Лекция 4 Вирусология

1.

Лекция 4. Общая
вирусология
Преподаватель: Конкина Лилиана
Михайловна

2.

Вирусы
Вирусы - это
o мельчайшие инфекционные
агенты
o имеют молекулярную
(неклеточную) организацию
o обладают единственным
типом нуклеиновой кислоты
(ДНК или РНК)
o являются облигатными
внутриклеточными
паразитами

3.

Свойства вирусов
не имеют клеточного строения
имеют малые размеры (от 10 до 400 нм)

4.

Свойства вирусов
обладают единственным типом
нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК)

5.

Свойства вирусов
строгие внутриклеточные паразиты
нет собственных метаболических и
энергетических систем
используют рибосомы клетки хозяина для
синтеза собственных белков
НК вируса может встраиваться в геном
клетки, образуется провирус
способ размножения – дизъюнктивная
репродукция: в клетке отдельно
синтезируются НК и белки вирусов, а затем
происходит их сборка в вирусные частицы

6.

Свойства вирусов
обладают наследственностью и
изменчивостью
устойчивы к замораживанию и
высушиванию
резистентны к антибиотикам
чувствительны к высокой
температуре

7.

Вирион и вирус
Вирион – вирус вне клетки
инертная частица
состоит из НК и белковой оболочки
способен кристаллизоваться
обладает инфекциозностью, т.е.
может проникать в клетку, где
называется «вирус»

8.

Вироиды
Вироиды (субвирусы) – небольшие
молекулы кольцевой
суперспирализованной РНК:
не содержат белка
вызывают заболевания у растений
РНК вироидов не кодирует белки
Структура вироида веретеновидности клубней картофеля.
Двуцепочечные участки разделяются одноцепочечными петлями

9.

Классификация
вирусов
В современной классификации вирусов выделяют
следующие таксономические
Поря
Семе
Подсеуровни:
док
Род
йство
мейст
во ((((virina
virida
virale
virus)
e)
e)
s) порядок вирусов
- окончание
«-virales»
Ви
д
семейство – окончание «-viridae»
подсемейство – окончание «-virinae»
род – окончание «-virus»
вид – м.б. название местности, заболевания, хозяина,
порядковый номер и др.
Пример: порядок Herpesvirales, семейство Herpesviridae,
подсемейство Alphaherpesvirinae, род Varicellovirus

10.

Классификация вирусов
по
Д. Балтимору
(1971
г.)
Вирусы делятся на 7 групп в зависимости от:
типа НК ( ДНК или РНК )
полярности РНК ( + или – )
структуры НК (1н или 2н, линейная или
кольцевая, фрагментированная или
нефрагментированная)
наличия обратной транскрипции
типа симметрии
числа капсомеров
наличия или отсутствия внешней оболочки

11.

Семь групп вирусов
I. 2н ДНК
II. 1н ДНК
III. 2н РНК
IV. 1н (+) РНК
V. 1н (-) РНК
VI. 1н (+) РНК с обратной
транскриптазой
VII. 2н ДНК с обратной
транскриптазой

12.

Внутривидовая
дифференциация
Генетические варианты (генотипы
вируса) - определяют методами
молекулярной гибридизации, ПЦР,
секвенирования нуклеиновых кислот
Серологические (АГ) варианты или
вирусные серотипы определяют в
реакциях со специфическими АТ

13.

Внутривидовая
дифференциация
«Изолят» - выделенная от пациента чистая
культура вируса
Штамм – выделенная из определенного
источника генетически однородная популяция
вирусов, обладающая установленным
набором свойств, по которым ее отличают от
других популяций вирусов того же вида
Варианты одного и того же вируса не
являются генетически стабильными
(мутации, рекомбинации)

14.

Квазивиды
Квазивид – набор
генетически
близкородственных
вариантов
вирусов
(«генетическое
облако»), возникающих
вследствие мутаций из
первоначального
вируса
в
ходе
инфекционного
процесса в организме
хозяина

15.

Квазивиды
Под действием системы иммунитета
происходит отбор устойчивых квазивидов
(линий) вируса, что может привести:
к хроническому течению вирусного
процесса
к развитию резистентности к
противовирусной терапии

16.

