Глава 6. АДАПТИВНАЯ МОРФОЛОГИЯ ОРГАНИЗМОВ Среди приспособлений животных и растений к среде немаловажную роль играют морфологические адаптации, т. е. такие особенности внешнего строения, которые способствуют выживанию и успешной жизнедеятельности организмов в обычных

Инфекционная РНК и реконструкция вирусов Доказательства того, что РНК вирусов является генетическим материалом, предоставил нам все тот же ВТМ. Прежде всего ученым удалось изменить частицы ВТМ, устранив из их состава белковый компонент. В таком состоянии вирусы

Угроза вирусов Одна из книг о вирусах очень метко названа «Вирусы - враги жизни». И не только у вирусов гриппа, но и у других вирусов, поражающих человека, «на совести» десятки тысяч, а может быть, и миллионы жизней.Небезопасной болезнью следует считать краснуху. Это

Морфология и биология клематисов Клематисы? многолетние, в подавляющем большинстве листопадные, реже вечнозелёные, растения.Корневая система. Взрослые клематисы имеют два основных типа корневой системы: стержнекорневую и мочковатую. При ограниченном поливе (на юге)

Глава 10 Мир вирусов и его эволюция Пер. Г. ЯнусаВирусы были открыты как нечто совсем непримечательное, а именно необычная разновидность инфекционных агентов, а возможно, и особый род токсинов, вызывающих болезни растений, например табачную мозаику. Так как эти агенты

— это мельчайшие частицы жизни, размером они раз в 50 меньше бактерий. Обычно вирусы нельзя увидеть в све-товой микроскоп, так как их особи более чем вдвое меньше длины световой волны. Особей вируса, находящихся в состоянии покоя, называют вирионом. Вирусы существуют в двух формах : покоящейся , или внеклеточной (вирусные частицы, или вирионы), и репродуцирующейся, или внутриклеточной (комп-лекс «вирус — клетка хозяина»).

Формы вирусов различны, они могут быть нитевидными , сферическими , пулевидными , палочковидными , многоугольными , кирпичеобразными , куби-ческими , при этом некоторые имеют кубическую головку и отросток. Каждый вирион состоит из нуклеиновой кислоты и белков.

В вирионах вирусов всегда присутствует только один тип нуклеиновой кис-лоты — либо РНК, либо ДНК. Причем как та, так и другая может быть одноцепо-чечной и двуцепочечной, а ДНК может быть линейной или кольцевой. РНК в ви-русах всегда только линейная, но она может быть представлена набором фраг-ментов РНК, каждый из которых несёт определённую часть генетической информации, необходимой для репродукции. По наличию той или иной нуклеи-новой кислоты вирусы называют ДНК-содержащими и РНК-содержащими. Осо-бо следует отметить, что в царстве вирусов функцию хранителя генетического кода выполняет не только ДНК, но и РНК (она может быть и двуцепочечной).

У вирусов очень простое строение . Каждый вирус состоит всего из двух частей — сердцевины и капсида . Сердцевина вируса, в которой находит-ся ДНК или РНК, окружена белковой оболочкой — капсидом (лат. capsa — «вместилище», «ящик», «футляр»). Белки защищают нуклеиновую кислоту, а также обусловливают ферментативные процессы и мелкие изменения белков в капсиде. Капсид со-стоит из определённым образом уложенных одно-типных белковых молекул — капсомеров. Обычно это или спиральный тип укладки (рис. 22), или тип симметричного многогранника (изометрический тип) (рис. 23).

Все вирусы условно разделяют на простые и сложные. Простые вирусы состоят только из сердцевины с нуклеиновой кислотой и капсида. Сложные вирусы на поверхности белкового капси-да имеют ещё внешнюю оболочку, или суперкапсид, содержащий двухслойную липопротеидную мембрану, углеводы и белки (ферменты). Эта внеш-няя оболочка (суперкапсид) обычно бывает пост-роена из мембраны клетки-хозяина. Материал с сайта

На поверхности капсида находятся различные выросты — шипы, или «гвоздики» (их называют фибрами ), и отростки. Ими вирион прикрепляется к поверхности клетки, в кото-рую затем проникает. Следует отметить, что на поверхнос-ти вируса имеются ещё специальные прикрепительные бел-ки, связывающие вирион со специфическими группами молекул — рецепторами (лат. recipio — «получаю», «прини-маю»), находящимися на поверхности клетки, в которую проникает вирус. Одни вирусы прикрепляются к белковым рецепторам, другие — к липидам, третьи узнают углевод-ные цепочки в составе белков и липидов. В процессе эволюции вирусы «научи-лись» узнавать чувствительные к ним клетки по наличию специальных рецепторов на клеточной поверхности хозяев.

Вирусы образуют самостоятельное царство (Vira) и имеют следующие особенности:

Геном представлен одной нуклеиновой кислотой - ДНК или РНК (соответственно выделе­ны 2 подцарства - рибовирусы и дезоксирибовирусы).

Неклеточное строение. Нуклеиновая кислота покрыта белковой оболочкой - капсидом, ко­торый состоит из отдельных субъединиц - капсомеров (обычно состоит из 5-6 полипептидов). Капсид вместе с нуклеиновой кислотой образует нуклеокапсид. Такое строение имеют простые ви­русы (вирусы полиомиелита, аденовирусы и др.). У сложных вирусов имеется наружная оболочка - суперкапсид, который содержит липиды, гликолипиды. Суперкапсид частично формируется за счет клетки-хозяина.

Отсутствие белоксинтезирующих систем (при наличии ферментов адсорбции, распростра­нения, ДНК - и РНК - зависимых полимераз).

Особый (дизъюнктивный) способ размножения: белки вируса синтезируются на рибосомах пораженной клетки, в других участках - нуклеиновая кислота вируса, затем происходит сборка ви­русных частиц.

Малые размеры; мелкие вирусы (подиовирус и др.) - 25-30 нм (нанометров); средние (вирус гриппа и др.) - 50-125 нм; крупные (вирус натуральной оспы) - 150-200 нм.

7. Фильтруемость (проходят через бактериальные фильтры).

8. Кристаллизабельность (очищенные от балластных веществ внеклеточные вирусы, вирионы, способны образовывать кристаллы).

9. Форма вириоиов (различают палочковидные - у вируса бешенства и др., в виде многогран­ника, икосаэдр - у аденовирусов, кубоидальной формы - у вируса натуральной оспы, шаровидной - у вирусов гриппа, головчатые (сперматозоидоподобные) - бактериофаги).

Культивирование вирусов также имеет особенности. Их культивируют на активно раз­множающихся клетках с повышенной активностью метаболизма. Использую следующие живые системы. В организме лабораторных животных: обычно заражают мышей (взрослых и сосунков), кроликов, обезьян (внутримышечно, интраназально, внутрибрюшинно, интрацеребрально, на роговицу). На 9-12-дневных куриных эмбрионах: чаше культивируют на эмбрион-аллантоисной оболочке, реже - в аллантоисной или амниотической подсети. На культуре клеток: чаще исполь­зуют однослойные культуры ткани из активно размножающихся клеток. Клетки выращивают на естественных питательных средах (эмбриональных экстрактах, лошадиной, человеческой сыворот­ке), ферментативных гидролизатах белков (триптический гидролизат лактальбумина), на синтети­ческих средах (например, на среде 199, состоящей из 63 компонентов, в том числе аминокислот, витаминов, глюкозы, солей, человеческой сыворотки, индикатора фенолового красного). Исполь­зуют следующие типы культур клеток: первично- трипсинизированные (обычно фибробласты куриного эмбриона; они не перевиваются и их надо всегда готовить ех tempore; недостатком явля­ется такаю их нестандартность); перевиваемые (одинаковы во всех лабораториях, так как являются определенным клоном клеток, например, клетки из портальных тканей - амниона человека, почек эмбриона свиньи; клетки из опухолевых тканей - HeLa (клетки рака шейки матки), НЕр-2 и др. ; недостатком этой группы является то, что клетки часто спонтанно перерождаются, становятся атипичными, полиплоидными, а также бывают спонтанно заражены латентными вирусами и ми-коплазмами); полуперевиваемые диплоидные (например, диплоидные клетки легких человека; они стабильны, спонтанно не перерождаются, не загрязнены вирусами и микоплазмами).

