Вирусы

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 ДНК-содержащих 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 - РНК-полимераза 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 ДНК-провирус (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).