Взаимодействие вируса с клеткой. Репродукция (размножение) вирусов
Таблица 1
КЛАССИФИКАЦИЯ И НЕКОТОРЫЕ СВОЙСТВА ВИРУСОВ
ЧЕЛОВЕКА И ЖИВОТНЫХ
| ЦАРСТВО V1RA | ||||
| Семейство вирусов | Тип нуклеиновой кислоты | Наличие суперкапсида | Размер вириона. нм | Типовые представители |
| ДНК-ГЕНОМНЫЕ ВИРУСЫ | ||||
| Adenoviridae | Линейная, двунитчатая | - | 70-90 | Аденовирусы млекопитаюших и птиц |
| Herpesviridae | линейная двунитчатая | + | Вирусы простого герпеса, цитомегалии, ветряной оспы, инфекционного мононуклеоза | |
| Hepadnaviridaе | Двунитчатая, кольцевая с однонитчатым участком | + | 1 45-50 | Вирус гепатита В |
| Papovaviridae | двунитчатая, кольцевая | - | 45-55 | Вирусы папилломы, полиомы |
| Poхviridae | Двунитчатая с замкнутыми концами | + | 130-250 | Вирус осповакцины, вирус натуральной оспы |
| Parvoviridae | линейная, однонитчатая | - | 18-26 | Аденоассоциированный вирус |
| РНК-ГЕНОМНЫЕ ВИРУСЫ | ||||
| Areoaviridae | фрагментированная однонитчатая | + | 50-300 | Вирусы Ласса, Мачупо |
| Bunyaviridae | фрагментированная однонитчатая кольцевая | + | 90-100 | Вирусы геморрагических лихорадок и энцефалитов |
| Caliciviridae | однонитчатая | - | 20-30 | Вирус гепатита Е, калицивирусы человека |
| Coronaviridae | однонитчатая +РНК | + | 80-130 | Коронавирусы человека |
| Orthomyxoviridae | однонитчатая, фрагментированная -- РНК | + | 80-120 | Вирусы гриппа |
| Paramyxoviridae | Однонитчатая, линейная -РНК | + | 150-300 | Вирусы парагриппа, кори, эпидпаротита, PC-вирус |
| Picornaviridae | однонитчатая +РНК | - | 20-30 | Вирусы полиомиелита, Коксаки, ЭКХО, гепатита А риновирусы |
| Reoviridae | двунитчатая РНК | - | 60-80 | Реовирусы, ротавирусы |
| Retroviridae | однонитчатая РНК | + | 80-100 | Вирусы рака, лейкоза, саркомы, ВИЧ |
| Togaviridae | однонитчатая +РНК | + | 30-90 | Вирусы Синдбис. Лошадиных Энцефатитов. крастхи |
| Flaviviridae | однонитчатая +РНК | + | 30-90 | Вирусы клещевого знцефштига, жёлтой лихорадки, Денге, японского энцефалита, гепатита С, G |
| Rhabdoviridae | однонитчатая -РНК | + | 30-40 | Вирус бешенства, вирус везикулярного стоматита |
| Filoviridae | однонитчатая +РНК | + | 200-4000 | Вирусы лихорадки Эбола, Марбург |
Морфология и ультраструктура вирусов
По строению различают 2 типа вирусных частиц: простые и сложные.
Внутренняя структура простых и сложных вирусов сходна.
Сердцевина вируса - вирусная нуклеиновая кислота вирусный геном. Вирусный геном может быть представлен одной из 4 молекул РНК или ДНК: однонитчатыми и двунитчатыми РНК и ДНК. Большинство вирусов имеют один цельный или фрагментированный геном, имеюший линейную или замкнутую форму. Однонитчатые геномы могут иметь 2 полярности: 1) позитивную, когда вирионная нуклеиновая кислота одновременно служит и матрицей для синтеза новых геномов и выполняет роль и-РНК; 2) негативную, выполняющую только функцию матрицы. Геном вирусов содержит от 3 до 100 и более генов, которые делятся на структурные, кодирующие синтез белков, входящих в состав вириона, и регуляторные, которые изменяют метаболизм клетки хозяина и регулируют скорость размножения вирусов.
Ферменты вирусов также закодированы в геноме. К ним относятся: РНК-зависимая РНК-полимераза (транскриптаза), которая обнаружена у всех РНК-содержащих вирусов с негативной полярностью. Поксвирусы содержат ДНК-зависимую РНК-полимеразу. Ретровирусы имеют уникальный фермент - РНК-зависимую ДНК-полимеразу, называемую обратной транскриптазой. В геноме некоторых вирусов имеются гены, кодирующие РНК-азы, эндонуклеазы, проте-инкииазы.
Снаружи нуклеиновая кислота покрыта белковым чехлом - капсидом, образуя комплекс - нуклеокапсид (в химическом смысле - нуклеопротеид). Кап-сид состоит из отдельных белковых субъединиц - капсомеров, которые представляют уложенную определённым образом полипептидную цепь, создающую симметричную конструкцию. Если капсомеры укладываются по спирали, такой тип укладки капсида носит название спиральной симметрии. Если капсомеры укладываются по граням многогранника (12-20-гранника), такой тип укладки капсида носит название икосаэдрической симметрии
Капсид представлен a-спиральными белками, способными к полимеризации, которые выполняют защиту генома от различных воздействий, выполняют рецепторную функцию у этой группы вирусов, обладают антигенными свойствами.
