Вируси морфология репродукция биологични особености. Морфология и структура на вирусите. Структура на прости вириони

Морфологията и структурата на вирусите се изследват с помощта на електронен микроскоп, тъй като техните размери са малки и сравними с дебелината на бактериалната обвивка. Формата на вирионите може да бъде различна: пръчковидна (вирус на тютюнева мозайка), форма на куршум (вирус на бяс), сферична (вируси на полиомиелит, HIV), форма на сперматозоиди (много бактериофаги).

Размерите на вирусите се определят с помощта на електронна микроскопия, ултрафилтрация през филтри с известен диаметър на порите и ултрацентрофугиране. Един от най-малките вируси е полиомиелитният вирус (около 20 nm), най-големият е едрата шарка (около 350 nm).

Има прости вируси (например полиомиелит) и сложни вируси (например грипни вируси, вируси на морбили). При простите вируси нуклеиновата киселина е свързана с белтъчна обвивка, наречена капсид (от лат. capsa - случай). Капсидът се състои от повтарящи се морфологични субединици - капсомери. Нуклеиновата киселина и капсидът взаимодействат един с друг, за да образуват нуклеокапсид. В сложните вируси капсидът е заобиколен от допълнителна липопротеинова обвивка - суперкапсид (производно на мембранните структури на клетката гостоприемник), която има „шипове“. Вирионите се характеризират със спирален, кубичен и сложен тип капсидна симетрия. Спиралният тип симетрия се дължи на спиралната структура на нуклеокапсида, кубичният тип симетрия се дължи на образуването на изометрично кухо тяло от капсида, съдържащо вирусната нуклеинова киселина.

Капсидът и суперкапсидът защитават вирионите от влиянието на околната среда, определят селективното взаимодействие (адсорбция) с клетките и определят антигенните и имуногенните свойства на вирионите. Вътрешните структури на вирусите се наричат ​​ядро.Във вирусологията се използват следните таксономични категории: семейство (името завършва на viridae), подсемейство (името завършва на virinae), род (името завършва на virus).

Имената на родовете и особено на подсемействата обаче не са формулирани за всички вируси. Типът вирус не е получил биномиално име, като бактериите.

Класификацията на вирусите се основава на следните категории:

§ тип нуклеинова киселина (ДНК или РНК), нейната структура, брой вериги (една или две),

§ особености на репродукцията на вирусния геном;

§ размер и морфология на вирионите, брой на капсомерите и вид на симетрия;

§ наличие на суперкапсид;

§ чувствителност към етер и дезоксихолат;

§ място за отглеждане в клетката;

§ антигенни свойства и др.

Вирусите заразяват гръбначни и безгръбначни животни, както и растения и бактерии. Като основни причинители на човешки инфекциозни заболявания, вирусите също участват в процесите на канцерогенеза и могат да се предават по различни начини, включително през плацентата (вирус на рубеола, цитомегаловирус и др.), Поразявайки човешкия плод. Те могат да доведат до постинфекциозни усложнения - развитие на миокардит, панкреатит, имунна недостатъчност и др.

В допълнение към обикновените вируси са известни и така наречените неканонични вируси - приони - протеинови инфекциозни частици, които са агенти от протеинова природа, имащи формата на фибрили с размери 10,20x100,200 nm. Прионите, очевидно, са едновременно индуктори и продукти на автономен ген при хора или животни и причиняват енцефалопатия при тях при условия на бавна вирусна инфекция (болест на Кройцфелд-Якоб, куру и др.). Други необичайни агенти, тясно свързани с вирусите, са вироидите, малки молекули от кръгова, супернавита РНК, които не съдържат протеин и причиняват заболявания в растенията.

Извънклетъчна форма - вирион- включва всички съставни елементи (капсид, нуклеинова киселина, структурни протеини, ензими и др.). Вътреклетъчна форма - вирус- може да бъде представен само от една молекула нуклеинова киселина, тъй като при навлизане в клетката вирионът се разпада на съставните си елементи.

Морфология на вирусите. Размери на вируса.

Нуклеинови киселини на вируси

Вирусисъдържат само един вид нуклеинова киселина, DIC или РНК, но не и двата типа едновременно. Например вирусите на едра шарка, херпес симплекс и Epstein-Barr съдържат ДНК, докато тогавирусите и пикорнавирусите съдържат РНК. Геномът на вирусната частица е хаплоиден. Най-простият вирусен геном кодира 3-4 протеина, най-сложният - повече от 50 полипептида. Нуклеиновите киселини са представени от едноверижни РНК молекули (с изключение на реовирусите, при които геномът се формира от две вериги на РНК) или двуверижни ДНК молекули (с изключение на парвовирусите, при които геномът е образуван от една верига ДНК). При вируса на хепатит В веригите на двойноверижната ДНК молекула са с различна дължина.

Вирусна ДНКобразуват кръгли, ковалентно свързани суперспирални (например при паповавируси) или линейни двойноверижни структури (например при херпес и аденовируси). Тяхното молекулно тегло е 10-100 пъти по-малко от масата на бактериалната ДНК. Транскрипцията на вирусна ДНК (синтез на иРНК) се извършва в ядрото на заразена с вирус клетка. Във вирусната ДНК в краищата на молекулата има прави или обърнати (обърнати на 180") повтарящи се нуклеотидни последователности. Тяхното присъствие гарантира способността на ДНК молекулата да се затвори в пръстен. Тези последователности присъстват в едно- и двуверижни ДНК молекулите са уникални маркери на вирусна ДНК.

Вирусни РНКпредставени от едно- или двуверижни молекули. Едноверижните молекули могат да бъдат сегментирани – от 2 сегмента при ареновирусите до 11 при ротавирусите. Наличието на сегменти води до увеличаване на кодиращия капацитет на генома. Вирусни РНКсе делят на следните групи: плюс-верижна РНК (+РНК), минус-верижна РНК (-РНК). При различни вируси геномът може да бъде образуван от +РНК или -РНК вериги, както и от двойни вериги, едната от които е РНК, другата (комплементарна към нея) е +РНК.

Плюс нишка РНКса представени от единични вериги с характерни окончания ("шапки") за разпознаване на рибозоми. Тази група включва РНК, които са способни директно да транслират генетична информация върху рибозомите на заразена с вирус клетка, тоест да изпълняват функциите на иРНК. Плюс нишките изпълняват следните функции: те служат като иРНК за синтеза на структурни протеини, като шаблон за репликация на РНК и са пакетирани в капсид, за да образуват дъщерна популация. Минус-верижната РНК не е в състояние да транслира генетична информация директно върху рибозоми, което означава, че не може да функционира като иРНК. Въпреки това, такива РНК служат като матрица за синтеза на иРНК.

Инфекциозност на вирусни нуклеинови киселини

много вирусни нуклеинови киселиниса инфекциозни сами по себе си, тъй като съдържат цялата генетична информация, необходима за синтеза на нови вирусни частици. Тази информация се реализира, след като вирионът проникне в чувствителната клетка. Нуклеиновите киселини на повечето +РНК- и ДНК-съдържащи вируси проявяват инфекциозни свойства. Двуверижните РНК и повечето -РНК не проявяват инфекциозни свойства.

- това са най-малките частици на живота, те са 50 пъти по-малки по размер от бактериите. Вирусите обикновено не могат да се видят със светлинен микроскоп, тъй като дължината на вълната им е по-малка от половината от светлината. Индивидите на вируса, които са в латентно състояние, се наричат вирион.Вирусите съществуват в две форми: в покой, или извънклетъчни (вирусни частици или вириони), и възпроизвеждане,или вътреклетъчен (комплекс "вирус - клетка гостоприемник").

Формите на вирусите са различни, те могат да бъдат нишковидни, сферична, с форма на куршум, пръчковидна, многоъгълна, тухлена форма, кубичен, докато някои са с кубична глава и процес. Всеки вирион се състои от нуклеинова киселина и протеини.

Вирусните вириони винаги съдържат само един вид нуклеинова киселина - РНК или ДНК. Освен това и едното, и другото могат да бъдат едноверижни или двуверижни, а ДНК може да бъде линейна или кръгова. РНК във вирусите винаги е само линейна, но може да бъде представена от набор от РНК фрагменти, всеки от които носи определена част от генетичната информация, необходима за възпроизвеждане. Въз основа на наличието на една или друга нуклеинова киселина вирусите се наричат ​​ДНК-съдържащи и РНК-съдържащи. Специално трябва да се отбележи, че в царството на вирусите функцията на пазител на генетичния код се изпълнява не само от ДНК, но и от РНК (може да бъде и двуверижна).

Вирусите имат много проста структура. Всеки вирус се състои само от две части - ядраИ капсид. Ядрото на вируса, което съдържа ДНК или РНК, е заобиколено от протеинова обвивка - капсид (лат. капса- „контейнер“, „кутия“, „калъф“). Протеините защитават нуклеиновата киселина, а също така определят ензимните процеси и незначителните промени в протеините в капсида. Капсидът се състои от един и същи вид протеинови молекули, подредени по определен начин - капсомери.Обикновено това е или спирален тип полагане (фиг. 22), или тип симетричен многостен(изометричен тип) (фиг. 23).

Всички вируси са условно разделени на простоИ комплекс. Прости вирусисе състои само от ядро ​​с нуклеинова киселина и капсид. Сложни вирусина повърхността на протеина capsi-da те също имат външна обвивка, или суперкапсид,съдържащ двуслойна липопротеинова мембрана, въглехидрати и протеини (ензими). Тази външна обвивка (суперкапсид) обикновено е изградена от мембраната на клетката гостоприемник. Материал от сайта

На повърхността на капсида има различни израстъци - шипове или „шипове“ (те се наричат фибри), и стреля. С тях вирионът се прикрепя към повърхността на клетката, в която след това прониква. Трябва да се отбележи, че на повърхността на вируса има и специални прикрепващи протеини,свързване на вириона със специфични групи молекули - рецептори(лат. рецепта -„Получавам“, „Приемам“), разположен на повърхността на клетката, в която вирусът прониква. Някои вируси се свързват с протеинови рецептори, други с липиди, а трети разпознават въглехидратните вериги в протеините и липидите. В процеса на еволюция вирусите се „научават“ да разпознават чувствителните към тях клетки чрез наличието на специални рецептори върху клетъчната повърхност на гостоприемника.

Морфологията и структурата на вирусите се изследват с помощта на електронен микроскоп, тъй като техните размери са малки и сравними с дебелината на бактериалната обвивка.

Формата на вирионите може да бъде различна: пръчковидна (вирус на тютюнева мозайка), форма на куршум (вирус на бяс), сферична (вируси на полиомиелит, HIV), форма на сперматозоиди (много бактериофаги) (фиг. 8).

Ориз. 8. Форми на вириони:

1 вирус на едра шарка; 2 херпесен вирус; 3 аденовирус; 4 паповавирус; 5 хепаднавирус; 6 парамиксовирус; 7 грипен вирус; 8 коронавирус; 9 аренавирус; 10 ретровирус;

Размерите на вирусите се определят с помощта на електронна микроскопия, ултрафилтрация през филтри с известен диаметър на порите и ултрацентрофугиране. Някои от най-малките вируси са вирусите на полиомиелита и шапа (около 20 nm), цирковирусите (16 nm) и най-големият вирус на вариола (около 350 nm). Вирусите имат уникален геном, защото съдържат ДНК или РНК. Следователно се прави разлика между ДНК-съдържащи и РНК-съдържащи вируси. Те обикновено са хаплоидни, което означава, че имат един набор от гени. Геномът на вирусите е представен от различни видове нуклеинови киселини: двуверижни, едноверижни, линейни, кръгови, фрагментирани.

Има прости вируси (например полиомиелит) и сложни вируси (например грипни вируси, вируси на морбили). При простите вируси нуклеиновата киселина е свързана с протеинова обвивка, наречена капсид (от латински capsa case). Капсидът се състои от повтарящи се морфологични субединици на капсомерите. Нуклеиновата киселина и капсидът взаимодействат един с друг, за да образуват нуклеокапсид. При сложните вируси капсидът е заобиколен от допълнителна липопротеинова обвивка, суперкапсид (производно на мембранните структури на клетката гостоприемник), която има „шипове“. Капсидът и суперкапсидът защитават вирионите от влиянието на околната среда, определят селективното взаимодействие (адсорбция) с клетките и определят антигенните и имуногенните свойства на вирионите. Вътрешните структури на вирусите се наричат ​​ядро.

Вирионите се характеризират със спирални, кубични и сложни видове капсидна симетрия. Спиралният тип симетрия се дължи на спиралната структура на нуклеокапсида, кубичното образуване на изометрично кухо тяло от капсида, съдържащ вирусната нуклеинова киселина.

В допълнение към обикновените вируси са известни и така наречените неканонични вируси: приони, протеинови инфекциозни частици, които имат формата на фибрили с размери 10-20 x 100-200 nm. Прионите, очевидно, са едновременно индуктори и продукти на автономен ген при хора или животни и причиняват енцефалопатия при тях при условия на бавна вирусна инфекция (болест на Кройцфелд-Якоб, куру и др.). Други необичайни агенти, тясно свързани с вирусите, са вироиди, малки кръгли, супернавити РНК молекули, които не съдържат протеин и причиняват заболявания в растенията.

Сцената е лабораторията на Никитската ботаническа градина към Руската академия на науките, където биологът Дмитрий Йосифович Ивановски (1864-1920) изучава мистериозната мозаечна болест на тютюна. Причинителят на болестта в растението преминава през най-малките бактериални филтри, не се развива и не дава симптоми, когато здрави растения са заразени с филтрати от болни растения.

Тогава, през 1892 г., ученият заключава, че това не са бактерии. И той нарича патогена вируси (от лат. virus - отрова). Дмитрий Ивановски се опитва да види вируси през целия си живот, но ние видяхме морфологията на вирусите през 30-те години на 20-ти век, когато са изобретени електронните микроскопи.

Но тази дата се счита за началото на науката вирусология, а Дмитрий Ивановски е неин основател.

Удивително кралство

Отличителните черти на вирусите са следните:

Част от органичния свят на планетата

Към днешна дата вече са описани повече от 6 хиляди вируса, но се смята, че има повече от сто милиона от тях. Това е най-многобройната биологична форма на планетата и е представена във всички екосистеми (универсално (всеобщо) разпространение).

Появата им на планетата все още не е ясна. Едно е известно – когато са се появили първите клетъчни форми на живот, вече е имало вируси.

Жив и не жив

Тези невероятни организми имат две форми на съществуване, които са значително различни една от друга.

Вирионът по същество е нежива част от живота. А геномът на вируса в клетката е негов жив компонент, защото там се възпроизвеждат вирусите.

Морфология и ултраструктура на вирусите

В този контекст говорим за вириона – извънклетъчната форма.

Размерът на вирионите се измерва в нанометри - 10 -9 метра. Грипните вируси имат среден размер 80-120 нанометра, а вирусът на едрата шарка е гигант с размери 400 нанометра.

Структурата и морфологията на вирусите е подобна на астронавтите. Вътре в капсида (протеинова обвивка, понякога съдържаща мазнини и въглехидрати), като в „космически костюм“, има най-ценната част - нуклеиновите киселини, геномът на вируса. Освен това този „космонавт“ е представен в минимално количество - само директно наследствен материал и минимум ензими за неговата репликация (копиране).

Външно "скафандърът" може да бъде пръчковиден, сферичен, с форма на куршум, във формата на сложен икосаедър или дори с неправилна форма. Това зависи от наличието в капсида на специфични протеини, които са отговорни за проникването на вируса в клетката.

Как патогенът навлиза в гостоприемника?

Има много методи за проникване, но най-разпространеният е въздушно-капковият. Безброй миниатюрни частици се изхвърлят в космоса не само при кашляне или кихане, но и просто при дишане.

Друг начин, по който вирионите влизат в тялото, е заразният (директен физически контакт). Този метод е характерен за сравнително малка група патогени, така се предават херпес, полово предавани инфекции и СПИН.

Методът на заразяване чрез вектор, който може да бъде различни групи организми, е доста сложен. Векторът, след като получи патогена от резервоара на инфекцията, става място, където вирусите могат да се размножават или да преминат през етапи на развитие. Вирусът на бяс е точно такъв патоген.

Какво се случва в тялото на гостоприемника

С помощта на външни капсидни протеини вирусът се прикрепя към клетъчната мембрана и прониква чрез ендоцитоза. Те навлизат в лизозомите, където под действието на ензими се отърват от „скафандъра“. А нуклеиновите киселини на патогена влизат в ядрото или остават в цитоплазмата.

Нуклеиновите киселини на патогена се интегрират във веригите на нуклеиновата киселина на гостоприемника и се задейства реакцията на репликация (копиране) на наследствената информация. Когато в клетката се натрупат достатъчен брой вирусни частици, вирионите използват енергийните и пластични механизми и ресурси на гостоприемника.

Последният етап е освобождаването на вириони от клетката. Някои вируси водят до пълно разрушаване на клетките и навлизат в междуклетъчното пространство, други навлизат в него чрез екзоцитоза или пъпкуване.

Патогенни стратегии

Структурата и морфологията на вирусите води до пълна зависимост на патогена от енергийния и протеин-синтезиращ потенциал на клетката; единственото условие е тя да възпроизвежда своите нуклеинови киселини според собствения си график. Това взаимодействие се нарича продуктивно (естествено за вируса, но не и за клетката). След като е изчерпал запасите на клетката, вирусът води до нейната смърт.

Друг вид взаимодействие е помирителното. В този случай вирусният геном, интегриран в генома на гостоприемника, се репликира ковалентно със собствените нуклеинови киселини на клетката. И тогава развитието на сценария може да върви в две посоки. Вирусът се държи тихо и не се проявява. Младите вириони напускат клетката само при определени условия. Или гените на патогена работят постоянно, произвеждайки голям брой млади поколения, но клетката не умира и те я напускат чрез екзоцитоза.

Сложности на таксономията

Класификацията и морфологията на вирусите е различна в различни източници. В този случай за класифицирането им се използват следните характеристики:

• Тип нуклеинова киселина (РНК-съдържаща и ДНК-съдържаща) и метод на нейната репликация. Най-често срещаната класификация на вирусите, предложена от американския вирусолог Дейвид Балтимор през 1971 г.
• Морфология и структура на вируса (едноверижен, двуверижен, линеен, кръгъл, фрагментиран, нефрагментиран).
• Размери, тип симетрия, брой капсомери.
• Наличие на суперкапсид (външна обвивка).
• Антигенни свойства.
• Тип генетично взаимодействие.
• Кръг от потенциални собственици.
• Локализация в клетката гостоприемник - в ядрото или в цитоплазмата.

Именно изборът на основния критерий и морфологията на вирусите в микробиологията определя различните подходи към класификацията на вирусите. Доста е трудно. Трудността е, че започваме да изучаваме морфологията и структурата на вируса едва когато те доведат до патологични процеси.

Придирчив и не много

Въз основа на избора на гостоприемник, тези патогени са изключително разнообразни в своите предпочитания. Някои атакуват изключително един биологичен вид - те имат много строга "регистрация". Например, той яде вируси на грип от котки, чайки и прасета, които са напълно безопасни за други животни. Понякога специализацията е изненадваща - вирусът на бактериофага P-17 заразява само мъжки индивиди от един вид Escherichia coli.

Други вируси се държат напълно различно. Например вирусите с форма на куршум, чиято морфология е подобна на куршума, причиняват напълно различни заболявания и в същото време обхватът им на приемник е изключително широк. Тези вируси включват вируса на бяс, който засяга всички бозайници, или вируса на везикулозния стоматит (предава се, между другото, от насекоми).