Virușii sunt microorganisme care alcătuiesc regnul Vira.
Caracteristici:
2) nu au propriile sisteme de sinteză a proteinelor și energie;
3) nu au o organizare celulară;
4) au o metodă disjunctivă (separată) de reproducere (sinteza proteinelor și acizilor nucleici are loc în diferite locuri și în momente diferite);
6) virusurile trec prin filtre bacteriene.
Virușii pot exista sub două forme: extracelular (virion) și intracelular (virus).
Forma virionilor poate fi:
1) rotund;
2) în formă de tijă;
3) sub formă de poligoane regulate;
4) sub formă de fir etc.
Dimensiunile lor variază de la 15-18 la 300-400 nm.
În centrul virionului se află un acid nucleic viral, acoperit cu o înveliș proteic - o capsidă, care are o structură strict ordonată. Învelișul capsidei este alcătuit din capsomere. Acidul nucleic și învelișul capsidei formează nucleocapsidul.
Nucleocapsidul virionilor organizați complex este acoperit cu o înveliș exterioară - o supercapsidă, care poate include multe structuri de lipide, proteine și carbohidrați diferite din punct de vedere funcțional.
Structura virusurilor ADN și ARN nu este fundamental diferită de NK-ul altor microorganisme. Unii virusuri conțin uracil în ADN-ul lor.
ADN-ul poate fi:
1) dublu catenar;
2) cu un singur lanț;
3) inel;
4) dublu catenar, dar cu un lanț mai scurt;
5) dublu lanț, dar cu unul continuu și celălalt fragmentat.
ARN poate fi:
1) un singur fir;
2) liniar dublu catenar;
3) liniar fragmentat;
4) inel;
Proteinele virale sunt împărțite în:
1) genomic – nucleoproteine. Oferă replicarea acizilor nucleici virali și procesele de reproducere virală. Acestea sunt enzime, datorită cărora crește numărul de copii ale moleculei părinte, sau proteine, cu ajutorul cărora se sintetizează molecule pe o matrice de acid nucleic care asigură implementarea informației genetice;
2) proteinele învelișului capsidei sunt proteine simple cu capacitatea de a se auto-asambla. Ele formează structuri regulate din punct de vedere geometric, în care se disting mai multe tipuri de simetrie: spirală, cubică (formează poligoane regulate, numărul fețelor este strict constant) sau mixte;
3) proteinele învelișului supercapside sunt proteine complexe cu funcții diverse. Datorită acestora are loc interacțiunea virușilor cu o celulă sensibilă. Îndeplinește funcții de protecție și de receptor.
Printre proteinele învelișului supercapside se numără:
a) proteine de ancorare (un capăt al acestora este situat la suprafață, iar celălalt merge adânc; acestea asigură contactul virionului cu celula);
b) enzime (pot distruge membranele);
c) hemaglutinine (provoacă hemaglutinare);
d) elemente ale celulei gazdă.
Virușii sunt clasificați în cei care conțin ADN (virusul herpes simplex) și cei care conțin ARN (virusul imunodeficienței umane).
După structura capsomerelor. Izometric (cubic), spiralat, mixt.
Prin prezența sau absența unei membrane lipoproteice suplimentare
În spatele celulelor gazdă
Cea mai utilizată clasificare a virușilor este propusă de laureatul Premiului Nobel David Baltimore. Se bazează pe tipul de acid nucleic care este folosit de virus pentru a transfera materialul ereditar și pe modul în care are loc exprimarea și replicarea acestuia. Este de remarcat faptul că o astfel de clasificare nu reflectă relațiile filogenetice dintre tipurile de viruși, deoarece virușii, conform viziunii general acceptate în prezent, au mecanisme de origine care sunt diferite de toate celelalte organisme.
Spre deosebire de organismele celulare, a căror informație genetică este stocată sub formă de ADN dublu catenar, genomul unui virus poate fi stocat atât sub formă de acizi nucleici dublu cât și monocatenar. Mai mult, acest acid poate fi fie ADN, fie ARN, a cărui formă șablon (m-ARN) este utilizată în celule ca produs intermediar în traducerea informațiilor genetice în procesul de sinteză a proteinelor. Genomul virusului ARN poate fi codificat în două direcții opuse: fie genele sunt situate în direcția de la capătul de 5" al moleculei la capătul de 3" (direcție pozitivă sau + polaritate), similar cu direcția genelor în m -ARN în celule, sau genele Genomul viral este situat în direcția opusă (direcție negativă, sau polaritate).
Taxonomia virusurilor este practic similară cu taxonomia organismelor celulare. Categoriile taxonomice utilizate în clasificarea virusurilor sunt următoarele (sufixele pentru formarea denumirilor latine sunt date între paranteze):
Rând ( -virale)
Familie ( -viridae)
subfamilie ( -virinae)
genul ( -virus)
Dar nomenclatura virușilor are și unele trăsături care o deosebesc de nomenclatura organismelor celulare. În primul rând, nu numai numele speciilor și genurilor, ci și ale seriilor și familiilor sunt scrise cu caractere cursive, iar în al doilea rând, spre deosebire de nomenclatura clasică linneană, numele virusurilor nu sunt binomiale (adică formate din numele genului și epitetul de specia - pentru mai multe detalii, vezi .. în articolul „Clasificare științifică”). De obicei, numele virușilor sunt formate sub formă [Boala]-virus.
În total, aproximativ 80 de familii au fost descrise acum, care includ aproximativ 4.000 de specii individuale de virus.
Repartizarea familiilor în rânduri a început recent și se întâmplă lent; În prezent (2005), caracterele diagnostice din doar trei serii au fost identificate și descrise, iar majoritatea familiilor descrise sunt neclasificate.
Orez. 4.1
Morfologia virusurilor este studiată folosind microscopia electronică, deoarece dimensiunile lor sunt mici (18-400 nm) și comparabile cu grosimea învelișului bacterian. Forma virionilor poate fi diferită: în formă de tijă (virusul mozaic al tutunului), în formă de glonț (virusul rabiei), sferică (virusurile poliomielitei, HIV), filamentoasă (filovirusuri), în formă de spermatozoizi (mulți bacteriofagi). Există viruși simpli și complecși (Tabelul 4.1).
Viruși proiectați simplu (fără shell)
Un exemplu de virusuri aranjate simplu este virusul hepatitei A și papilomavirusul cu simetrie de tip icosaedric (Fig. 4.1 și 4.2). Acidul nucleic al virusurilor este asociat cu o înveliș proteic - o capsidă, constând din capsomeri.
Orez. 4.2. Schema structurii papilomavirusului (conține ADN circular dublu catenar)
Viruși complexi (cu plic)
În virusurile complexe (de exemplu, virusurile herpetice, virusurile gripale, flavivirusurile), vârfurile de glicoproteine se extind din învelișul lipoproteinelor, de exemplu, hemaglutininele, care sunt implicate în reacțiile de hemaglutinare și hemadsorbție. Virusul herpetic și flavivirusul au o simetrie de tip icosaedric, iar virusul gripal are simetrie de tip elicoidal de nucleocapside.
|
Tabelul 4.1. Viruși simpli (fără shell) și complexi (cu shell). |
|
|
Virușii simpli sau neînveliți constau dintr-un acid nucleic și o înveliș proteic numit capsid (din latină. capsa- caz). Capsida este formată din subunități morfologice repetate - capsomere. Acidul nucleic și capsida interacționează între ele pentru a forma nucleocapsidul. |
Tipul de simetrie |
|
Virușii complexi sau înveliți sunt înconjurați la exteriorul capsidei de o înveliș de lipoproteină (supercapsid sau peplos). Acest înveliș este o structură derivată din membranele unei celule infectate cu virus. Pe învelișul virusului există vârfuri de glicoproteine sau spini (peplomeri). Sub învelișul unor viruși se află o proteină M cu matrice. |
|
Orez. 4.3.
Orez. 4.4.
Orez. 4.5
Orez. 4.6 .
Reproducerea virusurilor
Există trei tipuri de interacțiuni virus-celulă:
- tip productiv, în care se formează noi virioni, ieșind din celulă în moduri diferite: în timpul lizei acesteia, adică printr-un mecanism „exploziv” (viruși neînveliți); prin „mugurire” prin membranele celulare (virusuri încapsulate), ca urmare a exocitozei;
- tip avortiv, caracterizat prin întreruperea procesului infecțios în celulă, astfel încât nu se formează noi virioni;
- tip integrativ, sau virogene, care constă în integrare, adică integrarea ADN-ului viral sub formă de provirus în cromozomul celular și coexistența acestora (replicare comună).
Un tip productiv de interacțiune între un virus și o celulă - reproducerea virusului trece prin mai multe etape: 1) adsorbția virionilor pe celulă; 2) pătrunderea virusului în celulă;
3) „dezbracarea” și eliberarea genomului viral (deproteinizarea virusului); 4) sinteza componentelor virale;
5) formarea de virusuri; 6) eliberarea de virioni din celulă.
Mecanismul de reproducere virală
Mecanismul de reproducere este diferit pentru virusurile care au: 1) ADN dublu catenar; 2) ADN monocatenar; 3) plus ARN monocatenar; 4) minus ARN monocatenar; 5) ARN dublu catenar;
6) ARN-uri identice cu catenă plus (retrovirusuri).
Virușii ADN dublu catenar sunt viruși care conțin ADN dublu catenar în formă liniară (de exemplu, herpesvirusuri, adenovirusuri și poxvirusuri) sau într-o formă circulară (cum ar fi papilomavirusurile).
Replicarea ADN-ului viral dublu catenar are loc prin mecanismul semi-conservator obișnuit: după ce catenele de ADN se desfășoară, li se adaugă în mod complementar catenele noi. La toți virusurile, cu excepția poxvirusurilor, transcripția genomului viral are loc în nucleu.
Mecanismul de reproducere al hepadnavirusurilor (virusul hepatitei B) este unic.
Genomul hepadnavirusurilor (Fig. 4.7) este reprezentat de ADN circular dublu catenar, dintre care o catenă este mai scurtă (metatarsian incomplet) decât cealaltă catenă. După ce miezul virusului pătrunde în celulă (1), catena incompletă a genomului ADN este completată; se formează un ADN circular dublu catenar complet (2) iar genomul în curs de maturizare (3) pătrunde în nucleul celulei. Aici, ARN polimeraza dependentă de ADN celular sintetizează diferite ARNm (pentru sinteza proteinelor virale) și pregenomul ARN (4) - un șablon pentru replicarea genomului virusului. Apoi, ARNm-urile se deplasează în citoplasmă și sunt traduse pentru a forma proteine virale. Proteinele de bază ale virusului se adună în jurul pregenomului. Sub acțiunea ADN polimerazei dependente de ARN a virusului, pe matricea pregenomului este sintetizată o catenă ADN minus (5), pe care se formează o catenă ADN plus (6). Învelișul virionului se formează pe membranele care conțin HBs ale reticulului endoplasmatic sau ale aparatului Golgi (7). Virionul părăsește celula prin exocitoză.
Orez. 4.7.
Viruși ADN monocatenar. Reprezentanții virusurilor ADN monocatenar sunt parvovirusurile (Fig. 4.8).
Virusul absorbit furnizează genomul către nucleul celulei. Parvovirusurile folosesc ADN polimeraze celulare pentru a crea un genom viral dublu catenar, așa-numita formă replicativă a acestuia din urmă. În acest caz, pe ADN-ul viral original (catena plus), este sintetizată complementar o catenă minus de ADN, care servește ca matrice în sinteza catenei plus de ADN pentru noile generații de virusuri. În paralel, ARNm este sintetizat și sunt traduse proteinele virale, care revin în nucleul unde sunt asamblați virionii.
Plus virusuri ARN monocatenar. Acesta este un grup mare de virusuri (picornavirusuri, flavivirusuri, togavirusuri etc.), în care ARN-ul genomic plus-catenari îndeplinește funcția de ARNm (Fig. 4.9).
Virusul (1), după endocitoză, eliberează în citoplasmă (2) genomic plus ARN, care, la fel ca ARNm, se leagă de ribozomi (3): este tradusă o poliproteină (4), care este împărțită în 4 proteine structurale (NSP 1). -4), inclusiv ARN polimeraza dependentă de ARN. Această polimerază transcrie ARN-ul genomic plus într-un ARN (șablon) cu catenă minus, pe care sunt sintetizate (5) copii de ARN de două dimensiuni: ARN-ul genomic 49S complet cu catenă plus; ARNm parțial 26S care codifică proteina C capsidei (6) și glicoproteinele de anvelopă E1-3. Glicoproteinele sunt sintetizate pe ribozomi asociați cu membranele reticulului endoplasmatic, apoi încorporate în membrană și glicozilate. Suplimentar glicozilate în aparatul Golgi (7), acestea sunt integrate în plasmalemă. Proteina C formează o nucleocapsidă cu ARN genomic, care interacționează cu plasmalema modificată (8). Virușii ies din celulă prin înmugurire (9).
Virușii ARN monocatenar minus (rabdovirusuri, paramixovirusuri, ortomixovirusuri) conțin o ARN polimerază dependentă de ARN.
Catenul minus genomic de ARN paramixovirus (Fig. 4.10) care a intrat în celulă este transformat de ARN polimeraza dependentă de ARN viral în catenele plus incomplete și complete de ARN. Copiile incomplete acționează ca ARNm pentru sinteza proteinelor virale. Copiile complete sunt un șablon intermediar pentru sinteza catenelor minus ale ARN-ului genomic al descendenților.
Fig.4.8.
Orez. 4.9.
Orez. 4.10
Virusul se leagă de suprafața celulei prin glicoproteinele învelișului și fuzionează cu plasmalema (1). Din catena minus genomică de ARN a virusului, sunt transcrise catene incomplete plus de ARN, care sunt ARNm (2) pentru proteine individuale și o catenă minus completă de ARN - o matrice pentru sinteza ARN minus genomic al virusului (3). ). Nucleocapsidul se leagă de proteina matricei și de plasmalema modificată cu glicoproteină. Eliberarea virionilor se face prin înmugurire (4).
Viruși ARN dublu catenar. Mecanismul de reproducere al acestor virusuri (reovirusuri și rotavirusuri) este similar cu reproducerea virusurilor ARN minus monocatenar.
Particularitatea reproducerii este că catenele plus formate în timpul transcripției funcționează nu numai ca ARNm, ci participă și la replicare: sunt modele pentru sinteza catenelor minus de ARN. Acesta din urmă, în combinație cu ARN-ul plus-catenar, formează virionii ARN dublu catenar genomic. Replicarea acizilor nucleici virali ai acestor virusuri are loc în citoplasma celulelor.
Retrovirusuri (virusuri ARN diploide cu transcriere inversă cu catenă plus), cum ar fi virusul imunodeficienței umane (HIV).
HIV se leagă de glicoproteina gp 120 (1) cu receptorCD4 Celule T helper și alte celule. După îmbinare shell
Orez. 4.11.
CPD - modificări morfologice ale celulelor vizibile la microscop (până la respingerea lor din sticlă), rezultate din reproducerea intracelulară a virusurilor.
HIV cu plasmalema celulei din citoplasmă eliberează ARN genomic și transcriptaza inversă a virusului, care sintetizează ADN complementar minus-catenar (ADNc liniar) pe matricea ARN genomic. Din acesta din urmă (2), catena plus este copiată pentru a forma o catenă dublă de ADNc circular (3), care se integrează cu ADN-ul cromozomial al celulei. ARN-ul genomic și ARNm sunt sintetizate din provirusul ADN recombinant (4), care asigură sinteza componentelor și asamblarea virionilor. Virionii își părăsesc celulele prin înmugurire (5): miezul virusului este „îmbrăcat” în plasmalema modificată a celulei.
Cultivarea și indicarea virusurilor
Virușii sunt cultivați în corpul animalelor de laborator, în dezvoltarea embrionilor de pui și a culturilor de celule (țesuturi). Indicarea virusurilor se realizează pe baza următoarelor fenomene: acțiunea citopatogenă (CPE) a virusurilor, formarea de incluziuni intracelulare, formarea plăcii, reacția de hemaglutinare, hemadsorbția sau reacția „culoare”.
Orez. 4.13
Incluziuni- acumularea de virioni sau componentele lor individuale în citoplasma sau nucleul celulelor, detectate la microscop cu colorare specială. Virusul variolei formează incluziuni citoplasmatice - corpi Guarnieri; virusurile herpetice și adenovirusurile sunt incluziuni intranucleare.
Orez. 4.14.
„Placile” sau coloniile „negative” sunt zone limitate de celule distruse de viruși, cultivate pe un mediu nutritiv sub o acoperire cu agar, vizibile ca pete de lumină pe fundalul celulelor vii colorate. Un virion produce descendență sub forma unei „plăci”. Coloniile „negative” de diferiți viruși diferă ca mărime și formă, astfel încât metoda „plăcilor” este utilizată pentru a diferenția virușii, precum și pentru a determina concentrația acestora.
Orez. 4.12.
Fig.4.15.
Reacția de hemaglutinare se bazează pe capacitatea unor viruși de a provoca aglutinarea (lipirea) celulelor roșii din sânge din cauza vârfurilor de glicoproteine virale - hemaglutininele.
Capacitatea culturilor celulare infectate cu viruși de a adsorbi celulele roșii din sânge pe suprafața lor.
Orez. 4.16.
Reacția „culoare” se apreciază prin schimbarea culorii indicatorului situat în mediul de cultură nutritiv. Dacă virusurile nu se înmulțesc în cultura celulară, atunci celulele vii secretă produse acide în timpul metabolismului lor, ceea ce duce la o modificare a pH-ului mediului și, în consecință, a culorii indicatorului. Când se produc viruși, metabolismul celular normal este perturbat (celulele mor), iar mediul își păstrează culoarea inițială.
Morfologia și structura virusurilor sunt studiate cu ajutorul unui microscop electronic, deoarece dimensiunile lor sunt mici și comparabile cu grosimea învelișului bacterian. Forma virionilor poate fi diferită: în formă de tijă (virusul mozaicului tutunului), în formă de glonț (virusul rabiei), sferică (virusurile poliomielitei, HIV), în formă de spermatozoizi (mulți bacteriofagi).
Dimensiunile virusurilor sunt determinate prin microscopie electronică, ultrafiltrare prin filtre cu un diametru cunoscut al porilor și ultracentrifugare. Unul dintre cele mai mici virusuri este virusul poliomielitei (aproximativ 20 nm), cel mai mare este variola (aproximativ 350 nm).
Există viruși simpli (de exemplu, virusul poliomielitei) și viruși complexi (de exemplu, virușii gripali, virusurile rujeolei). În virușii simpli, acidul nucleic este asociat cu o înveliș proteic numit capsid (din latinescul capsa - caz). Capsida este formată din subunități morfologice repetate - capsomere. Acidul nucleic și capsida interacționează între ele pentru a forma o nucleocapsidă. În virușii complexi, capsida este înconjurată de un înveliș suplimentar de lipoproteină - o supercapsidă (un derivat al structurilor membranare ale celulei gazdă), care are „tepi”. Virionii sunt caracterizați printr-un tip spiralat, cubic și complex de simetrie a capsidei. Tipul elicoidal de simetrie se datorează structurii elicoidale a nucleocapsidei, tipul cubic de simetrie se datorează formării unui corp izometric gol din capside care conține acidul nucleic viral.
Capsidul și supercapsidul protejează virionii de influențele mediului, determină interacțiunea selectivă (adsorbția) cu celulele și determină proprietățile antigenice și imunogene ale virionilor. Structurile interne ale virusurilor se numesc nucleu.În virologie se folosesc următoarele categorii taxonomice: familie (numele se termină în viridae), subfamilie (numele se termină în virinae), gen (numele se termină în virus).
Cu toate acestea, denumirile genurilor și mai ales ale subfamiliilor nu sunt formulate pentru toți virusurile. Tipul de virus nu a primit un nume binom, precum bacteriile.
Clasificarea virușilor se bazează pe următoarele categorii:
§ tipul de acid nucleic (ADN sau ARN), structura acestuia, numărul de catene (una sau două),
§ caracteristici ale reproducerii genomului viral;
§ marimea si morfologia virionilor, numarul capsomerelor si tipul de simetrie;
§ prezenta supercapside;
§ sensibilitate la eter si deoxicolat;
§ loc de reproducere in celula;
§ proprietăţi antigenice etc.
Virusurile infectează animalele vertebrate și nevertebrate, precum și plantele și bacteriile. Fiind principalii agenți cauzali ai bolilor infecțioase umane, virusurile sunt implicate și în procesele de carcinogeneză și pot fi transmise pe diverse moduri, inclusiv prin placentă (virusul rubeolei, citomegalovirusul etc.), afectând fătul uman. Ele pot duce la complicații post-infecțioase - dezvoltarea miocarditei, pancreatitei, imunodeficienței etc.
Pe lângă virusurile obișnuite, sunt cunoscute și așa-numitele viruși non-canonici - prioni - particule infecțioase proteice care sunt agenți de natură proteică, având forma unor fibrile cu dimensiunea de 10,20x100,200 nm. Prionii, aparent, sunt atât inductori, cât și produși ai unei gene autonome la oameni sau animale și provoacă encefalopatie la aceștia în condiții de infecție virală lentă (boala Creutzfeldt-Jakob, kuru etc.). Alți agenți neobișnuiți strâns legați de viruși sunt viroizii, molecule mici de ARN circular, supercoiled, care nu conțin proteine și provoacă boli la plante.
Morfologia și structura virusurilor sunt studiate cu ajutorul unui microscop electronic. Unul dintre cele mai mici este virusul poliomielitei (aproximativ 20 nm), cel mai mare este variola (aproximativ 350 nm).
Virușii constau din următoarele componente principale:
1. Core - material genetic (ADN sau ARN), care poartă informații despre mai multe tipuri de proteine necesare formării unui nou virus.
2. Învelișul proteic, care se numește capsid (din latinescul capsa - casetă). Este adesea construit din subunități identice care se repetă - capsomere. Capsomerele formează structuri cu un grad ridicat de simetrie.
3. Membrană lipoproteică suplimentară (supercapsid). Se formează din membrana plasmatică a celulei gazdă și se găsește numai în virusuri relativ mari (gripa, herpes).
Structura schematică a unui virus care conține ARN cu un tip elicoidal de simetrie și un înveliș suplimentar de lipoprotein este prezentată în stânga în figură; secțiunea sa transversală mărită este prezentată în dreapta.
Capsida și învelișul suplimentar au funcții de protecție, parcă ar proteja acidul nucleic. În plus, facilitează pătrunderea virusului în celulă. Se numește un virus complet format virion.
Forma virionilor depinde de modul în care subunitățile proteice sunt pliate în capsidă. Acest aranjament poate avea simetrie spirală sau cubică. Bacteriofagii au un tip de simetrie mixt sau combinat.
Virusul mozaic al tutunului are atât subunități ARN, cât și subunități proteice dispuse în spirală și are o formă filamentoasă sau în formă de tijă. Cu această simetrie, învelișul proteic protejează mai bine acidul nucleic, dar necesită o cantitate mai mare de proteine decât cu simetria cubică. Numărul adevărat de subunități în diferiți virioni este de 60 sau un multiplu al acestei valori (420 de subunități în virusul poliomului, 540 în reovirus, 960 în virusul herpes, 1500 în adenovirus).
Majoritatea virusurilor cu teaca închisă au simetrie cubică. Se bazează pe diverse combinații de triunghiuri echilaterale (capsomere) formate din subunități proteice sferice. În acest caz, se pot forma tetraedre, octaedre și icosaedre. Icosaedrele au 20 de fețe triunghiulare și 12 vârfuri. Aceasta este cea mai eficientă și economică simetrie. Prin urmare, virusurile animale sferice au cel mai adesea forma unui icosaedru.
În virusul gripal, nucleocapsidul are o structură elicoidală în formă de tijă, iar învelișul lipoproteinelor supercapsidelor conferă virionului o formă sferică.
Numărul de capsomere pentru virusurile de acest tip este constant și are valoare diagnostică.
Virușii simpli au doar o capsidă (virusul poliomielitei); virusurile complexe au și o supercapsidă (virusurile rujeolice și gripale).
Clasificarea virușilor se bazează pe următoarele categorii.
Textul lucrării este postat fără imagini și formule.
Versiunea completă a lucrării este disponibilă în fila „Fișiere de lucru” în format PDF
Astăzi, situația de pe Pământ este de așa natură încât în fiecare an se descoperă din ce în ce mai mulți viruși umani și animale noi, care sunt foarte periculoși pentru sănătatea umană. Oamenii se deplasează prin țări și continente, intră în diferite contacte unii cu alții și migrează din motive economice, sociale și de mediu. Au fost introduși pe planetă viruși periculoși precum febra Rift Valley, Zika, Ebola, Rift Valley și alții. În cea mai mare parte, acestea sunt destul de asemănătoare ca structură și provoacă boli umane grave, care sunt foarte contagioase și virulente, cu un grad ridicat de letalitate, ceea ce reprezintă o amenințare serioasă pentru populație.
Este necesar de remarcat epidemiile existente de SIDA și hepatita C, care până acum nu au tratament, dar ne distrug sistemul imunitar cu viteză mare. În acest sens, luarea în considerare a acestei probleme este foarte relevantă.
Problemele de genetică microbiană și problemele actuale ale biochimiei sunt studiate folosind viruși. Oamenii de știință înțeleg din ce în ce mai profund și cu succes structura subtilă, compoziția biochimică și proprietățile fiziologice ale acestor ființe vii ultramicroscopice, rolul lor în natură, viața umană, animală și vegetală. Dezvoltarea virologiei este asociată cu succesele geniale ale geneticii moleculare. Studiul virusurilor a condus la înțelegerea structurii fine a genelor, la descifrarea codului genetic și la identificarea mecanismelor de mutație. Virușii sunt folosiți pe scară largă în lucrările de inginerie genetică. Capacitatea virușilor de a se adapta și de a se comporta imprevizibil nu cunoaște limite. Milioane de oameni au devenit victime ale virușilor care provoacă diverse boli. Și totuși, principalele succese ale virologiei au fost obținute în lupta împotriva bolilor specifice, iar acest lucru dă motive pentru a afirma că în mileniul nostru al treilea, virusologia va ocupa un loc de frunte.
Obiectul cercetării noastre este studiul formelor de viață necelulare.
Subiect de cercetare este studiul morfologiei virusurilor si metodelor de indicare.
Scopul lucrării. Pe baza cunoștințelor biologiei virusurilor, justificați metodele de cultivare a acestora, indicarea, identificarea și metodele de diagnostic de laborator a bolilor pe care le provoacă.
Pe baza obiectivului, au fost stabilite următoarele sarcini:
Studiați datele din literatură despre morfologia virusurilor.
Familiarizați-vă cu cele mai sensibile metode de diagnosticare a infecțiilor virale.
Gradul de studiu al acestei problemeÎn 1892, botanistul rus D.I. Ivanovsky, studiind boala mozaic a frunzelor de tutun, a descoperit că această boală este cauzată de microorganisme minuscule care trec prin filtre bacteriene fin poroase. Aceste microorganisme sunt numite viruși (din latinescul Virus - otravă). Virologii ruși au adus o mare contribuție la studiul virusurilor: M.A. Morozov, N.F. Gamaleya, L.A. Zilber, M.P. Chumakov, A.A. Smorodintsev, V.M. Jdanov și alții.
Contribuția personală a autorului: Studiind materialul teoretic și cercetările de laborator, autorul a reușit să: interpreteze morfologia și ultrastructura virusurilor. Familiarizați-vă cu clasificarea virușilor. Analizați caracteristicile interacțiunii virușilor cu sistemele vii. Evaluați rezultatele în sistemele vii. Analizați metodele de cultivare a virusurilor în condiții de laborator. Interpretarea metodelor moderne de diagnostic de laborator al bolilor virale.
Capitolul 1. LOCUL VIRUSURILOR ÎN BIOSFERĂ
1.1.Originea evolutivă
Deoarece natura virusurilor a fost studiată în prima jumătate de secol după descoperirea lor de către D.I. Ivanovsky (1892), s-au format idei despre viruși ca fiind cele mai mici organisme. Mulți oameni de știință din alte țări au încercat să fie primii care au rezolvat această problemă. Epitetul „filtrabil” a fost eliminat în cele din urmă ca forme filtrabile sau stadii de bacterii comune, iar apoi specii de bacterii filtrabile au devenit cunoscute. Cea mai plauzibilă și acceptabilă ipoteză este că virusurile provin din acid nucleic „fuga”, adică acid nucleic care a dobândit capacitatea de a se replica independent de celula din care a provenit, deși un astfel de ADN este destinat să se replice folosind structurile acelei celule sau altei celule. Aceste zone au un nivel molecular ridicat, au o masă molară mare, sunt implicate activ în reacții oxidative, modificări ireversibile și au o rată mai mare de refacere a proceselor organice.
Pe baza experimentelor de filtrare prin filtre liniare gradate, s-au determinat dimensiunile virusurilor. Acesta a fost o mare descoperire pentru oamenii de știință virologi. Dimensiunea celui mai mic dintre ele s-a dovedit a fi de 20-30 nm, iar cea mai mare - 300-400 nm. În procesul de evoluție ulterioară, virușii s-au schimbat mai mult în formă decât în conținut.
Astfel, virusurile trebuie să fi provenit din organisme celulare și nu ar trebui considerate ca predecesori primitivi ai organismelor celulare.
1.2.Structura și proprietățile virușilor
Dimensiunile virusurilor variază de la 20 la 300 nm. În acest sens, ele pot fi examinate doar cu ajutorul unei microcopii electronice; forma lor este variată: de la glomeruli sub formă de fir până la figuri hexaedrice complexe, cu incluziuni de ADN sau ARN. În medie, sunt de 50 de ori mai mici decât bacteriile. Ele nu pot fi văzute cu un microscop luminos deoarece lungimile lor sunt mai mici decât lungimea de undă a luminii.
Virușii constau din mai multe componente:
a) materialul genetic de bază (ADN sau ARN). Aparatul genetic al virusului transportă informații despre mai multe tipuri de proteine care sunt necesare pentru formarea unui nou virus: gena care codifică reversul transcriptaza și altele.
b) înveliș proteic, care se numește asp.
Învelișul este adesea construit din subunități identice care se repetă - capsomere. Capsomerele formează structuri cu un grad ridicat de simetrie.
c) membrană lipoproteică suplimentară.
Se formează din membrana plasmatică a celulei gazdă. Apare doar la virusuri relativ mari (gripa, herpes).
Particula infecțioasă complet formată se numește virion.
Poziția conform căreia virușii sunt organisme cu drepturi depline a făcut posibilă unirea în cele din urmă a tuturor celor trei grupuri numite de viruși - viruși de animale, plante și bacterii - într-o singură categorie care ocupă un anumit loc printre ființele vii care locuiesc pe planeta noastră. Ca și alte organisme, virușii sunt capabili de reproducere. Virușii au o anumită ereditate, reproducând propriul lor fel. Această poziție a fost confirmată de oamenii de știință din alte țări care lucrează la o problemă similară. Caracteristicile ereditare ale virusurilor pot fi luate în considerare de gama de gazde afectate și de simptomele bolilor cauzate, precum și de specificul răspunsurilor imune ale gazdelor naturale sau ale animalelor experimentale imunizate artificial. Suma acestor caracteristici face posibilă determinarea în mod clar a proprietăților ereditare ale oricărui virus și cu atât mai mult ale soiurilor sale care au markeri genetici clari, de exemplu: neutropicitatea unor virusuri gripale, patogenitatea redusă a virusurilor vaccinale etc.
1.3. Bacteriofagi
La 25 de ani de la descoperirea virusului, omul de știință canadian Felix D'Herelle, folosind o metodă de filtrare, a descoperit un nou grup de viruși care infectează bacteriile. Au fost numiți bacteriofagi (sau pur și simplu fagi). Mulți oameni de știință au încercat să repete studii experimentale similare, dar nu au obținut rezultatele dorite.
Acidul nucleic conținut în capul fagului este protejat de un înveliș proteic. Este principala substanță pentru susținerea vieții virusului. La capătul său inferior, capul trece într-un proces care se termină într-o „platformă” hexagonală (placă bazală) cu șase procese scurte (tepi) și șase fibrile lungi (fire). Procesul este înconjurat de o teacă pe toată lungimea sa, de la cap până la farfurie. Procesele sunt receptori care recunosc receptorii de pe suprafața celulelor bacteriene, care sunt proteine de transport care realizează procesele de intrare și eliberare a substanțelor din celulă. Această interacțiune este foarte specifică. Datorită acestui fapt, bacteriofagul este potrivit ca „cheie pentru lacăt”, doar pentru o anumită tulpină de celule bacteriene. Bacteriofagii joacă un rol evolutiv important în formarea de noi tulpini de celule bacteriene datorită capacității fagilor temperați de a se integra cu ADN-ul celulei gazdă, de a capta o parte din ADN-ul celular de la o celulă bacteriană și de a o aduce în genomul alteia. celulă prin procesul de transducție. Acest proces asigură schimbul de informații genetice între bacterii din aceeași tulpină sau din diferite tulpini și înlocuiește procesul sexual tipic de care îi lipsește bacteriile.
Ciclul de viață al fagului este de 30 de minute, dar uneori perioada de timp crește la 1 oră, sau scade la 15 minute, în funcție de condițiile de mediu: temperatură, umiditate, presiune, densitatea straturilor atmosferice. Particulele virale eliberate în timpul procesului de reproducere participă la infectarea celulelor sănătoase, ceea ce duce la moartea întregii populații de bacterii, actinomicete, rickettsie, trepanosomi și ciuperci Candida.
Această proprietate a bacteriofagelor de a distruge bacteriile este utilizată pentru prevenirea și tratarea bolilor bacteriene, de obicei ale tractului gastrointestinal, și anume salmoneloza, stafilococul și alte enterobacterii, alte infecții.10-15 minute după introducerea bacteriofagelor în organism, agentul cauzal de ciumă, febra tifoidă, dizenteria, salmoneloza sunt neutralizate. Astfel, bacteriofagii sunt surse eficiente și sigure de protecție biologică a organismului din punctul de vedere al sănătății umane. Țările occidentale interesate de obținerea de materiale antivirologice, vaccinuri, enzime au investit sume mari de capital în dezvoltarea, implementarea și achiziționarea de medicamente scumpe. Aceasta a fost una dintre direcțiile politicii de protecție a statului
Dar această metodă are un dezavantaj serios. Bacteriile sunt mai variabile (în ceea ce privește apărarea împotriva fagilor) decât bacteriofagii, astfel încât celulele bacteriene devin insensibile la fagi relativ repede. Această metodă de protejare a corpului uman nu poate fi folosită dacă, pe lângă peretele celular, celulele bacteriene au învelișuri și straturi mucoase și capsule. Aceste formațiuni de pe suprafața bacteriilor le protejează în mod fiabil de pătrunderea bacteriofagelor în celule, deoarece nu se pot adsorbi pe suprafața lor, iar acestea sunt condiții prealabile pentru ca virusul să înceapă să pătrundă în celula bacteriană.
CAPITOLUL 2. DIAGNOSTICĂ DE LABORATOR
Testele de laborator joacă un rol important în stabilirea diagnosticului bolilor infecțioase. Istoria dezvoltării diagnosticului de laborator este destul de extins. La începutul dezvoltării sale istorice, organismele animale au fost folosite ca principală metodă de cercetare de laborator. Diagnosticul a fost un proces intensiv și costisitor. Și prezența unei infecții virale a fost judecată după natura leziunilor organelor interne ale animalelor. Acest nivel de cercetare a organismului a fost înlocuit atunci când embrionii de pui au fost introduși în practica de laborator. Acest lucru a devenit posibil datorită faptului că, în 1941, virologul american Hernst a descoperit fenomenul de hemaglutinare - aceasta este capacitatea virușilor de a lipi celulele roșii din sânge, care sunt purtători de oxigen și îndeplinesc o serie de funcții importante. Mulți oameni de știință studiază această problemă. Acest model a devenit baza pentru studierea interacțiunii dintre un virus și o celulă. Mecanismul reacției de hemaglutinare se bazează pe mecanismul de adsorbție virală pe membrana suprafeței eritrocitelor, rezultând lipirea acestora, deoarece o particulă virală poate capta mai multe eritrocite. Descoperirea posibilității de a cultiva celule în condiții artificiale a fost un eveniment revoluționar care a servit la izolarea, diagnosticarea și studierea unui număr mare de virusuri. A devenit posibil să se obțină vaccinuri de cultură.
Metodele de diagnostic de laborator variază în funcție de sensibilitateȘi specificitate.
2.1 Metoda microbiologică
Metoda microbiologică diagnosticul se bazează pe detectarea agenților patogeni în materialul biologic. Se utilizează microscopia optică ușoară și electronică.
Metoda microbiologică este utilizată pe scară largă în diagnosticul bolilor infecțioase de etiologie bacteriană, protozoară și, mai rar, boli virale.
Diagnosticul de laborator al bolilor infecțioase se realizează în trei domenii principale:
căutarea agentului patogen în materialul prelevat de la pacient (fecale, urină, spută, sânge, secreții purulente etc.);
determinarea anticorpilor specifici în ser - diagnostic serologic;
determinarea corpului uman a crescut sensibilitatea la agenții infecțioși - metoda alergică.
Pentru identificarea unui agent infecțios și identificarea acestuia (determinarea tipului de agent patogen), se folosesc trei metode: microscopică, microbiologică (bacteriologică) și biologică.
Metoda microscopică vă permite să detectați agentul patogen direct în materialul prelevat de la pacient. Această metodă este crucială pentru diagnosticul de gonoree, tuberculoză, boli cauzate de protozoare: malarie, leishmanioză, balantidiază, amebiază. Particularitățile metodei microscopice pentru aceste infecții sunt cauzate de agenții cauzatori ai diferențelor morfologice semnificative ale acestor boli. Caracteristicile morfologiei microorganismelor patogene joacă un rol important în diagnostic. Cu toate acestea, metoda microscopică nu permite diagnosticarea unor astfel de infecții precum tifosul și paratifoidul, dizenteria, deoarece este imposibil din punct de vedere morfologic să se distingă agenții lor (toate baghetele gram-negative). Pentru a distinge aceeași morfologie a microorganismelor, acestea trebuie obținute în cultură pură și determinate, ceea ce se poate face folosind o metodă de cercetare microbiologică (bacteriologică).
Eficacitatea unei metode microscopice este determinată de sensibilitatea și specificitatea acesteia. Specificitatea este limitată de posibila identificare greșită a agentului patogen din cauza artefactelor. În plus, atunci când se efectuează o examinare microscopică, tehnica de examinare este importantă.
2.2. Metoda bacteriologică
Utilizarea metodei bacteriologice face posibilă izolarea agentului patogen în cultură pură din materialul obținut de la pacient și identificarea acestuia pe baza studiului unui set de proprietăți. Laboratoarele bacteriologice sunt chemate să diagnosticheze boli bacteriologice, să controleze bolile animalelor și să participe la organizarea și implementarea măsurilor antiepidemiologice și eliminarea bolilor virale. Majoritatea bacteriilor sunt capabile să fie cultivate pe diferite medii nutritive artificiale. Principalele criterii pe care trebuie să le aibă mediile nutritive este, în primul rând, valoarea lor nutritivă. O cantitate suficientă de proteine, enzime, hormoni de creștere care stabilizează condițiile nutriționale și îmbogățesc bine mediul. Principalul agent de îngroșare pentru mediu este agar-agar polizaharid. Cu ajutorul acestuia, mediile nutritive sunt mai dense, ceea ce a jucat în mod semnificativ un rol important în cultivarea microorganismelor, prin urmare metoda bacteriologică este importantă în diagnosticarea multor boli infecțioase.
Dacă se obține un rezultat pozitiv, metoda bacteriologică permite determinarea sensibilității agentului patogen izolat la medicamentele antimicrobiene. Cu toate acestea, eficacitatea acestui studiu depinde de mulți parametri, în special de condițiile de colectare a materialului și de transportul acestuia la laborator. Metoda microbiologică constă în inocularea materialului de testat pe un mediu nutritiv, izolarea culturii pure și identificarea agentului patogen. Dacă agenții infecțioși (rickettsie, viruși, protozoare, unii) nu cresc pe medii artificiale sau este necesară izolarea agentului cauzal al asociațiilor microbiene și apoi utilizarea metodei biologice de infectare a animalelor susceptibile.
2.3.Metoda virologică
Metoda virologică include două principalele etape: izolarea virusurilor si identificarea acestora. Materialele pot fi sânge, alte fluide biologice și patologice, biopsii de organe și țesuturi.
Testele de sânge virologice sunt adesea efectuate pentru a diagnostica infecțiile arbovirale. Dacă este necesar să folosiți structuri celulare gata făcute și medii pentru ele, nu este nevoie de alte biomateriale. Studiile virologice care utilizează culturi celulare sunt pe locul doi în ceea ce privește disponibilitatea pentru testele de laborator. Rabia, oreionul și virusurile herpes simplex pot fi detectate în salivă. Tampoanele nazofaringiene sunt utilizate pentru a izola agenții patogeni ai gripei și a altor infecții virale respiratorii acute și rujeola. Adenovirusurile se găsesc în tampoanele conjunctivale. Din fecale sunt izolate diverse entero-, adeno-, reo- și rotavirusuri.
Pentru izolarea virusurilor se folosesc culturi celulare, embrioni de pui si uneori animale de laborator Tarile occidentale interesate de obtinerea de materiale antivirologice, vaccinuri si enzime au investit mari sume de capital in dezvoltarea, implementarea si achizitionarea de medicamente scumpe. Aceasta a fost una dintre direcțiile politicii de protecție a statului. Majoritatea virușilor patogeni se disting prin prezența specificitatea de țesut și tip”, de exemplu, poliovirusul se reproduce numai în celule de primate, astfel încât cultura de țesut adecvată este utilizată pentru a izola un virus specific. Pentru a izola un agent patogen necunoscut, este recomandabil să se infecteze simultan 3-4 culturi celulare, presupunând că una dintre ele poate fi sensibilă. Prezența virusului în culturile infectate este determinată de dezvoltarea degenerării celulare specifice, adică. efect citopatogen, detectarea incluziunilor intracelulare, precum și pe baza detectării unui antigen specific prin imunofluorescență, reacții pozitive de hemadsorbție și hemaglutinare. Embrionii de păsări cu țesuturile lor slab diferențiate sunt potriviți pentru cultivarea multor virusuri. Cel mai des sunt folosiți embrioni de pui. La multiplicarea în embrioni, virusurile pot provoca moartea lor (arbovirusuri), apariția unor modificări în membrana corion-alantoidiană (virusuri variolei) sau în corpul embrionului, acumularea de hemaglutinină (virusuri gripale, oreion) și fixarea complementului. antigen viral din fluidele embrionare.
Virușii sunt identificați prin metode imunologice: reacția de inhibare a hemaglutinării, fixarea complementului, neutralizarea, precipitarea gelului, imunofluorescența.
2.4 Metoda biologică
Metoda biologică constă în infectarea animalelor de laborator cu diverse materiale (clinice, de laborator) pentru indicarea agentului patogen, precum și în determinarea unor proprietăți ale microorganismelor care caracterizează patogenitatea acestora (toxicitate, toxicitate, virulență). Ca animale de laborator se folosesc soareci albi, sobolani albi, cobai, iepuri etc.
Reproducerea bolii la un animal este dovada absolută a patogenității microorganismului izolat (în cazul rabiei, tetanosului etc.). Prin urmare, un test biologic pe animale este o metodă de diagnostic valoroasă și de încredere, în special pentru acele infecții ai căror agenți patogeni sunt conținuti în concentrații scăzute în mediile biologice studiate ale corpului uman și cresc slab sau lent pe medii artificiale.
2.5 Metoda imunologică
Metoda imunologică (serologic) include studii ale serului sanguin, precum și alte substraturi biologice pentru a identifica anticorpi și antigeni specifici. Serodiagnosticul clasic se bazează pe determinarea anticorpilor la un agent patogen identificat sau suspectat. Un rezultat pozitiv al reacției indică prezența anticorpilor împotriva antigenelor patogeni în serul de sânge testat; un rezultat negativ indică absența acestora. Detectarea anticorpilor la agentul cauzator al unui număr de boli infecțioase în serul sanguin studiat nu este suficientă pentru a face un diagnostic, deoarece poate reflecta prezența imunității post-infecțioase sau post-vaccinare, prin urmare, sângele „pereche”. se examinează serurile, primul, luat în primele zile de boală, iar al doilea, luat cu un interval de 7–10 zile. În acest caz, se evaluează dinamica creșterii nivelurilor de anticorpi.
O creștere a titrului de anticorpi din serul sanguin testat de cel puțin 4 ori față de nivelul inițial este semnificativă din punct de vedere diagnostic. Acest fenomen se numește seroconversie. Componentele proteice sunt integrate independent în lanțurile peptidice. În bolile infecțioase rare, precum și în hepatita virală, infecția cu HIV și altele, prezența anticorpilor indică faptul că pacientul este infectat și are valoare diagnostică.
Pe lângă determinarea titrului de anticorpi, în timpul studiilor serologice este posibilă determinarea izotipului anticorpului. Se știe că la prima întâlnire a corpului uman cu un agent patogen în perioada acută a bolii este detectată o creștere mai rapidă a anticorpilor aparținând IgM, al căror nivel, atingând o valoare maximă, apoi scade. În stadiile ulterioare ale bolii crește numărul de anticorpi IgG, care persistă mai mult timp și se determină în perioada de reconvalescență. La întâlnirea din nou cu agentul patogen, datorită memoriei imunologice, reacțiile de imunitate umorală se manifestă prin producția mai rapidă de anticorpi IgG, iar anticorpii de clasa M sunt produși în cantități mici. Detectarea anticorpilor IgM indică prezența unui proces infecțios curent, iar prezența anticorpilor IgG indică o infecție anterioară sau o imunitate post-vaccinare.
Ținând cont de caracteristicile răspunsului imun primar și secundar, analiza raportului de anticorpi IgM și IgG permite în unele cazuri diferențierea stadiului procesului infecțios (înălțimea bolii, convalescență, recidivă). De exemplu, în cazul hepatitei virale A (HA), o metodă de diagnostic fiabilă este determinarea anticorpilor IgM anti-HAV în serul sanguin. Detectarea lor indică infecția actuală sau recentă cu HAV. Componentele proteice sunt integrate independent în lanțurile peptidice.
Testarea serologică pentru detectarea anticorpilor în bolile infecțioase este o metodă mai accesibilă de diagnostic de laborator decât izolarea agentului patogen. Uneori, o reacție serologică pozitivă servește ca singura dovadă a întâlnirii și interacțiunii organismului cu agentul cauzator al bolii infecțioase corespunzătoare. În plus, o serie de boli cu un tablou clinic similar (de exemplu, rickettsioza, infecții cu enterovirus) pot fi diferențiate doar serologic, ceea ce reflectă importanța metodelor serologice în diagnosticul bolilor infecțioase.
CONCLUZIE
REFERINȚE
1. Adrianov V.V., VasilyukN. A. „Virologie generală și privată” 27 (4): 50-56. 2012.
2. Balin R.M., Baranova A.P. „Bacteriofagi” - M.: Medicină, 1997. - 236 p.
3. Metoda bacteriologică. / Ed. A.M. Veina. - M.: MIA, 2003. - 752 p.
4. Zemaityte D.I. Diagnosticul de laborator al bolilor infecțioase. În cartea: Analiza virușilor. - Vilnius, 1982. - p. 22-32
5. Kletskin S.Z. Analiza virologică. - M.: VNIIMI, 1979. -116 p.
6. Mironova T.F., Mironov V.A. Analiza clinică a virusurilor. - Chelyabinsk, 1998. - 162 p.
7. Nagornaya N.V., Mustafina A.A. Viruși infecțioși. Partea I // Sănătatea copilului. - 2007. - Nr. 5 (8).
8. Okuneva G.N., Vlasov Yu.A., Sheveleva L.T. Microbiologie. - Novosibirsk: Science, 2000. - 280 p.
9. Ryasik, Yu. V. Virusuri / Yu. V. Ryasik, V. I. Tsirkin // Jurnalul medical siberian. 2007. - T. 72. -Nr 5.-S. 49-52.
10. Smetnev, A. S. Bacteriofagi. / A. S. Smetnev, O. I. Zharinov, V. N. Chubuchny // Cardiologie. 1999. - Nr. 4. - P. 49-51.
11. Virusul imunodeficienței./ A. R. Nanieva și colab. // Sănătatea populației și habitatul. 2011. - Nr 4. - P. 22-24.
12. Fokin, V. F. Întrebări de virologie / V. F. Fokin, N. V. Ponomareva // Virologie funcțională: un cititor / ed. N. N. Bogolepova, V. F. Fokina. -M.: Lumea științifică, 2004. p. 349-368.
13. Fokin, V. F. Structura virusurilor / V. F. Fokin, N. V. Ponomareva. M.: Antidor, 2003. - 288 p.
Se încarcă...
