Вірусологія і проблеми практики

1. Вступ.

Захворювання рослин, тварин і людини, вірусна природа яких у даний час установлена, у протягом багатьох сторіч завдавали шкоди господарству і шкода здоров'ю людини. Хоча багато з цих хвороб були описані, але спроби встановити їхню причину і виявити збудник залишались безуспішними.

У результаті спостережень Д.И.Ивановский і В.В.Половцев уперше висловили припущення, що хвороба тютюну, описана в 1886 році A. D. Mayer у Голландії під назву мозаїчної, являє собою не одне, а два цілком різноманітних захворювання того самого рослини: одне з них - рябуха, збудником якого є грибок, а інше невідомого походження. Дослідження мозаїчної хвороби тютюну Д.И.Ивановский продовжує в Никитинском ботанічному саді (під Ялтою) і ботанічної лабораторії Академії наук і дійде висновку, що мозаичноя хвороба тютюну визивається бактеріями, що проходять через фільтри Шамберлана, що, проте, не спроможні рости на штучних субстратах. Збудник мозаїчної хвороби називається Ивановским ті “фільтрівними” бактеріями, те мікроорганізмами, тому що сформулювати відразу існування особливого світу вірусів було дуже важко.

Підкреслюючи, що збудник мозаїчної хвороби тютюну не міг бути виявлений у тканинах хворих рослин за допомогою мікроскопа і не культивувався на штучних живильних середовищах. Д.И.Ивановский писав, що його припущення про живу й організовану природу збудника “формированно в цілу теорію особливого роду інфекційних захворювань”, представником яких, крім тютюнової мозаіки, є ящур (використавши тієї ж метод фільтрації).

Д.И.Ивановский відкрив віруси - нову форму існування життя. Своїми дослідженнями він заклав основи ряду наукових напрямків вірусології: вивчення природи вірусу, цитопаталогічних вірусних інфекцій, що фільтруються форм мікроорганізмів, хронічного і латентного вирусоносительства. Один із видатних радянських фітовирусологов В.Л.Рыжков писав: “Заслуги Д.И.Ивановского не тільки в тому, що він відкрив цілком новий вид захворювань, але й у тому, що він давши методи їхній вивчення”.

У 1935 році У.Стенлі із соку тютюну, ураженого мозаїчною хворобою, виділив у кристалічному видгляді ВТМ (вірус тютюнової мозайки). За це в 1946 році йому була вручена Нобелевська премія.

У 1958 році Р.Франклин і К.Холм, досліджуючи будівлю ВТМ, визначили, що ВТМ є порожнистим циліндричним утворенням.

У 1960 році Гордон і Смит установили, що деякі рослини заражаються вільною нуклеїновою кислотою ВТМ, а не цілою часткою нуклеотида. У цьому ж році значний радянський навчань Л.А.Зильбер сформулював основні положення вирусогенетичної теорії.

У 1962 році американські вчені А.Зигель, М.Цейтлин і О.И.Зегал експерементально одержали варіант ВТМ, що не мав білкової оболонки, з'ясували, що в дефектних ВТМ часток вивірки розміщені довільно, і нуклеїнова кислота поводитися, яка повноцінний вірус.

У 1968 році Р.Шепард виявив ДНК-вірус.

Одним із найбільших відкриттів у вірусології є відкриття американських учених Д.Балтімора і Н.Темина, що знайшли в структурі ретровіруса ген, що кодує фермент - обернену транскриптазу. Призначення цього ферменту - каталізувати синтез молекул ДНК на матриці молекули РНК. За це відкриття смердоти одержали Нобелевську премію.

У знак визнання видатних заслуг Д.И.Ивановского перед вірусологічною наукою Інституту вірусології АМН СРСР у 1950 році було привласнено його ім'я, в Академії медичних наук заснована премія імені Д.И.Ивановского, що присуджується одним разом у трьох рку.

2. Місце вірусів у біосфері.

1. Еволюційне походження.

У міру вивчення природи вірусів , після їхній відкриття Д.И.Ивановским (1892) формувалися уявлення про віруси яка про дрібні організми. Епітет “фільтрівний” згодом був відкинутий, тому що стали відомі фільтрівні форми або стадії звичайних бактерій, а потім і фільтрівні види бактерій. Найбільше правдоподібною є гіпотеза про ті, що віруси походять з “утікача” нуклеїнової кислоти, тобто нуклеїнової кислоти, що набула спроможність реплікуватись незалежно від тієї клітини, із якої смердота виникнула, хоча при цьому передбачається , що така ДНК реплікується з використанням структур цей або інший клітин.

На підставі досвідів фільтрації через градуйовані лінійні фільтри були визначені розміри вірусів. Розмір найбільше дрібних із них виявився рівним 20-30 нм. , а найбільше значних - 300-400 нм.

У процесі подальшої еволюції у вірусів змінювалася більше форма, чим утримання.

У такий спосіб віруси, можливо, походять від клітинних організмів, і їх не варто розглядати, як примітивних попередників клітинних організмів.

2. Будова і властивості.

Розміри вірусів коливаються від 20 до 300 нм. У середньому смердоти в 50 разів менше бактерій. Їх не можна побачити у світловий мікроскоп, тому що їхньої довжини менше довжини світлової хвилі.

Схематичний розтин.

додаткова

 оболонка

 капсомер

 серцевина

Віруси складаються з різноманітних компонентів:

а) сердцевина-генетичний матеріал (ДНК або РНК). Генетичний апарат вірусу несе інформацію про декілька типиів білку, що необхідні для утворення нового вірусу: ген, що кодує обернену транскриптазу й інші.

б)білкова оболонка, що називають каспидом.

Оболонка часто побудована з ідентичних повторюваних субоедениц - капсомеров. Капсомеры утворять структури з високим щаблем симетрії.

в)додаткова липопротеідна оболонка.

Смердота утворена з плазматичної мембрани клітини-хазяїна. Смердота зустрічається тільки в порівняно великих вірусів (грип, герпес).

Цілком сформована інфекційна частка називається вирионом.

Положення про ті, що віруси являють собою повноцінні організми, дозволило остаточно об'єднати всі трьох названих групи вірусів - віруси тваринною, рослин і бактерій - в одну категорію, що посідають визначене місце серед живих істот, що населяють нашу планету. Тієї факт, що їх не удалося вирощувати на штучних живильних середовищах, поза клітинами, не викликав особливого подиву, тому що віруси із самого початку були визначені як суворі внутрішньоклітинні паразити. Ця властивість признавалася не унікальним, властивим тільки вірусам, оскільки внутрішньоклітинні паразити відомі і серед бактерій, і серед найпростіших. Як і інші організми, віруси спроможні до розмноження. Віруси мають визначену спадкоємність, відтворюючи собі подібних. Спадкові ознаки вірусів можна враховувати по спектрі хазяїв і симптомам що викликаються захворювань, а також по специфічності імунних реакцій природних хазяїв або штучних иммунизирует эксперементальных тварин. Сума цих ознак дозволяє чітко визначити спадкові властивості будь-якого вірусу, і навіть більше - його різновидів, що мають чіткі генетичні маркери, наприклад: нейтропность деяких вірусів грипу, знижену патогенність у вакциональных вірусів і т.п.

Мінливість є інший стороною спадкоємності, і в цьому відношенні віруси подібні всім іншим організмам, що населяють нашу планету. При цьому у вірусів можна спостерігати як генотическую мінливість, связянную зі зміною спадкової речовини, так і фенотипическую мінливість, связянную з проявом того самого генотипу в різних умовах. Прикладом першого типу мінливості є мутанти того самого вірусу, зокрема температурочувствительные мутанти. Прикладом другого типу мінливості служить різний тип поразок, що викликаються тим самим вірусом у різноманітних тварин, рослин і бактерій.

Всі віруси по своїй природі - паразити. Вони спроможні відтворювати себе, але тільки усередині живих клітин. Звичайно віруси викликають явні ознаки захворювання. Попавши усередину клітини, вони “включають” її ДНК і, використовуючи свою власну ДНК або РНК, дають клітині команду синтезувати компаненты вірусу. Компаненты вірусу спроможні до спантанному утворення вириона. Клітина, израсходовав усі жизнетворные соки на синтез вірусів, гине, перевантажена паразитами. Віруси “розривають” оболонку клітини і передаються в іншу клітину у виді інертних часток. Віруси поза клітиною являють собою кристали, але при влученні в клітину “оживають”.

Учені, аналізуючи будівлю речовини, дотепер не вирішили: вважати віруси живими або мертвий. Віруси, з одного боку, мають спроможність розмножаться, спадкоємністю і мінливістю, але з іншого боку, не мають обміну речовин, і їх можна розглядати, як гиганские молекули.

Віруси як і інші організми, характеризуються приспосаб-ляемостью до умов зовнішнього середовища. Потрібно тільки не забувати, що для них організм хазяїна є середовищем обитания, тому багато умов зовнішнього середовища впливають на вірус опосредованно - через організм хазяїна. Проте багато чинників зовнішнього середовища можуть і безпосередньо впливати на віруси. Достатньо пригадати вже названі температурочувствительные мутанти вірусів, що, наприклад, розмножуються при температурі 32-37 С и гинуть при температурі 38-40 С, хоча їхні хазяїнами залишаються цілком життєздатними при этихх температурних режимах. У зв'язку з тим, що віруси є паразитами, вони підпорядковуються закономірностям і до них применнимы поняття екології паразитизму. Кожний вірус має коло естесственных хазяїв, іноді дуже широкий, як, наприклад, у дрібних РНК-геномных фагов: у першому випадку уражаються всі ссавці, у другому - окремі клоны кишкової палички. Циркуляція вірусів може бути горизонтальної (поширення серед популяції хазяїв) і вертикальної (поширення те батьків нащадку). Таким чином, кожний вірус займає визначену екологічну нішу в біосфері.

3. Класифікація.

а)Віруси класифікуються по серцевині:

щодНК-содержат і РНК-содержат (ретро) віруси.

б)За структурою капсомеров.

Ізометричні (кубічні), спіральні, змішані.

в)По наявності або отсутсвию додаткової липопротеидной оболонки

г)По клітинах-хазяїнах

Крім цих класифікацій є ще багато інших. На приклад, по типі переносу інфекції від одного організму до іншого.

3. Бактеріофаги.

Відкриття.

Через 25 років після відкриття вірусу, канадський учений Фелікс Д'Эрел, використовуючи метод фільтрації, відчинив нову групу вірусів, що уражають бактерії. Вони так і були названі бактеріофагами (або просто фагами).

Будова.

 Голівка (із икосаэурической

симетрією)

 Воротничек

 Порожнистий стрижень

 Чохол із спіральною

 симетрією

 Гексональная

базальная пластина

Шипи отростка

Життєвий цикл бактеріофагів.

1)Фаг наближається до бактерії, і хвостові нитки зв'язуються з рецепторними ділянками на поверхні бактеріальної клітини.

 Одна молекула

 одиночної ДНК

 Хвостові нитки

Поверхня бактерії

2)Хвостові нитки изгибаются і “заякоривают” шипи і базальную платівку на поверхню клітини; хвостовий чохол скорочується, примушуючи порожнистий стрижень входити в клітину; цьому сприяє фермент - лизоцим, що знаходиться в базальной платівці; у такий спосіб ДНК вводиться усередину клітини.

Сократительный чохол

 Щипы отростка

ДНК

3)ДНК фага кодирует синтез ферментів фага, використовуючи для цього апарат, що більш синтезує, (рибосомы і т.п.) хазяїна.

 Порожня білкова оболонка

 ДНК фага

 Бактерія фага

 ДНК хазяїна(двухцепочная)

 Фармент

фага

4) Фаг тим або іншим засобом инактивирует ДНК хазяїна, а фермент фага зовсім розщеплює її; ДНК фага підкоряє собі клітинний апарат.

5) ДНК фага реплицируется і кодирует синтез нових вивірок.

6) Нові частки фага, що образулись у результаті спонтанної самосборки білкової оболонки навколо фаговой ДНК; під контролем ДНК фагов синтезується лизоцим.

7) Лізис клітини, тобто клітина лопається під впливом лизоцима; визволяється біля 200-1000 нових фагов; фаги индуцируют інші клітини.

Лікування.

Властивість бактеріофагів руйнувати