Віруси. Загальні характеристики. Морфологія та структура вірусів Як влаштовані прості віруси

Основним структурним компонентом віріонів(Повних вірусних частинок) є нуклеокапсид, тобто. білковий чохол (капсид) у якому укладено вірусний геном (ДНК чи РНК). Нуклеокапсид більшості сімей вірусів оточений ліпопротеїновою оболонкою. Між оболонкою та нуклеокапсидом у деяких вірусів (орто-, параміксо-, рабдо-, філо- та ретровірусів) знаходиться неглікозильований матриксний білок, що надає додаткової жорсткості віріонам. Віруси більшості сімей мають оболонку, яка грає важливу роль в інфекційності. Зовнішній шар оболонки віріони набувають, коли нуклеокапсид проникає через клітинну мембрану брунькуванням.

Білки оболонкикодуються вірусом, а ліпіди запозичуються із мембрани клітини. Глікопротеїни зазвичай у вигляді димерів та тримерів утворюють пепломери (виступи) на поверхні віріонів (орто-, параміксовіруси, рабдо-, філо-, корона-, бунья-, арена-, ретровіруси). Глікозильовані білки злиття пов'язані з пепломерами та виконують ключову роль у проникненні вірусу в клітину. Капсиди та оболонки віріонів утворюються безліччю копій одного або декількох видів білкових субодиниць внаслідок процесу самоскладання. Взаємодія в системі білок-білок завдяки слабким хімічним зв'язкам веде до об'єднання симетричних капсидів.
Відмінності вірусівза формою та розміром віріонів залежать від форми, розміру та кількості структурних білкових субодиниць та природи взаємодії між ними.

Капсидскладається з безлічі морфологічно виражених субодиниць (капсомерів), зібраних з вірусних поліпептидів строго певним чином, відповідно до відносно простих геометричних принципів. Білкові субодиниці, з'єднуючись один з одним, утворюють капсиди двох видів симетрії: ізометричні та спіральні. Структура нуклеокапсиду оболонкових вірусів подібна до структури нуклеокапсиду безоболонкових вірусів. На поверхні оболонки вірусів розрізняють морфологічно виражені глікопротеїнові структури – пепломери.

До складу суперкапсидної оболонкивходять ліпіди (до 20-35%) та вуглеводи (до 7-8%), що мають клітинне походження. Вона складається з подвійного шару клітинних ліпідів та вірусспецифічних білків, розташованих зовні та зсередини ліпідного біошару. Зовнішній шар суперкапсидної оболонки представляють пепломери (виступи) одного або більше типів, що складаються з однієї або кількох молекул глікопротеїнів. Нуклеокапсид у оболонкових вірусів часто називають серцевиною (core), а центральну частину віріонів, що містить нуклеїнову кислоту, називають нуклеоїдом.

Капсомери(Пепломери) складаються з структурних одиниць, побудованих з однієї або з декількох гомологічних або гетерологічних поліпептидних ланцюгів (білкових субодиниць).

Ізометричні капсидиє не сфери, а правильні багатогранники (ікосаедри). Їхні лінійні розміри ідентичні по осях симетрії. Згідно з Каспаром і Клугом (1962), капсомери в капсидах розташовані відповідно до ікосаедричної симетрії.

Такі капсидискладаються з ідентичних субодиниць, що утворюють ікосаедр. Вони мають 12 вершин (кутів), 30 граней та 20 поверхонь у вигляді рівнобедрених трикутників. Відповідно до цього правила капсид поліовіруса та вірусу ящуру утворений 60 білковими структурними одиницями, кожна з яких складається з чотирьох поліпептидних ланцюгів.

Ікосаедроптимально вирішує проблему укладання субодиниць, що повторюються, в строгу компактну структуру при мінімальному обсязі. Тільки деякі зміни структурних субодиниць можуть сформувати поверхні, утворити вершини та грані вірусного ікосаедра. Наприклад, структурні субодиниці аденовірусу на поверхнях та гранях формують шестигранні капсомери (гексони), а на вершинах – п'ятигранні капсомери (пептони). В одних вірусів обидва види капсомерів утворюються одними й тими самими поліпептидами, в інших - різними поліпептидами. Оскільки структурні субодиниці різних вірусів різняться між собою, то одні віруси здаються гексагональнішими, інші - більш сферичними.

Усі відомі ДНК-вірусихребетних, за винятком вірусів віспи, а також багато РНК-вірусів (7 сімейств) мають кубічний тип симетрії капсиду.

Реовіруси, На відміну від інших вірусів хребетних, мають подвійний кап-сид (зовнішній та внутрішній), причому кожен складається з морфологічних одиниць.

Віруси, що мають спіральний тип симетрії, мають вигляд циліндричної ниткоподібної структури, їх геномна РНК має вигляд спіралі і знаходиться всередині капсиду. Усі віруси тварин спіральної симетрії оточені ліпопротеїновою оболонкою.

Спіральні нуклеокапсидихарактеризуються довжиною, діаметром, кроком спіралі та кількістю капсомерів, що припадають на один оборот спіралі. Так, у вірусу Сендай (параміксовірус) нуклеокапсид є спіраль довжиною близько 1 мкм, діаметром 20 нм і кроком спіралі 5 нм. Капсид складається з приблизно 2400 структурних одиниць, кожна з яких є білком з молекулярною масою 60 кД. На кожен виток спіралі припадає 11-13 субодиниць.

