Формирование и выход из клетки вирионов. Процесс упаковки и дозревания вирусов в клетке.

Формирование и выход из клетки вирионов. Процесс упаковки и дозревания вирусов в клетке.

Терминологическая разминка

  • Жизненный цикл клетки
  • Митотический цикл
  • гликолиз
  • дыхание
  • фотосинтез
  • фотолиз
  • митоз
  • автотрофы
  • цитокинез
  • интерфаза

Формирование и выход из клетки вирионов. Процесс упаковки и дозревания вирусов в клетке.

Проверка знаний:

  • Дайте определение митоза?
  • В чем заключается биологический смысл митоза?
  • Сформулируйте биологическое значение митоза?
  • Опишите стадии митоза?

Формирование и выход из клетки вирионов. Процесс упаковки и дозревания вирусов в клетке.

Урок 69. 10 профиль

«Неклеточные формы жизни. Вирусы».

Выполнила:

Короткова Л.А.

учитель биологии

МКОУ СШ № 2

Формирование и выход из клетки вирионов. Процесс упаковки и дозревания вирусов в клетке.

История изучения вирусов.

  • В 1852 году русский ботаник Дмитрий Иосифович Ивановский получил инфекционный экстракт из растений табака, пораженных мозаичной болезнью

Формирование и выход из клетки вирионов. Процесс упаковки и дозревания вирусов в клетке.

  • История изучения вирусов.
  • В 1898 году голландец Бейеринк ввел термин «вирус» (от латинского – «яд»).
  • Ви́русы — неклеточные формы жизни, представляющие собой паразитов на клеточном уровне.

Формирование и выход из клетки вирионов. Процесс упаковки и дозревания вирусов в клетке.

В 1901 г. американский военный хирург У. Рид обнаружил первое вирусное заболевание человека — жёлтая лихорадка.

В 1911 г. Фрэнсис Раус доказал вирусную природу рака — саркомы Рауса. Лишь в 1966 г, спустя 55 лет, ему была вручена за это открытие Нобелевская премия по физиологии и медицине).

Формирование и выход из клетки вирионов. Процесс упаковки и дозревания вирусов в клетке.

В 1917 г. был открыт бактериофаг — вирус, поражающий бактерии.

Эти три события положили начало новой науке — вирусологии, изучающей неклеточные формы жизни.

В 2002 году, в университете Нью-Йорка был создан первый синтетический вирус (вирус полиомиелита).

Формирование и выход из клетки вирионов. Процесс упаковки и дозревания вирусов в клетке.

Размеры вирусов.

  • Мельчайшие живые организмы.
  • Размеры варьируют от 18 до 400нм.
  • В среднем в 50 раз меньше бактерий.
  • Нельзя увидеть с помощью светового микроскопа.
  • Проходят через фильтры,

не пропускающие бактерий.

Формирование и выход из клетки вирионов. Процесс упаковки и дозревания вирусов в клетке.

Признаки вирусов.

  • не имеют клеточного строения;
  • содержат лишь один тип нуклеиновых кислот: ДНК – аденовирусы, РНК – ретровирусы;
  • нет собственного метаболизма;
  • могут существовать как внутриклеточ-ные облигатные паразиты.
  • способны воспроизводить себя только внутри живой клетки;
  • каждый тип вируса распознает и инфицирует лишь определенные типы клеток (специфичны).

Формирование и выход из клетки вирионов. Процесс упаковки и дозревания вирусов в клетке.

  1. Строение вируса.
  2. 1 — сердцевина (однонитчатая РНК);
  3. 2 — белковая оболочка (капсид);
  4. 3 — дополнительная липопротеидная оболочка;
  5. 4 — капсомеры (структурные части капсида).
  • Классификация вирусов
  • ДНК двунитевидная,
  • без внешних оболочек ,
  • кубический тип
  • симметрии – аденовирусы;
  • ДНК двунитевидная,
  • с внешними оболочками,
  • кубический тип
  • симметрии
  • герпес-вирусы (сложные);
  1. Классификация вирусов
  2. ДНК однонитевидная , без внешних оболочек, кубический тип
  3. симметрии – крысиный вирус Килхама, аденосателлиты ;
  4. РНК двунитевидная, без внешних оболочек, кубический тип
  5. симметрии – реовирусы, вирусы раневых опухолей растений.
  • Классификация вирусов
  • РНК однонитевидная, без внешних оболочек, кубический тип
  • симметрии – вирус полиомиелита, энтеровирусы, риновирусы.
  • РНК однонитевидная, без внешних оболочек, спиральный тип
  • симметрии – вирус табачной мозаики (простой).
  1. Классификация вирусов
  2. РНК однонитевидная, с внешними оболочками, спиральный тип
  3. симметрии – вирусы гриппа (сложный), бешенства, онкогенные РНК-содержащие вирусы.

Взаимодействие вируса с клеткой.

Вместе с капельками жидкости при образовании пиноцитозных вакуолей из межклеточной среды случайно внутрь клетки могут попадать и вирусы, циркулирующие в жидкостях организма.

Механизм проникновения вируса в клетку делает инфекционный процесс специфичным. Так, вирус гепатита А или В проникает и размножается только в клетках печени, аденовирусы и вирус гриппа — в клетках эпителия слизистой оболочки верхних дыхательных путей и т. д.

