Реклама на портале

Стадии репродукции вирусов. Проникновение в клетку

Репродукция вирусов в клетке - продуктивная инфекция – единый процесс, условно подразделяемый на несколько этапов:
1.адсорбция вирионов на летке
2. Проникновение вирусов в клетку
3. Депротеинизация вириона и освобождение его нуклеиновой кислоты (генома)
4. Экспрессия вирусного генома, синтез компонентов вириона (транскрипция, трансляция, репликация)
5. формирование вирионов
6. Выход нового поколения вирионов из клетки

Первые 3 этапа – подготовительные. Собственно репродукция – с 4 этапа.

1. Адсорбция вирионов на клетке – осуществляется при наличии специфических рецепторов. У простых вирусов – поверхностные прикрепительные белки, у сложных – прикрепительных белков роль играют гликопротеины, образующие шипики на суперкапсиде.
Рецепторы на поверхности клеточной мембраны могут иметь различную природу, их количество достигает 10 4 и более на клетку. Адсорбция начинается как неспецифическая, а продолжается как специфическая (вирус «узнается» и связывается комплементарным рецептором). Тропизм вирусов – избирательное поражение клеток и тканей у определенных видов организмов (наличие комплементарных рецепторов на них).

2. Проникновение вирионов в клетку

Путем рецепторного эндоцитоза (виропексиса ) – в месте адсорбции вируса образуется эндосома (впячивание), содержащая вирус. Она объединяется с клеточной лизосомой и вакуолью, образует рецептосому (проникают и простые и ложные вирусы этим путем).
- путем слияния мембран суперкапсида вируса и клетки. Осуществляется белками слияния. Нуклеокапсид оказывается в цитоплазме клетки. Характерно для сложных вирусов, обладающих F-белками слияния или другими гликопротеинами (например, гемагглютинин вируса гриппа).
- Возможно сочетание.

3. депротеинизация вирусов («раздевание»). Цель- освобождение нуклеиновой кислоты для индукции репродукции вируса.
Вирусы, проникшие в клетку рецепторным эндоцитозом, покидают рецептосому путем слияния мембран (сложные вирусы) или при участии капсидных поверхностных белков (простые вирусы). При этом лизосомальными ферментами и ферментами мембраны рецептосомы проводится частичная депротеинизация. Продолжается «раздевание» в цитоплазме протеазами и другими клеточными ферментами.
Если вирус проникает в клетку способом слияния мембран, депротеинизация начинается при уже при проникновении с помощью ферментов клеточной мембраны. Продолжается в цитоплазме.

Освобождение генома может быть полным, а может неплным (остаются внутренние белки или капсидные, которые в дальнейшем защищают нуклеиновую кислоту от нуклеаз цитоплазмы).

4. экспрессия вирусного генома. Иногда требует транспортировки в ядро.

А) транскрипция – образование на матрице генома комплементарных и-РНК

Б) трансляция – перевод генетической информации с и-РНК в последовательность аминокислот. Проводится и-РНК на клеточных рибосомах с подавлением синтеза клеточных белков. Вирусные белки могут формироваться: с коротких моноцистронных и-РНК (отдельные белки, на рибосомах), с длинных полицистронных и-РНК (гигантский полипептид, на полисомах, впоследствие нарезается на отдельные белки).

Особенности:
- вирусы с двунитевой ДНК: геномная ДНК -> транскрипция -> и-РНК -> трансляция -> белок (сперва ранние неструктурные, потом поздние структурные)

Осуществляется в ядре (у большинства вирусов) – клеточная транскриптаза, в цитоплазме – вирусная транскриптаза.

РНК – геномная РНК одновременно и-РНК: геномная +РНК > трансляция > белок (гигантский полипептид, который нарезается протеазами)
- минус-РНК: геномная –РНК > транскрипция > и-РНК > трансляция > белок
осуществляется собственными транскриптазами

Ретровирусы (онкогенные вирусы и возбудители ВИЧ-инфекции) – диплоидный геном из двух идентичных однонитевых +РНК и ревертазой (обратной транскриптазой) (такой же путь передачи возможно у вируса гепатита В и клещевого энцефалита: геномная РНК > провирус (комплементарная ДНК) > транскрипция > и-РНК > трансляция > белок

Репликация: синтез на матрице исходного генома вируса множества идентичных копий. В ядре (у большинства) и в цитоплазме. Процесс начинается после накопления неструктурных ранних белков. Осуществляется вирусными клеточными полимеразами. Осуществляется сразу полностью.

У двунитевых ДНК-геномов – с помощью репликазы по полуконсервативному типу, подобно клеточным ДНК

Однонитевые +РНК геном - с помощью вирус-индуцированной РНК-полимеразы. На исходной +РНК формируется –РНК (двунитевый промежуточный репликативный комплекс), которая отщепляется, на ней формируется +РНК, идентичная исходной. происходит накопление множества копий генома.

Однонитевые –РНК геном – с помощью РНК-зависимой РНК-полимеразы, тоже через двунитевый промежуточный репликативный комплекс

У ретровирусов – те же стадии, что и при транскрипции, с обязательной репликацией провирусной ДНК в хромосому клетки. На матрице провирусной ДНК реплицируются копии однонитевых +РНК.
Для ретровирусов характерно сочетание интегративной и продуктивной инфекции (при преобладании интегративной наблюдается персистенция вируса).

В результате экспрессии в клетке накапливаются копии вирусных геномов и структурные белки. Эти процессы происходят в разных частях клетки, и такой способ репродукции называется разобщенным (дизъюнктивным).

5. Формирование вирионов из компонентов вируса. В цитоплазме.

Простые вирусы: пустеем самосборки, капсид по спиральному или кубическому типу формируется. Получается нуклеокапсид.

Сложные вирусы формируются в несколько этапов. Образуется нуклеокапсид, затем они взаимодействуют с модифицированными мембранами клетки, одеваются суперкапсидной оболочкой, у некоторых вирусов под суперкапсидом формируется М-слой.

6. Выход вирионов из клетки

При лизисе клетки («по взрувному типу», характерен для простых вирусов)

Путем почкования (сложные вирусы, одновременно приобретают суперкапсид). Клетка погибает не сразу, успевает выделить новые поколения вирусов до истощения ее ресурсов.

