Для студеньів ІІІ, ІV курсів

В І Р У С О Л О Г І Я

 

Посібник

Для студеньів ІІІ, ІV курсів

Спеціальностей «Біологія»,

«Мікробіологія і вірусологія»,

«Біотехнологія»

 

Одеса - 2011

ЗМІСТ
1.1. Термінологія
1.2. Предмет та задачі вірусології
1.3. Гіпотези походження і еволюції вірусів
1.4. Історичний нарис
1.5. Біополімери – збудники захворювань еукаріотичних організмів. Віроіди
1.6. Пріони
1.7. Віруси
1.7.1. Характерні ознаки вірусів
1.7.2. Геометрична структура вірусів
1.7.3. Структура вірусного геному
1.7.4. Вірусні білки
1.7.5. Генетика вірусів та взаємодія вірусних геномів
1.7.6. Репродукція вірусів
1.7.7. Стійкість вірусів поза клітиною
1.7.8. Особливості вірусних інфекцій
1.7.9. Шляхи проникнення вірусу в організм людини і інших хребетних тварин
1.7.10. Шляхи проникнення вірусу в рослини
1.7.11. Відношення комах до вірусів
1. 7.12. Вірусні інфекції гідробіонтів
1.7.13. Загальні методи вивчення вірусів
1.7.14. Дія вірусів на заражену клітину
1.7.15. Ендогенні віруси
1.7.16. Мімівірус - недостаюча ланка між вірусами і бактеріями або принципово нова форма життя?
1.7.17. Номенклатура і класіфікація вирусів
Розділ 2. Система імунітету людини та її вплив на перебіг вірусної інфекції
2.1. Імунна система та її реакція на вірусну інфекцію
2.2. Теоретичні аспекти активної імунізації
2.3. Характеристика вакцинальних препаратів
2.4. Пасивна імунізація
2.5. Механизми захисту вірусів від імунної відповіді
2.6. Молекулярні засади раціональної терапії вірусних інфекцій
2.6.1. Противірусні препарати та механізми їх дії
2.6.2. Формування стійкості у вірусів до хімічних препаратів
Розділ 3. Принципи та методи лабораторної діагностики вірусних хвороб людини та тварин
3.1. Виділення вірусів з організму та навколишнього середовища
3.2. Вірусрскопічні методи досліджень
3.3. Електронна та імунно-електронна мікроскопія
3.4. Вірусологічні методи
3.5. Використання культури клітин у вірусології
3.6. Індикація вірусів у живих системах
3.7. Титрування вірусів
3.8. Серологічші методи діагностики
3.8.1. Імуноферментний і радіоімунний аналізи (ІФА і РІА)
3.8.2. Метод флуоресцюючих антитіл (МФА)
3.8.3. Реакція зв’язування комплементу (РЗК)
3.8.4. Реакція нейтралізації (РН)
3.9. Реакція гемаглютинації (РГА) та реакція гальмування гемаглютинації (РГГА)
3.11. Реакція гемадсорбції (РГадс) та реакція гальмуваня гемадсорбції (РГГадс)
3.12. Молекулярно-генетичні методи
Питання до ІНДЗ
Література

 

Розділ 1. ХАРАКТЕРИСТИКА ВІРУСОПОДІБНИХ БІОПОЛІМЕНІВ ТА ВІРУСІВ

Термінологія

Вірулентний – заразливий, небезпечний, смертельний.

Вірулентність – міра патогенності (цього штаму вірусу). Вірулентність відзначаються інфекційністю – здатністю проникати і розмножуватися в макроорганізмі. За одиницю виміру вірулентності прийняті мінімальна летальна доза (МЛД або DLM, лат. dosis letalis minima) – наименьше число патогенів, здатне викликати загибель експериментального об'єкту (напр., піддослідної тварини), і LD50 - кількість патогенів, здатне викликати загибель 50% експериментально заражених піддослідних тварин.

Вірус – термін, що означає усі форми існування виду вірусу в його індивідуальному циклі розвитку.

Віруси-сателіти (SV) - субвіруси, віруси-паразити вірусів. SV не несуть усієї інформації, необхідної для їх власної реплікації, у зв'язку з чим SV паразитують на генних продуктах, утворених іншими, часто не спорідненими вірусами.

Вірусоїди - кільцеві сателіти РНК, які часто супроводжують РНК-виіщюючі віруси, повністю залежать у своїй реплікації від вірусу-помічника і реплікація проходить за допомогою основного віруса за типом кільця, що котиться.

