Химия и биология вирусов

Обновлено: 25.04.2024

В 1901 американский военный хирург У.Рид и его коллеги установили, что возбудитель желтой лихорадки также является фильтрующимся вирусом. Желтая лихорадка была первым заболеванием человека, опознанным как вирусное, однако потребовалось еще 26 лет, чтобы ее вирусное происхождение было окончательно доказано.

Свойства и происхождение вирусов.

Наиболее просто устроенные вирусы состоят из нуклеиновой кислоты, являющейся генетическим материалом (геномом) вируса, и покрывающего нуклеиновую кислоту белкового чехла. В состав некоторых вирусов входят также углеводы и жиры (липиды). Таким образом, вирусы можно рассматривать просто как мобильные наборы генетической информации. Вирусы лишены некоторых ферментов, необходимых для репродукции, и могут размножаться только внутри живой клетки, метаболизм которой после заражения перестраивается на воспроизводство вирусных, а не клеточных компонентов. Это свойство вирусов позволяет отнести их к облигатным (обязательным) клеточным паразитам. После синтеза отдельных компонентов формируются новые вирусные частицы. Симптомы вирусного заболевания развиваются как следствие повреждения вирусами отдельных клеток.

Принято считать, что вирусы произошли в результате обособления (автономизации) отдельных генетических элементов клетки, получивших, кроме того, способность передаваться от организма к организму. В нормальной клетке происходят перемещения нескольких типов генетических структур, например матричной, или информационной, РНК (мРНК), транспозонов, интронов, плазмид. Такие мобильные элементы, возможно, были предшественниками, или прародителями, вирусов.

Являются ли вирусы живыми организмами?

В 1935 американский биохимик У.Стэнли выделил в кристаллической форме вирус табачной мозаики, доказав тем самым его молекулярную природу. Полученные результаты вызвали бурные дискуссии о природе вирусов: являются ли они живыми организмами или просто активированными молекулами? Действительно, внутри зараженной клетки вирусы проявляют себя как интегральные компоненты более сложных живых систем, но вне клетки представляют собой метаболически инертные нуклеопротеины. Вирусы содержат генетическую информацию, но не могут самостоятельно реализовать ее, не обладая собственным механизмом синтеза белка. Когда особенности строения и репродукции вирусов оказались выясненными, вопрос о том, являются ли они живыми, постепенно утратил свое значение.

Размеры вирусов.

Величина вирусов варьирует от 20 до 300 нм (1 нм = 10 -9 м). Практически все вирусы по своим размерам мельче, чем бактерии (см. БАКТЕРИИ). Однако наиболее крупные вирусы, например вирус коровьей оспы, имеют такие же размеры, как и наиболее мелкие бактерии (хламидии и риккетсии), которые тоже являются облигатными паразитами и размножаются только в живых клетках. Поэтому отличительными чертами вирусов по сравнению с другими микроскопическими возбудителями инфекций служат не размеры или обязательный паразитизм, а особенности строения и уникальные механизмы репликации (воспроизведения самих себя).

СТРОЕНИЕ ВИРУСОВ

Вирионы со спиральным типом симметрии, как у вируса табачной мозаики, имеют форму удлиненного цилиндра; внутри белкового чехла, состоящего из отдельных субъединиц – капсомеров, находится свернутая спираль нуклеиновой кислоты (РНК). Вирионы с икосаэдрическим типом симметрии (от греч. eikosi – двадцать, hedra – поверхность), как у полиовируса, имеют сферическую, а точнее, многогранную форму; их капсиды построены из 20 правильных треугольных фасеток (поверхностей) и похожи на геодезический купол.

Встречаются вирусы с еще более сложным строением. Вирионы поксвирусов (вирусы группы оспы) не имеют правильного, типичного капсида: между сердцевиной и наружной оболочкой у них располагаются трубчатые и мембранные структуры.

РЕПЛИКАЦИЯ ВИРУСОВ

ДНК обычно существует в виде двухцепочечных структур: две полинуклеотидные цепочки соединены водородными связями и закручены таким образом, что образуется двойная спираль. РНК, напротив, обычно существует в виде одноцепочечных структур. Однако геном отдельных вирусов представляет собой одноцепочечную ДНК или двухцепочечную РНК. Нити (цепочки) вирусной нуклеиновой кислоты, двойные или одинарные, могут иметь линейную форму или замыкаться в кольцо.

У некоторых ДНК-содержащих вирусов сам цикл репродукции в клетке не связан с немедленной репликацией вирусной ДНК; вместо этого вирусная ДНК встраивается (интегрируется) в ДНК клетки-хозяина. На этой стадии вирус как единое структурное образование исчезает: его геном становится частью генетического аппарата клетки и даже реплицируется в составе клеточной ДНК во время деления клетки. Однако впоследствии, иногда через много лет, вирус может появиться вновь – запускается механизм синтеза вирусных белков, которые, объединяясь с вирусной ДНК, формируют новые вирионы.

Так называемые ретровирусы содержат в качестве генома РНК и имеют необычный способ транскрипции генетического материала: вместо транскрипции ДНК в РНК, как это происходит в клетке и характерно для ДНК-содержащих вирусов, их РНК транскрибируется в ДНК. Двухцепочечная ДНК вируса затем встраивается в хромосомную ДНК клетки. На матрице такой вирусной ДНК синтезируется новая вирусная РНК, которая, как и другие, определяет синтез вирусных белков. См. также РЕТРОВИРУСЫ.

КЛАССИФИКАЦИЯ ВИРУСОВ

Тем не менее система классификации вирусов необходима в практической работе, и попытки ее создания предпринимались неоднократно. Наиболее продуктивным оказался подход, основанный на структурно-функциональной характеристике вирусов: чтобы отличить разные группы вирусов друг от друга, описывают тип их нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК, каждая из которых может быть одноцепочечной или двухцепочечной), ее размеры (число нуклеотидов в цепочке нуклеиновой кислоты), число молекул нуклеиновой кислоты в одном вирионе, геометрию вириона и особенности строения капсида и наружной оболочки вириона, тип хозяина (растения, бактерии, насекомые, млекопитающие и т.д.), особенности вызываемой вирусами патологии (симптомы и характер заболевания), антигенные свойства вирусных белков и особенности реакции иммунной системы организма на внедрение вируса.

В систему классификации вирусов не вполне укладывается группа микроскопических возбудителей болезней, называемая вироидами (т.е. вирусоподобными частицами). Вироиды вызывают многие распространенные среди растений болезни. Это мельчайшие инфекционные агенты, лишенные даже простейшего белкового чехла (имеющегося у всех вирусов); они состоят только из замкнутой в кольцо одноцепочечной РНК.

ВИРУСНЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ

Эволюция вирусов и вирусных инфекций.

Хотя вирусы не являются полноценными живыми организмами, их эволюционное развитие имеет много общего с эволюцией других патогенных организмов. Для того чтобы сохраниться как вид, ни один паразит не может быть слишком опасным для своего основного хозяина, в котором размножается. В противном случае это привело бы к полному исчезновению хозяина как биологического вида, а вместе с ним и самого возбудителя. В то же время любой патогенный организм не сможет существовать как биологический вид, если у его основного хозяина слишком быстро и эффективно развивается иммунитет, позволяющий подавлять репродукцию возбудителя. Поэтому вирус, вызывающий острое и тяжелое заболевание у какого-либо вида животных, обычно имеет еще и другого хозяина. Размножаясь в последнем, вирус не наносит ему (как виду) существенного вреда, однако такое относительно безвредное сосуществование поддерживает циркуляцию вируса в природе. Так, например, вирус бешенства в природе сохраняется среди грызунов, для которых заражение этим вирусом не является смертельным.

Природным резервуаром для вирусов лошадиных энцефалитов, особо опасных для лошадей и в несколько меньшей степени для человека, являются птицы. Эти вирусы переносятся кровососущими комарами, в которых вирус размножается без существенного вреда для комара. Иногда вирусы могут передаваться насекомыми пассивно (без размножения в них), однако чаще всего они репродуцируются в переносчиках.

Для многих вирусов, например кори, герпеса и отчасти гриппа, основным природным резервуаром является человек. Передача этих вирусов происходит воздушно-капельным или контактным путем.

Распространение некоторых вирусных заболеваний, как и других инфекций, полно неожиданностей. Например, в группах людей, проживающих в антисанитарных условиях, практически все дети в раннем возрасте переносят полиомиелит, обычно протекающий в легкой форме, и приобретают иммунитет. Если же условия жизни в этих группах улучшаются, дети младшего возраста обычно полиомиелитом не болеют, но заболевание может возникнуть в более старшем возрасте, и тогда оно часто протекает в тяжелой форме.

Возбудители некоторых болезней, в том числе очень тяжелых, не укладываются ни в одну из вышеперечисленных категорий. К особой группе медленных вирусных инфекций еще недавно относили, например, болезнь Крейтцфельда – Якоба и куру – дегенеративные заболевания головного мозга, имеющие очень продолжительный инкубационный период. Однако оказалось, что они вызываются не вирусами, а мельчайшими инфекционными агентами белковой природы – прионами (см. ПРИОН).

Лечение и профилактика.

Репродукция вирусов тесно переплетается с механизмами синтеза белка и нуклеиновых кислот клетки в зараженном организме. Поэтому создать лекарства, избирательно подавляющие вирус, но не наносящие вреда организму, – задача чрезвычайно трудная. Все же оказалось, что у наиболее крупных вирусов герпеса и оспы геномные ДНК кодируют большое число ферментов, отличающихся по свойствам от сходных клеточных ферментов, и это послужило основой для разработки противовирусных препаратов. Действительно, создано несколько препаратов, механизм действия которых основан на подавлении синтеза вирусных ДНК. Некоторые соединения, слишком токсичные для общего применения (внутривенно или через рот), годятся для местного использования, например при поражении глаз вирусом герпеса.

Известно, что в организме человека вырабатываются особые белки – интерфероны. Они подавляют трансляцию вирусных нуклеиновых кислот и таким образом угнетают размножение вируса. Благодаря генной инженерии стали доступны и проходят проверку в медицинской практике интерфероны, производимые бактериями (см. ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ).

К самым действенным элементам естественной защиты организма относятся специфические антитела (специальные белки, вырабатываемые иммунной системой), которые взаимодействуют с соответствующим вирусом и тем самым эффективно препятствуют развитию болезни; однако они не могут нейтрализовать вирус, уже проникший в клетку. Примером может служить герпетическая инфекция: вирус герпеса сохраняется в клетках нервных узлов (ганглиев), где антитела не могут его достичь. Время от времени вирус активируется и вызывает рецидивы заболевания.

Обычно специфические антитела образуются в организме в результате проникновения в него возбудителя инфекции. Организму можно помочь, усиливая выработку антител искусственно, в том числе создавая иммунитет заранее, с помощью вакцинации. Именно таким способом, путем массовой вакцинации, заболевание натуральной оспой было практически ликвидировано во всем мире. См. также ВАКЦИНАЦИЯ И ИММУНИЗАЦИЯ.

Накопление вирусов.

Для приготовления вакцинных препаратов необходимо накопить вирус. С этой целью часто используют развивающиеся куриные эмбрионы, которых заражают данным вирусом. После инкубирования зараженных эмбрионов в течение определенного времени накопившийся в них вследствие размножения вирус собирают, очищают (центрифугированием или другим способом) и, если нужно, инактивируют. Очень важно удалить из препаратов вируса все балластные примеси, которые могут вызывать серьезные осложнения при вакцинации. Конечно, не менее важно убедиться, что в препаратах не осталось неинактивированного патогенного вируса. В последние годы для накопления вирусов широко используют различные типы клеточных культур.

МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ВИРУСОВ

Работы с бактериофагами способствовали расширению методического арсенала в изучении вирусов животных. До этого исследования вирусов позвоночных выполнялись в основном на лабораторных животных; такие опыты были очень трудоемки, дороги и не очень информативны. Впоследствии появились новые методы, основанные на применении тканевых культур; бактериальные клетки, использовавшиеся в экспериментах с фагами, были заменены на клетки позвоночных. Однако для изучения механизмов развития вирусных заболеваний эксперименты на лабораторных животных очень важны и продолжают проводиться в настоящее время.

Книга принадлежит перу одного их создателей современной вирусологии. Рассмотрены методы выделения и очистки вирусов и их отдельных компонентов, свойства вирусных белков и нуклеиновых кислот, структура вирусных частиц, природа инфекционности вирусов, их биология и классификация.

Смотри категорию знания: вирусология

Уровень подготовки аудитории: студенты вузов

Другие произведения в категории:

Смотри категорию знания: вирусология 2005
энциклопедия

Смотри категорию знания: вирусология Cann A. 2005
учебник

Книга представляет собой введение в современную молекулярную вирусологию, изложенное в ясной и краткой манере и содержит многочисленные иллюстрации, которые существенно облегчают понимание весьма сложного материала. Книга содержит информацию о строении вирусов, строении и способах экспрессии их геномов, особенностях развития инфекционного процесса и патогенезу при вирусных.

Смотри категорию знания: вирусология Филдс Б.Н., Найп Д.М., Мэрфи Ф.А., Харрисон С., Уайли Д., Холланд Д. Дж, Рэминг Р.Ф., Шоуп Р., Кауфман Р. 1989
энциклопедия

Фундаментальное энциклопедическое руководство по вирусологии, написанное известными специалистами из США и Англии. Книга может служить справочным пособием по вирусологии. Рассматривается таксономия вирусов, их структурная организация, репродукция, общая и молекулярная генетика, эпидемиология и патогенез вирусных инфекций, трансформация вирусами клеток и вирусный онкогенез, а.

Смотри категории знания: вирусология, молекулярная генетика Сингер М., Берг П. 1998
учебник

Университетское руководство по молекулярной биологии, написанное выдающимися американскими учеными, членами Национальной академии наук (П. Берг-лауреат Нобелевской премии). Книгу отличают общебиологический подход, глубина теоретических обобщений, изящная и наглядная форма подачи материала. В 1-м томе рассматриваются строение и функционирование биологических молекул.

Смотри категорию знания: вирусология Агол В.А., Атабеков И.Г., Крылов В.Н., Тихоненко Т.И. 1971
учебник

Книга представляет собой монографию, посвященную молекулярной биологии и молекулярной генетике вирусов. В ней обобщаются достижения в изучении биохимии и ультратонкой структуры вирусов, подробно разбираются химический состав вирусов, химия вирусных белков и нуклеиновых кислот и основы взаимодействия вируса и клетки.

Смотри категорию знания: вирусология Атабеков И.Г., Агол В.А., Крылов В.Н., Тихоненко Т.И. 1990
учебник

Смотри категории знания: биотехнология, вирусология Кэлиндар Р. 1981
учебник

В книге рассматриваются молекулярные основы наследственности и стратегия реализации генетической информации. Значительная часть книги посвящена описанию экспериментов, которые заложили основу для возникновения молекулярной генетики и генной инженерии. Книга предназначена для биологов всех специальностей, для студентов и аспирантов, для химиков, физиков, математиков.

Смотри категорию знания: вирусология Дарнелл Дж. Э., Балтимор Д., Лурия С. Э., Кэмпбелл Э. 1981
учебник

Книга представляет собой учебник по вирусологии, написанный известнейшими американскими учеными. В книге рассматриваются химический состав и принципы структурной организации вирусов, принципы взаимодействия вирусов с клеткой и организмом, а также особенности различных групп вирусов.

Смотри категорию знания: вирусология Атабеков И.Г. 2008
научная статья

Рассматриваются нанотехнологии, связанные с применением вирусных наночастиц для получения новых бионеорганических материалов - нанотрубок, нанопроводников, наноэлектродов, наноконтейнеров и для инкапсидации неорганических соединений, магнитных наночастиц и неорганических нанокристаллов строго контролируемых размеров. Обсуждаются возможности прямого использования поверхностно.

