Структура и химический состав вирионов. Основные свойства вирусов. Таксономия вирусов

1.

Кафедра микробиологии
3 курс факультета ветеринарной медицины
Дисциплина «Вирусология»
Тема: Структура и химический состав
вирионов. Основные свойства вирусов.
Таксономия вирусов.
Лектор:
к.в.н., доцент Ф.М. Нургалиев

2.

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ И СТРУКТУРА
В результате глубокого и всестороннего
изучения вирусов (сущность и природа,
строение, химическая структура и др.) была
получена
относительно
полная
характеристика вируса, вирусной частицы,
или вириона, т. е. были определены
основные свойства.

3.

• 1. Чрезвычайно малые размеры. Вирусы – это
мельчайшие формы, значительно более
мелкие, чем бактерии, и едва превышающие
крупные молекулы; они находятся на границе
или за пределами видимости в оптических
микроскопах. Массу вирусов измеряют в
дальтонах: 1 дальтон (Да) – это масса 1 атома
водорода, которая равна 1,67×10-24 г. Размер
вирусов измеряется в нанометрах (нм): 1 нм =.
10-9 мкм; 1 нм = 10 ангстремам (Е). Размеры: у
мельчайших (ящур, полиомиелит) – около
10...25 нм, у средних (грипп, парагрипп и др.) –
100...120, у крупных (оспа, орнитоз, трахома) –
превышают 200 нм.

4.

• 2. Вирусы имеют корпускулярную структуру
и определенную для каждого вида
морфологию, являясь неклеточной формой
жизни.

5.

• 3. Основные компоненты вирусов –
нуклеиновая кислота и белки. Следует
отметить, что обнаружены возбудители, так
называемые прионы, состоящие только из
белка.

6.

• 4. Вирусы содержат лишь одну из
нуклеиновых кислот: ДНК –
дезоксирибонуклеиновую или РНК –
рибонуклеиновую.

7.

• 5. Вирусы – строгие (облигатные)
внутриклеточные паразиты. Во внешней
среде (вне клетки хозяина) совершенно
инертны, т. е. не имеют самостоятельного,
или автономного, обмена веществ. У
вирусов отсутствует способность к росту и
бинарному (простому поперечному)
делению. Их репродукция происходит
только в живых клетках и никогда на
искусственных питательных средах.

8.

• 6. Вирусы отличаются биологическими и
генетическими особенностями механизмов
репродукции. Они не имеют собственных
белоксинтизирующих систем, а используют
«внаем» соответствующие системы клетки.
Биосинтез структурных компонентов
вирусов происходит дизъюнктивно
(разобщенно во времени и пространстве).

9.

• 7. Многие вирусы растений обладают
свойством кристаллизоваться. Вирусные
частицы, сгруппированные в кристаллы,
сохраняют инфекционность.

10.

• 8. Вирусы обладают наследственностью и
изменчивостью, как живые организмы.
Наследственность и изменчивость – это
взаимопротиворечивые и в то же время
взаимосвязанные процессы, которые
обеспечивают непрерывность жизни на
Земле. При большом числе генераций
определенный вирус стойко передает
только свои, характерные для него
свойства.

11.

В настоящее время для получения измененных
форм различных вирусов с целью снижения их
вирулентности применяют следующие методы:
• последовательное пассирование их через
организм невосприимчивых животных,
куриные эмбрионы, культуры ткани и клеток;
• воздействие на вирус или его нуклеиновую
кислоту физическими и химическими
факторами (температура, ультрафиолетовое
излучение, ультразвук, химические средства);
• селекция вариантов вируса.

12.

• Установлено, что в состав всех вирусов
обязательно входят белки и одна из двух
нуклеиновых кислот. Вирусы средних и
крупных размеров кроме указанных
веществ содержат липиды, углеводы и
некоторые другие органические и
неорганические соединения. Белки
составляют от 49,1 до 89 %, нуклеиновые
кислоты – от 3,5 до 40 % всей массы
вирусов. Остальные вещества у некоторых
вирусов могут совсем отсутствовать, у
других – содержаться в разных
соотношениях.

13.

• Белковая оболочка вирусов выполняет
определенные защитные функции и
обладает высокой устойчивостью к
протеолитическим ферментам.

14.

