Общая вирусология. Бактериофаги

1. Общая вирусология. Бактериофаги

2. План лекции

1. Морфология вирусов. Особенности
классификации.
2. Взаимодействие вируса с клеткой:
продуктивный тип и интегративный тип
3. Культивирование и индикация вирусов
4. Бактериофаги

3. Морфология вирусов, особенности классификации

• Наука о вирусах (син. вирусные частицы,
вирионы, вироспоры).
• «Вирус» – яд (с лат.)
• Вирусы относятся к царству Vira.

4. История открытия вирусов

Санкт-Петербургский императорский
университет
Дмитрий Иосифович
Ивановский

5. Главные отличия вирусов от других микроорганизмов

• неклеточное строение
• отсутствие транскрипционно-трансляционного
комплекса
• у вирусов нет органелл, ответственных за
получение энергии
• всегда только один тип нуклеиновой кислоты:
РНК или ДНК.
• неинтегральный способ репродукции

6. Вирусы существуют в 2 формах

• Вирион – это внеклеточная покоящаяся
инфекционная форма;
• Вирус – это внутриклеточная
репродукционная форма.

7. Размеры вирусов

• Находятся за пределами разрешающей
способности светового микроскопа
• Световые лучи огибают эти мелкие частицы, т.к.
разрешающая способность светового
микроскопа 0,2 мкм.

8. сем. Picornaviridae род Aphthovirus

Один из мелких вирусов - вирус ящура Ø ~ 27 нм

9. сем. Poxviridae Самый крупный – вирус натуральной оспы Ø 300-450нм

10. Разнообразная форма вирусов

11. Разнообразная форма вирусов

ШАРОВИДНАЯ форма вирусов полиомиелита и ВИЧ
Форма сперматозоида бактериофагов

12. Способы хранения генетической информации

1. 2Н ДНК (сем.Adenoviridae)
2. 1Н ДНК (сем. Parvoviridae)
3. 2Н РНК (сем. Reoviridae)
4. 1Н +РНК (sense РНК) (сем. Picornaviridae,
Retroviridae).
5. 1Н –РНК (antisense РНК) (сем. Orthomyxoviridae
род Influenzаvirus)
6. Двусмысловая + и -РНК (ambisense РНК)

13. Структура вирусов

14. Структура вирусов

• Целым вирус бывает только в покоящемся
состоянии.
• Вирус состоит из: белковой оболочки – капсида.
• Капсид образован белками – капсомерами.
• Внутри капсида находится НК.
• белковый капсид + НК = нуклеокапсид.

15. Структура вирусов

16. Форма белкового капсида определяет форму симметрии

• 1. икосаэдрическая симметрия (12 вершин, 20
граней, 30 ребер).
• голые – только капсид (например:
• сем. Picornaviridae)
• одетые – окружены мембраной
• сем. Retroviridae.
• 2. спиральная симметрия –
• сем. Filaviridae.
• 3. несимметричные (р. Lyssovirus – вирус
бешенства)

17. Капсомеры

• Спиральный тип симметрии: капсомеры
располагаются по спирали. Такие вирусы
крупные, полиморфны. Имеют палочковидную и
пулевидную форму.

18.

• Кубический тип симметрии: капсомеры образуют
многогранник,
ограниченный
определенным
количеством равносторонних треугольников. Могут
быть в виде тетраэдра (4), октаэдра (8), икосаэдра
(20). Такие вирусы имеют сферическую форму.
1.Капсомеры
2.Нуклеиновая
кислота

19. Строение вирусов

• Капсид и суперкапсид защищают вирионы от
влияния окружающей среды, обусловливают
избирательное взаимодействие (адсорбцию) с
клетками,
определяют
антигенные
и
иммуногенные свойства вирионов.
Вирус ВИЧ

20. Систематика вирусов

Царство вирусов разделено на семейства.
Названия сем. заканчиваются на: – viridae
сем. Picornaviridae
сем. Rhabdoviridae
Для вирусов человека и животных внутри
семейства существует деление на рода.
Родовое название заканчивается: – virus
род Influenzаvirus – вирус гриппа
род Aphthovirus – вирус ящура

21. В основу классификации вирусов положены следующие категории:

• тип нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК), ее
структура, количество нитей (одна или две),
• особенности воспроизводства вирусного генома;
• размер и морфология вирионов, количество
капсомеров и тип симметрии;
• наличие суперкапсида;
• чувствительность к эфиру и дезоксихолату;
• место размножения в клетке;
• антигенные свойства и др.

22. Классификация вирусов

• Вирусы приспособлены к существованию в
любых живых организмах.
• Их обнаружили у
• Прокариот (археев и бактерий)
• Растений, водорослей, грибов
• Животных и человека
• Вирусы взаимодействуют с живыми
организмами на разных уровнях:
– Клетка
– Орган
– Организм
– Популяция

23. Взаимодействие вирионов с клеткой

• продуктивный
тип,
завершающийся
образованием вирусного потомства;
• абортивный
тип,
не
завершающийся
образованием
новых
вирусных
частиц,
поскольку инфекционный процесс прерывается
на одном из этапов;
• интегративный
тип,
или
вирогения,
характеризующийся встраиванием вирусной
ДНК в хромосому клетки-хозяина.

24. Этапы продуктивного типа взаимодействия

1.адсорбция вируса на
клетке;
2. проникновение вируса
в клетку; 3.«раздевание»
вируса;
4. биосинтез вирусных
компонентов в клетке;
5. формирование
вирусов;
6. выход вирусов из
клетки

25. Адсорбция

Это специф. процесс. Вирус адсорбируется на определенных
участках клеточной мембраны – рецепторах. Клеточные
рецепторы могут иметь разную химическую природу белки, углеводные компоненты белков и липидов,
липиды. Число специф.рецепторов на поверхности 1
клетки колеблется
до 105. Т.о. на клетке могут
адсорбироваться сотни вирусных частиц. Поверхностные
структуры вируса, «узнающие» специфические клеточные
рецепторы и взаимодействующие с ними, называются
прикрепительными белками. Обычно эту функцию
выполняет один из поверхностных белков капсида или
суперкапсида. Соответствие клеточных рецепторов
вирусным прикрепительным белкам имеет значение для
возникновения инфекционного процесса в клетке.
Способность вирусов избирательно поражать определенные
клетки органов и тканей организма называют тропизмом.

26. Проникновение вируса в клетку

Существует 2 способа проникновения вирусов
в клетку: виропексис и слияние вирусной
оболочки с клеточной мембраной. При
виропексисе происходят «впячивание» участка
клеточной
мембраны
и
образование
внутриклеточной вакуоли, которая содержит
вирусную частицу. Вакуоль с вирусом может
транспортироваться в любом направлении в
разные участки цитоплазмы или ядро клетки.
Процесс слияния осуществляется одним из
поверхностных вирусных белков капсидной или
суперкапсидной оболочки.

27. Раздевание

• Заключается в удалении защитных вирусных
оболочек
и
освобождении
внутреннего
компонента
вируса,
способного
вызвать
инфекционный процесс. Происходит постепенно,
в несколько этапов, в определенных участках
цитоплазмы или ядра клетки, для чего клетка
использует набор специальных ферментов. В
случае проникновения вируса путем слияния
вирусной оболочки с клеточной мембраной
процесс проникновения вируса в клетку
сочетается с первым этапом его «раздевания».
Конечными продуктами «раздевания» являются
сердцевина, нуклеокапсид или НК вируса.

28. Биосинтез компонентов вируса

Проникшая в клетку вирусная НК несет генетическую
информацию, которая конкурирует с генетической
информацией клетки. Она дезорганизует работу клетки,
подавляет собственный метаболизм и заставляет ее
синтезировать новые вирусные белки и НК, идущие на
построение вирусного потомства.
Реализация генетической информации вируса
осуществляется
в
соответствии
с
процессами
транскрипции, т.е. синтез иРНК, комплементарных
матричным ДНК или РНК), трансляции (т. е. синтез белков
на рибосомах клетки с участием иРНК) и репликации (т. е.
синтез молекул НК, гомологичных геному). Так как
генетический аппарат вирусов разнообразен, передача
наследственной информации в отношении синтеза иРНК
различна.

29. Основные схемы реализации вирусной генетической информации могут быть представлены следующим образом

1.для ДНК-содержащих вирусов: ДНК вируса->иРНК>белок вируса;
2.для РНК-содержащих минус-нитевых вирусов: РНК
вируса->иРНК-белок вируса;
3.для РНК-содержащих плюс-нитевых вирусов: РНК
вируса->белок вируса;
4.для РНК-содержащих ретровирусов: РНК вируса комплементарная ДНК->иРНК->белок вируса.
Вирусная НК кодирует синтез двух классов белков:
неструктурных белков-ферментов, которые обслуживают процесс
репродукции вирусов на разных его этапах, и структурных белков,
которые войдут в состав вирусных частиц потомства. Синтез
компонентов вируса (белков и нуклеиновых кислот) разобщен во
времени и пространстве, т. е. протекает в разных структурах ядра и
цитоплазмы клетки. Поэтому этот способ размножения вирусов
называется дисъюнктивным.

