Теоретическое занятие №17.
ТЕМА: Классификация и структура вирусов. Репродукция вирусов.
План:
- Классификация и морфология вирусов
- Репродукция вирусов
- Бактериофаги, их свойства
- Применение бактериофагов
Классификация и морфология вирусов
Вирусы [от лат. virus, яд] — наименьшие по размерам агенты, имеющие геном, окружённый белковой оболочкой. Вирусы не воспроизводятся самостоятельно, они — облигатные внутриклеточные паразиты, репродуцирующиеся только в живых клетках.
Несмотря на внутриклеточный паразитизм, среди вирусов имеются крупные виды, соизмеримые по размерам с микоплазмами и хламидиями. Например, вирус натуральной оспы достигает 400 нм и вполне сравним с риккетсиями (300-500 нм) и хламидиями (300-400 нм). Мельчайшие из них (вирусы полиомиелита, ящура, энцефалитов) имеют в диаметре около 20—30 миллимикрон. По морфологии выделяют вирусы палочковидные (например, возбудитель лихорадки Эбола), пулевидные (вирус бешенства), сферические (герпесвирусы), овальные (вирус оспы), а также бактериофаги, имеющие сложную форму.
Вирусы содержат только один тип нуклеиновой кислоты, ДНК или РНК.
Генетический материал вирусов упакован в специальный симметричный футляр — капсид [от лат. capsa, футляр]. Основные функции капсида — защита вирусного генома от внешних воздействий, обеспечение адсорбции вириона к клетке, проникновение его в клетку путём взаимодействия с клеточными рецепторами.
Капсид образуют одинаковые по строению субъединицы — капсомеры. Число капсомеров строго специфично для каждого вида и зависит от размеров и морфологии вирионов. Капсомеры (морфологические единицы вирусов) образуют молекулы белка. Комплекс капсида и вирусного генома называют нуклеокапсидом.
Некоторые вирусы могут содержать поверх капсида особую оболочку — суперкапсид, организованный двойным слоем липидов и специфичными белками, наиболее часто образующими выросты-шипы, пронизывающие липидный бислой. Такие вирусы называют «одетыми». Вирусы, не имеющие суперкапсида, называют «голыми».
Внеклеточная форма — вирион — включает в себя все составные элементы (капсид, нуклеиновую кислоту, структурные белки и др.). Это сформированная вирусная частица. Внутриклеточная форма — вирус — может быть представлена лишь одной молекулой нуклеиновой кислоты, так как, попадая в клетку, вирион распадается на составные элементы.
Репродукция вирусов.
Вирусы не способны к самостоятельному размножению. Синтез вирусных белков и воспроизведение копий вирусного генома обеспечивают биосинтетические процессы клетки-хозяина. При этом белковые макромолекулы и нуклеиновые кислоты образуются отдельно, после чего происходит сборка дочерних популяций. Другими словами, для вирусов характерен дизъюнктивный (разобщённый) тип репродукции. Учитывая эту особенность в искусственных лабораторных условиях вирусы культивируют в куриных эмбрионах или культурах тканей, полученных из опухолевых клеток.
Известны следующие типы взаимодействий «вирус-клетка»: продуктивный (образуется дочерняя популяция), интегративный (вирогения), абортивный (дочерняя популяция не образуется) и интерференция вирусов (инфицирование чувствительной клетки разными вирусами).
Продуктивное взаимодействие «вирус-клетка» чаще носит литический характер, то есть заканчивается гибелью и лизисом инфицированной клетки, что происходит после полной сборки дочерней популяции.
Интегративное взаимодействие, или вирогения, не приводит к гибели клетки. Нуклеиновая кислота вируса встраивается в геном клетки-хозяина и в последующем функционирует как его составная часть. Наиболее яркие примеры подобного взаимодействия — лизогения бактерий и вирусная трансформация клеток.
Абортивное взаимодействие не приводит к появлению дочерней популяции и происходит при взаимодействии вируса с покоящейся клеткой, либо при инфицировании клетки вирусом с изменёнными (дефектными) свойствами.
Бактериофаги, их свойства
Бактериофаги (фаги) — это вирусы, поражающие бактериальные клетки (в качестве клетки-хозяина). Вирионы фагов состоят из головки, содержащей нуклеиновую кислоту вируса, и отростка. Нуклеокапсид головки фага имеет кубический тип симметрии, а отросток — спиральный тип. Большинство фагов содержат кольцевую двунитчатую ДНК, и лишь некоторые - РНК или однонитчатую ДНК. Взаимодействие бактериофага с клеткой происходит в соответствии с основными типами взаимодействия, характерными для всех вирусов.
По характеру взаимодействия фага с клеткой все бактериофаги делятся:
• вирулентные (литические), вызывающие продуктивную инфекцию и лизис бактериальной клетки;
• умеренные, вызывающие латентную инфекцию и ассоциацию генома вируса с бактериальной хромосомой. Умеренные фаги, в отличие от вирулентных, не вызывают гибели бактериальных клеток и при взаимодействии с ней переходят в неинфекционную форму фага, называемую профагом. Профаг — геном фага, ассоциированный с бактериальной хромосомой. Бактериальные клетки, содержащие в своей хромосоме профаг, называются лизогенными. Профаг в лизогенных бактериях самопроизвольно или под влиянием различных индуцированных агентов может переходить в вирулентный фаг. В результате такого превращения бактериальная клетка лизируется и продуцирует новые фаговые частицы.
По признаку специфичности выделяют:
§ поливалентные бактериофаги, лизирующие культуры одного семейства или рода бактерий,
§ моновалентные (монофаги) — лизирующие культуры только одного вида бактерий,
§ типовые бактериофаги - отличающиеся наиболее высокой специфичностью, способные вызывать лизис только определенных типов (вариантов) бактериальной культуры внутри вида бактерий.
4. Применение бактериофагов:
Фаги могут применяться в качестве диагностических препаратов для установления рода и вида бактерий, выделенных в ходе бактериологических исследования; для профилактики и лечения инфекционных заболеваний.
Отличительной чертой бактериофагов как терапевтических средств является почти полное отсутствие у них побочного действия, что позволяет назначать эти препараты различным возрастным группам без ограничений, и возможность назначения поливалентных бактериофагов до получения результатов бактериологического исследования, что помогает определить источник инфекции. Препараты диагностических бактериофагов вводить категорически запрещается!
Преимущества бактериофагов:
- бактериофаги способны уничтожать бактерии, устойчивые к антибиотикам;
- свободно проникают в ткани организма человека не нарушая баланса высшего организма;
- постоянно эволюционируют;
- не вызывают побочных эффектов;
- не подавляют рост нормофлоры, не ослабляют иммунитет;
- не развивают устойчивость (привыкание) бактерий;
- сочетаются с любыми лекарственными препаратами, оказывают иммуностимулирующее действие.
В настоящее время в России для фаготерапии и фагопрофилактики производятся и используются:
• поливалентный сальмонеллезный бактериофаг;
• моновалентные бактериофаги — брюшнотифозный, дизентерийный, протейный, синегнойный, холерный, стафилококковый, стрептококковый, коли-фаг (кишечной палочки);
• комбинированные препараты поливалентных бактериофагов — колипротейный, пиобактериофаг (включающий стафилококковые, стрептококковые, клебсиеллезные, эшерихиозные, протейные и синегнойные бактериофаги) и др.
Вопросы для самоконтроля:
1. Строение вируса
2. Абортивное взаимодействие – это?
3. Дать определение понятию «Бактериофаг»
4. Применение бактериофагов.
Прозоркина Н.В., Рубашкина Л.А. Основы микробиологии, вирусологии и иммунологии: учеб. пособие для средних специальных медицинских учебных заведений /- Изд. 7-е, стер. - Ростов н/Д: Феникс, 2012. – 378 с. 2013