Лекция 2 Репродукция вирусов. Репродукция вирусов
 Скачать 21.3 Kb.
|
|
Репродукция вирусов Репродукция вирусов, как облигатных паразитов происходит только внутри клетки хозяина. Механизм ее коренным образом отличается от размножения других живых существ. Основной принцип – копирование молекулы нуклеиновой кислоты и синтез вирусных белков согласно генетической информации. Особенности репродукции разных вирусов различны, но общими являются следующие факты: Источником строительного материала для синтеза нуклеиновых кислот вируса служат нуклеотиды клетки; Источником строительного материала для синтеза вирусных белков служат аминокислоты клетки; Синтез белков происходит на клеточных рибосомах; Источник энергии – АТФ, вырабатываемое митохондриями клетки; Синтез вирусных компонентов происходит дисъюнктивно (разобщенно во времени и пространстве); Репликацию нуклеиновой кислоты производят ферменты; Точность копирования молекул нуклеиновых кислот обеспечивается матричным механизмом и принципом комплиментарности. Процесс репродукции вирусов условно разделен на две фазы: 1 фаза – состоит из проникновения вирусов в клетку и освобождения его нуклеиновой кислоты, что и приводит к инфекции. Эта фаза включает три стадий (адсорбция вируса на поверхности чувствительной клетки, проникновение вируса в нее и депротеинизация (раздевание) вирусов в клетке). Они направлены на то, чтобы вирус был доставлен в нужные клеточные структуры и его внутренний компонент (нуклеиновая кислота) был освобожден от наружных оболочек. Когда цель достигнута, начинается 2 фаза репродукции. 2 фаза – при этом происходит реализация информации, заключенной в геноме вируса. Включает в себя пять стадий (транскрипция – переписывание информации с нуклеиновой кислоты вируса на информационную РНК клетки, трансляция – перевод информации с и-РНК на рибосомы клетки, репликация генома – синтез молекул нуклеиновой кислоты, гомологичных геном, сборка вирусных частиц и выход вируса из клетки). Адсорбция вирионов на поверхности клетки – первая и одна из главных стадий репродукции вируса. Начальный контакт вируса и клетки обычно происходит случайно. В основе адсорбции лежат 2 механизма :неспецифический (разнозаряженные группы молекул на поверхности клетки и вирусные частицы притягиваются друг к другу) и специфический (прикрепительные белки оболочки вируса и особые рецепторы поверхности клетки образуют связь). На скорость адсорбции влияют концентрация вирусов и клеток, температура, рН среды и др. факторы. Вторая стадия – проникновение вируса в клетку происходит несколькими вариантами : - путем рецепторного эндоцитоза (в специальных участках мембраны клетки образуются особые ямки, затем внутриклеточные вакуоли, куда и попадает вирус; - путем слияния вирусных и клеточных мембран (обычно происходит у оболочечных вирусов); - впыскиванием нуклеиновой кислоты вируса в клетку (совмещается с депротеинизацией, характерна для бактериофагов). Третья стадия – депротеинизация (раздевание вируса) необходима вирусу для того, чтобы освободиться от защитных оболочек. Именно так нуклеиновая кислота вируса может быть «прочитана» и генетическая информация реализована. При раздевании вирусная частица «распадается» и теряет инфекционную активность. Вначале появляется сердцевина вируса, затем нуклеокапсид и нуклеиновая кислота. Депротеинизация происходит с помощью особых (протеолитических) ферментов на специальных участках клетки. Поскольку вирусу необходимо увеличить количество белка и нуклеиновых кислот, то вначале происходит процесс транскрипции – переписывание информации на и-РНК клетки. Это осуществляется с помощью ферментов. Далее происходит трансляция – перевод генетической информации, содержащейся в и-РНК клетки, на специфическую последовательность аминокислот в белках. Процесс трансляции состоит из инициации (рибосома узнает и-РНК), элонгации (наращивание полипептидной цепи), терминации ( освобождение конца и-РНК). Далее гигантская полипептидная цепь может «нарезаться» на зрелые функциональные белки и проходить посттрансляционную модификацию. Стадия репликации заключается в синтезе молекул нуклеиновой кислоты, гомологичных геному вируса. Строительным материалом для этого являются нуклеиновые основания клетки, а катализатором ферменты полимеразы. 