Вирусология. Природа и структура вирусов. Классификация вирусов. Взаимодействие вируса с клеткой

1. ВОПРОСЫ МЕДИЦИНСКОЙ ВИРУСОЛОГИИ

2. ЛЕКЦИЯ 1

2
ЛЕКЦИЯ 1
ТЕМА:
ОБЩАЯ ВИРУСОЛОГИЯ.
ПРИРОДА И СТРУКТУРА ВИРУСОВ.
КЛАССИФИКАЦИЯ ВИРУСОВ.
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ВИРУСА С КЛЕТКОЙ.
ДНК-СОДЕРЖАЩИЕ ВИРУСЫ

3. Открытие вирусов.

В 1887-1892 гг. молодой русский ученый, ботаник, выпускник
С-Петербургского университета Дмитрий Ивановский
изучал в Малороссии, Бессарабии и Крыму поражения
растений табака, которые наносили урон сельскому
хозяйству юга России. В ходе исследований он пришел к
удивительным открытиям.
В 1892 г. 28-летний Д. Ивановский сделал доклад в Академии
наук и опубликовал классическую работу «О двух болезнях
табака». Он доказал, что одна из них «табачная пепелица»
вызывается грибком, а другая -«мозаичная болезнь» –
«ультрапаразитом», мельчайшим микроорганизмом,
проходящим через бактериальные фильтры и
неспособным к размножению на питательных средах.
В эпоху интенсивного развития микробиологии и всеобщего
признания «триады Коха» - это было смелое и поистине
революционное открытие, положившее начало
установлению нового царства в мире живого – царства
«Vira».
В 1898 году, через 6 лет к подобным результатам пришел
голландский ученый Мартин Бейеринк, признавший
приоритет Д. Ивановского. Именно Бейеринк впервые
употребил термин «вирус».
3

4.

4
Д.И. Ивановский (1864-1920)

5.

Место вирусов в биосфере
5
•Вирусы (царство Vira) – строгие внутриклеточные
паразиты на генетическом уровне, широко
распространенные среди царств животных, растений,
простейших, грибов, бактерий, архей.
•У вирусов нет обмена веществ, поступление энергии
происходит за счет обмена веществ клетки-хозяина.
•Несмотря на мелкий размер от 20 до 400 нм (1 мм=1000
мкм, 1 мкм=1000 нм), вирусы являются полноценными
организмами, обладая наследственностью и
изменчивостью.
•Генетический код для бактерий, грибов, простейших,
животных, растений и вирусов является
универсальным.

6.

Место вирусов в биосфере
6
•Являясь организмами, вирусы подчиняются всем
законам экологии, в частности, популяционной генетики.
•Каждый вирус занимает определенную экологическую
нишу и обладает узким (вирус полиомиелита) или
широким (вирусы гриппа, арбовирусы) кругом хозяев.
•Эволюция вирусов происходит чрезвычайно высокими
темпами, на порядки выше по сравнению с другими
организмами.
• На основании уникальных фундаментальных свойств
вирусы выделены в самостоятельное царство Vira,
отличающееся от других царств – животных (Animalia),
растений (Planta), простейших (Protista), бактерий
(Monera), грибов (Fungi).

7.

Cтруктура вирусов
7
•Вирусы – мельчайшие микробы, не имеющие
клеточного строения, белоксинтезирующей системы,
содержащие или ДНК, или РНК.
•Вирусная НК помещена в белковый футляр – капсид,
состоящий из морфологических субъединиц
капсомеров. Сформированная вирусная частица
называется вирионом.
•Капсид может иметь спиральный, кубический
(икосаэдрический) или сложный тип симметрии.
•Для вирионов характерна высокая упорядоченность в
укладке и организации его компонентов. В связи с эти
некоторые простые вирусы способны к формированию
кристаллов (ВТМ, вирус ящура).

8.

8
Спиральный тип симметрии.
Модель и электронномикроскопическая фотография вируса
табачной мозаики в поперечной и продольной ориентации.
Видны спираль РНК и цилиндрический капсид,
составленный из капсомеров.

9.

9
Кубический (икосаэдрический) тип симметрии.
В левом верхнем углу – модель икосаэдра, освященная двумя
источниками света. В центре – вирион радужного вируса,
ориентированный и оттененный так же, как модель икосаэдра.

10.

10
Cложный тип симметрии.
Вирион бактериального вируса Т2.

11.

11
Электронная микрофотография ромбического
кристалла вируса некроза табака; внизу для
сравнения показана модель орторомбического
кристалла.

12.

Cтруктура вирусов
Различают просто устроенные и сложно устроенные
вирусы.
Простые, или безоболочечные вирусы состоят из НК и
капсида. НК и капсид, взаимодействуя друг с другом,
образуют нуклеокапсид.
Схема строения вируса гепатита А
13

13.

Cтруктура вирусов
13
Сложные, или оболочечные вирусы снаружи капсида
окружены липопротеиновой оболочкой (суперкапсидом,
или пеплосом). Эта оболочка является производной
структурой от мембран вирусинфицированной клетки.
На оболочке вируса расположены гликопротеиновые
шипики (пепломеры).
Схема строения вируса герпеса

14.

Cтруктура вирусов
Сравнительные размеры вирусов
14

15.

Таксономия вирусов
15
В биосфере планеты насчитывается не менее 2 млн
видов. На предмет выявления вирусов изучено только
2,5%. По мере расширения исследований возможно
существенное увеличение числа вирусов по
сравнению с 1950 вирусами, приведенными в каталоге
МКТВ (2005).
Основа номенклатуры для таксономического
продразделения вирусов:
1) Царство (Regnum)
2) Отдел (Division)
3) Класс (Classis)
4) Порядок (Order)
5) Семейство (Family)
6) Род (Genus)
7) Вид (Species)
Пример: Семейство – Rhabdoviridae, Род – Lyssavirus, Вид – Rabies virus.

16.

Репродукция вирусов
16
При продуктивном типе взаимодействия вируса с клеткой репродукция вируса проходит
следующие стадии:
1) адсорбция вирионов на поверхности клетки;
2) проникновение вирионов в клетку;
3) «раздевание» и высвобождение вирусного генома (депротеинизация вируса);
4) синтез вирусных компонентов;
5) формирование новых вирионов;
6) выход вирионов из клетки.
Механизм репродукции отличается у вирусов, имеющих: 1) двунитевую ДНК, 2) однонитевую ДНК,
3) плюс-однонитевую РНК, 4) минус-однонитевую РНК, 5) двунитевую РНК, 6) идентичные
плюс-нитевые РНК (ретровирусы). Будут рассмотрены дальнейших лекциях.

17. Репродукция вирусов

1. Адсорбция
5. Полые нуклеоиды
2. Проникновение
6. Этапы формирования
17
3. Внутри клетки
4. Высвобождение генома
7. Новые вирионы
8. Выход из клетки

18.

18
РЕПРОДУКЦИЯ ДНК-СОДЕРЖАЩИХ ВИРУСОВ
(на примере вируса герпеса)
Репродукция:
• оболочка вириона сливается с клеточной
мембраной (1, 2);
• ДНК вируса доставляется в ядро клетки;
• транскрипция части вирусного генома с
помощью клеточной ДНК-зависимой РНКполимеразы;
• образовавшиеся иРНК (4) проникают в
цитоплазму, синтезируются ранние альфабелки (I);
• синтезируются ранние бета-белки (II) –
ферменты, участвующие в репликации
геномной ДНК вируса;
• поздние гамма-белки (III) являются
структурными белками, включая капсид и
гликопротеины (A, B, C, D, E, F, G, X);
• гликопротеины диффузно прилегают к ядерной оболочке (5);
• формирующийся капсид (6) заполняется вирусной ДНК и почкуется через
модифицированные мембраны ядерной оболочки (8);
• перемещаясь через аппарат Гольджи, вирионы транспортируются через цитоплазму и
выходят из клетки путем экзоцитоза (9) или лизиса клетки (10).

19. РЕПРОДУКЦИЯ РНК-СОДЕРЖАЩИХ ВИРУСОВ (на примере вируса полиомиелита РНК – плюс)

19
Геном вируса попадает в клетку (1).
Геном используется как иРНК для
синтеза белка (4, 5).
Один большой полипротеин (4)
транслируется с вирусного генома.
Полипротеин расщепляется на
индивидуальные белки, включая РНКзависимую полимеразу.
Полимераза синтезирует минус-нить-матрицу с поверхности плюс-нити и
реплицирует геном.
• Структурные белки собираются в капсид (6), в него включается геном,
образуя вирион.
• Вирионы освобождаются посредством лизиса клетки.

20. РЕПРОДУКЦИЯ РНК-СОДЕРЖАЩИХ ВИРУСОВ (на примере ротавируса, РНК – минус)

20
РЕПРОДУКЦИЯ РНК-СОДЕРЖАЩИХ ВИРУСОВ
(на примере ротавируса, РНК – минус)
• Проникновение: эндоцитоз (1), пенетрация
(2).
•Синтез плюс-нити (иРНК), используя матрицу
минус-нити.
• Плюс-нить РНК участвует в синтезе белков
вируса и является матрицей для синтеза
минус-нити РНК.
• Вирионы формируются в
эндоплазматическом ретикулуме.
• Выход при лизисе клетки.
Ротавирус

21. ДНК-геномные вирусы Поксвирусы (семейство Poxviridae)

ДНК-геномные вирусы
21
Поксвирусы (семейство Poxviridae)
Poxviridae от англ. «рox» – оспа.
Семейство содержит вирус натуральной оспы, вирус вакцины, вирус
оспы обезьян и др.
Структура.
• Вирионы поксвирусов имеют кирпичеобразную или овоидную форму
(230х400 нм).
• Состоят из оболочки, наружной мембраны и сердцевины (ДНК и
белки), расположенной между двумя боковыми телами.
• Геном – двунитевая линейная ДНК.
Вирионы поксвирусов – самые крупные
вирусы; видны в световом микроскопе при
специальных методах окраски в виде т.н. телец
Пашена (1906) в содержимом оспенных везикул.

22.

22
Вирус натуральной оспы

23.

Клинически значимые представители
семейства Poxviridae
Вирус натуральной оспы – возбудитель особо опасной
высоко контагиозной болезни – натуральной оспы (variola major),
сопровождающейся лихорадкой и обильной сыпью на коже и
слизистых оболочках.
Пути передачи – воздушно-капельный, воздушно-пылевой,
контактно-бытовой.
Различают несколько форм натуральной оспы:
1) тяжелую форму со 100% летальностью (пустуллезногеморрагическая, или черная оспа, сливная оспа);
2) среднетяжелую форму (рассеянная оспа);
3) легкую форму (модифицированная, вариолоид, оспа без сыпи,
оспа без повышения температуры).
23

24.

24
Начальный период болезни представляет картину инфекционного
токсикоза в виде болей в голове, мышцах, лихорадки, расстройства сна,
сознания, понижения артериального давления и т. п. Сильные боли в
пояснице связаны с поражением надпочечников, в которых на секции
обнаруживают значительные изменения в виде кровоизлияний, отечности
и некрозов.
Вторая волна лихорадки при оспе натуральной зависит от
нагноения и связанного с ним всасывания пирогенных веществ,
освобождающихся при разрушении клеток, а также часто от вторичной
инфекции. У умерших больных, как правило, наблюдается бактериемия.

25.

25
Вирус натуральной оспы (продолжение).
Микробиологическая диагностика.
• Работу проводят по правилам для особо опасных инфекций.
• Исследуют содержимое элементов сыпи, отделяемое носоглотки,
кровь, пораженные органы и ткани.
• Вирус выявляют методами ЭМ, МФА, по образованию телец
Гварниери.
• Выделяют вирус путем заражения куриных эмбрионов и
перевиваемых культур клеток человека. Серодиагностику проводят в
РТГА, РСК, РН.
Специфическая профилактика.
* Прочный иммунитет создает живая оспенная вакцина.
* Вакцину готовят из соскобов сыпи инфицированных телят или при
культивировании вируса вакцины (осповакцны) на куриных эмбрионах.
* В связи с глобальной ликвидацией оспы обязательная ранее
вакцинация отменена с 1980 года.

26.

Герпесвирусы (семейство Herpesviridae)
26
от греч. herpes – ползучий - семейство крупных оболочечных ДНКсодержащих вирусов
1. Вирус простого герпеса – ВПГ тип 1.
Оральный герпес, энцефалит.
герпесвирус человека ГВЧ-1.
2. Вирус простого герпеса – ВПГ тип 2.
герпесвирус человека ГВЧ-2.
Генитальный герпес,
Менингоэнцефалит
3. Вирус ветряной оспы – опоясывающего герпеса.
Ветряная оспа
герпесвирус человека ГВЧ-3.
Опоясывающий лишай
4. Вирус Эпштейна-Барр – ВЭБ
герпесвирус человека ГВЧ-4.
Лимфома Беркита
5. Цитомегаловирус – ЦМВ,
герпесвирус человека ГВЧ-5.
Цитомегалия, рак простаты
6. Герпесвирус человека тип 6 – ГВЧ-6
7. Герпесвирус человека тип 7 – ГВЧ-7
8. Герпесвирус человека тип 8 – ГВЧ-8
Саркома Капоши

27.

Герпесвирусы (семейство Herpesviridae)
(продолжение)
Структура:
• вирион имеет овальную форму,
диаметр – 150-200 нм;
• в центральной части – двунитевая
линейная ДНК, окруженная
икосаэдрическим капсидом;
• снаружи – оболочка с
гликопротеиновыми шипами из
внутреннего слоя ядерной мембраны
клетки;
• пространство между капсидом и оболочкой (тегумент) содержит
вирусные белки и ферменты, необходимые для инициации репликации;
• геном ВПГ кодирует около 80 белков, необходимых для репликации
вируса и взаимодействия вируса с клетками организма.
27

28.

28
Вирус герпеса. Адсорбция.

29.

Герпесвирусы (семейство Herpesviridae)
(продолжение)
Микробиологическая диагностика.
• Микроскопический метод: исследуют содержимое герпетических
везикул, слюну, соскобы с роговой оболочки глаз, кровь, сперму, мочу,
цереброспинальную жидкость. В мазках, окрашенных по
Романовскому-Гимзе, наблюдают синцитий – гигантские
многоядерные клетки с увеличенной цитоплазмой и
внутриклеточными включениями Каудри.
• Вирусологические методы: заражают культуру клеток HeLa, Hep-2,
человеческих эмбриональных фибробластов (ФЭЧ). Проводят
внутримозговое заражение куриных эмбрионов или сосунков белых
мышей, у которых развивается энцефалит.
• Серологические методы: РСК, МФА, ИФА, РН.
29

30.

Папилломавирусы
(семейство Papillomaviridae)
Описано около 200 папилломавирусов.
Слизистые и кожные типы.
Низкоонкогенные, вызывающие бородавки и высокоонкогенные.
Передаются контактным путем через микротравмы, половым путем.
Папилломавирусы человека (ПВЧ) чаще образуют доброкачественные
бородавки (папилломы).
ПВЧ-5 и ПВЧ-8 связывают с развитием рака кожи.
Высокоонкогенные ПВЧ-16, ПВЧ-18, ПВЧ-31 вызывают развитие рака
шейки матки.
Структура:
• вирион не имеет оболочки;
• капсид икосаэдрический 55 нм;
• 2 структурных белка;
• геном – двунитевая циркулярная ДНК;
• 8 ранних (Е1-Е8) генов и 2 поздних (L1, L2)
капсидных гена.
30

31.

31
Вирус папилломы Шоупа.

32.

Папилломавирусы
(семейство Papillomaviridae)
32
(продолжение)
Микробиологическая диагностика.
Вирусы содержатся в кератинизированных клетках папиллом,
однако не культивируются. Антитела образуются в низких
титрах. Для диагностики применяют методы гибридизации
ДНК и ПЦР.

33.

Гепаднавирусы
(семейство Hepadnaviridae)
Семейство оболочечных ДНК-содержащих вирусов.
Род Orthohepadnavirus содержит вирус гепатита В (HBV), который
инфицирует только человека и шимпанзе, поражая печень, в меньшей
степени почки и поджелудочную железу. Может вызывать
гепатокарциному. Парэнтеральный и половой пути передачи. Возможна
вертикальная передача.
Структура:
• вирион называется частицей Дейна, 42 нм;
• геном – двунитевая кольцевая ДНК из «-»нити и неполной «+»- нити;
•геном окружен антигенами HBc (core) и НBe;
• оболочка вириона содержит антиген HBs в
трех формах (L, M, S);
• антиген HBx связан с развитием рака
печени;
•неполные вирионы содержат HBsAg в виде
сферических и нитевидных структур.
33

34.

Гепаднавирусы
(семейство Hepadnaviridae) (продолжение)
34
Микробиологическая диагностика.
Серологический метод: в сыворотке, плазме крови с помощью ИФА
определяют поверхностный антиген (HBsAg свидетельствует об
инфицированности), антитела к HBeAg (маркер репродукции вируса).
HBcAg обнаруживают только в гепатоцитах.
Молекулярно-генетический метод: ДНК вируса определяют с помощью
ПЦР или МГ в крови и биоптатах печени.
Профилактика.
Специфическая профилактика осуществляется вакцинацией
рекомбинантной генно-инженерной вакциной, содержащей HBsAg
(субъединичная вакцина). Прививаются новорожденные от матерейносителей HBsAg и взрослые из групп риска.
Неспецифическая профилактика: исключение заражения при
парентеральных процедурах и половым путем.