• Вирусные белки представляют собой
полипептиды, состоящие из нескольких
пептидных звеньев. Последние, в свою
очередь, образованы из нескольких
аминокислотных остатков. В состав
полипептидных цепочек вирусного белка
входит примерно 200...300 аминокислот в
разных комбинациях, поэтому
молекулярная масса этих белков большая и
у различных вирусов колеблется от 18 до 22
кДа.

15.

• Одна из существенных особенностей
вирусных белков состоит в том, что их
субъединицы активно взаимодействуют
между собой и способны к самосборке
(агрегации), в результате которой из
вирусной нуклеиновой кислоты и белка
вируса ин витро реконструируются
полноценные вирионы.

16.

• Нуклеиновая кислота окружена одной или
двумя белковыми оболочками – капсидами
(от греч. capsa – коробка). Капсид состоит из
многих единообразных белковых молекул,
расположенных в определенном порядке, капсомеров. Ассоциация капсомеров с
нуклеиновой кислотой (с геномом)
называется нуклеокапсидом.

17.

• Многие вирусы кроме нуклеокапсида
имеют дополнительные внешние оболочки,
называемые пеплосами. Пеплосы также
состоят из множественныхпепломеров,
химическая природа которых представлена
белками, липидами.

18.

• Вирусные белки делят на структурные
и неструктурные. Структурные белки
входят в состав зрелых внеклеточных
вирионов и выполняют ряд функций: 1)
защиту нуклеиновой кислоты от внешних
повреждающих воздействий; 2)
взаимодействие с мембраной
чувствительных клеток в ходе первого этапа
заражения; 3) взаимодействие с вирусной
нуклеиновой кислотой в ходе и после ее
упаковки в капсид; 4) способность к
разрушению в ходе освобождения
нуклеиновой кислоты и др.

19.

• В зависимости от расположения того или
иного белка в вирионе выделяют
следующие группы белков: 1) капсидные; 2)
вирусной суперкапсидной оболочки.
Имеются у вирусов, выходящих из клеток
путем почкования (пара-, орто-,
коронавирусы и др.); 3) матриксные. Это
белки промежуточного слоя вирионов,
расположенного сразу под суперкапсидной
оболочкой некоторых вирусов; 4) белки
вирусных сердцевин. Представлены в
основном ферментами.

20.

• Неструктурные белки – это белки,
кодируемые вирусным геномом, но не
входящие в вирион, их делят на пять групп:
1) регуляторы экспрессии вирусного
генома; 2) предшественники вирусных
белков; 3) нефункциональные пептиды; 4)
ингибиторы клеточного биосинтеза и
ингибиторы разрушения клеток; 5)
вирусные ферменты.

21.

22.

• Нуклеиновые кислоты. У вирусов они
являются носителями наследственности и
определяют инфекционные свойства. В
вирусных частицах нуклеиновые кислоты
занимают центральное положение. В
сферических (шаровидных) вирусах,
имеющих кубическую симметрию, они
защищены белковой оболочкой, а в
спиральных – плотно упакованы в
белковые капсомеры.

23.

• Нуклеиновые кислоты состоят из трех основных
компонентов: пуриновых и пиримидиновых
оснований, одного из сахаров и остатка фосфорной
кислоты. Молекулы нуклеиновых кислот построены
из сотен и тысяч нуклеотидов. Нуклеиновые
кислоты представляют собой длинные
неразветвленные полимерные цепи, состоящие в
основном из основных мономерных единиц,
называемых нуклеотидами, связанных между
собой фосфодиэфирными связями. В свою очередь,
каждый нуклеотид состоит из трех компонентов:
гетероциклического (азотистого) основания, сахара
и остатка фосфорной кислоты.

24.

Различия между ДНК и РНК
Компоненты
ДНК
РНК
Пуриновые
основания
Аденин
Гуанин
Аденин
Гуанин
Пиримидиновы
основания
Цитозин
Тимин
Цитозин
Урацил
Дезоксирибоза
Рибоза
Углевод
Фосфорная кислота Фосфорная кислота
5-Метилцитозин

25.

• Азотистые основания в нуклеотидах
присоединены к углеводу с помощью
гликозидных связей, возникающих между
альдегидной группой углевода и NHгруппой основания. Причем азотистые
основания в нуклеотидной молекуле
расположены в виде комплементарной
цепи, то есть против тимина располагается
аденин, цитозина – гуанин, гуанина –
цитозин и аденина – тимин.

26.

• ДНК вирусов всегда двухцепочечная, РНК –
одноцепочечная: выделены вирусы,
содержащие двухцепочечную РНК и
одноцепочечную ДНК.

