МІНІСТЕРСТВО СІЛЬСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ
ФГТУ ВПО «Далекосхідного державного АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ»
ІНСТИТУТ ВЕТЕРИНАРНОЇ МЕДИЦИНИ І Зоотехнія
Кафедра епізоотології, паразитології і мікробіології
Реферат
Тема: Механізм взаємодії вірусу і клітини
Виконав: студент 2 курсу ІЛ групи 8217 / 2
Скоціляс А.
Перевірив: Бондаренко В.В.
Благовєщенськ 2009
План:
Введення
1. Типи взаємодії вірусу з клітиною
2. Адсорбція вірусу
3. Проникнення вірусу в клітину
4. Синтез вірусних білків
5. Збірка віріонів і вихід їх з клітини
Висновок
Список літератури
При деяких вірусних інфекціях (сказ, віспа й ін) II цитоплазмі або ядрі ураженої вірусом клітини утворюються Особливі, специфічні для кожної інфекції внутрішньоклітинні включення, значно перевершують за розміром вірус і видимі у світловий мікроскоп. Це колонії вірусів. Виявлення їх у клітці має велике значення при діагностиці сказу, віспи та інших інфекцій. Окремі види вірусів, переважно віруси рослин, утворюють в клітинах кристалічні освіти (кристали Іванівського). Їх можна розчинити, і з розчину виділяється вірус в аморфному, не кристалічному стані, у якого інфекційними властивостями. У кожному кристалі міститься до 1 млн. віріонів. З зоопатогенних вірусів у кристалічному вигляді поки отриманий вірус поліомієліту. Розміри вірусів коливаються в широких межах. Найдрібніші з них (віруси поліомієліту, ящуру, енцефалітів) мають у діаметрі близько 20-30 mix (миллимикрон) і наближаються за величиною до білкових молекул, а великі віруси (віруси віспи, герпесу, плевропневмонії) за розмірами близькі до найдрібніших бактеріям. Розмір вірусів визначають ультрафильтрацией, ультрацентрифугирование і електроноскопіей.
З наявних у наявності вірусів 4 / 5, включених в 17 сімейств (t ДНК-содержат і 11-РНК-віруси) пристосувалися до паразитування на хребетних, три сімейства паразити безхребетних, одне сімейство представлено вірусами рослин. На сьогоднішній день віруси виявлені у 73 видів грибів і у більш 100 видів бактерій. Вони є основними збудниками інфекційних захворювань тварин.
1. Типи взаємодії вірусу з клітиною
Є два основних типи взаємодії вірусу і клітини. При першому типі вірусний геном функціонує в зараженій клітині більш-менш автономно. Репродукція його відбувається незалежно від репродукції клітинного геному. Віруси, автономно розмножуються в клітині, відносяться до групи вірулентних. При такому характері взаємодії вірусу і клітини утворюється нове покоління віріонів. У цьому випадку говорять про продуктивному взаємодії. Коли ж цикл репродукції переривається на який-небудь проміжної стадії та інфекційного вірусного потомства не утворюється, така взаємодія вірусу і клітини називають абортивним. У тих випадках, коли симбіоз клітинного та вірусного геномів виявляється короткочасним і після утворення нового покоління вірусних частинок заражена клітина (клітина-господар) гине, таку реакцію на вірусну інфекцію називають літичної. Явище, коли клітка, в якій автономно розмножується вірус, довгостроково зберігає свою життєздатність, отримало назву латенцію.
Температура, як правило, мало впливає на адсорбцію (при 4єС і при 37єС швидкість цього процесу практично однакова).
Зв'язування з мембранними рецепторами не захищає віруси від нейтралізації антитілами.
3. Проникнення вірусу в клітину
Адсорбовані віруси проникають у клітину за допомогою ендоцитозу або шляхом злиття з клітинною мембраною. Опинившись в цитоплазмі, віруси звільняються від більшості білків (роздягання) і починають реплицироваться. Проникнення в клітину, роздягання і репродукція вірусів залежать від інтенсивності енергетичного метаболізму клітини і біохімічних змін, що відбуваються в клітинній мембрані і цитоскелету. Так, при температурі нижче 37 * С проникнення вірусів у клітину сповільнюється. Пусковим фактором проникнення зазвичай служить зв'язування деяких поверхневих білків вірусу з мембранними рецепторами клітини. Ці білки представлені на поверхні вірусів принаймні кількома молекулами, а кількість мембранних рецепторів зазвичай досягає декількох сотень. У місці контакту вірусу з клітинної мембраною відбувається агрегація рецепторів, яка запускає механізм внутрішньоклітинної передачі сигналу і стимулює зміни в клітинній мембрані. Адсорбція вірусу зазвичай сприймається клітиною як приєднання "нормального" ліганда до відповідного рецептора.
Адсорбція багатьох вірусів запускає ендоцитоз, що починається з утворення на мембрані облямованих ямок, покритих клатріном. Потім формуються ендосоми, у складі яких віруси надходять у цитоплазму. Даний спосіб проникнення в клітину характерний для пикорнавирусов, вірусів грипу та аденовірусів. Подальше злиття вірусів з мембраною ендосом стимулюється зниженням рН в ендосоме.
Вплив рН на процес проникнення добре вивчено у вірусу грипу. У адсорбції цих вірусів, агрегації рецепторів і ендоцитозу важливу роль відіграють гемаглютиніни зовнішньої оболонки. Конформаційні зміни гемаглютиніну, що виникають при низькому рН в ендосоме, призводять до виходу на поверхню молекули амфіфільних доменів, що призводить до злиття зовнішньої оболонки вірусу і ендосомальной мембрани.
На молекулярному рівні процеси злиття з мембраною і роздягання більшості вірусів вивчені погано. У результаті злиття ліпіди і білки зовнішньої оболонки вірусу змішуються з ліпідами і білками клітинної мембрани, а нуклеокапсид виявляється в цитоплазмі. У складних вірусів в адсорбції і злиття з клітинної мембраною можуть послідовно брати участь різні білки зовнішньої оболонки.
