Биология вирусов

1.

Ханты-Мансийская государственная
медицинская академия
Биология
вирусов
В.В. Леонов, 2013
кафедра биологии с курсом микробиологии

2. Вирусы

Вирусы – мельчайшие микробы, относящиеся к
царству Viraе, не имеющие клеточного строения и
состоящие из ДНК или РНК-генома, окруженного
белками.
От лат. virus – яд.
Вирусология – наука о вирусах.

3.

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

4.

Периоды развития вирусологии
1. Уровень организма (30-е годы ХХ века)
2. Уровень клетки (50-е годы ХХ века)
3. Молекулярный уровень (60-е годы ХХ века)
4. Субмолекулярный уровень (70-е годы ХХ века)

5. Нобелевские премии за научные исследования, где объект изучения вирусы

1954
Джон Фрэнклин Эндерс, США
Томас Хакл Уэллер, США
Фредерик Чапмен Роббинс,
США
«За открытие способности
вируса полиомиелита расти
в культурах различных
тканей»
1965
Франсуа Жакоб, Франция
Андрэ Львов, Франция
Жак Моно, Франция
«За открытия, касающиеся
генетической регуляции
синтеза ферментов и
вирусов»
1966
Пейтон Роус, США
«За открытие онкогенных
вирусов»

6. Нобелевские премии за научные исследования, где объект изучения вирусы

1969
1975
1997
Макс Дельброк, США
Альфред Д. Херши, США
Сальвадор Э. Лурия, США
«За открытия, касающиеся
механизма репликации и
генетической структуры
вирусов»
Дэвид Балтимор, США
Ренато Дульбекко, США
Хоуард Мартин Темин, США
«За открытия, касающиеся
взаимодействия между
вирусами опухолей и
генетическим материалом
клетки»
Стенли Б. Прузинер, США
«За открытие прионов – новой
биологической причины
инфекций»

7. Нобелевские премии 2008 года в области медицины и физиологии

Нобелевская премия 2008
года в области медицины
и физиологии присуждена
за работы в области
вирусологии: немецкому
специалисту
Харальду
цур
Хаузену
—
за
открытие того, что вирусы
папилломы
человека
ответственны
за
возникновение рака шейки
матки

8. Нобелевские премии 2008 года в области медицины и физиологии

Нобелевская премия 2008
года в области медицины и
физиологии присуждена за
работы
в
области
вирусологии: французским
учёным Люку Монтанье и
Франсуазе Барре-Синусси
за
открытие
вируса
иммунодефицита человека
(ВИЧ)

9.

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)

10. Строение вирусов

Классификация вирусов по морфологии вириона:
1. Палочковидные
2. Пулевидные
3. Сферические
4. Нитевидные
5. Сперматозоидные
1
2
3
5

11. Строение вирусов

Классификация вирусов
по химическому составу вириона:
1. Простые
2. Сложные

12. Строение вирусов

Строение простых вирусов
Нуклеиновая кислота
(ДНК или РНК)
Белковый чехол –
Капсид (от лат. сapsa - футляр)
Нуклеиновая кислота + Белок = Нуклеокапсид

13. Строение вирусов

Строение сложных вирусов
Суперкапсид
(липопротеиновая оболочка)
Капсид
Нуклеиновая кислота
М-белок
Шипы

14. Строение вирусов

Вирусные белки
1. Структурные
•капсидные
•суперкапсидные
2. Неструктурные
•предшественники вирусных белков
•белки-регуляторы
•белки-ферменты (полимеразы и модифицирующие
белки)

15. Строение вирусов

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

16.

Строение вирусов
Строение бактериофагов
1. Нитевидные
2. Полиэдрические
Головка с ДНК
Воротничок
Чехол
Базальная
мембрана
Электронограмма бактериофага Т2
Хвостовые нити
Бактериофаг Т4 E. coli (в рамке) и «тень»
фага после высвобождения ДНК
Бактериофаг Т2

17. Строение вирусов

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)

18. Строение вирусов

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)

19. Репродукция вирусов

1. Адсорбция
- неспецифическая адсорбция (обратимая)
- специфическая (необратимая)
2. Проникновение в клетку
Пути:
- виропексис (1948 г Фазелькас де сан Гро)
- слияние вирусной и клеточной мембран
- сочетание виропексиса и слияния мембран

20. Репродукция вирусов

3. Депротеинизация («раздевание»)
4. Транскрипция
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

21. Репродукция вирусов

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

22. Репродукция вирусов

5. Трансляция
-образование «ранних» белков
-образование «поздних» белков
-образование сразу зрелых белков
-образование гигантского полипептидапредшественника, который «нарезается» и
модифицируется в зрелые белки
6. Репликация
Это накопление копий вирусного генома, которые затем
будут использованы при сборке вириона

23. 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

24. 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

25. 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

26. Репродукция вирусов

7. Морфогенез
8. Выход вирусных частиц
-взрывной путь
-почкование (экзоцитоз)

27. Репродукция вирусов

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

28. Репродукция вирусов

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

29. Типы взаимодействия вирусов с клеткой

1. Продуктивный тип
2. Абортивный тип
Причины:
-заражение клеток дефектными вирусами
- интерференция
3. Интегративный тип (вирогения)

30. Последствия заражения клетки вирусом

1. Некроз
2. Апоптоз
3. Разрушение не самим вирусом, а иммунными
реакциями
4. Латентная инфекция
5. Трансформация в раковую

31. Классификация вирусных инфекций на клеточном уровне

Автономная
Продуктивная
Интегративная
Абортивная
Интеграция
полного генома
Хроническая
Острая
Цитолитическая
Нецитолитическая
Острая
Интеграция
части генома
Если
вирусный
геном
персистирует в клетке, то
говорят о латентной инфекции
Формы нахождения генома
вируса
в
клетке
при
персистенции вируса
-провирус
-эписома

32.

Репродуктивный (литический) цикл
вирулентных бактериофагов
1 Адсорбция
1

33.

Репродуктивный (литический) цикл
вирулентных бактериофагов
1 Адсорбция
2
3
Период
латенции
Проникновение
в клетку

34.

Репродуктивный (литический) цикл
вирулентных бактериофагов
1 Адсорбция
2
Проникновение
в клетку
3
Период
латенции
4
Синтез вирусного
генома и протеинов

35.

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

36.

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

37.

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

38. 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

39. СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