Современная вирусология решительно вторгается в тайны невидимых микроорганизмов. Накопленный опыт и уникальная исследовательская аппаратура позволяют учёным глубже изучить эти тайны. Поиски вирусов, их изучение, процесс сложный, кропотливый.
На специальном приборе - Ультратон, получают очень тонкие срезы вирусов. Эти срезы контрастируют и изучают в электронном микроскопе при увеличении в миллионы раз.
Вирусы - это генетические, облигатные, внутриклеточные паразиты, жизнь которых протекает в чувствительных к ним клетках. Сложнейшими процессами этого уникального царства - вира являются, репродукции вирусов и противовирусный иммунитет.
Существование вирусов учёные предполагали еще в прошлом веке. В Санкт-Петербурге в 1892 году, русский ученый биолог Ивановский, впервые объяснил вирусную природу мозаичной болезни табака. Вирусы убиквитарны, они поражают, например:
· бактерии – фаги,
· растения - вирус табачной мозаики,
· насекомых - вирус паралича пчёл,
· животных и человека - вирус гриппа, вирус кори, вирус парагриппа, вирус клещевого энцефалита, вирус гепатита b, ротавирус человека, вирус бешенства, вирус герпеса, аденовирус, вирус папилломы человека, аденоассоциированный вирус.
По типу содержащейся в них нуклеиновой кислоты вирусы подразделяются на две группы: ДНК и РНК геномные. Вне клеток вирусы существуют в виде частиц определенных форм и размеров – вирионов, размеры их варьируют от 15 до 400 нанометров. Нуклеиновая кислота окружена белковой оболочкой, вирус более сложного строения имеет и внешнюю оболочку, например вирус герпеса.
На примере вируса оспы, рассмотрим репродукцию ДНК геномных вирусов. Это один из самых крупных вирусов человека, его вирион имеет кирпиче - образную форму с закругленными углами, наружная оболочка имеет липопротеидную природу, в состав трубочек покрывающих поверхность, входят белки, всего белков более 30. Половина всех белков в сердцевине, пять белков на поверхности вируса, восемь в периферийных участках и в боковых телах.
И так, репродукция вируса оспы:
первый этап – адсорбция, затем вирус захватывается клеткой и попадает фагоцитарную вакуоль, под действием клеточных ферментов наружная оболочка разрушается, и сердцевина вируса оказывается в цитоплазме, изменяется форма сердцевины
следующий этап – депротеинизация, в оболочке сердцевины образуется отверстие, и молекула вирусной ДНК выходит в цитоплазму
далее следует - репликация вирусной ДНК и появление дочерних молекул, с них происходит транскрипция поздних информационных РНК.
В цитоплазме образуются так называемые вирусные фабрики где формируются вирусные белки. Формирование самого вируса начинается с объединения образованных молекул ДНК и вирус - специфических белков. Возникает наружная оболочка. Незрелый вирус - провирион отделяется от вирусной фабрики, и вся дифференцировка вирусных структур совершается внутри провириона. На ультратонких срезах этот процесс можно наблюдать в электронном микроскопе. Вирусная сердцевина перемещается в центр провириона, формируется оболочка сердцевины и боковые тела. Вирусная сердцевина созревает, принимает характерную форму, и молекулы вирусной ДНК упаковываются. Величина вируса уменьшаются до величины зрелого вириона. С помощью внутриклеточных вакуолей, микро аналогов комплекса гольджи, вирион транспортируется к поверхности клетки. Окруженный двойной клеточной мембраной, вирус выделяется из клетки, клеточная мембрана разрывается и вирус выходит во внутриклеточное пространство.
На примере вируса гриппа, рассмотрим репродукцию РНК геномных инфекционных вирусов. Его вирион чаще имеет сферическую форму, сердцевина окружена белковым слоем и липидной оболочкой, в которую погружены молекулы гемагглютинина и нейраминидазы. Сердцевина состоит из 8 фрагментов рибонуклеиновой кислоты. Три наиболее крупных гена кодирует синтез белков полимеразы, далее следует ген кодирующий гемагглютинин. Другие гены, с меньшей массой, кодирует белок нуклеопротеида, синтез мембранного белка и не структурного белка, не входящего в состав вириона. К каждому из 8 фрагментов РНК прикреплены полимеразы. Молекулы нейраминидазы соединяются попарно, образуя димеры, а затем тетрамеры. Гемагглютинин состоит из 2 пар единиц, большой и малой. Три такие молекулы образуют триммер отростки на поверхности вируса.
Репродукция вируса начинается с адсорбции. На поверхности чувствительных к вирусу клеток имеются рецепторы. Вирион фиксируется на клетке благодаря молекулярным связям между этими рецепторами и гемагглютининами вируса, возникает – впячивание. Вирус оказывается внутри клетки, в так называемых покрытых вакуолях, оболочка вируса сливается с мембраной рецептасомы, вирусная сердцевина выходит в цитоплазму и транспортируется до клеточного ядра. Оболочка вирусного мембранного белка встраивается в ядерную оболочку, рибонуклеопротеид освобождается и транспортируется в ядро клетки.
Геном вируса начинает функционировать, происходит транскрипция, снятие копии генома.
Формируется информационная РНК. Шапочки клеточных информационных РНК присоединяются к головной части вирусной РНК, а от хвостовой части присоединяется полиадениловая цепь. Замаскированные вирусные РНК транспортируются в цитоплазму. На клеточных полирибосомах начинается синтез специфических белков. На полирибосомах внутри клеточных мембран синтезируются гемагглютинины и нейраминидазы, которые транспортируются к поверхности клетки. Вирусный мембранный белок полимеразы и нуклеопротеида синтезируется на полирибосомах в цитоплазме. Окончательное формирование вируса происходит у поверхности клетки.
Нейраминидазы и гемагглютинины встраиваются в оболочку клетки и вирусная РНК упаковывается и покрывается мембранным белком, сердцевина приобретает оболочку, зрелый вирион гриппа отделяется от клетки. Процесс почкования и выход вируса из клетки мы видим на ультратонких срезах.
Среди вирусов существует особая группа, вызывающая злокачественные перерождения клетки. В настоящее время, известно более ста пятидесяти таких онкогенных вирусов. Недавно, был открыт первый онковирус человека, он вызывает т - клеточный лейкоз. Электронный микроскоп дал возможность рассмотреть его структуру.
Начальные этапы репродукции онкогенных вирусов: адсорбция, проникновение и депротеинизация, сходна с аналогичными этапами инфекционных вирусов. Синтез вирус - специфической ДНК осуществляется в цитоплазме на матрице вирусной РНК с помощью вирионо - обратной транскриптазы, затем происходит синтез минус - нити ДНК и линейный двухспиральный ДНК. После этого образуются кольцевые молекулы двух спиральной ДНК, они проникают в ядро клетки и интегрируют в клеточный геном. Интегрированный провирус функционирует далее, как обычный клеточный геном, начинается его транскрипция, она осуществляется РНК полимеразой ответственной за синтез РНК в клетке. Эти же РНК одновременно являются одним из видов информационных РНК для синтеза вирионных белков, информационная РНК транспортируется в цитоплазму.
Вирусные гликопротеиды синтезируются на рибосомах, гликозираются в комплексе гольджи и транспортируется через систему покрытых вакуолей к поверхности клетки. Все другие вирусные белки синтезируются на линейных полирибосомах.
Гликопротеины встраиваются в оболочку клетки и онковирус формируется. Рибо-нуклеиновый протеит сворачивается в спираль, покрывается белковой оболочкой и гликопротеидами. Дозревания сформированного вириона происходит вне клетки, что характерно только для онковирусов.
Синхронный рост вирусной сердцевины и накопление вирусных гликопротеидов приводит к росту вирусной почки, этот момент хорошо виден на ультратонких срезах. Перед нами скопления онковирусов типа «ц», которые являются возбудителями лейкоза и саркомы животных. На микро снимках запечатлены вирусы «ц» и «д», увеличенные в 2 миллиона раз. В отличие от инфекционных вирусов, убивающих клетку, онкогенные вызывают ее перерождение. Клетка приобретает способность к бесконечному делению - это один из механизмов образования опухолей.
Если бы организм человека был лишён противовирусной защиты, он мог бы быстро погибнуть. Например, вирус гриппа, проникнув через дыхательные пути, может поразить все клетки легочной системы. Беспрепятственно размножаясь, вирус гриппа только за один цикл репродукции дает не менее 1000 зрелых вирионов, после второго цикла 10 в девятой степени, а через сутки 10 в двадцать седьмой степени вирионов. Однако организм человека обладает иммунитетом, к нему относятся неспецифическая резистентность, обусловленная ингибиторами, клеточной устойчивостью и другими факторами. Например, поверхность слизистой оболочки дыхательных путей снабжена ресничками, они удаляют попавшие на оболочку вирусы.
Одним из средств защиты организма от вирусов является – интерферон. В зараженной вирусом клетке синтезируется интерферон, защищая соседние клетки от размножения в них вирусов. Клеточно - информационная РНК беспрепятственно связываются с полирибосомами и осуществляют синтез белков. Вирусно - информационная РНК благодаря интерферону не связываются с полирибосомами и вирусные белки не продуцируются. В этом механизм защиты интерферона.
Специфическая иммунная система человека обеспечивается:
· клетками костного мозга,
· лимфатических узлов,
· тимуса,
· селезенки,
· циркулирующих в крови лимфоцитов и макрофагов.
К специфическому иммунитету относится образование в организме т-лимфоцитов киллеров, они адсорбируются на поверхности клетки, инфицированной вирусом, или опухолевой клетки. Лимфа токсин накапливается в вакуолях лимфоцита, за тем транспортируется к поверхности лимфоцита и изливается в узкую щель между поверхностью лимфоцита и клеткой мишенью. Лимфоцит отходит и вновь может адсорбироваться на другой пораженной вирусом клетки, а покинутая клетка погибает и разрушается.
Микро снимки запечатлели основные фазы функционирования т- лимфоциты киллера:
· адсорбцию,
· уничтожение клетки,
· и погибшую клетку.
Искусственный иммунитет в организме человека создают с помощью вакцинации. Существуют различные виды противогриппозных вакцин, например:
· живая вакцина, она вводится ингаляционно, возникает легко протекающий, почти неуловимый инфекционный процесс, при котором функционируют все механизмы создающие пост инфекционный иммунитет. Вакцинные вирусы, размножаясь в клетках верхних отделов респираторного тракта, проникают во внутреннюю среду организма, стимулируют образование секреторных иммуноглобулинов, специфических антител, а также интерферона. Синтезируемая иммунной системой, специфические антитела адсорбируются на поверхности вирусов, препятствуя их проникновению в клетку.
· для вакцинации применяют и другую вакцину, убитую, ее вводят парентерально, при массовой вакцинации с помощью без игольного шприца. Одним из ярких достижений вирусологов является, создание молекулярной противогриппозной вакцины. Фракционирование вирионов позволило выделить молекулы гемагглютинина и нейраминидазы. Из гемагглютинина создана вакцина.
Советские ученые внесли огромный вклад в победу над многими тяжелыми вирусными заболеваниями, среди них: оспа, корь, полиомиелит. Достижение ученых, позволили наладить производство противовирусных препаратов, интерферона и эффективных вакцин
Будем рады видеть Вас в числе подписчиков нашего канала Здоровье.
Больше интересных видео на нашем канале https://www.youtube.com/channel/UCYkgN_pbOEKlKVfBBq_XkBQ