Вирусология выделилась в самостоятельную дисциплину в середине XX века. Она возникла как ветвь патологии – патологии человека и животных с одной стороны, и фитопатологии – с другой. Первоначально вирусология человека, животных и бактерий развивалась в рамках микробиологии. Последующие успехи вирусологии в значительной мере основаны на достижениях смежных естественных наук – биохимии и генетики. Объектом исследования вирусологии являются субклеточные структуры – вирусы. По своему строению и организации они относятся к макромолекулам, поэтому с того времени, когда оформилась новая дисциплина, молекулярная биология, объединившая различные подходы к изучению структуры, функций и организации макромолекул, определяющих биологическую специфичность, вирусология стала также составной частью молекулярной биологии. Молекулярная биология широко применяет вирусы как инструмент исследования, а вирусология для решения своих задач используют методы молекулярной биологии.

Содержание

↑История вирусологии

Вирусные болезни, такие как оспа, полиомиелит, желтая лихорадка, пестролистность тюльпанов известны с давних времен, однако о причинах, их вызывающих долгое время никто ничего не знал. В конце XIX столетия, когда удалось установить микробную природу ряда инфекционных заболеваний, патологи пришли к заключению, что многие из распространенных болезней человека, животных и растений нельзя объяснить заражением бактериями.

Природа этих возбудителей болезней, оставалась непонятной более 30 лет - до начала 30-х годов. Это объяснялось тем, что к вирусам нельзя было применить традиционные микробиологические методы исследования: вирусы, как правило, не видны в световой микроскоп и не растут на искусственных питательных средах.

В 1935 году У.Стэнли применил для выделения вируса табачной мозаики (ВТМ) химические методы выделения и очистки ферментов и впервые получил очищенный препарат вируса табачной мозаики в кристаллическом состоянии. Стало возможным изучать структуру и химический состав вирусов in vitro. Успехи электронной микроскопии в 30-х годах позволили показать существование инфекционных агентов, представляющих собой дискретные частицы и детально описать структуру вирионов. В 1936 г. английские биохимики Ф.Боуден и Н.Пири показали, что ВТМ представляет собой не чистый белок, а нуклеопротеид – устойчивое соединение белка (95%) и нуклеиновой кислоты (5%). Роль этих компонентов у вирусов была выяснена сначала на бактериофагах, а затем на ВТМ. В 1952 году А.Д.Херши и М.Чейз показали, что генетическая информация бактериофага Т-2 связана с его ДНК. В 1956 году в лабораториях Г.Шрама (ФРГ) и Х.Фрэнкеля-Конрата (США) частицы вируса табачной мозаики (ВТМ) удалось разделить на составляющие компоненты – белок и РНК, in vitro вновь реконструировать из этих компонентов вирионы и показать, что для проявления инфекционности ВТМ достаточно только РНК.

В 1962 году вирусная РНК была впервые была использована в качестве матрицы для синтеза белков в бесклеточной белок-синтезирующей системе (Д.Натанс и др.), в 1965году была осуществлена репликация фаговой РНК in vitro (И.Харуна и С.Спигелман), а в 1967 году – репликация фаговой ДНК in vitro (М.Гулиан и др.).

Большое значение для становления вирусологии имели начавшиеся в 40-х годах XX века работы М.Дельбрюка, А.Д.Херши, Луриа и др., которые использовали бактериофаги для генетических исследований. Они показали, что к бактериофагам применимы положения классической генетики и уточнили понятие мутации, а также выяснили механизм репликации бактериофагов.

Именно в процессе изучения вирусов была окончательно доказана роль нуклеиновых кислот в наследственности (А. Д. Херши и М. Чейз, 1952; А. Гирер и Г. Шрамм, 1956, Х.Френкель-Конрат, 1956), окончательно подтвержден полуконсервативный характер репликации ДНК (М. Мезельсон и Ф. Сталь, 1957), сделан важный вклад в расшифровку генетического кода (Ф. X. К. Крик и др., 1961), выявлена временная регуляция работы генов (Р. Б. Хесин-Лурье и др., 1963), установлена прерывистая структура эукариотических генов (Р. Дж. Роберте и Ф. Шарп, 1979). Наличие полиадениловой последовательности на 3’-конце мРНК (Кэйтс, 1970) и сплайсинг у эукариот (Зифф, 1980) впервые также выявили у вирусов. В 1970 X. М. Темин и Д.Балтимор открыли РНК-зависимый синтез ДНК, или обратную транскрипцию, у ретровирусов. Выяснение механизма рестрикции и модификации у бактериофагов привело к открытию ферментов рестриктаз, что сделало возможным создание первой гибридной (рекомбинантной) ДНК (П.Берг, 1972) и ознаменовало рождение молекулярной технологии - генетической инженерии.

К числу важнейших достижений вирусологии относится установление роли вирусов в возникновении опухолей у животных (Ф. Раус, 1911) и человека (X. цур Хаузен, 1980-е гг.). В 1961 Л. А. Зильбер предложил вирусогенетическую теорию возникновения рака. Были описаны особые вирусные, а затем и клеточные гены - онкогены, ответственные за превращение нормальных клеток в опухолевые а также гены, ответственные за подавление этого процесса (антионкогены, или супрессоры) (Г. Мартин, 1970; Д. Стелен; X.Вармус и Дж.М.Бишоп, 1976).

