Viry- nejmenší patogeny infekčních chorob. Virus(lat. virus- „jed“) je nebuněčný infekční agens, který se může množit pouze uvnitř živých buněk. Až do konce 19. stol. termín "virus" se v medicíně používal k označení jakéhokoli infekčního agens, který způsobuje onemocnění. Toto slovo získalo svůj moderní význam po roce 1892, kdy ruský botanik D.I. Ivanovský prokázal „filtrovatelnost“ původce onemocnění tabákové mozaiky (tabákové mozaiky). Ukázal, že buněčná míza z rostlin infikovaných touto chorobou, prošlá speciálními filtry, které zadržují bakterie, si zachovává schopnost způsobit stejnou chorobu u zdravých rostlin. O pět let později objevil německý bakteriolog F. Loeffler další filtrovatelné činidlo - původce slintavky a kulhavky skotu. V roce 1898 holandský botanik M. Beijerinck zopakoval tyto experimenty v rozšířené verzi a potvrdil Ivanovského závěry. Nazval „filtrovatelný jedovatý princip“, který způsobuje tabákovou mozaiku, „filtrovatelný virus“. Tento výraz se používá již řadu let a postupně se zkracuje na jedno slovo – „virus“.
V roce 1901 americký vojenský chirurg W. Reed a jeho kolegové zjistili, že původcem žluté zimnice je také filtrovatelný virus. Žlutá zimnice byla první lidskou nemocí označenou jako virová, ale trvalo dalších 26 let, než byl její virový původ definitivně prokázán.
-Viry- nejjednodušší forma života, mikroskopická částice sestávající z molekul nukleové kyseliny (DNA nebo RNA) uzavřených v proteinovém obalu (kapsida) a schopná infikovat živé organismy. Jejich velikosti se pohybují od 20 do 300 nm. Genetický materiál je reprezentován jednou molekulou nukleové kyseliny (DNA nebo RNA), která není spojena s proteiny. Molekulová hmotnost DNA (RNA) se pohybuje od 3,106 do 5,106. Nukleová kyselina virů může být jednovláknová nebo dvouvláknová (kruhová nebo lineární). Po vstupu do hostitelské buňky se nukleová kyselina viru pomocí buněčného enzymového systému začne replikovat a syntetizovat specifické proteiny a nové virové částice.
-Od ostatních Infekční agens viry se odlišují kapsidou. Viry, až na vzácné výjimky, obsahují pouze jeden typ nukleové kyseliny: buď DNA nebo RNA.
Velikosti – od 15 do 2000 nm (některé rostlinné viry). Největší mezi zvířecími a lidskými viry je původce neštovic – až 450 nm.
Jednoduchý viry mají obálku - kapsid, který se skládá pouze z proteinových podjednotek ( kapsomery). Kapsomery většiny virů mají šroubovicovou nebo kubickou symetrii. Viriony se šroubovicovou symetrií jsou tyčovitého tvaru. Většina virů, které infikují rostliny, je postavena podle spirálního typu symetrie. Většina virů, které infikují lidské a zvířecí buňky, má kubický typ symetrie.
Komplexní viry
Komplex viry mohou být navíc pokryty lipoproteinovou povrchovou membránou s glykoproteiny, které jsou součástí plazmatické membrány hostitelské buňky (například viry neštovic, hepatitida B), tzn. superkapsida. Pomocí glykoproteinů jsou na povrchu membrány hostitelské buňky rozpoznány specifické receptory a virová částice se na ně naváže. Sacharidové oblasti glykoproteinů vyčnívají nad povrch viru ve formě špičatých tyčinek. Dodatečný obal může splynout s plazmatickou membránou hostitelské buňky a usnadnit pronikání obsahu virové částice hluboko do buňky. Další obaly mohou obsahovat enzymy, které zajišťují syntézu virových nukleových kyselin v hostitelské buňce a některé další reakce.
