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Estrutura morfológica dos vírus. Morfologia dos vírus

Estrutura morfológica dos vírus. Morfologia dos vírus

A morfologia e a estrutura dos vírus são estudadas em microscópio eletrônico, pois seus tamanhos são pequenos e comparáveis à espessura da casca bacteriana. A forma dos vírions pode ser diferente: em forma de bastonete (vírus do mosaico do tabaco), em forma de bala (vírus da raiva), esférica (vírus da poliomielite, HIV), em forma de esperma (muitos bacteriófagos).

Os tamanhos dos vírus são determinados por microscopia eletrônica, ultrafiltração através de filtros com diâmetro de poro conhecido e ultracentrifugação. Um dos menores vírus é o vírus da poliomielite (cerca de 20 nm), o maior é a varíola (cerca de 350 nm).

Existem vírus simples (por exemplo, vírus da poliomielite) e vírus complexos (por exemplo, vírus da gripe, vírus do sarampo). Nos vírus simples, o ácido nucléico está associado a um invólucro protéico denominado capsídeo (do latim capsa - caso). O capsídeo consiste em subunidades morfológicas repetidas - capsômeros. O ácido nucleico e o capsídeo interagem entre si para formar um nucleocapsídeo. Em vírus complexos, o capsídeo é cercado por um invólucro lipoproteico adicional - um supercapsídeo (um derivado das estruturas da membrana da célula hospedeira), que possui “espinhos”. Os virions são caracterizados por um tipo espiral, cúbico e complexo de simetria do capsídeo. O tipo helicoidal de simetria é devido à estrutura helicoidal do nucleocapsídeo, o tipo cúbico de simetria é devido à formação de um corpo isometricamente oco a partir do capsídeo contendo o ácido nucleico viral.

O capsídeo e o supercapsídeo protegem os vírions das influências ambientais, determinam a interação seletiva (adsorção) com as células e determinam as propriedades antigênicas e imunogênicas dos vírions. As estruturas internas dos vírus são chamadas de núcleo. Em virologia, são utilizadas as seguintes categorias taxonômicas: família (o nome termina em viridae), subfamília (o nome termina em virinae), gênero (o nome termina em vírus).

No entanto, os nomes dos gêneros e especialmente das subfamílias não são formulados para todos os vírus. O tipo de vírus não recebeu nome binomial, como bactéria.

A classificação dos vírus é baseada nas seguintes categorias:

§ tipo de ácido nucleico (DNA ou RNA), sua estrutura, número de fitas (uma ou duas),

§ características da reprodução do genoma viral;

§ tamanho e morfologia dos vírions, número de capsômeros e tipo de simetria;

§ presença de supercapsídeo;

§ sensibilidade ao éter e ao desoxicolato;

§ criadouro na cela;

§ propriedades antigênicas, etc.

Os vírus infectam animais vertebrados e invertebrados, bem como plantas e bactérias. Sendo os principais agentes causadores de doenças infecciosas humanas, os vírus também estão envolvidos nos processos de carcinogênese e podem ser transmitidos de diversas formas, inclusive através da placenta (vírus da rubéola, citomegalovírus, etc.), afetando o feto humano. Eles podem levar a complicações pós-infecciosas - desenvolvimento de miocardite, pancreatite, imunodeficiência, etc.

Além dos vírus comuns, também são conhecidos os chamados vírus não canônicos - príons - partículas infecciosas proteicas que são agentes de natureza proteica, tendo a forma de fibrilas com tamanho de 10,20x100,200 nm. Os príons, aparentemente, são indutores e produtos de um gene autônomo em humanos ou animais e causam encefalopatia neles sob condições de infecção viral lenta (doença de Creutzfeldt-Jakob, kuru, etc.). Outros agentes incomuns intimamente relacionados aos vírus são os viróides, pequenas moléculas de RNA circular superenrolado que não contêm proteínas e causam doenças nas plantas.

Capítulo 3

FISIOLOGIA DOS MICRORGANISMOS

A fisiologia dos microrganismos estuda a atividade vital das células microbianas, os processos de sua nutrição, respiração, crescimento, reprodução e padrões de interação com o meio ambiente.

Assunto de estudo microbiologia médicaé a fisiologia de microrganismos patogênicos e oportunistas que podem causar doenças humanas. Elucidar a fisiologia desses microrganismos é importante para fazer um diagnóstico microbiológico, compreender a patogênese, tratar e prevenir doenças infecciosas, regular as relações humanas com o meio ambiente, etc.

Composição química das bactérias

A composição dos microrganismos inclui água, proteínas, ácidos nucléicos, carboidratos, lipídios e minerais.

A água é o principal componente de uma célula bacteriana, representando cerca de 80% de sua massa. Está em estado livre ou ligado aos elementos estruturais da célula. Nos esporos, a quantidade de água diminui para 18,20%. A água é um solvente para muitas substâncias e também desempenha um papel mecânico no fornecimento de turgor. Durante a plasmólise – a perda de água por uma célula em uma solução hipertônica – o protoplasma é separado da membrana celular. Remover a água da célula e secá-la interrompe os processos metabólicos. A maioria dos microrganismos tolera bem a secagem. Quando falta água, os microrganismos não se multiplicam. A secagem no vácuo a partir do estado congelado (liofilização) interrompe a reprodução e promove a preservação a longo prazo dos indivíduos microbianos.

As proteínas (40,80% do peso seco) determinam as propriedades biológicas mais importantes das bactérias e geralmente consistem em combinações de 20 aminoácidos. A bactéria contém ácido diaminopimélico (DAP), que está ausente nas células humanas e animais. As bactérias contêm mais de 2.000 proteínas diferentes, localizadas em seus componentes estruturais e envolvidas em processos metabólicos. A maioria das proteínas tem atividade enzimática. As proteínas de uma célula bacteriana determinam a antigenicidade e imunogenicidade, virulência e espécies de bactérias.

Os ácidos nucleicos bacterianos desempenham funções semelhantes aos ácidos nucleicos das células eucarióticas: a molécula de DNA na forma de um cromossomo é responsável pela hereditariedade, ácidos ribonucleicos(informação, ou matriz, transporte e ribossômico) estão envolvidos na biossíntese de proteínas.

As bactérias podem ser caracterizadas (taxonomicamente) pelo seu conteúdo da soma de guanina e citosina (GC) como uma porcentagem molar (M%) do número total de bases de DNA. Uma característica mais precisa dos microrganismos é a hibridização do seu DNA. Base do método de hibridização

DNA – a capacidade do DNA desnaturado (de fita simples) de renaturar, ou seja, combinam-se com a fita complementar de DNA para formar uma molécula de DNA de fita dupla.

Carboidratos de bactérias são apresentados substâncias simples(mono e dissacarídeos) e compostos complexos. Os polissacarídeos são frequentemente incluídos em cápsulas. Alguns polissacarídeos intracelulares (amido, glicogênio, etc.) são nutrientes de reserva.

Os lipídios fazem parte principalmente da membrana citoplasmática e seus derivados, bem como da parede celular das bactérias, por exemplo, a membrana externa, onde, além da camada biomolecular de lipídios, existe o LPS. Os lipídios podem atuar como nutrientes de reserva no citoplasma. Os lipídios bacterianos são representados por fosfolipídios, ácidos graxos e glicerídeos. Nai grande quantidade lipídios (até 40%) contêm Mycobacterium tuberculosis.

Minerais bacterianos são encontrados nas cinzas depois que as células são queimadas. Fósforo, potássio, sódio, enxofre, ferro, cálcio, magnésio, bem como microelementos (zinco, cobre, cobalto, bário, manganês, etc.) são detectados em grandes quantidades. Eles estão envolvidos na regulação da pressão osmótica, pH de. o meio ambiente, potencial redox, ativam enzimas, fazem parte de enzimas, vitaminas e componentes estruturais de células microbianas.

Nutrição de bactérias

As características nutricionais de uma célula bacteriana consistem no influxo de substratos nutricionais por toda a sua superfície, bem como na alta velocidade dos processos metabólicos e na adaptação às mudanças nas condições ambientais.

Tipos de energia. A ampla distribuição de bactérias é facilitada por uma variedade de tipos de alimentos. Os microrganismos precisam de carboidratos, nitrogênio, enxofre, fósforo, potássio e outros elementos. Dependendo das fontes de carbono para nutrição, as bactérias são divididas em autotróficas (do grego autos - em si, trophe - alimento), que utilizam dióxido de carbono CO 2 e outros compostos inorgânicos para construir suas células, e heterótrofas (do grego heteros - outro, trofeu - alimento) que se alimentam de compostos orgânicos prontos. Bactérias autotróficas são bactérias nitrificantes encontradas no solo; bactérias sulfurosas que vivem em água com sulfeto de hidrogênio; bactérias de ferro que vivem na água com ferro ferroso, etc.

Dependendo do substrato oxidável, denominado doador de elétrons ou hidrogênio, os microrganismos são divididos em dois grupos. Os microrganismos que utilizam compostos inorgânicos como doadores de hidrogênio são chamados de litotróficos (do grego lithos - pedra), e os microrganismos que utilizam compostos orgânicos como doadores de hidrogênio são chamados de organotróficos.

Considerando a fonte de energia, os fototróficos são diferenciados entre as bactérias, ou seja, fotossintéticas (por exemplo, algas verde-azuladas, que utilizam energia luminosa) e quimiotróficas, que requerem fontes químicas de energia.

Fatores de crescimento. Para crescer em meio nutriente, os microrganismos requerem certos componentes adicionais, chamados fatores de crescimento. Os fatores de crescimento são compostos necessários aos microrganismos que eles próprios não conseguem sintetizar, por isso devem ser adicionados ao meio nutriente. Entre os fatores de crescimento estão: aminoácidos necessários à construção de proteínas; purinas e pirimidinas, que são necessárias para a formação de ácidos nucleicos; vitaminas que fazem parte de algumas enzimas. Para indicar a relação dos microrganismos com os fatores de crescimento, são utilizados os termos “auxotróficos” e “prototróficos”. Os auxotróficos requerem um ou mais fatores de crescimento. Os próprios prototróficos podem sintetizar compostos necessários para o crescimento. Eles são capazes de sintetizar componentes a partir de sais de glicose e amônio.

Mecanismos de nutrição. Admissão várias substâncias em uma célula bacteriana depende do tamanho e da solubilidade de suas moléculas em lipídios ou água, do pH do meio, da concentração de substâncias, de vários fatores de permeabilidade da membrana, etc. macromoléculas com peso superior a 600 D. O principal regulador da entrada de substâncias na célula é membrana citoplasmática. Convencionalmente, podem ser distinguidos quatro mecanismos para a penetração de nutrientes em uma célula bacteriana: difusão simples, difusão facilitada, transporte ativo e translocação de grupo. O mecanismo mais simples de entrada de substâncias na célula é a difusão simples, em que a movimentação das substâncias ocorre devido à diferença em sua concentração nos dois lados da membrana citoplasmática. As substâncias passam através da parte lipídica da membrana citoplasmática (moléculas orgânicas, medicamentos) e menos frequentemente através de canais cheios de água na membrana citoplasmática. A difusão passiva ocorre sem consumo de energia.

A difusão facilitada também ocorre como resultado de diferenças na concentração de substâncias em ambos os lados da membrana citoplasmática. Porém, esse processo é realizado com o auxílio de moléculas transportadoras que estão localizadas na membrana citoplasmática e possuem especificidade. Cada transportador transporta uma substância correspondente através da membrana ou a transfere para outro componente da membrana citoplasmática - o próprio transportador.

As proteínas transportadoras podem ser permeases, cujo local de síntese é a membrana citoplasmática. A difusão facilitada ocorre sem consumo de energia; as substâncias passam de concentrações mais altas para concentrações mais baixas.

O transporte ativo ocorre com a ajuda de permeases e visa transferir substâncias de uma concentração mais baixa para uma mais alta, ou seja, como se fosse contra o fluxo, pois esse processo é acompanhado pelo gasto de energia metabólica (ATP), formada a partir de reações redox na célula.

A transferência (translocação) de grupos é semelhante ao transporte ativo, diferindo porque a molécula transferida é modificada durante o processo de transferência, por exemplo, fosforilada. A liberação de substâncias da célula é realizada por difusão e com a participação de sistemas de transporte - enzimas bacterianas. As enzimas reconhecem seus metabólitos correspondentes (substratos), interagem com eles e aceleram reações químicas. Enzimas são proteínas que participam dos processos de anabolismo (síntese) e catabolismo (decomposição), ou seja, metabolismo. Muitas enzimas estão interligadas com as estruturas da célula microbiana. Por exemplo, a membrana citoplasmática contém enzimas redox envolvidas na respiração e na divisão celular; enzimas que fornecem nutrição celular, etc. As enzimas redox da membrana citoplasmática e seus derivados fornecem energia para os processos intensivos de biossíntese de diversas estruturas, incluindo a parede celular. Enzimas associadas à divisão celular e autólise são encontradas na parede celular. As chamadas endoenzimas catalisam o metabolismo que ocorre dentro da célula.

As exoenzimas são secretadas pela célula em ambiente, quebrando macromoléculas de substratos nutricionais em conexões simples, assimilados pela célula como fontes de energia, carbono, etc. Algumas exoenzimas (penicilinase, etc.) inativam os antibióticos, desempenhando uma função protetora.

Existem enzimas constitutivas e induzíveis. As enzimas constitutivas incluem enzimas que são sintetizadas pela célula continuamente, independentemente da presença de substratos no meio nutriente. Enzimas indutíveis (adaptativas) são sintetizadas por uma célula bacteriana somente se o substrato desta enzima estiver presente no meio. Por exemplo, a β-galactosidase de Escherichia coli praticamente não é produzida em meio com glicose, mas sua síntese aumenta acentuadamente quando cultivada em meio com lactose ou outra β-galactosidase.

Algumas enzimas (as chamadas enzimas de agressão) destroem tecidos e células, causando ampla distribuição de microrganismos e suas toxinas no tecido infectado. Tais enzimas incluem hialuronidase, colagenase, desoxirribonuclease, neuraminidase, lecitovitelase, etc. Assim, a hialuronidase estreptocócica, decompondo ácido hialurônico tecido conjuntivo, promove a propagação de estreptococos e suas toxinas.

Mais de 2.000 enzimas são conhecidas. Eles são agrupados em seis classes: oxidoredutases - enzimas redox (incluem desidrogenases, oxidases, etc.); transferases que transferem radicais e átomos individuais de um composto para outro; hidrolases que aceleram as reações de hidrólise, ou seja, divisão de substâncias em outras mais simples com adição de moléculas de água (esterases, fosfatases, glicosidases, etc.); liases que clivam grupos químicos de substratos de forma não hidrolítica (carboxilases, etc.); isomerases que convertem compostos orgânicos em seus isômeros (fosfohexoisomerase, etc.); ligases, ou sintetases, acelerando a síntese de compostos complexos a partir de compostos mais simples (asparagina sintetase, glutamina sintetase, etc.).

Diferenças na composição enzimática são utilizadas para identificar microrganismos, pois determinam suas diversas propriedades bioquímicas: sacarolítica (quebra de açúcares), proteolítica (decomposição de proteínas) e outras, identificadas pelos produtos finais de quebra (formação de álcalis, ácidos, sulfeto de hidrogênio , amônia, etc.).

Enzimas de microrganismos são utilizadas em engenharia genética (enzimas de restrição, ligases, etc.) para obter biologicamente compostos ativos, ácidos acético, láctico, cítrico e outros, produtos de ácido láctico, na vinificação e outras indústrias. As enzimas são usadas como bioaditivos em detergentes em pó (Oka, etc.) para destruir contaminantes proteicos.

Respiração de bactérias

A respiração, ou oxidação biológica, é baseada em reações redox que ocorrem com a formação de ATP, acumulador universal de energia química. A energia é necessária para o funcionamento de uma célula microbiana. Durante a respiração ocorrem processos de oxidação e redução: oxidação - liberação de hidrogênio ou elétrons por doadores (moléculas ou átomos); redução – adição de hidrogênio ou elétrons a um aceitador. O aceptor de hidrogênio ou elétrons pode ser oxigênio molecular (essa respiração é chamada de aeróbica) ou nitrato, sulfato, fumarato (essa respiração é chamada de anaeróbica - nitrato, sulfato, fumarato). A anaerobiose (do grego aeg – ar + bios – vida) é uma atividade vital que ocorre na ausência de oxigênio livre. Se os compostos orgânicos são doadores e aceitadores de hidrogênio, esse processo é chamado de fermentação. Durante a fermentação, a quebra enzimática de compostos orgânicos, principalmente carboidratos, ocorre em condições anaeróbicas. Tendo em conta o produto final da decomposição dos hidratos de carbono, distinguem-se o ácido alcoólico, o ácido láctico, o ácido acético e outros tipos de fermentação.

No que diz respeito ao oxigênio molecular, as bactérias podem ser divididas em três grupos principais: obrigatórias, ou seja, obrigatórios, aeróbios, anaeróbios obrigatórios e anaeróbios facultativos.

Os aeróbios obrigatórios só podem crescer na presença de oxigênio. Os anaeróbios obrigatórios (clostrídios do botulismo, gangrena gasosa, tétano, bacteroides, etc.) crescem apenas em um meio sem oxigênio, que é tóxico para eles. Na presença de oxigênio, as bactérias produzem radicais peróxido de oxigênio, incluindo o peróxido de hidrogênio e o ânion superóxido de oxigênio, que são tóxicos para obrigar as bactérias anróbicas porque não formam as enzimas inativadoras apropriadas. Bactérias aeróbicas inativar o peróxido de hidrogênio e o ânion superóxido com enzimas apropriadas (catalase, peroxidase e superóxido dismutase). Os anaeróbios facultativos podem crescer tanto na presença como na ausência de oxigênio porque são capazes de mudar da respiração na presença de oxigênio molecular para a fermentação na sua ausência. Os anaeróbios facultativos são capazes de realizar respiração anaeróbica, chamada respiração de nitrato: o nitrato, que é um aceptor de hidrogênio, é reduzido a nitrogênio molecular e amônia. Entre os anaeróbios obrigatórios, destacam-se as bactérias aerotolerantes, que persistem na presença de oxigênio molecular, mas o fazem. não use.

Para cultivar anaeróbios em laboratórios bacteriológicos, são utilizados anaeróstatos - recipientes especiais nos quais o ar é substituído por uma mistura de gases que não contém oxigênio. O ar pode ser removido dos meios de cultura por fervura, usando adsorventes químicos de oxigênio colocados em anaeróbios ou outros recipientes com culturas.

Crescimento e reprodução de bactérias

A atividade vital das bactérias é caracterizada pelo crescimento - formação dos componentes estruturais e funcionais da célula e aumento da própria célula bacteriana, bem como pela reprodução - auto-reprodução, levando ao aumento do número de células bacterianas no população.

As bactérias se reproduzem por fissão binária ao meio, menos frequentemente por brotamento.

Os actinomicetos, assim como os fungos, podem se reproduzir por meio de esporos. Os actinomicetos, sendo bactérias ramificadas, reproduzem-se por fragmentação de células filamentosas. As bactérias Gram-positivas se dividem pelo crescimento de septos de divisão sintetizados na célula, e as bactérias Gram-negativas - por constrição, como resultado da formação de figuras em forma de haltere, a partir das quais duas células idênticas são formadas.

A divisão celular é precedida pela replicação do cromossomo bacteriano de acordo com um tipo semiconservador (a fita dupla de DNA se abre e cada fita é completada por uma fita complementar), levando à duplicação das moléculas de DNA do núcleo bacteriano - o nucleóide. A replicação do DNA cromossômico é realizada a partir do ponto de partida ogi (do inglês, origem – início).

O cromossomo de uma célula bacteriana está conectado na região com a membrana citoplasmática. A replicação do DNA é catalisada por DNA polimerases. Primeiro, a fita dupla de DNA se desenrola (despirais), resultando na formação de uma forquilha de replicação (fitas ramificadas); Uma das cadeias, quando completada, liga nucleotídeos da extremidade 5" à extremidade 3", a outra é completada segmento por segmento.

A replicação do DNA ocorre em três estágios: iniciação, alongamento ou crescimento da cadeia e terminação. Os dois cromossomos formados como resultado da replicação divergem, o que é facilitado por um aumento no tamanho da célula em crescimento: os cromossomos ligados à membrana citoplasmática ou seus derivados (por exemplo, mesossomos) afastam-se um do outro à medida que o volume da célula aumenta . Sua separação final termina com a formação de um septo de constrição ou divisão. As células com septo de divisão divergem como resultado da ação de enzimas autolíticas que destroem o núcleo do septo de divisão. Nesse caso, a autólise pode ocorrer de forma desigual: as células em divisão em uma área permanecem conectadas por parte da parede celular na área do septo de divisão. Essas células estão localizadas em ângulo entre si, o que é típico das corinebactérias da difteria.

Reprodução de bactérias em meio nutriente líquido. As bactérias semeadas em um determinado volume imutável do meio nutriente, multiplicando-se, consomem nutrientes, o que posteriormente leva ao esgotamento do meio nutriente e à cessação do crescimento bacteriano. O cultivo de bactérias em tal sistema é chamado de cultivo em lote e a cultura é chamada de cultura em lote. Se as condições de cultivo são mantidas pelo fornecimento contínuo de meio nutriente fresco e pela saída do mesmo volume de fluido de cultura, então esse cultivo é denominado contínuo e a cultura é denominada contínua.

Quando as bactérias são cultivadas em um meio nutriente líquido, observa-se o crescimento inferior, difuso ou superficial (na forma de um filme) da cultura. O crescimento de uma cultura descontínua de bactérias cultivadas em meio nutriente líquido é dividido em várias fases ou períodos:

§ fase de atraso;

§ fase de crescimento logarítmico;

§ fase de crescimento estacionário, ou concentração máxima

§ bactérias;

§ fase de morte bacteriana.

Essas fases podem ser representadas graficamente na forma de segmentos de uma curva de reprodução bacteriana, refletindo a dependência do logaritmo do número de células vivas no momento de seu cultivo. Lag phase (do inglês, lag - delay) é o período entre a semeadura da bactéria e o início da reprodução. A duração da fase de latência é em média 4,5 horas. Ao mesmo tempo, as bactérias aumentam de tamanho e se preparam para se dividir; o número está aumentando ácidos nucleicos, proteínas e outros componentes. A fase de crescimento logarítmico (exponencial) é um período de intensa divisão bacteriana.

Sua duração é de cerca de 5,6 horas. Em condições ideais de crescimento, as bactérias podem se dividir a cada 20-40 minutos. Durante esta fase, as bactérias são mais vulneráveis, o que é explicado pela alta sensibilidade dos componentes metabólicos de uma célula em crescimento intensivo aos inibidores da síntese de proteínas, ácidos nucléicos, etc. permanece inalterado, atingindo o nível máximo (concentração M). Sua duração é expressa em horas e varia dependendo do tipo de bactéria, suas características e cultivo. O processo de crescimento bacteriano é completado pela fase de morte, caracterizada pela morte de bactérias em condições de esgotamento das fontes do meio nutriente e acúmulo de produtos metabólicos bacterianos nele. Sua duração varia de 10 horas a várias semanas. A intensidade do crescimento e reprodução bacteriana depende de muitos fatores, incluindo a composição ideal do meio nutriente, potencial redox, pH, temperatura, etc.

Reprodução de bactérias em meio nutriente sólido. As bactérias que crescem em meio nutriente sólido formam colônias isoladas de formato redondo com bordas lisas ou irregulares (formas S e R; ver Capítulo 5), de consistência e cor variadas, dependendo do pigmento da bactéria.

Os pigmentos solúveis em água difundem-se no meio nutriente e colorem-no, por exemplo, Pseudomonas aeruginosa torna o meio azul. Outro grupo de pigmentos é insolúvel em água, mas solúvel em solventes orgânicos. Assim, as colônias do “bastão maravilhoso” possuem um pigmento vermelho-sangue solúvel em álcool. E, finalmente, existem pigmentos que não são insolúveis nem em água nem em compostos orgânicos.

Os pigmentos mais comuns entre os microrganismos são carotenos, xantofilas e melaninas. As melaninas são pigmentos insolúveis pretos, marrons ou vermelhos sintetizados a partir de compostos fenólicos. As melaninas, juntamente com a catalase, a superóxido mutase e a peroxidase, protegem os microrganismos dos efeitos dos radicais tóxicos do peróxido de oxigênio. Muitos pigmentos têm efeitos antimicrobianos semelhantes aos antibióticos.

A aparência, forma, cor e outras características das colônias em meio nutriente sólido podem ser levadas em consideração na identificação de bactérias, bem como na seleção de colônias para obtenção de culturas puras.

Em condições industriais, na obtenção de biomassa de microrganismos para fins de preparação de antibióticos, vacinas, medicamentos diagnósticos, eubióticos, o cultivo de bactérias e fungos é realizado em fermentadores com estrita observância dos parâmetros ótimos de crescimento e reprodução das culturas (ver Capítulo 6).

PALESTRA Nº 5.

VIROLOGIA.

Todos os vírus existem em duas formas qualitativamente diferentes. Forma extracelular – virião – inclui todos os elementos constituintes da partícula viral. Forma intracelular - vírus – pode ser representado por apenas uma molécula de ácido nucleico, porque Uma vez dentro da célula, o vírion se decompõe em seus elementos constituintes. Ao mesmo tempo, o vírus intracelular é uma forma auto-replicante que não é capaz de se dividir. Nesta base, a definição de vírus pressupõe uma diferença fundamental entre formas celulares de existência (bactérias, fungos, protozoários) que se reproduzem por divisão e uma forma replicante que se reproduz a partir do ácido nucleico viral. Mas as características distintivas dos vírus de pró e eucariotos não se limitam a isso. As diferenças fundamentais incluem:

1. presença de um tipo de ácido nucleico (DNA ou RNA);

2. falta de estrutura celular e sistemas de síntese de proteínas;

3. possibilidade de integração no genoma celular e replicação síncrona com ele.

A forma do vírion pode ser muito diferente (em forma de bastonete, elipsoidal, esférica, filamentosa, em forma de espermatozoide), o que é um dos sinais da afiliação taxonômica desse vírus.

Os tamanhos dos vírus são tão pequenos que são comparáveis à espessura da membrana celular. Os menores (parvovírus) têm tamanho de 18 nm e os maiores (vírus da varíola) têm cerca de 400 nm.

A classificação dos vírus é baseada no tipo de ácido nucleico que forma o genoma, o que permitiu distinguir dois sub-reinos:

ribovírus– Vírus contendo RNA ou RNA;

desoxirribovírus– Vírus contendo DNA ou DNA.

Os sub-reinos são divididos em Famílias, Subfamílias, Gêneros e Espécies.

Na sistematização dos vírus, foram identificados os seguintes critérios principais: similaridade de ácidos nucléicos, tamanho, presença ou ausência de supercapsídeo, tipo de simetria do nucleocapsídeo, características dos ácidos nucléicos, polaridade, número de fitas na molécula, presença de segmentos, presença de enzimas, localização intranuclear ou citoplasmática, estrutura antigênica e imunogenicidade, tropismo por tecidos e células, capacidade de formar corpos de inclusão. Um critério adicional é a sintomatologia das lesões, ou seja, a capacidade de causar infecções generalizadas ou específicas de órgãos.

De acordo com a organização estrutural eles distinguem simplesmente organizado (“nu”) E complexamente organizado (“vestido”) vírus.

A estrutura de um vírion simples é organizada de tal forma que ácido nucleico viral, aqueles. o material genético do vírus é protegido de forma confiável por uma camada de proteína simétrica – capsídeo, cuja combinação funcional e morfológica forma nucleocapsídeo.

O capsídeo possui uma estrutura estritamente ordenada, baseada nos princípios da simetria helicoidal ou cúbica. É formado por subunidades de estrutura idêntica - capsômeros, organizado em uma ou duas camadas. O número de capsômeros é estritamente específico para cada espécie e depende do tamanho e da morfologia dos vírions. Os capsômeros, por sua vez, são formados por moléculas de proteínas - protômeros. Eles podem ser monomérico - composto por um único polipeptídeo ou polímero - composto por vários polipeptídeos. A simetria do capsídeo é explicada pelo fato de que para o empacotamento do genoma é necessário um grande número de capsômeros, e sua conexão compacta só é possível com um arranjo simétrico de subunidades. A formação do capsídeo assemelha-se ao processo de cristalização e ocorre de acordo com o princípio da automontagem. As principais funções do capsídeo são determinadas pela proteção do genoma viral de influências externas, garantindo a adsorção do vírion na célula, a penetração do genoma na célula como resultado da interação do capsídeo com os receptores celulares, e determinar as propriedades antigênicas e imunogênicas dos vírions.

O nucleocapsídeo segue a simetria do capsídeo. No simetria espiral a interação de ácido nucleico e proteína no nucleocapsídeo ocorre ao longo de um eixo de rotação. Cada vírus com simetria helicoidal possui comprimento, largura e periodicidade característicos. A maioria dos vírus patogênicos humanos, incluindo o vírus influenza, possui simetria helicoidal. A organização baseada no princípio da simetria helicoidal confere aos vírus uma forma em forma de bastonete ou filamentosa. Este arranjo de subunidades forma um canal oco, dentro do qual uma molécula de ácido nucleico viral é compactada. Seu comprimento pode ser muitas vezes maior que o comprimento do virion. O vírus do mosaico do tabaco, por exemplo, tem comprimento de vírion de 300 nm e seu RNA atinge valor de 4.000 nm. Com esta organização, a bainha proteica protege melhor as informações hereditárias, mas requer mais proteína, porque o revestimento consiste em blocos relativamente grandes. No simetria cúbica o ácido nucléico é circundado por capsômeros, formando um icosaedro - um poliedro com 12 vértices, 20 faces triangulares e 30 ângulos. A organização do vírion de acordo com este princípio confere aos vírus uma forma esférica. O princípio da simetria cúbica é o mais econômico para a formação de um capsídeo fechado, pois para organizá-lo, são utilizados pequenos blocos de proteínas, formando um grande espaço interno no qual o ácido nucléico se encaixa livremente.

Alguns bacteriófagos têm simetria dupla, quando a cabeça é organizada segundo o princípio cúbico e o processo segundo o princípio da simetria espiral.

É típico de vírus grandes falta de simetria constante.

Um componente estrutural e funcional integral do nucleocapsídeo são proteínas internas, garantindo o correto empacotamento do genoma superenrolado e desempenhando funções estruturais e enzimáticas.

A especificidade funcional das enzimas virais é determinada pela sua localização e pelo mecanismo de formação. Com base nisso, as enzimas virais são divididas em induzido por vírus E virião. Os primeiros são codificados no genoma viral, os últimos fazem parte dos vírions. As enzimas virion também são divididas em dois grupos funcionais: as enzimas do primeiro grupo garantem a penetração dos ácidos nucléicos virais na célula e a saída das populações filhas; enzimas do segundo grupo estão envolvidas nos processos de replicação e transcrição do genoma viral. Junto com os seus próprios, os vírus usam ativamente enzimas celulares que não são específicas do vírus. Mas a sua atividade pode ser modificada durante o processo de reprodução do vírus.

Existe um grupo dos chamados. complexamente organizado ou vírus "vestidos", que, ao contrário "nu", tem um invólucro lipoproteico especial no topo do capsídeo - supercapsídeo ou Peplos, organizado por uma bicamada de lipídios e glicoproteínas virais específicas que penetram na bicamada lipídica e formam crescimentos semelhantes a espinhas(peplômetros ou proteínas supercapsídicas ). As proteínas do supercapsídeo de superfície são um componente importante que facilita a penetração de vírus em células sensíveis. São essas proteínas especiais chamadas proteínas F ( fusão - fusão), garante a fusão dos supercapsídeos virais e das membranas celulares. O supercapsídeo é formado nos estágios posteriores do ciclo reprodutivo durante o surgimento de populações filhas e é uma estrutura derivada das membranas de uma célula infectada por vírus. Assim, a composição dos lipídios depende da natureza do “brotamento” da partícula viral. Por exemplo, o vírus influenza tem uma composição de bicamada lipídica semelhante à das membranas celulares. Porque Como os herpesvírus brotam através da membrana nuclear, o conjunto de lipídios em seu supercapsídeo reflete a composição da membrana nuclear. Os açúcares que constituem as glicoproteínas também vêm da célula hospedeira.

Na superfície interna do supercapsídeo existe o chamado proteínas de matriz (Proteínas M) formou-se uma camada estrutural que facilita a interação do supercapsídeo com o nucleocapsídeo, o que é extremamente importante nos estágios finais da automontagem do vírion.

Porém, o principal componente estrutural e funcional do vírus é o seu genoma, que determina todas as propriedades da partícula viral, tanto dentro como fora da célula alvo. O genoma contém informações criptografadas sobre as propriedades morfológicas, bioquímicas, patogênicas e antigênicas de seu portador. O genoma da partícula viral é haplóide. Os ácidos nucleicos são representados por moléculas de RNA de fita simples ou moléculas de DNA de fita dupla. As exceções são os reovírus, cujo genoma é formado por duas fitas de RNA, e os parvovírus, cujo genoma se apresenta como uma fita única de DNA. Os vírus contêm apenas um tipo de ácido nucléico.

ADN viral são organizados como estruturas circulares, superenroladas ou lineares ligadas covalentemente com um peso molecular de 1 10 6 a 1 10 8, que é 10 a 100 vezes menor que o peso molecular do DNA bacteriano. O genoma contém até várias centenas de genes. A transcrição do DNA viral ocorre no núcleo da célula infectada . As sequências de nucleotídeos ocorrem uma vez, mas nas extremidades da molécula existem sequências de nucleotídeos repetidas retas e invertidas (giradas 180 o). Isso garante a capacidade da molécula de DNA de se fechar em um anel. Além disso, são marcadores únicos de DNA viral.