У вірусів зі спіральним типом симетрії нуклеокапсидуукладання білкових молекул у спіраль забезпечує максимальну взаємодію між нуклеїновою кислотою та білковими субодиницями. У ікосаедричних вірусів нуклеїнова кислота знаходиться всередині віріонів у скрученому стані та взаємодіє з одним або декількома поліпептидами, розташованими всередині капсиду.

Віруси- це дрібні живі організми, розміри яких варіюють від 20 до 300 нм; в середньому вони разів на п'ятдесят менше бактерій. Їх не можна побачити за допомогою світлового мікроскопа і вони проходять через фільтри, що не пропускають бактерій.

Походження вірусів

Дослідники часто задаються питанням, чи живі віруси? Якщо вважати живою будь-яку структуру, що має генетичний матеріал (ДНК або РНК) і здатну до самовідтворення, то відповідь має бути ствердною: так, віруси - живі. Якщо ж ознакою живого вважати наявність клітинної будови, відповідь буде негативним: віруси не живі. До цього слід додати, що поза клітиною-господарем віруси нездатні до самовідтворення.

Для повного уявлення про вірусинеобхідно знати їхнє походження у процесі еволюції. Існує припущення, хоча й недоведене, що віруси - це генетичний матеріал, що колись «втік» з прокаріотичних і еукаріотів клітин і зберіг здатність до відтворення при поверненні в клітинне оточення.

Поза клітинами вірусизнаходяться в абсолютно інертному стані, однак вони мають набор інструкцій (генетичним кодом), необхідних для того, щоб знову проникнути в клітину і, підпорядкувавши її своїм інструкціям, змусити робити багато ідентичних собі (вірусу) копій. Отже, логічно припустити, що у процесі еволюції віруси з'явилися пізніше клітин.

Будова вірусів

Будова вірусівдуже просте. Вони складаються з наступних структур:
1) серцевини - генетичного матеріалу, представленого або ДНК, або РНК; ДНК або РНК може бути одноланцюжковою або дволанцюжковою;
2) капеїда - захисної білкової оболонки, що оточує серцевину;
3) нуклеокапсиду – складної структури, утвореної серцевиною та капсидом;
4) оболонки - деякі віруси, такі як ВІЛ і грип, мають додатковий ліпопротеїновий шар, що походить з плазматичної мембрани клітини-господаря;
5) капсомерів - ідентичних субодиниць, що повторюються, з яких часто бувають побудовані капсиди.

Загальна форма капсиду відрізняється високим ступенем симетрії, обумовлюючи здатність вірусівдо кристалізації. Це дозволяє досліджувати їх як методом рентгенівської кристалографії, так і за допомогою електронної мікроскопії. Як тільки в клітці-господарі утворюються субодиниці вірусу, вони відразу ж можуть самоскладання об'єднатися в повну вірусну частинку. Спрощена схема будови вірусу показано малюнку.

Для структури капсиду вірусухарактерні певні типи симетрії, особливо поліедричні та спіральні. Поліедр – це багатогранник. Найбільш поширена поліедрична форма у вірусів - ікосаедр, у якого є 20 трикутних граней, 12 кутів та 30 ребер. На малюнку А ми бачимо правильний ікосаедр, а на малюнку Б - вірус герпесу, в частинці якого 162 капсомери організовані в ікосаедр.

Наочною ілюстрацією спіральної симетрії може бути показаний малюнку, РНК-вірустютюнової мозаїки (ВТМ) Капсид цього вірусу утворений 2130 ідентичними білковими капсомерами.

ВТМ був першим вірусом, виділеним у чистому вигляді. При зараженні цим вірусом на листі хворої рослини з'являються жовті цятки – так звана мозаїка листя (рис. 2.18, В). Віруси розповсюджуються дуже швидко або механічно, коли хворі рослини або його частини приходять у дотик зі здоровими рослинами, або повітряним шляхом з димом від сигарет, для виготовлення яких було використано заражене листя.

Віруси, атакуючі бактерій, утворюють групу, яку називають бактеріофагами або просто фагами. У деяких бактеріофагів є чітко виражена ікосаедрична голівка і хвіст, що має спіральну симетрію). На малюнку наводяться схематичні зображення деяких вірусів, що ілюструють їх відносні розміри та загальну будову

Вони скрізь: у повітрі, воді, ґрунті та на поверхнях предметів. Вони настільки малі, що не всі їх типи можна розглянути в стандартний мікроскоп. Це віруси, дивовижні природні утворення, які не до кінця вивчені і мають разючу виживання.

Знайомтесь: отруйний та небезпечний

Вірус абсолютно виправдовує свою назву, якщо перекласти його з латини: отрута. Раніше це слово вживалося до всіх збудників хвороби без розбору. Але наприкінці 19 століття ситуація змінилася.

Два століття тому російський вчений Івановський в ході експериментів з листям тютюну, ураженого специфічною хворобою, з'ясував, що якщо від вичавленого соку за допомогою фільтра відокремити бактеріальний вміст, то біоматеріал все одно зберігає здатність інфікувати здорові рослини. Далі вчені почали виділяти нові види агресивних агентів способом фільтрації, наприклад, вірус ящуру або жовтої лихоманки. Поступово слово «фільтрується» зникло, і на даному етапі розвитку науки те, що викликає більшість захворювань у всьому світі, прийнято називати вірусами.

Ні живий, ні мертвий

Це питання досі є предметом наукових суперечок. Справа в тому, що з того часу, як було вивчено будову вірусів (насамперед, що викликає тютюнову мозаїку), їх поведінкові схеми, то з'ясувалися важливі подробиці, які змусили замислитися: він швидше живий, ніж мертвий, чи навпаки?

