МИКРОБИОЛОГИЯ 1-90. 1. Відмінності вірусів від інших мікроорганізмів Віруси мають такі відмінності
 Скачать 253.74 Kb.
|
|
1. Відмінності вірусів від інших мікроорганізмів Віруси мають такі відмінності: Віруси - облігатні внутрішньоклітинні паразити, але їх паразитизм не має нічого спільного з паразитизмом других живих істот - вони (віруси) паразити на генетичному рівні. 1) Досить маленькі розміри, які дозволяють їм вільно проходити через бактеріальні фільтри (звідси назва - фільтрівний вірус). Розміри їх від 20-300 нм. 2) Абсолютний внутрішньоклітинний паразитизм. Вони не можуть принципово розмножуватись на штучних поживних середовищах. 3) Мають нуклеїнову к-ту тільки одного типу - ДНК чи РНК. 4) Віруси не мають клітинної будови. На відміну від всіх живих організмів віруси позбавлені самооновлення на основі процесів асиміляції- дисиміляції. Вони нічим не живляться, не дихають, нічого не виділяють та не рухаються. Вони здатні розмножуватись тільки в живих клітинах, використовуючи матеріал та ферментні системи живої клітини. 2. Історія вірусології. Відкриття вірусів зв'язане з ім'ям російського вченого-ботаніка Дмитра Йосиповича Івановського (1864—1920).Він установив, що за двома формами мозаїчної хвороби тютюну приховуються два різних захворювання. Збудником одного з них (рябухи) виявився грибок, збудник іншого залишався невідомим. Учений знайшов у клітинах ураженої рослини кристали, що виявилися скупченнями вірусу мозаїчної хвороби тютюну. Вони одержали назву «кристалів Івановського». Цим було відкинуте представлення про ендогенне виникнення збудника мозаїки тютюну. Результати його дослідження опубліковані в роботах «Про дві хвороби тютюну» (1892) і «Мозаїчна хвороба тютюну» (1902). Німецький учений Леффлер установив вірусну природу ящуру. Потім було відкриття збудників чуми великої рогатої худоби (Ніколь і Адиль-Бей, 1902), чуми собак (Карре, 1905), чуми свиней (Швейнітц і Дорсе, 1903), саркоми Рауса (Раус, 1911), віспи овець (Боррель, 1903), віспи кіз (Боррель, Негрі, 1902) і ін. З'являлися численні повідомлення про вірусну природу збудників кору, поліомієліту, грипу, енцефаліту і т.д. У цьому потоці новин про віруси були і періоди затишку, які продовжувалися доти, поки не з'явилися нові методи їх виділення, культивування й ідентифікації. У 1940-і роки черговим поштовхом послужив метод культивування вірусів на курячих ембріонах. Цей метод дозволив відкрити і культивувати віруси кору, грипу, інфекційного ларинготрахеїту птахів, інфекційного бронхіту, віспи птахів, ньюкаслской хвороби й ін. Стрімливий розвиток вірусології нерозривно пов’язаний з впровадженням новітніх методів і техніки вірусологічних досліджень і в першу чергу - методів виділення і культивування вірусів у лабораторних умовах. 3 . Природа і походження вірусів Сучасні уявлення про віруси складалися поступово. У 1892р. Д.І. Іванівський звернув увагу на широко поширену хворобу тютюну, при якій листи покриваються розсипом плям (мозаїчна хвороба).. Незабаром після відкриття вірусу тютюнової мозаїки була доведена вірусна природа ящуру, а ще через кілька років були відкриті бактеріофаги. Таким чином, були відкриті три основні групи вірусів, що вражають рослини, тварин та бактерій. Вже до кінця 20-х - початку 30-х років стало ясно, що віруси є живою матерією, і приблизно тоді ж за ними закріпилися найменування фильтрующихся вірусів, або ультравірусов. В кінці 30-х - початку 40-х років вивчення вірусів просунулося настільки, що сумніви в живій природі їх відпали, і було сформульовано положення про віруси яка організмах. Підставою для визнання вірусів організмами з'явилися отримані при їх вивченні факти, що свідчили, що віруси, як і інші організми (тварини, рослини, найпростіші, гриби, бактерії), здатні розмножуватися, володіють спадкоємністю і мінливістю, пристосовуваністю до мінливих умов середовища їх проживання і, нарешті, схильністю біологічної еволюції, забезпечувана природним або штучним відбором. Це є, перш за все, взаємодією двох геномів - вірусного та клітинного. З цього приводу було висунуто три основні гіпотези. віруси є нащадками бактерій або інших одноклітинних організмів, що зазнали дегенеративних еволюцію. віруси є нащадками древніх, доклітинних, форм життя, які перейшли до паразитичного способу існування. віруси є дериватами клітинних генетичних структур, які стали відносно автономними, але зберіг залежність від кліток. Третя гіпотеза 20-30 років здавалася малоймовірною і навіть отримала іронічну назву гіпотези оскаженілих генів. Однак накопичені факти дають все нові й нові аргументи на користь цієї гіпотези. Поряд з цим накопичилася значна кількість фактів, що свідчать про існування в природі в широких масштабах обміну готовими блоками генетичної інформації, в тому числі у представників різних, еволюційно далеких вірусів 4. Одиниці вимірювання маси і довжини вірусів Віруси — облігатні внутрішньоклітинні паразити тварин, рослин, комах, бактерій, грибів, найпростіших і інших живих істот. Це неклітинні форми життя, що володіють власним геномом і здатні до відтворення лише в клітинах більш високоорганізованих істот. Вони мають дві форми життя: позаклітинну, чи спочиваючу, і внутрішньоклітинну, що розмножується (репродукується), чи вегетативну. Одиниця маси. Маса віріонів і їх компонентів — нуклеїнових кислот, білків, ліпідів, вуглеводів — виміряється в дальтонах (Д). Для зручності використовуються похідні від дальтону одиниці — кілодальтон (КД), мегадальтон (МД), мілідальтон (мД): 1 Д = 1,67 10-24 г; 1 КД =1000 Д; МД=1000 КД = 106 Д, 1 мД = 10 -3 Д. Молекулярна маса (ММ) нуклеїнових кислот більшості вірусів, що мають односпіральну РНК, лежить у межах 2—4 МД, у вірусів, що мають двоспіральну РНК, вона досягає 15 МД. Мол. маса нуклеїнових кислот ДНКмістких вірусів коливається в більш широких від 1,5—2 МД у парвовірусів до 160—180 МД у поксвірусів. Одиниця довжини. Віруси через невеликий розмір їх звичайно вимірювали в мілімікронах (ммк), але прийнята Міжнародна система одиниць (СІ) запровадила альтернативні методи виміру. По цій системі мікрон тепер називається мікрометром (мкм), мілімікрон — нанометром (нм). Деякі вчені для виміру дуже маленьких структур, таких, як капсомери вірусу, використовують як одиницю виміру ангстрем (А, чи АІ). Відносини між цими одиницями довжини наступні: 1 мкм = 10 -6 м; 1 нм = 10 -9 м; 1 мм = 1000 мікрометрам (мкм); 1 мкм = 1000 нанометрам (нм); 1 н = ангстремам (А, чи АІ). 5. Структура вірусів. Типи симетрії вірусів Окрема вірусна частинка одержала назву віріон. Він складається з однієї молекули нуклеїнової кислоти (ДНК або РНК) та білкового футляра, що її оточує, – капсида. Разом вони формують нуклеокапсид. Капсиди утворені з білкових субодиниць (поліпептидів), які називаються капсомерами. Віруси з таким типом будови називають простими.. Проте більшість вірусів має ще одну оболонку – суперкапсидну, яка містить ліпіди. Вона пронизана вірусспецифічними білками-глікопротеїдами, які на поверхні оболонки утворюють особливі стуктури, що називаються шипами. Такі віруси називають складними або оболонковими. Структурною одиницею суперкапсидної оболонки є пепломер. До них належать віруси сказу, герпесу, грипу, енцефалітів, імунодефіциту людини та ін. Форма вірусів може бути найрізноманітнішою: паличкоподібна (віруси мозаїчної хвороби тютюну), кулеподібна (віруси сказу), сферична (віруси грипу, папіломи), кубоїдальна (віруси натуральної віспи), головчаста або сперматозоїдна (бактеріофаги), ниткоподібна (віруси ебола, віруси бактерій Віріони характеризуються поняттям симетрії. Тип симетрії залежить від способу укладки нуклеїнової кислоти і, відповідно, розташування капсомерів навколо неї. Виділяють ізометричний (або кубічний), спіральний та змішаний типи симетрії. Кубічний тип характеризується тим, що капсомери утворюють багатогранник (найчастіше ікосаедр – 20-гранник).. 6. БІОФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ВІРУСІВ Біофізичні властивості вірусів характеризуються багатьма показниками, основними з яких є коефіцієнт седиментації (S) і плавуча густина (р). Дані показники стосуються не тільки цілих віріонів, а й окремих субвірусних компонентів. Седиментаційні властивості вірусів вимірюють за допомогою ультрацентрифугування в аналітичних і препаративних центрифугах. Коефіцієнт седиментації виражають у одиницях Сведберга в переведенні на стандартніумови (за температури +20 °С у воді) і позначають як S20w. Коефіцієнт седиментації залежить відбагатьох факторів: розміру, маси і форми віріонів, їхньої плавучої густини. Для визначенняплавучої густини вірусі ввикористовують рівно-вагове центрифугування в градієнті густини цезію хлориду чи сахарози. Плавуча густиназалежить передусім від хімічного складу вірусів. Вона зростає із збільшенням вмісту нуклеїнових кислот і зменшується при підвищенні вмісту білків і ліпідів. Плавуча густина виражається у г/см3 Різні групи вірусів мають неоднакову стійкість у зовнішнім середовищі. Найменш стійкі віруси, що мають ліпопротеїдні оболонки, найбільш стійкі ізометричні віруси. 7. Стійкість вірусів в навколишньому середовищі Чутливість вірусів до ультрафіолетового і рентгенівського опромінення залежить переважно від розмірів їх генома. Тому, наприклад, вірус вісповакцини інактивується при рентгенівському опроміненні в дозі близько 5-104 рад, у той час як для інактивації дрібного вірусу папіломи потрібно доза 4-105 рад. Чутливість вірусів до формальдегіду й інших хімічних речовин, які інактивують генетичний матеріал, залежить від багатьох умов, серед яких варто назвати щільність упакування нуклеїнової кислоти в білковий футляр, розміри генома, наявність чи відсутність зовнішніх оболонок і т. п. Віруси, що мають ліпопротеїдні оболонки, чуттєві до ефіру, хлороформу і детергентам, у той час як просто улаштовані ізометричні і палочковидні віруси стійкі до їх дії. Нарешті, важливою особливістю вірусів є чутливість до рН. Є віруси, стійкі до кислих значень рН (2,2-3,0), наприклад віруси, що викликають кишкові інфекції і проникають в організ маліментарним шляхом. Однак більшість вірусів інактивуються при кислих і лужнихзначеннях рН. 8. Загальне представлення про репродукцію вірусів Процес репродукції вірусів умовно можна поділити на дві фази. Перша фаза охоплює події які ведуть до адсорбції і проникнення вірусу в клітину, звільнення його внутрішнього компоненту і модифікація його так, що він може викликати інфекцію. Відповідно перша фаза включає три стадії: Адсорбція (прикріплення вірусних частин до поверхні клітини). Цей процес можливий коли є відповідні рецептори на поверхні клітини і "розпізнавальні" субстанції на поверхні віруса. Проникнення в клітини.Є два шляхи проникнення віруса в клітину - шляхом ендоцитозу (в клітину поступають поживні речовини і регуляторні білки, гормони, ліпопротеїди) і шляхом злиття вірусної і клітинної мембран. Рецепторний ендоцитоз відбувається в спеціальних ділянках плазматичної мембрани, де є спеціальні ямки покриті зі сторони цитоплазми особливим білком. Роздягання віруса в клітині. Вірусні частинки, які проникли в клітину повинні "роздягнутися" для того, щоб викликати інфекційний процес. Сенс роздягання полягає у видаленні вірусних захисних оболонок, які перешкоджають експресії вірусного генома. У результаті роздягання звільняється внутрішній компонент віруса, який здатний викликати інфекційний процес. Роздягання супроводжується низкою характерних особливостей: в результаті розпаду вірусної частинки зникає інфекційна активність, у деяких випадках з'являється чутливість до нуклеаз, втрачається фоточутливість при використанні ряду препаратів. Кінцевими продуктами роздягання є серцевини, нуклеокапсиди або нуклеїнові кислоти. Друга фаза включає: Транскрипція - це переписування ДНК на РНК за законами генетичного коду. Це означає, що РНК складається з нуклеотидних послідовностей, комплементарних ДНК Трансляцією називається процес перекладу генетичної інформації, що міститься в іРНК, на специфічну послідовність амінокислот. Реплікацією називається синтез молекул нуклеїнової кислоти, гомологічних геному. У клітині відбувається реплікація ДНК, в результаті якої утворюються дочірні дволанцюгові ДНК. Збір вірусних компонентів. Заключною стадією репродукції вірусів є вихід віруса з клітини. 9. Типи взаємодії вірусу з клітиною Є два основних типи взаємодії вірусу і клітини. При першому типі вірусний геном функціонує в зараженій клітині більш-менш автономно. Репродукція його відбувається незалежно від репродукції клітинного геному. Віруси, автономно розмножуються в клітині, відносяться до групи вірулентних. При такомухарактері взаємодії вірусу і клітини утворюється нове покоління віріонів. У цьому випадку говорять про продуктивному взаємодії. Коли ж цикл репродукції переривається на який-небудь проміжної стадії та інфекційного вірусного потомства не утворюється, така взаємодія вірусу і клітини називають абортивним. У тих випадках, коли симбіоз клітинного та вірусного геномів виявляється короткочасним і після утворення нового покоління вірусних частинок заражена клітина (клітина-господар) гине, таку реакцію на вірусну інфекцію називають літичної. Явище, коли клітка, в якій автономно розмножується вірус, довгостроково зберігає свою життєздатність, отримало назву латенцію. Другий тип взаємодії вірусу і клітини властивий пухлинним вірусам, нуклеїнова кислота яких здатна вбудовуватися (інтегруватися) тим чи іншим чином в клітинну хромосому у формі провірусу, викликаючи трансформацію клітин. Межі між вірусами з автономною реплікацією геномів і інтеграційними вірусами досить умовні, і один і той же вірус в залежності від виду клітин може вести себе або як інфекційний, або як інтеграційний геном. Результатом такої взаємодії вірусу і клітини є зміна спадкових властивостей клітини. Цей тип взаємодії вірусу і клітини називають вірогеніей, подібно лизогении при взаємодії фагів з бактеріями. Віруси, здатні викликати вірогенію, відносять до групи поміркованих. 10 . Класифікація вірусів В основу сучасної класифікації покладені основні критерії: . Тип нуклеїнової кислоти (ДНК і РНК), її структура (кількість ланцюгів). . Наявність ліпопротеїдної оболонки. . Розмір і морфологія віріону, тип симетрії, число капсомерів. . Патогенність. . Географічне розповсюдження. . Спосіб передачі. На основі цих критерій віруси діляться на родини, підродини, роди і типи. Сучасна класифікація вірусів людей і тварин охоплює більше 4/5 всіх відомих вірусів які включені в 19 родин, з них 7 - ДНК-вмісні і 12 - РНК-вмісні віруси. Деякі з цих родин включають також віруси безхребетних і віруси рослин. До вірусів виключно хребетних відносяться віруси герпесу, аденовіруси, паповавіруси, параміксовіруси, ортоміксовіруси. Окремі віруси можуть розмножуватися як в хребетних так і в безхребетних хазяїнів (кліщі, комарі, москіти). До таких родин відносять буньявіруси, тоговіруси, роди Vesiculovirus і Lyssavirus, родину рабдовірусів, рід Оrbivirus, сімейства реовірусів, вірус африканської пропасниці свиней, сімейство ірвідовірусів. Такі віруси складають екологічну групу арбовірусів, тобто віруси хребетних які переносяться членистоногими. 11. Структура і функції вірусного генома Вірусам, як і більш досконалим організмам, притаманні спадковість і мінливість. Дослідженням саме цих властивостей займається генетика вірусів. Зміст і специфіка цієї наукової дисципліни визначається біологічними особливостями вірусів, з яких найважливішими є відносна простота організації, надзвичайна різноманітність генетичного матеріалу і популяційна структура. У вірусів існує рівень організації, який знаходиться вище рівня організації індивідуальної вірусної частки (віріону). Вірус розмножується в організмі господаря. Генетичний апарат вірусів представлений як ДНК, так і РНК, які бувають одно - і дволанцюгові, лінійні фрагментовані і кільцеві, плюс - нитчасті і мінус - нитчасті. Найдосконалішим генетичним матеріалом у вірусів є дволанцюгова ДНК. Подвійний запис генетичного коду забезпечує глибокий консерватизм спадковості і створює передумови для збереження основних видових властивостей. Крім того, ланцюги ДНК характеризуються високою міцністю і утворюють відносно крупні молекули, які вміщають більше генетичної інформації в порівнянні з РНК. Ген у вірусів - це одиниця структурної і функціональної спадковості, яка представляє собою ділянку ДНК або РНК, що кодує як правило, один білок. Сукупність всіх генів вірусу називається геномом.Кількість генів у ДНК - вмістних вірусів коливається від 3 до 160, а у РНК - вмістних - від 5 до 15. У вірусів з фрагментованим геном кожний фрагмент представляє собою один ген. Сукупність генетичних ознак ( або генетичної інформації) вірусу називається генотипом. Він визначається структурою спадкового матеріалу - ДНК або РНК, тобто послідовністю нуклеотидів в молекулі нуклеїнової кислоти. Генотип є постійною властивістю вірусу, проте, він може змінюватися внаслідок мутацій, що відбуваються в геномі. Сукупність генетичних ознак вірусу, які проявляються в конкретних умовах навколишнього середовища, називається фенотипом. 12. Спадковість та мінливість мікроорганізмів. Спадковість - це властивість організмів забезпечувати матеріальну і функціональну наступність між поколіннями, а також обумовлювати специфічний характер індивідуального розвитку. Мінливість - властивість, протилежна спадковості. Мінливість буває двох форм: не спадкова і спадкова.Мінливість вірусів може бути обумовлена мутацією генів, сполученням їх при рекомбінації і різному прояві ознак, що залежать від зовнішніх умов (модифікаційна мінливість). Віруси змінюють свої властивості як у природних умовах розмноження, так і в експерименті. В основі спадкоємної зміни властивостей вірусів можуть лежати два процеси: 1) мутація, тобто зміна послідовності нуклеотидів у визначеній ділянці генома вірусу, що веде до фенотипічної вираженої зміни окремої властивості, і 2) рекомбінація, тобто обмін генетичним матеріалом між двома близькими вірусами, але вірусами що відрізняються між собою по спадкоємних властивостях. Мутація — мінливість, зв'язана зі зміною самих генів. Вона може мати переривчастий, стрибкоподібний характер і призводить до стійких змін спадкоємних властивостей вірусів. Усі мутації вірусів поділяються на дві групи: спонтанні й індуковані; по протяжності їх поділяють на крапкові й абераційні (зміни, що торкаються значної ділянки генома). Крапкові мутації обумовлені заміною одного нуклеотиду (для РНК-вмістимих вірусів) чи однієї пари комплементарних нуклеотидів (для ДНК-вмістимих вірусів). |