2 курс / Микробиология 1 кафедра / Экзамен микробик / metodichka_4

Занятие №13

Тема. Общая характеристика вирусов, особенности репродукции. Вирусный онкогенез. Методы диагностики вирусных инфекций.

Цель занятия. Изучить строение, химический состав вирусов и способы их ре-

продукции. Освоить принципы диагностики вирусных инфекций с помощью генетического, вирусологического, вирусоскопического и серологического ме-

тодов исследования.

I.Теоретические знания

1.Царство «Vira». Основные свойства вирусов. Понятие о вирусе (вирионе).

2.Молекулярно-генетическая организация вирусов.

3.Репродукция (размножение) вирусов. Особенности репродукции ДНК- и

РНК-содержащих вирусов.

4.Типы вирусной инфекции на уровне клетки.

5.Вирусный онкогенез. Механизмы. Основные онкогенные вирусы, вызываю-

щие опухоли у человека.

6.Вироиды и инфекционные прионы.

7.Методы лабораторной диагностики вирусных инфекций.

II.Практические навыки

1.Световая микроскопия готовых препаратов включений Бабеша-Негри при бешенстве (окраска по Селлерсу).

2.Заражение в аллантоисную полость куриного эмбриона смывом из носоглот-

ки больного с подозрением на гриппозную инфекцию.

3.Приготовление монослоя культуры клеток Нер-2.

4.Заражение культуры клеток Нер-2 смывом из носоглотки больного с подоз-

рением на аденовирусную инфекцию.

1

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЗАНЯТИЮ

1. Царство «Vira». Основные свойства вирусов. Понятие о вирусе (вирионе).

Приоритет открытия вирусов (от лат. virus – яд) принадлежит русскому ученому Д.И. Ивановскому (1892 г.), который доказал вирусную природу мо-

заичной болезни табака. Вирусы широко распространены в природе и пора-

жают человека, животных, насекомых, растения и бактерии.

Основные свойства (критерии) вирусов:

ультрамикроскопические размеры, не имеют клеточного строения;

не способны к росту и бинарному делению;

2

содержат только один тип нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК);

для воспроизведения в клетке хозяина вирусного потомства достаточно по-

падания в нее только нуклеиновой кислоты вируса (ДНК или РНК);

абсолютный внутриклеточный паразитизм, так как у вирусов отсутствуют:

-ферменты для энергетического метаболизма;

-собственные рибосомы, поэтому синтез вирусных белков происходит на рибосомах клетки-хозяина.

Основы систематики вирусов

Вирусы классифицируют по типу нуклеиновой кислоты, размеру и форме вириона, наличию или отсутствию суперкапсида, антигенным различиям.

В систематике вирусов используют такие таксономические категории, как семейство, подсемейство, род (таблица 1).

Таблица 1 – Основные вирусы человека и животных

3

Цит. «Медицинская микробиология, вирусология и иммунология: учебник / под ред. В.В. Зверева, А.С. Быкова. – М.: МИА, 2016. – С. 67-68».

Зрелая вирусная частица называется вирионом. Размеры вирионов варьи-

руют от 20 нм (вирус полиомиелита) до 350 нм (вирус натуральной оспы).

Форма вирионов может быть различной (рисунок 1): палочковидной (ви-

рус табачной мозаики), в виде пули (вирус бешенства), сферической (вирусы гриппа, полиомиелита, ВИЧ), в форме многогранника (аденовирусы).

4

Рисунок 1 – Формы вирионов

2. Молекулярно-генетическая организация вирусов.

Вирус (вирион) устроен следующим образом: в центре ДНК или РНК, во-

круг нее белковая оболочка – капсид (от лат. capsa – футляр), состоящая из от-

дельных субъединиц (капсомеров). Нуклеиновая кислота вируса, заключенная в капсид, называется нуклеокапсидом. Формы вирусных частиц зависят от того,

как сгруппированы капсомеры вокруг нуклеиновой кислоты. Только нуклео-

капсид имеют просто устроенные вирусы (вирус полиомиелита, аденовирусы).

Сложно устроенные вирусы имеют вторую, суперкапсидную оболочку –

пеплос, состоящую из пепломеров (вирус гриппа, бешенства). Суперкапсидная оболочка состоит из 2-х слоев липидов и заключенных в них белков, которые выступают на поверхности вирусов в виде шипов и выполняют роль рецепто-

ров для адсорбции на поверхности клеток хозяина. Наличие в суперкапсиде ли-

пидов определяет чувствительность вирусов к эфиру.

3. Репродукция (размножение) вирусов. Особенности репродукции ДНК- и

РНК-содержащих вирусов.

Вирусы могут размножаться в цитоплазме или ядре клетки-хозяина и от-

личаются разобщенным способом репродукции: в клетке отдельно синтезиру-

5

ются нуклеиновые кислоты вирусов и вирусные белки, а затем происходит их

сборка (композиция) в зрелые вирусные частицы.

Фазы взаимодействия вируса с клеткой

I.Адсорбция вируса на клетке. В основе этого процесса лежит взаимодейст-

вие вирусных рецепторов со специфическими рецепторами клеток макроор-

ганизма.

II.Проникновение вируса в клетку:

- через слияние суперкапсида вируса с мембраной клетки. В результате это-

го слияния в цитоплазму клетки попадает только нуклеокапсид, а суперкап-

сидная оболочка остается на поверхности клетки;

- путем эндоцитоза (пиноцитоза) с последующим освобождением вируса от суперкапсида в цитоплазме клетки.

III.Депротеинизация вируса – освобождение нуклеиновой кислоты от кап-

сидной оболочки.

IV. Синтез нуклеиновой кислоты и вирусных белков:

- для РНК-содержащих вирусов: на РНК вируса, как на матрице, с помо-

щью фермента «РНК-зависимая РНК-полимераза» происходит многократ-

ная репликация вирусной РНК для новых вирусных частиц. Так как вирус-

ная РНК аналогична клеточной м-РНК, она транслируется (перемещается)

на рибосомы хозяина, в результате чего синтезируются структурные белки оболочек вируса (рисунок 2);

Рисунок 2 – Процесс внутриклеточного синтеза РНК-содержащих вирусов

- для ДНК-содержащих вирусов: на ДНК вируса, как на матрице, с помо-

щью фермента «ДНК-зависимая ДНК-полимераза» происходит многократ-

6

ная репликация вирусной ДНК для новых вирусных частиц. Кроме того, на ДНК вируса под действием фермента «ДНК-зависимая РНК-полимераза» запускается синтез м-РНК, которая транслируется на рибосомы клетки-

хозяина для синтеза структурных белков оболочек вируса (рисунок 3).

Рисунок 3 – Процесс внутриклеточного синтеза ДНК-содержащих вирусов

V. Композиция вирусных частиц. Формируются зрелые вирусы.

VI. Выход вирусов из клетки.

4. Типы вирусной инфекции на уровне клетки.

Продуктивная:

- взрывной механизм: после репродукции вируса из погибающей клетки од-

новременно выходит большое количество вирионов. Такой тип инфекции характерен для простых вирусов;

- почкование: после репродукции вирусного нуклеокапсида происходит его контакт с определенным участком клеточной мембраны, выпячивание и отпочковывание вириона, покрытого мембраной, от клетки. Такой тип ин-

фекции характерен для сложных вирусов. При этом клетка способна дли-

тельно сохранять жизнеспособность. Она становится источником вирусной инфекции для здоровых клеток, постоянно продуцируя вирусные частицы почкованием.

Абортивная: не завершается образованием вирусного потомства и гибе-

лью клетки. Это обусловлено либо дефектностью самого вируса, либо генети-

ческой резистентностью клетки к данному вирусу.

7

Интегративная: не приводит к гибели клеток. При этой форме инфекции

вирусная ДНК встраивается в геном клетки-хозяина и в последующем при де-

лении передается дочерним клеткам.

В зависимости от типа вирусной нуклеиновой кислоты различают два

варианта интегративной инфекции:

для ДНК-содержащих вирусов: происходит интеграция ДНК вируса с ДНК клетки-хозяина;

для РНК-содержащих вирусов: на вирусной РНК под действием фермента

«РНК-зависимая ДНК-полимераза» (обратная транскриптаза или ревертаза)

синтезируется ДНК. Затем образовавшаяся вирусная ДНК интегрируется с ДНК клетки-хозяина.

