Вирусология. Вирусология ответы. Вопросы к экзамену по дисциплине Вирусология
 Скачать 0.58 Mb.
|
|
19.Фаговая трансдукция и фаговая конверсия. Фаговая (лизогенная) конверсия - изменение свойств бактериальной клетки вследствие заражения её умеренным бактериофагом. Фаговая конверсия связана с добавлением к бактериальному геному новой генетической информации, которая вносится в клетку бактерии геномом фага. В отличие от трансдукции, при фаговой конверсии изменение свойств бактерии сохраняется только до тех пор, пока в клетке присутствует фаг или профаг. Фаговая конверсия может быть причиной подавления или усиления ферментативной активности, изменения патогенных свойств, морфологии колоний, устойчивости к антибиотикам и др. Фаговая трансдукция При изучении бактериофагов было открыто явление, получившее название трансдукция. Трансдукция(от лат. transductio — перемещение) — процесс переноса бактериальной ДНК из одной клетки в другую бактериофагом. Различают два типа трансдукции: 1. специфическая 2. неспецифическая (общая). Неспецифическая (общая) трансдукция: Осуществляется фагом P1, существующим в бактериальной клетке в виде плазмиды, фагами P22 и Mu, встраивающимися в любой участок бактериальной хромосомы. После индуцирования профага с вероятностью в 10−5 на одну клетку возможна ошибочная упаковка фрагмента ДНК бактерии в капсид фага, ДНК самого фага в нём в этом случае нет. Длина этого фрагмента равна длине нормальной фаговой ДНК, его происхождение может быть любым: случайный участок хромосомы, плазмида, другие умеренные фаги. Попадая в другую бактериальную клетку, фрагмент ДНК может включаться в её геном, обычно путём гомологичной рекомбинации. Перенесённые фагом плазмиды способны замыкаться в кольцо и реплицироваться уже в новой клетке. В ряде случае фрагмент ДНК не встраивается в хромосому реципиента, не реплицируется, но сохраняется в клетке и транскрибируется. Это явление носит название абортивной трансдукции. Специфическая трансдукция: • Наиболее хорошо изучена специфическая трансдукция на примере фага λ. Этот фаг встраивается только в один участок (att-сайт) хромосомы E. coli с определённой последовательностью нуклеотидов (гомологичной att-участку в ДНК фага). Во время индукции его исключение может пройти с ошибкой (вероятность 10−3—10−5 на клетку): вырезается фрагмент тех же размеров что и ДНК фага, но с началом не в том месте. При этом часть генов фага теряется, а часть генов E. coli захватывается им. • Для каждого специфически встраивающегося в хромосому умеренного фага характерен свой att-сайт и, соответственно, расположенные рядом с ним гены, которые он способен передавать. Ряд фагов может встраиваться в любое место на хромосоме и переносить любые гены по механизму специфической трансдукции. • Когда умеренный фаг, несущий бактериальные гены, встраивается в хромосому новой бактерии-хозяина, она содержит уже два одинаковых гена — собственный и принесённый извне. Поскольку фаг лишён части собственных генов, часто он не может индуцироваться и размножиться. Однако при заражении этой же клетки «вспомогательным» фагом того же вида, индуцирование дефектного фага становится возможным. Из хромосомы выходят и реплицируются как ДНК нормального «вспомогательного» фага, так и ДНК дефектного, вместе с переносимыми им бактериальными генами. 20.Классификация вирусов: цель, значение классификации, основные критерии современной классификации. Вирусы – субклеточные (не имеющие клеточного строения) инфекционные агенты, которые могут воспроизводиться только внутри живых клеток организма. Составляют царство Vira. Отличительные признаки характерные для вирусов: 1) содержат лишь один тип нуклеиновой кислоты (РНК или ДНК); 2) не имеют собственных белоксинтезирующих и энергетических систем; 3) не имеют клеточной организации; 4) обладают дизъюнктивным (разобщенным) способом репродукции (синтез белков и нуклеиновых кислот происходит в разных местах и в разное время); 5) облигатный паразитизм вирусов реализуется на генетическом уровне; 6) вирусы проходят через бактериальные фильтры. Существуют внеклеточные и внутриклеточные формы существования вирусов. Внеклеточные формы представляют собой зрелые вирусные частицы, обладающие инфекционностью и называемые вирионами. Вирионы характеризуются определенной устойчивостью, постоянной структурой и химическим составом, а также имеют определенные размеры.Внутриклеточная форма (или вегетативная) вируса представляет собой реплицирующийся внутри клетки хозяина геном вируса. При этом составные части вируса разобщены и находятся в тесном взаимодействии с компонентами клетки хозяина. По форме вирионы могут быть: 1) округлыми; 2) палочковидными; 3) в виде правильных многоугольников; 4) нитевидными и др. Большинство вирусов имеют размеры в пределах от 10 до 400 нм. По размерам вирионы разделяются на группы: - мелкие вирусы (10-30 нм) -средние вирусы (30-150 нм) -крупные вирусы (150-400 нм). У простых вирусов (слайд) (пикорна-, парвовирусы) капсид образован одним или несколькими видами белка, окружающего молекулу нуклеиновой кислоты. Капсид простых вирусов представлен α–спиральными белками.У сложных (areno-, рохвирусы) вирусов кроме капсида имеется еще дополнительная внешняя оболочка – суперкапсид. Он образован из плазматической мембраны клетки-хозяина. Суперкапсид встречается только у сравнительно крупных вирусов (грипп, герпес) и выполняет защитную функцию. В составе суперкапсида выделяют внутренний белковый слой (М-белок), внешний объемный слой липидов и углеводов (компонентов мембран клетки-хозяина) и поверхностные гликопротеиды. Вирусспецифические гликопротеиды встраиваются в липидный бислой, образуя разные по форме выпячивания, например, шипы. Шипы могут иметь разную форму: палочковидную – у тогавирусов; форму бутылки – у парамиксовирусов; форму солнечной короны – коронавирусов. Функции капсида и суперкапсида: 1. Защита вирусного генома от внешних воздействий. 2. Обеспечение адсорбции вириона к клетке. 3. Проникновение вириона в клетку путём взаимодействия с клеточными рецепторами. 4. Белки капсида обладают антигенными свойствами. 21.Химический состав вирусов: белки, липиды, углеводы, другие компоненты. Нуклеиновые кислоты впервые обнаружены в ядре и бывают двух типов – полинуклеотиды и мононуклеотиды. Полинуклеотиды (ДНК и РНК) определяют синтез белков и передачу наследственной информации (закодирована первичная структура полипептидной цепи – последовательность аминокислот). ДНК и РНК полимеры, мономерами которых являются нуклеотиды, состоящие из: 1) молекулы фосфорной кислоты; 2) углевода дезоксирибозы или рибозы; 3) азотистого основания, которые бывают двух типов: -пуриновые – аденин, гуанин; -пиримидиновые – тимин (урацил), цитозин. Они определяют название соответствующего нуклеотида: адениловый (А), гуаниловый (Г), тимидиловый (Т) или урациловый (У) и цитидиловый (Ц).Каждая цепь нуклеиновой кислоты состоит из нуклеотидов, соединенных прочной ковалентной связью между фосфорной кислотой и углеводом – дезоксирибозой или рибозой.При образовании двойной спирали ДНК азотистое основание одной цепи располагается в определенном порядке против оснований другой. При этом против А всегда оказывается Т (или У), а против Ц – только Г (принцип комплементарности). Между А и Т (или У) образуется две водородные связи (А=Т или А=У), а между Ц и Г – три (Ц≡Г). Если известна последовательность расположения нуклеотидов в одной цепи ДНК, то можно установить нуклеотиды другой цепи. Отличительные свойства вирусов: У них только одна нуклеиновая кислота в составе вириона, а в клетках растений, человека и животных может присутствовать оба типа. По присутствию определенного типа нуклеиновой кислоты в вирионе вирусы делятся на ДНК- и РНК-содержащие. Обычно нуклеиновая кислота вирусов в 10−100 раз меньше по массе, чем нуклеиновая кислота животных и растительных клеток. Нуклеиновая кислота вируса занимает центральное положение в вирионе и упакована в белковый чехол. Форма молекул нуклеиновых кислот, входящих в состав вирусных частиц значительно разнообразнее, чем у эукариотических и прокариотических организмов. Функции нуклеиновой кислоты 1. программирует наследственность. 2. участвует в синтезе вирусного белка. 3. отвечает за информационные свойства вируса. Белки В составе вирусов обязательно присутствуют белки. Небольшое количество белка вместе с нуклеиновой кислотой сосредоточены в центре вириона и большая часть белка – в капсиде. В состав белков вирусов входят те же аминокислоты, что и в состав остальных белков и построены по тому же принципу. Белки вирусов выполняют различные функции. Они могут находиться на поверхности вириона, выполняя функцию рецепторов к чувствительным клеткам. Кроме того, капсид всех вирусов состоит из белков, выполняющих структурную функцию. Наконец, репликация вирусной нуклеиновой кислоты невозможна без участия белков-ферментов. В зараженной клетке вирусный геном кодирует синтез двух групп белков: 1) структурных, которые входят в состав вирусных частиц потомства; 2) неструктурных, которые обслуживают процесс внутриклеточной репродукции вируса на разных его этапах, но в состав вирусных частиц не входят. Структурные белки. Количество структурных белков в составе вирусной частицы может быть разное. Наиболее «просто» организованный вирус табачной мозаики содержит всего один небольшой белок с молекулярной массой примерно 17-18×103 Да. Некоторые фаги содержат 2-3 белка, «просто» организованные вирусы животных – 3-4 белка, а сложно устроенные вирусы (напр. вирус оспы) более 30 структурных белков. Структурные белки делятся на 2 группы: 1) капсидные белки подразделяются на: а) непосредственно образующие капсид для нуклеиновой кислоты вируса. Их основной функцией является защита вирусного генома от воздействий внешней среды. б) геномные белки – нуклеопротеиды. Обеспечивают репликацию вирусных нуклеиновых кислот и процессы репродукции вируса. Это ферменты, за счет которых происходит увеличение количества копий материнской молекулы, или белки, с помощью которых на матрице Белки вирусов структурные неструктурные в составе капсида (у простых и сложных) в составе суперкапсида (у сложных) капсидные геномные полимеразы прикрепительные белки белки слияния ферменты, модифицирующие белки предшественники структурных полимеразы нуклеиновой кислоты синтезируются молекулы, обеспечивающие реализацию генетической информации; в) ферменты в составе капсида некоторых сложных вирусов являются ДНК- или РНК-полимеразами (осуществляют транскрипцию и репликацию вирусного генома), у других они участвуют в модификации концов иРНК. Геномные белки и ферменты представлены единичными молекулами, встроенными в капсидную оболочку. Основным принципом строения капсидной оболочки вирусов является принцип субъединичности, т.е. построение капсидной оболочки из субъединиц – капсомеров. Правильно построенные капсомеры возникают благодаря способности капсидных белков к самосборке. Сборка капсидной оболочки из субъединиц запрограммирована в первичной структуре белка и происходит самопроизвольно или при взаимодействии с нуклеиновой кислотой. Благодаря этому свойству достигается огромная экономия генетического материала (на кодирование одной полипептидной цепи вируса табачной мозаики, расходуется менее 10% генома). В механизме самосборки заложена возможность контроля за полноценностью вирусных полипептидов: дефектные и чужеродные полипептидные цепи при сборке автоматически отбрасываются. Описанная способность к самосборке характерна только для простых вирусов. Сборка сложно организованных вирусов является многоступенчатым процессом, но формирование капсидов также основано на самосборке. Просто организованные вирусы содержат только капсидные белки. Сложные вирусы кроме капсидных содержат еще суперкапсидные белки. 2) суперкапсидные белки входят в состав наружной вирусной оболочки (суперкапсида). Суперкапсид называют также, «пеплос» (от греч. peplos – покров, мантия), поэтому эти белки называют пепломерами. Суперкапсидные белки располагаются в липопротеидной оболочке сложных вирусов. Они или пронизывают насквозь липидный бислой, или не доходят до внутренней поверхности. Пепломеры являются типичными внутримембранными белками и имеют много общего с клеточными мембранными белками. Как и последние они обычно гликозилированы. Гликозилирование осуществляют клеточные ферменты, поэтому один и тот же вирус, продуцируемый разными видами клеток, может иметь разные углеводные остатки. Варьировать может: · состав углеводов; · длина углеводной цепочки; · место прикрепления ее к полипептидному остову. У большинства вирусов гликопротеиды, на поверхности формируют «шипы», длиной до 7-10 нм. Они построенные из нескольких молекул одного и того же белка. Например: вирусы гриппа и парамиксовирусы имеют два типа шипов, рабдовирусы имеют только один тип шипов. Гликопротеиды состоят из наружной, гидрофильной части, которая содержит на конце аминогруппу (N-конец), и погруженной в липидный бислой, гидрофобной части, которая содержит на погруженном конце карбоксильную группу (С-конец). Этим концом полипептид «заякоривается» в липидном бислое. Хотя есть и исключения из этого общего положения: нейраминидаза зируса гриппа взаимодействует с липидным бислоем не С-, а N-концом. В зависимости от выполняемой функции суперкапсидные белки делят на: ♦ прикрепительные - взаимодействуют с рецепторами клеточной поверхности, распознавание клетки-хозяина и прикрепление к ней вирусной частицы (адсорбция); ♦ белки слияния - участвуют в проникновении вирусных частиц в клетку (т.е. обеспечивают слияние вирусной и клеточной мембран). Неструктурные белки Неструктурные белки выделяют из зараженных клеток, а не из очищенных препаратов вирусов. При их идентификации и очистке от клеточных белков возникают трудности, поэтому они изучены гораздо хуже, чем структурные. К неструктурным белкам относятся: 1) предшественники вирусных белков, которые отличаются от других неструктурных белков нестабильностью в зараженной клетке в результате быстрого нарезания на структурные белки; 2) РНК- и ДНК-полимеразы - ферменты синтеза РНК и ДНК, обеспечивающие транскрипцию и репликацию вирусного генома; 3) ферменты, модифицирующие вирусные белки, например, протеиназы и протеинкиназы. Многие неструктурные белки при ряде вирусных инфекций еще не идентифицированы и функции их не определены. Таким образом, функции вирусных белков: 1. Защитная – защищает нуклеиновую кислоту от воздействия внешней среды. 2. Адресная – белки имеют рецепторы определенной чувствительной клетке. 3. Белки вирусов облегчают проникновение вируса в клетку. Липиды Липиды обнаружены у сложно организованных вирусов и в основном находятся в составе липопротеидной оболочки (суперкапсида), формируя ее липидный бислой, в который встроены суперкапсидные белки. Все сложно организованные РНК-содержащие вирусы имеют в своем составе значительное количество липидов (от 15 до 35% от сухого веса). Из ДНК-содержащих вирусов липиды содержат вирусы оспы, герпеса и гепатита В (таблица 2). Примерно 50-60% липидов в составе вирусов представлено фосфолипидами, 20-30% составляет холестерин. Липидный компонент стабилизирует структуру вирусной частицы. Экстракция липидов органическими растворителями или липазами приводит к деградации вирусной частицы и потере инфекционной активности. У вирусов оспы липиды не образуют дифференцированной оболочки (т.к. они не почкуются через плазматическую мембрану). Обработка вируса осповакцины эфиром не приводит к потере инфекционной активности. Вирус герпеса формируется путем почкования через ядерную оболочку, поэтому в его составе есть липиды ядерной оболочки. Липиды вируса гепатита В и его НВ s-антигена образуются путем инвагинации мембран эндоплазматической сети, а буньявирусы почкуются на мембранах аппарата Гольджи. 2.4. Углеводы Углеводный компонент вирусов находится в составе гликопротеидов. Количество сахаров в составе гликопротеидов может быть достаточно большим, достигая 10-13% от массы вириона. Химическая специфичность их полностью определяется клеточными ферментами, обеспечивающими перенос и присоединение соответствующих сахарных остатков. Обычными сахарными остатками, обнаруживаемыми в вирусных белках, являются фруктоза, сахароза, манноза, галактоза. Углеводный компонент, подобно липидам, определяется клеткой- хозяином. Один и тот же вирус, выращенный в клетках разных видов, может различаться по составу сахаров. Углеводный компонент гликопротеидов играет важную роль в структуре и функции белка. Он обеспечивает сохранение конформации белковой молекулы и обусловливает защиту молекулы от клеточных протеаз. Возможные другие функции углеводов, пока достоверно не установленные. Компоненты клетки-хозяина В составе вирионов могут находиться компоненты клетки-хозяина (белки, и даже целые клеточные структуры). Например: в составе ряда оболочечных вирусов может находиться белок цитоскелета актин, в составе паповавирусов содержатся клеточные гистоны. Ряд вирусов содержит клеточные ферменты, например, протеинкиназы. В составе аденовирусов обнаружены рибосомы. Клеточные компоненты могут включаться в вирион случайно или закономерно. В некоторых случаях они играют существенную роль в репродукции вируса, как, например, гистоны в репродукции паповавирусов. Минеральные вещества |