Строение вирусов
I. Простые вирусы
НК и одна оболочка (капсид, который
состоит из белков – капсомеров)
форма укладки капсомеров определяет
тип симметрии вирусов
Капсид
НК
Нуклеокапсид

17.

Строение вирусов
II. Сложные вирусы
имеют наружную оболочку - суперкапсид
в составе суперкапсида - внутренний
матриксный слой (М-белок), липиды и
углеводы из мембран клетки хозяина
на поверхности суперкапсида есть
гликопротеиды, которые образуют шипы,
фибры для адгезии на рецепторах клетки
НК + капсид + суперкапсид

18.

Суперкапсид
Капсид
НК

19.

Типы симметрии
вирусов
Спиральный, когда
капсомеры
укладываются по
спирали – винтообразная
структура
нуклеокапсида

20.

Типы симметрии
вирусов
Кубический
(икосаэдрический), когда
капсомеры укладываются
по граням многогранника

21.

Типы симметрии
вирусов
Смешанный тип
симметрии,
сочетающий оба
варианта
(бактериофаг: головка
– кубический тип;
отросток - спиральный)

22.

Ферменты
НК
Химическ
ий состав
вирусов
Углеводы
Белки
Липиды

23.

Вирусные белки
Структурные:
I.Капсидные
II.Суперкапсидн
ые
• адресные
• прикрепительн
ые
• слияния
Неструктурн
ые:
• предшественни
ки вирусных
белков
• РНК- и ДНКполимеразы
• регуляторные

24.

Структурные белки
Капсидные (NP) – капсомеры, защищают
НК, определяют тип симметрии, являются АГ
Суперкапсидные – гликопротеиды,
формируют шипы на поверхности
суперкапсида:
адресные –распознают рецепторы на
чувствительных клетках
прикрепительные - взаимодействуют со
специфическими рецепторами клетки
слияния (M и F) – способствуют
проникновению вируса в клетку

25.

Неструктурные
белки
предшественники вирусных белков
РНК- и ДНК-полимеразы, транскриптазы,
интегразы – участвуют в репликации
вирусного генома
регуляторные белки – участвуют в
репродукции вируса

26.

Функции вирусных
белков
обладают
антигенными
ииммуногенн
ымисвойства
ми
участвуют в
распознаван
ии клетки и
взаимодейст
вии с ней
защищают
геном от
нуклеаз
обеспечиваю
т тип
симметрии

27.

Липиды
Функции липидов:
входят в состав суперкапсида
продукты мембраны клеток хозяина
обусловливают инфекциозность вируса
определяют чувствительность вируса к
детергентам
стабилизируют вирусную частицу

28.

Углеводы
Функции углеводов:
входят в состав гликопротеидов
суперкапсида, располагаются в шипах или
в фибрах
являются составной частью
гемагглютинина (Н или НА ) многих
вирусов, который вызывает РГА и обладает
АГ специфичностью

29.

Ферменты
вирионные - ферменты транскрипции и
репликации (ДНК- и РНК-полимеразы,
обратная транскриптаза)
вирусиндуцированные – закодированы в
вирусном геноме, появляются в клетке в
процессе репродукции вирусов (РНК- и
ДНК-полимеразы)

30.

Нуклеиновые
кислоты
хранители генетической информации
Вирусная ДНК или РНК

31.

Репродукция
вирусов

32.

Адсорбция вируса
Адсорбция вируса происходит при помощи
адресных и прикрепительных белков на
специфических рецепторах чувствительной
клетки

33.

Проникновение вируса
в клетку
эндоцитоз (виропексис) инвагинация клеточной мембраны,
образование эндосомы, передвижение
в разные участки цитоплазмы или в
ядро клетки
слияние - осуществляется с помощью
вирусных капсидных или
суперкапсидных белков, которые
сливаются с ЦПМ клетки хозяина

34.

35.

Депротеинизация или
«раздевание»
Происходит освобождение НК вируса от
оболочек и проникновение ее в цитоплазму
или в ядро клетки
Депротеинизация начинается сразу после
прикрепления вириона к рецепторам клетки
и продолжается в эндоцитарной вакуоли, а
также в ядерных порах и околоядерном
пространстве

36.

Биосинтез вирусов
подавляет метаболизм
заставляет
клетки
клетку синтезировать вирусные белки
иНК, которые идут на построение новых вирионов
НК вируса конкурирует
дезорганизует
с генетической
работу клеточных систем
информацией клетки

37.

Репродукция ДНК
вирусов
У большинства ДНК- вирусов транскрипция
(образование иРНК) и репликация (синтез новой
геномной ДНК) происходит в ядре инфицированной
клетки
Транскрипция идет с помощью клеточной ДНКзависимой РНК-полимеразы, затем происходит синтез
вирусных белков
ДНК иРНК белок
Репликация: среди «ранних» белков есть фермент
вирусная ДНК-полимераза, которая на матрице вирусной
ДНК выполняет в ядре синтез новых молекул ДНК вируса

38.

39.

Репродукция (+)РНК
вирусов
Транскрипция: (+) РНК является матрицей
для новых молекул РНК, на которых в рибосомах
синтезируются вирусные белки
(+)РНК = иРНК белок
Репликация: вирусная РНК-полимераза
строит промежуточную антисмысловую (–)РНК цепь.
При этом в клетке временно образуется фрагмент
двухцепочечной РНК
По матрице (–) цепи РНК синтезируется
геномная РНК (+) цепь
(+)РНК (-)РНК (+)РНК

40.

Репродукция (-)РНК
вирусов
(-)РНК вирусы имеют РНК-полимеразу для
синтеза смысловой цепи (+)РНК, которая
обеспечивает синтез вирусных белков и
является матрицей для синтеза геномной
вирусной (-) РНК
(-)РНК (+)РНК белок
(+)РНК (-)РНК = геном вируса

41.

Репродукция
ретровирусов
Обратная транскриптаза индуцирует
синтез ДНК на матрице вирусной РНК
(обратная транскрипция)
На матрице 1ДНК-цепи синтезируется
комплементарная цепь, образуется
кольцевая
2-нитевая ДНК, которая
встраивается
в геном 2нДНК
клетки (провирус)
РНК 1нДНК
геном
клетки
2нДНК иРНК
белок
2нДНК (+)РНК = вирусный
геном

42.

43.

Репродукция
вирусов
Самосборка вирионов происходит в результате
специфического взаимодействия вирусных белков
и НК, которые соединяются электростатическими,
гидрофобными и водородными связями
Выход вирионов из клетки:
путем взрыва оболочки, что характерно для
простых вирусов (клетка погибает)
путем почкования, обычно для вирусов,
имеющих суперкапсид, при этом клетка
сохраняет жизнеспособность

44.

Почкование вирионов

45.

Взаимодействие вируса
с клеткой
продуктивная инфекция – образование новых вирусов
с выходом их из клетки и заражением соседних клеток
(острая инфекция)
абортивная инфекция – репродукция и образование
новых вирионов не происходят, инфекционный процесс
прерывается
персистирующая инфекция (как вариант
продуктивной) – репродукция вирусов происходит
длительно и постоянно, но на более низком уровне
латентная инфекция – вирус постоянно присутствует в
клетках, но репродукции вируса не определяется, или
она происходит редко (скрытая инфекция)
интегративная инфекция (вирогения) – происходит
встраивание вирусной ДНК в геном клетки-хозяина с
образованием провируса (например, у ретровирусов)

46.

Взаимодействие вируса
с клеткой
трансформирующая инфекция –
длительно протекает, сопровождается
опухолевой трансформацией зараженных
клеток (вирусные гепатиты С и В,
инфекция папилломавирусом человека)
персистирующий и латентный варианты
характерны для хронической вирусной
инфекции с периодами обострения и
ремиссии, а также для вирусоносительства

47.

Культивирование
вирусов
Для культивирования вирусов используют:
куриные эмбрионы
культуры клеток
лабораторных животных

48.

Культивирование в
курином эмбрионе

49.

Культивирование в
курином эмбрионе
Заражение в амнион
Заражение в аллантоисную
полость
Заражение в желточный
мешок

50.