4 стадия второй фазы репродукции заключается в самосборке вирионов из белка и нуклеиновых кислот. Часто многие элементы клетки также включаются в вирион. Некоторые вирусы далее проходят дозревание на внутренних структурах клетки. На последней стадии зрелые вирионы выходят наружу (путем взрыва – клетка гибнет или почкования - постепенно). При формировании вирионов под влиянием некоторых условий (наличие интерферона, «конкуренция» нескольких вирусов, степень восприимчивости клеток и др.) иногда образуються неполноценные вирионы (не могут реализовать свою генетическую информацию, обладают более низкой инфекционной и ферментативной активностью). Генетика вирусов Генетика – наука о наследственности и изменчивости организмов. Свойство живых существ обеспечивать преемственность между поколениями называется наследственностью. Изменчивость – свойство изменять свои признаки при изменении генома. Вирусы обладают наследственностью и изменчивостью. Как и другие инфекционные агенты, они имеют хромосому, где закодирована информация о вирусе (нуклеиновой кислоте, белке, ферментах и др.). Отдельные участки хромосомы – гены, совокупность их – геном. По структуре различают геномы вирусов: - цельный и фрагментированный; - двухцепочечный и одноцепочечный; - линейный и кольцевой. Вирусы имеют гаплоидный геном (состоит из одной молекулы нуклеиновой кислоты – ДНК или РНК), исключение – ретровирусы (имеют диплоидный геном – 2 идентичные молекулы РНК). Генотип вирусов – совокупность всех генов, зависит от структуры нуклеиновой кислоты, свойство постоянное, но может меняться под действием определенных факторов. Фенотип вирусов – совокупность внешних и внутренних признаков и функций организма, непостоянное свойство. В основе изменения наследственности вирусов лежат два процесса: Мутации (изменение последовательности нуклеотидов на участке генома вируса); Рекомбинации (обмен генетическим материалом между двумя отличающимися по наследственным свойствам вирусами). Мутации вирусов классифицируются по механизму (встраивание или выпадение нуклеотида, замена одного нуклеотида другим), по длине измененной последовательность нуклеотидов (точечная или замена значительного участка генома), по обратимости (необратимые и обратимые), по природе (спонтанные и индуцированные). Индуцированные мутации возникают при воздействии на вирусы химических и физических мутагенов и при адаптации их к необычным биологическим. Применяют очень широко, в основном для приготовления новых вакцинных штаммов вирусов. Самыми применяемыми химическими мутагенами являются аналоги азотистых оснований, алкилизирующие соединения, формальдегид и др. К физическим мутагенам относятся ультрафиолетовые лучи и повышенная температура. Не все индуцированные мутации стабильны, это зависит от природы мутагена, особенностей вируса, периода взаимодействия с агентом, числа репликаций и др. Иногда возникают реверсии – возвращение к исходному варианту. В биотехнологии при работе с мутантами уделяют внимание и селекции – созданию условий для преимущественной репродукции измененных вирусов, чтобы популяция состояла только из них, часто работают с клонами, выделенными из одной клетки, одного поражения. Кроме того, различают генетическое и негенетическое взаимодействие вирусов, в том случае, если клетка инфицирована несколькими вирусами (взаимодействие между геномами вирусов и продуктами генов). В генетическом взаимодействии подразделяют рекомбинации – обмен генами между разными вирусами, реактивации – если вирусы имеют повреждения в геноме, пересортировку генов – у вирусов с фрагментированными геномами и др. Негенетическое взаимодействие проявляется в виде фенотипического смешивания (при одновременной репродукции двух генетически различных вирусов потомки имеют генотип одного и белок другого), комплементации ( поврежденный вирус может репродуцировать только используя ферменты другого) и др. Действие на вирусы физических химических и других факторов Устойчивость вирусов во внешней среде зависит от строения и химического состава белковых оболочек, характера связи между составными частями вирионов. Чувствительность вирусов к физико-химическим воздействиям свойство стойкое, передается по наследству и имеет большое практическое значение (в производстве вакцин, консервировании вирусов, дезинфекции и др.). Инактивация вирусов – полная или частичная утрата их биологической активности (инфекционности – при изменении только нуклеиновой кислоты, иммуногенности – при изменении только белковой оболочки). Полную инактивация происходит при изменении нуклеиновой кислоты и белка вируса (полная утрата всех свойств) и частичную инактивацию (изменения происходят только в нуклеиновой кислоте – вирус теряет инфекционность, но сохраняется иммуногенность или в белковой оболочке – теряется иммуногенность, но сохраняется инфекционность). При инактивации происходит: Расщепление белков оболочки (воздействие кислот, щелочей, продолжительное, но слабое нагревание и др.), при этом белки разрушаются и нуклеиновая кислота становится беззащитной. Коагуляция и уплотнение белков (воздействие формальдегида, фенола, карболовой кислоты, высокой температуры и др.). Если нуклеиновая кислота сохраняется, то при некоторых условиях ее свойства восстанавливаются – реактивация вируса и восстановление ее инфекционности. Для полного уничтожения вирусов применяются кипячение, сухой жар, автоклавирование, ультрафиолетовое облучение, растворы фенола, едкого натра, лизола и др. В вирусологической практике часто необходимо хранить патологический материал без изменения. Для этого применяют консервирование вирусов с помощью химических веществ (глицерина), замораживания и высушивания (лиофинизация). Экология вирусов Экология – наука, изучающая взаимодействие живых существ с окружающей средой и друг с другом. Экология вирусов – самая молодая в ряду экологических наук. Это особая наука, т.к. изучает биологические объекты на грани живой и неживой природы. Закономерности циркуляции вирусов в природе, их роль в заболеваемости животных и человека определяется многими факторами. Это могут быть реакции хозяина на чужеродный агент, характер обитания (распространения) в организме, возможности и пути дальнейшей распространения. Таким образом ,по взаимодействию вируса и клетки- хозяина, выделяют четыре типа вирусной инфекции: Альтернативный (борьба вируса и клетки наиболее выражена, заканчивается гибелью клетки или ее освобождением от вируса); Латентный (ассоциация вируса и клетки неустойчивое равновесие); Онкогенный (слияние вирусного и клеточного геномов с последующим изменением наследственности клетки); Медленная инфекция (симптомы развиваются медленно, болезнь заканчивается летально). Экология вирусов связана с эпизоотологией и эпидемиологией многих вирусных болезней. По сравнению с экологией других сложных живых существ имеет особенность – внутриклеточный паразитизм вирусов. Биоценозы вирусов животных В процессе эволюции живых организмов образовались многие ассоциации и проявилась способность вирусов к адаптации. В живой природе типичными являются следующие группировки: Вирусы и простейшие; Вирусы и членистоногие; Вирусы и хладнокровные; Вирусы и птицы; Вирусы и млекопитающие. Эти ассоциации обеспечивают выживание вируса во внешней среде и их распространение, и, следовательно, непрерывность инфекционного процесса и существование очагов инфекции. Окружающая среда - экологический фактор для всех вирусов. В процессе эволюции сформировались три категории среды существования вирусов: 1 среда – клетка (микросреда), в ней происходит активная фаза жизни вирусов и их репродукция; 2 среда – организм хозяина (макросреда), в ней преобладают механизмы и факторы иммунитета; 3 среда – окружающая, внешняя среда (экосреда), обычно это пассивная фаза жизни вируса, но именно здесь он подвергается воздействию физико-химических факторов. |