Оглавление темы "Типы микроорганизмов. Вирусы. Вирион.":
1. Микроорганизмы. Типы микроорганизмов. Классификация микроорганизмов. Прионы.
2. Вирусы. Вирион. Морфология вирусов. Размеры вирусов. Нуклеиновые кислоты вирусов.
3. Капсид вируса. Функции капсида вирусов. Капсомеры. Нуклеокапсид вирусов. Спиральная симметрия нуклеокапсида. Кубическая симметрия капсида.
4. Суперкапсид вируса. Одетые вирусы. Голые вирусы. Матричные белки (М-белки) вирусов. Репродукция вирусов.
5. Взаимодействие вируса с клеткой. Характер взаимодействия вирус-клетка. Продуктивное взаимодействие. Вирогения. Интерференция вирусов.

7. Проникновение вируса в клетку. Виропексис. Раздевание вируса. Теневая фаза (фаза эклипса) репродукции вирусов. Образование вирусных частиц.
8. Транскрипция вируса в клетке. Трансляция вирусов.
9. Репликация вируса в клетке. Сборка вирусов. Высвобождение дочерних вирионов из клетки.

По характеру взаимодействия генома вируса с геномом клетки выделяют автономное (геном вируса не интегрирован в геном клетки) и интеграционное (геном вируса интегрирован в геном клетки) инфицирование . Особую форму составляют латентное и персистирующее инфицирование .

Латентное инфицирование клеток вирусам . ДНК некоторых вирусов (герпесвирусы, ретровирусы) может находиться в клетке вне хромосом, либо вирусная ДНК интегрируется в ядерный геном, но вирусспецифические синтезы не происходят. Такая вирусная ДНК образует латентный провирус, реплицирующийся вместе с хромосомой. Подобные состояния вирусной ДНК нестабильны, возможны периодические реактивации с переходом в продуктивное взаимодействие «вирус-клетка», либо клетка трансформируется, давая начало злокачественному росту.

Персистирующее инфицирование клеток вирусам . Некоторые РНК-вирусы могут вызывать персистиру-ющие инфекции, проявляющиеся образованием дочерних популяций возбудителя после завершения острой фазы болезни. При этом происходит постепенное выделение вирусных частиц, но инфицированная клетка не лизируется. Нередко дочерние популяции вирионов дефектны (часто наблюдают у лиц с иммунодефицитами). Иногда такие хронические поражения протекают без клинических проявлений. В частности, вирус гепатита В способен вызывать персистирующее поражение гепатоцитов с развитием хронического гепатита; в дальнейшем возможна малигнизация клеток.

Репродуктивный цикл вирусов

Изображённые на рис. 2-3 этапы репродукции (от адсорбции вирионов до высвобождения дочерней популяции) происходят при продуктивном взаимодействии вируса с клеткой.


Рис. 2-3. Основные этапы репродукции вирусов .

Адсорбция вириона к клетке

Первая стадия репродуктивного цикла - адсорбция вириона на поверхности инфицируемой клетки. Адсорбция происходит путём взаимодействия вириона со специфическими клеточными рецепторами. За распознавание рецепторов ответственны белки, входящие в состав капсида либо суперкапсида. Таким образом, понятие «тропизм вирусов» объясняется специфическим взаимодействием вирусных белков с поверхностными рецепторами инфицируемой клетки. Например, полиовирус проникает в клетки центральной нервной системы (ЦНС) и желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) и размножается в них, так как у человека и приматов только эти клетки имеют рецепторы к белкам полиовирусов,

Процесс адсорбции не зависит от температуры (то есть не требует энергетических затрат) и протекает в две фазы; фаза ионного притяжения обусловлена неспецифическим взаимодействием, фаза прикрепления происходит благодаря структурной гомологии либо комплемен-тарности взаимодействующих молекул.

Количество инфекционных вирусных частиц, адсорбированных па клетке, определяет термин «множественность заражений » (инфицирования). Обычно животная клетка содержит около 50 000 рецепторов, и её заражение носит множественный характер, то есть на клетке может сорбироваться большое количество вирионов. Тем не менее инфицированная вирусом клетка обычно толерантна к повторному заражению гомологичным вирусом.

1. Общее представление о репродукции вирусов.

2. Типы взаимодействия вирусов с клеткой.

3. Взаимодействие по типу острой инфекции.

4. Цитоцидная инфекция и гибель клетки.

5. Реакция клетки на вирусную инфекцию.

В жизненном цикле вирусов происходит копирование нуклеиновой кислоты с последующим синтезом вирусных белков и самоорганизацией компонентов в зрелую вирусную частицу и выходом из зараженной клетки. Этот процесс называется репродукция.

После проникновения вируса в клетку-хозяина и высвобождения нуклеиновой кислоты от вирионных оболочек (инфицирования клетки) геном вируса реализует свой патогенный потенциал, в результате чего на молекуле вирусной нуклеиновой кислоты синтезируется и-РНК, которая регулирует синтез вирусоспецифического белка. В последующем происходит репликация вирусной нуклеиновой кислоты (синтез большого числа копий нуклеиновой кислоты), которая одевается в капсид из синтезированных ранее вирусоспецифических белков с формированием зрелых вирионов.

Синтез и-РНК (трансляция) и копий нуклеиновой кислоты (репликация) осуществляется с помощью ферментов, так называемых полимераз (репликаз), которые могут быть либо вирусоспецифическим (кодируемыми вирусным геномом и синтезируемыми в процессе репродукции), либо клеточными (входящим в состав клетки и используемыми вирусами для собственной репродукции).

При репродукции вирусов сохраняются следующие закономерности:

1. Источником мономеров для нуклеиновых кислот служат нуклеотиды клеток (дезоксирибонуклеотидфосфаты и рибонуклеотидфосфаты).

2. Источником мономеров для белков служат аминокислоты

3. Синтез белков вирусов происходит на рибосомах клетки-хозяина и не зависит от синтеза нуклеиновой кислоты вируса.

4. Источником энергии для синтеза служат АТФ клетки.

Репродукция вирусов происходит в несколько этапов:

I. События, ведущие к адсорбции, проникновению вируса в клетку, освобождению вирусного генома и модификации его таким образом, что он становиться способным вызывать развитие инфекции. Этот этап называется фазой инфицирования . Он включает в себя:

1. Адсорбция вируса на клетке.

2. Проникновение вирус внутрь клетки.

3. Депротенизация (раздевание вируса).

II. Этап репродукции, в котором происходит экспрессия вирусного генома . Он включает в себя:

1. Транскрипция.

2. Трансляция.

3. Репликация генома.

4. Сборка компонентов вириона.

5. Выход вируса из клетки.

При взаимодействии вируса с клеткой развивается инфекция и формы этого взаимодействия могут быть различными.



Различают две формы взаимодействия вируса с клеткой (в зависимости от длительности пребывания в клетке и стратегии генома):

I. Автономный тип взаимодействия.

При этом вирусный геном функционирует автономно от генома клетки. Вирусы, автономно размножающиеся относят к вирулентным .

На уровне клетки этот тип взаимодействия может протекать в виде:

1. продуктивной инфекции – при этом происходит образование нового поколения вирусов.

2. абортивной инфекции – при этом вирусной генерации не образуются по причине наличия:

Дефектного вируса;

Резистентной клетки;

Вирулентного вируса в низкой дозе.

В зависимости от судьбы зараженной клетки также выделяют также:

3. литическую инфекцию – при этом происходит гибель клетки и образовавшаяся в процессе репродукции генерация вирусов покидает клетку.

4. нелитическую инфекцию. В этом случае гибели клетки не происходит, и образования новой генерации вирусов также не наблюдается (абортивная инфекция) или образуется ограниченное число вирионов, покидающих клетку и не вызывающих ее гибели (ограниченная инфекция).

На уровне организма автономный тип взаимодействия проявляется в форме следующих инфекций:

1. Острая инфекция, характеризующаяся коротким инкубационным периодом, непродолжительным течением, полным развитием клинических признаков и формированием иммунитета. Острая инфекция соответствует автономному продуктивному литическому типу взаимодействия.

2. Иннапарантная инфекция (агнл. Inapparent – невидимый), характеризующаяся отсутствием внешних клинических признаков и сопровождающаяся незначительной репродукцией вируса. Иннапарантная инфекция соответствует автономному продуктивному нелитическому типу взаимодействия

II. Интеграционный тип взаимодействия.

При этом типе взаимодействия нуклеиновая кислота вируса встраивается в клеточный геном и она функционирует в составе клеточного генома. Существует несколько механизмов интеграции вирусной нуклеиновой кислоты в клеточный геном. Обязательным условием интеграции геномов является циркуляризация вирусной нуклеиновой кислоты (замыкание молекулы НК в круг). Такое явление становится возможным за счет присутствия комплементарных друг другу участков на обоих концах цепи нуклеиновой кислоты.



Нуклеиновая кислота ДНК-геномных вирусов встраивается непосредственно в молекулярную нуклеиновую кислоту (гепаднавирусы, паповавирусы и др.). Нуклеиновая кислота РНК-геномных вирусов не может встраиваться непосредственно в ДНК клетки из-за различия в их химическом построении. В этой связи РНК-содержащие вирусы (ретровирусы) сначала синтезируют на цепи РНК нить ДНК. Такой обратный синтез нуклеиновых кислот является возможным только благодаря присутствию в составе вирионов ретровирусов специального фермента.

Интегрированная в клеточный геном вирусная нуклеиновая кислота может сохраняться в течение очень длительного времени (до нескольких лет). Такое состояние длительного присутствия вирусного генома в клетке называется персистенцией. В этом случае наследуемые свойства клетки меняются.

Участок комплексной нуклеиновой кислоты, который содержит вирусоспецифическую последовательность нуклеотидов, называется провирусом. При определенных условиях происходит активизация провируса, то есть формируется новое поколение вирионов, которые покидают зараженную клетку.

На уровне клетки интеграционный тип взаимодействия также может протекать в виде:

1. продуктивной инфекции

2. абортивной инфекции

3. литической инфекции

4. нелитической инфекции.

На уровне организма интеграционный тип взаимодействия протекает в форме следующих инфекций:

1. Хроническая инфекция, характеризующаяся длительным течением, развитием клинических признаков незначительной интенсивности, формированием нестерильного иммунитета.

2. Латентная инфекция, характеризующаяся длительным бессимптомным периодом (персистенцией) с периодическим обострением инфекционного процесса под действием факторов различной природы.

3. Медленная инфекция, вызываемая довирусными частицами – прионами и характеризующаяся очень длительным (до нескольких лет) инкубационным периодом с последующим переходом инфекционного процесса в острую фазу, поражением нервной системы невоспалительного характера, неизменной гибелью организма.

Острой инфекцией называют инфекцию, которая характеризуется коротким инкубационным периодом, полным развитием клинических признаков и заканчивающейся выздоровлением или смертью. При острых вирусных инфекциях наблюдают полный цикл репродукции вируса с выходом зрелых вирионов из пораженной клетки и последующей ее гибелью. Острая инфекция соответствует автономному продуктивному литическому взаимодействию вируса с клеткой.

Для возникновения острой инфекции необходим вирулентный вирус и чувствительная клетка. Этапы репродукции вируса при этом виде инфекции включают:

АДСОРБЦИЯ – прикрепление вирусной частицы к клеточной поверхности.

Для адсорбции вирусы используют необходимые для жизнедеятельности клетки рецепторы физиологической регуляции.

Обычно взаимодействие и адсорбция вируса происходит путем случайного контакта вириона с протеином рецепторного участка цитоплазматической мембраны клетки, чаще гликопротеином. Наличие этих рецепторов обусловливает специфичность (тропизм) вируса. Эти протеины чаще являются рецепторами для связывания физиологических гормонов и других биологически активных веществ (например, вирус бешенства прикрепляется к рецепторам нейронов, ответственных за связывание ацетилхолина, вирус оспы – рецепторов эпителиоцитов для связывания фактора роста эпидермальных клеток).

На вирионе также присутствуют специфические белки для облегчения прикрепления. Это могут быть специальные углубления на капсиде (энтеровирусы) или протеиновые выступы по углам икосаэдра (аденовирусы) или шипы на суперкапсиде (вирус гриппа)

Если вирус прикрепляется к несвойственным рецепторам, то инфицирования клетки не происходит.

ПЕНЕТРАЦИЯ И ДЕПРОТЕНИЗАЦИЯ ВИРИОНА – попадание вируса в клеточную цитоплазму.

Пенетрация вируса происходит сразу после адсорбции. Для разных вирусов механизм пенетрации различный. Так, для некоторых вирусов достаточно проникновения одной нуклеиновой кислоты, а для других необходим механизм, обеспечивающий проникновение вместе с нуклеиновой кислотой вирионных ферментов, необходимых для дальнейшей репродукции вирусов (РНК-зависимых ДНК- полимераз). В целом этот процесс может длиться от нескольких минут до нескольких часов.

На данный момент известно три механизма пенетрации (проникновения внутрь цитоплазмы) вирусов:

1. Механизм проникновения, характерный для мелких простоорганизованных вирусов. При этом после адсорбции капсида на цитоплазматической мембране клетки внутрь ее проникает только вирусная нуклеиновая кислота.

2. Механизм проникновения, характерный для отдельных сложноорганизованных вирусов (парамиксовирусы, ортомиксовирусы). При этом суперкапсид интегрируется с цитоплазматической мембраной клетки из-за их сильного подобия, и внутрь клетки проникает оголенный капсид с РНК вируса и вирусоспецифической полимеразой.

3. Механизм проникновения, характерный для большинства сложноорганизованных вирусов. При этом внутрь клетки путем эндоцитоза проникает полная вирусная частица с последующим образованием везикулы (рецептосомы) . Это явление называют виропексис. В этом случае вирион прикрепляется к специальному поверхностному белку клетки – клатрину. Образовавшиеся везикулы отделяются от цитоплазматической мембраны и входят внутрь цитоплазмы. Затем везикулы сливаются с лизосомами, ферменты которых раздевают вирус; реже суперкапсид интегрируется с мембраной лизосомы с последующим выходом капсида внутрь цитоплазмы клетки.

ТРАНСКРИПЦИЯ, ТРАНСЛЯЦИЯ – переписывание информации с ДНК на РНК, синтез белка на молекуле РНК.

Механизм транскрипции различен у РНК- и ДНК-геномных вирусов.

У ДНК-геномных вирусов сама матричная ДНК формирует и-РНК. Большинство ДНК-содержащих вирусов использует клеточный фермент, и поэтому транскрипция и репликация у таких вирусов происходит внутри ядра клетки. У вирусов семейства Poxviridae транскрипция происходит при участии вирусного фермента (ДНК-зависимой РНК-полимеразы), входящей в состав вириона и проникающего внутрь клетки вместе с вирусной нуклеиновой кислотой. В этом случае вирус не нуждается в наличии клеточных ферментов и размножается в цитоплазме клетки.

Жизненный цикл всех ДНК-геномных вирусов идет по схеме

ДНК ® и-РНК ® белок.

Транскрипция РНК-геномных вирусов может идти по разным механизмам в связи с наличием у отдельных вирусов различного типа РНК (однонитчатая РНК с позитивным геномом, однонитчатая РНК с негативным геномом, двунитчатой РНК).

У отдельных вирусов (пикорнавирусы и др.) сама РНК вируса выполняет функцию и-РНК. Такой тип нуклеиновой кислоты назван позитивным. При этом РНК вируса прикрепляется к рибосомам клетки и начинается процесс трансляции. На рибосомах синтезируется одна гигантская молекула полипептида, которая затем расщепляется на отдельные фрагменты. Эти фрагменты под действием клеточных и вирионных ферментов модифицируются, и такие модифицированные молекулы полипептидов являются целыми вирусными белками. Жизненный цикл таких вирусов идет по схеме РНК ® белок.

РНК-геномные вирусы с негативным геномом (парамиксовирусы) для транскрипции используют РНК-зависимую полимеразу, входящую в состав вириона. Этот фермент на –нити РНК строит комплементарную +нить РНК, которая затем поступает на рибосомы, и начинается процесс трансляции вирусного белка. Жизненный цикл таких вирусов идет по схеме

РНК ® и-РНК ® белок.

У РНК-геномных вирусов с двунитчатой молекулой РНК (реовирусы) вирионная транскриптаза раздваивает молекулу и на минус–нити синтезирует и-РНК. Жизненный цикл таких вирусов также идет по схеме

РНК ® и-РНК ® белок.

К группе РНК-геномных вирусов относят семейство Retroviridae, которое имеет особый жизненный цикл. У таких вирусов процесс транскрипции начинается с синтеза на плюс-нити РНК минус–нити ДНК. Этот процесс происходит при участии фермента РНК-зависимая ДНК-полимераза. Данный синтез осуществляется в две фазы: сначала формируется гибрид РНК-ДНК, затем происходит разрушение РНК-нити гибрида с высвобождением нити ДНК. В последующем на этой нити достраивается вторая нить ДНК (провирусная ДНК), на которой затем синтезируется и-РНК. Жизненный цикл таких вирусов идет по схеме РНК ® ДНК ® и-РНК ® белок

Трансляция – процесс перевода генетической информации в специфическую последовательность аминокислот белка. Он происходит в несколько этапов:

Инициация. Процесс распознавания рибосомой и-РНК и их связывание. Трансляция начинается, когда рибосома связывается с инициаторным кодоном, сюда же прикрепляются инициаторные белки, регулирующие процесс трансляции. Вирус также вводит свои белки-ингибиторы, угнетающие трансляцию клеточной и-РНК;

Элонгация – наращивание полипептидной цепи;

Терминация – прекращение трансляции, когда рибосома достигает терминирующего кодона.

РЕПЛИКАЦИЯ – синтез новых молекул нуклеиновой кислоты вируса.

Репликация ДНК-геномных вирусов происходит либо при участии клеточных ферментов, либо собственных вирусоспецифических ферментов. У мелких ДНК-геномных вирусов (парвовирусы) молекула нуклеиновой кислоты содержит ограниченное количество генов (3), кодирующих структурные белки, поэтому для репликации вирусной ДНК используется клеточный фермент. У более крупных вирусов размер нуклеиновой кислоты достаточен для кодирования как структурных, так и функциональных белков. Например, в нуклеиновой кислоте герпес вирусов имеется около 100 генов, часть из которых кодирует ферменты, необходимые для репликации ДНК вируса. Поэтому в процессе транскрипции и трансляции первыми синтезируемыми белками являются вирусоспецифические полимеразы.

