Пособие_по_выживанию_на_вирусологии. Вирусология и этапы ее развития 1 Отличия вирусов от прокариотов и эукариотов 6
 Скачать 102.99 Kb.
|
Химический состав вирусовВ состав простых вирусов входят белки и нуклеиновая кислота (ДНК или РНК), сложные вирусы содержат все основные биополимеры, включая липиды и углеводы, локализованные в суперкапсиде. 1.3.1. Вирусные нуклеиновые кислоты Нуклеиновые кислоты формируют вирусный геном, обеспечивая наследственность и изменчивость вирусов. Многие из них являются инфекционными, т.е. могут самостоятельно вызывать инфекционный процесс после попадания в чувствительные клетки. В вирионе присутствует только один тип нуклеиновой кислоты – РНК или ДНК. Исключения – вирион цитомегаловируса, который помимо геномной ДНК содержит определенное количество иРНК, и недавно открытый уникальный РНК-ДНК гибридный вирус (РДГВ), выделенный из горячих источников в Калифорнии, США (2012 г.) Последний пример указывает на возможность генетических рекомбинаций между РНК и ДНК-вирусами. Вирусная ДНК может быть одно- или двунитчатой, фрагментированной и нефрагментированной, линейной или кольцевой. Размеры ее варьируют в широких пределах – от 2-3 тысяч до 300 тысяч пар нуклеотидных остатков (т.н.о.) и более, поэтому геном ДНК-вирусов может содержать и единичные гены, и объединять до нескольких сотен генов. Гены вирусов могут включать экзоны и интроны. Интроны не кодируют вирусные белки и в ходе транскрипции удаляются из последовательности вирусной иРНК. Гены ДНКовых вирусов могут располагаться как на одной цепи ДНК, так и мозаично на обеих цепях. Геномная ДНК содержит разные функциональные участки, обеспечивающие ее репликацию, транскрипцию иРНК, транспорт нуклеиновой кислоты вируса к месту сборки вириона. Минимальный ДНК-геном характерен для гепаднавирусов (вирус гепатита В – 3,2 т.н.о.), максимальный – у вируса натуральной оспы (375 тыс. пар нуклеотидных остатков). Кольцевая двухцепочечная ДНК является основной формой вирусной ДНК, способной к репликации. Для ее образования на концах ДНК имеются прямые или инвертированные (развернутые на 180о ) повторы. Они обеспечивают способность ДНК замыкаться в кольцо. Такая форма ДНК используется для репликации или встраивания в клеточный геном. Генетическая информация с ДНК затем транскрибируется на иРНК в клетке с помощью РНКполимераз. Для контроля транскрипции в геномной ДНК имеются промоторные области, энхансеры (усилители транскрипции), участки терминации, участки, влияющие на сплайсинг и другую модификацию иРНК. Сплайсинг иРНК – это удаление отдельных участков из первично синтезированной иРНК (первичного транскрипта) с образованием различных зрелых иРНК, которые кодируют разные белки. Это позволяет значительно расширить разнообразие вирусных белков при ограниченном размере вирусного генома. Механизм сплайсинга характерен как для ДНК-, так и РНК-содержащих вирусов. Вирусная РНК по своему химическому составу не отличается от РНК клеточного происхождения, однако может иметь самую разную структуру. Встречаются одно- и двунитчатая, линейная, кольцевая, фрагментированная вирусная РНК. Вирусный РНК-геном является гаплоидным. Только у ретровирусов имеется диплоидный геном, который представлен двумя идентичными цепями РНК. Размер геномных вирусных РНК в сравнении с ДНК весьма невелик и не превышает 30 т.н.о. (пример – коронавирусы). Во многом это связано с тем, что репликация вирусной РНК склонна к ошибкам; в результате возникают множественные мутации в РНКгеноме. Кроме того, в клетках отсутствуют системы репарации РНК. Из этого следует, что протяженные вирусные РНК-геномы нестабильны и мало жизнеспособны. Кроме того, после ряда циклов репликации вирусной РНК образуется набор разных мутантных вирусов, геном которых отличается от исходной РНК-последовательности (мутантный спектр или «мутантное облако»). Это приводит к ускоренной генетической дивергенции РНК-вирусов между собой, что имеет клиническое значение. В частности, накопление мутаций в РНК вируса гепатита С приводит к быстрому развитию устойчивости к противовирусной терапии. Среди вирусов с одноцепочечной РНК различают 2 основные группы: имеющих (+) РНК (плюс-РНК, положительный геном, положительная полярность РНК) и (–) РНК (минус-РНК, отрицательный геном, отрицательная полярность РНК). 19 Вирусная (+) РНК инфекционная и обладает функциями информационной РНК (смысловая цепь). Она сама является матрицей для синтеза белка на рибосомах, где происходит процесс трансляции. Вирусная (–) РНК не является инфекционной. Нить (–) РНК не обладает функцией информационной РНК (антисмысловая цепь) и выполняет только наследственную функцию. В зараженной клетке на матрице вирусной геномной (–) РНК ферментом РНК-полимеразой проводится синтез комплементарной смысловой цепи (+) РНК. С этой цепи в дальнейшем будет происходить синтез вирусных белков. Нити (+) РНК вирусов в отличие от (–) РНК имеют концевой остаток 5`-метилгуанозина (кэп или «шапочка») для специфического узнавания рибосом. Обычно вирусный геном содержит РНК только одной полярности – «плюс» или «минус». Однако у некоторых вирусов может быть амбиполярный геном, где положительные участки чередуются с отрицательными (пример – аренавирусы). Наряду с типичной для всех РНК однонитевой формой у многих вирусов имеется двунитевая геномная РНК (диплорнавирусы). К ним относятся, в частности, реовирусы. РНК диплорнавирусов фрагментирована и состоит из нескольких сегментов. С другой стороны, и в однонитевой вирусной РНК могут образоваться двухцепочечные участки («шпильки») с поворотом цепи РНК на 180о . Это происходит из-за спаривания комплементарных нуклеотидов (палиндромные последовательности) в линейной РНКмолекуле. Такие структуры принимают участие в регуляции транскрипции и трансляции вирусной РНК. 1.3.2. Вирусные белки У вирусов различают структурные и неструктурные белки. Среди структурных белков выделяют капсидные и суперкапсидные. Капсидные белки входят в состав капсомеров. Плотно упакованные нуклеокапсидные или NP-белки образуют комплекс с нуклеиновой кислотой; собственно капсидные белки формируют капсид, защищая вирусную нуклеиновую кислоту. У простых вирусов капсидные белки также являются рецепторами. Суперкапсидные белки имеются у сложных вирусов. Часто это наружные гликопротеины, которые формируют шипы на поверхности суперкапсида. Они выполняют роль рецепторов – 20 узнают чувствительную клетку и адсорбируются на ней (адресные и прикрепительные белки). Для проникновения внутрь клетки (интернализации) вирусов используются матриксные М-белки и белки слияния – F-белки (от англ. fusion – слияние). F-белки обеспечивают слияние вирусной и клеточной мембран и приводят к образованию симпластов. Функции структурных белков: определяют тип симметрии вируса, обеспечивают самосборку нуклеокапсида, участвуют в распознавании клеток и взаимодействии с ними; защищают вирусный геном от нуклеаз; обладают антигенными свойствами. Среди неструктурных белков различают: – предшественники вирусных белков (обычно формируют полипротеины из которых под действием протеаз образуются конечные вирусные белки); – регуляторные белки участвуют в репродукции вируса; – вирусные ферменты: ДНК- и РНК-полимеразы обеспечивают репликацию вирусного генома; транскриптазы – синтез вирусных иРНК, интеграза вирусов выполняет встраивание вирусной ДНК в геном клетки, вирусные протеазы гидролизуют вирусные и клеточные белки и т.д. Выделяют вирионные и вирусиндуцированные ферменты вирусов. Вирионные ферменты постоянно присутствуют в составе вириона. Они участвуют в репликации, транскрипции и рекомбинации вирусных нуклеиновых кислот (эндо- и экзонуклеазы, ДНК и РНКполимеразы, обратная транскриптаза у ретровирусов и др.), адсорбции и проникновении вируса в клетку (нейраминидаза, АТФаза) и т.д. К вирусиндуцированным относятся ферменты, которые закодированы в вирусном геноме, а их синтез происходит в клетке. Это РНК-полимеразы многих РНКовых вирусов (орто- и парамиксовирусов, пикорна- и тогавирусов), ДНК-полимераза герпесвирусов и д.р. Помимо собственных белков, формирующийся вирион в процессе сборки может захватывать и некоторые клеточные протеины (белки клеточных мембран, гистоны, белки цитоскелета и т.д.) Иногда это имеет значение в патогенезе вирусной инфекции (например, зрелая частица ВИЧ включает до 30% от общего количества клеточного белка циклофиллина А; без него инфекционные вирусные частицы не формируются). 21 1.3.3. Липиды и углеводы в составе вирусов Липиды входят в состав суперкапсида сложных вирусов. Они включают фосфо- и гликолипиды, полученные из мембран клеток хозяина. Липиды стабилизируют вирусную частицу, определяют конформацию суперкапсидных белков, а также способствуют проникновению вируса через гидрофобную клеточную мембрану. Большинство липидсодержащих вирусов чувствительно к эфиру и детергентам. Липиды могут составлять до 20-30% от массы сложного вириона. Углеводы входят в состав гликопротеинов суперкапсида. Типичным примером такого гликопротеина является рецептор гемагглютинин, который вызывает склеивание эритроцитов и обладает антигенной специфичностью. Гликозилирование поверхностных белков влияет на их рецепторную специфичность, а также предохраняет от действия антител и клеточных протеаз. Углеводные остатки могут составлять до 10-15% от общей массы вируса. Действие вируса на клетки Исходы вирусной инфекции зависят от характера взаимодействия вируса и клетки. Выделяют несколько вариантов такого взаимодействия: продуктивная инфекция – завершается успешным образованием вирусного потомства с выходом вирусов и заражением соседних клеток; активная репродукция обычно соответствует острой форме вирусной инфекции; абортивная инфекция – эффективной репродукции вирусов и образования новых вирионов не происходит, инфекционный процесс прерывается; персистирующая инфекция (как вариант продуктивной) – репродукция вирусов происходит длительно и постоянно, однако на более низком уровне; латентная инфекция – вирус постоянно присутствует в клетках, но репродукции вируса не определяется, или она происходит редко (скрытая инфекция); интегративная инфекция (вирогения) – происходит встраивание вирусной ДНК в геном клетки-хозяина с образованием провируса (например, у ретровирусов); часто связана с латентной вирусной инфекцией; трансформирующая инфекция – длительно протекающая вирусная инфекция, которая сопровождается опухолевой трансформацией зараженных клеток (ВИЧ-инфекция, вирусные гепатиты С и В, инфекция папилломавирусом человека). Персистирующий и латентный варианты характерны для хронической вирусной инфекции с ее периодами обострения и ремиссии, а также для вирусоносительства. |