Виктор Сбойчаков - Микробиология с основами эпидемиологии и методами микробиологических исследований

Вирусы – это форма жизни, которой присущи своеобразные атрибуты:

• способность к самовоспроизведению;

• способность передавать потомкам основные свойства – наследственность (отмечается консерватизм наследственности у возбудителя оспы и, наоборот, большая изменчивость у возбудителя гриппа и вирусов иммунодефицита человека);

• генетическая изменчивость; мутации генов вируса гриппа А происходят в миллион раз быстрее, чем в клетках, в котоклеточных рых они паразитируют; быстрому изменению подвержены поверхностные структуры вируса – гемагглютинины и нейраминидаза; иммунная система человека не успевает за этими изменениями, вот почему даже при наличии массы противогриппозных вакцин управлять данной инфекцией человек еще не научился; поверхностные структуры ВИЧ изменяются в 100 – 1000 раз быстрее, чем вирус гриппа, что осложняет создание надежных вакцин против «чумы ХХ века»;

• адаптация к определенной экологической нише, к определенному хозяину (растению, бактериям, грибам, простейшим, насекомым, земноводным, теплокровным животным и человеку); отдельные группы вирусов циркулируют со сменой хозяев, это полигостальные вирусы («рожденные» членистоногими – арбовирусы), размножающиеся в организме насекомых и животных; другие вирусы относятся к моногостальным и имеют узкий круг хозяев (бактериофаги);

• способность вызывать инфекцию, размножаться в клетке хозяина (проникает внутрь чувствительной клетки одна вирусная частица, а выходит из нее 100 – 1000 новых вирусных частиц); вирусы чаще вызывают персистентные инфекции (носительство), реже – заболевания, приводящие к гибели хозяина;

• функционирование вирусного генома по общим законам генетического кода.

Несмотря на то что вирусы относятся к представителям живого, их нельзя назвать организмами. Вирусы имеют ряд принципиальных отличий от других живых систем:

• малые размеры;

• очень простое строение вириона – геном, состоящий из ДНК или РНК, и капсид (белковая оболочка);

• отсутствие клеточного строения (цитоплазмы, мембран, рибосом);

• наличие у вируса только одного вида нуклеиновых кислот – ДНК или РНК, по этому принципу вирусы разделены на два подцарства;

• отсутствие способности к росту и бинарному делению;

• паразитизм на молекулярном (генетическом) уровне, в клетку проникает только геном вируса и полностью подчиняет ее своим интересам;

• способность к интеграции собственного генома с геномом клетки;

• невозможность существовать без клетки хозяина, так как репродукция возможна только в клетке хозяина.

Размеры вирусов определяются косвенно на микрофотографиях, микрофильтрацией либо ультрацентрифугированием. Вирус, находящийся вне клетки, называется вирионом.

Фотографирование осуществляется в электронном микроскопе. Однако, в связи с тем что вирусы прозрачны для электронов, препараты готовят специальным способом. Создают подложку из чистого углерода либо коллодия, на нее наносят вирионы в испаряющейся жидкости и проводят лиофильную сушку. На материал на подложке методом напыления под углом наносят тяжелые металлы (палладий, уран). Другим способом контрастирования является метод реплик – вируссодержащий материал, очищенный от балластных белков, заливают тонким слоем пластмассы. После высыхания образуется рельефная матрица, которую просматривают в электронном микроскопе. Негативное контрастирование можно осуществить путем помещения материала на подложку и добавления нейтрального раствора фосфовольфрамовой кислоты или урацилацетата, затекающего во все углубления вириона и создающего для электронов непроницаемый фон, на котором видны детали строения вирусных частиц.

Масса вирионов определяется косвенно при ультрацентрифугировании в единицах Сведберга.

Размеры вирусов колеблются от 20 нм у самых мелких до 350 – 400 нм (у вирусов семейства Poxviridae )(1нм=10 – 9м). Колебания размеров вирусов измеряют на микрофотографиях.

Размеры частиц можно определять при их фильтрации через заведомо известные диаметры фильтров. Крупные вирионы (тельца Пашена при оспе) можно видеть и в световой микроскоп в виде мелких точек.

Морфология вирусов учитывается при их классификации. Основной компонент вириона – белковая оболочка (капсид) , содержащая нуклеиновую кислоту. Капсиды состоят из белковых субъединиц (капсомеров). Каждый капсомер – молекула белка с определенной молекулярной массой одного или разных видов белков. Например, у вируса табачной мозаики 2130 одинаковых капсомеров. Капсид включает пространство cor , у многих вирусов помимо нуклеиновой кислоты есть еще специальные ферменты. Состав белков и ферментов может быть различным: у вируса герпеса – 32 белка, у вируса оспы – 12 ферментов. Есть вирусы всего с 1 – 2 ферментами. Ферменты играют важную роль в репродукции вирусов.

По типу строения вирионов выделяют: спиральный тип симметрии (рабдовирусы, вирусы гриппа, парагриппа, коронавирусы); квазисферический – кубический, или икосаэдральный, тип симметрии; cмешанный – у Т-четных бактериофагов (головка в виде многогранника, а хвост в виде спирали).

У вируса табачной мозаики – спиральный тип симметрии вириона. Белковый чехол состоит из отдельных субъединиц в виде шестигранников. Капсомеры – белковые субъединицы, на внутренней поверхности которых расположен желобок, где находится спиралевидная РНК. Капсомеры идентичны друг другу: один и тот же белок, повторяющиеся белковые молекулы (экономится генетический материал). Диаметр капсида 15 – 18 нм, длина вириона до 300 нм (вид палочки). Капсид имеет жесткую структуру.

Тип симметрии определяется только нуклеокапсидом, суперкапсид при этом не учитывается. Например, вирус гриппа снаружи выглядит как сфера, нуклеокапсид имеет спиральный тип симметрии.

Икосаэдр – многогранник, состоящий из 12 вершин и 20 ребер. К данному типу симметрии относятся аденовирусы человека и животных. Капсомеры могут иметь разное строение и содержать разные белки. У аденовирусов боковые капсомеры в виде гексонов, а вершинные – пентонов (соседствуют с пятью капсомерами). От пентамеров отходят выросты (фибры). Это прикрепительные белки. Икосаэдр обеспечивает прочность капсида (защиту от внешних факторов), а прочная связь между капсомерами – минимум свободной энергии.

Многие вирусы имеют суперкапсид – дополнительную оболочку сложно устроенных вирусов, или пеплос . Структурные элементы суперкапсида – шипики, или пепломеры. У вируса гриппа их два типа: гемагглютинины и нейраминидаза; у парагриппа два комплекса – гемагглютинин и нейраминидаза вместе и второй так называемый белок слияния; у вирусов иммунодефицита человека они представлены гликопротеидами. Большинство вирусов, патогенных для человека, являются сложно устроенными . Если у вируса отсутствует суперкапсид, то это просто устроенный вирус.