obobwmju

служили орієнтиром для доведення вірусної природи збудника. У подальшому були відкриті основні групи вірусів. Ф. Леф- лер і П. Фрош (1898) довели фільтропроникність збудника ящу- ру (вірус ящуру вражає тварин і людей), П. Раус (1911) довів фільтропроникність збудника пухлинного захворювання — ку- рячої саркоми, Ф. Творт (1915) і Ф. д’Ерелль (1917) відкрили фаги

— віруси бактерій.

Так було відкрито основні групи вірусів. Сьогодні відомо по- над 500 видів вірусів.

Подальший прогрес у розвитку вірусології пов’язаний з роз- робкою методів культивування вірусів. Спочатку вивчення вірусів відбувалося лише при зараженні чутливих організмів. Значним кроком вперед стала розробка методу культивування вірусів у ку- рячих ембріонах (А. Вудруф і Е. Гудпасчуром, 1931). Революція у вірусології — це розробка методу культивування вірусів в одно- шарових культурах клітин (Дж. Ендерс, Т. Уеллер, Ф. Роббінс, 1948). В 1952 р. це відкриття було удостоєне Нобелівської премії.

Перші вірусологічні лабораторії було створено у 30-х роках ХХ ст. Нині в Україні функціонує Одеський науково-дослідний інститут епідеміології та вірусології ім. І. І. Мечникова, вірусо- логічні лабораторії у HДІ епідеміології, мікробіології, інфекцій- них хвороб. Працюють вірусологічні лабораторії практичної охо- рони здоров’я, які переважно займаються діагностикою вірус- них захворювань.

3. СКЛАД І УЛЬТРАСТРУКТУРА ВІРУСІВ

Термін вірус запровадив у наукову термінологію ще Л. Пас- тер. У 1885 р. він одержав вакцину для профілактики сказу, хоча і не виявив збудника цієї хвороби — до відкриття вірусів зали- шалося ще 7 років. Він назвав гіпотетичного збудника вірусом сказу, що в перекладі значить «отрута сказу».

Термін «вірус» застосовується для позначення будь-якої стадії розвитку вірусу і позаклітинно розміщених інфекційних часток та вірусу, який репродукується внутрішньоклітинно. Для позна- чення окремої вірусної частки, за пропозицією А. Львова, засто- совують термін віріон.

229

За хімічним складом віруси в принципі схожі з мікроорганіз- мами, вони мають нуклеїнові кислоти, білки, деякі з них — та- кож ліпіди і вуглеводи (табл. 12.1).

Віруси містять лише один тип нуклеїнової кислоти — ДНК або РНК. Відповідно виділяють ДНК-геномні (ДНК-вмісні) і РНК-геномні (РНК-вмісні) віруси. РНК-геном міститься у близько 80 % вірусів людини і тварин. У віріоні може міститися від 1 до 40 % нуклеїнової кислоти. До складу віріона звичайно входить лише одна молекула нуклеїнової кислоти, нерідко замкнена в кільце. Вірусні нуклеїнові кислоти за хімічним складом мало відрізняються від нуклеїнових кислот еукаріот, вони побудовані з тих самих нуклеотидів і мають принципово аналогічну струк- туру.

Але існують і суттєві відмінності. Однією з них є так звана інфекціозність (інфекційність) молекул нуклеїнових кислот вірусів (як РНК, так і ДНК). Це означає, що якщо виділити з вірусу (наприклад, вірусу поліомієліту) РНК без домішок білка і ввести її в клітину, то буде розвиватися типова вірусна інфекція з утво- ренням нових вірусних часток.

Таблиця 12.1. Хімічний склад деяких вірусів, %

Примітка. - означає відсутність даних; 0 — відсутність компонен- ту; + — компонент є, але кількість його точно не встановлена.

230

ДНК вірусів звичайно двониткова, але, на відміну від усіх мікроорганізмів, віруси можуть містити однониткові ДНК (на- приклад, парвовіруси). У цих вірусів віріони можуть містити плюс- нитку ДНК або комплементарну їй мінус-нитку. Інфекційний про- цес при зараженні цими вірусами виникає лише при проникненні в клітину часток обох типів.

Структура вірусних РНК різноманітна. У вірусів знайдено однониткові та двониткові, лінійні, кільцеві та фрагментовані РНК.

Віруси, які містять однониткові РНК, поділяють на дві групи. У вірусів першої групи геному властива функція інформаційної РНК, тобто він може безпосередньо транслювати закодовану в ньому інформацію на рибосомах. Такі РНК умовно позначають знаком «плюс», вони можуть мати інфекційні властивості у без- білковому стані. До плюс-ниткових вірусів належать, наприклад, пікорнавіруси, тогавіруси, ретровіруси.

Друга група РНК-геномних вірусів міститьоднониткову РНК, яка не виконує функції інформаційної РНК. У такому разі в інфіко- ваній клітині має синтезуватися комплементарна копія цієї РНК за допомогою особливого ферменту РНК-залежної РНК-поліме- рази (транскриптази). У складі «мінус-ниткових» вірусів (віруси з негативним геномом) обов’язковою є наявність власної РНК- транскриптази, оскільки подібного ферменту в клітинах немає, тому нуклеїнова кислота таких вірусів не може мати інфекцій- них властивостей без наявності внутрішніх білків. До таких ві- русів належать ортоміксовіруси, параміксовіруси, рабдовіруси, буньявіруси. Ареновіруси містять обидва типи молекул РНК — плюс- та мінус-ниткові.

Однониткові РНК звичайно є лінійними молекулами, але РНК- фрагменти буньявірусів можуть мати кільцеву форму.

Геноми більшості вірусів гаплоїдні, але геном ретровірусів — диплоїдний, тобто складається з двох ідентичних молекул РНК. Кількість генів у РНК-геномних вірусів — 5–15 (наприклад, у вірусу поліомієліту їх 5), великі ДНК-геномні віруси можуть мати десятки генів. Геноми деяких вірусів фрагментовані (вірус гри- пу).

У геномах, які містять двониткову ДНК, генетична інформа- ція звичайно закодована на обох нитках. Це свідчить про макси- мальну економію генетичного матеріалу вірусів, цих генетичних паразитів. Велике значення має здатність ДНК вірусів утворю- вати кільцеві форми. Така форма забезпечує стійкість ДНК до

231

дії клітинних нуклеаз. Кільцева форма є обов’язковою для про- цесу інтеграції ДНК з клітинним геномом.

Кількість білків у складі вірусів — 50–90 %, вони мають анти- генні властивості. Білки входять до складу оболонкових струк- тур віріона. Існують внутрішні білки, зв’язані з нуклеїновою кис- лотою. Деякі вірусні білки є ферментами, але це не ферменти, які забезпечують обмін речовин вірусів. Вірусні ферменти бе- руть участь у проникненні вірусу в клітину, виході вірусу з клітини, деякі з них потрібні для реплікації вірусних нуклеїнових кислот.

Кінцеві С- і N-групи амінокислот вірусних поліпептидних лан- цюгів замасковані, завдяки чому вони не піддаються дії протеаз клітин хазяїна. Це є важливим еволюційно набутим захисним пристосуванням вірусів, яке дозволяє їм бути облігатними внут- рішньоклітинними паразитами.

Ліпідів у складі віріонів може бути від 0 до 50 %, вуглеводів — 0–22 %. Ліпіди і вуглеводи входять до складу вторинної оболон- ки складних вірусів і не є вірусоспецифічними. Вони запозичу- ються вірусом у клітини і тому є клітинними.

Кардинальною відмінністю хімічного складу вірусів є на-

явність лише одного типу нуклеїнової кислоти — ДНК або РНК.

