Вирусология общая Горячкиной

10 Общая м едицинская вирусология

Таким способом проникают в клетку простые вирусы и многие слож ные вирусы .

Второй способ проникновения заключается в слиянии суперкапсидной оболочки вируса с клеточной мембраной, осуществляемой белками слияния, в результате чего внут­ ренняя часть вируса (его нуклеокапсид, сердцевина) оказы­ вается в цитоплазме клетки. Такой способ проникновения характерен для слож ных вирусов, обладающих F-белка- ми-слияния или другими гликопротеинами, выполняю ­ щими их функции (например, гемагглютинин у вируса гриппа).

3.Д епрот еинизация ( «р а здева н и е») вирусов с цель

освобож дения его нуклеиновой кислоты такж е отличает­ ся у вирусов, проникающ их в клетку разными способами.

Вирусы, проникш ие в клетку путем рецепторного эндоцитоза и находящ иеся в рецептосоме, покидают ее путем слияния мембран, если это сложные вирусы, и, возможно, при участии капсидных поверхностных белков, если это простые вирусы, при этом происходит частичная депротеинизация вирусов под действием ферментов, находящихся в мембране рецептосомы , и лизосомальных ферментов. Частично дезинтегрированные вирусы поступают в цитоп­ лазму, где продолжается их «раздевание» протеазами внут­ риклеточных мембран и другими ферментами клетки.

При способе проникновения вирусов путем слияния мембран депротеинизация вирионов начинается уж е при их проникновении с помощ ью ферментов клеточной мем­ браны и продолжается внутри клетки, как указано выше.

В результате депротеинизации происходит дезинтегра­ ция вириона. Освобожденная геномная нуклеиновая кис­ лота приобретает способность индуцировать репродукцию вирусов. У некоторы х вирусов освобож дение нуклеино­ вой кислоты бывает полным, но обычно в ассоциации с нуклеиновой кислотой остаются геномные (внутренние) белки, например, полимеразы и иногда — капсидные бел­ ки. В дальнейшем эти белки участвуют в процессе репро­ дукции и защите нуклеиновой кислоты от действия кле­ точных нуклеаз.

У вирусов с двунит евой Д Н К эти процессы проис­ ходят по универсальной для всего ж ивого схеме:

1 ЛАВА 1 . 1*С£Д£лИл U

4. Экспрессия ви русн ого геном а становится возм ож ­ ной после высвобож дения вирусной нуклеиновой кисло­ ты, иногда требуется ее транспортировка в ядро клетки и взаимодействие с клеточным геномом.

Реализация генетической программы вируса начина­ ется с процесса транскрипции с последующ ей трансляци­ ей и репликацией вирусного генома, в результате чего образуются компоненты вируса — копии вирусного гено­ ма и структурные белки вируса.

Транскрипция — образование на матрице геномной нук­ леиновой кислоты комплементарных информационных РНК (и-РН К), необходимы х для последующ ей трансля­ ции и синтеза вирусных белков на рибосомах клетки.

Трансляция — процесс перевода генетической инфор­ мации, заложенной в и-РН К, на специфическую последо­ вательность аминокислот. Трансляция осущ ествляется и- РНК на клеточных рибосомах, на которы х синтез клеточ­ ных белков подавляется и транслируются вирусные белки.

Существует два способа формирования вирусных бел­ ков в зависимости от длины и-РНК. Короткие, моноцистронные и Р Н К кодирую т отдельный, обычно зрелый, ви­ русный белок. Длинные полицист ронные и-РНК, кото­ рые могут содержать всю информацию вирусного генома или ее часть, поступают на полирибосомы , на которы х транслируется один гигантский полипротеин-предшествен­ ник. Этот полипептид нарезается вирусными и клеточны ­ ми протеазами на отдельные зрелые вирусные белки как неструктурные (обслуж иваю щ ие процесс репродукции ферменты и регуляторные белки), так и структурные. У не­ которых вирусов эти два способа формирования белков могут сочетаться.

Транскрипция и трансляция имеют свои особенности в зависимости от типа и строения вирусных нуклеиновых кислот.

1.

Геномная ДНК > транскрипция > и-РНК > трансля­ ция > белок.

12	Общ ая м едицинская вирусология

Если транскрипция происходит в ядре, как у больш ин­ ства ДНК-вирусов, то она осущ ествляется клеточной ДНКзависимой РН К -полимеразой (транскриптазой), если в цитоплазме, то транскрипцию выполняет вирусная транскриптаза, входящ ая в состав вириона. У ДНК -вирусов последовательно считы ваю тся участки генома, кодирую ­ щие отдельные белки, образую тся короткие и-РН К, сна­ чала ранние и-РНК, затем поздние и-РНК. Соответствен­ но происходит трансляция на рибосомах сначала ранних неструктурны х, а затем поздних — структурных белков вируса.

2.У плюс-РН К вирусов геномная РНК одновременно является информационной РНК, поэтому стадия

транскрипции отсутствует и схема укорочена:

Геномная плюс-РНК > трансляция > белок.

П лю с-РН К, выполняющ ая функцию и-РН К, поступает на полирибосомы и полностью транслируется с образова­ нием гигантского полипептида-предшественника, который нарезается протеазами на отдельные белки — неструктур­ ные и структурные.

3. У м инус-РН К вирусов (с однонитевой и двунитевой РНК) синтез белка происходит по следующ ей схеме:

Геномная минус-РНК > транскрипция > и-РНК > транс­ ляция > белок.

Транскрипция осущ ествляется собственны ми транскриптазами вирусов, при этом возмож но образование как коротких, так и длинных и-РНК с последующ ей трансля­ цией индивидуальных зрелых белков или полипептидапредшественника.

Сущ ествуют и другие типы транскрипции и трансля­ ции, например у ретровирусов.

4.Рет ровирусы (возбудитель ВИЧ-инфекции, онкогенные вирусы) имеют диплоидный геном, состоя ­ щий из двух идентичных молекул однонитевых плюс-РНК, и фермент РН К -зависимую ДНК-поли- меразу, называемую такж е обратной транскрипта­ зой или ревертазой.

Г лава 1. Ос новные с ведения о вирусах

13

Ретровирусам свойственен уникальный, очень редко встречающийся у вирусов путь передачи генетической информации с РНК на ДНК. Подобный путь обнаружен также у вируса гепатита В и, предполож ительно, у виру­ са клещевого энцефалита.

Схема синтеза белка у ретровирусов следующ ая:

Геномная РНК > комплементарная ДНК (провирус) > транскрипция> и-РНК > трансляция > белок.

На матрице геномной плюс-РНК с помощ ью обратной транскриптазы синтезируется комплементарная ДНК (ми­ нус-нить). Затем вирусная РНК разрушается нуклеопротеазой и вместо нее достраивается вторая нить ДНК (плюснить) с участием клеточной ДНК -полимеразы . Образует­ ся двунитевая ДНК (несущ аяя генетическую информацию ретровируса), которая, приняв кольцевидную форму, ин­ тегрирует в хром осом у клетки в виде провируса. С этой провирусной ДНК происходит транскрипция и-РН К и далее трансляция белков.

Репликация вирусного генома заключается в синтезе на матрице исходной геномной нуклеиновой кислоты вируса множества копий — будущ их вирусных геномов. У боль­ шинства вирусов репликация происходит в ядре клетки, у некоторых — в цитоплазме. .Процесс начинается после накопления неструктурны х ранних белков, необходимых для обслуживания репликации.

Репликация вирусного генома имеет сходство с транс­ крибированием и-РН К, осущ ествляется вирусными или клеточными полимеразами (возмож но несколько модифи­ цированными). Главное отличие состоит в том, что при репликации вирусный геном всегда считывается полно­ стью и образующ иеся копии идентичны матричному ге­ ному. Как нам известно, при транскрипции и-РНК часто считываются отдельные гены или небольшие участки ви­ русного генома. Существует регуляция переключения про­ цессов репликации на транскрипцию и обратно, однако механизм такого переключения не вполне ясен.

Репликация имеет отличия у вирусов с различным ти ­ пом генома.

14	Общ ая медицинская вирусология

1.Репликация двунитевых ДНК-геномов осущ еств­ ляется с помощ ью клеточной ДНК-зависимой ДНКполимеразы (репликазы) по полуконсервативному типу, подобно клеточным ДНК.

2.Однонитевые плюс-РНК геномы реплицируются с помощ ью вирусиндуцированной РНК-полимера- зы. На исходной нити плюс-РН К синтезируется комплементарная минус-нить, образуется промежу­ точный репликативный комплекс, состоящ ий из двух нитей. На отделяющ ихся минус-РН К форми­ руются нити плюс-РНК, идентичные исходной ге­ номной плюс-РН К, происходит накопление многих копий генома.

3.Однонитевые минус-РНК геномы реплицируют­ ся с помощ ью входящ ей в состав вириона РНКзависимой РНК-полимеразы по тому же принци­ пу, что и плюс-РН К вирусы, т.е. через промеж у­ точный репликативный комплекс. В результате образуется множ ество копий минус-РН К геномов, идентичных исходному.

4.У ретровирусов для осущ ествления репликации геномной РНК необходимо прохождение тех же ста­ дий, что при транскрипции с обязательной интег­ рацией ДНК -провируса в хром осом у клетки. На матрице провирусной ДНК с помощ ью клеточной ДНК -зависимой РНК-полимеразы реплицируются копии однонитевых плюс-РНК — будущ их гено­ мов дочерней популяции ретровирусов.

Для ретровирусов характерно сочетание интегративной и продуктивной инфекции клеток. Если преобладает ин­ тегративная инфекция, провирус длительно сохраняется в зараженной клетке и при ее делении в составе хром осо­ мы переходит в дочерние клетки (наблюдается персистенция вируса).

Таким образом, в результате экспрессиии вирусного генома в инфицированной клетке накапливаются компо­ ненты вируса — копии генома и структурные белки. Син­ тез нуклеиновых кислот и белков вируса обычно проис­

Г лава 1. Основные с ведени я о вирусах

15

ходит в разных частях клетки и не одновременно, поэто­ му такой способ репродукции вирусов называет ся дизъ­ юнктивным или разобщ енным .

5. Ф орм ирование вирионов из отдельных компонен ­ тов вируса у больш инства вирусов осущ ествляется в цитоплазме.

Простые вирусы образуются путем самосборки при вза­ имодействии нуклеиновой кислоты вируса и капсидных белков, при этом капсид формируется по спиральному или кубическому типу симметрии. Получаемая структура ста­

бильна и называется нуклеокапсидом.

Сложные вирусы ф орм ирую тся в несколько этапов. Сначала образуются нуклеокапсиды, которы е взаимодей­ ствуют с модифицированными мембранами клетки (на­ ружными или внутренними, в том числе ядерной), одева­ ются суперкапсидной оболочкой, у некоторых вирусов под суперкапсидом формируется матриксный слой (М -белок).

6. В ы ход вирионов из клет ки происходит или при разрушении, лизисе клетки, или путем почкования.

Первый способ характерен для просты х вирусов — вы ­ ход по «взры вному» типу.

Второй способ наблюдается у слож ны х вирусов, кото­ рые, почкуясь через мембраны клетки, одновременно при­ обретают суперкапсидную оболочку клеточного происхож ­ дения со встроенными вирусными белками — гликопро­ теинами. При этом клетка, как правило, погибает не сразу, продолжая выделять новые поколения вирионов вплоть до истощения ее ресурсов.

1.2. Таксономия и классификация вирусов

Современная классиф икация вирусов является уни­ версальной и включает вирусы , поражающ ие человека и позвоночных ж ивотных, беспозвоночных, простейш их, ра­ стения, грибы, бактерии. Как уже указывалось, вирусы выделены в отдельное царство — Vira.

К лассиф икация	и	так сон ом и я вы р усов п остоян н о
соверш енствуется	по	мере получения н овы х данны х.

16 Общ ая м едицинская вирусология

Направляющим и координирующим центром, ведущим ра­ боту в этой области, является Интернациональный ком и­ тет по так сон ом и и ви русов — И КТВ (In tern a tion a l Committee on Taxonom y of Viruses — ICTV), который имеет тесные контакты с ВОЗ.

В настоящее время ИКТВ составлен реестр с описани­ ем свойств 1550 различных вирусов, создана база дан­ ных — ICTVdB.

Современная система таксономии вирусов базируется на принципах классификации Линнея и содерж ит следу­ ющ ие таксономические категории: порядок, семейство,

подсемейство, род, вид.

П оря док — разработка порядков еще не завершена, предлагается осущ ествлять объединение семейств виру­

сов в порядки в зависимости от типа их генома и обозна­ чать порядки в их латинском наименовании окончанием

«-virales», например M ononegavirales (однонитевой минус- РНК-геном).

С ем ейст во — состоит из групп (родов) вирусов, имею ­ щих общее эволюционное происхож дение. Для обозначе­ ния семейства применяют окончание «-virid a e», напри­ мер O rthom yxoviridae.

П одсем ей ст во — этот таксон используют в тех случа­ ях, когда новые данные, полученные при изучении виру­ сов, входящ их в одно семейство, противоречат представ­

лению об их общ ем эволюционном	происхож дении.	Та­
кие сем ей ств а п од р а зд ел я ю т на	п од сем ей ств а	или

разделяют на новые семейства. Подсемейства имеют окон ­ чание «-virin a e», например семейство H erpesviridae под­ разделяется на 3 подсемейства: а-, (3- и у-H erpesvirinae.

Р од — состоит	из вирусов с общ ностью эволюционного
происхож дения и	со многими сходными свойствами. Наи­
менование рода	имеет окончание «-v ir u s », например
E nterovirus.
Вид (т и п ) —	подразделение вирусов внутри рода.

Вид — это совокупность однородных вирусов, имеющих сходный нуклеотидный состав и занимающ их определен­

Г лава 1. Основные с ведения о вирусах

17

ную экологическую ниш у. Они обозначаются окончанием «-virus», например Poliovirus.

ИКТВ разрабатывает видовые наименования вирусов, в которых указаны вызываемые ими заболевания или симптомы, иногда географические названия и др. Н апри­ мер: Papillom avirus, H ep atitis В virus, M arburg virus, Epstein-Barr virus.

Видовые наименования вирусов не уклады ваю тся в бинарную номенклатуру видов Линнея, но выполняют свою основную функцию — унификацию этих наименований.

Виды (типы) вирусов имеют дальнейшее подразделе­ ние на подт ипы (подвиды), серовариант ы , ген ет и ч ес­ кие вариант ы, ш т ам м ы , которы е формально еще не оп ­ ределены.

Основными крит ериям и для определения порядка, се­ мейства, подсемейст ва и рода вирусов являются:

-тип и организация вирусного генома;

-стратегия репликации вируса;

-строение вириона.

С целью дифференциации видов внутри рода исполь­ зуют следующие критерии:

-сходство в нуклеотидном составе генома;

-круг естественных хозяев (экологическая ниша);

-тропизм к клеткам и тканям;

-патогенность и цитопатология;

-способ передачи инфекции;

-физико-химические свойства вириона;

-антигенные свойства вирусны х белков.

Согласно современной классиф икации, вирусы , пат о­ генные для человека, входят в 22 сем ейст ва (рис. 1, табл. 1), из них 8 сем ейст в сост авляют Д Н К -геном ные вирусы и 14 сем ейст в — РН К -геном ны е. Еще недавно насчитывалось 19 семейств. В последние годы созданы новые семейства: A stroviridae, Filoviridae, Circinoviridae. Семейство Papovaviridae разделено на два: Papillomaviridae

и Poliomaviridae. Есть изменения и в других таксоном и­ ческих категориях. Таким образом, классификация ви­ русов продолжает дополняться и соверш енствоваться.

Таблица I

Сводная таблица характерны х свойств вирусов, пораж аю щ их человека

Семейство

1

Poxviridae

Herpesviridae

Adenoviridae

Papilloinaviridae

Polyomaviridae

Особенность вирусного генома

2

ДН К линейная двунитевая

ДН К линейная двунитевая

ДН К линейная двунитевая

ДН К кольцевая двунитевая

ДН К кольцевая двунитевая

Тип	Наличие	Форма вириона	Вызываемые заболевания
симметрии	супер-	и размер в нм
капсида	кансида
3	4	5	6

Д Н К двунитевая

Комплексный Есть

Кубический Есть

Кубический Нет

Кубический Нет

Кубический Нет

Форма кирпича,

250x200x200

Сферическая,

150-200

Многогранник,

70-110

Многогранник,

55

Многогранник,

40-45

Натуральная оспа, оспа обезьян, оспа коров, контагиозный моллюск Герпес, ветряная оспа и опоясывающий лишай, цитомегалия, инфекци­ онный мононуклеоз

О РВИ, гастроэнтериты

Бородавки (папилломы), рак шейки матки и др. Лейкоэнцефалопатия многоочаговая прогрессирующая