В процессе изучения вирусов был описан механизм интеграции вирусного генома в геном клетки-хозяина (А.Львов, А Херши, Ф.Жакоб, Ж.Л.Моно, 50-е годы, Дульбекко, 1966) и обнаружены эндогенные вирусы человека и животных (П. Бентвельцен, 1968; Р. Хюбнер и Дж. Тодаро, 1970).

Развитие вирусологии привело к открытию инфекционных агентов, по сути не являющихся вирусами. В 1971 году Т.О.Динер описал вироиды, представляющие собой инфекционную низкомолекулярную одноцепочечную кольцевую РНК, не кодирующую собственные белки. Крупным успехом вирусологии явилось открытие и выяснение природы прионов – инфекционных белков с нарушенной трехмерной структурой, возбудителей нейро-дегенеративных заболеваний человека и животных, принципиально отличающихся от вирусов (Д. К. Гайдушек, 1950-60-е гг.; С. Прузинер, 1980-90-е гг.).

↑Области исследования в вирусологии

Вирусологию можно разделить на общую вирусологию и прикладную вирусологию.

Предметом общей вирусологии являются основные принципы строения, размножения вирусов, механизм их взаимодействия с клеткой-хозяином, происхождение и распространение вирусов в природе. Общая вирусология преимущественно является молекулярной вирусологией, изучающей структуру вирусных частиц, структуру и функции вирусных нуклеиновых кислот, механизмы экспрессии вирусных генов, особенности строения и функции вирусных белков, особенности репликации вирусов, молекулярную природу устойчивости организмов к вирусным заболеваниям, эволюцию вирусов.

Прикладная вирусология исследует особенности определенных групп вирусов человека (медицинская вирусология), животных (ветеринарная вирусология) и растений (фитовирусология) и разрабатывает меры борьбы с вызываемыми этими вирусами болезнями. Очень важным направлением прикладной вирусологии является также использование знаний о вирусах и их геномах для решения задач биотехнологии.

↑Природа вирусов

↑Происхождение и эволюция вирусов

Происхождение вирусов неясно. Существует несколько гипотез. Одна из них предполагает, что вирусы – это дегенеративная форма жизни, потерявшая в ходе эволюции многие функции, оставив лишь генетическую информацию, необходимую для паразитической формы существования. Согласно другой гипотезе, вирусы имеют клеточное происхождение и представляют собой субклеточный комплекс макромолекул, который смог стать в определенной степени автономным от клетки и покинул её. И, наконец, еще одна точка зрения состоит в том, что вирусы развивались параллельным курсом с клеточными организмами из самореплицирующихся молекул.

↑Методы вирусологии

До 1930 методы вирусологии основывались на фильтруемости инфекционного агента и заражении им различных чувствительных организмов – животных, растений, бактерий. В 1930-50-е гг. для культивирования вирусов животных и человека стали использовать лабораторных мышей, куриные эмбрионы и изолированные ткани.

Биологические методы исследования основаны на биологических свойствах вируса (способности к гемагглютинации, гемолизе, ферментативной активности) и особенностях взаимодействия вируса с клеткой-хозяином (характере цитопатического эффекта, образовании внутриклеточных включений и т.д.). Для количественного учёта вируса и динамики его размножения применяют различные методы титрования. Важнейшие из них основаны на том, что вирус, размножаясь в клетках, вызывает видимые простым глазом поражения. Бактериальные вирусы (бактериофаги) титруют по числу стерильных пятен, вирусы растений — по числу некрозов на зараженном вирусом листе, вирусы животных и человека — по числу поражений на однослойных культурах тканей.

Иммунологические методы исследования вирусов основаны на иммунологических процессах (взаимодействии антигена с антителами) и имеют исключительное значение, как для научных исследований, так и для диагностики вирусных заболеваний. Разнообразные иммунологические методы, как классические, так и современные (иммуноферментный анализ, иммуноблотинг, иммунофлюоресценция), являются важнейшим инструментом вирусологии.

С помощью биохимических методов определяют химический состав вирионов.

Для изучения вирусов используются также разнообразные физико-химические методы. Ультацентрифугирование позволяет сконцентрировать вирусные препараты и определить массу вирусных частиц, градиентное центрифугирование в растворах сахарозы или солей металлов дает возможность "рассортировать" вирусные частицы, так как даже при незначительном различии их веса они распределяются слоями на разных уровнях раствора. Применение радиоактивных изотопов позволяет проследить, из каких источников черпает вирус вещества для построения вириона. Для определения концентрации вирусных препаратов и изучения особенностей строения вирусных частиц применяют оптические методы. Электронная микроскопия позволяет увидеть вирусные частицы в препаратах и в тканях. Для изучения вирусных структур используется рентгеноструктурный анализ.

Современная вирусология использует все методы молекулярной биологии – бесклеточные системы синтеза белка и нуклеиновых кислот, секвенирование нуклеиновых кислот, молекулярную гибридизацию, генную инженерию, искусственную экспрессию и нокаут генов, и т.д.

Неотъемлемой частью современных методов является компьютерный анализ.

↑Современная вирусология

К началу XXI века описано более 6 тыс. вирусов, принадлежащих к более, чем 2000 видам, 287 родам, 73 семействам и 3 порядкам. Для многих вирусов изучены их структура, биология, химический состав и механизмы репликации. Продолжается открытие и исследование новых вирусов, которые не перестают поражать своим разнообразием. Так в 2003 году был открыт самый большой из известных вирусов – мимивирус .