Віріон – завершальна форма розвитку вірусу, яку вірус набуває при виході з клітини.

Глікопротеїд - складний білок з вуглеводним ланцюжком.

Деструкція - руйнування.

ДНК- і РНК-геномні віруси. Віруси підрозділяють на ДНК- і РНК-вміщуючі, залежно від типу нуклеїнової кислоти, що входить до їх складу.

Ендогенний - внутрішній, такий, що формується усередині (клітини, організму).

Екзогенний - зовнішній, такий, що передається ззовні.

Екліпс-період (екліпс-фаза) - період внутрішньоклітинного розвитку вірусу, протягом якого вірус перестає існувати у вигляді організованої структури, а представлений набором біополімерів (нуклеїнова кислота, білки), розосереджених, частенько, в різних зонах клітини-хазяїна.

Експресія - прояв (виявлення) якої-небудь ознаки (наприклад, експресія ге-нома - реалізація генетичної інформації у вигляді трансльованих білків).

Етіологія (греч.) - розділ медицини, що вивчає причини хвороб. У професійному медичному середовищі термін етіологія вживається також як синонім "причини" (наприклад "грип - захворювання вірусної етіології")

Інфекція - сукупність фізіологічних (алаптаційних) і патологічних процесів, що розвиваються в організмі в результаті взаємодії із збудником.

Інфікуюча доза - мінімально необхідна для розвитку патологічного процесу в макроорганізмі доза патогена, що визначається вірулентністю збудника і станом резистентності організму.

Капсид - оболонка вірусу, побудована з ідентичних субодиниць (капсомерів). Кожен капсомер є одним поліпептидним ланцюгом або агрегатом з однакових або різних поліпептидних ланцюгів.

Нуклеокапсид - капсид з ув'язненим в ній нуклеїновою кислотою вірусу -геномом.

Патогенність характеризує специфічність патологічних процесів, що викликаються конкретним збудником. Генотип патогена фенотипічно проявляється його вірулентними властивостями.

Інфекція - сукупність фізіологічних (алаптаційних) і патологічних процесів, що розвиваються в організмі в результаті взаємодії із збудником.

Інфікуюча доза - мінімально необхідна для розвитку патологічного процесу в макроорганізмі доза патогена, що визначається вірулентністю збудника і станом резистентності організму.

Капсид - оболонка вірусу, побудована з ідентичних субодиниць (капсомерів). Кожен капсомер є одним поліпептидним ланцюгом або агрегатом з однакових або різних поліпептидних ланцюгів.

Нуклеокапсид - капсид з ув'язненим в ній нуклеїновою кислотою вірусу -геномом.

Патогенність характеризує специфічність патологічних процесів, що викликаються конкретним збудником. Генотип патогена фенотипічно проявляється його вірулентними властивостями.

Суперкапсидна оболонка (пеплос) - оболонка вірусу, що складається з матеріалу клітинних мембранних структур, змінених вірусом в процесі інфекції. Частіше пеплос представляє собою біологічну мембрану з двох шарів - ліпідів (клітинних) і ув'язнених в них гликозованих суперкапсидних білків (вірусних), виступаючих над поверхнею віріона у вигляді шпильок. Суперкапсидні оболонки надають форми вірусам - кулясту (поверх икосаедричного капсиду у ретровірусів), пулевидну (поверх паличкоподібного капсиду у рабдовирусов).

 

1.2. Предмет та задачі вірусології. Місце вірусології в системі природничих наук

 

Вірусологія - наука, предметом якої є об¢єкти, що знаходяться на межі живої і неживої природи, мають субмікроскопічні розміри і специфічні особливості взаємодії з клітинними організмами (паразитизмом на генетичному рівні).

Вірусологія є одною з основних дісциплін біології, оскільки без знання особливостей вірусів неможливо зрозуміти всього різноманіття форм життя на Землі, умов її виникнення і еволюції.

Цілі і задачі вірусології, на різних ступенях її розвитку визначали і стимулювали розвиток таких спеціалізованих розділів науки, як генетика, імунологія, епідеміологія, медицинська, сільськогосподарська і санітарна вірусологія і ін. У процесі розвитку вірусології було розроблено орігінальні методи досліджень, суміжні з іншими науками - біофізикою, біохімією, генетикою, цитологією, молекулярною біологиєю, генною інженеріею та ін.

 

Вірусологія є розділом загальної мікробіології - науки, що вивчає організми, невиразні неозброєним оком.

Предметом її вивчення є їх морфологія, хімічний склад, особливості структури генома і трансляції генетичної інформації, систематика і взаємовідношення з іншими формами життя.