27.

• У сложноорганизованных вирусов
обнаружены липиды. В основном они входят в
состав липопротеидной оболочки
(суперкапсида). Все сложно организованные
РНК-содержащие вирусы имеют значительное
количество липидов (от 15 до 35 % от сухой
массы). У ДНК-содержащих вирусов 50...60 %
липидов представлено фосфолипидами,
20...30 % составляет холестерин. Липидный
компонент стабилизирует структуру вирусной
частицы. В составе суперкапсидных оболочек
вирусов липиды обеспечивают
взаимодействие пепломеров, изолируют
внутренние слои вирионов от гидрофильных
веществ, содержащихся во внешней среде.

28.

• В состав сложноорганизованных вирусов
входят углеводы. Углеводный компонент
вирусов находится в составе
гликопротеидов и гликолипидов.
Содержание сахара в составе
гликопротеидов может быть достаточно
большим: 10...13 % от массы вириона.
Углеводный компонент гликопротеида,
обеспечивая сохранение конформации
белковой молекулы, обусловливает защиту
молекулы от протеаз.

29.

• Кроме липидов и углеводов в составе
вирусных частиц имеются K, Na, Ca, Mg, Fe и
другие минеральные элементы,
принимающие участие в формировании
связей в молекулах вирусного белка и
нуклеиновых кислот.

30.

• В составе некоторых вирусов обнаружены
ферменты, участвующие в репликации
вирусных нуклеиновых кислот: ДНК-зависимая
РНК-полимераза, осуществляющая
транскрипцию ранних РНК с ДНК (вирус
осповакцины), РНК-зависимая РНКполимераза (обратная транскриптаза). У
миксовирусов фермент нейраминидаз,
вызывающий гидролитическое отщепление
нейраминовой, входит в состав оболочек
эритроцитов. У бактериофагов обнаружены
два вирусспецифических фермента: лизоцим,
разрывающий гликозидные связи в
пептидогликановом комплексе бактериальной
оболочки, и аденозинтрифосфатаза.

31.

Структура вирусов животных.
Вирусы животных не имеют клеточной
структуры. Большинство из них представляет
собой геометрически правильное
образование, состоящее из центральной
частицы – нуклеоида и белковой оболочки –
капсида. У некоторых вирусов есть вторая
оболочка – пеплос с ворсинками.

32.

• С помощью электронной микроскопии
определены не только общая структура
вирусов, но и расположение в их оболочке
капсомеров. Установлено, что капсомеры
располагаются симметрично, причем у одной
группы вирусов – по спирали (спиральный тип
симметрии), у другой образуют многогранник,
ограниченный определенным числом
равносторонних треугольников (кубический
тин симметрии), у третьей имеют более
сложную структуру (комбинированный тип
симметрии). По этому признаку все вирусы
разделяют на 3 группы: вирусы, имеющие
спиральный, кубический и комбинированный
типы симметрии.

33.

• Особую группу вирусов составляют
бактериофаги. У всех разновидностей
бактериофагов есть головка, построенная
по типу кубической симметрии; у
большинства – хвостовой отросток со
спиральным строением. Головка
бактериофага имеет форму многогранника,
от одной из вершин которого отходит
хвостовой отросток, оканчивающийся
шипами

34.

Вирусные элементарные тельца и
внутриклеточные включения.
• В конце XIX в. при изучении мазков-отпечатков и
срезов из органов животных, больных оспой, и при
некоторых других заболеваниях в клетках
обнаружены особые мелкие образования,
названные элементарными тельцами. С
внедрением в практику вирусологических
исследований электронной микроскопии подобные
тельца выявлены при большинстве вирусных
болезней человека, и растений. Установлено, что
они представляют собой зрелые вирусные частицы,
способные при попадании в новые клетки вызывать
репродукцию себе подобных частиц. Термин
«элементарные тельца» - синоним вирионов.

35.

• Большое теоретическое и практическое значение
при изучении структуры вирусов имеют
внутриклеточные включения. Включения - это
мелкие образования, состоящие из скопления
вирусных частиц, находящихся в ядре или
цитоплазме инфицированной клетки. В 1904 г.
Боррель, изучая включения при оспе птиц,
установил, что они состоят из множества
сферических элементов, которые обладают
инфекционностью и при введении их в
восприимчивые клетки вызывают инфекцию. Это
явление доказано при многих вирусных инфекциях.
В зависимости от места расположения включения
делят на три группы: цитоплазматические, ядерные
и встречающиеся одновременно в ядре и
цитоплазме, что имеет диагностическое значение

36.

