Вирусы. Строение, жизненные циклы и значение вирусов

1. Тема: «Вирусы»

"Вирусы - это "плохие новости в упаковке из
белка". П .Медавар
Задачи – изучить:
1. Строение вирусов,
2. Жизненные циклы вирусов,
3. Значение вирусов
.

2.

Многообразие живых организмов

3.

Характеристика вирусов
Вирусы – латинское слово virus – яд.
Вирусы открыты в 1892 г. Д.И.Ивановским при
изучении мозаичной болезни табака
Вирусы:
•не имеют клеточного строения
• содержат только один тип нуклеиновой
кислоты (или ДНК, или РНК)
• не имеют собственного метаболизма
• не способны к росту и размножению
Вирус МБТ
(мозаичной болезни
табака, РНКгеномный)
• являются внутриклеточными паразитами
(ультрапаразитами)
• проявляют признаки, характерные для живых
организмов, только паразитируя в клетках
других организмов

4.

5.

6.

7.

История открытия вирусов. Конец 19 века. Бактериология
достигла больших успехов. В этот период учеными открыты
возбудители чумы, холеры, туберкулеза, дифтерии и других
наиболее часто встречающихся и широко распространенных
болезней. Однако возбудителей многих других заболеваний, в том
числе и очень опасных (например, корь, натуральная оспа, грипп,
гепатит и др.), обнаружить не удавалось, хотя о болезнях знали
давно.
В 1892 году Дмитрий Иосифович Ивановский (1864 –
1920), занимаясь поисками возбудителя болезни табачной мозаики
(болезнь листьев растения табака), установил, что он не виден в
микроскоп даже при сильном увеличении и проходит через фильтры,
которые задерживают бактериальные клетки; он не растет на
обычных искусственных питательных средах, применяемых в
бактериологии. Табачный сок, проходимый через фильтр не утратил
заразных свойств. Спустя много лет ученые узнали, что вирусы
меньше бактерий в 50 раз, поэтому они свободно проходили через
фильтр. Ивановский назвал открытые организмы
«фильтрующимися микробами», и выявил два основных свойства
вирусов: они очень малы, и их невозможно в отличие от клеток
выращивать на искусственных питательных средах

8.

.
Шесть лет спустя, в 1898 году независимо от Ивановского
такие же результаты получил голландский микробиолог М.
Бейеринк. Он сделал вывод, что болезнь мозаику табака вызывают
не микробы, а «жидкое заразное начало», или фильтрующийся
вирус, который размножается лишь в живых организмах. Оба ученых
были отчасти правы, но отчасти и ошибались. Возбудителем
болезни табака оказались не бактерии, как утверждал Ивановский,
но и не жидкое заразное начало, как предполагал Бейеринк.
Причиной болезни являлись вирусы – особые организмы (от
латинского «virus» - яд). Размеры вирусов от 20 до 300 нм, их
удалось увидеть только с помощью электронного микроскопа в 30 –
е годы XX века, они примерно в 50 раз меньше бактерий. Вирусы
входят в царство Vira, и распространены повсеместно. Первым
сфотографировали именно вирус табачной мозаики, который
является самым изученным. Открытие вирусов положило начало
новой науке – вирусологии, изучающей неклеточные формы
организмов.

9.

Характеристика вирусов
Если вирус находится внутри
клетки-хозяина, то он существует
в форме нуклеиновой кислоты.
Если вирус вне клетки хозяина, то
он существует в форме вириона.
Компоненты вириона:
1. Сердцевина – генетический
материал (или ДНК, или РНК)
2. Капсид – белковая оболочка,
окружающая нуклеиновую кислоту.
Капсид содержит рецепторы,
распознающие подобные
рецепторы в клеточной мембране
«клетки хозяина», поэтому вирусы
поражают строго определенный
круг хозяев.
3. Суперкапсид – дополнительные
оболочки

10.

Вирио́н — полноценная вирусная частица, состоящая из
нуклеиновой кислоты и капсида (оболочки, состоящей из
белка и, реже, липидов) и находящаяся вне живой клетки.
Вирионы большинства вирусов не проявляют никаких
признаков биологической активности, пока не
соприкоснутся с клеткой-хозяином, после чего образуют
комплекс «вирус—клетка», способный жить и «производить»
новые вирионы. При заражении клетки вирион либо вводит в
клетку-хозяина только свой геном (например, бактериофаги),
либо проникает в клетку практически полностью (большинство
других вирусов).
Белки, остающиеся от вириона на поверхности клетки, служат
«мишенью» для иммунной системы также, как и сами
вирионы.
Вирион по сути представляет собой конгломерат
органических кристаллов. Его часто даже не признают
живым организмом (из-за этого нет однозначного ответа,
является вирус живым или нет). Размер вириона 20—300 нм
.

11.

Наличие капсида отличает
вирусы от вирусоподобных
инфекционных нуклеиновых
кислот — вироидов.
Виро́иды (англ. viroid) —
инфекционные агенты,
состоящие только из кольцевой
РНК.

12.

Виро́иды (англ. viroid) — инфекционные агенты, состоящие
только из кольцевой РНК. Они вызывают различные болезни
растений- веретеновидность клубней картофеля и карликовость
хризантемы. Вироиды представляют собой ковалентно замкнутые
кольцевые одноцепочечные молекулы РНК длиной от 246 до 467
нуклеотидов (для сравнения: геном мельчайшего из известных
вирусов составляет 2000 нуклеотидов в длину). В отличие от
вирусов, вироиды лишены белкового капсида. Обычно
кольцевая РНК вироидов существует в виде палочковидной
формы из-за спаривания азотистых оснований внутри цепи, в
результате чего образуются двухцепочечные участки с
одноцепочечными петлями. Некоторые вироиды находятся в
ядрышке инфицированной клетки, где может присутствовать от 200
до 100 тысяч копий генома вироида. Другие вироиды располагаются
в хлоропластах. РНК вироидов не кодирует каких-либо белков,
поэтому вироиды не могут реплицироваться сами по себе. Они
используют ДНК-зависимую РНК-полимеразу хозяйской клетки —
фермент, который обычно используется для синтеза РНК на
матрице ДНК.

13.

Характеристика вирусов
Размеры вирусов колеблются от
10 до 300 нм. Форма вирусов
разнообразна: шаровидная,
палочковидная, нитевидная,
цилиндрическая и др.
Вирусы содержат всегда один тип
нуклеиновой кислоты — либо
ДНК, либо РНК. Причем обе
нуклеиновые кислоты могут быть
как одноцепочечными, так и
двуцепочечными, как линейными,
так и кольцевыми.
В зависимости от типа
нуклеиновой кислоты, входящей в
состав вируса, различают:
ДНК-геномные вирусы;
РНК-геномные вирусы.

14.

Классификация вирусов.
Все вирусы условно разделяют на две группы:
1.простые
2. сложные.
Простые состоят из нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК) и
покрывающей их белковой оболочки (капсид), например вирус
табачной мозаики.
Сложные вирусы на поверхности капсида имеют еще
внешнюю оболочку – мембрану, содержащую липиды, белки и
углеводы, например вирус гриппа и герпеса.
По наличию той или иной нуклеиновой кислоты
1. ДНК- геномные вирусы 2. РНК-геномные вирусы .
ДНК-содержащие – в них присутствует молекула ДНК в виде
цепочки или кольца, хранящая наследственную информацию –
это вирусы оспы человека, овец, свиней и герпеса.
РНК-содержащие – в них находится цепочка РНК
хранительница генетической информации. Это вирусы
бешенства, энцефалита, краснухи, кори, СПИДА, лейкоза и
гриппа.
Некоторые вирусы вообще могут не иметь оболочки.

15.

16.

Характеристика вирусов
Некоторые вирусы (бактериофаги)
являются паразитами бактерий. Они
способны проникать в бактериальную
клетку и разрушать ее.
Бактериофаг состоит из головки,
хвостика и хвостовых отростков, с
помощью которых он осаждается на
оболочке бактерий. В головке
содержится НК. Фаг частично
растворяет клеточную стенку и
мембрану бактерии и за счет
сократительной реакции хвостика
впрыскивает свою ДНК в ее клетку.
Бактериофаги имеют большое
практическое значение и являются
важным объектом научных
исследований в области молекулярной
биологии.

17.

18.

19.

Характеристика вирусов
Вопрос о происхождении вирусов
до конца не выяснен. Вирусы
представляют собой автономные
генетические структуры, но они не
способны развиваться вне клетки.
Вместе с тем, нуклеотидный состав
нуклеиновых кислот и генетический
код вирусов и клеточных
организмов одинаков. Поэтому
можно предположить, что вирусы
возникли позже возникновения
клеточной организации.
Вероятно, вирусы можно
рассматривать как группу генов,
вышедших из-под контроля
генома клетки. Или вирусы
возникли в результате
деградации клеточных
организмов.

20.