Механизм инфицирования:

Этапы:

  • Присоединение к клеточной мембране — адсорбция;
  • Проникновение в клетку — инъекция;
  • Отделение от белковой оболочки – депротеинизация;
  • Синтез вирусных компонентов;
  • Сборка вирусных частиц;
  • Выход вирионов из клетки — лизис.

Присоединение к клеточной мембране — адсорбция.

  • Сначала осуществляется связывание вируса с особым белком-рецептором, находящимся на клеточной поверхности.
  • Связывание с рецептором осуществляется благодаря наличию специальных белков на поверхности вирусной частицы, которые узнают соответствующий рецептор на поверхности клетки.

Проникновение в клетку — инъекция.

  • На следующем этапе вирусу необходимо доставить внутрь клетки свою генетическую информацию.
  • Некоторые вирусы привносят также собственные белки, необходимые для её реализации (особенно это характерно для вирусов, содержащих негативные РНК).
  • Различные вирусы для проникновения в клетку используют разные стратегии

Перепрограммирование клетки.

  • При заражении вирусом в клетке активируются специальные механизмы противовирусной защиты.
  • Заражённые клетки начинают синтезировать сигнальные молекулы — интерфероны, переводящие окружающие здоровые клетки в противовирусное состояние и активирующие системы иммунитета.
  • Повреждения, вызываемые размножением вируса в клетке, могут быть обнаружены системами внутреннего клеточного контроля, и такая клетка должна будет «покончить жизнь самоубийством» в ходе процесса, называемого апоптозом или программируемой клеточной смерти.

Созревание вирионов и выход из клетки

Синтезированные геномные РНК или ДНК одеваются соответствующими белками и выходят из клетки.

Накопление вирусных частиц приводит к выходу их из клетки. Для одних вирусов это происходит вследствие «взрыва», в результате чего целостность клетки нарушается и она погибает.

Другие вирусы выделяются способом, напоминающим почкование. В этом случае клетки организма могут долго сохраняться живыми.

Закрепление

  • Кто из ученых внес вклад в историю изучения вирусов?
  • Как устроены вирусы?
  • Какие признаки характерны для вирусов?
  • Каков механизм проникновения вирусов в клетку?

5.  Что происходит с фрагментом поверхности клетки, к которой присоединяется вирус?

6.  Какой процесс лежит в основе специфичности инфекционного заболевания?

Домашнее задание учебник стр. 189 — 196. термин: вирусы

3.3. Формирование и выход из клетки вирионов — Med24info.com

Процесс репродукции вируса завершается формированием и освобождением вирионов из клетки. Зрелые вирионы образуются из синтезированных в клетке
вирусных компонентов: нуклеиновой кислоты и белков.

Как только их концентрация достигнет определенного уровня, начинается процесс самосборки вирионов, в основе которого лежит специфическое узнавание-взаимодействие вири- онных компонентов. В инфицированных клетках вирусные нуклеиновые кислоты и вирусспеци- фические белки синтезируются в значительно большем количестве, чем включаются в вирусные частицы.

Синтез вирусных нуклеиновых кислот и вирусспеци- фических белков происходит почти одновременно и не менее чем на 1 ч опережает начало созревания вирусных частиц. Разнообразие структуры вирусов отражается на способе их формирования и выходе из клетки. У просто устроенных вирусов формируются провирионы, которые затем в результате модификаций белков превращаются в вирионы.

Все безоболочечные вирусы позвоночных имеют кубическую симметрию. Структурные белки просто устроенных вирусов связываются спонтанно, образуя капсомеры, которые благодаря самосборке образуют капсиды, в которые упаковывается вирусная нуклеиновая кислота.

В процессе морфогенеза пикорнавирусов образуются различные вирусные структуры с последовательно возрастающими коэффициентами седиментации. Комплектование вириона часто связано с протеолитическим расщеплением одного или более капсидных белков, что хорошо изучено на примере полиовируса и вируса ящура.

Перед образованием зрелых вирионов из трех структурных полипептидов VPO, VP1 и VP3 (по 60 копий каждого) формируется прокапсид. Затем белок VPO расщепляется на два структурных белка (VP2 и VP4), и образуются зрелые частицы пикорнавирусов (табл. 5). Механизм укладки вирусной нуклеиновой кислоты в переформированный прокапсид был выяснен у аденовирусов [1403].

Особый белок, прикрепленный к нуклеотидной последовательности на одном конце вирусной ДНК-известный как упаковывающая последовательность, помогает ДНК входить в прокапсид, прикрепляясь к базовым белкам ядра, после чего некоторые капсидные белки расщепляются и вирион становится зрелым.

Большинство безоболочечных вирусов накапливается в цитоплазме или ядре и их можно обнаружить, как внутриклеточные инфекционные вирионы перед освобождением путем цитолиза. Вирионы могут освобождаться из клетки при ее разрушении в результате лизиса или медленного, контролируемого процесса. По первому типу выходят из клетки вирусы, лишенные оболочки.

