Вирусология

Спиральные  капсиды

- обычно встречаются у нитевидных вирусов.

- образуются путем  самосборки асимметричных белковых  субъединиц (капсомеров), объединяющихся  в трубчатую структуру со спиральной  симметрией (например у Pf1).

- Субъединицы в  большинстве случаев гомогенны,  так, что поверхность вириона  состоит из множества копий  одного и того же белка, хотя  под наружним капсидом могут  находиться и другие белки.

- ДНК в таких  вирусах либо вытянута, либо может  быть туго скручена в комплексе  со специальными связывающими  белками.

Икосаэдрические капсиды

- свойственны большинству  сферических ДНК-содержащих вирусов

- икосаэдр - это  многогранник с двадцатью треугольными  гранями, имеющий кубическую симметрию  и приблизительно сферическую  форму.

- Вершины треугольников  соединяясь образуют двенадцать  вершин икосаэдра;

- в местах соединения  располагаются обычно пентамерные  белковые структуры - пентоны;  там же могут находится участки,  на которых формируются белковые  нити, нередко ассоциированные с  вершинами ( например у ф Х174 прозрачка 1).

- Грани икосаэдра  заполнены другими белковыми  субъединицами, сгруппированными  обычно в гексамерные структуры  - гексоны (апример, у аденовируса  прозрачка 1).

- Количество субъединиц, необходиимое для заполнения  граней, определяется размерами  вириона в целом, и разные  икосаэдрические вирусы содержат  поэтому разное число гексонов - обычно при неизменном числе  пентонов.

- ДНК обычно плотно  свернута внутри капсида;

- иногда она связана  с белками или полипептидами,  способными стабилизировать ее  структуру.

Сложные капсиды без оболочки

- типичны для  бактериофагов:

- они состоят  из частей с разными типами  симметрии.

- У бактериофага  Т2, например, ДНК находится в икосаэдрической  головке, а для «узнавания»  бактерии и введения в нее  ДНК служат трубчатые и фибриллярные  структуры (в узнавании участвует  также лизоцим, расположенный  на дистальном конце хвостового  отростка).

Сложные капсиды с оболочкой

- есть только  у вирусов эукариотических клеток.

- В них ДНК-белковые  комплексы окружены одним или  несколькими белковыми слоями  и наружней мембраной, почти  все белковые компоненты которой  являются вирусными по своему  происхождению, а липидные структуры  - клеточными.

Инфицирование - процесс, посредством которого вирус внедряется в клетку-хозяина и «настраивает»  ее метаболический аппарат на воспроизведение  вирионов.

- зараженные вирусом  клетки либо остаются живыми (тогда  говорят, что вирус невирулентен),

- либо подвергаются  лизису, приводящему к высвобождению  вирусных частиц.

- Неизменным итогом  заражения клеток ДНК-содержащими бактериофагами является лизис.

- ДНК-содержащие вирусы животных вызывают лизис редко; однако клетки могут погибнуть из-за возникших при заражении хромосомных повреждений, вследствии иммунологической реакцииорганизма или просто в результате нарушения вирусом нормальных клеточных функций.

Размножение вируса - четко очерченный цикл, приводящий в конечном счете, после синтеза  новых молекул вирусных белков и  большого числа копий вирусной ДНК, к формированию зрелых вирусных частиц. У вирусов бактерий весь цикл может  завершаться менее чем за час, тогда как у многих вирусов  животных он занимает не один день.

Адсорбция вируса на клетке-хозяине - первый этап инфицирования. Она происходит на специфических рецепторных участках (белковых или липидных) клеточной поверхности, которые узнаются особыми выступающими частями вириона и к которым он прочно прикрепляется. У вирусов без оболочки такими частями могут быть белковые отростки (например, у аденовируса и бактериофага Т2), а у вирусов с оболочкой это, как правило белки, погруженные в вирусную мембрану. В процессе адсорбции осуществляются, в частности, такие белок-белковые взаимодействия, результатом которых является инициация стадии проникновения ДНК в клетку.

Проникновение вирусной ДНК в клетку-хозяина у разных вирусов происходит по-разному. ДНК многих бактериофагов, например, бактериофага Т2: белковый стержень сплющивается, подобно телескопической конструкции, и ДНК «впрыскивается» в бактерию. Из вирусов животных ДНК обычно переходит в клетку в результате как бы слияния наружнего слоя вириона с клеточной мембраной. В отличие от ДНК большинства бактериофагов ДНК вирусов животных всегда входят в клетку вместе с непосредственно прилегающими к ней белками; последующее освобождение ДНК от этих белков осуществляется с помощью ферментов.

