История вирусологии. Принципы классификации вирусов
Вид материала | Документы |
- История компьютерной вирусологии и причины появления вирусов, 99.2kb.
- Программа Вступительных испытаний Врамках экзамена история философии по направлению, 462.46kb.
- Принципы организации антивирусной защиты в ос linux. Недостатки существующих средств, 79.93kb.
- Тематический план лекций для студентов 2 курса мбф «Лечебное дело», 50.42kb.
- Роль вирусов в жизни человека, 476.23kb.
- Задачи и методы современной систематики. Типы систем и принципы их построения. Значение, 17.67kb.
- Пенициллины, цефалоспорины, монобактамы, карбапенемы задание, 55.67kb.
- Валтарс Риск Менеджмент Система управления рисками. Принципы построения, внутренние, 43.81kb.
- Iv школьная научно-практическая конференция защита информации от вирусов, 187.54kb.
- Сводная таблица антивирусных программ стр, 321.4kb.
История вирусологии. Принципы классификации вирусов
Вирусология - наука, изучающая морфологию, физиологию, генетику, экологию и эволюцию вирусов
Слово «вирус» означало яд. Этот термин применил ещё Л. Пастер для обозначения заразного начала. В настоящее время под вирусом подразумеваются мельчайшие реплицирующиеся микроорганизмы, находящиеся всюду, где есть живые клетки.
Открытие вирусов принадлежит русскому учёному Дмитрию Иосифовичу Ивановскому, который в 1892 году опубликовал работу по изучению мозаичной болезни табака. Д. И. Ивановский показал, что возбудитель этой болезни имеет очень малые размеры и не задерживается на бактериальных фильтрах, являющихся непреодолимым препятствием для мельчайших бактерий. Кроме того, возбудитель мозаичной болезни табака не способен культивироваться на искусственных питательных средах. Д. И. Ивановский открыл вирусы растений.
В 1898 году Леффлер и Фрош показали, что широко распространённая болезнь крупного рогатого скота - ящур вызывается агентом, который также проходит через бактериальные фильтры. Этот год считается годом открытия вирусов животных.
В 1901 году Рид и Кэррол показали, что фильтрующиеся агенты можно выделить из трупов людей, умерших от жёлтой лихорадки. Этот год считается годом открытия вирусов человека.
Д'Эррель и Туорт в 1917-1918 г.г. обнаружили вирусы у бактерий, назвав их «бактериофагами». Позднее были выделены вирусы из насекомых, грибов, простейших.
Вирусы до сих пор остаются одними из главных возбудителей инфекционных и неинфекционных заболеваний человека. Около 1000 различных болезней имеют вирусную природу. Вирусы и вызываемые ими болезни человека являются объектом изучения медицинской вирусологии.
Вирусы имеют кардинальные отличия от других прокариотических микроорганизмов:
1. Вирусы не имеют клеточного строения. Это доклеточные микроорганизмы.
2. Вирусы имеют субмикроскопические размеры, варьирующие у вирусов человека от 15-30 нм до 250 и более нм.
3. Вирусы имеют в своём составе только один тип нуклеиновой кислоты: или ДНК, или РНК, где закодирована вся информация вируса.
4. Вирусы не обладают собственными метаболическими и энергетическими системами.
5. Размножение вирусов происходит с использованием белоксшггезирующих и энергетических систем клетки-хозяина, поэтому вирусы облигатные внутриклеточные паразиты.
6. Вирусы не способны к росту и бинарному делению. Они размножаются путём репродукции их белков и нуклеиновой кислоты в клетке хозяина с последующей сборкой вирусной частицы.
В силу своих особенностей вирусы выделены в отдельное царство Vira, включающее вирусы позвоночных и беспозвоночных животных, растений и простейших. В основу современной классификации вирусов положены следующие основные критерии:
1. Тип нуклеиновой кислоты (РНК или ДНК), её структура (одно- или двунитчатая, линейная, циркулярная, непрерывная или фрагментированная).
2. Наличие липопротеидной оболочки (суперкапсида).
3. Стратегия вирусного генома (т.е. используемый вирусом путь транскрипции, трансляции, репликации).
4. Размер и морфология вириона, тип симметрии, число капсомеров.
5. Феномены генетических взаимодействий.
6. Круг восприимчивых хозяев.
7. Патогенность, в том числе патологические изменения в клетках и образование внутриклеточных включений,
8. Географическое распространение.
9. Способ передачи.
10. Антигенные свойства.
На основании 1 и 2 критериев вирусы делятся на подтипы и семейства, на основании нижеперечисленных признаков - на роды, виды, серовары. Название семейства оканчивается на «viridae», некоторые семейства делятся на подсемейства (оканчивается «virinae»), рода - «vims». Вирусы человека и животных распределены в 19 семействах: 13- РНК-геномных и 6 - ДНК-геномных. Классификация и некоторые свойства вирусов человека и животных представлены в табл. 1.
