101.Генотипическая изменчивость вирусов: мутации, рекомбинации.

Заражение вирусами чувствительных клеток носит множественный характер, то есть в клетку может проникнуть несколько вирионов, обычно идентичных или близкородственных. В подобных ситуациях геномы вирусных частиц в динамике репродуктивных циклов могут взаимодействовать или интерферировать. Независимо от типа нуклеиновой кислоты генетические взаимодействия между вирусами представлены несколькими формами: рекомбинация, обмен фрагментами генома, комплементация.

Рекомбинации и перераспределение генов между геномами приводят к перераспределению генетического материала в дочерних популяциях. Они отмечены во всех группах ДНК-содержащих вирусов, у всех РНК-содержаших вирусов с сегментированным геномом и лишь у немногих РНК-содержащих вирусов с несегментированным геномом (например, у полиовируса и вируса ящура).

• У ДНК-содержащих вирусов с дефектными геномами можно наблюдать рекомбинации, приво­дящие к образованию нормального дочернего генома.

• РНК-солержащих вирусов при копировании плюс-цепи в минус-цепь полимераза может переключаться» с одной плюс-цепи на другую, образуя гибридную минус-матрицу РНК. Подобный механизм вызывает появление генетического непостоянства у ВИЧ. Геном ВИЧ образован +РНК, поэтому при транскрипции ДНК из РНК риск «переключения» обратной транскриптазы с одной цепочки на другую достаточно велик. Если обе молекулы идентичны, то подобное явление не приводит к последствиям, но при наличии двух вирусов-мутантов в клетке возможно появление рекомбинантов с иными генома

Мутации. Нуклеиновые кислоты вирусов подвержены мутациям, то есть внезапным наследуемым изменениями. Сущность этих процессов заключается в нарушениях генетического кода в виде изменений нуклеотидных последовательностей, их выпадений (делеций). вставок либо перестановок нуклеотидов или пар в одно- и двухнитевых молекулах нуклеиновых кислот. Указанные нарушения могут ограничиваться отдельными нуклеотидами или же распространяться на более значительные участки. У вирусов выделяют спонтанные и индуцированные мутации. Их биологическое значение может быть связано с приобретением или потерей патогенных свойств, а также с приобретением свойств, лишающих их чувствительности к действию защитных механизмов организма-хозяина. Мутации, полностью нарушающие синтез или функцию жизненно важных белков, приводят к утрате способности к репродукции и иначе известны как летальные мутации. В их основе лежат изменения, приводящие к возникновению бессмысленных кодонов (с нарушением синтеза белковой цепочки) либо к появлению вставок или делеций (с глубокими нарушениями генетического кода). Мутации с потерей способности синтезировать определённый белок или с нарушением его функций, что в определённых условиях может привести к утрате способности к репродукции называют условно-летальными.

Спонтанные мутации возникают под действием различных естественных мутагенов и встречаются с частотой 1:10"⁵ вирусных частиц. Чаще их можно наблюдать у ретровирусов. что связано с более высокой частотой сбоев в обратной транскрипции.

Индуцированные мутации вызывают различные химические агенты и УФ-облучение (у ДНК-содержащих вирусов). Принципиальной разницы в перестройке генома, вызванной спонтанными или индуцированными мутациями, нет. Принято считать, что применяемые мутагены лишь увеличивают частоту спонтанных мутаций. При классификации вирусных мутаций используют два разных подхода: их разделяют по характеру изменений генотипа или по изменениям фено­типа, наступающим в результате мутаций. Изучение изменений генотипа вирусов проводят редко, так как для этого необходимо детальное изучение их геномов. Чаще проводят изучение фенотипических проявлений мутаций как более доступных для исследований.

Проявление мутаций в фенотипе. По фенотипическим проявлениям мутации вирусов можно разделить на четыре группы.

• Мутации, не имеющие фенотипического проявления, не изменяют свойств вирусов и их выявляют лишь при специальном анализе.

• Мутации, имеющие фенотипинеское проявление (например, изменение размеров бляшек, образуемых вирусами в культуре клеток или термостабильность вирусов. Мутации, повышающие или снижающие патогенность, можно разделить на точковые (локализующиеся в индивидуальных генах) и генные (затрагивающие более обширные участки генома).

102.Фенотипическая изменчивость вирусов Фенотипическое смешивание и маскирование (псевдотипирование). Эти формы взаимодействий можно назвать генетическими лишь в контексте взаимодействия геномов, так как приобретаемые признаки обычно не закрепляются в потомстве, которому свойственны серологические свойства одного из «родительских» штаммов.

Фенотипическое смешивание наблюдают при одновременном заражении клетки близкородственными вирусами (например, различными сероварами полиовирусов или вирусов Коксаки). В результате образуются вирионы с гибридными капсидами. в состав которых входят капсомеры, кодируемые геномами двух вирусов.

Образование псевдотипов происходит при множественном инфицировании. Феномен заключается в образовании нуклеокапсида. состоящего из генома одного вируса и капсида близкородственного вируса. Генетические процессы, приводящие к образованию псевдотипов, известны как фенотипическое маскирование. Процесс может развиваться и в обратном направлении при коинфицировании вирусами идентичного псевдотипа. Если все вирионы попавшие в клетку, содержат геном типа 2 и заключены в капсид 1 типа,то дочерние популяции будут включать геном и капсид 2 типа, так как образование всех их структурных компонентов кодирует геном типа 2.

103.Размножение РНК – содержащих вирусов. Репродукция +РНК-вирусов. +РНК-вирусы(пикорна- и тогавирусы) проникают в чувствительную клетку путем виропексиса. Репродуктивный цикл начинается после высвобождения вирусного генома в цитоплазме. Репликация +РНК полностью происходит в цитоплазме кл. репродуктивный цикл подразделяют на раннюю и позднюю стадии.Ранняя ст.репродукции.включает процессы, происходящие после проникновения вирусов в клетку до образования большого кол-ва копий +РНК в процессе репликации.Поздняя ст.репродукции.включает синтез белков капсида. Образованные в репликативномсинтезе молекулы +РНК функционируют как мРНК, транслируясь в один гигантский полипептид, «нарезаемый» протеазами на капсидные белки. После самосборки капсидов формируется зрелая дочерняя популяция. Поскольку пикорнавирусы лишены суперкапсида, то высвобождение популяций сопровождается массивным повреждением клеточной мембраны с последующим лизисом инфицированной кл.После прникновения вириона в кл. синтезируется вирусная полимераза (РНК-зависимая РНК-полимераза), катализирующая образование –РНК на матрице +РНК. Образовавшиеся цепи –РНК служат матрицей для синтеза двух типов +РНК(полная и короткая нити). Каждая +РНК транслируется в большой полипептид, подвергающийся последовательному ресщеплению и процессингу. Полная нить служит шаблоном для синтеза вирусных полипептидов или идет на построение геномов дочерних популяций вируса. Короткая нить кодирует белки капсида и два оболочечных белка. Дочерни вирионы почкуются через измененные участки мембраны с образованием суперкапсида.Репродуктивный цикл +РНК-ретровирусов , т.к.при его реализации как промежуточный продукт образуются молекулы ДНК. Поскольку обратная транскрипция и интеграция вирусного генома предшествуют репликации, то (в противоположность прочим молекулам вирусных +РНК) плюс-молекулы РНК ретровирусов не проявляют инфекционных св-в. А служат матрицей для синтеза молекулы –ДНК РНК-зависимой ДНК-полимеразной, входящих в состав вирусной частицы.Репродукция –РНК-вирусов и вирусов с двухнитевыми РНК. –РНК-вирусы проникают в кл. путем слияния либо виропексиса. Для эффект.репродукции вирусная –РНК должна быть преобразована в +РНК – аналог клеточной мРНК-РНК-вирусы. Ранняя стадия репродукции. После высвобождения генома вирусная транскриптаза (РНК-зависимая РНК-полимераза) «запускает» синтез +РНК. При этом «шаблоном» для вирусной транскриптазы служит вирусный рибонуклеопротеин (т.е. РНК и внутренние белки). В результате образуются полные и короткие молекулы-копии +РНК.Поздняя ст. репродукции. Полные плюс-нити служат матрицами для синтеза молекул –РНК, состовляющих геномы дочерней популяции. Короткие плюс-нити участвуют в синтезе ферментов и белков. Сборка дочерних популяций завершается после присоединения нуклеокапсида к клеточной мембране. Их высвобождение происходит путем почкования через модифицированные участки мембраны. Отпочковывающиеся вирусные частицы захватывают ее фрагменты, служащие в дальнейшем суперкапсидами.Двухнитевые РНК-геномные вирусы. Представлены семейством рео- и ротавирусы. Не имеют суперкапсида и организованы по типу кубической симметрии. Вирусы отличает удлиненный репродуктивный цикл и тенденция к накоплению продуктов вирусспецифического синтеза внутри клеток. После высвобождения генома в цитоплазме кл. РНК-полимераза осуществляет синтез молекул мРНК(+РНК) на одной нити –РНК. В результате образуется до 11функциональных молекул м РНК, соответствующих по размерам 11сегментам одной нити –РНК. Параллельно, синтезированная в ходе трансляции вирусная РНК-полимераза запускает синтез минус-нитей на матрице +РНК с последующим их соединением в двухнитевую молекулу РНК. Выход образовавшихся виринов сопровождается гибелью клетки.

104.Морфология, ультраструктура и химический состав бактериофагов. Бактериофаги — вирусы бактерий, обладающие способностью специфически проникать в бактериальные клетки, репродуцироваться в них и вызывать их растворение (лизис).

Бактериофаги (фаги) - это вирусы, поражающие бактериальные клетки (в качестве клетки-хозяина). Вирионы фагов состоят из головки, содержащей нуклеиновую кислоту вируса, и более или менее выраженного отростка. Нуклеокапсид головки фага имеет кубический тип симметрии, а отросток - спиральный тип, т. е. бактериофаги имеют смешанный тип симметрии нуклеокапсида.

Большинство фагов содержит кольцевую двунитчатую ДНК, и лишь некоторые РНК или однонитчатую ДНК. Фаги, как и другие вирусы, обладают антигенные свойствами и содержат группоспецифические (по ним делятся на серотипы) и типоспецифические антигены. Сыворотки, содержащие антитела к этим антигенам (антифаговые сыворотки) нейтрализуют литическую активность фагов. Взаимодействие бактериофага с клеткой происходит в соответствии с основными типами взаимодействия, характерными для всех вирусов, - продуктивная (литическая), абортивная вирусная и латентная (лизогения, вирогения) инфекция, а также вирус-индуцированная трансформация.

Морфология. К типуIотносят ДНК-содержащие нитевидные фаги, лизирующие бактерии, содержащие F-плазмиды. Фаги типа IIпредставлены головкой и рудиментом хвоста. Геном большинства из них образован молекулой РНК. Фаги типа III имеют короткий хвост(Т-фаги 3и7). К типу IV относят фаги с несокращающимися хвостом и двухнитевой ДНК(Т-фаги 1и5). Фаги типа V имеют ДНК-геном, сокращающийся чехол хвоста, который заканчивается базальной пластиной(Т-фаги 2и4)

По характеру взаимодействия фага с клеткой все бактериофаги делятся на:

• вирулентные (литические), вызывающие продуктивную инфекцию и лизис бактериальной клетки,

• умеренные, вызывающие латентную инфекцию и ассоциацию генома вируса с бактериальной хромосомой.

Умеренные фаги, в отличие от вирулентности, не вызывают гибель бактериальных клеток, и при взаимодействии с ней переходят в неинфекционную форму фага, называемую профагом.

Профаг - геном фага, ассоциированный с бактериальной хромосомой. Профаг, ставший частью хромосомы клетки, при ее размножении реплицируется синхронно с геномом бактерии, не вызывая ее лизиса, и передается по наследству от клетки к клетке в неограниченном числе поколений.

Бактериальные клетки, содержащие в своей хромосоме профаг, называются лизогенными. Профаг в лизогенных бактериях самопроизвольно или под влиянием различных индуцированных агентов может переходить в вегетативный фаг. В результате такого превращения бактериальная клетка лизируется и продуцирует новые фаговые частицы. В ходе лизогенизации бактериальные клетки могут дополнительно приобретать новые признаки, детерминируемые геномом вируса. Такое явление - изменение свойств микроорганизмов под влиянием профага, называется фаговой, или лизогенной конверсией (проявление вирус-индуцированной трансформации).

Умеренные фаги, неспособные ни при каких условиях переходить из профага в вегетативный фаг (образовывать зрелые фаговые частицы), называются дефектными, чаще это происходит в результате нарушения стадии сборки вирусных частиц. Некоторые умеренные фаги называются трансдуцирующими. поскольку с их помощью осуществляется один из механизмов генетической рекомбинации у бактерий - трансдукции. Такие фаги могут использоваться, в частности в генной инженерии в качестве векторов для получения рекомбинантных ДНК и/или приготовлении рекомбинантных (генно-инженерных) вакцин.