Є дані, що в різних тканинах або на різних поверхнях епітеліальних клітин механізми адсорбції вірусів та їх проникнення в клітину неоднакові.
4. Синтез вірусних білків
В основі цього синтезу лежить той же механізм, що і при синтезі білка в нормальних клітинах. У РНК-вмісних пикорнавирусов функцію іРНК виконують плюс-нитки. У них односпіральная вирионах РНК транслюється з утворенням одного гігантського поліпептиду, який потім розщеплюється на окремі функціональні білки. У синтезі полновірусного білка виражена постійна в часі трансляція всіх генів вірусної РНК. У орто-, рабдо-і параміксовнрусов вирионах односпіральная РНК не транслюється, а транслюється комплементарна їй плюс-нитка, тому синтез вірусних специфічних білків починається після утворення вірусної іРНК (плюс-нитки), яка комплементарна віріонів РНК-Мінус-нитки синтезуються на плюс- нитки віріонів РНК-залежною полімеразою (РНК-транскриптазою), що знаходиться у складі віріона в якості структурного компонента. Синтезуються віріонів полімеразою іРНК є Моноцистронна і значно коротше віріонів РНК. У процесі вірусної інфекції відбуваються розпад клітинних полісом і освіта вірус-специфічних полісом.
Синтез вірус-специфічних білків залежить від синтезу вірусної іРНК, а й впливає на нього: якщо синтез білка порушений, відбувається затоварення знов утворюється іРНК в місцях її синтезу і гальмується подальший її синтез.
Вірусні білки в процесі інфекції синтезуються в надмірній кількості, ніж потрібно для утворення інфекційного вірусу. Наприклад, в клітинах, інфікованих вірусами герпесу, в вірусне потомство включається лише близько 35% від загальної маси вірус-специфічних білків, синтезованих в клітинах.
У більшості вірусів синтез білків здійснюється в цитоплазмі; щодо ядерної локалізації синтезу білків деяких вірусів існує сумнів. Відомо, що вірусні білки можуть синтезуватися в одних структурах, а накопичуватися-в інших. Механізми, відповідальні за міграцію вірусних білків в ядро, не з'ясовані. Відомо лише, що відсутність аргініну в середовищі призводить до пригнічення міграції структурних білків вірусу герпесу від місця їх синтезу (цитоплазми) до місця збірки віріонів (ядра), хоча синтез ДНК і білка вірусу не порушений.
На різних стадіях інфекційного циклу можуть переважно утворюватися то одні, то інші групи вірус-специфічних білків. Швидкість їх регулюється або на рівні транскрипції (з утворенням іРНК), або на рівні трансляції (зчитування іРНК на рибосомах).
У зараженій клітині непропорційно накопичуються іРНК з різних вірусних генів. Механізм цієї непропорційності закладений у самій вірусної частинки. Цей же механізм визначає різну ефективність освіти різноманіт-их білків. Стандартна вірусна частка містить одну молекулу РНК і до 10 тис. молекул білків. Крім структур-них білків, в зараженій клітині можуть синтезуватися і не-структурні (але кодуються вірусної РНК) білки. Поряд із синтезом білків в клітині при репродукції вірусу грипу відбувається синтез і вуглеводних ланцюгів, що входять до складу глікопротеїдів. Приєднання вуглеводів здійснюється за допомогою трансфераз, які є клітинними ферментами. Синтез ліпідів також здійснюється клітиною. Вірусна оболонка формується при включенні ліпідів з плазматичної мембрани клітини-хазяїна. Синтез вірусних нуклеїнових кислот і вірус-специфічних білків відбувається майже одночасно і не менш ніж на 1 год випереджає дозрівання вірусних частинок.
5. Збірка віріонів і вихід їх з клітини
Синтез компонентів вірусних частинок в клітці роз'єднані і може протікати в різних структурах ядра і цитоплазми. Віруси, реплікація яких проходить в ядрах, умовно називають ядерними. В основному це ДНК-віруси: адено-, Папов-, парвовірус, віруси герпесу. Віруси, реплікується в цитоплазмі, називають цітоплазметіческімі. До них відносяться з ДНК-містять вірус віспи і більшість РНК-вмісних вірусів, за винятком ортоміксо-і ретровірусів. Однак цей поділ досить відносно, тому що в репродукції тих і інших вірусів є стадії, що протікають відповідно в цитоплазмі і ядрі.
Всередині ядра і цитоплазми синтез вірус-специфічних молекул також може бути роз'єднані. Так, наприклад, синтез одних білків здійснюється на вільних полісомах, а інших-на полісомах, пов'язаних з мембранами. Вірусні нуклеїнові кислоти синтезуються в асоціації з клітинними структурами далеко від полісом, які синтезують вірусні білки. При такому способі диз'юнктивної репродукції освіта вірусної частинки можливо лише в тому випадку, якщо вірусні нуклеїнові кислоти і білки мають здатність при достатній концентрації пізнавати один одного в різноманітті клітинних білків і нуклеїнових кислот і мимоволі з'єднуватися один з одним, тобто здатні до самозбирання.
В основі самозбірки лежить специфічне білок-нуклеїнове і білок-білкове впізнавання, що може відбуватися в результаті гідрофобних іонних і водневих зв'язків, а також стеричного відповідності. Білок-нуклеїнове впізнавання обмежено невеликою ділянкою молекули нуклеїнової кислоти і визначається унікальними послідовностями нуклеотидів в некодирующей частини вірусного геному. З цього впізнавання ділянки геному вірусними капсидних білками починається процес складання вірусної частки. Приєднання інших білкових молекул здійснюється за рахунок специфічних білок-білкових взаємодій або неспецифічних білок-нуклеїнових взаємодій.
Об'єднання білка з вірусними нуклеїновими кислотами в клітині відбувається спонтанно як чисто фізико-хімічна реакція агрегації, що вимагає участі додаткових факторів (рН, іонної сили, іонів металів, осмосу і т.п.). Після того як концентрація вірусних РНК і білка досягає критичного рівня; у складно влаштованих вірусів принципи самозбірки забезпечує від початку до кінця морфогенез віріонів.
Для того щоб представити етап дозрівання дочірніх вірусних частинок у параміксовірусів, необхідно з'ясувати, яким чином молекула 50S РНК, близько 10 тис. молекул білків, ліпідів та цукру збираються в зараженій клітині і утворюють морфологічно і біологічно повноцінну частку. Дозрівання можна розділити на три етапи: 1) утворення внутрішньоклітинних нуклеокапсидов; 2) організація вірусної мембрани, 3) вихід зрілої вірусної частинки з клітки за допомогою так званого брунькування.
Освіта нуклеокапсидов. Швидке включення 50S РНК в капсид обумовлено порівняно швидким і в надлишку накопиченням в. зараженій клітині структурних білків нуклеокапсидов. Формування (ассемблирование) віріонів відбувається шляхом самозбірки, яка обумовлена «впізнавання» РНК білками. Вважають, що дізналися білком є білок Р, оскільки він найбільш жорстко пов'язаний з РНК у вірусних частинках. Вважають, що впізнаваний ділянку РНК локалізується на 5'-кінці молекули. Нуклеокапсиди накопичуються в цитоплазмі заражених клітин, причому швидкість утворення внутрішньоклітинних нуклеокапсидов набагато вище, ніж швидкість утворення вірусу. Освіта внутрішньоклітинних нуклеокапсидов пов'язане в часі з біосинтезом 50S РНК.
Організація вірусної мембрани. Структурною основою вірусних і цитоплазматичних мембран є подвійний ліпідний шар. Останній у вірусної мембрани майже без змін повторює ліпідний шар плазматичної мембрани клітини-хазяїна. Мембрани вірусних частинок містять зовнішній (глікопротеїди HN і F) і внутрішній білковий шар (білок М).
У побудові вірусної мембрани беруть участь предсуществующие ліпіди клітинних мембран. Глікопротеїди вірусу включаються в мембрани заражених клітин, тому незабаром після їх зараження в зовнішніх мембранах клітин виявляється поверхневий вірусний антиген (гликопротеид HN, що є одночасно гемаглютиніном, нейрамінідази і рецепторним білком).
У плазматичних мембранах клітин, заражених вірусом грипу, виявлені всі білки липопротеидной оболонки вірусу: НА (або НА1 + НА2); NA (нейрамінідаза) і М (внутрішній білок вірусної мембрани). Глікопротеїди НА (гемаглютиніну) і NA синтезуються в так званих шорсткуватих мембранах, тобто в мембранах, з якими пов'язані синтезують білки рибосоми. Після синтезу поліпептиди транспортуються по гладких плазматичним мембран в комплекс Гольджі, де відбувається триммінг вуглеводних ланцюгів. З комплексу Гольджі глікопротеїди надходять в зовнішні мембрани. Відбувається збірка структур, що складаються з 6 молекул гемаглютиніну, навколо однієї молекули нейрамінідази. Білок М синтезується там же, де і глікопротеїди, але транспортується інакше і накопичується на внутрішньому листку плазмалеми.
Гемаглютинін вірусу грипу синтезується в зараженій клітині у вигляді попередника, який в процесі транспорту в плазматичні мембрани нарізається на дві нерівні субодиниці: велику і малу. Нарізування здійснюється клітинними протеазами. Ступінь нарізування залежить від штаму вірусу і клітинної системи. При нарізуванні попередника зростає інфекційність вірусу. Остання знижена у часток, що містять молекули гемаглютиніну, частина яких АБО всі вони не нарізані. Мабуть, нарізування гемаглютиніну істотно для адсорбції і для стадії проникнення вірусу. Обробка віріонів грипу трипсином збільшує ефективність адсорбції і його проникнення. Відсутність нарізування гемаглютиніну призводить до порушення здатності вірусного потомства заражати нові дочірні клітини. Нуклеокапсиди параміксовірусів здатні впізнавати модифіковані М-білком ділянки зовнішніх мембран заражених клітин. Нуклеокапсиди зв'язуються безпосередньо з цими модифікованими ділянками. Слідом за цим починається процес випинання всього конгломерату, який закінчується відторгненням. Цей процес отримав назву «брунькування». Ліпідосодержащіе віруси тварин нирку на плазматичних мембранах клітин і містять елементи оболонок клітини-господаря. По суті, вірусна оболонка являє собою модифіковану вірусними білками клітинну мембрану.
Головна роль в організації липопротеидной мембрани вірусу, так само як і у включенні нуклеокапсида в ділянку брунькування, мабуть, належить білку М.
У зв'язку з різноманітністю структури вірусів тварин різноманітні і способи формування віріонів, однак можна сформулювати такі загальні принципи складання
1) у просто влаштованих вірусів формуються провіріони, які потім у результаті модифікацій білків перетворюються на віріони. У складно влаштованих вірусів збірка здійснюється багатоступінчасто - спочатку формуються нуклеокапсиди чи серцевини, з якими взаємодіють білки зовнішніх оболонок;
2) складання складно влаштованих вірусів (за винятком складання вірусів віспи та реовірусів) здійснюється на клітинних мембранах. Збірка ядерних вірусів відбувається за участю ядерних мембран, збірка цитоплазматичних вірусів - за участю мембран ендоплазматичної мережі або плазматичної мембрани, куди незалежно один від одного прибувають усі компоненти вірусної частинки; 3) у ряду складно влаштованих вірусів існують спеціальні гідрофобні білки, що виконують функції посередників між сформованими нуклеокапсидом та вірусними гликопротеидами. Такими білками є матриксних білки у ряду мінус-Стек гілок вірусів (ортоміксо-, параміксо-, рабдовірусів);
4) складання нуклеокапсидов, серцевин, провіріонов і вири-онів відбувається не під внутрішньоклітинної рідини, а в спеціальних структурах, предсуществующих в клітці або індукованих вірусом («фабриках»);
5) складно влаштовані віруси для побудови своїх часток використовують ряд елементів клітини-хазяїна, наприклад ліпіди, деякі ферменти, у ДНК-геномного SV40 - гістони, у оболонкових РНК-геномних вірусів - актин, а в складі арена-вірусів виявлені навіть рибосоми. Клітинні молекули несуть певні функції в вірусної частинки, проте включення їх у віріон може з'явитися і наслідком випадкової контамінації, як, наприклад, включення ряду ферментів клітинних оболонок або клітинних нуклеїнових кислот.
Збірка ДНК-вірусів. У збірці ДНК-вмісних вірусів є деякі відмінності від складання РНК-вірусів. Як і в РНК-вмісних вірусів, збірка ДНК-вмісних вірусів є багатоступеневим процесом з утворенням проміжних форм, що відрізняються від зрілих віріонів за складом поліпептидів. Перший етап збірки полягає в асоціації ДНК з внутрішніми білками і формуванні серцевин або нуклеокапсидов. При цьому ДНК з'єднується з попередньо сформованими «порожніми» Капсі-дами.
У результаті зв'язування ДНК з капсида з'являється новий клас проміжних форм, які називаються неповними формами. Крім неповних форм з різним вмістом ДНК, існує інша проміжна форма у морфогенезі - незрілі віріони, що відрізняються від зрілих тим, що містять ненарезанние попередники поліпептидів. Таким чином, морфогенез вірусів тісно пов'язаний з модифікацією (процесингом) білків.
Збірка ядерних вірусів починається у ядрі, зазвичай - в асоціації з ядерною мембраною. Створювані в ядрі Проміжні форми вірусу герпесу нирку в перінукле-арне простір через внутрішню ядерну мембрану, і вірус набуває таким шляхом оболонку, яка є дериватом ядерної мембрани. Подальша добудова і дозрівання віріонів відбуваються в мембранах ендоплазм етичної мережі і в апараті Гольджі, звідки вірус у складі цитоплазматичних везикул транспортується на клітинну поверхню.
У непочкующіхся ліпідосодержащіх вірусів (вірусів віспи) складання віріонів відбувається у вже описаних цитоплазматичних «фабриках», Ліпідна оболонка вірусів у «фабриках» формується з клітинних ліпідів шляхом автономної самозбірки, тому ліпідний склад оболонок значно відрізняється від складу ліпідів у клітинних мембранах
Вихід вірусних часток із клітини
Існує два способи виходу вірусного потомства з клітки: шляхом вибуху і шляхом брунькування. Вихід з клітини шляхом вибуху пов'язаний з деструкцією клітини, порушенням її цілісності, в результаті чого знаходяться всередині клітини зрілі вірусні частинки виявляються в навколишньому середовищі. Такий спосіб виходу з клітини притаманний вірусам, що не містить липопротеидной оболонки (пікорна-, рео-, парво-, Папов-, аденовіруси). Проте деякі з цих вірусів можуть транспортуватися на клітинну поверхню до загибелі клітини.
Вихід з клітини шляхом брунькування притаманний вірусів, що містять липопротеидной мембрану, яка є дериватом клітинних мембран. При цьому способі клітина може тривалий час зберігати життєздатність і продукувати вірусне потомство, поки не відбудеться повне виснаження її ресурсів.
Висновок
Різні віруси можуть викликати найрізноманітніші клітинні реакції, пов'язані із змінами обміну і функції клітини. Клітинні реакції на вірусну інфекцію можуть бути чотирьох типів. До першого з них відносяться різноманітні патологічні зміни, які проявляються пригніченням синтетичних процесів, порушенням функціональної активності, пошкодженням структури самої клітини та її загибеллю. Такі зміни позначаються як цитопатична реакція на вірусну інфекцію, а здатність вірусів викликати таку реакцію - цитопатогенну дію. Другий тип клітинних реакцій полягає в синтезі закодованих у клітинному геномі білків (інтерферонів), що володіють антивірусною активністю. Третій тип реакції проявляється розмноженням вірусу без видимих патологічних змін клітин (латенцію). І, нарешті, можливий четвертий тип, коли наявність вірусу в клітині супроводжується її проліферацією.
Список літератури
1) Сюрнн В.М. та ін Ветеринарна вірусологія / В.Н. Сюрін, Р.В. Білоусова Н.В. Фоміна-2-е над., Перераб. і доп. - М.: Агропром-издат, 1991. 431 з, [8.] Л, іл.: Іл. - (Підручники і навч. Посібник для студентів вищ. Навч. Закладів).
2) Земсков М.В. та ін Основи загальної мікробіології, вірусології та імунології. Вид. 2-е, испр. і доп. М., «Колос», 1977
3) http://collegemicrob.narod.ru/microbilogy/
4) http://vetotdel.ru/vzaimodeystvie.htm
5) http://humbio.ru/humbio/apon/0000541c.htm
ФГТУ ВПО «Далекосхідного державного АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ»
ІНСТИТУТ ВЕТЕРИНАРНОЇ МЕДИЦИНИ І Зоотехнія
Кафедра епізоотології, паразитології і мікробіології
Реферат
Тема: Механізм взаємодії вірусу і клітини
Виконав: студент 2 курсу ІЛ групи 8217 / 2
Скоціляс А.
Перевірив: Бондаренко В.В.
Благовєщенськ 2009
План:
Введення
1. Типи взаємодії вірусу з клітиною
2. Адсорбція вірусу
3. Проникнення вірусу в клітину
4. Синтез вірусних білків
5. Збірка віріонів і вихід їх з клітини
Висновок
Список літератури
Введення
За зовнішнім виглядом віруси ділять на сферичні, або кулясті, кубічні, паличкоподібні, або ниткоподібні, і сперматоподобние.При деяких вірусних інфекціях (сказ, віспа й ін) II цитоплазмі або ядрі ураженої вірусом клітини утворюються Особливі, специфічні для кожної інфекції внутрішньоклітинні включення, значно перевершують за розміром вірус і видимі у світловий мікроскоп. Це колонії вірусів. Виявлення їх у клітці має велике значення при діагностиці сказу, віспи та інших інфекцій. Окремі види вірусів, переважно віруси рослин, утворюють в клітинах кристалічні освіти (кристали Іванівського). Їх можна розчинити, і з розчину виділяється вірус в аморфному, не кристалічному стані, у якого інфекційними властивостями. У кожному кристалі міститься до 1 млн. віріонів. З зоопатогенних вірусів у кристалічному вигляді поки отриманий вірус поліомієліту. Розміри вірусів коливаються в широких межах. Найдрібніші з них (віруси поліомієліту, ящуру, енцефалітів) мають у діаметрі близько 20-30 mix (миллимикрон) і наближаються за величиною до білкових молекул, а великі віруси (віруси віспи, герпесу, плевропневмонії) за розмірами близькі до найдрібніших бактеріям. Розмір вірусів визначають ультрафильтрацией, ультрацентрифугирование і електроноскопіей.
З наявних у наявності вірусів 4 / 5, включених в 17 сімейств (t ДНК-содержат і 11-РНК-віруси) пристосувалися до паразитування на хребетних, три сімейства паразити безхребетних, одне сімейство представлено вірусами рослин. На сьогоднішній день віруси виявлені у 73 видів грибів і у більш 100 видів бактерій. Вони є основними збудниками інфекційних захворювань тварин.
1. Типи взаємодії вірусу з клітиною
Є два основних типи взаємодії вірусу і клітини. При першому типі вірусний геном функціонує в зараженій клітині більш-менш автономно. Репродукція його відбувається незалежно від репродукції клітинного геному. Віруси, автономно розмножуються в клітині, відносяться до групи вірулентних. При такому характері взаємодії вірусу і клітини утворюється нове покоління віріонів. У цьому випадку говорять про продуктивному взаємодії. Коли ж цикл репродукції переривається на який-небудь проміжної стадії та інфекційного вірусного потомства не утворюється, така взаємодія вірусу і клітини називають абортивним. У тих випадках, коли симбіоз клітинного та вірусного геномів виявляється короткочасним і після утворення нового покоління вірусних частинок заражена клітина (клітина-господар) гине, таку реакцію на вірусну інфекцію називають літичної. Явище, коли клітка, в якій автономно розмножується вірус, довгостроково зберігає свою життєздатність, отримало назву латенцію.
Другий тип взаємодії вірусу і клітини властивий пухлинним вірусам, нуклеїнова кислота яких здатна вбудовуватися (інтегруватися) тим чи іншим чином в клітинну хромосому у формі провірусу, викликаючи трансформацію клітин. Межі між вірусами з автономною реплікацією геномів і інтеграційними вірусами досить умовні, і один і той же вірус в залежності від виду клітин може вести себе або як інфекційний, або як інтеграційний геном. Результатом такої взаємодії вірусу і клітини є зміна спадкових властивостей клітини. Цей тип взаємодії вірусу і клітини називають вірогеніей, подібно лизогении при взаємодії фагів з бактеріями. Віруси, здатні викликати вірогенію, відносять до групи поміркованих.
2. Адсорбція вірусу
Зараження клітини починається з адсорбції вірусу на клітинній мембрані, яка відбувається завдяки взаємодії поверхневих білків вірусу з мембранними рецепторами. Наприклад, капсидних білки вірусу поліомієліту зв'язуються з особливим рецептором (CD155); капсидних білки риновірусів - з молекулами адгезії ICAM-1 (CD155 і ICAM-1 належать до суперсімейство імуноглобулінів); капсидних білки ЕСНО-вірусів - з альфаVбета3-інтегринів; гемаглютиніни зовнішньої оболонки вірусу грипу - з залишками сиаловой кислоти; глікопротеїди зовнішньої оболонки ВІЛ - з молекулою CD4 і рецепторами хемокінів; глікопротеїди зовнішньої оболонки вірусу простого герпесу - з гепарансульфатів і рецептором ФНП; глікопротеїди вірусу Епштейна-Барр - з рецептором фрагмента компонента комплементу C3d (CD21) на поверхні В-лімфоцитів.Температура, як правило, мало впливає на адсорбцію (при 4єС і при 37єС швидкість цього процесу практично однакова).
Зв'язування з мембранними рецепторами не захищає віруси від нейтралізації антитілами.
3. Проникнення вірусу в клітину
Адсорбовані віруси проникають у клітину за допомогою ендоцитозу або шляхом злиття з клітинною мембраною. Опинившись в цитоплазмі, віруси звільняються від більшості білків (роздягання) і починають реплицироваться. Проникнення в клітину, роздягання і репродукція вірусів залежать від інтенсивності енергетичного метаболізму клітини і біохімічних змін, що відбуваються в клітинній мембрані і цитоскелету. Так, при температурі нижче 37 * С проникнення вірусів у клітину сповільнюється. Пусковим фактором проникнення зазвичай служить зв'язування деяких поверхневих білків вірусу з мембранними рецепторами клітини. Ці білки представлені на поверхні вірусів принаймні кількома молекулами, а кількість мембранних рецепторів зазвичай досягає декількох сотень. У місці контакту вірусу з клітинної мембраною відбувається агрегація рецепторів, яка запускає механізм внутрішньоклітинної передачі сигналу і стимулює зміни в клітинній мембрані. Адсорбція вірусу зазвичай сприймається клітиною як приєднання "нормального" ліганда до відповідного рецептора.
Адсорбція багатьох вірусів запускає ендоцитоз, що починається з утворення на мембрані облямованих ямок, покритих клатріном. Потім формуються ендосоми, у складі яких віруси надходять у цитоплазму. Даний спосіб проникнення в клітину характерний для пикорнавирусов, вірусів грипу та аденовірусів. Подальше злиття вірусів з мембраною ендосом стимулюється зниженням рН в ендосоме.
Вплив рН на процес проникнення добре вивчено у вірусу грипу. У адсорбції цих вірусів, агрегації рецепторів і ендоцитозу важливу роль відіграють гемаглютиніни зовнішньої оболонки. Конформаційні зміни гемаглютиніну, що виникають при низькому рН в ендосоме, призводять до виходу на поверхню молекули амфіфільних доменів, що призводить до злиття зовнішньої оболонки вірусу і ендосомальной мембрани.
На молекулярному рівні процеси злиття з мембраною і роздягання більшості вірусів вивчені погано. У результаті злиття ліпіди і білки зовнішньої оболонки вірусу змішуються з ліпідами і білками клітинної мембрани, а нуклеокапсид виявляється в цитоплазмі. У складних вірусів в адсорбції і злиття з клітинної мембраною можуть послідовно брати участь різні білки зовнішньої оболонки.
Є дані, що в різних тканинах або на різних поверхнях епітеліальних клітин механізми адсорбції вірусів та їх проникнення в клітину неоднакові.
4. Синтез вірусних білків
В основі цього синтезу лежить той же механізм, що і при синтезі білка в нормальних клітинах. У РНК-вмісних пикорнавирусов функцію іРНК виконують плюс-нитки. У них односпіральная вирионах РНК транслюється з утворенням одного гігантського поліпептиду, який потім розщеплюється на окремі функціональні білки. У синтезі полновірусного білка виражена постійна в часі трансляція всіх генів вірусної РНК. У орто-, рабдо-і параміксовнрусов вирионах односпіральная РНК не транслюється, а транслюється комплементарна їй плюс-нитка, тому синтез вірусних специфічних білків починається після утворення вірусної іРНК (плюс-нитки), яка комплементарна віріонів РНК-Мінус-нитки синтезуються на плюс- нитки віріонів РНК-залежною полімеразою (РНК-транскриптазою), що знаходиться у складі віріона в якості структурного компонента. Синтезуються віріонів полімеразою іРНК є Моноцистронна і значно коротше віріонів РНК. У процесі вірусної інфекції відбуваються розпад клітинних полісом і освіта вірус-специфічних полісом.
Синтез вірус-специфічних білків залежить від синтезу вірусної іРНК, а й впливає на нього: якщо синтез білка порушений, відбувається затоварення знов утворюється іРНК в місцях її синтезу і гальмується подальший її синтез.
Вірусні білки в процесі інфекції синтезуються в надмірній кількості, ніж потрібно для утворення інфекційного вірусу. Наприклад, в клітинах, інфікованих вірусами герпесу, в вірусне потомство включається лише близько 35% від загальної маси вірус-специфічних білків, синтезованих в клітинах.
У більшості вірусів синтез білків здійснюється в цитоплазмі; щодо ядерної локалізації синтезу білків деяких вірусів існує сумнів. Відомо, що вірусні білки можуть синтезуватися в одних структурах, а накопичуватися-в інших. Механізми, відповідальні за міграцію вірусних білків в ядро, не з'ясовані. Відомо лише, що відсутність аргініну в середовищі призводить до пригнічення міграції структурних білків вірусу герпесу від місця їх синтезу (цитоплазми) до місця збірки віріонів (ядра), хоча синтез ДНК і білка вірусу не порушений.
На різних стадіях інфекційного циклу можуть переважно утворюватися то одні, то інші групи вірус-специфічних білків. Швидкість їх регулюється або на рівні транскрипції (з утворенням іРНК), або на рівні трансляції (зчитування іРНК на рибосомах).
У зараженій клітині непропорційно накопичуються іРНК з різних вірусних генів. Механізм цієї непропорційності закладений у самій вірусної частинки. Цей же механізм визначає різну ефективність освіти різноманіт-их білків. Стандартна вірусна частка містить одну молекулу РНК і до 10 тис. молекул білків. Крім структур-них білків, в зараженій клітині можуть синтезуватися і не-структурні (але кодуються вірусної РНК) білки. Поряд із синтезом білків в клітині при репродукції вірусу грипу відбувається синтез і вуглеводних ланцюгів, що входять до складу глікопротеїдів. Приєднання вуглеводів здійснюється за допомогою трансфераз, які є клітинними ферментами. Синтез ліпідів також здійснюється клітиною. Вірусна оболонка формується при включенні ліпідів з плазматичної мембрани клітини-хазяїна. Синтез вірусних нуклеїнових кислот і вірус-специфічних білків відбувається майже одночасно і не менш ніж на 1 год випереджає дозрівання вірусних частинок.
5. Збірка віріонів і вихід їх з клітини
Синтез компонентів вірусних частинок в клітці роз'єднані і може протікати в різних структурах ядра і цитоплазми. Віруси, реплікація яких проходить в ядрах, умовно називають ядерними. В основному це ДНК-віруси: адено-, Папов-, парвовірус, віруси герпесу. Віруси, реплікується в цитоплазмі, називають цітоплазметіческімі. До них відносяться з ДНК-містять вірус віспи і більшість РНК-вмісних вірусів, за винятком ортоміксо-і ретровірусів. Однак цей поділ досить відносно, тому що в репродукції тих і інших вірусів є стадії, що протікають відповідно в цитоплазмі і ядрі.
Всередині ядра і цитоплазми синтез вірус-специфічних молекул також може бути роз'єднані. Так, наприклад, синтез одних білків здійснюється на вільних полісомах, а інших-на полісомах, пов'язаних з мембранами. Вірусні нуклеїнові кислоти синтезуються в асоціації з клітинними структурами далеко від полісом, які синтезують вірусні білки. При такому способі диз'юнктивної репродукції освіта вірусної частинки можливо лише в тому випадку, якщо вірусні нуклеїнові кислоти і білки мають здатність при достатній концентрації пізнавати один одного в різноманітті клітинних білків і нуклеїнових кислот і мимоволі з'єднуватися один з одним, тобто здатні до самозбирання.
В основі самозбірки лежить специфічне білок-нуклеїнове і білок-білкове впізнавання, що може відбуватися в результаті гідрофобних іонних і водневих зв'язків, а також стеричного відповідності. Білок-нуклеїнове впізнавання обмежено невеликою ділянкою молекули нуклеїнової кислоти і визначається унікальними послідовностями нуклеотидів в некодирующей частини вірусного геному. З цього впізнавання ділянки геному вірусними капсидних білками починається процес складання вірусної частки. Приєднання інших білкових молекул здійснюється за рахунок специфічних білок-білкових взаємодій або неспецифічних білок-нуклеїнових взаємодій.
Об'єднання білка з вірусними нуклеїновими кислотами в клітині відбувається спонтанно як чисто фізико-хімічна реакція агрегації, що вимагає участі додаткових факторів (рН, іонної сили, іонів металів, осмосу і т.п.). Після того як концентрація вірусних РНК і білка досягає критичного рівня; у складно влаштованих вірусів принципи самозбірки забезпечує від початку до кінця морфогенез віріонів.
Для того щоб представити етап дозрівання дочірніх вірусних частинок у параміксовірусів, необхідно з'ясувати, яким чином молекула 50S РНК, близько 10 тис. молекул білків, ліпідів та цукру збираються в зараженій клітині і утворюють морфологічно і біологічно повноцінну частку. Дозрівання можна розділити на три етапи: 1) утворення внутрішньоклітинних нуклеокапсидов; 2) організація вірусної мембрани, 3) вихід зрілої вірусної частинки з клітки за допомогою так званого брунькування.
Освіта нуклеокапсидов. Швидке включення 50S РНК в капсид обумовлено порівняно швидким і в надлишку накопиченням в. зараженій клітині структурних білків нуклеокапсидов. Формування (ассемблирование) віріонів відбувається шляхом самозбірки, яка обумовлена «впізнавання» РНК білками. Вважають, що дізналися білком є білок Р, оскільки він найбільш жорстко пов'язаний з РНК у вірусних частинках. Вважають, що впізнаваний ділянку РНК локалізується на 5'-кінці молекули. Нуклеокапсиди накопичуються в цитоплазмі заражених клітин, причому швидкість утворення внутрішньоклітинних нуклеокапсидов набагато вище, ніж швидкість утворення вірусу. Освіта внутрішньоклітинних нуклеокапсидов пов'язане в часі з біосинтезом 50S РНК.
Організація вірусної мембрани. Структурною основою вірусних і цитоплазматичних мембран є подвійний ліпідний шар. Останній у вірусної мембрани майже без змін повторює ліпідний шар плазматичної мембрани клітини-хазяїна. Мембрани вірусних частинок містять зовнішній (глікопротеїди HN і F) і внутрішній білковий шар (білок М).
У побудові вірусної мембрани беруть участь предсуществующие ліпіди клітинних мембран. Глікопротеїди вірусу включаються в мембрани заражених клітин, тому незабаром після їх зараження в зовнішніх мембранах клітин виявляється поверхневий вірусний антиген (гликопротеид HN, що є одночасно гемаглютиніном, нейрамінідази і рецепторним білком).
У плазматичних мембранах клітин, заражених вірусом грипу, виявлені всі білки липопротеидной оболонки вірусу: НА (або НА1 + НА2); NA (нейрамінідаза) і М (внутрішній білок вірусної мембрани). Глікопротеїди НА (гемаглютиніну) і NA синтезуються в так званих шорсткуватих мембранах, тобто в мембранах, з якими пов'язані синтезують білки рибосоми. Після синтезу поліпептиди транспортуються по гладких плазматичним мембран в комплекс Гольджі, де відбувається триммінг вуглеводних ланцюгів. З комплексу Гольджі глікопротеїди надходять в зовнішні мембрани. Відбувається збірка структур, що складаються з 6 молекул гемаглютиніну, навколо однієї молекули нейрамінідази. Білок М синтезується там же, де і глікопротеїди, але транспортується інакше і накопичується на внутрішньому листку плазмалеми.
Гемаглютинін вірусу грипу синтезується в зараженій клітині у вигляді попередника, який в процесі транспорту в плазматичні мембрани нарізається на дві нерівні субодиниці: велику і малу. Нарізування здійснюється клітинними протеазами. Ступінь нарізування залежить від штаму вірусу і клітинної системи. При нарізуванні попередника зростає інфекційність вірусу. Остання знижена у часток, що містять молекули гемаглютиніну, частина яких АБО всі вони не нарізані. Мабуть, нарізування гемаглютиніну істотно для адсорбції і для стадії проникнення вірусу. Обробка віріонів грипу трипсином збільшує ефективність адсорбції і його проникнення. Відсутність нарізування гемаглютиніну призводить до порушення здатності вірусного потомства заражати нові дочірні клітини. Нуклеокапсиди параміксовірусів здатні впізнавати модифіковані М-білком ділянки зовнішніх мембран заражених клітин. Нуклеокапсиди зв'язуються безпосередньо з цими модифікованими ділянками. Слідом за цим починається процес випинання всього конгломерату, який закінчується відторгненням. Цей процес отримав назву «брунькування». Ліпідосодержащіе віруси тварин нирку на плазматичних мембранах клітин і містять елементи оболонок клітини-господаря. По суті, вірусна оболонка являє собою модифіковану вірусними білками клітинну мембрану.
Головна роль в організації липопротеидной мембрани вірусу, так само як і у включенні нуклеокапсида в ділянку брунькування, мабуть, належить білку М.
У зв'язку з різноманітністю структури вірусів тварин різноманітні і способи формування віріонів, однак можна сформулювати такі загальні принципи складання
1) у просто влаштованих вірусів формуються провіріони, які потім у результаті модифікацій білків перетворюються на віріони. У складно влаштованих вірусів збірка здійснюється багатоступінчасто - спочатку формуються нуклеокапсиди чи серцевини, з якими взаємодіють білки зовнішніх оболонок;
2) складання складно влаштованих вірусів (за винятком складання вірусів віспи та реовірусів) здійснюється на клітинних мембранах. Збірка ядерних вірусів відбувається за участю ядерних мембран, збірка цитоплазматичних вірусів - за участю мембран ендоплазматичної мережі або плазматичної мембрани, куди незалежно один від одного прибувають усі компоненти вірусної частинки; 3) у ряду складно влаштованих вірусів існують спеціальні гідрофобні білки, що виконують функції посередників між сформованими нуклеокапсидом та вірусними гликопротеидами. Такими білками є матриксних білки у ряду мінус-Стек гілок вірусів (ортоміксо-, параміксо-, рабдовірусів);
4) складання нуклеокапсидов, серцевин, провіріонов і вири-онів відбувається не під внутрішньоклітинної рідини, а в спеціальних структурах, предсуществующих в клітці або індукованих вірусом («фабриках»);
5) складно влаштовані віруси для побудови своїх часток використовують ряд елементів клітини-хазяїна, наприклад ліпіди, деякі ферменти, у ДНК-геномного SV40 - гістони, у оболонкових РНК-геномних вірусів - актин, а в складі арена-вірусів виявлені навіть рибосоми. Клітинні молекули несуть певні функції в вірусної частинки, проте включення їх у віріон може з'явитися і наслідком випадкової контамінації, як, наприклад, включення ряду ферментів клітинних оболонок або клітинних нуклеїнових кислот.
Збірка ДНК-вірусів. У збірці ДНК-вмісних вірусів є деякі відмінності від складання РНК-вірусів. Як і в РНК-вмісних вірусів, збірка ДНК-вмісних вірусів є багатоступеневим процесом з утворенням проміжних форм, що відрізняються від зрілих віріонів за складом поліпептидів. Перший етап збірки полягає в асоціації ДНК з внутрішніми білками і формуванні серцевин або нуклеокапсидов. При цьому ДНК з'єднується з попередньо сформованими «порожніми» Капсі-дами.
У результаті зв'язування ДНК з капсида з'являється новий клас проміжних форм, які називаються неповними формами. Крім неповних форм з різним вмістом ДНК, існує інша проміжна форма у морфогенезі - незрілі віріони, що відрізняються від зрілих тим, що містять ненарезанние попередники поліпептидів. Таким чином, морфогенез вірусів тісно пов'язаний з модифікацією (процесингом) білків.
Збірка ядерних вірусів починається у ядрі, зазвичай - в асоціації з ядерною мембраною. Створювані в ядрі Проміжні форми вірусу герпесу нирку в перінукле-арне простір через внутрішню ядерну мембрану, і вірус набуває таким шляхом оболонку, яка є дериватом ядерної мембрани. Подальша добудова і дозрівання віріонів відбуваються в мембранах ендоплазм етичної мережі і в апараті Гольджі, звідки вірус у складі цитоплазматичних везикул транспортується на клітинну поверхню.
У непочкующіхся ліпідосодержащіх вірусів (вірусів віспи) складання віріонів відбувається у вже описаних цитоплазматичних «фабриках», Ліпідна оболонка вірусів у «фабриках» формується з клітинних ліпідів шляхом автономної самозбірки, тому ліпідний склад оболонок значно відрізняється від складу ліпідів у клітинних мембранах
Вихід вірусних часток із клітини
Існує два способи виходу вірусного потомства з клітки: шляхом вибуху і шляхом брунькування. Вихід з клітини шляхом вибуху пов'язаний з деструкцією клітини, порушенням її цілісності, в результаті чого знаходяться всередині клітини зрілі вірусні частинки виявляються в навколишньому середовищі. Такий спосіб виходу з клітини притаманний вірусам, що не містить липопротеидной оболонки (пікорна-, рео-, парво-, Папов-, аденовіруси). Проте деякі з цих вірусів можуть транспортуватися на клітинну поверхню до загибелі клітини.
Вихід з клітини шляхом брунькування притаманний вірусів, що містять липопротеидной мембрану, яка є дериватом клітинних мембран. При цьому способі клітина може тривалий час зберігати життєздатність і продукувати вірусне потомство, поки не відбудеться повне виснаження її ресурсів.
Висновок
Різні віруси можуть викликати найрізноманітніші клітинні реакції, пов'язані із змінами обміну і функції клітини. Клітинні реакції на вірусну інфекцію можуть бути чотирьох типів. До першого з них відносяться різноманітні патологічні зміни, які проявляються пригніченням синтетичних процесів, порушенням функціональної активності, пошкодженням структури самої клітини та її загибеллю. Такі зміни позначаються як цитопатична реакція на вірусну інфекцію, а здатність вірусів викликати таку реакцію - цитопатогенну дію. Другий тип клітинних реакцій полягає в синтезі закодованих у клітинному геномі білків (інтерферонів), що володіють антивірусною активністю. Третій тип реакції проявляється розмноженням вірусу без видимих патологічних змін клітин (латенцію). І, нарешті, можливий четвертий тип, коли наявність вірусу в клітині супроводжується її проліферацією.
Список літератури
1) Сюрнн В.М. та ін Ветеринарна вірусологія / В.Н. Сюрін, Р.В. Білоусова Н.В. Фоміна-2-е над., Перераб. і доп. - М.: Агропром-издат, 1991. 431 з, [8.] Л, іл.: Іл. - (Підручники і навч. Посібник для студентів вищ. Навч. Закладів).
2) Земсков М.В. та ін Основи загальної мікробіології, вірусології та імунології. Вид. 2-е, испр. і доп. М., «Колос», 1977
3) http://collegemicrob.narod.ru/microbilogy/
4) http://vetotdel.ru/vzaimodeystvie.htm
5) http://humbio.ru/humbio/apon/0000541c.htm