Вредные частицы

биологическое значение, поскольку вирусы размножаются в клетках,

содержащих большое количество протеолитических ферментов. Второй

особенностью вирусного белка является , как правило, высокая устойчивость к

воздействию ряда физических и химических факторов, хотя каких-либо общих

закономерностей в этом отношении отметить не удается. Некоторые вирусные

виды, выдерживающие необычайно жесткие режимы обработки, способны

инактивироваться под влиянием такого невинного фактора, как пониженная или

повышенная концентрация солей, лиофилизация и т.п. У четных Т-фагов

отделение ДНК от белковых оболочек («теней») легко достигается быстрым

изменением осмотического давления, так называемым «осмотическим шоком»,

тогда как нечетные Т-фаги на быстрое уменьшение солевой концентрации среды

не реагируют.

Так же резко различаются вирусы по своей устойчивости в солевых растворах.

Одним из наиболее устойчивых в этом отношении является вирус папилломы

кроликов, месяцами не теряющий активности в 2 %-ном растворе хлористого

натрия и в полунасыщенном растворе сульфата аммония и сохраняющийся в

течение десятков лет в 50 %-ном растворе глицерина на основании

вышеприведенных фактов можно действительно прийти к выводу, что имеются

очень стабильные и весьма лабильные виды вирусов, но чаще всего для

вирусов характерна избирательная чувствительность к какому-либо

определенному виду воздействий наряду с достаточной стабильностью

нуклеопротеидной связи к ряду других факторов внешней среды. Стабильность

того или иного вируса к определенным воздействиям нельзя считать

неизменной, раз и навсегда данной видовой характеристикой. Она, наряду с

другими свойствами вирусной частицы, может подвергаться самым радикальным

изменениям в результате мутации. При оценке стабильности вирусных частиц

необходимо также иметь в виду, что физическая и биологическая инактивация

вирусов не всегда совпадает. Чаще всего эти понятия совпадают в случае

простых вирусов, у которых отсутствуют специализированные структуры,

ответственные за заражение клеток, а физическая и химическая структура

вирусных частиц отличается высокой степенью гомогенности и одинаковым

уровнем чувствительности по отношению к различного рода воздействиям. У

более сложных вирусов очень часто биологическая инактивация связана с

повреждением специализированных структур, определяющих адсорбцию вирусной

частицы или введение в зараженную клетку нуклеиновой кислоты, хотя

вирусный корпускул в целом остается неповрежденным. Из рассмотрения

данных о стабильности вирусных частиц и изменений данной характеристики в

процессе мутации становится очевидным, что какой-либо универсальной

закономерности в этом отношении установить нельзя. Стабильность вируса к

тем или иным физическим и химическим факторам определяется всей

совокупностью особенностей первичной, вторичной и третичной структуры белка

и нуклеиновой кислоты, а также их взаимодействием.

Матричная РНК (м РНК) - промежуточный носитель

генетической информации

Механизм, благодаря которому генетическая информация ДНК «транскрибируется»

в матричную РНК, а затем транслируется в белок, выяснился через несколько

лет после того, как молекулярные биологи осознали, что нуклеотидные

последовательности в ДНК генов прямо ответственны за аминокислотные

последовательности белка. Тот факт, что некоторые вирусы растений и

животных содержат в качестве генетического материала РНК и что вирусная

РНК сама по себе инфекционна, уже говорит о вероятной промежуточной роли

РНК в переносе генетической информации. Когда Жакоб и Моно предсказали

существование короткоживущего, нестойкого посредника между генами и

аппаратом белкового синтеза, поиски молекулы РНК с такими свойствами были

уже начаты. Первые указания на наличие фаговой РНК, которая вновь

синтезировалась после фаговой инфекции и была ассоциирована с

предсуществовавшими бактериальными рибосомами. Окончательное доказательство

роли м РНК в синтезе полипептидов было получено в опытах с бесклеточной

белок-синтезирующей системой. Экстракты нормальных клеток Е coli могли быть

запрограммированы для синтеза специфических белков фага F 2 добавлением РНК

из этого фага.

В дальнейшем м РНК была идентифицирована и изучена как в бактериальных,

так и в животных клетках. Позже было показано, что многие молекулы м РНК,

и вирусные и невирусные, способны программировать синтез специфических

белков в самых разных клеточных экстрактах. Это подтверждало, что

специфичность синтеза белка в различных системах зависит от м РНК, а не от

системы, синтезирующей белок. Во всех клетках первым этапом экспрессии

генов оказалась «транскрипция» ДНК с образованием соответствующей м РНК.

Углеводы

Четверым компонентом, обнаруживаемым иногда в очищенных вирусных

препаратах, являются углеводы (в количестве, превышающем содержание сахара

в нуклеиновой кислоте). Глюкоза и гентибиоза, обнаруживаемая в составе Т-

четных и некоторых других фагов, - компоненты нуклеиновой кислоты и

рассматриваются в разделе, посвященном составу ДНК и РНК. Помимо этих

«экстра»-углеводов, в составе бактериофагов могут быть и другие

полисахариды. Единственная группа вирусов, в которой наличие углеводов

точно доказано, - вирусы животных, хотя различные авторы приводят весьма

противоречивые данные как о количественном, так и о качественном составе их

углеводного компонента. В составе элементарных телец вируса гриппа и

классической чумы птиц находятся до 17 % углеводов.

Ферменты вирусов

Аспекты проблемы

Термин «ферменты вирусов» может употребляться в узком и широком смысле

слова. В первом случае имеется в виду ферментативная активность, связанная

с покоящимися вирусными частицами, с вирусом внеклеточным. Широкое

толкование этого термина обозначает всю совокупность ферментных систем,

принимающих участие в синтезе вируса в зараженной клетке, т.е. ферменты

размножающегося внутриклеточного вируса.

Было доказано, что присутствие в вирусных препаратах одного фермента

представляет собой достаточно редкий феномен, установленный в настоящее

время с полной достоверностью для лизоцимной и фосфатозной активностей

бактериофагов и нейтраминидазной активности миксовирусов. Во всех остальных

случаях либо не было получено убедительных доказательств собственно

вирусного происхождения определяемого фермента, либо, наоборот, твердо

доказано происхождение активности фермента от клеточных загрязнений.

Компоненты вирионов, не относящиеся

к нуклеиновым кислотам и белкам

Наиболее важный из таких компонентов мы уже упоминали это двойной слой

липидов, образующий основную массу наружной оболочки у тех вирусов у

которых она имеется. Полагают, что липиды оболочек просто заимствуются из

плазматической мембраны клетки-хозяина и поэтому, строго говоря, не могут

считаться «вирус-специфическими». Действительно, парамиксовирусы ,

размножающиеся в различных клетках, могут содержать и соответственно разные

липиды. Поэтому специфика вирусной оболочки зависит от вирусных

гликопротеидов, находящихся на ее поверхности. Высокоочищенные препараты

вирионов содержат ряд низкомолекулярных компонентов, функция которых в

некоторых случаях понятна. У бактериофагов и вирусов животных и растений

обнаружены полиамины. Возможно, что их единственная физиологическая функция

состоит в нейтрализации отрицательного заряда нуклеиновой кислоты.

Например, вирус герпеса содержит достаточно спермина, чтобы

нейтрализовать половинку вирусной ДНК, а в вирусной оболочке, кроме того,

присутствует спермидин.

В состав некоторых вирусов растений ( морщинистости турнепса, крапчатости

фасоли, табачной мозаики) входит бис (3-аминопропил) амин. Полагают, что

этот полиамин, подобно полиаминам фагов нейтрализует заряды вирусной РНК;

поскольку он не был обнаружен в здоровых листьях, возможно, что он

синтезируется только в зараженных клетках.

Типы организации вирионов

Основным структурным компонентом вириона является капсид, в котором

заключена нуклеиновая кислота. Капсиды построены из белковых субъединиц,

собранных строго определенным образом в соответствии с относительно

простыми геометрическими принципами. Именно поэтому капсиды совершенно

различных вирусов, например фагов, вирусов животных или вирусов растений,

могут быть построены точно по одному плану и быть практически

неразличимыми морфологически.

