Шпаргалка по «Вирусологии»

1.Предмет и задачи вирусологии. Этапы развития вирусологии. Вирусология - наука изучающая природу и происхождение вирусов, заболевания ими вызываемые. Общая вирусология изучает природу и происхождение вирусов, строение и химический состав, устойчивость к физико-химическим факторам, ее предметом является также взаимодействие вируса и клетки, генетику вирусов, особенности формирования иммунитета против вирусов, общих принципов диагностики и профилактики. Задачами современной вирусологии является исследование физиологии вирусов, а также их генетики и эволюции. В истории развития вирусологии можно выделить два примерно одинаковых по продолжительности периода. Первый начался с исследований Д. И. Ивановского и завершился установлением вирусной этиологии издавна известных заболеваний человека, животных, растений, открытием бактериофагов и распространением их в природе. При этом материалами исследований являлись органы и ткани, их фильтраты, секреты и экскреты животных и людей, пищевые и кормовые экстракты, вода и прочие факторы передачи вирусных инфекций. Успех решения поставленных задач в разные годы начального периода, естественно, определялся экспериментальными моделями. Так, вначале вирусологические исследования проводились на белых мышах, крысах, кроликах и хомяках. Вскоре, однако, начались поиски других, более восприимчивых к вирусам лабораторных животных и работы по выведению специальных линий, устойчивых к бактериям и высокочувствительных к вирусам, подобных свисским мышам, полученным в Рокфеллеровском институте. Переломными в бурном развитии вирусологии явились 1940 год, когда Э. Гудпасчур предложил для выделения из материалов вирусов использовать куриные эмбрионы, и особенно 1949 год, в котором Дж. Эндерс, Ф. Роббинс, Т. Уэллер завершили исследование по созданию однослойных культур клеток, за что 5 лет спустя были удостоены Нобелевской премии. Второй, более высокий по уровню период развития вирусологии стал возможным после того, как М. Бориес и Н. Руск сконструировали электронный микроскоп, усовершенствование которого позволило в 50-60 гг. детально изучить тонкую структуру вирусов, процессы их репликации и сборки вирусных частиц в клетках. Завершился он величайшим открытием, которое сделали в 1970 г. лауреаты Нобелевской премии X. М. Темин и Д. Балтимор, выделив из ретровирусов обратную транскрипгазу, что положило начало становлению генной инженерии, получению биологически активных веществ и новых рас растений, рекомбинантных вакцин будущего для профилактической медицины и пр.

2. Основные свойства вирусов. 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. 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. Размеры их составляют тысячные доли микрона и весьма варьируют у разных вирусов: у мельчайших (ящур, полиомиелит) — около 10-25 нм, у средних (грипп, парагрипп и др.) — 100-120 нм, у крупных (оспа, орнитоз, трахома) - превышают 200 нм. Благодаря ничтожности размеров вирусы проходят через все мелкопористые бактериальные фильтры. Массу вирусов измеряют в дальтонах: 1 дальтон (Да) — это масса 1 атома водорода, которая равна 1,67*10 в -24 г. Размер виру сов измеряется в нанометрах (им): 1 нм = 10 в -3 мкм; 1 нм = 10 ангстремам (Е). 2. Вирусы имеют корпускулярную структуру и определенную для каждого вида морфологию, являясь неклеточной формой жизни. Вирусы имеют следующие основные морфологические (внешнее строение, вид) формы: палочковидная (длина до 250-300 им, ширина 15 нм — вирусы мозаичной болезни табака, картофеля и др.); сферическая, или шарообразная (размеры до 150 нм вирусы гриппа, паротита, кори, лейкозов кур и мышей, папиллома кроли ков, арбовирусы и др.); кубоидальная (у наиболее крупных — вирусы оспы, эктромелии мышей и др.); головчатая, или сперматозоидная (вирусы бакгерий); нитевидная (на некоторых стадиях развития гриппа). 3. Основные компоненты вирусов — нуклеиновая кислота и белки. Следует отметить, что обнаружены возбудители, так называемые прионы, состоящие только из белка. 4. Вирусы содержат лишь одну из нуклеиновых кислот: ДНК или РНК — рибонуклеиновую. В отличие от них в состав других организмов входят обе нуклеиновые кислоты. Соответственно этому вирусы подразделяют на ДНК-содержащие и РНК-содержащие; вирусы растений содержат только РНК. 5. Вирусы — строгие (облигатные) внутриклеточные паразиты. Во внешней среде (вне клетки хозяина) совершенно инертны, т. е. не имеют самостоятельного, или автономного, обмена веществ. Последний связан с метаболизмом клетки-хозяина. Если в клетках прекращаются процессы метаболизма, то вирусы быстро погибают, так как могут размножаться, только находясь в сложной среде, создаваемой живой клеткой. Активность у вирусов внутри клетки-хозяина доказана в исследованиях с применением радиоактивного фосфора. Оказалось, что вирусы при синтезе своих компонентов усваивают этот изотоп на столько же, на сколько и клетка-хозяин. Причем синтез основных компонентов вируса происходит не за счет белков клетки-хозяина, а из более простых соединений — аминокислот. У вирусов отсутствует способность к росту и бинарному (простому поперечному) делению. Их репродукция происходит только в живых клетках и никогда на искусственных питательных средах. Таким образом, у вирусов отсутствует собственная система энергообеспечения. Все это определяет их облигатный паразитизм на генетическом уровне. 6. Вирусы отличаются биологическими и генетическими особенностями механизмов репродукции. Они не имеют собственных белоксинтезирующих систем, а используют «внаем» соответствующие системы клетки. Биосинтез структурных компонентов виру сов происходит дизъюнктивно (разобщенно во времени и пространстве). 7. Многие вирусы растений обладают свойством кристаллизоваться. Кристаллы вируса табачной мозаики в клетках растений наблюдал еще д. И. Ивановский. В 1935 г. Стэнли впервые изолировал и кристаллизовал вирус табачной мозаики ин витро — вне организма; в 1955 г. получены кристаллы вируса полиомиелита. Вирусные частицы, сгруппированные в кристаллы, сохраняют инфекционность. Кристаллизация представляет следствие межмолекулярных сил, действующих между чрезвычайно малыми и весьма однородными частицами независимо от живой и мертвой их природы. Кристаллы вирусов являются не истинными, а представляют собой паракристаллы, у которых составляющие их частицы расположены относительно друг к другу не в трех, а в двух измерениях. Однако вирусы кристаллизуются только в зрелом, покоящемся состоянии, т. е. когда они прекратили активную деятельность в клетках. Вирусы, находящиеся в процессе активной репродукции, кристаллов не образуют. 8. Вирусы обладают наследственностью и изменчивостью, как и все 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.

3.Структура и химический состав  вирусов. 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. С помощью электронной микроскопии определены не только общая структура вирусов, но и расположение в их оболочке капсо-меров. 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 тип 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. Спиральный тип симметрии, как правило, у вирусов крупных размеров. Характерной особенностью вирусов со спиральной симметрией являются не только их сравнительно большие размеры, но и полиморфизм. Капсиды их состоят из капсомеров, уложенных в виде спирали. У вирусов сферической формы спираль укладывается витками с разным диаметром таким образом, что формируется шарообразная оболочка, напоминающая клубок свернутого канатика. С поверхности эти структуры покрыты второй оболочкой (пегаюсом), содержащей липиды и выступы (ворсинки) антигенной природы. Под спиралеобразной сферической оболочкой таких вирусов располагается нуклеиновая кислота. У вирусов палочковидной, пудевидной или нитевидной структуры капсид состоит из капсомеров, уложенных спиральными витками одинакового диаметра. Совокупность этих витков, тесно прилегающих друг к другу, образует формы, подобные трубочкам. Такая структура хорошо выражена и изучена у возбудителей чумы плотоядных и везикулярного стоматита крупного рогатого скота. Нуклеиновая кислота у этих вирусов имеет спиральную форму и упакована в середине спирально располагающихся капсомеров. Вирусы, обладающие кубической симметрией, иначе называют сферическими, так как их полиэдрические вирионы кажутся шаровидными, хотя фактически имеют форму многогранников. Вирионы с кубической симметрией могут быть построены в виде тетраэдра, октаэдра или икосаэдра, причем последний тип наиболее распространенный. Икосаэдр — это правильный многогранник, имеющий 20 граней, 12 вершин и 30 ребер. Капсид защищает центральную часть вириона, в которой расположена нуклеиновая кислота. По этому принципу построены вирусы группы герпеса, имеющие наружную суперкапсидную оболочку, аденовирусы, пикорнавирусы (возбудители полиомиелита, ящура и др.).

4. Классификация вирусов. Более 100 лет назад были открыты первые вирусы растений ( табач.мозаики,1897г) и жив-ых(вир.ящура,1897г). В последующие 50 лет обнаружили более 40 вирусов, поражающих ч-ка, ж-х, насекомых, растения и бактерии. В связи с этим возникла необходимость в объединении вирусов со сходными признаками в систематические группы. Критерии  классификации в м/биологии, оказались неприемлемыми для классификации вирусов. Поэтому был образован Подкомитет по номенклатуре вирусов, к-ый рекомендовал классифицировать их, опираясь не на тканевой тропизм, патологию и симптоматологию вызываемых ими инфекций, как это было ренее, а на фундаментальные свойства вирусных частиц. Классификация направлена на подразделение биологических объектов таким образом, чтобы наиболее четко выявить сходство и различие между ними.  По своим основным свойствам вирусы отличаются от др. м/орг-ов. Вирусы по современной классификации выделены в самостоятельную группу – царство или тип vira. Современная классификация является универсальной для всех вирусов позвоночных, беспозвоночных, растений и простейших. Она опирается на фундаментальные свойства вирионов , из  которых ведущими служат признаки, характеризующие нуклеиновую кислоту, морфологию и антигенные свойства. Классификация вмрусов предусматривает следующие таксономические группы: вид, род, семейство, класс, отряд, тип.

5. Генетика вирусов. Генетика микроорганизмов, в т.ч. и вирусов, представляет один из разделов общей генетики, в котором объектом исследований служат бактерии, актиномицеты, вирусы и др. Установлено, что материальной основой наследственности, определяющей ген.свойства всех организмов, в .т.ч. бактерий и вирусов, служит ДНК. У РНК-содержащих вирусов генетическая информация записана в РНК. В результате физико-химических исследований выяснены структура ДНК и молекулярные механизмы ее функционирования. Генетический функции ДНК определяют следующие основные компоненты:

1. Азотистое  основание А,Т,Г,Ц

2. Углевод  – дезоксирибоза

3. Фосфорная  кислота

4. 5-метилцетазин, т.н. минорное основание

ДНК, содержащая ген.информацию, локализована в ядре. Гены должны обладать способностью сохранения наследственной информации в потомстве, т.е. ДНК, передающаяся разделившимся клеткам, должна сохранить структуру, свойственная родительской клетке. Этот процесс обеспечивается  разделением двухспиральной молекулы ДНК на две молекулы, каждая их которых содержит материнскую и вновь образованную нить. Вирусы позвоночных обладают двумя основными свойствами – наследственностью и изменчивостью. Изучением этих явлений занимается генетика вирусов. По химической природе генетического материала вирусы подразделяют на две большие группы: РНК и ДНК-геномные. Совокупность всех генов, которые имеются у вируса, в вирусологии называют генофондом вирусной популяции. Генотип – это постоянное свойство вируса, которое меняется только в результате мутации. Мутационные изменения в геноме вируса ведут к изменению его генотипа.  Фенотип – это совокупность всех внешних и внутренних признаков, а также функции данного вируса. Изменчивость – это разнообразие признаков и свойств, которое присуще всем живым организмам и  в т.ч. и вирусам.

6. Особенности репродукции ДНК-содержащих  вирусов. У ДНК-содержащих вирусов на матрице ДНК-вируса в ядре вначале синтезируется информационная РНК, которая вызывает синтез ранних белков. Эти белки, с одной стороны, подавляют синтез клеточной ДНК, а с другой — приводят к синтезу вирусной ДНК-полимеразы (фермента), с помощью которой происходит репликация (репродукция вирусных дочерних ДНК). Позднее синтезируется информационная РНК (иРНК), которая несет информацию от вирусной ДНК для синтеза структурных вирусных белков. Причем синтез их происходит на клеточных рибосомах за счет клеточных аминокислот. Вновь синтезированные дочерние РНК-вирусы выполняют функцию информационной РНК и вызывают образование вирусных белков, необходимых для формирования зрелых вирионов. Таким образом, в вирусной РНК у РНК-содержащих вирусов объединены генетическая и информационная функции, т. е. она сама же осуществляет функцию информационной РНК. Формирование зрелых вирионов происходит на внутренней стороне цитоплазматической мембраны клетки путем композиции основных вирусных компонентов. В основе формирования вирионов лежит процесс самосборки, который заключается в высокоспецифическом взаимодействии белковых и нуклеиновых молекул. Специфический характер взаимодействия выражается в способности молекул вирусных нуклеиновых кислот и вирусных структурных белков узнавать друг друга. В результате этого происходит полимеризация белковых молекул (капсомеров) вокруг молекулы вирусной нуклеиновой кислоты. Наряду с этим протекают и более сложные процессы, связанные с участием клеточных структур: включение в вирионы белковых, углеводных и липид-ных компонентов клетки-хозяина и формирование внешних оболочек вокруг «голых частиц» вируса. Скорость репродукции у разных групп и видов вирусов различна. РНК-содержащие вирусы размножаются быстрее, чем ДНК-содержащие. Весь цикл репродукции у РНК-вирусов составляет 4...8 ч, а у ДНК-вирусов — 12...24 ч. Число зрелых вирионов, сформированных в одной клетке, зависит от вида вирусов и колеблется от 10 до 1000 (10 000) и более. Например, у вирусов ящура и полиомиелита их на одну клетку приходится 10 000... 100 000, а у вируса классической чумы птиц — 3000...10 000. Созревшие новые вирионы покидают клетку двумя способами, что зависит от вида и сложности строения вируса. При первом (взрывном или литическом) способе все потомство вируса покидает клетку почти одновременно вследствие взрыва (разрушения) клеточной стенки, что характерно для вирусов с одной оболочкой (полиомиелита, мелких РНК-вирусов). При втором способе вирионы из клетки выходят постепенно и относительно длительно (2...6 ч), по мере созревания их на цитоплазматической мембране, что характерно для вирусов, имеющих вторую оболочку (миксо-, арбовирусы). Выделение таких вирионов из клетки сопровождается ферментативным разрушением клеточной стенки. При формировании вирионов под влиянием некоторых условий образуются так называемые неполные, или неполноценные, вирусы. По сравнению с полным, инфекционным вирионом у них более низкая инфекционная и ферментативная активность. Неполный вирион формируется в результате следующих причин: высокая множественность инфекции; действие интерферона на синтез вирусной ДНК или РНК; разная степень восприимчивости клеток к вирусу и др. Эти нарушения могут происходить как при укладке капсомеров вокруг молекул нуклеиновой кислоты, так и на более поздней стадии — при образовании внешней оболочки. Репродукция в клетках всегда сопровождается более или менее выраженными цитопатическими действиями или эффектами, чаще всего завершающимися гибелью клеток. Сюда относятся нарушение метаболизма клетки и истощение ресурсов, затраченных на репродукцию вирусных частиц; изменения основных компонентов клетки в процессе синтеза, созревания и выхода вириона из клетки и др. Возможные исходы процессов взаимодействия различных вирусов и клеток можно разделить на пять типов. 1 Дегенерация (дистрофия) клеток, приводящая к их гибели (ЦПД, ЦПЭ). 2.  Образование симпластов и синцитиев, представляющих собой гигантские многоядерные скопления клеточного вещества. 3.  Трансформация клеток при действии вирусов, обладающих онкогенной активностью. Эти вирусы в культуре клеток вызывают образование очагов беспорядочного трехмерного роста, поэтому такое действие вирусов еще называют пролиферативной инфекцией. 4.  Образование внутриклеточных включений. Они чаще всего представляют собой сочетания вирусных частиц с продуктами реакции клетки (тельца Бабеша—Негри при бешенстве). 5.  Латентная (скрытая) инфекция клеток — своеобразное состояние равновесия между вирусом и клеткой, когда инфекция не проявляется какими-либо признаками. При этом наблюдается незначительная продукция вируса без повреждения клеток