Транскрипция  и репликация генетического материала вируса осуществляется обычно с участием ферментов клетки-хозяина. Сначала вирусная ДНК копируется РНК-полимеразами клетки-хозяина, в результате чего образуется мРНК, которая затем транслируется. На некоторых молекулах вирусной ДНК синтезируются также ее ДНК-копии - с помощью либо клеточной, либо кодируемой вирусом ДНК-полимеразы. Эти ДНК-копии используются в последствии при сборке вирусных частиц. В некоторых случаях, например, у бактериофага Т4 первые же новосинтезированнные молекулы вирусной мРНК транслируются с образованием специальных белков, модифицирующих полимеразы клетки-хозяина таким образом, что те прекращают транскрипцию клеточных генов, не теряя пари этом способности транскрибировать вирусные. В какой части клетки протекают процессы транскрипции и репликации вирусной ДНК эукариотических вирусов: в ядре или цитоплазме? У одних транскрипция и репликация происходит в ядре клетки-хозяина ( например, у вируса герпеса), а у других - в цитоплазме, например, у поксивирусов.

Трансляция вирусной мРНК на рибосомах клетки-хозяина приводит к образованию вирусных белков. Некоторые из этих белков используются в последствии для построения капсидов, другие связываются с вирусной ДНК, стабилизируя ее (у многих вирусов животных), третьи хотя и не войдут никогда в состав зрелых вирионов, участвуют в процессе их сборки в качестве ферментов (например, у бактериофага Т2)

Сборка вируса из его компонентов в клетке-хозяине может происходить спонтанно (самосборка), но может зависеть и от участия вспомогательных белков. Вирусная ДНК обычно покрывается слоем белка - капсидом. Капсид, в свою очередь, может заключаться в мембранную структуру, получаемую вирионом обычно от клетки-хозяина: покидая клетку путем отпочковывания от нее, вирусная частица оказывается окруженной плазматической мембраной.

ДНК-содержащие опухолеродные  вирусы разделяются на следующие 5 классов.

1. Полиомавирусы  - обезьяний вирус SV40, вирус полиомы  мышей и вирусы человека ВК  и JC.

2. Папилломавирусы  - 16 вирусов папилломы человека  и множество папилломовирусов  животных.

3. Аденовирусы - 37 вирусов человека, множество аденовирусов  животных (например, 24 вируса обезьян  и 9 вирусов крупного рогатого  скота).

4. Герповирусы - вирусы простого герпеса человека, цитомегаловирус человека, вирус  Эпштейна-Барр и онкогенные вирусы  приматов, лошадей, кур, кроликов, лягушек.

5. Вирусы, подобные  вирусу гепатита В, - вирус гепатита В человека, гепатита североамериканского сурка, гепатита земляных белок и гепатита уток.

РНК-СОДЕРЖАЩИЕ ВИРУСЫ

РНК-содержащие вирусы

1 -- парамиксовирусы; 2 -- вирусы гриппа; 3 -- коронавирусы; 4 -- аренавирусы; 5 -- ретровирусы; 6 -- реовирусы; 7 -- пикорнавирусы; 8 -- капицивирусы; 9 -- рабдовирусы; 10 -- тогавирусы, флавивирусы; 11 -- буньявирусы

РНК-содержащие вирусы (РНК-» РНК). не имеют ДНК; генетическая информация закодирована в РНК. РНК  может быть одно и двуцепочечной, а клетка-хозяин - про, или эукариотической. Только вирусы с одноцепочечной РНК  заражают бактерии, а эукариотические  вирусы могут быть как одно - так  и двухцепочечными.

Геномы почти  всех известных РНК-содержащих вирусов -- это линейные молекулы, их удобно разделить на 3 группы.

Первая  группа -- это однонитевые геномы положительной полярности, т.е. с нуклеотидной последовательностью, соответствующей таковой у мРНК.

- Такие геномы  обозначают как (+) РНК.

- Вирусные (+) РНК-геномы  кодируют несколько белков, среди  которых РНК-зависимая РНК-полимераза (репликаза), способная синтезировать  молекулы РНК без участия ДНК.

- С помощью этого  фермента синтезируются сначала  (-) нити РНК фага,

- затем при наличии  особого белка, называемого «хозяйским  фактором», репликаза осуществляет  синтез (+) нити РНК.

- на заключительной  стадии из накопившихся вирусных  белков и (+) РНК формируются  вирионы.

- Упрощенная схема  этого процесса такова:

(+) РНК (-) РНК

- Однонитевый (+) РНК-геном характерен для

а) фага Q_?,

б) вирусов табачной мозаики,

Вирус табачной мозаики - пример + одноцепочечного вируса растенийвирус  не имеет оболочки, спиральный, содержит 2130 идентичных молекул белка капрсида и одну цепь РНК. РНК располагается  в спиральном желобке, обрапзованном  белковыми субъединицами, и удерживается многочисленными слабыми связями.

Инфекционный  процесс, протекающий по схеме (прозрачка 2 внизу), состоит в проникновении вируса в растительную клетку с последующей быстрой утратой им капсида. Затем в результате трансляции непосредственно +одноцепочечной вирусной РНК рибосомами клетки-хозяина образуются несколько белков, часть которых необходима для репликации вирусного генома.