Второй тип выхода из клетки характерен для оболочечных вирусов. У оболочечных вирусов сначала формируются нуклеокапсиды, или сердцевины, которые затем покрываются белками наружных оболочек. Вирусы, имеющие оболочку (кроме вирусов оспы и реовирусов), формируются на клеточных мембранах (табл. 6).

Все обол очечные вирусы млекопитающих со спиральным нуклеокап сидом, так же как некоторые вирусы с икосаэдрическим нуклеокапсидом (герпесвиру- сы, тогавирусы и ретровирусы), созревают при почковании через плазматичес-

Механизм Вирус Структурные единицы
Объединение индивидуальных белковых молекул Аденовирус Белок IV—тример (фибер), белок 111—пентамер (основа пептона) формируют пептон
Гепадновирус (НВ-вирус) С (капсидные) белковые димеры
Полиомавирус (SV-40) VP1 пентамер, с 1 молекулой VP2 или VP3
Реовирус (тип 1) 82 (внутренние капсидные белки) гомоолигомеры; S3-(jl (наружный капсидный белок) гетероолигомеры
Белковые субъединицы — помощники объединения Аденовирус (тип 2) Гексоновые триммеры белка II образуются с помощью L4 (100 кДа) белка
Герпесвирус (ВПГтип 1) VP5 пентамеры и гексамеры образуются с помощью VP22a
Сборка из полипротеиновых предшестве нн и ков Альфавирус (вирус Сендай) Капсидный С-белок образуется при расщеплении народившегося полипротеина, содержащего гликопротеиновые участки
Пикорнавирус
(полиовирус)
Незрелые 5S структурные единицы VP0 — VP3 — VP1
Ретровирус (вирус саркомы птиц) Nc-, СА- и МА-белки оболочки объединяются с помощью Gag полипротеина

кую мембрану, через внутреннюю цитоплазматическую мембрану или через мембрану ядра. Выход этих вирусов из клетки является одновременно и завершающей стадией формирования зрелого вириона. Образование зрелых вирионов у оболочеч- ных вирусов осуществляется при почковании их нуклеопротеинов через модифицированные участки цитоплазматических или ядерных (герпесвирусы) мембран, в которых клеточные белки заменены вирусспецифическими. Внутриклеточные и внеклеточные (полные) вирионы вируса оспы различаются между собой в антигенном отношении [643]. Вирус выходит из ядра только через те участки мембраны, которые образовались после заражения. Именно этим и объясняется наличие вирусспецифических белков в вирусной оболочке. Включение вирусных гликопротеинов в липидную двуслойную оболочку зараженной клетки происходит в результате замещения клеточных белков. Вирусные гликопротеины, объединенные в олигомеры, образуют типичные палочкообразные или булавообразные пепломеры с гидрофильными участками, экспонируемые над наружной поверхностью мембраны, а гидрофобный трансмембранный якорный домен и короткий гидрофильный цитоплазматический домен проецируется слабо в цитоплазме. В случае с икосаэдрическими вирусами, каж-
Таблица 6. Взаимодействие вирусов с внутриклеточными мембранами [670]

Читайте также:  Методы естественной детоксикации организма. Промывание желудка. Форсированный диурез. Гипервентиляция легких. Кишечный лаваж.
Семейства вирусов Интегральные мембранные белки Механизм одевания
Буньявирусы Gl, G2 Почкование через мембрану аппарата Гольджи
Коронавирусы М, S Почкование через эндоплазматичес- кую сеть и мембрану аппарата Гольджи
Гепадновирусы L, М, S Почкование через эндоплазматичес- кую сеть
Герпесвирусы UL31, UL34 gE-gl Первоначально одеваются: путем почкования капсидов через внутреннюю мембрану ядра
Почкование через мембрану аппарата Гольджи
Вирусы оспы:

  • незрелый вирус осповакцины
  • зрелый внутриклеточный вирус
А141, А131, 4171 A56R (НА), F131, B5R Поглощение частицей
Поглощение с образованием структуры с четырьмя мембранами
Ротавирусы VP7, N528 Почкование через эндоплазматичес- кую сеть
Рубеллавирусы Е1-Е2 Почкование через мембрану аппарата Гольжди

дая молекула белка нуклеокапсида соединена непосредственно с цитоплазматическим доменом олигомера мембранного гликопротеина, окружающего нуклео- капсид. Вирусы со спиральными нуклеокапсидами в большинстве случаев имеют матриксный белок, который прикрепляется к цитоплазматическому участку гликопротеинового пепломера; а противоположным концом к матриксному белку и это инициирует почкование. Освобождение отдельного вириона и массы вирионов не сопровождается образованием бреши в плазматической мембране и ее заметным повреждением. Многие, но не все вирусы, которые почкуются через плазматическую мембрану, являются цитопатогенными и могут быть связаны с персистентной инфекцией. Флавивирусы, коронавирусы, артеривирусы и буньявирусы созревают, почкуясь через мембрану комплекса Гольджи или гладкой эндоплазматической сети; везикулы, содержащие вирус, затем мигрируют к плазматической мембране, с которой они сливаются, освобождая вирионы экзоцитозом. Уникальным для герпесвирусов является то, что их оболочка формируется при почковании через внутренний слой ядерной мембраны (табл. 7). Такие вирионы выходят из клетки через каналы цитоплазматического ретикулума, соединяющие ядерную оболочку с наружной мембраной клетки. Благодаря такому механизму выделения, эти