Bakteriofágy mají poměrně složitou strukturu. Jsou klasifikovány jako komplexní viry. Například bakteriofág T4 se skládá z rozšířené části - hlavy, výběžku a ocasních vláken. Hlava se skládá z kapsidy, která obsahuje nukleovou kyselinu. Proces zahrnuje límec, dutý dřík obklopený kontraktilním pouzdrem připomínajícím prodlouženou pružinu a bazální desku s ocasními trny a filamenty.
Klasifikace virů
Klasifikace virů je založena na symetrii virů a přítomnosti nebo nepřítomnosti vnějšího obalu.
| Deoxyviry | Riboviry | ||
| DNA dvouvláknová | DNA jednovláknové | RNA dvouvláknová | RNA jednovláknové |
| Typ kubické symetrie: – bez vnějších obalů (adenoviry); - s vnějšími membránami (herpes) | Typ kubické symetrie: – bez vnějších membrán (některé fágy) | Typ kubické symetrie: – bez vnějších obalů (retroviry, viry nádorů rostlin) | Typ kubické symetrie: – bez vnějších obalů (enteroviry, poliovirus) Typ spirálové symetrie: – bez vnějších obalů (virus tabákové mozaiky); – s vnějšími membránami (chřipka, vzteklina, onkogenní viry obsahující RNA) |
| Smíšený typ symetrie (T-párové bakteriofágy) | |||
| Bez určitého typu symetrie (neštovice) | |||
Viry vykazují životně důležitou aktivitu pouze v buňkách živých organismů. Jejich nukleová kyselina je schopna způsobit syntézu virových částic v hostitelské buňce. Mimo buňku viry nejeví známky života a jsou tzv viriony.
Životní cyklus viru se skládá ze dvou fází: extracelulární(virion), ve kterém nevykazuje známky vitální činnosti, a intracelulární. Virové částice mimo tělo hostitele po nějakou dobu neztrácejí svou schopnost infikovat. Například virus dětské obrny může zůstat infekční několik dní a neštovice měsíce. Virus hepatitidy B ji zadržuje i po krátkodobém varu.
Aktivní procesy některých virů se vyskytují v jádře, jiné v cytoplazmě a u některých jak v jádře, tak v cytoplazmě.
Typy interakce mezi buňkami a viry
Existuje několik typů interakcí mezi buňkami a viry:
- Výrobní – nukleová kyselina viru indukuje v hostitelské buňce syntézu vlastních látek s tvorbou nové generace.
- Abortivní – reprodukce je v určité fázi přerušena a netvoří se nová generace.
- Virogenní – nukleová kyselina viru je integrována do genomu hostitelské buňky a není schopná reprodukce.
Zástupci nebuněčných forem života jsou viry – drobné částice, které pronikají dovnitř buňky. Obor mikrobiologie, který studuje viry, se nazývá virologie.
obecný popis
Viry se nacházejí v atmosféře, půdě a vodě. Existují viry rostlin, zvířat, hub a bakterií. Viry, které infikují bakterie, se nazývají bakteriofágy. Existují satelity, které vstupují do buňky pouze tehdy, pokud je v ní další virus.
Rýže. 1. Bakteriofág.
Většina virů způsobuje infekce, některé typy nemají žádný viditelný účinek. Jedním ze zajímavých faktů je přítomnost virových zbytků v lidské DNA.
Viry mají různé tvary (kuličky, spirály, tyčinky) a nejmenší velikosti - 20-300 nm (1 milion nm v 1 mm). Největší viry jsou mimiviry o průměru 500 nm. Napodobují strukturu a aktivitu bakterií a někteří vědci považují mimiviry za přechodnou formu od virů k bakteriím.
Rýže. 2. Mimiviry.
Stručný popis virů a jejich odlišností od živé a neživé hmoty je uveden v tabulce.
TOP 4 článkykteří spolu s tím čtou
Viry jsou klasifikovány do samostatné říše a klasifikovány do pěti taxonů. Většina virů dosud nebyla studována a klasifikována.
Moderní klasifikace zahrnuje:
- 9 čet;
- 127 rodin;
- 44 podrodin;
- 782 rodů;
- 4686 druhů.
Biolog David Baltimore v roce 1971 vyvinul alternativní klasifikaci virů založenou na charakteristikách genetické informace. Baltimore rozlišil, jaké typy virů existují, na základě obsahu RNA nebo DNA.