RNAs virais são representados por moléculas de fita simples e dupla e à sua maneira composição química não diferem do RNA de origem celular. Moléculas de fita simples podem ser segmentadas, o que leva a um aumento na capacidade de codificação do genoma. Além disso, contêm regiões helicoidais, como uma dupla hélice de DNA, formada pelo emparelhamento de bases nitrogenadas complementares. O RNA de fita dupla pode ser linear ou circular.

Dependendo do comportamento intracelular específico e das funções desempenhadas, os RNAs virais são divididos em grupos:

1. RNA de fita positiva, tendo a capacidade de traduzir a informação nele codificada para os ribossomos da célula alvo, ou seja, desempenhar a função de mRNA. Os RNAs dos vírus de fita positiva têm extremidades em forma de capa modificadas características, necessárias para o reconhecimento específico dos ribossomos. Eles são chamados de fitas positivas ou genoma positivo.

2. RNA de fita negativa não são capazes de traduzir a informação genética diretamente para os ribossomos e não podem funcionar como mRNA. No entanto, eles são um modelo para a síntese de mRNA. Eles são chamados de fitas negativas ou genoma negativo.

3. Fios duplos um deles funciona como –RNA, o outro, complementar a ele, como +RNA.

Muitos ácidos nucleicos virais + RNA e vírus contendo DNA são infecciosos por si próprios, porque contêm toda a informação genética necessária para a síntese de novas partículas virais. Esta informação é percebida depois que o virion penetra na célula sensível. Os RNAs de fita dupla e a maioria dos -RNAs não podem exibir propriedades infecciosas.

A interação de um vírus com uma célula alvo é um processo complexo e de vários estágios de coexistência de duas formas de matéria viva – pré-celular e celular. Aqui se manifesta todo o complexo de efeitos do genoma viral nos processos biossintéticos geneticamente codificados da célula hospedeira.

A implementação do ciclo reprodutivo depende em grande parte do tipo de infecção da célula e da natureza da interação do vírus com a célula sensível (possivelmente infectada).

Numa célula infectada por vírus, os vírus podem permanecer em vários estados:

1. reprodução de numerosos novos vírions;

2. a presença do ácido nucleico do vírus em estado integrado com o cromossomo celular na forma de um provírus;

3. existência no citoplasma da célula na forma de ácidos nucléicos circulares, que lembram plasmídeos bacterianos.

São essas condições que determinam uma ampla gama de distúrbios causados pelo vírus: desde uma infecção produtiva pronunciada que termina em morte celular, até a interação prolongada do vírus com a célula na forma de infecção latente (latente) ou transformação maligna do célula.

Foram identificados quatro tipos de interação do vírus com uma célula sensível:

1. Tipo produtivo – termina com a formação de uma nova geração de vírions e sua liberação como resultado da lise das células infectadas ( forma citolítica), ou sair da célula sem destruí-la ( forma não citolítica). O tipo de interação não citolítica ocorre com mais frequência infecções crônicas persistentes, caracterizada pela formação de populações filhas do patógeno após o término da fase aguda da doença. A morte celular é causada pela supressão precoce da síntese de proteínas celulares, acúmulo de componentes virais tóxicos e especificamente prejudiciais, danos aos lisossomos e liberação de suas enzimas no citoplasma;

2. Tipo integrativo , ou virogenia – caracterizado pela incorporação (integração) do DNA viral na forma de um provírus no cromossomo celular e posterior funcionamento como sua parte integrante com replicação conjunta. Esse tipo de interação ocorre infecção latente, lisogenia de bactérias E transformação viral de células;

3. Tipo abortivo – não termina com a formação de novos vírions, pois o processo infeccioso na célula é interrompido em uma das etapas. Ocorre quando um vírus interage com uma célula em repouso ou quando uma célula é infectada por um vírus defeituoso.

Tanto os vírus quanto os vírions podem ser defeituosos.

Vírus defeituosos existe como espécie independente e são funcionalmente inferiores, porque Para sua replicação, é necessário um “vírus auxiliar”, ou seja, o defeito é determinado pela inferioridade do genoma. Dividido em 3 grupos:

1. Partículas interferentes defeituosas, que são vírions contendo apenas parte da informação genética do vírus original e se replicam apenas com a participação de um “vírus auxiliar” relacionado;

2. Vírus de satélite Diferenciam-se dos anteriores porque para a sua reprodução requerem a participação de qualquer “vírus auxiliar”, não necessariamente relacionado;

3. Genomas Integrados são provírus, ou seja, genomas virais que estão integrados ao cromossomo de uma célula, mas perderam a capacidade de se transformar em um vírus completo;

Virions defeituososconstituem um grupo formado durante a formação de grandes populações filhas, e sua defectividade é determinada principalmente pela inferioridade morfológica (capsídeos vazios, nucleocapsídeos sem envelope, etc.). Uma forma especial de vírions defeituosos é pseudovírions, tendo um capsídeo normal contendo parte do seu próprio ácido nucleico e fragmentos do ácido nucleico hospedeiro, ou parte do cromossomo da célula hospedeira e parte do ácido nucleico de outro vírus.

A importância dos vírus defeituosos é a sua capacidade de transferir material genético de uma célula doadora para uma célula receptora.

4. Interferência de vírus – ocorre quando uma célula é infectada por dois vírus e não ocorre com nenhuma combinação de patógenos. A interferência é realizada tanto pela indução por um vírus de inibidores celulares que suprimem a reprodução do outro, quanto por danos ao aparelho receptor ou ao metabolismo celular pelo primeiro vírus, o que exclui a possibilidade de reprodução do segundo. Distinguir homólogo(vírus relacionados) e heterólogo(vírus não relacionados) interferência.

Com base na natureza da interação do genoma do vírus com o genoma das células, eles são diferenciados Autônomo E infecção de integração. Durante a infecção autônoma, o genoma viral não está integrado ao genoma celular, enquanto durante a infecção por integração, o genoma viral é integrado ao celular.

Tipo produtivo de interação vírus-célula , ou seja A reprodução viral é uma forma única de expressão de informação genética estranha (viral) nas células de humanos, animais, plantas e bactérias, que consiste em subordinar os mecanismos genéticos da matriz celular da informação viral. Esse um processo muito complexo A interação de dois genomas ocorre em 6 etapas:

1. adsorção de vírions;

2. penetração do vírus na célula;

3. “despir” e liberação do genoma viral;

4. síntese de componentes virais;

5. formação de vírions;

6. saída de vírions da célula.

Primeiro fase de reprodução – adsorção, ou seja fixação do vírion à superfície celular. Ocorre em duas fases. Primeira fase - inespecífico, causada pela atração iônica e outros mecanismos de interação entre o vírus e a célula. Segunda fase – altamente específico, devido à homologia e complementaridade dos receptores das células sensíveis e dos ligantes proteicos dos vírus que os reconhecem. As proteínas virais que reconhecem e interagem são chamadas anexo e são representados por glicoproteínas, parte do invólucro lipoproteico do capsídeo ou supercapsídeo do vírus.

Os receptores celulares específicos têm natureza diferente, sendo proteínas, lipídios, carboidratos componentes de proteínas e lipídios. Uma célula pode transportar de dez a cem mil receptores específicos, o que permite que dezenas e centenas de vírions se liguem a ela. O número de partículas virais infecciosas adsorvidas na célula determina o termo "multiplicidade de infecção". Contudo, uma célula infectada com um vírus é, na maioria dos casos, tolerante à reinfecção por um vírus homólogo.

A presença de receptores específicos está subjacente tropismo vírus para certas células, tecidos e órgãos.

Segundo estágio - entrada do vírus na célula pode acontecer de diversas maneiras.

1. Endocitose dependente de receptor ocorre como resultado da captura e absorção do vírion por uma célula sensível. Neste caso, a membrana celular com o vírion anexado invagina para formar um vacúolo intracelular (endossoma) contendo o vírus. Em seguida, o invólucro lipoproteico do vírus se funde com a membrana do endossomo e o vírus sai para o citoplasma da célula. Os endossomos combinam-se com os lisossomos, que destroem os componentes virais restantes.

2. Viropexis – consiste na fusão do supercapsídeo viral com a membrana celular ou nuclear e ocorre com o auxílio de um especial proteína de fusão – Proteína F, que faz parte do supercapsídeo. Como resultado da viropexis, o capsídeo acaba dentro da célula, e o supercapsídeo, junto com a proteína, integra-se (incorpora-se) no plasma ou na membrana nuclear. Característica apenas de vírus complexos.

3. Fagocitose – por meio do qual os vírus penetram nas células fagocíticas, o que leva à fagocitose incompleta.

Terceiro estágio - “despir-se” e liberar o genoma viral ocorre como resultado da desproteinização, modificação do nucleocapsídeo, remoção de estruturas virais superficiais e liberação de um componente interno que pode causar um processo infeccioso. Os primeiros estágios de “despir-se” começam durante o processo de penetração na célula pela fusão das membranas viral e celular ou quando o vírus sai do endossomo para o citoplasma. Os estágios subsequentes estão intimamente relacionados ao seu transporte intracelular para os locais de desproteinização. Diferentes vírus têm suas próprias áreas especializadas de “despir”. O transporte até eles é feito por meio de vesículas de membrana intracelular, nas quais o vírus é transferido para os ribossomos, o retículo endoplasmático ou o núcleo.

Quarto estágio - síntese de componentes virais começa no momento sombra ou fases do eclipse, que é caracterizado pelo desaparecimento do vírion. A fase sombra termina após a formação dos componentes constituintes do vírus necessários à montagem das populações filhas. O vírus utiliza para isso o aparato genético da célula, suprimindo as reações sintéticas de que ele próprio necessita. Síntese de proteínas e ácidos nucléicos do vírus, ou seja, sua reprodução, separada no tempo e no espaço, é realizada em partes diferentes células e é chamado disjuntivo.

Numa célula infectada, o genoma viral codifica a síntese de dois grupos de proteínas:

- proteínas não estruturais atender à reprodução intracelular do vírus em suas diferentes etapas, que incluem RNA ou DNA polimerases que garantem a transcrição e replicação do genoma viral, proteínas reguladoras, precursores de proteínas virais, enzimas que modificam proteínas virais;

- proteínas estruturais, incluído no vírion (genômico, capsídeo e supercapsídeo).

A síntese de proteínas na célula é realizada de acordo com os processos transcrições“reescrevendo” a informação genética do ácido nucleico na sequência de nucleotídeos do RNA mensageiro (mRNA) e transmissões(lendo) mRNA nos ribossomos para formar proteínas. O termo "tradução" refere-se aos mecanismos pelos quais a sequência de bases nucleicas do ARNm é traduzida numa sequência específica de aminoácidos no polipéptido sintetizado. Nesse caso, ocorre a discriminação dos mRNAs celulares e os processos sintéticos nos ribossomos ficam sob controle viral. Os mecanismos de transferência de informação relativos à síntese de mRNA são diferentes em diferentes grupos de vírus.

DNA de fita dupla contendo os vírus implementam a informação genética da mesma forma que o genoma celular, de acordo com o esquema: DNA genômico do vírus→ Transcrição de mRNA→tradução de proteínas virais. Ao mesmo tempo, os vírus contendo DNA, cujos genomas são transcritos no núcleo, usam a polimerase celular para esse processo, e os genomas dos quais são transcritos no citoplasma usam sua própria RNA polimerase específica do vírus.

Genoma –Vírus de RNA serve como modelo a partir do qual o mRNA é transcrito com a participação de uma RNA polimerase específica do vírus. Sua síntese protéica ocorre de acordo com o seguinte esquema: RNA genômico do vírus→Transcrição de mRNA→tradução de proteínas virais.

Destaca-se um grupo especial de retrovírus contendo RNA, que inclui vírus da imunodeficiência humana e retrovírus oncogênicos. Eles têm uma forma única de transmitir informações genéticas. O genoma desses vírus consiste em duas moléculas de RNA idênticas, ou seja, é diplóide. Os retrovírus contêm uma enzima especial específica do vírus - transcriptase reversa, ou reverso, com o qual é realizado o processo de transcrição reversa. Consiste no seguinte: DNA de fita simples complementar (cDNA) é sintetizado na matriz de RNA genômico. Ele é copiado para formar DNA complementar de fita dupla, que é integrado ao genoma celular e, dentro de sua composição, transcrito em mRNA usando RNA polimerase celular dependente de DNA. A síntese das proteínas desses vírus é realizada de acordo com o seguinte esquema: RNA genômico do vírus→ADN complementar→Transcrição de mRNA→tradução de proteínas virais.

A regulação da transcrição é realizada por mecanismos celulares e específicos de vírus. Consiste na leitura sequencial de informações dos chamados. "cedo" E genes "tardios". O primeiro codifica informações para a síntese de enzimas de transcrição e replicação específicas de vírus, e o segundo - para a síntese de proteínas do capsídeo.

Síntese de ácidos nucleicos virais, ou seja, replicação de genomas virais, leva ao acúmulo na célula de cópias dos genomas virais originais, que são utilizados na montagem dos vírions. O método de replicação depende do tipo de ácido nucleico do vírus, da presença de polimerases celulares e específicas do vírus e da capacidade dos vírus de induzir a formação de polimerases na célula.

Vírus de DNA de fita dupla replicam-se da maneira semiconservadora usual: depois que as fitas de DNA se desenrolam, novas fitas são adicionadas complementarmente a elas. Cada molécula de DNA recém-sintetizada consiste em uma fita parental e uma fita sintetizada.

Vírus de DNA de fita simples Durante o processo de replicação, as DNA polimerases celulares são usadas para criar um genoma viral de fita dupla, o chamado. forma replicativa. Nesse caso, uma fita –DNA é sintetizada complementarmente na fita +DNA original, que serve como modelo para a fita +DNA do novo vírion.

Vírus +RNA de fita simples induzir a síntese de RNA polimerase dependente de RNA na célula. Com sua ajuda, com base na fita genômica +RNA, a fita –RNA é sintetizada e um RNA duplo temporário é formado, chamado link replicativo intermediário. Consiste em uma fita de RNA completa e numerosas fitas de RNA parcialmente completas. Quando todas as fitas de –RNA são formadas, elas são usadas como modelos para a síntese de novas fitas de +RNA.

Vírus de RNA de fita simples contêm uma RNA polimerase dependente de RNA. A fita genômica –RNA é transformada pela polimerase viral em fitas +RNA incompletas e completas. Cópias incompletas atuam como mRNA para a síntese de proteínas virais, e cópias completas servem como modelo para a síntese da cadeia de RNA genômico da prole.

Vírus de RNA de fita dupla replicar de forma semelhante aos vírus de RNA de fita simples. A diferença é que as cadeias de +RNA formadas durante a transcrição funcionam não apenas como mRNA, mas também participam da replicação. Eles são o modelo para a síntese de fitas de RNA. Juntos, eles formam vírions genômicos de RNA de fita dupla.

Vírus diplóides +RNA ou retrovírus são replicados usando a transcriptase reversa viral, que sintetiza uma fita –DNA no molde do vírus RNA, a partir da qual a fita +DNA é copiada para formar uma fita dupla de DNA fechada em um anel. Em seguida, a fita dupla de DNA integra-se ao cromossomo celular, formando um provírus. Numerosos RNAs de vírions são formados como resultado da transcrição de uma das fitas integradas de DNA com a participação da RNA polimerase dependente de DNA celular.

Quinto estágio - montagem de virião ocorre através de uma ordem auto-montagem, quando os componentes do vírion são transportados para o local de montagem do vírus. Estas são áreas específicas do núcleo e do citoplasma chamadas complexos de replicação. A ligação dos componentes do virion se deve à presença de ligações hidrofóbicas, iônicas, de hidrogênio e correspondência estereoquímica.

A formação de vírus é um processo multiestágio, estritamente sequencial, com a formação de formas intermediárias que diferem dos vírions maduros na composição dos polipeptídeos. A montagem de vírus organizados de forma simples ocorre em complexos de replicação e consiste na interação de ácidos nucléicos virais com proteínas do capsídeo e na formação de nucleocapsídeos. Em vírus complexos, os nucleocapsídeos são formados primeiro em complexos de replicação, que então interagem com as membranas celulares modificadas, que são o futuro invólucro lipoproteico do vírion. Nesse caso, a montagem dos vírus que se replicam no núcleo ocorre com a participação da membrana nuclear, e a montagem dos vírus cuja replicação ocorre no citoplasma é realizada com a participação das membranas do retículo endoplasmático ou da membrana citoplasmática, onde as glicoproteínas e outras proteínas do envelope do vírion estão incorporadas. Em alguns vírus RNA complexos, uma proteína de matriz está envolvida na montagem - Proteína M– que está localizado sob a membrana celular modificada por esta proteína. Possuindo propriedades hidrofóbicas, atua como intermediário entre o nucleocapsídeo e o supercapsídeo. Os vírus complexos incluem componentes da célula hospedeira durante a sua formação. Quando o processo de automontagem é interrompido, formam-se vírions “defeituosos”.

Sexto estágio - liberação de partículas virais da célula completa o processo de reprodução viral e ocorre de duas maneiras.

