы).
4. Вирусы обладают уникальным способом размножения - дисъюнктивным - это
раздельный синтез вирионных белков и нуклеиновых кислот, разобщение процессов в
пространстве (ядро - цитоплазма) и во времени. Процесс "размножения" - репликации
геномных молекул идёт в ядре (размножаются все ДНК-вирусы, кроме вируса
натуральной оспы), в цитоплазме (все РНК-вирусы, за исключением ортомиксовирусов).
Синтез вирионных белков (капсомеров) происходит в цитоплазме, формируются капсиды
5. Сборка нуклеокапсидов (сборка простых вирусов) происходит на определённых
территориях (пояснить: образование виропласта, который виден в электронный
микроскол, и появление внутриклеточных включений (тельца Гварниери, тельца Негри),
диагносцируемых при микроскопировании поражённых клеток в световой микроскоп.
(Виропласт - это те участки клетки, где происходят процессы размножения вирусов - ядро,
цитоплазма). Это своеобразная "вирусная фабрика", которая локализуется в цитоплазие
или ядре и включает системы, обеспечивающие синтез специфических вирусных белков и
нуклеиновых кислот. Визуально им соответствуют внутриклеточные включения, видимые
в световой микроскол.
6. Выход вновь синтезированных вирионов из клетки. При выходе простых вирусов
клетки хозяина могут погибать, потому что клетки не воспроизводят себя, а
метаболические процессы в них изменены. При выходе сложных вирусов происходит
образование суперкапсида (структура вириона, состоящая из клеточных мембран вирусспецифические белки соединены с углеводами и липидами клетки хозяина).
Механизм образования: почкование нуклеокапсида через участки клеточных мембран, в
которые предварительно встроены вирусспецифические белки. В цитоплазматической
мембране образуются дефекты, цитоплазма вытекает, клетка хозяина погибает.
Молекулярные основы репродукции
Адсорбция > Проникновение >Высвобождение геномной молекулы > Вирионная
нуклеиновая кислота > образование матричных нуклеиновых кислот (мРНК) > вирусные
белки (мРНК даёт начало вирионных белков) >. Сборка вирионов > Выход > гибель
клетки. Стратегия вируса - переключить работу клеточных систем обеспечения
жизнедеятельности на себя, т.к. вирус не имеет белоксинтезирующего аппарата и
энергетических систем. Условия данного процесса: 1. Полностью или частично подавить
гены клетки - хозяина (ибо под их контролем совершается работа клетки). Надо подавить
экспрессию генов. 2. Включить в работу собственные гены для синтеза нуклеиновой к-ты
и белков вируса или дать клетке новые, собственные гены (как бы навязать их), которые
обеспечатдыполнение процессов, необходимых для репродукции вируса. Эти два
принципа лежат в основе репродукции любого вируса.
Значение вирионных белков
1. Структурные белки, которые входят в состав вириона; защищают вирусный геном от
инактивирующего действия нуклеаз; обеспечивают структурную симметрию зрелого
вириона; участвуют в прикреплении вирусной частицы к чувствительной клетке
(рецепция); определяют антигенные свойства вируса
2. Функциональные белки - ферменты. Их известно более 10. Они выполняют
определённые функции на ранних этапах цикла репродукции: участвуют в полимеризации
НК: ДНК-зависимая РНК-полимераза, отсюда репликация нуклеиновых кислот.
Особенности транскрипции нуклеиновых кислот
Гены, из которых состоят нуклеиновые к-ты вируса, принято делить на "ранние" гены и
"поздние" гены. Нуклеиновые кислоты вириона функционируют как "поздние" гены.
"Ранние" гены детерминируют синтез "ранних" белков. "Ранние" белки не включаются в
состав капсида, они работают как функциональные белки на стадии внутриклеточного
размножения (они осуществляют дискриминацию клеточного генома и работают как
функциональные ферменты: образование белков с полимеразной активностью).
Дискриминация - это выключение (ослабление) экспрессии (самовыражения)
генетического аппарата клетки. Механизм дискриминации объясняется следующим
образом: он реализуется на уровне рибосом (т.е. трансляции), которые под влиянием
вирусспецифических факторов модифицируются и теряют способность распознавать и
связывать мРНК клетки, отдавая предпочтение вирусным мРНК. Затем включаются в
работу "поздние" гены: в результате появляются репликативные нуклеиновые кислоты.
Клетка
хозяина
сопротивляется
дискриминации,
начинает
активизировать
антидискриминационные механизмы => начинают вырабатываться интерфероны. "
Поздние" гены обеспечивают синтез поздних белков (это структурные белки вириона,
входящие в капсид и суперкапсидную оболочку).
По особенностям транскрипции нуклеиновой кислоты предложена классификация
вирусов и разделение их на ДНК-содержащие вирусы, плюс РНКсодержащие вирусы,
минус РНК-содержащие вирусы и ретровирусы (РНК-содержащие). У ДНКсодержащих вирусов иРНК синтезируется на матрице одной из нитей ДНК, Формула
переноса генетической информации у них такая же , как в любой живой клетке.
ДНК - транскрипция - м РНК - трансляция на рибосомах - - - белок
ДНК-содержащие вирусы, репликация которых происходит в ядре, используют для
транскрипции клеточную полимеразу ( аденовирусы, герпесвирусы).
РНК-вирусы делятся на триюлассд по особенностям транскрипции: у РНК-содержащих
"плюснитевых" вирусов, у которых функции иРНК выполняет сам геном, передача
генетической информации осуществляется по наиболее простой формуле:
РНК-белок
Вирусная РНК = мРНК --- белок
К этой группе относятся пикорнавирусы, тогавирусы. Транскрипцию как
самостоятельный процесс у этих вирусов не выделяют.
У РНК-со держащих "минус-нитевых" вирусов геномная молекула не может выступать
как матричная РНК. В клетке синтезируется комплементарная геному РНК, которая и
является информационной. Передача генетической информации осуществляется по
формуле
РНК - - - РНК - - - белок
У этих вирусов в составе вириона имеется вирусспецифический фермент - РНКполимераза или транскриптаза. К таким вирусам относятся ортомиксовирусы,
парамиксовирусы, рабдовирусы, реовирусы.
Ретровирусы имеют уникальный путь передачи генетической информации. РНК этих
вирусов переписывается на ДНК, ДНК интегрирует с клеточным генол-юм и в его составе
переписывается на РНК , которая обладает информационными функциями.
Вирусная РНК - действует ревертаза -ДНК - мРНК - - - белок.
В составе этих вирусов есть уникальный вирусоспецифический фермент, который
переписывает РНК на ДНК (обратная транскриптаза, или ревертаза).
В этом случае сначала идет образование одной нити ДНК, затем образуется ДНКпровирус (двунитевой), этот провирус включается в ДНК-хромосому. Может быть два
исхода процесса: 1 .транскрипцию интегрированной ДНК в составе клеточных геномов
осуществляет клеточная РНКп-полимераза. 2. вирусная ДНК остается в ДНК (хромосоме)
клетки хозяина,, наступает состояние вирогении.
Методы обнаружения вирусов в зараженных объектах
Единственный прямой метод изучения вирусов является электронная микроскопия
(рассматривается структура вириона), все остальные методы являются косвенными,
которые по тем или иным структурным или функциональным изменениям , указывают на
наличие вируса. К таким косвенным методам относятся цитопатическое действие (ЦПД)
вирусов в культуре ткани , которое наступает через 3-5 дней после заражения вирусом
тканевой культуры ( изменения в клеточном монослое видны под малым или большим
увеличением микроскопа); обнаружение в пораженных клетках внутриклеточных
вирусспецифических включений (тельца Негри в нервных клетках при бешенстве посмертная диагностика заболевания, тельца Гварниери в пораженных клетках при
натуральной оспе - пример классической вирусной инфекции, которую ликвидировали в
1980 году). К косвенным методам относится реакция гемагглютинации , которая
позволяет обнаружить любой .вирус , который имеет в суперкапсиде фермент
гемагглютинин (данная реакция проста в постановке , результаты можно читать через 1-2
минуты, по образованию хлопьев из эритроцитов на предметном стекле ). Реакция
гемадсорбции основана на феномене образования скоплений эритроцитов в виде розеток
на культуре ткани, которая заражена вирусом, в тех местах , где активно размножается
вирус ( при этом ЦПД еще не наблюдается).
Люминесцентная микроскопия также является косвенным методом изучения вирусов
"особенно иммунофлюоресцентный метод (необходимо иметь специфические
диагностические иммунные сыворотки).
Метод Дюльбекко-Фохта (метод бляшек под агаром) является разновидностью
цитопатического действия вируса в культуре клеток - это локальный цитопатический
эффект. Демонстрация - блящкообразование под агаровым гелем во флаконе - видны
"стерильные
пятна"
(агаровое
покрытие
ограничивает
распространение
репродуцированных вирионов после выхода их из клеток, поэтому очаги разрушения
дискретны).