Лекция по биологии вирусы

Обновлено: 24.04.2024

Урок - лекция "Вироусы" предназначен для учащихся 10 класса химико-биологического профиля; раскрывает вопрос о форме существования и общей организации вирусов, их классификации и ещё более мельчайших инфекционных агентах - вироидах и прионах.

Вложение	Размер
urok_-_lekciya.doc	117 КБ
urok-lekciya_yaginoy_l._g.po_obshchey_biologii_na_temu_virusy.ppt	2.86 МБ

Предварительный просмотр:

(для учащихся 10 класса химико-биологического профиля)

освоение знаний о роли биологической науки в формировании современной естественнонаучной картине мира (появление неклеточных форм жизни)
продолжить развитие познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей в процессе изучения выдающихся достижений биологии
воспитание необходимости бережного отношения к собственному здоровью
использование приобретенных знаний и умений в повседневной жизни для обоснования и соблюдения мер профилактики заболеваний.

Задача : Рассмотреть особенности строения, жизнедеятельности вирусов и их значение в природе для человека.

Оборудование : таблицы по общей биологии, мультимедиа.

1. История вирусологии

2. Основные свойства вирусов

3. Формы существования вирусов

4. Структура и химический состав простых вирионов

5. Структура и химический состав сложных вирионов

6. Нуклеиновые кислоты вирусов

1. С.Лурия, Дж. Дарнелл. Общая вирусология. М., 1970

2. А.Г.Букринская. Вирусология. М., 1986

3. А.И.Коротяев, С.А.Бабичев. Мед. микробиол., иммунол.

и вирусология. СПб., 1998. 2000, 2001

Приоритет открытия вирусов принадлежит выдающемуся русскому ученому Д. И. Ивановскому. (слайд 2, Л1)

Еще, будучи студентом Петербургского университета, в 1887 г. по предложению своих учителей А. Н. Бекетова и А. С. Фаминцына Д. И. Ивановский вместе со студентом В. В. Половцевым приступил к изучению мозаичной болезни табака, наносившей большой вред сельскому хозяйству. (слайд 3, Л1)

12 февраля 1892 г. является официальным днем рождения новой науки — вирусологии, а Д. И. Ивановский — ее основоположником. (слайд 4, Л1)

Очень скоро после работ Д. И. Ивановского было установлено, что вирусы широко распространены в природе и вызывают заболевания не только у растений, но и у животных и человека. Открытия вирусов следовали одно за другим: 1897 г. - вирус ящура; 1901 г. - вирус желтой лихорадки; 1903 г. — вирус бешенства; 1908 г. — вирус оспы человека; 1909 г. — вирус полиомиелита. Эти открытия не прекращаются и в наше время: 1970 г. - вирус гепатита В; 1973 г. - вирус гепатита А; 1977 г. - вирус дельта-гепатита; 1983 г. - вирус СПИДа.

Основные свойства вирусов

Основные свойства вирусов, по которым они отличаются от всех остальных живых существ следующие: (слайд 11, Л1)

ультрамикроскопические размеры;
содержат нуклеиновую кислоту только одного типа — или ДНК, или РНК (все другие организмы содержат нуклеиновые кислоты обоих типов, а геном у них представлен только ДНК);
вирусы не способны к росту и бинарному делению;
вирусы размножаются путем воспроизводства себя из собственной геномной нуклеиновой кислоты;
у вирусов отсутствуют собственные системы мобилизации энергии;
у вирусов нет собственных белоксинтезирующих систем.
вирусы – абсолютные внутриклеточные паразиты, их средой обитания являются бактерии, клетки растений, животных и человека.

С учетом перечисленных особенностей вирусам можно дать следующее определение: Вирусы – это особое царство ультрамикроскопических размеров организмов, обладающих только одним типом нуклеиновых кислот, лишенных собственных систем синтеза белка и мобилизации энергии и являющихся, поэтому абсолютными внутриклеточными паразитами (А. И. Коротяев).

Молекулярно-генетическая организация вирусов

(слайд 2, Л2) Основой таксономии вирусов является вирион , который представляет собой конечную фазу развития вируса. Вирион состоит из геномной нуклеиновой кислоты, окруженной одной или двумя оболочками. (слайд 9, Л1) По строению вирусы можно разделить на 4 типа, которые различаются по характеру упаковки морфологических субъединиц:

а) вирусы со спиральной симметрией; б) изометрические вирусы с кубической симметрией; в) вирусы с бинарной симметрией, например фаги: у них головка имеет кубический тип симметрии, а хвостик - спиральный; г) более сложно организованные вирусы, имеющие вторую оболочку.

Оболочка, в которую упакована геномная нуклеиновая кислота, называется капсидом (от греч. capsa - ящик). Наиболее просто организованные вирусы представляют собой нуклеокапсиды: они состоят только из нуклеиновой кислоты и белковой оболочки, построенной из идентичных пептидных молекул. Поскольку число аминокислотных остатков в белковой молекуле всегда меньше числа нуклеотидов в гене (код триплетный), то для того, чтобы упаковать геномную нуклеиновую кислот требуется большое число одинаковых белковых молекул. А многократное повторение белок-белковых взаимодействий возможно лишь при условии симметричного расположения субъединиц. Существует всего два способа упаковки одинаковых белковых молекул в капсид, при которых он обладал бы стабильностью. Процесс образования такого полимера родствен процессу кристаллизации, он протекает по типу самосборки. Один из вариантов такой самосборки происходит с использованием спиральной симметрии, другой - кубической симметрии.

При спиральной симметрии (ее имеют нитевидные вирусы) белковые субъединицы располагают по спирали, а между ними, также по спирали, уложена геномная нуклеиновая кислота. Лучше все этот тип молекулярной организации вириона изучен у вируса мозаичной болезни табака, капсид вириона которого состоит из 2130 белковых молекул, винтообразно уложенных вокруг РНК, содержащей около 6000 нуклеотидов. С каждой белковой субъединицей связано три нуклеотида. Белковая спираль состоит из 130 витков. При спиральной симметрии белковый чехол лучше защищает геномную нуклеиновую кислоту, но при этом требуется большее количество белка, чем при кубической симметрии.

Большинство вирусов с замкнутым чехлом обладает кубической симметрией. В ее основе лежат различные комбинации равносторонних треугольников, образующихся из сочетания шаровидных белковых субъединиц. Сочетаясь определенным образом друг с другом, они могут формировать замкнутую сферическую поверхность. Из различных сочетаний равносторонних треугольников, которые образуют общую вершину и общую ось симметрии, могут возникать различные варианты многогранников: тетраэдры, октаэдры и икосаэдры. Икосаэдры имеют 20 граней (каждая представляет равносторонний треугольник), 12 вершин и пятикратную тройную и двойную оси вращательной симметрии. Это самая эффективная и экономичная симметрия для формирования замкнутого чехла, так как в этом случае при его сборке используются строительные белки минимального размера и обеспечивается наибольший внутренний объем вириона. Видимо, поэтому сферические вирусы животных чаще всего имеют форму икосаэдра.

Число капсомеров для вирусов данного вида является постоянным, оно имеет диагностическое значение. Например, вирион аденовирусов имеет 252 капсомера, у парвовирусов - 32, у паповавирусов - 72. Молекулярная организация всех простых вирусов сводится к использованию спиральной и кубической симметрии.

Наиболее сложное строение имеют самые крупные вирусы, относящиеся к семейству поксвирусов. Их вирионы имеют форму параллелепипеда (или овоидную), размером 300-450 х 170-260 нм. Вирионы покрыты внешней оболочкой, под которой располагаются сложное образование из тубулярных структур и внутреннее ядро, состоящее из ДНК-содержащей сердцевины и одного или двух боковых телец. Вирион содержит более 30 структурных белков и несколько ферментов. Таким образом, структура вириона у каждого семейства вирусов имеет отличительные особенности. Форма и относительные размеры ДНК - и РНК - содержащих вирусов представлены на рисунках.

Вироиды и прионы

В природе помимо вирусов обнаружены другие очень мелкие загадочные инфекционные агенты с необычными свойствами. К ним относятся вироиды и прионы.

Вироиды, в отличие от вирусов, не имеют белковой оболочки и состоят только из инфекционной молекулы РНК.
Они не обладают антигенными свойствами и поэтому не могут быть обнаружены серологическими методами.
Вироиды имеют очень малые размеры: длина молекулы РНК вироидов равна 1 • 10 6 мм, она состоит из 300-400 нуклеотидов.
Вироиды - самые маленькие способные к размножению единицы, известные в природе.
Молекулы вироидов представляют собой одноцепочечные кольцевые РНК.
Молекулы РНК вироидов не кодируют собственных белков, поэтому их размножение может происходить либо аутокаталитически, либо оно зависит от клетки-хозяина.

С 1971 г. обнаружено более 10 различных вироидов, отличающихся по первичной структуре, кругу поражаемых хозяев, по симптомам вызываемых ими заболеваний. Все известные вироиды построены по одному плану: 300-400 нуклеотидов образуют кольцо, которое удерживается парами оснований и образует двухцепочечную палочковидную структуру с перемежающимися короткими одно- и двухцепочечными участками.

Вопрос о природе, происхождении вироидов и о том, каким способом они распространяются, остается открытым. Существует предположение, что вироиды образуются из нормальных клеточных РНК, однако убедительных подтверждений этому не было представлено.

и четыре болезни животных: скрепи овец, губкообразную энцефалопатию коров, трансмиссивную энцефалопатию норок и хроническую изнуряющую болезнь находящихся в неволе чернохвостого оленя и лосей.

Миотрофический лейкоспонгиоз - медленная инфекция человека, характеризующаяся прогрессирующим развитием атрофических парезов мышц конечностей и туловища, нарушением дыхания и смертельным исходом.

Предполагается, что прионы играют роль в этиологии шизофрении, миопатии и некоторых других заболеваний человека. Природа прионов остается неясной. Они представляют собой группу особых, не содержащих нуклеиновых кислот, низкомолекулярных белков с м. м. 27-30 кД. С вирусами их объединяют малые размеры (они способны проходить через бактериальные фильтры) и неспособность размножаться на искусственных питательных средах; специфический круг поражаемых хозяев; длительная персистенция в культуре клеток, полученной из тканей зараженного хозяина, а также в организме больного человека и животного. Вместе с тем, они существенным образом отличаются от вирусов: во-первых, у них отсутствует собственный геном, следовательно, они не могут рассматриваться, в отличие от вирусов, как живые существа; во-вторых, они не индуцируют никакого иммунного ответа; следовательно, возникает вопрос о степени их чужеродности для организма хозяина. В-третьих, прионы обладают более высокой резистентностью, чем обычные вирусы, к действию высокой температуры, УФ-облучению, ионизирующей радиации и к различным дезинфектантам; нечувствительны к интерферонам и не индуцируют их синтеза. Предполагается, что патогенное действие прионов связано с тем, что они блокируют функции определенных генов, следствием чего является нарушение нормальных физиологических реакций и синтез каких-то аномальных белков. Электронномикроскопически прионы не идентифициро-ваны. Поскольку белки сами по себе не способны размножаться, вопрос о механизме генетического контроля репродукции прионов, как и вопрос об их истинной этиологической роли и факторах патогенности, остается открытым.

Методы культивирования вирусов

Возможности изучения вирусов возрастали по мере совершенствования методов их исследования. Как известно, Л. Пастер еще в 1884 г. для обнаружения вируса бешенства использовал метод заражения животных . Использование метода фильтрования через фарфоровые свечи позволило Д. И. Ивановскому открыть царство вирусов. С изобретением электронной микроскопии появилась возможность увидеть вирусы и изучать их морфологию. Совершенствование методов сверхскоростного центрифугирования в градиенте плотности позволило получить препараты вирусов в очищенном виде и установить их химический состав. Исключительно важное значение для развития вирусологии имела разработка методов культивирования вирусов. Раньше всего для этой цели было использовано заражение различных животных, но этот метод еще не позволял получать чистые культуры вирусов, с его помощью их можно было только обнаружить и установить причинную связь с той или иной болезнью.

Поскольку вирусы не растут на искусственных питательных средах, а размножаются только внутриклеточно, нужно было найти простые и общедоступные методы их культивирования. Крупным достижением было предложение в 1932 г. Р. Гудпасчура использовать для культивирования вирусов куриные эмбрионы , в клетках которых успешно размножаются многие вирусы. Однако окончательное решение проблемы их культивирования оказалось возможным лишь после того, как были разработаны основные способы культивирования клеток вне организма.

Хотя способность клеток расти вне организма была установлена еще в 1907 г., потребовалось много лет для разработки доступных методов культивирования клеток, а в них — вирусов. Вначале был использован метод переживающих тканей . Он заключался в том, что в колбу, содержащую питательную среду, вносили кусочек ткани. Клетки некоторых тканей в таких условиях могут переживать (но не размножаться) до 30 дней, а в них могут размножаться вирусы. Однако этот способ давал очень небольшой выход вирусов. Необходимо было разработать условия, при которых клетки ткани могли бы свободно размножаться. К началу второй половины XX века эпидемии полиомиелита приняли настолько широкий и опасный характер, что требовалось принять немедленные меры для создания вакцины, которую можно было бы использовать для массового применения. Но для этого нужно было найти метод, позволяющий быстро выращивать вирусы в большом количестве. Это и явилось одним из обстоятельств, стимулировавших разработку методов культивирования вирусов. Для получения культур клеток, которые можно было бы использовать для выращивания вирусов, необходимо было решить четыре главных проблемы:

получить в необходимом количестве свободные (т. е. изолированные друг от друга) клетки;
создать такие питательные среды и условия, в которых клетки могли бы активно размножаться;
обеспечить условия, при которых в культурах клеток не могли бы размножаться бактерии;
определить методы, с помощью которых можно было бы распознавать рост вируса в культуре клеток и идентифицировать его.

Все эти проблемы были решены. Для выделения изолированных, но жизнеспособных клеток из разрушенных тканей использовали обработку их слабым раствором трипсина, разрушающего межклеточные мостики. Решающее значение имели опыты, проведенные в 1949 г. Дж. Эндерсом, Т. Веллером и Ф. Роббинсом, которые показали, что вирус полиомиелита хорошо размножается в первично-трипсинизированных культурах клеток, полученных из почек обезьян.

Разработка способов получения культур клеток позволила широко внедрить в практическую медицину современные классические методы вирусологической диагностики инфекционных заболеваний, с одной стороны, и обеспечить накопление вирусов в количествах, достаточных для производства вакцин, с другой. Основной недостаток первично-трипсинизированных клеток заключается в том, что после нескольких пересевов они перестают размножаться. Поэтому предпочтением стали пользоваться культуры таких клеток, которые способны размножаться in vitro бесконечно долго. Такие перевиваемые культуры клеток получают из опухолевых тканей (HeLa, НЕр-2 и др.) или из мутантных клеток с полиплоидным набором хромосом. Однако опухолевые клетки нельзя применять для получения вакцин. Для этих целей используют только культуры таких клеток, которые не содержат никаких контаминантных вирусов и не обладают злокачественностью. Лучше всего этим требованиям отвечают культуры диплоидных клеток . «Штаммом диплоидных клеток называется морфологически однородная культура клеток, стабилизированная в процессе культивирования in vitro, имеющая ограниченный срок жизни, характеризующаяся тремя фазами роста (стабилизации, активного роста и старения), сохраняющая в процессе пассирования кариотип, свойственный исходной ткани, свободная от контаминантов и не обладающая онкогенной активностью при трансплантации хомячкам (решение симпозиума по диплоидным клеткам, Москва, 1971).

Как оказалось, вирусы могут размножаться не только в культурах клеток, образующих монослой на стекле пробирок, но и в суспензиях живых клеток. Таким образом, для выделения чистых культур вирусов в настоящее время используют чаще заражение куриных эмбрионов, первично-трипсинизированных и перевиваемых культур клеток.

Широкое распространение получил предложенный в 1952 г. Р. Дюльбекко метод бляшек (негативных колоний), позволяющий производить количественное определение вирусов.

Методы идентификации (типирования) вирусов

Определение типа вируса (его идентификация) основано на нейтрализации биологической активности вируса с помощью типоспецифических сывороток. Конечный результат ее может быть установлен на основании следующих признаков:

нейтрализация цитопатического действия;
нейтрализация реакции гемадсорбции;
изменение проявления цветной пробы;
задержка (торможение) реакции гемагглютинации;
нейтрализация в опытах на животных.

Кроме того, для идентификации вирусов применяют методы иммунофлуоресценции, а также ДНК- ДНК (РНК-РНК)-гибридизации.

Для классификации вирусов в настоящее время используют следующие критерии:

Нуклеиновая кислота: тип, число нитей, процентное содержание, молекулярная масса, содержание гуанина и цитозина.
Морфология: тип симметрии или псевдосимметрии, число капсомеров для вирусов с кубической симметрией, наличие внешней липопротеиновой оболочки, форма, размеры вирионов.
Биофизические свойства: константа седиментации, плавучая плотность.
Белки: количество структурных белков, их локализация, аминокислотный состав.
Липидный состав.
Размножение в тканевых культурах, особенности репликации.
Круг поражаемых хозяев, особенности патогенеза инфекционного процесса; онкогенные свойства.
Устойчивость к физическим и химическим факторам (гамма-лучи, термоинактивация при 37°С и 50°С, действие жирорастворителей и отдельных катионов).
Антигенные свойства.

Рабочие листы и материалы для учителей и воспитателей

Более 300 дидактических материалов для школьного и домашнего обучения

Онлайн
формат
Диплом
гособразца
Помощь в трудоустройстве

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ КАЛУЖСКОЙ ОБЛАСТИ

на заседании ЦМК

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА ДЛЯ ПРЕПОДАВАТЕЛЕЙ ПО ПРОВЕДЕНИЮ ЛЕКЦИОННОГО ЗАНЯТИЯ № 8

Разработано преподавателем биологии ГОУ КБМК

2015-2016 учебный год.

Специальность: 31.02.03. «Лабораторная диагностика"

Раздел 2. Учение о клетке.

Глава 5. Строение и функции клеток.

Раздел 2. Учение о клетке.

Глава 5. Строение и функции клеток.

Образовательные цели:

сформировать знания о вирусах как неклеточной форме жизни, их строении, особенностях их жизнедеятельности.

Развивающие цели:

обогащения и усложнения словарного запаса за счет новых терминов:

капсид, бактериофаг, вирион, филовирусы и т.д.

развитие мышления через обобщение и сравнение (сравнение с клеточными формами жизни)

Воспитательные цели:

воспитание познавательного интереса через МПС.

Вид лекции: лекция - информация

Метод обучения: объяснительно - иллюстративный

СТРУКТУРА ЗАНЯТИЯ И РЕЖИМ ВРЕМЕНИ:

Организационный момент. Мобилизация аудитории___1______мин

Вступительное слово (тема, цель, мотивация, план)____4______мин

Изложение материала ____________________________70______мин

ХОД ЗАНЯТИЯ

Организационный момент. Мобилизация аудитории.

Вступительное слово преподавателя.

Данная тема актуальна, так как связана с многообразием живых организмов, со строением клетки. Особенности жизнедеятельности вирусов влияют на жизнь клетки и организма в целом. Многие заболевания имеют вирусную природу: гепатит, СПИД, раковые опухоли, грипп, оспа и др. Эта тема включена в семинарское занятие , контрольную работу и выходит на экзамен. Она необходима будет при изучении таких дисциплин, как микробиология, фармакология, клиническая патология.

ВОПРОСЫ ДЛЯ АКТУАЛИЗАЦИИ ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ: (приложение №2)

Изложение нового материала:

ПЛАН ЛЕКЦИИ :

история открытия вирусов;

общая характеристика вирусов;

Подведение итогов, задание на дом

ВОПРОСЫ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ МАТЕРИАЛА (приложение №3)

Приложение 1

ПЛАН ЛЕКЦИИ :

история открытия вирусов;

общая характеристика вирусов;

ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ ВИРУСОВ.

Когда-то, миллионы лет назад,

На нашей замечательной планете

Возникла жизнь, и начался парад

Невиданных существ на этом свете.

Бактерии, простейшие, грибы,

Не счесть червей, и так от века к веку

Жизнь становилась гуще и сложней

И, наконец, дошла до человека.

Все хорошо! Но, видимо, Природа

Иль просчиталась где, иль что недоучла,

Но в этой распрекрасной бочке меда

И ложку дегтя нам преподнесла!

То ль существа, а может, вещества-

Об этом долгий спор не утихает,

Но вирусы — и все об этом знают -

Среди других живут и процветают-

Печальная реальность такова!

Грозит нам СПИД — себя как уберечь?!

И птичий грипп откуда-то вдруг взялся!

Как сделать, чтобы затупился меч,

А щит непробиваемым остался!?

Вирусы представляют собой субмикроскопические внеклеточные формы жизни.

К настоящему времени вирусы открыты у организмов практически всех систематических групп растений и животных (у микоплазм, бактерий, листостебельных растений, простейших, гельминтов, насекомых, земноводных, пресмыкающихся, птиц, млекопитающих). Известны вирусы, выделенные у человека. Можно сказать, что вирусы вездесущи.

В лабораторных условиях вирусы культивируют на куриных эмбрионах, в культивируемых соматических клетках, в эксплантантах органов, а также в организме восприимчивых животных. Они не способны к росту на питательных средах, используемых для культивирования бактерий или соматических клеток.

Наука, изучающая вирусы, называется вирусологией.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВИРУСОВ.

Вирусы представляют собой субмикроскопические образования, состоящие из белка и нуклеиновой кислоты ( нуклеопротеины) и организованные в форме вирусных частиц.

Размеры вирусных частиц составляют от 15-18 до 300-350 нм. С помощью электронного микроскопа установлено, что вирусы могут иметь различную форму: шаровидную (полиомиелит, ВИЧ), палочковидную (ВТМ), нитевидную (филовирусы), цилиндрическую (вирус бешенства) и др. В обычные микроскопы вирусы не видны, но в пораженных клетках можно увидеть их скопления (гигантские колонии). Число видов вирусов превышает тысячу. Все они объединены в царство Vira .

Вирусы не способны к воспроизведению в свободном состоянии. Их воспроизведение возможно только в клетках. Кроме того, оказавшись в клетках, они ведут себя как облигатные внутриклеточные паразиты , вызывая болезни организмов , в которых паразитируют. Следовательно, им присущи две формы существования, или покоящаяся , и внутриклеточная, или репродуцирующаяся.

СТРОЕНИЕ ВИРУСОВ.

Сердцевина вируса состоит из фрагмента генетического материала (ДНК, РНК). Вирусы содержат всегда один тип нуклеиновой кислоты, причем как одноцепочечной, так и двухцепочечной, как линейной, так и кольцевой.

Капсид ( от лат. capsa - вместилище) защитная белковая оболочка, которая защищает ДНК, РНК от ферментов-нуклеаз и УФ - излучений, обеспечивает вируса на поверхности клетки-хозяина. Он построен из полипептидных цепей, сложенных в несколько слоев. У отдельных вирусов капсид окружен дополнительной мембраной. Ее часто называют суперкапсидом.

Суперкапсид - дополнительная липопротеиновая оболочка, которая может содержать еще и углеводы и возникает из плазматической мембраны клетки-хозяина (характерна для высокоорганизованных вирусов - ВИЧ, гриппа, герпеса)

Полностью сформированная инфекционная частица вне клетки-хозяина называется вирионом (нуклеопротеинный комплекс). Если вирус находится внутри клетки-хозяина, то он существует в форме нуклеиновой кислоты.

Оболочка вируса построена из одинаковых повторяющихся субъединиц - капсомеров , которые образуют структуры с высокой степенью симметрии, способные кристаллизироваться. Большинство вирусов построено по одному из двух типов симметрии - спиральной или кубической.

По спиральному типу симметрии построено большинство вирусов, поражающих растения, и некоторые вирусы бактерий (бактериофаги). Большая часть вирусов, вызывающих инфекции у человека и животных, имеет кубический тип симметрии. Капсид имеет форму икосаэдра - правильного двадцатигранника с 12 вершинами 30 ребрами (вирус полиомиелита).

Бактериофаги - группа вирусов, поражающих бактерии. Открыты в 1915г. английским микробиологом Фредериком Туортом. Имеют икосаэдрическую головку (содержащую генетический материал) и хвост, обладающий спиральной симметрией. Эти вирусы обитают в кишечнике человека и животных, ини полезны, так как поражают бактерии. В медицине их применяют для лечения брюшного тифа, холеры.

Классификация вирусов строится по виду и форме их нуклеиновой кислоты, типу симметрии, наличию или отсутствию внешней мембраны.

Отличие вируса от клетки:

вирусы не размножаются делением;

в своем составе имеют только один тип нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК);

никогда не размножаются вне клетки-хозяина;

во внешней среде имеют форму кристаллов, не проявляя никаких свойств живого;

не потребляют пищи;

не вырабатывают энергию;

нет обмена веществ;

имеют неклеточное строение.

Сходство с живыми организмами:

способность к размножению;

характерна приспособляемость к меняющимся условиям окружающей среды.

Размножение (репродукция) включает три процесса:

репликацию вирусной нуклеиновой кислоты;

синтез вирусных белков;

У вирусов нет пола. Репликация молекулы ДНК (РНК) внутри пораженной клетки - многоэтапный процесс, состоящий из 6 стадий:

адсорбция - процесс прикрепления вирусных частиц к поверхности клетки

инъекция (у бактериофагов) - проникновение вирусной частицы в клетку и введение нуклеиновой кислоты из белкового капсида (фаг частично растворяет клеточную стенку и мембрану бактерии и за счет сократительной реакции хвостика впрыскивает свою ДНК в ее клетку)

репликация молекул вирусной нуклеиновой кислоты - происходит за счет нуклеотидов, накопленных в клетках хозяина

синтез вирусных белков и ферментов - происходит на рибосомах клетки

сборка вирусных частиц - за счет пораженных вирусных нуклеиновых кислот и вирусных белков

Новые вирусные частицы заражают еще непораженные клетки, и цикл развития вируса повторяется.

4. ЗНАЧЕНИЕ ВИРУСОВ.

Вирусы представляют собой важные объекты исследования для генетиков. На их основе приобретены существенные познания, касающиеся структур и функций нуклеиновых кислот.

Вирусы - возбудители инфекционных болезней, размножающиеся только в живых клетках. У человека они вызывают, среди прочих, такие заболевания, как бешенство, гепатит, грипп, корь, краснуху, оспу, ОРЗ, полиомиелит, энцефалит, папиллома, инфекционный насморк, СПИД, раковые опухоли. У животных - вирусная чума, ящур, бешенство. У растений - скручивание листьев, мозаика, полосатость, желтуха свеклы, вирус фруктовых деревьев.

Вирусы (бактериофаги) используют в медицине в качестве лечебного и профилактического средства в случае отдельных бактериальных инфекций. Используют для лечения дизентерии, брюшного тифа, холеры.

Рабочие листы и материалы для учителей и воспитателей

Более 300 дидактических материалов для школьного и домашнего обучения

Онлайн
формат
Диплом
гособразца
Помощь в трудоустройстве

Лекция на тему:«Вирусы как неклеточная форма жизни и их значение. Борьба с вирусными заболеваниями. (СПИД и др.)

1.Понятие о вирусах

Первые упоминания о самой грозной вирусной инфекции прошлого — оспе найдены в древнеегипетских папирусах. Эпидемия оспы в Египте за 12 веков до нашей эры описана древними арабскими учеными. На коже мумии фараона Рамзеса V (1085 г. до н.э.) обнаружены типичные оспенные поражения.

2.История открытия вирусов.

В 1852 году русский ботаник Дмитрий Иосифович Ивановский получил инфекционный экстракт из растений табака, пораженных мозаичной болезнью

3.Строение вирусов.

Вирусы нельзя увидеть в оптический микроскоп, так как их размеры меньше длины световой волны. Увидеть вирусы можно только с помощью электронного микроскопа, появившегося в середине 20 века. В 1953 году насчитывалось 250 видов, к 1980 году- уже 600 видов, а сегодня науке известно около полутора тысяч вирусов. Но они настолько малы, что, по словам одного из ученых, коллекция, собранная из всех известных вирусов, "поместилась бы в коробочке размером с маковое зернышко”!

Вирусы состоят из следующих основных компонентов.(4 слайд)

1. Сердцевина - генетический материал (ДНК либо РНК), который несет информацию о нескольких типах белков, необходимых для образования нового вируса.

2. Белковая оболочка, которую называют капсидом (от латинского капса - ящик). Она часто построена из идентичных повторяющихся субъединиц - капсомеров. Капсомеры образуют структуры с высокой степенью симметрии.

3. Дополнительная липопротеидная оболочка. Она образована из плазматической мембраны клетки-хозяина и встречается только у сравнительно больших вирусов (грипп, герпес).

В 1915 году Ф.Тоуртом были открыты вирусы бактерий – бактериофаги. Бактериофаги, или фаги, способны проникать в клетку бактерий и разрушать ее. Каково же строение фага?

Капсид и дополнительная оболочка несут защитные функции, как бы оберегая нуклеиновую кислоту. Кроме того, они способствуют проникновению вируса в клетку. Полностью сформированный вирус называется вирионом.

Размеры вирусов очень малы: самые крупные приближаются к самым мелким бактериям, а самые мелкие близки к крупным молекулам. Две основные химические составные части вирусов — нуклеиновые кислоты и белки. Наиболее просто организованные, они ничего другого не имеют. Но более сложно организованные вирусы имеют в своем составе углеводы, липиды (жиры) и другие химические соединения.

4. Классификация и морфология вирусов. (5 слайд)

По внешнему виду: имеют шарообразную форму (вирус гриппа), кубовидную (вирус оспы), вид палочки (вирус табачной мозаики – шестигранная палочка), многоугольными, сферическими, нитевидными.

Каждый вирус состоит из ДНК или РНК, заключенных в белковую оболочку, состоящую из субъединиц, расположенных в определенном порядке, которую называют капсидом. Эта оболочка защищает нуклеиновую кислоту от воздействия ферментов и ультрафиолетовых лучей. Каспид также обеспечивает прикрепление вируса к поверхности клеточной мембраны, так как содержит рецепторы, комплиментарные рецепторам клеточных мембран, поэтому вирусы поражают строго определенный круг хозяев. Вне клетки он не имеет признаков живого организма, находится в кристаллическом виде.

В составе вирусов присутствуют двухцепочные ДНК в кольцевой или линейной форме; и одноцепочные РНК, встречаются одноцепочные ДНК и двухцепочные РНКВирусы являются одной из самых распространенных форм существования органической материи на планете по численности: воды мирового океана содержат колоссальное количество бактериофагов (около 10 11 частиц на миллилитр воды).Вирусы имеют генетические связи с представителями флоры и фауны Земли. Согласно последним исследованиям, геном человека более чем на 30 % состоит из информации, кодируемой вирус-подобными элементами и транспозонами. С помощью вирусов может происходить так называемый горизонтальный перенос генов , то есть передача генетической информации не от отца к сыну и так далее, а между двумя неродственными (или даже относящимися к разным видам) особями. Самостоятельная работа. Таблица

Рабочие листы и материалы для учителей и воспитателей

Более 300 дидактических материалов для школьного и домашнего обучения

Онлайн
формат
Диплом
гособразца
Помощь в трудоустройстве

Они угрожали человечеству с самого начала его существования. Являлись они неожиданно, разили людей без промаха и часто сеяли смерть. Их жертвами стали миллионы людей, погибших от оспы, гриппа, энцефалита, кори, атипичной пневмонии, СПИДа и других болезней.

Пути и механизмы возникновения вирусов пока не установлены, гипотезы происхождения:

1. Вирусы – это результат деградации таких клеточных организмов, как бактерии или клетки древних эукариот.

2. Вирусы развились из отдельных органоидов клетки – митохондрий или хлоропластов.

3. Вирусы появились после возникновения клетки и вместе с ней проделали длинный путь эволюции. По этой гипотезе вирусы произошли от фрагментов клеточных нуклеиновых кислот. Считается, что эти фрагменты клеточных нуклеиновых кислот вышли из-под контроля клетки, оделись собственной белковой оболочкой и приобрели способность заражать клетки.

Приоритет открытия вирусов принадлежит выдающемуся русскому ученому Д. И. Ивановскому . Еще, будучи студентом Петербургского университета, в 1887 г. приступил к изучению мозаичной болезни табака , наносившей большой вред сельскому хозяйству. Было установлено, что мозаичная болезнь табака представляет собой два совершенно различных заболевания одного и того же растения , одно из которых — рябуха (ее возбудитель — грибок), а другое — собственно мозаичная болезнь табака неизвестного происхождения.

12 февраля 1892 г . является официальным днем рождения новой науки — вирусологии, а Д. И. Ивановский — ее основоположником.

1897 г. - вирус ящура; 1901 г. - вирус желтой лихорадки; 1903 г. — вирус бешенства; 1908 г. — вирус оспы человека; 1909 г. — вирус полиомиелита.

1970 г. - вирус гепатита В; 1973 г. - вирус гепатита А;

1977 г. - вирус дельта-гепатита; 1983 г. - вирус СПИДа.

Основные свойства вирусов

содержат НК только одного типа — или ДНК, или РНК (все другие организмы содержат нуклеиновые кислоты обоих типов, а геном у них представлен только ДНК);

вирусы не способны к росту и бинарному делению;

вирусы размножаются путем воспроизводства себя из собственной геномной нуклеиновой кислоты;

у вирусов отсутствуют собственные системы мобилизации энергии;

у вирусов нет собственных белоксинтезирующих систем.

вирусы – абсолютные внутриклеточные паразиты , их средой обитания являются бактерии, клетки растений, животных и человека.

Молекулярно-генетическая организация вирусов

Основой таксономии вирусов является вирион , который представляет собой конечную фазу развития вируса, состоит из геномной НК , окруженной одной или двумя оболочками. По строению вирусы можно разделить на 4 типа , которые различаются по характеру упаковки морфологических субъединиц:

а) вирусы со спиральной симметрией ;

б) изометрические вирусы с кубической симметрией;

в) вирусы с бинарной симметрией , например фаги: у них головка имеет кубический тип симметрии, а хвостик - спиральный;

г) более сложно организованные вирусы, имеющие вторую оболочку

Оболочка, в которую упакована геномная НК, называется капсидом (от греч. capsa - ящик). Наиболее просто организованные вирусы представляют собой нуклеокапсиды: они состоят только из НК и белковой оболочки, построенной из идентичных пептидных молекул. Поскольку число аминокислотных остатков в белковой молекуле всегда меньше числа нуклеотидов в гене (код триплетный), то для того, чтобы упаковать геномную НК требуется большое число одинаковых белковых молекул. А многократное повторение белок-белковых взаимодействий возможно лишь при условии симметричного расположения субъединиц.

Сложно устроены вирусы, у которых имеется вторая оболочка . Вначале она получила название суперкапсида . Он представляет собой обычную биологическую мембрану, состоящую из двух слоев липидов, имеющих клеточное происхождение, и заключенных в них гликозилированных суперкапсидных вирусных белков, которые выступают над наружной поверхностью вириона в виде своеобразных шипов. Суперкапсидные вирусные белки, образующие шипы , обладают жизненно важными для вируса функциями :

они распознают клеточные рецепторы и связываются с ними;

обеспечивают слияние вирусной мембраны с мембраной клетки и ее лизосом;

способствуют распространению вируса организме за счет слияния клеток;

обладают свойствами протективных антигенов т. д.

Отличия вирусов от живых организмов:

1.способны воспроизводить себе подобных;

2.обладают наследственностью (ДНК или РНК);

3.обладают изменчивостью (способность к мутациям у вируса гриппа);

4.способны к адаптации и эволюции.

1.вирусы не имеют клеточного строения (отсутствует цитоплазматическая мембрана и цитоплазма с органоидами);

2.вирусы обязательные паразиты, вне клетки хозяина существуют в виде покоящейся или внеклеточной формы (вирусные частицы или вирионы);

3.вирусы не способны к самостоятельной репродукции своей наследственной информации вне клетки хозяина;

4.вирусы не имеют метаболизма;

5.вирусы не растут.

В 1915 году Тоуртом были открыты вирусы бактерий – бактериофаги . Бактериофаги, или фаги, способны проникать в клетку бактерий и разрушать ее.

Цикл жизни вируса:

Вирус прикрепляется к поверхности восприимчивой клетки – этот процесс называется адсорбцией .

Вирус вводит свою нуклеиновую кислоту в клетку (у бактериофагов) или проникает в клетку полностью, а затем происходит отделение вируса от белковой оболочки и освобождение нуклеиновой кислоты. Этот процесс называется инъекцией .

Редупликация вирусных молекул нуклеиновой кислоты осуществляется за счет нуклеотидов, накопленных в клетке хозяина.

Синтез вирусных белков и ферментов -- осуществляется на рибосомах клетки.

Сборка вирусных частиц— осуществляется из синтезированных пораженной клеткой вирусных белков и нуклеиновых кислот.

Путь проникновения в клетку у вирусов бактерий – бактериофагов. Стенки бактерий очень прочные, поэтому бактериофаг вводит полый стержень в клетку и выталкивает через него ДНК или РНК, находящуюся в головке. Геном бактериофага попадает в цитоплазму, а оболочка остается снаружи.

Проникнув в клетку, вирус изменяет в ней обмен веществ, направляя всю ее деятельность на производство вирусной нуклеиновой кислоты и вирусных белков. Внутри клетки происходит самосборка вирусных частиц из синтезированных молекул нуклеиновой кислоты и белков. До момента гибели в клетке успевает синтезироваться огромное число вирусных частиц. В конечном итоге клетка гибнет, оболочка ее лопается, и вирусы выходят из клетки – хозяина. Новых частиц вируса образуется огромное количество. Эти вирусы заражают новые клетки, и в каждой из них повторяется многоступенчатый процесс размножения.

Вироиды и прионы

Вироиды, не имеют белковой оболочки и состоят только из инфекционной молекулы РНК.

Не обладают антигенными свойствами и поэтому не могут быть обнаружены серологическими методами.

Вироиды имеют очень малые размеры: длина молекулы РНК вироидов равна 1 • 10 6 мм, она состоит из 300-400 нуклеотидов.

Вироиды - самые маленькие способные к размножению единицы, известные в природе.

Молекулы вироидов представляют собой одноцепочечные кольцевые РНК.

Молекулы РНК вироидов не кодируют собственных белков, поэтому их размножение может происходить либо аутокаталитически, либо оно зависит от клетки-хозяина.

Амиотрофический лейкоспонгиоз - медленная инфекция человека, характеризующаяся прогрессирующим развитием атрофических парезов мышц конечностей и туловища, нарушением дыхания и смертельным исходом.

Предполагается, что прионы играют роль в этиологии шизофрении, миопатии и некоторых других заболеваний человека. С вирусами их объединяют малые размеры (они способны проходить через бактериальные фильтры) и неспособность размножаться на искусственных питательных средах; специфический круг поражаемых хозяев; длительная персистенция в культуре клеток, полученной из тканей зараженного хозяина, а также в организме больного человека и животного. Они существенным образом отличаются от вирусов:

во-первых, у них отсутствует собственный геном, следовательно, они не могут рассматриваться, в отличие от вирусов, как живые существа;

во-вторых, они не индуцируют никакого иммунного ответа; следовательно, возникает вопрос о степени их чужеродности для организма хозяина.

в-третьих, прионы обладают более высокой резистентностью, чем обычные вирусы, к действию высокой температуры, УФ-облучению, ионизирующей радиации и к различным дезинфектантам; нечувствительны к интерферонам и не индуцируют их синтеза. Предполагается, что патогенное действие прионов связано с тем, что они блокируют функции определенных генов, следствием чего является нарушение нормальных физиологических реакций и синтез каких-то аномальных белков.

Методы культивирования вирусов

Л. Пастер еще в 1884 г. для обнаружения вируса бешенства использовал метод заражения животных . С изобретением электронной микроскопии появилась возможность увидеть вирусы и изучать их морфологию. Совершенствование методов сверхскоростного центрифугирования в градиенте плотности позволило получить препараты вирусов в очищенном виде и установить их химический состав. Исключительно важное значение для развития вирусологии имела разработка методов культивирования вирусов. Раньше всего для этой цели было использовано заражение различных животных, но этот метод еще не позволял получать чистые культуры вирусов, с его помощью их можно было только обнаружить и установить причинную связь с той или иной болезнью.

К началу второй половины XX века эпидемии полиомиелита приняли настолько широкий и опасный характер, что требовалось принять немедленные меры для создания вакцины, которую можно было бы использовать для массового применения. Но для этого нужно было найти метод, позволяющий быстро выращивать вирусы в большом количестве. Это и явилось одним из обстоятельств, стимулировавших разработку методов культивирования вирусов.

Для выделения изолированных, но жизнеспособных клеток из разрушенных тканей использовали обработку их слабым раствором трипсина, разрушающего межклеточные мостики. Решающее значение имели опыты, проведенные в 1949 г. Дж. Эндерсом, Т. Веллером и Ф. Роббинсом, которые показали, что вирус полиомиелита хорошо размножается в первично-трипсинизированных культурах клеток, полученных из почек обезьян.

Классификация вирусов

Из более чем 55 семейств вирусов, признанных Международным комитетом по таксономии вирусов, 19 включают вирусы человека и животных

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.

Читайте также: