Virusi. Značilnosti strukture, distribucije. Bakteriofagi, struktura, značilnosti razmnoževanja. Značilnosti virusov

Virusi so najmanjši povzročitelji okužb. V prevodu iz latinščine virus pomeni "strup, strupen začetek". Vse do konca 19. stoletja. izraz "virus" je bil v medicini uporabljen za označevanje katerega koli povzročitelja okužbe, ki povzroča bolezen. Sodoben pomen ta beseda je dobila po letu 1892, ko je ruski botanik D.I. Ivanovsky ugotovil "filtrabilnost" povzročitelja bolezni tobačnega mozaika (tobačni mozaik). Pokazal je, da celični sok rastlin, okuženih s to boleznijo, prehaja skozi posebne filtre, ki ujamejo bakterije, ohranja sposobnost, da povzroči isto bolezen pri zdravih rastlinah. Pet let pozneje je nemški bakteriolog F. Loeffler odkril še eno filtrirno sredstvo – povzročitelja slinavke in parkljevke pri govedu. Leta 1898 je nizozemski botanik M. Beijerink te poskuse ponovil v razširjeni različici in potrdil zaključke Ivanovskega. Poimenoval je "filtrirano strupeno načelo", ki povzroča tobačni mozaik, "filtrirani virus". Ta izraz se uporablja že vrsto let in se je postopoma zmanjšal na eno besedo - "virus".

Leta 1901 je ameriški vojaški kirurg W. Reed in njegovi sodelavci ugotovili, da je povzročitelj rumene mrzlice tudi virus, ki ga je mogoče filtrirati. Rumena mrzlica je bila prva človeška bolezen, opredeljena kot virusna bolezen, vendar je trajalo še 26 let, da so dokončno dokazali njen virusni izvor.

Splošno sprejeto je, da so virusi nastali kot posledica izolacije (avtonomizacije) posameznih genetskih elementov celice, ki so poleg tega prejeli sposobnost prenosa iz organizma v organizem. V normalni celici obstajajo premiki več vrst genetskih struktur, na primer matriks ali informacija, RNA (mRNA), transpozoni, introni, plazmidi. Takšni mobilni elementi so lahko bili predhodniki ali predniki virusov.

Ali so virusi živi organizmi? Leta 1935 je ameriški biokemik W. Stanley izoliral virus tobačnega mozaika v kristalni obliki in s tem dokazal njegovo molekularno naravo. Rezultati so sprožili burne razprave o naravi virusov: ali so živi organizmi ali le aktivirane molekule? Dejansko se virusi znotraj okužene celice kažejo kot sestavni deli kompleksnejših živih sistemov, zunaj celice pa so metabolično inertni nukleoproteini. Virusi vsebujejo genetske informacije, vendar jih ne morejo samostojno realizirati, ne da bi imeli lasten mehanizem sinteze beljakovin. Ko so bile razjasnjene značilnosti strukture in razmnoževanja virusov, je vprašanje, ali so živi, ​​postopoma izgubilo svoj pomen.

Struktura virusov

Po strukturi popolna in nalezljiva, t.j. ki lahko povzroči okužbo, se virusni delec zunaj celice imenuje virion. Jedro ("jedro") viriona vsebuje eno molekulo, včasih pa dve ali več molekul nukleinske kisline. Proteinski ovoj, ki prekriva nukleinsko kislino viriona in jo ščiti pred škodljivimi učinki okolje se imenuje kapsid. Nukleinska kislina viriona je genetski material virusa (njegov genom) in je predstavljena z deoksiribonukleinsko kislino (DNK) ali ribonukleinsko kislino (RNA), vendar nikoli s tema dvema spojinama hkrati. (Klamidija, rikecije in vsi drugi »resnično živi« mikroorganizmi vsebujejo tako DNK kot RNA.) Nukleinske kisline najmanjših virusov vsebujejo tri ali štiri gene, medtem ko imajo največji virusi do sto genov.

Nekateri virusi imajo poleg kapside tudi zunanjo lupino, ki jo sestavljajo beljakovine in lipide. Nastane iz membran okužene celice, ki vsebuje vgrajene virusne beljakovine. Izraza "goli virioni" in "neobloženi virioni" se uporabljata zamenljivo. Kapsidi najmanjših in najpreprostejših virusov so lahko sestavljeni iz ene ali več vrst beljakovinskih molekul. Več molekul enakih ali različnih beljakovin je združenih v podenote, imenovane kapsomeri. Kapsomeri pa tvorijo pravilne geometrijske strukture virusne kapside. Pri različnih virusih je oblika kapside značilnost (značilnost) viriona.

Virioni s spiralno simetrijo, tako kot virusi tobačnega mozaika, imajo obliko podolgovatega cilindra; znotraj beljakovinskega ovoja, ki ga sestavljajo posamezne podenote - kapsomeri, je zvita vijačnica nukleinske kisline (RNA). Virioni z ikosaedričnim tipom simetrije (iz grščine. eikosi - dvajset, hedra - površina), kot pri poliovirusu, imajo sferično ali bolje rečeno poliedrsko obliko; njihove kapside so zgrajene iz 20 pravilnih trikotnih faset (površin) in izgledajo kot geodetska kupola.

Pri posameznih bakteriofagih (virusi bakterij; fagi) mešani tip simetrija. Pri t.i. »repi« fagi imajo glavo, ki je videti kot sferična kapsida; od njega odstopa dolg cevasti proces - "rep".