Аргументи за:

• молекулярна структура;
• містять геном;
• усередині клітини поводяться досить активно.

Аргументи проти:

• поза клітинної порожнини абсолютно інертні;
• самостійно не синтезують білок, тому не здатні ділитися генним матеріалом без клітини-господаря.

Структурні особливості

Будова вірусів, що викликають багато хвороб, відрізняється в деталях, але має багато спільних рис. Насамперед, позаклітинна форма вірусу називається вирионом. Він складається з таких елементів:

• ядра, яке вміщує від 1 до 3 молекул нуклеїнової кислоти;
• капсида – чохла з білка, що захищає кислоту від впливів;
• оболонки, що складається з білково-ліпідних сполук (не завжди є в наявності).

Нуклеїнова кислота – це генетичний код вірусу. Цікаво, що ніколи дезоксирибонуклеїнова та рибонуклеїнова кислоти не містяться разом. У той час як мікроорганізми, у «живості» яких ніхто не сумнівається, наприклад, хламідії, мають у своєму складі обидві кислоти. Що ж до генної інформації, вона може бути обмежена 1-3 генами, інколи ж містить до 100 одиниць.

Додаткову оболонку віріони запозичили у окупованого організму, внісши зміни у будову клітини. Вірусу, який має таке доповнення, цікавить цитоплазматична чи ядерна мембрана, щоб із її фрагментів сформувати вторинний захисний шар. Причому така оболонка властива лише порівняно великим екземплярам, ​​таким як герпес чи вірус грипу.

Компоненти вирионов виконують як функції захисту, зберігання інформації, а й відповідають за вірусне розмноження та необхідні мутації.

Форменний вірус

Особливості будови вірусів такі, що від форми капсиду залежить їхня класифікація.

Найпростіші віруси мають будову, що відрізняється наявністю одного виду білкових молекул у складі капсидів. Це так звані голі віруси, тобто геть-чисто позбавлені оболонки.

Але є віріони, покриті капсомерами – це поєднання кількох молекул, що утворює певну геометричну форму. Будова вірусів, і навіть їх капсомерів грає значної ролі в ідентифікації агресивного агента. Форма значно варіюється: головка з хвостиком, прямокутник (віспа), куля (грип), паличка (тютюнова мозаїка), нитка (хвороби картопляних бульб), багатогранник (поліомієліт), кулеподібний (сказ).

Нанорозміри

Віруси настільки малі, що більшість їх можна детально розглянути тільки в електронний мікроскоп. Якими б не були форма і будова вірусу, бактерії завжди відрізнятимуться більшими розмірами (приблизно в 50 разів). Величина віріонів варіюється в діапазоні від дрібних (20-30 нм) до великих (400 нм).

Клітинна окупація

Вірусне вторгнення в клітину не піддається жодному порівнянню – у природі подібний механізм не зустрічається більше ніде. Поза клітиною віріон перебуває у сплячому, кристалізованому стані. Але варто йому потрапити в бажану порожнину, як розпочинаються активні дії.

1. Адсорбція.Іншими словами, це прикріплення віріонів (іноді сотень) до стінок обраної клітини.
2. Віропексіс.Процес безпосереднього занурення у клітину, що відбувається через ділянку прикріплення вірусу. Цікавий момент: клітина ніяк не перешкоджає вторгненню, тому що частка вірусу, вірніше, його білок ідентифікується клітиною, як "свій".
3. Редуплікація.Інфекційна інвазія починається тоді, коли віруси розмножуються у клітині. Вони синтезують нові, подібні до себе молекули, утворюючи численні капсиди.
4. Вихід. У момент перенасичення порушується клітинна будова, вірусів вже нічого не стримує, і вони вириваються вражати нові клітини. При цьому статися такий процес може декількома способами.

Дивно, але мікроорганізми в сотні разів менші за клітину впевнено і швидко руйнують її роботу, деструктивно впливаючи на обмінні процеси і часто знищуючи жертву.

Типи вірусних вторгнень

Подібна класифікація залежить від характеру клітинної деструкції, а також тривалості перебування агресивного агента. У зв'язку з цим розрізняють три типи інфікування:

• руйнівний:цей тип інфекції називають літичним, при ньому віруси масово вириваються з клітинного простору, і, руйнуючи все на своєму шляху, прагнуть завоювання нових клітин;
• стійкий, або персистентний:характеризується поступовим витіканням вірусних мас назовні, не порушуючи роботи клітини;
• прихований:латентний тип відрізняється вбудовуванням вірусного геному в клітинні хромосоми і пізніше, при розподілі клітина передає вірус дочірнім структурам.

На закінчення варто відзначити вражаючу різноманітність цих мікроскопічних субстанцій, чим і обумовлена ​​різниця симптомів, що спостерігаються. Існують віруси з наявністю ДНК – герпес, віспа, а також містять РНК – ящур, кілька бактеріофагів. Крім іншого, ці віріони містять ліпіди.

Інші варіанти: безліпідні віруси, такі як аденовіруси та переважна більшість бактеріофагів.

Обнадіює та обставина, що рано чи пізно вчений світ навчиться підпорядковувати ці форми життя та звертати їх на користь людству.

Будова вірусів

1) Віруси немає клітинного будови. Кожна вірусна частка складається з розташованого в центрі носія генетичної інформації та оболонки. Генетичний матеріал являє собою коротку молекулу нуклеїнової кислоти, це утворює серцевину вірусу. Нуклеїнова кислота у різних вірусів може бути представлена ​​ДНК або РНК, причому ці молекули можуть мати незвичайну будову: зустрічається однониткова ДНК і двох нитчаста РНК.

2) Оболонка називається капсид.

Капсид виконує кілька функцій.

Захист генетичного матеріалу (ДНК чи РНК) вірусу від механічних та хімічних ушкоджень.

Визначення потенціалу для зараження клітини.

На початкових стадіях зараження клітини: прикріплення до клітинної мембрани, розрив мембрани та впровадження у клітину генетичного матеріалу вірусу.

частинки вірусу тютюнової мозаїки, вірусу, що викликає бородавки, та аденовірусу

Вона утворена субодиницями - капсомерами, кожен з яких складається з однієї або двох білкових молекул. Число капсомерів для кожного вірусу постійно (у капсиді вірусу поліомієліту їх 60, а у вірусу тютюнової мозаїки – 2130). Іноді нуклеїнова кислота разом із капсидом називається нуклеокапсидом. Якщо вірусна частка крім капсиду, більше немає оболонки, її називають простим вірусом, якщо є ще одна – зовнішня, вірус називається складним.

3) Зовнішню оболонку також називають суперкапсидом, генетично вона не належить вірусу, а походить із плазматичної мембрани клітини-господаря і формується при виході зібраної вірусної частки з інфікованої клітини. організований подвійним шаром ліпідів і специфічними вірусними білками, що найчастіше утворюють вирости-шипи, що пронизують ліпідний бислой. Такі віруси називають «одягненими». Виконує захисні функції у віріона, функцію прикріплення до сприйнятливої ​​клітини та проникнення в її цитоплазму, визначає багато характеристик вірусу (антигенні властивості, чутливість до ушкоджуючих факторів та ін.). віруси грипу та герпесу

4) У кожного вірусу капсомери капсида розташовуються у строго певному порядку, завдяки чому виникає певний тип симетрії. При спіральній симетрії капсид набуває трубчастої (вірус тютюнової мозаїки) або сферичну (РНК-віруси тварин) форму. При кубічній симетрії капсид має форму ікосаедра (двадцятигранника), таку симетрію мають ізометричні віруси. У разі комбінованої симетрії капсид має кубічну форму, а розташована всередині нуклеїнова кислота укладена спірально. Правильна геометрія капсиду навіть дозволяє вірусним частинкам спільно утворювати кристалічні структури.

Будова та класифікація вірусів

Віруси відносяться до царстваVira . Це

дрібні мікроби («агенти, що фільтруються»),

не мають клітинної будови, білоксинтезуючої системи,

Вони є автономними генетичними структурами і відрізняються особливим, роз'єднаним (диз'юнктивним) способом розмноження (репродукції): у клітині окремо синтезуються нуклеїнові кислоти вірусів та їх білки, потім відбувається їх складання у вірусні частинки.

Сформована вірусна частка називається віріоном.

Морфологію та структуру вірусів вивчають зза допомогою електронної мікроскопії,оскільки їх розміри малі і можна порівняти з товщиною оболонки бактерій.

Форма віріонів може бути різноюної (рис.):

паличкоподібної (вірус тютюнової мозаїки),

кулеподібної (вірус сказу),

сферичної (віруси поліомієліту, ВІЛ),

ниткоподібної (філовіруси),

у вигляді сперматозоїда (багато бактеріофаги).

Розміри вірусів визначають:

з допомогою електронної мікроскопії,

методом улирафільтрації через фільтри з відомим діаметром пор,

методом ультрацентрифугування.

Найбільш дрібними вірусами є парвовіруси (18 нм) та вірус поліомієліту (близько 20 нм), найбільшим – вірус натуральної віспи (близько 350 нм).

Розрізняють ДНК- та РНК-містять віруси.Вони зазвичай гаплоїдні,тобто мають один набір генів. Виняткомє ретро-віруси, що мають диплоїдний геном. Геном вірусів містить від шести до кількох сотень генів та представлений різними видаминуклеїнових кислот:

двонитковими,

однонитковими,

лінійними,

кільцевими,

фрагментованими.

Є також РНК-віруси з негативним (мінус-нитка РНК) геномом.Мінус-нитка РНК цих вірусів виконує лише спадкову функцію.

Розрізняють:

просто влаштовані віруси (наприклад, віруси поліомієліту, гепатиту А) та

складно влаштовані віруси (наприклад, віруси кору, грипу, герпесу, коронавіруси).

У просто влаштованих вірусів(Рис.) Нуклеїнова кислота пов'язана з білковою оболонкою, званої капсидом(Від лат. capsa- футляр). Капсид складається з морфологічних субодиниць, що повторюються. капсомерів.Нуклеїнова кислота та капсид взаємодіють один з одним і разом називаються нуклеокапсид.

У складно влаштованих вірусів(рис.) капсид оточений ліпопротеїновою оболочкой- суперкапсидом,чи пеплосом. Оболонка вірусу є похідною структурою мембран мембран вірус-інфікованої клітини. На оболонці вірусу розташовані глікопротеінові"шипи", або "шипики" (пепломіри,або суперкапсиднібілки). Під оболонкою деяких вірусів знаходиться М-білок.

Таким чином,просто влаштовані віруси складаються з нуклеїнової кислоти та капсиду.Складно влаштовані віруси складаються з нуклеїнової кислоти, капсиду та ліпопротеїнової оболонки.

Віріони мають:

спіральний,

ікосаедричний(Кубічний) або складний тип симетрії капсиду (нуклеокапсиду).

Спіральний типсиметрії обумовлений гвинтоподібною структурою нуклеокапсиду (наприклад, у вірусів грипу, коронавірусів). Ікосаедричний типсиметрії обумовлений утворенням ізометрично порожнього тіла з капсиду, що містить вірусну нуклеїнову кислоту (наприклад, вірус герпесу).

Капсид та оболонка (суперкапсид) захищають віріони від впливу навколишнього середовища, зумовлюють вибіркову взаємодію (адсорбцію) з певними клітинами, а також антигенні та імуногенні властивості віріонів.

Внутрішні структури вірусів називають сір дцевиною. У аденовірусів серцевина складається з гістоноподібних білків, пов'язаних з ДНК. реовірусів – з білків внутрішнього капсиду.

У вірусології використовують такі таксономічнікатегорії :

сімейство (назвазакінчується на viridae),

підродина (назва закінчується на virinae),

рід (назва закінчується на virus).

Однак назви пологів і особливо підродин дано не для всіх вірусів. Вид вірусу не отримав біномної назви, як у бактерій.

В основу класифікації вірусів полодружини наступні категорії:

тип нуклеїновиття кислоти (ДНК абоРНК), її структура,кількість ниток (одна або дві), особливийності відтворення вірусного геному(табл. 2.3),

розмір та морфологія віріонів,кількість капсомерів та тип симетріїнуклеокапсиду, наявність оболонки (суперкапсиду).

чутливість до ефіру та дезоксихолату,

місце розмноження у клітці,

антигенні властивості та ін.

Віруси вражають хребетних та безхребетних тварин, а також бактерії та рослини. Будучи основними збудниками інфекційних захворювань людини, вони також беруть участь у процесах канцерогенезу, можуть передаватися різними шляхами, у тому числі через плаценту (віруси краснухи, цитомега) лії та ін), вражаючи плід людини. Вони можутьприводити і допостінфекційних ускладнень - розвитку міокардитів, панкреатитів, імунодефіцитів та ін.

Крім звичайних (канонічних) вірусів відомі інфекційні молекули, які є вірусами і називаються пріонами. Пріони-термін, запропонований С. Прузинером, є анаграмою англійських слів «інфекційна білкова частка.» Клітинна форма нормального пріонового протеїну (РгРС) є в організмі ссавців, у тому числі людини, і виконує низку регуляторних функцій. Його кодує PrP-ген, розташований у короткому плечі 20-ї хромосоми людини. При пріонних хворобах у вигляді трансмісивних губкоподібних енцефалопатії (хвороба Крейтцфельда-Якоба, куру та ін.) пріонний протеїн набуває іншої, інфекційної форми, що позначається як РгР&(Sc - від scrapie - скріпи, пріонної інфекції овець та кіз). Цей інфекційний пріоновий протеїн має вигляд фібрил і відрізняється від нормального пріонного протеїну третинною або четвертинною структурою.

Іншими незвичайними агентами, близькими до вірусів, є віроїди- невеликі молекули кільцевої, суперспіралізованої РНК, що не містять

3.3. Фізіологія вірусів

Віруси- облігатні внутрішньоклітинні паразити, здатні лише до внутрішньоклітинного розмноження. У вірусінфікованій клітині можливе перебування вірусів у різних станах:

відтворення численних нових віріонів;

перебування нуклеїнової кислоти вірусу в інтегрованому стані із хромосомою клітини (у вигляді провірусу);

існування у цитоплазмі клітини як кільцевих нуклеїнових кислот, що нагадують плазміди бактерій.

Тому діапазон порушень, викликаних вірусом, дуже широкий: від вираженої продуктивної інфекції, що завершується загибеллю клітини, до тривалої взаємодії вірусу з клітиною як латентної інфекції чи злоякісної трансформації клітини.

Розрізняють три типи взаємодії вірусуз кліткою: продуктивний, абортивний та інтегративний.

1. Продуктивний тип - завершується утворенням нового покоління віріонів та загибеллю (лізисом) заражених клітин (цитолітична форма). Деякі віруси виходять із клітин, не руйнуючи їх (нецитолітична форма).

Абортивний тип - не завершується утворенням нових віріонів, оскільки інфекційний процес у клітині переривається одному з етапів.

Інтегративний тип, або вирогенія -характеризується вбудовуванням (інтеграцією) вірусної ДНК у вигляді провірусу в хромосому клітини та їх спільним співіснуванням (спільна реплікація).

Репродукція вірусів (продуктивний)

Продуктивний тип взаємодії віру са з клітиною, тобто. репродукція вірусу (лат. re - повторення, productio - виробництво), проходить у 6 стадій:

1) адсорбціявіріонів на клітці;

2) проникненнявірусу у клітину;

3) «роздягання»та вивільнення вірусного геному (депротеїнізація вірусу);

4) синтезвірусних компонентів;

5) формуваннявіріонів;

6) вихід віріонівіз клітини.

У різних вірусів ці стадії відрізняються

Адсорбція вірусів.Перша стадія репродукції вірусів – адсорбція, тобто прикріплення віріону до поверхні клітини. Вона протікає у дві фази. Перша фаза - неспецифічна, обумовлена ​​іонним тяжінням між вірусом та клітиною, включаючи інші механізми. Друга фаза адсорбції - високоспеціфі чеська, обумовлена ​​гомологією, комплементарністю рецепторів чутливих клітин і «пізнають» їх білкових лігандів вірусів. Білки на поверхні вірусів, які впізнають специфічні клітинні рецептори та взаємодіють з ними , називаються прикріпи тільними білками (в основному це глікопроте іни) у складі ліпопротеїнової оболонки.