Jeho klasifikaci lze sloučit do tří velkých skupin:
- DNA viry;
- RNA viry;
- Viry, které přeměňují RNA na DNA.
Hlavní typy virů v biologii podle Baltimora jsou uvedeny v tabulce.
|
název |
třída Baltimore |
Zvláštnosti |
Příklady |
|
DNA viry |
Dvouřetězcová DNA. Reprodukce v buněčném jádře |
Neštovice, herpes, viry papilomů |
|
|
Jednovláknová DNA. Reprodukce v jádře |
Parvoviry |
||
|
DNA je jak dvouvláknová, tak jednovláknová |
Virus hepatitidy B |
||
|
RNA viry |
Dvouřetězcová RNA. Reprodukce v cytoplazmě |
Reoviry, rotaviry |
|
|
Jednovláknová messenger RNA (plus vlákno) |
Pikornaviry, flaviviry |
||
|
Jednovláknová RNA, která nenese žádnou informaci (mínus vlákno) |
Orthomyxoviry, filoviry |
||
|
RNA a DNA |
Jednovláknová RNA (plus vlákno) se mění na DNA |
Retroviry (HIV) |
Viry jsou struktury, které mění DNA buňky a způsobují, že buňka produkuje nové viry. Když je virů příliš mnoho, protrhnou buněčnou membránu, vyjdou ven a infikují nové buňky. Někdy buňku nezabijí, ale vyrazí z ní.
Rýže. 3. Virus, který napadne buňku.
co jsme se naučili?
Ze zprávy z 5.–6. ročníku jsme se dozvěděli o struktuře, vlastnostech a klasifikaci virů. Nelze je klasifikovat ani jako živou přírodu, ani jako neživou hmotu. Ve struktuře jsou viry proteiny, které nesou dědičnou informaci integrovanou do živé buňky. Biolog Baltimore identifikoval sedm tříd virů v závislosti na strukturálních rysech genetického materiálu.
Test na dané téma
Vyhodnocení zprávy
Průměrné hodnocení: 4.6. Celková obdržená hodnocení: 640.
Přednáška č. 5. Obecná virologie. Klasifikace, struktura a rysy biologie virů. Bakteriofágy.
Objev virů D. I. Ivanovský v roce 1892 položil základ pro rozvoj vědy virologie. Jeho rychlejší vývoj napomohl vynález elektronového mikroskopu a vývoj metody kultivace mikroorganismů v buněčných kulturách.
V současné době je virologie rychle se rozvíjející vědou, což je způsobeno řadou důvodů:
Vedoucí úloha virů v lidské infekční patologii (příklady jsou virus chřipky, virus lidské imunodeficience HIV, cytomegalovirus a další herpetické viry) na pozadí téměř úplné absence specifické chemoterapie;
Využití virů k řešení mnoha základních otázek v biologii a genetice.
Základní vlastnosti virů (a plazmidů), v čem se liší od zbytku živého světa.
1.Ultramikroskopické rozměry (měřeno v nanometrech). Velké viry (virus neštovic) mohou dosáhnout velikosti 300 nm, malé - od 20 do 40 nm. 1 mm = 1 000 um, 1 um = 1 000 nm.
3.Viry nejsou schopny růstu a binárního štěpení.
4. Viry se množí tak, že se reprodukují v infikované hostitelské buňce pomocí své vlastní genomové nukleové kyseliny.
6. Biotopem virů jsou živé buňky - bakterie (jedná se o bakteriální viry nebo bakteriofágy), rostlinné, zvířecí a lidské buňky.
Všechny viry existují ve dvou kvalitativně odlišných formách: extracelulární- virion a intracelulární virus. Taxonomie těchto zástupců mikrokosmu je založena na vlastnostech virionů, konečné fázi vývoje viru.
Struktura (morfologie) virů.
1.Genom viru tvoří nukleové kyseliny, představované jednovláknovými molekulami RNA (u většiny RNA virů) nebo dvouvláknovými molekulami DNA (ve většině DNA virů).