Семейство Место репликации генома Продолжительность эклипс- периода, ч Место почкования
Вирусы оспы цитоплазма 4 Мембрана аппарата Гольджи
Асфаровирусы цитоплазма 5 Плазматическая мембрана
Иридовирусы ядро/цитоплазма 9 9
Герпесвирусы ядро 4 Мембрана ядра
Аденовирусы ядро 10 нет
Папилломавирусы ядро 12 9
Полиомавирусы ядро 12 ?
Парвовирусы ядро 6 нет
Цирковирусы ядро 7 9
Гепаднавирусы ядро ? ?
Ретровирусы ядро/цитоплазма 10 Плазматическая мембрана
Реовирусы цитоплазма 5 нет
Бирнавирусы цитоплазма 4 нет
Парамиксовирусы цитоплазма 4 Плазматическая мембрана
Рабдовирусы цитоплазма 3 Плазматическая мембрана
Филовирусы цитоплазма 2 Плазматическая мембрана
Борнавирусы ядро 9 нет
Ортомиксовирусы ядро 4 Плазматическая мембрана
Аренавирусы цитоплазма 5 Плазматическая мембрана
Коронавирусы цитоплазма 5 Эндоплазматическая сеть
Артеривирусы цитоплазма 5 Эндоплазматическая сеть
Пикорнавирусы цитоплазма 2 нет
Калицивирусы цитоплазма 3 нет
Астровирусы цитоплазма 3 нет
Тоговирусы цитоплазма 2 Плазматическая мембрана
Флавивирусы цитоплазма 3 Эндоплазматическая сеть
Буньявирусы цитоплазма 4 Мембрана аппарата Гольджи

вирусы могут передаваться от клетки к клетке, несмотря на наличие антител в экстрацеллюлярном пространстве. Таким образом, возможна передача вируса от клетки к клетке без выхода во внешнюю среду [507]. Особую проблему представляет механизм формирования зрелых вирусных частиц, содержащих несколько различных молекул РНК (ортомиксо-, рео-, бир

на- и аренавирусы). Трудно представить, каким образом из пула нуклеиновых кислот в данный вирион попадает строго определенный комплект молекул РНК. Вероятно, важную роль в отборе нужных молекул играет специфическое взаимодействие нуклеиновой кислоты с определенными структурными белками вирионов [898, 1135]. 

Источник: В.А. Сергеев, Е.А. Непоклонов, Т.И. Алипер, «Вирусы и вирусные вакцины» 2007

А так же в разделе «3.3. Формирование и выход из клетки вирионов »

Сборка вирионов и выход их из клетки

Синтез компонентов вирусных частиц в клетке разобщен и может протекать в разных структурах ядра и цитоплазмы. Вирусы, репликация которых проходит в ядрах, условно называют ядерными. В основном это ДНК-содержащие вирусы: адено-, папова-, парвовирусы, вирусы герпеса.

Вирусы, реплицирующиеся в цитоплазме, называют цитоплазмэтическими. К ним относятся из ДНК-содержащих вирус оспы и большинство РНК-содержащих вирусов, за исключением ортомиксо- и ретровирусов.

Однако это разделение весьма относительно, потому что в репродукции тех и других вирусов есть стадии, протекающие соответственно в цитоплазме и ядре.

Внутри ядра и цитоплазмы синтез вирусспецифических молекул также может быть разобщен. Так, например, синтез одних белков осуществляется на свободных полисомах, а других—на полисомах, связанных с мембранами. Вирусные нуклеиновые кислоты синтезируются в ассоциации с клеточными структурами вдали от полисом, которые синтезируют вирусные белки.

При таком дизъюнктивном способе репродукции образование вирусной частицы возможно лишь в том случае, если вирусные нуклеиновые кислоты и белки обладают способностью при достаточной концентрации узнавать друг друга в многообразии клеточных белков и нуклеиновых кислот и самопроизвольно соединяться друг с другом, т. е. способны к самосборке.

В основе самосборки лежит специфическое белок-нуклеиновое и белок-белковое узнавание, которое может происходить в результате гидрофобных ионных и водородных связей, а также стерического соответствия.

Белок-нуклеиновое узнавание ограничено небольшим участком молекулы нуклеиновой кислоты и определяется уникальными последовательностями нуклеотидов в некодирующей части вирусного генома. С этого узнавания участка генома вирусными капсидными белками начинается процесс сборки вирусной частицы.

Присоединение остальных белковых молекул осуществляется за счет специфических белок-белковых взаимодействий или неспецифических белок-нуклеиновых взаимодействий.

Объединение белка с вирусными нуклеиновыми кислотами в клетке происходит спонтанно как чисто физико-химическая реакция агрегации, требующая участия дополнительных факторов (рН, ионной силы, ионов металлов, осмоса и т.п.). После того как концентрация вирусных РНК и белка достигает критического уровня; у сложно устроенных вирусов принципы самосборки обеспечивает от начала до конца морфогенез вирионов.

Для того чтобы представить этап созревания дочерних вирусных частиц у парамиксовирусов, необходимо выяснить, каким образом молекула 50S РНК, около 10 тыс.

молекул белков, липидов и сахара собираются в зараженной клетке и образуют морфологически и биологически полноценную частицу.

Созревание можно разделить на три этапа: 1) образование внутриклеточных нуклеокапсидов; 2) организация вирусной мембраны; 3) выход зрелой вирусной частицы из клетки с помощью так называемого почкования.

Образование нуклеокапсидов. Быстрое включение 50S РНК в капсид обусловлено сравнительно быстрым и в избытке накоплением в. зараженной клетке структурных белков нуклеокапсидов. Формирование (ассемблирование) вирионов происходит путем самосборки, которая обусловлена «узнаванием» РНК белками.

Полагают, что узнающим белком является белок Р, поскольку он наиболее жестко связан с РНК в вирусных частицах. Считают, что узнаваемый участок РНК локализуется на 5'-конце молекулы. Нуклеокапсиды накапливаются в цитоплазме зараженных клеток, причем скорость образования внутриклеточных нуклеокапсидов гораздо выше, чем скорость образования вируса.

Образование внутриклеточных нуклеокапсидов сопряжено во времени с биосинтезом 50S РНК.

Организация вирусной мембраны. Структурной основой вирусных и цитоплазматических мембран является двойной липидный слой. Последний у вирусной мембраны почти без изменений повторяет липидный слой плазматической мембраны клетки-хозяина. Мембраны вирусных частиц содержат наружный (гликопротеиды HN и F) и внутренний белковый слой (белок М).

В построении вирусной мембраны участвуют предсуществующие липиды клеточных мембран. Гликопротеиды вируса включаются в мембраны зараженных клеток, поэтому вскоре после их заражения в наружных мембранах клеток выявляется поверхностный вирусный антиген (гликопротеид HN, являющийся одновременно гемагглютинином, нейраминидазой и рецепторным белком).

В плазматических мембранах клеток, зараженных вирусом гриппа, обнаружены все белки липопротеидной оболочки вируса: НА (либо НА1 + НА2); NA (нейраминидаза) и М (внутренний белок вирусной мембраны).

Гликопротеиды НА (гемагглютинина) и NA синтезируются в так называемых шероховатых мембранах, т.е. в мембранах, с которыми связаны синтезирующие белки рибосомы.

После синтеза полипептиды транспортируются по гладким плазматическим мембранам в комплекс Гольджи, где происходит тримминг углеводных цепей. Из комплекса Гольджи гликопротеиды поступают в наружные мембраны.

Происходит сборка структур, состоящих из 6 молекул гемагглютинина, вокруг одной молекулы нейраминидазы. Белок М синтезируется там же, где и гликопротеиды, но транспортируется иначе и накапливается на внутреннем листке плазмалеммы.

Гемагглютинин вируса гриппа синтезируется в зараженной клетке в виде предшественника, который в процессе транспорта в плазматические мембраны нарезается на две неравные субъединицы: большую и малую. Нарезание осуществляется клеточными протеазами. Степень нарезания зависит от штамма вируса и клеточной системы.

При нарезании предшественника возрастает инфекционность вируса. Последняя снижена у частиц, содержащих молекулы гемагглютинина, часть которых ИЛИ все они не нарезаны. Видимо, нарезание гемагглютинина существенно для адсорбции и для стадии проникновения вируса.

Обработка вирионов гриппа трипсином увеличивает эффективность адсорбции и его проникновения. Отсутствие нарезания гемагглютинина приводит к нарушению способности вирусного потомства заражать новые дочерние клетки. Нуклеокапсиды парамиксовирусов способны узнавать модифицированные М-белком участки наружных мембран зараженных клеток.

Нуклеокапсиды связываются непосредственно с этими модифицированными участками. Вслед за этим начинается процесс выпячивания всего конгломерата, заканчивающийся отторжением. Этот процесс получил название «почкование».

Липидосодержащие вирусы животных почкуются на плазматических мембранах клеток и содержат элементы оболочек клетки-хозяина. По сути, вирусная оболочка представляет собой модифицированную вирусными белками клеточную мембрану.

  • Главная роль в организации липопротеидной мембраны вируса, равно как и во включении нуклеокапсида в участок почкования, видимо, принадлежит белку М.
  • В связи с разнообразием структуры вирусов животных разнообразны и способы формирования вирионов, однако можно сформулировать следующие общие принципы сборки
  • 1) у просто устроенных вирусов формируются провирионы, которые затем в результате модификаций белков превращаются в вирионы. У сложно устроенных вирусов сборка осуществляется многоступенчато — сначала формируются нуклеокапсиды или сердцевины, с которыми взаимодействуют белки наружных оболочек;
Читайте также:  Диагностика холангита. Ведение больного в начальной стадии холангита.

2) сборка сложно устроенных вирусов (за исключением сборки вирусов оспы и реовирусов) осуществляется на клеточных мембранах.

Сборка ядерных вирусов происходит с участием ядерных мембран, сборка цитоплазматических вирусов — с участием мембран эндоплазматической сети или плазматической мембраны, куда независимо друг от друга прибывают все компоненты вирусной частицы; 3) у ряда сложно устроенных вирусов существуют специальные гидрофобные белки, выполняющие функции посредников между сформированными нуклеокапсидами и вирусными гликопротеидами. Такими белками являются матриксные белки у ряда минус-нитевых вирусов (ортомиксо-, парамиксо-, рабдовирусов);

4) сборка нуклеокапсидов, сердцевин, провирионов и вири-онов происходит не во внутриклеточной жидкости, а в специальных структурах, предсуществующих в клетке или индуцированных вирусом («фабриках»);

5) сложно устроенные вирусы для построения своих частиц используют ряд элементов клетки-хозяина, например липиды, некоторые ферменты, у ДНК-геномного SV40 — гистоны, у оболочечных РНК-геномных вирусов — актин, а в составе арена-вирусов обнаружены даже рибосомы. Клеточные молекулы несут определенные функции в вирусной частице, однако включение их в вирион может явиться и следствием случайной контаминации, как, например, включение ряда ферментов клеточных оболочек или клеточных нуклеиновых кислот.

Сборка ДНК-содержащих вирусов. В сборке ДНК-содержащих вирусов есть некоторые отличия от сборки РНК-содержащих вирусов.

Как и у РНК-содержащих вирусов, сборка ДНК-содержащих вирусов является многоступенчатым процессом с образованием промежуточных форм, отличающихся от зрелых вирионов по составу полипептидов.

Первый этап сборки заключается в ассоциации ДНК с внутренними белками и формировании сердцевин или нуклеокапсидов. При этом ДНК соединяется с предварительно сформированными «пустыми» капси-дами.

В результате связывания ДНК с капсидами появляется новый класс промежуточных форм, которые называются неполными формами.

Помимо неполных форм с разным содержанием ДНК, существует другая промежуточная форма в морфогенезе — незрелые вирионы, отличающиеся от зрелых тем, что содержат ненарезанные предшественники полипептидов.

Таким образом, морфогенез вирусов тесно связан с модификацией (процессингом) белков.

Сборка ядерных вирусов начинается в ядре, обычно — в ассоциации с ядерной мембраной.

Формирующиеся в ядре Промежуточные формы вируса герпеса почкуются в перинукле-арное пространство через внутреннюю ядерную мембрану, и вирус приобретает таким путем оболочку, которая является дериватом ядерной мембраны.

Дальнейшая достройка и созревание вирионов происходят в мембранах эндоплазм этической сети и в аппарате Гольджи, откуда вирус в составе цитоплазматических везикул транспортируется на клеточную поверхность.

У непочкующихся липидосодержащих вирусов (вирусов оспы) сборка вирионов происходит в уже описанных цитоплазматических «фабриках», Липидная оболочка вирусов в «фабриках» формируется из клеточных липидов путем автономной самосборки, поэтому липидный состав оболочек значительно отличается от состава липидов в клеточных мембранах

Выход вирусных частиц из клетки

Существует два способа выхода вирусного потомства из клетки: путем взрыва и путем почкования.

Выход из клетки путем взрыва связан с деструкцией клетки, нарушением ее целостности, в результате чего находящиеся внутри клетки зрелые вирусные частицы оказываются в окружающей среде.

Такой способ выхода из клетки присущ вирусам, не содержащим липопротеидной оболочки (пикорна-, рео-, парво-, папова-, аденовирусы). Однако некоторые из этих вирусов могут транспортироваться на клеточную поверхность до гибели клетки.

Выход из клетки путем почкования присущ вирусам, содержащим липопротеидную мембрану, которая является дериватом клеточных мембран. При этом способе клетка может длительное время сохранять жизнеспособность и продуцировать вирусное потомство, пока не произойдет полное истощение ее ресурсов.

Контрольная работа по "Вирусологии"

Содержание

Стр.

  1. Опишите основные этапы репродукции вирусов в клетках (начиная с адсорбции).………..……………………………………….3
  2. Какие средства и методы применяются для стерилизации материалов, инструментов, посуды и рабочих мест в лабораториях? Чем обусловлен вируцидный эффект?……..…………………………..9
  3. Задача………………..………………………………….……….11

Список литературы………………………………………..………13

1. Опишите основные этапы 
репродукции вирусов в клетках (начиная с адсорбции).

Репродукция вирусов включает несколько основных этапов.

  1. Адсорбция вирусов на клетке.
  2. Проникновение вируса в клетку.
  3. Депротеинизация (освобождение вирусной нуклеиновой кислоты).
  4. Синтез ранних белков: а) белков-ингибиторов (репрессоров), подавляющих клеточный метаболизм; б) белков (полимераз), обеспечивающих синтез вирусных нуклеиновых кислот.
  5. Синтез компонентов вирусов: а) репликация вирусных нуклеиновых кислот; б) синтез вирусных структурных белков.
  6. Формирование зрелых (инфекционных) вирионов.
  7. Выход вирионов из клетки.

Адсорбция вируса на поверхности клетки является физико-химическим процессом и определяется разностью зарядов и другими силами межмолекулярного притяжения поверхности вируса и клеточной стенки. Основную роль в адсорбции вируса на клетке играет взаимодействие рецепторов вируса с комплементарными рецепторами клеток, которые могут быть мукопротеидами или липопротеидами.

Вирусные рецепторы по химической природе являются белками и называются прикрепительными белками. На адсорбцию вируса на клетке влияет возникновение противоположных зарядов между определенными участками клеточной стенки и вируса. Вирусы несут отрицательный заряд, участки клеточной стенки — положительный.

Эта фаза взаимодействия вируса с клеткой обратима, на ее исход оказывает влияние рН и солевой состав среды.

Адсорбционные участки вируса соприкасаются с рецепторными участками клеточной стенки. Степень и скорость адсорбции зависят от ферментов (нейраминидаза), гормонов, действующих на клеточные рецепторы.

Чувствительность клеток к вирусу определяется тремя факторами:

  • наличием рецепторов, на которых может фиксироваться вирус;
  • наличием в клеточной оболочке и цитоплазме ферментов, способных разрушить белковые оболочки и освободить вирусную нуклеиновую кислоту;
  • наличием в клетке ферментов, материалов и энергетических ресурсов, обеспечивающих синтез компонентов вируса и формирование вирионов.

На раннем этапе адсорбции связь вируса с клеткой обратима. При повторном замораживании и оттаивании эта связь разрушается и происходит отторжение вируса от клетки. При длительном контакте вируса с клеткой элюция невозможна.

Вслед за адсорбцией следует стадия проникновения вируса в клетку. Вирусы в клетки проникают тремя способами.

  1. Впрыскивание нуклеиновой кислоты в клетку; белковая оболочка остается на клетке. Характерно для фагов.
  2. Разрушение клеточной оболочки; вирус проникает целиком. Характерно для вирусов растений.
  3. С помощью пиноцитоза или виропексиса. Характерно для большинства вирусов позвоночных.

Проникновение в клетку происходит благодаря процессу виропексиса, аналогичному фагоцитозу. В месте адсорбции клеточная стенка образует впячивание, затем в этом месте формируются вакуоли, и вирион таким образом оказывается в цитоплазме (внутри клетки).

Механизм проникновения вириона (за исключением бактериофага) состоит из проникновения целого вириона в клетку в результате виропексисного процесса.

Одновременно с виропексисом начинается дезинтеграция (распад вирионов на составные части), которая является ферментативным процессом.

Клеточная оболочка осуществляет начало дезинтеграции вирусного капсида, что выражается в изменении структуры вирусной белковой оболочки.

Процесс дезинтеграции вируса завершается в цитоплазме, т. е. после проникновения вируса в клетку. Конечным его результатом является освобождение вирусной нуклеиновой кислоты от белков внешних оболочек с помощью протеолитических ферментов цитоплазмы.

С этого момента начинается внутриклеточное развитие вируса, которое завершается формированием потомства вириона, проникшего в клетку.

Причем эту фазу взаимодействия вируса с клеткой называют эклипсом, что означает исчезновение, так как в это время вирус не удается обнаружить, и он как бы исчезает.

Свободная нуклеиновая кислота перемещается на место репродукции вируса. Местом репродукции может быть цитоплазма или ядро клетки. Это зависит от вида вирусов. Одни вирусы репродуцируются в ядре, другие — в цитоплазме.

Синтезу компонентов вирионов предшествует подготовительный период, в течение которого нуклеиновая кислота вируса вызывает подавление синтеза клеточных белков и нуклеиновых кислот путем образования ингибиторов белковой природы.

Таким образом, в клетке нарушается собственный метаболизм и она оказывается подготовленной к синтезу компонентов вируса за счет собственных субстратов.

Синтез нуклеиновых и белковых компонентов вируса в клетке происходит дезъюнктивным способом — раздельно территориально и во времени, т. е. в разных частях клетки (ядре, цитоплазме).

В синтезе вирусных компонентов между ДНК- и РНК-содержащими вирусами существует определенное различие.

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.

Репликативная форма РНК состоит из родительской и вновь образованной нити РНК, которые, объединяясь, формируют одноцепочечную 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 двухцепочечной вирусной РНК.

Читайте также:  Прекращение сердечной деятельности. Асистолия. Причины ( этиология ) асистолии.

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 лилидных компонентов клетки хозяина и формирование внешних оболочек вокруг «голых частиц» вируса.

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 результаты процессов взаимодействия различных вирусов и клеток можно разделить на пять типов.

  1. Дегенерация (дистрофия) клеток, приводящая к их гибели.
  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.

2. Какие средства и 
методы применяются для стерилизации 
материалов, инструментов, посуды и 
рабочих мест в лабораториях? Чем обусловлен вируцидный эффект?

Асептика — система мероприятий и приемов работы, предупреждающих попадание микроорганизмов и вирусов из окружающей среды в организм человека, а также в исследуемый материал. Она предусматривает использование стерильных инструментов и материалов, обработку рук сотрудников, соблюдение особых санитарно-гигиенических правил и приемов работы.

Антисептика — комплекс мероприятий, направленных на уничтожение микроорганизмов и вирусов, способных вызвать инфекционный процесс при попадании на поврежденные или интактные участки кожи и слизистых оболочек.