Obstajajo virusi s še bolj zapleteno strukturo. Virioni poksvirusa (poksvirusi) nimajo običajne, tipične kapside: imajo cevasto in membransko strukturo med jedrom in zunanjo lupino.

Replikacija virusa

Genetske informacije, kodirane v enem samem genu, lahko na splošno obravnavamo kot navodila za proizvodnjo določenega proteina v celici. Takšno navodilo celica zazna le, če je poslana v obliki mRNA. Zato morajo celice, katerih genetski material je DNK, te informacije »prepisati« (prepisati) v komplementarno kopijo mRNA. Virusi, ki vsebujejo DNK, se po načinu razmnoževanja razlikujejo od virusov, ki vsebujejo RNA.

DNK običajno obstaja v obliki dvoverižnih struktur: dve polinukleotidni verigi sta povezani z vodikovimi vezmi in zasukani tako, da nastane dvojna vijačnica. RNA, nasprotno, običajno obstaja kot enoverižne strukture. Vendar pa je genom nekaterih virusov enoverižna DNK ali dvoverižna RNA. Niti (verige) virusne nukleinske kisline, dvojne ali enojne, so lahko linearne ali zaprte v obroč.

Prva faza virusne replikacije je povezana s prodiranjem virusne nukleinske kisline v celico gostiteljskega organizma. Ta proces lahko olajšajo posebni encimi, ki so del kapside ali zunanje ovojnice viriona, lupina pa ostane zunaj celice ali pa jo virion izgubi takoj po prodiranju v celico. Virus najde celico, primerno za njegovo razmnoževanje, tako, da določene dele svoje kapside (ali zunanje lupine) dotakne s specifičnimi receptorji na površini celice na način »ključav s ključem«. Če na površini celice ni specifičnih ("prepoznavnih") receptorjev, potem celica ni občutljiva na virusno okužbo: virus vanjo ne prodre.

Da bi uresničili svoje genetske informacije, se virusna DNK, ki je vstopila v celico, s posebnimi encimi prepiše v mRNA. Nastala mRNA se preseli v celične »tovarne« sinteze beljakovin – ribosome, kjer celična »sporočila« zamenja z lastnimi »navodili« in se prevede (bere), kar povzroči sintezo virusnih beljakovin. Sama virusna DNK se večkrat podvoji (podvoji) s sodelovanjem drugega niza encimov, tako virusnih kot tistih, ki pripadajo celici.

Sintetizirana beljakovina, ki se uporablja za izgradnjo kapside, in virusna DNK, pomnožena v številnih kopijah, se združita v nove, "hčerinske" virione. Ustvarjeni virusni potomci zapustijo uporabljeno celico in okužijo nove: cikel razmnoževanja virusa se ponovi. Nekateri virusi med brstenjem s celične površine zajamejo del celične membrane, v katero so se virusni proteini »predhodno« integrirali, in tako pridobijo ovojnico. Kar zadeva gostiteljsko celico, se sčasoma izkaže, da je poškodovana ali celo popolnoma uničena.

Pri nekaterih virusih, ki vsebujejo DNK, sam cikel razmnoževanja v celici ni povezan s takojšnjo replikacijo virusne DNK; namesto tega se virusna DNK vstavi (integrira) v DNK gostiteljske celice. Na tej stopnji virus kot ena sama strukturna enota izgine: njegov genom postane del celičnega genetskega aparata in se med celično delitvijo celo razmnožuje kot del celične DNK. Vendar pa se lahko kasneje, včasih po več letih, virus ponovno pojavi – sproži se mehanizem za sintezo virusnih beljakovin, ki v kombinaciji z virusno DNK tvorijo nove virione.

Pri nekaterih virusih RNA lahko genom (RNA) neposredno deluje kot mRNA. Vendar je ta lastnost značilna samo za viruse z verigo "+" RNA (tj. z RNA s pozitivno polarnostjo). Pri virusih z verigo "" RNA mora slednja najprej "prepisati" v verigo "+"; šele po tem se začne sinteza virusnih beljakovin in pride do razmnoževanja virusa.

Tako imenovani retrovirusi vsebujejo RNA kot genom in imajo nenavaden način transkripcije genetskega materiala: namesto da bi DNK prepisali v RNA, kot se dogaja v celici in je značilno za viruse, ki vsebujejo DNK, se njihova RNA prepisuje v DNK. Dvoverižna DNK virusa se nato integrira v kromosomsko DNK celice. Na matriksu takšne virusne DNK se sintetizira nova virusna RNA, ki tako kot druge določa sintezo virusnih beljakovin.

Klasifikacija virusov

Če so virusi res mobilni genetski elementi, ki so pridobili »avtonomijo« (neodvisnost) od genetskega aparata svojih gostiteljev (različne vrste celic), potem bi morale nastati različne skupine virusov (z različnimi genomi, strukturami in replikacijami) neodvisno od vsakega. drugo. Zato je nemogoče zgraditi en sam rodovnik za vse viruse in jih povezati na podlagi evolucijskih odnosov. Načela "naravne" klasifikacije, ki se uporabljajo v taksonomiji živali, ne veljajo za viruse.

Kljub temu je sistem klasifikacije virusov nujen pri praktičnem delu, poskusi njegovega ustvarjanja pa so bili večkrat. Najbolj produktiven pristop je temeljil na strukturnih in funkcionalnih značilnostih virusov: da bi med seboj razlikovali različne skupine virusov, opisujejo vrsto svoje nukleinske kisline (DNK ali RNA, od katerih je vsaka lahko enoverižna ali dvojna). -verižna), njegova velikost (število nukleotidov v verigi nukleinske kisline). kisline), število molekul nukleinske kisline v enem virionu, geometrija viriona in strukturne značilnosti kapside in zunanje ovojnice viriona, vrsta gostitelja (rastline, bakterije, žuželke, sesalci itd.), značilnosti virusne patologije (simptomi in narava bolezni), antigenske lastnosti virusnih beljakovin in značilnosti reakcije imunski sistem organizma za vnos virusa.

Skupina mikroskopskih patogenov, imenovanih viroidi (tj. virusom podobni delci), se ne ujema povsem v sistem klasifikacije virusov. Viroidi povzročajo številne pogoste bolezni rastlin. To so najmanjši povzročitelji infekcij, brez celo najpreprostejše beljakovinske ovojnice (na voljo pri vseh virusih); sestavljeni so samo iz enoverižne RNA, zaprte v obroč.

Virusne bolezni

Za številne viruse, kot so ošpice, herpes in deloma gripa, je človek glavni naravni rezervoar. Prenos teh virusov poteka s kapljicami v zraku ali s stikom.

Širjenje nekaterih virusnih bolezni, tako kot drugih okužb, je polno presenečenj. Na primer, v skupinah ljudi, ki živijo v nesanitarnih razmerah, so skoraj vsi otroci zgodnja starost prenašajo poliomielitis, ki je običajno blag, in postanejo imuni. Če se življenjske razmere v teh skupinah izboljšajo, otroci mlajša starost Ljudje običajno ne zbolijo za otroško paralizo, lahko pa se bolezen pojavi v starejši starosti, takrat pa je pogosto huda.

Številni virusi ne morejo dolgo preživeti v naravi pri nizki gostoti populacije gostiteljske vrste. Ustvarilo se je majhno število populacij primitivnih lovcev in nabiralcev rastlin neugodnih razmerah za obstoj nekaterih virusov; zato je zelo verjetno, da so se nekateri človeški virusi pojavili pozneje, s pojavom mestnih in podeželskih naselij. Domneva se, da je virus ošpic prvotno obstajal pri psih (kot povzročitelj vročine), človeške koze pa so se lahko pojavile kot posledica evolucije črnih koz pri kravah ali miših. Najnovejšim primerom razvoja virusov je mogoče pripisati sindrom pridobljene imunske pomanjkljivosti (AIDS). Obstajajo dokazi o genetski podobnosti med virusi človeške imunske pomanjkljivosti in afriškimi zelenimi opicami.

"Nove" okužbe so običajno hude, pogosto usodne, a ko se povzročitelj razvija, lahko postanejo blažje. Dober primer je zgodovina virusa miksomatoze. Leta 1950 je ta virus, endemski za Južna Amerika in precej neškodljiv za lokalne zajce, skupaj z evropskimi pasmami teh živali, je bil pripeljan v Avstralijo. Bolezen avstralskih kuncev, ki se prej s tem virusom ni srečala, je bila v 99,5 % primerov usodna. Nekaj ​​let pozneje se je umrljivost zaradi te bolezni močno zmanjšala, na nekaterih območjih tudi do 50 %, kar je razloženo ne le z "slabšitvijo" (slabljenjem) mutacij v virusnem genomu, ampak tudi s povečano genetsko odpornostjo kuncev na bolezni in v obeh primerih je do učinkovite naravne selekcije prišlo pod močnim pritiskom naravne selekcije.

Podprto je razmnoževanje virusov v naravi različni tipi organizmi: bakterije, glive, protozoji, rastline, živali. Na primer, žuželke pogosto trpijo zaradi virusov, ki se kopičijo v njihovih celicah v obliki velikih kristalov. Rastline pogosto prizadenejo majhni in preprosto urejeni virusi, ki vsebujejo RNA. Ti virusi niti nimajo posebnih mehanizmov za vstop v celico. Prenašajo jih žuželke (ki se prehranjujejo s celičnim sokom), okrogle črve in s stikom, ki okužijo rastlino, ko je mehansko poškodovana. Bakterijski virusi (bakteriofagi) imajo najbolj zapleten mehanizem za dostavo svojega genskega materiala v občutljivo bakterijsko celico. Najprej je na steno bakterije pritrjen "rep" faga, ki je videti kot tanka cev. Nato posebni encimi "repa" raztopijo del bakterijske stene in genetski material faga (običajno DNK) se vbrizga v luknjo skozi "rep", kot skozi iglo brizge.

Več kot deset glavnih skupin virusov je patogenih za ljudi. Med virusi, ki vsebujejo DNK, so to družina poxvirusov (povzročajo črne koze, kravje koze in druge okužbe s črnimi kozami), virusi skupine herpesa (agresivne rane na ustnicah, norice), adenovirusi (bolezni dihal in oči), družina papovavirusov (bradavice). in drugih kožnih izrastkov), hepadnavirusi (virus hepatitisa B). Obstaja veliko več virusov, ki vsebujejo RNA, ki so patogeni za ljudi. Pikornavirusi (iz latinščine pico – zelo majhen, angleško RNA – RNA) so najmanjši virusi sesalcev, podobni nekaterim rastlinskim virusom; povzročajo poliomielitis, hepatitis A, akutne prehlade. Miksovirusi in paramiksovirusi - vzrok različne oblike gripa, ošpice in mumps (mumps). Arboviruse (iz angleškega arthropod borne - "nosijo ga členonožci") - največja skupina virusov (več kot 300) - prenašajo žuželke in so povzročitelji klopnega in japonskega encefalitisa, rumene mrzlice, konjskega meningoencefalitisa, Kolorado klopna mrzlica, škotski ovčji encefalitis in druge nevarne bolezni. Reovirusi, precej redki povzročitelji bolezni dihal in črevesja pri ljudeh, so postali predmet posebnega znanstvenega zanimanja zaradi dejstva, da je njihov genski material predstavljen z dvojno verižno fragmentirano RNA.

Povzročitelji nekaterih bolezni, vključno z zelo resnimi, ne spadajo v nobeno od zgornjih kategorij. V posebno skupino počasnih virusnih okužb so do nedavnega spadale na primer Creutzfeldt-Jakobova bolezen in kuru, degenerativne možganske bolezni z zelo dolgo inkubacijsko dobo. Vendar se je izkazalo, da jih ne povzročajo virusi, temveč najmanjši povzročitelji okužbe beljakovinske narave - prioni.

Zdravljenje in preprečevanje. Razmnoževanje virusov je tesno prepleteno z mehanizmi sinteze beljakovin in nukleinskih kislin v celici v okuženem organizmu. Zato je ustvarjanje zdravil, ki selektivno zavirajo virus, vendar ne škodujejo telesu, izjemno težka naloga. Vendar se je izkazalo, da je največ veliki virusi Genomska DNK herpesa in črnih koz kodira veliko število encimov, ki se po lastnostih razlikujejo od podobnih celičnih encimov, kar je služilo kot osnova za razvoj protivirusnih zdravil. Dejansko je bilo ustvarjenih več zdravil, katerih mehanizem delovanja temelji na zatiranju sinteze virusne DNK. Nekatere spojine, ki so preveč strupene za splošno uporabo (intravenozno ali peroralno), so primerne za lokalno uporabo, na primer, ko so oči prizadete zaradi virusa herpesa.

Znano je, da se v človeškem telesu proizvajajo posebni proteini - interferoni. Zavirajo prevajanje virusnih nukleinskih kislin in tako zavirajo razmnoževanje virusa. Zahvaljujoč genskemu inženiringu so interferoni, ki jih proizvajajo bakterije, postali dostopni in se testirajo v medicinski praksi.

Najučinkovitejši elementi naravne obrambe telesa so specifična protitelesa (posebne beljakovine, ki jih proizvaja imunski sistem), ki sodelujejo z ustreznim virusom in s tem učinkovito preprečujejo razvoj bolezni; ne morejo pa nevtralizirati virusa, ki je že vstopil v celico. Primer je okužba s herpesom: virus herpesa vztraja v ganglijskih celicah (ganglijih), kjer ga protitelesa ne morejo doseči. Občasno se virus aktivira in povzroči ponovitve bolezni.

Običajno se v telesu tvorijo specifična protitelesa kot posledica prodiranja infekcijskega povzročitelja vanj. Telesu lahko pomagamo tako, da umetno povečamo proizvodnjo protiteles, vključno z vnaprejšnjim ustvarjanjem imunosti, s cepljenjem. Na ta način je bila z množičnim cepljenjem bolezen črnih koz praktično odpravljena po vsem svetu.

Sodobne metode cepljenja in imunizacije so razdeljene v tri glavne skupine. Prvič, to je uporaba oslabljenega seva virusa, ki spodbuja proizvodnjo protiteles v telesu, ki so učinkovita proti bolj patogenemu sevu. Drugič, vnos ubitega virusa (na primer inaktiviranega s formalinom), ki prav tako povzroči nastanek protiteles. Tretja možnost je t.i. »pasivna« imunizacija, tj. uvedba že pripravljenih "tujih" protiteles. Žival, kot je konj, imuniziramo, nato iz njene krvi izolirajo protitelesa, jih očistijo in uporabijo za injiciranje bolniku, da se ustvari takojšnja, a kratkotrajna imunost. Včasih se uporabijo protitelesa iz krvi osebe, ki je imela bolezen (npr. ošpice, klopni encefalitis).

Kopičenje virusov. Za pripravo pripravkov cepiva je potrebno kopičiti virus. V ta namen se pogosto uporabljajo razvijajoči se piščančji zarodki, ki so okuženi s tem virusom. Po določenem času inkubacije okuženih zarodkov se virus, ki se je v njih nabral zaradi razmnoževanja, zbere, očisti (s centrifugiranjem ali kako drugače) in po potrebi inaktivira. Zelo pomembno je, da iz virusnih pripravkov odstranimo vse balastne nečistoče, ki lahko med cepljenjem povzročijo resne zaplete. Seveda je prav tako pomembno paziti, da v pripravkih ne ostane noben neinaktiviran patogeni virus. AT Zadnja leta se pogosto uporabljajo za kopičenje virusov Različne vrste celične kulture.

Metode za preučevanje virusov

Bakterijski virusi so bili prvi, ki so bili predmet podrobnih študij kot najbolj priročen model, ki ima številne prednosti pred drugimi virusi. Celoten cikel replikacije fagov, t.j. čas od okužbe bakterijske celice do sproščanja množičnih virusnih delcev iz nje poteka v eni uri. Drugi virusi se običajno kopičijo več dni ali celo dlje. Malo pred drugo svetovno vojno in kmalu po njej so bile razvite metode za preučevanje posameznih virusnih delcev. Plošče hranilnega agarja, na katerih je zrasla enoslojna (trdna plast) bakterijskih celic, okužimo z delci faga z uporabo njegovih serijskih razredčitev. Z razmnoževanjem virus ubije celico, ki ga je "zaščitila", in prodre v sosednje celice, ki po kopičenju fagnega potomstva tudi odmrejo. Območje mrtvih celic je vidno s prostim očesom kot svetla točka. Takšne lise se imenujejo "negativne kolonije" ali plaki. Razvita metoda je omogočila preučevanje potomstva posameznih virusnih delcev, odkrivanje genetske rekombinacije virusov ter določanje genetske strukture in metod replikacije fagov v podrobnostih, ki so se prej zdele neverjetne.

Delo z bakteriofagi je prispevalo k razširitvi metodološkega arzenala pri preučevanju živalskih virusov. Pred tem so bile študije virusov vretenčarjev opravljene predvsem na laboratorijskih živalih; takšni poskusi so bili zelo dolgotrajni, dragi in premalo informativni. Kasneje so se pojavile nove metode, ki temeljijo na uporabi tkivnih kultur; bakterijske celice, uporabljene v poskusih s fagi, so bile zamenjane s celicami vretenčarjev. Vendar pa so za preučevanje mehanizmov razvoja virusnih bolezni poskusi na laboratorijskih živalih zelo pomembni in se še vedno izvajajo.

Bibliografija

Virologija. Uredili Fields B., Knight D., zv. 1–3, M., 1989

Prvič je viruse odkril ruski botanik Dmitrij Iosifovich Ivanovski leta 1892. Proučeval je razširjeno bolezen tobaka (mozaična bolezen).

Viruse (njihova velikost je 20-300 nm) je bilo mogoče videti le z elektronskim mikroskopom v 30-ih letih XX stoletja.

Razlike med virusi in neživo snovjo:

Sposobnost razmnoževanja lastne vrste;

Dednost (DNK ali RNA);

variabilnost (zmožnost mutacije virusa gripe);

Prilagoditev in sposobnost razvoja.

Virusne razlike od živi organizmi:

Virusi nimajo celična struktura(ni citoplazemske membrane in citoplazme z organeli);

Virusi nimajo presnove (presnove in energije);

Virusi niso sposobni samostojnega razmnoževanja svoje dednosti zunaj gostiteljske celice;

Virusi ne rastejo.

Virusne oblike je lahko različna: nitkasta, sferična, paličasta, poligonalna, kubična. Posamezni virusni delci - virionov- so simetrična telesa, znotraj vsakega viriona je genetski material v obliki DNK ali RNA.

Obstajajo virusi, ki vsebujejo eno molekulo dvoverižne DNK v krožni ali linearni obliki; virusi z enoverižno krožno DNK; enoverižna ali dvoverižna RNA; ki vsebuje dve enaki enoverižni RNA.

Glede na prisotnost določene nukleinske kisline imenujemo viruse, ki vsebujejo DNK, in RNA, ki vsebujejo.

Genetski material virusa (DNK ali RNA) je obdan kapsid - beljakovinska lupina, ki jo ščiti pred delovanjem encimov (nukleaz), ki uničujejo nukleinske kisline, in pred izpostavljenostjo ultravijoličnemu sevanju. Dodatna lipoproteinska ovojnica. Nastane iz plazemske membrane gostiteljske celice in ga najdemo le pri relativno velikih virusih (gripa, herpes).

Kapsidi in dodatna lupina imajo zaščitne funkcije, kot da ščitijo nukleinsko kislino. Poleg tega prispevajo k prodiranju virusa v celico. Popolnoma oblikovan virus se imenuje virion.

Kapsid zagotavlja tudi pritrditev virusa na površino celične membrane. Kapsid je sestavljen iz beljakovinskih molekul, imenovanih kapsomeri, razporejenih na določen način. Kapsid vsebuje receptorje, ki so komplementarni receptorjem celične membrane, zato virusi okužijo strogo določeno paleto gostiteljev.

Obstajata dve vrsti strukture virionskih kapsidov, ki zagotavljata tvorbo strukture z najmanj proste energije. V enem primeru se kapsomeri povežejo z genomom in tvorijo spiralno, spiralno strukturo. Ta vrsta zlaganja se imenuje spiralna vrsta simetrije, sama struktura pa se imenuje nukleokapsid.

Ta vrsta nukleokapsidne simetrije je značilna za virione tobačnega mozaika, ortomiksoviruse, paramiksoviruse, rabdoviruse.

V drugem primeru kapsomeri tvorijo votlo izometrično telo, v središču katerega je genom. Ta razporeditev se imenuje kubična vrsta simetrije. Slednje pomeni, da je telo simetrično v treh medsebojno pravokotnih smereh (osi simetrije). Izometrični virusni delci s kubično simetrijo imajo obliko geometrijski lik ikosaeder

Zapleteni virusi imajo dodatno zunanjo lupino - superkapsid.

Vsi virusi so pogojno razdeljeni na preprosta in zapleteno. Enostavno je sestavljeno iz nukleinske kisline (DNK ali RNA) in beljakovinske lupine (kapsida) - virus tobačnega mozaika. Zapletene na površini beljakovinske kapsule imajo tudi zunanjo lupino, ki vsebuje dvoslojno lipoproteinsko membrano, ogljikove hidrate in beljakovine (encime) - virus gripe.

Doslej je bilo opisanih več kot 1000 različnih vrst virusov. Vrste so združene v rodove in družine. Vsi skupaj se razlikujejo v posebno kraljestvo divjih živali - Virusi(necelične oblike življenja). Več kot 500 vrst virusov lahko povzroči različne nalezljive bolezni pri ljudeh. Virusi mahu in alg niso opisani. V glivah, praproti in golosemenkah je znanih več vrst virusov. V cvetočih rastlinah je znanih veliko virusov.

Endocitoza receptorjev- glavna pot vstopa virusa v gostiteljsko celico. Virusi vstopijo v celico skupaj s kapljicami medcelične tekočine.

Proces prodiranja viriona v gostiteljsko celico vključuje več stopenj:

1) vezava virusa na celične receptorje;

2) nastanek vakuole (endocitoza);

3) sproščanje virusa iz vakuole v citoplazmo.

Infekcijski proces se začne s prodiranjem virusa v celico in njeno reprodukcijo. V gostiteljski celici se pojavita replikacija virusnega genoma in samosestavljanje kapside. Da pride do reduplikacije, je treba nukleinsko kislino sprostiti iz ovojnice. Poleg reduplikacije je genom virusa vključen v sintezo mRNA, ki je potrebna za tvorbo kapsidnih proteinov na ribosomih gostiteljske celice.

Kopičenje virusnih delcev vodi do njihovega izstopa iz celice. Nekateri virusi izstopijo iz celice z "eksplozijo", zaradi česar se poruši celovitost celice in ta umre. Drugi virusi se izločajo na način, ki spominja na brstenje. V tem primeru lahko celice telesa ohranijo svojo sposobnost preživetja dolgo časa.

Virioni prenesejo pritisk do 6000 atm in prenašajo visoke odmerke sevanja, vendar umrejo, ko visoke temperature, izpostavljenost UV-žarkom, pa tudi izpostavljenost kislinam in razkužil.

Leta 1916 je kanadski bakteriolog Felix d "Herelle opisal bakterijske viruse - bakteriofagi. Bakteriofagi ali fagi so sposobni prodreti v bakterijske celice in jih uničiti.

Bakterijski virusi (bakteriofagi) so najpomembnejši predmet preučevanja v molekularni biologiji.

Morfologijo bakteriofagov preučujemo z uporabo elektronske mikroskopije. Fagi, tako kot preprosto organizirani človeški virusi, so sestavljeni iz nukleinske kisline (DNK ali RNA) in beljakovinske lupine - kapsida. Vendar se med seboj bistveno razlikujejo po morfologiji. Glede na obliko, strukturno organizacijo in vrsto nukleinske kisline fage delimo na več morfoloških tipov.

Najbolj raziskani so veliki bakteriofagi, ki imajo obliko sperme in kontrakcijo ovojnice procesa, na primer kolifagi T2, T4, T6

Bakteriofagi vsebujejo skupinsko specifične in tip-specifične antigene, imajo imunogene lastnosti, kar povzroča sintezo specifičnih protiteles v telesu. Protitelesa, ki medsebojno delujejo z bakteriofagi, lahko nevtralizirajo njihovo litično aktivnost proti bakterijam. Glede na tip-specifične antigene fage delimo na serotipe.

V primerjavi s človeškimi virusi so bakteriofagi bolj odporni na okoljske dejavnike. Inaktivirajo se pod vplivom temperature 65-70 ° C, visokih odmerkov UV sevanja, ionizirajočega sevanja, formalina in kislin. Dolgotrajno shranjevanje pri nizki temperaturi in sušenju.

Interakcija fagov z bakterijskimi celicami. Interakcija fagov z bakterijami lahko poteka, tako kot pri drugih virusih, po produktivnih, abortivnih in integrativnih tipih.

Pri produktivno vrsta interakcije, nastane potomstvo fagov, bakterije se lizirajo.

Pri neuspešno tipa, se potomstvo fagov ne oblikuje, bakterije pa ohranijo svojo vitalno aktivnost.

Pri integrativno tipa, se genom faga integrira v bakterijski kromosom in z njim sobiva. Glede na vrsto interakcije ločimo virulentne in zmerne bakteriofage.

Specifična adsorpcija fagov se pojavi le, če ustrezajo pritrdilni proteini virusov in bakterijskih celičnih receptorjev lipopolisaharidne ali lipoproteinske narave, ki se nahajajo v njeni celični steni. Na bakterijah brez celične stene (protoplasti, sferoplasti) se bakteriofagi ne morejo adsorbirati. Fagi z repnim odrastkom so pritrjeni na bakterijsko celico s prostim koncem procesa (vlakna bazalne lamine).

Bakteriofagi se uporabljajo v laboratorijski diagnostiki okužb za intraspecifično identifikacijo bakterij, t.j. definicija fagovarja (fagotipa). Za to se uporablja metoda tipizacija faga, temelji na strogi specifičnosti delovanja fagov: kapljice različnih diagnostičnih tipov specifičnih fagov se nanesejo na petrijevko z gostim hranilnim medijem, posejano s "travo" čiste kulture patogena. Fag var bakterije je določen glede na vrsto faga, ki je povzročil njeno lizo (tvorba sterilnega madeža, plaka ali negativne kolonije). Metoda fagne tipizacije omogoča identifikacijo vira okužbe in sledenje poti patogena od vira do občutljivega organizma (epidemiološka oznaka).

Glede na vsebnost bakteriofagov v okoljskih predmetih je mogoče oceniti prisotnost ustreznih patogenih bakterij v njih. Podobne študije se izvajajo pri sanitarni mikrobiološki študiji vode. Na primer, v sistemih iz površinskih vodnih virov se prisotnost kolifagov ugotavlja, preden se dovaja v distribucijsko omrežje. Kolifagi so eden od sanitarno-indikativnih mikrobov, ki so značilni za onesnaženost fekalne vode.

Fage uporabljamo tudi za zdravljenje in preprečevanje številnih bakterijskih, največkrat črevesnih okužb. Proizvajajo tifus, dizenterijo, Pseudomonas aeruginosa, stafilokokne fage in kombinirane pripravke (koliproteične, piobakteriofage itd.). Bakteriofagi se predpisujejo po indikacijah peroralno, parenteralno ali lokalno v obliki tekočine, tablet, supozitorijev ali aerosolov. zaščitni znak fagov je njihova popolna odsotnost stranskih učinkov. Vendar pa je terapevtski in profilaktični učinek fagov zmeren, zato jih je treba uporabljati v kombinaciji z drugimi terapevtskimi in profilaktičnimi ukrepi. Bakteriofagi se v genskem inženiringu pogosto uporabljajo kot vektorji za pridobivanje rekombinantne DNK.

Klasifikacija virusov.

Vsi virusi so pogojno razdeljeni v dve skupini:

1. preprosta 2. zapletena.

Enostavne so sestavljene iz nukleinske kisline (DNK ali RNA) in beljakovinskega plašča (kapsida), ki jih pokriva, kot je virus tobačnega mozaika. Kompleksni virusi na površini kapside imajo tudi zunanjo lupino – membrano, ki vsebuje lipide, beljakovine in ogljikove hidrate, kot sta virusa gripe in herpesa.

Zaradi prisotnosti določene nukleinske kisline se virusi imenujejo, ki vsebujejo DNK ali RNA. Vsebujoče DNK – vsebujejo molekulo DNK v obliki verige ali obroča, ki hrani dedne informacije – to so virusi človeških koz, ovc, prašičev in herpesa. Vsebuje RNA - vsebujejo verigo RNA, ki hrani genetske informacije. To so virusi stekline, encefalitisa, rdečk, ošpic, aidsa, levkemije in gripe. Nekateri virusi morda sploh nimajo lupine.

Kako virusi vstopijo v celice in kako se obnašajo, ko vstopijo v celice drugih organizmov?

Virusi vstopijo v celico skupaj s kapljicami medcelične tekočine. Vsak virus lahko prodre le do določenih celic, ki imajo na svoji površini posebne receptorje. Nato se začne prodiranje v gostiteljsko celico. Mehanske poškodbe celične stene ali membrane pomagajo virusom prodreti v celico, možna pa je tudi metoda pinocitoze in fagocitoze. Za razliko od celičnih organizmov virusi nimajo lastnega sistema za sintezo beljakovin. Virusi, ki vstopajo v celico, prinašajo svoje genetske informacije. Ko virus prodre v celico, spremeni svojo presnovo, vso aktivnost pa usmeri v proizvodnjo virusne nukleinske kisline in virusnih beljakovin. V notranjosti celice pride do samosestavljanja virusnih delcev iz nastalih molekul nukleinske kisline in beljakovin. Kopičenje virusnih delcev vodi do njihovega sproščanja iz celice s pomočjo "eksplozije", zaradi česar se poruši celovitost celice in ta umre, virusi pa začnejo prodirati v druge celice.

Virusi okužijo vse žive organizme – rastline, živali in ljudi ter povzročajo bolezni.

Doslej je bilo opisanih več kot 1000 različnih vrst virusov. Virusi kot povzročitelji bolezni ljudi, živali in rastlin so poznani že od antičnih časov.

Leta 1916 je kanadski bakteriolog Felix d'Herelle opisal viruse bakterij - bakteriofagi. Postali so najpomembnejši predmet preučevanja v molekularni biologiji. Bakteriofagi ali fagi lahko vstopijo v bakterijske celice in jih uničijo. Bakterijski virusi imajo glavo, ki vsebuje DNK, in rep z repnimi filamenti. Bakteriofagi po svoji strukturi spominjajo na brizgo. Fag delno raztopi celično steno in membrano bakterije, vstavi votlo palico v celico in s kontraktilno reakcijo v celico vbrizga njeno DNK. Genom bakteriofaga vstopi v citoplazmo, membrana pa ostane zunaj. Molekula DNK virusov se lahko integrira v genom gostiteljske celice in obstaja dolgo časa.

Pri živalih je več kot 500 vrst virusov, ki povzročajo bolezni, kot so slinavka in parkljevka, prašičja in ptičja kuga, infekcijska anemija pri konjih, ptičja in prašičja gripa in druge. Virus slinavke in slinavke se širi kot verižna reakcija, ki lahko uniči živinorejo v velikem obsegu celotno državo. Podobno katastrofo so opazili konec leta 2000 v Združenem kraljestvu, ko je virus slinavke in parkljevke prizadel govedo v tej državi. Trenutno v mnogih državah sveta zaradi virusa ptičje gripe umira ogromno divjih in domačih ptic.

Znano je, da več kot 300 vrst virusov povzročajo bolezni rastlin, kot so mozaična bolezen tobaka, paradižnika, kumar, zvijanje listov, pritlikavost in druge.

Več kot 500 vrst virusov lahko povzroči različne nalezljive bolezni pri ljudeh, kot so gripa, mumps, otroška paraliza, steklina, ošpice, AIDS in mnoge druge. V preteklih stoletjih virusne okužbe so bile uničujoče epidemije in pandemije, ki so pokrivale velika ozemlja. V Moskvi v 13. stoletju so črne koze uničile skoraj 80 % prebivalstva. Virusi herpesa okužijo človeško kožo. Najpogosteje se kaže s prehladom na ustnicah. V mirovanju lahko virus herpesa dolgo ostane v celicah in čaka na krilih. Bolezni virusne narave so trenutno pogoste.

Virusi, ki se naselijo v celicah živih organizmov, povzročajo številne nevarne bolezni. V boju proti specifičnim boleznim – črnim kozam, klopnemu encefalitisu, steklini, rumeni mrzlici in drugim boleznim je bil dosežen velik napredek v virologiji. Človeštvo se sooča s številnimi virološkimi problemi in njihovo reševanje zahteva poznavanje različnih lastnosti in »navad« virusov.

Virusne bolezni se prenašajo na dva načina: z neposrednim stikom (nalezljivo) in s kapljicami v zraku. Le malo bolezni se prenaša z neposrednim telesnim stikom z bolnimi ljudmi ali živalmi. Na takšne virusne bolezni vključujejo npr trahom- očesna bolezen, ki je zelo pogosta v tropskih državah, navadne bradavice in herpes vulgaris.

Okužba s kapljicami je najpogostejši način širjenja bolezni dihal. Ko kašljate ali kihate, se v zrak vrže na milijone majhnih kapljic sline in sluzi. Te kapljice, skupaj z živimi mikroorganizmi, ki jih vsebujejo, lahko drugi ljudje vdihnejo in zbolijo. Higienske zahteve za zaščito pred kapljično okužbo - uporaba robčka in povoja, pa tudi spoštovanje sanitarne čistoče.

Nekateri mikroorganizmi, kot je virus črnih koz, so zelo odporni na izsušitev in vztrajajo v prahu, ki vsebuje posušene ostanke kapljic.

nekaj nevarni virusi so v zadnjih letih postale zelo razširjene, kot so AIDS, gripa in njene različne vrste.

AIDS

Leta 1981 se je pojavila nova, znanosti doslej neznana bolezen, ki se je imenovala sindrom pridobljene imunske pomanjkljivosti, skrajšano AIDS. Povzročitelj aidsa je virus človeške imunske pomanjkljivosti - HIV. Ima sferično obliko, s premerom 100 - 150 nm. Zunanja ovojnica virusa je sestavljena iz membrane, ki je nastala iz celične membrane gostiteljske celice. V membrano so vgrajene receptorske tvorbe, ki so podobne videz gobe. Pod zunanjo lupino je kapsid virusa, ki ga tvorijo posebni proteini, znotraj katerih sta dve molekuli virusne RNA. Vsaka molekula RNA vsebuje 9 genov HIV in encim, ki sintetizira DNK iz molekule virusne RNA.

Najprej HIV okuži T - krvne limfocite (pomočnike), na površini katerih so receptorji, ki se lahko vežejo na beljakovine HIV. T-limfociti v krvi zagotavljajo osebi celično in humoralno imunost. HIV vstopi v celice centralne živčni sistem, črevesje, celice nevroni. Posledično človeško telo izgubi svoje zaščitne lastnosti in se ne more upreti povzročiteljem različnih okužb. Povprečna pričakovana življenjska doba okužene osebe je od 7 do 10 let.

Vir okužbe z aidsom je oseba - nosilec virusa imunske pomanjkljivosti. To je lahko bolnik z različnimi manifestacijami bolezni ali asimptomatski nosilec virusa. AIDS se prenaša le s človeka na človeka na naslednje načine: 1. spolno 2. s krvjo in tkivi, ki vsebujejo virus 3. z matere na plod. HIV lahko vstopi v telo s spolnim stikom z bolno osebo, z intravensko uporabo drog ali s transfuzijo krvi okuženega darovalca. Znani so primeri okužbe otrok med porodom in z mlekom bolne matere.

Kljub temu, da se virus aidsa nahaja v skrivnostih človeškega telesa (v slini, solzah, mleku), ni dokazov o njegovem prenosu s stikom z gospodinjstvom.

V zadnjih letih se je v Rusiji povečalo število ljudi, okuženih s HIV. Večina jih je mladih. Problem boja proti aidsu ostaja eden najpomembnejših za družbo, za javno zdravje.