Caminho explosivo, quando os vírus sem supercapsídeo causam destruição celular e entram no espaço extracelular. Ele sai simultaneamente da célula morta grande número vírions.

Brotando ou exocitose , característico de vírus complexos cujo supercapsídeo é derivado de membranas celulares. Primeiro, o nucleocapsídeo é transportado para as membranas celulares, nas quais já estão incorporadas proteínas específicas do vírus. Na área de contato, a protrusão dessas áreas começa a formar um rim. O botão formado é separado da célula na forma de um vírion complexo. O processo não é letal para a célula e a célula consegue permanecer viável por muito tempo, produzindo progênie viral.

O brotamento de vírus formados no citoplasma pode ocorrer através da membrana plasmática ou através das membranas do retículo endoplasmático e do aparelho de Golgi, seguido pela liberação na superfície celular.

Os vírus que se formam no núcleo brotam para o espaço perinuclear através do envelope nuclear modificado e são transportados para a superfície celular como parte de vesículas citoplasmáticas.

Tipo integrativo de interação vírus-célula (virogenia) é a coexistência de um vírus e de uma célula como resultado da integração do ácido nucleico viral no cromossomo da célula hospedeira, no qual o genoma viral se replica e funciona como a parte principal do genoma da célula.

Este tipo de interação é característico de bacteriófagos moderados contendo DNA, vírus oncogênicos e alguns vírus infecciosos de DNA e RNA.

A integração requer a presença de uma forma circular de DNA viral de cadeia dupla. Esse DNA está ligado ao DNA celular no local de homologia e é inserido em uma região específica do cromossomo. Para vírus RNA, o processo de integração é mais complexo e começa com o mecanismo de transcrição reversa. A integração ocorre após a formação de uma transcrição de DNA de fita dupla e seu fechamento em um anel.

Informações genéticas adicionais durante a virogênese conferem novas propriedades à célula, que podem causar transformação oncogênica de células, doenças autoimunes e crônicas.

Tipo abortivo de interação vírus-célula não termina com a formação da progênie viral e pode ocorrer nas seguintes condições:

1. A infecção de uma célula sensível ocorre com um vírus defeituoso ou um vírion defeituoso;

2. infecção de células geneticamente resistentes por um vírus virulento;

3. infecção de uma célula sensível por um vírus virulento não permissivo condições (não permissivas).

Mais frequentemente, um tipo de interação abortiva é observado quando uma célula insensível é infectada com um vírus padrão. No entanto, o mecanismo de resistência genética não é o mesmo. Pode estar associada à ausência de receptores específicos na membrana plasmática, à incapacidade deste tipo de célula em iniciar a tradução do mRNA viral e à ausência de proteases ou nucleases específicas necessárias para a síntese de macromoléculas virais.

Mudanças nas condições em que ocorre a reprodução viral também podem levar à interação abortiva: aumento da temperatura corporal, alteração do pH no local da inflamação, introdução de medicamentos antivirais, etc. o tipo de interação abortiva torna-se produtivo com todas as consequências decorrentes.

Interação interferente é determinado pelo estado de imunidade à infecção secundária de uma célula já infectada com o vírus.

Interferência heteróloga ocorre quando a infecção por um vírus bloqueia completamente a capacidade de um segundo vírus se replicar dentro de uma célula. Um dos mecanismos está associado à inibição da adsorção de outro vírus, bloqueando ou destruindo receptores específicos. Outro mecanismo envolve a inibição da tradução do mRNA por qualquer mRNA heterólogo na célula infectada.

Interferência homóloga típico de muitos vírus defeituosos, especialmente aqueles que são transmitidos repetidamente em vitro e com alta multiplicidade de infecção. Sua reprodução só é possível quando a célula está infectada com um vírus normal. Às vezes, um vírus defeituoso pode interferir no ciclo reprodutivo de um vírus normal e produzir partículas virais interferentes defeituosas (VIPs). As partículas DI contêm apenas parte do genoma de um vírus normal. Pela natureza do defeito, as partículas DI são deletadas e podem ser consideradas mutantes letais. A principal propriedade das partículas DI é a capacidade de interferir com um vírus homólogo normal e pode até desempenhar o papel de assistentes durante a replicação. A capacidade de adsorver e penetrar na célula está associada à estrutura normal do capsídeo. A liberação e expressão de um ácido nucleico defeituoso leva a vários efeitos biológicos: inibe processos sintéticos na célula e, devido à interferência homóloga, inibe a síntese e transformação de proteínas de vírus normais. A circulação de partículas DI e a coinfecção com um vírus homólogo normal causam o aparecimento de formas lentas e de longa duração da doença, o que está associado à capacidade das partículas DI de se replicarem muito mais rapidamente devido à simplicidade do genoma, enquanto o defeituoso população tem uma diminuição notável na gravidade do efeito citopático característico de um vírus normal.

O processo de interação do vírus com o corpo na maioria dos casos é citoespecífico e é determinado pela capacidade do patógeno de se reproduzir em determinados tecidos. No entanto, alguns vírus apresentam uma gama mais ampla de tropismo e se reproduzem em uma ampla variedade de células e órgãos.

Os fatores de especificidade do vírus, responsáveis pelo seu tropismo e pela diversidade das células afetadas, incluem o número de receptores específicos (tanto no vírion quanto na célula) que garantem a plena interação do vírus com a célula. O número de tais receptores é geralmente limitado.

Em alguns casos, a própria especificidade fisiológica das células e, portanto, a sua organização bimolecular, contribui para a manifestação da virulência do patógeno. Por exemplo, a proteína G do envelope do vírus da raiva tem alta afinidade pelos receptores de acetilcolina dos neurônios, o que garante sua capacidade de penetrar nas células do tecido nervoso. Deve-se notar que os vírus neurotrópicos causam doenças especialmente graves, porque as células nervosas não se regeneram. Além disso, a reprodução do patógeno os torna alvos de reações imunológicas citotóxicas.

Muitas vezes, a virulência dos vírus aumenta devido a mutações. De particular importância neste caso é a capacidade dos vírus de reverter a mutação genética (reversão). Os genes que codificam a estrutura da proteína podem restaurar sua estrutura e transformar cepas de vírus anteriormente avirulentas em virulentas.

Não menos importante tem e características de um microrganismo suscetível.

Idadeé sobre

- estas são as menores partículas de vida, são 50 vezes menores que as bactérias. Os vírus geralmente não podem ser vistos com um microscópio óptico porque têm menos da metade do comprimento de onda da luz. Indivíduos do vírus que estão em estado inativo são chamados virião. Os vírus existem em dois formulários: em repouso, ou extracelular (partículas virais ou vírions), e reproduzindo, ou intracelular (complexo “vírus - célula hospedeira”).

As formas dos vírus são diferentes, podem ser filiforme, esférico, em forma de bala, em forma de bastão, poligonal, em forma de tijolo, cúbico, enquanto alguns têm cabeça cúbica e processo. Cada vírion consiste em ácido nucléico e proteínas.

Os vírions do vírus sempre contêm apenas um tipo de ácido nucléico – RNA ou DNA. Além disso, tanto um como outro podem ser de fita simples ou dupla, e o DNA pode ser linear ou circular. O RNA nos vírus é sempre linear, mas pode ser representado por um conjunto de fragmentos de RNA, cada um dos quais carrega uma determinada parte da informação genética necessária para a reprodução. Com base na presença de um ou outro ácido nucleico, os vírus são chamados contendo DNA e contendo RNA. Deve-se notar especialmente que no reino dos vírus a função de guardião do código genético é desempenhada não apenas pelo DNA, mas também pelo RNA (também pode ser de fita dupla).

Os vírus têm uma forma muito simples estrutura. Cada vírus consiste em apenas duas partes - núcleos E capsídeo. O núcleo do vírus, que contém DNA ou RNA, é cercado por uma concha protéica - o capsídeo (lat. capsa- “recipiente”, “caixa”, “caixa”). As proteínas protegem o ácido nucléico e também determinam processos enzimáticos e pequenas alterações nas proteínas do capsídeo. O capsídeo consiste em um certo tipo de moléculas de proteína dispostas de uma certa maneira - capsômeros. Geralmente este é um tipo de assentamento em espiral (Fig. 22) ou um tipo poliedro simétrico(tipo isométrico) (Fig. 23).