7. Особенности репродукции РНК-содержащих вирусов. Репликативная форма РНК состоит из родительской и вновь образованной нити РНК, которые, объединяясь, формируют од-ноцепочечную репликативную форму РНК. Она состоит из фермента РНК-полимеразы, полисом и репликативной формы РНК. Процесс синтеза компонентов РНК-вирусов происходит в следующей последовательности: на матрице РНК-вируса вначале образуются полирибосомы, на которых синтезируются ранние белки, вызывающие подавление клеточного метаболизма, и РНК-полимеразы. Затем в цитоплазме (мелкие вирусы) или в ядре (вирусы гриппа) при участии РНК-полимеразы в репликативном комплексе осуществляется синтез репликативной формы двухце-почечной вирусной РНК Вновь синтезированные дочерние РНК-вирусы выполняют функцию информационной РНК и вызывают образование вирусных белков, необходимых для формирования зрелых вирионов. Таким образом, в вирусной РНК у РНК-содержащих вирусов объединены генетическая и информационная функции, т. е. она сама же осуществляет функцию информационной РНК. Формирование зрелых вирионов происходит на внутренней стороне цитоплазматической мембраны клетки путем композиции основных вирусных компонентов. В основе формирования вирионов лежит процесс самосборки, который заключается в высокоспецифическом взаимодействии белковых и нуклеиновых молекул. Специфический характер взаимодействия выражается в способности молекул вирусных нуклеиновых кислот и вирусных структурных белков узнавать друг друга. В результате этого происходит полимеризация белковых молекул (капсомеров) вокруг молекулы вирусной нуклеиновой кислоты. Наряду с этим протекают и более сложные процессы, связанные с участием клеточных структур: включение в вирионы белковых, углеводных и липид-ных компонентов клетки-хозяина и формирование внешних оболочек вокруг «голых частиц» вируса. Скорость репродукции у разных групп и видов вирусов различна. РНК-содержащие вирусы размножаются быстрее, чем ДНК-содержащие. Весь цикл репродукции у РНК-вирусов составляет 4...8 ч, а у ДНК-вирусов — 12...24 ч. Число зрелых вирионов, сформированных в одной клетке, зависит от вида вирусов и колеблется от 10 до 1000 (10 000) и более. Например, у вирусов ящура и полиомиелита их на одну клетку приходится 10 000... 100 000, а у вируса классической чумы птиц — 3000...10 000. Созревшие новые вирионы покидают клетку двумя способами, что зависит от вида и сложности строения вируса. При первом (взрывном или литическом) способе все потомство вируса покидает клетку почти одновременно вследствие взрыва (разрушения) клеточной стенки, что характерно для вирусов с одной оболочкой (полиомиелита, мелких РНК-вирусов). При втором способе вирионы из клетки выходят постепенно и относительно длительно (2...6 ч), по мере созревания их на цитоплазматической мембране, что характерно для вирусов, имеющих вторую оболочку (миксо-, арбовирусы). Выделение таких вирионов из клетки сопровождается ферментативным разрушением клеточной стенки. При формировании вирионов под влиянием некоторых условий образуются так называемые неполные, или неполноценные, вирусы. По сравнению с полным, инфекционным вирионом у них более низкая инфекционная и ферментативная активность. Неполный вирион формируется в результате следующих причин: высокая множественность инфекции; действие интерферона на синтез вирусной ДНК или РНК; разная степень восприимчивости клеток к вирусу и др. Эти нарушения могут происходить как при укладке капсомеров вокруг молекул нуклеиновой кислоты, так и на более поздней стадии — при образовании внешней оболочки. Репродукция в клетках всегда сопровождается более или менее выраженными цитопатическими действиями или эффектами, чаще всего завершающимися гибелью клеток. Сюда относятся нарушение метаболизма клетки и истощение ресурсов, затраченных на репродукцию вирусных частиц; изменения основных компонентов клетки в процессе синтеза, созревания и выхода вириона из клетки и др. Возможные исходы процессов взаимодействия различных вирусов и клеток можно разделить на пять типов. 1 Дегенерация (дистрофия) клеток, приводящая к их гибели (ЦПД, ЦПЭ). 2.  Образование симпластов и синцитиев, представляющих собой гигантские многоядерные скопления клеточного вещества. 3.  Трансформация клеток при действии вирусов, обладающих онкогенной активностью. Эти вирусы в культуре клеток вызывают образование очагов беспорядочного трехмерного роста, поэтому такое действие вирусов еще называют пролиферативной инфекцией. 4.  Образование внутриклеточных включений. Они чаще всего представляют собой сочетания вирусных частиц с продуктами реакции клетки (тельца Бабеша—Негри при бешенстве). 5.  Латентная (скрытая) инфекция клеток — своеобразное состояние равновесия между вирусом и клеткой, когда инфекция не проявляется какими-либо признаками. При этом наблюдается незначительная продукция вируса без повреждения клеток.