Биологические особенности вирусов

В отличие от про- и эукариотических микроорганизмов вирусы не размножаются бинарным делением. В 50-х годах было установлено, что вирусы размножаются путем репродукции, т.е.воспроизведения их нуклеиновых кислот и синтеза белков «клеткой-хозяином»с последующей сборкой вирионов. Эти процессы происходят в разных частях клетки-хозяина, например в ядре и цитоплазме. Такой разобщенный способ репродукции получил название дизъюнктивного.

В ирусная репродукция, хотя и осуществляется согласно триаде ДНК РНК белок, представляет собой уникальную форму выражения чужеродной (вирусной) информации в клетках человека, животных, насекомых, растений, бактерий. Эта уникальность состоит прежде всего в подчинении клеточных матрично-генетических механизмов вирусной информации.

Поскольку вирусы не имеют собственного метаболизма, они не нуждаются в ферментах, необходимых для многочисленных катаболических и анаболических реакций. Однако у вирусов обнаружено свыше 10 ферментов, разных по своему происхождению и функциональному назначению.

По происхождению вирусные ферменты делятся на три группы:

1. вирионные - входят в состав вирионов;

2. вирусиндуцированные - ферменты, структура которых закодирована в геноме вируса, а синтез происходит на рибосомах клетки-хозяина;

3. клеточные, модифицированные вирусом - это ферменты клетки-хозяина, которые не являются вирусспецифическими и которые участвуют в репродукции вируса.

По функциональному значению вирусные ферменты можно подразделить на 2 группы:

1) ферменты, участвующие в процессе репликации и транскрипции вирусной нуклеиновой кислоты;

2) ферменты, способствующие проникновению вирусной НК в клетку-хозяина и выходу образовавшихся вирионов.

Известны три типа взаимодействия вируса с клеткой:

1) продуктивный тип, завершающийся образованием вирусного потомства;

2) абортивный тип, не завершающийся образованием новых вирусных частиц, поскольку инфекционный процесс прерывается на одном из этапов;

3) интегративный тип(или вирогения), характеризующийся встраиванием вирусной ДНК в хромосому клетки-хозяина.

6. Культивирование и индикация вирусов.

Культивирование вирусов человека и животных проводят с целью лабораторной диагностики вирусных инфекций, для изучения вопросов патогенеза и иммунитета, получения диагностических и вакцинных препаратов, в научно-исследовательской работе.

Поскольку вирусы являются абсолютными паразитами, то их культивируют или на уровне организма, или на уровне живых клеток, выращиваемых вне организма в искусственных условиях. В качестве биологических моделей для культивирования используются лабораторные эмбрионы и культуры клеток.

Лабораторные животные (белые мыши, хлопковые крысы, кролики, хомяки, обезьяны) в начальный период развития вирусологии были единственной экспериментальной биологической моделью, которую использовали для размножения и изучения свойств вирусов. На основании развития типичных признаков заболевания и патоморфо-логических изменений органов животных можно судить о репродукции вирусов, т.е. проводить индикацию вирусов. В настоящее время использования этой модели для диагностики ограничено из-за невосприимчивости животных ко многим вирусам человека.

Куриные эмбрионы предложены в качестве экспериментальной модели для культивирования вирусов в середине 30-х годов Ф.Бернетом. К достоинствам модели относится возможность накопления вирусов в больших количествах, стерильность объекта, отсутствие скрытых вирусных инфекций, простота техники работы. Для культивирования вирусов исследуемый материал вводят в различные полости и ткани куриного зародыша (демонстрация табл. № ).

Индикацию вирусов осуществляют по характеру специфических поражений оболочек и тела эмбриона, а также феномену гемагглютинации - склеиванию эритроцитов. Явление гемагглютинации впервые было обнаружено в 1941г. при культивировании в куриных эмбрионах вирусов гриппа. Позднее было установлено, что гемагглютинирующими свойствами обладают многие вирусы. На основе этого феномена была разработана техника реакции гемагглютинации (РГА) вне организма, которая широко применяется для лабораторной диагностики вирусных инфекций. Куриные эмбрионы не являются универсальной биомоделью для вирусов. Почти неограниченные возможности появились у вирусологов после открытия метода выращивания культур клеток.

Метод культур клеток - выращивание различных клеток и тканей вне организма на искусственных питательных средах – разработан в 50-х годах Дж. Эндерсом. Подавляющее большинство вирусов способно размножаться на культурах клеток. Для приготовления культур клеток используют самые разнообразные ткани человека, животных и птиц. Большое распространение получили культуры клеток из эмбриональных и опухолевых (злокачественно перерожденных) тканей, обладающих по сравнению с нормальной тканью взрослого организма более активной способностью к росту и размножению. В зависимости от техники изготовления и культивирования различают 3 основных типа культур клеток и тканей:

1) однослойные культуры клеток;

2) культуры суспензированных клеток;

3) органные культуры.

Наибольшее практическое применение получили однослойные культуры, растущие на поверхности стекла лабораторной посуды в виде монослоя клеток (рис. 3.4,а).

Однослойные культуры клеток по числу жизнеспособных генераций в свою очередь подразделяют на первичные, или первичнотрипсинизированные (способные размножаться однократно), перевиваемые (способные перевиваться в лабораторных условиях в течение неопределенно длительного срока) и полуперевиваемые (способные размножаться в течение 40-50 пассажей).

Культуры суспензированных клеток растут и размножаются во взвешенном состоянии при постоянном интенсивном перемешивании среды. Они могут быть использованы для накопления большого количества вирусов.

Некоторые вирусы лучше размножаются в органных культурах, которые представляют собой кусочки органов животного или человека, выращиваемых вне организма и сохраняющих свойственную данному органу структуру.

В зависимости от свойств вируса подбирают наиболее чувствительную к данному вирусу культуру клеток, на которой возможна его репродукция. О размножении вирусов в культуре клеток судят по следующим признакам:

• цитопатическому эффекту (ЦПЭ, ЦПД);

• образованию в клетках включений;

• образованию бляшек;

• феномену гемадсорбции;

• «цветной» реакции (цветной пробе).

ЦПЭ - видимые под микроскопом морфологические изменения клеток, вплоть до их гибели (рис. 3.4,б). Характер ЦПЭ, вызванный разными вирусами, неодинаков, например размножение вируса полиомиелита сопровождается дегенерацией клеток, а вирусы парагриппа репродуцируются в клеточных культурах, вызывая слияние клеток с образованием многоядерных гигантских клеток-синцития.

Включения представляют собой скопления вирусных частиц (тельца Пашена при натуральной оспе), вирусных белков или клеточного материала, которые можно обна-ружить в ядре или цитоплазме клеток при специальных методах окраски (включения Бабеша-Негри при бешенстве, включения Гварниери при натуральной оспе).

Бляшки или «негативные колонии» вирусов - участки разрушенных вирусами клеток – можно обнаружить при культивировании вирусов на однослойных клеточных культурах, покрытых тонким слоем агара (демонстрация табл. № ) бентонитового покрытия (демонстрация флакончиков с бляшками вируса полиомиелита).

Бляшки, образуемые разными вирусами, отличаются по величине, форме, времени появления, поэтому феномен бляшкообразования используют для дифференциации вирусов.

Реакция гемадсорбции - способность клеточных культур, зараженных вирусом, адсорбировать на своей поверхности эритроциты. Механизмы реакций гемадсорбции и гемагглютинации сходны. Многие вирусы обладают гемадсорбирующими свойствами.

«Цветная» реакция (проба) основана на разнице в цвете питательной среды с индикатором, используемой для культур клеток. При росте клеток, не пораженных вирусом, происходит накопление продуктов метаболизма, что приводит к изменению цвета питательной среды. При репродукции вирусов в культуре нарушается нормальный метаболизм клеток, и среда сохраняет первоначальный цвет (демонстрация ЦП).

12. Морфология, химический состав и биологические свойства и структура фагов. Применение бактериофагов в диагностике, профилактике, терапии инфекционных заболеваний.

Морфология.

Большинство фагов под электронным микроскопом имеют форму головастика или сперматозоида, некоторые— кубическую и нитевидную форму. Размеры фагов колеблются от 20 до 800 нм у нитевидных фагов.

Наиболее хорошо изучены крупные бактериофаги, имеющие форму сперматозоида. Они состоят из вытянутой икосаэндрической головки размером 65-100 нм и хвостового отростка длиной более 100 нм. Внутри хвостового отростка имеется полый цилиндрический стержень, сообщающийся с головкой, снаружи – чехол, способный к сокращению наподобие мышцы. Хвостовой отросток заканчивается шестиугольной базальной пластинкой с короткими шипами, от которых отходят нитевидные структуры – фибриллы.

Различают несколько морфологических типов фагов:

• к I типу относятся нитевидные ДНК-содержащие фаги, которые лизируют «мужские» клетки, несущие F-плазмиды;

• II группу составляют фаги с аналогом отростка, это мелкие РНК – содержащие фаги и фаги с одной спиралью ДНК;

• в III тип включены фаги без отростка;

• в IV тип – фаги с коротким отростком и двунитчатой ДНК (они отличаются строением отростков);

• к V типу относятся ДНК – содержащие фаги с несокращающимся «чехлом» отростка и головкой разной формы и величины:

• VI тип – это фаги с сокращающимся «чехлом» отростка и сложной структурой, содержат двунитчатую ДНК.

Химический состав.

Фаги состоят из двух основный химических компонентов - нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК) и белка. У фагов, имеющих форму сперматозоида, двунитчатая ДНК плотно упакована в виде спиралей внутри головки. Белки входят в состав оболочки (капсида), окружающей нуклеиновую кислоту и во все структурные элементы хвостового отростка. Структурные белки фага различаются по составу полипептидов и представлены в виде множества идентичных субъединиц, уложенных по спиральному (в отростке) или кубическому (в головке) типу симметрии.

Кроме структурных белков, у некоторых фагов обнаружены внутренние (геномные) белки, связанные с нуклеиновой кислотой, и белки – ферменты (лизоцим АТФаза), участвующие во взаимодействии фага с клеткой.

Резистентность.

Фаги более устойчивы к действию химических и физических факторов, чем бактерии. Ряд дезинфицирующих веществ (фенол, этиловый спирт, эфир и хлороформ) не оказывают существенного влияния на фаги. Высоко чувствительны фаги к формалину и кислотам. Инактивация большинства фагов наступает при t⁰ 65- 70⁰C длительное время они сохраняются при высушивании в запаянных ампулах, замораживание при t⁰ - 185⁰C, в глицерине.

Свойства фагов:

1. Cпецифичность – это способность фага паразитировать только в определённом виде микроорганизмов (видовая специфичность). По названию микроба – хозяина именуют фаги (чумной, стафилококковый, холерный и др.) фаги с более строгой специфичностью, паразитирующие только на определённых представителях данного вида получили название типовых фагов, например: типовые, брюшнотифозные фаги, типовые стафилококковые фаги. Фаги, вызывающие лизис микроорганизмов близких видов, входящих в один род, называются поливалентными, например поливалентный дизентерийный фаг, поливалентный сальмонеллёзный фаг группы ABCDE поливалентный протейный фаг и другие.

2. Антигенность – это способность фагов при парантеральном введении их в организм вызывать выработку специфических к ним антител, которые нейтрализуют литическую активность фага. Фаги содержат типоспецифические и группоспецифические антигены. По типоспецифическим антигенам их делят на серотипы.