31. Как проходит сбор (морфогенез) вирусных частей и их выход с клетки?

В связи с разнообразием структуры вирусов животных разнообразны и способы формирования вирионов, однако можно сформулировать следующие общие принципы сборки

1) у просто устроенных вирусов формируются провирионы, которые затем в результате модификаций белков превращаются в вирионы. У сложно устроенных вирусов сборка осуществляется многоступенчато — сначала формируются нуклеокапсиды или сердцевины, с которыми взаимодействуют белки наружных оболочек;

2) сборка сложно устроенных вирусов (за исключением сборки вирусов оспы и реовирусов) осуществляется на клеточных мембранах. Сборка ядерных вирусов происходит с участием ядерных мембран, сборка цитоплазматических вирусов — с участием мембран эндоплазматической сети или плазматической мембраны, куда независимо друг от друга прибывают все компоненты вирусной частицы; 3) у ряда сложно устроенных вирусов существуют специальные гидрофобные белки, выполняющие функции посредников между сформированными нуклеокапсидами и вирусными гликопротеидами. Такими белками являются матриксные белки у ряда минус-нитевых вирусов (ортомиксо-, парамиксо-, рабдовирусов);

4) сборка нуклеокапсидов, сердцевин, провирионов и вири-онов происходит не во внутриклеточной жидкости, а в специальных структурах, предсуществующих в клетке или индуцированных вирусом («фабриках»);

5) сложно устроенные вирусы для построения своих частиц используют ряд элементов клетки-хозяина, например липиды, некоторые ферменты, у ДНК-геномного SV40 — гистоны, у оболочечных РНК-геномных вирусов — актин, а в составе арена-вирусов обнаружены даже рибосомы. Клеточные молекулы несут определенные функции в вирусной частице, однако включение их в вирион может явиться и следствием случайной контаминации, как, например, включение ряда ферментов клеточных оболочек или клеточных нуклеиновых кислот.

Сборка ДНК-содержащих вирусов. В сборке ДНК-содержащих вирусов есть некоторые отличия от сборки РНК-содержащих вирусов. Как и у РНК-содержащих вирусов, сборка ДНК-содержащих вирусов является многоступенчатым процессом с образованием промежуточных форм, отличающихся от зрелых вирионов по составу полипептидов. Первый этап сборки заключается в ассоциации ДНК с внутренними белками и формировании сердцевин или нуклеокапсидов. При этом ДНК соединяется с предварительно сформированными «пустыми» капси-дами.

В результате связывания ДНК с капсидами появляется новый класс промежуточных форм, которые называются неполными формами. Помимо неполных форм с разным содержанием ДНК, существует другая промежуточная форма в морфогенезе — незрелые вирионы, отличающиеся от зрелых тем, что содержат ненарезанные предшественники полипептидов. Таким образом, морфогенез вирусов тесно связан с модификацией (процессингом) белков.

Сборка ядерных вирусов начинается в ядре, обычно — в ассоциации с ядерной мембраной. Формирующиеся в ядре Промежуточные формы вируса герпеса почкуются в перинукле-арное пространство через внутреннюю ядерную мембрану, и вирус приобретает таким путем оболочку, которая является дериватом ядерной мембраны. Дальнейшая достройка и созревание вирионов происходят в мембранах эндоплазм этической сети и в аппарате Гольджи, откуда вирус в составе цитоплазматических везикул транспортируется на клеточную поверхность.

У непочкующихся липидосодержащих вирусов (вирусов оспы) сборка вирионов происходит в уже описанных цитоплазматических «фабриках», Липидная оболочка вирусов в «фабриках» формируется из клеточных липидов путем автономной самосборки, поэтому липидный состав оболочек значительно отличается от состава липидов в клеточных мембранах

Выход вирусных частиц из клетки

Существует два способа выхода вирусного потомства из клетки: путем взрыва и путем почкования. Выход из клетки путем взрыва связан с деструкцией клетки, нарушением ее целостности, в результате чего находящиеся внутри клетки зрелые вирусные частицы оказываются в окружающей среде. Такой способ выхода из клетки присущ вирусам, не содержащим липопротеидной оболочки (пикорна-, рео-, парво-, папова-, аденовирусы). Однако некоторые из этих вирусов могут транспортироваться на клеточную поверхность до гибели клетки.