Специфічні рецептори клітин мають різну природу, будучи білками, ліпідами, вуглеводними компонентами білків, ліпідів та ін. Так, рецепторами для вірусу грипу є сіалова кислота у складі глі-копротеїнів та гліколіпідів (гангліозидів) клітин дихальних шляхів. Віруси сказу адсорбуються на ацетилхолінових рецепторах нервової тканини, а віруси імунодефіциту людини – на СО4-рецепторах Т-хелперів, моноцитів та дендритних клітин. На одній клітині знаходиться від десяти до ста тисяч специфічних рецепторів, тому на ній можуть адсорбуватися десятки та сотні віріонів.

Наявність специфічних рецепторів лежить в основі вибірковості ураження вірусами певних клітин, тканин та органів. Це так званий тропізм (Грець. tropos - поворот, напрямок). Наприклад, віруси, що репродукуються переважно у клітинах печінки, називаються гепатотропними, у нервових клітинах – нейротропними, в імунокомпетентних клітинах – імунотропними тощо.

Проникнення вірусів у клітину.Віруси проникають у клітину шляхом рецептор-залежного ендоцитозу (віропексису), або злиття оболонки вірусу з клітинною мембраною, або в результаті поєднання цих механізмів.

1 . Рецептор-залежний ендоцитозвідбувається в результаті захоплення та поглинання віріона клітиною: клітинна мембрана з прикріпленим віріоном вп'ячується з утворенням внутрішньоклітинної вакуолі (ендосоми), що містить вірус. За рахунок АТФ-залежного «протонного» насоса вміст ендосоми закислюється, що призводить до злиття ліпопротеїнової оболонки складно організованого вірусу з мембраною ендосоми та виходу вірусного нуклеокапсиду в цитозоль клітини. Ендосоми об'єднуються з лізосомами, які руйнують вірусні компоненти, що залишилися. Процес виходу безоболонкових (просто організованих) вірусів з ендосоми у цитозоль залишається маловивченим.

2. Злиття обточування віріона з клітинною мембраноюхарактерно тільки для деяких оболонкових вірусів (параміксовірусів, ретровіру-сов, герпесвірусів), у складі яких є білки злиття.Відбувається точкова взаємодія вірусного білка злиття з ліпідами клітинної мембрани, у результаті вірусна ліпопротеїнова оболонка інтегрує з клітинною мембраною, а внутрішній компонент вірусу потрапляє в цитозоль.

А) «Роздягання» (депротеїнізація) вірусів.В результаті вивільняється його внутрішній компонент, здатний спричинити інфекційний процес. Перші етапи «роздягання» вірусу починаються в процесі його проникнення в клітину шляхом злиття вірусних і клітинних мембран або при виході вірусу з ендосоми в цитозоль. Наступні етапи «роздягання» вірусу тісно взаємопов'язані з їх внутрішньоклітинним транспортом до місць депротеїнізації. Для різних вірусів існують свої спеціалізовані ділянки «роздягання» у клітині: для пикорнавирусов- в цитоплазмі з участю лізосом, апарату Гольджі; для герпесвірусів – навколоядерний простір або пори ядерної мембрани; для аденовірусів – спочатку структури цитоплазми, а потім ядро ​​клітини. Кінцевими продуктами роздягання можуть бути нуклеїнова кислота, нуклеопротеїн (нуклеокапсид) або серцевина віріону. Так, кінцевим продуктом роздягання пікарновірусів є нуклеїнова кислота, ковалентно пов'язана з одним із внутрішніх білків. А у багатьох оболонкових РНК-вірусів кінцевими продуктами «роздягання» можуть бути нуклеокапсиди або серцевини, які не тільки не перешкоджають експресії вірусного геному, а, більше того, захищають його від клітинних протеаз і регулюють подальші біосинтетичні процеси.

В) Синтез вірусних компонентів.Синтез білків та нуклеїнових кислот вірусу, який роз'єднанийу часі та просторі. Синтез здійснюється у різних частинах клітини, тому такий спосіб розмноження вірусів називається дизюнктивним(Від лат. disjunctus - Роз'єднаний).

С)Синтез вірусних білків . У зараженій клітині вірусний геном кодує синтез двох груп білків:

1. неструктурних білків,які обслуговують внутрішньоклітинну репродукцію вірусу на різних його етапах;

2. структурних білків,які входять до складу віріону (геномні, пов'язані з геномом вірусу, капсидні та су-перкапсидні білки).

Донеструктурним біл кам відносяться: 1) ферменти синтезу РНК або ДНК (РНК або ДНК-полімерази), що забезпечують транскрипцію і реплікацію вірусного геному; 2) білки-регулятори; 3) попередники вірусних білків, що відрізняються своєю нестабільністю внаслідок швидкого нарізування на структурні білки; 4) ферменти, що модифікують вірусні білки, наприклад, протеїнази та протеїнкінази.

Синтез білківу клітині здійснюється відповідно до добре відомих процесів транскрипції (Від лат. transcriptio - переписування) шляхом «переписування» генетичної інформації з нуклеїнової кислоти в нуклеотидну послідовність інформаційної РНК (іРНК) та трансляції(Від лат. translatio - передача) - зчитування іРНК на рибосомах із заснуванням білків. Передача спадкової інформації щодо синтезу іРНК у різних груп вірусів неоднакова.

I . ДНК-віруси реалізують генетичну інформацію так само, як і клітинний геном, за схемою:

геномнаДНК вірусу-» транскрипціяіРНК-» трансляціябілка вірусу.

Причому ДНК-містячі віруси використовують для цього процесу клітинну полімеразу (віруси, геноми яких транскрибуються в ядрі клітини - аденовіруси, па-повавіруси, герпесвіруси) або власну РНК-полімеразу (віруси, геноми яких транскрибуються в цитоплазмі), наприклад.

II . Плюс-ниткові РНК-віруси (наприклад, пікорнавіруси, флавівіруси, то гавіруси) мають геном, що виконуєфункцію іРНК; він розпізнається та транслюється рибосомами. Синтез білків у цих вірусів здійснюється без акта транскрипції за схемою:

геномна РНК вірусу-> трансляція білка вірусу .

III. Геном мінус-однониткових РНК-містят вірусів (ортоміксовірусів, параміксовірусів, рабдовірусів) та двониткових (реовірусів) служить матрицею, з якою транскрибується іРНК, за участю РНК-полімерази, пов'язаної з нуклеїновою кислотою вірусу. Синтез білка у них відбувається за схемою:

геномна РНК вірусу-» транскрипція та- РНК- трансляція білка вірусу.

IV. Ретровіруси (Віруси імунодефіциту людини, онкогенні ретровіруси) мають унікальний шлях передачі генетичної інформації. Геном ретровірус складається з двох ідентичних молекул РНК, тобто є диплоїдним. У складі ретровірусів є особливий вірусоспецифічний фермент - зворотна транскриптаза, або ревертаза, за допомогою якої здійснюється процес зворотної транскрипції, тобто на матриці геномної РНК синтезується однониткова комплементарна ДНК (кДНК). Комплементарна нитка ДНК копіюється з утворенням двониткової комплементарної ДНК, яка інтегрує в клітинний геном і в його складі транскрибується в іРНК за допомогою клітинної ДНК-залежної РНК-полімерази. Синтез білків цих вірусів здійснюється за схемою:

геномна РНК вірусу-> комплементарна ДНК-» транскрипція іРНК

-»трансляція білка вірусу.

Реплікація вірусних геномів т. е. синтез вірусних нуклеїнових кислот, що призводить до накопичення в клітині копій вихідних вірусних геномів, які використовуються при складанні віріонів. Спосіб реплікації геному залежить від типу нуклеїнової кислоти вірусу, наявності вірусоспецифічних або клітинних полімераз, а також від здатності вірусів індукувати утворення полімераз у клітині.

Механізм реплікації відрізняється у вірусів, які мають:

1) двониткову ДНК;

2) однониткову ДНК;

3) плюс-однониткову РНК;

4) мінус-одноніте-ву РНК;

5) двониткову РНК;

6) ідентичні плюс-ниткові РНК (ретровіруси).

1. Двониткові ЛНК-віруси . Реплікація двониткових вірусних ДНК відбувається звичайним напівконсервативним механізмом: після розплетення ниток ДНК до них комплементарно добудовуються нові нитки. Кожна знов синтезована молекула ДНК складається з однієї батьківської та однієї знов синтезованої нитки. До цих вірусів відноситься велика група вірусів, які містять двониткову ДНК у лінійній (наприклад, герпесвіруси, аденовіруси та поксвіруси) або в кільцевій формі, як папіломавіруси. У всіх вірусів, крім поксвірусів, транскрипція вірусного геному відбувається у ядрі.

Унікальний механізм реплікації характерний для гепаднавірусів (вірусу гепатиту В). Геном гепаднавірусів представлений двонитковою кільцевою ДНК, одна нитка якої коротша (неповна плюс-нитка) іншої нитки. Спочатку добудовується (рис. 3.7). Потім повна двониткова ДНК за допомогою клітинної ДНК-залежної РНК-полімерази транскрибується з утворенням невеликих молекул іРНК та повної однониткової плюс-РНК. Остання називається прегеномною РНК; вона є матрицею для реплікації геному вірусу. Синтезовані іРНК беруть участь у процесі трансляції білків, у тому числі вірусної РНК-залежної ДНК-полімерази (зворотної транскриптази). За допомогою цього ферменту, що мігрує в цитоплазму, прегеномна РНК назад транскрибується в мінус-нитку ДНК, яка, у свою чергу, служить матрицею для синтезу плюс-нитки ДНК. Цей процес закінчується утворенням двониткової ДНК, що містить неповну плюс-нитку ДНК.

Однониткові ДНК-віруси . Єдиними представниками однониткових ДНК-вірусів є парвовіруси. Парвовіруси використовують клітинні ДНК-полімерази для створення двониткового вірусного геному, так званої реплікативної форми останнього. При цьому на вихідної вірусної ДНК (плюс-нитка) комплементарно синтезується мінус-нитка ДНК, що служить матрицею для синтезу плюс-нитки ДНК нового віріона. Паралельно синтезується іРНК, відбувається трансляція вірусних пептидів.

Плюс-однониткові РНК-віруси . Ці віруси включають велику групу вірусів - пікорнавіруси, флавівіруси, тогавіруси (рис.3.8), у яких геномна плюс-нитка РНК виконує функцію іРНК. Наприклад, РНК поліовірусів після проникнення в клітину зв'язується з рибосомами, працюючи як іРНК і на її основі синтезується великий поліпептид, який розщеплюється на фрагменти: РНК-залежну РНК-полімеразу, вірусні протеази та капсидні білки. Полімераза на основі геномної плюс-нитки РНК синтезує мінус-нитку РНК; формується тимчасово подвійна РНК, названа проміжною реплікативною ланкою. Ця проміжна реплікативна ланка складається з повної плюс-нитки РНК та численних частково завершених мінус-ниток. Коли утворені всі мінус-нитки, вони використовують як шаблони для синтезу нових плюс-ниток РНК. Цей механізм використовується як розмноження геномної РНК вірусу, так синтезу великої кількості вірусних білків.

Мінус-однониткові РНК-віруси. Мінус-однониткові РНК-віруси (рабдовіруси, параміксовіруси, ортоміксовіруси) мають у своєму складі РНК-залежну РНК-полімеразу. Геномна мінус- нитка РНК, що проникла в клітину, трансформується вірусною РНК-залежною РНК-полімеразою в неповні і повні плюс-нитки РНК. Неповні копії виконують роль іРНК синтезу вірусних білків. Повні копії є матрицею (проміжна стадія) для синтезу мінус-ниток геномної РНК потомства

Двониткові РНК-віруси. Механізм реплікації цих вірусів (реовірусів і ротаві-русів) подібний до реплікації мінус-однониткових РНК-вірусів. Відмінність у тому, що що у процесі транскрипції плюс-нитки функціонують як іРНК, а й беруть участь у реплікації: є матрицями для синтезу мінус-ниток РНК. Останні у комплексі з плюс-нитками РНК утворюють геномні двониткові РНК віріонів. Реплікація вірусних нуклеїнових кислот цих вірусів відбувається у цитоплазмі клітин.

6 . Ретровіруси (плюс-ниткові диплоїдні РНК-віруси). Зворотна транскриптаза ретровірусів синтезує (на матриці РНК-вірусу) мінус-нитка ДНК, з якої копіюється плюс-нитка ДНК з утворенням подвійної нитки ДНК, замкненої в кільце (рис. 3.10). Далі подвійна нитка ДНК інтегрує із хромосомою клітини, утворюючи провірус. Численні віріонні РНК утворюються в результаті транскрипції однієї з ниток інтегрованої ДНК за участю клітинної ДНК-залежної РНК-полімерази.

Формування вірусів.Віріони формуються шляхом самоскладання: складові частини віріону транспортуються в місця збирання вірусу – ділянки ядра або цитоплазми клітини. З'єднання компонентів віріону обумовлінонаявністю гідрофобних, іонних, водневих зв'язків та стеричної відповідності.

Існують такізагальні принципи збирання вірусів :

Формування вірусів- багатоступінчастий процес з утворенням проміжних форм, що відрізняються від зрілих віріонів за складом поліпептидів.

Складання просто влаштованих вірусівполягає у взаємодії вірусних нуклеїнових кислот з капсидними білками та утворенні нуклеокапсидів.

У складно влаштованих вірусівспочатку формуються нуклеокапсиди, які взаємодіють із модифікованими мембранами клітин (майбутньою ліпопротеїновою оболонкою вірусу).

Причому збирання вірусів, що реплікуються в ядрі клітини, відбувається за участю мембрани ядра, а збирання вірусів, реплікація яких йде в цитоплазмі, здійснюється за участю мембран ендоплазматичної мережі або плазматичної мембрани, куди вбудовуються глікопротеїни та інші білки оболонки вірусу.

У ряду складно влаштованихвірусів мінус-ниткових РНК-вірусів (ортоміксовірусів, параміксовірусів) у складання залучається так званий матриксний білок (М-білок), який розташований під модифікованою клітинною ембраною. Маючи гідрофобні властивості, він виконує роль посередника між нуклеокапсидом і вірусною ліпопротеїновою оболонкою.

□ Складно влаштовані вірусиу процесі формування включають у свій склад деякі компоненти клітини господаря, наприклад ліпіди та вуглеводи.

Вихід вірусів із клітини.Повний цикл репродукції вірусів завершується через 5-6 год (вірус грипу та ін.) або за кілька діб (гепатовіруси, вірус кору та ін.). Процес репродукції вірусів закінчується виходом їх із клітини, який відбувається вибуховим шляхом або брунькуванням, екзоцитозом.

Вибуховий шлях: з гине клітини одночасно виходить велика кількість віріонів. По вибуховому шляху виходять із клітини просто влаштовані віруси, які мають ліпопротеїнової оболонки.

Ниркування, екзоцшпт властиві вірусам, які мають ліпопротеїнову оболонку, яка є похідною від клітинних мембран.Спочатку нуклеокапсид, що утворився, або серцевина віріона транспортується до клітинних мембран, в які вже вбудовані вірусоспецифічні білки. Потім в області контакту нуклеокапсиду або серцевини віріона з клітинною мембраною починається випинання цих ділянок. Нирка, що сформувалася, відділяється від клітини у вигляді складно влаштованого вірусу. При цьому клітина здатна довго зберігати життєздатність і продукувати вірусне потомство.

Ниркування вірусів, що формуються в цитоплазмі, може відбуватися або через плазматичну мембрану (наприклад, параміксовіруси, тогавіруси), або через мембрани ендоплазматичної мережі з подальшим виходом на поверхню клітини (наприклад, буньявіруси).

Віруси, що формуються в ядрі клітини (наприклад, герпесвіруси), поринають у перинуклеарний простір через модифіковану ядерну мембрану, набуваючи таким чином ліпопротеїнової оболонки. Потім вони транспортуються у складі цитоплазматичних везикул на поверхню клітини.