Классификация вирусов

Если вирусы действительно являются мобильными генетическими элементами, получившими "автономию" (независимость) от генетического аппарата их хозяев (разных типов клеток), то разные группы вирусов (с разным геномом, строением и репликацией) должны были возникнуть независимо друг от друга. Поэтому построить для всех вирусов единую родословную, связывающую их на основе эволюционных взаимоотношений, невозможно. Принципы "естественной" классификации, используемые в систематике животных, не подходят для вирусов. Тем не менее система классификации вирусов необходима в практической работе, и попытки ее создания предпринимались неоднократно. Наиболее продуктивным оказался подход, основанный на структурно-функциональной характеристике вирусов: чтобы отличить разные группы вирусов друг от друга, описывают тип их нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК, каждая из которых может быть одноцепочечной или двухцепочечной), ее размеры (число нуклеотидов в цепочке нуклеиновой кислоты), число молекул нуклеиновой кислоты в одном вирионе, геометрию вириона и особенности строения капсида и наружной оболочки вириона, тип хозяина (растения, бактерии, насекомые, млекопитающие и т.д.), особенности вызываемой вирусами патологии (симптомы и характер заболевания), антигенные свойства вирусных белков и особенности реакции иммунной системы организма на внедрение вируса. В систему классификации вирусов не вполне укладывается группа микроскопических возбудителей болезней, называемая вироидами (т.е. вирусоподобными частицами). Вироиды вызывают многие распространенные среди растений болезни. Это мельчайшие инфекционные агенты, лишенные даже простейшего белкового чехла (имеющегося у всех вирусов); они состоят только из замкнутой в кольцо одноцепочечной РНК.

Генетический аппарат вирусов.

В природе, носителем генетической информации являются нуклеиновые кислоты. Известно два основных типа нуклеиновых кислот: ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) и РНК (рибонуклеиновая кислота). У большинства живых организмов нуклеиновые кислоты содержатся в ядре и цитоплазме (клеточном соке). Описываемые микроорганизмы, хоть и являются неклеточными структурами, но также содержат нуклеиновые кислоты. По типу содержащейся нуклеиновой кислоты вирусы разделяют на два класса: ДНК-содержащие и РНК-содержащие. К ДНК-содержащим вирусам относятся вирусы гепатита В, герпес и др. РНК-содержащие микроорганизмы представлены гриппом и парагриппом, вирусом иммунодефицита человека (ВИЧ), гепатитом А и пр. У данных микроорганизмов, равно как и у прочих живых организмов, нуклеиновые кислоты играют роль носителя генетической информации. Информация о структуре различных белков (генетическая информация) закодирована в структуре нуклеиновых кислот в виде специфических последовательностей нуклеотидов (составных частей ДНК и РНК). Гены вирусных нуклеиновых кислот кодируют разнообразные ферменты и структурные белки. ДНК и РНК вирусов являются материальным субстратом наследственности и изменчивости этих микроорганизмов – двух основных составляющих в эволюции вирусов в частности и всей живой природы в целом.

Оболочка вирусов.

Генетический материал такового зрелого микроорганизма окружен специальной оболочкой. У многих вирусов (например как полиомиелит) оболочка состоит из белковых молекул, которые соединяясь между собой образуют пространственную структуру с полостью внутри, в которой помещается нуклеиновая кислота данного микроорганизма. У других вирусов (ВИЧ, гепатита В, корь, бешенство) по мимо белковой оболочки есть еще и вторая, в состав которой входят белки и жиры. По своему составу эта оболочка очень похожа на обычную клеточную оболочку, так как этот микроорганизм заимствует ее у клетки хозяина, однако в нее встраиваются и специфические вирусные белки выполняющие различные функции.Оболочка вирусов выполняет многочисленные функции. Во-первых, она защищает хрупкую нуклеиновую кислоту микроорганизма от разрушения под воздействием неблагоприятных факторов окружающей среды. Во-вторых, оболочка вируса несет на себе различные белки-рецепторы, которые распознают клетку мишень и помогают этому опасному микроорганизму в нее проникнуть. В-третьих, различные компоненты вирусной оболочки распознаются организмом хозяина как антигены и стимулируют развитие иммунного ответа. Определение в крови различных компонентов данного микроорганизма или специфических антител против белков вируса, является важным моментом в диагностике различных вирусных заболеваний.

Жизненный цикл вируса.

Как уже упоминалось выше, данные микроорганизмы способны размножаться только паразитируя в клетках бактерий, растений и животных. Связано это с тем, что вирусы не имеют собственного синтетического аппарата и для самовоспроизведения используют ресурсы клетки-хозяина. Проникновение этого опасного микроорганизма в клетку-хозяина опосредовано реакцией лиганд-рецептор, что значит, что специфические белки на поверхности микроорганизма (рецепторы) распознают специфические структуры на поверхности клетки-мишени (именно поэтому определенный тип вируса может вызывать заболевание у одних животных и быть абсолютно безвредным для других организмов), и связываются с ними посредством химических связей. Этот процесс носит название абсорбция вируса. Вслед за абсорбцией происходит слияние оболочки микроорганизма с мембраной клетки и проникновение компонентов вируса во внутрь клетки. Внутри клетки данный микроорганизм полностью освобождается от оболочки и выделяет в клеточный сок свой генетический материал и ферменты. Генетический материал вируса (геном), как уже упоминалось выше, представлен одним из типов нуклеиновых кислот: ДНК или РНК. Вирусный геном содержит от нескольких единиц генов, у простых вирусов, до несколько сотен генов, у более сложных микроорганизмов такого рода. Гены вирусного генома кодируют разнообразные белки, выполняющие различные функции (структурные белки, ферменты и пр.). Вирусный геном чрезвычайно активен и спустя короткое время интегрируется в геном клетки хозяина. Стоит отметить что у РНК-содержащих вирусов сначала происходит синтез ДНК на основе цепи РНК при помощи специального фермента обратной транскриптазы (реверстранскриптазы). Такие микроорганизмы называются ретровирусами (например ВИЧ). После проникновения генома вируса в геном клетки хозяина микроорганизм переходит в фазу провируса, то есть в форму «молчащих генов», что означает что, несмотря на присутствие в зараженной клетке вирусного генома, размножение микроорганизма не происходит. Для периода проникновения вируса в клетку хозяина и фазы провируса не свойственно никаких клинических проявлений. Эта фаза вирусной инфекции называется латентной. Латентная фаза может продлиться от нескольких часов (грипп) до нескольких лет (СПИД), но рано или поздно она переходит в фазу клинических проявлений, что связано с активацией вирусной ДНК и началом репликации микроорганизма такого рода. Используя ресурсы зараженной клетки, вирус синтезирует собственные белки и нуклеиновые кислоты. В цитоплазме (внутренней среде) клетки хозяина происходит объединение вновь синтезированных белков и нуклеиновых кислот с образованием новых вирусных частиц. Зрелые частицы носят название вирионы. Разрывая мембрану клетки они попадают в межклеточную среду или кровь и заражают новые клетки.В следствии размножения данных микроорганизмов, зараженные клетки претерпевают глубокие изменения, в следствии которых сама клетка может погибнуть. Вообще разрушение клеток происходит по двум причинам: в одном случае клетка разрушается самими вирусами, а в других – разрушается собственной иммунной системой организма, которая распознает и уничтожает зараженные клетки. Именно гибель клеток и является причиной развития различных клинических признаков таковой инфекции. Например, в случае острой вирусной инфекции дыхательных путей, имеет место прямое разрушение эпителия носоглотки, трахеи и бронхов размножающимися вирусами и возникновение таких симптомов как боль, кашель, слизистые выделения и т.д. В случае вирусного гепатита В разрушение клеток печени (гепатоцитов) происходит под действием клеток иммунной системы человека, которые распознают и разрушают зараженные клетки. Массовое разрушение гепатоцитов вызывает появление таких симптомов и клинических признаков как желтуха, повышение печеночных проб, а в тяжелых случаях – наступление печеночной недостаточности. Реагируя на вирусную инфекцию, иммунная система организма вырабатывает ряд факторов (антитела) которые противостоят данным микроорганизмам. Появление специфических антител наблюдается с конца первой недели вирусной инфекции. Связываясь с вирусами, антитела вызывают их инактивацию и удаление из организма. Этот период носит название фазы выздоровления. В некоторых случаях, после перенесенной вирусной инфекции, организм становится защищенным от повторного проникновения того же микроорганизма в силу развившегося иммунитета. Выздоровление от вирусной инфекции может быть полным или частичным. В случае острых вирусных инфекций данный микроорганизм, как правило, полностью удаляется из организма. Однако, в некоторых случаях вирусная инфекция принимает хроническое течение, при котором кажущееся клиническое выздоровление сопровождается персистенцией данной инфекции в организме (гепатит В). Согласно философскому определению жизни, вирусы – это живые организмы, поскольку являются нуклеопротеидными частицами: нуклеиновой кислотой, заключенной в белковую оболочку (капсид), а иногда защищенной и дополнительными покровами. Однако вирусы имеют ряд признаков, которые существенно их отличают от всех известных организмов клеточного строения.

1. Ультрамикроскопические размеры (нм).

2. Наличие нуклеиновой кислоты только одного типа (либо РНК, либо ДНК).

3. Отсутствие способности к росту и бинарному делению.

4. Размножение путем репликации собственной НК.

5. Отсутствие собственных систем мобилизации энергии.

6. Отсутствие собственных систем синтеза белка.

7. Абсолютный внутриклеточный паразитизм.

Вирусы – особая группа микроорганизмов самого высокого таксономического ранга (царство, империя), которые имеют ультрамикроскопические размеры, обладают только одним типом нуклеиновой кислоты, лишенные собственных систем синтеза белка и мобилизации энергии и являющиеся, поэтому абсолютными внутриклеточными паразитами.Абсолютный внутриклеточный паразитизм отражается в том, что вирусы имеют две стадии в жизненном цикле: внеклеточную и внутриклеточную. Вне клетки вирус существует в виде инертной инфекционной частицы не способной к размножению, которую называют вирионом. Все динамические события начинаются после проникновения вириона в чувствительную клетку. Тогда образуется особая система «вирус – клетка», в которой свойства и паразита, и хозяина меняются: вирус перестает существовать как оформленная частица, а клетка «забывает» о своих нуждах. Работа всей системы направляется на размножение и сохранение вируса как геномовида или на продукцию нового поколения вирионов. Таким образом, даже у многоклеточных хозяев решающие события при вирусной инфекции происходят на клеточном уровне. Фазы взаимодействия вируса с клеткой-хозяином

1. Адсорбция, адгезия вируса на поверхности клетки (специфическая, опосредованная рецепторами).

2. Проникновение вириона внутрь клетки и его раздевание: разрушение капсидных и суперкапсидных белков.

3. Внутриклеточное размножение (транскрипция, трансляция, репликация).

4. Выход новых вирионов из клетки (постепенный, взрывной)

Адсорбция – пусковой момент инфекции, осуществляется через специфические рецепторы как вирусов, так и клеток. Разнообразие рецепторов клеток – разнообразие патогенов. Например: для вируса гриппа кеточным рецептором является мукопептид, содержащий свободную N-ацетилнейраминовую кислоту, с которой сединяется гемагглютинин вируса гриппа.