Крик и Уотсон, исходя из того, что содержащаяся в нуклеиновой кислоте

вируса генетическая информация недостаточна для того чтобы вирус мог

кодировать множество различных белков, пришли к выводу, что капсиды вирусов

должны быть построены из множества идентичных субъединиц. Существуют два

типа организации, при которой идентичные асимметричные субъединицы, такие,

как молекулы белка, могут соединиться друг с другом с образованием

правильного капсида: спиральная сборка и формирование замкнутых белковых

оболочек. Соответственно существуют лишь два типа капсидов : спиральные и

изометрические (или квазисферические); капсиды всех вирусов относятся к

одной из этих двух категорий. Каждый из этих типов структур образуется

белками капсидов в результате процесса, называемого самосборной. Этот

процесс идет лишь в том случае ,если он энергетически выгоден. Это

означает, что из всех возможных форм капсида реализуется именно та, которая

отвечает минимуму свободной энергии специфических белков данного вируса.

Реальная форма и размеры капсида, таким образом, определяются

специфической формой молекул белка, являющихся субъединицами, из которых

строится капсид, и характером связей, которые эти субъединицы образуют друг

с другом. Стабильность структуры, возникающей в конечном счете, зависит от

числа и силы слабых связей, образующихся между белками, входящими в состав

данного капсида. Чем больше свободная энергия, выделяющаяся в процессе

сборки капсида, тем прочнее собранный капсид.

Спиральные капсиды. Вирионы многих вирусов растений и ряда фагов имеют

«голый» спиральный капсид, без внешней оболочки. Наиболее хорошо изученным

вирусом данной группы является ВТМ.

Капсиды ВТМ - это относительно жесткие по структуре палочки. Столь же

жестки по структуре капсиды по крайней мере еще одного фага. Капсиды других

вирусов растений , например вируса желтухи сахарной свеклы и Х-вируса

картофеля, тоже представляет собой спиралеобразные палочки, но палочки эти

гибкие. Гибки также спиральные капсиды ряда обладающих внешней оболочкой

вирусов животных. Гибкость этих палочковидных капсидов свидетельствует о

том, что субъединицы, из которых они построены, образуют друг с другом

менее прочные и более подвижные связи, чем те, которые образуются между

субъединицами палочек типа вирионов ВТМ.

Изометрические (квазисферические) капсиды. Капсиды многих вирусов по форме

почти идентичны сфере, однако электронная микроскопия показывает, что на

самом деле эти капсиды представляют собой не сферы, а правильные

многогранники. Такие капсиды называют изометрическими, так как их линейные

размеры вдоль ортогональных осей идентичны.

Сложные капсиды. Серологические и морфологическое исследование капсидов

показало, что они представляют собой сложные структуры. При детальном

электронно-микроскопическом анализе строения капсидов на их поверхности

части удается обнаружить выступы, иначе называемые шипами, которые обычно

расположены на каждой из 12 вершин икосаэдра. Эти шипы играют важную роль

в инициации инфекции. В литературе описан «волосатый» фаг, у которого от

поверхности головки вириона отходят многочисленные фибриллы.

У самых крупных фагов имеются отростки, «хвосты». Эти отростки являются

органами, при помощи которых фаги прикрепляются к поверхности бактерии-

хозяина. Существует мало биологических объектов, которые были бы более

удивительны, чем Т-четные фаги.

Вирионы этих фагов собраны более чем из 50 видов различных белков и

обладают высокоорганизованной, изумительно сложной и правильной

структурой. Воротничок и базальная пластинка этих фагов обладают

гексагональной симметрией. Белковая оболочка их головки представляет собой

деформированный икосадельтаэдр с дополнительным рядом субъединиц,

вследствие чего в одном направлении она длиннее, чем в других.

Гексагональный отросток такого фага каким-то образом присоединен к макушке

головки по плану пентагональной симметрии. При сборке фага Т4 иногда

образуются вирионы с двумя отростками вместо одного. Многие вирусы

животных, некоторые вирусы растений и, по крайней мере ,один класс

бактериофагов имеют внешнюю оболочку, окружающую их капсиды. Неотъемлемой

структурой этих оболочек, как и всех других биологических мембран, является

двойной слой фосфолипидов, в который погружены молекулы специфических

белков. В тех случаях, когда двойной слой фосфолипидов расположен на

поверхности вириона и, следовательно, легко доступен для эфира или других

растворителей липидов, вирионы легко разрушаются и интактивируются такими

растворителями. Фосфолипиды внешних оболочек вирусов бывают идентичны

липидам клетки-хозяина или сходны с ними, что, например, характерно для

большинства оболочек вирусов животных, в других случаях наблюдаются

достаточно выраженные различия между фосфолипидами. Оболочки вирусов

животных формируются в составе плазматической или ядерной мембраны клетки.

Электронные микрофотографии зараженных вирусами клеток показывают, что

белки вируса появляются на небольших участках плазматической мембраны

клетки, к которой в последствии мигрируют капсиды вируса, что, в конечном

счете, ведет к формированию вириона и его отпочкованию. Следует, однако,

подчеркнуть, что далеко не у всех вирусов животных вирионы имеют

квазисферическую форму. Например, вирионы рабдовирусов по форме напоминают

пулю; их оболочка, так же как и у других вирусов животных, образуется в

результате отпочкования от плазматической мембраны клетки. Оболочки других

вирусов, например вируса оспы, построены значительно сложнее и полностью

формируются в цитоплазме клетки. Такие вирионы нечувствительны к действию

эфира, не дают перекрестных иммунологических реакций с белками клетки-

хозяина и, по-видимому, состоят только из компонентов, специфичных для

вируса.

Проблемы и методология

Вирусная частица, или вирион, - это инертная статическая форма вируса.

Когда вирионы находятся вне клетки, они не размножаются и в них не

происходит никаких метаболических процессов. Все динамические события -

биосинтез вирусных компонентов, повреждение организма-хозяина - начинаются

лишь тогда, когда вирус проникает в клетку. Даже у многоклеточного хозяина

решающие события при вирусной инфекции происходят на клеточном уровне.

Распространение вируса совершается в результате повторных циклов

взаимодействия вируса с клетками и рассеяния вирионов во внеклеточной

среде. Все то, что мы уже знали о различных компонентах вирионов,

заставляет предполагать, что внутри клетки-хозяина организация этих

компонентов должна быть не такой, как в свободной вирусной частице. И

действительно, в зараженных вирусом клетках происходит глубокая

перестройка вирусного материала, а часто также и компонентов клетки-

хозяина. Возникает новая система - комплекс вирус-клетка, функциональная

организация, которой определяется взаимодействием вирусных и клеточных

функций. Активные механизмы этого комплекса существенно отличаются от

механизмов незараженной клетки.

Фазы развития: эллипс, репликация и созревание

С помощью различных методов было обнаружено много разнообразных ситуаций,

которые, однако имеют между собой нечто общее, а именно то, что у каждого

вируса взаимодействие с хозяином представляет собой специфическую

последовательность событий. Каждый вирус - это организм со своими

собственными процессами онтогенеза и морфогенеза, а также со своим

филогенетическим прошлым. Однако циклы развития разных вирусов, если их

рассматривать в широком плане, имеют ряд общих черт.

После прикрепления вируса в клетке происходит ряд событий, ведущих к

освобождению вирусного генетического материала внутри клетки. При этом

инфицирующие вирионы перестают существовать как организованные структуры.

Так как инфекционность свободной вирусной нуклеиновой кислоты, как правило,

намного меньше инфекционности цельного вириона, освобождение вирусного

генома и переход его внутрь клетки-хозяина сопровождаются уменьшением или

исчезновением инфекционности. Это явление получило название эклипса.

Проникновение нуклеиновой кислоты вируса в клетку в процессе ее заражения

может происходить различными способами. Например, у фагов, ингецирующих

свою ДНК, ориентированным образом через оболочку бактериальной клетки,

нуклеиновая кислота освобождается непосредственно у поверхности клетки.

Некоторые фаги прикрепляются к жгутикам или ворсинкам бактерий, после

чего вводят через эти органеллы свой генетический материал или же

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10