Морфология и структура вирусов

Морфология и структура вирусов

Вирусы — микроорганизмы, составляющие царство Vira.
Отличительные признаки:
1) содержат лишь один тип нуклеиновой кислоты (РНК или
ДНК);
2) не имеют собственных белоксинтезирующих и энергетиче-
ских систем;
3) не имеют клеточной организации;
4) обладают дизъюнктивным (разобщенным) способом ре-
продукции (синтез белков и нуклеиновых кислот происходит
в разных местах и в разное время);
5) облигатный паразитизм вирусов реализуется на генетиче-
ском уровне;
6) вирусы проходят через бактериальные фильтры.
Вирусы могут существовать в двух формах: внеклеточной (ви-
риона) 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 упорядо-
ченную структуру. Капсидная оболочка построена из капсомеров.
Нуклеиновая кислота и капсидная оболочка составляют нуклео-
капсид.
Нуклеокапсид сложноорганизованных вирионов покрыт внеш-
ней оболочкой — суперкапсидом, которая может включать в себя
множество функционально различных липидных, белковых, угле-
водных структур.
25
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 фраг-
ментированной цепями.
РНК может быть:
1) однонитевой;
2) линейной двухнитевой;
3) линейной фрагментированной;
4) кольцевой;
5) содержащей две одинаковые однонитевые РНК.
Вирусные белки подразделяют на:
1) геномные — нуклеопротеиды. Обеспечивают репликацию
вирусных нуклеиновых кислот и процессы репродукции вируса.
Это ферменты, за счет которых происходит увеличение коли-
чества копий материнской молекулы, или белки, с помощью ко-
торых на матрице нуклеиновой кислоты синтезируются молеку-
лы, обеспечивающие реализацию генетической информации;
2) белки капсидной оболочки — простые белки, обладающие
способностью к самосборке. Они складываются в геометриче-
ски правильные структуры, в которых различают несколько
типов симметрии: спиральный, кубический (образуют пра-
вильные многоугольники, число граней строго постоянно) или
смешанный;
3) белки суперкапсидной оболочки — это сложные белки,
разнообразные по функции. За счет них происходит взаимо-
действие вирусов с чувствительной клеткой. Выполняют за-
щитную 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.
26
2. Взаимодействие вирусов с клеткой хозяина
Взаимодействие идет в единой биологической системе на ге-
нетическом уровне.
Существует четыре типа взаимодействия:
1) продуктивная вирусная инфекция (взаимодействие, в ре-
зультате которого происходит репродукция вируса, а клетки
погибают);
2) абортивная вирусная инфекция (взаимодействие, при кото-
ром репродукции вируса не происходит, а клетка восстанавли-
вает нарушенную функцию);
3) латентная вирусная инфекция (идет репродукция вируса,
а клетка сохраняет свою функциональную активность);
4) вирус-индуцированная трансформация (взаимодействие,
при котором клетка, инфицированная вирусом, приобретает
новые, ранее не присущие ей свойства).
После адсорбции вирионы проникают внутрь путем эндоцито-
за (виропексиса) или в результате слияния вирусной и клеточной
мембран. Образующиеся вакуоли, содержащие целые вирионы
или их внутренние компоненты, попадают в лизосомы, в которых
осуществляется депротеинизация, т. е. «раздевание» вируса, в ре-
зультате чего вирусные белки разрушаются. Освобожденные от
белков нуклеиновые кислоты вирусов проникают по клеточным
каналам в ядро клетки или остаются в цитоплазме.
Нуклеиновые кислоты вирусов реализуют генетическую прог-
рамму по созданию вирусного потомства и определяют наслед-
ственные свойства вирусов. С помощью специальных ферментов
(полимераз) снимаются копии с родительской нуклеиновой кис-
лоты (происходит репликация), а также синтезируются информа-
ционные РНК, которые соединяются с рибосомами и осуществля-
ют синтез дочерних вирусных белков (трансляцию).
После того как в зараженной клетке накопится достаточное
количество компонентов вируса, начинается сборка вирионов по-
томства. Процесс этот происходит обычно вблизи клеточных
мембран, которые иногда принимают в нем непосредственное
участие. В составе вновь образованных вирионов часто обнару-
живаются вещества, характерные для клетки, в которой размно-
жается вирус. В таких случаях заключительный этап формирова-
ния вирионов представляет собой обволакивание их слоем
клеточной мембраны.
27
Последним этапом взаимодействия вирусов с клетками явля-
ется выход или освобождение из клетки дочерних вирусных
частиц. Простые вирусы, лишенные суперкапсида, вызывают
деструкцию клетки и попадают в межклеточное пространство.
Другие вирусы, имеющие липопротеидную оболочку, выходят из
клетки путем почкования. При этом клетка длительное время со-
храняет жизнеспособность. В отдельных случаях вирусы накап-
ливаются в цитоплазме или ядре зараженных клеток, образуя
кристаллоподобные скопления — тельца включений.

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, антибиотики 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 эритроциты (гемадсорбция).
4. Особенности противовирусного иммунитета
Противовирусный иммунитет начинается со стадии презента-
ции вирусного антигена Т-хелперами.
Сильными антигенпрезентирующими свойствами при вирус-
ных инфекциях обладают дендритные клетки, а при простом гер-
песе и ретровирусных инфекциях — клетки Лангерганса.
Иммунитет направлен на нейтрализацию и удаление из орга-
низма вируса, его антигенов 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 антител в развитии
противовирусного иммунитета:
1) нейтрализацию вируса антителами; это препятствует рецеп-
ции вируса клеткой и проникновению его внутрь. Опсонизация
вируса с помощью антител способствует его фагоцитозу;
29
2) иммунный лизис инфицированных вирусом клеток с участи-
ем антител. 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-лимфоцитов, Т-эффекторов и макрофагов.
Цитотоксические Т-лимфоциты 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) иммунитет
достаточно стойкий, а повторные заболевания встречаются крайне
редко. Менее стойкий иммунитет развивается при инфекциях ды-
хательных путей (гриппе) и кишечного тракта.