Протченко П.З. Загальна мікробіологія, вірусологія та імунологія

Подождите немного. Документ загружается.

229

служили орієнтиром для доведення вірусної природи збудника.

У подальшому були відкриті основні групи вірусів. Ф. Леф-

лер і П. Фрош (1898) довели фільтропроникність збудника ящу-

ру (вірус ящуру вражає тварин і людей), П. Раус (1911) довів

фільтропроникність збудника пухлинного захворювання — ку-

рячої саркоми, Ф. Творт (1915) і Ф. д’Ерелль (1917) відкрили фаги

— віруси бактерій.

Так було відкрито основні групи вірусів. Сьогодні відомо по-

над 500 видів вірусів.

Подальший прогрес у розвитку вірусології пов’язаний з роз-

робкою методів культивування вірусів. Спочатку вивчення вірусів

відбувалося лише при зараженні чутливих організмів. Значним

кроком вперед стала розробка методу культивування вірусів у ку-

рячих ембріонах (А. Вудруф і Е. Гудпасчуром, 1931). Революція у

вірусології — це розробка методу культивування вірусів в одно-

шарових культурах клітин (Дж. Ендерс, Т. Уеллер, Ф. Роббінс,

1948). В 1952 р. це відкриття було удостоєне Нобелівської премії.

Перші вірусологічні лабораторії було створено у 30-х роках

ХХ ст. Нині в Україні функціонує Одеський науково-дослідний

інститут епідеміології та вірусології ім. І. І. Мечникова, вірусо-

логічні лабораторії у HДІ епідеміології, мікробіології, інфекцій-

них хвороб. Працюють вірусологічні лабораторії практичної охо-

рони здоров’я, які переважно займаються діагностикою вірус-

них захворювань.

3. СКЛАД І УЛЬТРАСТРУКТУРА

ВІРУСІВ

Термін вірус запровадив у наукову термінологію ще Л. Пас-

тер. У 1885 р. він одержав вакцину для профілактики сказу, хоча

і не виявив збудника цієї хвороби — до відкриття вірусів зали-

шалося ще 7 років. Він назвав гіпотетичного збудника вірусом

сказу, що в перекладі значить «отрута сказу».

Термін «вірус» застосовується для позначення будь-якої стадії

розвитку вірусу і позаклітинно розміщених інфекційних часток

та вірусу, який репродукується внутрішньоклітинно. Для позна-

чення окремої вірусної частки, за пропозицією А. Львова, засто-

совують термін віріон.

230

За хімічним складом віруси в принципі схожі з мікроорганіз-

мами, вони мають нуклеїнові кислоти, білки, деякі з них — та-

кож ліпіди і вуглеводи (табл. 12.1).

Віруси містять лише один тип нуклеїнової кислоти — ДНК

або РНК. Відповідно виділяють ДНК-геномні (ДНК-вмісні) і

РНК-геномні (РНК-вмісні) віруси. РНК-геном міститься у близько

80 % вірусів людини і тварин. У віріоні може міститися від 1 до

40 % нуклеїнової кислоти. До складу віріона звичайно входить

лише одна молекула нуклеїнової кислоти, нерідко замкнена в

кільце. Вірусні нуклеїнові кислоти за хімічним складом мало

відрізняються від нуклеїнових кислот еукаріот, вони побудовані

з тих самих нуклеотидів і мають принципово аналогічну струк-

туру.

Але існують і суттєві відмінності. Однією з них є так звана

інфекціозність (інфекційність) молекул нуклеїнових кислот вірусів

(як РНК, так і ДНК). Це означає, що якщо виділити з вірусу

(наприклад, вірусу поліомієліту) РНК без домішок білка і ввести

її в клітину, то буде розвиватися типова вірусна інфекція з утво-

ренням нових вірусних часток.

Таблиця 12.1. Хімічний склад деяких вірусів, %

Віруси Білок

Нуклеїнова кислота Вугле- Ліпі-

РНК ДНК

води ди

Тютюнової 94,4 5,6 0 0 0

мозаїки

Грипу А 60–70 0,8–1 0 12,5 23,4

Ящуру –40000

Поліомієліту 74 26 0 0 0

Саркоми Роуса – 10 0 4,5–15,7 39–57

Герпесу 70 0 6,5 22 0,6

Аденовіруси –03000

Вісповакцини 89 0 5,6 2,8 5,6

Папіломи 90 0 6,8 6,5 1,5

Фаги кишкової 52,4 0 44–50 11,7 +

палички

Примітка. - означає відсутність даних; 0 — відсутність компонен-

ту; + — компонент є, але кількість його точно не встановлена.

231

ДНК вірусів звичайно двониткова, але, на відміну від усіх

мікроорганізмів, віруси можуть містити однониткові ДНК (на-

приклад, парвовіруси). У цих вірусів віріони можуть містити плюс-

нитку ДНК або комплементарну їй мінус-нитку. Інфекційний про-

цес при зараженні цими вірусами виникає лише при проникненні

в клітину часток обох типів.

Структура вірусних РНК різноманітна. У вірусів знайдено

однониткові та двониткові, лінійні, кільцеві та фрагментовані

РНК.

Віруси, які містять однониткові РНК, поділяють на дві групи.

У вірусів першої групи геному властива функція інформаційної

РНК, тобто він може безпосередньо транслювати закодовану в

ньому інформацію на рибосомах. Такі РНК умовно позначають

знаком «плюс», вони можуть мати інфекційні властивості у без-

білковому стані. До плюс-ниткових вірусів належать, наприклад,

пікорнавіруси, тогавіруси, ретровіруси.

Друга група РНК-геномних вірусів містить однониткову РНК,

яка не виконує функції інформаційної РНК. У такому разі в інфіко-

ваній клітині має синтезуватися комплементарна копія цієї РНК

за допомогою особливого ферменту РНК-залежної РНК-поліме-

рази (транскриптази). У складі «мінус-ниткових» вірусів (віруси

з негативним геномом) обов’язковою є наявність власної РНК-

транскриптази, оскільки подібного ферменту в клітинах немає,

тому нуклеїнова кислота таких вірусів не може мати інфекцій-

них властивостей без наявності внутрішніх білків. До таких ві-

русів належать ортоміксовіруси, параміксовіруси, рабдовіруси,

буньявіруси. Ареновіруси містять обидва типи молекул РНК —

плюс- та мінус-ниткові.

Однониткові РНК звичайно є лінійними молекулами, але РНК-

фрагменти буньявірусів можуть мати кільцеву форму.

Геноми більшості вірусів гаплоїдні, але геном ретровірусів —

диплоїдний, тобто складається з двох ідентичних молекул РНК.

Кількість генів у РНК-геномних вірусів — 5–15 (наприклад, у

вірусу поліомієліту їх 5), великі ДНК-геномні віруси можуть мати

десятки генів. Геноми деяких вірусів фрагментовані (вірус гри-

пу).

У геномах, які містять двониткову ДНК, генетична інформа-

ція звичайно закодована на обох нитках. Це свідчить про макси-

мальну економію генетичного матеріалу вірусів, цих генетичних

паразитів. Велике значення має здатність ДНК вірусів утворю-

вати кільцеві форми. Така форма забезпечує стійкість ДНК до

232

дії клітинних нуклеаз. Кільцева форма є обов’язковою для про-

цесу інтеграції ДНК з клітинним геномом.

Кількість білків у складі вірусів — 50–90 %, вони мають анти-

генні властивості. Білки входять до складу оболонкових струк-

тур віріона. Існують внутрішні білки, зв’язані з нуклеїновою кис-

лотою. Деякі вірусні білки є ферментами, але це не ферменти,

які забезпечують обмін речовин вірусів. Вірусні ферменти бе-

руть участь у проникненні вірусу в клітину, виході вірусу з клітини,

деякі з них потрібні для реплікації вірусних нуклеїнових кислот.

Кінцеві С- і N-групи амінокислот вірусних поліпептидних лан-

цюгів замасковані, завдяки чому вони не піддаються дії протеаз

клітин хазяїна. Це є важливим еволюційно набутим захисним

пристосуванням вірусів, яке дозволяє їм бути облігатними внут-

рішньоклітинними паразитами.

Ліпідів у складі віріонів може бути від 0 до 50 %, вуглеводів —

0–22 %. Ліпіди і вуглеводи входять до складу вторинної оболон-

ки складних вірусів і не є вірусоспецифічними. Вони запозичу-

ються вірусом у клітини і тому є клітинними.

Кардинальною відмінністю хімічного складу вірусів є на-

явність лише одного типу нуклеїнової кислоти — ДНК або РНК.

Ультраструктура вірусів — це будова віріонів. Розміри віріонів

різноманітні і вимірюються в нанометрах (1 нм дорівнює тисячній

частці мікрометра). Найдрібніші типові віруси (вірус поліомієлі-

ту) мають у діаметрі близько 20 нм, найбільші (вірус натуральної

віспи) — 200–250 нм. Розміри середніх вірусів — 60–120 нм. Дрібні

віруси можна побачити лише в електронному мікроскопі, великі

перебувають на межі роздільної здатності світлового мікроскопа

і видимі в темному полі зору або при спеціальному забарвленні,

яке збільшує розміри часток. Окремі вірусні частки, які можна

розрізнити у світловому мікроскопі, звичайно називаються еле-

ментарними тільцями Пашена — Морозова. Е. Пашен відкрив

вірус натуральної віспи при спеціальному забарвленні, а М. А.

Морозов запропонував метод сріблення, який дозволив побачити

у світловому мікроскопі навіть віруси середніх розмірів.

Форма віріонів може бути різною — сферичною, кубічною,

паличкоподібною, сперматозоїдоподібною.

Структура віріонів розрізняється у простих і складних вірусів

(рис. 12.1). Кожний віріон складається з нуклеїнової кислоти, яка

у вірусів складає нуклеон, який часто, особливо у складних

вірусів, називають також нуклеоїд (порівняйте: нуклеус — у еука-

ріот, нуклеоїд — у прокаріот). Нуклеїнова кислота обов’язково

233

зв’язана з первинною білковою

оболонкою — капсидом (лат.

capsa — вмістилище), який

складається із білкових капсо-

мерів. Капсомери — це видимі

в електронний мікроскоп утво-

рення з однієї або кількох білко-

вих молекул. У результаті

об’єднання нуклеїнової кислоти

з капсомерами утворюється

нуклеопротеїд (нуклеокапсид).

Прості віруси складаються лише з нуклеокапсиду (віруси по-

ліомієліту, вірус мозаїчної хвороби тютюну). Складні віруси ма-

ють ще вторинну оболонку — суперкапсид, який містить, окрім

білків, ліпіди і вуглеводи.

Об’єднання структурних елементів у віріоні може бути різним.

Виділяють три типи симетрії вірусів — спіральний, кубічний,

змішаний. Вірусні частинки симетричні відносно осі.

При спіральному типі симетрії окремі капсомери, які можна

розрізнити в електронному мікроскопі, розміщуються за ходом

спіралі нуклеїнової кислоти так, що її нитка проходить між дво-

ма капсомерами, які охоплюють її з усіх боків. У результаті ут-

ворюється паличкоподібна структура (наприклад, у вірусу тю-

тюнової мозаїки) (рис. 12.2). Але не обов’язково віруси зі спіраль-

ним типом симетрії повинні бути паличкоподібними. Наприк-

лад, вірус грипу, хоча і має спіральний тип симетрії, але його

нуклеокапсид скручується певним чином і вкривається супер-

капсидом. У результаті віріони грипу мають, як правило, сфе-

ричну форму.

При кубічному типі симетрії нуклеїнова кислота скручується

певним чином у центрі віріона, а капсомери вкривають нуклеї-

нову кислоту ззовні, утворюючи об’ємну геометричну фігуру. Най-

частіше утворюється фігура багатогранника ікосаедра (рис.

12.2). Таку форму мають, наприклад, віруси поліомієліту. В

профіль віріон має форму шестикутника. Більш складну форму

має аденовірус, також кубічного типу симетрії. Від вершин ба-

гатогранника відходять довгі нитки — фібри, які закінчуються

потовщенням.

При змішаному типі симетрії (наприклад, у бактеріофагів)

голівка з кубічним типом симетрії має форму ікосаедра, а відро-

сток містить спірально закручену скоротливу фібрилу.

Рис. 12.1. Схема віріона

НУКЛЕОКАПСИД

СУПЕРКАПСИД

простий

вірус

складний

вірус

ВІРІОН

нуклеон

нуклеїнова

кислота

капсид

капсомери

234

Деякі віруси мають більш складну будову. Наприклад, вірус

натуральної віспи містить значних розмірів нуклеокапсид зі

спіральним типом симетрії, а суперкапсид упорядкований склад-

но, в ньому міститься система трубчастих структур.

На рисунку 12.3 наведено приклади розмірів та форми основ-

них груп вірусів.

Таким чином, віруси мають досить складну будову. Але ми

повинні відмітити, що віруси не мають клітинної організації. Віруси

— неклітинні істоти, і це є однією з кардинальних відмінностей

від решти організмів.

Декілька слів про резистентність вірусів. Більшість вірусів інак-

тивується при 56–60 °С протягом 5–30 хв. Віруси добре перено-

Капсид

Нуклеїнова кислота

Нуклеокапсид

(нуклеопротеїд)

Суперкапсид

аб

вг

Рис. 12.2. Схема структури вірусів зі

спіральним (а, б, в) та кубічним (г, д) типом

симетрії

235

сять охолодження, при кімнатній температурі більшість із них

швидко інактивується. Віруси стійкіші, ніж бактерії, до ультра-

фіолетового опромінення та іонізуючої радіації. Віруси стійкі до

Рис. 12.3. Форма та відносні розміри основних груп вірусів

236

гліцерину, на них зовсім не діють антибіотики. Із дезінфікуючих

речовин найефективнішим є 5%-й лізол, більшість вірусів гине в

ньому протягом 1–5 хв.

4. РЕПРОДУКЦІЯ ВІРУСІВ

Звичайно не вживають термін розмноження вірусів, а говорять

репродукція (реплікація), відтворення вірусів, оскільки спосіб роз-

множення вірусів кардинально відрізняється від способу роз-

множення всіх інших організмів.

Механізм репродукції вірусів наведено в табл. 12.2.

Перший, підготовчий період починається етапом адсорбції віру-

су на клітині. Процес адсорбції здійснюється за рахунок компле-

ментарної взаємодії білків вірусу, що прикріплюються до клітин-

них рецепторів. Природа клітинних рецепторів може бути глікоп-

ротеїдною, гліколіпідною, протеїновою або ліпідною. Для кож-

ного вірусу необхідні певні клітинні рецептори.

Вірусні прикріпні білки, які розміщуються на поверхні кап-

сиду або суперкапсиду, виконують функцію вірусних рецеп-

торів.

Взаємодія вірусу і клітини розпочинається з неспецифічної

адсорбції віріона на клітинній мембрані, а потім відбувається

Таблиця 12.2. Етапи репродукції вірусів

Середній

(латентний)

період

1. Транскрипція вірусно-

го геному (синтез інфор-

маційної РНК

2. Трансляція (синтез

вірусоспецифічних фер-

ментів і вірусних струк-

турних білків)

3. Реплікація вірусного

геному (синтез вірусних

нуклеїнових кислот)

Кінцевий

(заключний)

період

1. Складання

віріонів

2. Вихід вірусу із

клітини

Початковий

(підготовчий)

період

1. Адсорбція віру-

су на клітині

2. Проникнення

вірусу в клітину

3. Депротеїнізація

вірусної нуклеїно-

вої кислоти

237

Клітинна мембрана

Вакуоля

Лізосома

Визволення

нуклеокапсиду

Вірусна оболонка, інтегрована

у мембрану клітини-хазяїна

Вірусна оболонка

зливається з клітинною

мембраною

Віріон

Нуклеокапсид

Вірусна оболонка

Клітинна мембрана

Рис. 12.4. Схема проникнення вірусів у клітину:

а — шляхом віропексису; б — шляхом злиття оболонок

238

специфічна взаємодія вірусних і клітинних рецепторів за прин-

ципом комплементарності. Тому процес адсорбції вірусу на

клітині є специфічним. Якщо в організмі немає клітин з рецепто-

рами до певного вірусу, але інфекція цим видом вірусу в такому

організмі неможлива, має місце видова резистентність. З іншого

боку, якби вдалося блокувати цей перший етап взаємодії вірусу

з клітиною, то можна було б запобігати розвитку вірусної інфекції

на самому ранньому етапі.

Другий етап — проникнення вірусу в клітину — може відбува-

тися двома основними шляхами. Перший (віропексис) дуже на-

гадує фагоцитоз і є варіантом рецепторного ендоцитозу (рис.

12.4). Вірусна частка адсорбується на клітинній мембрані, вна-

слідок взаємодії рецепторів змінюється стан мембрани, вона інва-

гінується, ніби обтікає вірусну частку. Утворюється вакуоля,

відмежована клітинною мембраною, в центрі якої розміщується

вірусна частка.

При проникненні вірусу шляхом злиття мембран відбувається

взаємне проникнення елементів оболонки вірусу і клітинної мем-

брани. В результаті «серцевина» віріона опиняється у цитоплазмі

зараженої клітини. Цей процес відбувається досить швидко, тому

його важко зареєструвати на електронограмах.

Депротеїнізація — звільнення вірусного геному від суперкап-

сиду і капсиду («роздягання» віріонів).

Звільнення від оболонок розпочинається нерідко одразу ж

після прикріплення віріона до клітинних рецепторів і триває вже

всередині цитоплазми клітини. У цьому беруть участь лізосо-

мальні ферменти. У будь-якому випадку для здійснення подаль-

шої репродукції необхідна депротеїнізація вірусної нуклеїнової

кислоти, оскільки без цього вірусний геном не може індукувати

відтворення нових віріонів у зараженій клітині.

Середній період репродукції називають латентним (прихованим),

оскільки після депротеїнізації вірус ніби «зникає» із клітини, його

неможливо виявити на електронограмах. У цьому періоді наявність

вірусу виявляється лише за зміною метаболізму клітини-хазяїна.

Клітина перебудовується під впливом вірусного геному на біосин-

тез компонентів віріона — його нуклеїнової кислоти і білків.

Перший етап середнього періоду, транскрипція вірусних нук-

леїнових кислот, переписування генетичної інформації шляхом

синтезу інформаційної РНК — необхідний процес для започат-

кування синтезу вірусних компонентів, відбувається по-різному

залежно від типу нуклеїнової кислоти.