Открытие большого числа вирусов потребовало создания их коллекций, и музеев. Наиболее крупные среди них - в России (государственная коллекция вирусов в Институте вирусологии им. Д.И.Ивановского в Москве), США (Вашингтон), Чехии (Прага), Японии (Токио), Великобритании (Лондон), Швейцарии (Лозанна) и ФРГ (Брауншвейг). Результаты научных исследований в области вирусологии публикуются в научных журналах, обсуждаются на международных конгрессах организуемых каждые 3 года (впервые состоялся в 1968). В 1966 на 9-м Международном конгрессе по микробиологии впервые избран Международный комитет по таксономии вирусов (International Committee on Taxonomy of Viruses – ICTV).

В рамках общей, то есть молекулярной вирусологии продолжается изучение фундаментальных основ взаимодействия вирусов и клеток. Достижения молекулярной биологии, вирусологии, генетики, биохимии и биоинформатики показали, что значение вирусов не ограничивается только тем, что они вызывают инфекционные заболевания.

Было показано, что особенности репликации некоторых вирусов приводят к захвату вирусом клеточных генов и переносу их в геном другой клетки – горизонтальному переносу генетической информации, что может иметь последствия, как в эволюционном плане, так и в плане злокачественного перерождения клеток.

При секвенировании генома человека и других млекопитающих было выявлено большое число повторяющихся нуклеотидных последовательностей, представляющих собой дефектные вирусные последовательности – ретротранспозоны (эндогенные ретровирусы), которые могут содержать регуляторные последовательности, влияющие на экспрессию соседних генов. Их обнаружение и изучение привело к активному обсуждению и исследованию роли вирусов в эволюции всех организмов, в частности в эволюции человека.

Открытие вирусологами вирусов-сателлитов, сателлитных РНК и вироидов расширило понимание явления молекулярного паразитизма, изначально описанного для вирусов, и заставило предположить, что оно играло существенную роль в эволюции макромолекул.

Новым направлением вирусологии является экология вирусов. Обнаружение вирусов в природе, их идентификация и оценка их количества представляют собой очень сложную задачу. В настоящее время выработаны некоторые методические приемы, позволяющие оценить количество некоторых групп вирусов, в частности бактериофагов, в природных образцах и проследить их судьбу. Получены предварительные данные, свидетельствующие о том, что вирусы оказывают существенное влияние на многочисленные биогеохимические процессы и эффективно регулируют численность и видовое разнообразие бактерий и фитопланктона. Однако изучение вирусов в этом аспекте только началось, и нерешенных проблем в этой области науки еще очень много.

Достижения общей вирусологии дали мощный толчок развитию ее прикладных направлений. Вирусология превратилась в обширную область знаний, важную для биологии, медицины и сельского хозяйства.

Вирусологи осуществляют диагностику вирусных инфекций человека и животных, изучают их распространение, разрабатывают методы профилактики и лечения. Крупнейшим достижением явилось создание вакцин против полиомиелита, оспы, бешенства, гепатита В, кори, жёлтой лихорадки, энцефалитов, гриппа, паротита, краснухи. Создана вакцина против вируса папилломы, с которым связано развитие одного из видов рака. Благодаря вакцинации полностью ликвидирована натуральная оспа. Осуществляются международные программы полной ликвидации полиомиелита и кори. Разрабатываются методы профилактики и лечения гепатитов и иммунодефицита (СПИД) человека. Накапливаются данные о веществах с антивирусной активностью. На их основе создан ряд лекарственных препаратов для лечения СПИДа, вирусных гепатитов, гриппа, заболеваний, вызванных вирусом герпеса.

Изучение вирусов растений и особенностей их распространения по растению привело к созданию нового направления в сельском хозяйстве – получению безвирусного посадочного материала. Меристемные технологии, позволяющие вырастить растения, свободные от вирусов, в настоящее время применяются для картофеля, ряда плодовых и цветочных культур.

Исключительное значение на данном этапе имеют знания, накопленные о структуре вирусов и их геномов для развития генной инженерии. Ярким примером этого является использование бактериофага лямбда для получения библиотек клонированных последовательностей. Кроме того, на основе геномов разных вирусов создано и продолжает создаваться большое количество генно-инженерных векторов для доставки чужеродной генетической информации в клетки. Эти векторы используются для научных исследований, для накопления чужеродных белков, особенно в бактериях и растениях, и для генной терапии. В генной инженерии применяются некоторые вирусные ферменты, которые теперь производятся на коммерческой основе.

Вирус (лат. virus - яд) - неклеточная форма жизни, мельчайшие болезнетворные микроорганизмы, не видимые в микроскоп. Они значительно меньше бактерий: легко проходят через бактериальные фильтры.

Вирусы способны размножаться только внутри живых клеток, до проникновения в них вирусы не имеют признаков жизни: пассивно перемещаются во внешней среде, ожидая встречи с клеткой-мишенью.

В 1892 году Ивановский Д.И. в ходе изучения мозаичной болезни табака обнаружил, что болезнь вызывается мельчайшими субстанциями, которые проходят через бактериальный фильтр, то есть были меньше бактерий. Вирусы впервые увидели в электронный микроскоп в 1939 году (спустя 19 лет со смерти Ивановского), однако считается, что именно Ивановский положил начало вирусологии как науке.

Наличие наследственности и изменчивости
Способность к репродукции (воспроизведению себе подобных)

Вне клетки хозяина находятся в неживом состоянии, ожидая внедрения. Вирусы - облигатные внутриклеточные паразиты.