Сложные вирусы имеют внешнюю оболочку - суперкапсид, расположенную поверх капсида. В состав суперкапсида входят внутренний белковый слой - М-белок, затем более объёмный слой липидов и углеводов, извлечённых из клеточных мембран клетки-хозяина. Вирусспецифические гликопротеиды проникают внутрь суперкапсида, образуя снаружи фигурные выпячивания, которые выполняют рецепторную функцию. Вирусы существуют в трёх формах:
1) вирион (вирусная частица) - внеклеточная форма;
2) внутриклеточный (вегетативный) вирус;
3) интегрированный с ДНК хозяина вирус (провирус).
Взаимодействие вируса с клеткой. Репродукция (размножение) вирусов
Вирусы - облигатные внутриклеточные паразиты, способные размножаться только в живой клетке. В отличие от прокариотических и эукариотических микроорганизмов вирусы не размножаются бинарным делением. Размножение вирусов происходит путём репродукции (англ, "reproduce" - воспроизво-аить, делать копию), то есть воспроизведение их нуклеиновых кислот и белков z последующей сборкой вирионов. Синтез нуклеиновых кислот и белков вируса происходит в разных частях клетки (ядре и цитоплазме). Такой способ репродукции получил название дизъюнктивного (разобщённого).
Процесс репродукции вирусов условно можно разделить на 2 фазы. Первая фаза включает 3 стадии: 1) адсорбцию вируса на чувствительных клетках; 2) проникновение вируса в клетку; 3) депротеинизацию вируса. Вторая фаза включает стадии реализации вирусного генома: 1) транскрипцию, 2) трансляцию, 3) репликацию, 4) сборку, созревание вирусных частиц и 5) выход вируса из клетки.
Взаимодействие вируса с клеткой начинается с процесса адсорбции, т. е. с прикрепления вируса к поверхности клетки.
Адсорбция представляет собой специфическое связывание вирионного белка (антирецептора) с комплементарной структурой клеточной поверхности - клеточным рецептором. По химической природе рецепторы, на которых фиксируются вирусы, относятся к двум группам: мукопротеидным и липопротеидным. Вирусы гриппа, парагриппа, аденовирусы фиксируются на мукопротеидных рецепторах. Энтеровирусы, вирусы герпеса, арбовирусы адсорбируются на липопротеидных рецепторах клетки. Адсорбция происходит лишь при наличии определённых электролитов, в частности ионов Са2+, которые нейтрализуют избыточные анионные заряды вируса и клеточной поверхности и уменьшают электростатическое отталкивание Адсорбция вирусов мало зависит от температуры Начальные процессы адсорбции носят неспецифический характер, являются результатом электростатического взаимодействия положительно и отрицательно заряженных структур на поверхности вируса и клетки, а затем наступает специфическое взаимодействие прикрепительного белка вириона со специфическими группировками на плазматической мембране клетки. Простые вирусы человека и животных содержат прикрепительные белки в составе капсида. У сложно организованных вирусов прикрепительные белки входят в состав супер-капсида. Они могут иметь форму нитей (фибры у аденовирусов), либо шипов, грибоподобных структур у миксо-, ретро-, рабдо- и других вирусов. Вначале происходит единичная связь вириона с рецептором - такое прикрепление непрочное - адсорбция носит обратимый характер. Чтобы наступила необратимая адсорбция, должы появиться множественные связи между рецептором вируса и рецептором клетки, т. е. стабильное мультивалентное прикрепление. Количество специфических рецепторов на поверхности одной клетки составляет 104-105. Рецепторы для некоторых вирусов, например, для арбовирусов. содержатся на клетках как позвоночных, так и беспозвоночных, для других вирусов только на клетках одного или нескольких видов.
Проникновение вирусов человека и животных в клетку происходит двумя путями: 1) виропексисом (пиноцитозом); 2) слиянием вирусной суперкапсидной оболочки е клеточной мембраной. Бактериофаги имеют свой механизм проникновения, так называемый шприцевои, когда в результате сокращения белкового отростка фага нуклеиновая кислота как бы впрыскивается в клетку.
Депротеинизация вируса освобождение геиома вируса от вирусных защитных оболочек происходит либо с помощью вирусных ферментов, либо с помощью клеточных ферментов. Конечными продуктами депротеинизации являются нуклеиновые кислоты или нуклеиновые кислоты, связанные с внутренним вирусным белком. Затем имеет место вторая фаза вирусной репродукции, ведущая к синтезу вирусных компонентов.
Транскрипция - переписывание информации с ДНК или РНК вируса на и-РНК по законам генетического кода.
Трансляция - процесс перевода генетической информации, содержащейся в и-РНК, на специфическую последовательность аминокислот.
Репликация - процесс синтеза молекул нуклеиновых кислот, гомологичных вирусному геному.
Реализация генетической информации у ДНК-содержащих вирусов идёт так же, как и в клетках:
ДНК транскрипция и-РНК трансляция белок
У РНК-содержащих вирусов с негативным геномом (вирусы гриппа, пара-гриппа и др.) формула реализации генома следующая:
-РНК транскрипция и-РНК трансляция белок
У вирусов с позитивным РНК-геномом (тогавирусы, пикорнавирусы) транскрипция отсутствует:
+РНК трансляция белок
У ретровирусов - уникальный путь передачи генетической информации:
РНК обратная транскрипция ДНК транскрипция и-РНК трансляция белок
ДНК интегрируется с геномом клетки-хозяина (провирус).
После наработки клеткой вирусных компонентов наступает последняя стадия вирусной репродукции сборка вирусных частиц и выход вирионов из клетки. Выход вирионов из клетки осуществляется двумя путями: 1) путём «взрыва» клетки, в результате чего клетка разрушается. Этот путь присущ простым вирусам (пикорна-, рео-, папова- и аденовирусам), 2) выход из клеток путём почкования. Присущ вирусам, содержащим суперкапсид. При этом способе клетка сразу не погибает, может дать многократное вирусное потомство, пока не истощатся её ресурсы.