Репликация осуществляется РНК-репликазой, продуцирующей копии РНК для новых вирионов. Синтез белка капсида происходит только после того как инфицировавшая клетку РНК подвергается некоторой модификации, делающей возможным присоединение рибосом клетки к тому участку РНК, которым кодируется этот белок. Сборка вириона начинается с образования дисков из белка капсида. Два таких белковых диска, располагаясь концентрически, образую похожую на бисквит структуру, которая после связывания с ней РНК приобретает форму спирали. Последующее присоединение молекул белка продолжается до тех пор, пока РНК не будет покрыта полностью. В своей окончательной форме вирион представляет собой цилиндр длиной 300 нм.

3) полиомиелита,

4) клещевого энцефалита.

Вторая  группа -- это однонитевые геномы с негативной полярностью, т.е. (-) РНК-геномы.

Поскольку (-) РНК  не может выполнять функции мРНК, для образования «своих» мРНК вирус внедряет в клетку не только геном, но и фермент, умеющий снимать с этого генома комплементарные копии по схеме:

(-) РНК (+) РНК

- Этот вирусный  фермент (РНК-зависимая РНК-полимераза, синтезированная в предыдущем  цикле размножения) упакован в  вирионе в удобной для доставки  в клетку форме.

- Инфекционный процесс  начинается с того, что вирусный  фермент копирует вирусный геном,  образуя (+) РНК, которая выступает  в качестве матрицы для синтеза  вирусных белков, в том числе  РНК-зависимой РНК-полимеразы, которая  входит в состав образующихся  вирионов

- К вирусам с  негативным РНК-геномом относятся

а) вирусы гриппа,

б) кори,

в) бешенства,

г) желтой карликовости картофеля и др.

- схема вируса  гриппа

Вирус гриппа - это пример вируса с «-»-одноцепочечной РНК. У него есть оболочка и спиральная сердцевина. Сердцевина состоит из восьми сегментов «-» РНК, которые в комплексе с белками образуют спиралевидные структуры. Каждый сегмент кодирует один из белков вируса. В наибольшем количестве вирус содержит белок матрикса, располагающийся на внутренней стороне оболочки и придающий ей стабильность. Все белки оболочки кодируются вирусной РНК, тогда как липиды являются по своему происхождению клеточными (см. ДНК-содержащие вирусы, сборка). Основные белки оболочки - гемагглютинин и нейраминидаза.

Инфекционный  процесс протекает по схеме (прозрачка 2 внизу) начинается с прикрепления вируса к поверхности клетки-хозяина через гемагглютинин. Затем происходит слияние оболочки с клеточной мембраной, нуклеопротеиновая сердцевина (нуклеокапсид) входит в клетку, и кодируемая вирусом РНК-зависимая РНК-полимераза синтезирует + цепи мРНК на вирусных «-» цепях, после чего на рибосомах клетки-хозяина продуцируются вирусные белки. Некоторые из этих белков играют важную роль в репликации вирусного генома.

Репликация происходит в ядре, где с помощью той же, но вероятно, модифицированной РНК-полимеразы образуются «-» цепи РНК. После того как в ядро проступают нуклеокапсидные белки, происходит сборка нуклеокапсида. Затем нуклеокапсид проходит цитоплазму, присоединяя по пути белки оболочки, и покидает клетку, отпочковываясь от ее плазматической мембраны. Считается, что в процессе отпочковывания принимает участие нейраминидаза.

Третью  группу составляют двунитевые геномы, (±) РНК-геномы.

- Известные двунитевые  геномы всегда сегментированы (т.е.  состоят из нескольких разных  молекул).

- Сюда относятся  реовирусы. Их размножение проходит  по варианту, близкому к предыдущему.  Вместе с вирусной РНК в  клетку попадает и вирусная  РНК-зависимая РНК-полимераза, которая  обеспечивает синтез молекул  (+) РНК. В свою очередь (+) РНК  обеспечивает производство вирусных  белков на рибосомах хозяйской  клетки и служит матрицей для  синтеза новых (-) РНК-цепочек вирусной  РНК-полимеразой

Цепочки (+) и (-) РНК, комплексируясь друг с другом, образуют двунитевый (±) РНК-геном, который упаковывается в белковую оболочку.

- Реовирусы птиц (от англ. respiratory респираторный, enteric кишечный, orphan сиротский) - это икосаэдрические вирусы без оболочки, белковый капсид которых состоит из двух слоев - наружнего и внутреннего. Внутри капсида находятся 10 или 11 сегментов двухцепочечной РНК.

Реовирусы поражают респираторные и кишечные пути теплокровных животных (человека, обезьян, крупного и мелкого рогатого скота, летучих  мышей,