Todos os vírus são convencionalmente divididos em simples E complexo. Vírus simples consistem apenas em um núcleo com ácido nucléico e um capsídeo. Vírus complexos na superfície da proteína capsi-da eles também possuem uma casca externa, ou supercapsídeo, contendo uma membrana lipoproteica de duas camadas, carboidratos e proteínas (enzimas). Este invólucro externo (supercapsídeo) é geralmente construído a partir da membrana da célula hospedeira. Matéria do site

Na superfície do capsídeo existem várias protuberâncias - espinhos ou “pregos” (eles são chamados fibras) e atira. Com eles, o vírion se fixa à superfície da célula, onde então penetra. Deve-se notar que na superfície do vírus também existem proteínas de fixação, ligando o virion a grupos específicos de moléculas - receptores(lat. receita -“Recebo”, “Aceito”), localizado na superfície da célula por onde o vírus penetra. Alguns vírus ligam-se a receptores de proteínas, outros a lipídios e outros reconhecem cadeias de carboidratos em proteínas e lipídios. No processo de evolução, os vírus “aprenderam” a reconhecer células sensíveis a eles pela presença de receptores especiais na superfície celular dos hospedeiros.

A morfologia e estrutura dos vírus são estudadas em microscópio eletrônico. Um dos menores é o vírus da poliomielite (cerca de 20 nm), o maior é a varíola (cerca de 350 nm).

Os vírus consistem nos seguintes componentes principais:

1. Núcleo - material genético (DNA ou RNA), que carrega informações sobre diversos tipos de proteínas necessárias à formação de um novo vírus.

2. A casca da proteína, chamada capsídeo (do latim capsa - caixa). Muitas vezes é construído a partir de subunidades repetidas idênticas - capsômeros. Capsômeros formam estruturas com alto grau simetria.

3. Membrana lipoproteica adicional (supercapsídeo). É formado a partir da membrana plasmática da célula hospedeira e é encontrado apenas em vírus relativamente grandes (influenza, herpes).

A estrutura esquemática de um vírus contendo RNA com um tipo de simetria helicoidal e um envelope lipoproteico adicional é mostrada à esquerda na figura, sua seção transversal ampliada é mostrada à direita;

O capsídeo e o invólucro adicional têm funções protetoras, como se protegessem o ácido nucleico. Além disso, facilitam a penetração do vírus na célula. Um vírus totalmente formado é chamado virião.

A forma dos vírions depende da maneira como as subunidades proteicas são dobradas no capsídeo. Este arranjo pode ter simetria espiral ou cúbica. Os bacteriófagos têm um tipo de simetria mista ou combinada.

O vírus do mosaico do tabaco possui subunidades de RNA e proteínas dispostas em espiral e tem formato filamentoso ou em forma de bastonete. Com esta simetria, a bainha proteica protege melhor o ácido nucleico, mas requer uma quantidade maior de proteína do que com simetria cúbica. O verdadeiro número de subunidades em diferentes vírions é 60 ou um múltiplo desse valor (420 subunidades no vírus do polioma, 540 no reovírus, 960 no vírus do herpes, 1.500 no adenovírus).

A maioria dos vírus com bainha fechada possui simetria cúbica. Baseia-se em várias combinações de triângulos equiláteros (capsômeros) formados por subunidades esféricas de proteínas. Neste caso, podem ser formados tetraedros, octaedros e icosaedros. Os icosaedros têm 20 faces triangulares e 12 vértices. Esta é a simetria mais eficaz e econômica. Portanto, os vírus animais esféricos geralmente têm a forma de um icosaedro.

No vírus influenza, o nucleocapsídeo tem uma estrutura helicoidal em forma de bastonete, e o invólucro lipoproteico do supercapsídeo dá ao vírion uma forma esférica.

O número de capsômeros para vírus desse tipo é constante e tem valor diagnóstico.

Os vírus simples possuem apenas um capsídeo (vírus da poliomielite), os vírus complexos também possuem um supercapsídeo (vírus do sarampo, influenza).

A classificação dos vírus é baseada nas seguintes categorias.

Índice do tópico "Tipos de microrganismos. Vírus. Virion.":
1. Microrganismos. Tipos de microrganismos. Classificação de microrganismos. Príons.
2. Vírus. Virião. Morfologia dos vírus. Tamanhos de vírus. Ácidos nucleicos de vírus.
3. Capsídeo do vírus. Funções do capsídeo viral. Capsômeros. Nucleocapsídeo de vírus. Simetria helicoidal do nucleocapsídeo. Simetria cúbica do capsídeo.
4. Supercapsídeo do vírus. Vírus vestidos. Vírus nus. Proteínas de matriz (proteínas M) de vírus. Reprodução de vírus.
5. Interação do vírus com a célula. A natureza da interação vírus-célula. Interação produtiva. Virogenia. Interferência de vírus.
6. Tipos de infecção celular por vírus. Ciclo reprodutivo dos vírus. As principais etapas da reprodução viral. Adsorção do vírion na célula.
7. Penetração do vírus na célula. Viropexis. Despir o vírus. Fase sombra (fase eclipse) da reprodução viral. Formação de partículas virais.
8. Transcrição do vírus na célula. Transmissão do vírus.
9. Replicação do vírus na célula. Montagem de vírus. Liberação de vírions filhos da célula. Vírus. Virião. Morfologia dos vírus. Tamanhos de vírus. Ácidos nucleicos de vírus.

Forma extracelular - virião- inclui todos os elementos constituintes (capsídeo, ácido nucleico, proteínas estruturais, enzimas, etc.). Forma intracelular - vírus- pode ser representado por apenas uma molécula de ácido nucléico, pois, ao entrar na célula, o vírion se decompõe em seus elementos constituintes.

Morfologia dos vírus. Tamanhos de vírus.

Ácidos nucleicos de vírus

Vírus contêm apenas um tipo de ácido nucleico, DIC ou RNA, mas não os dois tipos ao mesmo tempo. Por exemplo, os vírus da varíola, herpes simplex e Epstein-Barr contêm DNA, enquanto os togavírus e os picornavírus contêm RNA. O genoma da partícula viral é haplóide. O genoma viral mais simples codifica 3-4 proteínas, o mais complexo - mais de 50 polipeptídeos. Os ácidos nucleicos são representados por moléculas de RNA de fita simples (excluindo reovírus, em que o genoma é formado por duas fitas de RNA) ou moléculas de DNA de fita dupla (excluindo parvovírus, em que o genoma é formado por uma fita de DNA). No vírus da hepatite B, as cadeias da molécula de DNA de cadeia dupla têm comprimentos desiguais.

ADN viral formam estruturas circulares, superenroladas ligadas covalentemente (por exemplo, em papovavírus) ou estruturas lineares de fita dupla (por exemplo, em herpes e adenovírus). Seu peso molecular é 10-100 vezes menor que a massa do DNA bacteriano. A transcrição do DNA viral (síntese de mRNA) ocorre no núcleo de uma célula infectada por vírus. No DNA viral, nas extremidades da molécula existem sequências de nucleotídeos repetidas retas ou invertidas (180 "expandidas). Sua presença garante a capacidade da molécula de DNA de se fechar em um anel. Essas sequências, presentes em fita simples e dupla Moléculas de DNA são marcadores únicos de DNA viral.

Arroz. 2-1. Tamanhos e morfologia dos principais patógenos infecções virais pessoa.

RNAs virais são representados por moléculas de fita simples ou dupla. Moléculas de fita simples podem ser segmentadas - de 2 segmentos em arenovírus a 11 em rotavírus. A presença de segmentos leva a um aumento na capacidade de codificação do genoma. RNAs virais são divididos nos seguintes grupos: RNA de fita positiva (+RNA), RNA de fita negativa (-RNA). Em vários vírus, o genoma pode ser formado por fitas +RNA ou -RNA, bem como fitas duplas, sendo uma delas RNA, a outra (complementar a ela) é +RNA.

RNA de fita positiva são representados por cadeias simples com terminações características (“caps”) para reconhecimento de ribossomos. Este grupo inclui RNAs que são capazes de traduzir diretamente informações genéticas nos ribossomos de uma célula infectada por vírus, ou seja, desempenhar as funções de mRNA. As fitas Plus desempenham as seguintes funções: servem como mRNA para a síntese de proteínas estruturais, como modelo para replicação de RNA e são empacotadas no capsídeo para formar uma população filha. O RNA de fita negativa não é capaz de traduzir a informação genética diretamente nos ribossomos, o que significa que não pode funcionar como mRNA. No entanto, tais RNAs servem como modelo para a síntese de mRNA.

Infecciosidade de ácidos nucléicos virais

Muitos ácidos nucleicos virais são infecciosos por si só, pois contêm toda a informação genética necessária para a síntese de novas partículas virais. Esta informação é percebida depois que o virion penetra na célula sensível. Os ácidos nucleicos da maioria dos vírus contendo +RNA e DNA exibem propriedades infecciosas. Os RNAs de fita dupla e a maioria dos -RNAs não exibem propriedades infecciosas.