Об'єктом досліджень вірусології є пріоны, віроїди, віруси - об'єкти, що знаходяться на межі, що відділяє світ органічної природи від неорганічної, світ жи-вого від неживого. У ході еволюції органічних форм на Землі віруси стали унікальною групою, що забезпечує перенесення і реалізацію генетичної інформації в клітинних формах. За час свого розвитку вірусологія багато почерпнула з суміжних наук, наприклад бактеріології, генетики, біохімії, але також дала потужний імпульс для їх подальшого розвитку.

1.3. Гіпотези походження і еволюція вірусів

 

Проблема походження вірусів народилася одночасно з народженням вирусологии як науки. Перші відкриття (Д.І. Івановського - вірус мозаїки тютюну, Д'Эрреля - бактеріофаг) не залишали у дослідників сумнівів відносно живої природи вірусів, протее, вже в 30-х роках 20 сторіччя виникла і мала багато прибічників точка зору на віруси, як складні органічні сполуки типу ферментів. Зміцнила цю ідею і можливість отримання велику кількість вірусів при їх концентрації в кристалічній формі, здатність багатьох вірусів формувати внутрішньоклітинні кристалічні скупчення.

В наш час встановлено, що віруси змінюються внаслідок мутацій, здатні пристосовуватися до нових умов довкілля (новим хазяям, наприклад), тобто проявляють властивості живих організмів.

 

Існують декілька гіпотез походження вірусів.

Найбільш старою гіпотезою є ідея про можливість походження вірусів від клітин або клітинних органел, що втратили в умовах паразитичного існування ряд найважливіших клітинних функцій (здатності самостоя-тельно синтезувати білки здійснювати енергетичні функції). Найбільш яскравим прикладом можливості дегенеративної еволюції може служити походження деяких клітинних органел еукаріот від симбіотичних бактерій. На основі гомології нуклеїнових кислот можна вважати встановленим, що хлоропласти рослин і найпростіших походять від предків синьо-зелених бактерій, а мітохондрії еукаріотичних клітин - від пурпурних бактерій. Таким чином, така можливість не виключена і для походження вірусів особливо таких групп, як дволанцюгові ДНК віруси (можливо – вірус натуральної віспи людини).

Накопичені факти дають нові і нові аргументи на підтримку цієї гіпотези, з якої витікає, що утворення вірусів не було одночасною подією, а відбувалося багаторазово і цей процес триває і у наш час.

У ті ж періоди історії Землі, коли почали формуватися клітинні форми, поруч і одночасно з ними збереглися і розвивалися неклітинні форми, представлені автономними, але залежними від клітин генетичними структурами - вірусами.

Неможливо заперечувати, що сучасні віруси є продуктом еволюції як прадавніх їх предків, так і нещодавно виниклих автономних генетичних структур. В результаті обміну генетичною інформацією між представниками різних еволюційно далеких вірусів, спадкові властивості можуть змінюватися швидко як внаслідок вбудовування чужих генів, так і при незвичайних об'єднаннях власних і інтегрованих геномів. Крім того збільшення об'єму генома за рахунок непрацюючих генів (можливо захоплених у клітини-хазяїна) відкриває можливості подальшої генетичної еволюції.

В 1990 роки В. М. Ждановим і його послідовниками була сформульована гіпотеза про доклітинне походження частини вірусів. Ця гіпотеза базується на експериментально доведеній здатності окремих нуклеотидів синтезуватися в безклітинному середовищі, близькому по своєму складу і фізичним характеристикам Землі в "доклітинну" епоху, об'єднуватися в полінуклеотидні ланцюги і автокаталітично "розмножуватись" (без участі ферментів). Тім більше що самі по собі РНК мають ферментативні властивості. "Первмнний бульйон", яким була гідросфера Землі в той період, надавав необхідні хімічні елементи для такого синтезу, а необхідна для протіканя хімічних реакцій, енергія могла бути еенергією тепла вулканічних вивержень, електричних розрядів та різних типів опромінення.

 

Рис.1. Гіпотетична картина прадавньої Землі (період абіогенного синтезу полімерів – 6 – 4,5 млрд років назад)

 

 

Можливість абіогенного синтезу полімерів, що вважаються неодмінним атрибуто живого організму була експериментально встановлена в другій половині ХХ століття.

У 1990-і роки А.Б. Четвериным з співробітниками була показана здатність РНК формувати молекулярні колонії на гелях і твердих субстратах, при створенні умов для реплікації (присутності вільних нуклеотидів і двохвалентних катіонів металів). Відбувався вільний обмін молекулами, що при зіткненні могли обмінюватися ділянками що показане экспериментально. Уся сукупність колоній у зв'язку з цим швидко еволюціонувала. Цікаво, що утворення полімеру РНК і її реплікація здійснювалися без участі білків-ферментів.

На початку 1980-х років в лабораторії Т. Чека і С. Олтмана в США була встановлена каталітична здатність РНК. По аналогії з ензимами (ферментами) РНК-катализаторы були названі рибозимами, за їх відкриття була присуджена Нобелівська премія 1989.

На жаль, ця струнка гіпотеза має свої недоліки. Для абіогенного формування рібонуклеотідов, при полімеризації яких утворюється РНК, «традиційним» чином — необхідною «цеглою» є залишки фосфорної кислоти, цукор рібоза і азотістих основ. Проте, маловирогідно, щоб утворення цих з'єднань могло відбуватися природним, абіогенним, шляхом.

Група вчених Манчестерського університету (Велика Брітанія) довели, що синтез рібонуклеотідов можна провести і іншим шляхом, без участі рібози і основ. Для здійснення реакції, запропонованої ученими, потрібні ціанамід, цианоацетілен, гліколевий альдегід, гліцеральдегид і неорганічний фосфат-молекули, знаходження яких на первісній Землі оцінюється як вельми вірогідне.

На початку процесу гліколевий альдегід реагує з ціанамідом, утворюючи проміжне з'єднання — 2-амінооксазол. Періодичний нагрів сонячними променями і пониження температури в нічний період дозволяють виробити очищення 2-амінооксазола, перетворюючи його на «замінник» цукру і азотистої підстави. Під впливом УФ-ізлученія у присутності неорганічного фосфату процес завершується утворенням рібонуклеотиду.

Таким чином, РНК мали змогу формуватися, існувати і змінюватися (за рахунок мутацій) повністю автономно, каталізуючи "метаболічні" реакції, напри-мер, синтезу нових рибонуклеотидов і самовідтворюючись зберігаючи з "покоління" в "покоління" каталітичні властивості. Характерними особливостями Р-зимів є можливість формування молекулою РНК дволанцюжкових ділянок, формування тривимірних просторових структур. Крім того, окремі молекули рібозимів можуть забезпечити "зшивання" амінокислот в полінуклеотидний ланцюг.

 

 

 

 

Рис.2. Модель просторової структури рібозиму

 

 

У 1924 році майбутній академік А.І. Опарин опублікував статтю "Походження життя", яке в 1938 році було переведене на англійську і відродила інтерес до теорії самозародження. Опарин припустив, що в розчинах високомолекулярних з'єднань можуть мимоволі утворюватися зони підвищеної концентрації, які відносно відокремлені від зовнішнього середовища і можуть підтримувати обмін з нею. Він назвав їх коацерватні краплі, або просто - коацервати.

А.І. Опарін спостерігав, як в колоїдних розчинах поліпептидів, полісахаридів, РНК і інших високомолекулярних з'єднань, за певних умов, утворюються згустки об'ємом від 10^-8 до 10^-6 см³. Навколо крапель є межа розділу, добре видима в мікроскоп (рис. 3) Коацервати здатні адсорбувати різні речовини. У них осмотически можуть поступати з довкілля хімічні сполуки і йти синтез нових з'єднань. Під дією механічних сил коацерватные краплі дробляться..

 

Рис.3. Краплини коацерватів

 

У 1953 році Стенлі Миллером експериментально здійснений абіогенний синтез амінокислот і інших органічних речовин в умовах, відтворюючих умови первісної Землі.

Подальші формування коацерватів, про- і еукаріот надало можливість попередникам РНК-геномних вірусів перейти до внутрішньоклітинного існування, використовуя як "бульйон" вміст клітини.

Таким чином, очевидно, правильно казати про можливість походження вірусів поліфілетичним шляхом. На правомірність такої точки зору вказує вражаюча різноманітність вірусів, що розрізняються по типах і будові нуклеїнових кислот, формам запису і прочитування генетичної інформації. На це вказує існування і двуцепочечных ДНК-геномних вірусів віспи що мають десятки ферментів (вірусів - формування яких в ході регресивної еволюції і пристосування до паразитизму усередині клітини пред-ставить досить просто), і представників сімейств вірусів з негативним РНК-геномом, нездібним до копіювання в клітині без внесення в клітину вірусної РНК-полімерази і представників сімейств вірусів з фактично диплоїдним "-" РНК-геномом (ретровіруси), аналогів яким в клітинах не існує.

З розвитком вірусології виявляється все більше прикладів вірусів, яким не вдається підібрати роль "внутрішньоклітинного лиходія" - збудника якого-небудь захворювання. Враховуючи здатність багатьох вірусів активно індукувати перенесення і рекомбінацію клітинного генетичного матеріалу стає ясною точка зору В. М. Жданова (1990), який вважав, що віруси слід вважати як переносники "передового досвіду в біосфері".

Історичний нарис

 

Х1Х століття ознаменовано бурхливим розвитком мікробіології. Однак до кінця сторіччя з'ясувалося, що збудників багатьох захворювань (сказу, грипу, жовтої лихоманки і інш.) бактеріологічними методами досліджень виявити не вдається.

У 1892 році Д.І. Івановський (рис. 1) довів, що існує група збудників - дрібніших, ніж бактерії (що зберігають інфекційні властивості після пропускання через бактеріальний фільтр і необмежено довго розмножуються при пасажах у живій рослині).

Опублікована в 1892 році робота Д.І. Івановського, присвячена опису основних властивостей вірусу тютюнової мозаїки (ВТМ) більшістю учених визнається як народження нової біологічної науки - вірусології.

 

Рис. 3. Д.І. Івановський (1864 – 1920)

 

 

Не дивлячись на те, що вірусологія, як гілка біології, сформувалася відносно нещодавно, перші "контакти" людства з вірусами були пов'язані з інфекційними захворюваннями вірусного походження (натуральною віспою, кором, жовтою лихоманкою і ін.). Ще в давньокитайських хроніках, написаних більше тисячі років назад, згадуються як характерні симптоми при натуральній віспі, що являється, разом з чумою і холерою, причиною поголовної смертності населення але і пропонувалися перші (дуже небезпечні, з сучасної точки зору, методи профілактики. Суть методу, який отримав в середньовічній Європі назву варіоляція (від variola латів. - віспа), зводилася до вдування в ніздрі немовляти (в Китаї) або втирання в подряпину на шкірі передпліччя (Туреччина) подрібнених в порошок кірочок, що формуються на місці віспяних бульбашок (пустул), що покривають шкіру хворого натуральною віспою. У ряді випадків це своєрідне "щеплення" збудником захворювання призводила до формування тривалого імунітету і формувала у прищепленого стійкість до збудника, при тих, що часто повторюються, спустошливих епідеміях. Зрозуміло, що кінцевий ефект варіоляції залежав як від міри вірулентності збудника, так і від активності систем імунного захисту у внаслідок проведеної варіоляції наставала смерть прищепленого.

У 1796 році англійський лікар що займається і ветеринарією, Едвард Дженнер (рис. 2) звернув увагу на захворювання корів, що мало назву "коров'яча віспа". Захворювання тварин, як і натуральна віспа людини, супроводжувалося появою численних, заповнених рідиною, бульбашок, що з'являються як на шкірі тварини, так і людини часто контактуючої з хворими тваринами.

прищепленого. Нерідкими були випадки,

Рис. 4. Едвард Дженер

 

На відміну від натуральної віспи, захворювання не було смертельно небезпечним для людини, але, як помітив Дженнер, люди ті, що перехворіли віспою корів не захворювали натуральною віспою.

Клінічні ознаки сказу були уперше описані давньогрецьким ученим Гіпократом. Але лише в 1885 році Луї Пастер (рис. 5) винайшов вакцину проти сказу на основі ослабленого (що втратив вірулентність) збудника. Отриманню вакцини передували розроблені Пастером методи культивування збудника у нервових тканинах собак і кроликів і послаблення вірулентних властивостей збудника.

Незважаючи на серйозні успіхи в боротьбі із сказом і віспою, аж до кінця 19 століття не були сформульовані чіткі уявлення про біологічні властивості збудників цих захворювань.

 

Рис. 5. Луі Пастер

 

Класифікація

Класифікація віроїдів заснована на аналізі нуклеотидної послідовності. Якщо рівень гомології вище 90%, то порівнювані вироиды вважаються одного виду.

Розрізняють дві ролдини Pospiviroidae і Avsunviroidae. Названі по скороченню перших знайдених представників: Potato spindle tuber viroid (PSTVd) і Avocado sunblotch viroid (ASBVd).

