АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Адсорбція

У основі адсорбції лежать два механізми:

1) неспецифічний, оборотний - віріони утримуються на поверхні клітини за допомогою електростатичних і ван-дер-ваальсових сил;

2) специфічний, в основі якого лежить взаємодія специфічних рецепторів вірусу з відповідними рецепторами клітини.

Клітинні рецептори різні для різних груп вірусів. Рецепторними функціями для ряду вірусів володіють глікопротеїди клітинних плазматичних мембран і суттєвим компонентом в них є вуглеводи. Рецептором для вірусів грипу є гли-копротеїд, що містить нейрамінову кислоту. Рецепторні функції мають також клітинні ліпіди. Клітина може бути заражена вірусом і у тому випадку, коли у неї відсутні специфічні вірусні рецептори (шляхом обробки клітини інфекційними вірусними нуклеїновими кислотами, наприклад, РНК вірусу поліомієліту; зараження вірусами клітинних протопластів; використанні "гібридних" вірусних часток, що містять нуклеїнову кислоту одного вірусу, а білкову оболонку (тобто рецептори) іншого.

Рецептори служать не лише для прикріплення вірусів до клітинної поверхні, але і для їх подальшого транспортування усередину клітини. Вірусні рецептори можуть бути унікальними органелами, які можна побачити в електронному мікроскопі (хвостові структури у Т-фагів (рис. 11), грибоподібні вирости оболонки вірусу імунодефіциту людини) або морфологічно менш виражені структури, що складаються з глікопротеїдів на поверхні вірусних оболонок (гемаглютинін у ортоміксовірусів). Рецепторні ділянки зазвичай розташовуються на дні поглиблень і щілин на поверхні віріона, що таким чином захищає їх від блокуючої дії специфічних противірусних антитіл, діаметр яких більше діаметру щілини.

 

Рис. 18. Адсорбція бактеріофага Т4 на клітинній стінці кишкової палички

 

На ефективність адсорбції вірусу на клітинній мембрані впливає концентрація вірусів, температура і стан клітини, наявність в середовищі електролітів (катіонів) і вільних амінокислот - кофакторів адсорбції, тканинна специфічність (рис. 18, 19).

 

Рис. 19. Адсорбція вірусів поліоми на мембрані чутливої клітини. Електронна мікроскопія. Комп'ютерна реконструкція.

Зазвичай тваринна клітина містить близько 500000 рецепторів і на клітині можуть сорбуватись безліч віріонів. Проте, як правило, клітина стійка до повторного зараження вірусом того ж типу.

Проникнення вірусу в клітину відбувається услід за адсорбцією і включає "роздягання", тобто депротеїнезацію віріонів і зміну структури їх нуклеопротеїду. Проникнення віріона в клітину здійснюється у відповідність з тим же механізмом, що і проникнення в клітину позаклітинних поживних речовин, деяких гормонів, ростових факторів та ін., тобто шляхом рецепторного ендоцитоза. Механізм цього явища полягає в тому, що після прикріплення вірусів до клітинних рецепторів утворюються ендоцитарні вакуолі, які, зливаючись з іншими внутрішньоклітинними вакуолями, формують рецептосому - велику вакуоль з коротким періодом життя, що містить, пов'язану з рецепторами вірусну частку.

 

Рис. 20. Адсорбція віріонів вірусу вісповакцини на поверхні культури клітин нирки зеленої мавпи (х24000).

 

У рецептосомі відбувається взаємодія поверхневих білків віріонів з ліпідами стінки вакуолі, що призводить до злиття ліпопротеїнової оболонки (пеплоса) оболонкових вірусів з плазмолемою і виходу внутрішнього компонента вірусів в цитоплазму. Цей механізм проникнення в клітину є універсальним як для багатьох оболонкових, так і для без оболонкових вірусів, що належать до різних таксономічних груп.

А Б

Рис. 21. Послідовні етапи проникнення вірусу в клітини тварин і його "роздягання". А. Проникнення при частковому злитті оболонки вірусу і клітинної мембрани; Б. Проникнення вірусу з формуванням ендоцитозної вакуолі.

 

Взаємодія вірусної і клітинної мембран відбувається в більшості випадків при низьких (5,0 - 5,5) значеннях рН, що необхідно для придбання білками злиття необхідної конформації.

Проникнення вірусів може здійснюватися через злиття мембран вірусу і клітини. Злиття обумовлене наявністю відповідних вірусних глікопротеїнів, внаслідок чого внутрішні структури вірусів опиняються в цитоплазмі заражених клітин, а вірусні оболонки - на поверхні клітин.

Інший шлях проникнення реалізується у випадку бактерій і вірусів бактерій - бактеріофагів. Цей шлях - проникнення в клітину тільки нуклеїнової кислоти, добре вивчений на моделях Т-парних (Т-2, Т-4 і так далі) фагів кишкової палички. Фагова ДНК потрапляє в клітину в результаті скорочення білкового чохла відростка вірусу (рис. 16), чому передує адсорбція віруса на клітинній стінці бактерії активація вірус-кодованого ферменту - лізоциму і часткове руйнування ним полісахаридного комплексу (рис. 22а, 22б).

 

1 2 3 4

Рис. 22а. Послідовні етапи інфікування бактеріальної клітини бактеріофагом групи Т-фагів кишкової палички

1. Адсорбція вірусу на клітинній поверхні;

2. Часткове руйнування полісахаридного комплексу клітинної стінки лізоцимом фага;

3. Введення білкової "голки" фага через мембрану клітини;

4. Інфікування клітини фаговою ДНК

 

Роздягання. Для придбання інфекційної активності вірусна частка повинна лишитися ліпопротеїдної оболонки і частково - білків капсиду. Роздягання вірусу - багатоетапний процес, причому у деяких вірусів останні етапи роздягання проходять в ядрі інфікованої клітини.

 

Рис. 22б. Проникнення ДНК фага Т2 в бактерію кишкової палички після адсорбції вірусу.

 

 

Пізні стадії. Інформація, записана у вірусному геномі, реалізується шляхом перемикання клітини на синтез вірусспецифічних молекул, що здійснюється двома способами:

1) синтезом коротких інформаційних РНК для індивідуальних білків (віруси герпесу, віспи, ВІЛ та ін.);

2) використанням вірусом власних геномів як інформаційних РНК з послідуючою трансляцією гігантських поліпептидів - попередників функціонально активних білків віруси поліомієлиту, гепатиту та ін.).

Перший спосіб характерний для вірусів ДНК-вмісних, а також для РНК- вмісних вірусів з негативним геномом і вірусів з фрагментованим геномом, у яких кожен фрагмент є окремим геном.

Другий спосіб - для РНК- вмісних вірусів з позитивним геномом.

У першому випадку інфекційний цикл в зараженій клітині починається з утворення іРНК, а в другому випадку - з синтезу білку. Поліпептид, що утворюється, - посередник розрізає клітинними і вірус-специфічними протеазами на функціонально активні. Треба вказати на те, що нарізання одного-двух білків-попередників або видалення невеликої ділянки поліпептиду відзначається при репродукції практично усіх вірусів і є необхідним для придбання ними інфекційної активності (цей процес називається протеолітичною активацією). У оболонкових РНК- вмісних вірусів нарізаються зазвичай поверхневі білки – глікопротеїди, що беруть участь в проникненні в клітину, тому протеолітична активація пов'язана із здатністю вірусу проникати в клітину.

Важливою особливістю розмноження вірусів є те, що компоненти вірусу синтезуються в клітині окремо і лише потім з'єднуються в зрілу вірусну частку (диз’юктивний спосіб розмноження). Синтез вірусних нуклеїнових кислот і вірусних білків може відбуватися не одночасно і в різних частинах клітини.

Передусім, після інфікування клітини вірусом настає різке пригнічення синтезу клітинних нуклеїнових кислот і білку. Подальші етапи пов'язані з процесами транскрипції і трансляції вірусної нуклеїнової кислоти.

 

Транскрипція.

Експресія вірусних геномів регулюється на рівні транскрипції, що призводить до утворення інформаційних РНК. Транскрипція вирусспецифічної інформації відбувається як за допомогою клітинних (більшість вірусів ДНК- вмісних), так і за допомогою вірусних ферментів-транскриптаз (віруси віспи, гепатиту В, грипу). Транскрипція РНК- вмісних вірусів здійснюється за участю транскриптаз, що кодуються вірусним геномом, які можуть бути як структурними, так і неструктурними білками. Наступна особливість полягає в тому, що синтетичний апарат еукаріотичних клітин не пристосований для трансляції поліцистронних іРНК.

Віруси обходять цю перешкоду або шляхом синтезу іРНК, що включає декілька генів і що кодує великий "поліпротеїн", який потім розрізає на індивідуальні білки, або шляхом розподілу генетичної інформації по фрагментах генома, кожен з яких є окремим геном і транскрибується в окрему іРНК.

У ДНК- вмісних вірусів іРНК синтезується в певній послідовності: спочатку транскрибуються надранні гени, потім ранні (ферменти, регулювальники - неструктурні білки), проміжні, і в останню чергу - пізні. Ферменти реплікації кодуються ранніми генами, структурні білки - пізніми.

У паповавірусів ранні і пізні гени транскрибуються в різних напрямах на різних нитках кільцевої дволанцюжкової ДНК. Багато генів під час транскрипції перекривають один одного. Деякі ділянки ДНК прочитуються в різних рамках зчитування, внаслідок чого можуть утворитися два різні білкові продукти. Ці особливості транскрипції сприяють значній економії генетичного матеріалу і збільшенню місткості генетичної інформації вірусу.

Для багатьох ДНК вірусів характерний синтез білков-трансактиваторів, що включають транскрипцію і стимулюють експресію генів. Характерною особливістю вірусних трансактиваторів є відсутність специфічності: вони здатні активувати як експресію генів інших вірусів, так і генів клітин еукаріот.

Одним із способів регуляції транскрипції є фосфорилювання і дефосфорилювання білків, що впливає на зв'язування білків з нуклеїновою кислотою.

Механізм реплікації забезпечує відтворення дочірніх вірусних геномів, які є точною копією материнських. Механізм реплікації у різних вірусів неоднаковий. У вірусів ДНК- вмісних в реплікації бере участь клітинна ДНК-полімераза.

Реплікація кільцевих двонитчастих ДНК починається з однієї точки і йде одночасно в обох напрямах з однаковою швидкістю. Як і у разі реплікації клітинної ДНК відбувається переривчастий синтез ініціаторів (приманок) - коротких ділянок РНК (РНК-праймерів) і коротких фрагментів ДНК (фрагменти Оказакі), які потім ковалентно зв'язуються в зростаючий ланцюжок. При утворенні лінійної дволанцюжкової ДНК (аденовіруси) вони синтезуються з обох кінців в напрямі від 5¢- до 3¢-кінця, використовуючи вірусспецифічну ДНК-полімеразу.

Реплікація вірусних РНК-геномів відбувається тільки за участю вірусспецифічних РНК-полімераз (тобто ферментів, синтез яких кодується вірусним геномом) і має потребу в утворенні антигенома - повнорозмірної дзеркальної копії комплементу вірусного генома:

РНК _{вірусна} Þ РНК _{копія (антигеном)} Þ РНК _{вірусна (дочірня)}

_¯ ­ _¯

поліпротеїд ­_{РНК-поліимераза ¯}

_{¯¯¯¯¯(процесинг) ®}

_¯ Самозбирання

_{структурні} віруса

_{білки ®........... ®............ ®............­}

Одночасно на одній РНК матриці функціонує декілька репликаз і утворена структура називається реплікативним попередником. Приманкою для реплікації у пікорна- і калицивірусів є білок генома VРg, ковалентно пов'язаний з РНК(-) і РНК(+).

Незначна маса вірусної нуклеїнової кислоти (106-107D) призводить до того, що місткості вірусної нуклеїнової кислоти недостатньо для запису інформації про синтез усіх необхідних при циклі вірусної реплікації білків. З цією метою віруси використовують ферментний апарат клітини-хазяїна, а у ряді випадків удаються до допомоги і інших вірусів.

Наприклад, РНК вірусу-сателіта некрозу тютюну складається тільки з 1200 нуклеотидів, а кодована цією РНК білкова субодиниця включає 400 амінокислотних залишків. Очевидно, що ні для якої іншої інформації в геномі цього вірусу не вистачає місця. Тому вірус-сателліт некрозу тютюну здатний розмножуватися тільки в тих клітинах, які одночасно заражені вірусом некрозу тютюну.

Цікавим прикладом вірусів сателітів людини служить вірус гепатиту D, який репликується в гепатоцитах тільки у присутності вірусу сироваткового гепатиту В і використовує як капсид зовнішню білкову оболонку вірусу гепатиту В. Спільне розмноження вірусів гепатиту двох типів обумовлює особливо важку інфекцію з високою вірогідністю переходу в цироз печінки і в гепатокарциному.

Трансляція. Термін трансляція означає переведення генетичної інформації з матричної (інформаційної) РНК в послідовність амінокислотних залишків в білковому поліпептидному ланцюгу. Молекула іРНК через “шапочку" (кеп), розташовану на 5¢-кінці іРНК, зв'язується з малою рибосомальною субодиницею, яка рухається вздовж молекули РНК. По досягненні першого ініціюючого кодону АУГ з нею зв'язується велика рибосомальна субодиниця з транспортної РНК, і потім починається синтез білків. Трансляція триває доти, поки на рибосомі не з'явиться термінуючий кодон. Вірусні білки синтезуються на рибосомах, пов'язаних з клітинними мембранами; глікозування білків здійснюється клітинними ферментами і відбувається одночасно з синтезом поліпептиду. Синтезовані вірусні білки мігрують в різні ділянки клітини, наприклад в ядро, у випадку інфекції, обумовленої ядерними вірусами. Багато які вірусні білки модифікуються (глікозуються, ацетилюються, фосфорилюються, протеолітично нарізаються і т.д.) як в процесі трансляції, так і після неї.

Формування зрілих вірусних часток і вихід їх з клітини. Внаслідок синтезу вірусних білків і нуклеїнових кислот в клітині накопичується достатня їх кількість, і створюються умови для формування зрілих вірусних часток.

Найбільш простий механізм дозрівання віріонів у вірусів із спіральною симетрією, і вони утримують тільки один тип білків і нуклеїнову кислоту. Класичним представником таких вірусів вважається вірус тютюнової мозаїки (ВТМ). У ВТМ формування зрілої вірусної частки здійснюється шляхом самозбирання, тобто спонтанного об'єднання молекул в більш великі агрегати, в основі якого лежить специфічна взаємодія молекул білків і нуклеїнових кислот.

У зв'язку з різноманіттям структури вірусів різноманітними є і способи формування віріонів. У складних вірусів спочатку формуються нуклеокапсид і серцевина, які потім взаємодіють з білками вірусних оболонок. Процес формування зрілих вірусних часток у складно влаштованих вірусів можна розглянути на прикладі Т-парних фагів кишкової палички. Морфогенез Т-парних фагів здійснюється через ряд послідовних стадій. При цьому три основних компоненти фагу - головка, відросток і фібрили (рис. 23) утворюються незалежно один від одного. У складних вірусів кожен подальший етап збирання віріону ініціюється завершенням попереднього етапу.

У складних вірусів людини і тварин спочатку формується нуклеокапсид і серцевина, які потім взаємодіють з білками вірусних оболонок. Більшість оболонкових вірусів здобуває свої оболонки в ході відбруньковування через плазмолему або мембрану цитоплазматичної вакуолі. Таким чином, поліпротеїдна оболонка більшості вірусів є фрагментом плазмолеми клітини-господаря і за складом ліпідів дуже близька до неї. Виключенням є віруси віспи і гепатиту В, які невідбруньковуються, а здобувають свої зовнішні поліпротеідні оболонки іншим способом.

Рис. 23. Схематичне зображення віріону фага

Т4

1 - головка з ДНК-геномом; 2 - комірець; 3 - нескорочений чохол відростка, що складається з 24 витків довгої білкової молекули; 4 - базальна пластинка зі шпичками, які взаємодіють з оболонкою бактеріальної клітини; 5 - фібрили (нитки відростка фагу).

1. Утворюється головка фагу, що складається більш ніж з 10 типів білків і заповнюється довгою ниткою ДНК. Можливо, в цьому процесі беруть участь поліаміни (путресцин і спермідин), що входять до складу головки зрілого вірусу.

2. Затравкою для формування фагового відростка слугує базальна пластинка, побудована з 15 типів білків.

3. Після завершення збирання головки і відростка вони об'єднуються.

4. Нитки відростка, що складаються з продуктів 4 генів, збираються незалежно від інших вірусних структур, але прикріплюються вони до базальної пластинки тільки після прикріплення головки і відростка.

Лімітуючим фактором в збиранні вірусної частки є матриксний білок - гідрофобний білок, здатний до взаємодії як з білками вірусних оболонок, так і з ліпідами клітинної мембрани. Відразу ж після свого синтезу матриксний білок вбудовується в плазмолему з внутрішнього, цитоплазматичного боку ліпідного шару. Включення матриксного білка до плазмолеми є сигналом до збирання вірусної частки.

Синтез матриксного білка має значні відмінності в клітинах різного походження і завдяки його лімітуючій ролі в збиранні вірусної частки, він є критичним фактором, що визначає тип інфекції.

Незначна продукція матриксного білка призводить до формування абортивних інфекцій, що характеризуються відсутністю або незначною кількістю інфекційного потомства, і персистуючих інфекцій, при яких вірусспецифічні компоненти накопичуються в клітині і переходять до дочірніх клітин. Матриксний білок виявлено у вірусів грипу, сказу, ретровірусів.

Вихід вірусів з клітини здійснюється шляхом відбруньковування і шляхом “вибуху”, при якому прості і безоболонкові віруси тварин і бактеріофаги виходять у позаклітинний простір після руйнування клітин. У руйнуванні бактерій під впливом фагів (рис. 23) бере участь фермент лізоцим, що розщеплює бактеріальні пептидоглікани.

Віруси рослин і деякі віруси людини і тварин (віруси герпесу, респіраторно-синцитіальні віруси) можуть проникати в незаражену клітину з інфікованої через плазмодесми.

Починаючи від моменту адсорбції на клітинній мембрані цикл розмноження вірусів займає від 20 - 40 хвилин (віруси бактерій) до 40-60 годин (віруси людини і тварин). Така велика різниця у часі, необхідному для вірусної репродукції, можливо пов'язана з відмінністю мікроорганізмів і клітин еукаріот і з різницею у відстані, яку повинні долати до моменту самозбирання складові елементи вірусів.

Якщо вірус передається від одного покоління клітин до іншого в ході клітинного поділу, латентний вірусний геном називається провірусом або, у разі вірусів бактерій, профагом, а клітини, які несуть такий профаг - лізогенними клітинами. Присутність геному вірусу в лізогенній культурі можна виявити при спонтанному вивільненні вірусу з клітинної популяції. У лізогенних клітинах не транскрибується жоден з вірусних генів, необхідних для вірусної інфекції. У експериментальних лізогенних культурах виявляється дуже невелика кількість вірусної іРНК, більша частина котрої синтезується на опероні, до складу якого входить ген, кодуючий синтез білків, що репресують транскрипцію решти вірусного геному. Інактивація репресора за допомогою опромінення ультрафіолетовими променями або обробки різними хімічними речовинами індукує розмноження вірусу.

Рис. 24. Частково лізована клітина Escherichia coli В, до поверхні якої приєднані віріони фагу Т4.

Явище лізогенії є одним з механізмів формування латентних вірусних інфекцій і лежить в основі перетворення нормальної клітки в пухлинну. Інтеграція вірусного геному в геном клітини і його подальше виключення зі складу клітинного геному створює умови для захоплення і перенесення (явище трансдукції) в нову клітину частини генетичного апарату клітину-господаря з інформацією, що не має безпосереднього відношення до життєвого циклу вірусу (явище конверсії). У ході конверсії, наприклад, бактерії роду Salmonella здобувають нові полісахаридні антигени в складі клітинної оболонки, а здатність збудників дифтерії (бактерій Corinebacterium diphtheriae) продукувати токсин залежить від бактеріофагу, що знаходиться в бактеріальній клітині в стані профагу.

Дата добавления: 2014-12-11 | Просмотры: 2114 | Нарушение авторских прав