АКТУАЛЬНЫЕАКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫВОПРОСЫВИРУСОЛОГИИВИРУСОЛОГИИ

(THE ACTUAL QUESTIONS OF VIROLOGY)(THE ACTUAL QUESTIONS OF VIROLOGY)

Клестова Зинаида Сергеевна,доктор ветеринарных наук,

Заведующая отделом, ученый секретарь, Институт ветеринарной медицины,Национальная Академия Аграрных НаукУкраины,

ЕвросайенсE-mail: zklestova@yandex.ru

10 августа 2010

ВирусыВирусы, , вирусологиявирусология, , вирусныевирусныеинфекцииинфекции

Вирус - (от лат. virus – яд):. - облигатный внутриклеточный паразит, способный вызыватьинфекционные болезни. Не имеет: клеточного строения ибелоксинтезирующей системы, имеет: из нуклеиновых кислот –либо ДНК, либо РНК, белковую оболочку (капсид), возможенсуперкапсид. Форма: палочкоподобная, сферическая или любаядругая. Розмер вирусных частиц колеблется от 15-350 нм ибольше. Впервые вирусы открыл в 1892 году Д.И. Ивановский

(вирус табачной мозаики). Вирусология (от лат. virus и logos)

– раздел биологической науки, изучающий вирусы, а такжеболезни, которые они вызывают.

Вирусные инфекционные заболевания — это группазаболеваний, вызываемых проникновением в организмпатогенных (болезнетворных) вирусов.

РазделыРазделы вирусологиивирусологии - общая : изучает вирусы, их строение,

таксономию, размножение, биохимию, генетику.

- медицинская, - ветеринарная,- сельскохозяйственная

исследуют патогенные вирусы, ихинфекционные свойства, разрабатывают средствапредупреждения и лечениявирусных болезней, ихдиагностики

ПроблемыПроблемы современнойсовременнойвирусологиивирусологии

– Систематика и таксономия вирусов; – Распространение вирусов;– Экология вирусов;– Изменения вирусных свойств;– Эмерджентные инфекции;– Профилактика заболеваний, вызываемых вирусами;– Химиотерапия вирусных заболеваний;– Фаги, фаготерапия, перенос генетической информации;– Вирусы – модельные объекты генетики и молекулярной

биологии, биоинформатики.

СовременныеСовременные критериикритерииклассификацииклассификации вирусоввирусов::

тип нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК), структура и организация генома (количествоцепей, их полярность, целосность илифрагментированность);

наявность внешней липопротеиновой оболочки; стратегия вирусного генома (механизм

репликации); размер и морфология вириона, тип симметрии капсида,

количество капсомеров.

СовременныеСовременные критериикритерииклассификацииклассификации вирусоввирусов::

Формы генетических взаемодействий; Спектр восприимчивых хозяев; Патогенность, в том числе

цитопатические изменения иобразование телец-включений;

География распространения; Способ передачи; Антигенные свойства.

ОсновныеОсновные этапыэтапы созданиясоздания классификацииклассификациивирусоввирусов::

1966-1970 гг. – формирование группвирусов, часть из которых возведено в рангрода;

1971-1985 гг. – формирование семейств иподсемейств и разработка более детальныхкритериев для таксономических групп;

конец 90-х годов ХХ ст. – некоторыесемейства вирусов объединены в порядки.

КлассификацияКлассификация вирусоввирусов попо ICTVICTV((International Committee on Taxonomy of VirusesInternational Committee on Taxonomy of Viruses))

Основная цель ICTV – создание универсальнойтаксономической систематики вирусов

ICTV в 1966-1971 гг. принял систему класификации вирусов, которая базируется на различиях типа нуклеиновой кислоты (РНКили ДНК), количества их молекул (одно- двуцепочечные) и наприсутствии, или отсутствии оболочки ядра. Системаклассификации представляет собой серию иерархичных таксонов.

ICTV классифікация представляет собой: Порядок (-virales) Семейство (-viridae) Подсемейство (-virinae) Род(-virus) Вид

ICTV установил 6 порядков: Caudovirales, Herpesvirales, Mononegavirales, Nidovirales, Picornavirales, и Tymovirales.

виросферавиросфера

строениестроение вирусоввирусов

СхематическиеСхематические примерыпримеры структурструктур некоторыхнекоторых вирусоввирусов

Структура вириона неикосаэдрическогооболочечного вируса на примере ВИЧ.Цифрами обозначены: (1) РНК-геном вируса, (2) нуклеокапсид, (3) капсид, (4) белковыйматрикс, (5) липидная мембрана, (6) gp120 —гликопротеин, связывает вирус с клеточноймембраной

Иикосаэдрические вирионы:А. Вирус, не имеющий липиднойоболочки (например, пикорнавирус).B. Оболочечный вирус (например, герпесвирус).

Палочковидная частица вируса табачноймозаики.Цифрами обозначены: (1) РНК-геномвируса, (2) капсомер, состоящий всегоиз одного протомера, (3) зрелый участоккапсида.

ПредставителиПредставители разныхразных семействсемейств вирусоввирусов, , видвид подпод электроннымэлектронным микроскопоммикроскопом

КлассификацияКлассификация БалтимораБалтимораКлассификация вирусов по схеме Давида Балтимора (основана на разныхмеханизмах продукции мРНК). Система включает 7 основных групп:

(І) Вирусы, содержащие двух-цепочечную ДНК без РНК-стадии(например, герпесвирусы, поксвирусы, паповавирусы);

(ІІ) Вирусы, содержащие двух-цепочечную РНК (например, ротавирусы); (ІІІ) Вирусы, содержащие одно-цепочечную молекулу ДНК (например

парвовирусы); (IV) Вирусы, содержащие одно-цепочечную молекулу РНК позитивной

полярности (например, пикорнавирусы, флавивирусы); (V) Вирусы, содержащие одно-цепочечную молекулу РНК, негативной

или двойной полярности (например ортомиксовирусы, филовирусы); (VI) Вирусы, содержащие одно-цепочечную молекулу РНК, имеющие в

своем жизненном цикле стадию синтеза ДНК на матрице РНК(ретровирусы, СПИД).

(VII) Вирусы, содержащие двух-цепочечную ДНК имеющие в своемжизненном цикле стадию синтеза ДНК на матрице РНК(ретроидные вирусы)

На даний момент, для классификации вирусов используют обе системы, дополняющие одна другую. Дальнейшее разделение базируется на такихпризнаках, как структура генома (наличие сегментов, кольцевая или линейнаямолекула нуклеиновой кислоты), генетическое подобие с другими вирусами, присутствие липидной оболочки и т.д.

СистематикаСистематика вирусоввирусов

РаспространениеРаспространение вирусоввирусовВирусные инфекции составляют наибольшую часть среди

всей инфекционной патологии человека и животных.

Наиболее распространенными остаются острыереспираторные и другие вирусные инфекции, передающиесявоздушно-капельным путем, кишечные инфекции, в том числеи гепатиты (А, В, С, D, Е, G).Эти заболевания вызываются вирусами, принадлежащими кразным семействам РНК – и ДНК – содержащих вирусов.

Широко распространилась ВИЧ-инфекция (синдромприобретенного иммунодефицита), возбудитель относится ксемейству РНК-содержащих вирусов - Retroviridae, родулентивирус.

Широко распространены арбовирусные заболевания. Естественными хозяевами их возбудителей являются мелкиегрызуны и эктопаразиты. Большинство из этих вирусов – РНК-содержащие (в основном, вызывающие энцефалиты илихорадки).

ПримерПример распространенияраспространения вирусоввирусов

ПримерПример распространенияраспространения вирусоввирусовданныеданные относительноотносительно распространенияраспространения африканскойафриканской чумычумы свинейсвиней вв

миремире((попо даннымданным МЭБМЭБ, , январьянварь--июньиюнь 2010 2010 годгод))

РазмышленияРазмышления оо возможныхвозможных потенцияхпотенцияхдлядля возникновениявозникновения вирусныхвирусных инфекцийинфекций

По данным ICTV 2005 известно 6000 вирусовклассифицированных в 1950 видов, что составило 391 таксономическую единицу.

Однако, по данным GenBank найдено еще 3142 неклассифицированных (по спискам 2005 г.) вируса.

За 20 лет (с 1982 по 2002 год) GenBank увеличил числосохраненных сиквенсов с 1 млн до 42 млн.

ЭмерджентныеЭмерджентные ии реэмерджентныереэмерджентные инфекцииинфекции. . Зоонозные и зооантропонозные

инфекции у новых хозяев: животных и людей.

Известные биологическиеагенты, выделенные отинфицированных в новыхэкологических нишах.

Впервые выделенныеприродные, ранее неизвестныепатогены от инфицированногоорганизма.

Появление при инфекцияхвновь ранее иррадицированныхпатогенов.

Причина инфекций – появлениеслучайно или специальносозданные биоинженернымпутем микроорганизмы.

68 68 -- 75% 75% эмерджентныхэмерджентных инфекцийинфекцийчеловекачеловека вызванывызваны зоонозамизоонозами

ПричиныПричины эмерджентностиэмерджентности инфекцийинфекций

Изменчивость вирусов и их эволюция:Точечные мутации (квази-виды)• Рекомбинация• Реассортация• Адаптация•Постоянная эволюция

Деятельность людей:• Глобализация торговли, туризма, путешествий• Транспорт•Биопрепараты (вакцины)• Промышленные или обычные агросистемы• Крупные проекты по мелиорации, вырубка лесов и т.п.

Климатические и экологические изменения:• Изменение климата, глобальное потепление• Изменение экологии• Экспансия популяции животных (особенно летающих)

ПрофилактикаПрофилактика заболеванийзаболеваний, , вызванныхвызванных вирусамивирусами

Средства предупреждения и борьбы синфекционными болезнями условно можноразделить на 3 группы:

Организационные мероприятия, направленныена предупреждение распространения вирусныхзаболеваний и недопущение инфицированияздоровых особей.

Иммунопрофилактика Химиопрофилактика, химиотерапия

ОрганизационныеОрганизационные мероприятиямероприятия, , направленныенаправленные нанаизбежаниеизбежание распространенияраспространения вирусныхвирусных заболеванийзаболеваний

Госпитализация (обязательна при некоторыхвирусных заболеваниях – оспе, полиомиелите, трансмиссивных энцефалитах). Каранти́н (от ит. quaranta — сорок) —административные и медико-санитарныемероприятия для ограничения контактов синфицированной или подозрительной наинфицирование особой (особами), животными, грузами, товарами, транспортными средствами, населенными пунктами, которые применяют дляизбежания распространения особенно опасныхинфекционных болезней. Дезинфекция, дезинсекция

ВакцинацияВакцинация ии иммунизацияиммунизацияВакцинация и иммунизация –процессы, обеспечивающие активную или пассивнуюбиологическую стойкость организма к определенныминфекцийнным заболеваниям.

Искусственная активная иммунизация - стимуляцияиммунной системы путем введения вакцины;

Искусственная пассивная иммунизация - в организмвводят уже готовые антитела - иммуноглобулины.

Естественная активная иммунизация организмапроисходит в результате его инфицирования, аестественная пасивная иммунизация - при перенесенииматеринских антител в плод через плаценту или ворганизм новородженого с молозивом.

ХимиотерапевтическиеХимиотерапевтические средствасредстваВирулицидные препараты – действуют на внеклеточные вирионы( напр. оксолин, действует на риновирусы, герпесвирусы и миксовирусы, и тетрофеин, действуетна аденовирусы и герпесвирусы).Но, препараты токсичны.Препараты, блокирующие адсорбцию вируса на рецепторах клеток хозяина. Используют так называемые «фальшивые рецепторы», представляющие собой структурныеаналоги вирусных рецепторов, которые, адсорбируясь на рецепторах (лигандах) клеток, препятствуют адсорбции вируса.(Аналог рецептора CD4, на котором адсорбируется ВИЧ).

Препараты, нарушающие процесс «раздевания» вирусов.К ним относится ремантадин, активный против вируса гриппа А.

Препараты, ингибирующие стадию сборки вирионов.Производные тиосемикарбазона. Лучший - метисазон (марборан) –ингибитор вируса оспы.

Препараты - ингибиторы репликации вируса - аналоги азотистых оснований.которыевстраиваясь в молекулу ДНК или РНК, блокирует роботу полимеразы (напр. видарабин, действующий на ДНК-зависимую ДНК-полимеразу вируса герпеса. Препарат токсичный.Ацикловир имеет тот же механизм действия. Наиболее широко используют при герпесвирусныхинфекциях.

Азидотимидин - аналог тимина, действует на обратную транскриптазу ретровирусов (ВИЧ).. Дидезоксицитидин - аналог азидотимидина. Оба препарата токсичные.К ингибиторам репликации относятся также аналоги фосфоновой кислоты,которые, необратимосвязываются с пирофосфатами, блокируя функцию ДНК-полимеразы.Соединения, связаные с комплементарными олигонуклеотидами, способные повреждатьвирусные гены. Ингибиторы протеолетической активации ряда вирусов, белки которыхприобретают функциональную активность только после их протеолетического нарезания. Ктаким вирусам относятся пикорна-, тога-, ретровирусы. У орто- и пикорнавирусов, аденовирусовпротеолетическому нарезанию подвергаютя гликопротеины.

БактериофагиБактериофагиБактериофаги ( греческ. Phagos - пожиратель; буквально – пожиратель бактерий), фаги, бактериальные вирусы, вызывающие разрушение(лизис) бактерий и других микроорганизмов. Размерыбольшинства известных фагов вариируют в пределах50-100 нм. Бактериофаги размножаются в клетках бактерий, лизируют их и переходят в другие, как правило, молодые, растущие клетки бактерий.

Впервые лизис бактерий (сибироязвенной палочки) наблюдал в 1898 российский микробиолог М. Ф. Гамалея. В 1915 английський ученый Ф. Туорт описал это жеявление у стафилококка.

ФаготерапияФаготерапия

Концепция фаготерапии

Применение фагов в качестве лечебных противомикробных агентов - однаиз наиболее перспективных технологий.

Возбудители (патогены) практически всех инфекционных болезнейбактериальной этиологии, как правило, стойкие ко многим антибиотикам.

Фаги в сравнении с антибиотиками имеют ряд преимуществ:

- лизируют антибиотико-резистентные формы бактерий;

- не подавляют увеличение нормофлоры;

- хорошо проникают в разные ткани макроорганизма (человека иживотных); - концентрация фагов в инфекционном очаге нарастает в результате

саморазмножения и быстро снижается после ликвидации очага.

ТРАНСДУКЦИЯТРАНСДУКЦИЯТрансдукция - перенос генетической информации (ДНК) от бактерии

донора к бактерии реципиенту при помощи бактериофага. Размножаясь вбактерии, фаги включают в состав своей ДНК часть бактериальной ДНК ипередают ее бактерии-реципиенту.

3 типа трансдукции: общая, специфическая и абортивная.

1. Общая трансдукция - передача разных генов, локализированных наразных участках бактериальной хромосомы. При этом бактерии донорымогут передать реципиенту разные признаки и свойства, такие какспособность образовывать новые ферменты, стойкость к лекарственнымпрепаратам и т. д.

2. Специфическая трансдукция - передача фагом только некоторыхспецифичных генов, локализированных на специальных участках бактериальнойхромосомы (приобретение только определенных признаков и свойств).

3. Абортивная трансдукция - перенесение фагом какого-то одного фрагментахромосомы донора. Обычно этот фрагмент не включается в хромосому бактерииреципиента, а циркулирует в цитоплазме. При делении клетки реципиента этотфрагмент передается только одной из двух дочерних клеток, а в другой клетке -неизмененная хромосома реципиента.

Трансдукционные фаги могут передать от одной клетки другой целый рядсвойств, таких как способность образовывать токсины, жгутики, продуцироватьдополнительнве ферменты, устойчивость к лекарственным препаратам и т. д.

ВИРУСЫВИРУСЫ ––МОДЕЛЬНЫЕМОДЕЛЬНЫЕ ОБЪЕКТЫОБЪЕКТЫГЕНЕТИКИГЕНЕТИКИ, , МОЛЕКУЛЯРНОЙМОЛЕКУЛЯРНОЙ БИОЛОГИИБИОЛОГИИ, ,

БИОИНФОРМАТИКИБИОИНФОРМАТИКИ

Вирусы - удобные модельные объекты изучения общихзакономерностей молекулярной биологии.

- Расшифрованы наиважнейшие закономерности синтезабелков и нуклеиновых кислот и регулирование этихпроцессов, сформированы многие понятия молекулярнойбиологии и молекулярной генетики;

- введены некоторые гены в клетки млекопитающих спомощью вирусов;

- произведена гибридизация соматических клеток и др.

Благод

арюза

вниман

ие !