Вирусы способны размножаться. Способ размножения вирусов

Процесс размножения вирусов условно разделяют на 5 стадий (Стейниер, Эдельберг, Ингрэм, 1979):

проникновение в клетку хозяина;

синтез ферментов;

синтез составных частей вируса;

сборка составных частей вируса с образованием зрелых вирионов;

выход зрелых вирионов из клетки хозяина.

Установлено, что процессы проникновения вируса в клетку различны у вирусов бактерий, растений и животных. Так, если вирусы животных адсорбируются непосредственно на мембране клетки-хозяина, то вирусы бактерий и растений должны пройти через клеточную стенку. При этом вирусы растений не обладают специальным аппаратом для преодоления клеточной стенки, поэтому они могут попасть внутрь растения только через различные ранки. На листьях и корнях растений достаточно часто имеются мельчайшие механические поранения через которые и проникают вирусы табачной мозаики, Х-вирус картофеля и др. Однако большинство вирусов попадает в растения с помощью переносчиков, в роли которых чаще выступают насекомые с сосущим ротовым аппаратом (тли, цикадки), а также клещи, фитонематоды, грибы. Процесс проникновения завершается удалением белкового капсида (раздевание вириона) и появлением внутри клетки свободной нуклеиновой кислоты вируса, что приводит к синтезу вирус-специфических белков и репликации самой вирусной нуклеиновой кислоты.

4. Передача вирусов растений

Растительные вирусы могут передаваться от одного растения к другому только с клеточным соком. Источники инфекции и способы ее передачи могут быть различны: механическая передача соком от больного растения к здоровому; передача через почву или через семена и пыльцу; передача переносчиками: насекомыми, клещами, нематодами, грибами (Гиббс, Харрисон, 1978).

Передача путем механического контакта встречается крайне редко, например, при касании листьев здоровых растений, с листьями растений, инфицированными вирусами происходит повреждение краев листьев и листовых волосков. При этом выделяемый зараженными растениями сок проникает в ранки здоровых растений и таким образом заражает их. Иногда заражение вирусов происходит при соприкосновении под землей здоровых корней растений с зараженными. У древесных пород корни соседних растений иногда срастаются. Передача вирусов через почву заключается в перемещении свободных вирусных частиц током почвенного раствора. Такие вирусы попадают в почву после разложения питательных остатков. В условиях гидропонной культуры растения могут выделять свободные вирусы из корней в субстрат, которые с током питательного раствора заражают здоровые растения (Минкевич, 1984). Считается, что вирусы не столь часто передаются через семена и пыльцу, тем не менее насчитывается не менее тридцати вирусов, которые инфицируют растения таким образом. При этом, как считают А.Гиббс и Б.Харрисон (1978), возможность такой передачи зависит от множества факторов: температуры, генотипа хозяина, времени заражения. Наиболее успешно инфицируются растения при умеренных температурах, нежели при очень высоких или очень низких. Эффективность передачи вируса зависит от соотношения между моментом заражения и временем цветения, а также от расположения цветков на растении. Большинство вирусов, передающихся через пыльцу, не способно заражать растения, если опыление цветков уже произошло.

Вирусы могут передаваться также с вегетативными частями и органами растений: с клубнями, корнями, черенками и отводками. Однако наиболее часто вирусы передаются с помощью переносчиков, в роли которых выступают насекомые, клещи, нематоды, грибы. Вирус сохраняется в организме переносчика в инфекционной форме определенное время. Состояние, при котором переносчик сохраняет инфекционность после того как покинет зараженное растение, называется персистентностью. Различают три основные типа персистентности: неперсистентность, полуперсистентность и персистентность. Неперсистентность означает, что переносчик сохраняет инфекционность в течение нескольких часов (до четырех);

Полуперсистентность наблюдается в том случае, когда переносчик сохраняет инфекционность в течение 10-100 часов:

Персистентность – когда переносчик сохраняет инфекционность более 100 часов, а иногда в течение всей жизни. Среди насекомых основная роль в качестве переносчиков вирусов принадлежит тлям. Дело в том, что их ротовой аппарат очень хорошо приспособлен для инокуляции растений. Тли имеют очень тонкие стилеты, которыми прокалывают ткани растений, без грубых их повреждений, что способствует успешности заражения. Кроме тлей вторую по значимости группу переносчиков вирусов составляют цикадки, светоноски и горбатки. Переносимые этими насекомыми вирусы, чаще всего вызывают пожелтение или скручивание листьев у растений. Установлено, что эти переносчики питаются в основном флоэмой растений, поэтому вирусы концентрируются в основном во флоэме.

Переносчиками ряда вирусов, особенно в регионах с жарким климатом, могут быть белокрылки. Также как и цикадки они питаются в основном на флоэме, поэтому их личинки являются оседлыми. Чаще всего белокрылки являются переносчиками вирусов, вызывающих мозаики и деформации.