Таблица 1
КЛАССИФИКАЦИЯ И НЕКОТОРЫЕ СВОЙСТВА ВИРУСОВ
ЧЕЛОВЕКА И ЖИВОТНЫХ
ЦАРСТВО V1RA | ||||
Семейство вирусов | Тип нуклеиновой кислоты | Наличие суперкапсида | Размер вириона. нм | Типовые представители |
ДНК-ГЕНОМНЫЕ ВИРУСЫ | ||||
Adenoviridae | Линейная, двунитчатая | - | 70-90 | Аденовирусы млекопитаюших и птиц |
Herpesviridae | линейная двунитчатая | + | 220 | Вирусы простого герпеса, цитомегалии, ветряной оспы, инфекционного мононуклеоза |
Hepadnaviridaе | Двунитчатая, кольцевая с однонитчатым участком | + | 1 45-50 | Вирус гепатита В |
Papovaviridae | двунитчатая, кольцевая | - | 45-55 | Вирусы папилломы, полиомы |
Poхviridae | Двунитчатая с замкнутыми концами | + | 130-250 | Вирус осповакцины, вирус натуральной оспы |
Parvoviridae | линейная, однонитчатая | - | 18-26 | Аденоассоциированный вирус |
РНК-ГЕНОМНЫЕ ВИРУСЫ | ||||
Areoaviridae | фрагментированная однонитчатая | + | 50-300 | Вирусы Ласса, Мачупо |
Bunyaviridae | фрагментированная однонитчатая кольцевая | + | 90-100 | Вирусы геморрагических лихорадок и энцефалитов |
Caliciviridae | однонитчатая | - | 20-30 | Вирус гепатита Е, калицивирусы человека |
Coronaviridae | однонитчатая +РНК | + | 80-130 | Коронавирусы человека |
Orthomyxoviridae | однонитчатая, фрагментированная -- РНК | + | 80-120 | Вирусы гриппа |
Paramyxoviridae | Однонитчатая, линейная -РНК | + | 150-300 | Вирусы парагриппа, кори, эпидпаротита, PC-вирус |
Picornaviridae | однонитчатая +РНК | - | 20-30 | Вирусы полиомиелита, Коксаки, ЭКХО, гепатита А риновирусы |
Reoviridae | двунитчатая РНК | - | 60-80 | Реовирусы, ротавирусы |
Retroviridae | однонитчатая РНК | + | 80-100 | Вирусы рака, лейкоза, саркомы, ВИЧ |
Togaviridae | однонитчатая +РНК | + | 30-90 | Вирусы Синдбис. Лошадиных Энцефатитов. крастхи |
Flaviviridae | однонитчатая +РНК | + | 30-90 | Вирусы клещевого знцефштига, жёлтой лихорадки, Денге, японского энцефалита, гепатита С, G |
Rhabdoviridae | однонитчатая -РНК | + | 30-40 | Вирус бешенства, вирус везикулярного стоматита |
Filoviridae | однонитчатая +РНК | + | 200-4000 | Вирусы лихорадки Эбола, Марбург |
Морфология и ультраструктура вирусов
По строению различают 2 типа вирусных частиц: простые и сложные.
Внутренняя структура простых и сложных вирусов сходна.
Сердцевина вируса - вирусная нуклеиновая кислота вирусный геном. Вирусный геном может быть представлен одной из 4 молекул РНК или ДНК: однонитчатыми и двунитчатыми РНК и ДНК. Большинство вирусов имеют один цельный или фрагментированный геном, имеюший линейную или замкнутую форму. Однонитчатые геномы могут иметь 2 полярности: 1) позитивную, когда вирионная нуклеиновая кислота одновременно служит и матрицей для синтеза новых геномов и выполняет роль и-РНК; 2) негативную, выполняющую только функцию матрицы. Геном вирусов содержит от 3 до 100 и более генов, которые делятся на структурные, кодирующие синтез белков, входящих в состав вириона, и регуляторные, которые изменяют метаболизм клетки хозяина и регулируют скорость размножения вирусов.
Ферменты вирусов также закодированы в геноме. К ним относятся: РНК-зависимая РНК-полимераза (транскриптаза), которая обнаружена у всех РНК-содержащих вирусов с негативной полярностью. Поксвирусы содержат ДНК-зависимую РНК-полимеразу. Ретровирусы имеют уникальный фермент - РНК-зависимую ДНК-полимеразу, называемую обратной транскриптазой. В геноме некоторых вирусов имеются гены, кодирующие РНК-азы, эндонуклеазы, проте-инкииазы.
Снаружи нуклеиновая кислота покрыта белковым чехлом - капсидом, образуя комплекс - нуклеокапсид (в химическом смысле - нуклеопротеид). Кап-сид состоит из отдельных белковых субъединиц - капсомеров, которые представляют уложенную определённым образом полипептидную цепь, создающую симметричную конструкцию. Если капсомеры укладываются по спирали, такой тип укладки капсида носит название спиральной симметрии. Если капсомеры укладываются по граням многогранника (12-20-гранника), такой тип укладки капсида носит название икосаэдрической симметрии
Капсид представлен -спиральными белками, способными к полимеризации, которые выполняют защиту генома от различных воздействий, выполняют рецепторную функцию у этой группы вирусов, обладают антигенными свойствами.
Сложные вирусы имеют внешнюю оболочку - суперкапсид, расположенную поверх капсида. В состав суперкапсида входят внутренний белковый слой - М-белок, затем более объёмный слой липидов и углеводов, извлечённых из клеточных мембран клетки-хозяина. Вирусспецифические гликопротеиды проникают внутрь суперкапсида, образуя снаружи фигурные выпячивания, которые выполняют рецепторную функцию. Вирусы существуют в трёх формах:
1) вирион (вирусная частица) - внеклеточная форма;
2) внутриклеточный (вегетативный) вирус;
3) интегрированный с ДНК хозяина вирус (провирус).
Взаимодействие вируса с клеткой. Репродукция (размножение) вирусов
Вирусы - облигатные внутриклеточные паразиты, способные размножаться только в живой клетке. В отличие от прокариотических и эукариотических микроорганизмов вирусы не размножаются бинарным делением. Размножение вирусов происходит путём репродукции (англ, "reproduce" - воспроизво-аить, делать копию), то есть воспроизведение их нуклеиновых кислот и белков z последующей сборкой вирионов. Синтез нуклеиновых кислот и белков вируса происходит в разных частях клетки (ядре и цитоплазме). Такой способ репродукции получил название дизъюнктивного (разобщённого).
Процесс репродукции вирусов условно можно разделить на 2 фазы . Первая фаза включает 3 стадии: 1) адсорбцию вируса на чувствительных клетках; 2) проникновение вируса в клетку; 3) депротеинизацию вируса. Вторая фаза включает стадии реализации вирусного генома: 1) транскрипцию, 2) трансляцию, 3) репликацию, 4) сборку, созревание вирусных частиц и 5) выход вируса из клетки.
Взаимодействие вируса с клеткой начинается с процесса адсорбции, т. е. с прикрепления вируса к поверхности клетки.
Адсорбция представляет собой специфическое связывание вирионного белка (антирецептора) с комплементарной структурой клеточной поверхности - клеточным рецептором. По химической природе рецепторы, на которых фиксируются вирусы, относятся к двум группам: мукопротеидным и липопротеидным. Вирусы гриппа, парагриппа, аденовирусы фиксируются на мукопротеидных рецепторах. Энтеровирусы, вирусы герпеса, арбовирусы адсорбируются на липопротеидных рецепторах клетки. Адсорбция происходит лишь при наличии определённых электролитов, в частности ионов Са2+, которые нейтрализуют избыточные анионные заряды вируса и клеточной поверхности и уменьшают электростатическое отталкивание Адсорбция вирусов мало зависит от температуры Начальные процессы адсорбции носят неспецифический характер, являются результатом электростатического взаимодействия положительно и отрицательно заряженных структур на поверхности вируса и клетки, а затем наступает специфическое взаимодействие прикрепительного белка вириона со специфическими группировками на плазматической мембране клетки. Простые вирусы человека и животных содержат прикрепительные белки в составе капсида. У сложно организованных вирусов прикрепительные белки входят в состав супер-капсида. Они могут иметь форму нитей (фибры у аденовирусов), либо шипов, грибоподобных структур у миксо-, ретро-, рабдо- и других вирусов. Вначале происходит единичная связь вириона с рецептором - такое прикрепление непрочное - адсорбция носит обратимый характер. Чтобы наступила необратимая адсорбция, должы появиться множественные связи между рецептором вируса и рецептором клетки, т. е. стабильное мультивалентное прикрепление. Количество специфических рецепторов на поверхности одной клетки составляет 104-105. Рецепторы для некоторых вирусов, например, для арбовирусов. содержатся на клетках как позвоночных, так и беспозвоночных, для других вирусов только на клетках одного или нескольких видов.
Проникновение вирусов человека и животных в клетку происходит двумя путями: 1) виропексисом (пиноцитозом); 2) слиянием вирусной суперкапсидной оболочки е клеточной мембраной. Бактериофаги имеют свой механизм проникновения, так называемый шприцевои, когда в результате сокращения белкового отростка фага нуклеиновая кислота как бы впрыскивается в клетку.
Депротеинизация вируса освобождение геиома вируса от вирусных защитных оболочек происходит либо с помощью вирусных ферментов, либо с помощью клеточных ферментов. Конечными продуктами депротеинизации являются нуклеиновые кислоты или нуклеиновые кислоты, связанные с внутренним вирусным белком. Затем имеет место вторая фаза вирусной репродукции, ведущая к синтезу вирусных компонентов.
Транскрипция - переписывание информации с ДНК или РНК вируса на и-РНК по законам генетического кода.
Трансляция - процесс перевода генетической информации, содержащейся в и-РНК, на специфическую последовательность аминокислот.
Репликация - процесс синтеза молекул нуклеиновых кислот, гомологичных вирусному геному.
Реализация генетической информации у ДНК-содержащих вирусов идёт так же, как и в клетках: