Морфологічна структура вірусів Морфологія вірусів

Морфологію та структуру вірусів вивчають за допомогою електронного мікроскопа, тому що їх розміри малі та порівняні з товщиною оболонки бактерій. Форма віріонів може бути різною: паличкоподібною (вірус тютюнової мозаїки), кулеподібною (вірус сказу), сферичною (віруси поліомієліту, ВІЛ), у вигляді сперматозоїда (багато бактеріофаг).

Розміри вірусів визначають за допомогою електронної мікроскопії, методом ультрафільтрації через фільтри з відомим діаметром пір, методом ультрацентрифугування. Одним із найдрібніших вірусів є вірус поліомієліту (близько 20 нм), найбільшим – натуральної віспи (близько 350 нм).

Розрізняють просто влаштовані (наприклад, вірус поліомієліту) та складно влаштовані (наприклад, віруси грипу, кору) віруси. У просто влаштованих вірусів нуклеїнова кислота пов'язана з білковою оболонкою, яка називається капсидом (від латів. capsa - футляр). Капсид складається з морфологічних субодиниць, що повторюються, - капсомерів. Нуклеїнова кислота та капсид, взаємодіючи один з одним, утворюють нуклеокапсид. У складно влаштованих вірусів капсид оточений додатковою ліпопротеїдною оболонкою - суперкапсидом (похідне мембранних структур клітини-хазяїна), що має «шипи». Для віріонів характерний спіральний, кубічний та складний тип симетрії капсиду. Спіральний тип симетрії обумовлений гвинтоподібною структурою нуклеокапсиду, кубічний тип симетрії – утворенням ізометрично порожнистого тіла з капсиду, що містить вірусну нуклеїнову кислоту.

Капсид та суперкапсид захищають віріони від впливу навколишнього середовища, зумовлюють вибіркову взаємодію (адсорбцію) з клітинами, визначають антигенні та імуногенні властивості віріонів. Внутрішні структури вірусів називаються серцевиною. У вірусології використовують такі таксономічні категорії: сімейство (назва закінчується на viridae), підродина (назва закінчується на virinae), рід (назва закінчується на virus).

Однак назви пологів і особливо підродин сформульовані не для всіх вірусів. Вигляд вірусу біномінальної назви, як у бактерій, не набув.

В основу класифікації вірусів покладено такі категорії:

§ тип нуклеїнової кислоти (ДНК або РНК), її структура, кількість ниток (одна чи дві),

§ особливості відтворення вірусного геному;

§ розмір та морфологія віріонів, кількість капсомерів та тип симетрії;

§ наявність суперкапсиду;

§ чутливість до ефіру та дезоксихолату;

§ місце розмноження у клітині;

§ антигенні властивості та ін.

Віруси вражають хребетних та безхребетних тварин, а також рослини та бактерії. Будучи основними збудниками інфекційних захворювань людини, віруси також беруть участь у процесах канцерогенезу, можуть передаватися різними шляхами, зокрема через плаценту (вірус краснухи, цитомегаловірус та інших.), вражаючи плід людини. Вони можуть призводити до постінфекційних ускладнень – розвитку міокардитів, панкреатитів, імунодефіцитів та ін.

Крім звичайних вірусів, відомі і так звані неканонічні віруси – пріони – білкові інфекційні частинки, які є агентами білкової природи, що мають вигляд фібрил розміром 10.20×100.200 нм. Пріони, мабуть, є одночасно індукторами та продуктами автономного гена людини або тварини та викликають у них енцефалопатії в умовах повільної вірусної інфекції (хвороби Крейтц-фельдта. Якоба, куру та ін.). Іншими незвичайними агентами, близькими до вірусів, є віроїди – невеликі молекули кільцевої, суперспіралізованої РНК, що не містять білка, що викликають захворювання рослин.

Розділ 3

ФІЗІОЛОГІЯ МІКРООРГАНІЗМІВ

Фізіологія мікроорганізмів вивчає життєдіяльність мікробних клітин, процеси їх живлення, дихання, зростання, розмноження, закономірності взаємодії з довкіллям.

Предметом вивчення медичної мікробіологіїє фізіологія патогенних та умовно-патогенних мікроорганізмів, здатних викликати захворювання людини. З'ясування фізіології цих мікроорганізмів є важливим для постановки мікробіологічного діагнозу, розуміння патогенезу, проведення лікування та профілактики інфекційних захворювань, регуляції взаємовідносин людини з навколишнім середовищем тощо.

Хімічний склад бактерій

До складу мікроорганізмів входять вода, білки, нуклеїнові кислоти, вуглеводи, ліпіди, мінеральні речовини.

Вода – основний компонент бактеріальної клітини, що становить близько 80% її маси. Вона знаходиться у вільному або пов'язаному стані із структурними елементами клітини. У суперечках кількість води зменшується до 18.20%. Вода є розчинником для багатьох речовин, а також виконує механічну роль у забезпеченні тургору. При плазмолізі – втраті клітиною води у гіпертонічному розчині – відбувається відшарування протоплазми від клітинної оболонки. Видалення води з клітини, висушування зупиняють процеси метаболізму. Більшість мікроорганізмів добре переносять висушування. За нестачі води мікроорганізми не розмножуються. Висушування у вакуумі із замороженого стану (ліофілізація) припиняє розмноження та сприяє тривалому збереженню мікробних особин.

Білки (40.80% сухої маси) визначають найважливіші біологічні властивості бактерій і складаються зазвичай із поєднань 20 амінокислот. До складу бактерій входить діамінопімелінова кислота (ДАП), відсутня в клітинах людини і тварин. Бактерії містять понад 2000 різних білків, що перебувають у структурних компонентах та беруть участь у процесах метаболізму. Більшість білків має ферментативної активністю. Білки бактеріальної клітини зумовлюють антигенність та імуногенність, вірулентність, видову приналежність бактерій.

Нуклеїнові кислоти бактерій виконують функції, аналогічні нуклеїновим кислотам еукаріотичних клітин: молекула ДНК у вигляді хромосоми відповідає за спадковість, рибонуклеїнові кислоти(інформаційна, або матрична, транспортна та рибосомна) беруть участь у біосинтезі білка.

Бактерії можна характеризувати (таксономічно) за вмістом суми гуаніну та цитозину (ГЦ) у молярних відсотках (М%) від загальної кількості основ ДНК. Точнішою характеристикою мікроорганізмів є гібридизація їх ДНК. Основа методу гібридизації

ДНК – здатність денатурованої (однонитчастої) ДНК ренатуруватися, тобто. з'єднуватися з комплементарною ниткою ДНК та утворювати дволанцюгову молекулу ДНК.

Вуглеводи бактерій представлені простими речовинами(моно- та дисахариди) та комплексними сполуками. Полісахариди часто входять до складу капсул. Деякі внутрішньоклітинні полісахариди (крохмаль, глікоген та ін) є запасними поживними речовинами.

Ліпіди в основному входять до складу цитоплазматичної мембрани та її похідних, а також клітинної стінки бактерій, наприклад, зовнішньої мембрани, де, крім біомолекулярного шару ліпідів, є ЛПС. Ліпіди можуть виконувати у цитоплазмі роль запасних поживних речовин. Ліпіди бактерій представлені фосфоліпідами, жирними кислотами та гліцеридами. Наї Велика кількістьліпідів (до 40%) містять мікобактерії туберкульозу.

Мінеральні речовини бактерій виявляють у золі після спалювання клітин. У великій кількості виявляються фосфор, калій, натрій, сірка, залізо, кальцій, магній, а також мікроелементи (цинк, мідь, кобальт, барій, марганець та ін.). , активують ферменти, входять до складу ферментів, вітамінів та структурних компонентів мікробної клітини.

Харчування бактерій

Особливості харчування бактеріальної клітини полягають у надходженні поживних субстратів всередину через всю її поверхню, а також у високій швидкості процесів метаболізму та адаптації до умов навколишнього середовища.

Типи харчування. Широкому поширенню бактерій сприяє різноманітність типів харчування. Мікроорганізми потребують вуглеводу, азоту, сірки, фосфору, калію та інших елементів. Залежно від джерел вуглецю для харчування бактерії поділяються на аутотрофи (від грец. autos – сам, trophe – їжа), що використовують для побудови своїх клітин діоксид вуглецю СО 2 та інші неорганічні сполуки, та гетеротрофи (від грец. heteros – інший, trophe – їжа), що харчуються за рахунок готових органічних сполук. Аутотрофними бактеріями є нітрифікуючі бактерії, що знаходяться у ґрунті; серобактерії, що мешкають у воді із сірководнем; залізобактерії, що у воді з закисним залізом, та інших.

Залежно від субстрату, що окислюється, званого донором електронів або водню, мікроорганізми ділять на дві групи. Мікроорганізми, що використовують як донори водню неорганічні сполуки, називають літотрофними (від грец. lithos - камінь), а мікроорганізми, які використовують як донори водню органічні сполуки, - органотрофами.

З огляду на джерело енергії серед бактерій розрізняють фототрофи, тобто. фотосинтезуючі (наприклад, синьо-зелені водорості, що використовують енергію світла), та хемотрофи, які потребують хімічних джерел енергії.

Чинники зростання. Мікроорганізмам для зростання на живильних середовищах необхідні певні додаткові компоненти, які отримали назву факторів зростання. Фактори зростання – необхідні для мікроорганізмів сполуки, які вони самі синтезувати не можуть, тому їх необхідно додати до живильного середовища. Серед чинників зростання розрізняють: амінокислоти, необхідних побудови білків; пурини та піримідини, які потрібні для утворення нуклеїнових кислот; вітаміни, що входять до складу деяких ферментів. Для позначення ставлення мікроорганізмів до факторів зростання використовують терміни "ауксотрофи" та "прототрофи". Ауксотрофи потребують одного або кількох факторів росту, прототрофи можуть самі синтезувати необхідні для зростання сполуки. Вони здатні синтезувати компоненти з глюкози та солей амонію.

Механізми харчування.Вступ різних речовинв бактеріальну клітину залежить від величини та розчинності їх молекул у ліпідах або воді, рН середовища, концентрації речовин, різних факторів проникності мембран та ін. Клітинна стінка пропускає невеликі молекули та іони, затримуючи макромолекули масою понад 600 Д. цитоплазматична мембрана. Умовно можна виділити чотири механізми проникнення поживних речовин у бактеріальну клітину: це проста дифузія, полегшена дифузія, активний транспорт, транслокація груп. Найпростіший механізм надходження речовин у клітину – проста дифузія, коли він переміщення речовин відбувається внаслідок різниці їх концентрації з обох боків цитоплазматичної мембрани. Речовини проходять через ліпідну частину цитоплазматичної мембрани (органічні молекули, лікарські препарати) і рідше по заповнених водою каналах в цитоплазматичної мембрані. Пасивна дифузія здійснюється без витрати енергії.

Полегшена дифузія відбувається також у результаті різниці концентрації речовин з обох боків цитоплазматичної мембрани. Однак цей процес здійснюється за допомогою молекул-переносників, що локалізуються в цитоплазматичній мембрані і мають специфічність. Кожен переносник транспортує через мембрану відповідну речовину чи передає іншому компоненту цитоплазматичної мембрани – власне переноснику.

Білками-переносниками може бути пермеази, місце синтезу яких – цитоплазматична мембрана. Полегшена дифузія протікає без витрати енергії, речовини переміщуються від вищої концентрації до нижчої.

Активний транспорт відбувається за допомогою пермеаз і спрямований на перенесення речовин від меншої концентрації у бік більшої, тобто. як би проти течії, тому цей процес супроводжується витратою метаболічної енергії (АТФ), що утворюється в результаті окисно-відновних реакцій у клітині.

Перенесення (транслокація) груп схоже з активним транспортом, відрізняючись тим, що молекула, що переноситься, видозмінюється в процесі переносу, наприклад фосфорилюється. Вихід речовин із клітини здійснюється за рахунок дифузії та за участю транспортних систем-ферменти бактерій. Ферменти розпізнають відповідні метаболіти (субстрати), вступають з ними у взаємодію і прискорюють хімічні реакції. Ферменти є білками, беруть участь у процесах анаболізму (синтезу) і катаболізму (розпаду), тобто. метаболізму. Багато ферментів взаємопов'язані зі структурами мікробної клітини. Наприклад, в цитоплазматичної мембрані є окислювально-відновні ферменти, що беруть участь у диханні та розподілі клітини; ферменти, які забезпечують харчування клітини, та інших. Окислювально-відновні ферменти цитоплазматичної мембрани та її похідних забезпечують енергією інтенсивні процеси біосинтезу різних структур, зокрема клітинної стінки. Ферменти, пов'язані з поділом та аутолізом клітини, виявляються у клітинній стінці. Так звані ендоферменти каталізують метаболізм, що проходить усередині клітини.

Екзоферменти виділяються клітиною в навколишнє середовище, розщеплюючи макромолекули поживних субстратів до простих з'єднаньДеякі екзоферменти (пеніциліназ та ін) інактивують антибіотики, виконуючи захисну функцію.

Розрізняють конститутивні та індуцибельні ферменти. До конститутивних ферментів відносять ферменти, які синтезуються клітиною безперервно, незалежно від наявності субстратів у живильному середовищі. Індуцибельні (адаптивні) ферменти синтезуються бактеріальною клітиною лише за наявності серед субстрату даного ферменту. Наприклад, р-галактозидаза кишковою паличкою на середовищі з глюкозою практично не утворюється, але її синтез різко збільшується при вирощуванні на середовищі з лактозою або іншим р-галактозидозом.

Деякі ферменти (так звані ферменти агресії) руйнують тканину та клітини, зумовлюючи широке поширення в інфікованій тканині мікроорганізмів та їх токсинів. До таких ферментів відносять гіалуронідазу, колаге-назу, дезоксирибонуклеазу, нейрамінідазу, лецитовітелазу та ін. Так, гіалуронідаза стрептококів, розщеплюючи гіалуронову кислотусполучної тканини, сприяє поширенню стрептококів та їх токсинів.

Відомо понад 2000 ферментів. Вони об'єднані у шість класів: оксидоредуктази – окислювально-відновлювальні ферменти (до них відносять дегідрогенази, оксидази та ін.); трансферази, що переносять окремі радикали та атоми від одних сполук до інших; гідролази, що прискорюють реакції гідролізу, тобто. розщеплення речовин на простіші з приєднанням молекул води (естерази, фосфатази, глкжозідази та ін); ліази, що відщеплюють від субстратів хімічні групи негідролітичним шляхом (карбоксилази та ін.); ізомерази, що перетворюють органічні сполуки в їх ізомери (фосфогексої-зомераза та ін); лігази, або синтетази, що прискорюють синтез складних сполук з більш простих (аспарагінсинтетаза, глю-тамінсинтетаза та ін).

Відмінності в ферментному складі використовуються для ідентифікації мікроорганізмів, оскільки вони визначають їх різні біохімічні властивості: сахаролітичні (розщеплення цукрів), протеолітичні (розкладання білків) та інші, що виявляються по кінцевих продуктах розщеплення (утворення лугів, кислот, сірководню, аміаку та ін.) .

Ферменти мікроорганізмів використовують у генетичній інженерії (рестриктази, лігази та ін) для отримання біологічно активних з'єднань, оцтової, молочної, лимонної та інших кислот, молочнокислих продуктів, у виноробстві та інших галузях Ферменти застосовують як біодобавок в пральні порошки («Ока» та ін) для знищення забруднень білкової природи.

Дихання бактерій

Дихання, або біологічне окиснення, засноване на окисно-відновних реакціях, що йдуть з утворенням АТФ-універсального акумулятора хімічної енергії. Енергія необхідна мікробній клітині для її життєдіяльності. При диханні відбуваються процеси окислення та відновлення: окислення – віддача донорами (молекулами чи атомами) водню чи електронів; відновлення – приєднання водню чи електронів до акцептора. Акцептором водню чи електронів може бути молекулярний кисень (таке дихання називається аеробним) чи нітрат, сульфат, фумарат (таке дихання називається анаеробним – нітратним, сульфатним, фумаратним). Анаеробіоз (від грец. Аег - повітря + bios - життя) - життєдіяльність, що протікає за відсутності вільного кисню. Якщо донорами та акцепторами водню є органічні сполуки, такий процес називається бродінням. При бродінні відбувається ферментативне розщеплення органічних сполук, переважно вуглеводів, в анаеробних умовах. З урахуванням кінцевого продукту розщеплення вуглеводів розрізняють спиртове, молочнокисле, оцтовокисле та інші види бродіння.

Стосовно молекулярному кисню бактерії можна розділити втричі основні групи: облігатні, тобто. обов'язкові, аероби, облігатні анаероби та факультативні анаероби.

