Презентація на тему:
МОРФОЛОГІЯ І ФІЗІОЛОГІЯ ВІРУСІВ

Кафедра мікробіології, вірусології та імунології МОРФОЛОГІЯ І ФІЗІОЛОГІЯ ВІРУСІВ Лектор проф. С.І. Климнюк

Ласкаво просимо до Царства вірусів!

Деякі віруси, що уражають органи та системи людини

Д.Й. Івановський

Віруси - це неклітинні системи живих істот, які відрізняються своїми малими розмірами, відсутністю у віріоні білоксинтезуючих та енергієгенеруючих систем, а також облігатним внутрішньоклітинним паразитизмом. Ціла вірусна частка називається віріоном Термін “вірус” означає “отрута”.

Головна властивість вірусу – представити свій геном в клітині-господарі, для того, щоб відбулась його експресія (трансляція і транскрипція)

І група - збудники гарячки Ебола, Ласа, Марбурга, Мачупо, натуральної віспи, а також вірус гепатиту В (мавп). ІІ група - арбовіруси, деякі аренавіруси, віруси сказу, віруси гепатиту А і В людини, ВІЛ. ІІІ група - віруси грипу, поліомієліту, енцефаломіокардиту, вісповакцини. ІV група - аденовіруси, коронавіруси, герпесвіруси, реовіруси, онковіруси. За своїм ступенем небезпеки для людини віруси поділяють на чотири групи:

Принципи класифікації вірусів (1)  Тип нуклеїнової кислоти, її структура, стратегія реплікації (2) Розміри, морфологія, симетрія віріону, число капсомерів, наявність суперкапсиду. (3) Наявність специфічних ферментів, особливо РНК- і ДНК-полімераз, нейрамінідази (4) Чутливість до фізичних і хімічних агентів, особливо ефіру (5) Імунологічні властивості (6) Природні механізми передачі (7) Тропізм до господаря, його тканин і клітин (8) Патологія, формування включень (9) Симптоматологія захворювань.

Класифікація вірусів ДНК-місткі віруси РНК-місткі віруси Hepadnaviridae Picornaviridae Paramyxoviruses Parvoviridae Caliciviridae Orthomyxoviruses Papovaviridae Togaviruses Bunyaviridae Adenoviridae Flaviviridae Arenaviridae Herpesviridae Coronaviridae Reoviridae Poxviridae Rhabdoviridae Birnaviridae Iridovoridae Filoviridae Retroviridae

Класифікація вірусів. Форма віріонів

Форма віріонів

Структура вірусів A – простий вірус B – складний вірус А В

Структура вірусу Серцевина – нуклеїнова кислота і пов’язаний з нею протеїн всередині віріону Капсид – білкова оболонка навколо НК та серцевини

Структура вірусів

Упаковування нуклеїнової кислоти Захист нуклеїнової кислоти Транспортування нуклеїнової кислоти з клітини до клітини Забезпечує специфічність при прикріпленні вірусів Функції капсиду

Вірусні ферменти Деякі віруси мають ферменти для забезпечення: проникнення до клітини наприклад, гемаглютинін, нейрамінідаза, бактеріофаги мають лізоцим для проникнення всередину бактерійної клітини реплікації вірусних нуклеїнових кислот наприклад, ретровіруси мають зворотну транскриптазу (ревертазу)

Типи симетрії капсиду Комбінований Кубічний Спіральний

Спіральний тип симетрії Віруси мозаїчної хвороби тютюну

Ікосаедричний, кубічний, квазісферичний тип симетрії Adenovirus Herpes simplex virus

Ікосаедричний, кубічний, квазісферичний тип симетрії Багатогранних із 20-ма площинами та 12 вершинами капсомери пентамери (пентони) – вершинний капсомер гексамери (гексони) – капсомер площини

Комбінований (змішаний) тип симетрії

Хімічний склад вірусів нуклеїнова кислота, білок, ліпіди, гліколіпіди, глікопротеїди. Вони завжди містять один тип нуклеїнової кислоти (ДНК або РНК), яка становить від 1 % до 40 % маси віріона.

Білки вірусів (70-90 %) поділяються на структурні та неструктурні. Структурними – білки, які входять до складу зрілих позаклітинних віріонів. Вони виконують ряд важливих функцій: захищають нуклеїнову кислоту від зовнішнього пошкодження, взаємодіють з мембранами чутливих клітин забезпечують проникненя вірусу в клітину, мають РНК- та ДНК-полімеразну активність та ін.

Неструктурні білки не входять до складу зрілих віріонів, однак утворюються під час їх репродукції. Вони: забезпечують регуляцію експресії вірусного генома, є попередниками вірусних білків, здатні пригнічувати клітинний біосинтез.

Залежно від розташування у віріоні, білки поділяються на капсидні, суперкапсидні, матриксні, білки серцевини асоційовані з нуклеїновою кислотою

Ліпіди (15-35 %) містяться в складних вірусах і входять до складу суперкапсидної оболонки. Вони: стабілізують вірусну оболонку, забезпечують захист внутрішніх шарів віріонів від гідрофільних речовин зовнішнього середовища, беруть участь у депротеїнізації віріонів.

Молекули вуглеводів входять до складу глікопротеїнів, гліколіпідів (3,5-9 %). Вони відіграють важливу роль, забезпечуючи захист відповідних молекул від дії клітинних протеаз.

Репродукція вірусів Вірусам притаманний диз’юнктивний спосіб репродукції. Останній полягає в тому, що синтез геному та білків вірусу розірваний у просторі та часі: нуклеїнові кислоти реплікуються в ядрі клітини, білки - в цитоплазмі, а збирання цілих віріонів може відбуватись на внутрішній поверхні цитоплазматичної мембрани.

Ранні стадії: адсорбція вірусів на поверхні клітини: проникнення (пенетрація) їх у клітини; роздягання (депротеїнізація). Пізні стадії (стратегія вірусного геному): синтез вірусних нуклеїнових кислот; синтез білка; збирання віріонів; вірусних часток із клітини.

Реплікація вірусів

Прикріплення вірусів

Проникнення вірусів всередину клітини відбувається за механізмом рецепторного ендоцитозу на спеціальних ділянках клітинних мембран, які містять особливий блок з високою молекулярною масою - клатрин.

Інший механізм - індукція злиття мембран. Вона відбувається завдяки особливому вірусному білку злиття (F- від fusion - злиття).

Депротеїнізація вірусу та синтез його відбувається за участю метаболічних систем господаря

Типи вірусних геномів та їх реплікація Дві події є критичними при синтезі вірусів: Продукція вірусних структурних протеїнів та ферментів Реплікація вірусного геному

Виділяють 6 основних класів реплікації вірусів: віруси з однонитковою ДНК (парвовіруси); віруси з двонитковою ДНК (адено-, герпесвіруси);

Виділяють 6 основних класів реплікації вірусів: віруси з двонитковою РНК (реовіруси); віруси з однонитковою “+” РНК (пікорнавіруси); віруси з однонитковою “+” РНК (пікорнавіруси)

Виділяють 6 основних класів реплікації вірусів: віруси з двома нитками ідентичної РНК (ретровіруси) віруси з однонитковою “-” РНК (ортоміксовіруси)

Формування вірусів і вихід їх з клітини Лізис клітини, “вибух” Брунькування З клітини виходить: > 4000 (віруси натуральної віспи) - >100 000 (поліовіруси)

Типи вірусної інфекції Продуктивна Абортивна Вірогенія Віруси, які викликають вірогенію, належать до групи помірних

Визначення розмірів вірусів Фільтрування Седиментація в ультрацентрифузі Спостереження в електронному мікроскопі Порівняльні розміри: Staphylococcus має діаметр 1000 nm. Бактеріофаги -10-100 nm. Діаметр молекули сироваткового альбуміну 5 nm, глобуліну - 7 nm, гемоцианін (23 nm).

Культивування вірусів Культури клітин Лабораторні тварини Курячі ембріони Бактерії (для бактеріофагів)

Зараження курячих ембріонів Бляшки на хоріоналантоїсній мембрані: Vaccinia virus (зліва) HSV-1 (справа) Курячі ембріони 6-12 денного віку. Способи зараження – відкритий, закритий

Культивування в курячих ембріонах

Через рот Інтраперитонеально Внутрішньом’язово Внутрішньовенно Інтраназально Нашкірно Внутрішньошкірно Підшкірно Внутрішньосерцево У мозок На скарифіковану рогівку У передню камеру ока Зараження лабораторних тварин

Типи тканинних культур Первинно-трипсинізовані Диплоїдні Перещеплювані

Первинно-трипсинізовані культури: тканини ембріонів людини, нирок мавп, фібробластів ембріону курки Вони здатні рости протягом декількох пасажів як вторинні культури Типи тканинних культур

Перещеплювані клітини: HeLa (Henrietta Lacks - карцинома шийки матки) Hep-2 (Hu. Epithelial - карцинома гортані людини) КВ (карцинома ротової порожнини людини) RD (рабдоміосаркома людини) RH (нирка ембріона людини) Vero (нирка зеленої мавпи) СПЭВ (нирка ембріона свині) ВНК-32 (Baby Hamster Kidney - нирка сирійського хом’яка) Це культури клітин, які набули здатність до необмеженого росту і розмноження; їх одержують із пухлин або з нормальних людських чи тваринних тканин, що мають змінений каріотип. Типи тканинних культур

Диплоїдні клітини: лінії культур, які одержано із фібробластів ембріону людини (WI-38, MRC-5, MRC-9, IMR-90), корів, свиней, овець тощо. Це культури клітини одного типу, мають диплоїдний набір хромосом і здатні витримувати при цьому до 100 пересівів в умовах лабораторії. Вони є зручною моделлю для отримання вакцинних препаратів вірусів, так як вільні від контамінації чужорідними вірусами, зберігають вихідний каріотип під час пасажів, не мають онкогенної активності. Культури клітин зберігають у замороженому стані. Типи тканинних культур

Отримання культур клітин

Живильні середовища, які використовуються для підтримання культур клітин або їх росту бувають природними або синтетичними (штучними). Природні середовища – сироватка крові великої рогатої худоби, рідини із серозних порожнин, продукти гідролізу молока, різноманітні гідролізати (5 % гемогідролізат, 0,5 % гідролізат лактоальбуміну) або екстракти тканин. Синтетичні живильні середовища: середовище 199 (культивування первинно-трипсинізованих і перещеплюваних культур клітин), середовище Ігла (містить мінімальний набір амінокислот і вітамінів і використовується для культивування диплоїдних ліній клітин і перещеплюваних), середовище Ігла МЕМ (культивування особливо вимогливих ліній клітин), розчин Хенкса, що використовується для виготовлення живильних середовищ, відмивання клітин тощо

Цитопатична дія вірусів 1. Повна дегенерація. 2. Симпластоутворюючий тип. 3. Круглоклітинна дегенерація 4. Проліферативний тип 5. Окремі віруси не здатні викликати видимих дегенеративних проявів з боку клітин. 6. Утворення внутрішньоклітинних включень. 7. Адсорбція еритроцитів 8. Пошкодження цитоскелету клітини 9. Злоякісне переродження

Цитопатична дія вірусів Повна дегенерація, загибель клітин Симпластоутворюючий тип Гемадсорбція Нормальні клітини Інфіковані клітини Гігантські багатоядерні клітини шкіри (herpes simpleх virus)

Цитопатична дія вірусів Морфологічна трансформація (злоякісне переродження) Утворення внутрішньоклітинних включень Круглоклітинна дегенерація Великі клітини з типовими ядерними включеннями – “очі сови” Нормальні клітини Інфіковані клітини

Феномен бляшкоутворення

Бактеріофаги Віруси бактерій Репродукція подібна до репродукції вірусів, за винятком проникнення в клітину (впорскування ДНК), вивільнення (лізис) та існування профагу (лізогенія)

T-бактеріофаг проникає в клітину господаря післяспецифічного зв’язування та впорскуваання ДНК у мікробну клітину

Бактеріальна клітина, яка вкрита фагами

Бактеріофаги