Презентация на тему Морфология, структура, химический состав вирусов, их классификация. Особенности патогенеза вирусных инфекций. (Тема 3)

способная инфицировать клетки живых организмов.
Все вирусы существуют в двух качественно

разных формах: внеклеточной - вирион и внутриклеточной - вирус.

наука не существовала, а все исследования носили эмпирический характер.

В это время Л. Пастер занимается бешенством. Создав первую вакцину против вирусного заболевания, он, однако, не раскрыл сущности вирусов.
В последующем английским врачом Э. Дженнером предложена вакцина против оспы людей как метода иммунизации людей против этого заболевания.

Исторический очерк

в 1892 году Д.И. Ивановский. На заседании Российской академии

наук он сообщил, что возбудителем мозаичной болезни табака является фильтрующийся вирус. Эту дату можно считать днем рождения вирусологии, а Д.И. Ивановского - ее основоположником.

Д. И. Ивановский (1863—1920)

все лейкозные вирусы.
В 1933 году был открыт вирус

гриппа А,
в 1934 году – вирус гриппа В.
В конце 40-х годов был разработан метод культивирования вирусов в клеточных культурах.
В 1952 году Эндерс, Уэллер и Роббинс были удостоены Нобелевской премии за разработку методов культивирования вирусов.
Это позволило:
выделять новые вирусы,
их идентифицировать,
изучать их взаимодействие с клеткой

технологию производства вакцин – сначала убитой, а затем живой

аттенуированной.
Вакцина против полиомиелита стала первой культуральной вакциной.
В 50-х годах наши исследователи Чумаков и Смородинцев приняли участие в разработке вакцины против полиомиелита, которая проводилась в рамках международного сотрудничества в области медицины.
В результате в 1959 году была проведена массовая иммунизация детей в нашей стране.

одновременно Темин (США) открыли обратную транскриптазу в составе РНК-содержащих

онкогенных вирусов.
Это фермент, с помощью которого РНК переписывается на ДНК (РНК-зависимая ДНК-полимераза); появилась возможность получения ДНК-копии на матрице вирусной РНК.

В 1972 году П. Бэрг (США) получил рекомбинантные молекулы ДНК – так началась эра генной инженерии.

крови аборигенов Австралии. Он предположил, что открыл новый антиген

крови. Но позже, при медицинском обследовании пациентов, было установлено, что они больны гепатитом, а этот антиген – HbsAg -поверхностный антиген вируса гепатита В.
В 1982-1983 г.г. Монтанье (Франция), а затем и Р. Галло (США) выделили вирус иммунодефицита человека (предварительно были изучены несколько лимфотропных ретровирусов). Вирус получил название HIV (ВИЧ). В 2007 году Монтанье был удостоен Нобелевской премии.

нанометрах). Крупные вирусы (вирус оспы) могут достигать размеров 300

нм, мелкие - от 20 до 40 нм. 1мм=1000мкм, 1мкм=1000нм.
2. Вирусы содержат нуклеиновую кислоту только одного типа- или ДНК (ДНК- вирусы) или РНК (РНК- вирусы).
3. Вирусы не способны к росту и бинарному делению.
4. Вирусы размножаются путем воспроизводства себя в инфицированной клетке хозяина за счет собственной геномной нуклеиновой кислоты.
5. У вирусов нет собственных энергетической, ферментативной и белок- синтезирующей систем, в связи с чем вирусы являются абсолютными (облигатными) внутриклеточными паразитами.
6. Разобщённый (дизъюнктивный) способ размножения (репликации): происходит сборка компонентов вируса (нуклеиновая кислота+белок)
7. Средой обитания вирусов являются живые клетки - бактерии (это вирусы бактерий, или бактериофаги), клетки растений, животных и человека.

представленные одноцепочечными молекулами РНК (у большинства РНК- вирусов) или

двухцепочечными молекулами ДНК (у большинства ДНК- вирусов).
2. Капсид - белковая оболочка, в которую упакована геномная нуклеиновая кислота. Капсид состоит из идентичных белковых субъединиц - капсомеров.
Существуют три способа упаковки капсомеров в капсид - спиральный (спиральные вирусы), кубический (сферические вирусы) и комбинированный (бактериофаг).
При спиральной симметрии белковые субъединицы располагаются по спирали, а между ними, также по спирали, уложена геномная нуклеиновая кислота (нитевидные вирусы).
При кубическом типе симметрии вирионы могут быть в виде многогранников, чаще всего- двадцатигранники - икосаэдры.

нуклеокапсид, характеризующийся кубической симметрией, а расположенный внутри нуклеопротеид уложен

спирально

(оспа) и сперматозоидная (бактериофаг).

липидную оболочку поверх капсида (суперкапсид), такие вирусы называют сложными.
Простой

вирус состоит из нуклеиновой кислоты, покрытой защитной белковой оболочкой — капсидом.

Выделяют 2 группы вирусных белков:
1 - структурные и 2 – неструктурные (функциональные)
Структурные белки:
- белки капсида, отдельные структурные фрагменты – капсомеры;
- белки суперкапсида (наружная вирусная оболочка). Эти белки называют пепломерами (peplos- покров, мантия). Суперкапсид включает также липиды, фосфолипиды, холестерин, углеводы в составе гликопротеидов

Адсорбция (прикрепление вируса к рецептору клетки). Клеточные рецепторы находятся

на дне ямок (углублений), покрытых со стороны цитоплазмы высокомолекулярным белком клатрином. Прикрепление вируса – это сигнал для эндоцитоза ( ямка превращается в вакуоль и образуется рецептосома). Эндоцитоз.
2. Слияние мембран (слияние вирусной оболочки с мембраной вакуоли, в результате белки вируса становятся частью клеточной мембраны. Белок слияния F (fusion) обеспечивает трансмембранный переход, а также образование синцития и симпластов.

примере ВИЧ)
gp120-CD4
Способы проникновения вирусов в клетки
Виропексис (рецепторный эндоцитоз)
Слияние мембран

Прямая пенетрация

С поверхности нуклеокапсида удаляется матриксный белок М, в результате

нуклеокапсид приобретает функциональную активность и проникает в цитоплазму, вирус гриппа – в клеточное ядро.
4. Проникновение нуклеиновой кислоты
ДНК-вирусы: встраивание генома вируса в геном клетки хозяина (вирус гепатита В, герпесвирусы)
РНК-ретровирусы: геномная РНК переписывается на ДНК с помощью обратной транскриптазы (РНК-зависимая ДНК-полимераза) и эта ДНК – провирус встраивается в геном клетки.

Репликация - экспрессия ранних и поздних генов и

синтез белка в направлениии ДНК - иРНК – белок.
6. Сборка вирионов, морфогенез c последующим выходом из клетки-мишени путем почкования (вирусы с оболочкой) или лизиса клетки (вирусы без оболочки)

трансляция (синтез белка на молекуле РНК) вирусного генома

Геном вирусов

содержит или РНК, или ДНК (РНК- и ДНК- вирусы соответственно). Выделяют позитивную (+) РНК (пикорнавирусы), обладающую матричной активностью и соответственно - инфекционными свойствами, и негативную (-) РНК (парамиксовирусы), не проявляющую инфекционные свойства, которая для воспроизводства должна транскрибироваться (превращаться) в  +РНК.
Механизмы репродукции различных вирусов очень сложные и существенно отличаются. Основные их схематические варианты представлены ниже.

биологической системе на генетическом уровне. Существует четыре типа взаимодействия:

1) продуктивный тип (взаимодействие, в результате которого происходит репродукция вируса, вызывая гибель (лизис) клетки );
2) абортивный тип (взаимодействие, при котором репродукции вируса не происходит, а клетка восстанавливает нарушенную функцию);
3) интегративный тип или вирус-индуцированная трансформация клетки (встраивание (интеграция) вирусной ДНК в виде провируса в хромосому клетки и их совместная репликация, при этом клетка, инфицированная вирусом, приобретает новые, ранее не присущие ей свойства);
4) латентная вирусная инфекция (идет репродукция вируса, а клетка сохраняет свою функциональную активность).

основных источников:
двух внутренних (мутации, рекомбинации)
и двух внешних (включение

в геном генетического материала клетки хозяина, поток генов из других вирусных популяций).

тип нуклеиновой кислоты (РНК или ДНК), ее структура;
2. наличие

липопротеидной оболочки;
3. стратегия вирусного генома;
4. размер и морфология вириона, тип симметрии, число капсомеров;
5. феномены генетических взаимодействий;
6. круг восприимчивых хозяев;
7. патогенность;
8. географическое распространение;
9. антигенные свойства

Семейство
Название таксона заканчивается на – viridae
Подсемейство
Название таксона заканчивается

на – virinae (существует у некоторых семейств)
Род
Название таксона заканчивается на – virus. Основной таксон в классификации вирусов
Вирус
Серовары
По антигенной структуре

например, белых мышей (вирусы гриппа, Коксаки), кроликов (вирус бешенства).

Индикацию, то есть обнаружение вируса, проводят на основании развития типичных признаков заболевания и изменений органов животных.

К лабораторным животным предъявляют строгие требования.
Животные должны быть в достаточной степени восприимчивы к инфекции данным вирусом и не нести в себе латентной инфекции и каких-либо паразитов. В эксперимент берут животных одного пола, возраста, массы, лучше из одного питомника или партии. После заражения особей вируссодержащим материалом важно своевременно и правильно взять материал для дальнейшего исследования. Результаты выделения вируса считают положительными, если у животного после соответствующего инкубационного
периода развиваются симптомы инфекции.

материал вводят в различные полости эмбриона, а через 48-72

ч. вскрывают и осматривают поражения. Способы заражения: открытый и закрытый.

клеток HeLa  до заражения вирусом (вверху) и на 3-й

день после заражения (внизу).

эмбриона курицы (ФЭК), человека (ФЭЧ), клетки почки различных животных

и т.д. Первичные культуры получают из клеток различных тканей чаще путем их размельчения и трипсинизации, используют однократно, т.е. постоянно необходимо иметь соответствующие органы или ткани.
2. Диплоидные (полуперевиваемые) культуры пригодны к повторному диспергированию и росту, как правило не более 20 пассажей (теряют исходные свойства).
3. Перевиваемые линии (гетероплоидные культуры), способны к многократному диспергированию и перевиванию, т.е. к многократным пассажам, наиболее удобны в вирусологической работе - например, HeLa – получена из карциномы шейки матки; Hep-2 – из карциномы гортани; Детройт -6 – из метастаза рака легкого в костный мозг; RH –из опухоли почки человека.

вирусологические питательные среды сложного состава, включающие большой набор различных

факторов роста - среда 199, Игла, раствор Хэнкса, гидролизат лактальбумина. В среды добавляют стабилизаторы рН (Hepes), различные в видовом отношении сыворотки крови (наиболее эффективной считают эмбриональную телячью сыворотку), L-цистеин и L-глютамин.
В зависимости от функционального использования среды могут быть ростовые (с большим содержанием сыворотки крови) - их используют для выращивания клеточных культур до внесения вирусных проб, и поддерживающие (с меньшим содержанием сыворотки или ее отсутствием) - для содержания инфицированных вирусом клеточных культур.

действие (ЦПД). В результате размножения вирусов в клетках происходят

морфологические изменения клеток (вакуолизация цитоплазмы, деструкция митохондрий, округление клеток). Часть клеток погибает и отслаивается от стекла. Вместо сплошного монослоя остаются отдельные клеточные островки.
2. Выявление телец включений. Включения - скопления вирусов в клетках. Οʜᴎ имеют различную форму и размеры. Их окрашивают по Романовскому-Гимзе или флюорохромами и наблюдают под микроскопом.
3. Выявление вирусов методом флюоресцирующих антител (ИФА), электронной микроскопией.
4. Цветная проба. Обычный цвет используемых культуральных сред, содержащих в качестве индикатора рН феноловый красный, при оптимальных для клеток условиях культивирования (рН около 7,2) - красный. Размножение клеток меняет рН и соответственно - цвет среды с красного на желтый за счет смещения рН в кислую сторону. При размножении в клеточных культурах вирусов происходит лизис клеток, изменения рН и цвета среды не происходит.

гемагглютинина вирусов - гемадсорбция (Клетки, зараженные вирусами, могут адсорбировать

эритроциты. Вирусы выходят на поверхность клеток и связывают эритроциты. Эритроциты добавляют к культуре и через неĸᴏᴛᴏᴩᴏе время промывают физиологическим раствором. На поверхности клеток под микроскопом видны прилипшие эритроциты в виде разнообразных фигур), гемагглютинация (склеивание эритроцитов под влиянием вирусов).
6. Метод бляшек (бляшкообразования). В результате цитолитического действия многих вирусов на клеточные культуры образуются зоны массовой гибели клеток. Выявляют бляшки - вирусные “ клеточно- негативные” колонии.

клетка, поэтому фаги распространены повсеместно (например, в сточных водах).

Фагам присущи биологические особенности, свойственные и другим вирусам.
Наиболее морфологически распространенный тип фагов характеризуется наличием головки-икосаэдра, отростка (хвоста) со спиральной симметрией (часто имеет полый стержень и сократительный чехол), шипов и отростков (нитей), т.е. внешне несколько напоминают сперматозоид.
Взаимодействие фагов с клеткой (бактерией) строго специфично, т.е. бактериофаги способны инфицировать только определенные виды и фаготипы бактерий.

специфических рецепторов) (I-II).
2. Внедрение вирусной ДНК (инъекция фага) осуществляется

за счет лизирования веществами типа лизоцима участка клеточной стенки, сокращения чехла, вталкивания стержня хвоста через цитоплазматическую мембрану в клетку, впрыскивание ДНК в цитоплазму (III).
3. Репродукция фага (IV-V).
4. Выход дочерних популяций (VI).

процесса;
умеренные фаги, вызывающие редуктивную фаговую инфекцию (редукцию фага).

При этом геном фага в клетке не реплицируется, а внедряется (интегрируется) в хромосому клетки хозяина (ДНК в ДНК), фаг превращается в профаг. Этот процесс получил название лизогении. Если в результате внедрения фага в хромосому бактериальной клетки она приобретает новые наследуемые признаки, такую форму изменчивости бактерий называют лизогенной (фаговой) конверсией.
Бактериальную клетку, несущую в своем геноме профаг, называют лизогенной, поскольку профаг при нарушении синтеза особого белка-репрессора может перейти в литический цикл развития, вызвать продуктивную инфекцию с лизисом бактерии.

обмене генетическим материалом между бактериями - в трансдукции (одна

из форм генетического обмена). Например, способностью вырабатывать экзотоксин обладают только возбудитель дифтерии, в хромосому которого интегрирован умеренный профаг, несущий оперон tox, отвечающий за синтез дифтерийного экзотоксина. Умеренный фаг tox вызывает лизогенную конверсию нетоксигенной дифтерийной палочки в токсигенную.

поливалентные (лизируют близкородственные бактерии, например сальмонеллы);
- моновалентные (лизируют бактерии

одного вида);
- типоспецифические (лизируют только определенные фаговары возбудителя).

фаготипирование).
2. Для фагопрофилактики (купирование вспышек).
3. Для фаготерапии (лечение дисбактериозов).
4.

Для оценки санитарного состояния окружающей среды и эпидемиологического анализа.

функционировании иммунной системы, можно разделить на две группы:
1.

Основные клетки лимфоидного комплекса: Т-, В-лимфоциты и их субпопуляции;
2. Вспомогательные клетки иммунной системы: макрофаги, дендритные клетки, натуральные киллеры.

эффекторные клетки. Вызывают гибель клеток-мишеней, несущих на поверхности чужеродный

антиген.
2. Т-супрессоры – регуляторные клетки. Ингибируют активность других клеток иммунной системы.
3. Т-хелперы – регуляторные клетки. Активируют макрофаги, стимулируют образование ЦТЛ, участвуют в аллергических реакциях, стимулируют размножение и активность натуральных киллеров, поддерживают пролиферацию Т-супрессоров. Индуцируют пролиферацию В-клеток и выработку ими иммуноглобулинов, синтезируют интерлейкины -4, -5, -6, -10.

периферии. Не обладают структурами для специфического распознавания антигена. Способны

убивать некоторые опухолевые, а так же инфицированные вирусами клетки. При активации выбрасывают перфорин, разрушающий мембрану модифицированной клетки.
Макрофаги – фагоцитирующие мононуклеары. Участвуют в неспецифическом иммунитете, удалении отживших и разрушенных клеток собственного организма, презентации антигена, продуцируют разнообразные цитокины.
Дендритные клетки расположены в тимусе, лимфатических узлах, тканях слизистых. Способны представлять антиген в иммуногенной форме и сохранять его для ускоренного развития вторичного иммунного ответа.

группа близкосцепленных генов шестой хромосомы, кодирующих иммунологически значимые молекулы

трех классов. Продукты данных генов – лейкоцитарные антигены (human leukocyte antigens – HLA) – определяют биологическую индивидуальность каждого человека. Все гены комплекса наследуются по кодоминантному типу.
Продукты генов МНС I класса присутствуют на поверхности всех ядросодержащих клеток и определяют специфичность организма. Играют важную роль в гуморальной регуляции, вовлечены в процессы дифференцировки при эмбриональном развитии.
Белки МНС II класса присутствуют на поверхности В-лимфоцитов и антигенпрезентирующих клеток. Обеспечивают взаимодействие между Т- лимфоцитами и макрофагами. Т-хелперы распознают чужеродный антиген только в комплексе с белками МНС II класса.
Продукты генов МНС III класса не участвуют в контроле иммунного ответа, основной их функцией является восстановление поврежденных белков в клетке.

NK-клетки и интерфероны.
NK-клетки представляют собой крупные лимфоциты. Основной

их функцией является цитолитическая, которая обеспечивается содержанием в гранулах этих клеток белка перфорина и сериновых эстераз. Нормальные киллеры являются продуцентами ряда цитокинов, а также интерферона γ.
Интерфероны – основные факторы врожденной защиты от вирусов. Интерфероны индуцируют в клетке биосинтез ферментов, нарушающих репликативный цикл вируса, а также приводят к активации NK-клеток.

антигены Т-лимфоцитам обладают антигенпрезентирующие клетки (АПК): дендритные клетки, макрофаги,

В-лимфоциты. Представлению антигена предшествуют следующие стадии:
1. Захват поступившего в организм антигена.
2. Переработка (дезинтеграция) антигена.
3. Формирование комплексов накопившихся антигенов с собственными молекулами МНС 1 класса.
4. Транспортировка образовавшихся комплексов на мембрану АПК.
5. Доставка образовавшихся комплексов во вторичные лимфоидные органы для представления Т-лимфоцитам.

Основные эффекторные клетки при вирусной инфекции – цитотоксические Т- лимфоциты (Т-киллеры, ЦТЛ).
Этапы цитолитического действия ЦТЛ: распознавание антигена наивными Т-лимфоцитами, пролиферация и дифференцировка до зрелых Т-эффекторов, лизис (гибель) клетки (апоптоз или некроз).

Гуморальный иммунный ответ, направленный против внеклеточно расположенных вирионов: препятствие адсорбции вирусов на поверхности чувствительных клеток и нейтрализацию вирусов.

ПАТОГЕНЕЗ ВИРУСНЫХ ИНФЕКЦИЙ

Патогенез вирусных инфекций – совокупность

процессов, вызывающих заболевание и определяющих его развитие и исход. Патогенез определяется следующими факторами:
тропизмом вируса (чувствительность к вирусу определенных клеток, тканей и органов макроорганизма).

2. скоростью репродукции вируса и количеством инфекционных частиц в потомстве;

3. реакцией клетки на инфекцию;

4. реакцией организма на вызванные инфекцией изменения клеток и тканей.

в клетке, обусловливают появление цитопатического действия (ЦПД) и цитопатического

эффекта (ЦПЭ). Это специфическая морфологическая деструкция (ЦПД) или функциональная патология без разрушения (ЦПЭ).
Вирусы, которые вызывают ЦПД, называют цитопатическими.
Механизм возникновения и развития ЦПД - ЦПЭ:
1. Нарушение белкового синтеза клетки хозяина.
2. Нарушение проницаемости клеточных мембран
3. Патология лизосом.
Различают три типа ЦПД-ЦПЭ:
1. Цитолитический тип. Характеризуется общей деструкцией клеток. Этому явлению могут предшествовать сгущение цитоплазмы, округление или сморщивание клеток, пикноз ядра, разрушение митохондрий, подавление митоза (такой тип может быть вызван пикорнавирусами и др.).
2. Трансформирующий тип. Клетка при этом типе ЦПД не погибает, а приобретает способность к неограниченному размножению (трансформация клетки). Трансформацию вызывают онкогенные вирусы (вирус лейкоза, болезни Марека и др.).
3. Индуктивный тип. При этом типе ЦПД клетка не погибает и не трансформируется, а изменяет свои функции, в частности, способность приобретает способность продуцировать интерферон и другие вещества (например, репродукция вируса классической чумы свиней в макрофагах

изменений выделяют четыре типа вирусных инфекций:

а) литическая – при

этом типе инфекции наблюдают морфологические изменения в зараженной клетке, резко снижается метаболизм, отмечается деструкция и гибель клетки.
Для вируса характерна высокая продукция с формированием нового поколения вирусов.
б) персистентная – в зараженной клетке отсутствует ЦПД и отмечается слабое нарушение метаболизма. При этом у вируса снижена репродукция (при определенных условиях вирус классической чумы свиней).
в) латентная – при этом в клетке отсутствует ЦПД и нарушение метаболизма. Вирусный геном интегрируется с клеточным
геномом. (вирус гепатита В).
г) трансформационная – при этом меняется морфология клетки, клетка размножается неограниченно. В организме появляются опухоли.

антителами в присутствии электролитов, в результате чего выпадает осадок.

В вирусологических исследованиях наиболее часто используют реакцию непрямой гемагглютинации.
Гемагглютинация – это склеивание эритроцитов, приводящее к образованию конгломератов, видимых невооруженным глазом. Особенностью метода является использование эритроцитов животных (барана, кролика) в качестве носителей вирусной антигенной детерминанты (сенсибилизированные эритроциты). О качестве реакции судят по характеру осадка: наличие фестончатого осадка свидетельствует о положительной реакции, плотный осадок в виде пуговки – об отрицательной реакции

на осаждении комплекса растворимого молекулярного антигена с антителом, в

результате чего появляется помутнение (преципитат).
Реакция нейтрализации – иммунологическая реакция, основанная на способности антител специфически подавлять (нейтрализовать) биологическую активность вируса в различных тест-системах – организме животных, куриных эмбрионах, культуре клеток.

и антигенов, в котором используются антитела, меченные ферментом, и,

в результате ферментативной реакции изменяется цвет одного из компонентов. В качестве фермента используется пероксидаза хрена, β-галактозидаза или щелочная фосфатаза. При добавлении к ферменту его субстрата и хромогена, последний изменяет окраску. Интенсивность окраски хромогена прямо пропорциональна количеству связавшихся молекул антигена и антител. Изменение окраски определяют спектрофотометрически – по оптической плотности окрашенного раствора.

ДНК или РНК с помощью известного зонда, меченного радиоактивным

изотопом или флюоресцирующим красителем. Специфичность и чувствительность теста зависит от структуры используемого зонда, биологических особенностей вируса, условий транспортировки и хранения материала от больных. Метод может быть использован не только для выявления вирусных частиц в патологическом материале, но и для обнаружения и идентификации вирусов в объектах окружающей среды.

молекулярной биологии, позволяющий добиться значительного увеличения малых концентраций определённых

фрагментов нуклеиновой кислоты в биологическом материале. ПЦР дает возможность существенно ускорить и облегчить диагностику вирусных заболеваний. Метод основан на многократном избирательном копировании определённого участка ДНК при помощи ферментов в искусственных условиях. При этом происходит копирование только того участка, который удовлетворяет заданным условиям, и только в том случае, если он присутствует в исследуемом образце.

ДНК-матрица , содержащая тот участок ДНК, который требуется амплифицировать;

два праймера, комплементарные противоположным концам разных цепей требуемого фрагмента ДНК;
термостабильная ДНК-полимераза–фермент, который катализирует реакцию полимеризации ДНК;
дезоксинуклеозидтрифосфаты;
ионы Mg2+, необходимые для работы полимеразы;
буферный раствор, обеспечивающий необходимые условия реакции.

Процесс амплификации включает многократное повторение определенных циклов. Каждый цикл состоит из следующих стадий:
денатурация (разрыв двуцепочечной ДНК- матрицы с образованием одноцепочечных ДНК);
отжиг (образование связи между праймерами и одноцепочечной матрицей);
элонгация (достройка праймеров на матрице ДНК и образование двуцепочечных ДНК).