Σπίτι › Προβλήματα › Κάθε ζωντανός οργανισμός εκτός από τους ιούς αποτελείται από. Μπορούν οι ιοί να ονομάζονται ζωντανά όντα; Όλα εξαρτώνται από την άποψή σας

Κάθε ζωντανός οργανισμός εκτός από τους ιούς αποτελείται από. Μπορούν οι ιοί να ονομάζονται ζωντανά όντα; Όλα εξαρτώνται από την άποψή σας

Σύμφωνα με τον Lvov, «ένας οργανισμός είναι ένα είδος ανεξάρτητης μονάδας ολοκληρωμένων και διασυνδεδεμένων δομών και λειτουργιών». Στα πρωτόζωα, δηλαδή στους μονοκύτταρους οργανισμούς, είναι το κύτταρο που είναι ανεξάρτητη μονάδα, με άλλα λόγια οργανισμός. Και οι κυτταρικοί οργανισμοί - τα μιτοχόνδρια, τα χρωμοσώματα και οι χλωροπλάστες - δεν είναι οργανισμοί, γιατί δεν είναι ανεξάρτητοι. Αποδεικνύεται ότι αν ακολουθήσετε τον ορισμό που δίνει ο Lvov, οι ιοί δεν είναι οργανισμοί, αφού δεν έχουν ανεξαρτησία: ένα ζωντανό κύτταρο χρειάζεται για να αναπτυχθεί και να αναπαραχθεί γενετικό υλικό.

Ταυτόχρονα, στα πολυκύτταρα είδη, είτε ζώα είτε φυτά, μεμονωμένες κυτταρικές σειρές δεν μπορούν να εξελιχθούν ανεξάρτητα η μία από την άλλη. επομένως, τα κύτταρά τους δεν είναι οργανισμοί. Για να είναι μια αλλαγή εξελικτικά σημαντική, πρέπει να περάσει σε μια νέα γενιά ατόμων. Σύμφωνα με αυτό το σκεπτικό, ένας οργανισμός είναι μια στοιχειώδης μονάδα κάποιας συνεχούς σειράς με τη δική του ατομική εξελικτική ιστορία.

Και ταυτόχρονα, αυτό το πρόβλημα μπορεί να εξεταστεί από τη σκοπιά ενός άλλου ορισμού: ένα υλικό είναι ζωντανό εάν, όντας απομονωμένο, διατηρεί τη συγκεκριμένη διαμόρφωσή του, έτσι ώστε αυτή η διαμόρφωση να μπορεί να επανενσωματωθεί, δηλαδή να επανενταχθεί στο κύκλος στον οποίο συμμετέχει η γενετική ουσία. : ταυτίζει τη ζωή με την ύπαρξη ενός ανεξάρτητου, συγκεκριμένου, αυτοαναπαραγόμενου τρόπου οργάνωσης. Η ειδική αλληλουχία βάσεων του νουκλεϊκού οξέος ενός συγκεκριμένου γονιδίου μπορεί να αντιγραφεί. ένα γονίδιο είναι ένα ορισμένο μέρος του αποθέματος πληροφοριών που έχει ένας ζωντανός οργανισμός. Ως δοκιμασία ζωής, ο παραπάνω ορισμός προτείνει την αναπαραγωγή σε διάφορες κυτταρικές σειρές και σε πολλές γενιές οργανισμών. Ο ιός, σύμφωνα με αυτό το τεστ, είναι ζωντανός ακριβώς όπως κάθε άλλο κομμάτι γενετικού υλικού, ότι μπορεί να αφαιρεθεί από ένα κύτταρο, να επανεισαχθεί σε ένα ζωντανό κύτταρο και ότι με αυτόν τον τρόπο θα αντιγραφεί σε αυτό και θα γίνει, τουλάχιστον για λίγο, μέρος της κληρονομικής συσκευής του. Σε αυτή την περίπτωση, η μετάδοση του ιικού γονιδιώματος είναι ο κύριος λόγος ύπαρξης αυτών των μορφών - αποτέλεσμα της εξειδίκευσής τους στη διαδικασία επιλογής. Επομένως, η εξειδίκευση των ιών ως φορείς νουκλεϊκών οξέων καθιστά δυνατό να θεωρούνται οι ιοί «πιο ζωντανοί» από οποιοδήποτε θραύσμα γενετικού υλικού και «περισσότεροι οργανισμοί» από οποιαδήποτε κυτταρικά οργανίδια, συμπεριλαμβανομένων των χρωμοσωμάτων και των γονιδίων.

Τα αυστηρά αξιώματα του Κοχ

Ποιες είναι οι βασικές διατάξεις που διατύπωσε ο Robert Koch (1843-1910) στις οποίες πρέπει να τηρεί ένας μικροβιολόγος κάθε φορά που ανακαλύπτεται ένα άγνωστο παθογόνο; Τι μπορεί να χρησιμεύσει ως απόδειξη ότι είναι αυτός που είναι η αιτία αυτής της μολυσματικής νόσου; Αυτά είναι τα τρία κριτήρια:

Επαναλαμβανόμενη λήψη καθαρής καλλιέργειας του παθογόνου που λαμβάνεται από το σώμα του ασθενούς.

Η εμφάνιση ακριβώς της ίδιας ή παρόμοιας νόσου (τόσο στη φύση της πορείας όσο και στις παθολογικές αλλαγές που προκαλεί) όταν ένας υγιής οργανισμός προσβληθεί από καλλιέργεια του υποτιθέμενου παθογόνου.

Η εμφάνιση στο σώμα ενός ατόμου ή ζώου μετά τη μόλυνση με αυτό το παθογόνο είναι πάντα οι ίδιες συγκεκριμένες προστατευτικές ουσίες. Κατά την επαφή του ανοσοποιητικού ορού αίματος με ένα παθογόνο από την καλλιέργεια, το τελευταίο θα πρέπει να χάσει τις παθογόνες του ιδιότητες.

Η σύγχρονη ιολογία χαρακτηρίζεται από την ταχεία ανάπτυξη και την ευρεία χρήση μιας μεγάλης ποικιλίας μεθόδων - τόσο βιολογικών (συμπεριλαμβανομένων των γενετικών) όσο και φυσικοχημικών. Χρησιμοποιούνται για τον εντοπισμό νέων, ακόμα άγνωστων ιών, και στη μελέτη βιολογικές ιδιότητεςκαι δομές ήδη ανακαλυφθέντων ειδών.

Οι θεμελιώδεις θεωρητικές μελέτες παρέχουν συνήθως σημαντικές πληροφορίες που χρησιμοποιούνται στην ιατρική, στον τομέα της διάγνωσης ή σε μια βαθιά ανάλυση των διαδικασιών μιας ιογενούς λοίμωξης. Η εισαγωγή νέων αποτελεσματικών μεθόδων ιολογίας συνδέεται συνήθως με εξαιρετικές ανακαλύψεις.

Για παράδειγμα, η μέθοδος ανάπτυξης ιών σε αναπτυσσόμενο έμβρυο κοτόπουλου, που πρωτοστάτησε οι A. M. Woodroffe και E. J. Goodpasture το 1931, έχει χρησιμοποιηθεί με εξαιρετική επιτυχία στη μελέτη του ιού της γρίπης.

Η πρόοδος των φυσικοχημικών μεθόδων, ιδιαίτερα της μεθόδου φυγοκέντρησης, οδήγησε το 1935 στη δυνατότητα κρυστάλλωσης του ιού του μωσαϊκού του καπνού (TMV) από το χυμό των ασθενών φυτών και στη συνέχεια στη δημιουργία των πρωτεϊνών που τον αποτελούν. Αυτό έδωσε την πρώτη ώθηση στη μελέτη της δομής και της βιοχημείας των ιών.

Το 1939, οι A. V. Arden και G. Ruska ήταν οι πρώτοι που χρησιμοποίησαν ηλεκτρονικό μικροσκόπιο για τη μελέτη των ιών. Η εισαγωγή αυτής της συσκευής στην πράξη σήμαινε μια ιστορική καμπή στην ιολογική έρευνα, αφού κατέστη δυνατό να δούμε -αν και εκείνα τα χρόνια ακόμα όχι αρκετά καθαρά- μεμονωμένα σωματίδια του ιού, ιοσωμάτια.

Το 1941, ο G. Hurst διαπίστωσε ότι ο ιός της γρίπης υπό ορισμένες συνθήκες προκαλεί συγκόλληση (κόλληση και καθίζηση) των ερυθρών αιμοσφαιρίων (ερυθροκύτταρα). Αυτό έθεσε τα θεμέλια για τη μελέτη της σχέσης μεταξύ των επιφανειακών δομών του ιού και των ερυθροκυττάρων, καθώς και για την ανάπτυξη μιας από τις πιο αποτελεσματικές διαγνωστικές μεθόδους.

Μια ριζική αλλαγή στην ιολογική έρευνα συνέβη το 1949, όταν οι J. Enders, T. Weller και F. Robbins κατάφεραν να διαδώσουν τον ιό της πολιομυελίτιδας στα κύτταρα του δέρματος και των μυών του ανθρώπινου εμβρύου. Πέτυχαν την ανάπτυξη κομματιών ιστού σε ένα τεχνητό θρεπτικό μέσο. Οι καλλιέργειες κυττάρων (ιστών) μολύνθηκαν με τον ιό της πολιομυελίτιδας, ο οποίος μέχρι τότε είχε μελετηθεί αποκλειστικά σε πιθήκους και μόνο πολύ σπάνια σε ειδικό είδος αρουραίων.

Ο ιός στα ανθρώπινα κύτταρα που αναπτύσσονται έξω από το σώμα της μητέρας πολλαπλασιάστηκε καλά και προκάλεσε χαρακτηριστικές παθολογικές αλλαγές. Η μέθοδος κυτταροκαλλιέργειας (μακροχρόνια διατήρηση και καλλιέργεια κυττάρων που απομονώθηκαν από ανθρώπινους και ζωικούς οργανισμούς σε τεχνητά θρεπτικά μέσα) βελτιώθηκε και απλοποιήθηκε στη συνέχεια από πολλούς ερευνητές και τελικά έγινε μία από τις πιο σημαντικές και αποτελεσματικές για την καλλιέργεια ιών. Χάρη σε αυτή την πιο προσιτή και φθηνότερη μέθοδο, κατέστη δυνατή η λήψη ιών σε σχετικά καθαρή μορφή, η οποία δεν μπορούσε να επιτευχθεί σε εναιωρήματα από όργανα νεκρών ζώων. Η εισαγωγή μιας νέας μεθόδου σήμαινε αναμφισβήτητη πρόοδο όχι μόνο στη διάγνωση ιογενών ασθενειών, αλλά και στην απόκτηση εμβολιασμών. Επίσης, έδωσε καλά αποτελέσματα σε βιολογικές και βιοχημικές μελέτες ιών.

Το 1956, κατέστη δυνατό να αποδειχθεί ότι ο φορέας της μολυσματικότητας του ιού είναι το νουκλεϊκό οξύ που περιέχεται σε αυτόν. Και το 1957, οι A. Isaacs και J. Lindeman ανακάλυψαν την ιντερφερόνη, η οποία κατέστησε δυνατή την εξήγηση πολλών βιολογικών φαινομένων που παρατηρήθηκαν στη σχέση μεταξύ ενός ιού και ενός κυττάρου ξενιστή ή ενός οργανισμού ξενιστή.

Οι S. Brenner και D. Horn εισήγαγαν τη μέθοδο της χρώσης με αρνητική αντίθεση στην τεχνική της ηλεκτρονικής μικροσκοπίας, η οποία κατέστησε δυνατή τη μελέτη της λεπτής δομής των ιών, ιδιαίτερα των δομικών στοιχείων τους (υπομονάδες).

Το 1964, ο Αμερικανός ιολόγος Gaiduzek, που ήδη αναφέρθηκε από εμάς νωρίτερα, και οι συνάδελφοί του απέδειξαν τη μολυσματική φύση ορισμένων χρόνιων ασθενειών του κεντρικού νευρικού συστήματος ανθρώπων και ζώων. Μελέτησε τους ιδιόρρυθμους ιούς που ανακαλύφθηκαν πρόσφατα, μόνο από ορισμένες απόψεις παρόμοιοι με προηγουμένως γνωστούς.

Ταυτόχρονα, ο Αμερικανός γενετιστής Baruch Blumberg ανακαλύπτει (στο πλαίσιο γενετικών μελετών πρωτεϊνών αίματος) το αντιγόνο της ηπατίτιδας του ορού (αυστραλιανό αντιγόνο), μια ουσία που προσδιορίζεται με ορολογικές εξετάσεις. Αυτό το αντιγόνο προοριζόταν να παίξει σημαντικό ρόλο στις ιολογικές μελέτες ηπατίτιδας.

Τα τελευταία χρόνια, μια από τις μεγαλύτερες επιτυχίες στην ιολογία μπορεί να θεωρηθεί η ανακάλυψη ορισμένων μοριακών βιολογικών μηχανισμών για τη μετατροπή των φυσιολογικών κυττάρων σε κύτταρα όγκου. Όχι λιγότερη επιτυχία έχει επιτευχθεί στον τομέα της μελέτης της δομής των ιών και της γενετικής τους.

μολυσματική μονάδα

Η μικρότερη ποσότητα ιού που μπορεί να προκαλέσει μόλυνση σε ένα δεδομένο πείραμα ονομάζεται μολυσματική μονάδα.

Για τον προσδιορισμό του χρησιμοποιούνται συνήθως δύο μέθοδοι. Η πρώτη βασίζεται στον ορισμό της θανατηφόρας δόσης 50%, η οποία ορίζεται ως LD 50 (από τα λατινικά Letatis - θανατηφόρος, δόση - δόση). Η δεύτερη μέθοδος καθορίζει τον αριθμό των μολυσματικών μονάδων με τον αριθμό των πλακών που σχηματίζονται στην κυτταρική καλλιέργεια.

Ποια είναι στην ουσία η τιμή του LD 50 και πώς προσδιορίζεται; Το εξεταζόμενο ιικό υλικό αραιώνεται σύμφωνα με μειούμενους βαθμούς συγκέντρωσης, ας πούμε πολλαπλάσια του δέκα: 1:10. 1:100; 1:1000 κ.λπ. Κάθε ένα από τα διαλύματα με τις ενδεικνυόμενες συγκεντρώσεις του ιού μολύνει μια ομάδα ζώων (δέκα άτομα) ή κυτταροκαλλιέργεια σε δοκιμαστικούς σωλήνες. Στη συνέχεια παρατηρούν τον θάνατο των ζώων ή τις αλλαγές που έχουν συμβεί στην καλλιέργεια υπό την επίδραση του ιού. Μια στατιστική μέθοδος καθορίζει τον βαθμό συγκέντρωσης που μπορεί να σκοτώσει το 50% των ζώων μεταξύ εκείνων που έχουν μολυνθεί με το αρχικό υλικό. Όταν χρησιμοποιείται μια κυτταρική καλλιέργεια, θα πρέπει να βρεθεί μια τέτοια δόση του ιού που παράγει επιζήμια επίδραση στο 50% των καλλιεργειών που έχουν μολυνθεί με αυτόν. Σε αυτή την περίπτωση, χρησιμοποιείται η μείωση του CPP 50 (κυτταροπαθητική δόση). Με άλλα λόγια, μιλάμε για μια τέτοια δόση του ιού που προκαλεί βλάβη ή θάνατο των μισών καλλιεργειών που έχουν μολυνθεί με αυτόν.

Τα αυστηρά αξιώματα του Κοχ

Επαναλαμβανόμενη λήψη καθαρής καλλιέργειας του παθογόνου που λαμβάνεται από το σώμα του ασθενούς.

Η σύγχρονη ιολογία χαρακτηρίζεται από την ταχεία ανάπτυξη και την ευρεία χρήση μιας μεγάλης ποικιλίας μεθόδων - τόσο βιολογικών (συμπεριλαμβανομένων των γενετικών) όσο και φυσικοχημικών. Χρησιμοποιούνται για τον εντοπισμό νέων, ακόμα άγνωστων ιών και για τη μελέτη των βιολογικών ιδιοτήτων και της δομής των είδη που έχουν ήδη ανακαλυφθεί..

μολυσματική μονάδα

Η μέθοδος της πλάκας δεν μπορεί να παρέχει στατιστικά δεδομένα, αλλά είναι δυνατό να προσδιοριστεί ο πραγματικός αριθμός μονάδων ιού στο υλικό που παράγει πλάκες σε κυτταρική καλλιέργεια. Στην ιδανική περίπτωση, μια τέτοια μονάδα αντιστοιχεί σε ένα λειτουργικά πλήρες σωματίδιο.

Ογκομετρική ανάλυση

Η απόκριση που προκαλείται από τον ιό μπορεί να είναι όλα ή τίποτα (δηλαδή η παρουσία ή η απουσία μόλυνσης) ή μπορεί να ποσοτικοποιηθεί, όπως το χρονικό διάστημα που χρειάζεται για να εμφανιστεί μια λοίμωξη ή ο αριθμός των βλαβών σε ένα ευαίσθητο άτομο. κυτταρικό στρώμα. Ο ποσοτικός προσδιορισμός της ιικής δραστηριότητας ονομάζεται τιτλοδότηση. Ο τίτλος του αρχικού ιικού εναιωρήματος εκφράζεται ως ο αριθμός των μολυσματικών μονάδων ανά μονάδα όγκου. Τα μολυσματικά νουκλεϊκά οξέα, είτε απομονωμένα από φάγους είτε από ιούς ζώων ή φυτών, έχουν γενικά σημαντικά χαμηλότερο μολυσματικό τίτλο από τον μητρικό ιό (δηλαδή, η αναλογία του αριθμού των μορίων νουκλεϊκού οξέος που περιέχονται στο παρασκεύασμα προς τον αριθμό των μολυσματικών μονάδων είναι σημαντικά μεγαλύτερες από τις αντίστοιχες τιμές για τα ιοσωμάτια από τα οποία απομονώθηκαν αυτά τα νουκλεϊκά οξέα). Ωστόσο, τόσο στην τιτλοδότηση του ελεύθερου νουκλεϊκού οξέος όσο και στην τιτλοδότηση ιοσωμάτων, η πιθανότητα εύρεσης του μέσου αριθμού σωματιδίων στο δείγμα εκφράζεται με έναν τύπο. Από αυτό προκύπτει ότι ένα μόνο μόριο ιικού νουκλεϊκού οξέος μπορεί επίσης να προκαλέσει ιογενή λοίμωξη. Κατά κανόνα, μόνο άθικτο ιικό DNA και RNA είναι μολυσματικά. Εξαίρεση παρατηρείται με πολλαπλή μόλυνση κυττάρων με μόρια νουκλεϊκού οξέος που περιέχουν ατελές γονιδίωμα ιού.

Συνοψίζοντας τα παραπάνω, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι ο τίτλος ενός ιικού εναιωρήματος, εκφρασμένος ως ο αριθμός των μολυσματικών μονάδων που περιέχονται σε έναν όγκο μονάδας, κατά κανόνα αντιστοιχεί στον αριθμό των ιοσωμάτων (ή τον αριθμό των μορίων ιικού νουκλεϊκού οξέος) που είναι ικανά να προκαλώντας μόλυνση υπό τις συνθήκες αυτού του πειράματος.

Απώλεια μολυσματικότητας

Κατά κανόνα, η ευαισθησία των ιοσωμάτων ενός δεδομένου ιού στη δράση ορισμένων ουσιών αδρανοποίησης καθορίζεται από τις ειδικές ιδιότητες των πρωτεϊνών του, ως αποτέλεσμα των οποίων οι μέθοδοι αδρανοποίησης της μολυσματικότητας που αναπτύχθηκαν για αυτόν τον συγκεκριμένο ιό είναι αποτελεσματικές μόνο έναντι στενά συγγενείς ιούς. Εξαίρεση αποτελεί η ευαισθησία των ιών στις ακτίνες Χ, η οποία εξαρτάται από τον τύπο του ιοσωματικού νουκλεϊκού οξέος και την ποσότητα του. Αυτό το μοτίβο βασίζεται στο γεγονός ότι η δράση των ακτίνων Χ οδηγεί σε ρήξη μορίων νουκλεϊκού οξέος και ακόμη και μια τέτοια ρήξη είναι συχνά αρκετή για να χαθεί ο μολυσματικός ιός. Τα αποτελέσματα των πειραμάτων δείχνουν ότι οι μικροί ιοί αδρανοποιούνται με ακτίνες Χ πολύ πιο αποτελεσματικά, καθώς χαρακτηρίζονται από μεγάλη αναλογία της περιεκτικότητας σε νουκλεϊκό οξύ στο ιοσωμάτιο προς την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη σε αυτό από ό,τι για μεγάλα ιοσωμάτια πλουσιότερα σε πρωτεΐνη. .

Ορολογικές μέθοδοι

Προκειμένου να προσδιοριστεί ο τύπος αυτού του ιού, χρησιμοποιούνται ορολογικές μέθοδοι για τη μελέτη των προστατευτικών διεργασιών στο σώμα ενός άρρωστου ατόμου ή ενός μολυσμένου ζώου. Η ορολογία (από τα λατινικά Serum - serum, υγρό συστατικό του αίματος) είναι κλάδος της ανοσολογίας που μελετά τις αντιδράσεις ενός αντιγόνου με συγκεκριμένες προστατευτικές ουσίες, αντισώματα που βρίσκονται στον ορό του αίματος. Τα αντισώματα εξουδετερώνουν τη δράση του ιού. Συνδέονται με ορισμένες αντιγονικές ουσίες που βρίσκονται στην επιφάνεια των ιικών σωματιδίων. Ως αποτέλεσμα της δέσμευσης μορίων αντισωμάτων στην επιφανειακή δομή του ιού, ο τελευταίος χάνει τις παθογόνες του ιδιότητες. Για να προσδιοριστεί το επίπεδο (ποσότητα) των αντισωμάτων στον ορό ή να προσδιοριστεί ο τύπος αυτού του ιού, πραγματοποιείται μια αντίδραση εξουδετέρωσης του ιού. Μπορεί να πραγματοποιηθεί τόσο σε ζώα όσο και σε κυτταροκαλλιέργεια.

Η ελάχιστη συγκέντρωση ορού που περιέχει αντισώματα επαρκή για να εξουδετερώσει τον ιό, ώστε να μην εμφανίσει κυτταροπαθητικό αποτέλεσμα, ονομάζεται ο τίτλος του ορού που εξουδετερώνει τον ιό. Αυτή η συγκέντρωση μπορεί επίσης να ανιχνευθεί χρησιμοποιώντας τη μέθοδο της πλάκας.

Για την ανίχνευση αντισωμάτων χρησιμοποιείται η μέθοδος αναστολής της αιμοσυγκόλλησης (κόλληση ερυθρών αιμοσφαιρίων υπό την επίδραση ιού) και η μέθοδος στερέωσης του συμπληρώματος. Από τις μεθόδους που χρησιμοποιούνται στην ιολογία για διάφορους ερευνητικούς σκοπούς, μπορούμε να αναφέρουμε και τις μεθόδους με τις οποίες παρασκευάζεται ιολογικό υλικό για φυσικές και χημικές αναλύσεις, οι οποίες διευκολύνουν τη μελέτη της λεπτής δομής και σύνθεσης των ιών. Αυτές οι δοκιμασίες απαιτούν μεγάλες ποσότητες απόλυτα καθαρού ιού. Ο καθαρισμός του ιού είναι μια διαδικασία κατά την οποία όλα τα εξωτερικά μολυσματικά σωματίδια απομακρύνονται από ένα εναιώρημα με έναν ιό. Βασικά, αυτά είναι κομμάτια και «συντρίμμια» κυττάρων ξενιστών. Ταυτόχρονα με τον καθαρισμό, το εναιώρημα συνήθως πυκνώνει και η συγκέντρωση του ιού αυξάνεται. Αυτό είναι το υλικό πηγής για πολλές μελέτες.

Από τις μεμονωμένες μεθόδους καθαρισμού, θα αναφέρουμε μόνο την πιο αποτελεσματική - τη μέθοδο υπερφυγοκέντρησης, η οποία δίνει πολύ υψηλές συγκεντρώσεις παρασκευασμάτων ιού.

Ας περιγράψουμε εν συντομία τη διαδικασία για τη λήψη και τον καθαρισμό ενός ιικού εναιωρήματος. Αυτή η διαδικασία ξεκινά με την τεχνητή εισαγωγή ενός ιού στον εγκέφαλο ενός πειραματόζωου. Μετά από λίγες μέρες, ο ιός θα πολλαπλασιαστεί στον εγκεφαλικό ιστό. Σε αυτή την περίπτωση, θα ανιχνευθούν χαρακτηριστικές παραβιάσεις των λειτουργιών του νευρικού συστήματος του "ιδιοκτήτη" και τα σημάδια της νόσου θα αποκαλυφθούν στο ζώο. Όταν τα συμπτώματα έχουν φτάσει στη μέγιστη ανάπτυξη, το ζώο θανατώνεται και ο εγκέφαλός του, στους ιστούς του οποίου περιέχει μεγάλες ποσότητες ιού, αφαιρείται υπό στείρες συνθήκες από το κρανίο του ζώου. Στη συνέχεια, ας πούμε, παρασκευάζεται ένα εναιώρημα 10% από τον εγκέφαλο. Εκτός από ιοσωμάτια, περιέχει επίσης μεγάλο αριθμό κομματιών νευρικού ιστού, υπολείμματα αιμοφόρων αγγείων, αιμοσφαίρια και άλλα βιολογικά συστατικά. Κομμάτια ιστού και άλλα μεγάλα σωματίδια αφαιρούνται με την πρώτη φυγοκέντρηση με ταχύτητα 5000-10000 rpm. Συνεχίζεται για περίπου μισή ώρα. Το υγρό πάνω από το ίζημα (υπερκατακτητής) χύνεται προσεκτικά σε ειδικούς σωλήνες φυγοκέντρησης από πλαστικό ή ανοξείδωτο χάλυβα, καθώς το γυαλί δεν μπορεί να αντέξει την πίεση που αναπτύσσεται κατά τη φυγοκέντρηση υψηλής ταχύτητας. Και το ίζημα εξουδετερώνεται με απολυμαντικά. Το στραγγισμένο «υπερκείμενο» στη συνέχεια υποβάλλεται σε επεξεργασία σε υπερφυγόκεντρο.

Για την καθίζηση των μικρότερων ιών, απαιτούνται πολλές ώρες υπερφυγοκέντρησης και το ίζημα που προκύπτει συχνά δεν είναι μεγαλύτερο από την κεφαλή μιας καρφίτσας. Αλλά ακόμα και μετά από μια τέτοια επεξεργασία, δεν έχουμε καθόλου καθαρό ιικό υλικό, εξακολουθεί να περιέχει ξένες ακαθαρσίες. Για λεπτές αναλύσεις, αυτό το ίζημα πρέπει να υποβληθεί σε επεξεργασία αρκετές φορές με διάφορα αντιδραστήρια και να επαναληφθεί η υπερφυγοκέντρηση. Μόνο τότε μπορεί να ληφθεί ένα υψηλής καθαρότητας συμπυκνωμένο εναιώρημα ιού, το οποίο απαιτείται για ακριβείς και αξιόπιστες βιοχημικές, κρυσταλλογραφικές αναλύσεις ή για παρατηρήσεις σε ηλεκτρονικά οπτικά όργανα.

Γενικά, οι ιολόγοι έχουν στη διάθεσή τους πολλές διαφορετικές τεχνικές συσκευές, όπως, για παράδειγμα, η φυγοκέντρηση με κλίση συγκέντρωσης, όταν τα ιοσώματα διαχωρίζονται ανάλογα με τους βαθμούς συγκέντρωσης ή ανάλογα με το σχήμα. Ένα άλλο όργανο που αποτελεί πλέον στάνταρ εξοπλισμό σχεδόν σε κάθε εργαστήριο ιολογικής έρευνας είναι το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο. Αυτή είναι μια ακριβή, μεγάλη και πολύπλοκη συσκευή.

Υπάρχουν πολλές διαφορετικές μέθοδοι για την απεικόνιση των ιών και όλοι έχουν περάσει από τα δικά τους στάδια ανάπτυξης. Για την ανίχνευση ιοσωμάτων στα κύτταρα χρησιμοποιείται αυτή τη στιγμή η μέθοδος των εξαιρετικά λεπτών τομών.Ένα σταθερό υλικό, γεμάτο με εποξική ρητίνη, κόβεται με το λεπτότερο μαχαίρι από γυαλί ή διαμάντι. Με τη βοήθεια ακριβών υπερμικροτομών, ένα κύτταρο μπορεί να κοπεί σε περισσότερα από χίλια λεπτά τμήματα. Οι τομές που λαμβάνονται με αυτόν τον τρόπο στη συνέχεια επεξεργάζονται με ειδικά χημικά, γεγονός που εξασφαλίζει την καλύτερη ορατότητά τους.

Για την παρατήρηση της λεπτής δομής μεμονωμένων ιοσωμάτων, χρησιμοποιείται η μέθοδος της αρνητικής αντίθεσης (χρώση), η εισαγωγή της οποίας έχει αυξήσει σημαντικά το επίπεδο ποιότητας της ηλεκτρονικής μικροσκοπίας. Τα σωματίδια του ιού αναμιγνύονται προσεκτικά με ένα διάλυμα φωσφοβολφραμικού οξέος, το οποίο δίνει ένα ίζημα που δεν μεταδίδει δέσμες ηλεκτρονίων. Ως αποτέλεσμα, τα ιοσωμάτια εμφανίζονται με τη μορφή των απόλυτα ακριβών δακτυλικών αποτυπωμάτων τους, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μελέτη των λεπτότερων λεπτομερειών των επιφανειών τους. Στη μέθοδο της θετικής χρώσης (ή της «μετάλλωσης» του φαρμάκου), χρησιμοποιούνται τέτοιες ουσίες που μπορούν να προσκολληθούν επιλεκτικά στην επιφάνεια των ιοσωμάτων (για παράδειγμα, ειδικά αντισώματα επισημασμένα με φερριτίνη, η οποία περιέχει σίδηρο στο μόριό της και επομένως είναι ευδιάκριτα σε ηλεκτρονικό μικροσκόπιο).

Γενικές Μέθοδοι για τη Μελέτη Ιών

Η παρουσία του ιού στον οργανισμό, τόσο κατά την αυθόρμητη νόσο όσο και κατά την πειραματική μόλυνση του ξενιστή, κρίνεται από την εμφάνιση ορισμένων παθολογικών συμπτωμάτων. Κάθε φορά που ανακύπτει η υποψία παρουσίας ιού στο υπό μελέτη αντικείμενο, είναι απαραίτητο να επιλέγεται ένα συγκεκριμένο σύνολο συνθηκών - κατάλληλος οργανισμός και κατάλληλη μέθοδος μόλυνσης - στις οποίες ο ιός προκαλεί αναγνωρίσιμες αλλαγές στον μολυσμένο οργανισμό. Έτσι, οι ιολόγοι πρέπει να καταβάλουν μεγάλη προσπάθεια για την ανάπτυξη μεθόδων για τη λήψη πειραματικών λοιμώξεων.

Όπως είναι γνωστό, για να αποδειχθεί ότι μια δεδομένη ασθένεια προκαλείται πράγματι από έναν συγκεκριμένο μικροοργανισμό, είναι απαραίτητο να εκπληρωθούν τα λεγόμενα αξιώματα του Koch: 1) να αποδειχθεί ότι αυτός ο μικροοργανισμός βρίσκεται τακτικά σε έναν άρρωστο οργανισμό. 2) να ληφθεί καλλιέργεια αυτού του μικροοργανισμού σε τεχνητό θρεπτικό μέσο. 3) αναπαραγωγή αυτής της ασθένειας μολύνοντας ένα πειραματόζωο με απομονωμένη καλλιέργεια και, τέλος, 4) απομονώστε ξανά αυτόν τον μικροοργανισμό, αλλά τώρα από το σώμα ενός τεχνητά μολυσμένου ξενιστή. Τα ίδια αξιώματα mutatis mutandis ισχύουν για τη διάγνωση ιογενών ασθενειών. Σε αυτή την περίπτωση, σύμφωνα με τον Rivers, τα αξιώματα διαμορφώνονται ως εξής: 1) απομόνωση του ιού από το σώμα του ασθενούς, 2) καλλιέργεια του ιού στο σώμα ή στα κύτταρα του πειραματόζωου, 3) απόδειξη της ικανότητας διήθησης του μολυσματικού παράγοντα (για τον αποκλεισμό παθογόνων παραγόντων μεγαλύτερου μεγέθους, όπως βακτήρια), 4) αναπαραγωγή παρόμοιας ασθένειας σε άλλο μέλος του ίδιου ή συγγενικού είδους και τέλος 5) επανααπομόνωση του ίδιου ιού.

Η καλλιέργεια και η ταυτοποίηση ιών είναι οι κύριες ιολογικές μέθοδοι που χρησιμοποιούνται στην πρακτική ιολογία στη διάγνωση ιογενών ασθενειών. Υλικό για το οποίο υπάρχει υποψία ότι περιέχει ιό, όπως βακτηριακό λύμα, κομμάτι ιστού ή σωματικό υγρό, συνθλίβεται ή ομογενοποιείται, εάν είναι απαραίτητο, για να τεθεί σε εναιώρηση υπό ελεγχόμενες συνθήκες.

Μεγάλα κυτταρικά θραύσματα καθώς και πιθανοί μολυσματικοί μικροοργανισμοί απομακρύνονται με φυγοκέντρηση και διήθηση. Ένα τέτοιο καθαρισμένο εναιώρημα χορηγείται σε κατάλληλο ξενιστή, είτε προστίθεται σε κυτταρικό εναιώρημα είτε εφαρμόζεται σε μονοστιβάδα κατάλληλων κυττάρων. Ως αποτέλεσμα, τοπικές βλάβες, οι λεγόμενες πλάκες, που είναι χαρακτηριστικές αυτού του ιού, μπορεί να εμφανιστούν σε ένα στρώμα ευαίσθητων κυττάρων, όπως βακτήρια που αναπτύσσονται σε ένα πιάτο άγαρ ή ζωικά κύτταρα που αναπτύσσονται σε μια γυάλινη επιφάνεια. Οι πλάκες σχηματίζονται ως αποτέλεσμα μόλυνσης που βρίσκεται σε αυτήν την περιοχή των κυττάρων, αναπαραγωγή του ιού σε αυτά και πλήρης ή μερική λύση τους. Εάν η αντιγραφή του ιού δεν έχει ως αποτέλεσμα οπτικά ανιχνεύσιμες διακριτές πλάκες, ο ιός μπορεί να ανιχνευθεί και να χαρακτηριστεί από αλλαγές που προκαλεί στην κυτταρική καλλιέργεια ή από βλάβη στο κυτταρικό στρώμα ή από άλλες εξετάσεις.

Εάν το υλικό δοκιμής δεν εφαρμόζεται σε ένα στρώμα καλλιεργημένων κυττάρων, αλλά εισάγεται στον οργανισμό ξενιστή, τότε ο σκοπός του πειράματος είναι να εντοπίσει γενικές αντιδράσεις του σώματος που υποδεικνύουν την ανάπτυξη μιας λοίμωξης: την εμφάνιση συμπτωμάτων μιας ασθένειας, θάνατο ενός ζώου ή οποιεσδήποτε άλλες ειδικές αντιδράσεις, όπως ο σχηματισμός αντισωμάτων.

Τέλος, εάν ούτε η μόλυνση της κυτταροκαλλιέργειας ούτε η εισαγωγή του υλικού στον οργανισμό ξενιστή οδηγεί στην εμφάνιση συμπτωμάτων ιογενούς λοίμωξης, οι ιολόγοι καταφεύγουν στα λεγόμενα «τυφλά περάσματα», δηλ. σε επαναλαμβανόμενες μεταφορές του υλικού δοκιμής, που συχνά οδηγεί σε αύξηση της μολυσματικότητας του ιού ή σε αύξηση του τίτλου του.

Γενική χημική σύνθεση των ιών

Ένα απαραίτητο συστατικό ενός ιικού σωματιδίου είναι οποιοδήποτε από τα δύο νουκλεϊκά οξέα, τα στοιχεία πρωτεΐνης και τέφρας. Αυτά τα τρία συστατικά είναι κοινά σε όλους τους ιούς χωρίς εξαίρεση, ενώ τα υπόλοιπα δύο λιποειδή και οι υδατάνθρακες δεν αποτελούν μέρος όλων των ιών.

Πρωτεΐνες ιών

Οι ιικές πρωτεΐνες συνήθως δεν περιέχουν μεγάλη ποσότητα βασικών αμινοξέων (αργινίνη, βλεννίνη), π.χ. δεν ανήκουν στην ομάδα των πρωτεϊνών όπως οι ιστόνες και οι πρωταμίνες με έντονες αλκαλικές ιδιότητες. Αγνοώντας τα ουδέτερα αμινοξέα, μπορούμε να πούμε ότι τα όξινα δικαρβοξυλικά οξέα κυριαρχούν στην ιική πρωτεΐνη. Αυτό ισχύει τόσο για ιούς με χαμηλή περιεκτικότητα σε νουκλεϊκό οξύ όσο και για ιούς με υψηλή περιεκτικότητα σε RNA και DNA.

Ιικό DNA

Το κύριο δομικό χαρακτηριστικό των περισσότερων μορίων DNA του ιού, καθώς και του DNA από άλλες πηγές, είναι η παρουσία δύο ζευγαρωμένων αντιπαράλληλων κλώνων. Ωστόσο, το γονιδίωμα του DNA των ιών είναι μικρό, και ως εκ τούτου εγείρονται ερωτήματα σχετικά με τα άκρα της έλικας και το γενικό σχήμα του μορίου DNA και όχι το μονότονο «μεσαίο» τμήμα της έλικας που στην πραγματικότητα δεν έχει άκρα. Οι απαντήσεις που έλαβαν ήταν αρκετά εκπληκτικές: τα μόρια DNA του ιού μπορεί να είναι γραμμικά ή κυκλικά, δίκλωνα ή μονόκλωνα σε όλο τους το μήκος ή μονόκλωνα μόνο στα άκρα. Επιπλέον, αποδείχθηκε ότι οι περισσότερες από τις αλληλουχίες νουκλεοτιδίων στο ιικό γονιδίωμα εμφανίζονται μόνο μία φορά, αλλά στα άκρα μπορεί να υπάρχουν επαναλαμβανόμενες ή περιττές τομές.

Από όλα τα ιικά DNA που έχουν περιγραφεί μέχρι τώρα, το πιο περίπλοκο είναι το DNA του ιού του έρπητα. Το γονιδίωμα εδώ φαίνεται να αποτελείται από δύο μεγάλα συνδεδεμένα τμήματα, το καθένα με επαναλαμβανόμενες τερματικές αλληλουχίες. Υπάρχουν τέσσερις πιθανοί τρόποι σύνδεσης δύο τέτοιων τμημάτων από άκρο σε άκρο, και όλοι τους φαίνεται να συμβαίνουν σε κάθε προετοιμασία βιριόντων.

Ο μεγαλύτερος γνωστός ιός, ο ιός της δαμαλίτιδας, έχει γονιδίωμα 15-10 8 dalton. Το DNA που απομονώθηκε από ένα φρέσκο παρασκεύασμα ιοσωμάτων φαίνεται να είναι διασυνδεδεμένο καθώς δεν χωρίζεται σε δύο κλώνους. Ένα από τα πιθανά μοντέλα ενός τέτοιου μορίου είναι μια γιγάντια, μη μετουσιωτική δομή δακτυλίου που σχηματίζεται όταν τα άκρα μιας γραμμικής διπλής έλικας είναι κλειστά.

Εκτός από τις πολύ ενδιαφέρουσες διαφορές στο σχήμα του μορίου και στη δομή των άκρων του ιικού DNA, υπάρχουν επίσης μεγάλες διαφορές στο μέγεθος του γονιδιώματος. Μεταξύ των μικρότερων «πλήρης» ιών (δηλαδή, των ιών που μπορούν να αναπαραχθούν σε ένα κύτταρο ξενιστή) είναι ο φάγος Æ X174, οι παρβοϊοί, οι παποϊοί, οι ιοί πολυώματος και ο SV40. Από την άλλη πλευρά, σε μεγάλους βακτηριοφάγους και ιούς ανθρώπου και ζώων (θηλώδης, έρπης και δαμαλίτιδα) το γονιδίωμα είναι πολύ μεγαλύτερο - από 1 έως 1,5. 10 8 daltons, οπότε θα μπορούσε να κωδικοποιήσει περισσότερες από 100 πρωτεΐνες. Πράγματι, περισσότερα από εκατό γονίδια έχουν πλέον ταυτοποιηθεί στον βακτηριοφάγο Τ4.

Το 1953, οι Wyatt και Cohen έκαναν μια απροσδόκητη ανακάλυψη, πολύ σημαντική για τα επόμενα πειράματα: αποδείχθηκε ότι το DNA των βακτηριοφάγων T-even δεν περιέχει κυτοσίνη, αλλά 5-υδροξυμεθυλκυτοσίνη. Αυτή η διαφορά κατέστησε δυνατή τη μελέτη του DNA φάγου ανεξάρτητα από το DNA του ξενιστή. Έχουν ανακαλυφθεί ένζυμα που κωδικοποιούνται από τον φάγο που αλλάζουν τον μεταβολισμό του μολυσμένου κυττάρου και αρχίζει να συνθέτει τα συστατικά που είναι απαραίτητα για τον ιό. Μια άλλη βιοχημική διαφορά του DNA βακτηριοφάγου είναι ότι τα υπολείμματα γλυκόζης συνδέονται με την υδροξυμεθυλοκυτοσίνη του: η τελευταία, προφανώς, εμποδίζει τη διακοπή του DNA του φάγου από ορισμένα ένζυμα ξενιστή.

Αντίθετα, στους ζωικούς ιούς, το DNA δεν τροποποιείται σχεδόν ποτέ. Για παράδειγμα, αν και το DNA του κυττάρου ξενιστή περιέχει πολλές μεθυλιωμένες βάσεις, οι ιοί έχουν στην καλύτερη περίπτωση μόνο λίγες μεθυλομάδες ανά γονιδίωμα. Τα περισσότερα ιικά δεοξυνουκλεοτίδια είναι μη τροποποιημένα και επομένως η εύρεση αναμφισβήτητων τροποποιήσεων θα είχε μεγάλο ενδιαφέρον.

Ιικό RNA

Η έρευνα για το ιικό RNA υπήρξε μια από τις πιο σημαντικές συνεισφορές της ιολογίας στη μοριακή βιολογία. Το γεγονός ότι το αναδιπλασιασμένο γενετικό σύστημα στους φυτικούς ιούς αποτελείται μόνο από RNA έδειξε ξεκάθαρα ότι το RNA είναι επίσης ικανό να αποθηκεύει γενετικές πληροφορίες. Η μολυσματικότητα του RNA του ιού του μωσαϊκού καπνού διαπιστώθηκε και αποδείχθηκε ότι ολόκληρο το μόριο του είναι απαραίτητο για τη μόλυνση. Αυτό σήμαινε ότι η ανέπαφη δομή του υψηλού μοριακού βάρους RNA είναι απαραίτητη για τη δραστηριότητά του. Ένα εξίσου σημαντικό αποτέλεσμα πρώιμων μελετών για τον ίδιο ιό ήταν η ανάπτυξη μιας μεθόδου για την απομόνωση υψηλού μοριακού βάρους RNA και τη μελέτη των ιδιοτήτων του. Αυτές οι μέθοδοι χρησίμευσαν ως βάση για τη μελέτη διάφοροι τύποι RNA που βρίσκεται σε άλλους ιούς.

Τα μεγέθη των βιριόντων των ιών RNA ποικίλλουν πολύ - από 7 . 10 6 daltons σε picornaviruses έως >2 . 10 8 daltons για ρετροϊούς. Ωστόσο, το μέγεθος του RNA και, κατά συνέπεια, η ποσότητα των πληροφοριών που περιέχονται σε αυτό διαφέρουν σε πολύ μικρότερο βαθμό.

Το RNA των picornaviruses, πιθανώς το μικρότερο γνωστό, περιέχει περίπου 7.500 νουκλεοτίδια και το RNA των παραμυξοϊών, ίσως το μεγαλύτερο, είναι σχεδόν 15.000 νουκλεοτίδια. Προφανώς, όλοι οι ιοί RNA που αναπαράγονται ανεξάρτητα χρειάζονται κάποιες ελάχιστες πληροφορίες για το σύστημα αντιγραφής και την πρωτεΐνη καψιδίου, αλλά τους λείπει η πολύ περίπλοκη πρόσθετη πληροφορία που μπορούν να έχουν οι μεγάλοι ιοί DNA.

Ιικές πρωτεΐνες

Εκτός από τις πρωτεΐνες καψιδίου που σχηματίζουν την «θήκη» για το νουκλεϊκό οξύ, οι ιοί με περίβλημα έχουν και άλλες πρωτεΐνες. Παρόμοια παραδείγματα μπορούν να βρεθούν μεταξύ των ιών σε ζώα (συμπεριλαμβανομένων των εντόμων), φυτών και βακτηρίων. Εκτός από τις πρωτεΐνες που συνθέτουν τον «πυρήνα» της νουκλεοπρωτεΐνης, τα ιοσωμάτια μπορούν επίσης να περιέχουν ειδικές πρωτεΐνες για τον ιό που έχουν ενσωματωθεί στις πλασματικές μεμβράνες των μολυσμένων κυττάρων και καλύπτουν το ιικό σωματίδιο όταν φεύγει από το κύτταρο ή «μπουμπούκια» από την επιφάνειά του. . Επιπλέον, ορισμένοι ιοί με περίβλημα έχουν μια πρωτεΐνη υπομεμβρανικής μήτρας μεταξύ του φακέλου και του νουκλεοκαψιδίου. Η δεύτερη μεγάλη ομάδα ειδικών για τον ιό πρωτεϊνών είναι μη καψιδικές ιικές πρωτεΐνες. Σχετίζονται κυρίως με τη σύνθεση νουκλεϊκών οξέων ιοσωμάτων.

Σύνθεση αμινοξέων ιικών πρωτεϊνών

Η πρωτεΐνη όλων των ιών που μελετήθηκαν μέχρι τώρα είναι κατασκευασμένη από συνηθισμένα αμινοξέα που ανήκουν στη φυσική σειρά L. Τα D-αμινοξέα δεν βρέθηκαν στη σύνθεση των ιικών σωματιδίων. Η αναλογία των αμινοξέων στις ιικές πρωτεΐνες είναι αρκετά κοντά σε αυτή των πρωτεϊνών των ζώων, των βακτηρίων και των φυτών. Οι ιικές πρωτεΐνες συνήθως δεν περιέχουν μεγάλη ποσότητα βασικών αμινοξέων (αργινίνη, βλεννίνη), π.χ. δεν ανήκουν στην ομάδα των πρωτεϊνών όπως οι ιστόνες και οι πρωταμίνες με έντονες αλκαλικές ιδιότητες. Αγνοώντας τα ουδέτερα αμινοξέα, μπορούμε να πούμε ότι τα όξινα δικαρβοξυλικά οξέα κυριαρχούν στην ιική πρωτεΐνη. Αυτό ισχύει τόσο για ιούς με χαμηλή περιεκτικότητα σε νουκλεϊκό οξύ όσο και για ιούς με υψηλή περιεκτικότητα σε RNA και DNA.

Χημικές υπομονάδες ιικών πρωτεϊνών

Το επί του παρόντος διαθέσιμο υλικό σε υπομονάδες ιικών πρωτεϊνών συνοψίζεται, μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι το πρωτεϊνικό συστατικό των ιών, όπως όλες οι άλλες πρωτεΐνες, είναι κατασκευασμένο από πεπτιδικές αλυσίδες. Η μόνη ιδιαιτερότητα της ιικής πρωτεΐνης πολυπεπτιδικής αλυσίδας σχετίζεται με την «κάλυψη» αμφοτέρων ή οποιουδήποτε C- ή Ν-τερματικού αμινοξέος, το οποίο, προφανώς, είναι μια εξελικτική προσαρμογή που εμποδίζει την καταστροφή της ιικής πρωτεΐνης υπό την επίδραση πρωτεάσες στα κύτταρα ξενιστές. Στα ιικά σωματίδια, οι πεπτιδικές αλυσίδες αλληλεπιδρούν με συγκεκριμένο τρόπο μεταξύ τους, αποκτώντας μια δευτερεύουσα και τριτοταγή δομή. Σε αυτή τη μορφή οι πεπτιδικές αλυσίδες είναι οι δομικές υπομονάδες της ιικής πρωτεΐνης, που συνήθως παρατηρούνται σε ηλεκτρονικό μικροσκόπιο.

Μερικές γενικές ιδιότητες των ιικών πρωτεϊνών

Η πεπτιδική αλυσίδα μιας ιικής πρωτεΐνης, εκτός από την «απόκρυψη» των C- ή Ν-τερματικών ομάδων, δεν έχει από μόνη της μοναδικές ιδιότητες. Υδρολύεται εύκολα από πρωτεάσες και παρουσιάζει το συνηθισμένο χαρακτηριστικό αστάθειας των πεπτιδίων σε σχέση με έναν αριθμό φυσικών και χημικών παραγόντων. Ταυτόχρονα, το πρωτεϊνικό κέλυφος των ιών στο σύνολό του χαρακτηρίζεται από μια σειρά μοναδικών χαρακτηριστικών. Πρώτα απ 'όλα, πρέπει να σημειωθεί η αντίσταση ολόκληρων σωματιδίων σε πρωτεολυτικά ένζυμα, τα οποία υδρολύουν εύκολα τις πρωτεΐνες των ιστών. Ταυτόχρονα, ορισμένες μελέτες αναφέρουν μερική ή πλήρη αδρανοποίηση τόσο των καθαρισμένων ιικών παρασκευασμάτων όσο και των εκχυλισμάτων που περιέχουν τον ιό μετά από επώαση με διάφορα είδη πρωτεολυτικών ενζύμων.Είναι περίεργο ότι ακόμη και στενά συγγενείς ιοί μπορεί, προφανώς, να διαφέρουν ως προς την ευαισθησία στις πρωτεάσες. Έτσι, ούτε η μολυσματικότητα ούτε η αιμοσυγκολλητική δράση των ιών γρίπης Α και C άλλαξαν μετά την επώαση με θρυψίνη, ενώ υπό παρόμοιες συνθήκες η μολυσματικότητα του σκευάσματος του ιού της γρίπης Β μειώθηκε κατά 87%, ενώ ο τίτλος της αιμοσυγκολλητίνης δεν άλλαξε. Κατά την αξιολόγηση της ευαισθησίας ενός ή του άλλου τύπου ιού σε πρωτεολυτικά ένζυμα, θα πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη ότι οι ιοί εμφανίζουν διαφορετική ευαισθησία σε διάφορες πρωτεάσες. Ο ιός της δαμαλίτιδας, για παράδειγμα, ανθεκτικός στη θρυψίνη και τη χυμοτρεψίνη, αφομοιώνεται σχετικά γρήγορα από την παποΐνη. Ωστόσο, ανεξάρτητα από το πώς επιλύεται στη συνέχεια το ζήτημα της επίδρασης των πρωτεασών σε ορισμένους ιούς, θα πρέπει να θυμόμαστε ότι η αντίσταση στις πρωτεάσες είναι ευρέως διαδεδομένη ιδιότητα του πρωτεϊνικού περιβλήματος των ανέπαφων ιών. Ως εκ τούτου, κατά την απομόνωση ιών, η επεξεργασία των ιικών παρασκευασμάτων με πρωτεϊνομετρικά ένζυμα χρησιμοποιείται συχνά για την απομάκρυνση πρωτεϊνικών μολυντών. Μια τέτοια μοναδική αντίσταση των ιών στις πρωτεάσες δεν σχετίζεται με τα μεμονωμένα χαρακτηριστικά της ιικής πρωτεΐνης καθαυτή, επειδή με μερική βλάβη ή ελαφρά μετουσίωση του ιικού σωματιδίου, καθώς και με την απομόνωση της ιικής πρωτεΐνης στην καθαρή της μορφή, Το τελευταίο αφομοιώνεται εύκολα από τις πρωτεάσες. Επομένως, η αντίσταση των ιικών σωματιδίων στη δράση των πρωτεολυτικών ενζύμων δεν μπορεί να εξηγηθεί από τυχόν ανωμαλίες στη σύνθεση αμινοξέων ή την παρουσία ειδικού τύπου δεσμών. Αυτή η ιδιότητα των ιών οφείλεται στα δομικά χαρακτηριστικά του σώματος στο σύνολό του, δηλ. τριτοταγούς και τεταρτοταγούς πρωτεϊνικής δομής και έχει μεγάλη βιολογική σημασία, καθώς οι ιοί πολλαπλασιάζονται σε κύτταρα που περιέχουν μεγάλο αριθμό πρωτεολυτικών ενζύμων. Το δεύτερο χαρακτηριστικό της ιικής πρωτεΐνης είναι, κατά κανόνα, η υψηλή αντοχή σε έναν αριθμό φυσικών και χημικών παραγόντων, αν και δεν μπορούν να σημειωθούν γενικά πρότυπα από αυτή την άποψη. Ορισμένα είδη ιών που αντέχουν ασυνήθιστα σκληρά καθεστώτα επεξεργασίας μπορούν να αδρανοποιηθούν υπό την επίδραση ενός τόσο αθώου παράγοντα όπως χαμηλή ή υψηλή συγκέντρωση αλατιού, λυοφιλοποίηση κ.λπ. Σε άρτιους Τ-φάγους, ο διαχωρισμός του DNA από τα κελύφη πρωτεΐνης («σκιές») επιτυγχάνεται εύκολα με μια ταχεία αλλαγή στην οσμωτική πίεση, το λεγόμενο «ωσμωτικό σοκ», ενώ οι περίεργοι Τ-φάγοι δεν ανταποκρίνονται σε ταχεία μείωση της τη συγκέντρωση άλατος του μέσου.

Οι ιοί διαφέρουν επίσης έντονα ως προς τη σταθερότητά τους στα αλατούχα διαλύματα. Ένας από τους πιο σταθερούς από αυτή την άποψη είναι ο ιός των θηλωμάτων κουνελιού, ο οποίος δεν χάνει τη δράση του για μήνες σε διάλυμα χλωριούχου νατρίου 2% και σε ημι-κορεσμένο διάλυμα θειικού αμμωνίου και παραμένει για δεκαετίες σε διάλυμα γλυκερίνης 50%, με βάση το παραπάνω από τα γεγονότα, μπορείτε πραγματικά να καταλήξετε στο συμπέρασμα ότι υπάρχουν πολύ σταθεροί και πολύ ασταθείς τύποι ιών, αλλά τις περισσότερες φορές οι ιοί χαρακτηρίζονται από επιλεκτική ευαισθησία σε οποιοδήποτε συγκεκριμένο τύπο επιρροής μαζί με επαρκή σταθερότητα του δεσμού νουκλεοπρωτεΐνης σε έναν αριθμό άλλων περιβαλλοντικών παραγόντων . Η σταθερότητα αυτού ή του άλλου ιού σε ορισμένες επιδράσεις δεν μπορεί να θεωρηθεί αμετάβλητο, μια για πάντα, δεδομένου του είδους. Αυτό, μαζί με άλλες ιδιότητες ενός ιικού σωματιδίου, μπορεί να υποστεί τις πιο ριζικές αλλαγές ως αποτέλεσμα της μετάλλαξης. Κατά την αξιολόγηση της σταθερότητας των ιικών σωματιδίων, πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη ότι η φυσική και βιολογική αδρανοποίηση των ιών δεν συμπίπτουν πάντα. Τις περισσότερες φορές, αυτές οι έννοιες συμπίπτουν στην περίπτωση απλών ιών που δεν διαθέτουν εξειδικευμένες δομές υπεύθυνες για τη μόλυνση των κυττάρων και η φυσική και χημική δομή των ιικών σωματιδίων χαρακτηρίζεται από υψηλό βαθμό ομοιογένειας και το ίδιο επίπεδο ευαισθησίας σε διάφορους τύπους επιρροών. Σε πιο σύνθετους ιούς, η βιολογική αδρανοποίηση συνδέεται πολύ συχνά με βλάβη σε εξειδικευμένες δομές που καθορίζουν την προσρόφηση ενός ιικού σωματιδίου ή την εισαγωγή ενός νουκλεϊκού οξέος σε ένα μολυσμένο κύτταρο, αν και το ιικό σώμα στο σύνολό του παραμένει ανέπαφο. Από την εξέταση των δεδομένων σχετικά με τη σταθερότητα των ιικών σωματιδίων και τις αλλαγές σε αυτό το χαρακτηριστικό κατά τη διάρκεια της διαδικασίας μετάλλαξης, γίνεται προφανές ότι δεν μπορεί να διαπιστωθεί καθολική κανονικότητα από αυτή την άποψη. Η σταθερότητα του ιού σε ορισμένους φυσικούς και χημικούς παράγοντες καθορίζεται από το σύνολο των χαρακτηριστικών της πρωτογενούς, δευτεροταγούς και τριτοταγούς δομής της πρωτεΐνης και του νουκλεϊκού οξέος, καθώς και από την αλληλεπίδρασή τους.

Messenger RNA (mRNA) - ενδιάμεσος φορέας

γενετικές πληροφορίες

Ο μηχανισμός με τον οποίο η γενετική πληροφορία του DNA «μεταγράφεται» σε αγγελιοφόρο RNA και στη συνέχεια μεταφράζεται σε πρωτεΐνη προέκυψε αρκετά χρόνια αφότου οι μοριακοί βιολόγοι συνειδητοποίησαν ότι οι αλληλουχίες νουκλεοτιδίων στο DNA των γονιδίων είναι άμεσα υπεύθυνες για τις αλληλουχίες αμινοξέων της πρωτεΐνης. Το γεγονός ότι ορισμένοι φυτικοί και ζωικοί ιοί περιέχουν RNA ως γενετικό τους υλικό και ότι το ίδιο το ιικό RNA είναι μολυσματικό, υποδηλώνει ήδη τον πιθανό ενδιάμεσο ρόλο του RNA στη μεταφορά γενετικών πληροφοριών. Όταν ο Jacob και ο Monod προέβλεψαν την ύπαρξη ενός βραχύβιου, ασταθούς ενδιάμεσου μεταξύ των γονιδίων και της συσκευής σύνθεσης πρωτεϊνών, η αναζήτηση ενός μορίου RNA με τέτοιες ιδιότητες είχε ήδη ξεκινήσει. Οι πρώτες ενδείξεις για την παρουσία RNA φάγου, το οποίο συντέθηκε πρόσφατα μετά από μόλυνση από φάγο και συσχετίστηκε με προϋπάρχοντα βακτηριακά ριβοσώματα. Η τελική απόδειξη του ρόλου του mRNA στη σύνθεση πολυπεπτιδίων ελήφθη σε πειράματα με ένα σύστημα σύνθεσης πρωτεϊνών χωρίς κύτταρα. Εκχυλίσματα φυσιολογικών κυττάρων Ε coli θα μπορούσαν να προγραμματιστούν για να συνθέσουν ειδικές πρωτεΐνες φάγου F2 προσθέτοντας RNA από αυτόν τον φάγο.

Στη συνέχεια, το mRNA ταυτοποιήθηκε και μελετήθηκε τόσο σε βακτηριακά όσο και σε ζωικά κύτταρα. Αργότερα, αποδείχθηκε ότι πολλά μόρια mRNA, τόσο ιικά όσο και μη, είναι ικανά να προγραμματίσουν τη σύνθεση συγκεκριμένων πρωτεϊνών σε μια ποικιλία κυτταρικών εκχυλισμάτων. Αυτό επιβεβαίωσε ότι η ειδικότητα της πρωτεϊνοσύνθεσης σε διάφορα συστήματα εξαρτάται από το mRNA και όχι από το σύστημα πρωτεϊνοσύνθεσης. Σε όλα τα κύτταρα, το πρώτο στάδιο γονιδιακής έκφρασης ήταν η «μεταγραφή» του DNA με το σχηματισμό του αντίστοιχου mRNA.

Υδατάνθρακες

Το τέταρτο συστατικό που βρίσκεται μερικές φορές σε καθαρισμένα ιικά παρασκευάσματα είναι οι υδατάνθρακες (που υπερβαίνουν την περιεκτικότητα σε σάκχαρα του νουκλεϊκού οξέος). Η γλυκόζη και η γεντιβιόζη, που βρίσκονται στο T-even και σε ορισμένους άλλους φάγους, είναι συστατικά νουκλεϊκών οξέων και συζητούνται στην ενότητα για τη σύνθεση του DNA και του RNA. Εκτός από αυτούς τους «επιπλέον» υδατάνθρακες, οι βακτηριοφάγοι μπορούν επίσης να περιέχουν και άλλους πολυσακχαρίτες. Η μόνη ομάδα ιών στην οποία έχει αποδειχθεί επακριβώς η παρουσία υδατανθράκων είναι οι ζωικοί ιοί, αν και διάφοροι συγγραφείς δίνουν πολύ αντιφατικά δεδομένα τόσο για την ποσοτική όσο και για την ποιοτική σύνθεση του υδατανθρακικού συστατικού τους. Η σύνθεση των στοιχειωδών σωμάτων του ιού της γρίπης και της κλασικής πανώλης των πτηνών περιέχει έως και 17% υδατάνθρακες.

Ένζυμα ιών

Όψεις του προβλήματος

Ο όρος «ένζυμα ιών» μπορεί να χρησιμοποιηθεί με τη στενή και ευρεία έννοια της λέξης. Στην πρώτη περίπτωση, αυτό αναφέρεται στην ενζυματική δραστηριότητα που σχετίζεται με ηρεμία ιικών σωματιδίων, με έναν εξωκυτταρικό ιό. Μια ευρεία ερμηνεία αυτού του όρου αναφέρεται σε ολόκληρο το σύνολο των ενζυμικών συστημάτων που εμπλέκονται στη σύνθεση του ιού σε ένα μολυσμένο κύτταρο, δηλ. ένζυμα ενός πολλαπλασιαζόμενου ενδοκυτταρικού ιού.

Αποδείχθηκε ότι η παρουσία ενός μόνο ενζύμου σε ιικά παρασκευάσματα είναι ένα μάλλον σπάνιο φαινόμενο, το οποίο έχει πλέον καθιερωθεί με απόλυτη βεβαιότητα για τις δραστηριότητες λυσοζύμης και φωσφατόζης των βακτηριοφάγων και τη δράση ουδετερομινιδάσης των μυξοϊών. Σε όλες τις άλλες περιπτώσεις, είτε δεν ελήφθησαν πειστικά στοιχεία της πραγματικής ιικής προέλευσης του ενζύμου που προσδιορίστηκε, είτε, αντιστρόφως, η προέλευση της ενζυμικής δραστικότητας από κυτταρική μόλυνση αποδείχτηκε σταθερά.

Συστατικά Virion εκτός από νουκλεϊκά οξέα και πρωτεΐνες

Το πιο σημαντικό από αυτά τα συστατικά, έχουμε ήδη αναφέρει, είναι το διπλό στρώμα λιπιδίων, το οποίο αποτελεί το μεγαλύτερο μέρος του εξωτερικού κελύφους σε αυτούς τους ιούς που το έχουν. Πιστεύεται ότι τα λιπίδια του φακέλου απλώς δανείζονται από την πλασματική μεμβράνη του κυττάρου ξενιστή και επομένως, αυστηρά μιλώντας, δεν μπορούν να θεωρηθούν «ειδικά για τον ιό». Πράγματι, οι παραμυξοϊοί που αναπαράγονται σε διαφορετικά κύτταρα μπορεί να περιέχουν αντίστοιχα διαφορετικά λιπίδια. Επομένως, η ειδικότητα του περιβλήματος του ιού εξαρτάται από τις ιικές γλυκοπρωτεΐνες που βρίσκονται στην επιφάνειά του. Τα υψηλά καθαρά παρασκευάσματα ιοσωμάτων περιέχουν έναν αριθμό συστατικών χαμηλού μοριακού βάρους, η λειτουργία των οποίων σε ορισμένες περιπτώσεις είναι ξεκάθαρη. Πολυαμίνες έχουν βρεθεί σε βακτηριοφάγους και ιούς ζώων και φυτών. Είναι πιθανό η μόνη φυσιολογική τους λειτουργία να είναι η εξουδετέρωση του αρνητικού φορτίου του νουκλεϊκού οξέος. Για παράδειγμα, ο ιός του έρπητα περιέχει αρκετή σπερμίνη για να εξουδετερώσει το μισό του ιικού DNA και ο ιικός φάκελος περιέχει επίσης σπερμιδίνη.

Ορισμένοι φυτικοί ιοί (το γογγύλι, το μωσαϊκό των φασολιών, το μωσαϊκό του καπνού) περιέχουν δις(3-αμινοπροπυλ)αμίνη. Πιστεύεται ότι αυτή η πολυαμίνη, όπως και οι πολυαμίνες φάγων, εξουδετερώνει τα φορτία του ιικού RNA. δεδομένου ότι δεν βρέθηκε σε υγιή φύλλα, είναι πιθανό να συντίθεται μόνο σε μολυσμένα κύτταρα.

Τύποι οργάνωσης βιριόντων

Το κύριο δομικό συστατικό του ιού είναι το καψίδιο, το οποίο περιέχει το νουκλεϊκό οξύ. Τα καψίδια κατασκευάζονται από πρωτεϊνικές υπομονάδες συναρμολογημένες με έναν καλά καθορισμένο τρόπο σύμφωνα με σχετικά απλές γεωμετρικές αρχές. Γι' αυτό τα καψίδια τελείως διαφορετικών ιών, όπως οι φάγοι, οι ζωικοί ιοί ή οι φυτικοί ιοί, μπορούν να κατασκευαστούν ακριβώς σύμφωνα με το ίδιο σχέδιο και να είναι πρακτικά δυσδιάκριτα μορφολογικά.

Οι Crick και Watson, με βάση το γεγονός ότι οι γενετικές πληροφορίες που περιέχονται στο νουκλεϊκό οξύ του ιού είναι ανεπαρκείς για να κωδικοποιήσει ο ιός πολλές διαφορετικές πρωτεΐνες, κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι τα καψίδια των ιών πρέπει να κατασκευαστούν από πολλές πανομοιότυπες υπομονάδες. Υπάρχουν δύο τύποι οργάνωσης στους οποίους πανομοιότυπες ασύμμετρες υπομονάδες, όπως τα μόρια πρωτεΐνης, μπορούν να ενωθούν μεταξύ τους για να σχηματίσουν ένα κανονικό καψίδιο: ελικοειδής συναρμολόγηση και σχηματισμός κλειστών κελυφών πρωτεΐνης. Συνεπώς, υπάρχουν μόνο δύο τύποι καψιδίων: σπειροειδή και ισομετρικά (ή σχεδόν σφαιρικά). τα καψίδια όλων των ιών εμπίπτουν σε μία από αυτές τις δύο κατηγορίες. Καθένας από αυτούς τους τύπους δομών σχηματίζεται από πρωτεΐνες καψιδίου σε μια διαδικασία που ονομάζεται αυτοσυναρμολόγηση. Αυτή η διαδικασία συμβαίνει μόνο εάν είναι ενεργειακά ευνοϊκή. Αυτό σημαίνει ότι από όλες τις πιθανές μορφές του καψιδίου πραγματοποιείται αυτή που αντιστοιχεί στην ελάχιστη ελεύθερη ενέργεια των συγκεκριμένων πρωτεϊνών του δεδομένου ιού. Το πραγματικό σχήμα και μέγεθος του καψιδίου καθορίζεται επομένως από το συγκεκριμένο σχήμα των μορίων πρωτεΐνης, που είναι οι υπομονάδες από τις οποίες είναι δομημένο το καψίδιο, και τη φύση των δεσμών που σχηματίζουν αυτές οι υπομονάδες μεταξύ τους. Η σταθερότητα της δομής που τελικά προκύπτει εξαρτάται από τον αριθμό και την ισχύ των ασθενών δεσμών που σχηματίζονται μεταξύ των πρωτεϊνών που αποτελούν το δεδομένο καψίδιο. Όσο περισσότερη ελεύθερη ενέργεια απελευθερώνεται κατά τη συναρμολόγηση του καψιδίου, τόσο ισχυρότερο είναι το συναρμολογημένο καψίδιο.

Σπειροειδή καψίδια. Virions πολλών φυτικών ιών και ορισμένων φάγων έχουν ένα γυμνό ελικοειδές καψίδιο, χωρίς εξωτερικό κέλυφος. Ο καλύτερα μελετημένος ιός αυτής της ομάδας είναι ο TMV.

Τα καψίδια TMV είναι σχετικά άκαμπτες ράβδοι στη δομή. Τα καψίδια τουλάχιστον ενός ακόμη φάγου είναι εξίσου άκαμπτα στη δομή. Τα καψίδια άλλων φυτικών ιών, όπως ο ιός του ίκτερου των ζαχαρότευτλων και ο ιός της πατάτας Χ, είναι επίσης σπειροειδείς ράβδοι, αλλά αυτές οι ράβδοι είναι εύκαμπτες. Τα σπειροειδή καψίδια ενός αριθμού ζωικών ιών με εξωτερικό περίβλημα είναι επίσης εύκαμπτα. Η ευελιξία αυτών των ραβδοειδών καψιδίων δείχνει ότι οι υπομονάδες από τις οποίες είναι κατασκευασμένες σχηματίζουν ασθενέστερους και πιο κινητούς δεσμούς μεταξύ τους από εκείνους που σχηματίζονται μεταξύ υπομονάδων ράβδων του τύπου ιού σωματιδίου TMV.

Ισομετρικά (οιονεί σφαιρικά) καψίδια. Τα καψίδια πολλών ιών είναι σχεδόν πανομοιότυπα σε σχήμα με μια σφαίρα, αλλά η ηλεκτρονική μικροσκοπία δείχνει ότι στην πραγματικότητα αυτά τα καψίδια δεν είναι σφαίρες, αλλά κανονικά πολύεδρα. Τέτοια καψίδια ονομάζονται ισομετρικά, αφού οι γραμμικές τους διαστάσεις κατά μήκος των ορθογώνιων αξόνων είναι πανομοιότυπες.

Σύνθετα καψίδια. Ορολογικές και μορφολογικές μελέτες των καψιδίων έδειξαν ότι είναι πολύπλοκες δομές. Μια λεπτομερής ηλεκτρονική μικροσκοπική ανάλυση της δομής των καψιδίων στο επιφανειακό τους τμήμα μπορεί να αποκαλύψει προεξοχές, που αλλιώς ονομάζονται αιχμές, οι οποίες συνήθως βρίσκονται σε καθεμία από τις 12 κορυφές του εικοσάεδρου. Αυτές οι αιχμές παίζουν σημαντικό ρόλο στην έναρξη της μόλυνσης. Ένας «τριχωτός» φάγος περιγράφεται στη βιβλιογραφία, στον οποίο πολλά ινίδια εκτείνονται από την επιφάνεια της κεφαλής του ιού.

Οι μεγαλύτεροι φάγοι έχουν διεργασίες, «ουρές». Αυτές οι διαδικασίες είναι τα όργανα με τα οποία οι φάγοι προσκολλώνται στην επιφάνεια του βακτηρίου ξενιστή. Υπάρχουν λίγες βιολογικές οντότητες που είναι πιο εκπληκτικές από τους φάγους-ζυγούς Τ.

Τα ιοσωμάτια αυτών των φάγων συναρμολογούνται από περισσότερες από 50 διαφορετικές πρωτεΐνες και έχουν μια εξαιρετικά οργανωμένη, εκπληκτικά πολύπλοκη και κανονική δομή. Το κολάρο και η βασική πλάκα αυτών των φάγων έχουν εξαγωνική συμμετρία. Το πρωτεϊνικό κέλυφος του κεφαλιού τους είναι ένα παραμορφωμένο εικοσαδελτάεδρο με μια επιπλέον σειρά υπομονάδων, με αποτέλεσμα να είναι μακρύτερο προς τη μία κατεύθυνση από ό,τι σε άλλες. Η εξαγωνική ανάπτυξη ενός τέτοιου φάγου συνδέεται με κάποιο τρόπο στην κορυφή του κεφαλιού σύμφωνα με ένα σχέδιο πενταγωνικής συμμετρίας. Κατά τη συναρμολόγηση του φάγου Τ4, μερικές φορές σχηματίζονται ιοσωμάτια με δύο αποφύσεις αντί για μία. Πολλοί ζωικοί ιοί, ορισμένοι φυτικοί ιοί και τουλάχιστον μία κατηγορία βακτηριοφάγων έχουν ένα εξωτερικό περίβλημα που περιβάλλει τα καψίδια τους. Η ολοκληρωμένη δομή αυτών των μεμβρανών, όπως και όλων των άλλων βιολογικών μεμβρανών, είναι ένα διπλό στρώμα φωσφολιπιδίων, στο οποίο βυθίζονται μόρια συγκεκριμένων πρωτεϊνών. Σε περιπτώσεις όπου το διπλό στρώμα των φωσφολιπιδίων βρίσκεται στην επιφάνεια του βιριόντος και, επομένως, είναι εύκολα προσβάσιμο σε αιθέρα ή άλλους λιπιδικούς διαλύτες, τα βιριόντα καταστρέφονται εύκολα και αδρανοποιούνται από τέτοιους διαλύτες. Τα φωσφολιπίδια των εξωτερικών περιβλημάτων των ιών είναι πανομοιότυπα ή παρόμοια με τα λιπίδια του κυττάρου ξενιστή, το οποίο, για παράδειγμα, είναι χαρακτηριστικό των περισσότερων κελύφους ζωικών ιών· σε άλλες περιπτώσεις, παρατηρούνται αρκετά έντονες διαφορές μεταξύ των φωσφολιπιδίων. Τα κελύφη των ζωικών ιών σχηματίζονται ως μέρος της πλασματικής ή πυρηνικής μεμβράνης του κυττάρου. Ηλεκτρονικές μικρογραφίες κυττάρων μολυσμένων από ιό δείχνουν ότι οι πρωτεΐνες του ιού εμφανίζονται σε μικρές περιοχές της πλασματικής μεμβράνης του κυττάρου, στις οποίες στη συνέχεια μεταναστεύουν τα καψίδια του ιού, γεγονός που οδηγεί τελικά στο σχηματισμό του ιού και την εκβλάστησή του. Ωστόσο, πρέπει να τονιστεί ότι δεν έχουν όλοι οι ζωικοί ιοί οιονεί σφαιρικά ιοσωμάτια. Για παράδειγμα, τα ιοσωμάτια των ραβδοϊών έχουν σχήμα σφαίρας. Το κέλυφός τους, όπως και άλλων ζωικών ιών, σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της εκβλάστησης από την πλασματική μεμβράνη του κυττάρου. Τα κελύφη άλλων ιών, όπως ο ιός της ευλογιάς, είναι πολύ πιο περίπλοκα και σχηματίζονται πλήρως στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου. Τέτοια ιοσωμάτια δεν είναι ευαίσθητα στη δράση του αιθέρα, δεν διασταυρώνονται ανοσολογικές αντιδράσεις με πρωτεΐνες κυττάρου ξενιστή και, προφανώς, αποτελούνται μόνο από ειδικά για τον ιό συστατικά.

Προβλήματα και μεθοδολογία

Ένα σωματίδιο ιού, ή ιοσωμάτιο, είναι μια αδρανής, στατική μορφή ενός ιού. Όταν τα ιοσωμάτια βρίσκονται έξω από το κύτταρο, δεν πολλαπλασιάζονται και δεν λαμβάνουν χώρα μεταβολικές διεργασίες σε αυτά. Όλα τα δυναμικά γεγονότα - η βιοσύνθεση των ιικών συστατικών, η βλάβη στον οργανισμό ξενιστή - ξεκινούν μόνο όταν ο ιός εισέλθει στο κύτταρο. Ακόμη και σε έναν πολυκύτταρο ξενιστή, τα καθοριστικά γεγονότα στην ιογενή μόλυνση συμβαίνουν σε κυτταρικό επίπεδο. Η εξάπλωση του ιού συμβαίνει ως αποτέλεσμα επαναλαμβανόμενων κύκλων αλληλεπίδρασης του ιού με κύτταρα και της διασποράς ιοσωμάτων στο εξωκυτταρικό περιβάλλον. Όλα όσα γνωρίζαμε ήδη για τα διάφορα συστατικά των βιριόντων υποδηλώνουν ότι η οργάνωση αυτών των συστατικών μέσα στο κύτταρο ξενιστή θα πρέπει να είναι διαφορετική από αυτή σε ένα σωματίδιο ελεύθερου ιού. Πράγματι, στα μολυσμένα από ιό κύτταρα, υπάρχει μια βαθιά αναδόμηση του ιικού υλικού, και συχνά επίσης των συστατικών του κυττάρου ξενιστή. Προκύπτει νέο σύστημα- σύμπλεγμα ιού-κυττάρου, λειτουργική οργάνωση, η οποία καθορίζεται από την αλληλεπίδραση ιικών και κυτταρικών λειτουργιών. Οι ενεργοί μηχανισμοί αυτού του συμπλέγματος διαφέρουν σημαντικά από εκείνους ενός μη μολυσμένου κυττάρου.

Αναπτυξιακές φάσεις: έλλειψη, αντιγραφή και ωρίμανση

Με τη βοήθεια διαφόρων μεθόδων, έχουν ανακαλυφθεί πολλές διαφορετικές καταστάσεις, οι οποίες, ωστόσο, έχουν κάτι κοινό, δηλαδή ότι για κάθε ιό η αλληλεπίδραση με τον ξενιστή είναι μια συγκεκριμένη ακολουθία γεγονότων. Κάθε ιός είναι ένας οργανισμός με τις δικές του διαδικασίες οντογένεσης και μορφογένεσης, καθώς και με το δικό του φυλογενετικό παρελθόν. Ωστόσο, οι κύκλοι ανάπτυξης διαφορετικών ιών, εάν ιδωθούν με ευρεία έννοια, έχουν μια σειρά από κοινά χαρακτηριστικά.

Μόλις ένας ιός προσκολληθεί σε ένα κύτταρο, συμβαίνουν μια σειρά γεγονότων που οδηγούν στην απελευθέρωση του ιικού γενετικού υλικού μέσα στο κύτταρο. Σε αυτή την περίπτωση, τα μολυσματικά ιοσωμάτια παύουν να υπάρχουν ως οργανωμένες δομές. Δεδομένου ότι η μολυσματικότητα ενός ελεύθερου ιικού νουκλεϊκού οξέος είναι συνήθως πολύ μικρότερη από τη μολυσματικότητα ολόκληρου του ιού, η απελευθέρωση του ιικού γονιδιώματος και η δίοδος του στο κύτταρο ξενιστή συνοδεύεται από μείωση ή εξαφάνιση της μολυσματικότητας. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται έκλειψη. Η διείσδυση του νουκλεϊκού οξέος του ιού στο κύτταρο κατά τη διάρκεια της μόλυνσης του μπορεί να συμβεί διαφορετικοί τρόποι. Για παράδειγμα, σε φάγους που εγχέουν το DNA τους με στοχευμένο τρόπο μέσω του βακτηριακού κυτταρικού τοιχώματος, το νουκλεϊκό οξύ απελευθερώνεται απευθείας στην κυτταρική επιφάνεια. Μερικοί φάγοι προσκολλώνται σε βακτηριακά μαστίγια ή λάχνες και στη συνέχεια εγχέουν το γενετικό τους υλικό μέσω αυτών των οργανιδίων ή τα χρησιμοποιούν για να πλησιάσουν πιο κοντά στην κυτταρική επιφάνεια. Οι ιοί με εξωτερικό περίβλημα μπορούν να συντηχθούν με την κυτταρική μεμβράνη και ολόκληρο το εσωτερικό καψίδιο του ιού διεισδύει στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου, μετά το οποίο απελευθερώνεται το ιικό γονιδίωμα. Μόλις το γονιδίωμα του ιού είναι απαλλαγμένο από πρωτεΐνη, μπορεί να χρησιμεύσει ως πηγή πληροφοριών τόσο για αντιγραφή όσο και για μεταγραφή, λειτουργώντας ως πρότυπο για τη βιοσύνθεση των κατάλληλων προϊόντων. Η αναπαραγωγή ιικών γονιδιωμάτων προχωρά με αντιγραφή γενετικού υλικού, δηλ. DNA ή RNA. Η αντιγραφή του DNA γίνεται κυρίως μέσω των ίδιων βιοχημικών μηχανισμών με την αντιγραφή του γενετικού υλικού ενός κυττάρου. Η αντιγραφή του γονιδιώματος του DNA του ιού στο κύτταρο ξενιστή είναι δυνατή εάν το γονιδίωμα είναι ένα αντίγραφο που αναγνωρίζεται από τον μηχανισμό αντιγραφής κυτταρικής ή ιικής προέλευσης. Τόσο τα κυτταρικά όσο και τα ιικά ένζυμα μπορούν να εμπλακούν στη διαδικασία αντιγραφής. Σε ορισμένες περιπτώσεις, η αναπαραγωγή ξεκινά μόνο μετά από μια σειρά προκαταρκτικών βημάτων και τη δημιουργία ειδικών συνθηκών. Κατά τη διάρκεια μιας ιογενούς λοίμωξης, το σύνολο των κυτταρικών ενζύμων μπορεί να αναπληρωθεί - άλλοτε λόγω ενζύμων που εισάγονται στο κύτταρο από ιοσωμάτια (δαμαλίτιδες, ιοί φυσαλιδώδους στοματίτιδας και γρίπης, ρετροϊοί) και μερικές φορές λόγω ενζύμων που έχουν πρόσφατα συντεθεί ως προϊόντα ιικών γονιδίων. Το τελευταίο, συγκεκριμένα, έχει αποδειχθεί για ορισμένους φάγους, η αναπαραγωγή των οποίων απαιτεί ειδικά συστατικά DNA. Αυτοί οι φάγοι περιέχουν τις απαραίτητες πληροφορίες για τη σύνθεση των αντίστοιχων ενζύμων. Οι ιοί μπορούν επίσης να προκαλέσουν τη σύνθεση ενζύμων που καταλύουν αντιδράσεις που έχουν πραγματοποιηθεί προηγουμένως με τη βοήθεια κυτταρικών ενζύμων.

Οι περισσότεροι ιοί που περιέχουν RNA αναπαράγονται δημιουργώντας αντίγραφα του RNA χωρίς τη συμμετοχή ενδιάμεσων προτύπων DNA, και επομένως η αντιγραφή τους μπορεί να συμβεί σε κύτταρα με ανασταλμένη σύνθεση DNA. Αυτοί οι ιοί κωδικοποιούν το δικό τους αντίγραφο RNA.

Τα κύτταρα ξενιστές δεν έχουν αυτό το ένζυμο. Σε ορισμένες ομάδες ιών RNA, το RNA αντιγράφεται σε ένα ενδιάμεσο συμπληρωματικό DNA που συντίθεται από ιικό RNA χρησιμοποιώντας αντίστροφη μεταγραφάση. Αυτό το ένζυμο εισάγεται στο κύτταρο ξενιστή από το ιοσωμάτιο μαζί με το ιικό RNA. Η εισαγωγή ενός ήδη συντιθέμενου ιικού ενζύμου σε ένα κύτταρο δεν είναι σπάνιο φαινόμενο.

Ο αριθμός των συστατικών της βιοσυνθετικής συσκευής που θα μπορούσε να κωδικοποιήσει ένας ιός περιορίζεται από το μέγεθος του ιικού γονιδιώματος. Οι μικρότεροι ιοί περιέχουν περίπου 10 6 dalton DNA ή RNA. Δεδομένου ότι η αναλογία των μοριακών βαρών του κωδικοποιητικού νουκλεϊκού οξέος προς την κωδικοποιημένη πρωτεΐνη είναι περίπου 9:1 για το RNA ή μονόκλωνο DNA και 18:1 για το δίκλωνο DNA, αυτοί οι ιοί μπορούν να συνθέσουν μόνο λίγες πρωτεΐνες και συνήθως Αυτές είναι μόνο οι δομικές πρωτεΐνες του ιού. Προφανώς, όλοι οι ιοί εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από την ενζυματική συσκευή των κυττάρων-ξενιστών. Μερικοί ιοί χρειάζονται ακόμη και τη βοήθεια άλλων ιών. Για παράδειγμα, το RNA του δορυφορικού ιού νέκρωσης καπνού αποτελείται από μόνο 1200 νουκλεοτίδια και η υπομονάδα πρωτεΐνης καψιδίου που κωδικοποιεί αυτό το RNA αποτελείται από 400 υπολείμματα αμινοξέων. Προφανώς, δεν θα υπήρχε αρκετός χώρος για οποιαδήποτε άλλη πληροφορία στο γονιδίωμα αυτού του ιού. Επομένως, είναι σε θέση να πολλαπλασιαστεί μόνο σε εκείνα τα κύτταρα που έχουν μολυνθεί ταυτόχρονα με τον ιό της νέκρωσης του καπνού. Το τελευταίο χρησιμεύει ως πηγή του απαραίτητου αντιγράφου. Υπάρχουν άλλα παραδείγματα ιών που επιβιώνουν σε φυσικές συνθήκες μόνο χάρη σε βοηθητικούς ιούς που μολύνουν τα ίδια κύτταρα.

Κατά τη διάρκεια της αντιγραφής του, το ιικό νουκλεϊκό οξύ δεν σχετίζεται με συγκεκριμένες πρωτεΐνες που βρίσκονται σε ώριμα ιοσωμάτια. Κάτω από ορισμένες συνθήκες, η αντιγραφή νουκλεϊκού οξέος συμβαίνει όταν η σύνθεση πρωτεϊνών αναστέλλεται χημικά. Κατά τη διάρκεια μιας λοίμωξης που οδηγεί στο σχηματισμό και την απελευθέρωση νέων ιικών σωματιδίων, η σύνθεση των πρωτεϊνών ιοσωμάτων συνήθως αρχίζει αφού έχει ήδη ξεδιπλωθεί η αντιγραφή νουκλεϊκού οξέος. Ως αποτέλεσμα της σύνθεσης αυτών των πρωτεϊνών, συσσωρεύεται ένα ταμείο πρόδρομων ουσιών, το οποίο χρησιμεύει ως πηγή υλικού που χρησιμοποιείται στη συναρμολόγηση των καψιδίων. Η ωρίμανση είναι μια πολύπλοκη και μη αναστρέψιμη διαδικασία: ούτε το νουκλεϊκό οξύ ούτε οι δομικές πρωτεΐνες που περιλαμβάνονται στο πλήρες καψίδιο ή μέρος του απελευθερώνονται ξανά στο ίδιο κύτταρο. Έτσι, κατά τη συναρμολόγηση του καψιδίου, το ιικό γονιδίωμα αποκλείεται από τον αναπαραγόμενο πληθυσμό νουκλεϊκών οξέων και οι πρωτεΐνες καψιδίου αποκλείονται από τη δεξαμενή των προδρόμων πρωτεϊνών. Εάν οι ιοί έχουν εξωτερικό κέλυφος, τότε ενώνεται με το καψίδιο αργότερα, είτε στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου, είτε όταν αλληλεπιδρά με την κυτταρική μεμβράνη. Μια τέτοια διαδικασία συναρμολόγησης, συμπεριλαμβανομένων των σταδίων των προδρόμων πλήρωσης, καθιστά δυνατή την εξήγηση του φαινομένου της φαινοτυπικής ανάμειξης, όταν σχηματίζονται ιοσωμάτια με καψίδια κατασκευασμένα από υπομονάδες που κωδικοποιούνται από διαφορετικά γονιδιώματα σε ένα κύτταρο μολυσμένο με δύο διαφορετικούς αλλά συμβατούς ιούς.

Τα νεοσχηματισμένα ιοσωμάτια απελευθερώνονται στο εξωτερικό περιβάλλον (συχνά μαζί με ανώριμες μορφές) είτε ως αποτέλεσμα λύσης του κυττάρου ξενιστή που προκαλείται από ιικά ένζυμα, όπως στην περίπτωση μόλυνσης βακτηρίων από φάγους, είτε με ώθηση τμημάτων του κυτταροπλάσματος , ή, τέλος, με την απελευθέρωση μεμονωμένων βιριόντων ή μικρών ομάδων τους. Μερικοί ζωικοί ιοί είναι δύσκολο να απελευθερωθούν από κύτταρα σε καλλιέργειες in vitro. σε έναν ζωντανό οργανισμό, η απελευθέρωση τέτοιων ιών από τα κύτταρα και η εξάπλωσή τους διευκολύνεται από τη σύλληψη των κυττάρων που έχουν καταστραφεί από τον ιό από τα φαγοκύτταρα και την πέψη τους. Οι φυτικοί ιοί συνήθως δεν απελευθερώνονται με κυτταρική λύση, αλλά μετακινούνται από κύτταρο σε κύτταρο μέσω μεσοκυτταρικών συνδέσεων.

Αλληλεπίδραση φάγων με βακτήρια. Κύρια προβλήματα και φαινόμενα

Προσκόλληση και διείσδυση

Η προσκόλληση ιοσωμάτων φάγου σε ένα βακτηριακό κύτταρο είναι μια αντίδραση πρώτης τάξης και συνήθως εμφανίζεται στην επιφάνεια του κυττάρου. Το τελευταίο είναι διαφορετικό στη δομή του σε διαφορετικούς τύπους βακτηρίων. Ορισμένοι φάγοι προσκολλώνται σε ειδικές εκβολές, τις λεγόμενες F και L-λάχνες, οι οποίες συμμετέχουν στη διαδικασία σύζευξης. Τα ιώματα των φάγων της ομάδας x προσκολλώνται αναστρέψιμα σε βακτηριακά μαστίγια και στη συνέχεια γλιστρούν κατά μήκος τους στην κυτταρική επιφάνεια, και αυτή η διαδικασία φαίνεται να διευκολύνεται από την κίνηση των ίδιων των μαστιγίων (καθώς οι ακίνητοι βακτηριακές μεταλλάξεις δεν είναι οι ξενιστές αυτών των φάγων). Στην επιφάνεια ενός βακτηριακού κυττάρου, υπάρχουν συγκεκριμένοι υποδοχείς για φάγους, αλλά τα δεδομένα για τη φύση τους είναι πολύ περιορισμένα. Το γεγονός ότι ο φάγος δεν είναι σε θέση να προσροφηθεί στο βακτηριακό μετάλλαγμα δεν σημαίνει απαραίτητα ότι το μετάλλαγμα έχει χάσει τις χημικές ομάδες που δρουν ως υποδοχείς φάγου - οι τελευταίοι μπορεί απλώς να κρύβονται από άλλα συστατικά του κυτταρικού τοιχώματος. Οι υποδοχείς δεν είναι πάντα απαραίτητοι για το ίδιο το κύτταρο. για παράδειγμα, όταν τα βακτήρια αναπτύσσονται υπό ορισμένες συνθήκες θερμοκρασίας, μπορούν να χαθούν.

Από το κέλυφος των βακτηρίων που είναι ευαίσθητα στον φάγο, είναι δυνατό να εξαχθεί μια συγκεκριμένη ουσία ικανή να απενεργοποιήσει τον φάγο. Ίσως αυτή η ουσία να είναι ο ίδιος ο υποδοχέας ή ένα συστατικό της δομής του υποδοχέα στην επιφάνεια των βακτηρίων. Οι ίδιοι οι υποδοχείς φαίνεται να συμβάλλουν μόνο στο πρώτο αναστρέψιμο βήμα προσρόφησης. Είναι πιθανό να εμπλέκονται και σε άλλες διεργασίες, ιδίως στη μεταφορά ιόντων σιδήρου. Μετά την προσκόλληση του φάγου, το βακτήριο δεν υφίσταται αξιοσημείωτες μορφολογικές αλλαγές για κάποιο χρονικό διάστημα (λανθάνουσα περίοδος), ακόμη και αν η μόλυνση οδηγεί τελικά σε λύση των κυττάρων, αφού η λύση συμβαίνει πάντα ξαφνικά.

Η διείσδυση του γονιδιώματος του φάγου στο κύτταρο συνοδεύεται από τον φυσικό διαχωρισμό του νουκλεϊκού οξέος από τις περισσότερες πρωτεΐνες καψιδίου που παραμένουν έξω.

Εκτός από το νουκλεϊκό οξύ του φάγου, μια μικρή ποσότητα πρωτεΐνης και ορισμένες άλλες ουσίες, συμπεριλαμβανομένων ολιγοπεπτιδίων και πολυαμινών, εγχέονται επίσης στο βακτηριακό κύτταρο. Ο ρόλος αυτών των ουσιών στη διαδικασία ανάπτυξης φάγων είναι άγνωστος· ορισμένες από αυτές είναι υπολείμματα πρωτεόλυσης πρωτεϊνών καψιδίου κατά τη συναρμολόγηση ιοσωμάτων. Εάν τα βακτηριακά κύτταρα είναι σε θέση να απορροφήσουν ελεύθερο DNA από το περιβάλλον, τότε το γονιδίωμα του φάγου μπορεί επίσης να εισέλθει σε αυτά με τη μορφή ελεύθερων μορίων DNA. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται διαμόλυνση. Η ικανότητα των βακτηρίων να απορροφούν μόρια DNA μπορεί να εμφανιστεί ως φυσιολογικό φαινόμενο σε ορισμένα στάδια ανάπτυξης, όπως παρατηρείται, για παράδειγμα, στο B subtilis.

Σε ορισμένες περιπτώσεις, μια τέτοια κατάσταση προκαλείται τεχνητά, όπως, για παράδειγμα, στο E coli.

Η διαδικασία ανάπτυξης φάγου μετά τη διαμόλυνση δεν είναι θεμελιωδώς διαφορετική από αυτή που συμβαίνει κατά τη διάρκεια της φυσιολογικής μόλυνσης από φάγους, εκτός από το ότι σε αυτές τις περιπτώσεις δεν υπάρχει αντίσταση που προκαλείται από την απουσία υποδοχέων ή άλλων ιδιοτήτων της κυτταρικής μεμβράνης.

Η διείσδυση του γονιδιώματος του φάγου σε ένα ευαίσθητο βακτήριο οδηγεί είτε σε λυσογόνο είτε σε λυτική μόλυνση, ανάλογα με τη φύση του φάγου (και μερικές φορές των βακτηρίων) και τις περιβαλλοντικές συνθήκες όπως η θερμοκρασία. Στον λυσογονικό τύπο αλληλεπίδρασης, το γονιδίωμα του φάγου σε μη μολυσματική μορφή μεταδίδεται από βακτηριακά κύτταρα από γενιά σε γενιά και από καιρό σε καιρό σε έναν ορισμένο αριθμό κυττάρων συντίθενται τα αντίστοιχα ιοσωμάτια, τα οποία λύουν αυτά τα κύτταρα και μετά πηγαίνουν έξω στο εξωτερικό περιβάλλον. Τα λυσογόνα κύτταρα που έχουν μολυνθεί εκ νέου με αυτά τα ιοσωμάτια δεν λύονται (επειδή έχουν ανοσία σε αυτόν τον φάγο), επομένως η λυσογονική καλλιέργεια συνεχίζει να αναπτύσσεται κανονικά. Η παρουσία ελεύθερων βιριόντων μπορεί να ανιχνευθεί εκθέτοντας τα κύτταρα σε οποιαδήποτε άλλα, μη λυσογονικά βακτηριακά στελέχη που λύονται από αυτόν τον φάγο. Οι φάγοι που είναι σε θέση να λύσουν τα βακτήρια που μολύνουν ονομάζονται εύκρατοι και οι φάγοι που δεν έχουν αυτή την ικανότητα ονομάζονται λοιμογόνοι. Ωστόσο, πρέπει να θυμόμαστε ότι ακόμη και οι εύκρατοι φάγοι κατά την πρώτη μόλυνση από βακτήρια που είναι ευαίσθητα σε αυτούς προκαλούν μια παραγωγική μόλυνση σε πολλά ή και σε όλα τα κύτταρα. Η εμφάνιση της λυσογένεσης και η πρόληψη της ωρίμανσης του ιού και της κυτταρικής λύσης απαιτούν μια σειρά από συγκεκριμένα γεγονότα που δεν συμβαίνουν πάντα με κάθε μολυσμένο βακτήριο. Η πιθανότητα εμφάνισης λυσογονίας ή παραγωγικής μόλυνσης ποικίλλει από φάγο σε φάγο και εξαρτάται από τις συνθήκες καλλιέργειας.

Η σχέση μεταξύ της δομής του ιού και της εμφάνισης της μόλυνσης

Τα μακριά νήματα (ινίδια) της διαδικασίας χρησιμεύουν για ειδική αναγνώριση από τον φάγο ορισμένων περιοχών στην επιφάνεια του κυττάρου ξενιστή, στο οποίο προσκολλάται. Οι μεταλλάξεις των γονιδίων που κωδικοποιούν πρωτεΐνες νήματος οδηγούν σε αλλαγή ή πλήρη απώλεια της ικανότητας του φάγου να προσκολλάται στο κύτταρο ξενιστή. Μια άλλη απόδειξη του σημαντικού ρόλου των νηματίων των διεργασιών είναι τα πειράματα με αντιορούς αντιφάγου, τα οποία έδειξαν ότι μόνο τα αντισώματα στις πρωτεΐνες των απομακρυσμένων τμημάτων των άκρων των νηματίων εμποδίζουν τους φάγους να προσκολληθούν στα κύτταρα.

Τα νήματα τυλίγονται γύρω από τη διαδικασία με τέτοιο τρόπο ώστε το μεσαίο τμήμα τους να υποστηρίζεται από "κεραίες" στερεωμένες στο σημείο όπου η κεφαλή συνδέεται με τη διαδικασία. Η σύνθεση της πρωτεΐνης των κεραιών πιθανότατα κωδικοποιείται από το γονίδιο wac. Η επαφή των άκρων των νηματίων με τον κυτταρικό υποδοχέα μπορεί να προκαλέσει το ξεδίπλωμα και το ίσιμά τους. Μια χαρακτηριστική ιδιότητα του φάγου Τ4, που χάνεται εύκολα λόγω μετάλλαξης και επιλογής, είναι ότι η απελευθέρωση των νηματίων της διεργασίας από τις «κεραίες» εξαρτάται από την L-τρυπτοφάνη ως συμπαράγοντα. Η εξάρτηση της ευθυγράμμισης των νηματίων και η επακόλουθη προσκόλληση του φάγου στο κύτταρο από τη συγκέντρωση τρυπτοφάνης δείχνει ότι η επαφή ορισμένων νηματίων με το κύτταρο μπορεί να διευκολύνει την απελευθέρωση των υπόλοιπων νηματίων. Το επόμενο στάδιο αλληλεπίδρασης μεταξύ του φάγου και του βακτηρίου απαιτεί τη σωστή χωρική θέση του βασικού ελάσματος της διαδικασίας, η οποία, με τη σειρά της, πιθανότατα εξασφαλίζεται από την επαφή και των έξι νηματίων με τους κυτταρικούς υποδοχείς. Προφανώς, η προσκόλληση ενός σωματιδίου φάγου με τη βοήθεια νηματίων ανάπτυξης του επιτρέπει να εκτελεί ορισμένες κινήσεις ολίσθησης κατά μήκος της κυτταρικής επιφάνειας μέχρι να βρεθεί μια θέση μέσω της οποίας μπορεί να εισαχθεί το DNA. Από αυτή την άποψη, η παρατήρηση ότι η μη αναστρέψιμη σύνδεση του φάγου στο κύτταρο και η διείσδυση του DNA του σε αυτό συμβαίνει μόνο σε ορισμένες περιοχές της μεμβράνης (υπάρχουν περίπου 300 από αυτές), όπου η κυτταροπλασματική και η εξωτερική μεμβράνες σχηματίζουν ισχυρές επαφές ανθεκτικό σε ήπιο οσμωτικό σοκ, αποδείχθηκε πολύ σημαντικό. Αυτό πιθανότατα ισχύει και για άλλους βακτηριοφάγους. Θα ήταν πολύ σημαντικό να ανακαλύψουμε ποια είναι η σχέση αυτών των περιοχών με τις θέσεις σύνθεσης των συστατικών της μεμβράνης και των υποδοχέων φάγων. Στο επόμενο στάδιο της αλληλεπίδρασης μεταξύ του φάγου και του κυττάρου, η θήκη της διεργασίας συστέλλεται, με αποτέλεσμα η ράβδος να διεισδύσει στην κυτταρική μεμβράνη. Η συστολή διεγείρεται από το βασικό έλασμα, το οποίο αλλάζει τη διαμόρφωσή του υπό την επίδραση των νηματίων της διαδικασίας. Και οι 144 υπομονάδες της θήκης συμμετέχουν στη διαδικασία της συστολής και η άρθρωση τους οδηγεί σε διπλή μείωση του μήκους της θήκης. Έχει προταθεί ότι η ενέργεια για τη συστολή του περιβλήματος παρέχεται από μόρια ΑΤΡ που σχετίζονται με τον φάγο, αλλά αυτό δεν έχει ακόμη αποδειχθεί οριστικά. Το περιφερικό τμήμα της ράβδου φέρεται κοντά στην εσωτερική κυτταροπλασματική μεμβράνη, αλλά δεν διεισδύει απαραίτητα μέσα από αυτήν. Το DNA από φάγους που έχουν υποστεί επεξεργασία με ουρία με βραχυμένο περίβλημα και εκτεθειμένα στελέχη μπορεί να εισέλθει σε σφαιροπλάστες E coli στους οποίους οι εξωτερικές μεμβράνες και τα σκληρά κελύφη είτε αφαιρούνται πλήρως είτε καταστρέφονται σημαντικά. Η μόλυνση των σφαιροπλαστών που πραγματοποιείται σε υπερτονικά μέσα οδηγεί στο σχηματισμό φυσιολογικών απογόνων φάγων. Ολόκληρα ή τεμαχισμένα μόρια DNA φάγου μπορούν να εισαχθούν σε σφαιροπλάστες, οι οποίοι στη συνέχεια αντιγράφονται και συμμετέχουν στον ανασυνδυασμό.

Φυσικά, οι επιφανειακοί υποδοχείς δεν εμπλέκονται στη διαδικασία μόλυνσης των σφαιροπλαστών. Επομένως, οι φάγοι Τ4 που έχουν υποστεί αγωγή με ουρία μπορούν να μολύνουν ανθεκτικά μεταλλάγματα E. coli ή ακόμη και ανθεκτικά βακτήρια απομακρυσμένων ειδών. Η προσκόλληση σε σφαιροπλάστες σωματιδίων φάγου που έχουν υποστεί επεξεργασία με ουρία εμποδίζεται από τη φωσφατιδυλογλυκερόλη, η οποία είναι πιθανώς ένα συστατικό των μεμβρανών που διεγείρει την εισαγωγή του DNA στο κύτταρο.

Εάν ένα βακτήριο που έχει ήδη μολυνθεί με έναν Τ-ζυγό φάγο επαναμολυνθεί με τον ίδιο φάγο λίγα λεπτά αργότερα, η δεύτερη ομάδα φάγων δεν συμμετέχει στην αναπαραγωγή (ο λεγόμενος αποκλεισμός υπερμόλυνσης) και δεν μεταβιβάζει το DNA του σε απόγονος. Έχει αποδειχθεί ότι το DNA των σωματιδίων φάγων που εισέρχονται στο κύτταρο κατά την επαναμόλυνση καταστρέφεται (καταστροφή κατά την υπερμόλυνση). Και οι δύο αυτές διαδικασίες είναι υπό τον έλεγχο γονιδίων φάγων που ενεργοποιούνται στο κύτταρο ξενιστή, η λειτουργία των οποίων μπορεί να επηρεαστεί από τις αντίστοιχες μεταλλάξεις.

Συναρμολόγηση βιριόντων

Σε αντίθεση με τα πρώιμα στάδια ανάπτυξης των φάγων, η συναρμολόγηση των καψιδίων και των πλήρων βιριόντων δεν προγραμματίζεται από τη διαδοχική έκφραση των γονιδίων των φάγων. Προφανώς, όλες οι πρωτεΐνες ιοσωμάτων και άλλες όψιμες πρωτεΐνες, όπως η λυσοζύμη φάγου, συντίθενται περισσότερο ή λιγότερο ταυτόχρονα και, συσσωρεύοντας, σχηματίζουν μια «δεξαμενή προδρόμου». Από εδώ εξάγονται με άμεση ειδική αλληλεπίδραση με άλλα μόρια πρωτεΐνης, με αποτέλεσμα υποδομές που στη συνέχεια συναρμολογούνται σε ολόκληρα ιοσωμάτια. Η γενική πορεία συναρμολόγησης έγινε σαφής από τα αποτελέσματα πειραμάτων in vivo με μεταλλαγμένους φάγους και από τη μελέτη των προϊόντων λύσης. Ωστόσο, αφού ανακαλύφθηκε η δυνατότητα συναρμολόγησης προσχηματισμένων προγονικών φάγων in vitro, αυτό αποτελεσματική μέθοδοςέχουν ληφθεί πολλές νέες πληροφορίες. Η συναρμολόγηση του virion αποτελείται από τέσσερα κύρια στάδια, που οδηγούν στο σχηματισμό ενδιάμεσων δομών που αλληλεπιδρούν μεταξύ τους μόνο σε ορισμένα κρίσιμα σημεία.

Η βασική πλάκα της διαδικασίας του φάγου είναι κατασκευασμένη από 15 πρωτεΐνες, στη σύνθεση των οποίων, εκτός από τις κύριες, συμμετέχουν και κάποια άλλα γονίδια. Είναι πολύ ενδιαφέρον ότι η πλάκα περιέχει, προφανώς, πολλά μόρια δύο ενζύμων που κωδικοποιούνται από τον φάγο - διυδροφολική αναγωγάση και θυμιδυλική συνθετάση, καθώς και μια ορισμένη ποσότητα φολικού οξέος.
Το συναρμολογημένο βασικό έλασμα, μετά την προσθήκη της πρωτεΐνης του γονιδίου Β4 σε αυτό, χρησιμεύει ως σπόρος για τη συναρμολόγηση του στελέχους διεργασίας, που αποτελείται από 144 μόρια του προϊόντος του γονιδίου 19. Γύρω από το στέλεχος συναρμολογείται ένα περίβλημα, το οποίο είναι ένα πολυμερές κατασκευασμένο από 144 μόρια του προϊόντος του γονιδίου 18. δομή. Δεν είναι σαφές πώς επιτυγχάνεται η σταθερότητα του μήκους της ράβδου κατά τη συναρμολόγηση. Είναι πιθανό ότι υπάρχουν κάποιες άλλες γραμμικές πρωτεΐνες που μετρούν την απαιτούμενη απόσταση ή η επαφή με το βασικό έλασμα δίνει στις υπομονάδες της ράβδου μια τέτοια ειδική διαμόρφωση που έχει ελάχιστη ελεύθερη ενέργεια μόνο στην περίπτωση ενός συγκεκριμένου μεγέθους ράβδου. Αυτή η τελευταία υπόθεση δείχνει ότι η διαδικασία συναρμολόγησης μπορεί να μην είναι καθαρά μηχανική.
Το κέλυφος της κεφαλής του φάγου, κατασκευασμένο από περισσότερες από 10 πρωτεΐνες, σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της δραστηριότητας πολλών γονιδίων. Το κύριο είναι ένα προϊόν του γονιδίου 23, το οποίο είναι μέρος της τελικής κεφαλής μόνο μετά από διάσπαση από το κύριο πολυπεπτιδικό θραύσμα με mol. βάρους 10.000. Η πρωτεόλυση πραγματοποιείται κυρίως από το προϊόν του γονιδίου 22, και πιθανώς επίσης του γονιδίου 21, το οποίο απουσιάζει στο ώριμο ιοσωμάτιο. Ωστόσο, η πρωτεΐνη του γονιδίου 22 είναι ουσιαστικά μια εσωτερική πρωτεΐνη, η οποία τελικά αυτο-χωνεύεται σε μικρά πεπτίδια, μερικά από τα οποία παραμένουν στην κεφαλή του φάγου. Υπάρχουν επίσης άλλες εσωτερικές πρωτεΐνες που χωνεύονται μερικώς από την πρωτεΐνη του γονιδίου 22.
Μετά το τέλος της χωριστής συναρμολόγησης της κεφαλής και της διαδικασίας, συνδυάζονται αυθόρμητα τόσο in vitro όσο και in vivo.
Τα νημάτια της διαδικασίας αποτελούνται από προϊόντα τεσσάρων γονιδίων. Η συναρμολόγησή τους προχωρά ανεξάρτητα, αλλά συνδέονται με τη βασική πλάκα μόνο μετά τη σύνδεση της κεφαλής και της διαδικασίας. Αυτή η αντίδραση απαιτεί μια πρωτεΐνη του γονιδίου 63, καθώς και αλληλεπίδραση με τις «κεραίες», οι οποίες είναι προσαρτημένες στο κολάρο, που βρίσκεται μεταξύ της κεφαλής και της διαδικασίας.

Η κεφαλή του φάγου έχει ένα συγκεκριμένο σχήμα που καθορίζεται από την πρωτεΐνη του γονιδίου 23 και άλλες πρωτεΐνες. Η δομή του αλλάζει ως αποτέλεσμα μεταλλάξεων των αντίστοιχων γονιδίων. Η κανονική κεφαλή του φάγου 74 έχει το σχήμα ενός ακανόνιστου εικοσιαδέλταεδρου, κατά μήκος του μακρού άξονα του οποίου υπάρχει μια επιπλέον σειρά υπομονάδων, που αποτελείται από 840 αντίγραφα της πρωτεΐνης του γονιδίου 23. Οι υπομονάδες της πρωτεΐνης του γονιδίου 20 βρίσκονται στις κορυφές . Αυτό το σχήμα του κεφαλιού αντανακλά την παρουσία ορισμένων χωρικών περιορισμών που επιβάλλονται από τις αλληλεπιδράσεις πρωτεΐνης-πρωτεΐνης. Ελλείψει αυτών των περιορισμών, η δομή του φάγου αλλάζει πολύ.

Βακτηριοφάγος l

Ο βακτηριοφάγος l είναι ένας εύκρατος φάγος, δηλ. Μπορεί είτε να μετακινηθεί από κύτταρο σε κύτταρο κατά τη διάρκεια της μόλυνσης, είτε να μεταδοθεί από τη μια γενιά στην άλλη κατά τον πολλαπλασιασμό ενός δεδομένου βακτηριακού στελέχους. Στην τελευταία περίπτωση, το γονιδίωμα του λανθάνοντος φάγου ονομάζεται προφάγος και τα κύτταρα που φέρουν έναν τέτοιο προφάγο ονομάζονται λυσογόνα. Η παρουσία του γονιδιώματος του φάγου σε μια λυσογόνο καλλιέργεια μπορεί να ανιχνευθεί με την αυθόρμητη απελευθέρωση του φάγου από ένα μικρό μέρος του κυτταρικού πληθυσμού στον οποίο ο φάγος αναπτύχθηκε αυθόρμητα.

Ο φυσικός ξενιστής του φάγου 1 είναι το στέλεχος E coli K 12, η γενετική του οποίου έχει μελετηθεί καλά. Ως εκ τούτου, ο φάγος 1 επιλέχθηκε ως αντικείμενο εντατικής έρευνας με στόχο την αποσαφήνιση της φύσης της λυσογονίας. Το αρχικό άγριο στέλεχος K 12 είναι λυσογόνο για έναν φάγο που δεν σχηματίζει πλάκες σε αυτό το στέλεχος, το οποίο, όπως τα περισσότερα λυσογόνα βακτήρια, είναι άνοσο στον φάγο που περιέχεται σε αυτό ως προφάγο. Ο φάγος 1 διαδίδεται συνήθως σε παραλλαγές του στελέχους K 12 που «εξάγεται» από τον προφάγο. Τέτοιες εκχυλισμένες παραλλαγές βρίσκονται σε μικρές ποσότητες μεταξύ των κυττάρων που επέζησαν μετά από έντονη ακτινοβόληση. Όταν σχηματίζεται μια σταθερή λυσογόνος κυτταρική σειρά, πρέπει να πληρούνται οι ακόλουθες δύο προϋποθέσεις. Πρώτον, ο προφάγος πρέπει να βρίσκεται σε ένα κύτταρο σε τέτοια κατάσταση ώστε κατά την κυτταρική διαίρεση κάθε θυγατρικό κύτταρο να λαμβάνει τουλάχιστον ένα αντίγραφό του. Στην περίπτωση του φάγου Ι, αυτό το πρόβλημα επιλύεται με την ενσωμάτωση του DNA του στο βακτηριακό χρωμόσωμα, ως αποτέλεσμα του οποίου το DNA του προφάγου αντιγράφεται παθητικά και διαχωρίζεται χρησιμοποιώντας τη συσκευή του κυττάρου ξενιστή. Δεύτερον, εκείνα τα ιικά γονίδια των οποίων τα προϊόντα είναι δυνητικά ικανά να διαταράξουν την ακεραιότητα του κυττάρου πρέπει να ρυθμίζονται με τέτοιο τρόπο ώστε τα κύτταρα να μπορούν να αναπτυχθούν και να πολλαπλασιαστούν με ασφάλεια. Αυτό επιτυγχάνεται με την καταστολή της μεταγραφής των γονιδίων. Σε κύτταρα λυσογόνα για τον φάγο 1, κανένα από τα ιικά γονίδια που είναι απαραίτητα για μια παραγωγική μόλυνση δεν μεταγράφεται. Μόνο μια πολύ μικρή ποσότητα ιικού mRNA βρίσκεται σε λυσογονικές καλλιέργειες.

Ζωικοί ιοί

Προσρόφηση και διείσδυση στο κύτταρο

Τα πρώτα στάδια μιας ιογενούς μόλυνσης, ανεξάρτητα από το είδος του ιού υπό αμφισβήτηση, που παραδοσιακά ονομάζεται προσρόφηση, διείσδυση και «γδύσιμο» (καταστροφή του περιβλήματος του ιού). Η προσρόφηση συνήθως νοείται ως η κύρια επαφή του ιού με το κύτταρο. Συχνά αυτή η επαφή είναι πολύ αδύναμη στην αρχή - αναστρέψιμη προσρόφηση. Στη συνέχεια αυξάνεται η ισχύς επαφής - μη αναστρέψιμη προσρόφηση. Αυτοί οι όροι ισχύουν εξίσου για να περιγράψουν το αρχικό στάδιο διείσδυσης στα κύτταρα οποιουδήποτε ιού. Ο όρος «διείσδυση» είναι λανθασμένος γιατί υπονοεί την ενεργή επιρροή στο προσβεβλημένο κύτταρο ενός συγκεκριμένου τμήματος του ιού, κάτι που δεν έχει αποδειχθεί. Είναι πιο πιθανό ότι σε πολλές περιπτώσεις λαμβάνει χώρα μια εντελώς διαφορετική διαδικασία - η προσκόλληση του ιού στο κύτταρο, λόγω της φυσικοχημικής συμπληρωματικότητας μεταξύ της επιφάνειας του ιού και των μορίων του υποδοχέα που βρίσκονται στην επιφάνεια του κυττάρου, προκαλεί τις αλλαγές στο το κύτταρο που είναι απαραίτητο για τη διείσδυση του ιού σε αυτό.

Γενική εικόνα προσρόφησης ζωικών ιών

Τα αποτελέσματα που προέκυψαν από τη μελέτη της προσρόφησης σε κύτταρα μιας μεγάλης ποικιλίας ζωικών ιών (με και χωρίς περίβλημα) δημιουργούν την ακόλουθη γενική εικόνα της διαδικασίας προσκόλλησης του ιού σε ένα κύτταρο. Η διαδικασία ξεκινά με τυχαίες συγκρούσεις πολλών ιοσωμάτων με την επιφάνεια του κυττάρου, αλλά μόνο μία σύγκρουση στα 10 δευτερόλεπτα ή 10 4 οδηγεί στο σχηματισμό δεσμού μεταξύ φυσικώς συμπληρωματικών τμημάτων της κυτταρικής επιφάνειας και του βιριόντος. Είναι πιθανό τα ιόντα του μέσου καλλιέργειας να συμμετέχουν επίσης στο σχηματισμό τέτοιων δεσμών. Αυτοί οι δεσμοί μπορούν να πραγματοποιηθούν άμεσα με προεξοχές στην επιφάνεια των ιοσωμάτων, που αποτελούνται από ειδικές ιικές πρωτεΐνες, όπως «ακίδες» σε ιούς με περίβλημα, για παράδειγμα, μικροϊούς, τογαϊούς και παραμυξοϊούς, ή νημάτια πρωτεΐνης (ινίδια) που εκτείνονται από τις κορυφές των εικοσαεδρικών ιοσωμάτια (για παράδειγμα, ορισμένοι αδενοϊοί). Η θέση δέσμευσης στην επιφάνεια του ιοσωματίου, η οποία αλληλεπιδρά άμεσα με τον κυτταρικό υποδοχέα, μπορεί να αποτελείται από μια μεμονωμένη δομική ιική πρωτεΐνη ή μπορεί να είναι ένα μωσαϊκό πολλών πρωτεϊνών καψιδίου (προφανώς, αυτό συμβαίνει στους picornaviruses). Ο υποδοχέας σε όλες τις περιπτώσεις είναι μια πρωτεΐνη ή γλυκοπρωτεΐνη που βρίσκεται στην κυτταρική επιφάνεια. Υπάρχουν διάφοροι υποδοχείς στην κυτταρική επιφάνεια, ο καθένας συγκεκριμένος για τον δικό του ιό. Η ιδιαιτερότητα αυτών των υποδοχέων δεν είναι απόλυτη, γεγονός που οδηγεί στη δυνατότητα ομαδοποίησης των ιών σύμφωνα με αυτή την ιδιότητα σε περίεργες «οικογένειες». Οι ιοί που σχετίζονται μεταξύ τους σε αυτό το χαρακτηριστικό μπορεί να σχετίζονται με άλλους τρόπους, αλλά αυτή η προϋπόθεση δεν είναι υποχρεωτική. Η επιφάνεια ενός κυττάρου μπορεί να περιέχει από 10 4 έως 10 5 αντίγραφα κάθε τύπου υποδοχέα.

Πρέπει να τονιστεί ότι το ίδιο το γεγονός της προσρόφησης του ιού στο κύτταρο δεν σημαίνει σε καμία περίπτωση την έναρξη ιογενούς λοίμωξης. Οι δεσμοί που σχηματίζονται κατά την προσρόφηση μεταξύ του ιού και του κυττάρου μπορεί να είναι «αδύναμοι», ενώ η προσρόφηση είναι «αναστρέψιμη», δηλ. το ιοσωμάτιο μπορεί να φύγει από την κυτταρική επιφάνεια. Ωστόσο, μερικά από τα ιοσωμάτια που έχουν προσροφηθεί στο κύτταρο συνδέονται σε αυτό με ισχυρότερους «μη αναστρέψιμους» δεσμούς.

Διείσδυση ζωικών ιών στο κύτταρο και «γδύσιμο».

Το επόμενο στάδιο μετά την ισχυρή προσκόλληση του ιού στην επιφάνεια ενός ευαίσθητου κυττάρου είναι η διείσδυση ολόκληρου του ιού ή μέρους αυτού στο κύτταρο και η έναρξη της σύνθεσης μιας ειδικής για τον ιό πρωτεΐνης ή ιικού mRNA. Θεμελιωδώς παρόμοιες διαδικασίες μπορεί να αποτελούν τη βάση της αρχικής σύνδεσης διαφόρων ιών σε ένα κύτταρο. Αντίθετα, η διείσδυση ιοσωμάτων στο κύτταρο και η ενεργοποίηση του ιικού γονιδιώματος μπορεί να συμβεί διαφορετικά σε διαφορετικούς ιούς. Είναι σαφές ότι οι ιοί με περίβλημα και γυμνοί πρέπει να εισέλθουν στο κύτταρο ως αποτέλεσμα διαφορετικών φυσικοχημικών διεργασιών. Εδώ και πολύ καιρό υποτίθεται ότι η διείσδυση των ιών με περίβλημα στο κύτταρο βασίζεται πιθανώς σε μια διαδικασία κάπως παρόμοια με τη «τήξη μεμβράνης» ή τη διαδικασία «σύντηξης». Όσο για τέτοιες σχετικά μεγάλες πρωτεϊνικές δομές όπως τα γυμνά ιοσωμάτια, μόνο ένας μηχανισμός διείσδυσης στο κύτταρο είναι γνωστός γι 'αυτούς - αυτός είναι η φαγοκυττάρωση, και εδώ και πολύ καιρό υποτίθεται ότι τέτοιοι ιοί εισέρχονται στα κύτταρα ως αποτέλεσμα μιας παραλλαγής φαγοκυττάρωσης που ονομάζεται "viropexis ". Τα τελευταία χρόνια έχει γίνει γνωστή μια άλλη σημαντική λεπτομέρεια σχετικά με τη διείσδυση ιών στα κύτταρα. Πράγματι, σε ορισμένες περιπτώσεις, το μόνο συστατικό του ιού που ευθύνεται άμεσα για τη σύνθεση νέων συστατικών του ιού είναι το νουκλεϊκό του οξύ, και σε άλλες είναι επίσης το RNA ή το DNA πολυμεράση που είναι μέρος του ιού.

Αναπαραγωγή ζωικών ιών

Μία από τις έντονες διαφορές μεταξύ των βακτηριακών ιών και των ζωικών ιών είναι η άνιση διάρκεια του μοναδικού κύκλου αναπαραγωγής τους. Έτσι, ένας μόνο κύκλος αναπαραγωγής, ακόμη και στους πιο ταχέως πολλαπλασιαζόμενους ζωικούς ιούς, διαρκεί 5-6 g και σε έναν αριθμό άλλων ιών - αρκετές ημέρες. Επιπλέον, πολλοί ιοί προκαλούν μόνο επίμονες λοιμώξεις, στις οποίες τα κύτταρα ξενιστές δεν πεθαίνουν, αν και ο ιός σχηματίζεται συνεχώς τόσο σε αυτούς όσο και στους απογόνους τους. Ένας τόσο μακρύς κύκλος αναπαραγωγής ζωικών ιών, σε σύγκριση με τον μικρότερο κύκλο αναπαραγωγής των περισσότερων φάγων, εξαρτάται πιθανώς από τα σχετικά μεγέθη των αντίστοιχων κυττάρων-ξενιστών.

Πολλά χαρακτηριστικά των ζωικών ιών συνδέονται με συγκεκριμένα χαρακτηριστικά της αρχιτεκτονικής των ευκαρυωτικών κυττάρων. Το DNA των περισσότερων ιών που περιέχουν DNA συντίθεται στον πυρήνα του κυττάρου. Αντίθετα, οι πρωτεΐνες όλων των ιών ανεξαιρέτως συντίθενται στο κυτταρόπλασμα. Η μόλυνση των κυττάρων με ιούς μπορεί καταρχήν να οδηγήσει σε δύο συνέπειες. Ένα μολυσμένο κύτταρο μπορεί είτε να πεθάνει, παράγοντας μεγάλη ποσότητα ιού (ένας λυτικός τύπος αλληλεπίδρασης μεταξύ ιών και κυττάρων), είτε να συνεχίσει να ζει και να διαιρείται, συνθέτοντας μικρές ποσότητες ιού. Οι καλλιέργειες πολλαπλασιαζόμενων κυττάρων που παράγουν τον ιό ονομάζονται επίμονα μολυσμένες. Σχεδόν κάθε ζωικός ιός, υπό τις κατάλληλες συνθήκες, μπορεί να προκαλέσει επίμονη μόλυνση. Επιπλέον, πολλοί ιοί λύουν κύτταρα πολύ σπάνια και συνήθως δημιουργείται μια κατάσταση σταθερής ισορροπίας στα μολυσμένα κύτταρα - σχηματίζεται μια επίμονα μολυσμένη κυτταρική καλλιέργεια.

Έχει διαπιστωθεί ότι κατά τη διάρκεια μιας επιτυχημένης λυτικής μόλυνσης σε μολυσμένα κύτταρα, συμβαίνουν πέντε διακριτά συμβάντα, τα οποία πραγματοποιούνται από λειτουργικά ενεργές ειδικές για τον ιό πρωτεΐνες. Κατά τη διάρκεια ενός μόνο κύκλου αναπαραγωγής του ιού, αυτά τα γεγονότα αναπτύσσονται είτε παράλληλα είτε διαδοχικά. Η χρονική τους αλληλουχία καθορίζεται από τις ειδικές ιδιότητες κάθε ιού. Αυτά είναι τα ακόλουθα γεγονότα: 1) καταστολή ενός αριθμού κυτταρικών λειτουργιών από τον ιό. 2) σύνθεση ιικών mRNAs. 3) αντιγραφή ιικού γονιδιώματος. 4) μορφογένεση ιοσωμάτων. 5) απελευθέρωση ιοσωμάτων από το κύτταρο.

Σύμφωνα με τους κανόνες του ζευγαρώματος βάσεων σύμφωνα με τους Watson και Crick, για κάθε δεδομένο μόριο RNA, μπορεί κανείς να γράψει τη συμπληρωματική νουκλεοτιδική του αλληλουχία. Για τη διευκόλυνση της ταξινόμησης των ιών, το mRNA του ιού ορίζεται συμβατικά ως κλώνος «συν» και η συμπληρωματική αλληλουχία του ως κλώνος «μείον». Με βάση τη δομική σχέση μεταξύ του νουκλεϊκού οξέος του ιοσωματίου και του mRNA του, όλοι οι ζωικοί ιοί μπορούν να χωριστούν σε έξι κατηγορίες. Φυσικά, αυτή η ταξινόμηση μπορεί επίσης να εφαρμοστεί σε βακτηριοφάγους και ιούς εντόμων και φυτών, αλλά προς το παρόν είναι πολύ λογικό να περιοριστεί η εφαρμογή της σε ζωικούς ιούς.

Η κατηγορία Ι περιλαμβάνει ιούς που περιέχουν δίκλωνο DNA, όπως ο ιός δαμαλίτιδας

Το mRNA αυτών των ιών συντίθεται με τον ίδιο τρόπο όπως το κυτταρικό mRNA, το γονιδίωμα του ιού - δίκλωνο DNA - χρησιμεύει ως πρότυπο για τη σύνθεση mRNA. Η κατηγορία II περιλαμβάνει ιούς που περιέχουν μονόκλωνο DNA. Το mRNA τους είναι πιθανώς εντελώς ομόλογο με το DNA του βιριόντος στη σύνθεση νουκλεοτιδίων. Επομένως, το mRNA πρέπει να μεταγραφεί από τον «μείον» κλώνο του DNA, που αποτελεί μέρος του ενδιάμεσου συμπλόκου αντιγραφής-ιού. Οι υπόλοιπες κατηγορίες περιλαμβάνουν ιούς στους οποίους το γονιδίωμα είναι RNA. Η κατηγορία III περιλαμβάνει ιούς που περιέχουν δίκλωνο RNA, όπως ρεοϊούς. Αυτό το RNA χρησιμεύει ως πρόδρομος για την ασύμμετρη σύνθεση ιικών mRNAs. Αποδείχθηκε ότι σε όλους τους ιούς κατηγορίας III που έχουν ανακαλυφθεί μέχρι τώρα, το γονιδίωμα είναι τμηματοποιημένο, δηλ. αποτελείται από πολλά χρωμοσώματα, καθένα από τα οποία κωδικοποιεί ένα πολυπεπτίδιο. Οι ιοί κατηγορίας IV περιέχουν RNA συν-κλώνου. Το γονιδίωμα αυτών των ιών έχει την ίδια πολικότητα με το mRNA τους. Οι ιοί αυτής της κατηγορίας χωρίζονται σε δύο υποκατηγορίες. Στους ιούς της υποκατηγορίας Iva, που χαρακτηρίζονται από τον ιό της πολιομυελίτιδας, όλες οι πρωτεΐνες συντίθενται με μετάφραση ενός μόνο μορίου mRNA. Η προκύπτουσα πολυπρωτεΐνη στη συνέχεια διασπάται από πρωτεολυτικά ένζυμα για να σχηματίσει λειτουργικά ενεργές πρωτεΐνες. Όλα τα mRNA αυτών των ιών έχουν το ίδιο μήκος με το γονιδίωμα του RNA. Οι ιοί της υποκατηγορίας Ivb ονομάζονται επίσης togaviruses. Συνθέτουν τουλάχιστον δύο τύπους ιικού mRNA στο κύτταρο: το mRNA ενός τύπου έχει το ίδιο μήκος με το RNA του ιού και το mRNA του δεύτερου τύπου είναι ένα θραύσμα του RNA του ιού.

Οι ιοί της κατηγορίας V ονομάζονται επίσης "μείον" - ιοί RNA. Σύμφωνα με την αλληλουχία νουκλεοτιδίων, το mRNA αυτών των ιών είναι συμπληρωματικό με το RNA του ιού. Επομένως, το ιοσωμάτιο περιέχει ένα πρότυπο για τη σύνθεση mRNA, αλλά όχι για τη σύνθεση πρωτεϊνών. Υπάρχουν δύο υποκατηγορίες ιών κατηγορίας V. Το γονιδίωμα των ιών της υποκατηγορίας Va είναι ένα μόνο μόριο RNA από το οποίο μεταγράφεται ένας αριθμός mRNA και όλα τα mRNA αυτών των ιών που έχουν μελετηθεί μέχρι τώρα είναι μονοκιστρονικά. Οι ιοί της υποκατηγορίας Vb έχουν τμηματοποιημένο γονιδίωμα. Κάθε ένα από τα τμήματα του γονιδιώματος χρησιμεύει ως πρότυπο από το οποίο μεταγράφεται μόνο ένας τύπος μορίων mRNA. Ένα από αυτά τα mRNA κωδικοποιείται από πολυκιστερνικές και το άλλο από πολυκιστερνικές πολυπρωτεΐνες. Οι ιοί της κατηγορίας VI ονομάζονται επίσης ρετροϊοί. Αυτοί είναι οι πιο ασυνήθιστοι από όλους τους γνωστούς ιούς RNA, γιατί όταν το RNA τους μεταγράφεται, δεν συντίθεται RNA, ως συνήθως, αλλά DNA, το οποίο με τη σειρά του χρησιμεύει ως πρότυπο για τη σύνθεση του mRNA. Επομένως, τα mRNA αυτών των ιών και τα RNA των ιοσωμάτων τους δεν διαφέρουν ως προς την πολικότητα μεταξύ τους και μερικά από αυτά έχουν το ίδιο μήκος. Πολλές αξιοσημείωτες συνέπειες απορρέουν από τις εκπληκτικές ιδιότητες αυτών των γενετικών συστημάτων.

Plus - Ιοί RNA:

picorcaviruses (κατηγορία IV a)

Οι ιοί αυτής της υποκατηγορίας, από τους οποίους ο ιός της πολιομυελίτιδας έχει μελετηθεί εκτενέστερα, είναι συλλογικά γνωστοί ως picorcaviruses. Περιλαμβάνουν επίσης τον ιό του μένγκο, τον ιό της εγκεφαλομυοκαρδίτιδας (πικορκαϊούς ποντικού), τους ρινοϊούς (ιούς που προκαλούν έναν από τους τύπους οξέων αναπνευστικών ασθενειών στον άνθρωπο - το λεγόμενο κρυολόγημα) και τον ιό του αφθώδους πυρετού.

Τογαϊοί (κατηγορία IV γ)

Οι τογαϊοί περιλαμβάνουν όλους τους ιούς συν - RNA, στους οποίους σχηματίζονται δύο τύποι mRNA, που διαφέρουν σε μέγεθος. Το όνομα "togaviruses" αντικατοπτρίζει τα χαρακτηριστικά του εξωτερικού κελύφους των βιριόντων τους. Η σύνθεση αυτού του κελύφους εξετάζεται σε άλλη ενότητα, αλλά εδώ θα συζητήσουμε μόνο τους μηχανισμούς σύνθεσης RNA και πρωτεϊνών που χρησιμοποιούνται από ιούς αυτής της κατηγορίας. Πριν στραφούμε στην εξέταση της μοριακής βιολογίας των τογαϊών, είναι ενδιαφέρον να θυμηθούμε πώς ανακαλύφθηκαν οι ιοί αυτής της ομάδας. Οι επιδημιολόγοι έχουν διαπιστώσει ότι πολλοί ιοί που προκαλούν ασθένειες στα σπονδυλωτά μεταφέρονται από τσιμπούρια ή κουνούπια.

Οι τογαιοί παθογόνοι για τον άνθρωπο είναι συνήθως ενδημικοί σε διάφορα ζωικά είδη και μεταδίδονται στον άνθρωπο μόνο μέσω του δαγκώματος ενός αρθροπόδιου φορέα. Οι ιοί αυτής της ομάδας ονομάζονταν arboviruses (που σημαίνει "φορούμενοι από αρθρόποδα"). Στη συνέχεια, ωστόσο, έγινε σαφές ότι αυτό το όνομα συνδύαζε ιούς που διαφέρουν έντονα στις βιοχημικές τους ιδιότητες. Αυτό που συνήθως έχουν κοινό είναι η ικανότητα να πολλαπλασιάζονται τόσο στα κύτταρα του εντόμου-φορέα όσο και στα κύτταρα ορισμένων σπονδυλωτών. Το κύριο μέρος των αρβοϊών, σύμφωνα με τις βιοχημικές τους ιδιότητες, ανήκει στους τογαϊούς. Ορολογικά, οι τογαϊοί χωρίζονται σε δύο ομάδες (Α και Β), που σήμερα αναφέρονται ως αλφαϊοί και φλαβοϊοί, αντίστοιχα. Οι τογαϊοί περιλαμβάνουν τουλάχιστον δύο ιούς που δεν είναι αρβοϊοί - τον ιό της ερυθράς και έναν ιό που αυξάνει την περιεκτικότητα σε γαλακτική αφυδρογονάση στο αίμα ενός μολυσμένου ζώου.

ιός φυσαλιδώδους στοματίτιδας

Μείον - Οι ιοί RNA χωρίζονται σε τρεις κύριες μορφολογικές κατηγορίες: ραβδοϊούς, παραμυξοϊούς και ορθομυξοϊούς. Όσον αφορά τη βιοχημική στρατηγική, οι ραβδοϊοί και οι παραμυξοϊοί είναι πολύ κοντά ο ένας στον άλλο και αποτελούν την πλειοψηφία των καλά μελετημένων ιών της κατηγορίας Va. Σε αυτή την ενότητα, η εστίαση θα είναι μόνο σε έναν ραβδοϊό, τον ιό της φυσαλιδώδους στοματίτιδας (VSV), όπως έχει μελετηθεί με τη μεγαλύτερη λεπτομέρεια. Αν και το VVS είναι παθογόνο για τα βοοειδή, οι ασθένειες που προκαλεί είναι ήπιες και δεν οδηγούν σε σοβαρές οικονομικές απώλειες. Σε κυτταροκαλλιέργειες, το VVS πολλαπλασιάζεται γρήγορα και η απόδοσή του φτάνει σε υψηλούς τίτλους. Τα μολυσμένα κύτταρα πεθαίνουν. Όταν τα ευαίσθητα κύτταρα μολύνονται με άλλους ραβδοϊούς ή παραμυξιιούς, συνήθως αναπτύσσεται μια επίμονη μόλυνση που δεν οδηγεί σε κυτταρικό θάνατο. Επομένως, τέτοια συστήματα ιού-κυττάρου είναι πολύ πιο δύσκολο να μελετηθούν. Οι ορθομυξοϊοί, από τους οποίους οι ιοί της ανθρώπινης γρίπης είναι οι πιο γνωστοί, έχουν ένα τμηματοποιημένο γονιδίωμα που αποτελείται από έναν αριθμό μεμονωμένων αρνητικών κλώνων RNA.

Το ιοσωμάτιο VVS, όπως και τα ιοσωμάτια όλων των άλλων τογαϊών, καλύπτεται με ένα εξωτερικό κέλυφος, αλλά σε αντίθεση με αυτούς, έχει ένα χαρακτηριστικό σχήμα σφαίρας. Το ίδιο το όνομα «ραβδοϊοί» προέρχεται από την ελληνική ρίζα που σημαίνει «ράβδος» και οφείλεται στην ασυμμετρία αυτών των σωματιδίων. Η μορφή βολίδας του ιοσωματίου αντανακλά το σχήμα του νουκλεοκαψιδίου του, το οποίο είναι μια περιελιγμένη έλικα και περιέχει ένα μόριο RNA με ένα mol. Βάρος 4. 10 6 . Αυτό το RNA δεν έχει κανένα από τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα mRNA των ευκαρυωτικών ιών: δεν υπάρχει αλληλουχία πολυ (Α) στο 3ο άκρο του και δεν υπάρχει «καπάκι» στο 5ο άκρο του. Επιπλέον, δεν είναι μολυσματικό. Η λειτουργία του είναι ότι χρησιμεύει ως πρότυπο για τη σύνθεση ιικών mRNAs και, ως εκ τούτου, είναι η μείον-κλώνος του RNA. Το νουκλεοκαψίδιο του VVS είναι μια πολύ σταθερή δομή και το RNA σε αυτό προστατεύεται πλήρως από τη δράση της ριβονουκλεάσης. Το νουκλεοκαψίδιο αυτού του ιού είναι μολυσματικό, αλλά η ειδική μολυσματικότητά του είναι πολύ χαμηλή. Το ιοσωμάτιο VVS περιέχει πέντε διαφορετικές πρωτεΐνες και δεν υπάρχουν άλλες ιικές πρωτεΐνες σε μολυσμένα κύτταρα. Η πρωτεΐνη που αντιπροσωπεύει το μεγαλύτερο μέρος των πρωτεϊνών του νουκλεοκαψιδίου και του ιού στο σύνολό του ονομάζεται πρωτεΐνη Ν. Το νουκλεοκαψίδιο περιέχει μια μικρή ποσότητα δύο ακόμη πρωτεϊνών, που ονομάζονται πρωτεΐνες L και Νο. 9. Συμμετέχουν στη σύνθεση του ιικό RNA. Ο χώρος μεταξύ του νουκλεοκαψιδίου και του περιβλήματος λιποπρωτεΐνης του ιοσωτηρίου είναι γεμάτος με μόρια μιας άλλης ιικής πρωτεΐνης, που ονομάζεται πρωτεΐνη Μ. Τέλος, η πρωτεΐνη G βρίσκεται έξω από το διπλό στρώμα των λιπιδίων του φακέλου, σχηματίζοντας ένα διατεταγμένο σύστημα αιχμών που βρίσκεται στην επιφάνεια του βιριόν.

Σε αντίθεση με τους ραβδοϊούς, οι παραμυξοϊοί δεν έχουν σχήμα σαν σφαίρα, αλλά είναι ακανόνιστες σφαίρες, αντανακλώντας τη λιγότερο διατεταγμένη συσσώρευση των νουκλεοκαψιδίων τους.

Εξωτερικά κελύφη ιών

Ένα κοινό χαρακτηριστικό των τογαϊών, μείον τους ιούς RNA και των ρετροϊών είναι ότι έχουν ένα εξωτερικό περίβλημα λιποπρωτεΐνης που περιβάλλει τον πυρήνα της ριβονουκλεοπρωτεΐνης. Ο μηχανισμός για το σχηματισμό ενός τέτοιου περιβλήματος είναι ο ίδιος για όλους τους ιούς: η ριβονουκλεοπρωτεΐνη δεσμεύεται στην εσωτερική επιφάνεια του αλλοιωμένου τμήματος της πλασματικής μεμβράνης του κυττάρου και, κατά την έξοδο από το κύτταρο, περιβάλλεται από αυτήν την αλλοιωμένη μεμβράνη. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται εκβλάστηση και το προκύπτον ιικό σωματίδιο στην περίοδο που εξακολουθεί να συνδέεται με την πλασματική μεμβράνη ονομάζεται νεφρός. Σε ηλεκτρονικές μικρογραφίες υπερλεπτών τμημάτων κυττάρων, αυτοί οι οφθαλμοί είναι πολύ καθαροί, επειδή είναι χαρακτηριστικά αλλοιωμένα κελύφη της πλασματικής μεμβράνης.

Η δομή του virion

Η σύνθεση των βιριόντων με εξωτερικό κέλυφος περιλαμβάνει τρεις κύριες κατηγορίες δομικών πρωτεϊνών: πρωτεΐνες αργίλου, πρωτεΐνες μήτρας και πρωτεΐνες νουκλεοκαψιδίου. Η μακροδομή του ιοσωτηρίου καθορίζεται από τις επιφανειακές ιδιότητες της λιπιδικής διπλοστιβάδας που περιβάλλει το νουκλεοκαψίδιο. Η εξωτερική επιφάνεια της λιπιδικής διπλοστοιβάδας καλύπτεται με μια γλυκοπρωτεΐνη και η εσωτερική επιφάνεια έρχεται σε επαφή με τις πρωτεΐνες της μήτρας ή του νουκλεοκαψιδίου. Όλα τα λιπίδια που περιέχονται στο εξωτερικό κέλυφος του ιού είναι κυτταρικής προέλευσης, καθώς δεν έχει βρεθεί μεταβολισμός λιπιδίων ειδικός για τον ιό. Τα λιπίδια Virion είναι πολύ παρόμοια σε σύνθεση με τα λιπίδια της κυτταρικής μεμβράνης του πλάσματος του ξενιστή: περιλαμβάνουν χοληστερόλη, γλυκολιπίδια και φωσφολιπίδια. Τα κύτταρα διαφορετικών ειδών διαφέρουν σημαντικά μεταξύ τους ως προς τα λιπιδικά συστατικά των πλασματικών μεμβρανών. Επομένως, η λιπιδική σύνθεση του ιού που σχηματίζεται σε ένα δεδομένο κύτταρο αντιστοιχεί ακριβώς στη λιπιδική σύνθεση της πλασματικής του μεμβράνης.

Οι γλυκοπρωτεΐνες που περιέχονται στα κελύφη διαφόρων ιών έχουν τόσο συγκεκριμένες ιδιότητες όσο και ιδιότητες κοινές σε όλες τις ιικές γλυκοπρωτεΐνες. Όλα αυτά βρίσκονται στην εξωτερική επιφάνεια του ιού και μπορούν να αφαιρεθούν από πρωτεάσες. Εφόσον οι πρωτεάσες διασπούν μόνο γλυκοπρωτεΐνες από άθικτα ιοσωμάτια, είναι σαφές ότι μόνο αυτά τα μόρια πρωτεΐνης του ιού προεξέχουν από τη λιπιδική διπλοστοιβάδα. Πρέπει να σημειωθεί ότι οι πρωτεάσες αφαιρούν μόνο ένα μέρος του μορίου της γλυκοπρωτεΐνης. Το άλλο μέρος του, το «πόδι», που αποτελείται από ένα εξαιρετικά υδρόφοβο πολυπεπτίδιο, είναι προφανώς βυθισμένο στη λιπιδική διπλοστοιβάδα και είναι απρόσιτο στην πρωτεάση.

Συναρμολόγηση Virion

Στο πρώτο στάδιο του σχηματισμού ιοσωμάτων, λαμβάνει χώρα η σύνθεση των μεμονωμένων πρωτεϊνών του. Οι πρωτεΐνες κάθε μιας από τις τρεις κατηγορίες συντίθενται προφανώς ανεξάρτητα η μία από την άλλη και συχνά σε ξεχωριστά mRNA.

Οι γλυκοπρωτεΐνες σχηματίζονται σε mRNA που συνδέονται με τη μεμβράνη και δεν βρίσκονται ποτέ σε ελεύθερη κατάσταση στα κύτταρα. Τα μόρια πρωτεΐνης «ωριμάζουν» καθώς μετακινούνται από το τραχύ ενδοπλασματικό δίκτυο στο λείο, και στη συνέχεια, ενδεχομένως, στη συσκευή Golgi και, τέλος, στην πλασματική μεμβράνη του κυττάρου. Η προσκόλληση υδατανθράκων σε πρωτεΐνες συμβαίνει όταν οι τελευταίες κινούνται κατά μήκος των ενδοκυτταρικών μεμβρανών. Τελικά φτάνουν στην κυτταρική επιφάνεια, όπου πιθανώς επιπλέουν ελεύθερα στην υγρή λιπιδική διπλοστοιβάδα της πλασματικής μεμβράνης.

Ιοί αυτής της κατηγορίας έχουν βρεθεί σε μούχλα, ανώτερα φυτά, έντομα και σπονδυλωτά. Κανένας από αυτούς τους ιούς δεν περιέχει λιπίδια. Τα καψίδια τους αποτελούνται από δύο στρώματα - το εσωτερικό (πυρήνας) και το εξωτερικό, σχηματίζοντας ένα κέλυφος γύρω από τον πυρήνα. Ο πυρήνας περιέχει πολλά τμήματα δίκλωνου RNA και ποικίλο αριθμό μικρών ολιγονουκλεοτιδίων που φαίνεται να μην έχουν γενετική λειτουργία. Οι ανθρώπινοι ρεοϊοί έχουν μελετηθεί εκτενέστερα και γενικά δεν προκαλούν εμφανή παθολογικά συμπτώματα. Η εξαίρεση είναι, προφανώς, παράγοντες που μοιάζουν με ρεοϊούς που απομονώνονται από γαστρεντερίτιδα στα παιδιά. Ωστόσο, αυτοί οι ιοί συχνά απομονώνονται από το ανθρώπινο σώμα και σε εργαστηριακές συνθήκες πολλαπλασιάζονται καλά. Μερικά δεδομένα έχουν επίσης ληφθεί για μεμονωμένους ιούς φυτών και εντόμων που περιέχουν δίκλωνο RNA.

αναπαραγωγή ζωικών ιών.

Δεδομένου ότι δεν υπάρχουν ισοδύναμα των γενετικών συστημάτων των ιών RNA σε φυσιολογικά κύτταρα, τέτοιοι ιοί μπορούν να αναπαραχθούν μόνο εάν συνθέσουν τα ένζυμα που είναι απαραίτητα για τη μεταγραφή και την αναπαραγωγή του γονιδιώματός τους. Στην περίπτωση των ιών που περιέχουν DNA, αντίθετα, η σύνθεση του mRNA τους συμβαίνει με τον ίδιο τρόπο όπως το mRNA των φυσιολογικών κυττάρων. Η αντιγραφή του γονιδιώματος τους και του γονιδιώματος του κυττάρου είναι επίσης τυπικά πολύ παρόμοια. Επιπλέον, η μεταγραφή και η αντιγραφή του DNA των περισσότερων ιών, καθώς και του κυτταρικού DNA, λαμβάνει χώρα στον πυρήνα. Η ομοιότητα των βασικών διεργασιών στα κύτταρα και στους ιούς DNA υποδηλώνει ότι για την αναπαραγωγή των τελευταίων δεν χρειάζεται να προκληθούν ειδικά ένζυμα που απουσιάζουν σε ένα μη μολυσμένο κύτταρο. Επομένως, η παρουσία πρωτεϊνών στο καψίδιο του είναι επαρκής για την αναπαραγωγή ενός ιού DNA, έτσι ώστε το γονιδίωμα ενός τέτοιου ιού μπορεί κάλλιστα να αποτελείται μόνο από τα γονίδια που κωδικοποιούν το καψίδιο του. Θα πρέπει να τονιστεί, ωστόσο, ότι αν και υπάρχουν τέτοιοι απλοί ιοί DNA, ο κύκλος ζωής των περισσότερων ιών DNA είναι πολύ πιο περίπλοκος. Οι διαφορετικοί ιοί DNA διαφέρουν πολύ μεταξύ τους τόσο ως προς το μέγεθος όσο και ως προς την πολυπλοκότητα της δομής τους. Το μοριακό βάρος του DNA του μικρότερου από αυτά είναι μόνο 1,5x10 6 dalton, και το μεγαλύτερο - 100 φορές περισσότερο. Καθώς τα ιικά γονιδιώματα μεγαλώνουν, γίνονται όλο και πιο περίπλοκα. Ο συνολικός αριθμός των γονιδίων αυξάνεται και ο μηχανισμός αντιγραφής του DNA γίνεται πιο περίπλοκος.

Δεδομένου ότι οι μικροί ιοί DNA είναι ικανοί για εντατική αναπαραγωγή, το ίδιο το γεγονός της εμφάνισης μεγάλων ιών DNA φαίνεται εκπληκτικό. Ένα από τα οφέλη που μπορεί να κερδίσει ένας ιός αυξάνοντας το γονιδίωμά του είναι η μείωση της εξάρτησης από το κύτταρο.

Παρβοϊοί

Αυτός ο περιορισμός ισχύει για τον τύπο των κυττάρων που επηρεάζονται από αυτούς τους ιούς. Οι παρβοϊοί προκαλούν αναπτυξιακές ανωμαλίες στα έμβρυα και ελαττώματα στους αναπτυσσόμενους ιστούς στα νεογνά. Προκαλούν επίσης διαταραχές στη λειτουργία του εντέρου, που πιθανώς είναι συνέπεια του πολλαπλασιασμού τους σε ταχέως διαιρούμενα κύτταρα κρύπτης.

Οι ελαττωματικοί παρβοϊοί αναπαράγονται μόνο σε κύτταρα μολυσμένα με βοηθητικό αδενοϊό και δεν εξαρτώνται από τη φάση του κυτταρικού κύκλου. Ο βοηθός ιός τους μπορεί να είναι μόνο οι αδενοϊοί. Οι ερπητοϊοί είναι επίσης ικανοί να εκτελούν ορισμένες από τις απαραίτητες λειτουργίες ενός βοηθητικού ιού, αλλά σε αυτή την περίπτωση δεν σχηματίζονται πλήρη μολυσματικά σωματίδια παρβοϊών. Αυτός είναι ο λόγος που οι ελαττωματικοί παρβοϊοί ονομάζονται επίσης αδενο-συσχετισμένοι ιοί (AAVs).

Μία από τις χαρακτηριστικές διαφορές μεταξύ αυτόνομων και ελαττωματικών παρβοϊών είναι ότι το γονιδίωμα του πρώτου αντιπροσωπεύεται από μια μοναδική μονή αλυσίδα DNA, ενώ το γονιδίωμα των ελαττωματικών παρβοϊών αντιπροσωπεύεται από ισομοριακές ποσότητες μονόκλωνων μορίων DNA συμπληρωματικών μεταξύ τους. Κατά τη διάρκεια του υβριδισμού, μονόκλωνα μόρια DNA που απομονώνονται από ιοσωμάτια AAV μετατρέπονται εύκολα σε μόρια δίκλωνου DNA. Τα ιώματα των παρβοϊών έχουν μέγεθος κοντά στα ριβοσώματα - η διάμετρός τους είναι 20 nm. Τα ελεύθερα λιπίδια καψίδια αυτών των ιών αποτελούνται από τρία πολυπεπτίδια διαφορετικού μήκους. Το μοριακό βάρος του μεγαλύτερου από αυτά είναι 90.000 dalton. Κρίνοντας από τον χάρτη πεπτιδίων, τα μικρά πολυπεπτίδια είναι μέρη ενός μεγάλου. Επομένως, πιστεύεται ότι το m RNA του ιού κωδικοποιεί μόνο ένα πολυπεπτίδιο με ένα mol. βάρους 90000.

Παποβαϊοί

Οι ιοί παποβά είναι πιο γνωστοί από άλλους λόγω των ογκογόνων ιών που ανήκουν σε αυτήν την ομάδα που έχουν μελετηθεί λεπτομερώς - ο ιός πολυώματος και ο SV40, που πολλαπλασιάζονται μόνο σε ένα πολύ στενό εύρος κυττάρων θηλαστικών. Συνήθως, κατά τη μελέτη των ογκογόνων ιδιοτήτων αυτών των ιών, εννοείται η ικανότητά τους να μετασχηματίζουν κύτταρα in vitro - μολύνουν κύτταρα εκείνων των ειδών που μεταμορφώνουν, αλλά στα οποία δεν πολλαπλασιάζονται και επομένως δεν προκαλούν τη λύση τους.

Η ομάδα των παποβαϊών, εκτός από τους ιούς πολυώματος και τον SV40, περιλαμβάνει μια σειρά από άλλους ιούς. Το όνομα παποβαϊοί - η ομάδα έλαβε τα ονόματα τριών ιών: ιός θηλώματος κουνελιού, ιός πολυώματος (po) και ιός πιθήκου με κενοτόπια (va), τύπος 40 (SV40). Στους ανθρώπους, αυτοί οι ιοί δεν προκαλούν ασθένεια, αν και ο SV40 μολύνει περιστασιακά τα ανθρώπινα κύτταρα. Στον άνθρωπο, είναι ευρέως διαδεδομένοι τρεις άλλοι παποβαϊοί, ο ιός JC, ο ιός VK και ο ιός των κονδυλωμάτων. Ο ιός JC πιστεύεται ότι είναι ο αιτιολογικός παράγοντας μιας προοδευτικής εκφυλιστικής νόσου του ανθρώπινου κεντρικού νευρικού συστήματος. Ο ιός VC βρίσκεται συχνά στα ούρα ατόμων που λαμβάνουν ανοσοκατασταλτικά, αλλά δεν έχει ακόμη συσχετιστεί με κάποια παθολογία στον άνθρωπο. Ο ιός των ανθρώπινων κονδυλωμάτων, όπως και οι ιοί των ζωικών θηλωμάτων, προκαλεί μόνο καλοήθη πολλαπλασιασμό της επιδερμίδας.

Οι ιοί των θηλωμάτων δεν αναπαράγονται καλά σε κυτταροκαλλιέργειες, επομένως, μέχρι στιγμής έχουν μελετηθεί μόνο οι φυσικές τους ιδιότητες. Το DNA τους βρέθηκε να είναι κάπως μεγαλύτερο από αυτό των ιών SV40 και πολυώματος.

Αδενοϊοί

Αν και τα ιοσωμάτια των αδενοϊών περιέχουν 608 φορές περισσότερο DNA από τους ιούς παποβαΐας και το γονιδίωμα του αδενοϊού κωδικοποιεί έναν αντίστοιχα μεγαλύτερο αριθμό πρωτεϊνών, οι κύκλοι αναπαραγωγής αυτών των ιών είναι βασικά παρόμοιοι. Έτσι, οι αδενοϊοί, όπως και οι παποβαϊοί, έχουν έναν μηχανισμό που ελέγχει τη μετάβαση της σύνθεσης των πρώιμων μακρομορίων στη σύνθεση των όψιμων, και το mRNA τους. Διαβάστε επίσης και από τους δύο κλώνους του DNA του ιού. Ωστόσο, το DNA του αδενοϊού είναι ένα γραμμικό μόριο, και ως εκ τούτου ο μηχανισμός αντιγραφής του πρέπει να διαφέρει από αυτόν του DNA του ιού παποβά. Σε αντίθεση με το DNA των παποβαϊών, η συχνότητα ανασυνδυασμού του DNA του αδενοϊού είναι αρκετά υψηλή, λόγω της οποίας ο τελευταίος μπορεί επίσης να μελετηθεί με επίσημες γενετικές μεθόδους.

Ποικιλία αδενοϊών

Οι αδενοϊοί έχουν απομονωθεί από μια μεγάλη ποικιλία ζωικών ειδών. Επιπλέον, πολλοί διαφορετικοί αδενοϊοί έχουν απομονωθεί από καθένα από αυτά τα είδη. Έτσι, 31 ορολογικοί τύποι έχουν ταυτοποιηθεί μεταξύ των ανθρώπινων αδενοϊών. Ωστόσο, στη μοριακή βιολογική πλευρά, οι αδενοϊοί είναι πολύ παρόμοιοι, επομένως, σε περαιτέρω συζήτηση, δεν θα κάνουμε διάκριση μεταξύ τους. Οι αδενοϊοί προκαλούν κυρίως οξείες λοιμώξεις του αναπνευστικού. Ορισμένοι ορότυποι ανθρώπινου αδενοϊού προκαλούν όγκους όταν εγχέονται σε χάμστερ. Σχεδόν όλα τα στελέχη αδενοϊών είναι ικανά να προκαλέσουν μετασχηματισμό ινοβλαστών αρουραίου σε καλλιέργεια, αλλά κανένας από αυτούς τους ιούς δεν έχει συσχετιστεί με κακοήθεις όγκους στον άνθρωπο. Από όσα ειπώθηκαν, είναι σαφές ότι οι αδενοϊοί παρουσιάζουν ενδιαφέρον τόσο ως μολυσματικοί παράγοντες που προκαλούν αναπνευστικές ασθένειες στον άνθρωπο, όσο και ως ιοί ικανοί να προκαλέσουν όγκους, και ως αντικείμενα μοριακής βιολογικής έρευνας.

Τα Virions των αδενοϊών διαφέρουν ως προς τη χάρη της δομής τους. 14 τύποι πρωτεϊνών εμπλέκονται στη σύνθεση ιικών σωματιδίων, και ίσως περισσότερο. Αυτός ο αριθμός περιλαμβάνει επίσης τις πρωτεΐνες από τις οποίες είναι χτισμένα τα συστατικά της επιφάνειας του βιριόντος - εξόνια, πεντόνια και ινίδια.

Ερπητοϊοί

Οι ερπητοϊοί, τόσο διαφορετικοί στη φύση της αναπαραγωγής, αλλά πολύ παρόμοιοι μορφολογικά και ως προς την περιεκτικότητα σε DNA, αποτελούν μέρος μιας βιοχημικά ομοιογενούς ομάδας. Οι ιοί του έρπητα, που προκαλούν λύση των μολυσμένων κυττάρων, έχουν μελετηθεί με τη μεγαλύτερη λεπτομέρεια. Αυτά περιλαμβάνουν τους ιούς του απλού έρπητα τύπους 1 και 2 και έναν αριθμό ταχέως αναδιπλασιαζόμενων ζωικών ιών έρπητα. Από τους ιούς αυτής της ομάδας που δεν προκαλούν λύση, ο πιο μελετημένος είναι ο ιός Epstein-Barr, ο οποίος προκαλεί λοιμώδη μονοπυρήνωση - αυτός ο ιός απομονώνεται συνεχώς από τα κύτταρα δύο τύπων ανθρώπινων όγκων - το λέμφωμα Burkitt και το ρινοφαρυγγικό καρκίνωμα. Σε αντίθεση με τους ιούς του απλού έρπητα τύπου 1 και 2, που πολλαπλασιάζονται σε καλλιέργειες πολλών κυττάρων και προκαλούν λύση, ο ιός Epstein-Barr μολύνει μόνο τα Β-λεμφοκύτταρα των πρωτευόντων και δεν πολλαπλασιάζεται σε όλα.

Το DNA του ερπητοϊού κωδικοποιεί τουλάχιστον 49 διαφορετικές πρωτεΐνες, για τη σύνθεση των οποίων χρησιμοποιείται σχεδόν ολόκληρη η κωδικοποιητική ικανότητα του ιικού γονιδιώματος. Η μελέτη της φυσιολογίας ενός τόσο πολύπλοκου συστήματος δεν είναι καθόλου εύκολη υπόθεση.

Ιοί ευλογιάς

Σε όλους τους ιούς που περιέχουν DNA που συζητήθηκαν παραπάνω, το DNA συντίθεται στον πυρήνα του μολυσμένου κυττάρου και τα ιοσωμάτιά τους ωριμάζουν εκεί. Όλα τα στάδια αναπαραγωγής των ιών ευλογιάς συμβαίνουν μόνο στο κυτταρόπλασμα. Κατά συνέπεια, η αναπαραγωγή των ιών ευλογιάς συμβαίνει υπό εντελώς διαφορετικές συνθήκες σε σύγκριση με τους ιούς που περιέχουν «πυρηνικό» DNA. Είναι γνωστή μια μεγάλη ποικιλία ιών ευλογιάς. Το πιο σημαντικό από αυτά για τον άνθρωπο είναι ο ιός της variola. Ωστόσο, ο ιός της δαμαλίτιδας και οι σχετικοί ιοί της ευλογιάς και της δαμαλίτιδας έχουν μελετηθεί με τη μεγαλύτερη λεπτομέρεια. Όλοι οι ιοί ευλογιάς μοιράζονται ένα κοινό αντιγόνο.

Αυτονομία αναπαραγωγής ιών ευλογιάς

Η ηλεκτρονική μικροσκοπία των μολυσμένων κυττάρων δείχνει ότι η διαδικασία αναπαραγωγής των ιών ευλογιάς περιορίζεται στο κυτταρόπλασμα. Αυτό αποδεικνύεται πιο πειστικά από το γεγονός ότι σχεδόν ολόκληρος ο κύκλος αναπαραγωγής των ιών αυτής της ομάδας μπορεί να πραγματοποιηθεί σε κύτταρα που, ως αποτέλεσμα της έκθεσης στην κυτοχαλασίνη Β, στερούνται πυρήνα. Η μόλυνση τέτοιων θραυσμάτων οδηγεί στη σύνθεση του ιικού DNA και πολλών ιικών πρωτεϊνών σε αυτά: τα ιοσωμάτια δεν συντίθενται σε κύτταρα χωρίς πυρήνα. Κατά συνέπεια, οι ιοί ευλογιάς μεταφέρουν το κέντρο της λειτουργικής δραστηριότητας του κυττάρου από τον πυρήνα στο κυτταρόπλασμα. Αναμένεται ότι για αυτό ο ιός πρέπει να έχει εκτεταμένες ειδικές πληροφορίες και οι ιοί ευλογιάς έχουν τέτοιες πληροφορίες, οι οποίες εκφράζονται στον αριθμό των πρωτεϊνών που κωδικοποιούνται και συντίθενται από αυτούς. Σε πλήρη συμφωνία με αυτό είναι ότι το μοριακό βάρος του DNA τέτοιων ιών είναι μεγαλύτερο από αυτό οποιουδήποτε άλλου ζωικού ιού και ότι η αναπαραγωγή αυτού του ιού σχετίζεται με την έναρξη της δραστηριότητας μιας μεγάλης ποικιλίας ενζύμων. Αναπαραγόμενοι στο κυτταρόπλασμα, οι ιοί ευλογιάς είναι πολύ πιο κοντά στους ιούς RNA παρά στους «πυρηνικούς» ιούς DNA. Πράγματι, όπως ορισμένοι ιοί RNA, η αναπαραγωγή των ιών ευλογιάς ως τέτοιου ξεκινά με τη μεταγραφή του DNA του ιού από την RNA πολυμεράση που περιέχεται στο ίδιο το ιοσωμάτιο, το ιοσωμάτιο περιέχει όλα τα ένζυμα που είναι απαραίτητα για τη μετατροπή του πρόδρομου RNA σε λειτουργικά ενεργά mRNA.

Ρετροϊοί

Οι ρετροϊοί έχουν τις ιδιότητες τόσο των ιών που περιέχουν RNA όσο και των ιών που περιέχουν DNA. Το ιοσωμάτιο των ρετροϊών περιέχει RNA, αλλά μέσα στο κύτταρο υπάρχουν ως DNA ενσωματωμένο με το γονιδίωμα του κυττάρου ξενιστή. Ουσιαστικά, το RNA αυτών των ιών, διεισδύοντας στο κύτταρο, μετατρέπεται στα γονίδιά του, τα οποία μπορούν να περάσουν στους απογόνους με τη μορφή σταθερών ενσωματωμένων μορίων DNA. Δεν βρέθηκε κανένας ιός DNA να κληρονομεί με αυτόν τον τρόπο, αφού όλοι οι ιοί DNA προκαλούν παραγωγική μόλυνση και σκοτώνουν τα κύτταρα στα οποία πολλαπλασιάζονται. Οι ιοί που περιέχουν DNA μπορούν να συμπεριληφθούν στο γονιδίωμα του κυττάρου ξενιστή μόνο σε περιπτώσεις «μη παραγωγικών» ιογενών λοιμώξεων. Οι ρετροϊοί, από την άλλη πλευρά, αναπαράγονται με εκβλάστηση, όπως πολλοί άλλοι ιοί RNA, και διατηρούν παραγωγική μόλυνση χωρίς να προκαλούν θάνατο του κυττάρου ξενιστή. Από όσα ειπώθηκαν, είναι σαφές ότι το κεντρικό πρόβλημα, χωρίς τη λύση του οποίου είναι αδύνατο να κατανοήσουμε τον μηχανισμό αναπαραγωγής αυτών των ιών, είναι πώς μετατρέπονται από ιούς RNA σε γονίδια DNA. αυτή η διαδικασία ονομάστηκε αντίστροφη μεταγραφή, επειδή εδώ η κατεύθυνση της ροής των βιολογικών πληροφοριών αντιστρέφεται.

Έχει βρεθεί μεγάλη ποικιλία ρετροϊών. Μερικά από αυτά μπορεί να προκαλέσουν κακοήθεις όγκους. Ο ιός του σαρκώματος Rous και οι ιοί που προκαλούν λευχαιμία σε κοτόπουλα και ποντίκια έχουν μελετηθεί καλύτερα από άλλους. Από όλους τους γνωστούς ιούς RNA, μόνο οι ρετροϊοί μπορούν να προκαλέσουν κακοήθεις όγκους. Γι' αυτό ονομάζονται με τον γενικό όρο «ιοί RNA όγκου», αν και πολλοί ρετροϊοί δεν προκαλούν κακοήθεις ή άλλες κλινικά σημαντικές ασθένειες. Επομένως, μόνο η μέθοδος αναπαραγωγής τους ενώνει σε μια ενιαία ομάδα ταξινόμησης. Όπως και άλλες ομάδες ιών, διαφορετικά είδηΟι ρετροϊοί διαφέρουν επίσης μεταξύ τους ως προς το μέγεθος και τα μορφολογικά χαρακτηριστικά των βιριόντων, τον αριθμό των πρωτεϊνών, καθώς και στον κύκλο των ευαίσθητων ξενιστών.

Επίδραση της ιογενούς λοίμωξης σε κυτταρικό επίπεδο

Υπάρχουν τρεις τύποι επιδράσεων που ασκούν οι ζωικοί ιοί στα κύτταρα. Το πιο εύκολα ανιχνεύσιμο καταστροφικό, ή κυτταρολυτικό, αποτέλεσμα, το οποίο χαρακτηρίζεται από εκτεταμένη βλάβη σε πολλά διαφορετικά κυτταρικά οργανίδια. Είναι πιθανό ότι τα ειδικά μακρομόρια του ιού προκαλούν πρωτογενή βλάβη, η οποία συνεπάγεται μια αλυσίδα δευτερογενών καταστροφικών διεργασιών, στις οποίες εμπλέκονται ήδη τα μεταβολικά προϊόντα του ίδιου του κυττάρου. Στο άλλο άκρο του φάσματος των πιθανών συνεπειών βρίσκεται το φαινόμενο του μετασχηματισμού, όταν ένα μολυσμένο από τον ιό κύτταρο αποκτά την ικανότητα να διαιρείται επ' αόριστον. Προφανώς, αυτό είναι το αποτέλεσμα της σταθερής ενσωμάτωσης του ιικού γονιδιώματος ή του τμήματός του με το γονιδίωμα του κυττάρου, που δεν οδηγεί σε κυτταρικό θάνατο. Το μετασχηματισμένο κύτταρο είναι συχνά εκτός ελέγχου των μηχανισμών που ρυθμίζουν την κυτταρική διαίρεση. Η δράση ορισμένων ιών, το γονιδίωμα των οποίων δεν περιλαμβάνεται στα χρωμοσώματα των κυττάρων, καταλαμβάνει μια ενδιάμεση θέση μεταξύ μιας έντονης καταστροφικής επίδρασης και μιας μεταμορφωτικής επίδρασης. Σε αυτές τις περιπτώσεις, τα μολυσμένα κύτταρα λειτουργούν για κάποιο χρονικό διάστημα και, σε τουλάχιστον μία περίπτωση, όταν μολυνθούν με παραμυξοϊούς, συνεχίζουν να αναπτύσσονται και να διαιρούνται, παράγοντας ταυτόχρονα τον ιό («επίμονη μόλυνση»). Μια άλλη κατηγορία κυτταρικής αντίδρασης είναι δυνατή, στην οποία μπορεί κανείς να μιλήσει για επαγωγική δράση του ιού. Πολλοί ιοί είναι σε θέση να προκαλέσουν το σχηματισμό στο μολυσμένο κύτταρο πρωτεϊνών που κωδικοποιούνται όχι από το ιικό, αλλά από το κυτταρικό γονιδίωμα, αλλά, προφανώς, συντίθενται από τα κύτταρα ως απόκριση σε μια ιογενή μόλυνση. Αυτός ο τύπος αντίδρασης δεν σχετίζεται απαραίτητα με το ένα ή το άλλο τελικό αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης του ιού με το κύτταρο.

Κυτταρική δράση ιών: βιοχημικά δεδομένα.

Γνωρίζοντας ότι πολλοί ιοί προκαλούν δραστικές καταστροφικές αλλαγές στα κύτταρα-ξενιστές, οι βιοχημικοί ενδιαφέρθηκαν για το ερώτημα εάν σταματά η σύνθεση όλων των κυτταρικών πρωτεϊνών RNA και DNA, και αν ναι, με ποια σειρά. Οι απαντήσεις συνοψίζονται στα εξής:

Πιθανώς, διαφορετικοί ιοί αναστέλλουν τη σύνθεση κυτταρικών πρωτεϊνών χρησιμοποιώντας διαφορετικούς μηχανισμούς. Ο βαθμός και ο χρόνος αυτής της καταστολής δεν είναι επίσης ο ίδιος.
Συχνά, ο ιός εμποδίζει τη συσσώρευση του κυτταρικού RNA, αναστέλλοντας την επεξεργασία του pre-r RNA, χωρίς όμως να επηρεάζει τη σύνθεσή του. Η παραγωγή του κυτταρικού tRNA συχνά δεν μειώνεται. Σε πολλές περιπτώσεις, η σύνθεση των κυτταρικών mRNA διαταράσσεται, αλλά ο μηχανισμός αυτής της διαταραχής είναι εντελώς ασαφής.
Η έναρξη της σύνθεσης του κυτταρικού DNA συχνά καταστέλλεται, ωστόσο, σε ορισμένες ιογενείς λοιμώξεις, τα κύτταρα που έχουν ήδη εισέλθει στη φάση S μπορούν να ολοκληρώσουν τον κύκλο της σύνθεσης του DNA και τα κύτταρα που έχουν περάσει από τη φάση S μπορούν επίσης να περάσουν από μίτωση. Η αναστολή της σύνθεσης του κυτταρικού DNA είναι πιθανώς μια δευτερεύουσα συνέπεια της διακοπής της πρωτεϊνοσύνθεσης, αφού η σύνθεση DNA συμβαίνει μόνο εάν η πρωτεϊνοσύνθεση συνεχίζεται ταυτόχρονα.

Ιντερφερόνη

Θεωρώντας εδώ την ιντερφερόνη μόνο ως πρωτεΐνη που συντίθεται από ένα κύτταρο ως απόκριση σε ιογενή λοίμωξη και προσδίδει αντίσταση στη μόλυνση σε άλλα κύτταρα, αυτό θα σήμαινε ότι αγνοείται το ιστορικό της ανακάλυψης της ιντερφερόνης και η σύνδεσή της με το γνωστό φαινόμενο της ιικής παρεμβολής.

Είναι από καιρό γνωστό ότι ένα ζώο συχνά αποκτά προστασία έναντι της λοιμογόνου δράσης ενός ιού ως αποτέλεσμα ταυτόχρονης ή προηγούμενης μόλυνσης με ένα λιγότερο λοιμογόνο στέλεχος του ίδιου ιού ή κάποιου άλλου άσχετου ιού. Για πρώτη φορά, το φαινόμενο αυτό υποβλήθηκε σε ποσοτική ανάλυση κατά τη μελέτη της ανασταλτικής επίδρασης μη νευροτροπικών στελεχών του ιού της γρίπης στην αναπαραγωγή ενός νευροτροπικού στελέχους. Δεν είναι μόνο ένας ζωντανός ιός που έχει αυτό το αποτέλεσμα: ο σχηματισμός ενός μολυσματικού ιού γρίπης σε έμβρυα κοτόπουλου από έναν ιό γρίπης που ακτινοβολείται με υπεριώδες φως.

Οι Isaacs και Lindeman διαπίστωσαν ότι το αλλαντοϊκό υγρό των εμβρύων κοτόπουλου στα οποία έγινε ένεση με ακτινοβολημένο ιό είχε επίσης παρεμποδιστική δραστηριότητα. Η ουσία που είναι υπεύθυνη για αυτή τη δράση ονομάστηκε ιντερφερόνη. Εμποδίζει την αναπαραγωγή μιας μεγάλης ποικιλίας ιών RNA και DNA τόσο σε έμβρυα κοτόπουλου όσο και σε κυτταροκαλλιέργειες. Η ιντερφερόνη σχηματίζεται επίσης στο σώμα πολλών ζώων. Συνθέτει επίσης in vitro μια μεγάλη ποικιλία τύπων κυττάρων, φυσιολογικών και κακοήθων, αν και σε πολύ διαφορετικούς αριθμούς. Τα κύτταρα L ποντικιού και μια ειδικά δημιουργημένη σειρά ανθρώπινων ινοβλαστών μπορούν να χρησιμεύσουν ως ιδιαίτερα καλοί παραγωγοί ιντερφερόνης. Μεγάλες ποσότητες ιντερφερόνης παράγονται επίσης από τα κυκλοφορούντα λευκοκύτταρα. Τέλος, ορισμένοι ιστοί φαίνεται να συσσωρεύουν ιντερφερόνη, καθώς η εισαγωγή στο σώμα διαφόρων μη ειδικών τοξικών ουσιών, όπως η βακτηριακή ενδοτοξίνη, οδηγεί γρήγορα στην εμφάνιση στον ορό του αίματος μεγάλων ποσοτήτων μιας ουσίας που αναστέλλει την αναπαραγωγή ιών - πιθανότατα ιντερφερόνη.

Κάποτε πιστευόταν ότι οι ιντερφερόνες είναι αυστηρά ειδικές για το νερό, αλλά αυτό δεν είναι αλήθεια. Για παράδειγμα, οι ιντερφερόνες ανθρώπου και πιθήκου προστατεύουν τόσο τα κύτταρα του ανθρώπου όσο και των πιθήκων από ιούς και αργότερα διαπιστώθηκε ότι αυτό ισχύει και για ιντερφερόνες πιο απομακρυσμένων ειδών, όπως οι άνθρωποι και διάφορα τρωκτικά. Ωστόσο, η αποτελεσματικότητα των ετερόλογων ιντερφερονών ποικίλλει πολύ.

Ο βαθμός προστασίας ενός συγκεκριμένου ιού καθορίζεται από τον τύπο των κυττάρων και όχι από την ιντερφερόνη. Η ανθρώπινη ιντερφερόνη προστατεύει τα ανθρώπινα κύτταρα από τον ιό της φυσαλιδώδους στοματίτιδας καλύτερα από τον ιό του δάσους Semliki, και η ίδια αναλογία παρατηρείται όταν προστατεύονται τα ανθρώπινα κύτταρα με ιντερφερόνη πιθήκου. Αντίθετα, τα κύτταρα πιθήκου λαμβάνουν περισσότερη προστασία από τον δεύτερο από αυτούς τους ιούς παρά από τον πρώτο, ανεξάρτητα από το ποια από τις δύο ιντερφερόνες προστίθεται σε αυτά.

Η ιντερφερόνη είναι μια πολύ ενεργή πρωτεΐνη. Η ανθρώπινη ιντερφερόνη ήδη σε συγκέντρωση 10 -11 Μ εμποδίζει την αναπαραγωγή του ιού της φυσαλιδώδους στοματίτιδας στους ανθρώπινους ινοβλάστες. Για σύγκριση, υπενθυμίζουμε ότι οι πολυπεπτιδικές ορμόνες, όπως η ινσουλίνη, η γλυκαγόνη και άλλες, είναι φυσιολογικά ενεργές σε συγκεντρώσεις από 5x10 -10 έως 1x10 -8 M.

Ακόμη και χωρίς πλήρη καθαρισμό της ιντερφερόνης, μπορεί να αποδειχθεί η ετερογένειά της. Οι ιντερφερόνες που παράγονται από κύτταρα ενός είδους, όπως ο άνθρωπος, μπορούν να προστατεύσουν τα κύτταρα άλλων, πολύ απομακρυσμένων ειδών, όπως τα κουνέλια, από ιούς. Οι Stewart και Desmeiter προσδιόρισαν το μοριακό βάρος της ανθρώπινης ιντερφερόνης λευκοκυττάρων, η οποία προστάτευε τόσο τα κύτταρα του ανθρώπου όσο και του κουνελιού από ιούς. Στα ακατέργαστα παρασκευάσματα, βρήκαν δύο τύπους ενεργών μορίων με ένα mol. Με βάρος περίπου 21.000 και 15.000 αντίστοιχα. Η δραστηριότητα μικρότερων μορίων σε σχέση με ανθρώπινα κύτταρα ήταν 20 φορές μεγαλύτερη από ό,τι σε σχέση με κύτταρα κουνελιού, ενώ μεγαλύτερα μόρια ήταν εξίσου ενεργά και στις δύο περιπτώσεις. Άλλωστε ιντερφερόνη με προβλήτα. Με βάρος 15.000, απενεργοποιήθηκε πλήρως υπό τη δράση της Β-μερκαπτοαιθανόλης, η οποία σπάει τις δισουλφιδικές γέφυρες, και τη δράση της ιντερφερόνης με ένα mol. Το βάρος 21000 δεν άλλαξε. Έτσι, πολλά (αν όχι τα περισσότερα) κύτταρα παράγουν δύο είδη πολυπεπτιδίων που έχουν δράση ιντερφερόνης. Η επαγωγή της σύνθεσης ιντερφερόνης και η επαγωγή της «αντιϊκής» κατάστασης του κυττάρου από την ιντερφερόνη είναι δύο στενά συνδεδεμένα, αλλά πιθανώς διαφορετικά φαινόμενα. Τα κύτταρα που αποκτούν αντίσταση στους ιούς μπορούν να παράγουν ιντερφερόνη. Ωστόσο, σχεδόν σίγουρα δεν είναι η ίδια η ιντερφερόνη που είναι υπεύθυνη για την αντίσταση των κυττάρων, αλλά κάποια άλλη πρωτεΐνη, αφού περνούν πολλές ώρες από τη στιγμή που προστίθεται η ιντερφερόνη στην πλήρη ανάπτυξη της αντίστασης στους ιούς, και μετά τα κύτταρα μπορεί να μην παράγουν ανιχνεύσιμες ποσότητες ιντερφερόνης. Ωστόσο, η προσθήκη ιού σε κύτταρα που προστατεύονται από ιντερφερόνη μπορεί να οδηγήσει σε επιπλέον παραγωγή ιντερφερόνης από αυτά τα κύτταρα.

Επαγωγή αντίστασης κυττάρων σε ιούς από ιντερφερόνη

Κύτταρα in vitro καλλιέργεια στα οποία η σύνθεση ιντερφερόνης προκαλείται από σκοτωμένο ιό ή πολυνουκλεοτίδια γίνονται επίσης ανθεκτικά στους ιούς. Επιπλέον, πολλά κύτταρα που εκτίθενται στην ιντερφερόνη, όταν μολυνθούν με ιό, παράγουν πολύ μεγάλες επιπλέον ποσότητες αυτής της ουσίας. Ωστόσο, ορισμένα κύτταρα πιθήκου, αν και γίνονται ανθεκτικά στους ιούς μετά από έκθεση σε ιντερφερόνη πιθήκου, δεν μπορούν να παράγουν ανιχνεύσιμες ποσότητες ιντερφερόνης και δεν γίνονται ανθεκτικά στους ιούς μετά από έκθεση σε πολυ(e)poly(c) και άλλα δίκλωνα RNA. Επιπλέον, τα κύτταρα αυτής της σειράς, σε αντίθεση με τα περισσότερα άλλα κύτταρα νεφρού πιθήκου, δεν γίνονται ανθεκτικά σε πολλούς άλλους ιούς μετά από μόλυνση με τον ιό της ερυθράς. Έχει επίσης αποδειχθεί ότι σε περιπτώσεις όπου η επαγωγή ιντερφερόνης με πολυ(ε) πολυ(c) συνδυάζεται με την προσθήκη αντισωμάτων κατά της ιντερφερόνης στην καλλιέργεια, τα κύτταρα δεν γίνονται ανθεκτικά σε ιογενή μόλυνση.

Όλα αυτά τα δεδομένα υποδηλώνουν ότι για να δημιουργηθεί αντίσταση στους ιούς, είναι απαραίτητο να υπάρχουν μικρές ποσότητες ιντερφερόνης στην κυτταρική επιφάνεια. Είναι πιθανό ότι κατά την επαγωγή αντίστασης με τη βοήθεια του πολυ (ε) πολυ (γ), σχηματίζεται πρώτα ιντερφερόνη και στη συνέχεια αυτή η ιντερφερόνη προκαλεί μια κατάσταση αντίστασης. Ωστόσο, αφού σχηματιστεί πλήρως αυτή η κατάσταση, ο σχηματισμός ιντερφερόνης από τα κύτταρα δεν μπορεί να ανιχνευθεί και εάν δεν προστεθεί ξανά ιντερφερόνη, η αντίσταση εξαφανίζεται. Τα αποτελέσματα μιας σειράς άλλων πειραμάτων υποστηρίζουν επίσης την υπόθεση ότι η ιντερφερόνη προκαλεί αντίσταση των κυττάρων στους ιούς αλληλεπιδρώντας με την κυτταρική μεμβράνη.

Μοριακή βάση αντίστασης κυττάρων σε ιούς.

Αν και η αντίσταση που προκαλείται από την ιντερφερόνη προστατεύει τα κύτταρα από μια μεγάλη ποικιλία ιών DNA RNA, ο βαθμός προστασίας έναντι διαφορετικών ιών ποικίλλει. Επιπλέον, για να επιτευχθεί παρόμοιος βαθμός προστασίας των κυττάρων της ίδιας καλλιέργειας από διαφορετικούς ιούς, χρειάζονται διαφορετικές ποσότητες ιντερφερόνης. Οι μυξοϊοί, οι τογαϊοί και ο ιός δαμαλίτιδας, που έχουν ένα περίβλημα που περιέχει λιπίδια, είναι πιο ευαίσθητοι στη δράση της ιντερφερόνης από τους αδενοϊούς και τους εντεροϊούς. Ωστόσο, ένας αριθμός ιών με περίβλημα, συμπεριλαμβανομένων των ιών του έρπητα και της νόσου του Newcastle, είναι πιο ανθεκτικοί στην ιντερφερόνη. Οι πιο σταθεροί μικροί εικοσαεδρικοί ιοί που περιέχουν RNA. Η ιντερφερόνη εμποδίζει την ιογενή μόλυνση μετά την προσρόφηση του ιού και τη διείσδυσή του στο κύτταρο. Εφόσον η ιντερφερόνη μπορεί να καταστέλλει την αντιγραφή τόσο των ιών RNA όσο και του DNA, είναι λογικό να υποθέσουμε ότι αναστέλλει τη μετάφραση των ιικών mRNA στα κυτταρικά ριβοσώματα, μια διαδικασία κοινή σε όλους τους ιούς. Ένα τέτοιο αποτέλεσμα θα μπορούσε να πραγματοποιηθεί με τη συμμετοχή μιας αντιϊκής πρωτεΐνης ικανής να διακρίνει τα κυτταρικά mRNA από τα ιικά. Ωστόσο, κατά τη μελέτη της πρωτεϊνικής σύνθεσης σε εκχυλίσματα κυττάρων που υποβλήθηκαν σε επεξεργασία με ιντερφερόνη, δεν ελήφθησαν πειστικά στοιχεία ότι τέτοια συστήματα μεταφράζουν κανονικά κυτταρικά mRNA, αλλά δεν μεταφράζουν ιικά mRNA. Έτσι, παρά την ελκυστικότητα της απλούστερης υπόθεσης που εξηγεί την επίδραση της ιντερφερόνης με επιλεκτική καταστολή της μετάφρασης του mRNA του ιού, πρέπει να αναγνωριστεί ότι κανένας απλός μηχανισμός δεν είναι συνεπής με όλα τα γνωστά δεδομένα για την αντίσταση των κυττάρων στην ιογενή μόλυνση.

Σε κύτταρα που εκτέθηκαν στην ιντερφερόνη και στη συνέχεια μολύνθηκαν με τον ιό της δαμαλίτιδας, η σύνθεση των «πρώιμων» mRNAs από την πολυμεράση RNA που εξαρτάται από το DNA του ιού δεν καταστέλλεται, αλλά αυτά τα mRNA δεν μεταφράζονται και δεν λαμβάνει χώρα η σύνθεση πρώιμων ιικών πρωτεϊνών. Όταν τα κύτταρα μολύνονται με ρεοϊούς, μεγάλες ποσότητες ιντερφερόνης καταστέλλουν επίσης ελάχιστα τη σύνθεση των ιικών mRNAs και αναστέλλουν τη μετάφρασή τους πολύ πιο έντονα. το 3-άκρο. Ως εκ τούτου, είναι πιθανό ότι η επαγόμενη αντίσταση στους ιούς δεν σχετίζεται με μια αλλαγή στη συσκευή μετάφρασης, αλλά με το σχηματισμό ελαττωματικών ιικών mRNAs.

Παρεμβολή ιών χωρίς τη συμμετοχή ιντερφερόνης

Ορισμένες ιογενείς λοιμώξεις αποκλείουν τη δυνατότητα επακόλουθης αναπαραγωγής στα ίδια κύτταρα άλλων άσχετων και σε ορισμένες περιπτώσεις σχετικών ιών. Αυτό το φαινόμενο ονομάστηκε παρεμβολή. Σε αντίθεση με τη δράση της ιντερφερόνης, δεν σχετίζεται με την αντίδραση του γονιδιώματος του κυττάρου σε μια ιογενή μόλυνση, αλλά με το γεγονός ότι ο πρώτος ιός σχηματίζει συγκεκριμένα προϊόντα στο κύτταρο που εμποδίζουν έναν άλλο ιό να πολλαπλασιαστεί στο ίδιο κύτταρο. Πολλοί συνδυασμοί ζευγών διαφορετικών ιών έχουν μελετηθεί: πιθανώς, στις περισσότερες περιπτώσεις, η παρεμβολή οφείλεται στον αποκλεισμό της μετάφρασης mRNA του δεύτερου ιού. Ωστόσο, σε ορισμένες περιπτώσεις, ο πρώτος ιός μπλοκάρει την ικανότητα του δεύτερου να διασχίσει σωστά την πλασματική μεμβράνη του κυττάρου.

Ποικιλία παθογόνων μικροοργανισμών και ασθένειες που προκαλούν

Καμία από τις προσπάθειες να οικοδομήσουμε απλό σύστημαΗ ταξινόμηση των παθογόνων ιών δεν είναι ακόμη επιτυχής. Δεν υπάρχει κλινικό σύνδρομο που να μπορεί να προκληθεί από έναν μόνο τύπο ιού και δεν υπάρχει ομάδα ιών που να επηρεάζει μόνο έναν συγκεκριμένο ιστό. Για παράδειγμα, ήπιες ασθένειες της ανώτερης αναπνευστικής οδού μπορεί να προκληθούν από πικορναϊούς (ρινοϊούς που προκαλούν τα λεγόμενα κρυολογήματα), αδενοϊούς, μυξοϊούς (ιός γρίπης), παραμυξοϊούς (αναπνευστικό συγκυτιακό ιό) και πιθανώς άλλους, όπως ρεοϊούς που έχουν ένα φάκελο - κορονοϊοί . Το ήπαρ μπορεί να προσβληθεί από ιούς τογκα (για παράδειγμα, ιό του κίτρινου πυρετού) και από τον ιό της ηπατίτιδας (πιθανότατα περιέχει DNA και λιπίδια). Ασθένειες του νευρικού συστήματος που οδηγούν σε παράλυση και θάνατο μπορεί να προκληθούν από τογαϊούς - αυτή η ομάδα περιλαμβάνει δεκάδες διαφορετικά παθογόνα εγκεφαλίτιδας), ραβδοϊούς (για παράδειγμα, τον ιό της λύσσας), πικορναϊούς (ιός πολιομυελίτιδας) και μια σειρά άλλων. Οι συστηματικές ιογενείς ασθένειες που συνοδεύονται από άφθονα δερματικά εξανθήματα περιλαμβάνουν την ευλογιά, ίσως την πιο τρομερή από τις ιογενείς λοιμώξεις, και κοινές και ήπιες ασθένειες όπως η ιλαρά, η ανεμοβλογιά και η ερυθρά. Ο ιός της ευλογιάς, ο οποίος μέχρι πρόσφατα σκότωσε πολλούς ανθρώπους στις αναπτυσσόμενες χώρες, είναι τυπικό μέλος της ομάδας του ιού της ευλογιάς.

Ο ιός της ιλαράς, ο αιτιολογικός παράγοντας μιας ταχέως διερχόμενης ασθένειας, στην οποία, ωστόσο, μερικές φορές προσβάλλεται το κεντρικό νευρικό σύστημα, είναι ένας παραμυξοϊός και ο ιός της ερυθράς, συνήθως μια ήπια ασθένεια που εκδηλώνεται κυρίως σε εξάνθημα, είναι ένας τογαϊός . Η ασθένεια που ονομάζεται «ανεμοβλογιά» στην πραγματικότητα προκαλείται από έναν ιό του έρπητα, που δεν σχετίζεται καθόλου με τον ιό της ευλογιάς. Η Αιτόλη είναι ένας εξαιρετικά μεταδοτικός ιός, ο οποίος προκαλεί σχεδόν πάντα μια κλινικά εμφανή ασθένεια.

Επίμονες λοιμώξεις

Οι περισσότερες από τις ιογενείς λοιμώξεις που αναφέρθηκαν παραπάνω οδηγούν στην ανάπτυξη των αντίστοιχων συμπτωμάτων μέσα σε λίγες ημέρες ή το πολύ σε δύο έως τρεις εβδομάδες. Οι ασθένειες αυτές είναι οξείες, δηλ. ξεκινούν λίγο πολύ ξαφνικά και διαρκούν οριστικά, επαρκή για λίγο. Ωστόσο, σε πολλές άλλες περιπτώσεις, οι ιοί αλληλεπιδρούν με το σώμα του ζώου ή του ανθρώπου για πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα. Υπάρχουν οι ακόλουθες μορφές τέτοιων λοιμώξεων:

λανθάνουσες λοιμώξεις, στις οποίες ο ιός που περιέχεται στο σώμα προκαλεί μόνο περιστασιακά χαρακτηριστικές βλάβες, οι οποίες σύντομα εξαφανίζονται από μόνες τους. Ένας ιός μπορεί να απομονωθεί από τις πληγείσες περιοχές, αλλά στη συνέχεια γίνεται «λανθάνουσα», δηλ. δεν μπορεί πλέον να αναγνωριστεί.
Οι χρόνιες λοιμώξεις είναι μακροχρόνιες ασθένειες στις οποίες ο ιός είναι συνεχώς παρών. Τα συμπτώματα μπορεί να απουσιάζουν εντελώς ή να προκαλούνται από σύμπλοκα ιού-αντισώματος ή από την αλληλεπίδραση αντιιικών αντισωμάτων με μολυσμένα κύτταρα, πιθανότατα με τις μεμβράνες τους.
αργές λοιμώξεις - αργά εξελισσόμενες μολυσματικές ασθένειες με εξαιρετικά μεγάλη λανθάνουσα περίοδο.

ανοσολογικές αντιδράσεις

Η πιο ειδική απάντηση σε μια ιογενή λοίμωξη είναι φυσικά η παραγωγή αντισωμάτων. Τα κυκλοφορούντα αντισώματα φαίνεται να παίζουν σημαντικό ρόλο στην πρόληψη ορισμένων ιογενών λοιμώξεων. Για παράδειγμα, τόσο μετά από ασθένειες που προκαλούνται από πολλούς ιούς όσο και μετά τον εμβολιασμό, παρατηρείται μακροχρόνια ανοσία και ανιχνεύονται συγκεκριμένα αντισώματα στον ορό του αίματος. Τα κυκλοφορούντα αντισώματα σε μια σειρά από ιογενείς λοιμώξεις πιθανότατα λειτουργούν ως εμπόδιο στην εξάπλωση του ιού σε όλο το σώμα. Αυτό υποδηλώνεται από το γεγονός ότι στην ιλαρά και την παρωτίτιδα, η έγκαιρη χορήγηση σφαιρίνης εμποδίζει την περαιτέρω ανάπτυξη της νόσου. Πιθανώς, σε φυσικές ασθένειες, η ταχεία εμφάνιση αντισωμάτων στο αίμα μπορεί να αποτρέψει την εξάπλωση του ιού από την κύρια εστία των λοιμώξεων. Μετά την ένεση του ιού της πολιομυελίτιδας σε κουνέλια, τα αντισώματα έναντι αυτού του ιού μπορούν να ανιχνευθούν στον ορό εντός 24 ωρών χρησιμοποιώντας μια αρκετά ευαίσθητη μέθοδο. Επομένως, είναι πολύ πιθανό ότι αυτά τα πρώιμα αντισώματα είναι υπεύθυνα για το γεγονός ότι στους ανθρώπους, η αναπαραγωγή αυτού του ιού στο λαιμό και τα έντερα στις περισσότερες περιπτώσεις δεν οδηγεί στην εξάπλωσή του σε όλο το σώμα. Για τον ίδιο λόγο, πιστεύεται ότι ο άμεσος εμβολιασμός ενός ατόμου που δαγκώθηκε από άρρωστο ζώο προστατεύει το κεντρικό νευρικό του σύστημα από τον ιό της λύσσας.

Ογκικοί ιοί

Με τα χρόνια που πέρασαν από τότε που διαπιστώθηκε για πρώτη φορά το γεγονός της εμφάνισης ιικών σαρκωμάτων στα κοτόπουλα, πολλοί ερευνητές βρήκαν ογκογονικούς ιούς που ανήκουν σε δύο ομάδες σε διαφορετικά είδη σπονδυλωτών: που περιέχουν DNA και ρετροϊούς. Μεταξύ των ογκογόνων ιών DNA είναι οι πακοϊοί, οι αδεκοϊοί και οι ερπητοϊοί. Από τους ιούς RNA, μόνο οι ρετροϊοί προκαλούν όγκους.

Το φάσμα των όγκων που προκαλούνται από ογκογόνους ιούς είναι ασυνήθιστα ευρύ. Αν και ο ιός του πολυώματος προκαλεί κυρίως όγκους των σιελογόνων αδένων, το ίδιο το όνομά του δείχνει ότι μπορεί να προκαλέσει πολλούς άλλους όγκους. Οι ρετροϊοί προκαλούν κυρίως λευχαιμίες και σαρκώματα, τα οποία είναι συχνά αιτία όγκων του μαστού και μιας σειράς άλλων οργάνων. Αν και ο καρκίνος είναι ασθένεια ολόκληρου του οργανισμού, ένα παρόμοιο φαινόμενο, που ονομάζεται μετασχηματισμός, παρατηρείται και σε κυτταροκαλλιέργειες. Τέτοια συστήματα χρησιμοποιούνται ως μοντέλα για τη μελέτη ογκογόνων ιών. Η ικανότητα μετασχηματισμού κυττάρων in vitro αποτελεί τη βάση των μεθόδων για τον ποσοτικό προσδιορισμό πολλών ογκογόνων ιών. Τα ίδια συστήματα χρησιμοποιούνται επίσης για συγκριτική μελέτη της φυσιολογίας φυσιολογικών και καρκινικών κυττάρων.

Τι είναι ένα μετασχηματισμένο κύτταρο;

Ένας τρόπος για να ληφθεί ένας πληθυσμός μετασχηματισμένων κυττάρων είναι η μόλυνση των φυσιολογικών κυττάρων με έναν ογκογόνο ιό, όπως ο ιός σαρκώματος Rous ή ο ιός πολυώματος, και στη συνέχεια η απομόνωση αποικιών των τροποποιημένων κυττάρων. Οι αλλαγές μπορεί να σχετίζονται με τη μορφολογία των κυττάρων (για παράδειγμα, τη στρογγυλοποίησή τους) και τα μοτίβα ανάπτυξης («σέρνεται» των κυττάρων το ένα πάνω στο άλλο, σε αντίθεση με την κανονική ανάπτυξη με τη μορφή καλλιέργειας μονοστοιβάδας ή την απόκτηση της ικανότητας πολλαπλασιασμού σε ένα ημι-υγρό μέσο στο οποίο τα φυσιολογικά κύτταρα δεν πολλαπλασιάζονται).

Υπάρχουν άλλα κριτήρια για την επιλογή μετασχηματισμένων κυττάρων. Κατά κανόνα, τα κελιά που επιλέγονται σύμφωνα με ένα από τα κριτήρια ικανοποιούν τα περισσότερα από τα άλλα. Οι περισσότεροι ογκογόνοι ιοί DNA και ρετροϊοί που προκαλούν σαρκώματα έχουν την ικανότητα να μετασχηματίζουν κύτταρα in vitro. Οι ρετροϊοί που προκαλούν λευχαιμία, αντίθετα, πολλαπλασιάζονται στα κύτταρα χωρίς να προκαλούν τον μετασχηματισμό τους. Έχοντας λάβει μια καλλιέργεια κυττάρων που αναγνωρίζονται ως μετασχηματισμένα σύμφωνα με ένα από τα παραπάνω κριτήρια, θα πρέπει να συγκριθούν με φυσιολογικά κύτταρα σε μια σειρά από άλλες παραμέτρους. Πολλά βιβλία αυτού του είδους καταγράφουν εκείνες τις αλλαγές στις ιδιότητες των κυττάρων που συμβαίνουν κατά τη διαδικασία μετασχηματισμού. Δύο μεγάλες ομάδες αλλαγών είναι γνωστές:

1) αλλαγές στη ρύθμιση της ανάπτυξης και της διάρκειας ζωής, και

αλλαγές στην κυτταρική επιφάνεια (πλασματική μεμβράνη).

Αλλαγές στις ιδιότητες των κυττάρων που καθορίζουν την ανάπτυξη και την αναπαραγωγή.

Η πλειονότητα των φυσιολογικών κυττάρων, πολλαπλασιαζόμενα, προσκολλώνται στο υπόστρωμα (στο γυάλινο ή πλαστικό τοίχωμα του αγγείου). Τα φυσιολογικά κύτταρα σταματούν να διαιρούνται ακόμη και πριν εξαντληθεί το θρεπτικό μέσο. Παραμένουν προσκολλημένα στο υπόστρωμα ως βιώσιμα κύτταρα ηρεμίας. Εάν αυτά τα κύτταρα αφαιρεθούν από το υπόστρωμα και τοποθετηθούν σε συνθήκες μειωμένης πυκνότητας πληθυσμού, θα αρχίσουν να διαιρούνται ξανά. Με την πρώτη ματιά, φαίνεται ότι τα κύτταρα μιας κανονικής καλλιέργειας, η ανάπτυξη της οποίας έχει σταματήσει, είναι διατεταγμένα σε μια μονοστοιβάδα. Ωστόσο, στην πραγματικότητα, σε τέτοιες καλλιέργειες, μόνο τα πιο αισθητά μέρη των κυττάρων - ο πυρήνας τους - δεν επικαλύπτονται, ενώ το κυτταρόπλασμα, αντίθετα, επικαλύπτεται σε μια πολύ μεγάλη περιοχή. Ωστόσο, τέτοιοι πολιτισμοί ονομάζονται συνήθως μονοστρωματικοί.

Σε αντίθεση με τα φυσιολογικά κύτταρα, τα περισσότερα μετασχηματισμένα κύτταρα δεν περνούν σε στάδιο ηρεμίας, αλλά συνεχίζουν να διαιρούνται συνεχώς. Αυτό φαίνεται να είναι το πιο χαρακτηριστικό γνώρισμα των μετασχηματισμένων κυττάρων. Τα συνεχώς διαιρούμενα κύτταρα δεν αντιδρούν στην επαφή με τα γειτονικά κύτταρα: έχοντας προσκρούσει σε άλλο κύτταρο στο δρόμο τους, δεν σταματούν να διαιρούνται: αναπτύσσονται χαοτικά, σέρνονται κάτω από άλλα κύτταρα ή σέρνονται πάνω τους, με αποτέλεσμα να σχηματίζονται άμορφες μάζες πολλαπλών στρωμάτων .

Η ανθρωπότητα γνώρισε τους ιούς στα τέλη του 90ου αιώνα, μετά τα έργα του Ντμίτρι Ιβανόφσκι και του Μάρτιν Μπέιτζερινκ. Μελετώντας μη βακτηριακές βλάβες φυτών καπνού, οι επιστήμονες για πρώτη φορά ανέλυσαν και περιέγραψαν 5 χιλιάδες είδη ιών. Σήμερα υποτίθεται ότι υπάρχουν εκατομμύρια από αυτούς και ζουν παντού.

Ζωντανός ή όχι;

Οι ιοί αποτελούνται από μόρια DNA και RNA που μεταδίδουν πληροφορίες γονιδίων σε διάφορους συνδυασμούς, ένα κέλυφος που προστατεύει το μόριο και πρόσθετη προστασία λιπιδίων.

Η παρουσία γονιδίων και η ικανότητα αναπαραγωγής μας επιτρέπει να ταξινομούμε τους ιούς ως ζωντανούς και η έλλειψη πρωτεϊνοσύνθεσης και η αδυναμία ανεξάρτητης ανάπτυξης τους κατατάσσει ως μη ζωντανούς βιολογικούς οργανισμούς.

Οι ιοί είναι επίσης σε θέση να συμμαχήσουν με βακτήρια και. Μπορούν να μεταδώσουν πληροφορίες μέσω της ανταλλαγής RNA και να αποφύγουν την ανοσολογική απόκριση αγνοώντας τα φάρμακα και τα εμβόλια. Το ερώτημα αν ο ιός είναι ζωντανός είναι ακόμα ανοιχτό.

Ο πιο επικίνδυνος εχθρός

Σήμερα, ένας ιός που δεν ανταποκρίνεται στα αντιβιοτικά είναι ο πιο τρομερός εχθρός του ανθρώπου. Η ανακάλυψη αντιιικών φαρμάκων χαλάρωσε λίγο την κατάσταση, αλλά το AIDS και η ηπατίτιδα δεν έχουν ακόμη ηττηθεί.

Τα εμβόλια παρέχουν προστασία μόνο έναντι ορισμένων εποχιακών στελεχών ιών, αλλά η ικανότητά τους να μεταλλάσσονται γρήγορα καθιστά τους εμβολιασμούς αναποτελεσματικούς το επόμενο έτος. Η πιο σοβαρή απειλή για τον παγκόσμιο πληθυσμό μπορεί να είναι η αδυναμία να αντιμετωπίσει έγκαιρα μια άλλη ιογενή επιδημία.

Η γρίπη είναι μόνο ένα μικρό μέρος του «ιικού παγόβουνου». Η μόλυνση από τον ιό Έμπολα που περιφέρεται στην Αφρική οδήγησε στην εισαγωγή μέτρων καραντίνας σε όλο τον κόσμο. Δυστυχώς, η ασθένεια είναι εξαιρετικά δύσκολο να αντιμετωπιστεί και το ποσοστό των θανάτων εξακολουθεί να είναι υψηλό.

Ένα χαρακτηριστικό των ιών ήταν η απίστευτα γρήγορη ικανότητά τους να πολλαπλασιάζονται. Ένας ιός βακτηριοφάγου είναι ικανός να ξεπεράσει ένα βακτήριο κατά 100.000 φορές. Ως εκ τούτου, ιολόγοι από όλο τον κόσμο προσπαθούν να σώσουν την ανθρωπότητα από μια θανάσιμη απειλή.

Τα κύρια μέτρα για την πρόληψη των ιογενών λοιμώξεων είναι: οι εμβολιασμοί, η προσωπική υγιεινή και η έγκαιρη πρόσβαση σε γιατρό σε περίπτωση μόλυνσης. Ένα από τα συμπτώματα ήταν η υψηλή θερμοκρασία, η οποία δεν μπορεί να μειωθεί από μόνη της.

πανικός σε ιογενής νόσοςδεν αξίζει τον κόπο, αλλά το να είσαι προσεκτικός μπορεί κυριολεκτικά να σώσει τη ζωή σου. Οι γιατροί λένε ότι οι λοιμώξεις θα μεταλλαχθούν τόσο πολύ που θα υπάρξει ο ανθρώπινος πολιτισμός και οι επιστήμονες έχουν ακόμη να κάνουν πολλές σημαντικές ανακαλύψεις για την προέλευση και τη συμπεριφορά των ιών, καθώς και για την καταπολέμηση τους.

Ιοί - πλάσμα ή ουσία;

Τα τελευταία 100 χρόνια, οι επιστήμονες έχουν επανειλημμένα αλλάξει την κατανόησή τους για τη φύση των ιών, μικροσκοπικών φορέων ασθενειών.

Στην αρχή, οι ιοί θεωρήθηκαν δηλητηριώδεις ουσίες, στη συνέχεια - μια από τις μορφές ζωής, στη συνέχεια - βιοχημικές ενώσεις. Σήμερα θεωρείται ότι υπάρχουν μεταξύ του ζωντανού και του μη ζωντανού κόσμου και είναι οι κύριοι συμμετέχοντες στην εξέλιξη.

Στα τέλη του 19ου αιώνα, διαπιστώθηκε ότι ορισμένες ασθένειες, συμπεριλαμβανομένης της λύσσας και του αφθώδους πυρετού, προκαλούν σωματίδια που μοιάζουν με βακτήρια, αλλά πολύ μικρότερα. Δεδομένου ότι ήταν βιολογικής φύσης και μεταδίδονταν από το ένα θύμα στο άλλο, προκαλώντας τα ίδια συμπτώματα, οι ιοί άρχισαν να θεωρούνται ως οι μικρότεροι ζωντανοί οργανισμοί που μεταφέρουν γενετικές πληροφορίες.

Η μείωση των ιών στο επίπεδο των άψυχων χημικών οντοτήτων συνέβη μετά το 1935, όταν ο Wendell Stanley κρυστάλλωσε για πρώτη φορά τον ιό του μωσαϊκού του καπνού. Διαπιστώθηκε ότι οι κρύσταλλοι αποτελούνται από πολύπλοκα βιοχημικά συστατικά και δεν διαθέτουν την απαραίτητη ιδιότητα για τα βιολογικά συστήματα - μεταβολική δραστηριότητα. Το 1946, ο επιστήμονας έλαβε το βραβείο Νόμπελ για αυτό το έργο στη χημεία, και όχι στη φυσιολογία ή την ιατρική.

Περαιτέρω έρευνα από τον Stanley έδειξε ξεκάθαρα ότι κάθε ιός αποτελείται από ένα νουκλεϊκό οξύ (DNA ή RNA) συσκευασμένο σε ένα πρωτεϊνικό κέλυφος. Εκτός από τις προστατευτικές πρωτεΐνες, μερικές από αυτές έχουν συγκεκριμένες ιικές πρωτεΐνες που εμπλέκονται στη μόλυνση των κυττάρων. Αν κρίνουμε τους ιούς μόνο από αυτή την περιγραφή, τότε μοιάζουν πραγματικά περισσότερο με χημικές ουσίες παρά με ζωντανό οργανισμό. Όταν όμως ο ιός εισέλθει στο κύτταρο (μετά από το οποίο ονομάζεται κύτταρο ξενιστής), η εικόνα αλλάζει. Αποβάλλει το πρωτεϊνικό κέλυφος και υποτάσσει ολόκληρη την κυτταρική συσκευή, αναγκάζοντάς την να συνθέσει ιικό DNA ή RNA και ιικές πρωτεΐνες σύμφωνα με τις οδηγίες που καταγράφονται στο γονιδίωμά του ε. Στη συνέχεια ο ιός αυτοσυναρμολογείται από αυτά τα συστατικά και εμφανίζεται ένα νέο ιικό σωματίδιο. έτοιμο να μολύνει άλλα κύτταρα.

Αυτό το σχέδιο έχει αναγκάσει πολλούς επιστήμονες να ρίξουν μια νέα ματιά στους ιούς. Άρχισαν να θεωρούνται ως αντικείμενα που βρίσκονται στα σύνορα μεταξύ του ζωντανού και του μη ζωντανού κόσμου. Σύμφωνα με τους ιολόγους Mark van Regenmortel (M.H.V. van Regenmortel) από το Πανεπιστήμιο του Στρασβούργου στη Γαλλία και τον Brian Mahy (B.W. Mahy) από τα Κέντρα Πρόληψης και Ελέγχου Νοσημάτων, αυτός ο τρόπος ύπαρξης μπορεί να ονομαστεί «δανεική ζωή». Ένα ενδιαφέρον γεγονός είναι ότι ενώ για μεγάλο χρονικό διάστημα οι βιολόγοι έβλεπαν τον ιό ως ένα «πρωτεϊνικό κουτί» γεμάτο με χημικές λεπτομέρειες, χρησιμοποίησαν την ικανότητά του να αναπαράγεται στο κύτταρο ξενιστή για να μελετήσουν τον μηχανισμό κωδικοποίησης πρωτεΐνης. Η σύγχρονη μοριακή βιολογία οφείλει μεγάλο μέρος της επιτυχίας της στις πληροφορίες που αποκτήθηκαν από τη μελέτη των ιών.

Οι επιστήμονες έχουν κρυσταλλώσει τα περισσότερα από τα κυτταρικά συστατικά (ριβοσώματα, μιτοχόνδρια, δομές μεμβράνης, DNA, πρωτεΐνες) και σήμερα τα θεωρούν είτε ως «χημικές μηχανές» είτε ως υλικό που χρησιμοποιούν ή παράγουν αυτές οι μηχανές. Μια τέτοια άποψη των πολύπλοκων χημικών δομών που διασφαλίζουν τη ζωτική δραστηριότητα του κυττάρου έχει προκαλέσει στους μοριακούς βιολόγους μικρή ανησυχία για την κατάσταση των ιών. Οι ερευνητές ενδιαφέρθηκαν για αυτούς μόνο ως παράγοντες ικανούς να χρησιμοποιούν κύτταρα για δικούς τους σκοπούς ή να χρησιμεύουν ως πηγή μόλυνσης. Το πιο περίπλοκο πρόβλημα της συμβολής των ιών στην εξέλιξη παραμένει ασήμαντο για τους περισσότερους επιστήμονες.

Να ζει κανείς ή να μην ζει?

Τι σημαίνει η λέξη «ζωντανά»; Οι περισσότεροι επιστήμονες συμφωνούν ότι εκτός από την ικανότητα αναπαραγωγής του εαυτού τους, οι ζωντανοί οργανισμοί πρέπει να έχουν και άλλες ιδιότητες. Για παράδειγμα, η ζωή οποιουδήποτε πλάσματος είναι πάντα περιορισμένη χρονικά - γεννιέται και πεθαίνει. Επιπλέον, οι ζωντανοί οργανισμοί έχουν έναν ορισμένο βαθμό αυτονομίας με τη βιοχημική έννοια π.χ. βασίζονται σε κάποιο βαθμό στις δικές τους μεταβολικές διεργασίες για να τους παρέχουν τις ουσίες και την ενέργεια που τους συντηρούν.

Μια πέτρα, καθώς και μια σταγόνα υγρού στην οποία λαμβάνουν χώρα μεταβολικές διεργασίες, αλλά που δεν περιέχει γενετικό υλικό και δεν είναι ικανή να αυτοαναπαραχθεί, είναι αναμφίβολα ένα άψυχο αντικείμενο. Ένα βακτήριο, από την άλλη, είναι ένας ζωντανός οργανισμός και παρόλο που αποτελείται από ένα μόνο κύτταρο, μπορεί να παράγει ενέργεια και να συνθέτει ουσίες που εξασφαλίζουν την ύπαρξη και την αναπαραγωγή του. Τι μπορεί να ειπωθεί σε αυτό το πλαίσιο για τον σπόρο; Δεν δείχνει κάθε σπόρος σημάδια ζωής. Ωστόσο, όντας σε ηρεμία, περιέχει τη δυνατότητα που έλαβε από μια αναμφίβολα ζωντανή ουσία και η οποία, υπό ορισμένες προϋποθέσεις, μπορεί να πραγματοποιηθεί. Ταυτόχρονα, ο σπόρος μπορεί να καταστραφεί αμετάκλητα και τότε το δυναμικό θα παραμείνει απραγματοποίητο. Από αυτή την άποψη, ο ιός μοιάζει περισσότερο με σπόρο παρά με ζωντανό κύτταρο: έχει κάποιες δυνατότητες που μπορεί να μην πραγματοποιηθούν, αλλά δεν υπάρχει δυνατότητα για αυτόνομη ύπαρξη.

Είναι επίσης δυνατό να θεωρηθεί το ζωντανό ως μια κατάσταση στην οποία, υπό ορισμένες προϋποθέσεις, περνά ένα σύστημα που αποτελείται από μη ζωντανά συστατικά με ορισμένες ιδιότητες. Η ζωή και η συνείδηση μπορούν να αναφερθούν ως παράδειγμα τέτοιων πολύπλοκων (αναδυόμενων) συστημάτων. Για να φτάσουν στην κατάλληλη κατάσταση, πρέπει να έχουν ένα ορισμένο επίπεδο δυσκολίας. Έτσι, ένας νευρώνας (από μόνος του ή ακόμα και ως μέρος ενός νευρωνικού δικτύου) δεν έχει συνείδηση· αυτό απαιτεί εγκέφαλο. Αλλά ένας άθικτος εγκέφαλος μπορεί να είναι βιολογικά ζωντανός και ταυτόχρονα να μην παρέχει συνείδηση. Με τον ίδιο τρόπο, ούτε κυτταρικά ούτε ιικά γονίδια ή πρωτεΐνες χρησιμεύουν από μόνα τους ως ζωντανή ουσία και ένα κύτταρο που δεν έχει πυρήνα είναι παρόμοιο με ένα αποκεφαλισμένο άτομο, αφού δεν έχει κρίσιμο επίπεδο πολυπλοκότητας. Ο ιός επίσης δεν μπορεί να φτάσει σε αυτό το επίπεδο. Έτσι, η ζωή μπορεί να οριστεί ως ένα είδος περίπλοκης αναδυόμενης κατάστασης που περιλαμβάνει τα ίδια βασικά «δομικά στοιχεία» που έχει ένας ιός. Αν ακολουθήσουμε αυτή τη λογική, τότε οι ιοί, ενώ δεν είναι ζωντανά αντικείμενα με τη στενή έννοια της λέξης, δεν μπορούν να ταξινομηθούν ως αδρανή συστήματα: βρίσκονται στα όρια μεταξύ ζωντανών και μη ζωντανών.

ΑΝΑΠΑΡΑΓΩΓΗ ΙΟΥ

Οι ιοί έχουν αναμφίβολα μια ιδιότητα που είναι εγγενής σε όλους τους ζωντανούς οργανισμούς - την ικανότητα αναπαραγωγής, αν και με την απαραίτητη συμμετοχή του κυττάρου ξενιστή. Το σχήμα δείχνει την αντιγραφή ενός ιού του οποίου το γονιδίωμα είναι δίκλωνο DNA. Η διαδικασία αντιγραφής των φάγων (ιοί που μολύνουν μη πυρηνικά βακτήρια), των ιών RNA και των ρετροϊών διαφέρει από αυτή που παρουσιάζεται εδώ μόνο λεπτομερώς.

Ιοί και εξέλιξη

Οι ιοί έχουν τη δική τους, πολύ μεγάλη εξελικτική ιστορία, που χρονολογείται από την προέλευση των μονοκύτταρων οργανισμών. Έτσι, ορισμένα συστήματα επιδιόρθωσης ιών που διασφαλίζουν την αφαίρεση εσφαλμένων βάσεων από το DNA και την εξάλειψη της βλάβης που προκαλείται από τη δράση των ριζών οξυγόνου κ.λπ., υπάρχουν μόνο σε μεμονωμένους ιούς και υπάρχουν αμετάβλητα για δισεκατομμύρια χρόνια.

Οι ερευνητές δεν αρνούνται ότι οι ιοί έπαιξαν κάποιο ρόλο στην εξέλιξη. Όμως, θεωρώντας τα ως άψυχα υλικά, τα τοποθετούν στο ίδιο επίπεδο με παράγοντες όπως οι κλιματικές συνθήκες. Ένας τέτοιος παράγοντας επηρέασε οργανισμούς που είχαν μεταβαλλόμενα, γενετικά καθορισμένα χαρακτηριστικά από το εξωτερικό. Οι οργανισμοί πιο ανθεκτικοί σε αυτή την επιρροή επιβίωσαν, αναπαράχθηκαν και μετέδωσαν τα γονίδιά τους στις επόμενες γενιές.

Ωστόσο, στην πραγματικότητα, οι ιοί επηρέασαν το γενετικό υλικό των ζωντανών οργανισμών όχι έμμεσα, αλλά με τον πιο άμεσο τρόπο - αντάλλαξαν το DNA και το RNA τους με αυτό, δηλ. ήταν βιολογικοί παίκτες. Η μεγάλη έκπληξη για τους γιατρούς και τους εξελικτικούς βιολόγους ήταν ότι οι περισσότεροι ιοί αποδείχτηκαν αρκετά αβλαβή πλάσματα, που δεν σχετίζονται με καμία ασθένεια. Κοιμούνται ήσυχα μέσα στα κύτταρα-ξενιστές ή χρησιμοποιούν τη συσκευή τους για την απρόσκοπτη αναπαραγωγή τους χωρίς καμία βλάβη στο κύτταρο. Τέτοιοι ιοί έχουν πολλά κόλπα που τους επιτρέπουν να αποφεύγουν το άγρυπνο μάτι του ανοσοποιητικού συστήματος του κυττάρου - για κάθε στάδιο της ανοσολογικής απόκρισης, έχουν προετοιμαστεί ένα γονίδιο που ελέγχει ή τροποποιεί αυτό το στάδιο υπέρ τους.

Επιπλέον, στη διαδικασία της συμβίωσης ενός κυττάρου και ενός ιού, το γονιδίωμα του ιού (DNA ή RNA) «αποικίζει» το γονιδίωμα του κυττάρου ξενιστή, προμηθεύοντάς το με όλο και περισσότερα νέα γονίδια, τα οποία τελικά γίνονται αναπόσπαστο μέρος του γονιδιώματος. ενός δεδομένου είδους οργανισμών. Οι ιοί έχουν ταχύτερη και πιο άμεση επίδραση στους ζωντανούς οργανισμούς από τους εξωτερικούς παράγοντες που επιλέγουν για γενετικές παραλλαγές. Οι μεγάλοι πληθυσμοί ιών, σε συνδυασμό με τον υψηλό ρυθμό αντιγραφής και το υψηλό ποσοστό μετάλλαξης, τους καθιστούν σημαντική πηγή γενετικής καινοτομίας, δημιουργώντας συνεχώς νέα γονίδια. Οποιοδήποτε μοναδικό γονίδιο ιικής προέλευσης, ταξιδεύοντας, περνά από τον έναν οργανισμό στον άλλο και συμβάλλει στην εξελικτική διαδικασία.

Ένα κύτταρο του οποίου το πυρηνικό DNA έχει καταστραφεί είναι ένας πραγματικός «νεκρός άνθρωπος»: στερείται γενετικού υλικού με οδηγίες για το πώς να λειτουργεί. Αλλά ο ιός μπορεί να χρησιμοποιήσει τα υπόλοιπα άθικτα κυτταρικά συστατικά και το κυτταρόπλασμα για την αντιγραφή του. Υποτάσσει την κυτταρική συσκευή και την αναγκάζει να χρησιμοποιήσει ιικά γονίδια ως πηγή οδηγιών για τη σύνθεση ιικών πρωτεϊνών και την αντιγραφή του ιικού γονιδιώματος. Η μοναδική ικανότητα των ιών να αναπτύσσονται σε νεκρά κύτταρα είναι πιο έντονη όταν οι ξενιστές είναι μονοκύτταροι οργανισμοί, που κατοικούν κυρίως στους ωκεανούς. (Η συντριπτική πλειοψηφία των ιών ζει στη στεριά. Σύμφωνα με τους ειδικούς, δεν υπάρχουν περισσότερα από 1030 σωματίδια ιού στους ωκεανούς.)

Τα βακτήρια, τα φωτοσυνθετικά κυανοβακτήρια και τα φύκια, πιθανοί ξενιστές για θαλάσσιους ιούς, σκοτώνονται συχνά από την υπεριώδη ακτινοβολία, η οποία καταστρέφει το DNA τους. Ταυτόχρονα, ορισμένοι ιοί («φιλοξενούμενοι» οργανισμών) περιλαμβάνουν μηχανισμό σύνθεσης ενζύμων που αποκαθιστούν τα κατεστραμμένα μόρια του κυττάρου ξενιστή και το επαναφέρουν στη ζωή. Για παράδειγμα, τα κυανοβακτήρια περιέχουν ένα ένζυμο που εμπλέκεται στη φωτοσύνθεση και υπό την επίδραση του υπερβολικού φωτός μερικές φορές καταστρέφεται, γεγονός που οδηγεί σε κυτταρικό θάνατο. Και τότε οι ιοί που ονομάζονται κυανοφάγοι «ενεργοποιούν» τη σύνθεση ενός αναλόγου ενός βακτηριακού φωτοσυνθετικού ενζύμου που είναι πιο ανθεκτικό στην υπεριώδη ακτινοβολία. Εάν ένας τέτοιος ιός μολύνει ένα κύτταρο που μόλις έχει πεθάνει, το φωτοσυνθετικό ένζυμο μπορεί να το επαναφέρει στη ζωή. Έτσι, ο ιός παίζει το ρόλο του «γονιδιακού αναζωογονητή».

Οι υπερβολικές δόσεις υπεριώδους ακτινοβολίας μπορεί επίσης να οδηγήσουν στο θάνατο των κυανοφάγων, αλλά μερικές φορές καταφέρνουν να επιστρέψουν στη ζωή με τη βοήθεια πολλαπλών επισκευών. Συνήθως, υπάρχουν αρκετοί ιοί σε κάθε κύτταρο ξενιστή, και εάν έχουν υποστεί βλάβη, μπορούν να συναρμολογήσουν το ιικό γονιδίωμα κομμάτι-κομμάτι. Διαφορετικά μέρη του γονιδιώματος μπορούν να χρησιμεύσουν ως προμηθευτές μεμονωμένων γονιδίων, τα οποία, μαζί με άλλα γονίδια, θα αποκαταστήσουν πλήρως τις λειτουργίες του γονιδιώματος χωρίς να δημιουργήσουν έναν ολόκληρο ιό. Οι ιοί είναι οι μόνοι από όλους τους ζωντανούς οργανισμούς που μπορούν, όπως το πουλί Phoenix, να αναγεννηθούν από τις στάχτες.

Σύμφωνα με το International Human Genome Sequencing Consortium, μεταξύ 113 και 223 γονιδίων που βρέθηκαν σε βακτήρια και ανθρώπους λείπουν από καλά μελετημένους οργανισμούς όπως η μαγιά Sacharomyces cerevisiae, η μύγα των φρούτων Drosophila melanogaster και ο στρογγυλός σκώληκας Caenorhabditis elegans, που βρίσκονται μεταξύ των δύο άκρα.ζωντανοί οργανισμοί. Μερικοί επιστήμονες πιστεύουν ότι η μαγιά, η μύγα των φρούτων και ο στρογγυλός σκώληκας, που εμφανίστηκαν μετά τα βακτήρια αλλά πριν από τα σπονδυλωτά, απλώς έχασαν τα αντίστοιχα γονίδια κάποια στιγμή στην εξελικτική τους ανάπτυξη. Άλλοι πιστεύουν ότι τα γονίδια μεταφέρθηκαν σε ένα άτομο από βακτήρια που εισήλθαν στο σώμα του.

Μαζί με συναδέλφους στο Ινστιτούτο Εμβολίων και Γονιδιακής Θεραπείας στο Πανεπιστήμιο Δημόσιας Υγείας του Όρεγκον, υποθέτουμε ότι υπήρχε μια τρίτη οδός: τα γονίδια ήταν αρχικά ιογενή προέλευση, αλλά στη συνέχεια αποικίστηκαν από εκπροσώπους δύο διαφορετικών σειρών οργανισμών, όπως τα βακτήρια. και σπονδυλωτά. Το γονίδιο που έδωσε το βακτήριο στην ανθρωπότητα θα μπορούσε να μεταφερθεί στις δύο γραμμές που αναφέρει ο ιός.

Επιπλέον, είμαστε σίγουροι ότι ο ίδιος ο πυρήνας του κυττάρου είναι ιογενούς προέλευσης. Η εμφάνιση του πυρήνα (μια δομή που βρίσκεται μόνο στους ευκαρυώτες, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων, και απουσιάζει στα προκαρυωτικά, όπως τα βακτήρια) δεν μπορεί να εξηγηθεί από τη σταδιακή προσαρμογή των προκαρυωτικών οργανισμών στις μεταβαλλόμενες συνθήκες. Θα μπορούσε να έχει δημιουργηθεί με βάση ένα προϋπάρχον υψηλού μοριακού DNA, το οποίο έχτισε ένα μόνιμο «σπίτι» για τον εαυτό του μέσα σε ένα προκαρυωτικό κύτταρο. Αυτό επιβεβαιώνεται από το γεγονός ότι το γονίδιο DNA πολυμεράσης (ένα ένζυμο που εμπλέκεται στην αντιγραφή του DNA) του φάγου Τ4 (φάγοι ονομάζονται ιοί που μολύνουν βακτήρια) είναι κοντά στην αλληλουχία νουκλεοτιδίων του στα γονίδια της πολυμεράσης του DNA τόσο των ευκαρυωτών όσο και των ιών που τα μολύνουν. Επιπλέον, ο Patrick Forterre από το Πανεπιστήμιο του Νοτίου Παρισιού, που μελέτησε τα ένζυμα που εμπλέκονται στην αντιγραφή του DNA, κατέληξε στο συμπέρασμα ότι τα γονίδια που καθορίζουν τη σύνθεσή τους στους ευκαρυώτες είναι ιικής προέλευσης.

ιός της μπλε γλώσσας

Οι ιοί επηρεάζουν απολύτως όλες τις μορφές ζωής στη Γη και συχνά καθορίζουν τη μοίρα τους. Ταυτόχρονα εξελίσσονται και αυτά. Η εμφάνιση νέων ιών, όπως ο ιός της ανθρώπινης ανοσοανεπάρκειας (HIV), που προκαλεί το AIDS, είναι άμεση απόδειξη.

Οι ιοί αλλάζουν συνεχώς τα όρια μεταξύ του βιολογικού και του βιοχημικού κόσμου. Όσο προχωράμε στη μελέτη των γονιδιωμάτων διαφόρων οργανισμών, τόσο περισσότερα θα βρίσκουμε στοιχεία για την παρουσία σε αυτά γονιδίων από μια δυναμική, πολύ αρχαία δεξαμενή. Ο νομπελίστας Salvador Luria είπε το 1969 σχετικά με την επίδραση των ιών στην εξέλιξη: «Ίσως οι ιοί, με την ικανότητά τους να περιλαμβάνονται στο κυτταρικό γονιδίωμα και να το αφήνουν, να συμμετείχαν ενεργά στη διαδικασία βελτιστοποίησης του γενετικού υλικού όλων των ζωντανών όντων. την πορεία της εξέλιξης. Απλά δεν το προσέξαμε». Ανεξάρτητα από το σε ποιον κόσμο -ζωντανό ή μη- θα αποδώσουμε τους ιούς, ήρθε η ώρα να τους εξετάσουμε όχι μεμονωμένα, αλλά λαμβάνοντας υπόψη τη συνεχή σύνδεση με τους ζωντανούς οργανισμούς.

ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ ΤΟΝ ΣΥΓΓΡΑΦΕΑ:
Λουίς Βιγιαρεάλ(Luis P. Villarreal) - Διευθυντής του Κέντρου για τη Μελέτη των Ιών στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Irvine. Έλαβε το διδακτορικό του στη βιολογία από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Σαν Ντιέγκο και στη συνέχεια εργάστηκε στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ στο εργαστήριο του νομπελίστα Πολ Μπεργκ. Ασχολείται ενεργά με τη διδασκαλία, συμμετέχοντας επί του παρόντος στην ανάπτυξη προγραμμάτων για την καταπολέμηση της απειλής της βιοτρομοκρατίας.

Σχεδόν όλα όσα ειπώθηκαν εδώ δεν έχουν άμεση σχέση με την υπόθεση.
Ένας ιός απλώς δεν είναι οργανισμός, πολύ λιγότερο ζωντανός.
Ένας ζωντανός οργανισμός είναι ένα σύνθετο βιολογικό σύστημα που είναι ικανό να αυτοαναπαράγεται και να διατηρεί τη δική του ζωτική δραστηριότητα (αναπνοή, κατανάλωση θρεπτικών συστατικών κ.λπ.). Μπορεί να είναι μονοκύτταρος (π.χ. βακτήρια) ή πολυκύτταρος. Ένας ιός είναι ένα εκμαγείο μορίων και πρωτεϊνών DNA ή RNA, που είναι απλώς ένα κομμάτι του γενετικού κώδικα που δεν δείχνει τα κύρια σημάδια ζωής.
Εάν δώσουμε μια αναλογία από τον κόσμο των μηχανισμών, τότε ένα κελί μπορεί να αναπαρασταθεί ως, για παράδειγμα, ένα αντιγραφικό (και αυτό είναι ένας μηχανισμός) και ένας ιός είναι ένα φύλλο χαρτιού με κείμενο (αυτό δεν είναι πλέον μηχανισμός) . Έτσι, ένα φύλλο χαρτιού, μπαίνοντας στο φωτοτυπικό μηχάνημα, οδηγεί στο γεγονός ότι το φωτοαντιγραφικό αρχίζει να εκδίδει αντίγραφα αυτού του φύλλου με το κείμενο και θα το κάνει μέχρι είτε να αφαιρεθεί αυτό το φύλλο από το φωτοτυπικό μηχάνημα είτε έως ότου το φωτοαντιγραφικό βιδώθηκε.
Περίπου η ίδια σχέση προκύπτει μεταξύ ενός κυττάρου (ένα ζωντανό σύστημα) και ενός ιού (ένα άψυχο αντικείμενο).

3 χρόνιαπίσω από τον Ρωμαίο Σάπρυγα

Εάν εκφράσετε τη συμφωνία ή τη διαφωνία σας με την αναλογία σας με ένα ρομπότ, τότε μια σύγκριση είναι αρκετά κατάλληλη. Λίγη θεωρία: ένας ιός από το λατ. "ιός" - δηλητήριο

Η συντριπτική πλειοψηφία των οργανισμών που ζουν στη Γη σήμερα αποτελείται από κύτταρα και μόνο οι ιοί δεν έχουν κυτταρική δομή.

Σύμφωνα με αυτό το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό, όλα τα έμβια όντα χωρίζονται επί του παρόντος από τους επιστήμονες σε δύο αυτοκρατορίες:
- προκυτταρικά (ιοί και φάγοι),
- κυτταρικοί (όλοι οι άλλοι οργανισμοί: βακτήρια και ομάδες κοντά τους, μύκητες, πράσινα φυτά, ζώα και άνθρωποι).

Ένα ιικό σωματίδιο (ή σωματίδιο ιού) αποτελείται από ένα ή περισσότερα μόρια DNA ή RNA που περικλείονται σε ένα πρωτεϊνικό κέλυφος (καψίδιο), που μερικές φορές περιέχει επίσης συστατικά λιπιδίων και υδατανθράκων.

Η διάμετρος των ιικών σωματιδίων (ονομάζονται επίσης ιοσωμάτια) είναι 20-300 nm. Δηλαδή, είναι πολύ μικρότερα από τα μικρότερα από τα προκαρυωτικά κύτταρα. Δεδομένου ότι τα μεγέθη των πρωτεϊνών και ορισμένων αμινοξέων είναι στην περιοχή από 2-50 nm, ένα ιικό σωματίδιο θα μπορούσε να θεωρηθεί απλώς ένα σύμπλεγμα μακρομορίων. Λόγω του μικρού τους μεγέθους και της αδυναμίας τους να αναπαραχθούν, οι ιοί συχνά ταξινομούνται ως «μη ζωντανοί».

Λένε: «Ένας ιός είναι μια ενδιάμεση μορφή ζωής ή μη ζωή», γιατί έξω από το κύτταρο ξενιστή μετατρέπεται σε κρύσταλλο.

Πιστεύεται ότι ο ιός είναι η μετάβαση από τη χημεία στη ζωή.

Το πιο σημαντικό χαρακτηριστικά γνωρίσματαοι ιοί είναι οι εξής:

2. Δεν έχουν δικό τους μεταβολισμό, έχουν πολύ περιορισμένο αριθμό ενζύμων. Για την αναπαραγωγή χρησιμοποιούνται ο μεταβολισμός του κυττάρου ξενιστή, τα ένζυμα και η ενέργεια.

3 χρόνιαπίσω από Alexander Zhmurko

Δημοφιλή στην κατηγορία: