(Pohranjivanje i prijenos genetičkih informacija virusima)

SASTAV, DIMENZIJE I OBLIK.

Shematski, virusi su nasljedni materijal, pakiran u zaštitnu proteinsku školjku, koja ponekad sadrži i lipidne i ugljikohidrate komponente. Kod nasljednog tvari - molekula ili više molekula RNA ili DNA - kodiran nužno „minimalna potrošnja koš”: enzimi za kopiranje ovih virusnih proteine ​​i nukleinske kiseline koje tvore čestice virus (viriona).

Ako svi organizmi, staničnu strukturu nasljednom tvari - molekulom DNA s dvostrukim lancima koje mogu sadržavati viruse, ne samo DNA, nego i RNA, dvije vrste nukleinskih kiselina u oba dvolančana i jednolančanu oblika. Za svaki je virus karakterističan specifični oblik nukleinske kiseline. Molekule virusne RNA i DNA - nerazgranati (ponekad prsten) polimeri su načinjeni od mnoštva jedinica - nukleotida na jednoj takvoj molekuli - od nekoliko tisuća do nekoliko stotina tisuća nukleotida. Viralne nukleinske kiseline su dugačke linije, fleksibilnije u slučaju molekula s jednim lancem i elastičnije u slučaju dvolančanim molekulama.

Postoji nekoliko osnovnih varijanti "izgleda" viriona. Virusi izgrađeni samo nukleinske kiseline i proteina može biti kao fleksibilne ili krute rodlike vlaknasti spirale na sredinu, kao i struktura kao što je ima glavu i rep privjesak. Lipidi, ako postoje, tvore vanjsku membranu u koju su uključeni neki virusni proteini, a takva ovojnica lipoproteina obuhvaća protein "jezgru" s "zapečaćenom" nukleinskom kiselinom u njemu.

Veličina čestica virusa također se značajno razlikuje. Najviše "tanki" imaju promjer od oko 10 nm, a njihova duljina u najduljoj dostiže 2 μm. Promjer sfernih viriona varira od -20 do 300 nm. Najveći poznati virusi su rođaci virusa velikih boginja, njihovi virusi mogu imati duljinu do 450 nm i 260 nm u širini i debljini.

Najveći otkriveni virus pronađen je u vodenom tornju u Bradfordu, Engleska. Parazitizira amoebas u organizmima, ali istraživači vjeruju da je također sposoban udariti ljude. Veličina virusa je 400 nm, veća je od nekih bakterija. Međutim, neki znanstvenici vjeruju da istraživači ne vide sam virus, već neku vrstu bakterije povezanu s njom. U svakom slučaju, virus predstavlja potencijalnu opasnost. Jedinstven je ne samo po veličini u fizičkom smislu već iu genomu, koji sadrži više od 900 gena. Pokazalo se da osoba proizvodi antitijela na taj virus, tako da možete pretpostaviti da to utječe na ljude.

DISTRIBUCIJA U PRIRODU.

Postoje virusi koji se reproduciraju u stanicama životinja, biljaka, bakterija i gljiva.

Osobitosti strukture zaražene stanice su jedan od čimbenika na kojima ovisi oblik viriona.

Neki virusi imaju "propiska" vrlo strogo. Na primjer, virus poliomijelitisa može živjeti i reproducirati samo u stanicama (pa čak i ne u svim) čovjeka i primata.

SKLADIŠTENJE I PRIJENOS GENETSKIH INFORMACIJA.

Kao što je poznato, sinteza proteina provodi se u ribosomima, a slijed amino kiselina sintetiziranih proteina određuje se molekulama matrične RNA (mRNA). U opisu raznolikosti metoda za pohranu i prijenos genetičkih informacija u viruse, prikladno je označiti molekule mRNA kao (+) RNA.

Postoji velika skupina virusa, genetskog materijala koji je mRNA. Genom takvih virusa zove se pozitivan. Ovdje, primjerice, nose viruse poliomijelitisa i krpeljnog encefalitisa, te u biljkama - duhanskim mozaicima. Jednom u stanici domaćina virusna RNA daje sintezu vlastitih proteina. Nakon toga počinje njezina reprodukcija. U završnoj fazi nakupljenih viralnih proteina i RNA ugrađeni su virioni.

Genom druge skupine virusa predstavljaju se molekulama osim mRNA, ali njihovom komplementarnom kopijom, tj. Molekulama (-) RNA. Među njima postoje virusi gripe, ospica, bjesnoće, žuti patuljasti patuljci. Zarazni proces ne može započeti sintezom bjelančevina zabilježenih u zrcalnom obliku, jer Ribosomi ne prepoznaju (-) RNA. No, replikacija virusne RNK čini nemogućom, jer stanica nema vlastite enzime sposobne za obavljanje tog procesa. Virusi s negativnim genoma RNK riješiti ovaj problem jer su uvedeni u njihov genom zarazi stanicu nije u „golom” obliku, kao što je učinio virusa Prva skupina, ali u obliku složenije strukture koje sadrže, a posebno je RNA polimeraze DNK-ovisna. Ovaj virusni enzim, sintetiziran u prethodnom ciklusu reprodukcije, pakiran je u virion u prikladnom obliku za dostavu u stanicu. Infektivni proces počinje činjenicom da virusni enzim kopira virusni genom, stvarajući komplementarne RNA molekule, tj. (+) RNA. Te molekule već "pronađu zajednički jezik" s ribosomima. Virusni proteini nastaju, uključujući i DNA-ovisne RNA polimeraze koja, s jedne strane osigurava reprodukciju virusnog genoma u stanici, a na drugoj - „sačuvati za buduću uporabu” u novonastalim virusa uzrokuje.

Postoje virusi koji su dvostruki oblici s negativnom RNA, u svom genomu zajedno s mjestima koja odgovaraju (-) RNA, postoje pozitivne sekvence polariteta.

U trećoj skupini virusa, nasljedne informacije pohranjuju se kao dvostruka veza (ili ± RNA). Zajedno s virusnom RNK, enzimska DNA-ovisna RNA polimeraza ulazi u stanicu koja osigurava sintezu molekula (+) RNA. S druge strane, (+) RNA izvodi dva djela: ona osigurava proizvodnju virusnih proteina u ribosomima i služi kao predložak za sintezu novih lanaca virusne RNA polimeraze. Lanci (+) i (-) RNA, koji se kombiniraju jedan s drugim, tvore dvolančanu (±) RNA - gen koji se pakira u omotnici proteina.

Četvrta skupina su virusi s dvolančanim DNA. Iako genom ovih virusa može biti uvjetno predstavljen kao (±) DNA, u mnogim slučajevima, u svakom od dva lanca DNA postoje područja koja odgovaraju i pozitivnoj i negativnoj polarnosti.

Sljedeća skupina su virusi s jednostranim genomom DNA, koji se mogu prikazati molekulama pozitivne i negativne polarnosti. Kada se jednom u stanici, virusni genom prvo pretvara u dvolančani oblik, ova transformacija osigurava staničnu DNA polimerazu koja ovisi o DNA.

Šesta skupina su retrovirusi, uključujući, osobito, "slavnu osobu", poput virusa humane imunodeficijencije (HIV). Genom ovih oblika je jednolančani (+) RNA, ali infektivni proces se razvija prema potpuno drugačijem scenariju. U virusnom genomu, kodiran je neobičan enzim (revertaza), koji ima svojstva i DNA-ovisne i DNA neovisne DNA polimeraze. Ovaj enzim je označen za infekciju stanica sa virusnom RNA sinteze osigurava DNK kopije prvog jednolančanom obliku [(-) DNA], a zatim u [(±) DNA] dvolančane. Tada se događaji razvijaju prema uobičajenom rasporedu: sinteza virusne (+) RNA, sinteze virusnih proteina, stvaranja viriona, izlaza iz stanice.

Sedma skupina - retroid viruse, od kojih je najpoznatiji virus hepatitisa B. Struktura tih virusa uključuju dvostruke uzvojnice DNK, ali je ponovljen drugačije nego u četvrtoj skupini virusa. Tamo, virusna DNA kopira DNA polimerazu koja ovisi o DNA. Ovdje se prva (+) RNA čita iz viralne DNA koja služi kao predložak za sintezu dvije komponente viriona: proteina i DNA. Sinteza DNA provodi se virusnim enzimom s aktivnošću revertaze prema shemi, koja se ostvaruje u retrovirusima.

VRSTE INTERAKCIJE S GLASOM.

Postoje dvije glavne vrste interakcije između virusa i stanice, temeljna razlika između kojih je stupanj autonomije virusa od svog "domaćina". Postoje virusi - "kompromiseri", koji imaju veću vjerojatnost da će podnijeti staničnu kontrolu. Genom tih viriona uključen je u sastav staničnog kromosoma, dok se virusna DNA kovalentno kombinira sa stanicama. Virusni geni, kao takvi, postaju celularni geni. Tada se događaji mogu razviti na različite načine. U jednom su slučaju gotovo neaktivni. Stanice i njihovi kromosomi dijele, a zajedno s kromosomima, skriveni virusni genom također ulazi u svaku stanicu kćeri. I pod određenim okolnostima virus se aktivira.

U drugom slučaju, nove i nove generacije viriona stalno se proizvode u zaraženoj stanici, ali stanica uopće ne umire.

POTENCIJU GENOMA VIRUSATYVNE PNEUMONIJE.

Znanstvenici iz Sjedinjenih Država i Kanade najavili su potpuni dekodiranje genoma virusa koji uzrokuje bolest atipičnom upalom pluća. Očekuje se da će kao rezultat ovog otkrića će biti moguće obaviti preciznije ispitivanja, koje među mnogima sumnja bolesti se mogu prepoznati sa sigurnošću stvarne slučajeve zaraze. „Nakon ove informacije je presudno za bržu analizu i, naravno, treba nam pomoći u razvoju protutijela i cjepiva,” - rekao je Julie Gerberding, direktor federalne Centara za kontrolu i prevenciju bolesti u američkoj saveznoj državi Atlanti.
Dva testa za antitijela na SARS virus već su provedena u ovom centru, ali nisu dovoljno točni za široku primjenu. "Otkriće potpune sekvence trebalo bi dovesti do točnijih genetske analize", napominje Gerberding.

Dakle, može se primijetiti da su i unutarnji sadržaj i oblik i ponašanje virusa vrlo raznoliki i individualni.

Virus s negativnom RNA mnogo je složeniji. Virion sadrži ne samo RNA, nego enzime koji ga mogu replicirati. Uvođenje u stanicu, a ne samo svoju RNA, ali i RNA - polimeraze vrijeme rada pruža niz molekula (+) RNA (uključujući mRNA), koji se može natjecati s stanični mRNA, a ne samo vještina, ali i broja.

"Virology", 3 svezaka / Ed. B. Fields, D. Naypah. M.: Mir, 1989.

Genetski materijal virusa

3.1. Genetski materijal virusa i prokariota

Genetski materijal virusi je predstavljena s jednom molekulom nukleinske kiseline (bilo DNA ili RNA) okružena zaštitnom proteinskom membranom - ovojnice. Funkcioniranje virusa događa se na različite načine, ovisno o njihovim svojstvima i strukturi, ali uvijek s enzimskim sustavom stanice domaćina. Virusi mogu postojati samo kao intracelularni paraziti. Do sada, stari znanstveni spor nije dovršen, može li se virus smatrati živim: "stvorenje ili supstanca".

Postoje virusi koji imaju jednolančanu i dvolančanu RNK i viruse koji imaju jednolančanu i dvolančanu DNA, obje skupine virusa koji sadrže DNA koji imaju predstavnike s linearnim i kružnim oblicima. u adenovirusi dvolančana DNA je vezana za terminalni protein, i virus malih boginja DNA je zatvorena na krajevima kovalentnom vezom (Lewin B., 1987).

Virusi koji sadrže RNA su raznoliki. Dakle, izolirani su virusi "Plus-lanac", koji mogu odmah funkcionirati i virusi "Minus lanac", koji se prvo mora graditi "Plus-lanac" uz pomoć RNA polimeraze stanice domaćina. Dvolančani virusi su varijante povezanih lanaca bez divergencije nakon sinteze drugog lanca. Izrađuju se posebna skupina virusa koji sadrže RNA retrovirusi, što će biti obrađeno u nastavku. Dimenzije RNA virusi obično varirati unutar nukleotida 3000-7000, a najmanji od njih je samo 1.200 ribonukleotide 1 i strukturnu gen koji kodira protein ovojnice ljuske.

Posebno, virusi koji sadrže DNA fagi (virusi bakterija), obično mnogo veći od RNA koji sadrži. Dakle, DNA faga T4 sadrži 180.000 bp. i kodira razne proteine. Velike DNA molekule virusa se kompaktno pakiraju unutar kapsida zbog superoklizavanja.

Postoje dvije moguće varijante razvoja virusa u stanici: ili integracija s genomom domaćina - lysogenicity, bilo sintezu virusnih čestica koje se temelje na genetskom programu virusa, već uz pomoć metaboličkog sustava domaćina - liza. Druga varijanta obično dovodi do uništenja stanice domaćina. Činjenica regulacije genske aktivnosti virusa, njegove sposobnosti postojanja u integriranom obliku, dokazana je u djelima nobelovca 1965. godine, francuskog mikrobiologa A. Lvov (1902-1994). Nazvan je integrirani oblik virusa profaga. Pod utjecajem vanjskih čimbenika (na primjer UV zračenja) moguće je aktivirati profag i ponovno ga pretvoriti u fag.

Virusi obično imaju specifičnost za stanice domaćina.

genom prokariota predstavljen je jednim prstenastim molekulom DNA, koja tvori kompaktnu strukturu nukleoid pomoću superkoilinga. Genom Escherichia coli vrlo je dobro proučavan (Escherichia coli) - klasični genetički objekt, u kojem je identificirano više od 4.200 gena. DNA E. coli sadrži 4,6 milijuna bp. Najmanjoj veličini genetskog materijala u živim organizmima (nećemo uključivati ​​viruse) uočeno je mikoplazme: 600.000 bp. i oko 500 gena. Ti su podaci poslužili kao osnova za teorijske izračune koji su pokazali da osnovni "stroj života" može raditi sa samo 350 gena.

Glavna značajka organizacije genoma prokariota je njihova povezanost u skupine, ili klastera, s općim propisima. Poznata je grupa strukturnih gena prokariota koji su pod kontrolom jednog regulatornog mjesta operon (Miller J., Reznikoff W., 1978). Organizacija genetskog materijala po tipu operona omogućuje bakterijama brzo prebacivanje metabolizma iz jednog podloge u drugu. Bakterija ne sintetizira neke enzime u metaboličkom putu u odsutnosti željenog supstrata, ali može započeti u bilo kojem trenutku sinteze izgled podloge. Struktura i funkcioniranje kod plazmida su prikazani u radovima poznati francuski biokemičar Jacques Monod (1910-1976) i F. Jakova, koji je dijelio s Alexander Lvov Nobelovu nagradu 1965. godine za regulaciju tipa operon smatrat će se u nastavku.

Od posebnog interesa su plazmid - male kružne DNA molekule unutar bakterijske stanice. Poput virusa, plazmidi se mogu integrirati s bakterijskom DNK ili postoje odvojeno od njega. Veliki plazmidi prisutni su u stanici u količini od 1-3 kopije, maleni mogu biti zastupljeni desecima kopija. Prvi od otkrivenih plazmida, velik plazmid F bakterija E. coli. To je prstenasta molekula DNA koja ima vrijednost od 100 tisuća bp. i sadrži više od 60 gena. Plazmid F osigurava bakterijske stanice koje mu omogućuju interakciju s bakterijskim plazmidima i prenose im genetske informacije.

Mnogi autori vjeruju da su plazmidi jedna od vrsta virusa i ne postoje temeljne razlike među njima (Zhdanov VM, 1988; Kusakin OG, Drozdov AL, 1994).

virusi

Struktura virusa

virusi (od lat. virus - otrov), za razliku od svih drugih organizama, nemaju staničnu strukturu. Oni su u stanju živjeti i reproducirati isključivo u stanicama drugih organizama i ne manifestiraju se izvan svojih vitalnih funkcija. Dakle, virusi se mogu smatrati ne-staničnim oblikom života. Virus je otkrio ruski znanstvenik DI Ivanovsky 1892. godine, kada je proučavao uzroke mozaičke bolesti lišća duhana. Stoga je prvi poznati virus nazvan duhanskim mozaičkim virusom.

Budući da je u stanici domaćina, virus je molekula nukleinske kiseline (DNA ili RNA). Na temelju toga, virusi su podijeljeni u DNA koji sadrži i sadrži RNA. U slobodnom stanju, potpuno formirana virusna čestica koja može zaraziti stanice domaćina je u obliku Virusni. Virion, uz nukleinsku kiselinu, ima zaštitnu proteinsku omotnicu (ovojnice). Neki virusi,
kao što su herpes ili virusi influence, postoji i dodatna kapsula lipoproteina (superkapsid). Superkapsid se formira iz citoplazmatske membrane stanice domaćina. Veličina virusa varira od 20 do 500 nm. Većina virusa ima kristalni oblik.

Prodor virusa u stanicu domaćina

Kao što je već napomenuto, virusi se mogu razmnožiti samo penetriranjem u stanice bakterija, biljaka i životinja. Na taj način koriste biosintezni i energetski sustavi stanice domaćina. Važan uvjet za prodiranje virusne čestice u stanicu je prisutnost specifičnog receptorskog proteina na staničnoj površini. Ovaj receptor protein osigurava vezanje virusa na staničnu membranu. S druge strane, specifični proteini koji čine protein omotač virusa (kapsida) također imaju ulogu receptora. Oni prepoznaju specifične strukture na površini stanice domaćina. Ako je prepoznavanje uspješno, virusna čestica veže se na receptore ciljne stanice putem kemijskih veza. Stoga su određeni virusi opasni za neke organizme i apsolutno bezopasni drugima. Poziva se takav proces interakcije receptora virusa s stanicom domaćina apsorpciju virusa.

Nadalje, viralni omotač se spaja sa staničnom membranom, a genetički materijal virusa prodire u stanicu domaćina. Jednom u kavezu, virus gubi proteinsku omotnicu. Genetički materijal (genom) virusa, kojeg predstavlja DNK ili RNA, sadrži od nekoliko gena u jednostavnim do tri stotine gena u kompleksnim virusima. Geni viralnog genoma mogu kodirati proteine ​​s različitim funkcijama, na primjer, strukturnih proteina, enzimskih proteina. Genetski materijal virusa je vrlo aktivan i nakon penetracije u stanicu brzo se integrira u svoj genom.

Nakon toga, virus prolazi u fazu provirus (latentna faza). Faza provirusa je stanje kada je stanica domaćina inficirana, a odsutna je multiplikacija virusa i vidljiva oštećenja u stanici. Latentna faza traje od nekoliko sati (za virus influence) do nekoliko godina (u virusu ljudske imunodeficijencije). Nakon latentne faze slijedi faza vidljivih manifestacija bolesti. Povezan je s aktivacijom virusnog genetskog materijala i pojavom multiplikacije virusa, što dovodi do stanične smrti.

Širenje virusa

Virus sintetizira vlastite proteine ​​i nukleinske kiseline iz resursa zaražene stanice. Virusi koji sadrže DNA jedan su od prvih koji sintetiziraju enzim RNA polimeraze, koji se temelji na lancu DNA i-RNA virusa. Ova i-RNA ulazi u ribosome stanice domaćina, gdje nastaje biosinteza drugih proteina virusne čestice.

U sljedećoj fazi, novo sintetizirani proteini i nukleinska kiselina virusa se kombiniraju u citoplazmi stanice domaćina. U tom slučaju nastaju nove čestice virusa - virusi. Rupturaju citoplazmatsku membranu, ulaze u međustanični prostor ili krv i inficiraju druge stanice.

Mnogi virusi koji sadrže RNA sintetiziraju enzimsku polimerazu uključenu u sintezu novih čestica virusne RNA. Ova RNA prelazi na ribosome i kontrolira sintezu proteina virusne omotnice - kapsida. Kao što vidite, DNA nije potrebna za takve viruse da propagiraju i prenose genetske informacije.

Prolijevanje u stanice živih organizama, virusi uzrokuju niz opasnih bolesti biljaka, životinja i ljudi. Poražavanje poljoprivrednih biljaka, virusi značajno smanjuju prinos i pogoršavaju njegovu kvalitetu. Primjeri virusnih bolesti biljaka su mozaička bolest duhana, žutica krumpira, koja se manifestira u zakrivljenosti lišća i patuljastog bilja. Među opasnim virusnim bolestima životinja i ljudi su varicella, poliomijelitis, bjesnoća, virusni hepatitis, influenca, AIDS.

Mnogi virusi kojima je osoba osjetljiva ne utječu na životinje i obrnuto. Na primjer, neke životinje mogu biti nositelji ljudskih virusa i ne bivaju se bolesni. Dakle, ptice nose različite oblike virusa influence, na koje je osoba osjetljiva.

Viroidi. Bakteriofagi. Virulentni i umjereni fagi

viroidi (od lat. virus - otrov, s grčkog. Eidos - oblik, oblik) - zarazna sredstva koja su molekula s malim molekularnim jednolančanim RNA molekulama koja ne kodiraju vlastite proteine. Glavna razlika između virusa i virusa je nedostatak kapsida. Viroidi, poput virusa, mogu uzrokovati bolesti životinja i biljaka. Oni su najmanji poznati patogeni. Jednolančane molekule RNA viroida mnogo su manje od virusnih genoma. RNA viroidi se sastoje od prosječno 300 nukleotida. Za usporedbu: genom najmanjih poznatih virusa broji oko 2000 nukleotida. Do danas, najviše studirao biljni viroidi (uzrok deformacije gomolja, dwarfism, itd.).

bakteriofagi, ili fagi, Je skupina virusa koji inficiraju bakterijske stanice. Fagova čestica (virion) sastoji se od glave i repa (procesa). Unutarnji dio glave faga sastoji se od DNA ili RNA, što je čvrsto upletena cjedilu. Nukleinska kiselina je okružena proteinskim kaputom (kapsidom), koji štiti bakteriofagni genom izvan stanice. Rep je proteinska cijev, koja je nastavak proteinske ljuske faga glave. Bjelančevine koje čine repnu školjku imaju kontraktilna svojstva. U donjem dijelu repa nalazi se osnovna ploča s izbočinama različitih oblika. Iz nje odlaze tankim dugim niti, koji su dizajnirani da prihvati fag bakterijama. Nakon kontakta, enzimi lokalizirani na vrhu repa lokalno otapaju zid bakterijske stanice. Nadalje, rep je skraćen, a kroz nju nukleinska kiselina koja se nalazi u fagoj glavi prodire u bakterijsku stanicu. U ovom slučaju proteina ljuske faga ostaje vani. Bakteriofagi imaju specifična antigena svojstva, različita od antigena pogođene bakterijske stanice i drugih faga.

Virulentni fagi - bakteriofage, koji kao rezultat životnog ciklusa stvaraju nove čestice faga u zaraženim bakterijskim stanicama, vodeći bakterije do smrti.

Umjerene faze - bakteriofage koji nakon penetracije u bakterijsku stanicu ne dovode do njegove smrti. Istodobno, njihova nukleinska kiselina ugrađena je u genetički materijal stanice domaćina, stvarajući jednu molekulu s njom. Ovaj oblik faga naziva se profagom. Nadalje, kada se bakterija umnoži, profag replikira zajedno sa svojim genomom. Istodobno, ne dolazi do uništenja bakterijske stanice, a nasljedni materijal virusa se prenosi od bakterija do bakterija na neograničen broj generacija.

Trenutno, jedna od najopasnijih virusnih bolesti neke osobe je AIDS (sindrom stečene imunodeficijencije). Virus utječe uglavnom na imunološki sustav. Kao rezultat toga, osoba postaje ranjiva na mikroorganizme, koji u normalnim uvjetima nisu patogeni za njega. To dovodi do brzog napredovanja zaraznih bolesti, malignih neoplazmi i smrti. Glavni putevi infekcije virusom humane imunodeficijencije (HIV) i širenja bolesti su promiskuitet i uporaba unsterile medicinskih instrumenata ovisnika.

Zajedno s višestaničnim i jednostaničnim organizmima, postoje i ne-stanični oblici života u prirodi - virusi. Virusi se sastoje od genetskog materijala (DNA ili RNA), koji je okružen zaštitnim proteinskim kaputom - kapsidom. Virusi se mogu reproducirati samo u stanicama drugih organizama. Bakteriofagi su skupina virusa koji inficiraju bakterijske stanice. Prema vrsti životnog ciklusa, bakteriofagi su podijeljeni u virulentne i umjerene. Virusi su uzrok brojnih opasnih bolesti biljaka, životinja i ljudi.

Genetski materijal virusa

Potaknute mutacije u virusima dobivaju se djelovanjem različitih kemijskih i fizičkih mutagena, koji su podijeljeni u aktivne in vivo i in vitro.

Viralne mutacije klasificirane su po promjenama u fenotipu i genotipu. Prema fenotipskim manifestacijama, mutacije virusa podijeljene su u četiri skupine:

Mutacije koje nemaju fenotipsku manifestaciju.

Smrtonosne mutacije, tj. potpuno krši sintezu ili funkciju vitalnih proteina i dovodi do gubitka sposobnosti reprodukcije.

Uvjetno smrtonosne mutacije, tj. mutacija s gubitkom sposobnosti sintetiziranja specifičnog proteina ili kršenja njegove funkcije samo pod određenim uvjetima.

Mutacije koje imaju fenotipsku manifestaciju, na primjer, mijenjaju veličinu plakova pod agarom ili toplinskom stabilnošću.

Promjenom genotipa, mutacije su podijeljene na točku (lokalizirane u pojedinim genima) i na gen (koji utječu na opsežnija područja genoma).

Infekcija osjetljivih stanica virusima je višestruke prirode, tj. Nekoliko viriona prodrijeti u stanicu odjednom. U tom procesu virusni genomi u procesu replikacije mogu surađivati ​​ili ometati. Cooperativne interakcije između virusa predstavljaju genetske rekombinacije, genetsku reaktivaciju, komplementaciju i fenotipsko miješanje.

Genetska rekombinacija je češća kod virusa koji sadrže DNA ili virusa koji sadrže RNA s fragmentiranim genomom (virus gripe). Kod genetske rekombinacije postoji razmjena između homolognih područja viralnih genoma.

Genetska reaktivacija je promatrana između genoma povezanih virusa s mutacijama u različitim genima. Kad se genetički materijal redistribuira, nastaje potpuni genom.

Dopunjavanje se događa kada jedan od virusa koji inficira stanicu, kao rezultat mutacije, sintetizira nefunkcionalni protein. Ne-mutantni virus, sintetiziranje kompletnog proteina, čini njegovu odsutnost od mutantnog virusa.

Fenotipske miješanje se odvija pod miješanim infekcije stanica sa dva osjetljivih virusa, potomstvom kada je dio poprima fenotipske karakteristike svojstvene dva virusa na konstantnoj genotip.

Uz višestruku infekciju osjetljive stanice između virusa može doći do interferirajućih interakcija. Interferencija virusa naziva se stanjem imuniteta na sekundarnu infekciju stanica već zaražena virusom. Kod heterolognih smetnji, infekcija virusom potpuno blokira mogućnost replikacije drugog virusa unutar jedne stanice. Mehanizmi heterologni smetnje povezane s inhibicijom apsorpcije drugog virusa blokiranjem ili uništenje specifičnih receptora, kao i na inhibiranje prevođenja bilo mRNA heterolognog mRNA u inficirane stanice. Pored toga, primarna infekcija može inducirati stvaranje interferona koji inhibira replikaciju drugog virusa.

Homonska interferencija, tj. interferencija između homolognih virusa tipično je za mnoge viruse, osobito s ponavljanim odlomcima in vitro i s velikom mnoštvom infekcija. U takvim uvjetima nastaju mnoge neispravne čestice virusa, obično nisu sposobne za reprodukciju. Međutim, razmnožavanje neispravnih virusa je moguće ako je koinfekcija s punim virusom (helper virus). Kada se to neispravan virus može ometati pomagač virusa ciklus replikacije i generirati dijete neispravan ometanja (DI) virusne čestice. CI-čestice karakteriziraju tri glavna svojstva: defekti (štete na važnim genima), snaga do interferencije (replikaciju čestica DI ometati punu homologni virus ili drugih virusa) i sposobnost da se samostalno obogaćivanje na račun standardnog virusa. Kruženje DI čestica i ko-infekcija s punim udjelom virusa uzrokuju spor, dugotrajan oblik infekcije.

Uz interakcije koje se javljaju između virusa, interakcija između virusa i stanice domaćina također se javlja kod miješane infekcije. Kada stanice stupaju u interakciju s virusima koji sadrže DNA, može se pojaviti virusna transformacija stanice. Kao rezultat transformacije, morfološke, biokemijske i karakteristike rasta stanica se mijenjaju, može se pojaviti sposobnost tumorskog rasta. Zanimljivo je transformirati stanice pod djelovanjem RNA-genomskih retrovirusa. U retrovirusima, transformacija i replikacija nisu međusobno isključivi, jer transformirane stanice mogu replicirati virus. Genomi transformirajućih virusa obično se integriraju s genomom transformirane stanice.

3.1. Genetski materijal virusa i prokariota

3.1. Genetski materijal virusa i prokariota

Genetski materijal virusi je predstavljena s jednom molekulom nukleinske kiseline (bilo DNA ili RNA) okružena zaštitnom proteinskom membranom - ovojnice. Funkcioniranje virusa događa se na različite načine, ovisno o njihovim svojstvima i strukturi, ali uvijek s enzimskim sustavom stanice domaćina. Virusi mogu postojati samo kao intracelularni paraziti. Do sada, stari znanstveni spor nije dovršen, može li se virus smatrati živim: "stvorenje ili supstanca".

Postoje virusi koji imaju jednolančanu i dvolančanu RNK i viruse koji imaju jednolančanu i dvolančanu DNA, obje skupine virusa koji sadrže DNA koji imaju predstavnike s linearnim i kružnim oblicima. u adenovirusi dvolančana DNA je vezana za terminalni protein, i virus malih boginja DNA je zatvorena na krajevima kovalentnom vezom (Lewin B., 1987).

Virusi koji sadrže RNA su raznoliki. Dakle, izolirani su virusi "Plus-lanac", koji mogu odmah funkcionirati i virusi "Minus lanac", koji se prvo mora graditi "Plus-lanac" uz pomoć RNA polimeraze stanice domaćina. Dvolančani virusi su varijante povezanih lanaca bez divergencije nakon sinteze drugog lanca. Izrađuju se posebna skupina virusa koji sadrže RNA retrovirusi, što će biti obrađeno u nastavku. Dimenzije RNA virusi obično varirati unutar nukleotida 3000-7000, a najmanji od njih je samo 1.200 ribonukleotide 1 i strukturnu gen koji kodira protein ovojnice ljuske.

Posebno, virusi koji sadrže DNA fagi (virusi bakterija), obično mnogo veći od RNA koji sadrži. Dakle, DNA faga T4 sadrži 180.000 bp. i kodira razne proteine. Velike DNA molekule virusa se kompaktno pakiraju unutar kapsida zbog superoklizavanja.

Postoje dvije moguće varijante razvoja virusa u stanici: ili integracija s genomom domaćina - lysogenicity, bilo sintezu virusnih čestica koje se temelje na genetskom programu virusa, već uz pomoć metaboličkog sustava domaćina - liza. Druga varijanta obično dovodi do uništenja stanice domaćina. Činjenica regulacije genske aktivnosti virusa, njegove sposobnosti postojanja u integriranom obliku, dokazana je u djelima nobelovca 1965. godine, francuskog mikrobiologa A. Lvov (1902-1994). Nazvan je integrirani oblik virusa profaga. Pod utjecajem vanjskih čimbenika (na primjer UV zračenja) moguće je aktivirati profag i ponovno ga pretvoriti u fag.

Virusi obično imaju specifičnost za stanice domaćina.

genom prokariota predstavljen je jednim prstenastim molekulom DNA, koja tvori kompaktnu strukturu nukleoid pomoću superkoilinga. Genom Escherichia coli vrlo je dobro proučavan (Escherichia coli) - klasični genetički objekt, u kojem je identificirano više od 4.200 gena. DNA E. coli sadrži 4,6 milijuna bp. Najmanjoj veličini genetskog materijala u živim organizmima (nećemo uključivati ​​viruse) uočeno je mikoplazme: 600.000 bp. i oko 500 gena. Ti su podaci poslužili kao osnova za teorijske izračune koji su pokazali da osnovni "stroj života" može raditi sa samo 350 gena.

Glavna značajka organizacije genoma prokariota je njihova povezanost u skupine, ili klastera, s općim propisima. Poznata je grupa strukturnih gena prokariota koji su pod kontrolom jednog regulatornog mjesta operon (Miller J., Reznikoff W., 1978). Organizacija genetskog materijala po tipu operona omogućuje bakterijama brzo prebacivanje metabolizma iz jednog podloge u drugu. Bakterija ne sintetizira neke enzime u metaboličkom putu u odsutnosti željenog supstrata, ali može započeti u bilo kojem trenutku sinteze izgled podloge. Struktura i funkcioniranje kod plazmida su prikazani u radovima poznati francuski biokemičar Jacques Monod (1910-1976) i F. Jakova, koji je dijelio s Alexander Lvov Nobelovu nagradu 1965. godine za regulaciju tipa operon smatrat će se u nastavku.

Od posebnog interesa su plazmid - male kružne DNA molekule unutar bakterijske stanice. Poput virusa, plazmidi se mogu integrirati s bakterijskom DNK ili postoje odvojeno od njega. Veliki plazmidi prisutni su u stanici u količini od 1-3 kopije, maleni mogu biti zastupljeni desecima kopija. Prvi od otkrivenih plazmida, velik plazmid F bakterija E. coli. To je prstenasta molekula DNA koja ima vrijednost od 100 tisuća bp. i sadrži više od 60 gena. Plazmid F osigurava bakterijske stanice koje mu omogućuju interakciju s bakterijskim plazmidima i prenose im genetske informacije.

Mnogi autori vjeruju da su plazmidi jedna od vrsta virusa i ne postoje temeljne razlike među njima (Zhdanov VM, 1988; Kusakin OG, Drozdov AL, 1994).

Što su virusi? Struktura, genom, membrana i bolesti uzrokovane njima

Znanstvenici su dugo tražili da identificiraju strukturu i ulogu virusa. Oni su jedinstveni po tome što su bili klasificirani kao živi i neživi organizmi u različitim vremenima u povijesti biologije. Virusi su čestice koje mogu izazvati mnoge ozbiljne bolesti, uključujući rak. Ne samo da inficiraju ljude i životinje, već i biljke, bakterije i arhee. Što čini viruse tako zanimljivo? Oni su oko 1000 puta manji od bakterija i mogu se naći u gotovo svim okolinama. Virusi ne mogu postojati neovisno o drugim organizmima jer moraju parazitirati na živoj stanici za reprodukciju.

Struktura virusa

Virusna čestica, također poznata kao virion, u biti je nukleinska kiselina (DNA ili RNA) koja je enkapsulirana u omotnici proteina. Virusi su iznimno mali, s promjerom od oko 20-400 nanometara. Najveći virus, poznat kao Mimivirus, može imati veličinu do 500 nanometara u promjeru. Za usporedbu, ljudski eritrocit je promjera od oko 6000-8000 nanometara. Pored malih veličina, virusi također imaju različite oblike. Poput bakterija, neki virusi imaju sferične ili štapiće oblike, dok su drugi icozaedarski (poliedarski sa 20 strana) ili spiralni oblici.

Genetski materijal virusa

Virusi mogu imati dvolančanu DNA, dvolančanu RNA, jednolančanu DNA ili jednolančanu RNA. Vrsta genetskog materijala pronađenog u određenom virusu ovisi o njegovoj prirodi i funkciji. Genetski materijal obično nije izložen, ali prekriven proteinskim slojem poznatim kao kapsid. Virusni genom može se sastojati od vrlo malog broja ili do nekoliko stotina gena, ovisno o vrsti virusa. Imajte na umu da je genom obično organiziran kao duga molekula, koja je obično ravna ili kružna.

Replikacija virusa

Virusi ne mogu sami replikirati svoje gene. Moraju se osloniti na stanicu domaćina da igraju. Kako bi se viralna replikacija dogodila, virus prvo mora zaraziti živuću stanicu. Virus ulazi u svoj genetički materijal u stanicu i koristi organele stanica za replikaciju. Nakon što je dovoljan broj virusa ponovljen, novoformirani virusi lizati ili raskidati stanicu domaćina i inficirati druge stanice.

Virusne ovojnice

Protein koji pokriva virusni genetski materijal poznat je kao kapsid. Capsid se sastoji od proteina podjedinica, zove kapsomera. Capsidi mogu imati nekoliko oblika: poliedar, štap ili kompleks. Potrebni su za zaštitu virusnog genetskog materijala od oštećenja.

Osim proteinskog kaputa, neki virusi imaju specijalizirane strukture. Na primjer, virus influence ima membransku membranu oko kapsida. Kapsidni dodatci također se nalaze u bakteriofagima. Na primjer, bakteriofagi mogu imati "rep" proteina koji je pričvršćen na kapsid, koji se koristi za inficiranje bakterija domaćina.

Virusne bolesti

Virusi uzrokuju niz bolesti u organizmu koje oni inficiraju. Ljudske infekcije i bolesti uzrokovane virusima uključuju Ebola groznicu, piletinu, ospice, influencu, HIV, herpes i mnoge druge. Cjepivi su učinkoviti u sprečavanju nekih vrsta virusnih infekcija, kao što je to boginja. Oni pomažu tijelu da izgradi imunološki odgovor protiv određenih virusa.

Virusne bolesti koje utječu na životinje uključuju bjesnoću, stopalo i usta, ptičju i svinjsku gripu. Bolesti biljaka uključuju mozaičku bolest, uočavanje prstiju, uvijanje listova i druge bolesti listova. Virusi, poznati kao bakteriofagi, uzrokuju bolesti u bakterijama i arheama.

Struktura genetskog materijala virusa.

DNA i RNA koji sadrže viruse. Raznolikost oblika virusnih nukleinskih kiselina: linearni, prsten, jednostruki i dvolančani.

Svi virusi mogu se podijeliti u 2 grupe na nukleinske kiseline koje sadrže: (dezoksivirusy DNA sadržava) i ribovirusy (RNA koja sadrži). Virusni genom može biti kružan ili linearan. Oblik genoma ne ovisi o vrsti nukleinske kiseline (u predavanju - samo DNA)

Deoksiovirusi su podijeljeni na viruse koji sadrže dvolančanu DNA (ds DNA), i viruse koji sadrže jednolančanu DNA (ss DNA). Primjeri dsDNA virusa:

1. Mimivirus - 1000 gena
2. Virus kozice - 150-300 gena
3. Bakteriofag T4 - 300 gena
4. Herpes virus - 70 gena
5. Adenovirus-40 geni
6. Papillomavirus - 8 gena
7. Virus hepatitisa B - 4 gena

Primjeri virusa ssDNA:

1. Bakteriofag M13-10 gena
2. Parvovirus - 6 gena

RNA virusi su također podijeljeni u jednolančane i dvolančane. Primjeri ribosera:

1. Coronavirus - 7 gena
2. VTM - 3-4 gena
3. RNA faga - 4 gena
4. Astrovirusi - 3 gena
5. Narnavirus - 1 protein

Segmentirani i podijeljeni genomi. RNA genoma s pozitivnim i negativnim polarnostima. "Dvosmisleni" RNA genomi.

Segmentirani genomi - virusni genom može se predstaviti s više od jedne molekule DNA ili RNA. Virus poliomijelitisa je jedan od RNK virusa influence - 8 različitih molekula ss RNA. Reovirni genom se sastoji od 10 različitih ds RNA molekula. Retrovirusi su dvije identične molekule ss RNA.

Vrste virusnih genoma:

1. Segmentirani (fragmentirani) genom. (U RNA virusa, svaki segment često kodira samo jedan protein, a obično se ti segmenti pakiraju u jedan kapsid)
2. Podijeljen je genomom. (podijeljen u segmente, od kojih je svaka upakirana u zasebni kapsid, neće biti infekcije sve dok se svaki dio genoma ne ugasi u ćeliju)
3. Na RNA sadrže genoma virusa može izraziti RNA različitog polariteta (+ i - RNK ili RNA pozitivan i negativan). Molekula RNA pozitivnog polariteta ima jednake nukleotidne sekvencije kao mRNA, dakle, barem jedan dio od toga može odmah početi da se emitira u stanici domaćina. RNK s negativnog polariteta je komplementarna mRNA prijevoda start up pa ga treba sintetizirati RNA pomoću pozitivnog enzim RNA ovisne RNA polimeraze.
4. Dvosmislena (ambinentna) RNA. (mješavina + i - RNA komada)

Krajne strukture virusnih nukleinskih kiselina - kapica, tRNA-slične strukture, terminalni proteini, itd.

Virusna genetika

Virusi, kao i svi živi organizmi, karakteriziraju nasljednost i varijabilnost. Glavna značajka virusnog genoma je da se nasljedne informacije iz virusa mogu napisati i na DNA i na RNA. Genoma DNA virusi sadrže dvolančana (s izuzetkom parvovirus koji jednolančani DNA) i pokazuje unsegmented infektivne svojstva. Virusi koji pripadaju rodu virus boginja i Hepadnavirus genoma je predstavljen s dva DNA lanaca različitih duljina. Genom većina RNA virusi jednolančana (s izuzetkom reovirusi i retrovirusi koji imaju dvostruke uzvojnice genoma) i može se segmentirana (rodovi retrovirus, ortomiksovirus, Arenavirus i reovirus) ili ne-segmentirano.

Virusna RNA, ovisno o izvedenim funkcijama, podijeljena je u dvije skupine. Prva skupina uključuje RNA koja može izravno prevesti genetske podatke u ribosome osjetljive stanice, tj. Obavljati funkcije mRNA i mRNA. Pozvani su kao plus-nastavci RNA i označeni su kao + RNA (pozitivni genom). Oni imaju karakteristične završetke ("kapice") za specifično prepoznavanje ribosoma.

Druga skupina RNA virusa nisu u mogućnosti prevesti genetske informacije izravno ribosoma i djeluju kao mRNA. Takve RNA služe kao predložak za stvaranje mRNA, tj. kada je replikacija početno sintetizirana matrica (+ RNA) za sintezu -RNA. Ova vrsta RNA je definirana kao minus lanac i označena je RNA (negativnim genomom). U ovoj skupini RNA virusa replikaciju do transkripcije različitih dužina su načinjeni od molekula: replikacije RNA nit duljina odgovara roditelja i krnji mRNA molekula nastaje tijekom transkripcije. + RNA molekule pokazuju infektivnost i RNA ne pokazuju zaraznih svojstava i reprodukcija mora se prepiše u RNA +.

Jedina iznimka su retrovirusi koji sadrže jednolančanu + RNA koja služi kao predložak za virusnu RNA-ovisnu DNA polimerazu (reverznu transkriptazu). Koristeći ovaj enzim, informacije se prepisuju od RNA do DNA, što rezultira stvaranjem DNA-provirusa koji se integrira u stanični genom.

Baš kao u drugim životnim oblicima, nukleinske kiseline virusa su mutirane. Fenotipske mutacije virusnog genoma očituju se promjenama u antigenskoj strukturi, nemogućnosti da induciraju produktivnu infekciju u osjetljivoj stanici, termostabilnosti, promjenama u veličini i obliku plakova formiranih pod agarom. Većina mutacija je karakterizirana reverzijom u divlji tip, pri čemu svaka mutacija ima karakterističnu frekvenciju reverzije, koja se može točno izmjeriti. Virusi oslobađaju spontane i inducirane mutacije.

Brzina spontane mutageneze u genomima DNA je znatno niža (10 -8 -10 -11 za svaki uključeni nukleotid) nego za genomsku RNA (10-3-10-4 za svaki uključeni nukleotid). Veća učestalost spontanih mutacija je zbog niske točnosti replikacije RNA genoma, što je vjerojatno zbog nedostatka korektivne aktivnosti u replikaciji RNA koja je karakteristična za enzime koji repliciraju DNK. Najčešće se u retrovirusima vide spontane mutacije, koje su povezane s većom učestalošću kvarova reverzne transkripcije koje nisu sposobne za samoispravljanje.

Potaknute mutacije u virusima dobivaju se djelovanjem različitih kemijskih i fizičkih mutagena, koji su podijeljeni u aktivne in vivo i in vitro.

Viralne mutacije klasificirane su po promjenama u fenotipu i genotipu. Prema fenotipskim manifestacijama, mutacije virusa podijeljene su u četiri skupine:

1. Mutacije koje nemaju fenotipsku manifestaciju.

2. smrtonosne mutacije, tj. potpuno krši sintezu ili funkciju vitalnih proteina i dovodi do gubitka sposobnosti reprodukcije.

3. Uvjetno smrtonosne mutacije, tj. mutacija s gubitkom sposobnosti sintetiziranja specifičnog proteina ili kršenja njegove funkcije samo pod određenim uvjetima.

Mutacije koje imaju fenotipsku manifestaciju, na primjer, mijenjaju veličinu plakova pod agarom ili toplinskom stabilnošću.

Promjenom genotipa, mutacije su podijeljene na točku (lokalizirane u pojedinim genima) i na gen (koji utječu na opsežnija područja genoma).

Infekcija osjetljivih stanica virusima je višestruke prirode, tj. Nekoliko viriona prodrijeti u stanicu odjednom. U tom procesu virusni genomi u procesu replikacije mogu surađivati ​​ili ometati. Cooperativne interakcije između virusa predstavljaju genetske rekombinacije, genetsku reaktivaciju, komplementaciju i fenotipsko miješanje.

Genetska rekombinacija je češća kod virusa koji sadrže DNA ili virusa koji sadrže RNA s fragmentiranim genomom (virus gripe). Kod genetske rekombinacije postoji razmjena između homolognih područja viralnih genoma.

Genetska reaktivacija je promatrana između genoma povezanih virusa s mutacijama u različitim genima. Kad se genetički materijal redistribuira, nastaje potpuni genom.

Dopunjavanje se događa kada jedan od virusa koji inficira stanicu, kao rezultat mutacije, sintetizira nefunkcionalni protein. Ne-mutantni virus, sintetiziranje kompletnog proteina, čini njegovu odsutnost od mutantnog virusa.

Fenotipske miješanje se odvija pod miješanim infekcije stanica sa dva osjetljivih virusa, potomstvom kada je dio poprima fenotipske karakteristike svojstvene dva virusa na konstantnoj genotip.

Uz višestruku infekciju osjetljive stanice između virusa može doći do interferirajućih interakcija. Interferencija virusa naziva se stanjem imuniteta na sekundarnu infekciju stanica već zaražena virusom. Kod heterolognih smetnji, infekcija virusom potpuno blokira mogućnost replikacije drugog virusa unutar jedne stanice. Mehanizmi heterologni smetnje povezane s inhibicijom apsorpcije drugog virusa blokiranjem ili uništenje specifičnih receptora, kao i na inhibiranje prevođenja bilo mRNA heterolognog mRNA u inficirane stanice. Pored toga, primarna infekcija može inducirati stvaranje interferona koji inhibira replikaciju drugog virusa.

Homonska interferencija, tj. interferencija između homolognih virusa tipično je za mnoge viruse, osobito s ponavljanim odlomcima in vitro i s velikom mnoštvom infekcija. U takvim uvjetima nastaju mnoge neispravne čestice virusa, obično nisu sposobne za reprodukciju. Međutim, razmnožavanje neispravnih virusa je moguće ako je koinfekcija s punim virusom (helper virus). Kada se to neispravan virus može ometati pomagač virusa ciklus replikacije i generirati dijete neispravan ometanja (DI) virusne čestice. CI-čestice karakteriziraju tri glavna svojstva: defekti (štete na važnim genima), snaga do interferencije (replikaciju čestica DI ometati punu homologni virus ili drugih virusa) i sposobnost da se samostalno obogaćivanje na račun standardnog virusa. Kruženje DI čestica i ko-infekcija s punim udjelom virusa uzrokuju spor, dugotrajan oblik infekcije.

Uz interakcije koje se javljaju između virusa, interakcija između virusa i stanice domaćina također se javlja kod miješane infekcije. Kada stanice stupaju u interakciju s virusima koji sadrže DNA, može se pojaviti virusna transformacija stanice. Kao rezultat transformacije, morfološke, biokemijske i karakteristike rasta stanica se mijenjaju, može se pojaviti sposobnost tumorskog rasta. Zanimljivo je transformirati stanice pod djelovanjem RNA-genomskih retrovirusa. U retrovirusima, transformacija i replikacija nisu međusobno isključivi, jer transformirane stanice mogu replicirati virus. Genomi transformirajućih virusa obično se integriraju s genomom transformirane stanice.

Datum prijave: 2015-04-25; pogleda: 456; NARUDŽITE PISANJE RADA

Genoma virusa

virusi To je poseban oblik života koji se spaja organizmi s ne-stanična struktura.

Virusi mogu postojati u dva oblika: izvan stanica i unutar stanice.

Izvan stanice postoje slobodni virusi - virusi. Virions ne pokazuju svojstva bioloških sustava: oni nemaju metabolizam, a oni su nesposobni za samo-reprodukciju. Virići se sastoje od nukleinskih kiselina (DNA ili RNA) koji su kapsulirani u proteinsku ljusku - ovojnice.

Kapsid se sastoji od strogo definiranog broja ponavljajućih proteina podjedinica - capsomeres. Na primjer, virus poliomijelitisa u kapsidu obuhvaća 60 kapsomera, u adenovirusu - 252, u duhanskom mozaičkom virusu - 2000.

Veličina virusa varira od 20 do 350 nm. Prema morfologiji, razlikuju se sljedeći oblici virusa: sferni, štapići, kuboidni, spermatozoidi. Prema karakteru kapsidne simetrije, razlikuju se virusi s spiralnom, kubičnom (icosahedral) i kombiniranom vrstom simetrije.

Stupanj složenosti viriona može biti različit. u jednostavnih virusa virion sadrži samo nukleinsku kiselinu i proteine, koji su povezani s jednom nukleoproteinskom strukturom - nukleokapsidni. u kompleksnih virusa tu je dodatna omotnica lipoproteina - superkapsid. Sastav kompleksnih viriona može uključivati ​​ugljikohidrate i neke enzime. Međutim, virusi nikada ne sadrže metaboličke sustave koji osiguravaju metabolizam.

Za vlastitu reprodukciju virusi moraju prodrijeti u stanicu. Kapsidna površina uključuje kemikalije koje olakšavaju vezanje viriona na površinu stanice i prodiranje cijele virione ili nukleinske kiseline u stanicu. Prvo, dolazi do adsorpcije (fiksacije) viriona na površini stanice, a zatim ili cijeli virion ili samo virusna nukleinska kiselina prodire u stanicu. U većini slučajeva, virusi prodiru kroz stanicu preko viropexisa (taj mehanizam penetracije virusa u stanicu sličan je fagocitozi).

Kao i svaka strana tvar, nukleinske kiseline virusa prodre u stanicu moraju biti uništene zaštitnim sustavima stanice. Osnova zaštitnih sustava su nukleaza - Enzimi koji razgrađuju nukleinske kiseline. Međutim, postoji mnogo načina za zaštitu virusnih nukleinskih kiselina od uništenja stanica enzimskim sustavima. Na primjer, u velikim bakteriofagima koji sadrže DNA, sastav viralne DNA uključuje modificirane baze: oksidirane i metilirane. Takvu modificiranu DNA ne uništava stanična nuklea.

Nakon ulaska u stanicu, virusi ulaze u vegetativna i reproduktivna faza, to jest, oni stječu sposobnost metabolizacije i razmnožavanja, štoviše, metabolizam virusa je neraskidivo povezan s metabolizmom stanice domaćina. Dakle, virusi su obvezni (specijalizirani) unutarstanični paraziti na molekularno-genetskoj razini.

Mnogi virusi počinju odmah reproducirati polje penetracije u citoplazmu stanice domaćina. Međutim, u mnogim slučajevima, nukleinske kiseline virusa su integrirane (integrirane) u kromosom domaćina. U integriranom stanju virus se naziva provirus. Provirusi se ne razlikuju od genetskog materijala domaćina i reproduciraju s njom. U integriranom (virogenskom) stanju, virusi mogu biti dugo prisutni. Ali u mnogim slučajevima (s promjenom u fiziološkom stanju stanica, na primjer, pod ozračenjem) reprodukcija virus. Uz pomoć enzima i plastičnih tvari stanice, odvija se replikacija virusnih nukleinskih kiselina i virusnih proteina. Samonastavljanjem tih molekula formira se niz viriona koji napuštaju stanicu. U tom slučaju stanica može umrijeti ili ustrajati.

Uloga virusa

Trenutno je poznato više od 800 vrsta virusa (vjerojatno milijuni vrsta još nisu otkriveni). Virus je klasificiran od nositelja nasljednih informacija (DNA koji sadrži i sadrži RNA) i domaćina (biljne viruse, gljivične viruse, životinjske viruse i prokariotske viruse ili bakteriofage). Binomna nomenklatura u virologiji nije ukorijenjena, a obično svaka vrsta virusa dobiva svoje ime.

Virusi su uzročnici mnogih zaraznih bolesti biljaka, životinja i ljudi. Istodobno, virusi su uzročnici bolesti u neželjenim organizmima ("neprijatelji naših neprijatelja"). Virusi se naširoko koriste kao objekti molekularnog genetskog istraživanja. U genetskom inženjerstvu, virusi se koriste za stvaranje genetskih konstrukata i prijenos genetskog materijala.

Podrijetlo virusa. Postoji niz teorija o podrijetlu virusa. Prema jednoj teoriji, virusi su izrazito pojednostavljeni prokariotski organizmi koji su izgubili citoplazmu. Nasuprot teorijama smatraju se virusi kao dio genetskog materijala ćelije izvučenog iz svojih granica.

Biološki značaj virusa prvenstveno povezane s njihovim patogenost - sposobnost da uzrokuje bolest. Postoje akutne virusne bolesti (npr., Gripa), kronične i latentne (skrivene).

Borba protiv virusnih bolesti ljudi i životinja provodi se pomoću nespecifičnih lijekova (na primjer interferona), specifičnih seruma i pripravaka koji potiskuju reprodukciju virusa. Za sprečavanje virusnih bolesti koriste se različita cjepiva. Antibakterijski lijekovi (sulfonamidi, antibiotici) ne rade za viruse.

Postoje zarazna sredstva koja nisu virusi. Jedna od tih grupa uključuje viroidi - male jednolančane prstenaste RNA molekule do 300 nukleotida dugih, koje ne kodiraju vlastite proteine ​​(koje nemaju zajednički kapsid). Viroidi uzrokuju mnoge biljne bolesti, na primjer, gomolja krumpira sličnih vretena. Viroideamdiska virusoid. To su RNA molekule koje su sposobne za samo-replikaciju u prisustvu pomoćni virus. Virusi također uzrokuju biljne bolesti, na primjer, prolazne slojevitosti lucerne.

Druga grupa zaraznih agensa su regulatorni proteini prioni. Prioni uključuju one gene koji ne bi trebali funkcionirati u ovom trenutku iu danom tkivu. To narušava normalno funkcioniranje stanica, što dovodi do razvoja ozbiljnih bolesti, na primjer, encefalopatije ("krava bjesnoća").

Neki virusi (adenovirusi, retrovirusi) mogu poremetiti normalno funkcioniranje genetskog aparata stanice domaćina, što dovodi do razvoja raka.

Genoma virusa

Genom virusa uključuje:

- Strukturni geni koji kodiraju proteine. Zauzimaju oko 95% viralnog kromosoma. Virusni proteini mogu se podijeliti u nekoliko skupina: strukturni, enzimi, regulatori.

- Regulatorne sekvence koje ne kodiraju proteine: promotore, operatore i terminatore.

- Ostala neodgovarajuća mjesta (web stranice), uključujući:

- zemljište attP, osiguravanje integracije virusnog kromosoma u kromosom stanice domaćina;

- Zemljišta cos - ljepljive terminalne sekcije linearnih virusnih kromosoma, osiguravajući zatvaranje linearnog kromosoma u kružnom obliku.

Geni koji kodiraju rRNA i tRNA su obično odsutni u virusnom genomu. Međutim, geni koji kodiraju nekoliko tRNA-a postoje u genomu velikog faga T4.

Genomu virusa karakterizira velika gustoća pakiranja informacija. Na primjer, u fagu φX174 unutar gena, može se nalaziti drugi gen. Konkretno, gen U je unutar gena, i gena E Unutar gena D. U malom genu faga2 koji sadrži RNA, regulatorni protein koji blokira lizu (sazrijevanje viriona i uništenje stanica) preklapa se s dva druga gena koja su udaljena jedna od druge.

Značajke eukariotskih virusa

Sljedeće značajke nalaze se u eukariotskim virusima:

1. Intron-egzonska struktura gena.

2. Modifikacija proteina nakon fuzijski poliprotein: cijeli genom transkribira kao jedna mRNA molekulu, koja služi kao predložak za sintezu poliprotein - jedan div inertnim proteina, i tek nakon cijepanja poliproteina na proteine ​​koji obavljaju određene funkcije.

3. Preklapanje gena (virus majmuna SV 40, virus influence).

Viruse koji sadrže DNA

Za viruse koji sadrže DNA su mnogi virusi bakterija - bakteriofagi (ili jednostavno fagi ). Neki mali faga (na primjer, fag M13) ne uništavaju stanicu tijekom reprodukcije. Reprodukcija velikih faga (na primjer, fag T-4) dovodi do stanične smrti. Fag T-4 je jedan od najkompleksnijih virusa. Proteinski kapsid uključuje najmanje 130 proteina koji tvore glavu, ovratnik, konvertibilni rep, bazalnu ploču i repne niti. Ova kapsidna struktura omogućuje ubrizgavanje DNA u bakterijsku stanicu kroz debelu školjku, pa se ti virusi figurativno nazivaju "žive šprice". T-fagi mogu dugo postojati u obliku profaga. Za virusa DNA sadržava uključuju patogene mnogih humanih i životinjskih bolesti: pox virusi, herpes, hepatitis B, adenovirus i ljudskog sisavca (uzrokovati gastrointestinalne bolesti, SARS, konjuktivitis), ljudski virus bradavica. Neki virusi biljaka (virus zlatnih grah mozaika, virusa mozaika cvjetača) pripadaju virusima koji sadrže DNA. Neki virusi se koriste u genetskom inženjerstvu za prijenos gena iz jednog organizma u drugi, na primjer, virus majmuna SV 40.

Virije virusa koji sadrže DNA sadrže DNA. Količina DNA se određuje količinom proteina u virionu: jedan polipeptid je kodiran duljinom DNA od otprilike 1 tisuće nukleotida (parova nukleotida). Nakon ulaska u stanicu, virusna DNA postaje predložak za sintezu DNA i RNA.

Primjeri organizacije genoma virusa koji sadrže DNA

1. Dvolančani DNK prstena duljine oko 5 mt.

- Virus majmuna SV 40. Mali eukariotski virus. Virioni u obliku icosaedra. Kapsidni protein. Koristi se u genskom inženjerstvu kao vektor prijenosa gena. Kodira 5 proteina.

- Virusi ljudskih bradavica.

2. Jednostrani DNA duljine oko 5 tona; može biti kodiranje ili antikodiranje.

- Male bakteriofage tipa M13. Nemojte uništiti kavez. Kapsid uključuje 8 proteina.

- Zlatni mozaik virusa graha.

3. Linearna dvolančana DNA s duljinom od 30-150 mt.

- Bakteriofage tipa T4. Virioni su veliki. Proteinski kapsid od 130 proteina uključuje: glavu, repnu sekciju i repne niti. Ovi virusi mogu dugo postojati u obliku profaga.

Adenovirusi sisavaca i ljudi. Virije srednje veličine u obliku icosaedra. Kapsidi su albuminozni. Oni izazivaju ARVI, konjuktivitis, gastrointestinalne bolesti, ponekad posjeduju onkogena svojstva.

- Virusi velikih boginja, herpesa i slično. Virioni su veliki. Postoji lipoproteinska membrana.

4. Linearna jednolančana duljina DNA od oko 5 tona; DNA može biti kodiranje ili antikodiranje. Osoba je poznata kao sateliti adenovirusa.

5. Dvolančana DNK, zatvorena u prstenu preklapajućih segmenata. Duljina DNA je 3-8 tona.

- virus hepatitisa B. Virus je sferičan, srednje veličine. Postoji dodatna ljuska virusnih i staničnih proteina. Kodira 5 proteina.

- Virusa cvjetača mozaika (CaMV). Promotor 35S-RNA (CaMV35S) ovog virusa široko se koristi u tradicionalnom genetskom inženjerstvu za stvaranje genetskih konstrukata.

Viruse koji sadrže RNA

Za RNA virusi uključuju mnoge biljne viruse, uzročnicima ljudske i životinjske bolesti: polio virusa, virusa influence A, B, i C, virus zaušnjaka (mumpsa), ospice, kuge zvijeri (tempera), virusa bjesnoće, virus humane imunodeficijencije (HIV), U posebnoj skupini arboviruses se dodjeljuju koji se prevozi člankonožaca (grinje, komarci), kao što je krpeljni meningoencefalitis virusa, žute groznice. Mnogi virusi koji sadrže RNA uzrokuju ARVI (npr. Koronavirusi), gastrointestinalne bolesti (reovirusi ptica, sisavaca i ljudi). Neki virusi koji sadrže RNA koriste se u biotehnologiji, na primjer, virusima polihedroze insekata.

VIRije virusa koji sadrže RNA sadrže RNA. Nakon penetracije u stanicu, virusna RNA postaje predložak za sintezu DNA i RNA.

Primjeri organizacije genoma virusa koji sadrže RNA

1. Linearna jednolančana mRNA (plus-lanac) od oko 4 tone duljine; u obliku jedne molekule ili u obliku nekoliko različitih molekula. Plus-lanac se može odmah koristiti za prijevod. Vegetativna i reproduktivna faza ovih virusa javlja se u citoplazmi. Lanac vlus je kodiran RNA-replikacijom (RNA-ovisna RNA polimeraza). predstavnici:

- Duhanski mozaik virus (TMV) - segmentirana RNA. Virion je končan (18x300 nm). VTM je otvorio DI Ivanovskog 1982

- Polio virus - ne-segmentirana RNA. Virioni su mali, u obliku icosaedra. Kapsidni protein.

- Virus bjesnoće. Spojni virion. Postoji dodatna lipoproteinska membrana.

- Arbovirusi (koje nose artropodi: grinje, komarci) - virusi krvarenja uzrokovanog encefalitis, žuta groznica. Morfologija i dimenzije viriona su različite, na primjer, virus encefalitisa sadrži 9 proteina. Postoji dodatna lipoproteinska membrana.

- Mali bakteriofagi (s ne-segmentiranom RNA).

2. Linearna jednolančana cRNA (minus lanac, redoslijed nukleotida je komplementaran mRNA). Negativni lanac ne može služiti za prevođenje i koristi se kao matrica za sintezu plus-lanca. Plus-lanac služi za prevođenje virusnih proteina i koristi se kao predložak za sintezu virusne cRNA. Vegetativno-reproduktivna faza ovih virusa također se javlja u citoplazmi.

- Virus gripe A, B, C. Virus influence A sadrži negativni RNA lanac, koji se sastoji od 8 fragmenata. RNA fragmenti su povezani s virusnim proteinima i tvore spiralni nukleokapsid. Više od nukleokapsida je glikolipoproteinski superkapid. Virion sadrži 10 proteina. Super kapsid sadrži dva proteina koji određuju antigenska svojstva virusa: hemaglutinina i neuraminidaza. Osim toga, sastav viriona uključuje već pripremljenu RNA replikaciju, koja osigurava sintezu plus-lanca na matricu minus lanca.

- Virusi zauške (zaušnjaci), ospice, kuge mesojeda (kuge). Sferični virion srednje veličine. Postoji dodatna lipoproteinska membrana.

3. Linearna dvolančana RNA

- Mali bakteriofagi. Virioni su mali, sferni ili u obliku ikosaedara. Kapsidni protein.

- polihedrosis virusa insekata. Virioni su mali, sferni ili u obliku ikosaedara. Kapsidni protein. Koristi se u biotehnologiji (za sintezu interferona).

- Reovirusi ptica, sisavaca i ljudi. Virioni su mali, sferni ili u obliku ikosaedara. Kapsidni protein. Oni uzrokuju ARVI, gastrointestinalne bolesti. RNA fragmenti (10. 11 fragmenti) kodiraju 11 proteina.

Dvije linearne jednolančane identične molekule mRNA s dužinom od oko 10 tona. Retrovirusi. Sposobnost integracije u DNK Sastav viriona uključuje enzimsku reverznu transkriptazu (revertazu). Postoji dodatna lipoproteinska membrana. Mnogi hipertenzivni virusi uzrokuju onkološke bolesti: leukemiju, sarkome, tumore dojke. Retrovirusi uključuju virus ljudske imunodeficijencije, koji uzrokuje AIDS.

- Virus ljudske imunodeficijencije (HIV). Sadrži jednu RNA plus-lanac, kodira 13 proteina. Sferni virion. Postoji dodatna lipoproteinska membrana koja uključuje fragmente ljudskih membrana. Selektivno utječe na T-limfocite.