Выход из клетки путем почкования присущ вирусам, содержащим липопротеидную мембрану, которая является дериватом клеточных мембран. При этом способе клетка может длительное время сохранять жизнеспособность и продуцировать вирусное потомство, пока не произойдет полное истощение ее ресурсов.

32. Транскрипция и трансляция у бактерий

Все молекулы РНК, образующиеся в результате транскрипции у бактерий (информационная РНК, рнбосомная РНК и транспортная РНК), синтезируются одним ферментом, РНК-полимеразой. Перед каждым геном располагается промотерная область гена, с которой начинается транскрипция.

Бактериальные РНК-полимеразы состоят из пяти различных полипептидных цепей, одна из которых называется сигма-субъединицей и участвует в инициации транскрипции. Она узнает и связывается с участком однонитевой ДНК в области промотора за 10 оснований до первого копируемого основания (район называется бокс Прибнова или бокс-10) и за 35 оснований до первого копируемого основания, названного просто — 35 (первое копируемое основание называется +1, а любое основание до него получает отрицательный номер).

Связывание сигмы с промотором помогает правильно связаться с ним остальным субъединицам фермента (называемым корферментом), так что транскрипция может начаться с правильной точки. Как только она начинается, сигма освобождается от корфермента и снова может участвовать в инициации транскрипции.

Транскрипция останавливается, когда РНК-полимераза доходит до ДНК-последовательности, называемой терминатором. Тогда РНК-молекула отсоединяется от ДНК.

Один транскрипт у бактерии может соответствовать последовательностям нескольких генов, в этом случае он называется полицистронным, или полигенным. (Это редкость для эукариот, потому что у них в отличие от прокариот гены разделены длинными нитронами — фрагментами некодирущих последовательностей ДНК.) Получающаяся в результате молекула РНК будет иметь лидерную последовательность с 5’-конца, концевую последовательность — с 3’ -конца и пробельную последовательность (у которой нет иной функции, кроме разделения генов), разделяющую гены. Часто гены, транскрибируемые подобным образом, имеют связанные функции и транскрибируются под контролем одного промотора. В этом случае говорят, что гены составляют оперон.

В отличие от эукариот у прокариот нет мембраны, отделяющей ДНК от остальной клетки. Это значит, что рибосомы могут начинать трансляцию, как только завершится транскрипция.

Трансляция у бактерий имеет три основные ступени.

1. Инициация. В фазе инициации рРНК связывается со специфической последовательностью мРНК, которая запирает ее в правильном для начала трансляции положении. Как и у эукариот, кодон инициации АУГ расположен у стартового 5’-конца молекулы мРНК и кодирует метионин. Формильная группа (химическая формула СНО) присоединяется к молекуле метионина, как только аминокислота связывается с тРНК. Фермент деформилаза удаляет формильную группу с некоторых полипептидных цепей сразу после начала их синтеза. Другой фермент, аминопептидаза, может также удалять метионин с конца цепи полипептида, так что не все бактериальные белки имеют формил-метионин или метионин у стартового конца.

2. Элонгация. Рибосома начинает сборку полипептидной цепи, аминокислоту за аминокислотой, подобно тому, как делает это у эукариот. Несколько рибосом могут одновременно транскрибировать одну мРНК. Такой набор рибосом называется полирибосомой.

3. Терминация. Окончательная фаза. Ее провоцирует встреча рибосомы со стоп-кодоном в мРНК. Рибосома освобождает мРНК и движется в поисках новой матрицы мРНК для трансляции.

Некоторые бактерии продуцируют белки, которые должны проходить через клеточную мембрану (например, токсины, продуцируемые многими бактериями, вызывающие пищевые отравления). Такие белки содержат дополнительно 15 — 30 аминокислот с одного конца молекулы. Они, как якорь, закрепляются в мембране, держа белок, пока он синтезируется и проходит через мембрану. Как только синтез белка завершается, фермент, называемый сигнальной пептидазой, отрезает сигнальную последовательность от остального белка, освобождая белок, вышедший из клетки.

33. Что есть общего между дефективными вирусными частями и вирусами саттелитами и в чем между ними есть принципиальное отличие?

При взаимодействии вируса с клеткой могут образовываться не только зрелые инфекционные частицы, но и так называемые дефектные вирусы или ВЧ с дефектным геномом.

Дефектный геном — это любой вирусный геном, в котором один или несколько генов утратили функцию, необходимую для автономной репликации вируса, в связи с чем для репликации необходима помощь другого вирусного генома или гена. Выделено 5 классов дефектных вирусных геномов, которые сохранили свою биологическую активность:

1. Дефектные геномы, зависящие от вируса-помощника.

2. Дефектные геномы, интегрированные в хромосому клетки хозяина.

3. Вирусы-сателлиты.

4. Псевдовирионы.

5. Условно-дефектные геномы.

Дефектные геномы, зависящие от вируса-помошника. Сюда входят так называемые дефектные интерферирующие вирусы — ДИ-частицы. Они представляют собой субгеномные делеционные мутанты, потерявшие существенную часть генома родительского вируса. Делеция может достигать 90%, хотя обнаружены делеции, затрагивающие лишь 1% генома. Для восстановления утраченных функций ДИ-частицы необходимо одновременное заражение родственным вирусом-помощником. При этом, ДИ-частицы угнетают (интерферируют) репликацию вируса-помощника, используя с этой целью продукты его собственных генов.

ДИ-частицы образуются при репликации любого вируса, отличаются размером от нормального вириона и имеют разную степень интерференции. Например, ДИ-частицы полиовируса интерферируют слабо, а ДИ-частицы вируса везикулярного стоматита — сильно.

Дефектные геномы, интегрированные в хромосому клетки хозяина. Факт интеграции генома ряда вирусов в геном клетки хозяина в настоящее время не вызывает сомнения. Однако интегрировать могут не только полные, но и дефектные геномы, особенно в клетках бактерий. Как правило, это «молчащие» дефектные гены. В определенных условиях они могут быть индуцированы (активация, запуск репликации) и их экспрессия может влиять на выживаемость и эволюцию клетки хозяина. При индукции таких геномов вирусов бактерий с помощью митомицина или ультрафиолета можно наблюдать образование фрагментов вируса: пустых головок, хвостовых отростков, полных головок без отростков. Индуцированные частицы фагов могут вызывать гибель чувствительных к вирусу штаммов бактерий. Также как и нормальные интегрированные геномы, интегрированные дефектные геномы могут инактивировать гены клетки-хозяина или способствовать их экспрессии, придавать новые генетические свойства, вводить, устранять или способствовать их экспрессии, устранять или перемещать регуляторные элементы, а также способствовать рекомбинационным изменениям ДНК клетки хозяина.

В последние годы установлено, что значительная часть онкогенных РНК-содержащих опухолеродных вирусов — это дефектные вирусы, несущие клеточные онкогены и зависящие от вируса-помошника. Например, LTR-последовательности дефектных ретровирусов при встраивании неподалеку от онкогенов, активируют их.

Вирусы-сателлиты — крайняя форма вирусного паразитизма. Это вирусы, паразитирующие на генных продуктах, образованных другими, часто неродственными вирусами. Вирусы-сателлиты широко распространены среди вирусов растений. Вирусы-сателлиты могут так же, как ДИ-частицы, интерферировать с вирусом-помощником, однако, в отличие от ДИ-частиц, возникновение вирусов-сателлитов не связано с делецией генов вируса-помощника. Очень часто РНК- или ДНК-геном вируса-помощника не имеет гомологии с геномом вируса-паразита. Вирус-сателлит в своей репликации полностью зависит от одновременного заражения вирусом-помощником. Примеры вирусов-сателлитов:

1. STNV — сателлит вируса некроза табака, помощник — вирус некроза табака.

2. Сателлит — колифаг p4, помощник — колифаг p2.

3. AAV — аденоассоциированные вирусы, помощник — аденовирусы.

4. Дельта — вирус, помощник — вирус гепатита B.

34. Вертикальное и горизонтальное передача вирусов.

Экологическая ниша вирусов — это многокомпонентная система взаимосвязанных элементов, включающая клетку, организм, популяцию хозяина, переносчиков, другие вирусы и внешнюю среду. Для сохранения вируса как биологического вида необходима его последовательная передача от хозяина к хозяину. Передача происходит по горизонтальному и вертикальному направлениям, что имеет место не только в популяциях человека и животных, но и среди бактерий, насекомых, растений, грибов.

Горизонтальная передача — рассеивание возбудителей среди восприимчивых хозяев с использованием различных механизмов и путей, во многом определяемых средой обитания и особенностями жизнедеятельности организма-хозяина.

Вертикальная передача — это передача возбудителя от родителей потомству, которая также может осуществляться различными путями, и предполагает сохранение вируса в ряду поколений.