Pospiviroidae відрізняється наявністю центральної консервативної частини і відсутністю у складі генома рибозимів типу hammerhead. Avsunviroidae навпроти не мають центральної консервативної частини але мають у складі геному рибозими типу hammerhead. Pospiviroidae, як правило, розташовуються в ядрі клітини генома-хазяїна, а Avsunviroidae в хлоропласті.Особо выделен класс вироидов, так называемых сателлитных РНКs, репликация которых определяется вирусом помощником (helper virus).

Походження

Зв'язок з вірусами

Вірус гепатиту D - Hepatitis D virus (HDV) філогенетично близький до віроїдів рослин. Його називають "віроїдоподібним сателітом РНК", "субвірусним патогеном людини". Схожими з віроїдами у віруса гепатиту D є особливості структури, необхідність в допоміжному вірусі, а також сам механізм реплікації, що отримав найменування «кільця (rolling circle), що котиться». У структурі HDV, на відміну від HBV (вірусу гепатиту В), немає власної полімерази. Її функції, як вважають, компенсує полімерази HBV. Ні HDV ні віроїды не кодують власну поліимеразу. Замість цього HDV і вірохди вимагають полімерази хазяїна, яка може використовувати РНК як шаблон. Також HDV і віроїди містять рибозіми - послідовності РНК які мають каталітичну активність.

Таким чином є підстави вважати, що HDV займає як би проміжне місце між вірусами рослин і вірусами тварин і, мабуть, відноситься до найбільш древніх форм життя.

Значна різниця між віроїдами і HDV - це те, що тоді як віроїди не кодують білків, HDV кодує синтез двох білків, названих маленькими і великими антигенами дельта вірусу

Властивості

Найменші вцроїди scRNA (малі цитоплазматичні РНК) вірусу жовтих рисових плямочок (RYMV, rice yellow mottle sobemovirus) мають довжину всього 220 нуклеотидів. Геном самого маленького відомого вірусу, здатного викликати інфекцію, має розмір близько 2000 нуклеотидів. Число нуклеотидів у вцроїдної РНК коливається від 246 до 371.

Віроїдна РНК, має високу стабільність до хімічних і фізичних чинників. У порівнянні з вірусами, віроїди найбільш стійкі до дії підвищених температур. Наприклад віроїд карликовості хризантеми зберігає інфекційність при кіп' яченні.При вивченні морфологічних властивостей вироидов виявляються 2 форми структур, що мають інфекційність - лінійні (37-50 нм) і кільцеві (до 100 нм) (рис. 8), Лінійних молекул в препаратах міститься значно більше (до 70%). У присутствиии іонів Mg²⁺ кільцеві структури здатні перетворюватися на лінійні.

Віроїди мають здатність до самогібридізації, внаслідок високого рівня внутрішньої комплементарності (до 70%). Тому при їх діагностиці використовують методи гібридизації (dot - spot) на папері нітроцелюлози де тестована в соку аналізованої рослини або очищених препаратах РНК віроїда гібридізується з РНК, меченною Р^32, від хворих рослин з відомою етіологією.

Патогене з

Віроїди від хазяїна до хазяїна, зазвичай, передаються при вегетативному розмноженні; деякі віроїди поширюються через насіння і пилок, або за допомогою комах-переносників.

Механізм патогенезу може полягати в репресії фізіологічно важливих генів хазяїна за рахунок сайленсинга віроїдної РНК, що інтерферує з РНК клітини-хазяїна (siРНК). В ролі siРНК виступають двох ланцюгові і шпилькові фрагменти віроїдів. Вони зв'язуються з ділянками комплементу РНК хазяїна і рибонуклеазою. Комплекс, що утворився, викликає деградацію РНК хазяїна.

 

Віруси

 

Існують віруси людей і тварин, рослин, бактерій, найпростіших і грибів. Практично не відомо жодної групи організмів, серед яких не було б виявлено вірусів. Багато вірусів є причиною захворювань людини, тварин та інших організмів. Відносна роль вірусів в патології людини зростає при зниженні частоти захворювань бактеріальними, грибковими та протозойними інфекціями. При цьому практично повністю відсутні засоби специфічної хіміотерапії. Серед людської популяції віруси є причиною більш ніж 90% всіх інфекційних захворювань і найбільш поширеними причинами респіраторних інфекцій (респіраторних - що передаються повітряно-краплинним шляхом) та масових інфекцій шлунково-кишкового тракту. До масових інфекцій, що супроводжують людину від народження і до смерті, відносять також кір і герпетичну інфекцію.

Роль вірусів в канцерогенезі полягає в перетворенні нормального клітинного гена, протоонкогена, в онкоген внаслідок неконтрольованого переміщення гена в інші ділянки хромосоми і його посиленої експресії.