КЛАССИФИКАЦИЯ И НОМЕНКЛАТУРА
ВИРУСОВ ПОЗВОНОЧНЫХ
• Классификация вирусов. Более 100 лет
назад были открыты первые вирусы
растений (вирус табачной мозаики, 1892) и
животных (вирус ящура, 1897). В
последующие 50 лет обнаружили более 40
вирусов, поражающих человека, животных,
насекомых растения и бактерии. В связи с
этим возникла необходимость в
объединении вирусов со сходными
признаками в систематические группы.

37.

• Критерии классификации в микробиологии
оказались неприемлемыми для
классификации вирусов. Поэтому в 1950 г на V
Международном конгрессе микробиологов в
Рио-де-Жанейро в рамках
Интернационального комитета по
номенклатуре бактерий был образован
Подкомитет по номенклатуре вирусов,
который рекомендовал классифицировать их,
опираясь не на тканевой тропизм, патологию и
симптоматологию вызываемых ими инфекций
как это было ранее, а на фундаментальные
свойства вирусных частиц.

38.

• На IX Международном конгрессе
микробиологов в Москве (1966) был создан
Международный комитет по номенклатуре
вирусов (МКНВ). Так как МКНВ занимался и
классификацией вирусов, то в 1973 г. его
реорганизовали в Международный комитет
по таксономии вирусов (МКТВ). В
настоящее время используют современную
классификацию и номенклатуру вирусов
позвоночных материалам седьмого
доклада МКТВ (2000), в подготовке
которого участвовало более 500
вирусологов.

39.

• По своим основным (кардинальным)
свойствам вирусы отличаются от других
микроорганизмов. Вирусы как наиболее
низкоорганизованные формы живой
материи по современной классификации
выделены в самостоятельную группу –
царство или тип vira.

40.

• Первые попытки классификации вирусов
животных основывались главным образом
на симптомокомплексе вызываемых ими
болезней, далее на тропизме
(избирательной локализации) вируса. Так
появились группы нейротропных,
эпителиотропных, пневмотропных,
энтеротропных и других вирусов.
Эпизоотологи положили в основу
классификации способы передачи болезни:
респираторные, кишечные (энтеровирусы)
и переносимые членистоногими
(арбовирусы).

41.

• Современная классификация является
универсальной для всех вирусов
позвоночных, беспозвоночных, растений и
простейших (микроорганизмов). Она
опирается на фундаментальные свойства
вирионов, из которых ведущими служат
признаки, характеризующие нуклеиновую
кислоту, морфологию и антигенные
свойства.

42.

• Класификация вирусов предусматривает
следующие таксономические группы: вид,
род, семейство, класс, отряд, тип. Вид – это
совокупность схожих вирусов, которые
имеют одинаковые строения, функции и
происхождение. Род – группа вирусов с
определенными общими свойствами.
Семейство – группа родов вирусов,
имеющих общие определенные свойства.

43.

• Номенклатура вирусов. Номенклатура
вирусов является международной и
универсальной. Всем вирусам присвоены
латинские названия. Названия семейств
принимают окончание viridae, родов —
virus. Научные названия вирусов пишутся с
заглавной буквы и состоят из двух
латинских слов, означающих род и вид
(табл. 2). Название рода стоит на первом
месте и пишется с прописной буквы, а
название вида – на втором и пишется со
строчной буквы.

44.

2. Положение в номенклатуре
Таксономическая
единица
Семейство
Вирус оспы
человека
Poxviridae
Вирус ящура
Picorviridae
Вирус гриппа
свиней
Orthomixo-
viridae
Род
Orthopoxvirus
Rinovirus
Вид
Viriola major
Rinovirusaphtae Swine
Influenza virus
Influenza virus

45.

В зависимости от того, кого они поражают,
все вирусы подразделяют на:
1) вирусы позвоночных (человека, животных
и птиц);
2) вирусы растений;
3) вирусы простейших (микроорганизмов);
4) вирусы беспозвоночных (насекомых).

46.

Кафедра микробиологии
3 курс факультета ветеринарной медицины
Дисциплина «Вирусология»
Тема: Структура и химический состав
вирионов. Основные свойства вирусов.
Таксономия вирусов.
Лектор:
к.в.н., доцент Ф.М. Нургалиев