Культивирование
вирусов в курином
эмбрионе
Куриный эмбрион - удобная модель для
культивирования вирусов, т.к. полости его
стерильны, защищены твердой оболочкой
Индикация вируса в курином эмбрионе:
гибель эмбриона
помутнение хорион-аллантоисной оболочки
образованию бляшек на оболочке
РГА (реакция гемагглютинации под
действием гемагглютинина вирусов)

51.

Использование
лабораторных животных
Лабораторных животных заражают с
учетом тропизма вирусов (интраназально,
субдурально, перорально и т.д.)
Индикация - типичные признаки
заболевания и патоморфологические
изменения в органах

52.

Метод культур
клеток
Используют эмбриональные и опухолевые
ткани человека и животных, обладающие
активной способностью к росту и размножению
Для культивирования культур клеток
необходимы специальные питательные среды
( среда 199, Игла, RPMI и др.)

53.

Культуры клеток
однослойные – клетки прикрепляются и
размножаются в один слой на поверхности
культурального сосуда (пластикового или
стеклянного флакона, матраса или
планшета)
суспензионные – клетки размножаются по
всему объему жидкой питательной среды

54.

Культуры клеток
3D-клеточные культуры – искусственно
сформированные многослойные клеточные
культуры, заключенные в белковый или
гелевый матрикс
органные культуры – фрагменты органов
или тканей в питательной среде (в
настоящее время применяются редко)

55.

Метод культур
клеток
трансфецированные культуры
клеток – методом генной инженерии
вводят вирусные гены, кодирующие
вирусные белки, для их последующей
экспрессии
эти белки могут быть использованы в
качестве вирусных диагностикумов
или экспериментальных вакцин

56.

Однослойные культуры
клеток
первичные – жизнеспособны в течение 13 недель, выдерживают обычно 1-2
пассажа и в дальнейшем погибают
перевиваемые – способны размножаться
в лабораторных условиях длительное
время (HeLa)
диплоидные (полуперевиваемые) –
содержат неизмененный диплоидный
геном и способны поддерживаться в
течение 40-50 и более пассажей

57.

Индикация вирусов в
культуре клеток
ЦПД (цитопатическое действие
вируса)
образование включений
появление бляшек
РГА
цветная реакция

58.

Экспрессдиагностика
В клиническом материале обнаруживают:
геном вируса - ПЦР, молекулярная
гибридизация
вирус или его АГ - ИФА, РПГА,
электронная микроскопия,
иммуноэлектронная микроскопия

59.

Вирусологический
метод:
Состоит из 3 этапов:
выделение вируса
индикация
идентификация
Выделение вируса из клинического материала
проводят путем заражения культур клеток, или
куриных эмбрионов, или лабораторных животных
Индикация – в зависимости от метода
культивирования

60.

Вирусологический
метод
Идентификация :
в основе лежит реакция нейтрализации
вирусов противовирусными сыворотками
применяют серологические реакции АГ-АТ

61.

Лечение вирусных
инфекций
По происхождению:
биологические препараты
химиотерапевтические средства
Биологические:
противовирусные антитела,
иммуноглобулины и сыворотки
генно-инженерные интерфероны

62.

Химиотерапевтические
противовирусные
препараты
Мишени для противовирусных
препаратов:
адсорбция
проникновение вируса в клетку
депротеинизация
транскрипция
репликация
сборка вирусов
выход вирусов из клетки

63.

Химиотерапевтические
противовирусные
препараты
I. Препараты, действующие на вирионы вне
клетки:
антисептики (этанол, гипохлорит,
пероксид водорода, нитрат серебра,
глютаровый альдегид, хлоргексидин,
эфиры) – действует на липиды
суперкапсиды сложных вирусов
оксолин (риновирусная инфекция,
профилактика гриппа)

64.

Химиотерапевтические
противовирусные
препараты
II. Препараты, блокирующие адсорбцию и
проникновение вирусов в клетку (ингибиторы
входа/слияния):
маравирок (ВИЧ)
III. Препараты, блокирующие
депротеинизацию вирусов:
производные адамантана (ремантадин,
амантадин)

65.

Химиотерапевтические
противовирусные препараты
IV. Препараты, блокирующие внутриклеточную
репродукцию вирусов:
А. Препараты, подавляющие синтез вирусных
нуклеиновых кислот в клетке
А1. Средства, блокирующие синтез вирусной
ДНК - ацикловир, ганцикловир
Ингибиторы обратной транскриптазы –
азидотимидин (ВИЧ)

66.

Химиотерапевтические
противовирусные препараты
А2. Средства, блокирующие синтез вирусной РНК:
рибавирин ингибирует РНК-полимеразу
(респираторные инфекции, ВГС и др.)
софосбувир – высокоэффективный ингибитор
синтеза РНК вируса гепатита С
В. Ингибиторы вирусных протеаз:
В.1. Ингибиторы протеазы ВИЧ (саквинавир,
индинавир)
В.2. Ингибиторы протеазы вируса гепатита С
(симепревир и др.)

67.

Химиотерапевтические
противовирусные
препараты
С. Ингибиторы интегразы ВИЧ
ралтегравир и элвитегравир специфически
ингибируют интегразу ВИЧ – фермент, который
после обратной транскрипции производит
встраивание цепи ДНК ВИЧ в ДНК человека
D. Ингибиторы вирусных регуляторных
белков
ледипасвир – специфический ингибитор
регуляторного неструктурного белка вируса
гепатита С NS5A

68.

Химиотерапевтические
противовирусные
препараты
V. Препараты, ингибирующие сборку
вирусных частиц:
ледипасвир при ВГС
VI. Препараты, нарушающие выход вируса из
зараженной клетки:
ингибиторы нейраминидазы вируса гриппа
– озельтамивир и занамивир

69.

Химиотерапевтические
противовирусные
препараты
VII. Препараты, стимулирующие
противовирусный иммунитет:
индукторы интерферона (кагоцел, ларифан,
амиксин, циклоферон, полудан)
арбидол, арпетол
Во многих случаях наиболее эффективна
комбинированная терапия

70.

Бактериофаги
- вирусы бактерий, способные специфически
проникать в бактериальные клетки, репродуцироваться и вызывать их лизис .
История
открытия
бактериофагов связана с
именем
канадского
исследователя Ф. Д’Эрелля
(1917)
Фаги
различаются
по
форме,
структурной
организации,
типу
нуклеиновой кислоты и
характеру взаимодействия
с микробной клеткой.
Фаги состоят из двух
основных
химических
компонентов – нуклеиновой
кислоты (ДНК или РНК) и
белка.

71.

Бактериофаги
По механизму взаимодействия с клеткой выделяют:
Вирулентные (реплицируются в клетке, вызывая её
гибель);
Умеренные (взаимодействуют с клеткой по
интегративному типу). Могут быть дефектными, т.е., не
способны давать фаговое потомство.
По специфичности действия различают:
поливалентные фаги, способные взаимодействовать с
родственными видами бактерий,
моновалентные фаги, взаимодействующие с
бактериями определенного вида,
типовые фаги, взаимодействующие с отдельными
вариантами (типами) данного вида бактерий.

72.

Применение фагов
Фаги используют в диагностике инфекционных болезней с
помощью
известных
(диагностических)
фагов
проводят
идентификацию выделенных культур микроорганизмов. В силу
высокой специфичности фагов можно определить вид возбудителя
или варианты (типы) внутри вида. Фаготипирование имеет большое
эпидемиологическое значение, т.к. позволяет установить источник
и пути распространения инфекции;
с помощью тест-культуры можно определить неизвестный фаг в
исследуемом материале, что указывает на присутствие в нем
соответствующих возбудителей.
Фаги применяют для лечения и профилактики инфекционных
болезней.
Производят
брюшнотифозный,
дизентерийный,
синегнойный,
стафилококковый
фаги
и
комбинированные
препараты. Способы введения в организм: местно, энтерально или
парентерально.
Умеренные фаги используют в генетической инженерии и
биотехнологии в качестве векторов для получения рекомбинантных
ДНК.

73.

Благодарю за
внимание!