Будова вірусних частинок тафункції
Організація геномів вірусів та вираження вірусного геному при репродукції вірусівМета заняття:вивчити особливості організації вірусних геномів та загальні принципи вираження геномів при репродукції вірусів.
Матеріали: демонстраційні таблиці (малюнки) зі схемами процесу репродукції вірусів із різними типами геномів.
Завдання 1: проведіть аналіз особливостей будови вірусного геному
У протоколі заняття:
1 складіть графологічну схему «Типи вірусних геномів»;
2 назвіть та зобразіть у вигляді малюнків різноманітність форм структури ДНК- та РНК-геномів;
3 дайте письмові відповіді питання завдання 1;
4 складіть загальну схему функціональної організації вірусних геномів.
Завдання 2: проведіть аналіз механізмів утворення репродуктивних типо-варіантів вірусів.
У протоколі заняття:
1 складіть графологічну схему «Репродуктивні типо-варіанти вірусів»;
2 складіть таблицю «Механізми утворення репродуктивних типо-варіантів вірусів»:
| Типо-варіант вірусу | Механізм (причина) появи |
Завдання 3: вивчіть загальні принципи вираження геному при репродукції вірусів.
1 Розгляньте малюнки на таблицях, що зображують етапи репродукції вірусів із різними типами геномів. Зверніть увагу на особливості реалізації генетичної інформації у вірусів із різними геномами.
2 У протоколах занять під відповідними малюнками дайте назви етапам репродукції вірусів із різними типами геномів.
3 Складіть та зобразіть у протоколі заняття схеми репродукції вірусів залежно від типу геному.
Тема 4 Взаємодія вірусів із клітиною – господарем4.1 Формивзаємодії вірусів із клітиною
4.2 Форми продуктивності інфекції
4.3 Стадії реплікації вірусів
4.1 Форми взаємодії вірусів із клітиною
Репродукцією(лат.production, виробництво) вірусів називають процес розмноження вірусних частинок у чутливих до них клітинах. Репродукуються в них не всі віруси, а лише вірулентні, що мають високий рівень патогенності. У інтеграційних вірусів здатність до репродукції виникає після виключення (відщеплення) їхнього геному від геному клітин.
Віруси не здатні до самостійного розмноження. Синтез вірусних білків та відтворення копій вірусного геному забезпечують біосинтетичні процеси клітини-господаря. Для вірусів характернийдиз'юнктивний(роз'єднаний)тип репродукції,здійснюваний при взаємодії вірусу з інфікованою клітиною – білкові макромолекули та нуклеїнові кислоти утворюються окремо, після чого відбувається складання дочірніх популяцій. . Реалізація репродуктивного циклу значною мірою залежить від типу інфікування клітини та характеру взаємодії вірусу з чутливою (що може бути інфікованою) клітиною.
Відомі такі типи взаємодій «вірус-клітина»: продуктивний (утворюється дочірня популяція), інтегративний (вірогенія), абортивний (дочірня популяція не утворюється) та інтерференція вірусів (інфікування чутливої клітини різними вірусами).
Продуктивна взаємодія«вірус – клітина» частіше носитьлітичний характер,тобто закінчується загибеллю та лізисом інфікованої клітини, що відбувається після повного складання дочірньої популяції. Загибель клітини викликають такі фактори: раннє пригнічення синтезу клітинних білків, накопичення токсичних та ушкоджувальних клітинвірусних компонентів, пошкодження лізосом та вивільнення їх ферментів у цитоплазму.
Інтегративна взаємодія,абовирогенія,не призводить до загибелі клітини. Нуклеїнова кислота вірусу вбудовується в геном клітини-господаря і надалі функціонує як його складова частина. Найбільш яскраві приклади подібної взаємодії – лізогенія бактерій та вірусна трансформація клітин.
Абортивна взаємодіяне призводить до появи дочірньої популяції і відбувається при взаємодії вірусу з клітиною, що покоїться (стадія клітинного циклу Go) або при інфікуванні клітини вірусом зі зміненими (дефектними) властивостями. Слід розрізняти дефектні віруси і дефектні віріони. Перші існують як самостійні види і функціонально неповноцінні, тому що для їх реплікації необхідний «вірус-помічник» (наприклад, для реплікації аденоасоційованого вірусу потрібна присутність аденовірусів). Другі становлять дефектну групу, що формується при освіті великих дочірніх популяцій (наприклад, можуть утворюватися порожні капсиди або нуклеокапсиди без оболонки). Особлива форма дефектних віріонів -псевдовіріони,клітини-господаря, що включили в капсид нуклеїнову кислоту.
Інтерференція вірусіввідбувається при інфікуванні клітини двома вірусами. Розрізняють гомологічну (при інфікуванні клітини спорідненими вірусами) та гетерологічну (якщо інтерферують неспоріднені види) інтерференцію. Це явище виникає не при будь-якій комбінації збудників, іноді два різні віруси можуть репродукуватися одночасно (наприклад, віруси кору та поліомієліту). Інтерференція реалізується або рахунок індукції одним вірусом клітинних інгібіторів (наприклад, ІФН), що пригнічують репродукціюіншого, або рахунок пошкодження рецепторного апарату чи метаболізму клітини першим вірусом, що виключає можливість репродукції другого.4.2 Форми продуктивності інфекції
За характером взаємодії генома вірусу з геномом клітини виділяютьавтономне(геном вірусу не інтегрований у геном клітини) таінтеграційне(геном вірусу інтегрований у геном клітини)інфікування.Особливу форму становлять латентне і персистуюче інфікування.
Латентне інфікування.ДНК деяких вірусів (герпесвіруси, ретровіруси) може перебувати в клітині поза хромосомами, або вірусна ДНК інтегрується в ядерний геном, але виукраінспецифічні синтези не відбуваються. Така вірусна ДНК утворює латентнийпровірус,що реплікується разом з хромосомою. Подібні стани вірусної ДНК нестабільні, можливі періодичні реактивації з переходом у продуктивну взаємодію «вірус – клітина», або клітина трансформується, даючи початок злоякісному зростанню.
Персистуюче інфікування.Деякі РНК-віруси можуть викликати персистуючі інфекції. У цьому відбувається поступове виділення вірусних частинок, але інфікована клітина не лізується. Часто дочірні популяції вирионов дефектні. Іноді такі хронічні поразки в людини протікають без клінічних проявів. Зокрема, вірус гепатиту В здатний викликати ураження гепатоцитів, що персистує, з розвитком хронічного гепатиту.4.3 Стадії реплікації вірусів
У циклі репродукції вірусів розрізняють чотири стадії: 1)підготовчу, або ініціальну, що включає фази адсорбції вірусу на клітині, проникнення та роздягання в клітині; 2)власне репродуктивнустадію утворення структурних білків тавіріонних нуклеїнових кислот; 3)складання віріонів; 4)заключну, що супроводжується виходом зрілих вірусних частинок із клітини (рисунок 30).
Адсорбція.Перша стадія репродуктивного циклу - адсорбція віріона на поверхні інфікованої клітини.Адсорбція відбувається шляхом взаємодії віріона зі специфічними клітинними рецепторами.Поняття «тропізм вірусів» пояснюється специфічною взаємодією вірусних білків з поверхневими рецепторами клітини, що інфікується.
Процес адсорбції протікає дві фази: фаза іонного тяжіння обумовлена неспецифічним взаємодією, фаза прикріплення відбувається завдяки структурної гомології чи комплементарності взаємодіючих молекул.
Проникнення та «роздягання».«Голі» віруси проникають у клітину шляхомендоцитозу(віропексіс[вірус + грец.pexis,прикріплення]) - занурення ділянки клітинної мембрани в місці їх адсорбції. «Одіті» віруси проникають у клітину шляхом злиття суперкапсиду з клітинною мембраною за участю специфічних F-білків (білків злиття). При проникненні «голих» вірусів у клітину утворюються вакуолі (ендосоми). Після проникнення «одягнених» вірусів у цитоплазму відбувається часткова депротеїнізація віріонів та модифікація їх нуклеопротеїду (роздягання). Модифіковані частинки втрачають інфекційні властивості.
Тіньовафаза.Після депротеїнізації віруси неможливо виділити з культури клітин. Цей етап репродукції відомий як тіньова фаза, абофаза екліпсу[від англ.eclipse,затемнення]. Вона включає реплікацію нуклеїнових кислот вірусу та синтез вірусних білків. Тіньова фаза не відбувається при температурі 0-4 ° С (виключаючи вірус грипу). Тіньова фаза закінчується після утворення складових компонентів вірусу, необхідних для збирання дочірніх популяцій.
Складання.У просто влаштованих вірусів, що складаються з нуклеїнової кислоти і декількох білків, складання складається з упорядкованої взаємодії цих молекул. У складно влаштованих вірусів складання дочірніх популяцій протікає багатоступінчасто. Взаємодія нуклеїнових кислот з внутрішніми та оболонковими білками призводить до утворення нуклеокапсидів. У процесі утворення «одягнених» вірусів повні нуклеокапсиди впорядковано вишиковуються із внутрішньої сторони клітинної мембрани під ділянками, модифікованими оболонковими вірусними білками (М-білками).
Вивільнення дочірніх віріонів.Віруси, позбавлені суперкапсиду, і поксвіруси зазвичай вивільняються швидко; вихід дочірніх популяцій супроводжується руйнуванням цитоплазматичної мембрани та лізисом клітини. Віруси, що містять суперкапсид, вивільняються повільніше. Модифіковані ділянки мембрани із ув'язненими в них віріонами випинаються назовні і потім відбруньковуються. При вивільненні брунькуванням змінена клітина може зберігати життєздатність.Питання для самоконтролю
- Які форми взаємодії вірусів із клітиною розрізняють?
- Які форми продуктивності інфекції існують?
- Назвіть стадії реплінації вірусів?
- Охарактеризуйте початковустадію реплікації.
- Яким способом віруси можуть проникати у клітину господаря і чого це залежить?
- Як відбувається синтез структурних елементів віріона?
- Чому одну із фаз реплікації вірусів називають «тіньовою фазою»?
- Як відбувається вивільнення дочірніх популяцій найпростіших і найскладніших вірусів?
- Як реалізується кодуюча стратегія вірусів залежно від організації геному?
Лабораторне заняття 5
Взаємодія вірусів з клітиною-хазяїномМета заняття:Вивчити форми взаємодії вірусів з клітиною-господарем та форми продуктивності вірусної інфекції.
Матеріали: 1) електронні мікрофотографії різних стадій репродукції простих та складних вірусів; 2) електронні мікрофотографії або малюнки репродукції вірусів з реплікацією геному: а) у цитоплазмі; б) у ядрі; 3) електронні мікрофотографії або малюнки із зображенням виходу із клітини господаря дочірніх популяцій простих та складних вірусів.
Завдання 1: узагальнюйте навчальний матеріал за формами взаємодії «вірус – клітина».
1 Складіть графологічну схему «Форми взаємодії «вірус –клітина». Відобразіть у цій схемі форми продуктивності вірусної інфекції.
2 Складіть таблицю «Механізми взаємодії «вірус – клітина»:
| Форма взаємодії «вірус – клітина» | Механізм взаємодії |
3 Складіть таблицю «Механізми різних форм продуктивності вірусної інфекції:
| Форма продуктивності вірусної |
інфекції
Механізм виникнення цієї форми вірусної інфекції
Завдання 2: вивчіть етапи взаємодії «вірус-клітина»при продуктивній інфекції
1 Розгляньте електронні мікрофотографії різних стадій репродукції вірусів.
2 Складіть таблицю «Етапи репродукції вірусів». У таблиці відобразите особливості репродукції простих та складних вірусів.
| Назва етапу, фази | Протікання процесу |
| у простих вірусів | у складних вірусів |
3 Зробіть малюнок «Етапи репродукції вірусів». Позначте на цьому малюнку етапи репродукції.
4 Дайте письмові відповіді на поставлені у протоколі заняття питання.
- Авакян, А. А. Атлас анатомії та онтогенезу вірусів людини та тварин. / А. А. Авакян, А. Ф. Биковський. - Москва, 1970. - 240 с.
- Атлас вірусної цитопатології. /А.Ф.Биковський [та ін]; за ред. М. В. Жданова. - М.: «Медицина», 1975. - 260 с.
- Вірусологія: у 3-х томах. / За редакцією Б. Філдса, Д. Найпа. - Т. 1 - М.: Світ, 1989. - 499 с.
Т. 3 - М.: Світ, 1989. - 246 с.
- Вірусологія: навчально-методичний посібник. / Л. П. Титов [та ін]. - Мн.: БДМУ, 2003. - 76 с.
- Класифікація та номенклатура вірусів хребетних. / Д. А. Васильєв [та ін]. - Ульяновськ, 1999. - 22 с.
- Коротяєв, А. І. Медична мікробіологія, вірусологія, імунологія. / Коротяєв А. І., Бабічов С. А. - М.: ТОВ «Медичне інфомаційне агенство», 2001. - 736 с.
- Павлович, С. А. Основи вірусології: навчальний посібник. / Павлович С. А. - Мн. : Вище. шк., 2001. - 192 с.
- Поздєєв, О. К. Медична мікробіологія: підручник для вузів. / О. К. Поздєєв. - М.: ГЕОТАР-МЕД, 2002. - 768 с.