Вирусите образуват независимо кралство (Vira) и имат следните характеристики:

Геномът е представен от една нуклеинова киселина - ДНК или РНК (съответно се разграничават 2 подцарства - рибовируси и дезоксирибовируси).

Неклетъчна структура. Нуклеиновата киселина е покрита с протеинова обвивка -капсид, който се състои от отделни субединици -капсомери (обикновено се състои от 5-6 полипептида). Капсидът заедно с нуклеиновата киселина се образувануклеокапсид. Простите вируси (полиомиелитни вируси, аденовируси и др.) имат тази структура. Сложните вируси имат външна обвивка -суперкапсид,

който съдържа липиди, гликолипиди. Суперкапсидът се образува отчасти от клетката гостоприемник.

Липса на системи за синтез на протеини (в присъствието на ензими на адсорбция, разпределение, ДНК- и РНК-зависими полимерази).

Специален (дизюнктивен) метод на възпроизвеждане: протеините на вируса се синтезират върху рибозомите на засегнатата клетка, в други области - нуклеиновата киселина на вируса, след което се извършва сглобяването на вирусни частици.

Малки размери;

малки вируси (подиовирус и др.) - 25-30 nm (нанометра); среда (грипен вирус и др.) - 50-125 nm; големи (вариола вирус) - 150-200 nm. 7. Филтрируемост (преминава през бактериални филтри). 8. Кристализация (извънклетъчни вируси, пречистени от баластни вещества,

вириони, способни да образуват кристали). 9. Форма на вириоиди (има пръчковиден - увирус на бяс и др., под формата на полиедър, икосаедър - за аденовирусите, кубовиднаформи - при вируса на вариола, сферичен -при грипни вируси

главоглав (сперматозоиди) - бактериофаги).Култивирането на вируси също има своите особености. Те се култивират върху активно пролифериращи клетки с повишена метаболитна активност. Използвам следното живи системи.от активно пролифериращи клетки. Клетките се отглеждат върху естествени хранителни среди (ембрионални екстракти, конски, човешки серум), ензимни протеинови хидролизати (триптичен хидролизат на лакталбумин), върху синтетични среди (например среда 199, състояща се от 63 компонента, включително аминокиселини, витамини, глюкоза , соли, човешки серум, индикатор фенолно червено). Използват се следните видове клетъчни култури: първично трипсинизирани (обикновено фибробласти от пилешки ембриони; не се преплитат и винаги трябва да се приготвят ex tempore; недостатъкът е, че са нестандартни); трансплантируеми (едни и същи във всички лаборатории, тъй като те са специфичен клонинг на клетки, например клетки от портални тъкани- човешки амнион, бъбреци на свински ембрион; клетки от туморни тъкани - HeLa (цервикални ракови клетки), HEp-2 и др.; недостатъкът на тази група е, че клетките често спонтанно дегенерират, стават атипични, полиплоидни и също така спонтанно се заразяват с латентни вируси и микоплазми); полунепрекъснати диплоидни (например диплоидни човешки белодробни клетки; те са стабилни, не се дегенерират спонтанно и не са заразени с вируси и микоплазми).

Различават се следните форми на вирусни инфекции. Абортивна инфекция (възниква в неотговорен имунен организъм): вирусът или не прониква в клетката, или след проникване умира и се изхвърля от клетката. Продуктивна инфекция: вирусът се адсорбира върху чувствителни клетки и прониква в клетката чрез потапяне на нейната мембрана с вируса вътре в цитоплазмата на клетката ( виро-рексис); в получената фагозома нуклеиновата киселина на вируса се освобождава от протеиновите обвивки („събличане на вируса“); след окончателното събличане вирусната нуклеинова киселина, която е влязла в клетката, превключва функционирането на клетъчния геном и съответните метаболитни системи на клетката за размножаваневирус; получените вирусни частици напускат клетката и нахлуват в съседните клетки. Често това взаимодействие завършва със смърт на клетката; цитопатичендействие(CPD). Ранен признак на CPD е спирането на митозата; клетката временно набъбва, след това се деформира, набръчква се, оцветява се по-интензивно, отлепва се от стъклото (в културите) и умира. Понякога, преди да умрат, се образуват клетки симпласти(слети многоядрени клетки). Вирогенеза: нуклеиновата киселина на вируса, която е влязла в клетката, се включва (интегрира) в ДНК на клетката гостоприемник (както в случая на умерен фаг) и във формата провируссъществува в клетката и се предава на нейното потомство. Феноменът на вирусогенеза е характерен както за ДНК, така и за РНК вирусите, тъй като последните притежават ензима обратна транскриптаза(например ретровируси).

Съвременната класификация на вирусите се основава на редица характеристики, включително: вида на нуклеиновата киселина, броя на капсомерите, наличието на суперкапсид, чувствителност към естер, кръг от чувствителни гостоприемници, патогенност, географско разпространение и др.

Характеристики на антивирусния имунитет. Имунитетът към вирусни инфекции може да се дължи на следните фактори. Фактори на естествена резистентност: клетъчна нереактивност (в резултат на филогенезата, хората са имунизирани срещу много вирусни заболявания на животни и растения); инхибитори - вещества от мукопротеинова или липопротеинова природа, структурно идентични с рецепторите на чувствителните клетки (те циркулират свободно в кръвта и други течности и блокират взаимодействието на вируса с клетката); комплементът участва във формирането на специфичен (имунен) антивирусен отговор (лизозимът и други хуморални фактори не играят защитна роля); фагоцитозата е непълна, но левкоцитите, в които е проникнал вирусът, произвеждат интерферон; интерферонът се синтезира от клетката след проникването на вируса, той неспецифично инхибира възпроизвеждането на всякакви вируси, нарушавайки синтеза на вирусни протеини върху рибозомите (в човешкото тяло е активен само човешки интерферон, който се произвежда от човешки левкоцити или генетично модифициран интерферон - реаферон,произведени от Escherichia coli, в чийто геном е въведен генът на човешкия интерферон; интерферонът се използва широко за лечение и спешна профилактика на вирусни инфекции); треска (високата температура нарушава възпроизводството на вируси); възрастов фактор (важен, например, при ротавирусна инфекция, която най-често засяга децата); ендокринни фактори (хипофункцията на много ендокринни жлези влошава хода на вирусни инфекции); фактори на отделителната система (помагат да се освободи тялото от вируси); образуването на вътреклетъчни включвания може да има защитен ефект (телца на Guarnieri при едра шарка, телца на Babes-Negri при бяс).

Характеристиките на придобития антивирусен имунитет в някои случаи причиняват устойчив имунитет (например след морбили), в други - краткосрочен (след риновирусна инфекция). Антителата действат само върху извънклетъчните вируси (поради това лечението с антивирусни имуноглобулини се извършва рано, преди по-голямата част от вирусите да са проникнали в клетките). Клетките, в които са проникнали вируси, синтезират зависими от вируса антигении стават чужди за тялото, което води до унищожаването им от Т-килърите. Местната клетъчна резистентност също е важна при защитните реакции (например при човек, който е имунитет срещу полиомиелит, клетките на нервната тъкан и стомашно-чревния тракт, към които полиовирусът има тропизъм, стават резистентни към вируса). Секреторните имуноглобулини (slgA) са основната връзка на локалния имунитет върху лигавиците. Ваксинирането (с вирусни ваксини) създава не само специфичен имунитет срещу определен вирус, но и формира резистентност към други вируси (стимулира се не само производството на антитела и образуването на Т-клетки убийци, но и производството на интерферон).

Морфологията и структурата на вирусите се изследват с помощта на електронен микроскоп, тъй като техните размери са малки и сравними с дебелината на бактериалната обвивка.

Формата на вирионите може да бъде различна: пръчковидна (вирус на тютюнева мозайка), форма на куршум (вирус на бяс), сферична (вируси на полиомиелит, HIV), форма на сперматозоиди (много бактериофаги) (фиг. 8).

ориз. 8. Форми на вириони:

1 вирус на едра шарка; 2 херпесен вирус; 3 аденовирус; 4 паповавирус; 5 хепаднавирус; 6 парамиксовирус; 7 грипен вирус; 8 коронавирус; 9 аренавирус; 10 ретровирус;

Размерите на вирусите се определят с помощта на електронна микроскопия, ултрафилтрация през филтри с известен диаметър на порите и ултрацентрофугиране. Някои от най-малките вируси са вирусите на полиомиелита и шапа (около 20 nm), цирковирусите (16 nm) и най-големият вирус на вариола (около 350 nm). Вирусите имат уникален геном, защото съдържат ДНК или РНК. Следователно се прави разлика между ДНК-съдържащи и РНК-съдържащи вируси. Те обикновено са хаплоидни, което означава, че имат един набор от гени. Геномът на вирусите е представен от различни видове нуклеинови киселини: двуверижни, едноверижни, линейни, кръгови, фрагментирани.

Има прости вируси (например полиомиелит) и сложни вируси (например грипни вируси, вируси на морбили). При простите вируси нуклеиновата киселина е свързана с протеинова обвивка, наречена капсид (от латински capsa case). Капсидът се състои от повтарящи се морфологични субединици на капсомерите. Нуклеиновата киселина и капсидът взаимодействат един с друг, за да образуват нуклеокапсид. При сложните вируси капсидът е заобиколен от допълнителна липопротеинова обвивка, суперкапсид (производно на мембранните структури на клетката гостоприемник), която има „шипове“. Капсидът и суперкапсидът защитават вирионите от влиянието на околната среда, определят селективното взаимодействие (адсорбция) с клетките и определят антигенните и имуногенните свойства на вирионите. Вътрешните структури на вирусите се наричат ​​ядро.

Вирионите се характеризират със спирални, кубични и сложни видове капсидна симетрия. Спиралният тип симетрия се дължи на спиралната структура на нуклеокапсида, кубичното образуване на изометрично кухо тяло от капсида, съдържащ вирусната нуклеинова киселина.

В допълнение към обикновените вируси са известни и така наречените неканонични вируси: приони, протеинови инфекциозни частици под формата на фибрили с размери 10-20 x 100-200 nm. Прионите, очевидно, са едновременно индуктори и продукти на автономен ген при хора или животни и причиняват енцефалопатия при тях при условия на бавна вирусна инфекция (болест на Кройцфелд-Якоб, куру и др.). Други необичайни агенти, тясно свързани с вирусите, са вироиди, малки кръгли, супернавити РНК молекули, които не съдържат протеин и причиняват заболявания в растенията.

ЛЕКЦИЯ № 5.

ВИРУСОЛОГИЯ.

Всички вируси съществуват в две качествено различни форми. Извънклетъчна форма – вирион – включва всички съставни елементи на вирусната частица. Вътреклетъчна форма - вирус – може да се представи само от една молекула нуклеинова киселина, т.к След като влезе в клетката, вирионът се разпада на съставните си елементи. В същото време вътреклетъчният вирус е самовъзпроизвеждаща се форма, която не може да се дели. На тази основа определението за вирус предполага фундаментална разлика между клетъчните форми на съществуване (бактерии, гъбички, протозои), които се възпроизвеждат чрез делене, и репликиращата се форма, която се възпроизвежда от вирусна нуклеинова киселина. Но отличителните черти на вирусите от про- и еукариоти не се ограничават до това. Основните разлики включват:

1. наличието на един вид нуклеинова киселина (ДНК или РНК);

2. липса на клетъчна структура и системи за синтез на протеини;

3. възможността за интегриране в клетъчния геном и синхронна репликация с него.

Формата на вириона може да бъде много различна (пръчковидна, елипсовидна, сферична, нишковидна, сперматозоидна), което е един от признаците на таксономичната принадлежност на този вирус.

Размерите на вирусите са толкова малки, че са сравними с дебелината на клетъчната мембрана. Най-малките (парвовирусите) са с размер 18 nm, а най-големите (variola virus) са около 400 nm.

Класификацията на вирусите се основава на вида нуклеинова киселина, която образува генома, което прави възможно разграничаването на две подцарства:

рибовируси– РНК-съдържащи или РНК вируси;

дезоксирибовируси– ДНК-съдържащи или ДНК вируси.

Подцарствата са разделени на семейства, подсемейства, родове и видове.

При систематизирането на вирусите бяха идентифицирани следните основни критерии: сходство на нуклеиновите киселини, размер, наличие или отсъствие на суперкапсид, вид на симетрия на нуклеокапсида, характеристики на нуклеиновите киселини, полярност, брой на нишките в молекулата, наличие на сегменти, наличие на ензими, интрануклеарна или цитоплазмена локализация, антигенна структура и имуногенност, тропизъм за тъкани и клетки, способност за образуване на телца за включване. Допълнителен критерий е симптоматиката на лезиите, т.е. способността да причиняват генерализирани или органоспецифични инфекции.

Според структурната организация те разграничават просто организирани („голи“)И сложно организиран („облечен“)вируси.

Структурата на простия вирион е подредена по такъв начин, че вирусна нуклеинова киселина,тези. генетичният материал на вируса е надеждно защитен от симетрична протеинова обвивка – капсид, чиято функционална и морфологична комбинация образува нуклеокапсид.

Капсидът има строго подредена структура, която се основава на принципите на спирална или кубична симетрия. Образува се от субединици, които са идентични по структура - капсомери, организирани в един или два слоя. Броят на капсомерите е строго специфичен за всеки вид и зависи от размера и морфологията на вирионите. Капсомерите от своя страна се образуват от протеинови молекули - протомери. Може и да са мономерен -съставен от единичен полипептид или полимер -съставен от няколко полипептида. Симетрията на капсида се обяснява с факта, че за опаковането на генома са необходими голям брой капсомери и тяхната компактна връзка е възможна само при симетрично разположение на субединиците. Образуването на капсида наподобява процеса на кристализация и протича по принципа на самосглобяването. Основните функции на капсида се определят от защитата на вирусния геном от външни влияния, осигурявайки адсорбцията на вириона върху клетката, проникването на генома в клетката в резултат на взаимодействието на капсида с клетъчните рецептори, и определят антигенните и имуногенните свойства на вирионите.

Нуклеокапсидът следва симетрията на капсида. При спирална симетриявзаимодействието на нуклеинова киселина и протеин в нуклеокапсида се осъществява по една ос на въртене. Всеки вирус със спирална симетрия има характерна дължина, ширина и периодичност. Повечето вируси, патогенни за хората, включително вируса на грипа, имат спирална симетрия. Организацията, основана на принципа на спиралната симетрия, придава на вирусите пръчковидна или нишковидна форма. Това подреждане на субединици образува кух канал, вътре в който е компактно опакована молекула на вирусна нуклеинова киселина. Дължината му може да бъде многократно по-голяма от дължината на вириона. Вирусът на тютюневата мозайка например има дължина на вириона 300 nm, а неговата РНК достига стойност 4000 nm. С тази организация протеиновата обвивка защитава по-добре наследствената информация, но изисква повече протеин, т.к покритието се състои от сравнително големи блокове. При кубична симетриянуклеиновата киселина е заобиколена от капсомери, образувайки икосаедър - многостен с 12 върха, 20 триъгълни лица и 30 ъгъла. Организацията на вириона според този принцип придава на вирусите сферична форма. Принципът на кубичната симетрия е най-икономичен за образуване на затворен капсид, т.к За организирането му се използват малки протеинови блокове, образуващи голямо вътрешно пространство, в което нуклеиновата киселина се вписва свободно.

Някои бактериофаги имат двойна симетрия, когато главата е организирана според кубичния принцип, а процесът според принципа на спиралната симетрия.

Характерно е за големи вируси липса на постоянна симетрия.