Механизм репликации РНК-геномных вирусов различен. У вирусов, содержащих однонитчатую молекулу РНК при участии вирусных ферментов синтезируется временная двунитчатая РНК (репликативная форма): у вирусов с негативным геномом достраивается +нить, у вирусов с позитивным геномом достраивается –нить. Затем происходит разъединение репликативной РНК на две нити, на каждой из которых синтезируются новые двунитчатые репликативные молекулы РНК, и процесс повторяется до образования достаточного числа копий молекул РНК. Данный процесс происходит параллельно с синтезом белков вируса до момента выхода из пораженной клетки новой генерации вирусов.

У РНК-геномных вирусов, содержащих двунитчатую РНК молекула нуклеиновой кислоты представлена отдельными фрагментами, каждый из которых кодирует отдельную молекулу и-РНК. В конце цикла трансляции все молекулы и-РНК временно объединяются и при участии репликазы синтезируется двунитчатая РНК.

СБОРКА ВИРИОНА . Поздние гены всех вирусов кодируют структурные белки капсида. Сначала формируются прокапсиды, то есть незрелые капсиды без нуклеиновой кислоты. Затем внутрь прокапсидов встраивается нуклеиновая кислота вируса, и таким образом формируется зрелый вирион. У мелких РНК- геномных вирусов синтез РНК, белка и их объединение идут одновременно. У поксвирусов процесс сборки вириона более сложный. У них в состав вируса включаются клеточные компоненты – отдельные участки цитоплазматической мембраны.

У вирусов имеется раздельный (дизъюнктивный) синтез белка и нуклеиновой кислоты.

ВЫХОД ВИРУСА ИЗ КЛЕТКИ . Простоорганизованные вирусы выходят из клетки путем простого лизиса клетки-хозяина. У сложноорганизованных вирусов образование суперкапсида происходит в момент выхода из клетки. В этом случае нуклеокапсид встраивается в цитоплазматическую мембрану. Затем путем почкования формируется суперкапсид вируса, который покрывает капсид в момент отрыва от поверхности клетки.

Инфицирование клетки вирусом может привести к развитию патологических изменений клетки. Репродуцируясь в клетке, вирус обусловливают появление ЦПД и ЦПЭ. Это специфическая морфологическая деструкция (ЦПД) или функциональная патология без разрушения (ЦПЭ).

Вирусы, которые вызывают появление ЦПД, называются цитопатическими.

Литическая (цитоцидная) инфекция – это такой тип инфекции, при которой наблюдают морфологические изменения в зараженной клетке с последующей ее деструкцией и гибелью. Для вируса при цитоцидной инфекции характерна высокая продукция.

Известно несколько механизмов повреждения клеток вирусами:

1. Многие вирусы ингибируют синтез клеточных ДНК, РНК и белка. Отдельные цитоцидные вирусы (пикорнавирусы, герпесвирусы, аденовирусы) исключительно активны в этом отношении. Однако. Механизм ингибиции клеточного метаболизма до сих пор не выяснен.

2. В процессе внутриклеточной репродукции может происходить разрушение лизосом на этапе выхода вируса из них в цитоплазму клетки. Это приводит к высвобождению гидролитических ферментов с последующей деструкцией клеток.

3. Инфицирование клетки вирусами может привести к значительному нарушению структуры цитоплазматической мембраны вследствие встраивания в нее вирусоспецифических белков. Это приводит к атаке инфицированной клетки со стороны иммунной системы организма. При многих инфекция, вызванных герпесвирусами происходит слияние 50-100 клеток в одну гигантскую, атакуемую иммунной системой организма.

4. Высокие концентрации вирусных белков, что наблюдается при гриппе и других инфекциях, имеют ярко выраженный токсический эффект на клетку.

5. При многих вирусных инфекциях образуются внутриклеточные включения, что является следствием сосредоточения вирусных частиц или их белков внутри ядра или цитоплазмы. Часто внутриклеточные включения непосредственно вызывают гибель клетки.

6. Герпесвирусы, а также некоторые другие вызывают нарушения в геноме клетки, в результате чего наступает ее гибель.

Чаще всего в механизме развития ЦПД участвуют несколько из вышеперечисленных факторов.

Реакция вирусов на инфекцию может быть четырех типов:

1. Повреждение клетки и ее гибель (образование ЦПД). Клетки набухают, приобретают неправильную форму, появляется зернистость. Впоследствии, она укрупняется, образуются внутриклеточные включения. Может происходить повреждение оболочки или слияние клеток с образованием симпластов.

2. Синтез белков-интерферонов, препятствующих инфицированию здоровых клеток вирусом.

3. Размножение вируса без видимых патологических изменений в клетке, что наблюдают при латентных инфекциях. Для ее возникновения необходим вирулентный вирус и нечувствительная клетка.

4. При попадании вируса в клетку наблюдается пролиферация клетки. Для ее возникновения необходим онкогенный вирус, при этом геном вируса встраивается (интегрирует) в клеточный геном.

Процесс репродукции вирусов условно можно разделить на 2 фазы. Пер­вая фаза включает 3 стадии : 1) адсорбцию вируса на чувствительных клетках; 2) проникновение вируса в клетку; 3) депротеинизацию вируса. Вторая фаза включает стадии реализации вирусного генома : 1) транскрипцию, 2) трансля­цию, 3) репликацию, 4) сборку, созревание вирусных частиц и 5) выход вируса из клетки.

Взаимодействие вируса с клеткой начинается с процесса адсорбции, т. е. с прикрепления вируса к поверхности клетки.

