Вирусы

– Мелкие бактериофаги (с несегментированной РНК).

2. Линейная  одноцепочечная кРНК (минус–цепь, порядок  нуклеотидов комплементарен по  отношению к мРНК). Минус–цепь  не может служить для трансляции  и используется как матрица  для синтеза плюс–цепи. Плюс-цепь  служит для трансляции вирусных  белков и используется как матрица для синтеза вирусной кРНК. Вегетативно-репродуктивная фаза этих вирусов также протекает в цитоплазме.

– Вирусы гриппа А, В, С. Вирус гриппа А содержит минус-цепь РНК, состоящую из 8 фрагментов. Фрагменты РНК связаны с вирусными белками и образуют спиральный нуклеокапсид. Поверх нуклеокапсида располагается гликолипопротеиновый суперкапсид. В составе вириона 10 белков. В состав суперкапсида входит два белка, определяющих антигенные свойства вируса: гемагглютинин и нейраминидаза. Кроме того, в состав вириона входит уже готовая РНК-репликаза, обеспечивающая синтез плюс-цепи на матрице минус-цепи.

– Вирусы паротита (свинки), кори, чумы плотоядных животных (чумки). Сферический вирион средних размеров. Имеется дополнительная липопротеиновая оболочка.

3. Линейная  двухцепочечная РНК 

– Мелкие бактериофаги. Вирионы мелкие, сферические  или в виде икосаэдра. Капсид белковый.

– Вирусы полиэдроза насекомых. Вирионы мелкие, сферические или в виде икосаэдра. Капсид белковый. Используются в биотехнологии (для синтеза интерферона).

– Реовирусы  птиц, млекопитающих и человека. Вирионы мелкие, сферические или  в виде икосаэдра. Капсид белковый. Вызывают ОРВИ, желудочно-кишечные заболевания. РНК фрагментированная (10...11 фрагментов), кодирует 11 белков.

4. Две  линейные одноцепочечные одинаковые  молекулы мРНК длиной около  10 тн. Ретровирусы. Способны интегрироваться  в ДНК. В состав вирионов  входит фермент обратная транскриптаза  (ревертаза). Имеется дополнительная  липопротеиновая оболочка. Многие  ретровирусы вызывают онкологические заболевания: лейкозы, саркомы, опухоли молочных желез. К ретровирусам относится и вирус иммунодефицита человека, вызывающий СПИД.

– Вирус  иммунодефицита человека (ВИЧ). Содержит одну плюс-цепь РНК, кодирует 13 белков. Сферический вирион. Имеется дополнительная липопротеиновая оболочка, включающая фрагменты мембран человека. Избирательно поражает Т–лимфоциты.   

ВИЧ. СПИД. Профилактика СПИДа

      ВИЧ – это вирус иммунодефицита человека, который вызывает тяжелое неизлечимое  заболевание – синдром приобретенного иммунодефицита (СПИД). СПИД – это заболевание иммунной системы, которое проявляется в том, что безопасные для здорового человека микроорганизмы приобретают способность вызывать тяжелые инфекционные заболевания. Кроме того, СПИДу сопутствуют некоторые онкологические заболевания.

      В организме человека ВИЧ избирательно поражает строго определенный тип лимфоцитов – Т4–лимфоциты (Т–хелперы), отвечающие за распознавание чужеродных антигенов. У здорового человека титр (концентрация) Т4–лимфоцитов составляет 800 клеток на 1 мл крови, но при заболевании СПИДом этот показатель снижается до 100.

      ВИЧ относится к ретровирусам. Его  геном представлен линейной одноцепочечной молекулой РНК (это плюс–цепь, или  мРНК). ВИЧ – это сложный вирус. В состав вириона входит нуклеокапсид (собственно вирион) и внешняя липопротеиновая оболочка. В состав нуклеокапсида входит РНК (две молекулы) и 13 вирусных белков, в том числе, и обратная транскриптаза (ревертаза). В состав липопротеиновой оболочки вириона входят фрагменты мембран погибших лимфоцитов, содержащие комплекс из двух особых белков: гликопротеидов gp41 и gp120. Белок gp120 распознает Т–лимфоциты, а белок gp41 «пробивает» мембрану Т–лимфоцита и обеспечивает проникновение нуклеокапсида в клетку.

      В инфицированной клетке на матрице вирусной РНК с помощью вирусной обратной транскриптазы синтезируется минус–цепь ДНК, а на ней – плюс–цепь ДНК. Вирусная РНК при этом разрушается. Образовавшаяся двухцепочечная ДНК встраивается в определенный участок одной из хромосом клетки хозяина. Интегрированная ДНК-копия вирусного генома представляет собой провирус. В таком состоянии ретровирус может долгое время сосуществовать с инфицированным организмом – вирусоносителем. Однако, получив определенные молекулярные сигналы, с провирусной ДНК инициируется транскрипция вирусной мРНК, а с нее – синтез вирусных белков. Затем происходит самосборка множества вирусных частиц и их выход из клетки. Клетка хозяина (лимфоцит) погибает, а часть ее мембран образует липопротеиновую оболочку вируса. Гибель Т-хелперов и приводит к развитию СПИДа.

     Структура вириона неикосаэдрического оболочечного вируса на примере ВИЧ. Цифрами обозначены: (1) РНК-геном вируса, (2) нуклеокапсид, (3) капсид, (4) белковый матрикс, подстилающий (5) липидную мембрану, (6) gp120 — гликопротеин, с помощью которого происходит связывание вируса с клеточной мембраной, (7) gp41 — трансмембранный гликопротеин. Цифрами 8—11 обозначены белки, входящие в состав вириона и необходимые вирусу на ранних стадиях инфекции: (8) — интеграза, (9) — обратная транскриптаза, (10) — Vif, Vpr, Nef и p7, (11) — протеаза.

        Выявление вирусоносителей.

  Мембраны  погибших клеток защищают вирусные частицы  от иммунной системы человека, однако антитела к ВИЧ все же вырабатываются. Однако выработка этих антител происходит медленнее, чем репродукция вируса, и они не обеспечивают самоизлечение организма. Обнаруживаются антитела к ВИЧ только через 3...6 месяцев после заражения. По наличию антител удается выявить вирусоносителей. Для этого к образцу крови добавляют вирусный антиген в соединении с ферментом, катализирующим цветную реакцию с антителом. Этот метод называется иммуноферментным анализом (ИФА). Для получения антигенов к антителам используют или наработанный на культуре клеток и очищенный ВИЧ, либо его отдельные белки, синтезированные методами генетической инженерии в клетках бактерий и дрожжей.

  Для более раннего обнаружения СПИДа  в донорской крови используют метод полимеразной цепной реакции (ПЦР), позволяющий выявить провирусную ДНК в клетках крови. 

  Пути  передачи ВИЧ. Вне человеческого  организма ВИЧ существовать не может. Поэтому источником ВИЧ-инфекции является только человек – больной СПИДом или бессимптомный вирусоноситель. У такого человека ВИЧ обнаруживается в крови, сперме, грудном молоке, секрете шейки матки и других жидкостях. Для заражения другого человека перечисленные жидкости должны попасть во внутреннюю среду организма.

  К основным способам заражения относятся: передача через донорскую кровь и при повторном использовании шприцев (вероятность заражения практически 100%), половые контакты (вероятность заражения 10...70%), передача от матери к ребенку до или во время родов (вероятность 25...50%) или при вскармливании зараженным молоком. ВИЧ-инфекция не передается при обычном общении между людьми.

  Первоначально основным путем заражения ВИЧ  служили половые контакты (особенно гомосексуальные). Однако с середины 1990-х гг. наибольшую опасность представляет повторное использование шприцев  в среде наркоманов. 

  Основные  стадии развития СПИДа. Первая стадия протекает бессимптомно и длится 6...12 месяцев. В это время происходит размножение ВИЧ, которое вскоре затухает. Вторая стадия длится до 3...5 лет. На этой стадии происходит некоторое  уменьшение количества Т-лимфоцитов, однако и количество вирусных частиц тоже снижается; самочувствие больного еще хорошее. На третьей, четвертой и пятой стадии количество вирусных частиц возрастает, а количество Т-лимфоцитов уменьшается настолько, что иммунная система не может нормально функционировать, развиваются различные инфекции: хронический герпес, молочница слизистой рта и другие грибковые заболевания. Суммарная продолжительность этих стадий около 3 лет. На шестой стадии количество вирусных частиц достигает максимума, а титр (количество) Т-лимфоцитов становится минимальным – меньше 100 клеток на 1 мл крови. Развиваются хронические инфекции (например, тяжелая пневмония), которые приводят к смерти. Шестая стадия продолжается не более 2 лет и является собственно СПИДом.  

  СПИД  – это неизлечимое заболевание.

  Имеющиеся методы лечения несколько продлевают продолжительность жизни ВИЧ–инфицированных людей. Имеющиеся лекарственные  препараты задерживают развитие СПИДа, однако ни одного случая полного  излечения неизвестно.  
 

       ФИЛОГЕНЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗА ГЕНОМОВ ВИРУСОВ.

       Филогенетический  анализ молекулярных данных является одним из подходов к теоретическому изучению структуры и функции  генетических макромолекул (РНК, ДНК, белков) и их эволюционного преобразования. Основная цель филогенетического анализа - изучение эволюционного порядка дивергенции последовательностей генов и белков или их частей, а также восстановление списков эволюционных событий (замен нуклеотидов, делеций и вставок) в предковых линиях этих макромолекул.

       Основным инструментом филогенетического анализа является сравнение близких по структуре или по функции генов или белков, и прежде всего, сравнение их первичных последовательностей.

       Важнейшим свойством функционально значимых структур макромолекул является их эволюционный консерватизм. Чем меньше функциональная важность отдельных участков генов, тем больше они имеют тенденцию к эволюционной изменчивости. Так, например, псевдогены по-видимому полностью утратили функциональную активность. Для них характерно быстрое накопление в ходе эволюции различных замен, делеций и вставок, разрушающих исходную структуру гена. С другой стороны, гистоны Н4, играющие важную роль в упаковке хроматина, почти не изменялись на протяжении всей эволюции животных.

       Консервативность  генов позволяет выявить отдаленное родство между их представителями, давно разошедшимися в ходе эволюции и выполняющими иногда разные функции. Однако для филогенетического анализа необходимо и наличие определенного уровня изменчивости генов. Мутации, делеции и вставки являются своего рода метками, благодаря которым удается восстановить пути эволюции современных форм макромолекул. Гены с разной величиной консервативности пригодны для изучения разных эволюционных уровней. Сильно консервативные гены и их продукты (гистоны, тРНК) нельзя , например, использовать для исследования эволюции отрядов и более мелких таксонов, но с успехом можно применять для изучения эволюции более крупных таксонов. Сильно вариабельные гены, наоборот, дают хорошее разрешение лишь на поздних эволюционных этапах. 

             В последнее время  метод полимеразной цепной реакции (ПЦР) с последующим анализом нуклеотидной последовательности широко используется для точной идентификации вирусов  и определения их родства в  отношении других штаммов. Для сравнительной характеристики геномов различных штаммов вирусов также проводят рестрикционный анализ ПЦР-продуктов. Обычно для построения филогенетического дерева используются данные последовательностей нуклеиновых кислот. Филогенетическое дерево очень ясно показывает родство между вирусами, если анализируется большое количество изолятов. Для этих целей существует много компьютерных программ. Наиболее популярные пакеты программ- PHYLIP(PHYLogeny Inference Package), PAUP(Phylogentic Analysis Using Parsimong),CLUSTAL и MEGA.

             Для филогенетического  анализа особенно интересны РНК-содержащие вирусы, которые существуют как гетерогенные популяции. Их геном более генетически  пластичен, чем геном ДНК-содержащих вирусов.

             Так, геном вируса бешенства, который относится к  роду Lyssavirus семейства Rhabdoviridae, представлен одноцепочечной негативной РНК длиной около 12000 пар оснований (п.о) , кодирующей пять основных белков.

             Белки подразделяются на три функциональные группы: оболочечные (G ,M) нуклеокапсидный (N) и РНК-полимеразный комплекс, состоящий из L и NS белков. Белки N,NS и L вместе с вирионной РНК образуют нуклеокапсид , который окружен мембраной, содержащей трансмембранный гликопротеин G , ответственный за антигенные свойства вируса. Существование псевдогена y между G и L цистронами , является отличительной особенностью вируса бешенства от вируса везикулярного стоматита.

             N-ген лиссавирусов, как показало клонирование и  секвенирование, является наиболее  консервативным по своей структуре  из всех генов вируса бешенства. 

             Mannen K.et al, в 1991 г.  определили большую зависимость  различий в N-гене от географической  локализации, чем от хозяйской  специфичности. В Онтарио вирус  бешенства, который описан как  единственный “Арктический” тип,  разделили на четыре основных  типа. Эти типы филогенетически разветвляются на две основные ветви , одна из которых состовляет один тип, вторая три основных типа, что отражает историческое передвижение вируса в регионе от середины к концу 50-х гг. Эпизоотия передвигалась на юг Онтарио с севера и Квебека. Изменения в последовательности N-гена , определенных для 4-х вирусных типов, могут представлять генетический маркер для более существенных изменений в других частях вирусного генома.