30. Сборка вирусов

Синтезированные вирусные НК и белки обладают
способностью «узнавать» друг друга и самопроизвольно
соединяются в результате гидрофобных, солевых и водородных
связей.
Существуют принципы сборки вирусов, имеющих разную
структуру:
1.формирование вирусов является ступенчатым процессом с
образованием промежуточных форм;
2.сборка
просто
устроенных
вирусов
заключается
во
взаимодействии молекул вирусных НК с капсидными белками и
образовании нуклеокапсидов (например, вирусы полиомиелита).
У сложно устроенных вирусов сначала формируются
нуклеокапсиды,
с
которыми
взаимодействуют
белки
суперкапсидных оболочек (например, вирусы гриппа);
3.формирование
вирусов происходит
на
ядерных
или
цитоплазматических мембранах клетки;
4.сложные вирусы в процессе сборки включают в свой состав
компоненты клетки-хозяина (липиды, углеводы).

31. Выход вирусов из клетки

Различают 2 типа выхода вирусного потомства из клетки. 1
тип – взрывной – характеризуется одновременным выходом
большого количества вирусов. При этом клетка быстро
погибает. Такой способ выхода характерен для простых
вирусов. 2 тип – почкование. Он присущ сложным вирусам . На
заключительном этапе сборки нуклеокапсиды сложных
вирусов
фиксируются
на
клеточной
мембране,
модифицированной вирусными белками, и постепенно
выпячивают ее. В результате образуется «почка», содержащая
нуклеокапсид. Затем «почка» отделяется от клеткиТ.о. внешняя
оболочка этих вирусов формируется в процессе их выхода из
клетки. При таком механизме клетка может продолжительное
время продуцировать вирус, сохраняя в той или иной мере
свои основные функции. Время, необходимое для
осуществления полного цикла репродукции вирусов,
варьирует от 5-6 ч (вирусы гриппа, натуральной оспы и др.) до
нескольких суток (вирусы кори, аденовирусы и др.).
Образовавшиеся вирусы способны инфицировать новые
клетки и проходить в них указанный выше цикл репродукции.

32. Вирогения

Вирогения - встраивание НК вируса в хромосому клетки. Вирусный геном
реплицируется и функционирует как составная часть клеточного генома.
Интеграция вирусного генетического материала с ДНК клетки характерна для
опред. групп вирусов: бактериофагов, онковирусов, нек. инфекц.вирусов
(вирус гепатита В, аденовирус, ВИЧ). Для интеграции с хромосомой клетки
необходима кольцевая форма 2Н вирусной ДНК. У ДНК-содержащих вирусов
(вирус гепатита В) их ДНК обладает свойством встраиваться в геном клетки
при участии ферментов. У нек. РНК-содержащих вирусов (ВИЧ, онкогенные
вирусы) процесс интеграции более сложный и является обязательным в
цикле их репродукции. У этих вирусов сначала на матрице РНК с помощью
вирусспецифического фермента обратной транскриптазы (ревертазы)
синтезируется ДНК-копия (кДНК), которая затем встраивается в ДНК клетки.
ДНК вируса, находящаяся в составе хромосомы клетки, называется ДНКпровирусом. При делении клетки, сохраняющей свои нормальные функции,
ДНК-провирус переходит в геном дочерних клеток, т.е. состояние вирогении
наследуется.
ДНК-провирус
несет
дополнительную
генетическую
информацию, в результате чего клетки приобретают новые свойства. Так,
интеграция может явиться причиной возникновения ряда аутоиммунных и
хронических заболеваний, опухолей. Под воздействием физ. и хим.факторов
ДНК-провирус может исключаться из клеточной хромосомы и переходить в
автономное состояние, что ведет к репродукции вируса.

33. Культивирование и индикация вирусов

34. Культивирование и индикация вирусов

35. Культивирование и индикация вирусов

36. Классификация культур клеток

1. По технике приготовления:
Однослойные, способные прикрепляться и размножаться на
поверхности стекла лабораторной посуды
Суспензированные , размножающиеся во всем объеме
питательной среды
Органные, представленные цельными кусочками органов,
сохраняющих структуру вне организма
• 2. По числу жизнеспособных генерации:
Первичные, способные размножаться в первых генерациях
Перевиваемые (стабильные), способные размножаться
неопределенно долго
Полуперевиваемые, с ограниченной жизнью 40-50
пассажами

37. Индикация вирусов

• 1. цитопатическое действие
• 2. образование в клетках
включений;
• 3. образование бляшек;
• 4. феномен гемадсорбции
• 5. «цветная» проба.

38. Бактериофаги - вирусы бактерий, способные специфически проникать в бактериальные клетки, репродуцироваться и вызывать их лизис.

История
бактериофагов
именем
исследователя
(1917)
открытия
связана
с
канадского
Ф. Д’Эрелля
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.

39. 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.

40. 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.