Сборку вирусных частиц впервые засняли на видео znat kak — ЖЖ

Сборку вирусных частиц впервые засняли на видео znat kak — ЖЖ

Вирусология

Просто о сложном

—>СТАТЬИ —>

Строение вируса иммунодефицита человека

Строение вируса иммунодефицита человека

Вирионы ВИЧ имеют вид сферических частиц, диаметр которых составляет около 100—120 нанометров (это приблизительно в 60 раз меньше диаметра эритроцита).

В состав зрелых вирионов входит несколько тысяч белковых молекул различных типов.

Капсид зрелого вириона, состоящий из примерно 2000 молекул белка р24, имеет форму усечённого конуса.

Внутри капсида находится белково-нуклеиновый комплекс: две нити вирусной РНК, прочно связанные с белком нуклеокапсида p7, ферменты (обратная транскриптаза, протеаза, интеграза).

С капсидом также ассоциированы белки Nef и Vif (7—20 молекул Vif на вирион).

Внутри вириона (и, вероятнее всего, за пределами капсида) обнаружен белок Vpr8-11. Кроме того, с капсидом ВИЧ-1 (но не ВИЧ-2) связазны около 200 копий клеточного фермента пептидилпролилизомеразы, необходимого для сборки вириона.

Капсид окружён оболочкой, образованной примерно 2000 молекул матриксного белка p17. Матриксная оболочка в свою очередь окружена двуслойной липидной мембраной, являющейся наружной оболочкой вируса. Она образована молекулами фосфолипидов, захваченными вирусом во время его отпочковывания от клетки, в которой он сформировался.

В липидную мембрану встроены 72 гликопротеиновых комплекса Env, каждый из которых образован тремя молекулами трансмембранного гликопротеина gp41 (TM), служащего «якорем» комплекса, и тремя молекулами поверхностного гликопротеина gp120 (SU).

С помощью белка gp120 вирус присоединяется к рецептору CD4 и корецептору, находящимся на поверхности Т-лимфоцитов человека. Стехиометрическое соотношение p24:gp120 в вирионе составляет 60—100:1.

Белки gp41 и в особенности gp120 интенсивно изучаются в качестве возможных мишеней для разработки лекарств и вакцины против ВИЧ .

При формировании наружной оболочки вируса также происходит захват некоторого количества мембранных белков клетки, в том числе человеческих лейкоцитарных антигенов (HLA) классов I и II и молекул адгезии.

Функции важных структурных белков ВИЧ-1

Сокращение

Описание

Функции

gp41 (TM, transmembrane)

Трансмембранный гликопротеин массой 41 кДа

Располагается во внешнем слое липидной мембраны, играет роль «якоря», удерживающего молекулы белка gp120

gp120 (SU, surface)

Гликопротеин массой 120 кДа

Наружный белок вириона. Нековалентно связан с трансмембранным белком gp41. С одной молекулой gp41 связаны 3—5 молекул gp120. Способен связывать рецептор CD4. Играет важную роль в процессе проникновения вируса в клетку.

Белок массой 24 кДа

Образует капсид вируса

Матриксный белок массой 17 кДа

Около двух тысяч молекул этого белка образуют слой толщиной 5—7 нм, располагающийся между внешней оболочкой и капсидом вируса.

p7 (NC, nucleocapsid)

Нуклеокапсидный белок массой 7 кДа

Входит в состав ка псида вируса. Образует комплекс с вирусной РНК.

Геном и кодируемые белки

Геном ВИЧ-1

Геном ВИЧ-1

Генетический материал ВИЧ представлен двумя копиями положительно-смысловой (+)РНК. Геном ВИЧ-1 имеет длину 9000 нуклеотидов. Концы генома представлены длинными концевыми повторами (англ. long terminal repeat, LTR), которые управляют продукцией новых вирусов и могут активироваться и белками вируса, и белками инфицированной клетки. 9 генов ВИЧ-1 кодируют, по крайней мере, 15 белков.

Ген pol кодирует ферменты: обратную транскриптазу (RT), интегразу (IN) и протеазу (PR).

Ген gag кодирует полипротеин Gag/p55, расщепляемый вирусной протеазой до структурных белков p6, p7, p17,p24.

Ген env кодирует белок gp160, расщепляемый клеточной эндопротеазой фурином на структурные белки gp41 и gp120.

Другие шесть генов — tat, rev, nef, vif, vpr, vpu (vpx у ВИЧ-2) — кодируют белки, отвечающие за способность ВИЧ-1 инфицировать клетки и производить новые копии вируса. Репликация ВИЧ-1 in vitro возможна без генов nef, vif, vpr, vpu, однако их продукты необходимы для полноценной инфекции in vivo.

Gag: Полипротеин-предшественник Gag/p55 синтезируется с полноразмерной геномной РНК (которая в данном случае служит в качестве мРНК) в процессе стандартной кэп-зависимой трансляции, но возможна и IRES-зависимая трансляция. Предшественники функциональных белков располагаются в составе полипротеина Gag/p55 в следующем порядке: p17…p24…p2…p7…p1…p6 (р1 и р2 — соединительные пептиды; другие продукты расщепления Gag/p55 описаны выше).

Нерасщеплённый протеазой Gag/p55 содержит три основных домена: домен мембранной локализации (М, membrane targeting), домен взаимодействия (I, interaction) и «поздний» домен (L, late).

Домен М, расположенный внутри области p17/МА, миристилируется (присоединяются остатки миристиновой кислоты) и направляет Gag/p55 к плазматической мембране. Домен I, находящийся внутри области p7/NC, отвечает за межмолекулярные взаимодействия отдельных мономеров Gag/p55. Домен L, также локализованный в области p7/NC, опосредует отпочковывание вирионов от плазматической мембраны; в этом процессе участвует также р6 область полипротеина Gag/p55.

Vpu: Двумя важными функциями белка Vpu являются:

1) разрушение клеточного рецептора CD4 в эндоплазматическом ретикулуме путём привлечения убиквитинлигазных комплексов и

2) стимуляция выделения дочерних вирионов из клетки, путём инактивации интерферон-индуцируемого трансмембранного белка CD317/BST-2, получившего также название «tetherin» за его способность подавлять выделение вновь образовавшихся дочерних вирионов посредством их удержания на поверхности клетки.

Vpr: Белок Vpr необходим для репликации вируса в неделящихся клетках, в том числе макрофагах. Этот белок, наряду с другими клеточными и вирусными белками, активирует длинные концевые повторы генома ВИЧ. Белок Vpr играет важную роль в переносе провируса в ядро и вызывает задержку деления клетки в периоде G2.

Vif: Белок Vif играет важную роль в поддержке репликации вируса. Штаммы, лишённые этого белка, не реплицируются в CD4+-лимфоцитах, некоторых линиях T-лимфоцитов («недоступных клетках») и макрофагах. Эти штаммы способны проникать в клетки-мишени и начинать обратную транскрипцию, однако синтез провирусной ДНК остаётся незавершённым.

Nef: Белок Nef выполняет несколько функций. Он подавляет экспрессию молекул CD4 и HLA классов I и II на поверхности инфицированных клеток, и тем самым позволяет вирусу ускользать от атаки цитотоксических T-лимфоцитов и от распознавания CD4+-лимфоцитами. Белок Nef может также угнетать активацию T-лимфоцитов, связывая различные белки-компоненты систем внутриклеточной передачи сигнала.

У инфицированных вирусом иммунодефицита макак-резусов активная репликация вируса и прогрессирование болезни возможны только при интактном гене nef. Делеции гена nef были обнаружены в штаммах ВИЧ, выделенных у группы австралийцев с длительным непрогрессирующим течением инфекции.

Однако у части из них со временем появились признаки прогрессирования инфекции, в том числе снижение числа CD4+-лимфоцитов. Таким образом, хотя делеции гена nef и могут замедлять репликацию вируса, это не гарантирует полной невозможности прогрессирования заболевания.

Tat и Rev: Регуляторные белки Tat (транс-активатор) и Rev накапливаются в ядре клетки и связывают определённые участки вирусной РНК. Белок Tat имеет молекулярную массу около 14-15 кДа, связывает вторичную структуру геномной РНК вблизи 5′-нетранслируемой области активирует обратную транскрипцию геномной РНК ВИЧ, синтез вирусных мРНК, необходим для репликации вируса почти во всех культурах клеток, регулирует выход вирионов из зараженных клеток, нуждается в клеточном кофакторе — циклине T1. Белок Rev регулирует экспрессию белков вириона, связывает мРНК гена env в области RRE (англ. Rev response element) интрона, разделающего экзоны генов Tat и Rev.

Белки Tat и Rev стимулируют транскрипцию провирусной ДНК и транспорт РНК из ядра в цитоплазму, а также необходимы для трансляции. Белок Rev обеспечивает также транспорт компонентов вируса из ядра и переключение синтеза регуляторных белков вируса на синтез структурных.

Жизненный цикл

На схеме показано слияние вирриона ВИЧ и плазматической мембраны Т-лимфоцита человека

Этап 1. Взаимодействие вирусного белка gp120 с клеточным рецептором CD4 (указано красной стрелкой)

Этап 2. Конформационные изменения вирусного белка gp120 обеспечивают связывание с клеточным рецептором CCR5 (указано красной стрелкой)

Этап 3. Концевые участки вирусного белка gp41 проникают в плазматическую мембрану клетки (указано красной стрелкой)

Этап 4. Вирусный белок gp41 подвергается значительным конформационным изменениям, складывается пополам (указано красной стрелкой) и образует спираль, что приводит к сближению и слиянию мембран вириона и клетки. Таким образом ВИЧ захватывает Т-лимфоцит с целью дальнейшей репродукции.

Проникновение в клетку и интеграция

Вирусная инфекция начинается, когда вирион ВИЧ сталкивается с человеческой клеткой, имеющей на своей мембране рецептор CD4. Вирусный гликопротеин gp120 прочно связывает рецептор CD4. В результате такого взаимодействия gp120 претерпевает конформационные изменения, которые позволяют ему также связать молекулу корецептора CXCR4 или CCR5 (экспрессируемых на поверхности Т-лимфоцитов, макрофагов, дендритных клеток и микроглии).

Читайте также:  Квадригеминия что это такое

В зависимости от способности связывать эти корецепторы, ВИЧ классифицируют на R5-тропные (связывают только CCR5), X4-тропные (связывают только CXCR4) и R5X4-тропные (могут взаимодействовать с обоими корецепторами). Препараты, блокирующие корецепторы могут быть эффективны против ВИЧ.

После описанных событий мембрана клетки и мембрана вириона ВИЧ сливаются, и содержимое вириона проникает внутрь клетки. Белок gp41 очень важен для слияния мембран, поэтому его рассматривают в качестве мишени для разработки противовирусных препаратов. Внутри клетки вирусная РНК высвобождается из капсида, и происходит обратная транскрипция — синтез ДНК на основе матрицы одноцепочечной геномной РНК вируса, катализируемая обратной транскриптазой.

Большая часть лекарственных препаратов, одобренных для применения при ВИЧ-инфекции, направлена на нарушение работы обратной траскриптазы. Синтезированная ДНК транспортируется внутрь ядра клетки и встраивается в хромосому хозяина под действием интегразы. Несколько препаратов, ингибирующих интегразу, проходят ранние стадии клинических испытаний. Вирусная ДНК, встроившаяся в хромосому клетки, называется провирусом.

Человеческая РНК-полимераза в ядре клетки синтезирует информационную РНК (мРНК), а позднее и геномную РНК вируса. Синтезированные РНК транспортируются обратно в цитоплазму, где на матрице мРНК на рибосомах синтезируются вирусные ферменты, структурные и регуляторные белки.

Сборка и отпочковывание вирионов

Геномная РНК вируса, а также вирусные белки транспортируются к местам сборки вирионов. Сборка вирионов происходит на мембране, куда направляется миристилированный полипротеин Gag/p55. Вирионы первоначально формируются из полипротеинов-предшественников структурных белков и ферментов и на этой стадии не являются инфекционными.

В ходе созревания вирусной частицы вирусная протеаза расщепляет белки-предшественники до функциональных компонентов. Несколько одобренных противовирусных препаратов ингибируют работу протеазы и препятствуют формированию зрелых вирионов.

Новые вирусные частицы отпочковываются от поверхности клетки, захватывая часть её мембраны, и выходят в кровяное русло, а клетка хозяина, несущая рецептор CD4, погибает. Недавние исследования показали, что процесс отпочковывания вирионов может быть более сложным, чем считалось ранее. Так было обнаружено, что благодаря взаимодействию белка Gag с компонентами клетки вирионы накапливаются в особых внутриклеточных мультивезикулярных тельцах, которые обычно служат для экспорта белков. Таким образом вирусные частицы высвобождаются из клетки, эксплуатируя её собственную систему транспорта макромолекул.

Распространение по организму

В период острой фазы ВИЧ-инфекции отсутствие специфического иммунного ответа позволяет вирусу активно реплицироваться и достигать высоких концентраций в крови.

Вирус заселяет органы лимфатической системы, CD4 + -лимфоциты, CD8 + -лимфоциты и макрофаги, а также другие клетки: альвеолярные макрофаги лёгких,клетки Лангерганса, фолликулярные дендритные клетки лимфатических узлов, клетки олигодендроглии и астроциты мозга и эпителиальные клетки кишки.

В лимфоидной ткани ВИЧ размножается на протяжении всего заболевания, поражая макрофаги, активированные и покоящиеся CD4 + -лимфоциты и фолликулярные дендритные клетки. Количество клеток, содержащих провирусную ДНК, в лимфоидной ткани в 5—10 раз выше, чем среди клеток крови, а репликация ВИЧ в лимфоидной ткани на 1—2 порядка выше, чем в крови.

Резервуаром ВИЧ служат лимфатические узлы и конкретно дендритныe клетки, в которых вирус сохраняется длительное время после периода острой виремии.

Для активации CD8 + -лимфоцитов и образования антиген-специфических цитотоксических T-лимфоцитов необходима презентация пептидного антигена в комплексе с человеческим лейкоцитарным антигеном класса I.

Дендритные клетки, необходимыe для начала первичных антиген-специфичных реакций, захватывают антигены, перерабатывают и переносят их на свою поверхность, где эти антигены в комплексе с дополнительными стимулирующими молекулами активируют T-лимфоциты.

Заражённые клетки часто не выделяют дополнительных стимулирующих молекул и поэтому не способны вызвать активацию достаточного числа B и T-лимфоцитов, функция которых зависит от дендритных клеток.

После завершения обратной транскрипции в CD4 + -лимфоците вирусный геном представлен провирусной невстроенной ДНК. Для встраивания провирусной ДНК в геном клетки-хозяина и для образования новых вирусов необходима активация T-лимфоцитов.

Контакт CD4 + -лимфоцитов и антигенпредставляющих клеток в лимфоидной ткани, наличие вирусов на поверхности фолликулярных дендритных клеток и присутствие провоспалительных цитокинов (ИЛ-1, ИЛ-6 и ФНОα) способствуют размножению ВИЧ в инфицированных клетках. Именно поэтому лимфоидная ткань служит самой благоприятной средой для репликации ВИЧ.

На 2014 год ВИЧ-инфекция остаётся неизлечимым заболеванием, так как геном вируса интегрируется в хромосомы клеток и может реактивироваться даже после курса антиретровирусной терапии.

В настоящее время идёт поиск безопасных способов редактирования генома человека и исключения из него провирусной ДНК. В 2014 году был предложен метод удаления генома ВИЧ-1 из заражённых клеток при помощи системы CRISPR/Cas9. С помощью этого метода исследователям удалось вырезать фрагмент провирусной ДНК, заключённый между 5′- и 3′-концевыми LTR-областями из хромосом зарежённых клеток в культуре.

Кроме того, этот метод оказался также эффективным для профилактики заражения неинфицированных клеток. Описанный подход может привести к разработке способа полного избавления от ВИЧ-инфекции.

Сборка вирусных частиц

Перед репликацией вирусная нуклеиновая кислота освобождается от капсида и оболочки. Например, у бактериофага Т4 капсид остается снаружи клетки-хозяина; у других капсид или оболочка отделяются от нуклеиновой кислоты внутри клетки; в третьем случае они могут растворяться ферментами клетки-хозяина. У некоторых вирусов часть белков должна внедриться в заражаемую клетку в комплексе с нуклеиновой кислотой, поскольку многие из них представляют собой полимеразы, которые необходимы для репликации вируса. Когда геном вируса освободится от капсида или оболочки внутри клетки-хозяина, дальнейшие события могут развиваться двумя путями.

1. Вирус размножается, используя генетический аппарат клетки. Размножение вируса происходит в три этапа. Во-первых, вирусные нуклеиновые кислоты «заставляют» клетку синтезировать новые вирусные ферменты. Во-вторых, синтезируются в необходимом количестве вирусспецифические нуклеиновые кислоты и белки. И наконец, происходит сборка вирусных частиц. Перечисленные этапы перекрываются во времени и регулируются генетически; в результате образуется большое количество (иногда тысячи) вирусных частиц на клетку. В случае бактериофагов дочерние вирусные частицы выходят из клеток хозяина, разрушая их. Про такие клетки говорят, что они подверглись лизису (от греч. lysis — распад), а подобные вирусы называют литическими. Продуктивная инфекция не всегда приводит к лизису. Многие вирусы животных выходят из клетки, отпочковываясь от клеточной мембраны, а вирусы растений перемещаются по плазмодесмам и в конце концов по проводящим тканям в другие части растения.

2. Геном вируса встраивается в геном клетки-хозяина. Некоторые бактериофаги, например, имеют фрагменты ДНК, гомологичные участкам бактериального генома. Данные вирусы могут встраиваться в геном клеток путем рекомбинации, и в этом случае их называют умеренными фагами, поскольку лизиса клеток не происходит. Встроенный вирус называют профагом. Вирусы, участвующие в трансдукции, являются умеренными фагами. К умеренным вирусам относятся и некоторые вирусы животных, однако среди вирусов растений подобные случаи неизвестны.

У ДНК-содержащих вирусов, например, вируса осповакцины, вызывающего болезнь скота, ДНК направляет синтез мРНК, которая в свою очередь служит матрицей для синтеза различных белков. ДНК может быть одно- или двухцепочечной. У большинства РНК-содержащих вирусов, например, вируса табачной мозаики, геном представлен одноцепочечной молекулой. На ней в клетке-хозяине образуется комплементарная цепь, которая служит матрицей для синтеза новых РНК. Они связываются с рибосомами клетки и функционируют как информационная РНК, обеспечивая синтез ферментов и белков вирусной оболочки.

Метаболическая активность вирусов может существенно изменять метаболизм клетки-хозяина. У одного вида Clostridium образование смертельных токсинов, вызывающих ботулизм, происходит только при активном и продолжительном участии специфических бактериофагов. Неинфицированные бактерии не образуют токсины. Еще более удивительно, что заражение другим бактериофагом вызывает у того же самого штамма бактерий образование токсинов, способствующих развитию газовой гангрены и многих других болезней. Совсем недавно считали, что ботулизм и газовая гангрена вызываются разными видами Clostridium , однако сейчас полагают, что одним, но инфицированным различными бактериофагами. Аналогично некоторые «новые» виды растений и грибов, как выяснилось позже, — это давно известные виды, которые под влиянием вирусной инфекции приобрели специфические особенности.

Читайте также:  ВАЛЗ таблетки - инструкция по применению, дозировки, аналоги, противопоказания - Здоровье

Разнообразие вирусов

Никто не знает, сколько существует вирусов, и почти всегда можно выделить новые их виды, исследуя новые группы организмов. Номенклатура вирусов в настоящее время усиленно разрабатывается; латинские двойные названия, принятые в современной систематике, к вирусам обычно не применяются. Бактериофаги обозначают буквами и цифрами, например, Т7 (Т означает «тип»). Вирусы растений обычно имеют «народные» названия, например, «ВТМ» — вирус табачной мозаики; вирусам животных иногда дают латинские названия, как бактериям. Основные типы вирусов обсуждаются ниже.

Одноцепочечные РНК-содержащие вирусы подразделяют на вирусы с позитивным (плюс-нитевые) и негативным (минус- нитевые) геномами. В первом случае РНК функционирует как матричная, во втором случае на ней образуется комплементарная цепь, которая служит матрицей для синтеза мРНК вируса. В свою очередь плюс-нитевые РНК-содержащие вирусы подразделяются на две группы в зависимости оттого, имеется ли у них оболочка. Например, вирус табачной мозаики не имеет оболочки. К безоболочечным РНК-содержащим вирусам с позитивным геномом относятся вирусы полиомиелита и ящура. Более того, к этому типу относится около одной трети вирусов, вызывающих респираторные заболевания человека.

К оболочечным РНК-содержащим вирусам с позитивным геномом относятся арбовирусы, переносимые членистоногими и вызывающие многие болезни, особенно в тропиках. Желтая лихорадка передается, например, от инфицированных обезьян к человеку с помощью москитов.

Минус-нитевые РНК-содержащие вирусы вызывают такие заболевания, как бешенство, корь, свинка, болезнь Ньюкасла домашних птиц и чума многих животных. Все перечисленные вирусы, кроме вируса бешенства, относятся к группе парамиксо вирусов и имеют сложное строение. Они покрыты оболочкой, имеют диаметр 300 нм и внутри аналогичны вирусу табачной мозаики, у которого вокруг РНК по спирали располагаются белковые субъединицы. Вирус гриппа относится к минус-нитевым РНК-содержащим вирусам; геном его представлен одноцепочечной РНК. К вирусам с двухцепочечной РНК относится вирус раневых опухолей растений (рис. 12-8), имеющий необычный процесс репликации и переносимый цикадками.

Рис. 12-8. А. Опухоли донника белого ( Melilotus alba), вызванные вирусом раневых опухолей. Б. Частицы вируса раневых опухолей (отменены стрелками) на электронной микрофотографии клетки растения-хозяина. В. Цикадка (Agallia constricta ) — переносчик вируса раневых опухолей. Электронная микрофотография эпидермальной клетки Agallia. Вверху слева видны многочисленные вирусные частицы, скопления которых напоминают соты. Внизу справа видны отдельные вирусные частицы. Вирус раневых опухолей, подобно многим вирусам растений, содержит двухцепочечную РНК

Двухцепочечные ДНК-содержащие вирусы вызывают папилломы (вирусы папилломы) и герпес (вирусы герпеса). Заражение вирусами герпеса приводит к появлению язв и гнойных пузырьков на слизистых оболочках (так называемых «весенних лихорадок»). Во многих случаях герпесвирусы вызывают заболевание половых органов, ветряную оспу, опоясывающий лишай, мононуклеоз, некоторые виды рака и летальные системные инфекции у новорожденных. Другая группа таких ДНК-содержащих вирусов — поксвирусы — включает более сложные и крупные вирусы, такие, как вирус осповакцины. Гепатит В вызывается вирусом, содержащим частично двухцепочечную ДНК, гепатит А вызывается РНК-содержащим вирусом.

Две группы ДНК-содержащих вирусов — каулимовирусы и 1«минивирусы — поражают растения. Молекулярные свойства геминивирусов необычны; они представлены двумя вирионами, имеющими структуру несовершенных икосаэдров. В каждом вирионе заключена одноцепочечная молекула ДНК, причем для развития инфекции необходимы обе молекулы. Золотая мозаика бобов вызывается геминивирусами, которые переносятся белокрылками. Другая болезнь — полосатость кукурузы — вызывается вирусом, который распространяется цикадками.

Вирус мозаики цветной капусты переносится тлями; он относится к группе каулимовирусов, содержащих двухцепочечную ДНК. Частицы этих вирусов имеют икосаэдрическую форму. Разрывы в молекуле ДНК препятствуют образованию двойной спирали по всей ее длине. Каулимовирусы интенсивно изучаются, поскольку они могут быть переносчиками желаемых генов в растения.

Вирусные болезни растений

Более тысячи известных заболеваний растений вызываются вирусами, относящимися примерно к 100 различным типам (рис. 12-8). Вирусные болезни растений, как правило, распространяются с помощью беспозвоночных — насекомых или нематод. Сосущие насекомые, такие, как тли и цикадки, переносят вирус вместе с соком, который извлекают из флоэмы или клеток эпидермиса. Некоторые вирусы размножаются в переносчике так же хорошо, как и в клетках инфицированного растения.

Некрозы характеризуются появлением участков мертвых тканей; в случае мозаичных болезней листья или другие части растения покрываются пятнами; оба эти широко распространенные заболевания вызываются вирусами. При мозаичной болезни на листьях или других зеленых частях растения появляются светло-зеленые и желтые маленькие крапинки или большие полосы. Иногда все инфицированное растение может быть более светлым, чем здоровое. Желтые пятна или окаймление листьев некоторых сельскохозяйственных культур вызываются вирусами, пестрая окраска цветов —тоже результат вирусной инфекции, передающейся от поколения к поколению (рис. 12-9).

Рис. 12-9. Пестрые цветки тюльпана. Подобная окраска вызвана вирусом

Вирусы мозаики преимущественно поражают ткани паренхимы, уменьшая или сводя к нулю количество хлоропластов. Другие накапливаются в богатом сахарами соке флоэмы и могут приводить к гибели ее клеток. Вирусные болезни в значительной степени снижают продуктивность зерновых культур во всем мире, причем они поражают огромное число видов. Безвирусные растения можно получать с помощью культуры ткани; при этом кончик меристематической ткани, не содержащий вируса, отделяют от родительского растения и культивируют in vitro , где он дает начало новому растению. Данный метод позволил увеличить урожай картофеля и ревеня.

Недавно сделано интересное открытие, касающееся вируса некротической мозаики риса, который при заражении растения подавляет его рост. С. К. Гхош из Индийского центрального института научных исследований в 1982 г. обнаружил, что другие растения (например, джут — источник грубых волокон для мешков и канатов) лучше растут, когда поражены вирусом, чем в здоровом состоянии. Этому явлению еще нет объяснения. Данный пример свидетельствует о сложной природе взаимодействия между вирусом и растением, но логично предположить, что в будущем подобные случаи будут выгодно использованы в экономическом отношении.

Вирусы растений, как правило, содержат РНК, за исключением каулимовирусов и геминивирусов (см. с. 179). В большинстве случаев капсид вирусов растений состоит из одного типа белка (комовирусов — из двух). Наиболее характерной особенностью PHК-содержащих вирусов растений можно считать часто фрагментированный геном. Препараты некоторых вирусов содержат несколько идентичных внешне типов вирусных частиц. Каждая частица имеет свой фрагмент РНК. Геном многих вирусов представлен двумя — четырьмя фрагментами РНК различного размера, каждый из которых заключен в отдельный капсид, так что вирусные частицы могут быть гетерогенными по форме и плотности. Пути взаимодействия фрагментов РНК, обеспечивающие инфекционность, неодинаковы у различных групп вирусов. У плюс-нитевых РНК-содержащих вирусов репликация происходит в два этапа: сначала на матрице исходной РНК образуется минус-нить; а затем на вновь образованной матрице синтезируется плюс-нить (мРНК).

Сборка вирионов и выход их из клетки

Синтез компонентов вирусных частиц в клетке разобщен и может протекать в разных структурах ядра и цитоплазмы. Вирусы, репликация которых проходит в ядрах, условно называют ядерными. В основном это ДНК-содержащие вирусы: адено-, папова-, парвовирусы, вирусы герпеса. Вирусы, реплицирующиеся в цитоплазме, называют цитоплазмэтическими. К ним относятся из ДНК-содержащих вирус оспы и большинство РНК-содержащих вирусов, за исключением ортомиксо- и ретровирусов. Однако это разделение весьма относительно, потому что в репродукции тех и других вирусов есть стадии, протекающие соответственно в цитоплазме и ядре.

Внутри ядра и цитоплазмы синтез вирусспецифических молекул также может быть разобщен. Так, например, синтез одних белков осуществляется на свободных полисомах, а других—на полисомах, связанных с мембранами. Вирусные нуклеиновые кислоты синтезируются в ассоциации с клеточными структурами вдали от полисом, которые синтезируют вирусные белки. При таком дизъюнктивном способе репродукции образование вирусной частицы возможно лишь в том случае, если вирусные нуклеиновые кислоты и белки обладают способностью при достаточной концентрации узнавать друг друга в многообразии клеточных белков и нуклеиновых кислот и самопроизвольно соединяться друг с другом, т. е. способны к самосборке.

В основе самосборки лежит специфическое белок-нуклеиновое и белок-белковое узнавание, которое может происходить в результате гидрофобных ионных и водородных связей, а также стерического соответствия. Белок-нуклеиновое узнавание ограничено небольшим участком молекулы нуклеиновой кислоты и определяется уникальными последовательностями нуклеотидов в некодирующей части вирусного генома. С этого узнавания участка генома вирусными капсидными белками начинается процесс сборки вирусной частицы. Присоединение остальных белковых молекул осуществляется за счет специфических белок-белковых взаимодействий или неспецифических белок-нуклеиновых взаимодействий.

Читайте также:  Пивные дрожжи для набора веса описание, какое лучше средство выбрать и противопоказания

Объединение белка с вирусными нуклеиновыми кислотами в клетке происходит спонтанно как чисто физико-химическая реакция агрегации, требующая участия дополнительных факторов (рН, ионной силы, ионов металлов, осмоса и т.п.). После того как концентрация вирусных РНК и белка достигает критического уровня; у сложно устроенных вирусов принципы самосборки обеспечивает от начала до конца морфогенез вирионов.

Для того чтобы представить этап созревания дочерних вирусных частиц у парамиксовирусов, необходимо выяснить, каким образом молекула 50S РНК, около 10 тыс. молекул белков, липидов и сахара собираются в зараженной клетке и образуют морфологически и биологически полноценную частицу. Созревание можно разделить на три этапа: 1) образование внутриклеточных нуклеокапсидов; 2) организация вирусной мембраны; 3) выход зрелой вирусной частицы из клетки с помощью так называемого почкования.

Образование нуклеокапсидов. Быстрое включение 50S РНК в капсид обусловлено сравнительно быстрым и в избытке накоплением в. зараженной клетке структурных белков нуклеокапсидов. Формирование (ассемблирование) вирионов происходит путем самосборки, которая обусловлена «узнаванием» РНК белками. Полагают, что узнающим белком является белок Р, поскольку он наиболее жестко связан с РНК в вирусных частицах. Считают, что узнаваемый участок РНК локализуется на 5′-конце молекулы. Нуклеокапсиды накапливаются в цитоплазме зараженных клеток, причем скорость образования внутриклеточных нуклеокапсидов гораздо выше, чем скорость образования вируса. Образование внутриклеточных нуклеокапсидов сопряжено во времени с биосинтезом 50S РНК.

Организация вирусной мембраны. Структурной основой вирусных и цитоплазматических мембран является двойной липидный слой. Последний у вирусной мембраны почти без изменений повторяет липидный слой плазматической мембраны клетки-хозяина. Мембраны вирусных частиц содержат наружный (гликопротеиды HN и F) и внутренний белковый слой (белок М).

В построении вирусной мембраны участвуют предсуществующие липиды клеточных мембран. Гликопротеиды вируса включаются в мембраны зараженных клеток, поэтому вскоре после их заражения в наружных мембранах клеток выявляется поверхностный вирусный антиген (гликопротеид HN, являющийся одновременно гемагглютинином, нейраминидазой и рецепторным белком).

В плазматических мембранах клеток, зараженных вирусом гриппа, обнаружены все белки липопротеидной оболочки вируса: НА (либо НА1 + НА2); NA (нейраминидаза) и М (внутренний белок вирусной мембраны). Гликопротеиды НА (гемагглютинина) и NA синтезируются в так называемых шероховатых мембранах, т.е. в мембранах, с которыми связаны синтезирующие белки рибосомы. После синтеза полипептиды транспортируются по гладким плазматическим мембранам в комплекс Гольджи, где происходит тримминг углеводных цепей. Из комплекса Гольджи гликопротеиды поступают в наружные мембраны. Происходит сборка структур, состоящих из 6 молекул гемагглютинина, вокруг одной молекулы нейраминидазы. Белок М синтезируется там же, где и гликопротеиды, но транспортируется иначе и накапливается на внутреннем листке плазмалеммы.

Гемагглютинин вируса гриппа синтезируется в зараженной клетке в виде предшественника, который в процессе транспорта в плазматические мембраны нарезается на две неравные субъединицы: большую и малую. Нарезание осуществляется клеточными протеазами. Степень нарезания зависит от штамма вируса и клеточной системы. При нарезании предшественника возрастает инфекционность вируса. Последняя снижена у частиц, содержащих молекулы гемагглютинина, часть которых ИЛИ все они не нарезаны. Видимо, нарезание гемагглютинина существенно для адсорбции и для стадии проникновения вируса. Обработка вирионов гриппа трипсином увеличивает эффективность адсорбции и его проникновения. Отсутствие нарезания гемагглютинина приводит к нарушению способности вирусного потомства заражать новые дочерние клетки. Нуклеокапсиды парамиксовирусов способны узнавать модифицированные М-белком участки наружных мембран зараженных клеток. Нуклеокапсиды связываются непосредственно с этими модифицированными участками. Вслед за этим начинается процесс выпячивания всего конгломерата, заканчивающийся отторжением. Этот процесс получил название «почкование». Липидосодержащие вирусы животных почкуются на плазматических мембранах клеток и содержат элементы оболочек клетки-хозяина. По сути, вирусная оболочка представляет собой модифицированную вирусными белками клеточную мембрану.

Главная роль в организации липопротеидной мембраны вируса, равно как и во включении нуклеокапсида в участок почкования, видимо, принадлежит белку М.

В связи с разнообразием структуры вирусов животных разнообразны и способы формирования вирионов, однако можно сформулировать следующие общие принципы сборки

1) у просто устроенных вирусов формируются провирионы, которые затем в результате модификаций белков превращаются в вирионы. У сложно устроенных вирусов сборка осуществляется многоступенчато — сначала формируются нуклеокапсиды или сердцевины, с которыми взаимодействуют белки наружных оболочек;

2) сборка сложно устроенных вирусов (за исключением сборки вирусов оспы и реовирусов) осуществляется на клеточных мембранах. Сборка ядерных вирусов происходит с участием ядерных мембран, сборка цитоплазматических вирусов — с участием мембран эндоплазматической сети или плазматической мембраны, куда независимо друг от друга прибывают все компоненты вирусной частицы; 3) у ряда сложно устроенных вирусов существуют специальные гидрофобные белки, выполняющие функции посредников между сформированными нуклеокапсидами и вирусными гликопротеидами. Такими белками являются матриксные белки у ряда минус-нитевых вирусов (ортомиксо-, парамиксо-, рабдовирусов);

4) сборка нуклеокапсидов, сердцевин, провирионов и вири-онов происходит не во внутриклеточной жидкости, а в специальных структурах, предсуществующих в клетке или индуцированных вирусом («фабриках»);

5) сложно устроенные вирусы для построения своих частиц используют ряд элементов клетки-хозяина, например липиды, некоторые ферменты, у ДНК-геномного SV40 — гистоны, у оболочечных РНК-геномных вирусов — актин, а в составе арена-вирусов обнаружены даже рибосомы. Клеточные молекулы несут определенные функции в вирусной частице, однако включение их в вирион может явиться и следствием случайной контаминации, как, например, включение ряда ферментов клеточных оболочек или клеточных нуклеиновых кислот.

Сборка ДНК-содержащих вирусов. В сборке ДНК-содержащих вирусов есть некоторые отличия от сборки РНК-содержащих вирусов. Как и у РНК-содержащих вирусов, сборка ДНК-содержащих вирусов является многоступенчатым процессом с образованием промежуточных форм, отличающихся от зрелых вирионов по составу полипептидов. Первый этап сборки заключается в ассоциации ДНК с внутренними белками и формировании сердцевин или нуклеокапсидов. При этом ДНК соединяется с предварительно сформированными «пустыми» капси-дами.

В результате связывания ДНК с капсидами появляется новый класс промежуточных форм, которые называются неполными формами. Помимо неполных форм с разным содержанием ДНК, существует другая промежуточная форма в морфогенезе — незрелые вирионы, отличающиеся от зрелых тем, что содержат ненарезанные предшественники полипептидов. Таким образом, морфогенез вирусов тесно связан с модификацией (процессингом) белков.

Сборка ядерных вирусов начинается в ядре, обычно — в ассоциации с ядерной мембраной. Формирующиеся в ядре Промежуточные формы вируса герпеса почкуются в перинукле-арное пространство через внутреннюю ядерную мембрану, и вирус приобретает таким путем оболочку, которая является дериватом ядерной мембраны. Дальнейшая достройка и созревание вирионов происходят в мембранах эндоплазм этической сети и в аппарате Гольджи, откуда вирус в составе цитоплазматических везикул транспортируется на клеточную поверхность.

У непочкующихся липидосодержащих вирусов (вирусов оспы) сборка вирионов происходит в уже описанных цитоплазматических «фабриках», Липидная оболочка вирусов в «фабриках» формируется из клеточных липидов путем автономной самосборки, поэтому липидный состав оболочек значительно отличается от состава липидов в клеточных мембранах

Выход вирусных частиц из клетки

Существует два способа выхода вирусного потомства из клетки: путем взрыва и путем почкования. Выход из клетки путем взрыва связан с деструкцией клетки, нарушением ее целостности, в результате чего находящиеся внутри клетки зрелые вирусные частицы оказываются в окружающей среде. Такой способ выхода из клетки присущ вирусам, не содержащим липопротеидной оболочки (пикорна-, рео-, парво-, папова-, аденовирусы). Однако некоторые из этих вирусов могут транспортироваться на клеточную поверхность до гибели клетки.

Выход из клетки путем почкования присущ вирусам, содержащим липопротеидную мембрану, которая является дериватом клеточных мембран. При этом способе клетка может длительное время сохранять жизнеспособность и продуцировать вирусное потомство, пока не произойдет полное истощение ее ресурсов.

Ссылка на основную публикацию
Самый эффективный женский возбудитель какой купить, отзывы, название и цены
женские гормоны и возбудители Мы с мужем решили себя порадовать, он купил для меня это средство, А я купила для...
Самооценка и неуверенность в себе — проблемы с самооценкой
Низкая самооценка — неуверенность в себе — ваши отношения обречены? Совсем необязательно: психологи тоже могут ошибаться Многие селф-хелп-книги настаивают на...
Самостоятельное лечение спаек народными средствами
САМОСТОЯТЕЛЬНОЕ ЛЕЧЕНИЕ СПАЕК НАРОДНЫМИ СРЕДСТВАМИ. Спайки не относятся к ряду опасных заболеваний, хотя они и приносят некоторые весьма неприятные ощущения....
Санация полости рта – описание процедуры, разновидности, кому можно делать — Анатомия зубов
Стоматология для беременных Как показывает практика, около 95% беременных женщин нуждаются в стоматологическом пособии. Почему такая высокая цифра? Во-первых, потому...
Adblock detector