Репродукция вирусов

Структура и химический состав вирионов

Вирусы существуют в двух формах – покоящейся, или внеклеточной (вирусная частица, или вирион) и репродуцирующейся, или внутриклеточной.

Вирионы видны только в электронный микроскоп. Их размеры варьируют в широких пределах – от 10-12 нм (вирус ящура, полиомиелита) до 300-400 ни (вирус оспы, герпеса). Длина нитевидных вирусов может достигать 2000 ни. Размеры вирионов определяют: фильтрованием через фильтры с известной величиной пор; ультрацентрифугированием: диффузией; фотографированием в электронном микроскопе. Вирионы могут иметь разнообразную форму – палочковидную и цилиндрическую (вирус табачной мозаики и другие вирусы растений), нитевидную (вирусы растений и некоторых бактерий), сферическую, напоминающую многогранники (аденовирусы, пикорнавирусы), кубовидную (поксвирусы), сперматозоидную (вирусы бактерий).

Простые вирионы состоят из нуклеиновой кислоты, плотно упакованной в белковую оболочку – капсид (греч. kansa – ящик), имеющий строго упорядочную структуру. По морфологической структуре это нуклеокапсиды(поэтому вирусную частицу также называют нуклеокапсидом), а по химическому составу это нуклеопротеиды. Сложные вирионы помимо нуклеиновой кислоты и белков капсида имеют внешнюю оболочку – суперкапсид, который представляет собой липопротеидную мембрану. В суперкапсиде содержатся белки и углеводы клетки хозяина. Вирусные капсиды состоят из субъединиц – капсомеров (одна или несколько белковых молекул, белок – глобулин). Вирусные капсиды имеют упорядочную организацию, в основе которой лежит принцип спиральной или кубической симметрии.

Вирусы не размножаются бинарным делением. В 50-х годах ХХ в. было установлено, что размножение вирусов происходит путем репродукции (англ. reproduce – воспроизводить, делать копию), т.е. путем воспроизведения их нуклеиновых кислот и синтеза белков с последующей сборкой вирионов. Эти процессы происходят в разных частях клетки хозяина (например, в ядре и цитоплазме). Такой разобщенный способ репродукции получил название дизъюнктивного.

Репродукция вирусов характеризуется последовательной сменой отдельных стадий:

1) Адсорбция. Проникновение вирусной частицы в клетку начинается с ее адсорбции на клеточной поверхности благодаря взаимодействию клеточных и вирусных рецепторов. Рецепторы (лат. receptor – принимающий) – чувствительные специальные образования, воспринимающие раздражения, это молекулы или молекулярные комплексы на поверхности клеток, способные распознавать специфические химические группировки, молекулы или другие клетки и связывать их. У сложных вирионов рецепторы располагаются на внешней оболочке в виде шиповидных выростов или ворсинок, у простых вирионов – на поверхности капсида.

2) Проникновение вириона в клетку хозяина. Пути внедрения вирусов в чувствительные к ним клетки неодинаковы. Многие вирионы могут проникать в клетку путем пиноцитоза (греч. pino – пить, выпивать), когда образующаяся пиноцитарная вакуоль втягивает вирион внутрь клетки. Другие вирионы могут попадать в клетку прямым путем через ее оболочку.

3) Дезинтеграция (или "раздевание") вириона – освобождение НК от внешней оболочки и капсида. После проникновения вириона в клетку капсид претерпевает изменения, приобретает чувствительность к клеточным протеазам, разрушается, освобождая НК. У некоторых бактериофагов в клетку проникает свободная НК. Фитопатогенные вирусы проникают через повреждения в клеточной стенке, после чего адсорбируются на внутренних клеточных рецепторах и высвобождается НК.

4) Синтез вирусных белков и репликация НК. Синтез вирусоспецифичных белков происходит с участием информационных РНК (у одних вирусов они входят в состав вирионов, а у других синтезируются в зараженных клетках на матрице вирионной РНК или ДНК). Происходит репликация вирусных НК.

5) Сборка, или морфогенез вириона. Формирование вирионов возможно только при условии строго упорядоченного соединения вирусных структурных полипептидов и их НК, что обеспечивается самосборкой белковых молекул вокруг НК

6) Выход вириона из клетки хозяина. Из клетки вирусные частицы выходят одновременно (при разрушении клеток) или постепенно (без разрушения клеток).

Типы взаимодействия вируса с клеткой хозяина. Различают три основных типа взаимодействия вируса и клетки хозяина. Продуктивная инфекция заключается в образовании новых вирионов, абортивная инфекция внезапно прерывается в стадии репликации вирусной НК, или синтеза вирусных белков, или морфогенеза вирионов. Вирогения характеризуется встраиванием (интеграцией) вирусной НК в ДНК клетки хозяина, что обеспечивает синхронность репликации вирусной и клеточной ДНК. У фагов такой тип взаимодействия называется лизогенией.

. 6.1. 3 Культивирование вирусов

Культивирование вирусов производится для их выделения и накопления с диагностическими целями, для последующего их изучения, для производства вакцин. Существует три метода культивирования вирусов.

1) Культивирование в организме восприимчивого животного. Лабораторные животные на первых этапах развития вирусологии оказались единственно пригодными для накопления вирусов. В настоящее время они также используются для разных целей наряду с другими метолами культивирования вирусов. Используют преимущественно новорожденных животных, так как они более чувствительны к вирусным инфекциям.

2) Культивирование в курином эмбрионе. Это культивирование введено в вирусологическую практику в 931 г. А.Вудраффом и Э.Гудпасчером. Куриные эмбрионы применяются для культивирования целого ряда вирусов.

3) Культивирование в культуре клеток. Культура клеток прочно вошла в вирусологическую практику. Наибольшее распространение получили трипсинизированные (трипсин - протеолитический фермент, синтезируемый клетками поджелудочной железы) культуры эпителиальной и соединительной тканей, клетки которых в виде монослоя прикрепляются к стенкам пробирок или другой лабораторной посуды. Для выращивания культуры клеток необходимы питательные среды. Наиболее широкое применение нашли среда 199 и среда Игла. Состав сред сложен, в них водят минеральные соли, глюкоза, аминокислоты, витамины, коферменты и многие другие компоненты. Кроме того, в питательную среду обязательно вносят сыворотку крови и буферные растворы для поддержания стабильного рН, вносят антибиотики (смесь пенициллинаи стрептомицина) для предотвращения бактериального загрязнения. О репродукции вирусов в культуре клеток судят по их цитопатологическому действию (дегенеративные морфологические изменения клеток), по цветной пробе (использование клеток, выращенных на питательной среде с индикатором), по образованию "стерильных пятен", или бляшек, на клеточном монослое, покрытом тонким слоем агара