Облігатні аероби можуть зростати лише за наявності кисню. Облігатні анаероби (клостридії ботулізму, газової гангрени, правця, бактероїди та ін) ростуть тільки на середовищі без кисню, який для них токсичний. За наявності кисню бактерії утворюють перекисні радикали кисню, у тому числі перекис водню та супероксид-аніон кисню, токсичні для облігатних анаробних бактерій, оскільки вони не утворюють відповідні ферменти, що інактивують. Аеробні бактеріїінактивують перекис водню та супероксид-аніон відповідними ферментами (каталазою, пероксидазою та супероксиддисмутазою). Факультативні анаероби можуть зростати як за наявності, так і за відсутності кисню, оскільки вони здатні перемикатися з дихання у присутності молекулярного кисню на бродіння за його відсутності. Факультативні анаероби здатні здійснювати анаеробне дихання, зване нітратним: нітрат, що є акцептором водню, відновлюється до молекулярного азоту та аміаку. Серед облігатних анаеробів розрізняють аеротолерантні бактерії, які зберігаються за наявності молекулярного кисню.

Для вирощування анаеробів у бактеріологічних лабораторіях застосовують анаеростати – спеціальні ємності, в яких повітря замінюється сумішшю газів, що не містять кисню. Повітря можна видаляти з поживних середовищ шляхом кип'ятіння, за допомогою хімічних адсорбентів кисню, що містяться в анаеростати або інші ємності з посівами.

Зростання та розмноження бактерій

Життєдіяльність бактерій характеризується зростанням - формуванням структурно-функціональних компонентів клітини та збільшенням самої бактеріальної клітини, а також розмноженням - самовідтворенням, що призводить до збільшення кількості бактеріальних клітин у популяції.

Бактерії розмножуються шляхом бінарного поділу навпіл, рідше шляхом брунькування.

Актиноміцети, як гриби, можуть розмножуватися спорами. Актиноміцети, будучи розгалуженими бактернями, розмножуються шляхом фрагментації ниткоподібних клітин. Грампозитивні бактерії діляться шляхом вростання перегородок, що синтезуються, поділу всередину клітини, а грамнегативні - шляхом перетяжки, в результаті утворення гантелеподібних фігур, з яких утворюються дві однакові клітини.

Поділу клітин передує реплікація бактеріальної хромосоми за напівконсервативним типом (двоспіральний ланцюг ДНК розкривається і кожна нитка добудовується комплементарною ниткою), що призводить до подвоєння молекул ДНК бактеріального ядра - нуклеоїду. Реплікація хромосомної ДНК здійснюється від початкової точки оги (від англ, origin – початок).

Хромосома бактеріальної клітини пов'язана в ділянці оги з цитоплазматичною мембраною. Реплікація ДНК каталізується ДНК-полімеразами. Спочатку відбувається розкручування (деспіралізація) подвійного ланцюга ДНК, внаслідок чого утворюється реплікативна вилка (розгалужені ланцюги); один з ланцюгів, добудовуючись, пов'язує нуклеотиди від 5"- до З"-кінця, інший - добудовується посегментно.

Реплікація ДНК відбувається у три етапи: ініціація, елонгація, або зростання ланцюга, та термінація. Дві хромосоми, що утворилися в результаті реплікації, розходяться, чому сприяє збільшення розмірів зростаючої клітини: прикріплені до цитоплазматичної мембрани або її похідних (наприклад, мезосомів) хромосоми в міру збільшення об'єму клітини видаляються один від одного. Остаточне їх відокремлення завершується утворенням перетяжки чи перегородки поділу. Клітини з перегородкою розподілу розходяться внаслідок дії аутолітичних ферментів, що руйнують серцевину перегородки розподілу. Аутоліз при цьому може проходити нерівномірно: клітини, що діляться, в одній ділянці залишаються пов'язаними частиною клітинної стінки в області перегородки поділу. Такі клітини розташовуються під кутом одна до одної, що притаманно дифтерійних коринебактерій.

Розмноження бактерій у рідкому живильному середовищі. Бактерії, засіяні в певний обсяг живильного середовища, що не змінюється, розмножуючись, споживають поживні елементи, що призводить в подальшому до виснаження поживного середовища і припинення зростання бактерій. Культивування бактерій у такій системі називають періодичним культивуванням, а культуру – періодичною. Якщо ж умови культивування підтримуються шляхом безперервної подачі свіжого живильного середовища та відтоку такого ж обсягу культуральної рідини, то таке культивування називається безперервним, а культура – ​​безперервною.

При вирощуванні бактерій на рідкому живильному середовищі спостерігається придонне, дифузне або поверхневе (у вигляді плівки) зростання культури. Зростання періодичної культури бактерій, що вирощуються на рідкому поживному середовищі, поділяють на кілька фаз, або періодів:

§ лаг-фаза;

§ фаза логарифмічного зростання;

§ фаза стаціонарного зростання, або максимальної концентрації

§ бактерій;

§ фаза загибелі бактерій.

Ці фази можна зобразити графічно як відрізків кривої розмноження бактерій, що відбиває залежність логарифму числа живих клітин від часу їх культивування. Лаг-фаза (від англ, lag – запізнення) – період між посівом бактерій та початком розмноження. Тривалість лаг-фази в середньому 4.5 год. Бактерії при цьому збільшуються в розмірах і готуються до поділу; наростає кількість нуклеїнових кислот, білки та інших компонентів. Фаза логарифмічного (експонентного) зростання є періодом інтенсивного поділу бактерій.

Тривалість її близько 5.6 год. За оптимальних умов зростання бактерії можуть ділитися кожні 20-40 хв. Під час цієї фази бактерії найбільш вразливі, що пояснюється високою чутливістю компонентів метаболізму клітини, що інтенсивно зростає, до інгібіторів синтезу білка, нуклеїнових кислот та ін. Потім настає фаза стаціонарного росту, при якій кількість життєздатних клітин залишається без змін, складаючи максимальний рівень (М-концентрація) . Її тривалість виявляється у годинах і коливається залежно від виду бактерій, їх особливостей та культивування. Завершує процес зростання бактерій фаза загибелі, що характеризується відмиранням бактерій в умовах виснаження джерел живильного середовища та накопичення у ній продуктів метаболізму бактерій. Тривалість її коливається від 10 год. до кількох тижнів. Інтенсивність росту та розмноження бактерій залежить від багатьох факторів, у тому числі оптимального складу живильного середовища, окисно-відновного потенціалу, рН, температури та ін.

Розмноження бактерій на щільному поживному середовищі. Бактерії, що ростуть на щільних живильних середовищах, утворюють ізольовані колонії округлої форми з рівними або нерівними краями (S- і R-форми; див. розділ 5), різної консистенції та кольору, що залежить від пігменту бактерій.

Пігменти, розчинні у воді, дифундують в живильне середовище і забарвлюють його, наприклад синьогнійна паличка (Pseudomonas aeruginosa) забарвлює середовище в синій колір. Інша група пігментів нерозчинна у воді, але розчинна в органічних розчинниках. Так, колонії «чудесної палички» мають криваво-червоний пігмент, розчинний у спирті. І, нарешті, існують пігменти, які не розчиняються ні у воді, ні в органічних сполуках.

Найбільш поширені серед мікроорганізмів такі пігменти, як каротини, ксантофіли та меланіни. Меланіни є нерозчинними пігментами чорного, коричневого або червоного кольору, що синтезуються з фенольних сполук. Меланіни поряд з каталазою, супероксидцисмутазою та перок-сідазами захищають мікроорганізми від впливу токсичних перекисних радикалів кисню. Багато пігментів мають антимікробну, антибіотикоподібну дію.

Вигляд, форма, колір та інші особливості колоній на щільному живильному середовищі можуть враховуватися при ідентифікації бактерій, а також відборі колоній для одержання чистих культур.

У промислових умовах при отриманні біомаси мікроорганізмів з метою приготування антибіотиків, вакцин, діагностичних препаратів, еубіотиків культивування бактерій та грибів здійснюють у ферментерах при дотриманні оптимальних параметрів для росту та розмноження культур (див. розділ 6).

ЛЕКЦІЯ №5.

ВІРУСОЛОГІЯ.

Усі віруси існують у двох якісно різних формах. Позаклітинна форма – віріон – включає всі складові елементи вірусної частинки. Внутрішньоклітинна форма – вірус – може бути лише однією молекулою нуклеїнової кислоти, т.к. потрапляючи у клітину, віріон розпадається на складові елементи. У той же час внутрішньоклітинний вірус є форма, що самореплікується, не здатна до поділу. На цій підставі визначення вірусу передбачає принципову відмінність між клітинними формами існування (бактерії, гриби, найпростіші), що розмножуються розподілом, і формою, що реплікується, що відтворюється з вірусної нуклеїнової кислоти. Але цим не обмежуються відмітні ознаки вірусів від про- та еукаріотів. До принципових відмінностей відносяться:

1. наявність одного типу нуклеїнової кислоти (ДНК чи РНК);

2. відсутність клітинної будови та білоксинтезуючих систем;

3. можливість інтеграції в клітинний геном і синхронної з ним реплікації.

Форма віріона може бути різною (паличкоподібні, еліпсоїдні, сферичні, ниткоподібні, у вигляді сперматозоїда), що є однією з ознак таксономічної приналежності даного вірусу.

Розміри вірусів настільки малі, що можна порівняти з товщиною клітинної оболонки. Найбільш дрібні (парвовіруси) мають розмір 18 нм, а найбільші (вірус натуральної віспи) – близько 400 нм.

В основу класифікації вірусів покладено тип нуклеїнової кислоти, що утворює геном, що дозволило виділити два підцарства:

рибовіруси- РНК-містять або РНК-віруси;

дезоксирибовіруси- ДНК-содержащіе або ДНК-віруси.

Подцарства діляться на Сімейства, Підродини, Роди та Види.

При систематизації вірусів виділено такі основні критерії: подібність нуклеїнових кислот, розміри, наявність або відсутність суперкапсиду, тип симетрії нуклеокапсиду, характеристика нуклеїнових кислот, полярність, кількість ниток у молекулі, наявність сегментів, наявність ферментів, внутрішньоядерна або цитоплазматична локалізація, антигенна тропізм до тканин і клітин, здатність утворювати тільця включень. Додатковий критерій – симптоматологія поразок, тобто. здатність викликати генералізовані чи органоспецифічні інфекції.

По структурній організації розрізняють простоорганізовані ("голі")і складноорганізовані ("одягнуті")віруси.

Структура простого віріона влаштована таким чином, що вірусна нуклеїнова кислота,тобто. генетичний матеріал вірусу надійно захищений симетричною білковою оболонкою. капсидом, функціональна та морфологічна сукупність яких утворює нуклеокапсид.

Капсид має строго впорядковану структуру, основу якої лежать принципи спіральної чи кубічної симетрії. Його утворюють однакові за будовою субодиниці – капсомериорганізовані в один або два шари. Число капсомерів суворо специфічне для кожного виду і залежить від розмірів та морфології віріонів. Капсомери, у свою чергу, утворені молекулами білка. протомірами. Вони можуть бути мономірними -складені одним поліпептидом або полімерними -складені кількома поліпептидами. Симетричність капсиду зрозуміла тим, що для упаковки геному потрібна велика кількість капсомерів, а їх компактне з'єднання можливе тільки при симетричному розташуванні субодиниць. Формування капсиду нагадує процес кристалізації та протікає за принципом самоскладання. Основні функції капсиду визначаються захистом вірусного геному від зовнішніх впливів, забезпеченням адсорбції віріону на клітині, проникненням геному в клітину внаслідок взаємодії капсиду з клітинними рецепторами, зумовлюють антигенні та імуногенні властивості віріонів.

Нуклеокапсид повторює симетрію капсиду. При спіральної симетріївзаємодія нуклеїнової кислоти та білка в нуклеокапсиді здійснюється по одній осі обертання. Кожен вірус зі спіральною симетрією має характерну довжину, ширину і періодичність. Більшість патогенних для людини вірусів, у тому числі вірусу грипу, мають спіральну симетрію. Організація за принципом спіральної симетрії надає вірусам паличкоподібної або ниткоподібної форми. Таке розташування субодиниць утворюється порожнистий канал, усередині якого компактно укладено молекулу вірусної нуклеїнової кислоти. Її довжина може значно перевищувати довжину віріона. У вірусу тютюнової мозаїки, наприклад, довжина віріона становить 300 нм, яке РНК досягає величини 4000 нм. За такої організації білковий чохол краще захищає спадкову інформацію, але потребує більшої кількості білка, т.к. покриття складається з порівняно великих блоків. При кубічної симетріїнуклеїнова кислота оточена капсомерами, що утворюють ікосаедр – багатогранник з 12 вершинами, 20 трикутними гранями та 30 кутами. Організація віріона за цим принципом надає вірусам сферичну форму. Принцип кубічної симетрії – найекономічніший на формування замкнутого капсида, т.к. для його організації використовуються невеликі білкові блоки, що утворюють великий внутрішній простір, в який вільно укладається нуклеїнова кислота.

Деякі бактеріофаги мають подвійну симетріюколи головка організована за принципом кубічної, а відросток – за принципом спіральної симетрії.

Для вірусів великих розмірів характерно відсутність постійної симетрії.

Невід'ємним структурно-функціональним компонентом нуклеокапсиду є внутрішні білкищо забезпечують правильну суперспіралізовану упаковку геному, що виконують структурну та ферментативну функції.

Функціональна специфічність вірусних ферментів визначається місцем їх локалізації та механізмом освіти. На підставі цього вірусні ферменти поділяють на вірусіндукованіі віріонні. Перші закодовані у вірусному геномі, другі – входять до складу віріонів. Вірійні ферменти також поділяють на дві функціональні групи: ферменти першої групи забезпечують проникнення вірусних нуклеїнових кислот у клітину та вихід дочірніх популяцій; ферменти другої групи беруть участь у процесах реплікації та транскрипції вірусного геному. Поряд із власними, віруси активно використовують клітинні ферменти, які не є вірусоспецифічними. Але їхня активність може модифікуватися в процесі репродукції вірусу.

Існує група т.зв. складно організованихабо "одягнених" вірусів, які, на відміну від "голих", мають поверх капсиду особливу ліпопротеїнову оболонку - суперкапсидабо пеплос, організований подвійним шаром ліпідів та специфічними вірусними глікопротеїнами, що пронизують ліпідний бішар та утворюють вирости-шипи(пепломіри або суперкапсидні білки ). Поверхневі суперкапсидні білки – важливий компонент, що полегшує проникнення вірусів у чутливі клітини. Саме цими спеціальними білками, названими F-білками ( fusio - злиття), забезпечується злиття вірусних суперкапсидів та клітинних мембран. Суперкапсид формується на пізніх етапах репродуктивного циклу при відгалужуванні дочірніх популяцій і є похідною структурою від мембран вірус-інфікованої клітини. Так, склад ліпідів залежить від характеру "брунькування" вірусної частки. Наприклад, у вірусу грипу склад ліпідного бислоя аналогічний такому клітинних мембран. Т.к. Герпесвіруси ниркуються через ядерну мембрану, то набір ліпідів їх суперкапсиду відбиває склад ядерної мембрани. Цукру, що входять до складу глікопротеїнів, також походять від клітини-господаря.

На внутрішній поверхні суперкапсиду т.зв. матричними білками (М-білки) сформовано структурний шар, що сприяє взаємодії суперкапсиду з нуклеокапсидом, що виключно важливо на заключних етапах самоскладання віріонів.

Тим не менш, головним структурним та функціональним компонентом вірусу є його геном, що визначає всі властивості вірусної частки, як усередині, так і поза клітиною-мішенню. У геномі зашифрована інформація про морфологічні, біохімічні, патогенні та антигенні властивості його носія. Геном вірусної частки гаплоїдний. Нуклеїнові кислоти представлені однонитковими молекулами РНК або двонитковими молекулами ДНК. Виняток становлять реовіруси, геном яких утворений двома нитками РНК та парвовіруси, у яких геном представлений у вигляді однієї нитки ДНК. Віруси містять лише один тип нуклеїнової кислоти.

Вірусні ДНКорганізовані як циркулярні ковалентно зчеплені суперспіралізовані або лінійні структури з молекулярною масою від 1 · 10 6 до 1 · 10 8 що від 10 до 100 разів менше молекулярної маси бактеріальних ДНК. Геном містить кілька сотень генів. Транскрипція вірусної ДНК здійснюється в ядрі зараженої клітини . Нуклеотидні послідовності зустрічаються одноразово, але на кінцях молекули є прямі та інвертовані (розгорнуті на 180 про) повторювані нуклеотидні послідовності. Цим забезпечується здатність молекули ДНК замикатися у кільце. Крім того, вони є своєрідними маркерами вірусної ДНК.

Вірусні РНКпредставлені одно- та двонитковими молекулами та за своїм хімічного складуне відрізняються від РНК клітинного походження. Однониткові молекули можуть бути сегментовані, що веде до збільшення кодуючої ємності геному. Крім того, у них є спіральні ділянки типу подвійної спіралі ДНК, що утворюються за рахунок парування комплементарних азотистих основ. Двониткова РНК може бути лінійною та кільцевою.

Залежно від специфіки внутрішньоклітинної поведінки та виконуваних функцій вірусні РНК ділять на групи:

1. Плюс-нитки РНК, які мають здатність транслювати закодовану у ній інформацію на рибосоми клітини-мішені, тобто. виконувати функцію мРНК. РНК плюс-ниткових вірусів мають характерні модифіковані кінці у вигляді "шапочки", необхідні для специфічного розпізнавання рибосом. Їх називають плюс-нитками чи позитивним геномом.

2. Мінус-нитки РНКне здатні транслювати генетичну інформацію безпосередньо на рибосоми та не можуть функціонувати як мРНК. Однак є матрицею синтезу мРНК. Їх називають мінус-нитками або негативний геном.

3. Подвійні нитки,одна з яких функціонує як РНК, інша, комплементарна їй - як РНК.

Багато вірусні нуклеїнові кислоти + РНК і ДНК-вірусів інфекційні власними силами, т.к. містять всю генетичну інформацію, необхідну синтезу нових вірусних частинок. Ця інформація реалізується після проникнення віріона у чутливу клітину. Двониткові РНК і більшість РНК інфекційних властивостей виявляти не можуть.

Взаємодія вірусу з клітиною-мішенню – складний та багатоступінчастий процес співіснування двох форм живої матерії – доклітинної та клітинної. Тут проявляється весь комплекс впливів вірусного геному на генетично закодовані біосинтетичні процеси клітини хазяїна.

Реалізація репродуктивного циклу значною мірою залежить від типу інфікування клітини та характеру взаємодії вірусу з чутливою (що може бути інфікованою) клітиною.

У вірус-інфікованій клітині можливе перебування вірусів у різних станах:

1. відтворення численних нових віріонів;

2. перебування нуклеїнової кислоти вірусу в інтегрованому стані з хромосомою клітини у вигляді провірусу;

3. Існування в цитоплазмі клітини у вигляді кільцевих нуклеїнових кислот, що нагадують плазміди бактерій.

Саме цими станами визначається широкий діапазон порушень, що викликаються вірусом: від вираженої продуктивної інфекції, що завершується загибеллю клітини, до тривалої взаємодії вірусу з клітиною як латентної (прихованої) інфекції чи злоякісної трансформації клітини.

Виділено чотири типи взаємодії вірусу з чутливою клітиною:

1. Продуктивний тип - Завершується утворенням нового покоління віріонів і вихід їх в результаті лізису заражених клітин ( цитолітична форма), або вихід із клітини без її руйнування ( нецитолітична форма). За нецитолітичним типом взаємодії найчастіше протікають персистуючі хронічні інфекції, що характеризуються утворенням дочірніх популяцій збудника після завершення гострої фази хвороби Загибель клітини викликається раннім пригніченням синтезу клітинних білків, накопиченням токсичних та специфічно пошкоджуючих вірусних компонентів, ушкодженням лізосом та вивільненням їх ферментів у цитоплазму;

2. Інтегративний тип , або вирогенія - характеризується вбудовуванням (інтеграцією) вірусної ДНК у вигляді провірусу в хромосому клітини та подальшим функціонуванням як її складова частина з спільною реплікацією.За таким типом взаємодії протікають латентне інфікування, лізогенія бактерійі вірусна трансформація клітин;

3. Абортивний тип - Не завершується утворенням нових віріонів, оскільки інфекційний процес у клітині переривається на одному з етапів. Відбувається при взаємодії вірусу з клітиною, що покоїться, або при інфікуванні клітини дефектним вірусом.

Дефектними можуть бути як віруси, і віріони.

Дефектні вірусиіснують як самостійні видита функціонально неповноцінні, т.к. їх реплікації необхідний " вірус - помічник " , тобто. Дефект визначається неповноцінністю геному. Діляться на 3 групи:

1. Дефектні інтерферуючі частки, що являють собою віріони, що містять лише частину генетичної інформації вихідного вірусу і реплікується лише за участю спорідненого "вірусу-помічника";

2. Віруси-супутникивід попередніх відрізняються тим, що для своєї репродукції вимагають участі будь-якого "вірусу-помічника", не обов'язково спорідненого;

3. Інтегровані геномиє провіруси, тобто. вірусні геноми, вбудовані в хромосому клітини, але втратили здатність до перетворення на повноцінний вірус;

Дефектні віріонискладають групу, що формується при утворенні великих дочірніх популяцій, та їх дефектність визначається головним чином морфологічною неповноцінністю (порожні капсиди, безоболонкові нуклеокапсиди та ін.). Особлива форма дефектних віріонів псевдовіріони,мають нормальний капсид, що містить частину власної нуклеїнової кислоти та фрагменти нуклеїнової кислоти господаря, або частину хромосоми клітини господаря та частину нуклеїнової кислоти іншого вірусу.

Значення дефектних вірусів полягає у їх здатності переносити генетичний матеріал із клітини-донора до клітини-реципієнта.

4. Інтерференція вірусів - відбувається при інфікуванні клітини двома вірусами і виникає не за будь-якої комбінації збудників. Інтерференція реалізується за рахунок індукції одним вірусом клітинних інгібіторів, що пригнічують репродукцію іншого, або за рахунок пошкодження рецепторного апарату або метаболізму клітини першим вірусом, що виключає можливість репродукції другого. Розрізняють гомологічну(родинні віруси) та гетерологічну(Неспоріднені віруси) інтерференцію.

За характером взаємодії геному вірусу з геномом клітини розрізняють автономнеі інтеграційне інфікування. При автономному інфікуванні геном вірусу не інтегрований у геном клітини, тоді як при інтеграційному відбувається інтеграція вірусного геному в клітинний.

Продуктивний тип взаємодії вірусу із клітиною , тобто. репродукція вірусу є унікальною формою вираження чужорідної (вірусної) генетичної інформації у клітинах людини, тварин, рослин та бактерій, яка полягає у підпорядкуванні клітинних матрично-генетичних механізмів вірусної інформації. Це найскладніший процесвзаємодії двох геномів, що протікає в 6 стадій:

1. адсорбція віріонів;

2. проникнення вірусу у клітину;

3. "роздягання" та вивільнення вірусного геному;

4. синтез вірусних компонентів;

5. формування віріонів;

6. вихід віріонів із клітини.

Першастадія репродукції - адсорбція, тобто. прикріплення віріону до поверхні клітини Вона протікає у дві фази. Перша фаза – неспецифічна, обумовлена ​​іонним тяжінням та іншими механізмами взаємодії між вірусом та клітиною Друга фаза – високоспецифічна, обумовлена ​​гомологією і комплементарністю рецепторів чутливих клітин і білкових лігандів вірусів, що їх впізнають. Візнаючі та взаємодіючі вірусні білки називаються прикріплювальнимита представлені глікопротеїнами, у складі ліпопротеїнової оболонки капсиду або суперкапсиду вірусу.

Специфічні рецептори клітин мають різну природу, будучи білками, ліпідами, вуглеводними компонентами білків та ліпідів. Одна клітина може нести від 10 до 100 тисяч специфічних рецепторів, що дозволяє закріпитися на ній десяткам і сотням віріонів. Кількість інфекційних вірусних частинок, адсорбованих на клітині, визначає термін "множинність зараження". Тим не менш, інфікована вірусом клітина в більшості випадків толерантна до повторного зараження гомологічним вірусом.

Наявність специфічних рецепторів лежить в основі тропізмувірусів до певних клітин, тканин та органів.

Другастадія - проникнення вірусу в клітинуможе відбуватися кількома шляхами.

1. Рецепторно-залежний ендоцитоз відбувається в результаті захоплення та поглинання віріону чутливою клітиною. При цьому клітинна мембрана з прикріпленим віріоном вп'ячується з утворенням внутрішньоклітинної вакуолі (ендосоми), що містить вірус. Далі відбувається злиття ліпопротеїнової оболонки вірусу з мембраною ендосоми та вихід вірусу до цитоплазми клітини. Ендосоми поєднуються з лізосомами, які руйнують вірусні компоненти, що залишилися.

2. Віропексіс - полягає у злитті вірусного суперкапсиду з клітинною або ядерною мембраною і відбувається за допомогою спеціального білка злиття – F-білка, що входить до складу суперкапсиду У результаті віропексису капсид виявляється усередині клітини, а суперкапсид разом із білком інтегрує (вбудовується) у плазматичну чи ядерну мембрану. Притаманний лише складно влаштованим вірусам.

3. Фагоцитоз - за допомогою якого віруси проникають у фагоцитуючі клітини, що призводить до незавершеного фагоцитозу.

Третястадія - "роздягання" та вивільнення вірусного геномувідбувається в результаті депротеїнізації, модифікації нуклеокапсиду, видалення поверхневих вірусних структур та вивільнення внутрішнього компонента, здатного викликати інфекційний процес. Перші етапи роздягання починаються ще в процесі проникнення в клітину шляхом злиття вірусних і клітинних мембран або при виході вірусу з ендосоми в цитоплазму. Наступні етапи тісно пов'язані з їх внутрішньоклітинним транспортом до місць депротеїнізації. Для різних вірусів є свої спеціалізовані ділянки "роздягання". Транспорт до них здійснюється за допомогою внутрішньоклітинних мембранних бульбашок, у яких вірус переноситься на рибосоми, ендоплазматичну мережу чи ядро.

Четвертастадія - синтез вірусних компонентівпочинається в момент тіньовийабо екліпс-фази,яка характеризується зникненням віріону. Тіньова фаза закінчується після утворення складових компонентів вірусу, необхідних для збирання дочірніх популяцій. Вірус використовує для цього генетичний апарат клітини, пригнічуючи необхідні їй синтетичні реакції. Синтез білків та нуклеїнових кислот вірусу, тобто. його репродукція, роз'єднана в часі та просторі, здійснюється в різних частинахклітини і називається диз'юнктивним.

У зараженій клітині вірусний геном кодує синтез двох груп білків:

- неструктурних білків, що обслуговують внутрішньоклітинну репродукцію вірусу на різних його етапах до яких відносяться РНК або ДНК-полімерези, що забезпечують транскрипцію і реплікацію вірусного геному, білки-регулятори, попередники вірусних білків, ферменти, що модифікують вірусні білки;

- структурних білків, що входять до складу віріону (геномні, капсидні та суперкапсидні).

Синтез білків у клітині здійснюється відповідно до процесів транскрипціїшляхом "переписування" генетичної інформації з нуклеїнової кислоти в нуклеотидну послідовність інформаційної РНК (іРНК) та трансляції(Зчитування) іРНК на рибосомах з утворенням білків. Терміном "трансляція" називають механізми, за допомогою яких послідовність нуклеїнових основ іРНК переводиться в специфічну послідовність амінокислот в поліпептиді, що синтезується. При цьому відбувається дискримінація клітинних іРНК та синтетичні процеси на рибосомах переходять під вірусний контроль. Механізми передачі у відношенні синтезу иРНК в різних груп вірусів неоднакові.

Двониткові ДНК-містятьвіруси реалізують генетичну інформацію так само, як і клітинний геном, за схемою: геномна ДНК вірусу→ транскрипція іРНК→трансляція вірусного білка. При цьому ДНК-віруси, геноми яких транскрибуються в ядрі, використовують для цього процесу клітинну полімеразу, а геноми яких транскрибуються в цитоплазмі - власну вірусоспецифічну РНК-полімеразу.

Геном -РНК-вірусівслужить матрицею, з якою транскрибується іРНК, за участю вірусоспецифічної РНК-полімерази. Синтез білка у них відбувається за схемою: геномна РНК вірусу→транскрипція іРНК→трансляція білка вірусу.

Особняком стоїть група РНК-вмісних ретровірусів, до якої належать віруси імунодефіциту людини та онкогенні ретровіруси. Вони мають унікальний шлях передачі генетичної інформації. Геном цих вірусів і двох ідентичних молекул РНК, тобто. є диплоїдним. У складі ретровірусів є особливий вірусоспецифічний фермент. зворотна транскриптаза, або ревертаза, З допомогою якої здійснюється процес зворотної транскрипції. Полягає він у наступному: на матриці геномної РНК синтезується комплементарна однониткова ДНК (кДНК). Вона копіюється з утворенням двониткової комплементарної ДНК, яка інтегрує в клітинний геном і в його складі транскрибується 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.

Регуляція транскрипції здійснюється клітинними та вірусоспецифічними механізмами. Вона полягає у послідовному зчитуванні інформації з т.зв. "ранніх"і "пізніх" генів. По-перше, закодована інформація для синтезу вірусоспецифічних ферментів транскрипції та реплікації, по-друге – для синтезу капсидних білків.

Синтез вірусних нуклеїнових кислот, тобто. реплікація вірусних геномів, Приводить до накопичення в клітині копій вихідних вірусних геномів, які використовуються при складанні віріонів. Спосіб реплікації залежить від типу нуклеїнової кислоти вірусу, наявності вірусоспецифічних та клітинних полімераз, від здатності вірусів індукувати утворення полімераз у клітині.

Двониткові ДНК-вірусиреплікуються звичайним напівконсервативним способом: після розплетення ниток ДНК до них добудовуються комплементарно нові нитки. Кожна знов синтезована молекула ДНК складається з однієї батьківської та однієї синтезованої нитки.

Однониткові ДНК-вірусиу процесі реплікації використовують клітинні ДНК-полімерази для створення двониткового вірусного геному, т.зв. реплікативної форми. У цьому вихідної +ДНК-нитки комплементарно синтезується –ДНК-нитка, що служить матрицею для +ДНК-нитки нового віріона.

Однониткові +РНК-вірусиіндукують у клітині синтез РНК-залежної РНК-полімерази. З її допомогою на основі геномної +РНК-нитки синтезується РНК-нитка, формується тимчасова подвійна РНК, названа проміжною реплікативною ланкою. Воно складається з повної РНК-нитки та численних частково завершених РНК-ниток. Коли сформовані всі РНК-нитки, вони використовуються як шаблони для синтезу нових РНК ниток.

Однониткові РНК-вірусимають у своєму складі РНК-залежну РНК-полімеразу. Геномна-РНК-нитка трансформується вірусною полімеразою в неповні та повні +РНК-нитки. Неповні копії виконують роль иРНК для синтезу вірусних білків, а повні – є матрицею синтезу геномної –РНК-нитки потомства.

Двониткові РНК-вірусиреплікуються аналогічно однониткових -РНК-вірусів. Відмінність у цьому, що що у процесі транскрипції +РНК-нитки функціонують як іРНК, а й беруть участь у реплікації. Вони є матрицею для синтезу РНК-ниток. У комплексі вони утворюють геномні двониткові РНК віріонів.

Диплоїдні +РНК-вірусиабо ретровірусиреплікуються за допомогою вірусної зворотної транскриптази, що синтезує на матриці РНК-вірусу -ДНК-нитка, з якої копіюється +ДНК-нитка з утворенням подвійної нитки ДНК, замкненої в кільце. Далі подвійна нитка ДНК інтегрується із хромосомою клітини, утворюючи провірус. Численні віріонні РНК утворюються в результаті транскрипції однієї з ниток інтегрованої ДНК за участю клітинної ДНК-залежної РНК-полімерази.

П'ятастадія - складання віріоніввідбувається шляхом упорядкованої самоскладання, коли складові віріона транспортуються в місця складання вірусу. Такими є специфічні ділянки ядра та цитоплазми, які називаються реплікативними комплексами. З'єднання компонентів віріону обумовлено наявністю гідрофобних, іонних, водневих зв'язків та стереохімічною відповідністю.

Формування вірусів - це багатоступінчастий, суворо послідовний процес, з утворенням проміжних форм, що відрізняються від зрілих віріонів за складом поліпептидів. Складання просто влаштованих вірусів відбувається на реплікативних комплексах і полягає у взаємодії вірусних нуклеїнових кислот з капсидними білками та утворення нуклеокапсидів. У складноулаштованих вірусів спочатку на реплікативних комплексах формуються нуклеокапсиди, які потім взаємодіють з модифікованими мембранами клітин, що є майбутньою ліпопротеїновою оболонкою віріона. При цьому збирання вірусів, що реплікуються в ядрі, відбувається за участю мембрани ядра, а збирання вірусів, реплікація яких відбувається в цитоплазмі здійснюється за участю мембран ендоплазматичної мережі або цитоплазматичної мембрани, куди вбудовуються глікопротеїни та інші білки оболонки віріона. У деяких складно влаштованих РНК-вірусів в збірку залучається матричний білок. М-білок– який розташований під модифікованою цим білком клітинною мембраною. Маючи гідрофобні властивості, він виконує роль посередника між нуклеокапсидом і суперкапсидом. Складноулаштовані віруси в процесі формування включають до складу компоненти клітини господаря. При порушеннях процесу самоскладання утворюються "дефектні" віріони.

Шостастадія - вихід вірусних частинок із клітинизавершує процес репродукції вірусів та відбувається двома шляхами.

Вибуховий шляхколи віруси, позбавлені суперкапсиду, викликають деструкцію клітини і потрапляють у позаклітинний простір. Із загиблої клітини одночасно виходить велике числовіріонів.

Ниркуванняабо екзоцитоз , характерний для складних вірусів, суперкапсид яких є похідною від клітинних мембран. Спочатку нуклеокапсид транспортується до клітинних мембран, в які вже вбудовані вірусоспецифічні білки. В області контакту починається випинання цих ділянок із утворенням нирки. Нирка, що сформувалася, відокремлюється від клітини у вигляді складно влаштованого віріону. Процес не летальний для клітини і клітина здатна довго зберігати життєздатність, продукуючи вірусне потомство.

Ниркування вірусів, що формуються в цитоплазмі, може відбуватися або через плазматичну мембрану, або через мембрани ендоплазматичної мережі та апарату Гольджі з наступним виходом на поверхню клітини.

Віруси, що формуються в ядрі, поринають у перинуклеарний простір через модифіковану ядерну оболонку і у складі цитоплазматичних везикул транспортуються на поверхню клітини.

Інтегративний тип взаємодії вірусу з клітиною (вирогенія) являє собою співіснування вірусу та клітини в результаті інтеграції нуклеїнової кислоти вірусу в хромосому клітини господаря, при якому геном вірусу реплікується та функціонує як основна частина геному клітини.

Такий тип взаємодії характерний для помірних ДНК-содержащих бактеріофагів, онкогенних вірусів і деяких інфекційних ДНК-і РНК-вірусів.

Для інтеграції необхідна наявність кільцевої форми двониткової ДНК вірусу. Така ДНК прикріплюється до клітинної ДНК у місці гомології та вбудовується у певну ділянку хромосоми. У РНК-вірусів процес інтеграції складніший і починається з механізму зворотної транскрипції. Інтеграція відбувається після утворення двониткового ДНК-транскрипта та замикання його в кільце.

Додаткова генетична інформація при вірогенії повідомляє клітини нові властивості, що може стати причиною онкогенної трансформації клітин, аутоімунних та хронічних захворювань.

Абортивний тип взаємодії вірусу із клітиною не завершується утворенням вірусного потомства і може виникнути за таких умов:

1. зараження чутливої ​​клітини відбувається дефектним вірусом чи дефектним віріоном;

2. зараження вірулентним вірусом генетично резистентних щодо нього клітин;

3. зараження вірулентним вірусом чутливої ​​клітини непермісивних (недозволених) умовах.

Найчастіше абортивний тип взаємодії спостерігається під час зараження стандартним вірусом нечутливої ​​клітини. При цьому механізм генетичної резистентності не є однаковим. Він може бути пов'язаний з відсутністю на плазматичній мембрані специфічних рецепторів, нездатність даного виду клітин ініціювати трансляцію вірусної іРНК з відсутністю специфічних протеаз або нуклеаз, необхідних для синтезу вірусних макромолекул.

До абортивної взаємодії можуть призвести і зміни умов, в яких відбувається репродукція вірусів: підвищення температури організму, зміна рН в осередку запалення, введення противірусних препаратів та ін.

Інтерферуюча взаємодія визначається станом несприйнятливості до вторинного зараження клітини, вже інфікованої вірусом.

Гетерологічна інтерференціявідбувається у тому випадку, коли інфікування одним вірусом повністю блокує можливість реплікації другого вірусу у межах однієї клітини. Один із механізмів пов'язаний з пригніченням адсорбції іншого вірусу шляхом блокування або руйнування специфічних рецепторів. Інший механізм пов'язаний з пригніченням трансляції іРНК будь-якої гетерологічної іРНК в інфікованій клітині.

Гомологічна інтерференціятипова для багатьох дефектних вірусів, особливо для повторно пасерованих in vitro та з високою множинністю інфікування. Їхня репродукція можлива тільки при зараженні клітини нормальним вірусом. Іноді дефектний вірус може втручатися у репродуктивний цикл нормального вірусу та утворювати дефектні інтерферуючі вірусні частки (ДІ).ДІ-частинки містять лише частину геному нормального вірусу. За природою дефекту ДІ-частинки делеційні та їх можна розглядати як летальних мутантів. Основна властивість ДІ-часток - здатність до інтерференції з нормальним гомологічним вірусом і навіть здатні відігравати роль помічників при реплікації. Здатність до адсорбції та проникнення в клітину пов'язана з нормальною структурою капсиду. Вивільнення та експресія дефектної нуклеїнової кислоти призводить до різних біологічних ефектів: гальмує синтетичні процеси в клітині, за рахунок гомологічної інтерференції пригнічує синтез та трансформацію білків нормальних вірусів. Циркулювання ДІ-часток та коінфекція з нормальним гомологічним вірусом викликає появу млявих, тривалих форм захворювань, що пов'язано зі здатністю ДІ-частинок за рахунок простоти геному реплікуватися значно швидше, тоді як дефектна популяція має помітне зниження вираженості цитопатичного ефекту, характерного для нормально.

Процес взаємодії вірусу з організмом у більшості випадків цитоспецифічний і визначається здатністю збудника розмножуватися у певних тканинах. Однак деякі віруси відрізняються ширшим спектром тропізму і репродукують у різних клітинах і органах.

До факторів специфічності вірусу, відповідальним за його тропізм і різноманітність клітин, що вражаються, відноситься кількість специфічних рецепторів (як у віріона, так і в клітини), що забезпечують повноцінну взаємодію вірусу з клітиною. Кількість таких рецепторів зазвичай обмежена.

У деяких випадках сама фізіологічна специфіка клітин, а значить і їхня бимолекулярна організація, сприяє прояву вірулентності збудника. Наприклад, G-білок оболонки вірусу сказу має високу спорідненість до ацетилхолінових рецепторів нейронів, що забезпечує його здатність проникати в клітини нервової тканини. Слід зазначити, що нейротропні віруси викликають особливо тяжкі захворювання, т.к. нервові клітини не регенерують. Понад те, репродукція збудника робить їх мішенями для цитотоксичних імунних реакцій.

Досить часто вірулентність вірусів підвищується за рахунок мутацій. Особливого значення у разі набуває здатність вірусів до зворотної мутації генів (реверсії). Гени, що кодують структуру білка, можуть відновити свою структуру та трансформувати раніше вірулентні штами вірусів у вірулентні.

Не менше важливе значеннямають і особливості сприйнятливого макроорганізму

Вікє про

— це найдрібніші частинки життя, розміром вони в 50 разів менше бактерій. Зазвичай віруси не можна побачити у світловий мікроскоп, так як їх особини більш ніж удвічі менші за довжину світлової хвилі. Особей вірусу, які перебувають у стані спокою, називають віріоном.Віруси існують у двох формах: що почиває, або позаклітинної (вірусні частинки, або віріони); репродукується,або внутрішньоклітинний (комплекс «вірус - клітина господаря»).

Форми вірусів різні, вони можуть бути ниткоподібними, сферичними, кулеподібними, паличкоподібними, багатокутними, цеглоподібними, кубічними, при цьому деякі мають кубічну голівку та відросток. Кожен віріон складається з нуклеїнової кислоти та білків.

У віріонах вірусів завжди присутній тільки один тип нуклеїнової кислоти - або РНК, або ДНК. Причому як та, так і інша може бути одноланцюжковою та дволанцюжковою, а ДНК може бути лінійною або кільцевою. РНК у вірусах завжди лише лінійна, але вона може бути представлена ​​набором фрагментів РНК, кожен з яких несе певну частину генетичної інформації, необхідної для репродукції. За наявністю тієї чи іншої нуклеїнової кислоти віруси називають ДНК-содержащими і РНК-содержащими. Особо слід зазначити, що в царстві вірусів функцію зберігача генетичного коду виконує не тільки ДНК, але і РНК (вона може бути і дволанцюгової).

У вірусів дуже просте будова. Кожен вірус складається лише з двох частин. серцевиниі капсида. Серцевина вірусу, в якій знаходиться ДНК або РНК, оточена білковою оболонкою - капсидом (лат. capsa- "Вмістище", "ящик", "футляр"). Білки захищають нуклеїнову кислоту, а також зумовлюють ферментативні процеси та дрібні зміни білків у капсиді. Капсид складається з певним чином покладених однотипних білкових молекул. капсомірів.Зазвичай це або спіральний тип укладання (рис. 22), або тип симетричного багатогранника(Ізометричний тип) (рис. 23).

Усі віруси умовно поділяють на простіі складні. Прості вірусискладаються тільки з серцевини з нуклеїновою кислотою та капсиду. Складні вірусина поверхні білкового капси-да мають ще зовнішню оболонку, або суперкапсид,містить двошарову ліпопротеїдну мембрану, вуглеводи та білки (ферменти). Ця зовнішня оболонка (суперкапсид) зазвичай буває пост-роєну з мембрани клітини-господаря. Матеріал із сайту

На поверхні капсида знаходяться різні вирости - шипи, або "гвоздики" (їх називають фібрами), та відростки. Ними віріон прикріплюється до поверхні клітини, в яку потім проникає. Слід зазначити, що на поверхні вірусу є ще спеціальні прикріплювальні білки,зв'язують віріон зі специфічними групами молекул рецепторами(Лат. recipio -"отримую", "приймаю"), що знаходяться на поверхні клітини, в яку проникає вірус. Одні віруси прикріплюються до білкових рецепторів, інші - до ліпідів, треті дізнаються вуглеводні ланцюжки у складі білків і ліпідів. У процесі еволюції віруси «навчилися» дізнаватися чутливі до них клітини за наявності спеціальних рецепторів на клітинній поверхні господарів.

Морфологію та структуру вірусів вивчають за допомогою електронного мікроскопа. Одним із найдрібніших є вірус поліомієліту (близько 20 нм), найбільшим – натуральної віспи (близько 350 нм).

Віруси складаються з таких основних компонентів:

1. Серцевина - генетичний матеріал (ДНК чи РНК), який містить інформацію про кілька типах білків, необхідні освіти нового вірусу.

2. Білкова оболонка, яку називають капсидом (від латинського capsa – ящик). Вона часто побудована з ідентичних повторюваних субодиниць - капсомерів. Капсомери утворюють структури з високим ступенемсиметрії.

3. Додаткова ліпопротеїдна оболонка (суперкапсид). Вона утворена з плазматичної мембрани клітини-хазяїна та зустрічається лише у порівняно великих вірусів (грип, герпес).

Схематично будова РНК-вірусу зі спіральним типом симетрії і додатковою ліпопротеїдною оболонкою наведено зліва на малюнку, праворуч показаний його збільшений поперечний розріз.

Капсид та додаткова оболонка несуть захисні функції, як би оберігаючи нуклеїнову кислоту. Крім того, вони сприяють проникненню вірусу в клітину. Повністю сформований вірус називається віріоном.

Форма віріонів залежить від способу укладання білкових субодиниць у капсиді. Це укладання може мати спіральну чи кубічну симетрію. Бактеріофаги мають змішаний чи комбінований тип симетрії.

У вірусу тютюнової мозаїки та РНК та білкові субодиниці розташовуються по спіралі і він має ниткоподібну або паличкоподібну форму. При такій симетрії чохол краще захищає нуклеїнову кислоту, але при цьому потрібна більша кількість білка, ніж при кубічній симетрії. Справжнє число субодиниць у різних віріонів дорівнює 60 або кратно цій величині (420 субодиниць у вірусу поліоми, 540 – у реовірусу, 960 – у вірусу герпесу, 1500 – у аденовірусу).

Більшість вірусів із замкнутим чохлом має кубічну симетрію. В її основі лежать різні комбінації рівносторонніх трикутників (капсомерів), утворених кулястими білковими субодиницями. При цьому можуть утворюватися тетраедри, октаедри та ікосаедри. Ікосаедри мають 20 трикутних граней та 12 вершин. Це найефективніша та найекономічніша симетрія. Тому сферичні віруси тварин найчастіше мають форму ікосаедра.

У вірусу грипу нуклеокапсид має паличкоподібну спіральну структуру, а суперкапсидна ліпопротеїнова оболонка надає віріону сферичну форму.

Число капсомерів для вірусів цього виду є постійним і має діагностичне значення.

Просто влаштовані віруси мають лише капсид (вірус поліомієліту), складно влаштовані віруси ще й суперкапсид (віруси кору, грипу).

В основу класифікації вірусів покладено такі категорії.

Зміст теми "Типи мікроорганізмів. Віруси. Віріон.":
1. Мікроорганізми. Типи мікроорганізмів. Класифікація мікроорганізмів. Пріони.
2. Віруси. Віріон. Морфологія вірусів Розміри вірусів Нуклеїнові кислоти віруси.
3. Капсид вірусу. Функції капсиду вірусів. Капсомери. Нуклеокапсид вірусів. Спіральна симетрія нуклеокапсиду. Кубична симетрія капсиду.
4. Суперкапсид вірусу. Одягнені віруси. Голі віруси. Матричні білки (М-білки) вірусів. Репродукція вірусів
5. Взаємодія вірусу із клітиною. Характер взаємодії вірус-клітини. Продуктивна взаємодія. Вірогонія. Інтерференція вірусів
6. Типи інфікування клітин вірусами. Репродуктивний цикл вірусів Основні етапи репродукції вірусів. Адсорбція віріону до клітини.
7. Проникнення вірусу у клітину. Віропексіс. Роздягання вірусу. Тіньова фаза (фаза екліпсу) репродукції вірусів. Утворення вірусних частинок.
8. Транскрипція вірусу у клітині. Трансляція вірусів.
9. Реплікація вірусу у клітині. Складання вірусів. Вивільнення дочірніх віріонів із клітини.

Віруси. Віріон. Морфологія вірусів Розміри вірусів Нуклеїнові кислоти віруси.

Позаклітинна форма - віріон- включає всі складові елементи (капсид, нуклеїнову кислоту, структурні білки, ферменти та ін.). Внутрішньоклітинна форма - вірус- може бути представлена ​​лише однією молекулою нуклеїнової кислоти, оскільки потрапляючи в клітину, віріон розпадається на складові елементи.

Морфологія вірусів Розміри вірусів

Нуклеїнові кислоти вірусів

Вірусимістять лише один тип нуклеїнової кислоти, ДІК або РНК, але не обидва типи одночасно. Наприклад, віруси віспи, простого герпесу, Епстайна-Барр - ДНК-містять, а тогавіруси, пікорнавіруси - містять РНК. Геном вірусної частки гаплоїдний. Найбільш простий вірусний геном кодує 3-4 білки, найбільш складний – понад 50 поліпептидів. Нуклеїнові кислоти представлені однонитковими молекулами РНК (виключаючи реовіруси, у яких геном утворений двома нитками РНК) або двонитковими молекулами ДНК (виключаючи парвовіруси, у яких геном утворений однією ниткою ДНК). У вірусу гепатиту В нитки двониткової молекули ДНК неоднакові по довжині.

Вірусні ДНКутворюють циркулярні, ковалентно-зчеплені суперспіралізовані (наприклад, у паповавірусів) або лінійні двониткові структури (наприклад, у герпес-і аденовірусів). Їхня молекулярна маса в 10-100 разів менша за масу бактеріальних ДНК. Транскрипція вірусної ДНК (синтез мРНК) здійснюється у ядрі зараженої вірусом клітини. У вірусній ДНК на кінцях молекули є прямі або інвертовані (розгорнуті на 180") нуклеотидні послідовності, що повторюються. Їх наявність забезпечує здатність молекули ДНК замикатися в кільце. Ці послідовності, присутні в одно-і двох-ниткових молекулах ДНК, - своєрідні маркери вірусної ДНК.

Мал. 2-1. Розміри та морфологія основних збудників вірусних інфекційлюдини.

Вірусні РНКпредставлені одно-або двонитковими молекулами. Однониткові молекули можуть бути сегментованими – від 2 сегментів у ареновірусів до 11 – у ротавірусів. Наявність сегментів веде до збільшення кодуючої ємності геному. Вірусні РНКподіляють такі групи: плюс-нитки РНК (+РНК), мінус-нитки РНК (-РНК). У різних вірусів геном можуть утворювати нитки +РНК чи -РНК, і навіть подвійні нитки, одна з яких -РНК, інша (комплементарна їй) - +РНК.

Плюс-нитки РНКпредставлені одиночними ланцюжками, що мають характерні закінчення («шапочки») для розпізнавання рибосом. До цієї групи належать РНК, здатні безпосередньо транслювати генетичну інформацію на рибосомах зараженої вірусом клітини, тобто виконувати функції мРНК. Плюс нитки виконують такі функції: служать мРНК для синтезу структурних білків, матрицею для реплікації РНК, упаковуються в капсид з утворенням дочірньої популяції. Мінус нитки РНК не здатні транслювати генетичну інформацію безпосередньо на рибосомах, тобто вони не можуть функціонувати як мРНК. Однак такі РНК є матрицею для синтезу мРНК.

Інфекційність нуклеїнових кислот вірусів

Багато вірусні нуклеїнові кислотиінфекційні власними силами, оскільки містять всю генетичну інформацію, необхідну синтезу нових вірусних частинок. Ця інформація реалізується після проникнення віріона у чутливу клітину. Інфекційні властивості виявляють нуклеїнові кислоти більшості +РНК-і ДНК-вірусів. Двониткові РНК і більшість РНК не виявляють інфекційних властивостей.