В качестве антисептиков используют различные химические вещества: 70%-ный этиловый спирт, 5%-ный спиртовой раствор йода, 0,5-3%-ный раствор хлорамина, 0,1%-ный раствор перманганата калия, 0,5-1%-ный раствор формалина, 1-2%-ные спиртовые растворы метиленового синего или бриллиантового зеленого.

Дезинфекция — обеззараживание объектов окружающей среды путем уничтожения патогенных для человека и животных микроорганизмов и вирусов физическими способами и с помощью химических веществ: растворами кальция гипохлорида (0,1-10%-ным), формалина, хлорамина (0,5-5%-ным), фенола (3-5%-ным), лизола (3-5%-ным), натрия или калия гидроксида (2-3%-ным) и др. Выбор дезинфицирующего вещества и его концентрации зависят от материала, подлежащего дезинфекции.

В лабораториях для дезинфекции боксов чаще всего применяют пары формалина (30-35 мл 40%-ного раствора формальдегида на 1 м3 помещения), бета-пропиолактон (1,1 л на 100 м3 помещения) или испаряют карболовую кислоту (не реже одного раза в неделю) и ежедневно делают влажную уборку с применением растворов хлорамина, гидроксида натрия и др.

Стерилизация — обеспложивание, т.е. полное уничтожение микроорганизмов и вирусов в различных материалах. Стерилизацию проводят физическими (воздействием высокой температуры, путем ультрафиолетового облучения, фильтрацией жидкостей через бактериальные фильтры) и химическими методами.

Физические методы стерилизации:

а) прокаливание в пламени спиртовки или горелки. Данный способ применяют для стерилизации препаровальных игл, петель из аппарата Такачи, пинцетов, горловин культуральных сосудов и т. д.;

б) стерилизация кипячением. Этим методом стерилизуют шприцы, мелкий хирургический инструмент, предметные и покровные стекла и другие предметы. Кипятят не менее 30 мин. Однако данный метод не обеспечивает полной стерилизации, так как некоторые вирусы, могут остаться при этом жизнеспособными;

Выход вируса из клетки в генной терапии

Вирусы часто используются как средства доставки в генной терапии, потому что они не повреждают клетку в момент попадания в нее. Но последствия может иметь выход вируса из клетки, которым часто пренебрегают, — пишет eurekalert.org со ссылкой на Virology.

Некоторые вирусы используют молекулу под названием гепарансульфат, чтобы помочь им прикрепиться к клеткам. Согласно новому исследованию, молекула, обнаруженная во многих различных типах клеток (в том числе и в тканях животных), может препятствовать выходу вируса.

«Это не обязательно хорошо, что вирус не выходит. Это может иметь свои собственные последствия для стимуляции иммунной системы, — сказал Дэвид Сандерс, доцент биологических наук в Университете Пердью. — Поскольку мы все чаще создаем вирусы для переноса генов и генной терапии, нам нужно учитывать одну вещь — их способность выходить из клетки».

Генная терапия является относительно новым методом, который использует гены, а не лекарства или хирургическое вмешательство, для лечения расстройства. Это можно сделать несколькими способами: заменив ген, вызывающий заболевание, здоровой копией гена, удалив мутировавший ген, который не функционирует правильно, или введя совершенно новый ген, который поможет организму бороться с болезнью.

Вирусы, используемые для доставки генов, спроектированы таким образом, чтобы не вызывать заболевания у нового хозяина, но не известно, будут ли непредвиденные последствия того, что вирус никогда не покинет клетку.

«Гепарансульфат потенциально полезен, потому что позволяет избежать поиск белка для рецептора клетки в трехмерном пространстве: он выводит белок на поверхность, что делает поиск двумерным, — сказал Сандерс. — Но когда мы внедрили наш вирус в клетку, которая производит гепарансульфат, он не смог выбраться из нее».

Ретровирусы, такие как ВИЧ, вставляют копию своего генома в ДНК-клетки, в которые они вторгаются. Поскольку ретровирусы постоянно включены в генетический материал клетки-хозяина, они хорошо работают как носители для переноса генов.

Чтобы увидеть, могут ли они генерировать вирус, который усиливает вставку ДНК в клетки, на поверхности которых находится сульфат гепарана, команда Сандерса создала вирусный псевдотип: ретровирус, который снаружи выглядит как альфа-вирус. Затем они внесли изменения в альфа-вирусный белок, который, как предполагалось, заставит псевдотипированный вирус использовать гепарансульфат для проникновения.

«Вместо создания лучшего вируса мы практически не обнаружили вирусов, — сказал Сандерс. — Из-за взаимодействия между белком, который мы модифицировали, и гепарансульфатом, уже находящимся в клетке, белок оставался там».

Когда вирусы инкубируются с клетками в чашках Петри, они иногда приобретают способность использовать гепарансульфат. Это явление наблюдалось у нескольких типов вирусов, и, хотя они не использовали бы гепарансульфат в стандартном живом организме, что-то в культуре клеток делает их более вероятными для использования молекулы.

По словам Сандерса, поскольку вирусы все чаще разрабатываются как средства доставки, исследователи должны учитывать, что инструменты, которые они используют для облегчения проникновения, могут помешать выходу.

[ ktsdesign: ru.123rf.com]

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector