Fitur biologis reproduksi morfologi virus. Morfologi dan struktur virus. Struktur virion sederhana

Morfologi dan struktur virus dipelajari dengan menggunakan mikroskop elektron, karena ukurannya kecil dan sebanding dengan ketebalan cangkang bakteri. Bentuk virion bisa berbeda-beda: berbentuk batang (virus mosaik tembakau), berbentuk peluru (virus rabies), bulat (virus poliomielitis, HIV), berbentuk sperma (banyak bakteriofag).

Ukuran virus ditentukan dengan menggunakan mikroskop elektron, ultrafiltrasi melalui filter dengan diameter pori yang diketahui, dan ultrasentrifugasi. Salah satu virus terkecil adalah virus polio (sekitar 20 nm), yang terbesar adalah virus cacar (sekitar 350 nm).

Ada virus sederhana (misalnya virus polio) dan virus kompleks (misalnya virus influenza, virus campak). Pada virus sederhana, asam nukleat terikat pada cangkang protein yang disebut kapsid (dari bahasa Latin capsa - case). Kapsid terdiri dari subunit morfologi yang berulang - kapsomer. Asam nukleat dan kapsid berinteraksi satu sama lain untuk membentuk nukleokapsid. Pada virus kompleks, kapsid dikelilingi oleh cangkang lipoprotein tambahan - superkapsid (turunan dari struktur membran sel inang), yang memiliki “paku”. Virion dicirikan oleh tipe simetri kapsid spiral, kubik dan kompleks. Tipe simetri heliks disebabkan oleh struktur heliks nukleokapsid, tipe simetri kubik disebabkan oleh pembentukan benda berongga isometrik dari kapsid yang mengandung asam nukleat virus.

Kapsid dan superkapsid melindungi virion dari pengaruh lingkungan, menentukan interaksi selektif (adsorpsi) dengan sel, dan menentukan sifat antigenik dan imunogenik virion. Struktur internal virus disebut inti.Dalam virologi, kategori taksonomi berikut digunakan: famili (nama diakhiri dengan viridae), subfamili (nama diakhiri dengan virinae), genus (nama diakhiri dengan virus).

Namun nama genera dan khususnya subfamili tidak diformulasikan untuk semua virus. Jenis virus tidak mendapat nama binomial, seperti bakteri.

Klasifikasi virus didasarkan pada kategori berikut:

§ jenis asam nukleat (DNA atau RNA), strukturnya, jumlah untai (satu atau dua),

§ ciri-ciri reproduksi genom virus;

§ ukuran dan morfologi virion, jumlah kapsomer dan jenis simetri;

§ adanya superkapsid;

§ kepekaan terhadap eter dan deoksikolat;

§ tempat berkembang biak di dalam sel;

§ sifat antigenik, dll.

Virus menginfeksi hewan vertebrata dan invertebrata, serta tumbuhan dan bakteri. Sebagai agen penyebab utama penyakit menular pada manusia, virus juga terlibat dalam proses karsinogenesis dan dapat ditularkan melalui berbagai cara, termasuk melalui plasenta (virus rubella, sitomegalovirus, dll), yang mempengaruhi janin manusia. Mereka dapat menyebabkan komplikasi pasca infeksi - perkembangan miokarditis, pankreatitis, defisiensi imun, dll.

Selain virus biasa, juga dikenal apa yang disebut virus non-kanonik - prion - partikel penular protein yang merupakan agen yang bersifat protein, berbentuk fibril dengan ukuran 10,20x100,200 nm. Prion, tampaknya, merupakan penginduksi dan produk gen otonom pada manusia atau hewan dan menyebabkan ensefalopati pada mereka dalam kondisi infeksi virus yang lambat (penyakit Creutzfeldt-Jakob, kuru, dll.). Agen tidak biasa lainnya yang berkerabat dekat dengan virus adalah viroid, molekul kecil RNA superkoil berbentuk lingkaran yang tidak mengandung protein dan menyebabkan penyakit pada tanaman.

Bentuk ekstraseluler - virion- mencakup semua unsur penyusunnya (kapsid, asam nukleat, protein struktural, enzim, dll). Bentuk intraseluler - virus- hanya dapat diwakili oleh satu molekul asam nukleat, karena ketika memasuki sel, virion terurai menjadi unsur-unsur penyusunnya.

Morfologi virus. Ukuran virus.

Asam nukleat virus

Virus hanya mengandung satu jenis asam nukleat, DIC atau RNA, tetapi tidak kedua jenis tersebut secara bersamaan. Misalnya virus cacar, herpes simpleks, dan Epstein-Barr mengandung DNA, sedangkan togavirus dan picornavirus mengandung RNA. Genom partikel virus adalah haploid. Genom virus yang paling sederhana mengkodekan 3-4 protein, yang paling kompleks - lebih dari 50 polipeptida. Asam nukleat diwakili oleh molekul RNA beruntai tunggal (tidak termasuk reovirus, yang genomnya dibentuk oleh dua untai RNA) atau molekul DNA beruntai ganda (tidak termasuk parvovirus, yang genomnya dibentuk oleh satu untai DNA). Pada virus hepatitis B, untaian molekul DNA beruntai ganda memiliki panjang yang tidak sama.

DNA virus membentuk struktur superkoil yang melingkar dan terikat secara kovalen (misalnya, pada virus papova) atau struktur beruntai ganda linier (misalnya, pada virus herpes dan adenovirus). Berat molekulnya 10-100 kali lebih kecil dari massa DNA bakteri. Transkripsi DNA virus (sintesis mRNA) terjadi di inti sel yang terinfeksi virus. Dalam DNA virus, di ujung molekul terdapat rangkaian nukleotida berulang yang lurus atau terbalik (berputar 180”). Kehadirannya memastikan kemampuan molekul DNA untuk menutup menjadi sebuah cincin. Urutan ini, terdapat dalam untai tunggal dan ganda. Molekul DNA, merupakan penanda unik DNA virus.

RNA virus diwakili oleh molekul beruntai tunggal atau ganda. Molekul beruntai tunggal dapat disegmentasi - dari 2 segmen pada arenovirus hingga 11 segmen pada rotavirus. Kehadiran segmen menyebabkan peningkatan kapasitas pengkodean genom. RNA virus dibagi menjadi beberapa kelompok berikut: RNA untai plus (+RNA), RNA untai minus (-RNA). Pada berbagai virus, genom dapat dibentuk oleh untai +RNA atau -RNA, serta untai ganda, salah satunya adalah RNA, yang lain (pelengkapnya) adalah +RNA.

Ditambah untai RNA diwakili oleh rantai tunggal dengan ujung yang khas (“tutup”) untuk pengenalan ribosom. Kelompok ini mencakup RNA yang mampu secara langsung menerjemahkan informasi genetik pada ribosom sel yang terinfeksi virus, yaitu menjalankan fungsi mRNA. Untaian plus menjalankan fungsi berikut: berfungsi sebagai mRNA untuk sintesis protein struktural, sebagai cetakan untuk replikasi RNA, dan dikemas ke dalam kapsid untuk membentuk populasi anak. RNA untai minus tidak mampu menerjemahkan informasi genetik langsung ke ribosom, sehingga tidak dapat berfungsi sebagai mRNA. Namun, RNA tersebut berfungsi sebagai cetakan untuk sintesis mRNA.

Infektivitas asam nukleat virus

Banyak asam nukleat virus bersifat menular, karena mengandung semua informasi genetik yang diperlukan untuk sintesis partikel virus baru. Informasi ini diwujudkan setelah virion menembus sel sensitif. Asam nukleat dari sebagian besar virus yang mengandung +RNA dan DNA menunjukkan sifat menular. RNA beruntai ganda dan sebagian besar -RNA tidak menunjukkan sifat menular.

- ini adalah partikel terkecil kehidupan, ukurannya 50 kali lebih kecil dari bakteri. Virus biasanya tidak dapat dilihat dengan mikroskop cahaya karena panjang gelombangnya kurang dari setengah panjang gelombang cahaya. Individu virus yang berada dalam keadaan dorman disebut virion. Virus ada dalam dua formulir: saat istirahat, atau ekstraseluler (partikel virus, atau virion), dan bereproduksi, atau intraseluler ("virus - sel inang" yang kompleks).

Bentuk virusnya bermacam-macam, bisa saja berbentuk benang, bulat, berbentuk peluru, berbentuk batang, poligonal, berbentuk batu bata, kubik, sementara beberapa memiliki kepala kubik dan proses. Setiap virion terdiri dari asam nukleat dan protein.

Virion virus selalu hanya mengandung satu jenis asam nukleat - baik RNA atau DNA. Selain itu, keduanya dapat beruntai tunggal atau beruntai ganda, dan DNA dapat berbentuk linier atau melingkar. RNA dalam virus selalu linier, tetapi dapat diwakili oleh sekumpulan fragmen RNA, yang masing-masing membawa bagian tertentu dari informasi genetik yang diperlukan untuk reproduksi. Berdasarkan keberadaan asam nukleat tertentu, virus disebut mengandung DNA dan mengandung RNA. Perlu dicatat secara khusus bahwa di dunia virus, fungsi penjaga kode genetik dilakukan tidak hanya oleh DNA, tetapi juga oleh RNA (bisa juga beruntai ganda).

Virus memiliki cara yang sangat sederhana struktur. Setiap virus hanya terdiri dari dua bagian - inti Dan kapsid. Inti virus yang mengandung DNA atau RNA dikelilingi oleh cangkang protein - kapsid (lat. capsa- "wadah", "kotak", "kotak"). Protein melindungi asam nukleat, dan juga menentukan proses enzimatik dan perubahan kecil pada protein di kapsid. Kapsid terdiri dari molekul protein sejenis yang tersusun dengan cara tertentu - kapsomer. Biasanya ini adalah tipe peletakan spiral (Gbr. 22), atau tipe polihedron simetris(tipe isometrik) (Gbr. 23).

Semua virus secara konvensional dibagi menjadi sederhana Dan kompleks. Virus sederhana hanya terdiri dari inti dengan asam nukleat dan kapsid. Virus yang kompleks pada permukaan protein capsi-da mereka juga memiliki kulit terluar, atau superkapsid, mengandung membran lipoprotein dua lapis, karbohidrat dan protein (enzim). Kulit terluar ini (superkapsid) biasanya dibangun dari membran sel inang. Bahan dari situs

Di permukaan kapsid terdapat berbagai hasil - duri, atau "kancing" (disebut serat), dan menembak. Dengan mereka, virion menempel pada permukaan sel, yang kemudian ditembusnya. Perlu dicatat bahwa pada permukaan virus juga terdapat yang khusus protein pengikat, mengikat virion ke kelompok molekul tertentu - reseptor(lat. penerima -“Saya menerima”, “Saya menerima”), terletak di permukaan sel tempat virus menembus. Beberapa virus menempel pada reseptor protein, yang lain menempel pada lipid, dan yang lain mengenali rantai karbohidrat dalam protein dan lipid. Dalam proses evolusi, virus “belajar” mengenali sel-sel yang sensitif terhadapnya melalui kehadiran reseptor khusus pada permukaan sel inang.

Morfologi dan struktur virus dipelajari dengan menggunakan mikroskop elektron, karena ukurannya kecil dan sebanding dengan ketebalan cangkang bakteri.

Bentuk virion bisa berbeda-beda: berbentuk batang (virus mosaik tembakau), berbentuk peluru (virus rabies), bulat (virus poliomielitis, HIV), berbentuk sperma (banyak bakteriofag) (Gbr. 8).

Beras. 8. Bentuk virion:

1 virus cacar; 2 virus herpes; 3 adenovirus; 4 virus papova; 5 virus hepadna; 6 paramiksovirus; 7 virus influenza; 8 virus corona; 9 virus arena; 10 retrovirus;

Ukuran virus ditentukan dengan menggunakan mikroskop elektron, ultrafiltrasi melalui filter dengan diameter pori yang diketahui, dan ultrasentrifugasi. Beberapa virus terkecil adalah virus polio dan penyakit mulut dan kuku (sekitar 20 nm), circovirus (16 nm), dan virus variola terbesar (sekitar 350 nm). Virus memiliki genom unik karena mengandung DNA atau RNA. Oleh karena itu, perbedaan dibuat antara virus yang mengandung DNA dan virus yang mengandung RNA. Mereka biasanya haploid, artinya mereka mempunyai satu set gen. Genom virus diwakili oleh berbagai jenis asam nukleat: beruntai ganda, beruntai tunggal, linier, melingkar, terfragmentasi.

Ada virus sederhana (misalnya virus polio) dan virus kompleks (misalnya virus influenza, virus campak). Pada virus sederhana, asam nukleat dikaitkan dengan cangkang protein yang disebut kapsid (dari bahasa Latin capsa case). Kapsid terdiri dari subunit morfologi kapsomer yang berulang. Asam nukleat dan kapsid berinteraksi satu sama lain untuk membentuk nukleokapsid. Pada virus kompleks, kapsid dikelilingi oleh cangkang lipoprotein tambahan, superkapsid (turunan dari struktur membran sel inang), yang memiliki “paku”. Kapsid dan superkapsid melindungi virion dari pengaruh lingkungan, menentukan interaksi selektif (adsorpsi) dengan sel, dan menentukan sifat antigenik dan imunogenik virion. Struktur internal virus disebut inti.

Virion dicirikan oleh jenis simetri kapsid spiral, kubik, dan kompleks. Jenis simetri heliks disebabkan oleh struktur heliks nukleokapsid, pembentukan kubik benda berongga isometrik dari kapsid yang mengandung asam nukleat virus.

Selain virus biasa, dikenal juga virus non-kanonik: prion, partikel protein menular berbentuk fibril berukuran 10-20 x 100-200 nm. Prion, tampaknya, merupakan penginduksi dan produk gen otonom pada manusia atau hewan dan menyebabkan ensefalopati pada mereka dalam kondisi infeksi virus yang lambat (penyakit Creutzfeldt-Jakob, kuru, dll.). Agen tidak biasa lainnya yang berkerabat dekat dengan virus adalah viroid, molekul RNA berbentuk lingkaran kecil dan superkoil yang tidak mengandung protein dan menyebabkan penyakit pada tanaman.

Adegannya adalah laboratorium Kebun Raya Nikitsky di Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia, tempat ahli biologi Dmitry Iosifovich Ivanovsky (1864-1920) mempelajari penyakit mosaik misterius pada tembakau. Agen penyebab penyakit pada suatu tanaman melewati filter bakteri terkecil, tidak tumbuh dan tidak menimbulkan gejala ketika tanaman sehat terinfeksi dengan filtrat dari tanaman yang sakit.

Saat itulah, pada tahun 1892, ilmuwan menyimpulkan bahwa ini bukanlah bakteri. Dan dia menyebut patogen itu virus (dari bahasa Latin virus - racun). Dmitry Ivanovsky mencoba melihat virus sepanjang hidupnya, tetapi kami melihat morfologi virus pada tahun 30-an abad ke-20, ketika mikroskop elektron ditemukan.

Namun tanggal ini dianggap sebagai awal mula ilmu virologi, dan Dmitry Ivanovsky adalah pendirinya.

Kerajaan yang luar biasa

Ciri-ciri virus adalah sebagai berikut:

Bagian dari dunia organik planet ini

Hingga saat ini, lebih dari 6 ribu virus telah dideskripsikan, namun diperkirakan ada lebih dari seratus juta virus. Ini adalah bentuk biologis yang paling banyak jumlahnya di planet ini, dan terwakili di semua ekosistem (distribusi universal (di mana-mana)).

Kemunculan mereka di planet ini masih belum jelas. Satu hal yang diketahui - ketika bentuk kehidupan seluler pertama kali muncul, virus sudah ada.

Hidup dan tidak hidup

Organisme menakjubkan ini memiliki dua bentuk keberadaannya, yang sangat berbeda satu sama lain.

Virion pada dasarnya adalah bagian kehidupan yang tidak hidup. Dan genom virus di dalam sel merupakan komponen hidupnya, karena di sinilah virus berkembang biak.

Morfologi dan ultrastruktur virus

Dalam konteks ini, kita berbicara tentang virion - bentuk ekstraseluler.

Ukuran virion diukur dalam nanometer - 10 -9 meter. Virus influenza rata-rata berukuran 80-120 nanometer, dan virus cacar berukuran raksasa dengan ukuran 400 nanometer.

Struktur dan morfologi virus mirip dengan astronot. Di dalam kapsid (cangkang protein, terkadang mengandung lemak dan karbohidrat), seperti pada “baju luar angkasa”, terdapat bagian yang paling berharga - asam nukleat, genom virus. Selain itu, “kosmonot” ini disajikan dalam jumlah minimal - hanya materi keturunan langsung dan minimal enzim untuk replikasi (penyalinan).

Secara eksternal, “pakaian antariksa” dapat berbentuk batang, bulat, berbentuk peluru, berbentuk ikosahedron yang rumit, atau bahkan bentuknya tidak beraturan. Hal ini tergantung pada keberadaan protein spesifik dalam kapsid yang bertanggung jawab untuk penetrasi virus ke dalam sel.

Bagaimana patogen masuk ke dalam tubuh inang?

Ada banyak metode penetrasi, namun yang paling umum adalah melalui udara. Berjuta-juta partikel kecil terlempar ke luar angkasa tidak hanya saat batuk atau bersin, tapi juga saat bernapas.

Cara lain virion masuk ke dalam tubuh adalah dengan menular (kontak fisik langsung). Metode ini merupakan ciri dari sekelompok kecil patogen, inilah cara penularan herpes, infeksi menular seksual, dan AIDS.

Cara penularan melalui vektor, yang dapat berupa berbagai kelompok organisme, cukup rumit. Vektor, setelah menerima patogen dari reservoir infeksi, menjadi tempat virus dapat berkembang biak atau menjalani tahap perkembangan. Virus rabies hanyalah sebuah patogen.

Apa yang terjadi di tubuh inangnya

Dengan bantuan protein kapsid eksternal, virus menempel pada membran sel dan menembus melalui endositosis. Mereka memasuki lisosom, di mana, di bawah aksi enzim, mereka membuang "pakaian antariksa". Dan asam nukleat patogen masuk ke dalam nukleus atau tetap berada di sitoplasma.

Asam nukleat patogen diintegrasikan ke dalam rantai asam nukleat inang, dan reaksi replikasi (penyalinan) informasi herediter dipicu. Ketika jumlah partikel virus yang cukup telah terakumulasi di dalam sel, virion menggunakan mekanisme dan sumber daya yang energik dan plastis dari inang.

Tahap terakhir adalah pelepasan virion dari sel. Beberapa virus menyebabkan kehancuran total sel dan memasuki ruang antar sel, yang lain memasukinya melalui eksositosis atau tunas.

Strategi Patogen

Struktur dan morfologi virus menyebabkan ketergantungan penuh patogen pada energi dan potensi sintesis protein sel; satu-satunya syarat adalah ia mereplikasi asam nukleatnya sesuai dengan jadwalnya sendiri. Interaksi ini disebut produktif (alami bagi virus, tetapi tidak bagi sel). Setelah persediaan sel habis, virus menyebabkan kematiannya.

Jenis interaksi lainnya adalah perdamaian. Dalam hal ini, genom virus, yang diintegrasikan ke dalam genom inang, direplikasi secara kovalen dengan asam nukleat sel itu sendiri. Dan kemudian perkembangan skenarionya bisa berjalan dalam dua arah. Virus ini berperilaku diam-diam dan tidak memanifestasikan dirinya. Virion muda meninggalkan sel hanya dalam kondisi tertentu. Entah gen patogen terus bekerja, menghasilkan generasi muda dalam jumlah besar, tetapi sel tidak mati, dan mereka meninggalkannya melalui eksositosis.

Kompleksitas taksonomi

Klasifikasi dan morfologi virus berbeda-beda di berbagai sumber. Dalam hal ini, karakteristik berikut digunakan untuk mengklasifikasikannya:

• Jenis asam nukleat (mengandung RNA dan DNA) dan cara replikasinya. Klasifikasi virus yang paling umum diusulkan oleh ahli virologi Amerika David Baltimore pada tahun 1971.
• Morfologi dan struktur virus (untai tunggal, untai ganda, linier, sirkular, terfragmentasi, tidak terfragmentasi).
• Dimensi, jenis simetri, jumlah kapsomer.
• Kehadiran superkapsid (kulit terluar).
• Sifat antigenik.
• Jenis interaksi genetik.
• Lingkaran pemilik potensial.
• Lokalisasi di sel inang - di nukleus atau di sitoplasma.

Pilihan kriteria utama dan morfologi viruslah yang dalam mikrobiologi menentukan berbagai pendekatan klasifikasi virus. Ini cukup sulit. Kesulitannya adalah kita mulai mempelajari morfologi dan struktur virus hanya ketika mereka mengarah pada proses patologis.

Pilih-pilih dan tidak terlalu

Berdasarkan pilihan inangnya, patogen ini sangat beragam dalam kesukaannya. Beberapa hanya menyerang satu spesies biologis - mereka memiliki “registrasi” yang sangat ketat. Misalnya, ia memakan virus influenza dari kucing, burung camar, dan babi, yang sepenuhnya aman untuk hewan lain. Terkadang spesialisasinya mengejutkan - virus bakteriofag P-17 hanya menginfeksi individu jantan dari satu jenis Escherichia coli.

Virus lain berperilaku sangat berbeda. Misalnya, virus berbentuk peluru, yang morfologinya mirip dengan peluru, menyebabkan penyakit yang sangat berbeda dan pada saat yang sama jangkauan inangnya sangat luas. Virus-virus ini termasuk virus rabies, yang menyerang semua mamalia, atau virus stomatitis vesikular (yang ditularkan melalui serangga).