Цитомегаловіруси, віруси Коксакі та інші, потрапляючи від матері до плоду трансплацентарно, можуть бути причиною викиднів, мертвонароджень і природженого каліцтва.

Віруси можуть викликати ураження різних органів і систем: міокардити, панкреатити, гепатити та інше. Віруси паротита і Коксаки можуть бути причиною розвитку цукрового діабету.

Інтерес до вірусології обумовлен також і тим, що моделях вірусів (як найбільш просто організованих форм життя) вивчають багато фундаментальних питань біології (напрклад, про інтрони, сплайсінг або онкогени). Одним з важливіших вкладів вірусології в сучасну науку вважають відкриття зворотної транскриптази, використання якої лежить в фундаменті генної інженерії.

Характерні ознаки вірусів

Віруси не мають власного апарату синтезу білків і систем виробництва енергії (рибосом, мітохондрій і ферментів, необхідних для цього). Тому власні вірусні білки синтезуються на рибосомах клітини-хазяїна, дочірні вірусні геноми синтезуються за участю клітинних ферментів, а вірусні компоненти, синтезовані клітиною, формують віріон за принципом самозбирання(табл.1).

Таблиця 1.

Структура вірусного геному

 

Віруси мають тільки один тип нуклеїнової кислоти - ДНК або РНК. Всі вірусні геноми гаплоїдні, тобто містять тільки одну копію кожного гена, за винятком ретровірусів, що мають діплоїдний геном. Форма генетичного матеріалу може бути надзвичайно різноманітною.

Геном ДНК-вмісних вірусів може бути дволанцюговим (більшість ДНК-вірусів людини і тварин) або одноланцюговим (парвовіруси, фаги М13 і (φх174).) Одноланцюгова ДНК може бути лінійною (парвовіруси) або замкненою в кільце (фаги М13 і (φх174).) Дволанцюгова ДНК може бути лінійною (вірус герпесу, бактеріофаги Т2, Т4 кишкової палички) або кільцевою (вірус гепатиту В, паповавіруси). Перевагою кільцевої структури ДНК перед лінійною є велика стійкість молекули до дії клітинних нуклеаз. Крім того, така конформація необхідна для вбудовування вірусної ДНК в ДНК клітини-господаря. Можливо, під час реплікації лінійна дволанцюгова ДНК вірусів тимчасово набуває кільцевої форми.

ДНК багатьох вірусів має специфічні особливості. Наприклад, у гепаднавірусів (до цієї родини, зокрема, відноситься вірус гепатиту В людини) один з ланцюгів ДНК дефектний - майже на третину вона одноланцюгова, у вірусів віспи обидва ланцюжки ДНК ковалентно замкнені на кінцях, у адено- і гепаднавірусів з 5'- кінцями ковалентно пов'язаний білок; лінійній ДНК вірусів герпесу притаманні послідовності, що повторюються, ДНК аденовірусів - інвертовані повтори. До складу ДНК Т-парних бактеріофагів (Т2, Т4 і т.д.) входять метильовані похідні нуклеотидів (5- оксиметилцитозин замість цитозину і ін.). У багатьох фагів Bacillus subtilis тимін в ДНК може замінятися 5- оксиметилурацилом або просто урацилом, але в поєднанні з дезоксирибозою. У молекулі вірусної ДНК ідентичні нуклеотидні послідовності зустрічаються одноразово, але на кінцях молекули є прямі або інвертовані (повернуті на 180⁰) послідовності, що повторюються. Їх присутність обумовлює здатність молекули змикаться в кільце. Ці послідовності присутні і в одно- і в двонитчастих молекулах ДНК, що є своєрідними маркерами вірусних ДНК.

Геном РНК-вмісних вірусів може бути одно- і дволанцюговим, суцільним або сегментованим, включеним в одну або розподіленим по декільках вірусних оболонках. У ортоміксовірусів (представник - вірус грипу) геном складається з 7 - 8 сегментів, у реовірусів - з 10 - 12. При цьому частіше за все кожний сегмент є унікальним і являє собою індивідуальний ген. Геном ретровірусів (представник - ВІЛ) складається з двох ідентичних ланцюгів РНК, а у Дельта вірусу гепатиту геном являє собою одноланцюгову кільцеву РНК. У зв'язку з особливостями транскрипції геному ретровірусів (переписуванні інформації з РНК геному на ДНК копію) до складу віріону ретровірусів входять ферменти РНК-залежна ДНК-полімераза (ревертаза), ендонуклеаза і протеаза. Деякі віруси рослин (мозаїки костра) мають геном, розподілений по окремих капсидах і зараження може відбутися лише при одночасному попаданні в клітину всіх фрагментів вірусного геному.

Для одноланцюгової вірусної РНК характерною є полярність. Позитивною (“+") прийнято вважати полярність РНК тих вірусів, яка виконує в зараженій клітці функцію інформаційної РНК (віруси родин Picornaviridae, Retroviridae і інш.). Віруси з негативно полярною (“-") РНК несуть в складі віріона РНК-залежну РНК-полімеразу, яка транскрибує негативну РНК в позитивну РНК-копію (іРНК). У арена- і буньявірусів частина геному має позитивну, а частина - негативну полярність. Матрична РНК вірусів з позитивною полярністю (іРНК) несе характерні структури: поліаденілові послідовності на 3'- кінці і “шапочку" (cap) на 5'-кінці, виключаючи пікорна- і каліцівіруси, що мають на 5'-кінці не “шапочку", а ковалентно пов'язаний з РНК (геномний) білок.

 

 

Вірусні білки

Білки вірусів можуть бути поділені на структурні, що входять до складу віріону, і неструктурні, що виявляються в зараженій клітині під час вірусної інфекції, але не входять до складу віріону. Неструктурні білки забезпечують внутрішньоклітинну репродукцію вірусів на різних етапах.

Структурні білки формують структуру віріону. Їх кількість типів може бути від 2 - 3 у простих вірусів до 100 і більше у складноорганізованих вірусів віспи. Капсид може містити також низку ферментів і регуляторних білків, пов'язаних у віріоні з вірусним геномом, а в зараженій клітині - нуклеїновими кислотами, що беруть участь в реплікації. Основною функцією власне капсидних білків є захист геному вірусу від зовнішнього впливу. Багато які вірусні структурні білки містять “масковану" N-кінцеву аміногрупу, представлену ацетильованим серином, тобто в цьому випадку має місце “маскування" вільної NH₂-групи шляхом її ацетилювання. “Маскування" N-кінцевої амінокислоти і заміна З-кінцевої амінокислоти на треонін мабуть є еволюційним пристосуванням, що ускладнює руйнування вірусних білків протеазами клітини-хазяїна.

Суперкапсидні білки розміщуються в ліпопротеїдній оболонці складних оболонкових вірусів. За своєю структурою ці білки подібні до білків плазматичної мембрани клітини. Звичайно білки пеплоса представлені глікопротеїдами, вуглеводні ланцюжки яких прикріплені до певних амінокислот поліпептиду. Вуглеводи захищають білковий скелет вірусної оболонки від протеаз клітини-господаря і впливають на антигенні властивості вірусних білків.

У оболонкових вірусів глікопротеїди звичайно утворюють на поверхні вірусної частки шпички, що беруть участь в адсорбції вірусу на клітинній мембрані і проникненні його в клітину. Глікопротеїди є основними антигенами, до яких утворюються вірус-нейтралізуючі антитіла. Ці білки використовують у практиці для отримання противірусних вакцин.

Неструктурні білки вивчено значно менше, ніж структурні, через складність їх очищення та ідентифікації. До неструктурних білків відносяться ферменти, що забезпечують транскрипцію і реплікацію вірусного геному, білки-регулювальникі.

Ліпіди у складних вірусів виявляються лише в складі липопротеїдної оболонки.

Багато які структурні білки віріону мають ферментативну активність, котра забезпечує адсорбцію і проникнення вірусу в клітину, транскрипцію і трансляцію вірусного геному і вивільнення зрілого вірусу з клітини. Кількість таких ферментів у різних вірусів неоднакова. Найпростіші віруси (поліомієліту, гепатиту А) взагалі не містять в складі віріону ферментів, а у вірусів групи віспи (натуральної віспи людини, віспи корів) виявлено більш півтори десятків різних ферментів. Деякі віруси людини і тварин (зокрема, що належать до родини Retroviridae - вірус імунодефіциту людини) володіють зворотньою транскриптазою - РНК-залежною ДНК-полімеразою, здатною синтезувати ДНК на матриці РНК.

У віріонах РНК-геномних вірусів, що мають мінус-РНК, є обов'язкова присутність власної РНК-полімерази, що здійснює транскрипцію віріонної РНК і синтез вірусспецифічних іРНК. Такий фермент знайдено у представників родин Orthomyxoviridae, Rhabdoviridae та ін.