Вирусы. Структура и репродукция вирусов. Бактериофаги

1.

УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА МИКРОБИОЛОГИИ, ВИРУСОЛОГИИ И ИММУНОЛОГИИ
Вирусы.
Структура и репродукция
вирусов.
Бактериофаги.

2. Вирусы

Это мельчайшие формы жизни,
имеющие неклеточное строение.
Облигатные внутриклеточные
паразиты.
Являются самой
многочисленной формой жизни на
Земле, образуя отдельное Царство.

3.

12 февраля 1892 г. на
заседании
Российской академии
наук
Д.И. Ивановский
сообщил о своем
открытии:
возбудителем
мозаичной болезни
табака является
организм, способный
проходить через
фильтры, которые
задерживают
бактерии.

4.

Термин "вирус"
(яд) был
предложен в
1895 г.
голландским
микробиологом
Ма́ртином
Бе́йеринком
(1851—1931)

5. Уникальные свойства вирусов

Наличие одного типа нуклеиновой
кислоты - ДНК или РНК.
Отсутствие автономного обмена
веществ. Вирусы не имеют собственного
биосинтетического и энергетического
аппарата.
Дизъюнктивной (разобщенной) способ
репродукции.

6.

Дизъюнктивной (разобщенной) способ
репродукции
•Вирусы не способны к прогрессивному росту и
делению.
•Они образуются в виде зрелых форм (вирионов)
путем самосборки из готовых белков и нуклеиновых
кислот.
• В разных частях инфицированной клетки
синтезируются нуклеиновые кислоты и белки,
которые затем объединяются в дочерние вирусные
частицы.
•Синтез компонентов вирусных частиц происходит
либо в цитоплазме, либо в цитоплазме и ядре клетки.

7.

Строение вирусов

8. Размеры вирусов

Размеры вирусов измеряются в
миллимикронах (нанометрах)
– 10-9 м
Размер самых мелких вирусов
– 20 нм
Самый крупный вирус натуральной
оспы имеет размер - 350 нм

9. Форма вириона

шаровидная
палочковидная

10. Форма вириона

овальная
нитевидная

11. Форма вириона

пулевидная
форма сперматозоида

12. Строение безоболочечных (просто устроенных) вирусов

Капсид
Нуклеиновая кислота

13. Строение оболочечных (сложноустроенных) вирусов

Суперкапсид
(пеплос)
Матрикс
Капсид
НК

14. Вирусный геном

Вирусный геном может быть представлен
либо РНК (РНК-содержащие вирусы), либо
ДНК (ДНК-содержащие вирусы).
При этом нуклеиновая кислота может быть
однонитевой или двухнитевой.
У некоторых РНК-содержащих вирусов
(например, у вируса гриппа) геном может
состоять из нескольких фрагментов
нуклеиновой кислоты (фрагментированный
геном).

15. Вирусный геном

Вирусы, содержащие
фрагментированную молекулу
нуклеиновой кислоты, называются
полигеномными вирусами.
У полигеномных вирусов каждый
фрагмент заключен в свою капсидную
оболочку.

16. Геном РНК-содержащих вирусов

Среди РНК- содержащих вирусов
различают:
вирусы с положительным геномом
(плюс-нить РНК). РНК этих вирусов
выполняет наследственную функцию и
функцию информационной РНК.
вирусы с отрицательным геномом
(минус-нить РНК). РНК этих вирусов
выполняет только наследственную
функцию.

17. Капсид

Капсид – белковая оболочка,
построенная из повторяющихся
субъединиц – капсомеров.
Капсомеры уложены вокруг
нуклеиновой кислоты в
определенной порядке, образуя
симметричные структуры.

18. Кубический тип симметрии

(Аденовирус)
Капсомеры уложены вокруг НК в виде
20-гранника - икосаэдра

19. Спиральный тип симметрии

(вирус Табачной мозаики)
Капсомеры уложены вокруг НК в виде
винтовой структуры

20. Смешанный или сложный тип симметрии

(Бактериофаги)

21. Вирусные белки

Структурные - входят в состав
вириона.
Неструктурные - образуются в
процессе репродукции, но не
включаются в вирион.

22. Структурные вирусные белки

белки капсида
белки суперкапсида
ферменты

23. Структурные вирусные белки

• Некоторые вирусы в составе нуклеокапсида несут
ферменты, необходимые для репликации вируса в
инфицированной клетке.
• Например, в вирионах минус-нитевых РНКсодержащих вирусов имеется РНК-зависимая РНКполимераза (транскриптаза);
• В вирионах ретровирусов присутствует РНКзависимая ДНК-полимераза (обратная
транскриптаза, ревертаза).

24. Неструктурные вирусные белки

• Неструктурные вирусные белки не входят в состав
вириона.
• Они кодируются вирусным геномом, образуются
внутри инфицированной клетки и принимают
участие в процессах внутриклеточной репродукции
вирусов.
• В последующем они не встраиваются в состав
дочерних вирионов.
• К неструктурным белкам относятся регуляторы
экспрессии вирусного генома, предшественники
вирусных белков, ингибиторы клеточного
биосинтеза, ферменты.

25. Функции вирусных белков

Защитная
Рецепторная
Морфопоэтическая
Регуляторная
Ферментативная

26. Классификация вирусов

Тип нуклеиновой кислоты - ДНК или
РНК
Строение НК и стратегия генома
Размер, тип симметрии капсида
Наличие суперкапсида
Патогенность, тропность и способ
передачи
Экология - класс поражаемых хозяев

27. Классификация вирусов

Семейства
Подсемейства
Роды
Типы (что соответствует виду)

28.

• В 1971 году Нобелевским лауреатом
Дэвидом Балтимором была
предложена система
классификации вирусов, которая
подразделяет вирусы на 7 групп в
зависимости от механизма
образования вирусной мРНК
(молекулы матричной РНК ,по
которой производится синтез белка)
в клетке-хозяине.

29.

Дэвид Балтимор
(родился 7 марта
1938 года) американский
биолог, лауреат
Нобелевской
премии по
физиологии и
медицине 1975
года

30. Балтиморская классификация вирусов

• Группа I: двухцепочечные ДНК-вирусы.
• Группа II: вирусы с одноцепочечной ДНК.
• Группа III: двухцепочечные РНК-вирусы.
• Группа IV: вирусы с положительной
одноцепочечной РНК.
• Группа V: вирусы с отрицательной
одноцепочечной РНК.
• Группа VI: одноцепочечные РНК-вирусы с
промежуточной ДНК в их жизненном цикле.
• Группа VII: двухцепочечные ДНК-вирусы с
промежуточной РНК в их жизненном цикле. -

31.

Репродукция вирусов

32. Цикл репродукции вирусов

Специфическая адсорбция вируса на
рецепторах клеточной мембраны
Проникновение в цитоплазму
(пенетрация)
Дезинтеграция вириона, освобождение НК
(депротеинизация, раздевание)
Синтез вирусных компонентов
Сборка вирионов
Выход вирусного потомства из клетки

33. Депротеинизация (раздевание)

Осуществляется клеточными
ферментами, разрушающими капсид
При этом вирусный геном освобождается
от белков. Вирус на время перестаёт быть
видимым.
Эта стадия называется - эклипс- стадией

34. Сборка вирионов

Может происходить в цитоплазме
или на внутренней поверхности
клеточной мембраны
Осуществляется по принципу
самосборки на основе белокбелкового и белок-нуклеинового
узнавания

35. Сборка вирионов паракристалл вируса полиомиелита в цитоплазме

36. Выход из клетки

Деструкция клетки (литический тип
репродукции) – вирус
полиомиелита
Путем почкования через мембрану
без деструкции клетки
(нелитический тип репродукции) вирус гепатита В

37. Стадия интеграции

У некоторых вирусов в цикле
репродукции имеется стадия
интеграции (встраивания) вирусного
генома в геном клетки хозяина (ВИЧ).
Интегрированная в клеточный геном
вирусная НК называется провирусом

38.

Нуклеиновые кислоты других
вирусов ( вирусов герпеса ) могут
длительное время находиться в
цитоплазме инфицированных
клеток в виде автономной
структуры, напоминающей
плазмиду.

39. Культивирование вирусов

Путем заражения лабораторных
животных
Путем заражения куриных эмбрионов
Путем заражения клеточных культур,
которые получают из нормальных или
трансформированных клеток человека и
животных

40. куриные эмбрионы

41. Виды клеточных культур

Первичные
Полуперевиваемые
Перевиваемые

42. Первичные клеточные культуры

Получают методом
трипсинизации тканей (в
основном,
эмбриональных)
Пример – фибробласты
эмбриона человека (ФЭЧ)

43. Первичная культура (ФЭЧ)

44. Полуперививаемые (диплоидные) культуры

Получают из первичных путем
последовательных пересевов
(пассажей)
Полуперевиваемые культуры
погибают после 50-60 пересевов

45. Перевиваемые культуры

Получают из опухолевых
(трансформированных) клеток
Сохраняют жизнеспособность в
процессе неограниченного числа
пересевов (пассажей)
Примеры:
Культура клеток рака шейки матки – НеLa
Культура клеток рака гортани – Нер-2

46. Перевиваемые клетки

Hep-2
HeLa

47. Монослой клеточных культур

48. Монослой пораженных вирусом клеток

Цитопатическое
действие
вируса
(ЦПД)

49.

Вирусы бактерий бактериофаги

50.

Бактериофагами «пожирателями бактерий»
назвал в 1917 году французский
,
ученый Феликс Д Эрелль
вирусы, паразитирующие на
бактериях за их способность
вызывать лизис зараженной
бактериальной клетки

51.

Французский
ученый
Felix d’Herelle
(1873 – 1949)

52.

Размножение фагов в бактериальных
культурах, засеянных сплошным
«газоном» на твёрдых средах,
сопровождается лизисом бактерий и
образованием зон просветления —
«стерильных пятен», «негативных
колоний бактериофага». У разных
фагов они имеют строго определённые
размеры и форму. При заражении
бульонных культур - наблюдают
просветление среды.

53. негативные колонии бактериофага

54. Бактериофаги

55.

56. Бактериофаги

Выделяют:
ДНК-содержащие и РНК-содержащие фаги
По строению:
фаги нитевидные
фаги с аналогом отростка
фаги с коротким отростком
фаги с несокращающимся чехлом
фаги с сокращающимся чехлом отростка,
заканчивающимся базальной пластиной

57. Взаимодействие бактериофага с бактериальной клеткой

Адсорбция
Внедрение вирусной ДНК (инъекция
фага). Вирусная ДНК впрыскивается в
цитоплазму.
Репродукция фага. Происходит в 3 этапа:
синтез фаговых белков, затем
репликация нуклеиновых кислот, сборка
фага.
Выход дочерних популяций фага - до 200
из одной клетки.
Клетка хозяина лизируется.

58. Вирулентные и умеренные бактериофаги

Вирулентные – имеют непрерывный
литический цикл репродукции (30 мин.)
Умеренные – имеют в цикле репродукции
стадию интеграции – встраивания фаговой
ДНК в бактериальный геном
Встроенная фаговая ДНК называется
профагом
Явление встраивания ДНК умеренного фага
в геном бактерии называется лизогенией

59. Умеренные бактериофаги

В неактивной стадии профага
бактериальная клетка сохраняет
жизнеспособность и все потомство
зараженной клетки содержит профаг
Такая зараженная умеренным фагом
культура называется лизогенной
В результате активации профага
происходит синтез новых фаговых
частиц (взрыв репродукции) и
бактериальная клетка погибает

60. Лизогенная конверсия

Некоторые умеренные бактериофаги
имеют гены, кодирующие сильные
токсины
В результате заражения такими фагами
непатогенная культура бактерий
становится патогенной (токсигенной)
Это явление называется лизогенная
конверсия
Пример – Corynebacterium diphtheriae.
Заболевание вызывают только
лизогенные штаммы.

61. Практическое применение бактериофагов

Диагностика - фаготипирование
бактериальных культур
Эпидемиологические наблюдения –
определение количества бактериофагов в
водоемах позволяет оценить присутствие
патогенных бактерий
Применение с лечебной и профилактической
целью.
Применяют дизентерийные,
сальмонеллезные, стафилококковые,
холерные бактериофаги