АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Биологический факультет

Министерство образования и науки Украины

Харьковский национальный университет имени В.Н.Каразина

Биологический факультет

Курсовая работа

С дисциплины «Вирусология»

на тему: «Мимивирус и мегавирус - открытие, структура, механизмы репликации.».

Выполнила: студентка 2 курса,

гр.БФ-21, Збарская Диана

Проверил: Кандидат биологических наук

Шамрай С. Н.

Харьков-2014

План:

1. Введение

2. Открытие и систематическое положение мимивирусов

3. Структура геном и репликация мимивируса

4. Открытие мегавируса

5. Структура мегавируса

6. Сравнение мимивируса и мегавируса

7. Вывод

8. Список используемой литературы

Введение:

Современная вирусология – фундаментальная научная дисциплина. Объектом изучения, которой являются вирусы – ультрамикроскопические организмы, обладающие только одним типом нуклеиновой кислоты, лишенные собственных систем синтеза белка и мобилизации энергии и являвшиеся абсолютными внутриклеточными паразитами.

Вирусы отличаются от всех остальных существ, обладающих генетической информацией в форме нуклеиновых кислот, тем, что не могут самостоятельно размножаться – для воспроизведения они используют гены и белоксинтезирующий аппарат своих жертв. Вирусы поселяются в клетках и заставляют их работать на собственные нужды – вместо того, чтобы производить необходимые для нормальной жизнедеятельности белки, клетка начинает синтезировать белки вируса. Постепенно зараженная клетка полностью заполняется вирусными частицами, в какой-то момент ее оболочка разрывается, и “новорожденные” выходят наружу.

До начала нового тысячелетия считалось, что все вирусы отличаются весьма скромными размерами. Это казалось естественным следствием генетического аскетизма - так как вирусы не занимаются никакой активной жизнедеятельностью, а только ищут новые жертвы и воспроизводят сами себя, им не нужно “носить с собой” множество генов и белков. Диаметр в несколько десятков, в крайнем случае, в пару сотен нанометров, конечно, не считался определяющим признаком вирусов, но уж точно был их обязательной чертой. Но в 2003 году группа ученых описала нечто, по всем признакам напоминавшее вирус, но бывшее в несколько раз больше, чем надо. Странную находку назвали мимивирусом. И в апреле 2010 году открыли мегавирус.

Открытие и систематическое положение мимивирусов:

Рис.1. Мимивирус

бактерию» (mimivirus — «microbe - mimicking virus»). Данный вирус отличается наибольшим диаметром капсида из всех известных вирусов, а также, по сравнению с другими вирусами, более объёмным (более 1,2 миллионов п.н.) и сложно структурированным геномом. В свете нехватки точных данных о природе данного вируса, его открытие вызвало большой интерес в научных кругах. (Рис.1.) Было высказано предположение, что мимивирус представляет собой недостающее звено между вирусами и бактериями. Более радикальное мнение говорит о том, что мимивирус представляет собой принципиально новую форму жизни, не относящуюся к вирусам или бактериям.

APMV был случайно найден в 1992 году в амёбе Acanthamoeba polyphaga, в честь которой он и был назван, во время исследования легионеллёза. Вирус был обнаружен в препарате, окрашенном по Граму, и вследствие этого был ошибочно принят за грамположительную бактерию. Организм был назван «Bradfordcoccus» в честь района, в котором была найдена амёба (Бредфорд, Англия). В 2003 году исследователи из Université de la Méditerranée(Марсель, Франция) опубликовали статью в журнале «Science», в которой опознали

Существует гипотеза, что мимивирус может вызывать у людей некоторые

Рис. 2 Иридовирус

формы пневмонии. До сих пор были найдены лишь косвенные свидетельства в пользу этой гипотезы в виде антител к вирусу, обнаруженных у пациентов, страдающих пневмонией. Участие мимивируса в патологии человека пока не установлено выдвинули гипотезу, что APMV способен реплицироваться в альвеолярных макрофагах млекопитающих и вызывать у них пневмонии.

Мимивирус не был до сих пор помещён Международным комитетом по таксономии вирусов в какое-либо семейство, но, на основании данных полученных при исследовании метагенома, предполагается существование дополнительных членов семейства Mimiviridae. По классификации по Балтимору мимивирус был отнесён к группе I. По этой классификации мимивирус входит в группу вирусов, содержащих двуцепочечную ДНК и не имеющие РНК-стадии. В эту группу входят такие семейства вирусов как иридовирусы (Рис.2), поксвирусы (Рис.3), и другие. Он занимает положение между Poxviridae (к этому таксону относится возбудитель натуральной оспы),

Рис.3. Поксвирус

Iridoviridae (к ним относятся вирус африканской лихорадки свиней — African swine fever; и многие вирусы земноводных, рыб и насекомых) и Phycodnaviridae. Все эти вирусы отличаются крупными размерами, схожими молекулярными характеристиками и сложными геномами.

Структура геном и репликация мимивируса:

Геном мимивируса состоит из линейной молекулы ДНК, содержащей около 1 185 000 пар оснований. Это крупнейший геном среди всех известных науке вирусов, он в два раза длиннее, чем следующий по размеру геном миовируса Bacillus phage G. Кроме того, мимивирус обладает бо́льшим объёмом генетической информации, чем как минимум 30 организмов, имеющих клеточное строение. (Рис.4)

Рис.4. Геном мимивируса

Вдобавок к уникальному для вирусов размеру генома, мимивирус обладает примерно 911 генами, кодирующими белок, что гораздо больше 4 необходимых каждому вирусу генов. Анализ генома показал наличие генов, не присутствующих ни у каких других вирусов, в частности, кодирующих аминоацил-тРНК синтазу и других, обнаруженных только у организмов с клеточным строением. Как и другие большие ДНК-содержащие вирусы, мимивирус содержит набор генов для кодирования ферментов углеводного, липидного и аминокислотного метаболизма, однако среди них есть и такие, которые не найдены у других вирусов (M. Suzan-Monti, 2006).

Примерно 10 % генома приходится на некодирующие участки ДНК.

Гипотетически представители группы крупных ядерно-цитоплазматических ДНК-содержащих вирусов (поксвирусы, иридовирусы, фикоднавирусы (Рис.5)) ведут свое начало от более сложных (возможно клеточных) форм, таких как современные микоплазмы и риккетсии. В пользу этой гипотезы говорит наличие в геноме крупных ДНК-содержащих вирусов большого количества «избыточных» генов, не необходимых для размножения и функционально дублирующих хозяйские. Считается, что эти гены являются

Рис.5. Фикоднавирус

своего рода «реликтом», оставшимся от периода «самостоятельности». Многие из вирусных генов не имеют гомологов в геномах клеточных организмов, что указывает на эволюционную обособленность их гипотетического предка от архей, прокариот и эукариот, теоретически позволяющую выделить их в четвертый домен живого.

Кроме того, геном мимивируса кодирует значительное количество белков, напоминающих эукариотические и бактериальные. По-видимому, эти гены были приобретены мимивирусом вторично и происходят из геномов хозяев вируса и их паразитов.

Еще одним интересным свойством генома мимивируса оказалось наличие большого количества гомологичных копий одних и тех же генов. По-видимому, некоторые гены предка мимивируса подверглись дупликации, а затем эволюционировали независимо друг от друга. Это наблюдение позволили некоторым ученым предположить, что экстраординарные размеры генома мимивируса объясняются не столько его близостью к гипотетическому предку, сколько особенностями занимаемой им экологической ниши, накладывающей меньшие ограничения на размеры генома.

Стадии репликации мимивируса всё ещё слабо изучены. Известно, что мимивирус присоединяется к рецепторам на поверхности клеток амёбы и попадает внутрь клетки. Внутри вирус распадается, а инфицированная клетка продолжает нормальную жизнедеятельность. Примерно через 4 часа внутри амёбы начинают появляться уплотнения, через 8 часов после инфицирования в клетке уже хорошо различимо множество вирионов мимивируса. Цитоплазма продолжает наполняться новыми вирионами, и через 24 часа после инфекции клетка разрывается и высвобождает их. (рис.6)

Рис.6. Репликация мимивируса

С помощью электронной микроскопии инфицированных клеток была обнаружена агрегация капсида мимивируса и ядра клетки, установлено образование внутреннего липидного слоя вируса отпочкованием от ядра, а также найдены частицы, сходные с «вирусными фабриками», которые образуются при инфекциях другими вирусами той же группы.

Открытие мимивируса в своё время всколыхнуло микробиологию, поскольку пришлось под новым углом посмотреть на место вирусов в эволюции. Высказывались гипотезы, что мимивирус является недостающим звеном между вирусами и ранними бактериями, а также что мимивирус (и его гипотетические сородичи) являются особой ветвью жизни, не относящейся ни к вирусам, ни к бактериям.

Наконец, учёные предположили, что крупные ДНК-содержащие вирусы, мимивирус в том числе, происходят, напротив, от более сложных внутриклеточных паразитов клеточной природы. То есть перед нами результат не усложнения, а эволюционного упрощения, отбрасывания части функций и генов родительского организма.

Всё это до сих пор оставалась гипотезами, поскольку у учёных не было на руках ни одного родственника мимивируса, который продемонстрировал бы некую эволюционную изменчивость и послужил бы материалом для сравнения. И вот, похоже, он найден.

Открытие мегавируса:

Мегавирус (лат. Megavirus) — род нуклеоцитоплазматических ДНК-содержащих вирусов, представленный единственным видом Megavirus chilensis (MGVC).(Рис. 7.)

Мегавирус был открыт в апреле 2010 года в образце морской воды, взятом неподалёку от научной станции Лас Круцес (провинция Сан-Антонио, Чили), однако способен к репликации в клетках пресноводных акантамёб (Acanthamoeba).

При диаметре капсида 440 нм, мегавирус являлся крупнейшим открытым вирусом до июля 2013 года, когда открыли Pandoravirus длиной около 1 мкм и шириной 0,5 мкм. Геном содержит 1 259 197 пар нуклеотидов, что делает его самым большим вирусным геномом среди полностью секвенированных (по состоянию на 2011 год). В нём закодированы 1120 белков, 258 из которых (23 %) не имеют гомологов у мимивируса.

Группа биологов из французского национального исследовательского центра (CNRS) установила, что геном Megavirus chilensis состоит из ДНК, содержащей 1 259 197 пар оснований.

Рис.7. Мегавирус

В статье, опубликованной в журнале PNAS, учёные сообщают, что мегавирус формирует внутри клетки органеллоподобные структуры, представляющие собой что-то вроде фабрик по производству вирусных частиц. С большой долей условности это можно уподобить «клетке внутри клетки». Мегавирус имеет ряд генов, которые больше пошли бы клеточному организму; сложный геном позволяет ему быть во многом независимым от клеточной биохимии.

Структура мегавируса:

Мегавирус формирует внутри клетки органеллоподобные структуры, представляющие собой что-то вроде фабрик по производству вирусных частиц. С большой долей условности это можно уподобить «клетке внутри клетки». Мегавирус имеет ряд генов, которые больше пошли бы клеточному организму; сложный геном позволяет ему быть во многом независимым от клеточной биохимии.

Когда был открыт мимивирус, многие сочли его промежуточной формой между вирусами и бактериями. Однако мимивирус долго оставался удивительным исключением среди вирусов. Исследователи подчёркивают, что открытый ими Megavirus chilensis заметно отличается от мимивируса, оба случая гигантизма могли возникнуть независимо друг от друга. Возможно, дальнейшие исследования подтвердят гипотезу об эволюционном превращении вирусов в бактерии посредством подобных вирусов-гигантов.

Сравнение мимивируса и мегавируса:

Мегавирус продемонстрировал как сходства, так и существенные отличия в генах, по сравнению с генами мимивируса. Но главное, Megavirus chilensis в целом сохранил все геномные особенности, характерные для мимивируса, включая гены, подобные таковым у живых клеток.

В этом отношении мегавирус оказался даже более продвинутым. Так, если геном мимивируса кодировал четыре аминоацил-тРНК синтетазы (ArgRS, CysRS, MetRS и TyrRS), впервые найденные за пределами клеточных организмов, то мегавирус добавил к ним ещё три (IleRS, TrpRS, AsnRS).

Всего же код нового вируса позволяет ему синтезировать 1120 белков, против 979 у мимивируса. Для сравнения, обычные вирусы кодируют от единиц до нескольких десятков белков.

Мимивирус и его чилийский "кузен" похожи внешне, однако у мегавируса более короткие "волоски" на внешней оболочке и несколько более крупные капсиды, внешние оболочки, - диаметр описанных учеными вирусных частиц составлял около 680 нанометров.

В лабораторных условиях мегавирус также поражал амебы Acanthamoeba polyphaga, но процесс их "порабощения" и превращения в вирусные "фабрики" шел медленнее, чем у мимивируса. Кроме того, мегавирус просто убивал около трети амеб, которые, как предполагают ученые, скорее всего, не являются оптимальным заменителем для пока не известного истинного организма-хозяина мегавируса.

Чилийский "родственник" имеет все те же уникальные свойства, которые характеризуют мимивирус. В частности, у последнего был обнаружен ряд генов, ранее встречавшихся лишь у клеточных организмов, в том числе гены, связанные с процессом синтеза их белков. Мегавирус имеет аналоги всех таких генов мимивируса и даже несколько собственных, которых нет у его собрата. Кроме того, мимивирус и мегавирус имеют похожие наборы генов, кодирующих белки, необходимые для "починки" ДНК от повреждений, которые вызваны ультрафиолетом, радиацией или химическими веществами.

Исследователи отмечают, что до сих пор на происхождение мимивируса есть две точки зрения. По одной из них, мимивирус - это "чрезвычайно успешный генетический "карманник", большой геном которого объясняется горизонтальным переносом генов от амеб, бактерий или других вирусов". По другому сценарию, доля генов, полученных в результате горизонтального переноса, не превышает 10%, а сложный геном мимивирус "унаследовал" от еще более сложного организма-предка.

Вывод:

В этой курсовой работе мы рассмотрели открытие и систематическое положение мимивирусов, структуру генома и репликацию мимивируса, открытие мегавируса, структуру мегавируса, а также сравнение мимивируса и мегавируса.

Из всего рассмотренного можно сделать вывод "Благодаря тому, что эволюционно мимивирус и мегавирус находятся на оптимальном расстоянии друг от друга, их сравнение помогло нам выделить набор генов, который они, скорее всего, получили от общего предка. Этот набор генов включает в себя большинство ключевых свойств мимивируса, характерных для клеточных организмов... Наш анализ поддерживает сценарий, по которому последний общий предок этих вирусов произошел от клеточного организма, а сами вирусы эволюционировали посредством постепенной деградации генома", - пишут ученые.

Значит, различия в наследственном коде мегавируса и мимивируса показывают явные следы приобретения и потери отдельных генов и даже целых семейств генов, а ещё – миграции подвижных элементов. Сопоставление геномов двух вирусов-гигантов, первые результаты которого уже получены, позволит теперь учёным определиться, какая же гипотеза возникновения вирусов вообще и вирусов-рекордсменов в частности верна.

Список используемой литературы:

1. Raoult D, Audic S, Robert C, Abergel C, Renesto P, Ogata H, La Scola B, Suzan M, Claverie JM. The 1.2-megabase genome sequence of Mimivirus. Science. 2004 Nov 19;306(5700):1344-50. PMID 15486256

2. Ghedin, Elodie, and Claverie, J-M, 2005, «Mimivirus relatives in the Sargasso sea», Virology Journal 2:62.

3. Peplow, Mark, 2004, «Giant virus qualifies as „living organism“», News@Nature, doi:10.1038/

4. Press Release: Mimivirus: discovery of a giant virus, Paris, 28 March, 2003.

5. New Scientist, Issue 2544, 25 March 2006.

6. Вирусология Н.Г. Чернышевского.

Дата добавления: 2015-09-27 | Просмотры: 928 | Нарушение авторских прав