Различают следующие формы вирусных инфекций. Абортивная инфекция (происходит в невосприимчивом иммунном организме): вирус либо не проникает в клетку, либо после проникнове­ния погибает и выталкивается из клетки. Продуктивная инфекция: вирус адсорбируется на чувст­вительных клетках и проникает в клетку путем погружения её мембраны с вирусом внутрь, в цитоплазму клетки (виро -рексис); в образовавшейся фагосоме нуклеиновая кислота вируса осво­бождается от белковых оболочек ("раздевание вируса"); после окончательного раздевания проникшая в клетку нуклеиновая кислота вируса переключает функционирование клеточного генома и соответствующих метаболических систем клетки на репродукцию вируса; образованные вирусные частицы выходят из клетки и внедряются в соседние клетки. Часто такое взаимодействие заканчи­вается гибелью клетки, этот процесс обозначают как цитопатическое действие (ЦПД). Ранним признаком ЦПД является прекращение митозов; клетка временно набухает, затем деформируется, сморщивается, становится более интенсивно окрашиваемой, отслаивается от стекла (в культурах) и погибает. Иногда перед гибелью клетки образуют симпласты (слившиеся многоядерные клетки). Вирогения: проникшая в клетку нуклеиновая кислота вируса встраивается (интегрирует) в ДНК клетки-хозяина (как в случае умеренного фага) и в форме провируса существует в клетке и переда­ется её потомству. Явление вирогении характерно как для ДНКовых,так и для РНКовых вирусов, так как последние обладают ферментом обратной транскриптазой (например, ретровирусы).

В основу современной классификации вирусов положен ряд признаков, в том числе: тип нук­леиновой кислоты, число капсомеров, наличие суперкапсида, чувствительность к эфиру, круг вос­приимчивых хозяев, патогенность, географическое распространение и др.

Особенности противовирусного иммунитета. Невосприимчивость к вирусным инфекциям может быть обусловлена следующими факторами. Факторы естественной резистентности: клеточ­ная ареактивность (как результат филогенеза человек невосприимчив ко многим вирусным болез­ням животных и растений); ингибиторы - вещества мукопротеидной или липопротеидной приро­ды, структурно идентичные рецепторам чувствительных клеток (они свободно циркулируют в крови, других жидкостях и блокируют взаимодействие вируса с клеткой); комплемент участвует в формировании специфического (иммунного) противовирусного ответа (лизоцим и другие гумо­ральные факторы защитной роли не играют); фагоцитоз носит незавершенный характер, однако лейкоциты, в которые проник вирус, продуцируют интерферон; интерферон синтезируется клеткой после проникновения вируса,он неспецифически ингибирует репродукцию любых вирусов, нару­шая синтез вирусных белков на рибосомах (в организме человека активен лишь человеческий ин­терферон, который продуцируют человеческие лейкоциты, иди генно-инженерный интерферон - реаферон, продуцируемый кишечной палочкой, в геном которой введен ген человеческого интер­ферона; интерферон широко применяют для лечения и экстренной профилактики вирусных ин­фекций); лихорадка (повышенная температура нарушает репродукцию вирусов); возрастной фак­тор (имеет значение, например, при ротавирусной инфекции, которой чаще болеют дети); эндокринные факторы (гипофункция многих желез внутренней секреции отягощает течение ви­русных инфекций); факторы выделительной системы (способствуют освобождению организма от вирусов); формирование внутриклеточных включений, возможно, оказывает защитное влияние (тельца Гварниери при натуральной оспе, тельца Бабеша-Негри при бешенстве).

Особенности приобретенною противовирусного иммунитета в одних случаях обусловлива­ют стойкую невосприимчивость (например, после кори), в других - кратковременную (после риновирусной инфекции). Антитела действуют только на внеклеточно расположенные вирусы (поэтому лечение противовирусными иммуноглобулинами проводят в ранние сроки, пока основная часть вирусов не проникла в клетки). Клетки, в которые проникли вирусы, синтезируют вирус-зависимые антигены и становятся чужеродными для организма, что ведет к их уничтожению Т-киллерами. В защитных реакциях имеет значение также местная резистентность клеток (например, у человека, невосприимчивого к полиомиелиту, клетки нервной ткани и желудочно-кишечного тракта, к кото­рым полиовирус обладает тропизмом, становятся резистентными к вирусу). Секреторные имму­ноглобулины (slgA) - основное звено местного иммунитета на слизистых оболочках. Вакцинация (вирусными вакцинами) создаёт не только специфический иммунитет в отношении отдельного ви­руса, но и формирует резистентность к другим вирусам (стимулируется не только выработка анти­тел и образование Т-киллеров, но и выработка интерферона).

1. Морфология и структура вирусов

Вирусы – микроорганизмы, составляющие царство Vira.

Отличительные признаки:

2) не имеют собственных белоксинтезирующих и энергетических систем;

3) не имеют клеточной организации;

4) обладают дизъюнктивным (разобщенным) способом репродукции (синтез белков и нуклеиновых кислот происходит в разных местах и в разное время);

6) вирусы проходят через бактериальные фильтры.

Вирусы могут существовать в двух формах: внеклеточной (вириона) и внутриклеточной (вируса).

По форме вирионы могут быть:

1) округлыми;

2) палочковидными;

3) в виде правильных многоугольников;

4) нитевидными и др.

Размеры их колеблются от 15–18 до 300–400 нм.

В центре вириона – вирусная нуклеиновая кислота, покрытая белковой оболочкой – капсидом, который имеет строго упорядоченную структуру. Капсидная оболочка построена из капсомеров. Нуклеиновая кислота и капсидная оболочка составляют нуклеокапсид.

Нуклеокапсид сложноорганизованных вирионов покрыт внешней оболочкой – суперкапсидом, которая может включать в себя множество функционально различных липидных, белковых, углеводных структур.

Строение ДНК– и РНК-вирусов принципиально не отличается от НК других микроорганизмов. У некоторых вирусов в ДНК встречается урацил.

ДНК может быть:

1) двухцепочечной;

2) одноцепочечной;

3) кольцевой;

4) двухцепочечной, но с одной более короткой цепью;

5) двухцепочечной, но с одной непрерывной, а с другой фрагментированной цепями.

РНК может быть:

1) однонитевой;

2) линейной двухнитевой;

3) линейной фрагментированной;

4) кольцевой;

Вирусные белки подразделяют на:

1) геномные – нуклеопротеиды. Обеспечивают репликацию вирусных нуклеиновых кислот и процессы репродукции вируса. Это ферменты, за счет которых происходит увеличение количества копий материнской молекулы, или белки, с помощью которых на матрице нуклеиновой кислоты синтезируются молекулы, обеспечивающие реализацию генетической информации;

2) белки капсидной оболочки – простые белки, обладающие способностью к самосборке. Они складываются в геометрически правильные структуры, в которых различают несколько типов симметрии: спиральный, кубический (образуют правильные многоугольники, число граней строго постоянно) или смешанный;

3) белки суперкапсидной оболочки – это сложные белки, разнообразные по функции. За счет них происходит взаимодействие вирусов с чувствительной клеткой. Выполняют защитную и рецепторную функции.

Среди белков суперкапсидной оболочки выделяют:

а) якорные белки (одним концом они располагаются на поверхности, а другим уходят в глубину; обеспечивают контакт вириона с клеткой);

б) ферменты (могут разрушать мембраны);

в) гемагглютинины (вызывают гемагглютинацию);

г) элементы клетки хозяина.

3. Культивирование вирусов

Основные методы культивирования вирусов:
1) биологический - заражение лабораторных животных.
При заражении вирусом животное заболевает. Если болезнь не
развивается, то патологические изменения можно обнаружить
при вскрытии. У животных наблюдаются иммунологические
сдвиги. Однако далеко не все вирусы можно культивировать
в организме животных;
2) культивирование вирусов в развивающихся куриных
эмбрионах. Куриные эмбрионы выращивают в инкубаторе
7-10 дней, а затем используют для культивирования. В этой
модели все типы зачатков тканей подвержены заражению.
Но не все вирусы могут размножаться и развиваться в кури-
ных эмбрионах.
В результате заражения могут происходить и появляться:
1) гибель эмбриона;
2) дефекты развития: на поверхности оболочек появляются
образования - бляшки, представляющие собой скопления по-
гибших клеток, содержащих вирионы;
3) накопление вирусов в аллантоисной жидкости (обнаружи-
вают путем титрования);
4) размножение в культуре ткани (это основной метод куль-
тивирования вирусов).
Различают следующие типы культур тканей:
1) перевиваемые - культуры опухолевых клеток; обладают
большой митотической активностью;
2) первично трипсинизированные - подвергшиеся первичной
обработке трипсином; эта обработка нарушает межклеточные
связи, в результате чего выделяются отдельные клетки. Источ-
28
ником являются любые органы и ткани, чаще всего - эмбрио-
нальные (обладают высокой митотической активностью).
Для поддержания клеток культуры ткани используют спе-
циальные среды. Это жидкие питательные среды сложного соста-
ва, содержащие аминокислоты, углеводы, факторы роста, источ-
ники белка, и индикаторы для оценки развития
клеток культуры ткани.
О репродукции вирусов в культуре ткани судят по их цитопа-
тическому действию, которое носит разный характер в зависимо-
сти от вида вируса.
Основные проявления цитопатического действия вирусов:
1) размножение вируса может сопровождаться гибелью кле-
ток или морфологическими изменениями в них;
2) некоторые вирусы вызывают слияние клеток и образова-
ние многоядерного синцития;
3) клетки могут расти, но делиться, в результате чего образу-
ются гигантские клетки;
4) в клетках появляются включения (ядерные, цитоплазмати-
ческие, смешанные). Включения могут окрашиваться в розо-
вый цвет (эозинофильные включения) или в голубой (базо-
фильные включения);
5) если в культуре ткани размножаются вирусы, имеющие
гемагглютинины, то в процессе размножения клетка приобре-
тает способность адсорбировать (гемадсорбция).
4. Особенности противовирусного иммунитета
Противовирусный начинается со стадии презента-
ции вирусного Т-хелперами.
Сильными антигенпрезентирующими свойствами при вирус-
ных инфекциях обладают дендритные клетки, а при простом гер-
песе и ретровирусных инфекциях - клетки Лангерганса.
направлен на нейтрализацию и удаление из орга-
низма вируса, его и зараженных вирусом клеток. Анти-
тела, образующиеся при вирусных инфекциях, действуют непо-
средственно на вирус или на клетки, инфицированные им. В этой
связи выделяют две основные формы участия в развитии
противовирусного иммунитета:
1) нейтрализацию вируса антителами; это препятствует рецеп-
ции вируса клеткой и проникновению его внутрь. Опсонизация
вируса с помощью способствует его фагоцитозу;
29
2) иммунный лизис инфицированных вирусом клеток с участи-
ем . При действии антител на антигены, экспресси-
рованные на поверхности инфицированной клетки, к этому
комплексу присоединяется комплемент с последующей его
активацией, что и обуславливает индукцию комплементзави-
симой цитотоксичности и гибель инфицированной вирусом
клетки.
Недостаточная концентрация антител может усиливать репро-
дукцию вируса. Иногда антитела могут защищать вирус от дей-
ствия протеолитических ферментов клетки, что при сохранении
жизнеспособности вируса приводит к усилению его репликации.
Вируснейтрализующие антитела действуют непосредственно
на вирус лишь в том случае, когда он, разрушив одну клетку, рас-
пространяется на другую.
Когда вирусы переходят из клетки в клетку по цитоплазмати-
ческим мостикам, не контактируя с циркулирующими антителами,
то основную роль в становлении иммунитета играют клеточные
механизмы, связанные прежде всего с действием специфических
цитотоксических , Т-эффекторов и макрофагов.
Цитотоксические непосредственно контактируют
с клеткой-мишенью, повышая ее проницаемость и вызывая осмо-
тическое набухание, разрыв мембраны и выход содержимого
в окружающую среду.
Механизм цитотоксического эффекта связан с активацией
мембранных ферментных систем в зоне прилипания клеток, обра-
зованием цитоплазматических мостиков между клетками и дей-
ствием лимфотоксина. Специфические Т-киллеры появляются
уже через 1-3 дня после заражения организма вирусом, их ак-
тивность достигает максимума через неделю, а затем медленно
понижается.
Одним из факторов противовирусного иммунитета является
интерферон. Он образуется в местах размножения вируса и вызы-
вает специфическое торможение транскрипции вирусного генома
и подавление трансляции вирусной мРНК, что препятствует накоп-
лению вируса в клетке-мишени.
Стойкость противовирусного иммунитета вариабельна. При ря-
де инфекций (ветряной оспе, паротите, кори, краснухе)
достаточно стойкий, а повторные заболевания встречаются крайне
редко. Менее стойкий иммунитет развивается при инфекциях ды-
хательных путей (гриппе) и кишечного тракта.