Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Департамент научно-технологической политики и образования

ФГБОУ ВО Южно-Уральский государственный аграрный университет

Институт ветеринарной медицины

Кафедра инфекционных болезней

Т. Б. Щербакова, П. Н. Щербаков

Вирусология

Курс лекций для обучающихся по специальности 36.05.01 Ветеринария

Уровень высшего образования – специалитет Форма обучения – очная

Челябинск – 2018

СОДЕРЖАНИЕ

Введение………………………………………………………………4

Тема: «Введение в вирусологию и роль вирусов в биосфере»……5 Тема: «Строение и химический состав вирусов»…………………13

Тема: «Генетика вирусов»……………………………………………20

Тема: «Репродукция вирионов вирусов»……………………………29 Тема: «Особенности патогенеза и эпизоотологии вирусных

болезней»………………………………………………………40

Тема: «Особенности противовирусного иммунитета»……………49 Тема: «Терапия вирусных болезней»………………………………65

Заключение……………………………………………………………70

Список литературы……………………………………………………71

3

ВВЕДЕНИЕ

Курс лекций разработан на основании требований ФГОС ВО по специальности 36.05.01 Ветеринария, уровень высшего образования специалитет, утвержденного приказом Министерства образования и науки Российской Федерации 03 сентября 2015 г. № 962.

Целью дисциплины «Вирусология» является овладение теоретическими основами вирусологии и приобретение знаний и навыков диагностики, лечения и профилактики вирусных болезней животных в соответствии с формируемыми компетенциями.

К учебным задачам дисциплины относятся:

–изучение особенности строения и жизнедеятельности вирусов;

–формирование представления об особенностях взаимодействия вирусов с живыми организмами;

–освоение основных принципов и методов диагностики вирусных болезней;

–изучение основ лечения и профилактики вирусных болезней. Целью курса лекций является формирование научного пред-

ставления о вирусах как возбудителях вирусных болезней и обеспечение студентов актуальной информацией.

Курс лекций основан на взаимосвязи с такими учебными дисциплинами, как «Ветеринарная микробиология и микология», «Биотехнология», «Иммунология», «Эпизоотология и инфекционные болезни».

4

ТЕМА: «ВВЕДЕНИЕ В ВИРУСОЛОГИЮ И РОЛЬ ВИРУСОВ В БИОСФЕРЕ»

Цель: сформировать представление о дисциплине «Вирусология», предмете дисциплины – вирусах их роли в биосфере.

План

1.Предмет вирусологии, роль вирусов в биосфере.

2.История развития вирусологии.

3.Природа и происхождение вирусов.

4.Классификация вирусов.

1.Предмет вирусологии, роль вирусов в биосфере

Вирусология – это наука о вирусах. Вирусы – мелкие невидимые в световой микроскоп живые формы, не имеющие клеточной структуры, внутриклеточные паразиты, способные вызывать инфекционные заболевания у всех жителей планеты.

Термин «вирус» не совсем удачный и точный.

Слово «вирус» в переводе с латинского языка означает «яд животного происхождения». В древности люди не знали причин заразных заболеваний и предполагали, что укус змеи и бешеной собаки вносит в организм яд и возникает заболевание.

До XVIII–XIX веков под словом «вирус» подразумевались различные инфекционные агенты, в том числе и бактерии, рекетсии, вирусы и т.д. Вирусы всегда играли и играют важную роль в жизни всего живого нашей планеты.

Во-первых, вирусы являются причиной многих инфекционных заболеваний, большинство из которых, несмотря на усилия ученых многих стран, нельзя считать побежденными. У бактерий это инфекция, вызываемая фагами, приводящая к гибели клеток. Существуют вирусные болезни у растений.

Они есть у насекомых и птиц. Все больше сведений о роли вирусов в патологии животных (оспа, ящур, чума, герпесвирусная инфекция). И наконец, человек болеет вирусными инфекциями. Это оспа, ВИЧ, гепатиты, бешенство, грипп. Без вирусов не обходятся ни респираторные, ни желудочно-кишечные инфекции, где вирусы вместе

5

с бактериями, хламидиями и другими микроорганизмами вызывают инфекционный процесс. Так, доказано, что некоторые врожденные уродства и пороки развития вирусного происхождения. Так, у человека вирус краснухи вызывает слабоумие, герпесвирус вызывает уродства и слепоту у новорожденных. Накапливаются сведения о роли вирусов при сердечно-сосудистых заболеваниях, заболеваниях почек, глаз, опухолевых заболеваниях (лейкозы, болезнь Марека птиц).

Во-вторых, по последним научным данным, вирусы играют не только отрицательную роль в жизни других организмов. Так, еще

в1974 году В.М. Ждановым была высказана гипотеза о том, что вирусы – важный фактор эволюции органического мира. Преодолевая видовые барьеры, вирусы могут переносить отдельные гены или группы генов. Встраивание вирусной ДНК в клеточную может приводить к тому, что вирусные гены становятся клеточными, выполняющими важные функции. В настоящие время ученые все больше склоняются к тому, что любой организм является симбиозом многочисленных микро- и макроорганизмов, в том числе и вирусов. И если положительная роль бактерий уже неоспоримо доказана, то положительная роль вирусов находится в стадии изучения.

В-третьих, вирусы благодаря относительной простоте их строения являются прекрасной биологической моделью для решения фундаментальных проблем биологии (происхождения жизни), генетики (вопросы наследственности и изменчивости), биохимии (обмен веществ), иммунологии (проблемы противовирусного иммунитета), генной инженерии (создание новых препаратов). Только благодаря вирусам был открыт механизм репликации ДНК, синтеза белка и др.

Вирусы существенно отличаются от всех жителей планеты. Они находятся на границе между неживой и живой природой. Наиболее характерными признаками вирусов являются следующие. Малая величина. Размер вирусов измеряется в нанометрах 1 нм = 1/1 000 000 000 м. Вирусы не видны в световой микроскоп.

Ихразмерыот17до250нм.Исключениесоставляетвирусоспы 250–400 нм = размеру мелких кокков, поэтому его можно увидеть

всветовой микроскоп. В связи с малыми размерами вирусы проходят сквозь бактериологические фильтры. Простота строения и химического состава. Вирусы не имеют клеточного строения. Отдельный экземпляр вируса представляет собой нуклеиновую кислоту,

6

окруженную белковым чехлом. При этом нуклеиновая кислота только одного вида РНК или ДНК. Жизнедеятельность вируса связана только с живой клеткой. Поэтому вирусы называются абсолютными паразитами или паразитами на генетическом уровне. Вирус не имеет собственных ферментативных систем для синтеза белка и других веществ, использует клеточные системы и энергоресурсы. Вне клетки вирус не проявляет признаков жизни и в виде кристаллов может сохраняться длительное время. Вирусы неспособны расти на питательных средах, на которых растут бактерии. Способ размножения вируса специфичный, отличный от размножения других организмов нашей планеты. Вирусы не растут и не могут делиться. Они воспроизводят себе подобных особым способом. Компоненты вируса (нуклеиновые кислоты и белки) синтезируются в разных частях клетки, а потом происходит сборка в вирусные частицы. Такой способ размножения назвали репродукцией.

Всю вирусологию можно разделить условно на общую и частную. Общаявирусологияизучаетприродуипроисхождениевирусов, принципы строения, химический состав, классификацию, генетику, устойчивость вирусов к химико-физическим факторам, общие механизмывзаимодействиясживойклеткой,особенностипротивовирусного иммунитета, принципы диагностики лечения и профилактики

вирусных болезней.

Частная вирусология изучает свойства отдельных представителей царства вирусов, методы их обнаружения, особенности вызываемых ими заболеваний, диагностики, лечения и специфической профилактики.

2. История развития вирусологии

Вирусология – молодая, но быстро развивающаяся наука. Она тесно связана с микробиологией, из которой она и оформилась в самостоятельную науку. Историю развития вирусологии можно разделить на три периода:

I период с древнейших времен до 1892 г.

II период с 1892 г. до 50-х годов XX века.

III период с 50-х годов XX века до настоящего времени.

7

С древнейших времен люди сталкивались с вирусами. Из всех заболеваний инфекционного характера вирусные считаются самыми опасными и не поддающимися лечению (бешенство, оспа, чума животных). Но бороться с ними пытались и в древности. Так, в Китае высушенные оспенные корочки вкладывали в нос здоровых людей для предохранения от оспы. Это не всегда получалось. Недосушенные вызывали заболевание, пересушенные не вызывали образование иммунитета. Одним из первых ученых, который посвятил свою работу борьбе с вирусными инфекциями, был английский врач Эдуард Дженнер. На основании длительного наблюдения за оспенной инфекцией (25 лет) он разработал метод вакцинации людей от оспы. В 1796 году он привил мальчика оспенным материалом, взятым от женщины, больной коровьей оспой, а затем через 1,5 месяца заразил натуральной. Мальчик остался здоров.

В изучение такой болезни, как бешенство, большой вклад внес французский ученый микробиолог Луи Пастер. Он разработал методику изготовления и применения вакцины от бешенства.

Н.Ф. Гамалея, русский ученый, в 1886 году установил, что кровь коровы, больной чумой, профильтрованная через бактериологический фильтр, остается заразной для здоровых животных. Он был практически на пороге открытия вирусов, высказав предположение о развивающихся микроорганизмах в крови больных животных, но не доказав это.

Первооткрывателем вирусов является русский ученый, физиолог растений Дмитрий Иосифович Ивановский (1864–1920). Еще будучи студентом, он в Крыму на практике исследовал причины мозаичной болезни табака. Изучая эту болезнь, Д.И. Ивановский пришел к выводу, что возбудитель имеет необычную природу. Он фильтруется через бактериальные фильтры, сохраняя свои инфекционные свойства, невидим в микроскоп и неспособен расти на питательных средах. Ивановскийназвалихфильтрующиесявирусы,таккаквсеинфекционные агенты тогда называли вирусами. На основании своих исследований он сделал доклад на заседании Российской академии наук в 1892 году, и с этого дня начался второй этап развития вирусологии.

Метод фильтрации, удачно примененный Д.И. Ивановским, стал широко применяться и способствовал открытию целого ряда вирусов. Вторым по счету и первым из вирусов животных был открыт вирус ящура в 1897 году Ф. Лаффлером и П. Фрошем. Затем были открыты: вирус чумы крупного рогатого скота в 1899 году,

8

в1902 году болезни Ауески, 1903 году оспы овец и коз, чумы свиней,

в1904 году ИНАН, в 1905 году чумы собак, в 1909 году вирус полиомиелита, а в 1915–1917 годах фаги.

Выделенные вирусы необходимо было изучать, а значит сохранять в условиях лаборатории, культивировать вне организма. Для этого сначала использовали лабораторных животных (бешенство, ящур, болезнь Ауески). Но оказалось, что для многих вирусов лабораторные животные не чувствительны – высокая специфичность к клеткам определенных видов животных. Поэтому в 1931 году Вудруфф и Гудпасчур предложили для культивирования вирусов развивающиеся куриные эмбрионы. Эта живая система отличалась более широким спектром чувствительности ко многим вирусам. Но опять не все вирусы могли репродуцироваться в организме, а лучше птичьи.

ИтолькооткрытиеДюльбекков1952 годуметода получения культур клеток и культивирование в них вирусов позволило решить эту проблему и совершило революцию в вирусологии. Теперь в условиях лаборатории стало возможным культивировать любые вирусы, так как клетки можно получить из любого организма и из любой ткани.

Создание в конце 40-х годов электронного микроскопа позволило, наконец,увидетьвирусыиначатьихизучениенамолекулярномуровне. Именно с этого момента начинается третий этап развития вирусологии. Стали подробно изучаться вопросы строения вирусов, генетика, способ размножениявирусов,процессывзаимодействиявирусасклеткойит.д. К настоящему времени накоплен богатый и обширный материал в учении о вирусах, но есть много еще неизвестного в этой области, поэтому наука вирусология продолжает быстро развиваться.

3. Природа и происхождение вирусов

Вопрос о природе и происхождении вирусов представляет до сих пор большой интерес. Природа вирусов долго не была определена. Однако после длительного изучения вирусов и их свойств установлена их двойственная природа. По строению вирус является веществом, так как вирусы обладают такими специфическими особенностями, как наличие одного типа нуклеиновой кислоты, отсутствие обмена веществ, особый тип размножения, зависимый от клетки, и др., которые не присущи живым организмам.

9

По функции вирусы являются существами, т.е. живыми, так как размножаются, обладают наследственностью и изменчивостью, едины со средой, эволюционируют. Поэтому вирусы и выделили

втретье царство.

Опроисхождении вирусов существует несколько гипотез, основные из них три.

Теория регрессивного происхождения (Бернет, 1947 и Грин, 1933). Согласно ей, вирусы – это микроорганизмы, достигшие абсолютной степени паразитизма, то есть бактерии утратили в ходе эволюции ненужные органеллы. Но все внутриклеточные паразиты имеют клеточную организацию и другой способ размножения.

Согласновторойгипотезе,вирусы–доклеточныеформыжизнии прародителимикробов(Альтенбург,В.М.Жданов,1947).Поэтойтеории в клетки на заре эволюции проникли примитивные самореплицирующиеся молекулы ДНК и РНК, которые в процессе эволюции приобрели новые свойства, в том числе и паразитарные. Подтверждает теорию способность генома вируса встраиваться в клеточный геном.

Третья теория называется теория «взбесившихся генов» (Дарнелл, Лаурия, 1967). По этой теории вирусы – это обособившиеся органеллы клетки, способные самовоспроизводиться. В пользу этой гипотезы тот факт, что многие органеллы клеток (митохондрии, хлоропласты, кенетопласты) имеют ДНК, отличную от хромосомной и кодирующую собственный белок и самовоспроизводятся. Против: все эти органеллы по строению не похожи на вирусы , а скорее на сложные одноклеточные организмы. И кроме того, РНК не выполняет в них функцию генома.

4.Классификация вирусов

Сростом числа обнаруженных вирусов были предприняты первые попытки классификации внутри этой самостоятельной группы.

Вкачестве критериев использовали сходство их патогенных свойств, органотропность (гепатита, энцефаломиелита), общность экологического статуса (арбовирусы). При этом происходило объединение весьма различающихся, как было выяснено впоследствии, групп вирусов. Одна из первых классификаций состояла в разделении вирусов по принципу поражения отдельных хозяев, а именно на вирусы растений, животных, насекомых и фаги.

10

Затем вирусы разделили по принципу тропизма: нейротропные, дерматотропные, пневмотропные и пантропные. Однако такая классификация не удовлетворяла основного требования систематики живых существ по степени эволюционного развития и деления по основным сходным признакам.

Чтобы исправить положение, в 1966 году на международном микробиологическом конгрессе в Москве был учрежден Международный комитет по номенклатуре вирусов /МКНВ/. В 1973 году он был переименован в Международный комитет по таксономии вирусов /МКТВ/, который выделил вирусы в отдельное третье царство, и в 2000 году изложил современную систему классификации и номенклатуру вирусов. Одной из основных целей универсальной таксономической системы является однозначная идентификация вирусов. В последнее время это приобрело особое значение из-за возникновения эмерджентных инфекций, вызванных новыми вирусами, или известными вирусами в измененных экологических условиях: вирусная геморрагическая болезнь кроликов, респираторно-репро- дуктивный синдром свиней и другие. Вирусы не оставили какихлибо палеонтологических следов, и полагают, что данных о наличии у различных таксонов общих эволюционных корней нет.

Вирусы классифицируются по 11 признакам: тип нуклеиновой кислоты, ее структура, количество нитей, вид репликации вирусного генома, наличие липопротеидной оболочки, размер и строение вириона, тип симметрии, число капсомеров, тип генетического взаимодействия с клеткой, устойчивость к физико-химическим факторам, круг восприимчивых хозяев, патогенность, в том числе и на клеточном уровне, географическое распространение, резервуары, способ передачи, антигенные свойства.

Современная универсальная система классификации вирусов использует иерархические уровни /таксоны/, соответствующие порядку, семейству, подсемейству, роду и виду.

Семейство – это группа родов с общими характеристиками, отличающимися по первым 4 признакам от вирусов других семейств.

Род – группа вирусов с определенными общими характеристиками и отличавшимися от вирусов других родов.

Видэто–группавирусов, характеризующаясябольшим числом критериев, образующих реплицирующую линию и занимающая особую экологическую нишу.

11

В настоящее время известно 3600 вирусов. Всего классифицируют 1550 вирусов, на 56 семейств, 9 подсемейств и 233 рода.

Вирус позвоночных входит в 28 семейств, 10 из которых ДНКсодержащие и 18 РНК-содержащие.

ДНК-содержащие: Рохviridae, Iridoviridae, Негреsviridae, Аdenoviridae, Рароviridae, Рагоvoviridae, Нераdnaviridae, Аsfarviridae

9. Рарillomaviridae, Сiгсоviridae.

РНК-содержащие: Retroviridae, Reoviridae, Вiгnaviridae, Рагаmyxoviridae, Rhabdoviridae, Filoviridae, Огthomyxoviridae, Bunyaviridae, Агеnaviridae, Рiсоrnaviridae. Саliciviridae, Аstroviridae, Соronaviridae, Flaviviridae 15. Тоgaviridae, Nodaviridae, Воrnaviridae, Агteriviridae.

Вместе с тем выделяют субвирусные агенты – сателиты / род. Deltavirus и прионы, а также неклассифицированные вирусы.

В 1966 г. предложили /Гибес и др./ ввести кодированную запись вирусов в виде криптограмм, которые состоят из 4 пар символов:

1-я пара: в числителе тип НК /ДНК – Д, РНК – Р/, через дробь указывается число ее нитей /2-двухвалентная 1-одноцепочная/;

2-я пара: молекулярная масса НК /в млн дальтон/ и через дробь, % нуклеиновой кислоты в вирионе;

3-я пара: форма вириона, а через дробь форма капсида, для обозначения которых применяют следующие символы: «S» – сферическая; «Е» – продолговатая с незакругленными концами; «U» – продолговатая с закругленными концами; «Х» – комплексная структура.

4-я пара: хозяин, а через дробь – переносчик вируса, для их обозначения используют следующие символы: «А» – актиномицеты; «В»

– бактерии; «F» – грибы; «I» – беспозвоночные; «V» – позвоночные; «Ас» – клещи и клещики; «Di» – мухи и комары; «Ар»– тли; «Si» – блохи; «S» – семенные растения; «Ne» – нематоды; «О»– через окружающую среду; т.е. нет переносчика; «*» – свойства не изучены.

Криптограмма вируса ящура, например, выглядит следующим образом:

Р/1: 2,8/30: S/S: V/О, т.е. однонитчатая РНК, молекулярная масса нуклеиновой кислоты равна 2,8 дальтон; РНК составляет 30% массы вириона; наружное очертание вириона и капсида – сферическое; хозяин – позвоночные, и распространение вируса идет через окружающую среду.

12