Тема 5.1. Классификация и структура вирусов. Культивирование и репродукция вирусов. Методы изучения вирусов Прионы – возбудители медленных неконвекционных инфекций. Состоят из набора специфичных белков и аномальных изоформных клеточных белков с молекулярной массой от 20000 до 37000 единиц. Заболевания, вызываемые прионами (связаня с расстройством рефлексов, нейронов, нервной ткани, ЦНС): Куру (болезнь каннибалов Новой Гвинеи), Болезнь Кройтцфельдта – Якоба, Амниотрофический лейкоспорангиоз, Синдром Герстманна – Страусслера – Шайнкера, Спонгиоформная энцефалопатия Обладают выс резистентностью к кипячению, 70% этанола, формальдегиду=>они лишены НК либо они сипрятаны Белок приона – структырный компонент=фактор вирулентности . Механизм: прион – это матрица для кристаллизации белков. Они кристаллизуются, аккумулируются=>гибнут нейроны. Вирусы отличаются от микроорганизмов следующими особенностями: *содержат нуклеиновую кислоту только одного типа – или ДНК, или РНК; *для репродукции необходима только одна нуклеиновая кислота; *не способны размножаться вне живой «хозяйской» клетки; *Не дышат, не питаются, не двигаются Вирусы – абсолютные паразиты. Вне клетки вирус существует в виде вирусной частицы (вириона). Вирион состоит из нуклеиновой кислоты и белковой оболочки – капсида. Развитие вируса приводит к гибели клетки-хозяина. Подтип ДНК-вирусов: паповавирусы (Вир бородавнок), аденовирусы (ОРВИ), герпесвирусы (ветрянка), поксвирусы (оспа), онкорновирусы (лейкозы) Подтип РНК-вирусов: пикорнавирусы (полиомиелит, ЕСНО, коксаки, ящур), флавивирусы, ортомиксовирусы (грипп), парамиксовирусы (парагрипп, корь, свинка), реовирусы, ретровирусы, фитопатогенные, рабдовирусы (вирус бешенства) ДНК-овые вирусы: одноцепоч, двуцепоч, кольцевые, двухцепоч с 1 короткой цепью, двуцепоч с 1 непрерывной, а с другой ферментир цепями РНК-овые вирусы: однонитевые, линейные двунитевые, линейные фрагментированные, кольцевые, 2 одинаковые однонитч РНК Типы взаимод-я вируса с кл-хозяина: 1) продуктивная вирусная инф (вирус проникает внутрь, репродуцир-ся, а кл постепенно погибают) 2) абортивная инф (вирус проникает в кл, но его репродукции не происходит, кл восстанавливают нарушенные функции) 3) латентная вир инф (вирус проникает, продуцируется, но кл нормально функционирует) 4) вирус-индуцированная трансформация (кл, пораженные вирусом, трансформир-ся, преобретают новые фции, может стать злокач). Размножение вирусов протекает в несколько стадий. Сначала вирус прикрепляется к клетке, что обычно требует наличия химического сродства между поверхностью вирусной частицы и тем или иным компонентом клеточной поверхности (рецептором). Это взаимодействие весьма специфично, что является одной из при-чин высокой избирательности взаимодействия вируса с клеткой (напр., вирус полиомиелита или вирус иммунодефицита человека -ВИЧ в естественных условиях инфекционны только для человека). Но есть вирус и с широким спектром хозяев, заражающие, например, млекопитающих и насекомых (так, вирус клещевого энцефалита размножается в организме человека и клеща). В кле-ки растений вирус может проникать только после механического повреждения (например, насекомыми) клеточной стенки. После взаимодействия вируса с рецептором его геном (в свободном виде или в комплексе с белками) проникает внутри клетки, где начинается синтез вирусных нуклеиновых кислот и белков (структурных компонентов вириона, а также вирусных ферментов и др. молекул, способствующих эффективному размножении вируса благодаря их взаимодействию с вирусными или клеточными макромолекулами). Последовательность образования этих двух типов молекул у разных вирусов варьирует. Однако всегда синтез вирусных белков направляется вирусными нуклеиновыми кислотами и происходит на рибосомах клетки. Синтез же вирусных нуклеиновых кислот осуществляется при участии либо вирусных, либо клеточных ферментов, нередко и тех и других. Затем вирусные нуклеиновые кислоты и структурные белки объединяются с образованием дочерних вирионов, которые покидают клетку, разрушая её или сохраняя целостность. Клеточная плазматическая мембрана сохраняется, например, если вирус покидает клетку путём т. н почкования: "незрелый" вирион сначала обволакивается клеточной мембраной, включающей некоторые из вирусных белков, затем "отшнуровывается", а целостность клеточной мембраны восстанавливается. Т.о., для построения оболочки вируса могут использоваться клеточные липиды и углеводы. Инфекционный процесс, инициированный одним вирионом может приводить к образованию до 103-105 дочерних вирусных частиц. Вирусы бактерий (бактериофаги). Характеристика бактериофагов, их биологическое значение. Вирусы могут быть паразитами не только человека, животных и растений, но и микроорганизмов — грибов, актиномицетов, бактерий. Такие вирусы получили название фагов. Вирусы бактерий называются бактериофаги, актиномицетов — актинофаги, грибов — микофаги. В 1898 г. русский ученый Н. Ф. Гамалея при изучении сибирской язвы крупного рогатого скота впервые наблюдал, что спорообразующие палочки — возбудители болезни — растворяются под влиянием какого-то агента. В 1915 г. английским микробиологом Ф. Туортом и в 1917 г. канадским микробиологом Ф. Д'Эррелем была установлена природа этого явления. Оно получило название бактериофагии, а возбудитель — бактериофага. Размеры фагов колеблются от 40 до 140 нм. Бактериофаги имеют вид многогранной головки со стержнем, покрытой снаружи белковой оболочкой. Внутри стержня имеется канал. Головка фага заполнена молекулой ДНК. У основания стержня имеется базальная пластинка с шипами и нитями. Воздействие фага на бактериальную клетку происходит в несколько стадий: адсорбция фага на бактериальной клетке с помощью базальной пластинки с зубцами и нитями, проникновение ДНК из головки фага по каналу в бактериальную клетку, в которой затем под влиянием фаговой ДНК происходит полная перестройка обмена веществ, синтезируется уже не бактериальная ДНК, а фаговая, что приводит к образованию в бактериальной клетке новых частиц фага растворение клеточной стенки бактерии, ее гибель. По морфологии фаги подразделяются: фаги с длинным отростком, чехол которого сокращается; фаги с длинным отростком, чехол которого не сокращается; фаги с короткими отростками; фаги с аналогом отростка; фаги без отростка; нитевидные фаги. Существует два типа взаимодействия фага с клеткой: 1. Литический (продуктивная вирусная инфекция) фаги литические или вирулентные: адсорбируется на клеточной стенке, проникает впрыскивается нуклеиновая кислота фага происходит репродукция фага подавляется синтез клеточных компонентов образуются ферменты для синтеза ДНК фага – «ранние белки» синтезируется нуклеиновая кислота фага прекращается синтез ДНК бактерии на рибосомах - синтез белка, образуются белки оболочки, лизоцимы и эндолизины – «поздние белки» происходит созревание, образуются новые частицы фагов вирионы выходят из клетки происходит лизис бактерии 2. Лизогенный: фаги умеренные: адсорбируется на клеточной стенке, проникает впрыскивается нуклеиновая кислота фага происходит интеграция в геном клетки наблюдается длительное сожительство фага с клеткой без ее гибели при изменении внешних условий могут происходить выход фага из интегрированной формы и развитие продуктивной вирусной инфекции. Бактериофаги наносят большой вред в молочной промышленности (производстве сыров, творога, сметаны) и в производстве маргарина. Они поражают в основном молочнокислые стрептококки заквасок для получения этих продуктов. Под влиянием бактериофага клетки стрептококков лизируются (растворяются) и погибают. В антибиотической промышленности актинофаги лизируют производственную культуру актиномицетов — продуцентов антибиотиков. Естественной средой обитания фагов является бактериальная клетка, поэтому фаги распространены повсеместно (например, в сточных водах). Фагам присущи биологические особенности, свойственные и другим вирусам. Наиболее морфологически распространенный тип фагов характеризуется наличием головки- икосаэдра, отростка (хвоста) со спиральной симметрией (часто имеет полый стержень и сократительный чехол), шипов и отростков (нитей), т.е. внешне несколько напоминают сперматозоид. Взаимодействие фагов с клеткой (бактерией) строго специфично, т.е. бактериофаги способны инфицировать только определенные виды и фаготипы бактерий. Основные этапы взаимодействия фагов и бактерий. 1.Адсорбция (взаимодействие специфических рецепторов). 2.Внедрение вирусной ДНК (инъекция фага) осуществляется за счет лизирования веществами типа лизоцима участка клеточной стенки, сокращения чехла, вталкивания стержня хвоста через цитоплазматическую мембрану в клетку, впрыскивание ДНК в цитоплазму. 3.Репродукция фага. 4.Выход дочерних популяций. Основные свойства фагов. Различают вирулентные фаги, способные вызвать продуктивную форму процесса, и умеренные фаги, вызывающие редуктивную фаговую инфекцию (редукцию фага). В последнем случае геном фага в клетке не не реплицируется, а внедряется (интегрируется) в хромосому клетки хозяина (ДНК в ДНК), фаг превращается в профаг. Этот процесс получил название лизогении. Если в результате внедрения фага в хромосому бактериальной клетки она приобретает новые наследуемые признаки, такую форму изменчивости бактерий называют лизогенной (фаговой) конверсией. Бактериальную клетку, несущую в своем геноме профаг, называют лизогенной, поскольку профаг при нарушении синтеза особого белкарепрессора может перейти в литический цикл развития, вызвать продуктивную инфекцию с лизисом бактерии. Умеренные фаги имеют важное значение в обмене генетическим материалом между бактериями- в трансдукции (одна из форм генетического обмена). Например, способностью вырабатывать экзотоксин обладают только возбудитель дифтерии, в хромосому которого интегрирован умеренный профаг, несущий оперон tox, отвечающий за синтез дифтерийного экзотоксина. Умеренный фаг tox вызывает лизогенную конверсию нетоксигенной дифтерийной палочки в токсигенную. По спектру действия на бактерии фаги разделяют на : - поливалентные (лизируют близкородственные бактерии, например сальмонеллы); - моновалентные (лизируют бактерии одного вида); - типоспецифические (лизируют только определенные фаговары возбудителя). На плотных средах фаги обнаруживают чаще с помощью спот (spot) - теста (образование негативного пятна при росте колоний) или методом агаровых слоев (титрования по Грациа). В медицине бактериофаги применяются для лечения некоторых заболеваний, Практическое использование бактериофагов. 1.Для идентификации (определение фаготипа). 2.Для фагопрофилактики (купирование вспышек). 3.Для фаготерапии (лечение дисбактериозов). 4.Для оценки санитарного состояния окружающей среды и эпидемиологического анализа.