Происхождение вирусов. Предмет вирусологии.

Существует несколько теорий происхождения вирусов:

1. Регрессивная эволюция: дегенеративная форма жизни, потерявшая в ходе эволюции многие функции, оставив лишь генетическую информацию, необходимую для паразитической формы существования.(вирусы когда-то были маленькими клетками, паразитирующими в более крупных клетках, затем утратили ненужные гены. Основана на наблюдении, что некоторые бактерии, риккетсии и хламидии, представляют собой клеточные организмы, однако размножаться могут только внутри другой клетки.)

2. Клеточное происхождение: субклеточный матрикс макромолекул, который смог стать автономным в определенной степени от клетки и покинуть её.(появились из фрагментов ДНК и РНК, которые высвободились из генома более крупного организма, такие фрагменты могут происходить от плазмид или от транспозонов.)

3. Независимый путь эволюции: вирусы развивались параллельным курсом с клеточными организмами из самореплицирующихся молекул (древний РНК-мир)

Вирусология изучает вирусы – комплексы, состоящие из нуклеиновых кислот и белка, обладающих способностью реплицироваться в клетках животных, растений и бактерий.

Сравнения свойств бактериальной клетки и вирусной частицы.

1. Размер бактериальной клетки больше, чем размер вируса (исключением может быть мимивирус)

2. Вирусы в отличие от бактерий не растут на искусственных средах.(у бактерий исключения – риккетсии и хламидии)

3. Вирусы в отличие от бактерий не могут размножаться простым делением.

4. Бактерии имеют и ДНК и РНК, тогда как вирусы что-то одно.

5. У вирусов нет рибосом (исключение аренавирусы)

6. Вирусы не чувствительны к антибиотикам.

Структура генетического материала вирусов.

ДНК- и РНК-содержащие вирусы. Разнообразие форм вирусных нуклеиновых кислот: линейные, кольцевые, одно- и двуцепочечные.

Все вирусы можно разделить на 2 большие группы по нуклеиновой кислоте, который они содержат: дезоксивирусы (ДНК-содержащие) и рибовирусы (РНК-содержащие). Вирусный геном может быть кольцевым или линейным. Форма генома не зависит от типа нуклеиновой кислоты(в лекциях кольцевые – только ДНК)

Дезоксивирусы делятся на вирусы, содержащие двунитевую ДНК (ds ДНК), и на вирусы, содержащие однонитевую ДНК (ss ДНК). Примеры dsDNA вирусов:

1. Мимивирус – 1000 генов

2. Вирус оспы – 150-300 генов

3. Бактериофаг Т4 – 300 генов

4. Вирус герпеса – 70 генов

5. Аденовирус- - 40 генов

6. Папилломавирус – 8 генов

7. Вирус гепатита В – 4 гена

Примеры ssDNA вирусов:

1. Бактериофаг М13 – 10 генов

2. Парвовирус – 6 генов

РНК-вирусы также делятся на одноцепочечные и двуцепочечные. Примеры рибовирусов:

1. Коронавирус – 7 генов

2. ВТМ – 3-4 гена

3. РНК-фаги – 4 гена

4. Астровирусы – 3 гена

5. Нарнавирусы – 1 белок

Сегментированные и разделенные геномы. РНК-геномы с положительной и отрицательной полярностью. «Двусмысленные» РНК-геномы.

Сегментированные геномы – вирусный геном может быть представлен более, чем одной молекулой ДНК или РНК. Вирус полиомиелита – одна ss РНК.Вирус гриппа – 8 разных молекул ss РНК. Геном реовирусов состоит из 10 разных ds молекул РНК. Ретровирусы – две одинаковые молекулы ss РНК.

Виды вирусных геномов:

1. Сегментированный (фрагментированный) геном. (У РНК-вирусов каждый сегмент часто кодирует только один белок, и обычно эти сегменты упаковываются в один капсид)

2. Разделенный геном. (разделен на сегменты, каждый из которых упакован в отдельную капсиду, не будет заражения пока каждый участок генома не попадет внутрь клетки)

3. У РНК-содержащих вирусов геном может быть представлен нитями РНК различной полярности (+ и – РНК, или позитивные и негативные РНК). Молекула РНК с положительной полярностью имеет ту же последовательность нуклеотидов, что и мРНК, поэтому, по крайней мере, какая-то её часть может незамедлительно начать транслироваться клеткой-хозяином. РНК с отрицательной полярностью комплементарна мРНК, поэтому до начала трансляции на ней должна быть синтезирована положительная РНК при помощи фермента РНК-зависимой-РНК-полимеразы.

4. Двусмысленная (ambisence) РНК. (смесь + и - кусочков РНК)

Концевые структуры вирусных нуклеиновых кислот – кэп, тРНК-подобные структуры, терминальные белки и др.

1. 5’-терминальные белки

2. 5’-концы модифицированы присоединением «кэпа»

3. 3’-конец РНК (РНК-вирусы)

-полиА

-тРНК-подобная структура.

5’

4. Прямые и инвертированные концевые повторы.

ПРЯМОЙ ПОВТОР

3’TTCCGGAATA---------TTCCGGAATA5’

5’AAGGCCTTAT---------AAGGCCTTAT3’

ИНВЕРТИРОВАННЫЙ ПОВТОР

3’TTCCGGAATA---------TATTCCGGAA5’

5’AAGGCCTTAT---------ATAAGGCCTT3’

Эффективное использование кодирующей емкости вирусного генома:

перекрывание кодирующих и/или регуляторных последовательностей, использование механизма альтернативного сплайсинга, отсутствие протяженных некодирующих нуклеотидных последовательностей.

Альтернативный сплайсинг – впервые был обнаружен у аденовирусов. Геном аденовирусов направляет синтез нескольких очень длинных РНК-транскриптов, каждый из которых содержит нуклеотидные последовательности, кодирующие целый ряд различных белков. Альтернативный сплайсинг приводит к тому, что из совершенно одинаковых первичных транскриптов образуются молекулы мРНК разных типов, имеющие одну и ты же 5’-концевую последовательность (5’-кэп), которая инициирует синтез нескольких разных белков. Получается, что повышение информационной емкости генома в этом случае не сопровождается увеличением его размеров.

Механизм альтернативного сплайсинга.