16

Вирусы как биологический объект

Вирусы являются уникальными биологическими объектами, находящимися на грани живого и неживого. Как и для всех организмов, вирусы обладают способностью размножаться, изменчивостью, наследственностью, приспособлением к условиям окружающей среды, для них характерно эволюционное развитие. Однако, отличный от клеток тип размножения - дисъюнктивный способ (разобщенность процесса размножения в пространстве (на территории клетки) и времени синтеза компонентов – белков и нуклеиновых кислот с последующей сборкой вириона), отсутствие собственной системы синтеза белка и мобилизации энергии, наличие одного типа нуклеиновой кислоты, интеграция с клеточным геномом и другие свойства вирусов свидетельствуют об отличии их от традиционных живых организмов.

Вирусы с точки зрения биохимии можна классифицировать как большие комплексы биополимеров, содержащие молекулу нуклеиновой кислоты и большое число белковых молекул, образующих определенную трехмерную структуру.

По физической структуре вирусы деляться на такие, что имеют спиральный тип симметрии, кубический тип симметрии, смешанный тип симметрии.

Большую часть структурных элементов вириона составляют белки. Белки ВТМ состоят из одного типа полипептидной цепи, другие вирусы, такие как представители Parvovirus имеют три типа полипептидных цепей. Сложные вирусы кроме белков, входящих в защитную оболочку содержат собственные ферменты.

Инфекционность вирусов зависит от нуклеиновой кислоты, а не от белков. Во всех случаях инфекционность выделенных нуклеиновых кислот значительно ниже, чем целых вирусных частиц.

Нуклеиновая кислота вирусов несет генетическую информацию, необходимую для его репродукции в клетке-хозяине.

Информация с ДНК копируется ДНК-зависимой полимеразой на РНК. Ранние мРНК синтезируются либо клеточным ферментом в ядре клетки либо в цитоплазме клетки вирусной полимеразой

Размножение РНК-содержащих вирусов также связано с образованием комплементарных полинуклеотидных цепочек. В репликации РНК участвуют РНК-зависимые РНК-полимеразы (репликазы), кодируемые РНК вируса. Репродукция вирусов тесно связана с окружающей средой, в которой находится инфицированный организм.

Среди известных вирусов различных организмов ни один из них не имеет собственных рибосом, не способен синтезировать систему запуска биосинтетических процессов самостоятельно. У одних вирусов в процессе эволюции возникли капсиды больших размеров, что позволило им приобрести полезные. Свойства вирусов наводят исследователей на мысль, что для эволюции возможно смешивание генофонда различных живых систем, и в этом процессе не последнюю роль играют вирусы.

2. Биофизические свойства вирусов

Биофизические свойства вирусов изучают для того, чтобы получить информацию о размере, форме, молекулярной массе и структуре вирусных частиц. Во многих случаях с вирусными частицами можно работать как с простыми макромолекулами, у которых периодически повторяются элементы поверхностной структуры. Биофизические свойства характеризуются многими показателями – седиментацией, плотностью, вязкостью вирусных суспензий, диффузионными свойствами. Все эти характеристики относятся и к субвирусным компонентам.

Биофизические свойства вирусов характеризуются многими показателями— седиментацией, плотностью, вязкостью вирусных суспензий, диффузионными свойствами. Седиментационные свойства вирусов и субвирусных компонентов измеряют с помощью центрифугирования в аналитических и препаративных ультрацентрифугах. Коэфиициент седиментации выражают в единицах Сведберга в переводе на стандартные условия – при температуре 20 ^о С S_{20w .} Коэффициенты седиментации вирионов зависят от многих факторов: от их размера и массы, плотности, формы. Для определения плотности вирионов и субвирусных структур применяют равновесное центрифугирование в градиентах плотности. Для вирионов и вирусных нуклеопротеидов обычно используют градиенты плотности сахарозы и хлорида цезия. Плотность вирионов и субвирусных структур зависит прежде всего о тих состава. Она увеличивается с увеличением процента содержания нуклеиновых кислот и уменьшается при повышении содержания белков и липидов

3. Использование модельных систем

При проведении биофизических исследований используют модельные системы.

Ситема меньших размеров.

Структурное разрешение любого метода ухудшается с ростом размеров молекулы. Гораздо легче исследовать небольшую часть системы с очень большим разрешением, а потом использовать эти результаты для того, чтобы судить о ее структуре в целой системе. Так спектроскопические методы успешно используются для исследования структуры достаточно малых молекул, у которых спектральный вклад каждой группы может быть определен и измерен по отдельности. Поскольку спектры молекул большего размера получают путем усреднения по многим звеньям, детальная их интерпретация затруднительна. Если же свойства отдельных звеньев в заданном окружении и в заданной конформации известна из модельных исследований, то иногда удается установить установить соответствие спектра полимерной системы определенным гипотезам относительно ее структуры.

Наблюдение за частью системы.

Работа с частью системы, физически отделенной от системы в целом, таит в себе опасность получение неверных результатов, поскольку эта часть необязательно может вести себя также, как в интктной системе. Поэтому разрабатывают такие подходы, позволяющие наблюдать за этой частью системы, но в составе интактной системы. Для этого используются зонды или метки. Иногда макромолекула сама содержит такой зонд, например ион переходного металла в функциональном центре. Исследователь может ввести зонд в заданную структуру путем его ковалентного присоединения или нековалентного связывания. Важно, чтобы введение зонда не привело к нарушению структуры системы. В практике современной вирусологии часто используют введение изотопной метки в сочетании с электрофорезом и хроматографией при исследовании таких процесов, как сборка вириона, транспорт и локализация вируса в клетке.

Сравнение между собой почти идентичных систем.

В биофизических исследованиях при изучении функции системы используют мутантные белки или нуклеиновые кислоты. При этом подходе в одной или нескольких аминокислот или нуклеотидах макромолекулы производят замены, которые приводят к изменению ее функции. В вирусологических исследованиях при изучении внутриклеточных событий в ходе вирусной инфекции часто используют условно-летальные мутанты. Наибольшую информацию можно получить, используя мутантов, которые размножаются в клетках данного хозяина только в определенном диапазоне температур (температурочувстительные мутанты: чувствительные к теплу, холоду). Такая чувствительность объясняется тем, что в результате мутации определенный белок вследствие аминокислотных замен сохраняет свою активность лишь при определенных (пермиссивных) температурах. Такие мутации сказываются на процессах синтеза нуклеиновых кислот, ранних и поздних белков, а также на ходе вирусного морфогенеза. В пермиссивных условиях мутантный вирус способен к размножению. Остановка размножения на определенном этапе при непермиссивных условиях обычно указывает на ту стадию процесса, для которой требуется продукт мутантного гена. Это позволяет выяснить, какие именно гены ответственны за тот или иной этап процесса.