В результате интегративной инфекции возможно превращение (трансфор-

мация) нормальных клеток в опухолевые. Интегративная инфекция характерна для онкогенных (опухолевых) вирусов и умеренных бактериофагов.

5.Вирусный онкогенез. Механизмы. Основные онкогенные вирусы, вызы-

вающие опухоли у человека.

В 50-х годах XX столетия Л.А. Зильбер сформули-

ровал вирусо-генетическую теорию, согласно кото-

рой вирусная ДНК интегрирует с ДНК клетки-

хозяина, что приводит к трансформации нормаль-

ных клеток в опухолевые.

Л.А. Зильбер (советский иммунолог и вирусолог)

Механизм интегративной инфекции для РНК-содержащих онкогенных ви-

русов был выяснен намного позже, после открытия фермента «обратная транс-

криптаза» (см. выше). Последующие исследования выявили новые данные о роли ДНК- и РНК-содержащих вирусов в онкогенезе.

8

В геноме нормальных клеток существуют клеточные онкогены (протоон-

когены). Они находятся в неактивном состоянии и кодируют белки, стимули-

рующие размножение клеток во время эмбрионального развития, а также кон-

тролирующие рост и размножение клеток во взрослом состоянии, когда в этом есть необходимость.

Онкогенез для ДНК-содержащих вирусов

Некоторые ДНК-содержащие вирусы имеют онкогены, сходные с челове-

ческими. Функции вирусных онкогенов разнообразны и при интеграции ДНК вируса в геном клетки человека они могут нарушать синтез нормальных факто-

ров размножения клетки на разных этапах. Итогом таких взаимодействий явля-

ется избыточное размножение клетки и деление ее в незрелом состоянии.

Так формируется опухоль.

Онкогенез для РНК-содержащих вирусов

РНК-содержащие вирусы, способны индуцировать онкогенез, выступая в роли канцерогенных факторов. На вирусной РНК с помощью собственного фермента «РНК-зависимая ДНК-полимераза» (обратная транскриптаза) синте-

зируются ДНК. Затем вирус встраивает в геном клетки свою ДНК-копию рядом с клеточным онкогеном и вызывает повышение его активности. Это

приводит к злокачественной трансформации клетки.

Основные онкогенные вирусы, вызывающие опухоли у человека.

ДНК-содержащие:

-семейство Papillomaviridae: вирусы папилломы человека – вызывают рак кожи, рак шейки матки;

-семейство Herpesviridae: вирус простого герпеса II типа – вызывает рак шейки матки, рак простаты; вирус Эпштейна-Барр – вызывает рак носоглот-

ки (назофарингеальный рак) и лимфому Беркитта (лимфоидную опухоль верхней челюсти); герпесвирус 8 типа – вызывает саркому Капоши;

- семейство Hepadnaviridae: вирус гепатита В – вызывает первичный рак пе-

чени.

9

РНК-содержащие:

-семейство Retroviridae: лимфотропные вирусы – вызывают Т-клеточные лимфомы, Т-клеточный лейкоз и др.;

-вирус гепатита С – вызывает рак печени.

6.Вироиды и инфекционные прионы.

Кроме типичных вирусов, существуют необычные инфекционные агенты:

вироиды и прионы.

Вироиды – в отличие от вирусов, состоят только из молекулы одноцепо-

чечной кольцевой РНК, обладающей инфекционными свойствами. Известно более 10 различных вироидов, вызывающих инфекционные заболевания у рас-

тений.

Инфекционные (патологические) прионы (от англ. рroteinacеous infections particle – белковая инфекционная частица) – белковые инфекционные агенты, приводящие к развитию летальных неврологических заболеваний – губчатых энцефалопатий.

Гайдушек Даниел Карлтон – американский педи-

атр и вирусолог раскрыл инфекционную природу неврологического заболевания куру, лауреат Нобе-

левской премии по физиологии и медицине 1976 г.

«за открытия, касающиеся новых механизмов про-

исхождения и распространения инфекционных за-

болеваний».

Гайдушек Д.К.

У человека и млекопитающих в клетках ЦНС имеются нормальные при-

оновые белки. Патогенез поражений обусловлен способностью инфекционного прионового белка вызывать мутацию гена, кодирующего синтез нормального прионового белка. В результате в нейронах синтезируется инфекционный (па-

тологический) прионовый белок, отличающийся от нормального приона нару-

10