Вирусы. Лекция 9

1. Вирусы

2.

3.

4.

5. Вирусы

Вирусы – инфекционные
неклеточной структурой.
агенты
с
простой,
Первыми вирусными эпидемиями, описанными в истории, возможно
являются эпидемии кори и ветрянки в Римской Империи в 165-180 гг. и 251266 гг. В Новом Свете ветрянка занесенная европейцами истребила до трети
Астеков в 1520г.
Миссионеры и исследователи в 16-17 веках
распространили
инфекционные заболевания в Южной и Северной Америке, уничтожение
коренного населения проложило дорогу освоению континента.

6. История вирусологии

• В начале 18в. в Англии стало известно о процедурах
вариоляции
(ранней
практики
оспопрививания)
принятых в Османской Империи.
• Позже Эдуард Дженнер разработал метод вакцинации,
его внимание привлекло популярное среди населения
мнение о том, что люди, переболевшие оспой коров, не
заболевают натуральной оспой.
• До 19 в. термин «Вирус» использовался для
обозначения всех патогенов.
• В 1884г. коллега Пастера и изобретатель автоклава
Чарльз Чемберлен создал фарфоровые фильтры,
задерживающие бактериальный клетки.

7. История вирусологии

В 1892г. Дмитрий Ивановский опубликовал работу о
существовании инфекционных агентах, меньших
размеров нежели бактерии (вирус табачной мозаики).
В 1900г. Уолтер Рид установил
причину желтой лихорадки на
Кубе – вирус переносимый
москитами.
В 1915г. Фредерик Творт
обнаружил бактериальные вирусы.
Феликс д’Эреллле описал лизис
бактерий,
вызывающих
дизентерию и назвал вирусы –
бактериофагами.

8. Общие свойства вирусов

• Вирусная частица – вирион, содержит одну или
несколько молекул ДНК или РНК и покрыта белковой
оболочкой (внеклеточная форма).
• Внутриклеточная
форма
–
реплицирующаяся
нуклеиновая кислота.

9. Строение вирусов

• Размер вирусных частиц 10-400 нм в диаметре.
• Все
вирионы
имеют
нуклеокапсидное
ядро
(нуклеиновая кислота), снаружи – белковый капсид.
• Спиралевидные капсиды образуют полую трубку
(ВТМ) длиной 300 нм и диаметром 15-18нм.
• Наименьшие вирусы немного больше рибосом, наибольшие
(поксвирусы) сравнимы по размерам с небольшими бактериями и видимы в
световой микроскоп.

10.

11.

Структура вируса
табачной мозаики:
Микрофотография
капсида (х 400 000);
Модель ВТМ.

12.

Вирус гриппа – оболочечный со спиральным капсидом.
1.
2.
Вирус имеет сегментированный геном из 7 или 8 молекул РНК, каждая
покрыта капсидными белками.
Вирусы – плеоморфны, электронная микрофотография (350,000).

13. Строение вирусов

• Икосаэдрические капсиды – наиболее рациональное
использование объема.
• Лишь несколько генов необходимо для кодирования
капсидных
субъединиц,
самоорганизующихся
в
капсидную структуру.

14.

Икосаэдрические
капсиды .
(a) Парвовирус
собак, 12
капсомеров,
б) Модель
полиомавируса (72
капсомера,
вызывает редкое
димиелинизирую
щее заболевание
ЦНС)
в) Аденовирус
(х171 000)
г) Модель
аденовируса.

15.

Структура икосаэдрического
протомеров).
капсида
(один
тип

16.

17. Строение вирусов

Вирусы со сложной структурой – поксвирусы и
бактериофаги. Один из самых больших – вирус коровьей
оспы (на рисунке). Некоторые бактериофаги имеют
икосаэдрическую головку и спиральный хвост.

18. Бактериофаги

19. Оболочечные вирусы

• Многие вирусы животных имеют оболочку – фрагмент
мембраны клетки хозяина либо из пептидов, кодируемых
геномом вируса.
• Ферменты на поверхности вируса: Нейраминидаза на
поверхности вируса гриппа (служит для выхода зрелых
вирусных частиц из клетки-хозяина), гемагглютинины,
прикрепляющие вирусы к эритроцитам.
• Внутри капсида возможны вирусные ферменты (вирус
гриппа несет РНК-зависимую РНК полимеразу).

20.

21.

22. Вирусный геном

• В геноме вирусов встречается ДНК и РНК в одно- и
двухцепочечном виде.
• Наименьшие геномы составляют 4 000 нуклеотидов,
самые большие достигают 200 000 нуклеотидов и
кодирует до 100 белков.
• ДНК-вирусы могут быть линейными или кольцевыми,
некоторые могут переходить из одной формы в другую.

23. РНК-вирусы

• Если последовательность РНК идентична иРНК –
положительная последовательность РНК (может сразу
после попадания в клетку использоваться для синтеза
белка).
• Отрицательная РНК – комплементарна иРНК.
• Некоторые РНК-вирусы имеют сегментированные геномы, часто
фрагменты кодируют по одному белку, встречаются вирусы с
геномом распределенным по нескольким вирусным частицам.