Адсорбция представляет собой специфическое связывание вирионного белка (антирецептора) с комплементарной структурой клеточной поверхности — клеточным рецептором. По химической природе рецепторы, на которых фикси­руются вирусы, относятся к двум группам: мукопротеидным и липопротеидным. Вирусы гриппа, парагриппа, аденовирусы фиксируются на мукопротеидных рецепторах. Энтеровирусы, вирусы герпеса, арбовирусы адсорбируются на липопротеидных рецепторах клетки. Адсорбция происходит лишь при наличии определённых электролитов, в частности ионов Са2+, которые нейтрализуют из­быточные анионные заряды вируса и клеточной поверхности и уменьшают электростатическое отталкивание Адсорбция вирусов мало зависит от темпера­туры Начальные процессы адсорбции носят неспецифический характер, явля­ются результатом электростатического взаимодействия положительно и отрица­тельно заряженных структур на поверхности вируса и клетки, а затем наступает специфическое взаимодействие прикрепительного белка вириона со специфи­ческими группировками на плазматической мембране клетки. Простые вирусы человека и животных содержат прикрепительные белки в составе капсида. У сложно организованных вирусов прикрепительные белки входят в состав супер-капсида. Они могут иметь форму нитей (фибры у аденовирусов), либо шипов, грибоподобных структур у миксо-, ретро-, рабдо- и других вирусов. Вначале происходит единичная связь вириона с рецептором — такое прикрепление не­прочное — адсорбция носит обратимый характер. Чтобы наступила необратимая адсорбция, должы появиться множественные связи между рецептором вируса и рецептором клетки, т. е. стабильное мультивалентное прикрепление. Количество специфических рецепторов на поверхности одной клетки составляет 10 4 -10 5 . Рецепторы для некоторых вирусов, например, для арбовирусов. содержатся на клетках как позвоночных, так и беспозвоночных, для других вирусов только на клетках одного или нескольких видов.

Проникновение вирусов человека и животных в клетку происходит двумя путями: 1) виропексисом (пиноцитозом); 2) слиянием вирусной суперкапсидной оболочки е клеточной мембраной. Бактериофаги имеют свой механизм проник­новения, так называемый шприцевои, когда в результате сокращения белкового отростка фага нуклеиновая кислота как бы впрыскивается в клетку.

Депротеинизация вируса освобождение геиома вируса от вирусных за­щитных оболочек происходит либо с помощью вирусных ферментов, либо с помощью клеточных ферментов. Конечными продуктами депротеинизации яв­ляются нуклеиновые кислоты или нуклеиновые кислоты, связанные с внутрен­ним вирусным белком. Затем имеет место вторая фаза вирусной репродукции, ведущая к синтезу вирусных компонентов.

Транскрипция — переписывание информации с ДНК или РНК вируса на и-РНК по законам генетического кода.

Трансляция — процесс перевода генетической информации, содержащейся в и-РНК, на специфическую последовательность аминокислот.

Репликация — процесс синтеза молекул нуклеиновых кислот, гомологич­ных вирусному геному.

Реализация генетической информации у ДНК-содержащих вирусов идёт так же, как и в клетках:

ДНК транскрипция и-РНК трансляция белок

РНК транскрипция и-РНК трансляция белок

У вирусов с позитивным РНК-геномом (тогавирусы, пикорнавирусы) транскрипция отсутствует:

РНК трансляция белок

У ретровирусов — уникальный путь передачи генетической информации:

РНК обратная транскрипция ДНК транскрипция и-РНК трансляция белок

ДНК интегрируется с геномом клетки-хозяина (провирус).

После наработки клеткой вирусных компонентов наступает последняя стадия вирусной репродукции сборка вирусных частиц и выход вирионов из клетки. Выход вирионов из клетки осуществляется двумя путями: 1) путём «взрыва» клетки, в результате чего клетка разрушается. Этот путь присущ про­стым вирусам (пикорна-, рео-, папова- и аденовирусам), 2) выход из клеток пу­тём почкования. Присущ вирусам, содержащим суперкапсид. При этом способе клетка сразу не погибает, может дать многократное вирусное потомство, пока не истощатся её ресурсы.

Методы культивирования вирусов

Для культивирования вирусов в лабораторных условиях используются ледуюшие живые объекты: 1) культуры клеток (тканей, органов); 2) куриные мбрионы; 3) лабораторные животные.

Культуры клеток

Наибольшее распространение имеют однослойные культуры клеток, которые можно разделить на 1) первичные (первично трипсинизированные), 2) полуперевиваемые (диплоидные) и 3) перевиваемые.

По происхождению они классифицируются на эмбрионштьные, опухолевые и из взрослых организмов; по морфогенезу — на фибробластные, эпителиальные и др.

Первичные культуры клеток — это клетки какой-либо ткани человека или животного, которые имеют способность расти в виде монослоя на пластмассо­вой или стеклянной поверхности, покрытой специальной питательной средой. Срок жизни таких культур ограничен. В каждом конкретном случае их получа­ют из ткани после механического измельчения, обработки протеолитическими ферментами и стандартизации количества клеток. Первичные культуры, полу­ченные из почек обезьян, почек эмбриона человека, амниона человека, куриных эмбрионов, широко используются для выделения и накопления вирусов, а также для производства вирусных вакцин.

Полуперевиваемые (или диплоидные ) культуры клеток — клетки одного типа, способные in vitro выдерживать до 50-100 пассажей, сохраняя при этом свой исходный диплоидный набор хромосом. Диплоидные штаммы фибробластов эмбриона человека используются как для диагностики вирусных инфек­ций, так и при производстве вирусных вакцин.

Перевиваемые клеточные линии характеризуются потенциальным бес­смертием и гетероплоидным кариотипом.

Источником перевиваемых линий могут быть первичные клеточные культуры (например, СОЦ, ПЭС, ВНК-21 — из почек однодневных сирийских хомяков; ПМС — из почки морской свинки и др.) отдельные клетки которых об­наруживают тенденцию к бесконечному размножению in vitro. Совокупность изменений, приводящих к появлению из клеток таких особенностей, называют трансформацией, а клетки перевиваемых тканевых культур — трансформиро­ванными.

Другим источником перевиваемых клеточных линий являются злокачест­венные новообразования. В этом случае трансформация клеток происходит in vivo. Наиболее часто в вирусологической практике применяются такие линии перевиваемых клеток: HeLa — получена из карциномы шейки матки; Нер-2 — из карциномы гортани; Детройт-6 — из метастаза рака лёгкого в костный мозг; RH — из почки человека.

Для культивирования клеток необходимы питательные среды, которые по своему назначению делятся на ростовые и поддерживающие. В составе росто­вых питательных сред должно содержаться больше питательных веществ, чтобы обеспечить активное размножение клеток для формирования монослоя. Поддерживающие среды должны обеспечивать лишь переживание клеток в уже сформированном монослое при размножении в клетке вирусов.

Широкое применение находят стандартные синтетические среды, напри­мер, синтетическая среда 199 и среда Игла. Независимо от назначения все пита­тельные среды для культур клеток конструируются на основе сбалансированно­го солевого раствора. Чаще всего им является раствор Хенкса. Неотъемлемый компонент большинства ростовых сред — сыворотка крови животных (телячья, бычья, лошадиная), без наличия 5-10% которой размножение клеток и форми­рование монослоя не происходит. В состав поддерживающих сред сыворотка не входит.

Выделение вирусов в культурах клеток и методы их индикации.

При выделении вирусов из различных инфекционных материалов от больного (кровь, моча, фекалии, слизистые отделяемые, смывы из органов) применяют культуры клеток, обладающие наибольшей чувствительностью к предполагаемому вирусу. Для заражения используют культуры в пробирках с хорошо развитым монослоем клеток. Перед заражением клеток питательную среду удаляют и в каждую пробирку вносят по 0,1-0,2 мл взвеси испытуемого материала, предварительно обработанного антибиотиками для уничтожения бактерий и грибов. После 30-60 мин. контакта вируса с клетками удаляют избы­ток материала, вносят в пробирку поддерживающую среду и оставляют в тер­мостате до выявления признаков размножения вируса.

Индикатором наличия вируса в заражённых культурах клеток может слу­жить:

1) развитие специфической дегенерации клеток — цитопатическое действие ви­руса (ЦПД), которое имеет три основных типа: кругло- или мелкоклеточная дегенерация; образование многоядерных гигантских клеток — симпластов; развитие очагов клеточной пролиферации, состоящих из нескольких слоев клеток;

2) обнаружение внутриклеточных включений, располагающихся в цитоплазме и ядрах пораженных клеток;

3) положительная реакция гамагтлютинации (РГА);

4) положительная реакция гемадсорбции (РГАдс);

5) феномен бляшкообразования: монослой зараженных вирусом клеток покры­вается тонким слоем агара с добавлением индикатора нейтрального красно­го (фон — розовый). При наличии вируса в клетках образуются бесцветные зоны («бляшки») на розовом фоне агара.

6) при отсутствии ЦПД или ГА можно поставить реакцию интерференции: ис­следуемая культура повторно заражается вирусом, вызывающим ЦПД. В по­ложительном случае ЦПД будет отсутствовать (реакция интерференции по­ложительная). Если в исследуемом материале вируса не было, наблюдается ЦПД.

Выделение вирусов в куриных эмбрионах.

Для вирусологических исследований используют куриные эмбрионы 7-12-дневного возраста.

Перед заражением определяют жизнеспособность эмбриона. При овоско-пировании живые эмбрионы подвижны, хорошо виден сосудистый рисунок. Простым карандашом отмечают границы воздушного мешка. Заражают кури­ные эмбрионы в асептических условиях, стерильными инструментами, предва­рительно обработав скорлупу над воздушным пространством йодом и спиртом.

Методы заражения куриных эмбрионов могут быть различны: нанесение вируса на хорион-аллантоисную оболочку, в амниотическую и аллантоисную полости, в желточный мешок. Выбор метода заражения зависит от биологиче­ских свойств изучаемого вируса.

Индикация вируса в курином эмбрионе производится по гибели эмбрио­на, положительной реакции гемагглютинации на стекле с аллантоисной или амниотической жидкостью, по фокусным поражениям («бляшкам») на хорион-аллантоисной оболочке.

III. Выделение вирусов на лабораторных животных.

Лабораторные животные могут быть использованы для выделения виру­сов из инфекционного материала, когда невозможно применить более удобные системы (культуры клеток или куриные эмбрионы). Берут преимущественно новорождённых белых мышей, хомяков, морских свинок, крысят. Заражают животных по принципу цитотропизма вируса: пневмотропные вирусы вводятся интраназально, нейротропные — интрацеребрально, дерматотропные — на кожу.

Индикация вируса основана на появлении признаков заболевания у жи­вотных, их гибели, патоморфологических и патогистологических изменений в тканях и органах, а также по положительной реакции гемагглтотинации с экс­трактами из органов.

Репродукция вирусов. Взаимодействие с хозяеном. Культивирование.

Вирусы не размножаются бинарным делением. В 50-х годах ХХ в. было установлено, что размножение вирусов происходит путем репродукции (англ. reproduce – воспроизводить, делать копию), т.е. путем воспроизведения их нуклеиновых кислот и синтеза белков с последующей сборкой вирионов. Эти процессы происходят в разных частях клетки хозяина (например, в ядре и цитоплазме). Такой разобщенный способ репродукции получил название дизъюнктивного.Репродукция вирусов характеризуется последовательной сменой отдельных стадий:

1) Адсорбция . Проникновение вирусной частицы в клетку начинается с ее адсорбции на клеточной поверхности благодаря взаимодействию клеточных и вирусных рецепторов. Рецепторы (лат. receptor – принимающий) – чувствительные специальные образования, воспринимающие раздражения, это молекулы или молекулярные комплексы на поверхности клеток, способные распознавать специфические химические группировки, молекулы или другие клетки и связывать их. У сложных вирионов рецепторы располагаются на внешней оболочке в виде шиповидных выростов или ворсинок, у простых вирионов – на поверхности капсида.

2) Проникновение вириона в клетку хозяина . Пути внедрения вирусов в чувствительные к ним клетки неодинаковы. Многие вирионы могут проникать в клетку путем пиноцитоза (греч. pino – пить, выпивать), когда образующаяся пиноцитарная вакуоль втягивает вирион внутрь клетки. Другие вирионы могут попадать в клетку прямым путем через ее оболочку.

3) Дезинтеграция (или "раздевание") вириона – освобождение НК от внешней оболочки и капсида. После проникновения вириона в клетку капсид претерпевает изменения, приобретает чувствительность к клеточным протеазам, разрушается, освобождая НК. У некоторых бактериофагов в клетку проникает свободная НК. Фитопатогенные вирусы проникают через повреждения в клеточной стенке, после чего адсорбируются на внутренних клеточных рецепторах и высвобождается НК.

4) Синтез вирусных белков и репликация НК . Синтез вирусоспецифичных белков происходит с участием информационных РНК (у одних вирусов они входят в состав вирионов, а у других синтезируются в зараженных клетках на матрице вирионной РНК или ДНК). Происходит репликация вирусных НК.

5) Сборка, или морфогенез вириона . Формирование вирионов возможно только при условии строго упорядоченного соединения вирусных структурных полипептидов и их НК, что обеспечивается самосборкой белковых молекул вокруг НК

6) Выход вириона из клетки хозяина. Из клетки вирусные частицы выходят одновременно (при разрушении клеток) или постепенно (без разрушения клеток).



Репродукция вируса в клетке происходит в несколько фаз:

· Первая фаза - адсорбция вируса на поверхности клетки, чувстви­тельной к данному вирусу.

· Вторая фаза - проникновение вируса в клетку хозяина путем виропексиса.

· Третья фаза - «раздевание» вирионов, освобождение нуклеи­новой кислоты вируса от суперкапсида и капсида. У ряда вирусов проникновение нуклеиновой кислоты в клетку происходит путем сли­яния оболочки вириона и клетки-хозяина. В этом случае вторая и тре­тья фазы объединяются в одну.

Адсорбция вирионов на клетке. Механизм адсорбции вириона на восприимчивой клетке основан на взаимодействии его рецепторов с комплементарными рецепторами клетки. Рецепторы клетки и вириона являются специфическими структурами, расположенными на их поверхности. Миксовирусы и аденовирусы адсорбируются на мукопротеиновых рецепторах, а пикорнавирусы и арбовирусы ― на липопротеиновых рецепторах. Нейраминидаза у вириона миксовирусов разрушает мукогфотеиновые рецепторы и отщепляет N-ацетилнейраминовую кислоту от олигосахарида, содержащего галактозамин и галактозу. Их взаимодействия на этом этапе обратимы, так как на них влияют температура, солевые компоненты и реакция среды. Адсорбции вириона на клетке препятствуют сульфатированные полисахариды и гепарин, несущие отрицательный заряд, но их ингибирующее действие снимается поликар-тионами (ДЭАЭ-декстран, экмолин, протамннсулъфат), которые нейтрализуют отрицательный заряд сульфатированных полисахаридов.

Проникновение вириона в клетку. Процесс проникновения вирионов в клетку у миксовирусов осуществляется ферментом нейраминидазой, который вступает в непосредственный контакт с мукопротеидами клетки. Научные факты, накопленные за последние годы, показывают, что РНК и ДНК вирионов не отделяются от внешней их оболочки, т. е. вирионы целиком проникают в чувствительную клетку путем виропексиса или пиноцитоза. Это доказано в отношении вирусов оспы, осповакцины и других вирусов животных. Что касается фагов, то они заражают клетки своей нуклеиновой кислотой. Механизм заражения основан на том, что вирионы, содержащиеся в вакуолях клетки, гидролйзуются ферментами (протеаз, липаз). При этом освобождается ДНК от внешней оболочки фага и проникает в клетку.

В эксперименте заражают клетки нуклеиновой кислотой, выделенной от некоторых вирусов, и вызывают один цикл репродукции "вирионов. Но в естественных условиях передача инфекции с помощью инфекционной кислоты не происходит.

Синтез вирусных структурных компонентов. Процессы синтеза компонентов РНК-вирусов происходят после проникновения нуклеопротеидов (вирионов) в клетку, где образуются вирусные полисомы путем комплексирования вирусной РНК с рибосомами. Затем синтезируются ранние белки: ре-прессоры клеточного метаболизма и РНК-полимеразы, транслируемые с родительской молекулой вирусной РНК. В цитоплазме мелких вирусов или в ядре (вирусы гриппа) образуется двунитчатая вирусная РНК путем комплексирования родительской «плюс»-це-почки с вновь синтезированной и комплементарной ей «минус»-це-почкой. Соединение этих нитей нуклеиновой кислоты обусловливает образование однонитчатой структуры РНК, называемой репликативной формой (РФ), которая устойчива к РНК-азе и необходима для репродукции всех РНК-вирусов. Синтез вирусной РНК осуществляется реплекативным комплексом, в котором участвуют фермент РНК-полимеразы, полисомы, репликативная форма РНК. Существуют два типа РНК-полимераз: РНК-полимераза I катализирует образование репликативной формы на матрице «плюс»-це-почки; РНК-полимераза II участвует в синтезе вирусной однонитчатой РНК на матрице репликативной формы. Синтез нуклеиновой кислоты у мелких вирусов осуществляется в цитоплазме. У вируса гриппа в ядре синтезируются РНК и внутренний белок. РНК выходит из.ядра и поступает в цитоплазму, где с рибосомами синтезирует вирусный белок, и образующийся рибонуклеопротеид входит в химический состав вириона.

Синтез компонентов ДНК-вирусов. После проникновения вирионов в клетку в ней подавляется синтез нуклеиновых кислот и клеточных белков. В ядре на матрице ДНК-вируса синтезируется и-РНК, несущая информацию для синтеза белков. Механизм синтеза вирусных белков осуществляется на клеточных рибосомах, и источником их построения является аминокислотный фонд клетки. Активизация аминокислот происходит ферментами, с помощью и-РНК переносятся в рибосомы (полисомы), где они располагаются в синтезированной молекуле белка.

Таким образом, в зараженной клетке синтез нуклеиновой кислоты и белков вириона происходит в составе сложного репликатив-но-транскриптивного комплекса, который, по-видимому, регулируется определенной системой контрольного механизма.

Формирование вириона осуществляется с участием структурных компонентов клетки. Вирусы полиомиелита, герпеса и осповакцины формируются в цитоплазме, а аденовирусов ― в "ядре. Синтез вирусной РНК и образование нуклеокапсида (S-анти-гена) происходит в ядре, а гемагглютцнина (V-антигена) ―в цитоплазме. Затем S-антиген переходит из ядра в цитоплазму, где осуществляется формирование оболочки вириона. S-антиген покрывается вирусными белками, и в состав вириона включаются-гемагглютинины и нейраминидаза. И так происходит формирование потомства вируса гриппа.

Выход вирусов из клетки. Вирионы освобождаются из клеток двумя способами. Первый способ ― после полного созревания вирионов внутри клетки последние округляются, в них образуются вакуоли, разрушается клеточная оболочка; вирионы выходят одновременно и полностью из клетки (рикорнавирусы). Этот способ называется литическим. Второй способ ― вирионы освобождаются по мере созревания их на цитоплазматической мембране в течение 2―6 часов (арбовирусы,и миксовирусы). Освобождению миксовирусов из клетки, по-видимому, способствует нейраминидаза, которая разрушает клеточную оболочку. При этом способе 75― 90% вирионов спонтанно выходят в культуральную среду и клетки погибают постепенно).