2.Capsid- proteinový obal, ve kterém je zabalena genomová nukleová kyselina. Kapsida se skládá z identických proteinových podjednotek - kapsomery. Existují dva způsoby, jak zabalit kapsomery do kapsidy – šroubovicový (helikální viry) a krychlový (kulovité viry).
Se spirálovou symetrií proteinové podjednotky jsou uspořádány do spirály a mezi nimi, rovněž spirálovitě, je rozložena genomová nukleová kyselina (vláknité viry). S kubickým typem symetrie viriony mohou být ve formě mnohostěnů, nejčastěji dvacetistěnů - Ikosahedry.
3.Simply navržené viry mají pouze nukleokapsid, tj. komplex genomu s kapsidou se nazývá „nahý“.
4. Jiné viry mají na vršku kapsidy další membránu podobnou skořápku, kterou virus získal v době výstupu z hostitelské buňky - superkapsida. Takové viry se nazývají „oblečené“.
Kromě virů existují ještě jednodušeji organizované formy agens schopných přenosu – plazmidy, viroidy a priony.
Hlavní fáze interakce mezi virem a hostitelskou buňkou.
1.Adsorpce je spouštěcí mechanismus spojený s interakcí charakteristický receptory viru a hostitele (u viru chřipky - hemaglutinin, u viru lidské imunodeficience - glykoprotein gp 120).
2. Penetrace - fúzí superkapsidy s buněčnou membránou nebo endocytózou (pinocytózou).
3.Uvolnění nukleových kyselin - „svlečení“ nukleokapsidu a aktivace nukleové kyseliny.
4. Syntéza nukleových kyselin a virových proteinů, tzn. podřízení systémů hostitelských buněk a jejich práce pro reprodukci viru.
5. Sestavení virionu - asociace replikovaných kopií virové nukleové kyseliny s kapsidovým proteinem.
6. Výstup virových částic z buňky, získání superkapsidy obalenými viry.
Výsledky interakce virů s hostitelskou buňkou.
1.Proces potratu- když jsou buňky osvobozeny od viru:
Při infekci vadný virus, jehož replikace vyžaduje pomocný virus, je samostatná replikace těchto virů nemožná (tzv. viroidy). Například virus hepatitidy delta (D) se může replikovat pouze v přítomnosti viru hepatitidy B, jeho Hbs - antigenu, adeno-asociovaného viru - v přítomnosti adenoviru);
Když virus infikuje buňky, které jsou vůči němu geneticky necitlivé;
Když jsou citlivé buňky infikovány virem za nepermisivních podmínek.
2.Produktivní proces- replikace (produkce) virů:
- smrt (lýzu) buněk(cytopatický efekt) - výsledek intenzivní reprodukce a tvorby velkého množství virových částic - charakteristický výsledek produktivního procesu způsobeného viry s vysokou cytopatogenitou. Cytopatický účinek na buněčné kultury u mnoha virů je dosti rozpoznatelné specifické povahy;
- stabilní interakce, která nevede k buněčné smrti (perzistentní a latentní infekce) – tzv virová transformace buňky.
3.Integrační proces- integrace virového genomu s genomem hostitelské buňky. Jedná se o speciální verzi produktivního procesu podobného stabilní interakci. Virus se replikuje spolu s genomem hostitelské buňky a může zůstat latentní po dlouhou dobu. Pouze DNA viry se mohou integrovat do genomu hostitelské DNA (princip „DNA-in-DNA“). Jediné RNA viry schopné integrace do genomu hostitelské buňky, retroviry, k tomu mají speciální mechanismus. Zvláštností jejich reprodukce je syntéza provirové DNA na bázi genomové RNA pomocí enzymu reverzní transkriptázy s následnou integrací DNA do hostitelského genomu.
Základní metody kultivace virů.
1.V těle laboratorních zvířat.
2. U kuřecích embryí.
3. V buněčných kulturách - hlavní metoda.
Typy buněčných kultur.
1.Primární (trypsinizované) kultury- fibroblasty kuřecích embryí (CHF), lidské fibroblasty (CHF), buňky ledvin různých zvířat atd. Primární kultury se získávají z buněk různých tkání nejčastěji drcením a trypsinizací a používají se jednorázově, tzn. Vždy je nutné mít vhodné orgány nebo tkáně.
2.Diploidní buněčné linie vhodné pro opakované rozptylování a růst, obvykle ne více než 20 pasáží (ztrácejí své původní vlastnosti).
3.Propojené linky(heteroploidní plodiny), jsou schopné opakovaného rozptylování a roubování, tzn. na více pasáží, nejvhodnější ve virologické práci - například nádorové buněčné linie Hela, Hep atd.
Speciální živná média pro buněčné kultury.
Používá se řada syntetických virologických živných médií komplexního složení, včetně velkého souboru různých růstových faktorů – médium 199, Needle, Hanksův roztok, hydrolyzát laktalbuminu. Do médií se přidávají stabilizátory pH (Hepes), krevní sérum různých druhů (za nejúčinnější je považováno fetální telecí sérum), L-cystein a L-glutamin.
V závislosti na funkčním využití prostředí může být výška(s vysokým obsahem krevního séra) - používají se pro pěstování buněčných kultur před přidáním virových vzorků, a podpůrný(s menším obsahem séra nebo bez séra) - pro udržování buněčných kultur infikovaných virem.
Detekovatelné projevy virové infekce buněčných kultur.
1. Cytopatický účinek.
2. Identifikace inkluzních tělísek.
3. Detekce virů fluorescenčními protilátkami (MFA), elektronová mikroskopie, autorradiografie.
4. Barevný test. Obvyklá barva použitého kultivačního média obsahujícího fenolovou červeň jako indikátor pH za optimálních podmínek buněčné kultivace (pH přibližně 7,2) je červená. Reprodukce buněk mění pH a podle toho i barvu média z červené na žlutou v důsledku posunu pH na kyselou stranu. Když se viry množí v buněčných kulturách, dochází k buněčné lýze a pH a barva média se nemění.
5. Detekce virového hemaglutininu - hemadsorpce, hemaglutinace.
6.Metoda plaků (tvorba plaku). V důsledku cytolytického účinku mnoha virů na buněčné kultury se vytvářejí zóny hromadné buněčné smrti. Jsou detekovány plaky - virové „buněčně negativní“ kolonie.
Názvosloví virů.
Název rodiny virů končí na „viridae“, rod - „virus“, pro druh se obvykle používají speciální názvy, například virus zarděnek, virus lidské imunodeficience - HIV, virus lidské parainfluenzy typu 1 atd.
Bakteriální viry (bakteriofágy).
Přirozeným prostředím fágů je bakteriální buňka, takže fágy jsou distribuovány všude (například v odpadních vodách). Fágy mají biologické vlastnosti, které jsou také charakteristické pro jiné viry.
Morfologicky nejběžnější typ fágů je charakterizován přítomností ikosaedrické hlavice, výběžku (ocasu) se spirální symetrií (má často dutou tyčinku a kontraktilní pouzdro), trnů a výběžků (filament), tzn. navenek poněkud připomínají spermie.
Interakce fágů s buňkou (bakterií) je přísně specifická, tzn. bakteriofágy jsou schopny infikovat pouze určité druhy a fagotypy bakterie.
Hlavní fáze interakce mezi fágy a bakteriemi.
1.Adsorpce (interakce specifických receptorů).
2. Zavedení virové DNA (fágová injekce) se provádí lýzou části buněčné stěny látkami, jako je lysozym, stažením pláště, protlačením ocasní tyče přes cytoplazmatickou membránu do buňky a injekcí DNA do cytoplazmy. .
3. Reprodukce fágů.
4. Výstup dceřiných populací.
Základní vlastnosti fágů.
Rozlišovat virulentní fágy, schopný způsobit produktivní formu procesu, a mírné fágy způsobující redukční fágovou infekci (redukce fágů). V druhém případě se fágový genom v buňce nereplikuje, ale je zaveden (integrován) do chromozomu hostitelské buňky (DNA v DNA), fág se změní na profág Tento proces se nazývá lysogeneze. Pokud v důsledku zavedení fága do chromozomu bakteriální buňky získá nové dědičné vlastnosti, nazývá se tato forma bakteriální variability tzv. lysogenní (fágová) konverze. Bakteriální buňka nesoucí ve svém genomu profág se nazývá lysogenní, protože profág, pokud je narušena syntéza speciálního represorového proteinu, může vstoupit do lytického vývojového cyklu a způsobit produktivní infekci s lýzou bakterie.
Mírné fágy jsou důležité při výměně genetického materiálu mezi bakteriemi - v transdukci(jedna z forem genetické výměny). Například pouze původce záškrtu má schopnost produkovat exotoxin, do jehož chromozomu je integrován střední profág nesoucí operon tox, zodpovědný za syntézu difterického exotoxinu. Mírný fágtoxzpůsobuje lysogenní přeměnu netoxigenního difterického bacilu na toxigenní.
Podle spektra působení U bakterií se fágy dělí na:
Polyvalentní (lýze blízce příbuzných bakterií, jako je salmonela);
Monovalentní (lyzovat bakterie jednoho typu);
Typově specifické (lyzovat pouze určité fágové produkty patogenu).
Na pevném médiu jsou fágy častěji detekovány pomocí spot testu (vznik negativní skvrny během růstu kolonie) nebo metodou agarové vrstvy (Gracia titrace).
Praktické využití bakteriofágů.
1.K identifikaci (určení fagotypu).
2.Pro fágovou profylaxi (zastavení vzplanutí).
3.Pro fágovou terapii (léčba dysbakteriózy).
4.Posoudit hygienický stav prostředí a epidemiologický rozbor.
Struktura
Příklady ikosaedrických virionových struktur.
A. Virus, který nemá lipidový obal (například pikornavirus).
B. Obalený virus (např. herpesvirus).
Čísla označují: (1) kapsidu, (2) genomovou nukleovou kyselinu, (3) kapsomeru, (4) nukleokapsidu, (5) virion, (6) lipidový obal, (7) proteiny membránového obalu.
Klasifikace
četa ( -virales) Rodina ( -viridae) Podrodina ( -virinae) Rod ( -virus) Pohled ( -virus)Baltimorská klasifikace
Nositel Nobelovy ceny, biolog David Baltimore, navrhl vlastní klasifikační schéma pro viry založené na rozdílech v mechanismu produkce mRNA.Tento systém zahrnuje sedm hlavních skupin:
- (I) Viry, které obsahují dvouvláknovou DNA a nemají stádium RNA (například herpesviry, poxviry, papovaviry, mimiviry).
- (II) Dvouřetězcové RNA viry (např. rotaviry).
- (III) Viry obsahující molekulu jednořetězcové DNA (např. parvoviry).
- (IV) Viry obsahující jednořetězcovou molekulu RNA s pozitivní polaritou (například pikornaviry, flaviviry).
- (V) Viry obsahující jednořetězcovou molekulu RNA negativní nebo dvojité polarity (například orthomyxoviry, filoviry).
- (VI) Viry obsahující jednořetězcovou molekulu RNA a mající ve svém životním cyklu fázi syntézy DNA na templátu RNA, retroviry (například HIV).
- (VII) Viry obsahující dvouvláknovou DNA a mající ve svém životním cyklu fázi syntézy DNA na templátu RNA, retroidní viry (například virus hepatitidy B).
V současné době se oba systémy používají současně ke klasifikaci virů, jako vzájemně se doplňující.
Další dělení se provádí na základě takových charakteristik, jako je struktura genomu (přítomnost segmentů, kruhová nebo lineární molekula), genetická podobnost s jinými viry, přítomnost lipidové membrány, taxonomická příslušnost hostitelského organismu a tak dále.
Příběh
Aplikace virů
Odkazy
- Článek „Nobelův výbor byl zasažen viry“. Noviny "Kommersant" č. 181 (3998) ze dne 10.07.2008.
Literatura
- Mayo M.A., Pringle C.R. Taxonomie virů - 1997 // Journal of General Virology. - 1998. - č. 79. - S. 649-657.
