Раздел 5. Вирусология.
Тема 5.1. Классификация и структура вирусов. Культивирование и репродукция вирусов. Методы изучения вирусов.
Содержание учебного материала
Особенности классификации вирусов,таксономия. Структура вирусов, просто и сложно устроенные вирусы. Формы вирионов. Изучение морфологии вирусов. Особенности физиологии вирусов как облигатных клеточных паразитов. Методы культивирования и идентификации вирусов. Устойчивость вирусов к факторам окружающей среды. Репродукция вируса: продуктивный тип репродукции и его стадии, понятие об абортивном и интегративном типах. Генетика вирусов и ее значение для современной медицины. Бактериофаги, их свойства и применение в диагностике, профилактике и лечении инфекционных болезней. Бактериофаги как санитарно-показательные микроорганизмы фекального загрязнения окружающей среды. Методы микробиологической диагностики вирусных инфекций: вирусологическое исследование, серологическое исследование (реакции связывания комплемента, непрямой гемагглюти-нации, торможения, гемагглютинации. радиального гемолиза, иммунофлюоресценции, иммуноферментный анализ), молекулярно-биологические методы (полимеразная цепная реакция, секвенирование ДНК, гибридизация нуклеиновых кислот), экспресс-диагностика (реакция иммунофлюоресценции, электронная микроскопия, молекулярно-биологические методы).
Вирусы
Вирусы относятся к царству Vira. Проникая в клетки, вирусы ведут себя как паразиты, потому что для своего размножения используют ферментные системы клеток, вызывая повреждение и гибель последних. В отличие от клеточных организмов, у вирусов отсутствует собственная система метаболизма. Они не имеют клеточного строения, белоксинтезирующих систем, содержат только один тип нуклеиновой кислоты (РНК или ДНК). В свою очередь, группы подразделяют на семейства, а последние — на роды. В настоящее время известны вирусы, размножающиеся в клетках растений, животных, грибов и бактерий (последние называют бактериофагами или фагами). Несмотря на некоторые общие закономерности строения и стратегии развития, вирусы не имеют общего происхождения. Это подтверждается тем, что геномы вирусов, инфицирующих далекие между собой группы организмов, структурно родственны, но при том имеют общую структуру генов и регулярных элементов, кодируют структурно близкие белки, имеют общие механизмы регуляции экспрессии генов. Обнаружены также вирусы, поражающие другие вирусы (вирусы-сателлиты). Также вирусы способны переносить гены или группы генов между организмами, перекрест которых в природе невозможен. Циркулируя в природе, вирусы постоянно претерпевают различные изменения и мутации, в результате которых появляются новые виды вирусов. Под давлением естественного отбора закрепляются только самые стойкие формы вирусов. Живой организм может быть заражен сразу несколькими вирусами. Поэтому возможно генетическое взаимодействие между вирусами и появление новой рекомбинантной формы вируса.
Классификация вирусов
1) по типу НК;
2) по цвету;
3) по форме;
4) по автору;
5) по вирулентности — вызывают продуктивную инфекцию, т.е. при внедрении вируса в клетку он адаптируется и берет управление генома клетки на себя, и образуется молодой вирус, специфические белки, и формируется сам вирус, после этого он убивает, мутирует клетку и вырывается наружу.
Умеренные фаги лизируют не все клетки в популяции. С частью из них фаги вступают в симбиоз: нуклеиновая кислота фага (его геном) встраивается в хромосому клетки и получает название профаг. Происходит образование единой хромосомы. Бактериальная клетка при этом не погибает. Профаг, ставший частью генома клетки, при ее размножении может передаваться неограниченному числу потомков, т.е. новым клеткам.
Вирулентные фаги вызывают лизис зараженной клетки с выходом в окружающую среду большого количества фаговых частиц, способных поражать новые клетки.
К ДНК-содержащим вирусам относят шесть семейств. Три из них передаются респираторным путем: поксвирусы вызывают у человека натуральную оспу, герпесвирусы — вирусы простого герпеса, ветряной оспы и опоясывающего лишая, поражающие кожные покровы аденовирусы — выделены из аденоидов носоглотки. Два семейства — онкогенные вирусы: парвовирусы и паповавирусы. Шестое семейство называется гепаднавирусы (от греческого слова hepar — печень). Вирусные ДН К бывают двунитевые и однонитевые, имеют линейную или кольцевую форму.
РНК-содержащие вирусы состоят из десяти семейств. Два — миксовирусы, ортомиксовирусы, включающие вирусы гриппа человека, и парамиксовирусы — вирусы парагриппа, паротита и кори. Пять семейств составляют группу ардовирусов. Они циркулируют в природе среди животных, передаются членистоногими и вызывают у человека клещевой и японский энцефалит, желтую и москитную лихорадки. Вирусы являются автономными генетическими структурами и отличаются особым дизъюнктивным способом размножения: в клетке отдельно синтезируются НК и белки вирусов, затем происходит их сборка в вирусные частицы.
Вирусы — облигатные внутриклеточные паразиты, размножаются в цитоплазме или ядре клетки. Сформированная вирусная частица называется вирион. Для вирусов характерны две формы существования: внеклеточная (покоящаяся) и внутриклеточная (вегетативная). Внеклеточный вирус имеет корпускулярную форму, которая называется элементарным тельцем, вирусной частицей или вирионом. Вирионы имеют полигональную, сферическую и нитевидную формы. Их размеры колеблются от 20—30 до 150—250 нм. Адсорбция вириона на клетке-хозяине сопровождается разрушением капсида клеточными ферментами. В цитоплазму клетки проникает только НК вируса или его геном, который вступает с генетическим аппаратом клетки в определенные отношения. Различают инфекционные вирусы и интеграционные вирусы. Первые вызывают лизис клеток, вторые — злокачественную трансформацию тканей. По характеру взаимодействия с клеткой эти вирусы являются генетическими паразитами из-за способности вирусного генома объединяться с клеточными.
Морфология и структура вирусов.
Морфологию и структуру вирусов изучают с помощью электронной микроскопии. Форма вирионов может быть различной: палочковидной (табачной мозаики), пулевидной (бешенства), сферической (полиомиелит, ВИЧ), в виде сперматозоида (бактериофаги).
Вирусы подразделяют на просто устроенные и сложно устроенные. НК и капсид составляют нуклеокапсид. У сложно устроенных вирусов капсид окружен дополнительной оболочкой или пеплосом. Таким образом, по химическому составу вирусы — нуклеопротеиды, а по структуре — нуклеокапсиды.
Вирионы (внеклеточные формы) имеют спиральный, кубический и сложный типы симметрии капсида. Внутренние структуры вирусов называются сердцевиной. Кроме обычных вирусов известны и так называемые неканонические вирусы — прионы. Лрионы — белковые инфекционные частицы. Прионы вызывают у человека энцефалопатии в условиях медленной вирусной инфекции.
Вироиды — небольшие молекулы кольцевой, суперспирали- зованной РНК, не содержащие белка и вызывающие заболевания растений.