Ультраструктура вірусів — це будова віріонів. Розміри віріонів різноманітні і вимірюються в нанометрах (1 нм дорівнює тисячній частці мікрометра). Найдрібніші типові віруси (вірус поліомієлі- ту) мають у діаметрі близько 20 нм, найбільші (вірус натуральної віспи) — 200–250 нм. Розміри середніх вірусів — 60–120 нм. Дрібні віруси можна побачити лише в електронному мікроскопі, великі перебувають на межі роздільної здатності світлового мікроскопа і видимі в темному полі зору або при спеціальному забарвленні, яке збільшує розміри часток. Окремі вірусні частки, які можна розрізнити у світловому мікроскопі, звичайно називаються еле- ментарними тільцями Пашена — Морозова. Е. Пашен відкрив вірус натуральної віспи при спеціальному забарвленні, а М. А. Морозов запропонував метод сріблення, який дозволив побачити у світловому мікроскопі навіть віруси середніх розмірів.

Форма віріонів може бути різною — сферичною, кубічною, паличкоподібною, сперматозоїдоподібною.

Структура віріонів розрізняється у простих і складних вірусів (рис. 12.1). Кожний віріон складається з нуклеїнової кислоти, яка у вірусів складає нуклеон, який часто, особливо у складних вірусів, називають також нуклеоїд (порівняйте: нуклеус — у еука- ріот, нуклеоїд — у прокаріот). Нуклеїнова кислота обов’язково

232

Прості віруси складаються лише з нуклеокапсиду (віруси по- ліомієліту, вірус мозаїчної хвороби тютюну). Складні віруси ма- ють ще вторинну оболонку — суперкапсид, який містить, окрім білків, ліпіди і вуглеводи.

Об’єднання структурних елементів у віріоні може бути різним. Виділяють три типи симетрії вірусів — спіральний, кубічний, змішаний. Вірусні частинки симетричні відносно осі.

При спіральному типі симетрії окремі капсомери, які можна розрізнити в електронному мікроскопі, розміщуються за ходом спіралі нуклеїнової кислоти так, що її нитка проходить між дво- ма капсомерами, які охоплюють її з усіх боків. У результаті ут- ворюється паличкоподібна структура (наприклад, у вірусу тю- тюнової мозаїки) (рис. 12.2). Але не обов’язково віруси зі спіраль- ним типом симетрії повинні бути паличкоподібними. Наприк- лад, вірус грипу, хоча і має спіральний тип симетрії, але його нуклеокапсид скручується певним чином і вкривається супер- капсидом. У результаті віріони грипу мають, як правило, сфе- ричну форму.

При кубічному типі симетрії нуклеїнова кислота скручується певним чином у центрі віріона, а капсомери вкривають нуклеї- нову кислоту ззовні, утворюючи об’ємну геометричну фігуру. Най- частіше утворюється фігура багатогранника ікосаедра (рис. 12.2). Таку форму мають, наприклад, віруси поліомієліту. В профіль віріон має форму шестикутника. Більш складну форму має аденовірус, також кубічного типу симетрії. Від вершин ба- гатогранника відходять довгі нитки — фібри, які закінчуються потовщенням.

При змішаному типі симетрії (наприклад, у бактеріофагів) голівка з кубічним типом симетрії має форму ікосаедра, а відро- сток містить спірально закручену скоротливу фібрилу.

233

Деякі віруси мають більш складну будову. Наприклад, вірус натуральної віспи містить значних розмірів нуклеокапсид зі спіральним типом симетрії, а суперкапсид упорядкований склад- но, в ньому міститься система трубчастих структур.

На рисунку 12.3 наведено приклади розмірів та форми основ- них груп вірусів.

Таким чином, віруси мають досить складну будову. Але ми повинні відмітити, щовіруси немають клітинної організації. Віруси

— неклітинні істоти, і це є однією з кардинальних відмінностей від решти організмів.

Декілька слів прорезистентністьвірусів. Більшість вірусів інак- тивується при 56–60 °С протягом 5–30 хв. Віруси добре перено-

234

Рис. 12.3. Форма та відносні розміри основних груп вірусів

сять охолодження, при кімнатній температурі більшість із них швидко інактивується. Віруси стійкіші, ніж бактерії, до ультра- фіолетового опромінення та іонізуючої радіації. Віруси стійкі до

235

гліцерину, на них зовсім не діють антибіотики. Із дезінфікуючих речовин найефективнішим є 5%-й лізол, більшість вірусів гине в ньому протягом 1–5 хв.

4. РЕПРОДУКЦІЯ ВІРУСІВ

Звичайно не вживають термінрозмноження вірусів, а говорять репродукція (реплікація), відтворення вірусів, оскільки спосіб роз- множення вірусів кардинально відрізняється від способу роз- множення всіх інших організмів.

Механізм репродукції вірусів наведено в табл. 12.2.

Перший, підготовчий періодпочинається етапом адсорбції віру-

су на клітині. Процес адсорбції здійснюється за рахунок компле- ментарної взаємодії білків вірусу, що прикріплюються до клітин- них рецепторів. Природа клітинних рецепторів може бути глікоп- ротеїдною, гліколіпідною, протеїновою або ліпідною. Для кож- ного вірусу необхідні певні клітинні рецептори.

Вірусні прикріпні білки, які розміщуються на поверхні кап- сиду або суперкапсиду, виконують функцію вірусних рецеп- торів.

Взаємодія вірусу і клітини розпочинається з неспецифічної адсорбції віріона на клітинній мембрані, а потім відбувається

Таблиця 12.2. Етапи репродукції вірусів

236

а

Клітинна мембрана

Вакуоля

Визволення Лізосома нуклеокапсиду

б

Нуклеокапсид

Вірусна оболонка Клітинна мембрана

Рис. 12.4. Схема проникнення вірусів у клітину:

а — шляхом віропексису; б — шляхом злиття оболонок

237

специфічна взаємодія вірусних і клітинних рецепторів за прин- ципом комплементарності. Тому процес адсорбції вірусу на клітині є специфічним. Якщо в організмі немає клітин з рецепто- рами до певного вірусу, але інфекція цим видом вірусу в такому організмі неможлива, має місце видова резистентність. З іншого боку, якби вдалося блокувати цей перший етап взаємодії вірусу з клітиною, то можна було б запобігати розвитку вірусної інфекції на самому ранньому етапі.

Другий етап — проникнення вірусу в клітину — може відбува-

тися двома основними шляхами. Перший (віропексис) дуже на- гадує фагоцитоз і є варіантом рецепторного ендоцитозу (рис. 12.4). Вірусна частка адсорбується на клітинній мембрані, вна- слідок взаємодії рецепторів змінюється стан мембрани, вона інва- гінується, ніби обтікає вірусну частку. Утворюється вакуоля, відмежована клітинною мембраною, в центрі якої розміщується вірусна частка.

При проникненні вірусу шляхом злиття мембран відбувається взаємне проникнення елементів оболонки вірусу і клітинної мем- брани. В результаті «серцевина» віріона опиняється у цитоплазмі зараженої клітини. Цей процес відбувається досить швидко, тому його важко зареєструвати на електронограмах.

Депротеїнізація — звільнення вірусного геному від суперкап- сиду і капсиду («роздягання» віріонів).

Звільнення від оболонок розпочинається нерідко одразу ж після прикріплення віріона до клітинних рецепторів і триває вже всередині цитоплазми клітини. У цьому беруть участь лізосо- мальні ферменти. У будь-якому випадку для здійснення подаль- шої репродукції необхідна депротеїнізація вірусної нуклеїнової кислоти, оскільки без цього вірусний геном не може індукувати відтворення нових віріонів у зараженій клітині.

Середнійперіодрепродукціїназиваютьлатентним(прихованим), оскільки після депротеїнізації вірус ніби «зникає» із клітини, його неможливовиявитинаелектронограмах. Уцьомуперіоді наявність вірусу виявляється лише за зміною метаболізму клітини-хазяїна. Клітина перебудовується під впливом вірусного геному на біосин- тез компонентів віріона — його нуклеїнової кислоти і білків.

Перший етап середнього періоду, транскрипція вірусних нук- леїнових кислот, переписування генетичної інформації шляхом синтезу інформаційної РНК — необхідний процес для започат- кування синтезу вірусних компонентів, відбувається по-різному залежно від типу нуклеїнової кислоти.

238