Вирусология общая Горячкиной
.pdfл
i; V/
ОБ ЩА Я
МЕ А И Ц И Н С К А Я
ВИ Р У С О Л О Г И Я
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
Реком ендуется Учебно -м етодическим объединением в качестве учебного пособия для студентов медицинских вузов России
П од общей редакцией доцента Н.С. Горячкиной, профессора JI.H. Кафарской
Ростов-на-Дону Феникс
Москва
РГМУ
2007
УДК 578(075.8) ББК 28.3я73 КТК 32
О 28
Составители: сотрудники кафедры фундаментальной и клинической микробиологии РГМУ
Н.С. Горячкина, ЕД. Гадакова, Л.И. Кафарская,
ИЛ. Гладько, Т.Н. Клушина
Рецензенты:
Байченко М.Н., доктор биол. наук, профессор кафедры вирусологии и иммунологии ММА им. Н. Сеченова; Иванова ЛЛ., доктор мед. наук, профессор, зав. кафедрой микробиологии Кемеровской государственной медицинской академии
28 Общая медицинская вирусология / Н .С. Горячки на [и др.] ; под ред. Н-С. Горячкиной, Л.И. Кафарской. — Ростов н/Д : Феникс, 2007. — 137, [1] с. — (Медицина).
ISBN 978-5-222-12190-0
Учебное пособие «Общая медицинская вирусология» со ставлено в соответствии с типовой программой по медицин ской микробиологии, вирусологии и инфекционной имму нологии для вузов РФ. В пособии подробно излагаются свой ства, строение и химический состав вирусов, репродукция ДНК- и РНК-геномных вирусов, их современная классифи кация. Разбираются особенности вирусных инфекций как на клеточном уровне, так и на уровне организма. Дается характеристика противовирусного иммунитета. Описывают ся особенности работы с вирусами, методы индикации и идентификации вирусов.
Пособие предназначено для студентов медицинских ву зов, ординаторов и врачей.
ISBN 978-5-222-12190-0 |
УДК 578(075.8) |
ккк1 оя Qc.7^ |
©РГМУ, 2006
©Оформление: изд-во «Ф еникс», 2007
4 |
Общ ая м едицинская вирусология |
В нут риклет очный вирус — вегет ат ивны й вирус —
репродуцируется в инфицированной клетке, вызывая про дуктивную инфекцию, заканчивающуюся образованием до чернего поколения вирионов и, как правило, гибелью клетки. Процесс репродукции может остаться незавершен ным. Без образования вирионов возникает абортивная ин фекция.
Некоторые вирусы способны встраивать свой генетичес кий материал в хромосому клетки-хозяина в виде прови руса, который реплицируется вместе с клеточной хромосо мой в процессе деления и переходит в дочерние клетки. Такая форма вирусной инфекции называется интегратив ной и может сущ ествовать длительное время или снова переходить в продуктивную инфекцию.
Морфология и строение вирусов (вирионов)
Размеры вирусов очень малы и находятся в диапазоне 2 0 -3 0 0 (3 5 0 )нм.
Они могут иметь сф ерическую, многогранную, палоч ковидную, пулевидную, нитевидную, булавовидную фор мы . Различают просто устроенные (прост ые, безоболочные) вирусы и более слож но устроенные (слож ные, оболочечные) вирусы . У тех и у других в центре находится молекула нуклеиновой кислоты (ДНК или РН К), ок р у женная белковой оболочкой-капсидом . Вся структура но сит название — нуклеокапсид.
П рост ы е вирусы состоят из нуклеиновой кислоты , ас социированной с внутренними белками и капсидом, то есть представляют собой нуклеокапсид.
У слож ны х вирусов нуклеокапсид является сердцеви ной вириона, поверх которой расположен суперкапсид — наружная оболочка, являющ аяся модифицированной мем браной клеточного происхож дения, в которую вирион «одевается» при выходе из клетки путем почкования. В двойной липидный слой мембраны встроены вирусоспе цифические поверхностные белки-гликопротеины, распо ложенные трансмембранно и выступающ ие наружу в виде
Г ла ва 1 . Ос новные сведения о вирусах |
5 |
шиликов. Эти гликопротеины — гемагглютинины, нейраминидаза, белки слияния и другие, ответственные за прикрепление вириона к рецепторам клетки и проникно вение в клетку. Они обладают антигенными свойствами (протективные антигены). У многих слож ных вирусов к суперкапсиду изнутри прилегает слой матриксного белка (М -слой), некоторые вирусы имеют и другие дополнитель ные структуры .
Защитная белковая оболочка-капсид состоит из мно ж ества однородных белковых субъединиц. Такое строе ние капсида имеет больш ой биологический смысл, так как при этом расходуется сравнительно мало генетической информации, что важно для вирусов, обладающих неболь
шим геномом. Капсиды вирусов построены по спирально му или кубическому типу симметрии в зависимости от располож ения белковых субъединиц.
При спиральном типе симметрии вокруг винтообраз но расположенной нуклеиновой кислоты такж е по спира ли располагаются структурные белковые субъединицы овоидной формы (протомеры), надежно закрывающие нукле
и н ов у ю к и сл оту ви р уса . П ри этом типе си м м етр и и расходуется много белка, но структура отличается своей прочностью . Образующийся нуклеокапсид имеет палоч ковидную или нитевидную форму. Именно такую форму имею т простые вирусы со спиральным типом симметрии, например: вирус табачной мозаики — палочковидную, некоторы е бактериофаги — нитевидную. Среди вирусов, поражающ их человека и позвоночных ж ивотных, простые вирусы со спиральной симметрией не встречаю тся, в ос новном это вирусы растений.
Слож ные вирусы со спиральным типом симметрии (орто-, парамиксовирусы и др.) имеют нуклеокапсид, пред ставляющ ий собой длинный тяж , упакованный в виде клубка или плотной спирали, который покрыт суперкапсидом, благодаря чему вирион обычно имеет сферичес кую форму.
Больш инство вирусов, построенных по кубическом у типу симметрии, образуют фигуры многогранников, чаще
6 |
Общая медицинская вирусология |
всего икосаэдра (двадцатигранника). При кубической сим метрии капсид построен из морфологических единиц — капсомеров, им ею щ их ш аровидную, иногда призмати ческую форму. Каждый капсомер состоит из пяти (пентомер) или шести (секстомер) структурных белковых еди ниц. В основе кубической симметрии лежат комбинации равносторонних треугольников, образуемых капсомерами, что ведет к формированию замкнутой сферической повер хности с большой полостью внутри. Капсид с кубической симметрией требует меньшей затраты белка, чем при спи ральной симметрии, однако он менее прочен и не столь надежно защищает нуклеиновую кислоту.
Капсиды разных вирусов состоят из различного, но строго определенного для данной таксономической груп пы, для каждого типа, вида вирусов количества капсоме ров (например, у вируса полиомиелита капсид построен из 32 капсомеров, у вируса гепатита В — из 180 капсоме ров).
Простые вирусы с кубическим типом симметрии име ют форму многогранников, приближ ающ ую ся к сфери ческой; сложные вирусы, покрытые суперкапсидом, обыч но имеют сф ерическую форму. Но сущ ествую т сложные вирусы пулевидной, нитевидной, овальной формы и ви русы, имеющ ие вид параллелепипеда (вирус оспы). Нали чие у вирусов симметрии в строении капсида создает ус ловия для самосборки вирионов в процессе их репродук ции в клетке.
Химический состав вириона
Основные компоненты вируса: нуклеиновая кислота и белки. Простые вирусы состоят только из них. В состав сложных вирусов дополнительно входят липиды и угле воды, имеющие клеточное происхож дение.
В зависимости от типа нуклеиновой кислоты (НК) ви русы подразделяются на ДНК-геномные и РНК-геномные. Для вирусных нуклеиновых кислот, в отличие от клеточ ных, характерно большое разнообразие строения и форм,
Г лава 1. Ос новные с ведени я о вирусах |
7 |
различающееся у разных вирусов. Тип нуклеиновой к и с лоты является одним из основных таксономических при знаков.
В ирусны е Д Н К обычно бывают двунитевыми, редко — однонитевыми.
Д вунит евые Д Н К бывают: линейные с незамкнутыми концами, линейные с замкнутыми концами, циркулярно замкнутые (кольцевидные), циркулярнозамкнутые с од ной неполной цепью ДНК.
В ирусны е Р Н К , как правило, однонитевые, но им ею т ся и двунитевые РНК с фрагментированным геномом.
Однонит евые Р Н К бывают: цельные линейные, фраг ментированные (сегментированные) линейные, кольцевые сегментированные.
Различают РНК с полож ительным геномом -плюс-РНК и отрицательным геномом -м инус-РН К . П люс-РН К одно временно выполняет функции генома и информационной
РНК (и-РН К), |
она служ ит |
матрицей для синтеза дочер |
них геномов. |
М инус-РН К |
свойственна только геномная |
функция, т.е. она служ ит матрицей для синтеза как ге номной, так и и-РНК.
Важнейшей особенностью вирусных нуклеиновых к и с лот является инфекционность, т.е. способность иниции ровать в клетке-хозяине продуктивную инфекцию без уча стия других компонентов вируса. И нф екционност ью об ладают больш инство вирусны х Д Н К и плю с-РН К .
Вирусные белки подразделяются на структурные и не структурные.
Структурные белки входят в состав вириона, это:
-капсидные белки — формирующ ие капсид;
-внутренние белки — геномные белки и ферменты
(полимеразы), способствую щ ие ассоциации генома с капсидом и участвую щ ие в процессе репродукции; - матриксные белки слож ны х вирусов, образующ ие М -слой и участвующ ие в заключительных этапах са
мосборки вирионов и в их стабилизации;
-суперкапсидные поверхностные белки — гликопроте ины, ответственные за прикрепление вирионов к кле точным рецепторам и их проникновение в клетку.
8 |
Общ ая м едицинская вирусология |
Н ест рукт урны е белки синтезируются в инфицирован ной клетке для обеспечения процесса репродукции и в состав вирионов не входят, это:
-вирусиндуцированные ферменты, обслуживающ ие транскрипцию и трансляцию вирусного генома;
-регуляторные белки;
-нестабильные белки — предш ественники, из кото рых формируются структурные белки вириона;
-ферменты, модифицирующие вирусные белки (про-
теазы, протеинкиназы и другие).
Л ипиды переходят в состав вирионов из клеточных, ядерных и других внутренних мембран инфицированной клетки при почковании и являются основным компонен том суперкапсида, способствуя стабильности вириона. При обработке эфиром или детергентами происходит разруше ние вириона вследствие потери липидов.
У гл еводы имеют клеточное происхож дение и входят в состав вирусных поверхностных белков-гликопротеинов, их гликолизирование осущ ествляется клеточными фер ментами во время транспортировки белков на наружную поверхность суперкапсида, при этом клеточны е белки вытесняются из мембран.
Репродукция вирусов
Репродукция вирусов в клетке (продуктивная инфек ция) — единый процесс, который условно подразделяют на несколько этапов.
1.Адсорбция вирионов на клетке.
2.Проникновение вирусов в клетку.
3.Депротеинизация вириона и освобождение его нук леиновой кислоты (генома).
4.Экспрессия вирусного генома и синтез компонентов вириона (транскрипция, трансляция, репликация).
5.Формирование вирионов (морфогенез).
6.Выход нового поколения вирионов из клетки. Начальные три этапа являются подготовительными.
Собственно репродукция начинается с 4 этапа, когда в
Г лава 1. Основные с ведени я о вирусах |
9 |
соответствии с программой, заложенной в геноме вируса, происходят процессы, приводящ ие к воспроизведению на биосинтетических системах клетки нового поколения ви рионов и освобож дению их из клетки.
П роцессы репродукции у различных семейств и родов вирусов, в связи с особенностями вирионов и строением их нуклеиновых кислот, имеют значительные отличия. Поэтому ход репродукции различных вирусов подробно рассмотрен в разделе «Частная вирусология».
В общ их чертах репродукция вирусов имеет следую щие закономерности:
1.А дсор бц и я вирионов на клет ке осущ ествляется при наличии тех и других специфических рецепторов. У про стых вирусов — это прикрепительные белки на поверхно сти капсида, у слож ны х вирусов прикрепительными бел ками являю тся гликопрот еины, образующ ие ш ипики на поверхности суперкапсида.
Рецепт оры, расположенные на клеточной мембране,
могут иметь различную природу (протеины, липоили гликопротеины, липиды), их количество мож ет достигать 104 и более на клетку. А дсорбция вирусов на клетке начи нается как неспецифическая, затем переходит в специфи ческую фазу, при которой прикрепительные белки виру са «узнаю т» комплементарные им рецепторы и прочно с ними связываются. Со способностью вирусов прикреплять ся к различным клеточным рецепторам связан тропизм. вирусов, т.е. избирательное поражение клеток определен ных тканей и органов у определенных видов организмов.
2.П роникновение вирионов в клет ку происходит п у тем рецепторного эндоцитоза (виропексиса) или путем слияния мембран суперкапсида вируса и клетки, возм ож но и сочетание этих двух способов проникновения.
При рецепторном эндоцитозе в месте адсорбции вируса (в ямке с белком клатрином, где расположены рецепто ры) происходит впячивание клеточной мембраны с обра зованием эндосомы, содержащ ей вирус. Далее эндосома объединяется с более крупной протоплазматической ва куолью и клеточной лизосом ой, образуя рецептосому.