Неразделен структурен и функционален компонент на нуклеокапсида са вътрешни протеини, осигурявайки правилно суперспирално опаковане на генома и изпълнявайки структурни и ензимни функции.

Функционалната специфика на вирусните ензими се определя от тяхното местоположение и механизма на образуване. Въз основа на това вирусните ензими се разделят на вирусно-индуциранИ вирион. Първите са кодирани във вирусния геном, вторите са част от вирионите. Вирионните ензими също се разделят на две функционални групи: ензимите от първата група осигуряват проникването на вирусни нуклеинови киселини в клетката и излизането на дъщерните популации; ензимите от втората група участват в процесите на репликация и транскрипция на вирусния геном. Наред със собствените си, вирусите активно използват клетъчни ензими, които не са специфични за вируса. Но тяхната активност може да бъде модифицирана в процеса на възпроизвеждане на вируса.

Съществува група от т.нар. сложно организираниили "облечени" вируси, което за разлика от "гол", имат специална липопротеинова обвивка на върха на капсида - суперкапсидили пеплос, организиран от двоен слой от липиди и специфични вирусни гликопротеини, които проникват през липидния двоен слой и образуват гръбначни израстъци(пеплометри или суперкапсидни протеини ). Повърхностните суперкапсидни протеини са важен компонент, който улеснява проникването на вируси в чувствителните клетки. Това са тези специални протеини, наречени F протеини ( фузио - сливане), осигурява сливането на вирусни суперкапсиди и клетъчни мембрани. Суперкапсидът се формира в по-късните етапи на репродуктивния цикъл по време на пъпкуването на дъщерните популации и е производна структура от мембраните на заразена с вирус клетка. По този начин съставът на липидите зависи от естеството на "пъпкуването" на вирусната частица. Например, грипният вирус има липиден бислоен състав, подобен на този на клетъчните мембрани. защото Тъй като херпесните вируси пъпчат през ядрената мембрана, наборът от липиди в техния суперкапсид отразява състава на ядрената мембрана. Захарите, които изграждат гликопротеините, също идват от клетката гостоприемник.

На вътрешната повърхност на суперкапсида има т.нар матрични протеини (М протеини) образуван е структурен слой, който улеснява взаимодействието на суперкапсида с нуклеокапсида, което е изключително важно в крайните етапи на самосглобяването на вириона.

Въпреки това, основният структурен и функционален компонент на вируса е неговият геном, който определя всички свойства на вирусната частица, както вътре, така и извън целевата клетка. Геномът съдържа криптирана информация за морфологичните, биохимичните, патогенните и антигенните свойства на неговия носител. Геномът на вирусната частица е хаплоиден. Нуклеиновите киселини са представени от едноверижни РНК молекули или двойноверижни ДНК молекули. Изключение правят реовирусите, чийто геном се формира от две вериги на РНК, и парвовирусите, чийто геном е представен като единична верига на ДНК. Вирусите съдържат само един вид нуклеинова киселина.

Вирусна ДНКса организирани като кръгови ковалентно свързани суперспирални или линейни структури с молекулно тегло от 1 10 6 до 1 10 8, което е 10 до 100 пъти по-малко от молекулното тегло на бактериалната ДНК. Геномът съдържа до няколкостотин гена. Транскрипцията на вирусна ДНК се извършва в ядрото на заразената клетка . Нуклеотидните последователности се срещат веднъж, но в краищата на молекулата има прави и обърнати (обърнати на 180o) повтарящи се нуклеотидни последователности. Това осигурява способността на ДНК молекулата да се затваря в пръстен. Освен това те са уникални маркери на вирусна ДНК.

Вирусни РНКса представени от едно- и двуверижни молекули и по своя химичен състав не се различават от РНК от клетъчен произход. Едноверижните молекули могат да бъдат сегментирани, което води до увеличаване на кодиращия капацитет на генома. В допълнение, те съдържат спираловидни области като двойна спирала на ДНК, образувана от сдвояване на комплементарни азотни бази. Двуверижната РНК може да бъде линейна или кръгова.

В зависимост от специфичното вътреклетъчно поведение и изпълняваните функции, вирусните РНК се разделят на групи:

1. Плюс нишка РНК, имащ способността да транслира кодираната в него информация към рибозомите на таргетната клетка, т.е. изпълнява функцията на иРНК. РНК на плюс-верижни вируси имат характерни модифицирани краища с форма на шапка, необходими за специфичното разпознаване на рибозомите. Те се наричат ​​плюс нишки или положителен геном.

2. Минус верига РНКне са способни да превеждат генетична информация директно в рибозоми и не могат да функционират като иРНК. Те обаче са матрица за синтеза на иРНК. Те се наричат ​​минус нишки или отрицателен геном.

3. Двойни нишкиедната от които функционира като –РНК, другата, комплементарна към нея, като +РНК.

Много вирусни нуклеинови киселини +РНК и ДНК-съдържащи вируси са инфекциозни сами по себе си, т.к. съдържат цялата генетична информация, необходима за синтеза на нови вирусни частици. Тази информация се реализира, след като вирионът проникне в чувствителната клетка. Двуверижните РНК и повечето -РНК не могат да проявяват инфекциозни свойства.

Взаимодействието на вируса с целевата клетка е сложен и многоетапен процес на съвместно съществуване на две форми на жива материя – предклетъчна и клетъчна. Тук се проявява целият комплекс от ефекти на вирусния геном върху генетично кодираните биосинтетични процеси на клетката гостоприемник.

Осъществяването на репродуктивния цикъл до голяма степен зависи от вида на инфекцията на клетката и естеството на взаимодействието на вируса с чувствителната (евентуално заразена) клетка.

В клетка, заразена с вирус, вирусите могат да останат в различни състояния:

1. възпроизвеждане на множество нови вириони;

2. наличието на вирусна нуклеинова киселина в интегрирано състояние с клетъчната хромозома под формата на провирус;

3. наличие в цитоплазмата на клетката под формата на кръгови нуклеинови киселини, напомнящи бактериални плазмиди.

Именно тези условия определят широк спектър от заболявания, причинени от вируса: от изразена продуктивна инфекция, завършваща с клетъчна смърт, до продължително взаимодействие на вируса с клетката под формата на латентна (латентна) инфекция или злокачествена трансформация на клетка.

Идентифицирани са четири вида взаимодействие на вируса с чувствителна клетка:

1. Продуктивен тип – завършва с образуването на ново поколение вириони и тяхното освобождаване в резултат на лизис на заразени клетки ( цитолитична форма), или напускане на клетката, без да я разрушава ( нецитолитична форма). Най-често се среща нецитолитичният тип взаимодействие персистиращи хронични инфекции, характеризиращ се с образуването на дъщерни популации на патогена след завършване на острата фаза на заболяването. Клетъчната смърт се причинява от ранно потискане на синтеза на клетъчни протеини, натрупване на токсични и специфично увреждащи вирусни компоненти, увреждане на лизозомите и освобождаване на техните ензими в цитоплазмата;

2. Интегративен тип , или вирусогенност – характеризира се с инкорпориране (интегриране) на вирусна ДНК под формата на провирус в клетъчната хромозома и последващо функциониране като нейна неразделна част с съвместна репликация.Този тип взаимодействие продължава латентна инфекция, лизогения на бактерииИ вирусна трансформация на клетките;

3. Абортивен тип – не завършва с образуването на нови вириони, тъй като инфекциозният процес в клетката се прекъсва на един от етапите. Възниква, когато вирус взаимодейства с клетка в покой или когато клетка е заразена с дефектен вирус.

И вирусите, и вирионите могат да бъдат дефектни.

Дефектни вирусисъществуват като независими видове и са функционално по-ниски, т.к За репликацията им е необходим „помощен вирус“, т.е. дефектът се определя от непълноценността на генома. Разделени на 3 групи:

1. Дефектни интерфериращи частици, които са вириони, съдържащи само част от генетичната информация на оригиналния вирус и се репликират само с участието на сроден „помощен вирус“;

2. Сателитни вирусиТе се различават от предишните по това, че за тяхното възпроизвеждане те изискват участието на всеки „помощен вирус“, който не е непременно свързан;

3. Интегрирани геномиса провируси, т.е. вирусни геноми, които са интегрирани в клетъчната хромозома, но са загубили способността да се трансформират в пълноценен вирус;

Дефектни вирионипредставляват група, образувана по време на формирането на големи дъщерни популации, и тяхната дефектност се определя главно от морфологична непълноценност (празни капсиди, необвити нуклеокапсиди и др.). Специална форма на дефектни вириони е псевдовириони,имащ нормален капсид, съдържащ част от неговата собствена нуклеинова киселина и фрагменти от нуклеиновата киселина на гостоприемника, или част от хромозомата на клетката гостоприемник и част от нуклеиновата киселина на друг вирус.

Значението на дефектните вируси е способността им да прехвърлят генетичен материал от клетка донор към клетка реципиент.

4. Вирусна намеса – възниква, когато една клетка е заразена от два вируса и не се среща при никаква комбинация от патогени. Интерференцията се осъществява или поради индуцирането от един вирус на клетъчни инхибитори, които потискат възпроизвеждането на другия, или поради увреждане на рецепторния апарат или клетъчния метаболизъм от първия вирус, което изключва възможността за възпроизвеждане на втория. Разграничете хомоложни(свързани вируси) и хетероложни(несвързани вируси) намеса.

Въз основа на естеството на взаимодействието на генома на вируса с генома на клетките те се разграничават автономенИ интеграционна инфекция. При автономна инфекция вирусният геном не е интегриран в клетъчния геном, докато при интеграционна инфекция вирусният геном се интегрира в клетъчния.

Продуктивен тип взаимодействие вирус-клетка , т.е. Вирусното възпроизвеждане е уникална форма на изразяване на чужда (вирусна) генетична информация в клетките на хора, животни, растения и бактерии, която се състои в подчиняване на клетъчната матрица-генетични механизми на вирусна информация. Това е сложен процес на взаимодействие между два генома, протичащ в 6 етапа:

1. адсорбция на вириони;

2. проникване на вируса в клетката;

3. “събличане” и освобождаване на вирусния геном;

4. синтез на вирусни компоненти;

5. образуване на вириони;

6. излизане на вириони от клетката.

Първоетап на размножаване - адсорбция, т.е. прикрепване на вириона към клетъчната повърхност. Протича в две фази. Първа фаза – неспецифични, причинени от йонно привличане и други механизми на взаимодействие между вируса и клетката. Втора фаза – силно специфичен, поради хомологията и комплементарността на рецепторите на чувствителните клетки и протеиновите лиганди на вирусите, които ги разпознават. Вирусните протеини, които разпознават и взаимодействат, се наричат прикачен файли са представени от гликопротеини, част от липопротеиновата обвивка на капсида или суперкапсида на вируса.

Специфичните клетъчни рецептори имат различна природа, като са протеини, липиди, въглехидратни компоненти на протеини и липиди. Една клетка може да носи от десет до сто хиляди специфични рецептори, което позволява на десетки и стотици вириони да се прикрепят към нея. Броят на инфекциозните вирусни частици, адсорбирани върху клетката, определя термина "множество инфекции". Въпреки това, клетка, заразена с вирус, в повечето случаи е толерантна към повторна инфекция от хомоложен вирус.

Наличието на специфични рецептори е в основата тропизъмвируси към определени клетки, тъкани и органи.

Второетап – проникване на вируса в клеткатаможе да се случи по няколко начина.

1. Рецептор-зависима ендоцитоза възниква в резултат на улавяне и абсорбция на вириона от чувствителна клетка. В този случай клетъчната мембрана с прикрепения вирион инвагинира, за да образува вътреклетъчна вакуола (ендозома), съдържаща вируса. След това липопротеиновата обвивка на вируса се слива с ендозомната мембрана и вирусът излиза в клетъчната цитоплазма. Ендозомите се комбинират с лизозоми, които унищожават останалите вирусни компоненти.

2. Виропексис – състои се от сливането на вирусния суперкапсид с клетъчната или ядрената мембрана и се осъществява с помощта на специален слят протеин – F протеин, който е част от суперкапсида. В резултат на виропексис капсидът се озовава вътре в клетката, а суперкапсидът заедно с протеина се интегрира (вгражда) в плазмената или ядрената мембрана. Характерен само за сложни вируси.

3. фагоцитоза – чрез които вирусите проникват във фагоцитните клетки, което води до незавършена фагоцитоза.

третоетап – „събличане“ и освобождаване на вирусния геномвъзниква в резултат на депротеинизация, модификация на нуклеокапсида, отстраняване на повърхностни вирусни структури и освобождаване на вътрешен компонент, който може да причини инфекциозен процес. Първите етапи на „събличане“ започват по време на процеса на проникване в клетката чрез сливане на вирусни и клетъчни мембрани или когато вирусът излезе от ендозома в цитоплазмата. Последващите етапи са тясно свързани с техния вътреклетъчен транспорт до местата на депротеинизация. Различните вируси имат свои собствени специализирани зони за „събличане“. Транспортът до тях се осъществява с помощта на вътреклетъчни мембранни везикули, в които вирусът се прехвърля към рибозомите, ендоплазмения ретикулум или ядрото.

Четвъртоетап – синтез на вирусни компонентизапочва в момента сянкаили фази на затъмнение,което се характеризира с изчезването на вириона. Фазата на сянка завършва след образуването на съставните компоненти на вируса, необходими за сглобяването на дъщерните популации. Вирусът използва за това генетичния апарат на клетката, като потиска необходимите за него синтетични реакции. Синтез на протеини и нуклеинови киселини на вируса, т.е. размножаването му, разделено във времето и пространството, става в различни части на клетката и се нарича дизюнктивно.

В заразена клетка вирусният геном кодира синтеза на две групи протеини:

- неструктурни протеиниобслужване на вътреклетъчната репродукция на вируса на различните му етапи, които включват РНК или ДНК полимерази, които осигуряват транскрипция и репликация на вирусния геном, регулаторни протеини, прекурсори на вирусни протеини, ензими, които модифицират вирусни протеини;

- структурни протеини, включени във вириона (геномен, капсид и суперкапсид).

Синтезът на протеини в клетката се извършва в съответствие с процесите транскрипциичрез „пренаписване“ на генетична информация от нуклеинова киселина в нуклеотидната последователност на информационната РНК (mRNA) и излъчвания(четене) иРНК върху рибозоми за образуване на протеини. Терминът "транслация" се отнася до механизмите, чрез които последователността от нуклеинови бази на иРНК се транслира в специфична последователност от аминокиселини в синтезирания полипептид. В този случай възниква дискриминация на клетъчните иРНК и синтетичните процеси върху рибозомите попадат под вирусен контрол. Механизмите на трансфер на информация относно синтеза на иРНК са различни в различните групи вируси.

Двуверижна ДНК, съдържащавирусите прилагат генетична информация по същия начин като клетъчния геном, съгласно схемата: геномна ДНК на вируса→ иРНК транскрипция→транслация на вирусен протеин. В същото време ДНК-съдържащите вируси, чиито геноми се транскрибират в ядрото, използват клетъчна полимераза за този процес, а геномите на които се транскрибират в цитоплазмата използват своя собствена вирус-специфична РНК полимераза.

Геном – РНК вирусислужи като матрица, от която се транскрибира иРНК с участието на вирус-специфична РНК полимераза. Техният протеинов синтез се извършва по следната схема: геномна РНК на вируса→иРНК транскрипция→транслация на вирусен протеин.