Характеристика вирусов
Капсид выполняет, прежде всего, защитную функцию. Кроме того,
обеспечивает осаждение вируса на поверхности клеточных мембран
(содержит рецепторы, комплементарные рецепторам мембран клеток).

21.

Характеристика вирусов
Суперкапсид характерен для сложноорганизованных вирусов (вирусы
ВИЧ, гриппа, герпеса). Возникает во время выхода вируса из клеткихозяина. Он представляет собой модифицированный участок ядерной
или наружной цитоплазматической мембраны клетки-хозяина.

22.

23.

Репродукция вирусов
Только внедряясь в клетку-хозяина вирус может воспроизводить себе
подобных, он подавляет процессы транскрипции и трансляции веществ,
необходимых самой клетке, и "заставляет" ее ферментные системы
осуществлять репликацию своей нуклеиновой кислоты и биосинтез
белков вирусных оболочек. После сборки вирусных частиц клетка либо
погибает, либо продолжает существовать и производить новые
поколения вирусных частиц.

24.

Сходство
с
живыми
организмами
1.способность
воспроизводить
себе
подобные
формы
(размножаться)
2.обладают
наследственност
ью
3. изменчивость
4.
приспосабливаю
тся
к
изменяющимся
условиям среды
Отличия от живых Специфические
черты,
организмов
характерные
только
для
вирусов
1.не
проявляют 1.очень маленькие размеры
свойства живого
2.простое
строение
–
2.не
потребляют нуклеиновая кислота (ДНК
пищи
или
РНК)
заключенная
в
3.
не белковую оболочку – капсид
вырабатывают
3.занимают
пограничное
энергию
положение между живой и
4. не растут
неживой материей
5.
нет
обмена 4.высокая
скорость
веществ
размножения
6.имеют
форму 5.наследственная
кристаллов,
не информация находится в ДНК
имеют клеточного или РНК
строения, т.е. нет 6.вирусы
–
обязательные
цитоплазматическо паразиты, вне клетки хозяина
й
мембраны
и существуют в виде вирусной
цитоплазмы
с частицы или вириона
органоидами

25.

Репродукция вирусов
Цикл репродукции вируса складывается из нескольких стадий:
1. Осаждение вируса на поверхность мембраны клетки. Возможно в том
случае, если рецепторы клеточных мембран и капсида вируса
комплементарны.

26.

Репродукция вирусов
2. Проникновение вируса в клетку. Многие вирусы проникают в клетку
путем эндоцитоза. Происходит слияние мембраны вируса и наружной
цитоплазматической мембраны, и вирус оказывается в цитоплазме клетки.
Ферменты лизосом разрушают капсид вируса, и его нуклеиновая кислота
освобождается.

27.

Репродукция вирусов
3. Разрушение вирусных оболочек. 4. Синтез на РНК ДНК.
5. Встраивание вирусной ДНК в ДНК клетки. Происходит подавление
функционирования генетического аппарата клетки, прекращается
синтез белков и нуклеиновых кислот клетки, белок-синтезирующий
аппарат клетки переводится под контроль генома вируса.

28.

Репродукция вирусов
6. Репликация нуклеиновой кислоты вируса.
7. Синтез белков капсида. Биосинтез белков капсида вируса начинается
позже репликации, причем используется белоксинтезирующий аппарат
клетки-хозяина.

29.

Репродукция вирусов
8. Сборка вирионов. Сборка вирусных частиц начинается после того, как
количество компонентов вируса в клетке достигает определенного
предела.
9. Выход вирусов из клетки. Сложноорганизованные вирусы выходят из
клетки путем почкования, при этом они приобретают суперкапсид.

30.

31.

Стадии репродукции ДНК-содержащих вирусов на
примере бактериофагов
Выход
вирусов из
клетки
Репликация
Синтез
вирусных
нуклеиновых
белков
кислот вируса
Встраивание
вирусной ДНК в
хромосомную
ДНК клеткихозяина
Проникновение
Осаждение
вирусана– введение
поверхности
вирусной ДНК в
Самосборка бактериальной
клетки
клетку-хозяина
вирусов

32.

Подведем итоги:
1
13
12
9
2
11
8
10
7
5
3
6
4

33.

