13. Как формируется липидная мембрана покрытых оболочкой вирусов. Как она построена и чем отличается от мембран клеток.
Липиды обнаружены у сложно организованных вирусов и в основном находятся в составе липопротеидной оболочки (суперкапсида), формируя ее липидной бислой, в который вставлены суперкапсидные белки.
Все сложно организованные РНК-содержащие вирусы имеют в своем составе значительное количество липидов (от 15 до 35% от сухого веса). Из ДНК-содержащих вирусов липиды содержат вирусы оспы, герпеса и гепатита В. Примерно 50—60% липидов в составе вирусов представлено фосфолипидами, 20—30% составляет холестерин.
Липидный компонент стабилизирует структуру вирусной частицы. Экстракция липидов органическими растворителями, обработка вирусной частицы детергентами или липазами приводит к деградации вирусной частицы и потере инфекционной активности.
Вирусы, содержащие липопротеидную мембрану, формируются путем почкования на плазматической мембране клеток (или на мембранах эндоплазматической сети с выходом во внутриклеточные вакуоли). Поэтому липопротеидная оболочка этих вирусов представляет собой мембрану клетки-хозяина, модифицированную за счет наличия на ее наружной поверхности вирусных суперкапсидных белков. Из этого следует, что состав липидов почкующихся вирусов близок к составу липидов клетки-хозяина. К почкующимся вирусам относятся крупные РНК-содержащие вирусы: ортомиксовирусы, парамиксовирусы, рабдовирусы, тогавирусы, ретровирусы, буньявирусы, аренавирусы, коронавирусы. В связи с клеточным происхождением липидов общий состав липидной фракции и содержание ее отдельных компонентов у одного и того же вируса могут существенно различаться в зависимости от клетки-хозяина, где происходила репродукция вируса. Наоборот, если разные почкующиеся вирусы репродуцировались в одних и тех же клетках, их липиды оказываются более или менее сходными.
У вирусов оспы и гепатита В липиды имеют иное происхождение, так как эти вирусы не почкуются через плазматическую мембрану. У вирусов оспы липиды не образуют дифференцированной оболочки. Обработка вируса осповакцины эфиром не приводит к потере инфекционной активности или каким-либо структурным изменениям вириона. Липиды вируса гепатита В и его НВ3-антигена образуются путем инвагинации мембран эндоплазматической сети. Вирус герпеса формируется путем почкования через ядерную оболочку, поэтому в его составе есть липиды ядерной оболочки.
14. Какие варианты имеет классификация вирусов. Что положено в основу каждого из них.
После открытия вирусов, было известно единственное их физико-химическое свойство – способность проходить через бактериальные фильтры. Фактически это была оценка размера вирусов, которая ставила их особняком от остальных микроорганизмов. В то время определение других свойств вирусов было невозможным, поэтому исследования были направлены на изучение инфекционного процесса и реакции на заражение со стороны организма. По этой причине первые попытки классификации основывались на сходстве патогенных свойств вируса, например, выделяли «вирусы гепатита», или на их органотропности, например «респираторные вирусы». По мере проникновения в природу вирусов, с 1950-х годов предпринимались различные схемы классификации вирусов, на основе различных их свойств. Был предложен целый ряд классификаций, часто взаимоисключающих.
1. Классификация на основе типа заболевания
2. Классификация на основе вида хозяина
3. Классификация на основе морфологии вирусных частиц
4. Классификация на основе нуклеиновых кислот. Классификация Балтимора.
5. Классификация на основе таксономии
Классификация вирусов на основе морфологии вирионов
Классификация Балтимора
Класс 1. Вирусы с дцДНК. Репликация протекает в ядре с использованием ферментов клетки-хозяина. Однако семейство вирусов оспы данного класса реплицируется в цитоплазме с использованием ферментов, кодируемых вирусом.
Класс 2. Вирусы с оцДНК, представленной (+) или (–) цепью. Перед синтезом мРНК ДНК преобразуется в двухцепочечную форму. Репликация протекает в ядре.
Класс 3. Вирусы с дцРНК. Все известные на сегодняшний день вирусы этого типа имеют сегментированный геном. Матричная РНК синтезируется на одной из цепей каждого сегмента. Поскольку клетки хозяина не имеют ферментов для синтеза мРНК на геномной РНК-матрице, эти ферменты должны кодироваться геномом вируса и входят в состав вириона.
Класс 4. Вирусы, геном которых представлен (+)оцРНК. Фактически геном вирусов этого класса представлен матричными РНК. Синтез комплементарной цепи РНК предшествует синтезу мРНК. Синтез РНК осуществляются ферментами вируса, которые однако не входят в состав вирусной частицы.
Класс 5. Вирусы, которые имеют в геноме (–)оцРНК. Синтез мРНК требует кодируемого вирусом фермента, который содержится в вирионе. Репликация протекает в цитоплазме или ядре.
ВИРУСЫ, РЕПЛИКАЦИЯ КОТОРЫХ ПРОТЕКАЕТ С УЧАСТИЕМ ОБРАТНОЙ ТРАНСКРИПТАЗЫ (РЕВЕРТАЗЫ, РНК-ЗАВИСИМОЙ ДНК-ПОЛИМЕРАЗЫ)
Класс 6. Включает вирусы, которые содержат в геноме (+)оцРНК. Однако перед репликацией, с участием вирусного фермента обратной транскриптазы, на этой РНК синтезируется двухцепочечная ДНК.
Класс 7. Включает небольшую группу вирусов, называемых реверсивирусами (reversivirus), которые первоначально были отнесены к классу 1, поскольку их геном представлен двухцепочечной ДНК. Однако их репликация протекает через стадию формирования одноцепочечной РНК, а затем с помощью обратной транскриптазы вируса вновь синтезируется дцДНК, которая и служит основой для синтеза мРНК.
В классификации Балтимора вирусы распределяются по классам на основании фундаментальных неизменных характеристик, и установление того, к какому классу относится вирус, позволяет предсказать молекулярные процессы, которые протекают в клетке при его репликации. В частности, возможно предсказать, будет ли инфекционной сама по себе вирусная нуклеиновая кислота, или необходимы ферменты, которые содержит вирион. Недостатком классификации Балтимора является то обстоятельство, что в ней объединяются в классы вирусы с одинаковыми механизмами репликации, однако не принимаются во внимание биологические особенности вирусов. Например, в класс 1 входят бактериофаг Т2 и вирус оспы, хотя они сильно различаются по структуре и биологии. Тем не менее, классификация Балтимора широко используется и является одним из двух принятых в вирусологии подходов к классификации вирусов.
Классификация на основе таксономии
Попытки создать общепринятую классификацию вирусов привели к консенсусу среди вирусологов. В 1966 году на международном микробиологическом конгрессе в Москве был учрежден Международный комитет по номенклатуре вирусов, который в 1973 г. был переименован в Международный комитет таксономии вирусов (МКТВ, International Committee on Taxonomy of Viruses, ICTV). Этот комитет определяет таксономическую схему классификации вирусов.
При распределении вирусов по таксономическим группам МКТВ принимает в расчет ряд характеристик. В их число входят круг хозяев (эукариоты или прокариоты, животные, растения и т.д.), морфологические особенности вириона и природа геномной нуклеиновой кислоты. Учитываются также дополнительные особенности, такие как длина хвоста у фагов, наличие или отсутствие определенных генов. По мере секвенирования нуклеиновых кислот вирусов, появляется возможность построения филогенетической связи между родственными вирусами.
Отряд — группа семейств с некоторыми общими характеристиками, название отряда оканчивается на -virales.
Семейство (подсемейство) — объединяет роды, представители которых имеют один вид генома и сходную структурную организацию вирусной частицы. Семейства (подсемейства) вирусов обозначаются словами, оканчивающимися на -viridae для семейства и -virinae для подсемейства.
Род объединяет вирусы на основе структуры генома, феномена генетических взаимоотношений, архитектуры вириона, круга восприимчивых хозяев, патогенности, географического распространения, способа передачи. Названия родов оканчиваются на -virus. Принятие нового рода сопровождается подбором типового вида.
Вид вирусов определяется как политетический* класс, образующий реплицирующийся ряд поколений и занимающий отдельную экологическую нишу. Название вида должно быть максимально коротким, название должно однозначно характеризовать вид и отличать его от других видов. Цифры, буквы или их комбинации могут быть использованы в качестве видовых эпитетов. При описании новых видов, нумерация может быть продолжена. Допустимы например Bovine adenovirus A, Bovine adenovirus B, и т.д., или Human herpesvirus 1, Human herpesvirus 2, Human herpesvirus 3, недопустимы “22” или “A7”
*Политетический – имеющий большой набор признаков, большинство из которых имеются у каждого представителя данного класса, но нет ни одного признака, который обязательно должен быть у каждого представителя.
Внутривидовая классификация вирусов
МКТВ не классифицирует таксоны вирусов ниже вида, однако в практике и научных исследованиях используют внутривидовую дифференциацию вирусов по антигенам, серотипам, генотипам, электрофоретипам — в зависимости от применяемых методов исследования.
Внутри вида различают антигенные типы и генотипы вируса. В ряде случаев эти две характеристики могут коррелировать, в других случаях — используются как разные подходы к характеристике одного вируса, то есть могут заменять, дополнять друг друга или быть единственной характеристикой вируса.
Например, вирус гриппа дифференцируется только на уровне антигенных вариантов. Вирус имеет два антигена: гемагглютинин (Н) и нейраминидазу (N), которые сочетаются в нескольких вариантах. Существует 13 вариантов Н (Н1-Н13) и 9 вариантов N (N1-N9). Антигенные варианты вируса гриппа A описываются как H1N1,H2N1 и так далее.
Девятый отчет МКВТ по таксономии вирусов (Ninth Report of the International Committee on Taxonomy of Viruses)
6 порядков:
Caudovirales 3 семейства
Herpesvirales 3 семейства
Mononegavirales 4 семейста
Nidovirales 3 семейства
Picornavirales 5 семейств
Tymovirales 4 семейства
Семейства, не отнесенные 65 семейств
к порядкам
Всего 2284 вида, 349 родов, 19 субсемейств, 87 семейств, 6 порядков.
Приведены также значительное число видов вирусов, которые пока не отнесены к семействам или родам.