Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Вирусология общая Горячкиной

.pdf
Скачиваний:
329
Добавлен:
13.02.2016
Размер:
3.06 Mб
Скачать

л

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.