Вирусы

1.

Морфология и физиология микроорганизмов: Вирусы

2. Вирусы

– мельчайшие микробы, относящиеся к царству Viraе, не имеющие клеточного
строения и состоящие из ДНК или РНК-генома, окруженного белками. Вирус не имеет
собственного синтезирующего аппарата и поэтому способен к воспроизведению лишь
в клетках более высокоорганизованных существ.
От лат. virus – яд.
Вирусология – наука о вирусах.
Достижения вирусологии:
• К началу XXI века описано 6 000 вирусов, изучена их структура, биология, химический
состав и механизмы репродукции.
• Созданы вакцины против основных вирусных заболеваний (полиомиелита, оспы,
бешенства, гепатита В, кори, жёлтой лихорадки, энцефалитов, гриппа, паротита,
краснухи).
• Благодаря вакцинации полностью ликвидирована натуральная оспа. Осуществляются
международные программы полной ликвидации полиомиелита и кори.

3.

История открытия вирусов
Вирус табачной мозаики (ВТМ)
Д.И. Ивановский – 12 февраля 1892 г.
Д.И. Ивановский (1864-1920)

4.

Этапы развития вирусологии
• До 1930 методы изучения вирусов основывались на фильтруемости и
заражении различных чувствительных организмов (животных, растений,
бактерий).
• В 1930-50-е гг.: использование лабораторных мышей и куриных
эмбрионов для культивирования вирусов; электронная микроскопия;
количественные методы изучения вирусов. Вирусология –
самостоятельная наука.
• В 1950-80-е гг.: культуры клеток (Дж. Эндерс с сотрудниками), методы
молекулярной биологии, рентгеноструктурный анализ, методы
генетической инженерии, иммунохимии, компьютерный анализ.

5.

Систематика вирусов
Царство: Viraе
Подцарство:
ДНК-геномные вирусы
РНК-геномные вирусы
Семейство (название таксона заканчивается на – viridae)
Подсемейство (название таксона заканчивается на – virinae)
Род (название таксона заканчивается на – virus)
Основной таксон в классификации вирусов
Вирус
Серовары (по антигенной структуре)
Семейство:
Herpesviridae
Подсемейство: Alphaherpesvirinae
Род:
Simplexvirus
Вид:
Вирус простого герпеса 1 (HSV-1)
Вирус простого герпеса 2 (HSV-2)

6. Свойства вирусов

• Размеры вириона: от 20-30 нм (пикорна-, парвовирусы) до
150-250 нм (герпес-, рабдовирусы) и даже 350-400 нм
(поксвирусы).
• Инфекционные нуклеопротеиды.
• Две формы существования: внеклеточная (покоящаяся) и
внутриклеточная (репродуцирующаяся, вегетативная).
• Внеклеточная форма – вирусная частица или вирион.

7. Строение вирусов

Классификация вирусов по химическому составу вириона:
• Простые
• Сложные
Классификация вирусов по морфологии вириона:
1. Палочковидные
2. Пулевидные
3. Сферические
4. Нитевидные
5. Сперматозоидные
1
2
3
5

8. Строение вирусов

Строение простых вирусов
• Белковая оболочка –
капсид (от греч. сapsa –
футляр).
Нуклеиновая кислота
(ДНК или РНК)
Капсид
Нуклеиновая кислота + Белок = Нуклеокапсид

9. Строение вирусов

Строение сложных
вирусов
Сложные вирусы –
суперкапсид, или
пеплос (от греч. накидка).
Пепломеры – шипы.
Суперкапсид
(липопротеиновая
оболочка)
Капсид
Нуклеиновая кислота
М-белок
Шипы

10.

Классификация вирусов по симметрии
нуклеокапсида:
1. Кубические (икосаэдрические)
2. Спиральные
3. Смешанные
1
2
3

11. Вирусные белки

1. Структурные
• капсидные (NP-белки, коровские, рецепторные)
• суперкапсидные (рецепторные, мембранные)
2. Неструктурные
• предшественники вирусных белков
• белки-регуляторы
• белки-ферменты (полимеразы и модифицирующие белки)

12.

Строение бактериофагов
1. Нитевидные
2. Полиэдрические
Электронограмма
бактериофага Т2

13.

Типы вирусных нуклеиновых кислот:
1. ДНК-вирусы
• 1-нитчатая линейная (парвовирусы)
• 1-нитчатая кольцевая (цирковирусы)
• 2-нитчатая линейная
(вирус герпеса)
• 2-нитчатая кольцевая (папилломавирус)
• 2-нитчатая кольцевая с дефектом одной цепи
(вирус гепатита В)

14.

Типы вирусных нуклеиновых кислот:
2. РНК-вирусы
• 1-нитчатая линейная «+» РНК (полиовирус)
• 1-нитчатая линейная «-» РНК (вирус
парагрипп)
• 1-нитчатая линейная фрагментированная «» РНК (вирус гриппа)
• 2-нитчатая линейная фрагментированная
(ротавирус)
Молекула РНК с положительной полярностью (плюс-цепь)
имеет ту же последовательность нуклеотидов, что и мРНК,
поэтому по крайней мере какая-то её часть может
незамедлительно начать транслироваться клеткойхозяином.
РНК с отрицательной полярностью (минус-цепь)
комплементарна мРНК, поэтому до начала трансляции на
ней должна быть синтезирована положительная РНК при
помощи фермента РНК-зависимой РНК-полимеразы.

15.

16.

Неканонические вирусы
• Вироиды – небольшие молекулы кольцевой, суперспирализованной РНК, не
содержащей белка и вызывающие заболевание растений.
• Прионы – это белковые инфекционные частицы, имеющие вид фибрилл
размером 10-20х200 нм, вызывают у животных и человека трансмиссивные
губкообразные энцефалопатии в условиях медленной вирусной инфекции
(болезнь Крейтцфельда -Якобы, куру и др.).

17. Репродукция вирусов

1. Адсорбция
- неспецифическая адсорбция (обратимая)
- специфическая (необратимая)
2. Проникновение в клетку
Пути:
- виропексис (1948 г Фазелькас де сан Гро); «голые» вирусы проникают в
клетку путём эндоцитоза – погружения участка клеточной мембраны в
месте их адсорбции.
- слияние вирусной и клеточной мембран; «одетые» вирусы проникают в
клетку путём слияния суперкапсида с клеточной мембраной при участии
специфических F-белков (белков слияния).
-сочетание виропексиса и слияния мембран

18. Репродукция вирусов

3. Депротеинизация («раздевание») и высвобождение вирусного генома
4. Транскрипция и трансляция (биосинтез компонентов вируса)
ДНК-вирусы:
ДНК→ мРНК → белок
-если ДНК-вирус транскрибируется в ядре, то он использует клеточную
РНК-полимеразу
- если ДНК-вирус транскрибируется в цитоплазме, то он использует свою
РНК-полимеразу

19. Репродукция вирусов

РНК-вирусы:
+РНК → белок
-геном сразу транслируется рибосомами
-РНК→ мРНК → белок
-геном транскрибируется в мРНК с помощью РНК-полимеразы
РНК→ ДНК → мРНК → белок
-ретровирусы имеют диплоидный геном и обратную транскриптазу

20. Репродукция вирусов

5. Репликация
Это накопление копий вирусного генома, которые затем будут
использованы при сборке вириона

21. Репродукция вирусов

Молекулярный механизм репродукции +РНК-вирусов (на
примере пикорнавирусов)
(+) нить
родительской РНК
(-) нить РНК
Дочерняя (+) нить
РНК
Дочерние
вирусные частицы
Белки, закодированные
в полном геноме

22. Репродукция вирусов

Молекулярный механизм репродукции -РНК-вирусов (на
примере ортомиксовирусов)
Мультифункциональная (-)
нить родительской РНК
(+) нить РНК
Дочерняя (-) нить
РНК
Дочерние
вирусные частицы
Вирусные
ферменты
(+) нить мРНК
Белки, закодированные
в полном геноме

23. Репродукция вирусов

Молекулярный механизм репродукции ретровирусов
Родительская РНК
Обратная
транскриптаза
Двунитевая ДНК
Интеграза
Интеграция в
геном хозяина
Дочерняя РНК
мРНК
Белки, закодированные
в полном геноме
Дочерние
вирусные частицы

24. Репродукция вирусов

6. Морфогенез – процесс внутриклеточной
сборки вирусных частиц (вирионов)
7. Выход вирусных частиц
- взрывной путь (простые вирусы)
клетка погибает
- почкование (сложные вирусы)
клетка длительно сохраняет жизнеспособность

25. Репродукция вирусов

1
Вход в клетку
и депротеинизация
ДНК
ВИРУС
Капсид
3
Репродукция вирусов
2 Репликация
Транскрипция и
синтез структурных
белков
КЛЕТКА
ХОЗЯИНА
Вирусная
ДНК
мРНК
Вирусная
ДНК
Белки
капсида
4 Морфогенез вириона
и выход из клетки

26. Репродукция вирусов

Капсид и вирусный
Геном в клетке хозяина
Капсид
РНК
КЛЕТКА ХОЗЯИНА
Репродукция вирусов
Суперкапсид
Вирусный геном (РНК)
Template
мРНК
ER
Гликопротеины
Белки
капсида
Копии
генома (РНК)
Зрелый вирион

27. Типы взаимодействия вирусов с клеткой

1. Продуктивный тип, или цитоцидный тип – в зараженных клетках образуется
новое поколение вирионов;
2. Абортивный тип – прерывание инфекционного процесса в клетке, новые
вирионы не образуются;
Причины:
-заражение клеток дефектными вирусами
- интерференция
3. Интегративный тип, или вирогения, – интеграция (встраивание) вирусной ДНК
в виде провируса в хромосому клетки и их совместное сосуществование.

28. Последствия заражения клетки вирусом

1. Некроз
2. Апоптоз
3. Разрушение не самим
вирусом, а иммунными
реакциями
4. Латентная инфекция
5. Трансформация в
опухолевую клетку
Онкогенные вирусы челавека
Семейство
Вид
Тип опухоли
Papovaviridae
Вирус папилломы
человека
Опухоли шейки матки и
вульвы; плоскоклеточная
карцинома
Herpesviridae
Вирусы герпеса 1-го и 2- Рак шейки матки
го типов
Вирус герпеса 4-го типа Носоглоточная карцинома,
(Эпштейна-Барр)
лимфома Беркита, Вклеточная лимфома.
Hepadnaviridae
Вирус гепатита В
Гепатоцеллюлярная
карцинома
Retroviridae
Лимфотропные вирусы
человека (HTLV) 1-го и
2-го типов
Т-клеточный лейкоз,
волосатоклеточный
лейкоз

29.

Репродуктивный (литический) цикл
вирулентных бактериофагов
1 Адсорбция
2
6
Высвобождение
Фаговых частиц
Морфогенез
вириона
3
Проникновение
в клетку
Период
латенции
5 Морфогенез вириона 4 Синтез вирусного
генома и протеинов

30.

Репродуктивный (литический) цикл
вирулентных бактериофагов
ДНК
фага
Дочерняя клетка
с профагом
Инъекция
фаговой ДНК
Циркуляция
фаговой ДНК
Лизогенная
популяция
бактерий
Фаг
Иногда профаг выходит
из хромосомы, инициируя
литический цикл
Бактериальная
хромосома
Лизогенный
цикл
Литический
цикл
Лизис клетки
и освобождение фага
или
Индукция
литического
цикла
Синтез генома, протеинов
фага и морфогенез вириона
Индукция
лизогенного
цикла
Бактерии размножаются,
копируют профаг и передают
его дочерним клеткам
Профаг
ДНК фага встраивается в
хромосому и становится
профагом

31.

Применение бактериофагов
• Лечебные бактериофаги: моновалентные, поливалентные (пиобактериофаг,
интестифаг). Препарат бактериофага: фильтрат бульонной культуры, зараженной
соответствующим фагом.
• Диагностические бактериофаги: видовые, типовые
- для идентификации бактерий (реакция фаголизиса);
- с целью выявления источника инфекции – эпидемическое маркирование (реакция
фаготипирования).

32. Бактериофаги: лизогенная конверсия

Примеры факторов вирулентности, переносимых фагами
Бактерия
Фаг
Продукт
гена
Фенотип
Vibrio cholerae
CTX
холероген
холера
Escherichia coli
λ
шигаподобный
токсин
геморрагическая
диарея
Clostridium
botulinum
клостридиальный
фаг
ботулотоксин
ботулизм
Corynebacterium
diphtheriae
гистотоксин
дифтерия
Streptococcus
pyogenes
T12
эритрогенин
скарлатина

33.

Классификация вирусов, патогенных для человека
Семейство
Тип симметрии
Наличие
суперкапсида
Размер
вириона нм
Представители
Группа I: ДНК (двунитевые) вирусы
Papovaviridae
Икосаэдральный
–
45-55
Папилломаи полиомавирусы
человека
Adenoviridae
Икосаэдральный
–
70-90
Аденовирусы
человека
Herpesviridae
Икосаэдральный
+
200
ВПГ, ВОГ, ЦМВ, ВЭБ
Смешанный
+
130-350
Poxviridae
Вирус оспы

34.

Классификация вирусов, патогенных для человека
Семейство
Тип симметрии
Наличие
суперкапсида
Размер
вириона нм
Представители
Группа II: ДНК (однонитевые) вирусы
Parvoviridae
Икосаэдральный
–
18-26
Аденоассоциированный
вирус
Circinoviridae
Икосаэдральный
–
30-50
Вирус гепатита ТТ
Группа III: РНК (двунитевые) вирусы
Reoviridae
Икосаэдральный
–
60-80
Реовирусы, ротавирусы

35.

Классификация вирусов, патогенных для человека
Тип симметрии
Семейство
Наличие
суперкапсида
Размер
вириона, нм
Представители
Группа IV: РНК (плюс-однонитевые) вирусы
Picornaviridae
Икосаэдральный
–
20-30
Вирусы полиомиелита,
ECHO, Коксаки, гепатита
А.
Togaviridae
Икосаэдральный
+
30-90
Вирус краснухи
Flaviviridae
Икосаэдральный
+
40-60
Вирусы желтой лихорадки,
клещевого энцефалита,
гепатита С
Гепатит Еподобные
вирусы
Икосаэдральный
–
27-34
Вирус гепатита Е

36.

Классификация вирусов, патогенных для человека
Семейство
Тип
симметрии
Наличие
суперкапсида
Размер
вириона, нм
Представители
Группа V: РНК (минус-однонитевые) вирусы
Orthomyxoviridae
Спиральный
+
80-120
Вирусы гриппа
Paramyxoviridae
Спиральный
+
150-300
Вирусы парагриппа, кори,
паротита, РС
Rhabdoviridae
Спиральный
+
70-175
Вирус бешенства
_
36
Вирус гепатита D
Неклассифицируе-мые
вирусы

37.

Классификация вирусов, патогенных для человека
Семейство
Тип симметрии
Наличие суперкапсида
Размер
вириона, нм
Представители
Группа VI: РНК вирусы (обратно транскрибирующиеся)
Retroviridae
Спиральный или
икосаэд-ральный в
за-висимости от
подсемейства
+
80-100
ВИЧ
Группа VII: ДНК вирусы (обратно транскибирующиеся)
Hepadnaviridae
Спиральный
+
45-50
Вирус гепатита В

38.

Методы культивирования вирусов
• в организме лабораторных животных;
• в развивающихся куриных эмбрионах;
• в культурах клеток.