Откроява се специална група от РНК-съдържащи ретровируси, която включва човешки имунодефицитни вируси и онкогенни ретровируси. Те имат уникален начин за предаване на генетична информация. Геномът на тези вируси се състои от две еднакви РНК молекули, т.е. е диплоиден. Ретровирусите съдържат специален вирус-специфичен ензим - обратна транскриптаза, или ревертаза, с помощта на които се извършва процесът на обратна транскрипция. Състои се от следното: комплементарна едноверижна ДНК (cDNA) се синтезира върху геномната РНК матрица. Той се копира, за да образува двойноверижна комплементарна ДНК, която се интегрира в клетъчния геном и се транскрибира в иРНК от клетъчна ДНК-зависима РНК полимераза. Синтезът на протеини на тези вируси се извършва по следната схема: геномна РНК на вируса→комплементарна ДНК→иРНК транскрипция→транслация на вирусен протеин.

Регулирането на транскрипцията се осъществява чрез клетъчни и вирусно-специфични механизми. Състои се в последователно прочитане на информация от т.нар. "рано"И "късни" гени. Първият кодира информация за синтеза на специфични за вируса ензими за транскрипция и репликация, а вторият – за синтеза на капсидни протеини.

Синтез на вирусни нуклеинови киселини, т.е. репликация на вирусни геноми, води до натрупване в клетката на копия на оригиналните вирусни геноми, които се използват при сглобяването на вириони. Методът на репликация зависи от вида на вирусната нуклеинова киселина, наличието на вирус-специфични и клетъчни полимерази и способността на вирусите да индуцират образуването на полимерази в клетката.

Двуверижни ДНК вирусирепликират по обичайния полуконсервативен начин: след като ДНК веригите се развият, към тях се добавят нови вериги. Всяка новосинтезирана ДНК молекула се състои от една родителска и една синтезирана верига.

Едноверижни ДНК вирусиПо време на процеса на репликация клетъчните ДНК полимерази се използват за създаване на двуверижен вирусен геном, т.нар. репликативна форма. В този случай една –ДНК верига се синтезира комплементарно върху оригиналната +ДНК верига, която служи като шаблон за +ДНК веригата на новия вирион.

Едноверижни +РНК вирусииндуцират синтеза на РНК-зависима РНК полимераза в клетката. С негова помощ на базата на геномната +РНК верига се синтезира –РНК веригата, като се образува временна двойна РНК, т.нар. междинна репликативна връзка. Състои се от пълна +RNA верига и многобройни частично завършени –RNA вериги. Когато всички –RNA вериги са формирани, те се използват като шаблони за синтеза на нови +RNA вериги.

Едноверижни РНК вирусисъдържат РНК-зависима РНК полимераза. Геномната -RNA верига се трансформира от вирусната полимераза в непълни и пълни +RNA вериги. Непълните копия действат като иРНК за синтеза на вирусни протеини, а пълните копия служат като шаблон за синтеза на геномната РНК верига на потомството.

Двуверижни РНК вирусирепликират подобно на едноверижни РНК вируси. Разликата е, че +RNA веригите, образувани по време на транскрипция, функционират не само като иРНК, но също така участват в репликацията. Те са матрицата за синтеза на РНК вериги. Заедно те образуват геномни двойноверижни РНК вириони.

Диплоидни +РНК вирусиили ретровирусисе репликират с помощта на вирусна обратна транскриптаза, която синтезира –ДНК верига върху матрицата на РНК вируса, от която +ДНК веригата се копира, за да образува двойна ДНК верига, затворена в пръстен. След това двойната верига на ДНК се интегрира с клетъчната хромозома, образувайки провирус. Многобройни вирионни РНК се образуват в резултат на транскрипция на една от интегрираните ДНК вериги с участието на клетъчна ДНК-зависима РНК-полимераза.

Петоетап – сглобяване на вирионивъзниква чрез подреден самосглобяване, когато компонентите на вириона се транспортират до мястото на сглобяване на вируса. Това са специфични области от ядрото и цитоплазмата, т.нар репликационни комплекси. Връзката на компонентите на вириона се дължи на наличието на хидрофобни, йонни, водородни връзки и стереохимично съответствие.

Образуването на вируси е многоетапен, строго последователен процес, с образуването на междинни форми, които се различават от зрелите вириони в състава на полипептидите. Сглобяването на просто подредени вируси се извършва върху репликационни комплекси и се състои от взаимодействие на вирусни нуклеинови киселини с капсидни протеини и образуване на нуклеокапсиди. В сложните вируси нуклеокапсидите първо се образуват върху репликационни комплекси, които след това взаимодействат с модифицирани клетъчни мембрани, които са бъдещата липопротеинова обвивка на вириона. В този случай сглобяването на вируси, репликиращи се в ядрото, става с участието на ядрената мембрана, а сглобяването на вируси, чиято репликация се извършва в цитоплазмата, се извършва с участието на мембраните на ендоплазмения ретикулум или цитоплазмената мембрана, където са вградени гликопротеини и други протеини на вирионната обвивка. В някои сложни РНК вируси матричен протеин участва в сглобяването - М протеин– който се намира под клетъчната мембрана, модифицирана от този протеин. Притежавайки хидрофобни свойства, той действа като посредник между нуклеокапсида и суперкапсида. Сложните вируси включват компоненти на клетката гостоприемник по време на тяхното образуване. Когато процесът на самосглобяване е нарушен, се образуват "дефектни" вириони.

Шестоетап – освобождаване на вирусни частици от клеткатазавършва процеса на вирусна репродукция и протича по два начина.

Експлозивен път, когато вируси без суперкапсид причиняват клетъчно разрушаване и навлизат в извънклетъчното пространство. Голям брой вириони излизат от мъртва клетка едновременно.

Пъпкуванеили екзоцитоза , характерен за сложни вируси, чийто суперкапсид е получен от клетъчни мембрани. Първо, нуклеокапсидът се транспортира до клетъчните мембрани, в които вече са вградени специфични за вируса протеини. В зоната на контакт, изпъкналостта на тези области започва да образува бъбрек. Образуваната пъпка се отделя от клетката под формата на сложен вирион. Процесът не е смъртоносен за клетката и клетката е в състояние да остане жизнеспособна за дълго време, произвеждайки вирусно потомство.

Размножаването на вируси, образувани в цитоплазмата, може да се случи или през плазмената мембрана, или през мембраните на ендоплазмения ретикулум и апарата на Голджи, последвано от освобождаване на клетъчната повърхност.

Вируси, които се образуват в ядрената пъпка в перинуклеарното пространство през модифицираната ядрена обвивка и се транспортират до клетъчната повърхност като част от цитоплазмените везикули.

Интегративен тип взаимодействие вирус-клетка (вирогения) е съвместното съществуване на вирус и клетка в резултат на интегрирането на вирусната нуклеинова киселина в хромозомата на клетката гостоприемник, в която вирусният геном се репликира и функционира като основна част от клетъчния геном.

Този тип взаимодействие е характерно за умерени ДНК-съдържащи бактериофаги, онкогенни вируси и някои инфекциозни ДНК и РНК вируси.

Интегрирането изисква наличието на кръгова форма на двойноверижна вирусна ДНК. Такава ДНК е прикрепена към клетъчната ДНК на мястото на хомология и се вмъква в специфична област на хромозомата. При РНК вирусите процесът на интеграция е по-сложен и започва с механизма на обратната транскрипция. Интегрирането става след образуването на двуверижен ДНК транскрипт и затварянето му в пръстен.

Допълнителната генетична информация по време на вирусогенезата придава нови свойства на клетката, което може да причини онкогенна трансформация на клетки, автоимунни и хронични заболявания.

Неуспешен тип взаимодействие между вирус и клетка не завършва с образуването на вирусно потомство и може да възникне при следните условия:

1. инфекция на чувствителна клетка възниква с дефектен вирус или дефектен вирион;

2. инфекция на генетично резистентни клетки от вирулентен вирус;

3. инфекция на чувствителна клетка с вирулентен вирус неразрешителен (неразрешителни) условия.

По-често се наблюдава неуспешен тип взаимодействие, когато нечувствителна клетка е заразена със стандартен вирус. Механизмът на генетичната резистентност обаче не е същият. Може да се свърже с липсата на специфични рецептори на плазмената мембрана, неспособността на този тип клетки да инициират транслация на вирусна иРНК и липсата на специфични протеази или нуклеази, необходими за синтеза на вирусни макромолекули.

Промените в условията, при които протича вирусното възпроизвеждане, също могат да доведат до неуспешно взаимодействие: повишаване на телесната температура, промяна на pH на мястото на възпалението, въвеждане на антивирусни лекарства и т.н. Въпреки това, когато се елиминират неразрешителните условия, неуспешният тип взаимодействие става продуктивно с всички произтичащи от това последствия.

Пречещо взаимодействие се определя от състоянието на имунитет към вторична инфекция на вече заразена с вируса клетка.

Хетерологична намесавъзниква, когато инфекцията с един вирус напълно блокира способността на втори вирус да се репликира в една клетка. Един от механизмите е свързан с инхибиране на адсорбцията на друг вирус чрез блокиране или разрушаване на специфични рецептори. Друг механизъм включва инхибиране на транслацията на иРНК от всяка хетероложна иРНК в заразената клетка.

Хомоложна интерференциятипичен за много дефектни вируси, особено тези, които се предават многократно ин витро и с висока множественост на инфекцията. Възпроизвеждането им е възможно само когато клетката е заразена с нормален вирус. Понякога дефектен вирус може да попречи на репродуктивния цикъл на нормален вирус и да произведе дефектни интерфериращи вирусни частици (VIPs). DI частиците съдържат само част от генома на нормален вирус. По естеството на дефекта DI частиците са делеционни частици и могат да се считат за смъртоносни мутанти. Основното свойство на DI частиците е способността да взаимодействат с нормален хомоложен вирус и дори могат да играят ролята на помощници по време на репликация. Способността за адсорбиране и проникване в клетката е свързана с нормалната структура на капсида. Освобождаването и експресията на дефектна нуклеинова киселина води до различни биологични ефекти: инхибира синтетичните процеси в клетката и, поради хомоложна интерференция, инхибира синтеза и трансформацията на протеини на нормални вируси. Циркулацията на DI частици и ко-инфекцията с нормален хомоложен вирус причинява появата на бавни, дълготрайни форми на заболяване, което се свързва със способността на DI частиците да се репликират много по-бързо поради простотата на генома, докато дефектният популацията има забележимо намаляване на тежестта на цитопатичния ефект, характерен за нормалния вирус.

Процесът на взаимодействие на вируса с тялото в повечето случаи е цитоспецифичен и се определя от способността на патогена да се възпроизвежда в определени тъкани. Въпреки това, някои вируси имат по-широк обхват на тропизъм и се възпроизвеждат в голямо разнообразие от клетки и органи.

Факторите на специфичност на вируса, отговорни за неговия тропизъм и разнообразието на засегнатите клетки, включват броя на специфичните рецептори (както във вириона, така и в клетката), които осигуряват пълно взаимодействие на вируса с клетката. Броят на такива рецептори обикновено е ограничен.

В някои случаи самата физиологична специфика на клетките и следователно тяхната бимолекулярна организация допринасят за проявата на вирулентността на патогена. Например, G-протеинът на обвивката на вируса на бяс има висок афинитет към ацетилхолиновите рецептори на невроните, което осигурява способността му да прониква в клетките на нервната тъкан. Трябва да се отбележи, че невротропните вируси причиняват особено тежки заболявания, т.к нервните клетки не се регенерират. Освен това възпроизвеждането на патогена ги прави мишени за цитотоксични имунни реакции.

Доста често вирулентността на вирусите се увеличава поради мутации. От особено значение в случая е способността на вирусите да обръщат генната мутация (реверсия). Гените, кодиращи протеиновата структура, могат да възстановят своята структура и да трансформират предишни авирулентни вирусни щамове във вирулентни.

Също толкова важни са характеристики на чувствителен микроорганизъм.

Възрасте около

Вирусите са най-малките от всички микроорганизми. Те се измерват в милимикрони и ангстрьоми. Използват се няколко метода за определяне на тези размери на частиците. Така суспензия от вируси преминава през специални колодиеви филтри, които имат много малки пори с определен размер. Филтрирането се извършва през няколко филтъра с различен размер на порите. Разликата между диаметрите на порите на последния филтър, който е пропускал вирусни частици, и филтъра, който вече не е пропускал вирусни частици, показва средния размер на вирусните частици. При ултрависокоскоростно центрофугиране (50 или повече хиляди оборота в минута) размерът на вирусните частици се определя по специална формула в зависимост от броя на оборотите и времето на утаяване на частиците. В същото време вирусът се пречиства от чужди вещества. За да направите това, изберете скорости, при които чуждите частици изпадат, първо големи, а след това най-малките. При най-висока скорост се получават само вирусни частици.

Човекът вижда вируси едва след 1940 г., когато е създаден и усъвършенстван електронният микроскоп. С увеличение от десетки и стотици хиляди пъти беше възможно да се изследват формата, размерът и структурата на частиците на някои вируси.

Установено е, че както размерът, така и формата на отделните индивиди (елементарни частици) на различните видове вируси са доста разнообразни. Има големи вируси (например вирус на орнитоза, едра шарка, трахома и др.), средно големи вируси (грип, чума, бяс) и малки (вирус на полиомиелит, морбили, шап, енцефалит, вируси на много растения). Таблицата показва размерите на някои вируси, определени по различни методи, в милимикрони (по В. М. Жданов и Шен).

Най-големите вируси са близки по размер до най-малките бактерии, а най-малките вируси са близки до големите протеинови молекули.

На външен вид някои вируси имат сферична форма (грипен вирус), други имат кубовидна форма (вирус на едра шарка), а трети са пръчковидни. Вирусът на тютюневата мозайка (TMV) има вид на тънка шестоъгълна пръчка с дължина 300 mm и диаметър 15 mm.

При много вирусни инфекции (едра шарка, бяс, трахома и др.) В цитоплазмата или ядрото на клетката гостоприемник се наблюдават специални вътреклетъчни тела - включвания. Те са доста големи и се виждат със светлинен микроскоп.

В повечето случаи включванията са натрупване на елементарни тела, вирусни частици, като колония от тях. Наличието им в клетките помага при диагностицирането на някои заболявания.

Едно от особените свойства на много растителни вируси е способността им да образуват кристали. D.I. Ivanovsky е първият, който наблюдава включвания в листата на тютюна, засегнати от TMV, сега наречени кристали на Ивановски. Те се състоят от елементарни частици на вируса на тютюневата мозайка. Кристалите на вируса могат да бъдат разтворени, точно както се разтварят захарта и солта. Този вирус може да бъде изолиран от разтвор в аморфно, некристално състояние. Утайката може да се разтвори отново и след това да се превърне обратно в кристали. Ако разтворите кристалния вирус хиляда пъти, една капка от такъв разтвор ще причини мозаечна болест в растението. Кристалите на полиомиелитния вирус досега са получени от човешки и животински вируси. Всеки кристал се състои от милиони вирусни частици.

Химическият състав на вирусите е изследван предимно в причинителя на тютюневата мозайка. Този вирус е чист нуклеопротеин, т.е. състои се от протеин и нуклеинова киселина. Вирусният нуклеопротеин на тютюневата мозайка има огромно молекулно тегло (40-50 милиона).

Вирусната частица има сложна структура. Нуклеиновата киселина се намира вътре във вирусната частица, тя е заобиколена от протеинова обвивка. Една вирусна частица обикновено съдържа една молекула нуклеинова киселина.

Растителните вируси съдържат рибонуклеинова киселина, фагите съдържат дезоксирибонуклеинова киселина. Човешките и животинските вируси съдържат РНК или ДНК. РНК се намира в грипни вируси (1,6%), полиомиелит (24%), тютюнева некроза (18%), тютюнева мозайка (6%), шап (40%), сарком на Рус (10%) и др. ДНК се съдържа във вирусите на ваксиния (6%), папилома (6,8%), херпес (3,8%), полиома (12%) и др.

Сега интензивно се изучава въпросът как протеинът и нуклеиновата киселина са свързани и как се съчетават. За да се реши този проблем, се използва методът на рентгенова кристалография. Ако има субединици във вирусната частица, тогава този метод може да определи техния брой, както и относителната им позиция. Оказа се, че повечето вируси се характеризират с правилно, силно подредено разположение на елементите на вирусната частица.

В полиомиелитния вирус нуклеиновата киселина е навита на топка; протеиновата обвивка се състои от 60 идентични субединици, които са комбинирани в 12 групи, по 5 субединици във всяка. Вирусната частица има сферична форма.

Нуклеиновата киселина на вируса на тютюневата мозайка има формата на спирала или пружина. Белтъчната обвивка на TMV също се състои от отделни протеинови субединици, които са идентични по форма и размер. Има общо 2200 субединици, подредени в 130 оборота около ядрото на нуклеиновата киселина. Молекулното тегло на такава субединица е 18 000. Всяка субединица е пептидна верига, съдържаща 158 специфични аминокиселини, и последователното подреждане на тези аминокиселини вече е определено. В момента последователността от 6500 нуклеотида, които образуват нуклеиновата киселина, се изучава интензивно. Когато този проблем бъде решен, ще стане известен планът, който определя вида на вируса, произведен в заразена клетка. Други малки растителни вируси имат структура, подобна на TMV и полиомиелитни частици.

По-големите вируси, в допълнение към нуклеиновата киселина и протеиновата обвивка, също имат външни обвивки, съдържащи протеини, липоиди и въглехидрати. Някои вируси съдържат ензими. Така грипният вирус има ензима невраминидаза, парагрипният вирус има сендай-лизин, а вирусът на миелобластозата по птиците съдържа аденовин трифосфатаза. Тези ензими разтварят клетъчната мембрана, за да позволят на вируса да навлезе в тялото на своя бъдещ гостоприемник.

В свободно състояние, във външната среда извън жива клетка, вирусите не показват активност, те само запазват своята жизнеспособност, понякога за дълго време. Но веднага щом вирусите срещнат чувствителни към тях клетки, те се активират, проникват в тях и показват всички признаци на жизнена активност.

Преди това единственият метод за изследване на жизнената активност на вирусите беше заразяването на податливи опитни животни: мишки, зайци, маймуни и др. По-удобно и икономично е да се отглеждат вируси в развиващия се ембрион на пилешко яйце. Материалът, съдържащ вируса, се инжектира със спринцовка в ембриона на 8-12-ия ден от неговото развитие. След няколко дни престой на ембриона в термостата се изследват патологичните промени, причинени от вируса в ембриона. След това се прехвърлят в пресен ембрион на друго яйце. Напоследък най-широко се използва методът на еднослойни култури от изолирани животински тъканни клетки. Натрошената свежа тъкан се третира с ензима трипсин, който разрушава междуклетъчните връзки. Освободените клетки се измиват от трипсин, разреждат се с хранителен състав (№ 199, съдържащ необходимите аминокиселини и соли) и се поставят в епруветки или специални плоски чинии. В термостата клетките се размножават, образувайки еднослоен слой върху стъклото. След това тази култура от хомогенни клетки се заразява с вирус и протичащите в нея процеси се изследват под микроскоп или по друг начин. Така един трудоемък и скъп метод, например култивиране на полиомиелитния вирус върху черния дроб на маймуни, беше заменен с бърз метод за отглеждането му в тъканна култура.

През 1955 г. и по-късно са получени необичайни факти, които предизвикват недоумение сред биолозите. Химически вирусът на тютюневата мозайка е разделен на съставни части: протеин и нуклеинова киселина. Всеки от тях поотделно не е причинил мозаечна болест по тютюневите листа. Но когато отново бяха комбинирани заедно в епруветка (10 части протеин и 1 част нуклеинова киселина) и заразиха тютюневи листа с тази смес, те получиха типична мозайка върху листата, както от оригиналния цял TMV. Електронната микроскопия разкрива типични вирусни пръчки, състоящи се от протеинова обвивка, в която е затворена верига от нуклеинова киселина. Така нуклеиновата киселина се свърза с протеиновата част и зае нормалното си положение в нея. Откриването на този феномен – възраждането на вируса – е най-голямото постижение на съвременната микробиология, откриващо нови пътища в биологията и медицината.

Освен това се оказа, че е достатъчно да се натрие тютюнев лист само с една нуклеинова киселина, изолирана от TMV, по нежен начин и на листа се появява типична некроза (разбира се, не в големи количества), в която има огромни количество типични цели вирусни частици.

Същите резултати са получени с човешки вируси: полиомиелит, грип и др.

Дори беше получен хибриден вирус на тютюневата мозайка от протеина на един тип вирус и РНК на друг тип вирус, който се различаваше по някои характеристики от първия тип вирус. Когато се размножава, този хибриден вирус дава потомство само на вируса, чиято РНК съдържа хибридът.

Всички тези факти показват, че нуклеиновите киселини играят водеща роля в репродукцията на вирусите и тяхната инфекциозност. Нуклеиновите киселини осигуряват предаването на наследствени свойства. Киселините съдържат наследствена информация за синтеза на пълни вирусни частици вътре в клетката.

Белтъчната обвивка на вируса има защитна функция, предпазвайки крехката верига от нуклеинова киселина от външни влияния, освен това помага на вируса да проникне в клетката и определя специфичността на вирусите. Но някои учени не смятат за възможно да се ограничи значението на протеините по такъв начин. Необходими са допълнителни изследвания за ролята на вирусните протеини.

Процесът на възпроизвеждане на вируси е коренно различен от процеса на възпроизвеждане на бактерии, протозои и други клетъчни организми.

Има четири фази на този процес: прикрепване на вирусни частици към клетката гостоприемник, проникване на вируса в клетката, вътреклетъчно възпроизвеждане на вируса и освобождаване на нови вирусни частици от клетката.

Първата фаза - прикрепването или адсорбцията на вируса към клетката - е изследвана във връзка с вирусите на грипа и полиомиелита. Клетъчната стена има мозаечна структура, на места има молекули на мукопротеини, на други има молекули на липопротеини. Вирусът на грипа се адсорбира върху мукопротеини, а вирусът на полиомиелит се адсорбира върху липопротеини. Адсорбцията може да се наблюдава с помощта на електронен микроскоп. На мястото на адсорбция на вируса се образува вдлъбнатина върху клетъчната стена, в която се изтегля вирусната частица. Краищата на кухината се затварят и вирусната частица се озовава вътре в клетката (виропексис). Едновременно с виропексията се разрушава протеиновата обвивка на вируса. Проникването на грипния вирус в клетката се улеснява от ензим в неговата обвивка. Така нуклеиновата киселина прониква в клетката, освободена от протеинови черупки с помощта на ензими на самата клетка.

В третата фаза попадналата в клетката вирусна нуклеинова киселина се включва в клетъчния метаболизъм и насочва синтезния апарат на клетката да произвежда протеин и нуклеинова киселина не от клетката, а от нови вирусни частици. Активира се активността на ензимите, участващи в синтеза на вируса, а останалите ензими се инхибират. Освен това се създават нови ензими, които клетката не е имала, но които са необходими за синтеза на вирусни частици. Може да се предположи, че по това време се организира нова единна вирусно-клетъчна система, превключена към синтеза на вирусен материал. В началото на тази фаза не е възможно да се разграничат никакви елементи на вируса в клетката.

Обикновено нуклеиновите киселини и вирусните протеини не се синтезират едновременно и на различни места в клетката. Синтезът на нуклеинова киселина започва първо, последван малко по-късно от синтеза на протеини. След натрупването на тези компоненти на вируса, те се комбинират и сглобяват в пълноценни вирусни частици. Понякога се образуват непълни вирусни частици, лишени от нуклеинова киселина и следователно неспособни да се самопроизвеждат (понички).

Бързо започва последната фаза – освобождаване на вирусни частици от клетката. Във всяко място на клетката веднага се освобождават около 100 частици от вируса. По-сложните вируси също имат външни обвивки на вирусния нуклеопротеин, с които са обвити по време на преминаване през клетката и излизане от нея, докато външните обвивки включват гостоприемник. клетъчни протеини.

При човешки и животински вируси освобождаването на ново потомство става в няколко цикъла. Така при грипния вирус всеки цикъл продължава 5-6 часа с освобождаване на 100 или повече вирусни частици от една клетка и общо се наблюдават 5-6 цикъла в рамките на 30 часа. След това способността на клетката да произвежда вируса се изчерпва и тя умира. Целият процес на възпроизвеждане на парагрипния вирус Sen Dai от адсорбцията до излизането от клетката продължава 5-6 часа.

Понякога вирусните частици не напускат клетката, а се натрупват в нея под формата на вътреклетъчни включвания, които са много характерни за различните видове вируси. Растителните вируси образуват включвания, които имат кристална форма.

Семейство микроби, наречено „микоплазма“, започва да привлича много внимание, тъй като наскоро в тази група бяха открити причинители на различни заболявания при хора и животни. Като латентна инфекция те често живеят в много тъканни култури - микоплазмите заемат междинно положение между бактериите и вирусите. Те са подобни на вирусите поради способността им да се филтрират през бактериални филтри; филтрируемите форми са способни на самовъзпроизвеждане и вътреклетъчно размножаване. Характеристиките, които доближават вирусите до бактериите, включват способността да растат върху хранителни среди и да образуват колонии върху тях, както и връзката им с антибиотици, сулфонамиди и тяхната антигенна структура.

След откриването и изучаването на микроорганизмите учените смятат, че бактериите са най-примитивно организираните живи същества, в които е достигната границата на простотата в организацията на живота. Но в края на 19 век са открити други, по-примитивни организми, наречени вируси (от лат. virus - отрова).

Нарича се един индивид, една вирусна частица вирион. Въз основа на външната форма на вириона вирусите се разделят на четири групи:

Сферични (грипен вирус и др.);

Пръчковидна (вирус на тютюневата мозайка);

Кубоиден (вариола вирус, аденовируси);

Сперматозоиди (бактериофаги).

Вирионът се състои от централно разположена нуклеинова киселина (ДНК или РНК) или съответния нуклеопротеин, заобиколен от една или две обвивки (фиг. 20).

ориз. 20. Схематична структура на прости (А) и сложни (Б) вируси.

Първата обвивка, която съдържа нуклеиновата киселина, се нарича капсид (от гръцки capsa - кутия). Капсидът предпазва нуклеиновата киселина от външни влияния и се състои от отделни, повтарящи се и строго подредени белтъчни субединици - капсомери (от гръцки capsa - капсула и meron - част). Броят на капсомерите в капсида на даден вирус е постоянен (за полиомиелитния вирус - 60, аденовируса - 252, вируса на тютюневата мозаечна болест - 2000 и др.).

Структурата, съдържаща нуклеиновата киселина и капсида, се нарича нуклеокапсид. Вирионът може да има един нуклеокапсид (прости вируси) или нуклеокапсид, покрит с външна обвивка, съдържаща липиди (сложни вируси).

Външната обвивка (суперкапсид) се състои от двуслойна липидна или протеинова мембрана. Вирусоспецифичните протеини, съдържащи въглехидрати - гликопротеини - са потопени в суперкапсида, образувайки издатини - шипове - върху черупката.

Капсомерите са подредени в определен симетричен ред. В зависимост от разположението на капсомерите вирусите се делят на три групи:

1. вируси със спирална симетрична структура;

2. вируси с кубична симетрия;

3. вируси с комбинирана симетрия.

Вирусите със спирална симетрия се състоят от нуклеинова киселина, навита като пружина и заобиколена от близко съседни капсомери. Такива вируси имат форма на тубулен нуклеокапсид (фиг. 21). Те включват вируса на тютюневата мозайка.

ориз. 21. Схематично представяне на вируса на тютюневата мозайка

А-Схематично представяне на повърхността на вируса на тютюневата мозайка

според Франклин (1956). Седемте вириона са подредени в плътен пакет.

B - Схема на структурата на вируса на тютюневата мозайка по Fraenkel - Conrat (1972).

1-ос спирала; 2 - молекула нуклеинова киселина; 3-протеинови субединици (капсомери).

Вирусите с кубична симетрия (фиг. 22) имат капсид под формата на икосаедър (двадесет-едър), вътре в който се намира нуклеинова киселина (пикорнавируси) или нуклеопротеин (аденовируси, херпесни вируси).

ориз. 22. Схема на вирион под формата на икосаедър.

Вирусите с комбиниран тип симетрия (левкемични вируси, саркоми, бактериофаги) имат нуклеокапсид, който се характеризира с кубична симетрия, а разположеният вътре нуклеопротеин е подреден в спирала (фиг. 23).

ориз. 23. Устройство на бактериофага.

А - фагова частица; B - проникване на фага в клетката;

B - диаграма на структурата на фагова частица

1- фагова глава; 2 - молекула нуклеинова киселина; 3 - врата и яка;

4 - прът; 5 - черупка; 6 - крайна плоча; 7 - опашни нишки.

За разлика от всички други организми, вирусите винаги съдържат само един вид нуклеинова киселина: ДНК или РНК. В зависимост от вида на нуклеиновата киселина вирусите се делят на ДНК вируси или ДНК геномни и РНК вируси или РНК геномни.

Размерите на вирусите варират от 20 nm до 350 nm. Размерът им се определя чрез филтриране през ултрафилтри с известен размер на порите, ултрацентрофугиране, дифузия и фотографиране в електронен микроскоп.

Вирусите, за разлика от всички про- и еукариотни организми, не могат да се възпроизвеждат чрез бинарно делене. Възпроизвеждането на вируси се осъществява чрез тяхното възпроизвеждане в клетката гостоприемник, което протича на няколко етапа (фиг. 24):

1. Адсорбция на вируса върху повърхността на клетката гостоприемник. Този етап е физикохимичен процес, който зависи от разликата в зарядите и други сили на междумолекулно привличане. Адсорбцията на вируса се характеризира с изразена специфичност, която се определя от рецепторния апарат на клетката и повърхностната структура на вируса.

2. Проникване на вируси в клетката. Това се случва чрез поглъщане на вируса в клетъчната мембрана, или чрез сливане на клетъчната и вирусната мембрани, или чрез пробиване на клетъчната мембрана и инжектиране на нуклеинова киселина вътре.

3. Освобождаване на нуклеинова киселина от капсида. В този случай вирусният капсид се разрушава от ензимите на клетката гостоприемник и нуклеиновата киселина преминава през цитоплазмата на клетката до ядрената област.

4. Синтез на вирусни компоненти. Този синтез се извършва вътре в клетката гостоприемник поради нейните ресурси според информацията на вирусната нуклеинова киселина.

5. След натрупването на необходимите компоненти на нуклеиновите киселини и протеините на вируса започва сглобяването на вириони. Следва строг ред в съответствие с генетичната информация на вирусната нуклеинова киселина.

6. Завършване на процеса на възпроизвеждане на вируса след образуването на 100 до 200 пълноценни вириона. В този случай клетката гостоприемник е напълно унищожена и вирионите излизат.

ориз. 24. Жизнен цикъл на вируса

Етап 1 - прикрепване (адсорбция),

Етап 2 - проникване (инжектиране на капсид с вирусна ДНК),

Етап 3 - освобождаване на нуклеинова киселина от капсида,

Етап 4 - синтез на вирусни частици,

Етап 5 - сглобяване на вириони,

Етап 6 - разрушаване на клетката гостоприемник и освобождаване на вириони