24.

25. Типы вирусных геномов

Тип НК
Структура НК
Пример
ДНК
Одиночная Линейная
Двойная
Парвовирусы
Кольцевая
X174, M13, fd-фаги
Линейная
Вирус герпеса,
цитомегаловирус, вирус
Эпштейна-Барр, аденовирус,
некоторые фаги
Линейная с
Т5 колифаги
одиночными разрывами
Двойная с замкнутыми
концами
Вирус ветряной оспы
Кольцевая
Полиомавирус,
паппиломавирус

26.

Тип НК
Структура НК
Пример
РНК
Одиночная Линейная,
положительная
Пикорнавирусы (полио,
риновирусы), вирусы растений,
фаги
Линейная,
отрицательная
Рабдовирусы, паромиксовирусы
(корь)
Линейная,
сегментированная,
положительная
Вирус мозаики костра
Линейная,
Ретровирусы (вирус саркомы
диплоидная (2 копии), Рауса, ВИЧ)
положительная
Двойная
Линейная,
сегментированная,
отрицательная
Парамиксовирусы,
ортомиксовирусы (грипп)
Линейная,
сегментированная
Реовирусы, некоторые вирусы
насекомых и растений

27. Репродукция вирусов

28.

Бактериофаги на E. coli

29. Культивирование вирусов

30. Культивирование вирусов

Многие вирусы культивируются на клеточных
культурах.
Бактериальные
и
архейные
вирусы
воспроизводят, выращивая молодые колонии бактерий.

31. Выделение вирусов

32. Происхождение вирусов

• Наиболее сложные вирусы (поксвирусы, вирусы
герпеса) произошли от прокариотических паразитических
клеток. Упрощение этих клеток (ретроградная эволюция)
привело к возникновению вирусов.
• Однако вирусы радикально отличаются от прокариот и не
известны более сложные вирусы – промежуточные эволюционные
формы.

33. Происхождение вирусов

• Другая гипотеза – участки НК приобретшие
частичную обособленность от клетки в результате ряда
мутаций. НК ретровирусов и многие другие вирусы
схожи с плазмидами и транспозонами. Малые РНК
(вироиды) очень схожи с транспозонами.
• Возможно формирование вирусов шло по обоим
направлениям, поскольку различия между вирусами
также крайне велики.

34. Классификация вирусов

В 1971г. Международный комитет по таксономии
вирусов принял универсальную форму классификации
вирусов.
Принципы: тип НК, число нитей, положительные и
отрицательные РНК-вирусы, оболочка, симметрия
капсида, размеры вириона и капсида.

35.

36.

37. Вирусы бактерий и археев

• Вирусы бактерий – бактериофаги, вирусы археев
открыты недавно и изучены плохо.
• E. сoli может инфицироваться более чем 20
бактериофагами, фаги могут нарушать производственные
процессы, основанные на использовании бактерий.
• Фаги археев отличаются от бактериальных. Фаги
бактерий представлены всеми типами НК, вирусы археев
– только одноцепочечной ДНК.

38.

Вирусы бактерий
и археев

39. Рост вирусов археев вне клеток хозяина

40.

41.

42.

43. Синтез белка и НК

ДНК-вирусы используют обычные механизмы для
синтеза НК и белков.

44. Синтез белка и НК

Фаг контролирует экспрессию своих генов, регулируя
активность РНК полимеразы E. coli. Вирус использует
обычную РНК полимеразу хозяина, затем она
ингибируется.

45. Сборка вирусных частиц

Лизис Е. coli фагом Т4
приводит к образованию
около 150 фагов. 2 фермента
используются для выхода из
клетки-хозяина, один атакует
пептидогликановую стенку,
другой создает отверстие в
мембране.

46. РНК фаги

• Содержат положительные РНК цепи, синтезирует РНК
репликазу, которая синтезирует промежуточную молекулу
РНК +/- (репликативная форма).
• Обнаружено несколько дцРНК-фагов. Пример фаг ф6
(патоген растений), под капсидной оболочкой содержатся
3 фрагмента НК и РНК-зависимая РНК- полимераза.

47.

48. ДНК фаги

Известно много дцДНК и несколько оцДНК фагов.
Воспроизведение кольцевых оцДНК-фагов требует
синтеза двухцепочечной репликативной формы ДНК с
помощью полимеразы клетки. После сборки вирионов
происходит лизис клетки и выход вирионов.

49. Лизогенный и лизирующий циклы

• Бактериофаг λ, паразит E. сoli – один из фагов,
способных к литическому и лизогенному жизненному
циклу.
• В его ДНК есть регуляторный участок, содержащий
два промотора, направленных в разные стороны. Этот
участок очень мал, и поместиться на нём может только
одна молекула хозяйской РНК-полимеразы. Она пойдёт
либо в одном, либо в другом направлении, и продукт
первого же гена, который она прочитает, закрепит
сделанный выбор: альтернативный промотор будет
заблокирован, и вирусу придётся следовать выбранному
пути, до тех пор пока условия внешней среды не
заставят его пересмотреть своё решение.