ЗНАЧЕНИЕ ВИРУСОВ
Вирусы хотя очень малы, их невозможно увидеть, являются объектом
изучения наук:
Для медика вирусы - наиболее частые возбудители инфекционных
болезней: гриппа, кори, оспы, тропических лихорадок.
Для патолога вирусы - этиологические агенты (причина) рака и
лейкозов, наиболее частых и опасных патологических процессов.
Для ветеринарного работника вирусы - виновники эпизоотий
(массовых заболеваний) ящура, птичьей чумы, инфекционной анемии и
других болезней, поражающих сельскохозяйственных животных.
Для агронома вирусы - возбудители пятнистой полосатости пшеницы,
табачной мозаики, желтой карликовости картофеля и других болезней
сельскохозяйственных растений.
Для цветовода вирусы - факторы, вызывающие появление
изумительных расцветок тюльпанов.

34.

Для медицинского микробиолога вирусы - агенты, вызывающие
появление токсических (ядовитых) разновидностей дифтерийных
или других бактерий, или факторы, способствующие развитию
бактерий, устойчивых к антибиотикам.
Для промышленного микробиолога вирусы - вредители
бактерий, продуцентов, антибиотиков и ферментов.
Для паразитолога вирусы - наиболее чистые и наиболее опасные
паразиты всего живого мира: от бактерий до цветкового растения,
от инфузории до человека.
Для генетика вирусы - переносчики генетической информации.
Для дарвиниста вирусы - важные факторы эволюции органического
мира.
Для эколога вирусы - факторы, участвующие в формировании
сопряженных систем органич. мира.
Для биолога вирусы - наиболее простые формы жизни,
обладающие всеми основными её проявлениями.
Для философа вирусы - ярчайшая иллюстрация диалектики
природы, пробный камень для шлифовки таких понятий, как живое
и неживое, часть и целое, форма и функция.

35.

Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ)
Вирус иммунодефицита человека
внедряется в чувствительные
клетки. Основные клетки-мишени
— CD4-лимфоциты (хелперы), так
как на их поверхности есть белки
СD-4 – рецепторы, способные
связываться с поверхностным
белком ВИЧ.
В меньшем числе они содержатся
на мембранах макрофагов, еще в
меньшем — на мембранах
В-лимфоцитов. Кроме того, ВИЧ
поражает нервные клетки, клетки
кишечника.
Средняя продолжительность жизни
инфицированного человека
составляет 7-10 лет.

36.

Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ)
Строение. Возбудитель СПИДа (ВИЧ) — относится к ретровирусам.
Диаметр 100-150 нм. Наружная оболочка вируса состоит из мембраны,
образованной из клеточной мембраны клетки-хозяина.
В мембрану встроены рецепторные образования, по виду
напоминающие грибы. Рецепторы на белок СD-4.

37.

Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ)
Под наружной оболочкой белковый вироскелет, в центре – сердцевина
вируса, в форме усеченного конуса и образована особым белком.
Внутри сердцевины располагаются две молекулы вирусной РНК,
связанные с низкомолекулярными белками основного характера.

38.

Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ)
Каждая молекула РНК содержит 9 генов ВИЧ. Три из них являются
структурными, три — регуляторными и три — дополнительными. Кроме
того, сердцевина содержит фермент обратную транскриптазу,
осуществляющую синтез вирусной ДНК с молекулы вирусной РНК.

39.

Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ)
Заражение:
половые контакты; переливание крови; пересадка органов;
загрязненные медицинские инструменты; во время беременности;
при родах; материнским молоком.

40.

41.

42.

43.

Вирус гриппа. Внешняя оболочка вириона
имеет толщину 100 — 150 А, на ней выделяются
ворсинки или шипики длиной 80 — 100А.
Структурным материалом ворсинок
гемагглютинин или нейраминидаза. Один вирион
содержит 500—600 молекул гемагглютинина и
100 — 120 молекул нейраминидазы Частицы
гемагглютинина могут образовывать полимеры
из пяти субъединиц в виде звездочек, Частицы
нейраминидазы грибовидной формы состоят из
ножки длиной до 100 А и шляпки размером 50 —
85 А.

44.

45.

Значение вирусов
Вирусы способны поражать большинство существующих живых
организмов, вызывая различные заболевания.
К числу вирусных заболеваний человека относятся, например, грипп,
герпес, клещевой энцефалит, оспа, бешенство, корь, желтая лихорадка,
инфекционный насморк и т.д.
У животных – ящур, коровья оспа, бешенство и др.
У растений – МБТ (мозаичная болезнь табака), вирусы могут определять
пятнистость окраски цветков (например, у тюльпана), изменения окраски
листьев у многих растений.

46.

Какие стадии развития ВИЧ отмечены на рисунке?

47.

Герпес-вирус
Вирус-ВИЧ
Вирус птичьего гриппа