Среди жуков в роли переносчиков вирусов чаще выступают листоеды, реже долгоносики. Вирусы, передающиеся этими насекомыми, вызывают мозаику и крапчатость. Жуки приобретают вирус в течение 5 мин., причем здоровые растения могут заражаться вирусом либо сразу после поглощения их переносчиками, либо на следующий день. В жуках вирусы могут оставаться в течение нескольких дней или недель

В передаче вирусов участвуют насекомые и некоторых других групп, однако по каждой такой группе пока отмечено лишь небольшое число переносчиков. Переносчиками вирусов могут быть и клещи, хотя спектр растений-хозяев у них довольно ограничен. Передаваемые клещами вирусы вызывают реверсию смородины, мозаику персика, мозаику инжира, розеточные болезни роз. Клещи имеют тонкие стилеты, прокалывающие клетки растений. От растения к растению клещи чаще распространяются ветром.

Вирионы представляют собой инертные формы, которые сами по себе не размножаются, а лишь существуют для передачи от одного организма другому и для перехода из одной клетки хозяина в другую и сохранения во внешней среде. В последнем случае они как бы напоминают роль споровых форм микроорганизмов.

Размножение вирусов является результатом репликации их генома и репродукции других структурных компонентов вириона. Эти процессы происходят внутри инфицированной клетки. Для того, чтобы вирус мог размножиться, он должен вначале заразить клетку; чтобы заразить клетку, вирус должен связаться с клеточной поверхностью, проникнуть в клетку и «раздеться» до такой степени, чтобы его геном стал способен реализовать свои генетические функции, в результате чего появится новое потомство вируса. Спектр хозяев разных вирусов значительно варьирует, он определяется как видами животных, так и типами клеток, в которых данный вирус может размножаться.

Одни вирусы имеют широкий спектр хозяев, другие заражают лишь клетки одного типа определенных видов животных. Способность клеток и организма заражаться вирусом называют, соответственно, чувствительностью и восприимчивостью. Когда восприимчивый организм вступает в контакт с вирусом, первоначально заражаются лишь чувствительные клетки у входных ворот инфекции (например, миндалины). Однако для клинического проявления инфекции этого может оказаться недостаточно, так как болезнь возникает вследствие заражения клеток-мишеней (например, нейронов, гепатоцитов) после того, как вирус размножился на месте внедрения в организм. В ряде случаев клетки-мишени располагаются у входных ворот инфекции (например, кишечные, респираторные инфекции).

События, происходящие в инфицированной клетке, могут существенно различаться и конечный результат их также может быть различным - от размножения вируса (продуктивная инфекция) с разрушением или/без разрушения клеток до трансформации клеток, которые приобретают способность к неограниченному делению.

Многие цитопатогенные вирусы обладают способностью к установлению персистентной инфекции в чувствительных клетках. Молекулярные механизмы персистенции вирусов в клеточных культурах окончательно не выяснены.

Репликация вирусов занимает центральное место в молекулярной биологии. Основные закономерности репликации вирусов первоначально были изучены в опытах с бактериофагами, а с появлением культур клеток млекопитающих эти методы были адаптированы к вирусам животных.

В начале инфекций в клетку проникает вирусный геном (РН К или ДНК), часто вместе с необходимыми вирионными белками. Несмотря на существенные различия в стратегии размножения разных семейств ДНК- и РНК-вирусов, особенно в отношении транскрипции и репликации их геномов, этот процесс имеет общие характерные особенности, свойственные всем вирусам. Главная из них состоит в том, что способность вирусов к размножению и судьба зараженных клеток зависят от синтеза и функции продуктов вирусных генов - белков, которые обеспечивают: а) репликацию вирусного генома и синтез вирусных белков, б) упаковку генома в вирусные частицы (вирионы) и в) изменение структуры и (или) функции зараженных клеток.

Стратегия, применяемая вирусами для обеспечения этих функций, варьирует. Иногда вирусные белки (папиллома и полиомавирусы) просто помогают ферментам клетки хозяина реплицировать вирусный геном. В большинстве случаев вирусные белки сами обеспечивают репликацию вирусного генома, но даже наиболее независимые вирусы, как правило, используют при этом по крайней мере несколько белков хозяина.

«Ну вот опять подцепил вирус!» Так, пристально всматриваясь в шкалу горячего градусника, родители сообщают нам о существовании этих загадочных мелких пакостников. Помимо досады, в голосе взрослых читаются тревожные нотки. Наверно, не всякий родитель знает, что слово «вирус» с латыни переводится как «яд», но все точно слышали о великих эпидемиях прошлого и смертельных угрозах, таящихся в современных мегаполисах, - о гриппе, гепатите, СПИДе... Так что же это за существа или вещества такие - вирусы? И все ли они так страшны?

Вообще, вирусы прекрасны. Они прекрасно выглядят и прекрасно приспособлены к использованию в своих целях любых живых организмов: животных, растений, грибов, простейших, бактерий и архей. И даже неклеточных созданий, братьев-вирусов.

Как вирусы устроены?

В простейшем случае вирус состоит из генома (одно- или двухцепочечной молекулы нуклеиновой кислоты) и белковой оболочки. Если оболочки нет, то объект не дотягивает до звания вируса и довольствуется именем вироид . Нуклеиновая кислота - ДНК или РНК - кодирует необходимые для размножения вируса белки. У одних вирусов геном содержит инструкции для построения всего парочки белков, у других - двух тысяч и более. Белковая оболочка, или капсид , защищает нуклеиновую кислоту от повреждений и состоит из нескольких повторяющихся деталей - капсомеров , которые, в свою очередь, построены из молекул одного или нескольких типов белка. Капсид может иметь форму икосаэдра (двадцатигранника, но не всегда правильного), нити или палочки, а может сочетать разные формы: например, у большинства вирусов бактерий - бактериофагов - икосаэдрическая «головка» насажена, как эскимо, на палочковидный полый отросток .

Но далеко не все вирусы устроены так просто: некоторые покрываются сверху дополнительной, сворованной у хозяина и слегка измененной липидной мембраной , нашпигованной хозяйскими и вирусными белками - они очень полезны для инфицирования новых клеток. Так делают, например, вирусы гриппа и иммунодефицита человека (ВИЧ). Совсем сложные вирусы, например, вирус осповакцины или мимивирус, могут похвастать многослойной «одеждой». Они способны перетаскивать в своих частицах много полезных молекул - ферментов и факторов, необходимых для построения новых вирионов. Большинство же вирусов вынуждено полагаться только на хозяйскую систему синтеза белка.

Как вирусы размножаются?

Если живая клетка размножается делением, то вирус многократно копирует свои «запчасти» в пораженной клетке. Любая клетка любого организма ему не подходит - нужна особенная, которую вирус узнает по специальным молекулам на клеточной поверхности, рецепторам . Поэтому человеку не страшны многие вирусы других млекопитающих, а ВИЧ может начать свою подрывную деятельность только после контакта с конкретными клетками иммунной системы. Когда долгожданная встреча происходит, вирус проникает в клетку через повреждения (так любят делать вирусы растений) либо путем слияния своей внешней оболочки с клеточной мембраной, а может впрыскивать, как шприцем, свой геном через клеточную стенку (так поступает большинство бактериофагов) либо заглатываться самόй клеткой, не заметившей подвоха.

В клетке вирус полностью или частично «раздевается». Если геном вируса представлен ДНК, то процесс его копирования, или репликации , происходит в клеточном ядре. Большинство вирусов уже с этого этапа начинает эксплуатировать чужие, хозяйские ферменты. Чтобы наработать другие компоненты вириона, необходимо переписать информацию, содержащуюся в ДНК, немного другим языком. Начинается транскрипция : по копиям ДНК синтезируются нити РНК - посредники, которые будут передавать (транслировать ) хранящиеся в ДНК инструкции клеточным машинам, производящим белок. Только на основе таких посредников могут строиться белки. Происходит это уже в цитоплазме и, конечно, на хозяйском оборудовании - рибосомах . То есть вирус вынуждает клетку работать только на него и жертвовать своими потребностями. Клетка страдает от дефицита собственных и наработки чужих веществ и даже может покончить с собой. Но и без того участь ее незавидна. Новые компоненты вирусного капсида связываются с новыми молекулами нуклеиновой кислоты - происходит самосборка вирионов, которые могут по-партизански отпочковаться от клетки, укутавшись ее мембраной, а могут выскочить в едином лихом порыве, и покалеченная клетка лопнет (лизируется ).

Самые предусмотрительные вирусы затаиваются «наглухо», пока не почувствуют, что настал подходящий момент для активного размножения. Таковы, например, герпесвирусы и некоторые бактериофаги. Некоторые из них так и не успевают пробудиться.

А вирусы вирусов вообще редко вредят своим «хозяевам». Да и хозяевами-то вирусы назвать сложно. Просто их фабриками по производству вирионов начинают без спроса пользоваться вирусы-приживалы. Правда, отдельные виды - вирофаги - могут способствовать выживанию клеток, страдающих от этих самых «хозяев» .

Все ли вирусы - злодеи?

От вирусов страдает не только человек, но и животные, и растения. Однако такие сложные живые организмы сталкивались с вирусами уже с момента своего возникновения и потому приспособились к совместному сосуществованию с большинством из них. Да и вирусу, как правило, незачем убивать хозяев - тогда ведь придется всё время искать новых, и если в скученных бактериальных сообществах это не так уж и сложно, то вот в человеческих...

С большинством вирусов прекрасно справляются защитные системы нашего организма, поэтому для лечения нетяжелых кишечных расстройств и «простуд», вызываемых разнообразными агентами, ничего особенного даже и изобретать не стали. Пока ищешь истинного виновника, человек уже выздоравливает. Более того, вирусы могут быть и нашими союзниками: на примере вирусов биологи изучают разные молекулярные процессы, их же используют для генной инженерии; в то же время бактериофаги умеют расправляться с болезнетворными бактериями , а некоторые «спящие» герпесвирусы, возможно, способны защищать от заражения... чумой.

Но если отвлечься от добрых и злых, с точки зрения человека, дел вирусов, то нужно признать, что на этих невидимках во многом держится наш мир: они переносят свои и чужие гены от организма к организму, увеличивая генетическое разнообразие, регулируют численность сообществ живых существ и просто необходимы для круговорота биогенных элементов , ведь вирусы - самые многочисленные биообъекты на нашей планете.

Размножение вирусов всегда происходит внутри клеток живого организма, поэтому их невозможно культивировать на искусственных питательных средах или во внешних условиях. Проникнув в организм человека, животного, растения или бактерии, эти мелкие создания проходят несколько этапов преобразования, в результате которых формируются дочерние вирионы.

Вирус гриппа

Классификация вирусов базируется на:

• разновидности их нуклеиновой кислоты;
• внутреннем строении;
• характере симметрии;
• локализации репродукции в клетке;
• антигенных качествах;
• наличии капсида и др.

Из перечисленных характеристик наибольшее значение имеет тип НК. По количеству нитей выделяют вирусы РНК- и ДНК-содержащие. Они имеют различия в химическом составе. Микроорганизмы, содержащие двуцепочную кольцевую ДНК, содержат тимин и дезоксирибозу, а вирусы с одноцепочной РНК - урацил и рибозу.

Из чего состоит вирус

В микробиологии различают две разновидности вирусов:

1. Простые. В их состав входит нуклеиновая кислота, являющаяся переносчиком генетической информации, и специфический белок, позволяющий распознавать данные микроорганизмы в ходе лабораторной диагностики.
2. Сложные. Кроме перечисленных компонентов, они содержат липиды, углеводы и ферменты, участвующие в размножении возбудителей.

У большинства нуклеиновая кислота располагается в центральной части. Она окружена протеиновой оболочкой (капсидом), состоящей из капсомеров.

Сложные вирионы дополнительно заключены во внешнюю оболочку, состоящую из белков, гликопротеинов и липидов.

Цикл жизни

Вирус является единственным живым организмом, не способным выживать самостоятельно. Поэтому его жизненный цикл начинается с момента проникновения в клетки хозяина, где он активно использует питательные вещества для создания потомства и инфицирования других клеток.

В тело хозяина микроорганизм попадает:

• через механические повреждения кожных покровов и слизистых оболочек (раны, порезы, трещины, ссадины);
• с вдыхаемым воздухом;
• при укусах кровососущих насекомых.

Достигнув чувствительных структур, возбудитель прикрепляется к клеточной мембране, связывается с ее белками, через образовавшееся отверстие проникает внутрь и начинает воспроизводство потомства. В ходе этого процесса отдельно продуцируются нуклеиновые кислоты и белки, которые затем собираются в новые вирионы.

Использовав все ресурсы клетки хозяина, огромное количество вирусов разрушает ее мембрану, выходит наружу и внедряется в новые «жертвы». Далее жизненный цикл повторяется.

Условия для размножения

Для размножения вирусу обязательно нужна живая клетка. Репликация одних микроорганизмов протекает в цитоплазме, других - в ядре, третьих - в обеих структурах одновременно.

Но существуют представители, для размножения которых нужно присутствие вирионов другой видовой принадлежности.

Типы размножения вирусов

Для большинства вирусов характерен дизъюнктивный тип размножения, при котором их НК и белки сначала синтезируются отдельно, а потом комплектуются в вирионы.

Цикл размножения вирусов может заканчиваться лизисом клетки (литический путь) или встраиванием нуклеиновой кислоты в хромосому хозяина (интегративный путь), с последующей репликацией и функционированием в качестве составного участка ее генома.

Как происходит размножение вирусов: этапы

Продуктивный способ размножения вирусов. Заканчивается он формированием новых вирусных частиц и разрушением (лизисом) пораженной клетки. Этот способ проходит в несколько этапов. Именно так большинство патогенных микроорганизмов взаимодействует с клеткой. Но выделяют еще два способа размножения вирусов, когда не происходит нарушение целостности клеточной оболочки:

• абортивный тип: процесс репликации прекращается на одной из фаз и не заканчивается появлением новых вирионов;
• интегративный тип: интеграция молекулы ДНК вируса в хромосому хозяина с последующей совместной репликацией.

Схема продуктивного размножения вирусов начинается с их распада на НК и белок. Далее нуклеиновая кислота лишается защитной оболочки (капсида) и начинает воспроизводить себе подобные структуры, согласно заложенной в ней информации. При этом в инфицированной клетке запускается синтез ферментов, необходимых для репликации НК и белков.

После прохождения последовательности стадий размножения ДНК-содержащих вирусов их геном увеличивается вдвое и больше, соединяется с белками и образует дочерние вирионы.

Установлено, что полный цикл последовательности стадий размножения ДНК-содержащих микроорганизмов включает в себя 6 фаз.

Адсорбция

Начальная стадия репродукции характеризуется прикреплением вириона к наружной стенке живой клетки. Процесс протекает в 2 стадии:

• неспецифическая фаза, при которой притяжение микроорганизма и клеточной мембраны происходит за счет ионных связей;
• высокоспецифическая фаза, во время которой специфические (прикрепительные) вирусные белки распознают определенные клеточные рецепторы и взаимодействуют с ними.

Особенные клеточные рецепторы обусловливают тропизм возбудителей. Тропизм – это нацеленность вирусов определенного вида на жизнь и размножение в клетках определенного типа. Так, вирус гепатита имеет тропизм к клеткам печени (гепатотропный), ВИЧ – иммунотропный, герпес – нейротропный и т.д.

Проникновение в живую клетку

Существует несколько механизмов проникновения вирусных частиц в клетки:

1. Виропексис. После прикрепления вириона к клеточной мембране, она начинает впячиваться внутрь, постепенно формируя новое включение (эндосому), содержащее вирион. Дальнейшее слияние белково-жировой оболочки микроорганизма с мембраной эндосомы приводит к выходу его нуклеокапсида в цитоплазму. Оставшиеся компоненты разрушаются под воздействием лизосом хозяина.
2. Объединение оболочки микроорганизма с клеточной. Данный способ характерен только для микробов, имеющих белки слияния, которые точечно взаимодействуют с жировыми частицами мембраны. В результате данной интеграции внутренний компонент вируса попадает в клеточную гиалоплазму.
3. Сочетание двух описанных механизмов.

Механизм проникновения вирусов зависит от их видовой принадлежности. Она же определяет тропизм к бактериальным клеткам, структурным единицам растений, грибов, человека или животных.

Репликация нуклеиновой кислоты

Синтез молекулы нуклеиновой кислоты обеспечивает накопление в клетке многочисленных вирусных копий, используемых далее в формировании вирионов. Тип данного механизма зависит от разновидности НК, присутствия клеточных полимераз и способности микроорганизмов способствовать их образованию.

Синтез белков

В инфицированной структурной единице организма геном вируса кодирует образование двух разновидностей белковых молекул:

• неструктурные белки, обеспечивающие процесс репродукции;
• структурные белки, входящие в состав вириона.

Образование белков происходит по типу транскрипции: генетическая информация, заложенная в матрице, синтезирует множество вирусных РНК. Далее эта информация транслируется на рибосомы, где происходит ее считывание и формирование белков.

Передача наследственной информации в ДНК-содержащих вирусах осуществляется через транскрипцию иРНК (информационной РНК) и трансляцию вирусных протеинов. С этой целью они используют фермент, называемый клеточной полимеразой.

У некоторых вирусов построение белков происходит также под действием синтезированных бактериальных ферментов или собственных полимераз, ускоряющих формирование новых структурных единиц РНК.

Для формирования вирионов их составные части транспортируются в определенные отделы ядра или цитоплазмы хозяина, где происходит их соединение посредством соответствия «ключ-замок», а также с помощью водородных, гидрофобных и других видов связей.

Для вирусных микроорганизмов характерна многоступенчатость синтеза протеинов с образованием промежуточных форм.

• При комплектации просто устроенных микробов образование нуклеокапсидов происходит при соединении НК и капсидных протеинов.
• У сложно устроенных вирусов получившиеся нуклеокапсиды продолжают взаимодействовать с клеточной мембраной, формируя собственный липопротеиновый суперкапсид.

Выход из клетки хозяина

Существует два пути выхода вирионов из зараженной клетки.

1. Взрывной. Результатом является разрушение погибающей клетки хозяина.
2. Экзоцитоз, присущий микроорганизмам, заключенным в липопротеиновую оболочку. На первом этапе сформированный нуклеокапсид подводится к клеточной мембране, которая начинает выпячиваться и отделяться в виде почки, представляющей собой полноценный вирион. Сама клетка не теряет своей жизнеспособности и способна далее продуцировать вирионы.

Возможные варианты

Имеющиеся отклонения от общей схемы репликации заставляют ученых выяснять, какие особенности размножения фагов и вирусов еще существуют.

Открыты вирусы, у которых синтезируются белки, захватывающие только отдельные участки нуклеиновых кислот. Если при этом формируются вирионы, содержащие недостаточное количество генной информации, то они становятся неинфекционными.

Что такое латентный период

В силу невыясненных причин некоторые вирусы после проникновения в живые структуры встраиваются в их хромосомы и передаются при размножении дочерним элементам на протяжении определенного времени. Подобное поведение микроорганизмов называется латентностью.

При возникновении провоцирующего фактора возбудители активируются, начинают активно размножаться и вызывают заболевание.

Как иммунитет не позволяет вирусам размножаться

После проникновения вирусов в организме запускаются факторы иммунной системы, блокирующие их размножение:

• Макрофаги. Стимулируют синтез иммуноглобулинов, выталкивающих чужеродных агентов из цитоплазмы и органелл клеточных структур.
• Интерфероны. Неспецифические врожденные элементы иммунитета. Они начинают действовать с первого момента проникновения вирусов в организм, блокируя клеточную протеинкиназу, которая катализирует репликацию. Также интерфероны провоцируют активность эндонуклеазы, разрушающей вирусную РНК. Таким образом, данные факторы иммунной системы не контактируют непосредственно с инфекционным агентом, поэтому не позволяют выработать против себя способ защиты.
• NK-киллеры, убивающие собственные инфицированные клеточные структуры путем фагоцитоза. Они провоцируют выделение белка перфорина, находящегося в цитоплазматических включениях, и встраивание его в пораженную клеточную мембрану. В результате этого образуются поры, через которые проникают ферменты, запускающие процесс самоликвидации пораженного элемента.
• Комплемент и Т-лимфоциты, относящиеся к факторам специфического иммунитета и губительно воздействующие непосредственно на вирионы.

Несмотря на обилие факторов защиты, иммунная система не всегда способна противостоять размножению микробов. Например, возбудители хронического гепатита C, B или герпеса длительное время находятся в организме, не проявляя себя клиническими симптомами, но постепенно разрушая его и вызывая рецидивы болезней.

Помощь при выполнении школьных тестов по биологии

«Когда вирусы не размножаются?»

У вирусов отсутствует процесс размножения, если они находятся за пределами живой клетки.

«Назовите признаки размножения вирусов в выращиваемых культурах»

О размножении вирусов в выращиваемой культуре клеток свидетельствуют морфологические изменения в клетках, возникающие в результате цитопатического действия микроорганизмов. Под микроскопом можно обнаружить разрушенные клетки, отслоившиеся от стенок пробирок, а также отдельные участки клеток, оставшиеся от монослоя.

«Какой способ размножения присущ вирусам?»

Способ размножения вирусов – бесполый. Он сопровождается растворением оболочки, распадом на нуклеиновые кислоты и протеины, с их последующей репликацией и соединением в новые вирионы. Размножение вирусов происходит только в том случае, если вирус попадает в живую клетку.

«Способен ли вирус к самостоятельному размножению?»

«Каковы особенности размножения вирусов-бактериофагов?»

Размножение бактериофагов происходит по принципу литического цикла, включающего следующие фазы:

• адсорбция частиц бактериофагов на поверхности бактерий;
• проникновение активного компонента в клетку;
• перестройка метаболизма бактерии и провоцирование ее на репликацию ДНК бактериофага;
• гибель клетки из-за нарушения целостности оболочки и выход фагов во внешнюю среду.

«Охарактеризуйте механизм размножения вирусов»

Вирусам присущ дизъюнктивный механизм размножения, при котором после внедрения в живую клетку происходит их распад на белки и нуклеиновые кислоты, с последующей репликацией, формированием и выходом в межклеточное пространство новых вирионов.

Работаю врачом ветеринарной медицины. Увлекаюсь бальными танцами, спортом и йогой. В приоритет ставлю личностное развитие и освоение духовных практик. Любимые темы: ветеринария, биология, строительство, ремонт, путешествия. Табу: юриспруденция, политика, IT-технологии и компьютерные игры.

Процесс репродукции вирусов условно можно разделить на 2 фазы. Пер­вая фаза включает 3 стадии : 1) адсорбцию вируса на чувствительных клетках; 2) проникновение вируса в клетку; 3) депротеинизацию вируса. Вторая фаза включает стадии реализации вирусного генома : 1) транскрипцию, 2) трансля­цию, 3) репликацию, 4) сборку, созревание вирусных частиц и 5) выход вируса из клетки.

Взаимодействие вируса с клеткой начинается с процесса адсорбции, т. е. с прикрепления вируса к поверхности клетки.

Адсорбция представляет собой специфическое связывание вирионного белка (антирецептора) с комплементарной структурой клеточной поверхности — клеточным рецептором. По химической природе рецепторы, на которых фикси­руются вирусы, относятся к двум группам: мукопротеидным и липопротеидным. Вирусы гриппа, парагриппа, аденовирусы фиксируются на мукопротеидных рецепторах. Энтеровирусы, вирусы герпеса, арбовирусы адсорбируются на липопротеидных рецепторах клетки. Адсорбция происходит лишь при наличии определённых электролитов, в частности ионов Са2+, которые нейтрализуют из­быточные анионные заряды вируса и клеточной поверхности и уменьшают электростатическое отталкивание Адсорбция вирусов мало зависит от темпера­туры Начальные процессы адсорбции носят неспецифический характер, явля­ются результатом электростатического взаимодействия положительно и отрица­тельно заряженных структур на поверхности вируса и клетки, а затем наступает специфическое взаимодействие прикрепительного белка вириона со специфи­ческими группировками на плазматической мембране клетки. Простые вирусы человека и животных содержат прикрепительные белки в составе капсида. У сложно организованных вирусов прикрепительные белки входят в состав супер-капсида. Они могут иметь форму нитей (фибры у аденовирусов), либо шипов, грибоподобных структур у миксо-, ретро-, рабдо- и других вирусов. Вначале происходит единичная связь вириона с рецептором — такое прикрепление не­прочное — адсорбция носит обратимый характер. Чтобы наступила необратимая адсорбция, должы появиться множественные связи между рецептором вируса и рецептором клетки, т. е. стабильное мультивалентное прикрепление. Количество специфических рецепторов на поверхности одной клетки составляет 10 4 -10 5 . Рецепторы для некоторых вирусов, например, для арбовирусов. содержатся на клетках как позвоночных, так и беспозвоночных, для других вирусов только на клетках одного или нескольких видов.

Проникновение вирусов человека и животных в клетку происходит двумя путями: 1) виропексисом (пиноцитозом); 2) слиянием вирусной суперкапсидной оболочки е клеточной мембраной. Бактериофаги имеют свой механизм проник­новения, так называемый шприцевои, когда в результате сокращения белкового отростка фага нуклеиновая кислота как бы впрыскивается в клетку.

Депротеинизация вируса освобождение геиома вируса от вирусных за­щитных оболочек происходит либо с помощью вирусных ферментов, либо с помощью клеточных ферментов. Конечными продуктами депротеинизации яв­ляются нуклеиновые кислоты или нуклеиновые кислоты, связанные с внутрен­ним вирусным белком. Затем имеет место вторая фаза вирусной репродукции, ведущая к синтезу вирусных компонентов.

Транскрипция — переписывание информации с ДНК или РНК вируса на и-РНК по законам генетического кода.

Трансляция — процесс перевода генетической информации, содержащейся в и-РНК, на специфическую последовательность аминокислот.

Репликация — процесс синтеза молекул нуклеиновых кислот, гомологич­ных вирусному геному.

Реализация генетической информации у ДНК-содержащих вирусов идёт так же, как и в клетках:

ДНК транскрипция и-РНК трансляция белок

РНК транскрипция и-РНК трансляция белок

У вирусов с позитивным РНК-геномом (тогавирусы, пикорнавирусы) транскрипция отсутствует:

РНК трансляция белок

У ретровирусов — уникальный путь передачи генетической информации:

РНК обратная транскрипция ДНК транскрипция и-РНК трансляция белок

ДНК интегрируется с геномом клетки-хозяина (провирус).

После наработки клеткой вирусных компонентов наступает последняя стадия вирусной репродукции сборка вирусных частиц и выход вирионов из клетки. Выход вирионов из клетки осуществляется двумя путями: 1) путём «взрыва» клетки, в результате чего клетка разрушается. Этот путь присущ про­стым вирусам (пикорна-, рео-, папова- и аденовирусам), 2) выход из клеток пу­тём почкования. Присущ вирусам, содержащим суперкапсид. При этом способе клетка сразу не погибает, может дать многократное вирусное потомство, пока не истощатся её ресурсы.

Методы культивирования вирусов

Для культивирования вирусов в лабораторных условиях используются ледуюшие живые объекты: 1) культуры клеток (тканей, органов); 2) куриные мбрионы; 3) лабораторные животные.

Культуры клеток

Наибольшее распространение имеют однослойные культуры клеток, которые можно разделить на 1) первичные (первично трипсинизированные), 2) полуперевиваемые (диплоидные) и 3) перевиваемые.

По происхождению они классифицируются на эмбрионштьные, опухолевые и из взрослых организмов; по морфогенезу — на фибробластные, эпителиальные и др.

Первичные культуры клеток — это клетки какой-либо ткани человека или животного, которые имеют способность расти в виде монослоя на пластмассо­вой или стеклянной поверхности, покрытой специальной питательной средой. Срок жизни таких культур ограничен. В каждом конкретном случае их получа­ют из ткани после механического измельчения, обработки протеолитическими ферментами и стандартизации количества клеток. Первичные культуры, полу­ченные из почек обезьян, почек эмбриона человека, амниона человека, куриных эмбрионов, широко используются для выделения и накопления вирусов, а также для производства вирусных вакцин.

Полуперевиваемые (или диплоидные ) культуры клеток — клетки одного типа, способные in vitro выдерживать до 50-100 пассажей, сохраняя при этом свой исходный диплоидный набор хромосом. Диплоидные штаммы фибробластов эмбриона человека используются как для диагностики вирусных инфек­ций, так и при производстве вирусных вакцин.

Перевиваемые клеточные линии характеризуются потенциальным бес­смертием и гетероплоидным кариотипом.

Источником перевиваемых линий могут быть первичные клеточные культуры (например, СОЦ, ПЭС, ВНК-21 — из почек однодневных сирийских хомяков; ПМС — из почки морской свинки и др.) отдельные клетки которых об­наруживают тенденцию к бесконечному размножению in vitro. Совокупность изменений, приводящих к появлению из клеток таких особенностей, называют трансформацией, а клетки перевиваемых тканевых культур — трансформиро­ванными.

Другим источником перевиваемых клеточных линий являются злокачест­венные новообразования. В этом случае трансформация клеток происходит in vivo. Наиболее часто в вирусологической практике применяются такие линии перевиваемых клеток: HeLa — получена из карциномы шейки матки; Нер-2 — из карциномы гортани; Детройт-6 — из метастаза рака лёгкого в костный мозг; RH — из почки человека.

Для культивирования клеток необходимы питательные среды, которые по своему назначению делятся на ростовые и поддерживающие. В составе росто­вых питательных сред должно содержаться больше питательных веществ, чтобы обеспечить активное размножение клеток для формирования монослоя. Поддерживающие среды должны обеспечивать лишь переживание клеток в уже сформированном монослое при размножении в клетке вирусов.

Широкое применение находят стандартные синтетические среды, напри­мер, синтетическая среда 199 и среда Игла. Независимо от назначения все пита­тельные среды для культур клеток конструируются на основе сбалансированно­го солевого раствора. Чаще всего им является раствор Хенкса. Неотъемлемый компонент большинства ростовых сред — сыворотка крови животных (телячья, бычья, лошадиная), без наличия 5-10% которой размножение клеток и форми­рование монослоя не происходит. В состав поддерживающих сред сыворотка не входит.

Выделение вирусов в культурах клеток и методы их индикации.

При выделении вирусов из различных инфекционных материалов от больного (кровь, моча, фекалии, слизистые отделяемые, смывы из органов) применяют культуры клеток, обладающие наибольшей чувствительностью к предполагаемому вирусу. Для заражения используют культуры в пробирках с хорошо развитым монослоем клеток. Перед заражением клеток питательную среду удаляют и в каждую пробирку вносят по 0,1-0,2 мл взвеси испытуемого материала, предварительно обработанного антибиотиками для уничтожения бактерий и грибов. После 30-60 мин. контакта вируса с клетками удаляют избы­ток материала, вносят в пробирку поддерживающую среду и оставляют в тер­мостате до выявления признаков размножения вируса.

Индикатором наличия вируса в заражённых культурах клеток может слу­жить:

1) развитие специфической дегенерации клеток — цитопатическое действие ви­руса (ЦПД), которое имеет три основных типа: кругло- или мелкоклеточная дегенерация; образование многоядерных гигантских клеток — симпластов; развитие очагов клеточной пролиферации, состоящих из нескольких слоев клеток;

2) обнаружение внутриклеточных включений, располагающихся в цитоплазме и ядрах пораженных клеток;

3) положительная реакция гамагтлютинации (РГА);

4) положительная реакция гемадсорбции (РГАдс);

5) феномен бляшкообразования: монослой зараженных вирусом клеток покры­вается тонким слоем агара с добавлением индикатора нейтрального красно­го (фон — розовый). При наличии вируса в клетках образуются бесцветные зоны («бляшки») на розовом фоне агара.

6) при отсутствии ЦПД или ГА можно поставить реакцию интерференции: ис­следуемая культура повторно заражается вирусом, вызывающим ЦПД. В по­ложительном случае ЦПД будет отсутствовать (реакция интерференции по­ложительная). Если в исследуемом материале вируса не было, наблюдается ЦПД.

Выделение вирусов в куриных эмбрионах.

Для вирусологических исследований используют куриные эмбрионы 7-12-дневного возраста.

Перед заражением определяют жизнеспособность эмбриона. При овоско-пировании живые эмбрионы подвижны, хорошо виден сосудистый рисунок. Простым карандашом отмечают границы воздушного мешка. Заражают кури­ные эмбрионы в асептических условиях, стерильными инструментами, предва­рительно обработав скорлупу над воздушным пространством йодом и спиртом.

Методы заражения куриных эмбрионов могут быть различны: нанесение вируса на хорион-аллантоисную оболочку, в амниотическую и аллантоисную полости, в желточный мешок. Выбор метода заражения зависит от биологиче­ских свойств изучаемого вируса.

Индикация вируса в курином эмбрионе производится по гибели эмбрио­на, положительной реакции гемагглютинации на стекле с аллантоисной или амниотической жидкостью, по фокусным поражениям («бляшкам») на хорион-аллантоисной оболочке.

III. Выделение вирусов на лабораторных животных.

Лабораторные животные могут быть использованы для выделения виру­сов из инфекционного материала, когда невозможно применить более удобные системы (культуры клеток или куриные эмбрионы). Берут преимущественно новорождённых белых мышей, хомяков, морских свинок, крысят. Заражают животных по принципу цитотропизма вируса: пневмотропные вирусы вводятся интраназально, нейротропные — интрацеребрально, дерматотропные — на кожу.

Индикация вируса основана на появлении признаков заболевания у жи­вотных, их гибели, патоморфологических и патогистологических изменений в тканях и органах, а также по положительной реакции гемагглтотинации с экс­трактами из органов.