У вирусов отсутствует обмен веществ с внешней средой (метаболизм).

Не имеют клеточной мембраны, ограничивающих их от внешней среды, и, соответственно, клеточного строения.

У вирусов отсутствует половое размножение и деление. Попав в живую клетку, вирус встраивает свою нуклеиновую кислоту (РНК/ДНК) в наследственный материал клетки-мишени. В результате клетка начинает синтезировать вирусные белки (новые вирусы): так увеличивается численность вирусов.

Вирусы не растут, не увеличиваются в размерах. Стратегия их жизни - безудержное размножение.

Если мы заглянем в клетку, инфицированную вирусом, то от вируса мы увидим только один элемент - его нуклеиновую кислоту (ДНК/РНК). Во внешней среде вирусы существуют в виде вирионов - полностью сформированных вирусных частиц, состоящих из белковой оболочки (капсида) и нуклеиновой кислоты внутри.

Носителем наследственной информации у вирусов может быть ДНК, РНК. В связи с этим все вирусы подразделяются на ДНК- и РНК-содержащие.

Взаимодействие вируса с клеткой

Найдя клетку, на поверхности которой есть подходящий рецептор, вирус взаимодействует с ним и прикрепляется к мембране клетки. Путем эндоцитоза (образование вакуоли) вирус проникает внутрь клетки, выходит из вакуоли в цитоплазму. Наследственный материал (ДНК/РНК) вируса реализуется по схеме: ДНК ↔ РНК → белок.

Проникнув внутрь клетки (инфицировав ее), вирус реализует собственный генетический материал (ДНК/РНК) путем синтеза вирусного белка на рибосомах клетки хозяина. Клетка даже и не подозревает, что вирус встроил в ее РНК/ДНК свой генетический код - она принимает его как свой собственный, а в результате синтезирует вирусные белки.

Образовавшиеся белки объединяются в вирусные частицы, которые могут выходить из клетки разными путями. Вирионы вирусов гепатита C выходят из клетки путем почкования (экзоцитозом), при таком варианте клетка долгое время остается живой и служит для продукции новых вирионов.

Известен и другой механизм выхода вирионов из клетки: взрывной, при котором оболочка клетки разрывается, и тысячи вирионов отправляются инфицировать новые клетки. Такой способ характерен для аденовирусов, ротавирусов.

Бактериофаги ("бактерия" + греч. phag(os) — пожирающий)

Это уникальная группа вирусов, инфицирующая только бактерии. Бактериофаг имеет капсид, с содержащимся внутри наследственным материалом - ДНК (реже РНК), протеиновым хвостом. Бактериофаги открыты в 1915 году и с тех пор активно применяются в ходе генетических исследований.

Ниже вы можете видеть типичное строение бактериофага. Бактериофаг напоминает шприц, который протыкает стенку бактерии и впрыскивает внутрь нее свою нуклеиновую кислоту.

Бактериофаги успешно применяются в медицине для лечения многих заболеваний. Это высокоэффективные, дорогостоящие препараты, которые помогают, например, нормализовать микрофлору кишечника при бактериальных инфекциях.

Вирусные инфекции

Вирусы вызывают множество заболеваний человека и животных. Некоторые из них неизлечимы даже на современном этапе развития медицины, например бешенство. К вирусным инфекциям относятся грипп, корь, свинка, СПИД (вызванный ВИЧ), полиомиелит, желтая лихорадка, онковирусы.

Такая группа, как онковирусы, потенцируют развитие опухолей в организме. К ВИЧ и онкогенным вирусам не существует специфических антител, что затрудняет процесс создания вакцины. В то же время против ряда вирусных инфекций: корь, ветряная оспа созданы вакцины, создающие стойкий пожизненный иммунитет.

Клетки вырабатывают защитный белок - интерферон. Это вещество подавляет синтез новых вирусных частиц, приводит к повышению температуры тела (например, при гриппе).

Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) представляет для организма большую опасность. Он размножается в T-лимфоцитах - клетках крови, которые выполняют иммунную функцию. С гибелью T-лимфоцитов разрушается иммунная система, становится невозможным сопротивление организма бактериями, вирусам и грибам, что в отсутствии лечения приводит к вторичным инфекциям.

Риск заражения ВИЧ присутствует при гемотрансфузии (переливании крови), половом акте. Инфекция также может быть передана от ВИЧ инфицированной матери к плоду.

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Вирусы - невидимые, но активные участники борьбы за место в биосфере Земли. С их помощью происходит обмен ДНК между биологическими видами, они предоставляют новый генетический материал для эволюции и контролируют рост популяций. Каждое живое существо - от одноклеточных до млекопитающих - испытывает на себе их воздействие. Власть вирусов не ограничивается влиянием на живые организмы; вирусы способны воздействовать на состав почвы, климат, свойства воды в Мировом океане и пресных водоемах Земли. Когда мы рассматриваем эволюционный путь любого микроорганизма, растения или животного, то за каждым шагом эволюции стоят крошечные, но грозные вирусы - настоящие хозяева нашей планеты.

Год издания:	1978
Издательство:	Медицина
Серия:	Научно-популярная медицинская литература
Язык:	Русский

В популярной форме в книге излагаются основные представления, существующие сегодня в науке о вирусах, их роли в жизни человека. Значительное место уделено современным средствам и методам изучения вирусов - электрон ной микроскопии, кинематографу, методу культуры ткани. Особое внимание автор уделяет проблеме взаимоотношения вируса и клетки - этой основе основ современной пауки о вирусах. В книге рассказывается об основных заболеваниях человека, вызываемых вирусами, кратко описывается клиническая картина и эпидемиология этих заболеваний.

Книга рассчитана на широкий круг читателей.

Год издания:	1982
Издательство:	Молодая гвардия, М.: Молодая гвардия
Серия:	Эврика
Язык:	Русский

Об истории открытия и изучения вирусов, о создании вакцин, с помощью которых многие вирусные инфекции уже ликвидированы, новых методах борьбы против вирусных заболеваний, о поисках возбудителей еще не изученных болезней, а также о людях, создавших эту науку, рассказывает доктор медицинских наук, профессор А.Смородинцев.

Об истории открытия и изучения вирусов, о создании вакцин, с помощью которых многие вирусные инфекции уже ликвидированы, новых методах борьбы против вирусных заболеваний, о…

Год издания:	1981
Издательство:	Педагогика
Серия:	Библиотечка Детской энциклопедии "Ученые - школьнику"
Язык:	Русский

Эта книга о науке вирусологии, об изучении человеком микроскопических внутриклеточных живых существ - вирусов. Авторы - член-корреспондент АН СССР Д.Г.Затула и кандидат биологических наук С.А.Мамедова в популярной форме рассказывают о том, как вирусологи изучают свойства невидимых существ, какие остроумные методы исследований приходится для этого разрабатывать. Разделы книги посвящены описанию вирусных заболеваний и мерам борьбы с ними.

Эта книга о науке вирусологии, об изучении человеком микроскопических внутриклеточных живых существ - вирусов. Авторы - член-корреспондент АН СССР Д.Г.Затула и кандидат…

Год издания:	1965
Издательство:	Знание
Серия:	Народный университет
Язык:	Русский

Брошюра предлагает основные сведения о вирусах, их свойствах, изменчивости и т.п., и концентрируется на таких видах болезней, как грипп, полиомиелит, корь.

В предлагаемой книге в популярной форме рассказывается об истории экологии вирусов и основных проблемах, стоящих перед экологами-вирусологами, а также о первых достижениях этой науки в нашей республике.

Книга, несмотря на большой научный материал, читается легко и с увлечением. Она будет полезна не только студентам медицинского и биологического профиля, не только людям, уже знакомым с проблемами, но и самому массовому читателю.

ISBN:	5-235-00493-0
Год издания:	1989
Издательство:	Молодая гвардия, М.: Молодая гвардия
Серия:	Эврика
Язык:	Русский

Что такое вирусы: потомки самостоятельно эволюционировавших форм жизни, итог регресса бактерий, взбесившиеся гены или пришельцы из космоса? Что представляет собой царство вирусов? Какова их роль в биосфере и может ли человек без них обойтись? Грипп — самая загадочная и самая изученная инфекция. Вирусы и рак. Вирусы и инфаркты и другие заболевания, в возникновении которых заподозрены вирусы. Об этих и других проблемах вирусологии рассказывают авторы.

В монографии приводятся сведения о вирусе простого герпеса как инфекцирнном и онкогенном агенте. Значительное внимание уделено молекулярным основам взаимодействия вируса с клеткой, вопросам патогенеза и иммунологии герпетической инфекции. Обсуждаются результаты эпидемиологического, вирусологического и молекулярно-биологического изучения ассоциации герпетической инфекции с карциномой шейки матки. В сравнительном аспекте обобщаются данные об этиологической роли герпесвирусов различных животных в индукции неопластических процессов, изложены принципы индикации, химио- и иммунотерапии герпетической инфекции.

Книга рассчитана на биологов, вирусологов, иммунологов, врачей различного профиля, студентов медицинских институтов и университетов.

В атласе суммированы материалы десятилетних экспериментальных исследований авторов по субмикроскопической анатомии и онтогенезу вирусов человека и животных. Изложены современные представления о природе и происхождении вирусов, структуре вирионов, проникновении вирусов в клетку, внутриклеточном их развитии и выделении сформировавшихся вирионов из инфицированной клетки. Впервые дано детальное описание субмикроскопической морфологии внутриклеточных онтогенетических циклов развития различных видов вирусов и дифференцировки отдельных их компонентов.
В вирусологической литературе подобного атласа еще не было. Если зарубежные исследователи изучали в основном вирионы - заключительные формы развития вирусов, то авторы данного труда пошли своим собственным путем, они исследовали развитие вируса в клетке, т.е. вегетативную стадию вируса. Эти материалы богато иллюстрированы в атласе. Кроме большого теоретического, данный атлас вирусов имеет и практическое значение: для усовершенствования диагностики вирусов, улучшения систематики микроорганизмов, понимания их эволюции. Наконец, эта книга важна и для инвентаризации живых организмов на Земле.
"Атлас анатомии и онтогенеза вирусов человека и животных" состоит из введения, одиннадцати глав, заключения и списка литературы.
В атласе более 400 электронномикроскопических фотографий, выполненных на электронном микроскопе высокого разрешения.
В заключении авторы излагают свои оригинальные взгляды на природу вирусов.
Атлас предназначен для вирусологов, микробиологов, биологов, морфологов, цитологов, цитопатологов, медицинских и ветеринарных работников, преподавателей и студентов высших учебных заведений биологического профиля.

Читайте также: