4. Сборка вирионов

Сборка вирионов – это формирование вирусной частицы, сборка отдельных компонентов в единую структуру. В основе лежит агрегация по типу кристаллизации, этот процесс безусловно исправляется ферментными системами. Вирусы с наружной оболочкой включают эти структуры (липиды, углеводы) за счет разных механизмов. В одном случае, вирусы могут захватывать, покидая клетку, кусок ЦПМ, из которой образуется оболочка вируса. Во втором случае, эти компоненты могут синтезироваться внутри клетки на основе клеточных механизмов. В геноме вирусов нет генов, которые кодируют природу липидов и углеводов.

5. Выход вируса

Существует два механизма выхода вируса:

- взрывной: характерен для всех бактериофагов, а также некоторых вирусов человека и животных. Вирусные частицы выходят, одновременно при этом повреждая поверхность клетки во многих местах, и клетка лизируется.

- продолжительный: при этом вирус покидает клетку долгое время и клетка сохраняет свою жизнеспособность. Покинувший клетку вирус становится инфекционным для клеток. В некотором случае вирусу не нужно покидать клетку, он передается через плазмодесмы.

ВИРОГЕНИЯ И УМЕРЕННЫЕ ВИРУСЫ (ЛИЗОГЕНИЯ)

Умеренные вирусы обнаруживают среди бактериофагов, к ним относятся онкогенные вирусы и некоторые вирусы насекомых.

ЛИЗОГЕНИЯ. Развитие умеренных вирусов (УВ). Все умеренные фаги имеют двухцепочечную ДНК.

Процесс проникновенная УВ аналогичен предыдущему.

1. Адсорбция и проникновение. ДНК, попавшая внутрь клетки, стимулирует развитие в клетке трёх механизмов, которые протекают практически одновременно. Транскрипция части генома вируса с образованием ранней иРНК и ранних белков. У УВ наряду с ферментами, которые участвуют в репликации ДНК, синтезируется белок репрессор (это и отличает их от вирулентных), образуется прочный комплекс с вирусной НК и тем самым препятствует реализации её функции как матрицы.

2. Репликация генома вируса.

3. Развитие продуктивного инфекционного процесса либо переход одного из умеренных вирусов в состояние профага. Профаг - это вирус, включенный в структуру ДНК клетки хозяина.

Судьба клетки зависит от того, по какому пути пойдет инфекция, это зависит от скорости образования белка репрессора. Если белок реп рессор накопится раньше, чем образование зрелых частиц, то развитие инфекции пойдет по пути вирогении. Если зрелые вирусные частицы успеют синтезироваться раньше, чем проявится действие реп рессора, то инфекция станет продуктивной.

У бактериофагов два типа лизогении:

λ-тип – фаг λ может включаться в бактериальный геном в строго определенном месте, все другие могут встраиваться в бактериальный геном также в определённом месте. ДНК фага λ представляет собой линейную двухцепочечную ДНК, в центре которой имеется область гомологии att, что гомологична участку бактериальной хромосомы, который расположен галактохным опереном (gal) и биотиновым локусом (bio). Попадая внутрь клетки, молекула ДНК, которая на концах имеет липкие концы, замыкается в колцевую структуру. Эта структура ДНК фага своим участком att подходит к области гомологии, расположенной не бактериальной хромосоме, и, в результате ферментативного разрыва и воссоединения, происходит интеграция вирусного генома в геном бактериальной клетки.

Обнаружены ферменты интегралы, которые осуществляют разрыв фосфодиэфирных связей ДНК и их воссоединение.

ДНК фага реплицируется синхронно с бактериальной ДНК и полностью подчиняется общим законам клеточной репликации. При этом гены вирусов, с которыми звязана репродукция фаговой частицы, не экспресируются, потому что действует белок реп рессор, продукт одного из генов фага. Кроме того, некоторые вирусные гены, которые не связаны с репродукцией, могут считываться (идет считывание гена, в котором закодирована информация о репрессре). Именно поэтому в клетке поддерживается определенная концентрация реп рессора и при делении клетки не происходит разбавление, поэтому потомство лизогенной клетки является лизогенным.

Кроме того могут считываться и другие гены фага, которые могут изменять фенотипические свойства клетки – лизогенная конверсия. Если в лизогенную клетку попадают другие вирусы, отличные от профага (вирулентный или умеренный) то развитие суперинфекции будет происходить в зависимости от природы вируса.

Если в лизогенную клетку попадает вирулентный вирус, то в этом случае развитие вирулентного вируса будет происходить независимо от наличия профага.

Если в лизогенную клетку попадает УВ близкий по природе к профагу, то в этом случае этот вирус будет чувствителен к реп рессору, который имеется в клетке. Репликация вирусной НК не происходит и эта НК удаляется по типу абортивной инфекции. Если в лизогенную клетку попадает УВ, имеющий несколько сайтов связывания на бактериальной хромосоме, он может интегрироваться в бактериальную хромосому в другой участок, незапятнанный профагом.

Когда в лизогенную клетку УВ не чувствительный к репрессору и развивается он независимо от имеющегося профага, в этом случае инфекция идет по пути лизогении или продуктивной инфекции.

РI-тип лизогении отличается от λ-типа тем, что геном фага не итегрируется в бактериальную хромосому. Умеренный фаг, который находится в интегрированном состоянии – профаг. Но объединяет их то, что геном фага реплицируется синхронно с бактериальной хромосомой и не происходит размножение фаговых частиц. Репродукция не происходит потому, что лизогенное состояние клетки поддерживает всё тот же белок репрессор.

В период репликации генома клетки, вирусный геном прикрепляется к участку ЦПМ, где расположены ферменты инициирующие репликацию, именно это обеспечивает синхронизацию репликации двухцепочечной ДНК. Рост участка мембраны, к которому прикреплена НК, обеспечивает распространение дочерних ДНК на противоположные полюса. Процесс завершается делением клетки, в результате чего дочерние клетки являются лизогенными. Лизогенное состояние фага поддерживается действием репрессора.

Такое лизогенное состояние может поддерживаться очень долго, до тех пор, пока какой-то фактор не вызовет обратный переход фага из бактериальной хромосомы. К таким факторам относятся: УФИ, ионизирующая радиация, обработка клеток Н₂О₂, химическими веществами, антибиотиками и т.д. Вышедший из состояния профага, фаг может привести к развитию продуктивного процесса.

Огромная роль в переходе профага в вегетативное состояние принадлежит системе инактивации фагового репрессора самой клетки. Это значит, что в результате определенной мутации клетка начинает синтезировать антирепрессор, который инактивирует действие самого репрессора.

ОНКОГЕННЫЕ ВИРУСЫ

Онкогенные вирусы – это вирусы, которые содержат в своем геноме онкоген.

Продукт этого гена может изменять метаболизм клетки хозяина, в результате чего происходит пролиферация (разрастание) клетки за счет частых аномальных митозов, которые не подчиняются законам клеточной регуляции. Такая пролиферация клеток под действием онковируса получила название трансформация.

Опухоль – это ненормально разросшаяся ткань, клетки которой вышли их под регуляторного контроля и начали неограниченно делиться. Автономный рост опухоли превращает её в паразита, который живет за счет организма хозяина.

В зависимости от степени паразитичного воздействия на организм различают:

- доброкачественные опухоли – растут не нарушая соседние органы и на нарушая обмен веществ органов;

- злокачественные опухоли имеют два важных свойства:

- инвазивность – врастание опухоли в соседние органы и ткани;

- метостазирвание – образование метастазов (вторичных опухолей), что образуются в результате распада первичной опухоли. Клетки, которые попадают в кроваток, разносятся в соседние органы. Прикрепление такой клетки к другим органам дает начало вторичным опухолям.

Переход доброкачественных опухолей в злокачественные проходит незаметно.

Причины, которые могут образовывать опухоли, различны:

- наличие онкогенного вируса;

- химические мутагены;

- пережаренная пища, шашлыки, табачный дым;

- физические факторы (УФ и рентгеновские лучи, ионизирующая радиация):

- механические воздействия (ушибы, удары).

К онкогенным вирусам зачитывают как ДНК, так и РНК-содержащие.

ДНК: аденовирусы, герпес вирусы, бородавки.

РНК: ретровирусы.

Основное отличие онкогенных вирусов – они могут трансформировать клетки. И такая трансформированная клетка обладает рядом признаков:

- по морфологиии;

- теряют способность к контактному торможению. Нормальная клетка делится до тех пор, пока не происходит контакт с другой нормальной клеткой, формируется моно слой ткани при контакте, деление клеток в которой подчиняется законам клеточной регуляции, делятся клетки с определенной интенсивностью по генетическим свойствам. Раковые клетки теряют эту способность и формируют многослойную модель опухоли на стекле.

Трансформация – это не единственный путь взаимодействия онкогенных вирусов с клеткой хозяина – все онкогенные вирусы могут вызывать обычную продуктивную инфекцию. Направление инфекции продуктивная инфекция или лизогения будет определяться тем, в какую клетку попадет онкогенный вирус.

В связи с этим, все клетки даже в пределах одной популяции делятся на два типа:

- пермессивные клетки – могут поддерживать репродукцию вируса и обеспечивать продуктивную инфекцию;

- непермессивные клетки – клетки, которые не могут поддерживать пермессивную активность (развитие пермессивной инфекции). В этих клетках отсутствует фактор, который обеспечивал бы репродукцию вируса, кроме того, будет инфекция идти по пути вирогении или продуктивной инфекции будет определяться видом самого вируса.

Есть также вирусы, которые способны трансформировать любую клетку, в которой они развиваются.

МЕХАНИЗМ ВИРОГЕНИИ

Также как и в случае лизогении при вирогении происходит объединение генома вируса с ДНК клетки хозяина – интеграция двух геномов. Если это ДНК, то интеграция - разрыв и перекрестное воссоединение двух геномов. Если РНК – интеграция другая – РНК не может напрямую встроиться в структуру ДНК, поэтому у них существует оборотная транскриптаза, которая переводит язык РНК на язык ДНК, обеспечивая формирование ДНК на основе РНК матрицы, и это двухцепочечная ДНК интегрируется с геномом клетки хозяина.

Между вирогенией и лизогенией имеется как ряд схожих признаков, так и различных.

Сходства:

- не репродуцируются;

- объединение двух геномов;

- происходит синхронизация репликации ДНК вируса и ДНК клетки хозяина;

- некоторые гены могут экспресироваться и менять наследственные свойства клеток (в лизогении – лизогенная коверсия, а в случае онкогенного вируса это – трансформация клеток).

Отличия:

- лизогенное состояние бактериофагов поддерживается белком репрессором, который есть продуктом гена вируса, а лизогенное состояние человека и животного поддерживают непермессивные клетки;

- но в связи с тем, что онкогенные вирусы могут вызывать два типа инфекции, они могут передаваться горизонтально – от человека к человеку при продуктивной инфекции и вертикально – из поколения в поколение при вирогении. Передача онковируса по наследству будет зависеть от того, попадёт ли онковирус в родовые пути органов человека.

МЕХАНИЗМ ГЕНЕТИЧЕСКОГО И НЕГЕНЕТИЧЕСКОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

В случае, если в клетку попадет не один а несколько вирусов, то направление инфекционного процесса будет зависеть не только от взаимодействия генома клетки и генома вируса, а также от взаимодействий между геномами вирусов.

ГЕНЕТИЧЕСКОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ (ГВ)

В результате ГВ в зараженной клетке могут образовываться частицы вирусов, геном которых отличается от генома родительских частиц, что вызвали инфекционный процесс.

Основным ГВ есть рекомбинация – обмен генетической информацией между вирусами.

Существует два типа рекомбинации в зависимости от генома вирусов:

1. в случае, если вирус имеет одну НК, такой тип рекомбинации характерен для большинства вирусов. В этом случае геном рекомбинанта представляет собой единую полинуклеиновую цепь, последовательность нуклеотидов в которой на разных участках идентична нуклеиновой последовательности в соответствующих участках геномов разных родителей.

2. когда вирусы имеют несколько различных полинуклеиновых цепей, это могут быть фрагменты НК с идентичной закодированной в ней инфекцией. При этом типе рекомбинации вирусная частица – рекомбинант может получать часть фрагментов полинуклеиновых цепей от одного, а часть от другого.

НЕГЕНЕТИЧЕСКИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ (НГВ)

При НГВ вирусное потомство не отличается по наследственным свойствам от родительских видов. Если ГВ только между близко родственными видами, но НГВ – между вирусами, которые не имеют родственных взаимоотношений. При НГВ происходит стимуляция или угнетение развития одного вируса другим.

Различают три механизма НГВ:

1. Механизм комплементации сводится к тому ,что один вирус-помощник направляет в клетке синтез вирус-специфического белка, который принимает участие в репродукции вируса-партнера. Причем вирус-помощник может снабжать своего партнера структурными и неструктурными белками.

2. Механизм усиления осуществляется в результате воздействия одного из вирусов на образование клеточных продуктов (угнетает синтез интерферона, который тормозит развитие вирусной инфекции).

3. Интерференция (угнетение) репродукции вирусов может быть обусловлена интенсификацией образования интерферона одним вирусом, что нарушает развитие другого вируса. Этот механизм может быть связан с конкуренцией за клеточные рецепторы или конкуренцией за какие-либо клеточные продукты.

РЕАКЦИЯ КЛЕТКИ ОРГАНИЗМА НА ВИРУСНУЮ ИНФЕКЦИЮ

Схематически все клеточные реакции группируются так:

- первая группа: реакции связаннные с цитопатической реакцией клетки на вирусную инфекцию (это патологические изменения клетки под действием вирусов). Способность вирусов вызывать цитопатическую реакцию называется цитопатогенным действием;

- вторая группа: защитные реакции на вирусную инфекцию, клетка начинает продуцировать антивирусные белки, которые помогают её бороться с вирусной инфекцией;

- третья группа сводиться к образованию клеточных белков и других компонентов, которые участвуют в репродукции вируса.

Цитопатические реакции клетки можно сгруппировать на реакции извне и изнутри.

На примере бактериофагов: воздействие извне сводится к лизису клетки за счет массовой адсорбции, заражения бактериофагом – клетка визируется под действием лизоцима вируса. Для вируса животных и человека цитопатогенное воздействие извне связано с образованием поликариоцитов или симпластов на ранних стадиях взаимодействия клеток с некоторыми вирусами.

Образование симпластов характерно для сложных вирусов, которые имеют дополнительные оболочки липидные или углеводные, которые облегчают проникновение в клетку.

Поликариоцит – это клетка, что покучилась в результате слияния клеток, которые имеют два или более ядра.

Процесс образования поликариоцита происходит в несколько стадий:

- вирус множественно сортируется на клетке, врезультате чего вирусы приводят к слипанию клеток;

- мембраны двух клеток через вирусы начинают контактировать друг с другом, происходит разрушение мембраны в том месте, где они контактируют с вирусом с образованием цитоплазматических мостиков;

- мосты расширяются и клетки сливаются;

- а вирионы при этом оказываются в пузырьке где они претерпевают дальнейшую деградацию.

Механизм цитоплазматического действия изнутри развивается в клетке тогда, когда вирус проникает внутрь клетки. При этом наблюдается:

- угнетение синтеза клеточных ДНК за счет разных механизмов, деградация клеточной ДНК вирусными ДНКазами – угнетение синтеза клеточной ДНК за счет устранения вирусом одного или нескольких компонентов, которые принимают участие в репликации ДНК. Есть также вирусы которые выводят из клеточного фонда ЦТФ;

- угнетение синтеза РНК (отсутствие матрицы для синтеза РНК вследствие разрушения ДНК), угнетение вирусом активности РНК-полимераз, приостановка синтеза РНК связана с тем, что образуются репрессоры вирусного происхождения, которые могут взаимодействовать с клеточной ДНК, мешающие присоединению РНК-полимеразы, при этом не осуществляется процесс транскрибировани;

- угнетение синтеза клеточных белков – нарушение синтеза за счет прекращения синтеза иРНК, вирусные ферменты могут разрушать уже имеющиеся иРНК в клетке, путем разрушения предшествующих Ирнк;

- позднее повреждение клеточной структуры, под действием бактериофагов может происходить лизис клеток под действием внутреннего лизоцима бактериофага, который лизирует бактериальный каркас изнутри при выходе бактериофага из клетки. Уживотных происходит образование поздних кариоцитов при том, когда вирус покидает клетку. Сливаться могут не только зараженные клетки, но и незараженные с зараженной, с заражением незараженной клетки. При повреждении лизосом клетка может переваривать сама себя. При нарушении ЦПМ нарушается ионное равновесие ,в результате чего из клетки выходит ряд ферментов и ряд соединений. В бактериальной клетке повреждение мембран приводит кнарушению процессов окислительного фосфорилирования и синтеза АТФ, но это может происходить тогда, когда репродукция вируса подходит к концу. У животных могут повреждаться мембраны митохондрий. Потеря клетки способности к делению;

- повреждение морфологии клетки под действием вируса. Это можно обнаружить в обычном световом микроскопе, некоторые вирусы, развиваясь в клетке, образуют вирусные включения, которые хорошо окрашиваются и видны в микроскоп, представляют собой скопление НК или белков. В ряде случаев это является диагностическим признаком. Некоторые вирусы могут образовывать вакуоль в клетке – вакуолизирующие вирусы образуют вакуоли.

ЗАЩИТНЫЕ РЕАКЦИИ

Образование интерферона. Интерферон, белок, изоэлектрическая точка которого в нейтральной или слабокислой среде, молекулярная масса зависит от клеток, которые продуцируют 2,5×10⁴ – 10⁵ Д. К синтезу интерферона способно большое количество клеток, но самые активные – клетки крови (лимфоциты и лейкоциты). Генетическая информация о структуре интерферона записана в нашем генотипе, но при отсутствии вирусной инфекции интерферон в организме не вырабатывается, это связано с тем, что ген несущий информацию находится в репрессированном состоянии, антирепрессором есть вирусная частица. Вирусы снимают действие репрессора и начинается синтез интерферона.

Интерферон не обладает противовирусной активностью и, как правило, в зараженной клетки происходит репродукция вируса несмотря на синтез интерферона.

Интерферон легко диффундирует в соседние незараженные клетки и передает им сигнал «SOS», клетки, в которых находится интерферон, начинают синтезировать противовирусный белок с противовирусной активностью. Этот белок может изменять клеточные рибосомы и препятствовать образованию комплекса «рибосома + мРНК вируса», в результате чего не происходит транскрипция. Этот противовирусный белок напрямую взаимодействует с мРНК, переводя их в неактивную форму.

Интерферон играет значительную роль в борьбе с вирусной инфекцией. У него есть ряд преимуществ по сравнению с антителами, которые также синтезируются в организме в ответ на любую инфекцию:

- при первичной вирусной атаке необходимый для защиты титр антител вырабатывается на 5-й – 7-й день заболевания, а интерферон образуется сразу же ,как только вирус попал в клетку;

- интерферон нейтрализует вирус, когда он находится внутри клетки. А антитела связываются с вирусами, когда он находится в межклеточном пространстве;

Интерферон относится к антибиотикам животного происхождения и есть ряд преимуществ по сравнению с другими препаратами.

Интерферон – природный белок, не чужеродный в то время, как другие вещества обладают токсичностью в той или иной степени.

Количество интерферона необходимое для лечения выражается в миллиграммах ля лечения вирусной инфекции выражается в граммах.

Интерферон не обладает специфичностью действия, это означает, что он угнетает все вирусы, в то время, как антибиотики имеют определенный спектр действия, под которым понимают совокупность микроорганизмов, на который действует данный антибиотик.

Активность интерферона:

- зависит от ряда факторов, прежде всего от степени патогенности вирусов. Есть группа вирусов, которые вызывают быструю цитопатическую реакцию в организме (вирусы Эбола). Вирусы, которые имеют слабую реакцию, больше поддаются действию интерферона;

- определяется иммунитетом больного, при слабом иммунитете и при хронических болезнях интерферон вырабатывается слабо;

- синтез интерферона зависит от индивидуальных особенностей организма. 1/3 населения планеты обладают характерными генетическими чертами, в следствии чего плохо вырабатывается интерферон. Также это зависит от возраста, хуже всего у детей до 2-х лет и у людей старше 60-ти;

- зависит от климатических условий, в летне-весенний период интерферон синтезируется лучше.

Применяется как для профилактики, так и для лечения вирусных заболеваний. Любой интерферон введенный извне менее эффективный, чем свой собственный, и можно заставить человеческий организм продуцировать интерферон, путем вакцинирования организма живыми вирусными вакцинами.

Производство интерферона:

- из лейкоцитов донорской крови, лейкоциты заражают вирусом парагриппа мышей и клетки крови через 15-18 часов начинают интенсивно синтезировать интерферон;

- генноинженерные штаммы – использование клеток E. coli, в геном которой встраивают человеческий ген и клетки начинают синтезировать интерферон.

По степени опасности вирусные инфекции делятся на 4 группы:

1. - вирусы Эбола;

- вирусы натуральной оспы;

- вирусы пневмонии;

2. - вирусы бешенства;

- ВИЧ;

- вирусы гепатита А, В…

3. - вирусы гриппа;

- вируса полилмиелита;

4. - цитомигаловирусы;

- онковирусы.

Пути распространения вирусов:

- воздушно-капельный путь (дыхание, капли, пиль);

- орально-фекальный (болезни грязных рук, энтеровирусы, гепатит А);

- парантеральный (через кровь, гепатиты В, С, D);

- половой (ВИЧ, гервпес);

- через кожу и коньюктиву глаза (оспа, гепатит В, герпес);

- трансмиссивный (через переносчиков, тиф, ВИЧ);

- вертикальный (от матери к плоду, краснуха, цитомигаловирусы, герпес, ВИЧ).