Koti › Ongelmia › Jokainen elävä organismi viruksia lukuun ottamatta koostuu. Voidaanko viruksia kutsua eläviksi olennoiksi? Kaikki riippuu näkökulmastasi

Jokainen elävä organismi viruksia lukuun ottamatta koostuu. Voidaanko viruksia kutsua eläviksi olennoiksi? Kaikki riippuu näkökulmastasi

Lvovin mukaan "organismi on eräänlainen itsenäinen yksikkö integroitujen ja toisiinsa liittyvien rakenteiden ja toimintojen kanssa." Alkueläimissä eli yksisoluisissa organismeissa solu on itsenäinen yksikkö, toisin sanoen organismi. Ja solueliöt - mitokondriot, kromosomit ja kloroplastit - eivät ole organismeja, koska ne eivät ole itsenäisiä. Osoittautuu, että jos noudatat Lvovin antamaa määritelmää, virukset eivät ole organismeja, koska niillä ei ole itsenäisyyttä: elävä solu tarvitaan kasvamaan ja replikoimaan geneettistä materiaalia.

Samaan aikaan monisoluisissa lajeissa, olivatpa ne sitten eläimiä tai kasveja, yksittäiset solulinjat eivät voi kehittyä toisistaan riippumatta; siksi niiden solut eivät ole organismeja. Jotta muutos olisi evoluutionaalisesti merkittävä, se on siirrettävä uudelle yksilöiden sukupolvelle. Tämän päättelyn mukaan organismi on jonkin jatkuvan sarjan alkeisyksikkö, jolla on oma yksilöllinen evoluutiohistoriansa.

Ja samaan aikaan tätä ongelmaa voidaan tarkastella toisen määritelmän näkökulmasta: materiaali on elossa, jos se säilyttää eristyksissään erityiskokoonpanonsa niin, että tämä konfiguraatio voidaan integroida uudelleen eli sisällyttää uudelleen kierto, johon geneettinen aine osallistuu. : tämä identifioi elämän itsenäiseen, spesifiseen, itseään replikoituvaan organisointitapaan. Tietyn geenin nukleiinihapon spesifinen emässekvenssi voidaan kopioida; geeni on tietty osa elävällä organismilla olevaa tietokantaa. Elävyyden kokeeksi yllä oleva määritelmä ehdottaa lisääntymistä eri solulinjoissa ja useissa organismien sukupolvissa. Virus on tämän testin mukaan elossa kuten mikä tahansa muukin geneettisen materiaalin pala, että se voidaan poistaa solusta, tuoda takaisin elävään soluun ja että näin tehdessään se kopioituu siihen ja siitä tulee ainakin jonkin aikaa osa sen perinnöllistä laitetta. Tässä tapauksessa virusgenomin siirtyminen on tärkein syy näiden muotojen olemassaoloon - tulos niiden erikoistumisesta valintaprosessiin. Siksi virusten erikoistuminen nukleiinihappojen kantajiksi mahdollistaa viruksia "elävämpänä" kuin mitä tahansa geneettisen materiaalin fragmenttia ja "enemmän organismeja" kuin mitä tahansa soluorganelleja, mukaan lukien kromosomit ja geenit.

Kochin tiukat postulaatit

Mitkä ovat Robert Kochin (1843-1910) muotoilemat perussäännökset, joita mikrobiologin on noudatettava aina, kun tuntematon patogeeni löydetään? Mikä voi toimia todisteena siitä, että hän on tämän tartuntataudin aiheuttaja? Nämä ovat kolme kriteeriä:

Potilaan kehosta otetun patogeenin puhtaan viljelmän toistuva saaminen.

Täsmälleen saman tai samankaltaisen taudin esiintyminen (sekä kulun luonteen että sen aiheuttamien patologisten muutosten osalta), kun terve organismi saa tartunnan väitetyn patogeenin viljelmällä.

Ihmisen tai eläimen kehossa esiintyminen tämän taudinaiheuttajatartunnan jälkeen on aina samat erityiset suoja-aineet. Kun immuuniveriseerumi on kosketuksissa viljelmästä peräisin olevan patogeenin kanssa, viimeksi mainitun pitäisi menettää patogeeniset ominaisuutensa.

Nykyaikaiselle virologialle on ominaista lukuisten menetelmien nopea kehitys ja laaja käyttö - sekä biologisten (mukaan lukien geneettisten) että fysikaalis-kemiallisten .. Niitä käytetään uusien, vielä tuntemattomien virusten tunnistamisessa ja tutkimuksessa. biologisia ominaisuuksia ja jo löydettyjen lajien rakenteet.

Perusteoreettiset tutkimukset antavat yleensä tärkeää tietoa, jota käytetään lääketieteessä, diagnostiikan alalla tai virusinfektioprosessien syväanalyysissä. Uusien tehokkaiden virologian menetelmien käyttöönotto liittyy yleensä merkittäviin löytöihin.

Esimerkiksi A. M. Woodroffen ja E. J. Goodpasturen vuonna 1931 aloittamaa menetelmää virusten kasvattamiseksi kehittyvässä kanan alkiossa on käytetty poikkeuksellisella menestyksellä influenssaviruksen tutkimuksessa.

Fysikaalis-kemiallisten menetelmien, erityisesti sentrifugointimenetelmän, edistyminen johti vuonna 1935 mahdollisuuteen kiteytyä tupakan mosaiikkivirus (TMV) sairaiden kasvien mehusta ja sen jälkeen muodostaa sen muodostavat proteiinit. Tämä antoi ensimmäisen sysäyksen virusten rakenteen ja biokemian tutkimukselle.

Vuonna 1939 A. V. Arden ja G. Ruska käyttivät ensimmäisinä elektronimikroskooppia virusten tutkimiseen. Tämän laitteen käyttöönotto käytännössä merkitsi historiallista käännekohtaa virologisessa tutkimuksessa, koska tuli mahdolliseksi nähdä - vaikka näinä vuosina ei vielä tarpeeksi selvästi - yksittäisiä viruksen hiukkasia, virioneja.

Vuonna 1941 G. Hurst havaitsi, että influenssavirus aiheuttaa tietyissä olosuhteissa punaisten verisolujen (erytrosyyttien) agglutinaatiota (liimausta ja saostumista). Tämä loi pohjan viruksen pintarakenteiden ja punasolujen välisen suhteen tutkimiselle sekä yhden tehokkaimman diagnostisen menetelmän kehittämiselle.

Radikaalinen muutos virologisessa tutkimuksessa tapahtui vuonna 1949, kun J. Enders, T. Weller ja F. Robbins onnistuivat levittämään poliovirusta ihmissikiön ihon ja lihasten soluissa. He saavuttivat kudospalojen kasvun keinotekoisella ravintoalustalla. Solu- (kudos)viljelmät infektoitiin polioviruksella, jota oli siihen asti tutkittu yksinomaan apinoilla ja vain hyvin harvoin erityisellä rotalla.

Virus äidin kehon ulkopuolella kasvaneissa ihmissoluissa lisääntyi hyvin ja aiheutti tyypillisiä patologisia muutoksia. Monet tutkijat paransivat ja yksinkertaistivat myöhemmin soluviljelymenetelmää (ihmis- ja eläinorganismeista eristettyjen solujen pitkäaikainen säilytys ja viljely keinotekoisissa ravintoaineissa), ja siitä tuli lopulta yksi tärkeimmistä ja tehokkaimmista virusten viljelyssä. Tämän helpommin saatavilla olevan ja halvemman menetelmän ansiosta viruksia oli mahdollista saada suhteellisen puhtaassa muodossa, mitä ei voitu saavuttaa kuolleiden eläinten elinten suspensioissa. Uuden menetelmän käyttöönotto merkitsi kiistatonta edistystä paitsi virustautien diagnosoinnissa myös rokotusrokotteiden hankinnassa. Hän antoi hyviä tuloksia myös virusten biologisissa ja biokemiallisissa tutkimuksissa.

Vuonna 1956 pystyttiin osoittamaan, että viruksen tarttuvuuden kantaja on sen sisältämä nukleiinihappo. Ja vuonna 1957 A. Isaacs ja J. Lindeman löysivät interferonin, joka mahdollisti monien viruksen ja isäntäsolun tai isäntäorganismin välisessä suhteessa havaittujen biologisten ilmiöiden selittämisen.

S. Brenner ja D. Horn ottivat elektronimikroskopiatekniikkaan käyttöön negatiivisen kontrastivärjäyksen menetelmän, joka mahdollisti virusten hienorakenteen, erityisesti niiden rakenneosien (alayksiköiden) tutkimisen.

Vuonna 1964 jo aiemmin mainitsemamme amerikkalainen virologi Gaiduzek ja hänen kollegansa osoittivat useiden ihmisten ja eläinten keskushermoston kroonisten sairauksien tarttuvan luonteen. Hän tutki äskettäin löydettyjä omituisia viruksia, jotka olivat vain joissakin suhteissa samanlaisia kuin aiemmin tunnetut.

Samaan aikaan amerikkalainen geneetikko Baruch Blumberg löytää (veriproteiinien geneettisten tutkimusten yhteydessä) seerumin hepatiittiantigeenin (Australian antigeeni), serologisilla testeillä tunnistetun aineen. Tämän antigeenin oli tarkoitus olla tärkeässä roolissa hepatiittivirologisissa tutkimuksissa.

Viime vuosien yhtenä suurimmista virologian saavutuksista voidaan pitää joidenkin molekyylibiologisten mekanismien löytämistä normaalien solujen muuntamiseksi kasvainsoluiksi. Yhtäkään menestystä on saavutettu virusten rakenteen ja niiden genetiikan tutkimisessa.

tarttuva yksikkö

Pienintä virusmäärää, joka pystyy aiheuttamaan infektion tietyssä kokeessa, kutsutaan tarttuvaksi yksiköksi.

Sen määrittämiseen käytetään yleensä kahta menetelmää. Ensimmäinen perustuu 50 % tappavan annoksen määritelmään, jota kutsutaan LD 50:ksi (latinasta Letatis - tappava, dosis - annos). Toinen menetelmä määrittää infektoivien yksiköiden lukumäärän soluviljelmässä muodostuneiden plakkien lukumäärällä.

Mikä pohjimmiltaan on LD 50:n arvo ja miten se määritetään? Tutkittu virusmateriaali laimennetaan alenevien pitoisuusasteiden mukaisesti, sanotaan kymmenen kerrannaisina: 1:10; 1:100; 1:1000 jne. Jokainen liuos, jossa on ilmoitettu viruspitoisuus, infektoi eläinryhmän (kymmenen yksilöä) tai soluviljelmän koeputkissa. Sitten he tarkkailevat eläinten kuolemaa tai muutoksia, jotka ovat tapahtuneet viljelmässä viruksen vaikutuksen alaisena. Tilastollinen menetelmä määrittää pitoisuuden asteen, joka pystyy tappamaan 50 % lähtöainetartunnan saaneista eläimistä. Soluviljelmää käytettäessä tulee löytää sellainen virusannos, joka tuottaa haitallisen vaikutuksen 50 %:ssa sillä tartunnan saaneista viljelmistä. Tässä tapauksessa käytetään CPP 50:n (sytopaattisen annoksen) pienentämistä. Toisin sanoen puhumme sellaisesta virusannoksesta, joka aiheuttaa vaurion tai kuoleman puolelle sen tartunnan saaneista viljelmistä.

Kochin tiukat postulaatit

Potilaan kehosta otetun patogeenin puhtaan viljelmän toistuva saaminen.

Nykyaikaiselle virologialle on ominaista lukuisten menetelmien - sekä biologisten (mukaan lukien geneettisten) että fysikaalis-kemiallisten - nopea kehitys ja laaja käyttö. Niitä käytetään uusien, vielä tuntemattomien virusten tunnistamiseen sekä viruksen biologisten ominaisuuksien ja rakenteen tutkimiseen. jo löydetty laji..

tarttuva yksikkö

Pienintä virusmäärää, joka pystyy aiheuttamaan infektion tietyssä kokeessa, kutsutaan tarttuvaksi yksiköksi.

Plakkimenetelmällä ei pystytä tarjoamaan tilastotietoja, mutta on mahdollista määrittää todellinen virusyksiköiden lukumäärä materiaalissa, joka tuottaa plakkeja soluviljelmässä. Ihannetapauksessa tällainen yksikkö vastaa yhtä toiminnallisesti täydellistä hiukkasta.

Titraus

Viruksen aiheuttama vaste voi olla kaikki tai ei mitään (eli infektion olemassaolo tai puuttuminen) tai se voidaan määrittää kvantitatiivisesti, kuten infektion ilmaantumiseen kuluva aika tai vaurioiden määrä herkässä yksilössä. solukerros. Virusaktiivisuuden kvantitatiivista määritystä kutsutaan titraukseksi. Alkuperäisen virussuspension tiitteri ilmaistaan tarttuvien yksiköiden lukumääränä tilavuusyksikköä kohti. Infektoivilla nukleiinihapoilla, olipa ne eristetty faageista tai eläin- tai kasviviruksista, on yleensä merkittävästi alhaisempi tarttuva tiitteri kuin emoviruksella (ts. valmisteen sisältämien nukleiinihappomolekyylien lukumäärän suhde tarttuvien yksiköiden määrään on merkittävästi suurempia kuin vastaavat arvot virioneille, joista nämä nukleiinihapot eristettiin). Kuitenkin sekä vapaan nukleiinihapon että virionien titrauksessa todennäköisyys löytää keskimääräinen hiukkasten lukumäärä näytteestä ilmaistaan yhdellä kaavalla. Tästä seuraa, että yksi virusnukleiinihappomolekyyli voi myös aiheuttaa virusinfektion. Yleensä vain ehjä virus-DNA ja RNA ovat tarttuvia. Poikkeuksena havaitaan solujen moninkertainen infektio nukleiinihappomolekyylillä, jotka sisältävät epätäydellisen virusgenomin.

Yhteenvetona edellä esitetystä voimme päätellä, että virussuspension tiitteri, ilmaistuna tilavuusyksikköön sisältyvien tartuntayksikköjen lukumääränä, vastaa pääsääntöisesti virionien määrää (tai viruksen nukleiinihappomolekyylien määrää), jotka kykenevät aiheuttaen infektion tämän kokeen olosuhteissa.

Tartuntakyvyn menetys

Yleensä tietyn viruksen virionien herkkyys tiettyjen inaktivoivien aineiden vaikutukselle määräytyy sen proteiinien erityisominaisuuksien perusteella, minkä seurauksena tälle tietylle virukselle kehitetyt tarttuvuuden inaktivointimenetelmät ovat tehokkaita vain niitä vastaan. läheisiä viruksia. Poikkeuksena on virusten herkkyys röntgensäteille, mikä riippuu virionin nukleiinihapon tyypistä ja sen määrästä. Tämä malli perustuu siihen, että röntgensäteiden vaikutus johtaa nukleiinihappomolekyylien repeytymiseen, ja jopa yksi tällainen repeämä riittää usein menettääkseen tartunnan aiheuttavan viruksen. Kokeiden tulokset osoittavat, että pienet virukset inaktivoituvat röntgensäteillä paljon tehokkaammin, koska niille on ominaista suuri virionin nukleiinihappopitoisuuden suhde sen proteiinipitoisuuteen kuin suurille virioneille, jotka ovat proteiinirikkaampia. .

Serologiset menetelmät

Tämän viruksen tyypin määrittämiseksi käytetään serologisia menetelmiä, joilla tutkitaan suojaprosesseja sairaan ihmisen tai tartunnan saaneen eläimen kehossa. Serologia (latinasta Serum - seerumi, veren nestemäinen komponentti) on immunologian haara, joka tutkii antigeenin reaktioita spesifisten suojaavien aineiden, veriseerumissa olevien vasta-aineiden kanssa. Vasta-aineet neutraloivat viruksen toiminnan. Ne sitoutuvat tiettyihin antigeenisiin aineisiin, jotka ovat viruspartikkelien pinnalla. Vasta-ainemolekyylien sitoutumisen seurauksena viruksen pintarakenteeseen viimeksi mainittu menettää patogeeniset ominaisuutensa. Vasta-aineiden tason (määrän) määrittämiseksi seerumissa tai tämän viruksen tyypin määrittämiseksi suoritetaan viruksen neutralointireaktio. Se voidaan suorittaa sekä eläimillä että soluviljelmässä.

Vasta-aineita sisältävän seerumin vähimmäispitoisuutta, joka riittää neutraloimaan viruksen ja estämään sitä osoittamasta sytopaattista vaikutusta, kutsutaan viruksen neutraloivan seerumin tiitteriksi. Tämä pitoisuus voidaan havaita myös plakkimenetelmällä.

Vasta-aineiden havaitsemiseen käytetään hemagglutinaation estomenetelmää (punasolujen liimaus viruksen vaikutuksen alaisena) ja komplementin kiinnitysmenetelmää. Virologiassa eri tutkimustarkoituksiin käytettävistä menetelmistä voidaan mainita myös menetelmät, joilla virologista materiaalia valmistetaan fysikaalisiin ja kemiallisiin analyyseihin, mikä helpottaa virusten hienorakenteen ja koostumuksen tutkimista. Nämä määritykset vaativat suuria määriä täysin puhdasta virusta. Viruspuhdistus on prosessi, jossa kaikki vieraat saastuttavat hiukkaset poistetaan viruksen sisältävästä suspensiosta. Pohjimmiltaan nämä ovat isäntäsolujen paloja ja "jätteitä". Samanaikaisesti puhdistuksen kanssa suspensio yleensä paksuuntuu ja viruspitoisuus kasvaa. Tämä on monien tutkimusten lähdemateriaali.

Yksittäisistä puhdistusmenetelmistä mainitsemme vain tehokkaimman - ultrasentrifugointimenetelmän, joka antaa erittäin korkeita virusvalmisteiden pitoisuuksia.

Kuvataanpa lyhyesti menetelmä virussuspension saamiseksi ja puhdistamiseksi. Tämä prosessi alkaa viruksen keinotekoisella lisäämisellä koe-eläimen aivoihin. Muutaman päivän kuluttua virus lisääntyy aivokudoksessa. Tässä tapauksessa havaitaan "omistajan" hermoston toimintojen tyypilliset rikkomukset ja eläimessä paljastetaan taudin merkit. Kun oireet ovat saavuttaneet suurimman kehittymisen, eläin tapetaan ja sen aivot, joiden kudoksissa on suuria määriä virusta, poistetaan steriileissä olosuhteissa eläimen kallosta. Sitten esimerkiksi aivoista valmistetaan 10 % suspensio. Virionien lisäksi se sisältää myös suuren määrän hermokudoksen paloja, verisuonten jäänteitä, verisoluja ja muita biologisia komponentteja. Kudospalat ja muut suuret hiukkaset poistetaan ensimmäisellä sentrifugoinnilla nopeudella 5000-10000 rpm. Se jatkuu noin puoli tuntia. Sakan yläpuolella oleva neste (supercatact) kaadetaan varovasti erityisiin muovista tai ruostumattomasta teräksestä valmistettuihin sentrifugiputkiin, koska lasi ei kestä nopean sentrifugoinnin aikana kehittyvää painetta. Ja sedimentti neutraloidaan desinfiointiaineilla. Valutettu "supernatantti" käsitellään sitten ultrasentrifugissa.

Pienimpien virusten sedimentoimiseksi tarvitaan useita tunteja ultrasentrifugointia, ja tuloksena oleva sakka ei usein ole neulan päätä suurempi. Mutta edes tällaisen käsittelyn jälkeen meillä ei ole aivan puhdasta virusmateriaalia, se sisältää edelleen vieraita epäpuhtauksia. Hienoja analyysejä varten tämä sakka on käsiteltävä useita kertoja erilaisilla reagensseilla ja ultrasentrifugointi toistettava. Vasta sitten voidaan saada erittäin puhdas väkevöity virussuspensio, jota tarvitaan tarkkoja ja luotettavia biokemiallisia, kristallografisia analyysejä tai elektronioptisten laitteiden havainnointia varten.

Yleisesti ottaen virologeilla on käytössään monia erilaisia teknisiä laitteita, kuten esimerkiksii, kun virionit erotetaan pitoisuusasteiden tai muodon mukaan. Toinen instrumentti, joka on nykyään vakiovaruste lähes kaikissa virologisissa tutkimuslaboratorioissa, on elektronimikroskooppi. Tämä on kallis, suuri ja monimutkainen laite.

Virusten kuvantamiseen on monia erilaisia menetelmiä, ja ne kaikki ovat käyneet läpi omat kehitysvaiheensa. Virionien havaitsemiseksi soluista käytetään tällä hetkellä ultraohut leikkausmenetelmää, jossa epoksihartsilla täytetty kiinteä materiaali leikataan ohuimmalla lasi- tai timanttiveitsellä. Tarkkojen ultramikrotomien avulla yhdestä solusta voidaan leikata yli tuhat ohutta osaa. Tällä tavalla saadut osat käsitellään sitten erikoiskemikaaleilla, mikä varmistaa niiden paremman näkyvyyden.

Yksittäisten virionien hienorakenteen tarkkailuun käytetään negatiivisen kontrastin (värjäys) menetelmää, jonka käyttöönotto on nostanut merkittävästi elektronimikroskopian laatutasoa. Viruspartikkelit sekoitetaan varovasti fosfovolframihappoliuokseen, jolloin saadaan sakka, joka ei välitä elektronisuihkua. Tämän seurauksena virionit näkyvät täysin tarkkojen sormenjälkien muodossa, joiden avulla voidaan tutkia niiden pintojen hienoimpia yksityiskohtia. Positiivisen värjäyksen (tai lääkkeen "metallisoinnin") menetelmässä käytetään sellaisia aineita, jotka pystyvät kiinnittymään selektiivisesti virionien pintaan (esimerkiksi spesifiset vasta-aineet, jotka on leimattu ferritiinillä, joka sisältää molekyylissään rautaa ja siksi selvästi erotettavissa elektronimikroskoopissa).

Yleiset menetelmät virusten tutkimiseen

Viruksen esiintyminen kehossa sekä spontaanin taudin aikana että isännän kokeellisen infektion aikana arvioidaan tiettyjen patologisten oireiden ilmaantumisen perusteella. Aina kun epäilys viruksen esiintymisestä tutkittavassa kohteessa herää, on tarpeen valita tietyt olosuhteet - sopiva organismi ja sopiva tartuntatapa - joissa virus aiheuttaa tunnistettavia muutoksia tartunnan saaneessa organismissa. Joten virologien on käytettävä paljon vaivaa kehittääkseen menetelmiä kokeellisten infektioiden saamiseksi.

Kuten tiedetään, sen osoittamiseksi, että tietty sairaus on todellakin tietyn mikro-organismin aiheuttama, on tarpeen täyttää niin kutsutut Koch-postulaatit: 1) osoittaa, että tätä mikro-organismia esiintyy säännöllisesti sairaassa organismissa; 2) tämän mikro-organismin viljelmän saamiseksi keinotekoiseen ravintoalustaan; 3) toistaa tämä tauti infektoimalla koe-eläin eristetyllä viljelmällä ja lopuksi; 4) eristää tämä mikro-organismi uudelleen, mutta nyt keinotekoisesti infektoidun isännän kehosta. Samat postulaatit soveltuvin osin pätevät virustautien diagnosoinnissa. Tässä tapauksessa postulaatit muodostuvat Riversin mukaan seuraavasti: 1) viruksen eristäminen potilaan kehosta, 2) viruksen viljely koeeläimen kehossa tai soluissa, 3) todiste suodatettavuudesta tartunnanaiheuttajasta (suuremman kokoisten patogeenisten tekijöiden, kuten bakteerien, poissulkemiseksi), 4) samanlaisen taudin lisääntyminen saman tai sukulaislajin toisessa jäsenessä ja lopuksi 5) saman viruksen eristäminen uudelleen.

Virusten viljely ja tunnistaminen ovat tärkeimmät virologiset menetelmät, joita käytetään käytännön virologiassa virustautien diagnosoinnissa. Materiaali, jonka epäillään sisältävän virusta, kuten bakteerilysaatti, kudospala tai ruumiinneste, murskataan tai homogenoidaan tarvittaessa, jotta se saadaan suspensioon kontrolloiduissa olosuhteissa.

Suuret solufragmentit sekä mahdolliset saastuttavat mikro-organismit poistetaan sentrifugoimalla ja suodattamalla. Tällainen puhdistettu suspensio annetaan sopivalle isännälle, joko lisätään solususpensioon tai levitetään asianmukaisten solujen yksikerroksiselle kerrokselle. Tämän seurauksena tälle virukselle tyypillisiä paikallisia vaurioita, ns. plakkeja, voi ilmaantua herkkien solujen kerrokseen, kuten agarmaljassa kasvaviin bakteereihin tai lasipinnalla kasvaviin eläinsoluihin. seurauksena tällä solualueella sijaitsevasta infektiosta, viruksen lisääntymisestä niissä ja niiden täydellisestä tai osittaisesta hajoamisesta. Jos viruksen replikaatio ei johda visuaalisesti havaittaviin erillisiin plakkeihin, virus voidaan havaita ja karakterisoida sen soluviljelmässä aiheuttamilla muutoksilla tai solukerroksen vaurioilla tai muilla testeillä.

Jos testimateriaalia ei levitetä viljeltyjen solujen kerrokseen, vaan se viedään isäntäorganismiin, niin kokeen tarkoituksena on tunnistaa yleiset kehon reaktiot, jotka viittaavat infektion kehittymiseen: sairauden oireiden ilmaantuminen, eläimen kuolema tai mikä tahansa muu spesifinen reaktio, kuten vasta-aineiden muodostuminen.

Lopuksi, jos soluviljelmän infektio tai materiaalin vieminen isäntäorganismiin ei johda virusinfektion oireiden ilmaantumiseen, virologit turvautuvat niin sanottuihin "sokeisiin kulkuihin", ts. toistuviin testimateriaalin siirtoihin, mikä usein johtaa viruksen virulenssin lisääntymiseen tai sen tiitterin nousuun.

Virusten yleinen kemiallinen koostumus

Viruspartikkelin välttämätön komponentti on mikä tahansa kahdesta nukleiinihaposta, proteiini- ja tuhkaelementeistä. Nämä kolme komponenttia ovat yhteisiä kaikille viruksille poikkeuksetta, kun taas loput kaksilipoidit ja hiilihydraatit eivät ole osa kaikkia viruksia.

Viruksen proteiinit

Virusproteiinit eivät yleensä sisällä suuria määriä emäksisiä aminohappoja (arginiini, musiini), ts. eivät kuulu proteiinien ryhmään, kuten histonit ja protamiinit, joilla on selvät alkaliset ominaisuudet. Jättäen huomioimatta neutraaleja aminohappoja, voimme sanoa, että happamat dikarboksyylihapot hallitsevat virusproteiinia. Tämä pätee sekä viruksiin, joissa on alhainen nukleiinihappopitoisuus, että viruksiin, joissa on korkea RNA- ja DNA-pitoisuus.

Viruksen DNA

Useimpien virus-DNA-molekyylien, kuten myös muista lähteistä peräisin olevan DNA:n, tärkein rakenteellinen piirre on kahden parillisen antirinnakkaisjuosteen läsnäolo. Virusten DNA-genomi on kuitenkin pieni, ja siksi tässä herää kysymyksiä kierteen päistä ja DNA-molekyylin yleisestä muodosta, ei kierteen yksitoikkoisesta "keskiosasta", jolla itse asiassa ei ole päitä. Saadut vastaukset osoittautuivat varsin yllättäviksi: virus-DNA-molekyylit voivat olla lineaarisia tai pyöreitä, kaksijuosteisia tai yksijuosteisia koko pituudeltaan tai yksijuosteisia vain päistään. Lisäksi kävi ilmi, että suurin osa virusgenomin nukleotidisekvensseistä esiintyy vain kerran, mutta päissä voi olla toistuvia tai redundantteja osia.

Kaikista tähän mennessä kuvatuista virus-DNA:ista monimutkaisin on herpesviruksen DNA. Genomi tässä näyttää koostuvan kahdesta suuresta toisiinsa liittyvästä segmentistä, joista kummassakin on toistuvia terminaalisekvenssejä. On neljä mahdollista tapaa yhdistää kaksi tällaista segmenttiä päästä päähän, ja ne kaikki näyttävät esiintyvän jokaisessa virionivalmisteessa.

Suurimman tunnetun viruksen, vacciniaviruksen, genomi on 15-108 daltonia. Tuoreesta virionivalmisteesta eristetty DNA näyttää olevan ristisilloitettu, koska se ei halkea kahdeksi juosteeksi. Yksi tällaisen molekyylin mahdollisista malleista on jättimäinen, ei-denaturoiva rengasrakenne, joka muodostuu, kun lineaarisen kaksoiskierteen päät suljetaan.

Erittäin mielenkiintoisten erojen lisäksi molekyylin muodossa ja virus-DNA:n päiden rakenteessa on suuria eroja myös genomin koossa. Pienimpiä "täydellisiä" viruksia (eli viruksia, jotka voivat replikoitua isäntäsolussa) ovat faagi Æ X174, parvovirukset, papovirukset, polyoomavirukset ja SV40. Toisaalta suurissa bakteriofageissa ja ihmisen ja eläinten viruksissa (paprilar, herpes ja vaccinia) genomi on paljon suurempi - 1 - 1,5. 10 8 daltonia, joten se voisi koodata yli 100 proteiinia. Itse asiassa yli sata geeniä on nyt tunnistettu T4-bakteriofagissa.

Vuonna 1953 Wyatt ja Cohen tekivät odottamattoman löydön, joka oli erittäin merkittävä myöhemmille kokeille: kävi ilmi, että T-even bakteriofagien DNA ei sisällä sytosiinia, vaan 5-hydroksimetyylisytosiinia. Tämä ero teki mahdolliseksi tutkia faagi-DNA:ta isäntä-DNA:sta riippumatta. Faagin koodaamia entsyymejä on löydetty, jotka muuttavat infektoituneen solun aineenvaihduntaa, ja se alkaa syntetisoida virukselle välttämättömiä komponentteja. Toinen bakteriofagi-DNA:n biokemiallinen ero on se, että sen hydroksimetyylisytosiiniin on kiinnittynyt glukoositähteet: jälkimmäinen ilmeisesti estää joidenkin isäntäentsyymien aiheuttaman faagi-DNA:n keskeytyksen.

Sitä vastoin eläinviruksissa DNA:ta ei juuri koskaan modifioida. Esimerkiksi vaikka isäntäsolun DNA sisältää monia metyloituja emäksiä, viruksilla on parhaimmillaan vain muutama metyyliryhmä per genomi. Useimmat virusdeoksinukleotidit ovat modifioimattomia, ja siksi kiistattomien modifikaatioiden löytäminen olisi erittäin mielenkiintoista.

Viruksen RNA

Viruksen RNA-tutkimus on ollut yksi virologian merkittävimmistä panostuksista molekyylibiologiaan. Se, että kasvivirusten replikoitunut geneettinen järjestelmä koostuu vain RNA:sta, osoitti selvästi, että RNA pystyy myös tallentamaan geneettistä tietoa. Tupakan mosaiikkiviruksen RNA:n tarttuvuus todettiin, ja kävi ilmi, että sen koko molekyyli on välttämätön infektiolle; tämä tarkoitti, että suuren molekyylipainon RNA:n ehjä rakenne on olennainen sen aktiivisuudelle. Yhtä tärkeä tulos saman viruksen varhaisista tutkimuksista oli menetelmän kehittäminen suurimolekyylipainoisen RNA:n eristämiseksi ja sen ominaisuuksien tutkimiseksi. Nämä menetelmät toimivat tutkimuksen perustana erilaisia tyyppejä RNA:ta löytyy muista viruksista.

RNA-virusten virionien koot vaihtelevat suuresti - 7:stä. 10 6 daltonia pikornaviruksissa aina > 2 . 108 daltonia retroviruksille; RNA:n koko ja siten sen sisältämän informaation määrä eroavat kuitenkin paljon vähemmän.

Pikornavirusten RNA, luultavasti pienin tunnettu, sisältää noin 7 500 nukleotidia ja paramyksovirusten RNA, ehkä suurin, on lähes 15 000 nukleotidia. Ilmeisesti kaikki itsenäisesti replikoituvat RNA-virukset tarvitsevat jonkin verran vähimmäistietoa replikaatiojärjestelmästä ja kapsidiproteiinista, mutta heiltä puuttuu se erittäin monimutkainen lisätieto, jota suurilla DNA-viruksilla voi olla.

Viruksen proteiinit

Nukleiinihapon "kotelon" muodostavien kapsidiproteiinien lisäksi vaipallisilla viruksilla on myös muita proteiineja. Samanlaisia esimerkkejä löytyy viruksista eläimissä (mukaan lukien hyönteiset), kasveissa ja bakteereissa. Nukleoproteiinin "ytimen" muodostavien proteiinien lisäksi virionit voivat sisältää myös virusspesifisiä proteiineja, jotka on rakennettu infektoituneiden solujen plasmakalvoihin ja peittävät viruspartikkelin, kun se poistuu solusta tai "silmuja" sen pinnalta. . Lisäksi joillakin vaipallisilla viruksilla on submembraaninen matriisiproteiini vaipan ja nukleokapsidin välissä. Toinen suuri virusspesifisten proteiinien ryhmä ovat ei-kapsidivirusproteiinit. Ne liittyvät pääasiassa virioninukleiinihappojen synteesiin.

Virusproteiinien aminohappokoostumus

Kaikkien tähän mennessä tutkittujen virusten proteiini on rakennettu tavallisista luonnolliseen L-sarjaan kuuluvista aminohapoista. D-aminohappoja ei löydetty viruspartikkelien koostumuksesta. Aminohappojen suhde virusproteiineissa on melko lähellä eläinten, bakteerien ja kasvien proteiineja. Virusproteiinit eivät yleensä sisällä suuria määriä emäksisiä aminohappoja (arginiini, musiini), ts. eivät kuulu proteiinien ryhmään, kuten histonit ja protamiinit, joilla on selvät alkaliset ominaisuudet. Jättäen huomioimatta neutraaleja aminohappoja, voimme sanoa, että happamat dikarboksyylihapot hallitsevat virusproteiinia. Tämä pätee sekä viruksiin, joissa on alhainen nukleiinihappopitoisuus, että viruksiin, joissa on korkea RNA- ja DNA-pitoisuus.

Virusproteiinien kemialliset alayksiköt

Tällä hetkellä saatavilla oleva materiaali virusproteiinien alayksiköistä on tiivistettynä, joten voidaan päätellä, että virusten proteiinikomponentti, kuten kaikki muutkin proteiinit, on rakennettu peptidiketjuista. Virusproteiinin polypeptidiketjun ainoa erikoisuus liittyy molempien tai minkä tahansa C- tai N-terminaalisen aminohapon "naamioitumiseen", mikä ilmeisesti on evoluutionaalinen mukautuminen, joka estää virusproteiinin tuhoutumisen proteaasit isäntäsoluissa. Viruspartikkeleissa peptidiketjut ovat vuorovaikutuksessa tietyllä tavalla toistensa kanssa ja saavat sekundaarisen ja tertiaarisen rakenteen. Juuri tässä muodossa peptidiketjut ovat virusproteiinin rakenteellisia alayksiköitä, joita yleensä havaitaan elektronimikroskoopilla.

Jotkut virusproteiinien yleiset ominaisuudet

Virusproteiinin peptidiketjulla ei sinänsä ole mitään ainutlaatuisia ominaisuuksia C- tai N-terminaalisten ryhmien "naamiointia" lukuun ottamatta. Proteaasit hydrolysoivat sen helposti, ja sillä on tavallinen peptideille ominaista labilisuus useiden fysikaalisten ja kemiallisten tekijöiden suhteen. Samaan aikaan virusten proteiinikuorelle kokonaisuudessaan on tunnusomaista useita ainutlaatuisia ominaisuuksia. Ensinnäkin on huomattava kokonaisten hiukkasten vastustuskyky proteolyyttisille entsyymeille, jotka hydrolysoivat helposti kudosproteiineja. Samaan aikaan jotkin tutkimukset raportoivat sekä puhdistettujen virusvalmisteiden että virusta sisältävien uutteiden osittaisen tai täydellisen inaktivoitumisen erilaisten proteolyyttisten entsyymien kanssa inkuboinnin jälkeen.On outoa, että jopa läheiset virukset voivat ilmeisesti poiketa herkkyydestä proteaaseille. Siten influenssa A- ja C-virusten tarttuvuus tai hemagglutinoiva aktiivisuus eivät muuttuneet trypsiinin kanssa inkuboinnin jälkeen, kun taas vastaavissa olosuhteissa influenssa B -virusvalmisteen tarttuvuus laski 87 %, kun taas hemagglutiniinitiitteri ei muuttunut. Arvioitaessa yhden tai toisen viruksen herkkyyttä proteolyyttisille entsyymeille tulee myös muistaa, että viruksilla on erilainen herkkyys erilaisille proteaaseille. Esimerkiksi trypsiinille ja kymotrepsiinille resistentti vaccinia-virus pilkkoutuu suhteellisen nopeasti papoiinin vaikutuksesta, mutta riippumatta siitä kuinka proteaasien vaikutusta joihinkin viruksiin myöhemmin ratkaistaan, on silti muistettava, että proteaasiresistenssi on laajalle levinnyt. ehjien virusten proteiinikuoren ominaisuus. Siksi virusten eristämisessä käytetään usein virusvalmisteiden käsittelyä proteomeettisilla entsyymeillä proteiinikontaminanttien poistamiseksi. Tällainen ainutlaatuinen virusresistenssi proteaaseille ei liity virusproteiinin yksilöllisiin ominaisuuksiin sellaisenaan, koska virussolun osittaisen vaurion tai lievän denaturoitumisen sekä virusproteiinin eristämisen puhtaassa muodossa jälkimmäinen sulautuu helposti proteaasien toimesta. Siksi viruspartikkelien vastustuskykyä proteolyyttisten entsyymien toiminnalle ei voida selittää millään aminohappokoostumuksen poikkeavuuksilla tai tietyntyyppisten sidosten läsnäololla. Tämä virusten ominaisuus johtuu koko kudoksen rakenteellisista ominaisuuksista, ts. tertiäärinen ja kvaternäärinen proteiinirakenne, ja sillä on suuri biologinen merkitys, koska virukset lisääntyvät soluissa, jotka sisältävät suuren määrän proteolyyttisiä entsyymejä. Virusproteiinin toinen ominaisuus on yleensä korkea vastustuskyky useille fysikaalisille ja kemiallisille tekijöille, vaikka yleisiä malleja ei voida havaita tässä suhteessa. Jonkin verran viruslajit, jotka kestävät epätavallisen ankaria käsittelyolosuhteita, voivat inaktivoitua sellaisen viattoman tekijän vaikutuksesta, kuten vähentynyt tai lisääntynyt suolapitoisuus, lyofilisointi jne. Parillisissa T-faageissa DNA:n erottaminen proteiinikuorista ("varjot") saavutetaan helposti osmoottisen paineen nopealla muutoksella, niin sanotulla "osmoottisella shokilla", kun taas parittomat T-faagit eivät reagoi nopeaan osmoottisen paineen laskuun. väliaineen suolapitoisuus.

Virukset eroavat myös jyrkästi niiden stabiilisuudesta suolaliuoksissa. Yksi stabiileimpia tässä suhteessa on kanin papilloomavirus, joka ei menetä aktiivisuuttaan kuukausiin 2-prosenttisessa natriumkloridiliuoksessa ja puolikyllästetyssä ammoniumsulfaattiliuoksessa ja säilyy vuosikymmeniä 50-prosenttisessa glyseroliliuoksessa. edellä olevien tosiseikkojen perusteella voit todella päätellä, että on olemassa erittäin stabiileja ja hyvin labiileja virustyyppejä, mutta useimmiten viruksille on ominaista selektiivinen herkkyys mille tahansa tietyntyyppisille vaikutuksille sekä riittävä stabiilisuus nukleoproteiinisidokselle useisiin muihin ympäristötekijöihin. . Tämän tai toisen viruksen pysyvyyttä tietyille vaikutuksille ei voida pitää muuttumattomana, kerta kaikkiaan tietyn lajin ominaisuutena. Se, yhdessä viruspartikkelin muiden ominaisuuksien kanssa, voi kokea radikaalimpia muutoksia mutaation seurauksena. Viruspartikkelien stabiilisuutta arvioitaessa on myös otettava huomioon, että virusten fyysinen ja biologinen inaktivoituminen eivät aina tapahdu. Useimmiten nämä käsitteet osuvat yhteen yksinkertaisten virusten tapauksessa, joista puuttuu erikoistuneita rakenteita, jotka ovat vastuussa solujen infektoinnista, ja viruspartikkelien fysikaaliselle ja kemialliselle rakenteelle on ominaista korkea homogeenisuus ja sama herkkyys erityyppisille vaikutuksille. Monimutkaisemmissa viruksissa biologinen inaktivaatio liittyy hyvin usein vaurioihin erikoistuneissa rakenteissa, jotka määräävät viruspartikkelin adsorption tai nukleiinihapon viemisen infektoituneeseen soluun, vaikka viruskorpuskkeli kokonaisuutena pysyy ehjänä. Viruspartikkelien stabiilisuutta ja tämän ominaisuuden muutoksia mutaatioprosessin aikana koskevien tietojen tarkastelun perusteella käy ilmi, ettei tässä suhteessa voida vahvistaa yleistä säännönmukaisuutta. Viruksen stabiilisuus tietyille fysikaalisille ja kemiallisille tekijöille määräytyy proteiinin ja nukleiinihapon primaarisen, sekundaarisen ja tertiaarisen rakenteen ominaisuuksien kokonaisuuden sekä niiden vuorovaikutuksen perusteella.

Viesti-RNA (mRNA) - välituotekantaja

geneettistä tietoa

Mekanismi, jolla DNA:n geneettinen informaatio "transkriptoidaan" lähetti-RNA:ksi ja sitten muunnetaan proteiiniksi, syntyi useita vuosia sen jälkeen, kun molekyylibiologit ymmärsivät, että geenien DNA:n nukleotidisekvenssit ovat suoraan vastuussa proteiinin aminohapposekvensseistä. Se tosiasia, että jotkin kasvi- ja eläinvirukset sisältävät RNA:ta geneettisenä materiaalinaan ja että virus-RNA itsessään on tarttuvaa, viittaa jo RNA:n todennäköiseen välirooliin geneettisen tiedon siirtämisessä. Kun Jacob ja Monod ennustivat lyhytikäisen, epävakaan välittäjän olemassaolon geenien ja proteiinisynteesilaitteiston välillä, RNA-molekyylin, jolla olisi tällaisia ominaisuuksia, etsintä oli jo alkanut. Ensimmäiset merkit faagi-RNA:n läsnäolosta, joka syntetisoitiin äskettäin faagiinfektion jälkeen ja joka liittyi olemassa oleviin bakteeriribosomeihin. Lopullinen todiste mRNA:n roolista polypeptidien synteesissä saatiin kokeissa soluttomalla proteiinisyntetisointijärjestelmällä. Normaalien E coli -solujen uutteet voidaan ohjelmoida syntetisoimaan spesifisiä F2-faagiproteiineja lisäämällä RNA:ta tästä faagista.

Sen jälkeen mRNA tunnistettiin ja tutkittiin sekä bakteeri- että eläinsoluissa. Myöhemmin osoitettiin, että monet mRNA-molekyylit, sekä viraaliset että ei-viraaliset, pystyvät ohjelmoimaan spesifisten proteiinien synteesiä erilaisissa solu-uutteissa. Tämä vahvisti, että proteiinisynteesin spesifisyys eri järjestelmissä riippuu mRNA:sta, ei proteiinia syntetisoivasta järjestelmästä. Kaikissa soluissa geenin ilmentymisen ensimmäinen vaihe oli DNA:n "transkriptio" vastaavan mRNA:n muodostuksella.

Hiilihydraatit

Neljäs komponentti, joka joskus löytyy puhdistetuista virusvalmisteista, on hiilihydraatit (yli nukleiinihapon sokeripitoisuuden). Glukoosi ja gentibioosi, joita löytyy T-evenistä ja joistakin muista faageista, ovat nukleiinihappokomponentteja, ja niitä käsitellään DNA:n ja RNA:n koostumusta käsittelevässä osiossa. Näiden "ylimääräisten" hiilihydraattien lisäksi bakteriofagit voivat sisältää myös muita polysakkarideja. Ainoa virusryhmä, jossa hiilihydraattien läsnäolo on tarkasti todistettu, ovat eläinvirukset, vaikka useat kirjoittajat antavatkin hyvin ristiriitaisia tietoja sekä hiilihydraattikomponentin määrällisestä että laadullisesta koostumuksesta. Influenssaviruksen ja klassisen linturuton peruselinten koostumus sisältää jopa 17 % hiilihydraatteja.

Viruksen entsyymit

Ongelman näkökohdat

Termiä "virusentsyymit" voidaan käyttää sanan suppeassa ja laajassa merkityksessä. Ensimmäisessä tapauksessa tämä viittaa entsymaattiseen aktiivisuuteen, joka liittyy lepääviin viruspartikkeleihin, solunulkoiseen virukseen. Tämän termin laaja tulkinta viittaa koko joukkoon entsyymijärjestelmiä, jotka osallistuvat viruksen synteesiin infektoidussa solussa, ts. lisääntyvän solunsisäisen viruksen entsyymejä.

Osoitettiin, että yksittäisen entsyymin esiintyminen virusvalmisteissa on melko harvinainen ilmiö, joka on nyt täysin varmuudella osoitettu bakteriofagien lysotsyymi- ja fosfatoosiaktiivisuuksille ja myksovirusten neutraminidaasiaktiivisuudelle. Kaikissa muissa tapauksissa joko ei saatu vakuuttavaa näyttöä määritettävän entsyymin todellisesta virusalkuperästä tai päinvastoin entsyymiaktiivisuuden alkuperä solukontaminaatiosta todistettiin tiukasti.

Muut virionin komponentit kuin nukleiinihapot ja proteiinit

Tärkein näistä komponenteista, kuten olemme jo maininneet, on kaksinkertainen lipidien kerros, joka muodostaa suurimman osan ulkokuoresta viruksissa, joissa sitä on. Uskotaan, että vaippalipidit ovat yksinkertaisesti lainattuja isäntäsolun plasmakalvolta, ja siksi niitä ei tarkalleen ottaen voida pitää "virusspesifisinä". Itse asiassa eri soluissa lisääntyvät paramyksovirukset voivat sisältää vastaavasti erilaisia lipidejä. Siksi virusvaipan spesifisyys riippuu sen pinnalla olevista viruksen glykoproteiineista. Erittäin puhdistetut virionivalmisteet sisältävät useita matalan molekyylipainon komponentteja, joiden toiminta on joissain tapauksissa selvä. Polyamiineja on löydetty eläinten ja kasvien bakteriofageista ja viruksista. On mahdollista, että niiden ainoa fysiologinen tehtävä on neutraloida nukleiinihapon negatiivinen varaus. Esimerkiksi herpesvirus sisältää tarpeeksi spermiiniä neutraloimaan puolet viruksen DNA:sta, ja viruksen vaippa sisältää myös spermidiiniä.

Jotkut kasvivirukset (nauris, papun täplys, tupakan mosaiikki) sisältävät bis(3-aminopropyyli)amiinia. Uskotaan, että tämä polyamiini, kuten faagipolyamiinit, neutraloi viruksen RNA:n varaukset; koska sitä ei löydetty terveistä lehdistä, on mahdollista, että se syntetisoituu vain tartunnan saaneissa soluissa.

Virionien organisaatiotyypit

Virionin päärakennekomponentti on kapsidi, joka sisältää nukleiinihapon. Kapsidit rakennetaan proteiinialayksiköistä, jotka on koottu hyvin määritellyllä tavalla suhteellisen yksinkertaisten geometristen periaatteiden mukaisesti. Siksi täysin erilaisten virusten, kuten faagien, eläinvirusten tai kasvivirusten, kapsidit voidaan rakentaa täsmälleen saman suunnitelman mukaan ja olla morfologisesti käytännössä erottamattomia.

Crick ja Watson, perustuen siihen tosiasiaan, että viruksen nukleiinihapon sisältämä geneettinen informaatio ei riitä virukselle koodaamaan monia erilaisia proteiineja, he päättelivät, että virusten kapsidit on rakennettava monista identtisistä alayksiköistä. On olemassa kahdentyyppisiä organisaatioita, joissa identtiset epäsymmetriset alayksiköt, kuten proteiinimolekyylit, voivat liittyä toisiinsa muodostaen säännöllisen kapsidin: kierteinen kokoonpano ja suljettujen proteiinikuorten muodostuminen. Näin ollen on olemassa vain kahdenlaisia kapsideja: spiraalimaisia ja isometrisiä (tai kvasipallomaisia); kaikkien virusten kapsidit kuuluvat johonkin näistä kahdesta luokasta. Jokainen tämän tyyppisistä rakenteista muodostuu kapsidiproteiinista prosessissa, jota kutsutaan itsekokoonpanoksi. Tämä prosessi tapahtuu vain, jos se on energeettisesti suotuisa. Tämä tarkoittaa, että kaikista mahdollisista kapsidin muodoista toteutuu se, joka vastaa tietyn viruksen spesifisten proteiinien vähimmäisvapaata energiaa. Kapsidin todellisen muodon ja koon määräävät siten proteiinimolekyylien spesifinen muoto, jotka ovat alayksiköitä, joista kapsidi rakennetaan, ja näiden alayksiköiden keskenään muodostamien sidosten luonne. Lopulta syntyvän rakenteen stabiilius riippuu tietyn kapsidin muodostavien proteiinien välille muodostuneiden heikkojen sidosten lukumäärästä ja vahvuudesta. Mitä enemmän vapaata energiaa vapautuu kapsidin kokoamisen aikana, sitä vahvempi on koottu kapsidi.

Spiraalikapsidit. Monien kasvivirusten ja useiden faagien virioneissa on paljas kierteinen kapsidi, ilman ulkokuorta. Tämän ryhmän parhaiten tutkittu virus on TMV.

TMV-kapsidit ovat rakenteeltaan suhteellisen jäykkiä sauvoja. Vähintään yhden muun faagin kapsidit ovat rakenteeltaan yhtä jäykkiä. Myös muiden kasvivirusten, kuten sokerijuurikkaan keltaisuusviruksen ja perunavirus X:n, kapsidit ovat spiraalisauvoja, mutta nämä sauvat ovat joustavia. Useiden eläinvirusten spiraalikapsidit, joissa on ulkovaippa, ovat myös joustavia. Näiden sauvamaisten kapsidien joustavuus osoittaa, että alayksiköt, joista ne on rakennettu, muodostavat heikompia ja liikkuvampia sidoksia keskenään kuin ne, jotka muodostuvat TMV-virionityyppisten sauvojen alayksiköiden väliin.

Isometriset (quasi-pallomaiset) kapsidit. Monien virusten kapsidit ovat muodoltaan lähes identtisiä pallon kanssa, mutta elektronimikroskopia osoittaa, että itse asiassa nämä kapsidit eivät ole palloja, vaan säännöllisiä monitahoisia. Tällaisia kapsideja kutsutaan isometrisiksi, koska niiden lineaariset mitat ortogonaalisilla akseleilla ovat identtiset.

Monimutkaiset kapsidit. Kapsidien serologiset ja morfologiset tutkimukset osoittivat, että ne ovat monimutkaisia rakenteita. Yksityiskohtainen elektronimikroskooppinen analyysi kapsidien rakenteesta niiden pintaosassa voi paljastaa ulkonemia, toisin sanoen piikkejä, jotka sijaitsevat yleensä jokaisessa ikosaedrin 12 kärjessä. Näillä piikeillä on tärkeä rooli infektion aloittamisessa. Kirjallisuudessa on kuvattu "karvainen" faagi, jossa virionin pään pinnalta ulottuu lukuisia fibrillejä.

Suurimmissa faageissa on prosesseja, "hännät". Nämä prosessit ovat elimiä, joilla faagit kiinnittyvät isäntäbakteerin pintaan. On olemassa muutamia biologisia kokonaisuuksia, jotka ovat hämmästyttävämpiä kuin T-even-faagit.

Näiden faagien virionit on koottu yli 50 erilaisesta proteiinista ja niillä on erittäin organisoitu, hämmästyttävän monimutkainen ja säännöllinen rakenne. Näiden faagien kauluksella ja tyvilevyllä on kuusikulmainen symmetria. Heidän päänsä proteiinikuori on epämuodostunut ikosadeltaedri, jossa on ylimääräinen alayksikkörivi, minkä seurauksena se on yhdessä suunnassa pidempi kuin toisissa. Tällaisen faagin kuusikulmainen kasvu on jotenkin kiinnitetty pään yläosaan viisikulmaisen symmetriasuunnitelman mukaisesti. T4-faagin kokoamisen aikana virioneihin muodostuu joskus kaksi kasvua yhden sijasta. Monilla eläinviruksilla, joillakin kasviviruksilla ja ainakin yhdellä bakteriofagiluokalla on kapsideja ympäröivä ulkovaippa. Näiden kalvojen, kuten kaikkien muidenkin biologisten kalvojen, kiinteä rakenne on kaksinkertainen fosfolipidikerros, johon on upotettu tiettyjen proteiinien molekyylit. Tapauksissa, joissa fosfolipidien kaksoiskerros sijaitsee virionin pinnalla ja on siksi helposti eetterin tai muiden lipidiliuottimien ulottuvilla, tällaiset liuottimet tuhoavat ja inaktivoivat helposti virionit. Virusten ulkokuorten fosfolipidit ovat identtisiä tai samankaltaisia isäntäsolun lipidien kanssa, mikä on esimerkiksi ominaista useimmille eläinvirusten kuorille, muissa tapauksissa fosfolipidien välillä havaitaan varsin selkeitä eroja. Eläinvirusten kuoret muodostuvat osana solun plasmaa tai ydinkalvoa. Viruksen infektoituneiden solujen elektronimikroskooppikuvat osoittavat, että virusproteiineja esiintyy pienillä alueilla solun plasmakalvossa, jonne viruskapsidit sitten kulkeutuvat, mikä lopulta johtaa virionin muodostumiseen ja sen silmujen muodostumiseen. On kuitenkin korostettava, että kaikilla eläinviruksilla ei ole kvasipallomaisia virioneja. Esimerkiksi rabdovirusten virionit ovat luodin muotoisia; niiden kuori, kuten muidenkin eläinvirusten, muodostuu solun plasmamembraanista silmumisen seurauksena. Muiden virusten, kuten isorokkoviruksen, kuoret ovat paljon monimutkaisempia ja ne muodostuvat kokonaan solun sytoplasmaan. Tällaiset virionit ovat epäherkkiä eetterin vaikutukselle, eivät ylitä immunologisia reaktioita isäntäsoluproteiinien kanssa ja koostuvat ilmeisesti vain virusspesifisistä komponenteista.

Ongelmat ja menetelmät

Viruspartikkeli tai virioni on viruksen inertti, staattinen muoto. Kun virionit ovat solun ulkopuolella, ne eivät lisäänty, eikä niissä tapahdu aineenvaihduntaprosesseja. Kaikki dynaamiset tapahtumat - viruskomponenttien biosynteesi, isäntäorganismin vaurioituminen - alkavat vasta, kun virus saapuu soluun. Jopa monisoluisessa isännässä virusinfektion ratkaisevat tapahtumat tapahtuvat solutasolla. Viruksen leviäminen tapahtuu toistuvien viruksen ja solujen vuorovaikutusjaksojen seurauksena ja virionien hajoaminen solunulkoiseen ympäristöön. Kaikki, mitä jo tiesimme virionien eri komponenteista, viittaa siihen, että näiden komponenttien järjestäytymisen isäntäsolun sisällä tulisi olla erilainen kuin vapaassa viruspartikkelissa. Itse asiassa viruksen infektoiduissa soluissa virusmateriaali ja usein myös isäntäsolun komponentit muuttuvat perusteellisesti uudelleen. Nousee uusi järjestelmä- virus-solukompleksi, toiminnallinen organisaatio, jonka määrää viruksen ja solun toimintojen vuorovaikutus. Tämän kompleksin aktiiviset mekanismit eroavat merkittävästi infektoimattoman solun mekanismista.

Kehitysvaiheet: ellipsi, replikaatio ja kypsyminen

Erilaisten menetelmien avulla on löydetty monia erilaisia tilanteita, joissa kuitenkin on jotain yhteistä, nimittäin se, että kullekin virukselle vuorovaikutus isännän kanssa on erityinen tapahtumasarja. Jokainen virus on organismi, jolla on omat ontogeneesi- ja morfogeneesiprosessinsa sekä oma fylogeneettinen menneisyytensä. Laajassa mielessä eri virusten kehityssykleissä on kuitenkin useita yhteisiä piirteitä.

Kun virus kiinnittyy soluun, tapahtuu sarja tapahtumia, jotka johtavat viruksen geneettisen materiaalin vapautumiseen solussa. Tässä tapauksessa infektoivat virionit lakkaavat olemasta järjestäytyneinä rakenteina. Koska vapaan virusnukleiinihapon infektoivuus on yleensä paljon pienempi kuin koko virionin tarttuvuus, virusgenomin vapautumiseen ja sen kulkeutumiseen isäntäsoluun liittyy tarttuvuuden väheneminen tai häviäminen. Tätä ilmiötä kutsutaan pimennykseksi. Viruksen nukleiinihapon tunkeutuminen soluun voi tapahtua sen infektion aikana eri tavoilla. Esimerkiksi faageissa, jotka ruiskuttavat DNA:taan kohdistetusti bakteerin soluseinän läpi, nukleiinihappo vapautuu suoraan solun pinnalla. Jotkut faagit kiinnittyvät bakteerien siimoihin tai villiin ja ruiskuttavat sitten geneettistä materiaaliaan näiden organellien läpi tai käyttävät niitä päästäkseen lähemmäksi solun pintaa. Virukset, joissa on ulkovaippa, voivat fuusioitua solukalvon kanssa, ja viruksen koko sisäkapsidi tunkeutuu solun sytoplasmaan, minkä jälkeen viruksen genomi vapautuu. Kun virusgenomi on vapaa proteiinista, se voi toimia tiedonlähteenä sekä replikaatiolle että transkriptiolle, toimien mallina asianmukaisten tuotteiden biosynteesille. Virusgenomien lisääntyminen etenee geneettisen materiaalin replikaatiolla, ts. DNA tai RNA. DNA:n replikaatio tapahtuu pääasiassa samojen biokemiallisten mekanismien kautta kuin solun geneettisen materiaalin replikaatio. Viruksen DNA-genomin replikaatio isäntäsolussa on mahdollista, jos genomi on replikoni, jonka solu- tai virusalkuperää oleva replikaatiokoneisto tunnistaa. Sekä solu- että virusentsyymit voivat olla mukana replikaatioprosessissa. Joissakin tapauksissa replikointi alkaa vasta useiden alustavien vaiheiden ja erityisten ehtojen luomisen jälkeen. Virusinfektion aikana soluentsyymisarja voidaan täydentää - joskus virionien soluun tuomien entsyymien vuoksi (vaccinia, vesicular stomatitis ja influenssavirukset, retrovirukset) ja joskus johtuen entsyymeistä, jotka on juuri syntetisoitu virusgeenien tuotteina. Erityisesti jälkimmäinen on todistettu joillekin faageille, joiden lisääntyminen vaatii erityisiä DNA-komponentteja. Nämä faagit sisältävät tarvittavan tiedon vastaavien entsyymien synteesiä varten. Virukset voivat myös indusoida entsyymien synteesiä, jotka katalysoivat reaktioita, joita on aiemmin suoritettu soluentsyymien avulla.

Useimmat RNA:ta sisältävät virukset lisääntyvät tekemällä kopioita RNA:sta ilman välimuotoisten DNA-templaattien osallistumista, ja siksi niiden replikaatio voi tapahtua soluissa, joiden DNA-synteesi on estynyt. Nämä virukset koodaavat omaa RNA-replikaasiaan.

Isäntäsoluissa ei ole tätä entsyymiä. Joissakin RNA-virusryhmissä RNA replikoituu komplementaarisessa väli-DNA:ssa, joka on syntetisoitu viruksen RNA:sta käänteiskopioijaentsyymiä käyttäen. Tämä entsyymi viedään isäntäsoluun virionin toimesta yhdessä viruksen RNA:n kanssa. Jo syntetisoidun virusentsyymin joutuminen soluun ei ole harvinainen ilmiö.

Viruksen genomin koko rajoittaa biosynteettisen laitteen komponenttien määrää, joita virus voi koodata. Pienimmät virukset sisältävät noin 106 daltonia DNA:ta tai RNA:ta. Koska koodaavan nukleiinihapon ja koodatun proteiinin molekyylipainojen suhde on noin 9:1 RNA:lle tai yksijuosteiselle DNA:lle ja 18:1 kaksijuosteiselle DNA:lle, nämä virukset pystyvät syntetisoimaan vain muutamia proteiineja ja yleensä nämä ovat vain virionin rakenneproteiineja. Ilmeisesti kaikki virukset ovat suurelta osin riippuvaisia isäntäsolujen entsymaattisesta laitteesta. Jotkut virukset tarvitsevat jopa muiden virusten apua. Esimerkiksi tuRNA koostuu vain 1200 nukleotidista, ja tämän RNA:n koodaama kapsidiproteiinin alayksikkö koostuu 400 aminohappotähteestä. Ilmeisesti tämän viruksen genomissa ei olisi tarpeeksi tilaa millekään muulle tiedolle. Siksi se pystyy lisääntymään vain niissä soluissa, jotka ovat samanaikaisesti infektoituneet tupakkanekroosiviruksella. Jälkimmäinen toimii tarvittavan replikan lähteenä. On muitakin esimerkkejä viruksista, jotka selviävät luonnollisissa olosuhteissa vain samoihin soluihin tarttuvien auttajavirusten ansiosta.

Replikaation aikana virusnukleiinihappo ei liity kypsissä virioneissa esiintyviin spesifisiin proteiineihin. Tietyissä olosuhteissa nukleiinihappojen replikaatiota tapahtuu, kun proteiinisynteesi estetään kemiallisesti. Uusien viruspartikkelien muodostumiseen ja vapautumiseen johtavan infektion aikana virioniproteiinien synteesi alkaa yleensä sen jälkeen, kun nukleiinihapporeplikaatio on jo avautunut. Näiden proteiinien synteesin tuloksena muodostuu esiasteiden rahasto, joka toimii materiaalilähteenä, jota käytetään kapsidien kokoonpanossa. Kypsyminen on monimutkainen ja peruuttamaton prosessi: nukleiinihappoa tai rakenneproteiineja, jotka sisältyvät täydelliseen kapsidiin tai osaan siitä, ei enää vapaudu samassa solussa. Siten kapsidin kokoamisen aikana virusgenomi suljetaan pois replikoituvasta nukleiinihappopopulaatiosta ja kapsidiproteiinit suljetaan pois proteiiniprekursorien poolista. Jos viruksilla on ulkokuori, se liittyy kapsidiin myöhemmin joko solun sytoplasmassa tai vuorovaikutuksessa solukalvon kanssa. Tällainen kokoonpanoprosessi, mukaan lukien esiasteiden täyttövaiheet, mahdollistaa fenotyyppisen sekoittumisen ilmiön selityksen, kun kahdella erilaisella, mutta yhteensopivalla viruksella infektoituneessa solussa muodostuu virioneja, joissa on kapsideja, jotka on rakennettu eri genomien koodaamista alayksiköistä.

Vasta muodostuneet virionit vapautuvat ulkoiseen ympäristöön (usein yhdessä epäkypsien muotojen kanssa) joko virusentsyymien aiheuttaman isäntäsolun hajoamisen seurauksena, kuten faagien aiheuttaman bakteeritartunnan seurauksena, tai sytoplasman osien työntämisen ulos tai lopulta vapauttamalla yksittäisiä virioneja tai niiden pieniä ryhmiä. Joitakin eläinviruksia on vaikea vapauttaa soluista in vitro -viljelmissä; elävässä organismissa tällaisten virusten vapautumista soluista ja niiden leviämistä helpottaa viruksen vaurioittamien solujen sieppaus fagosyyteillä ja niiden pilkkominen. Kasvivirukset eivät yleensä vapaudu solujen hajoamisen seurauksena, vaan ne siirtyvät solusta soluun solujen välisten liitoskohtien kautta.

Faagin vuorovaikutus bakteerien kanssa. Tärkeimmät ongelmat ja ilmiöt

Kiinnitys ja tunkeutuminen

Faagivirionien kiinnittyminen bakteerisoluun on ensimmäisen asteen reaktio ja tapahtuu yleensä solun pinnalla. Jälkimmäinen on rakenteeltaan erilainen erityyppisissä bakteereissa. Jotkut faagit kiinnittyvät erityisiin kasvamiin, niin kutsuttuihin F- ja L-villiin, jotka osallistuvat konjugaatioprosessiin. Ryhmän x faagien virionit kiinnittyvät reversiibelisti bakteerisiimoihin ja liukuvat sitten niitä pitkin solun pintaan, ja tätä prosessia näyttää helpottavan itse siipien liike (koska liikkumattomat bakteerimutantit eivät ole näiden faagien isäntiä). Bakteerisolun pinnalla on spesifisiä faagireseptoreita, mutta niiden luonteesta on hyvin vähän tietoa. Se, että faagi ei pysty adsorboimaan bakteerimutanttia, ei välttämättä tarkoita, että mutantti olisi menettänyt faagireseptoreina toimivat kemialliset ryhmät - jälkimmäiset voivat yksinkertaisesti olla piilossa soluseinän muilla komponenteilla. Reseptoreita ei aina tarvita solulle itselleen; Esimerkiksi kun bakteerit kasvavat tietyissä lämpötiloissa, ne voivat hävitä.

Faagille herkkien bakteerien kuoresta on mahdollista uuttaa spesifinen aine, joka kykenee inaktivoimaan faagin. Ehkä tämä aine on itse reseptori tai osa bakteerien pinnalla olevaa reseptorirakennetta. Itse reseptorit näyttävät myötävaikuttavan vain ensimmäiseen palautuvaan adsorptiovaiheeseen. On mahdollista, että ne ovat mukana myös muissa prosesseissa, erityisesti rauta-ionien kuljettamisessa. Faagin kiinnittymisen jälkeen bakteerissa ei tapahdu havaittavia morfologisia muutoksia vähään aikaan (piilevä ajanjakso), vaikka infektio lopulta johtaisi solujen hajoamiseen, koska hajoaminen tapahtuu aina yhtäkkiä.

Faagigenomin tunkeutumiseen soluun liittyy nukleiinihapon fyysinen erottaminen suurimmasta osasta ulkopuolelle jäävistä kapsidiproteiineista.

Faaginukleiinihapon lisäksi bakteerisoluun ruiskutetaan myös pieni määrä proteiinia ja joitain muita aineita, kuten oligopeptidejä ja polyamiineja. Näiden aineiden roolia faagikehitysprosessissa ei tunneta, osa niistä on kapsidiproteiinien proteolyysin jäännöksiä virionien kokoamisen aikana. Jos bakteerisolut pystyvät absorboimaan vapaata DNA:ta ympäristöstä, niin faagigenomi voi myös päästä niihin vapaina DNA-molekyyleina. Tätä ilmiötä kutsutaan transfektioksi. Bakteerien kyky absorboida DNA-molekyylejä voi esiintyä normaalina ilmiönä joissakin kasvun vaiheissa, kuten havaitaan esimerkiksi B subtiliksessa.

Joissakin tapauksissa tällainen tila aiheutetaan keinotekoisesti, kuten esimerkiksi E colissa.

Faagin kehittymisprosessi transfektion jälkeen ei pohjimmiltaan eroa normaalin faagiinfektion aikana tapahtuvasta prosessista, paitsi että näissä tapauksissa ei ole resistenssiä, joka johtuu reseptorien tai muiden solukalvon ominaisuuksien puuttumisesta.

Faagin genomin tunkeutuminen herkkään bakteeriin johtaa joko lysogeeniseen tai lyyttiseen infektioon, riippuen faagin (ja joskus bakteerin) luonteesta ja ympäristöolosuhteista, kuten lämpötilasta. Lysogeenisessa vuorovaikutuksessa ei-tarttuvassa muodossa oleva faagigenomi siirtyy bakteerisolujen kautta sukupolvelta toiselle, ja ajoittain tietyssä määrässä soluja syntetisoidaan vastaavat virionit, jotka hajottavat nämä solut ja sitten lähtevät. ulos ulkoiseen ympäristöön. Näillä virioneilla uudelleen infektoidut lysogeeniset solut eivät hajoa (koska ne ovat immuuneja tälle faagille), joten lysogeeninen viljelmä jatkaa normaalia kasvuaan. Vapaiden virionien läsnäolo voidaan havaita altistamalla solut mille tahansa muille tämän faagin hajottamille ei-lysogeenisille bakteerikannoille. Faageja, jotka pystyvät lysogenisoimaan tartuttamansa bakteerit, kutsutaan lauhkeiksi, ja faageja, joilta tämä kyky puuttuu, kutsutaan virulentiksi. On kuitenkin muistettava, että jopa lauhkeat faagit aiheuttavat niille herkkien bakteerien ensimmäisellä tartunnalla tuottavan infektion monissa tai jopa kaikissa soluissa. Lysogenian ilmaantuminen ja virionien kypsymisen ja solujen hajoamisen estäminen edellyttävät sarjan erityisiä tapahtumia, joita ei aina tapahdu jokaisen tartunnan saaneen bakteerin kohdalla. Lysogenian tai tuottavan infektion esiintymisen todennäköisyys vaihtelee faagista toiseen ja riippuu viljelyolosuhteista.

Virionin rakenteen ja infektion alkamisen välinen suhde

Prosessin pitkät filamentit (fibrillit) palvelevat faagien spesifistä tunnistamista isäntäsolun pinnalla, johon se kiinnittyy. Filamenttiproteiineja koodaavien geenien mutaatiot johtavat faagin kyvyn kiinnittyä isäntäsoluun muutokseen tai täydelliseen menetykseen. Toinen todiste prosessien filamenttien tärkeästä roolista ovat kokeet antifaagi-antiseerumilla, jotka osoittivat, että vain vasta-aineet filamenttien päiden distaalisten osien proteiineja estävät faagin kiinnittymisen soluihin.

Langat kierretään prosessin ympärille siten, että niiden keskiosaa tukevat "antennit", jotka on kiinnitetty kohtaan, jossa pää liittyy prosessiin. Antenniproteiinin synteesiä todennäköisesti koodaa wac-geeni. Filamenttien päiden kosketus solureseptoriin voi aiheuttaa niiden avautumisen ja suoristumisen. T4-faagin erottuva ominaisuus, joka katoaa helposti mutaation ja valinnan vuoksi, on se, että prosessifilamenttien vapautuminen "antenneista" riippuu L-tryptofaanista kofaktorina. Filamenttien suoristumisen ja sen jälkeisen faagin kiinnittymisen soluun riippuvuus tryptofaanin pitoisuudesta osoittaa, että joidenkin filamenttien kosketus soluun voi helpottaa jäljellä olevien filamenttien vapautumista. Faagin ja bakteerin vuorovaikutuksen seuraava vaihe edellyttää prosessin tyvikalvon oikeaa avaruudellista sijaintia, jonka puolestaan todennäköisesti varmistaa kaikkien kuuden filamentin kosketus solureseptoreihin. Ilmeisesti faagipartikkelin kiinnittäminen uloskasvufilamenttien avulla mahdollistaa sen suorittamisen tiettyjä liukuvia liikkeitä pitkin solun pintaa, kunnes löydetään kohta, jonka kautta DNA voidaan viedä. Tässä suhteessa havainto, että faagin peruuttamaton kiinnittyminen soluun ja sen DNA:n tunkeutuminen siihen tapahtuu vain tietyillä kalvon alueilla (niitä on noin 300), joissa sytoplasminen ja ulkokalvo muodostavat vahvoja kontakteja. Kestää lievää osmoottista shokkia, osoittautui erittäin tärkeäksi. Tämä pätee todennäköisesti myös muihin bakteriofageihin. Olisi erittäin tärkeää selvittää, mikä on näiden alueiden suhde kalvokomponenttien ja faagireseptorien synteesikohtiin. Faagin ja solun välisen vuorovaikutuksen seuraavassa vaiheessa prosessivaippa supistuu, minkä seurauksena sauva tunkeutuu solukalvon läpi. Supistumista stimuloi tyvikalvo, joka muuttaa konformaatiotaan prosessifilamenttien vaikutuksesta. Kaikki vaipan 144 alayksikköä osallistuvat supistumisprosessiin, ja niiden yhteinen liike johtaa vaipan pituuden kaksinkertaiseen vähenemiseen. On ehdotettu, että vaipan supistumisen energia saadaan faagiin liittyvistä ATP-molekyyleistä, mutta tätä ei ole vielä lopullisesti todistettu. Sauvan distaalinen osa tuodaan lähelle sisempää sytoplasmista kalvoa, mutta se ei välttämättä tunkeudu sen läpi. DNA:ta urealla käsitellyistä faageista, joissa on lyhennetty vaippa ja paljaat varret, voi päästä E coli -sferoplasteihin, joissa ulkokalvot ja kovat kuoret joko poistetaan kokonaan tai tuhoutuvat merkittävästi. Hypertonisessa väliaineessa suoritettu sferoplastien infektio johtaa normaalien faagijälkeläisten muodostumiseen. Kokonaisia tai fragmentoituja faagi-DNA-molekyylejä voidaan viedä sferoplasteihin, jotka sitten replikoituvat ja osallistuvat rekombinaatioon.

Luonnollisesti pintareseptorit eivät ole mukana sferoplastien infektioprosessissa. Siksi urealla käsitellyt T4-faagit voivat infektoida resistenttejä E. coli -mutantteja tai jopa kaukaisten lajien resistenttejä bakteereja. Urealla käsiteltyjen faagihiukkasten kiinnittymisen sferoplasteihin estää fosfatidyyliglyseroli, joka on luultavasti kalvojen komponentti, joka stimuloi DNA:n kulkeutumista soluun.

Jos bakteeri, joka on jo infektoitunut T-even -faagilla, infektoidaan uudelleen samalla faagilla muutaman minuutin kuluttua, faagin toinen kontingentti ei osallistu lisääntymiseen (ns. ekskluusio superinfektion aikana) eikä siirrä DNA:ta eteenpäin. jälkeläisille. On osoitettu, että uudelleeninfektion aikana soluun tulevien faagipartikkelien DNA tuhoutuu (tuhoutuminen superinfektion aikana). Molemmat prosessit ovat isäntäsolussa aktivoituneiden faagigeenien hallinnassa, joiden toimintaa vastaavat mutaatiot voivat heikentää.

Virionien kokoonpano

Toisin kuin faagikehityksen alkuvaiheissa, kapsidien ja täydellisten virionien kokoamista ei ohjelmoida faagigeenien peräkkäisellä ilmentymisellä. Ilmeisesti kaikki virioniproteiinit ja muut myöhäiset proteiinit, kuten faagin lysotsyymi, syntetisoituvat enemmän tai vähemmän samanaikaisesti ja kerääntyessään muodostavat "prekursoripoolin". Sieltä ne uutetaan suoralla spesifisellä vuorovaikutuksella muiden proteiinimolekyylien kanssa, mikä johtaa alarakenteisiin, jotka sitten kootaan kokonaisiksi virioneiksi. Kokoamisen yleinen kulku kävi selväksi mutanttifaageilla suoritettujen in vivo -kokeiden tuloksista ja lysaattien tutkimuksesta; kuitenkin sen jälkeen, kun havaittiin mahdollisuus koota esimuotoiltuja faagiprogenitoreita in vitro, tämä tehokas menetelmä paljon uutta tietoa on saatu. Virionin kokoonpano koostuu neljästä päävaiheesta, jotka johtavat välirakenteiden muodostumiseen, jotka ovat vuorovaikutuksessa keskenään vain tietyissä kriittisissä pisteissä.

Faagiprosessin peruslevy on rakennettu 15 proteiinista, joiden synteesissä päägeenien lisäksi osallistuu myös joitain muita geenejä. On erittäin mielenkiintoista, että levy sisältää ilmeisesti useita molekyylejä kahdesta faagin koodaamasta entsyymistä - dihydrofolaattireduktaasista ja tymidylaattisyntetaasista sekä tietyn määrän foolihappoa.
Koottu tyvikalvo, sen jälkeen kun siihen on lisätty B4-geenin proteiini, toimii siemenenä prosessivarren kokoamiseen, joka koostuu 144 geenin 19 tuotteen molekyylistä. Varren ympärille on koottu vaippa, joka on polymeeri, joka on rakennettu 144 geenin 18 tuotteen molekyylistä. On epäselvää, kuinka tangon pituuden pysyvyys asennuksen aikana saavutetaan. On mahdollista, että on olemassa joitain muita lineaarisia proteiineja, jotka mittaavat vaaditun etäisyyden, tai kosketus tyvikalvon kanssa antaa sauvaalayksiköille sellaisen spesifisen konformaation, jolla on minimi vapaa energia vain tietyn sauvan koon tapauksessa. Tämä viimeinen hypoteesi osoittaa, että kokoonpanoprosessi ei välttämättä ole puhtaasti mekaaninen.
Yli 10 proteiinista rakennettu faagin pään kuori muodostuu monien geenien toiminnan seurauksena. Pääosa on geenin 23 tuote, joka on osa valmiista päätä vasta sen jälkeen, kun se on pilkottu pääpolypeptidifragmentista molilla. paino 10 000. Proteolyysin suorittaa pääasiassa geenin 22 tuote ja mahdollisesti myös geeni 21, jota kypsässä virionissa ei ole. Geeni 22 -proteiini on kuitenkin olennaisesti sisäinen proteiini, joka lopulta hajoaa itsestään pieniksi peptideiksi, joista osa jää faagin päähän. On myös muita sisäisiä proteiineja, joita geeni 22 -proteiini pilkkoo osittain.
Pään ja prosessin erillisen kokoonpanon päätyttyä ne yhdistyvät spontaanisti sekä in vitro että in vivo.
Prosessin filamentit koostuvat neljän geenin tuotteista. Niiden kokoonpano etenee itsenäisesti, mutta ne kiinnitetään peruslevyyn vasta pään ja prosessin yhdistämisen jälkeen. Tämä reaktio vaatii geenin 63 proteiinia sekä vuorovaikutusta "antennien" kanssa, jotka on kiinnitetty kaulukseen, jotka sijaitsevat pään ja prosessin välissä.

Faagin päällä on geenin 23 proteiinin ja muiden proteiinien määrittämä erityinen muoto. Sen rakenne muuttuu vastaavien geenien mutaatioiden seurauksena. Faagin 74 normaalipää on muodoltaan epäsäännöllinen ikosadeltaedri, jonka pitkällä akselilla on ylimääräinen alayksikkörivi, joka koostuu 840 geenin 23 proteiinin kopiosta.Genin 20 proteiinin alayksiköt sijaitsevat yläosissa . Tämä pään muoto heijastaa tiettyjen proteiini-proteiini-vuorovaikutusten aiheuttamia alueellisia rajoituksia. Näiden rajoitusten puuttuessa faagin rakenne muuttuu suuresti.

Bakteriofagi l

Bakteriofagi l on lauhkea faagi, ts. se voi joko siirtyä solusta soluun infektion aikana tai siirtyä sukupolvelta toiselle tietyn bakteerikannan lisääntymisen aikana. Jälkimmäisessä tapauksessa piilevää faagigenomia kutsutaan profaagiksi ja soluja, jotka kantavat tällaista profagia, kutsutaan lysogeenisiksi. Faagigenomin läsnäolo lysogeenisessä viljelmässä voidaan havaita faagin spontaanin vapautumisen avulla pienestä osasta solupopulaatiota, jossa faagi kehittyi spontaanisti.

Faagin l:n luonnollinen isäntä on E coli K 12 -kanta, jonka genetiikka on hyvin tutkittu. Siksi faagi l valittiin intensiivisen tutkimuksen kohteeksi, jonka tarkoituksena oli selvittää lysogenian luonne. Alkuperäinen villi kanta K 12 on lysogeeninen faagille, joka ei muodosta plakkeja tälle kannalle, joka, kuten useimmat lysogeeniset bakteerit, on immuuni sen sisältämälle faagille profaagina. Faagi l leviää tavallisesti profaagista "uuttuilla" kannan K 12 varianteilla. Tällaisia uutettuja variantteja löytyy pieniä määriä soluista, jotka selvisivät intensiivisen säteilytyksen jälkeen. Kun muodostetaan stabiili lysogeeninen solulinja, seuraavat kaksi ehtoa on täytettävä. Ensinnäkin profaagin on oltava solussa sellaisessa tilassa, että solunjakautumisen aikana jokainen tytärsolu saa siitä vähintään yhden kopion. Faagin 1 tapauksessa tämä ongelma ratkaistaan liittämällä sen DNA bakteerikromosomiin, minkä seurauksena profaagi-DNA replikoituu passiivisesti ja segregoituu isäntäsolun laitteistoa käyttämällä. Toiseksi niitä virusgeenejä, joiden tuotteet voivat mahdollisesti häiritä solun eheyttä, on säädettävä siten, että solut voivat turvallisesti kasvaa ja lisääntyä. Tämä saavutetaan tukahduttamalla geenien transkriptio. Soluissa, jotka ovat lysogeenisiä faagi l:lle, mikään tuottavalle infektiolle välttämättömistä virusgeeneistä ei transkriptoidu. Lysogeenisistä viljelmistä löytyy vain hyvin pieni määrä viruksen mRNA:ta.

Eläinten virukset

Adsorptio ja tunkeutuminen soluun

Virusinfektion ensimmäiset vaiheet riippumatta viruksesta kysymyksessä, jota perinteisesti kutsutaan adsorptioksi, tunkeutumiseksi ja "riisuutumiseksi" (viruksen kuoren tuhoaminen). Adsorptio ymmärretään yleensä viruksen ensisijaiseksi kontaktiksi solun kanssa. Usein tämä kontakti on aluksi erittäin heikko - palautuva adsorptio. Sitten kosketusvoimakkuus kasvaa - peruuttamaton adsorptio. Nämä termit soveltuvat yhtä hyvin kuvaamaan minkä tahansa virusten soluihin tunkeutumisen alkuvaihetta. Termi "tunkeutuminen" on virheellinen, koska se viittaa virionin tietyn osan aktiivisen vaikutuksen kohteena olevaan soluun, jota ei ole todistettu. On todennäköisempää, että monissa tapauksissa itse asiassa tapahtuu täysin erilainen prosessi - viruksen kiinnittyminen soluun, joka johtuu viruksen pinnan ja solun pinnalla olevien reseptorimolekyylien välisestä fysikaalis-kemiallisesta komplementaarisuudesta, aiheuttaa muutoksia solu, joka tarvitaan viruksen tunkeutumiseen siihen.

Yleiskuva eläinvirusten adsorptiosta

Useiden erilaisten eläinvirusten (sekä vaipan kanssa että ilman) soluihin adsorptiota tutkittaessa saadut tulokset luovat seuraavan yleiskuvan viruksen kiinnittymisprosessista soluun. Prosessi alkaa monien virionien satunnaisilla törmäyksillä solun pintaan, mutta vain yksi törmäys 10 sekunnissa tai 10 4:ssä johtaa sidoksen muodostumiseen solupinnan fyysisesti komplementaaristen osien ja virionin välille. On mahdollista, että myös viljelyalustan ionit osallistuvat tällaisten sidosten muodostumiseen. Nämä sidokset voidaan toteuttaa suoraan virionien pinnalla olevilla ulkonemilla, jotka koostuvat erityisistä virusproteiineista, kuten "piikkeistä" vaipallisissa viruksissa, esimerkiksi mikroviruksissa, togaviruksissa ja paramyksoviruksissa, tai ikosaedrin huipulta ulottuvilla proteiinifilamenteilla (fibrilleillä) virionit (esimerkiksi jotkin adenovirukset). Sitoutumiskohta virionin pinnalla, joka on suoraan vuorovaikutuksessa solureseptorin kanssa, voi koostua yksittäisestä rakenteellisesta virusproteiinista tai se voi olla useiden kapsidiproteiinien mosaiikki (ilmeisesti näin on pikornaviruksissa). Reseptori on kaikissa tapauksissa proteiini tai glykoproteiini, joka sijaitsee solun pinnalla. Solun pinnalla on erilaisia reseptoreita, joista jokainen on spesifinen omalle virukselleen. Näiden reseptorien spesifisyys ei ole absoluuttinen, mikä johtaa mahdollisuuteen ryhmitellä viruksia tämän ominaisuuden mukaan erikoisiin "perheisiin". Virukset, jotka liittyvät toisiinsa tällä ominaisuudella, voivat olla sukua muillakin tavoilla, mutta tämä ehto ei ole pakollinen. Yhden solun pinta voi sisältää 104-105 kopiota kutakin reseptorityyppiä.

On korostettava, että itse viruksen adsorptio soluun ei tarkoita millään tavalla virusinfektion alkamista. Adsorption aikana muodostuneet sidokset viruksen ja solun välille voivat olla ”heikkoja”, kun taas adsorptio on ”palautuvaa”, ts. virioni voi poistua solun pinnalta. Jotkut soluun adsorboituneet virionit sitoutuvat kuitenkin siihen vahvemmilla "palautumattomilla" sidoksilla.

Eläinvirusten tunkeutuminen soluun ja "riisuminen".

Seuraava vaihe virionin vahvan kiinnittymisen jälkeen herkän solun pintaan on koko virionin tai sen osan tunkeutuminen soluun ja virusspesifisen proteiinin tai viruksen mRNA:n synteesin alku. Pohjimmiltaan samanlaiset prosessit voivat olla taustalla eri virusten alkuperäiselle sitoutumiselle soluun. Päinvastoin, virionien tunkeutuminen soluun ja virusgenomin aktivointi voi tapahtua eri tavalla eri viruksissa. On selvää, että vaipallisten ja paljaiden virusten on päästävä soluun erilaisten fysikaalis-kemiallisten prosessien seurauksena. Pitkään on oletettu, että vaipallisten virusten tunkeutuminen soluun perustuu todennäköisesti prosessiin, joka muistuttaa jonkin verran "kalvon sulamista" tai "fuusioprosessia". Mitä tulee sellaisiin suhteellisen suuriin proteiinirakenteisiin, kuten paljaat virionit, niille tunnetaan vain yksi soluun tunkeutumismekanismi - tämä on fagosytoosi, ja pitkään on oletettu, että tällaiset virukset pääsevät soluihin fagosytoosin muunnelman, nimeltään "viropexis" seurauksena. ”. Viime vuosina on tullut tunnetuksi toinen tärkeä yksityiskohta liittyen virusten tunkeutumiseen soluihin. Itse asiassa joissakin tapauksissa virionin ainoa komponentti, joka vastaa suoraan viruksen uusien komponenttien synteesistä, on sen nukleiinihappo, ja toisissa se on myös virionin osana oleva RNA- tai DNA-polymeraasi.

Eläinvirusten lisääntyminen

Yksi jyrkistä eroista bakteerivirusten ja eläinvirusten välillä on niiden yhden lisääntymissyklin epätasainen kesto. Siten yksi lisääntymissykli, jopa nopeimmin lisääntyvissä eläinviruksissa, kestää 5-6 g ja useissa muissa viruksissa useita päiviä. Lisäksi monet virukset aiheuttavat vain pysyviä infektioita, joissa isäntäsolut eivät kuole, vaikka virusta muodostuu jatkuvasti sekä niissä että niiden jälkeläisissä. Tällainen pitkä eläinvirusten lisääntymissykli verrattuna useimpien faagien lyhyempään lisääntymisjaksoon riippuu todennäköisesti vastaavien isäntäsolujen suhteellisista koosta.

Monet eläinvirusten ominaisuudet liittyvät eukaryoottisolujen arkkitehtuurin erityispiirteisiin. Useimpien DNA:ta sisältävien virusten DNA syntetisoituu solun tumassa. Päinvastoin, kaikkien virusten proteiinit poikkeuksetta syntetisoidaan sytoplasmassa. Solujen tartuttaminen viruksilla voi periaatteessa johtaa kahteen seuraukseen. Infektoitunut solu voi joko kuolla tuottaen suuren määrän virusta (lyyttinen vuorovaikutus virusten ja solujen välillä) tai jatkaa elämäänsä ja jakautumista syntetisoimalla pieniä määriä virusta. Virusta tuottavien lisääntyvien solujen viljelmiä kutsutaan pysyvästi infektoituneiksi. Melkein mikä tahansa eläinvirus voi oikeissa olosuhteissa aiheuttaa jatkuvan infektion. Lisäksi monet virukset hajottavat soluja hyvin harvoin, ja yleensä infektoituneisiin soluihin muodostuu vakaa tasapainotila - muodostuu pysyvästi infektoitunut soluviljelmä.

On todettu, että onnistuneen lyyttisen infektion aikana infektoituneissa soluissa tapahtuu viisi erillistä tapahtumaa, jotka toteutuvat toiminnallisesti aktiivisten virusspesifisten proteiinien avulla. Yhden viruksen lisääntymissyklin aikana nämä tapahtumat kehittyvät joko rinnakkain tai peräkkäin. Niiden aikasekvenssi määräytyy kunkin viruksen erityisominaisuuksien mukaan. Nämä ovat seuraavat tapahtumat: 1) viruksen aiheuttama useiden solutoimintojen suppressio; 2) virusten mRNA:iden synteesi; 3) viruksen genomin replikaatio; 4) virionien morfogeneesi; 5) virionien vapautuminen solusta.

Watsonin ja Crickin emäspariutumisen sääntöjen mukaan kullekin tietylle RNA-molekyylille voidaan kirjoittaa sen komplementaarinen nukleotidisekvenssi. Virusten luokittelun helpottamiseksi virus-mRNA on tavanomaisesti nimetty "plus"-juosteeksi ja sen komplementaarinen sekvenssi "miinusjuosteeksi". Virionin nukleiinihapon ja sen mRNA:n välisen rakenteellisen suhteen perusteella kaikki eläinvirukset voidaan jakaa kuuteen luokkaan. Tietysti tätä luokitusta voidaan soveltaa myös bakteriofageihin sekä hyönteis- ja kasviviruksiin, mutta tällä hetkellä on järkevintä rajoittaa sen soveltaminen eläinviruksiin.

Luokkaan I kuuluvat virukset, jotka sisältävät kaksijuosteista DNA:ta, kuten vacciniavirus

Näiden virusten mRNA syntetisoidaan samalla tavalla kuin solun mRNA, viruksen genomi - kaksijuosteinen DNA - toimii templaattina mRNA-synteesiä varten. Luokka II sisältää virukset, jotka sisältävät yksijuosteista DNA:ta. Niiden mRNA on luultavasti täysin homologinen virionin DNA:n kanssa nukleotidikoostumuksessa. Siksi mRNA on transkriptoitava DNA:n "miinus" juosteesta, joka on osa replikaation välikompleksivirusta. Muihin luokkiin kuuluvat virukset, joiden genomi on RNA. Luokka III sisältää kaksijuosteista RNA:ta sisältävät virukset, kuten reovirukset. Tämä RNA toimii viruksen mRNA:iden asymmetrisen synteesin esiasteena. Kävi ilmi, että kaikissa tähän mennessä löydetyissä luokan III viruksissa genomi on segmentoitu, ts. koostuu useista kromosomeista, joista jokainen koodaa yhtä polypeptidiä. Luokan IV virukset sisältävät plus-juosteista RNA:ta. Näiden virusten genomilla on sama polariteetti kuin niiden mRNA:lla. Tämän luokan virukset on jaettu kahteen alaluokkaan. Alaluokan Iva viruksissa, joille on tyypillistä poliovirus, kaikki proteiinit syntetisoidaan yhden mRNA-molekyylin translaatiolla. Tuloksena oleva polyproteiini pilkotaan sitten proteolyyttisten entsyymien toimesta toiminnallisesti aktiivisten proteiinien muodostamiseksi. Kaikki näiden virusten mRNA:t ovat yhtä pitkiä kuin RNA-genomi. Alaluokan Ivb viruksia kutsutaan myös togaviruksiksi. Ne syntetisoivat solussa vähintään kahden tyyppistä virus-mRNA:ta: yhden tyypin mRNA on yhtä pitkä kuin virionin RNA ja toisen tyypin mRNA on virionin RNA:n fragmentti.

Luokan V viruksia kutsutaan myös "miinus" -RNA-viruksiksi. Nukleotidisekvenssin mukaan näiden virusten mRNA on komplementaarinen virionin RNA:lle. Siksi virioni sisältää templaatin mRNA-synteesiä varten, mutta ei proteiinisynteesiä. Luokan V viruksia on kaksi alaluokkaa. Alaluokan Va virusten genomi on yksittäinen RNA-molekyyli, josta kopioidaan useita mRNA:ita, ja kaikki näiden virusten tähän mennessä tutkitut mRNA:t ovat monokistronisia. Alaluokan Vb viruksilla on segmentoitu genomi. Jokainen genomin segmenteistä toimii templaattina, josta vain yhden tyyppisiä mRNA-molekyylejä transkriptoidaan. Toista näistä mRNA:ista koodaavat polycisternaaliset ja toista polycisternaaliset polyproteiinit. Luokan VI viruksia kutsutaan myös retroviruksiksi. Nämä ovat kaikista tunnetuista RNA-viruksista epätavallisimmat, koska niiden RNA:ta transkriptoitaessa ei syntetisoidu RNA:ta, kuten tavallista, vaan DNA:ta, joka puolestaan toimii templaattina mRNA:n synteesille. Siksi näiden virusten mRNA:t ja niiden virionien RNA:t eivät eroa polaarisuuden suhteen toisistaan, ja jotkut niistä ovat identtisiä pituudeltaan. Monet merkittävät seuraukset johtuvat näiden geneettisten järjestelmien hämmästyttävistä ominaisuuksista.

Plus - RNA-virukset:

picorkavirukset (luokka IV a)

Tämän alaluokan viruksia, joista poliovirusta on tutkittu laajimmin, kutsutaan yhteisesti picorkaviruksiksi. Niihin kuuluvat myös mengovirus, enkefalomyokardiittivirus (hiiren pikorkavirukset), rinovirukset (virukset, jotka aiheuttavat yhden ihmisen akuuttien hengitystiesairauksien tyypeistä - ns. vilustumisen) ja suu- ja sorkkatautivirus.

Togavirukset (luokka IV c)

Togavirukset sisältävät kaikki plus - RNA -virukset, joissa muodostuu kahden tyyppistä mRNA:ta, jotka eroavat kooltaan. Nimi "togavirukset" kuvastaa niiden virionien ulkokuoren ominaisuuksia. Tämän kuoren synteesiä tarkastellaan toisessa osassa, mutta tässä käsitellään vain tämän luokan virusten käyttämiä RNA- ja proteiinisynteesin mekanismeja. Ennen kuin siirrymme togavirusten molekyylibiologian tarkasteluun, on mielenkiintoista muistaa, kuinka tämän ryhmän virukset löydettiin. Epidemiologit ovat havainneet, että monet selkärankaisten sairauksia aiheuttavat virukset ovat punkkien tai hyttysten kantamia.

Ihmisille patogeeniset togavirukset ovat yleensä endeemisiä useissa eläinlajeissa ja ne tarttuvat ihmisiin vain niveljalkaisten vektorin pureman kautta. Tämän ryhmän viruksia kutsuttiin arboviruksiksi (eli "niveljalkaisten kantajat"). Myöhemmin kuitenkin kävi selväksi, että tämä nimi yhdisti viruksia, jotka eroavat jyrkästi biokemiallisista ominaisuuksistaan. Niille on yleensä yhteistä kyky lisääntyä sekä hyönteisten kantajan soluissa että tiettyjen selkärankaisten soluissa. Suurin osa arboviruksista kuuluu biokemiallisten ominaisuuksiensa mukaan togaviruksiin. Serologisesti togavirukset jaetaan kahteen ryhmään (A ja B), joita kutsutaan tällä hetkellä alfaviruksiksi ja flaviruksiksi. Togaviruksiin kuuluu ainakin kaksi virusta, jotka eivät ole arboviruksia - vihurirokkovirus ja virus, joka lisää latartunnan saaneen eläimen veressä.

vesicular stomatitis virus

Miinus - RNA-virukset jaetaan kolmeen morfologiseen pääluokkaan: rabdovirukset, paramyksovirukset ja ortomyksovirukset. Biokemiallisen strategian kannalta rabdovirukset ja paramyksovirukset ovat hyvin lähellä toisiaan ja muodostavat suurimman osan hyvin tutkituista Va-luokan viruksista. Tässä osiossa keskitytään vain yhteen rabdovirukseen, vesicular stomatitis virus (VSV), jota on tutkittu yksityiskohtaisimmin. Vaikka VVS on patogeeninen karjalle, sen aiheuttamat sairaudet ovat lieviä eivätkä aiheuta vakavia taloudellisia menetyksiä. Soluviljelmissä VVS lisääntyy nopeasti ja sen saanto saavuttaa korkeat tiitterit. Infektoituneet solut kuolevat. Kun herkät solut infektoidaan muilla rabdoviruksilla tai paramyksiviruksilla, kehittyy yleensä jatkuva infektio, joka ei johda solukuolemaan. Siksi tällaisia virussolujärjestelmiä on paljon vaikeampi tutkia. Ortomyksoviruksilla, joista ihmisen influenssavirukset ovat tunnetuimpia, on segmentoitu genomi, joka koostuu useista yksittäisistä RNA-negatiivisista juosteista.

VVS-virioni, kuten kaikkien muidenkin togavirusten virionit, on peitetty ulkokuorella, mutta toisin kuin ne, sillä on tyypillinen luodin muoto. Itse nimi "rabdovirukset" tulee kreikan juuresta, joka tarkoittaa "sauvaa", ja johtuu näiden hiukkasten epäsymmetriasta. Virionin luodin muotoinen muoto heijastaa sen nukleokapsidin muotoa, joka on kierretty heliksi ja sisältää yhden RNA-molekyylin, jossa on mol. Paino 4. 10 6 . Tällä RNA:lla ei ole mitään eukaryoottiviruksille tyypillisistä mRNA-ominaisuuksista: sen 3. päässä ei ole poly(A)-sekvenssiä, eikä sen 5. päässä ole "korkkia". Lisäksi se ei ole tarttuva. Sen tehtävänä on, että se toimii templaattina virusten mRNA:iden synteesille ja on siksi RNA:n miinusjuoste. VVS:n nukleokapsidi on erittäin vakaa rakenne, ja siinä oleva RNA on täysin suojattu ribonukleaasin vaikutukselta. Tämän viruksen nukleokapsidi on tarttuva, mutta sen spesifinen tarttuvuus on hyvin alhainen. VVS-virioni sisältää viisi erilaista proteiinia, eikä muita virusproteiineja löydy infektoiduista soluista. Proteiinia, joka muodostaa suurimman osan nukleokapsidin ja virionin proteiineista, kutsutaan proteiiniksi N. Nukleokapsidi sisältää pienen määrän vielä kahta proteiinia, joita kutsutaan proteiineiksi L ja nro 9. Ne osallistuvat proteiinien synteesiin. viruksen RNA. Virionin nukleokapsidin ja lipoproteiinivaipan välinen tila on täytetty toisen virusproteiinin, M-proteiinin, molekyyleillä. Lopuksi proteiini G sijaitsee vaipan lipidien kaksoiskerroksen ulkopuolella muodostaen järjestetyn järjestelmän pinnalla sijaitsevista piikeistä. virionista.

Toisin kuin rabdoviruksilla, paramyksoviruksilla ei ole luotimaista muotoa, vaan ne ovat epäsäännöllisiä palloja, mikä kuvastaa niiden nukleokapsidien vähemmän järjestyttyä pakkaamista.

Virusten ulkokuoret

Togavirusten, miinus RNA-virusten ja retrovirusten yhteinen piirre on, että niillä on lipoproteiinin ulkovaippa, joka ympäröi ribonukleoproteiiniydintä. Tällaisen vaipan muodostumismekanismi on sama kaikille viruksille: ribonukleoproteiini sitoutuu solun plasmakalvon muuttuneen osan sisäpintaan ja solusta poistuessaan sitä ympäröi tämä muuttunut kalvo. Tätä prosessia kutsutaan orastukseksi, ja tuloksena olevaa viruspartikkelia aikana, jolloin se on edelleen yhteydessä plasmakalvoon, kutsutaan munuaiseksi. Ultraohuiden solujen osien elektronimikrokuvissa nämä silmut näkyvät hyvin selvästi, koska ne ovat tyypillisesti muuttuneita plasmakalvon kuoria.

Virionin rakenne

Ulkokuorella varustettujen virionien koostumus sisältää kolme pääluokkaa rakenteellisia proteiineja: saviproteiinit, matriisiproteiinit ja nukleokapsidiproteiinit. Virionin makrorakenteen määräävät nukleokapsidia ympäröivän lipidikaksoiskerroksen pintaominaisuudet. Lipidikaksoiskerroksen ulkopinta on peitetty glykoproteiinilla, ja sisäpinta on kosketuksessa matriisin tai nukleokapsidin proteiinien kanssa. Kaikki virionin ulkokuoren lipidit ovat soluperäisiä, koska virusspesifistä lipidiaineenvaihduntaa ei ole löydetty. Virionilipidit ovat koostumukseltaan hyvin samanlaisia kuin isäntäsolun plasmakalvon lipidit: ne sisältävät kolesterolin, glykolipidit ja fosfolipidit. Eri lajien solut eroavat merkittävästi toisistaan plasmakalvojen lipidikomponenttien suhteen. Siksi tietyssä solussa muodostuneen viruksen lipidikoostumus vastaa tarkasti sen plasmakalvon lipidikoostumusta.

Erilaisten virusten kuorissa olevilla glykoproteiineilla on sekä spesifisiä ominaisuuksia että kaikille viruksen glykoproteiineille yhteisiä ominaisuuksia. Ne kaikki sijaitsevat virionin ulkopinnalla ja proteaasit voivat poistaa ne. Koska proteaasit pilkkovat vain glykoproteiineja koskemattomista virioneista, on selvää, että vain nämä virusproteiinimolekyylit työntyvät esiin lipidikaksoiskerroksesta. On huomattava, että proteaasit poistavat vain osan glykoproteiinimolekyylistä. Sen toinen osa, "jalka", joka koostuu erittäin hydrofobisesta polypeptiadista, on ilmeisesti upotettu lipidikaksoiskerrokseen, eikä proteaasi pääse siihen käsiksi.

Virionin kokoonpano

Virionin muodostumisen ensimmäisessä vaiheessa tapahtuu sen yksittäisten proteiinien synteesi. Jokaisen kolmen luokan proteiinit syntetisoidaan ilmeisesti toisistaan riippumatta ja usein erillisillä mRNA:illa.

Glykoproteiinit muodostuvat kalvoon sitoutuneille mRNA:ille, eikä niitä koskaan löydy vapaassa tilassa soluista. Proteiinimolekyylit "kypsyvät" siirtyessään karkeasta endoplasmisesta retikulumista sileään ja sitten mahdollisesti Golgin laitteeseen ja lopulta solun plasmakalvoon. Hiilihydraattien kiinnittyminen proteiineihin tapahtuu, kun jälkimmäiset liikkuvat solunsisäisiä kalvoja pitkin. Lopulta ne saavuttavat solun pinnan, jossa ne todennäköisesti kelluvat vapaasti plasmakalvon nestemäisessä lipidikaksoiskerroksessa.

Tämän luokan viruksia on löydetty homeista, korkeammista kasveista, hyönteisistä ja selkärankaisista. Mikään näistä viruksista ei sisällä lipidejä. Niiden kapsidit koostuvat kahdesta kerroksesta - sisäkerroksesta (ydin) ja ulompi, jotka muodostavat kuoren ytimen ympärille. Ydin sisältää monia kaksijuosteisen RNA:n segmenttejä ja vaihtelevan määrän pieniä oligonukleotideja, joilla ei näytä olevan geneettistä toimintaa. Ihmisen reoviruksia on tutkittu laajimmin, eivätkä ne yleensä aiheuta ilmiselviä patologisia oireita. Poikkeuksen muodostavat ilmeisesti lasten gastroenteriitista eristetyt reoviruksen kaltaiset aineet. Siitä huolimatta nämä virukset eristetään usein ihmiskehosta, ja laboratorio-olosuhteissa ne lisääntyvät hyvin. Joitakin tietoja on saatu myös yksittäisistä kasvi- ja hyönteisviruksista, jotka sisältävät kaksijuosteista RNA:ta.

eläinvirusten lisääntyminen.

Koska normaaleissa soluissa ei ole vastaavia RNA-virusten geneettisiä järjestelmiä, tällaiset virukset voivat lisääntyä vain, jos ne syntetisoivat transkriptioon ja genominsa replikaatioon tarvittavat entsyymit. DNA:ta sisältävien virusten tapauksessa päinvastoin niiden mRNA:n synteesi tapahtuu samalla tavalla kuin normaalien solujen mRNA. Heidän genominsa replikaatio ja solugenomi ovat myös muodollisesti hyvin samankaltaisia. Lisäksi useimpien virusten DNA:n sekä solujen DNA:n transkriptio ja replikaatio tapahtuu ytimessä. Solujen ja DNA-virusten perusprosessien samankaltaisuus viittaa siihen, että jälkimmäisten lisääntymistä varten ei ole tarvetta indusoida erityisiä entsyymejä, joita ei ole infektoituneesta solusta. Tästä seuraa, että proteiinien läsnäolo sen kapsidissa on riittävä DNA-viruksen lisääntymiseen, joten tällaisen viruksen genomi voi hyvinkin koostua vain sen kapsidia koodaavista geeneistä. On kuitenkin korostettava, että vaikka tällaisia yksinkertaisia DNA-viruksia on olemassa, useimpien DNA-virusten elinkaari on paljon monimutkaisempi. Eri DNA-virukset eroavat suuresti toisistaan sekä kooltaan että rakenteensa monimutkaisuuden osalta. Niistä pienimmän DNA:n molekyylipaino on vain 1,5x106 daltonia ja suurimman - 100 kertaa enemmän. Kun virusgenomit kasvavat, niistä tulee yhä monimutkaisempia. Geenien kokonaismäärä kasvaa ja DNA:n replikaation mekanismi monimutkaistuu.

Koska pienet DNA-virukset kykenevät lisääntymään intensiivisesti, itse suurten DNA-virusten ilmaantuminen vaikuttaa yllättävältä. Yksi eduista, joita virus voi saada lisäämällä genomiaan, on soluriippuvuuden väheneminen.

Parvovirukset

Tämä rajoitus koskee solutyyppejä, joihin nämä virukset vaikuttavat. Parvovirukset aiheuttavat alkioiden kehityshäiriöitä ja vastasyntyneiden kasvavien kudosten vaurioita. Ne aiheuttavat myös häiriöitä suolen toiminnassa, mikä todennäköisesti johtuu niiden lisääntymisestä nopeasti jakautuvissa kryptasoluissa.

Vialliset parvovirukset lisääntyvät vain auttajaadenoviruksella infektoiduissa soluissa eivätkä ne ole riippuvaisia solusyklin vaiheesta. Heidän auttajavirus voi olla vain adenoviruksia. Herpesvirukset pystyvät myös suorittamaan joitain auttajaviruksen välttämättömiä toimintoja, mutta parvovirusten täydellisiä tarttuvia hiukkasia ei tässä tapauksessa muodostu. Tästä syystä viallisia parvoviruksia kutsutaan myös adeno-assosioituneiksi viruksiksi (AAV).

Yksi tyypillisistä eroista autonomisten ja viallisten parvovirusten välillä on, että edellisen genomia edustaa ainutlaatuinen yksijuosteinen DNA, kun taas viallisten parvovirusten genomia edustavat ekvimolaariset määrät yksijuosteisia DNA-molekyylejä, jotka ovat komplementaarisia toisiaan varten. Hybridisaation aikana AAV-virioneista eristetyt yksijuosteiset DNA-molekyylit muuttuvat helposti kaksijuosteisiksi DNA-molekyyleiksi. Parvovirusten virionit ovat kooltaan lähellä ribosomeja - niiden halkaisija on 20 nm. Näiden virusten lipidittomat kapsidit koostuvat kolmesta eripituisesta polypeptidistä. Niistä suurimman molekyylipaino on 90 000 daltonia. Peptidikartan perusteella pienet polypeptidit ovat osia suuresta; siksi uskotaan, että viruksen m-RNA koodaa vain polypeptidiä, jolla on mol. paino 90 000.

Papovavirukset

Papovavirukset tunnetaan muita paremmin tähän ryhmään kuuluvien, yksityiskohtaisesti tutkittujen onkogeenisten virusten – polyoomaviruksen ja SV40:n – ansiosta, jotka lisääntyvät vain hyvin kapealla alueella nisäkässoluja. Yleensä näiden virusten onkogeenisiä ominaisuuksia tutkittaessa tarkoitetaan niiden kykyä transformoida soluja in vitro - ne infektoivat niiden lajien soluja, joita ne transformoivat, mutta joissa ne eivät lisäänty, eivätkä siksi aiheuta niiden hajoamista.

Papovavirusten ryhmään kuuluu polyoomavirusten ja SV40:n lisäksi useita muita viruksia. Nimi papovavirukset - ryhmä sai kolmen viruksen nimet: kanin papilloomavirus, polyoomavirus (po) ja vakuoloiva (va) apinavirus, tyyppi 40 (SV40). Ihmisillä nämä virukset eivät aiheuta sairauksia, vaikka SV40 joskus tartuttaa ihmissoluja. Ihmisillä kolme muuta papovavirusta, JC-virus, VK-virus ja syylävirus, ovat laajalle levinneitä. JC-viruksen uskotaan olevan ihmisen keskushermoston etenevän rappeuttavan sairauden etiologinen tekijä. VC-virusta löytyy usein immunosuppressantteja käyttävien ihmisten virtsasta, mutta sitä ei ole vielä liitetty mihinkään patologiaan ihmisillä. Ihmisen syylävirus, kuten eläinten papilloomavirukset, aiheuttaa vain hyvänlaatuista orvaskeden lisääntymistä.

Papilloomavirukset eivät lisääntynyt hyvin soluviljelmissä, joten vain niiden fysikaalisia ominaisuuksia on toistaiseksi tutkittu. Niiden DNA:n on havaittu olevan jonkin verran suurempi kuin SV40- ja polyoomavirusten DNA:n.

Adenovirukset

Vaikka adenovirusvirionit sisältävät 608 kertaa enemmän DNA:ta kuin papovavirukset ja adenoviruksen genomi koodaa vastaavasti suurempaa määrää proteiineja, näiden virusten lisääntymissyklit ovat periaatteessa samanlaisia. Siten adenoviruksilla, kuten papovaviruksilla, on mekanismi, joka ohjaa varhaisten makromolekyylien synteesin siirtymistä myöhäisten makromolekyylien synteesiin ja niiden mRNA:ta. Lue myös viruksen DNA:n molemmista juosteista. Adenovirus-DNA on kuitenkin lineaarinen molekyyli, ja siksi sen replikaatiomekanismin täytyy erota papovaviruksen DNA:n vastaavasta. Toisin kuin papovavirusten DNA:ssa, adenovirus-DNA:n rekombinaatiofrekvenssi on melko korkea, minkä vuoksi jälkimmäistä voidaan tutkia myös muodollisin geneettisin menetelmin.

Erilaisia adenoviruksia

Adenoviruksia on eristetty monista eläinlajeista. Lisäksi jokaisesta näistä lajeista on eristetty monia erilaisia adenoviruksia. Siten ihmisen adenoviruksista on tunnistettu 31 serologista tyyppiä. Kuitenkin molekyylibiologisesta näkökulmasta adenovirukset ovat hyvin samankaltaisia, joten jatkokeskustelussa emme tee eroa niiden välillä. Adenovirukset aiheuttavat pääasiassa akuutteja hengitystieinfektioita; Jotkut ihmisen adenoviruksen serotyypit aiheuttavat kasvaimia, kun ne ruiskutetaan hamstereihin. Melkein kaikki adenoviruskannat kykenevät indusoimaan rotan fibroblastien transformaatiota viljelmässä, mutta mitään näistä viruksista ei ole liitetty pahanlaatuisiin kasvaimiin ihmisillä. Sen perusteella, mitä on sanottu, on selvää, että adenovirukset ovat kiinnostavia sekä ihmisillä hengitystiesairauksia aiheuttavina tartunta-aineina että kasvaimia aiheuttavina viruksina sekä molekyylibiologisen tutkimuksen kohteina.

Adenovirusten virionit eroavat rakenteensa hienoudesta. 14 proteiinityyppiä osallistuu viruspartikkelien synteesiin ja ehkä enemmänkin. Tämä luku sisältää myös proteiinit, joista virionin pinnan komponentit rakennetaan - heksonit, pentonit ja fibrillit.

Herpesvirukset

Herpesvirukset, jotka ovat lisääntymisluonteeltaan niin erilaisia, mutta morfologisesti ja DNA-sisällöltään hyvin samankaltaisia, muodostavat osan biokemiallisesti homogeenista ryhmää. Herpesviruksia, jotka aiheuttavat infektoituneiden solujen hajoamista, on tutkittu yksityiskohtaisimmin. Näitä ovat herpes simplex -virukset tyypit 1 ja 2 sekä joukko nopeasti replikoituvia eläinten herpesviruksia. Tämän ryhmän viruksista, jotka eivät aiheuta hajoamista, tutkituin on Epstein-Barr-virus, joka aiheuttaa tarttuvaa mononukleoosia - tämä virus eristetään jatkuvasti kahden tyyppisten ihmisen kasvainten - Burkittin lymfooman ja nenänielun karsinooman - soluista. Toisin kuin tyypin 1 ja 2 herpes simplex -virukset, jotka lisääntyvät monien solujen viljelmissä ja aiheuttavat hajoamista, Epstein-Barr-virus infektoi vain kädellisten B-lymfosyyttejä eikä lisääntyy kaikissa.

Herpesviruksen DNA koodaa vähintään 49 erilaista proteiinia, joiden synteesiin käytetään lähes koko virusgenomin koodauskapasiteetti. Tällaisen monimutkaisen järjestelmän fysiologian tutkiminen on kaikkea muuta kuin helppo tehtävä.

Poxvirukset

Kaikissa edellä käsitellyissä DNA:ta sisältävissä viruksissa DNA syntetisoituu infektoituneen solun tumassa ja niiden virionit kypsyvät siellä. Kaikki rokkovirusten lisääntymisvaiheet tapahtuvat vain sytoplasmassa. Tästä johtuen poxvirusten lisääntyminen tapahtuu täysin erilaisissa olosuhteissa kuin "ydin" DNA:ta sisältävien virusten. Tunnetaan laaja valikoima poxviruksia. Näistä ihmisille tärkein on variolavirus. Vacciniavirusta ja siihen liittyviä kanirokko- ja vacciniaviruksia on kuitenkin tutkittu yksityiskohtaisimmin. Kaikilla poxviruksilla on yhteinen antigeeni.

Poxvirusten lisääntymisen autonomia

Infektoituneiden solujen elektronimikroskopia osoittaa, että poxvirusten lisääntymisprosessi rajoittuu sytoplasmaan. Tämän todistaa vakuuttavimmin se tosiasia, että melkein koko tämän ryhmän virusten lisääntymissykli voidaan toteuttaa soluissa, joista sytokalasiini B:lle altistumisen seurauksena puuttuu ydin. Tällaisten fragmenttien infektio johtaa viruksen DNA:n ja monien niissä olevien virusproteiinien synteesiin: virionit eivät syntetisoidu tumattomissa soluissa. Tämän seurauksena poxvirukset siirtävät solun toiminnallisen aktiivisuuden keskuksen tumasta sytoplasmaan. Voidaan olettaa, että tätä varten viruksella on oltava laaja spesifinen informaatio, ja rokkoviruksilla on sellaista tietoa, joka ilmenee niiden koodaamien ja syntetisoimien proteiinien lukumääränä. Täysin sopusoinnussa tämän kanssa on, että tällaisten virusten DNA:n molekyylipaino on suurempi kuin minkään muun eläinviruksen ja että tämän viruksen lisääntyminen liittyy useiden entsyymien aktiivisuuden alkamiseen. Sytoplasmassa lisääntyvät poxvirukset ovat paljon lähempänä RNA-viruksia kuin "nukleaarisia" DNA-viruksia. Todellakin, kuten joidenkin RNA-virusten, rokkovirusten lisääntyminen sellaisenaan alkaa virionin DNA:n transkriptiolla itse virionin sisältämän RNA-polymeraasin toimesta. Virioni sisältää kaikki entsyymit, jotka ovat tarpeen prekursori-RNA:n muuntamiseksi toiminnallisesti aktiivisiksi mRNA:iksi.

Retrovirukset

Retroviruksilla on sekä RNA:ta että DNA:ta sisältävien virusten ominaisuuksia. Retrovirusten virionit sisältävät RNA:ta, mutta solun sisällä ne ovat DNA:na integroituneena isäntäsolun genomiin. Pohjimmiltaan näiden virusten RNA, joka tunkeutuu soluun, muuttuu sen geeneiksi, jotka voidaan siirtää jälkeläisille stabiilien integroitujen DNA-molekyylien muodossa. DNA-viruksia ei ole havaittu perivän tällä tavalla, koska kaikki DNA-virukset aiheuttavat tuottavan infektion ja tappavat solut, joissa ne lisääntyvät. DNA:ta sisältäviä viruksia voidaan sisällyttää isäntäsolun genomiin vain ”tuottamattomien” virusinfektioiden tapauksessa. Retrovirukset toisaalta lisääntyvät orastumalla, kuten monet muut RNA-virukset, ja ylläpitävät tuottavaa infektiota aiheuttamatta isäntäsolun kuolemaa. Sen perusteella, mitä on sanottu, on selvää, että keskeinen ongelma, jonka ratkaisua ei ole mahdollista ymmärtää näiden virusten lisääntymismekanismia, on se, kuinka ne muuttuvat RNA-viruksista DNA-geeneiksi; tätä prosessia kutsuttiin käänteistranskriptioksi, koska tässä biologisen tiedon virtauksen suunta on päinvastainen.

Monenlaisia retroviruksia on löydetty. Jotkut niistä voivat aiheuttaa pahanlaatuisia kasvaimia. Rous-sarkoomavirusta ja viruksia, jotka aiheuttavat leukemiaa kanoilla ja hiirillä, on tutkittu muita paremmin. Kaikista tunnetuista RNA-viruksista vain retrovirukset voivat aiheuttaa pahanlaatuisia kasvaimia. Siksi niitä kutsutaan yleisellä termillä "kasvain-RNA-virukset", vaikka monet retrovirukset eivät aiheuta pahanlaatuisia tai muita kliinisesti merkittäviä sairauksia. Siksi vain lisääntymismenetelmä yhdistää ne yhdeksi luokitusryhmäksi. Kuten muutkin virusryhmät, erilaisia retrovirukset eroavat toisistaan myös virionien koon ja morfologisten ominaisuuksien, proteiinien lukumäärän sekä herkkien isäntien ympyrän osalta.

Virusinfektion vaikutus solutasolla

Eläinviruksilla on kolmenlaisia vaikutuksia soluihin. Helposti havaittavissa oleva tuhoava eli sytolyyttinen vaikutus, jolle on tunnusomaista laaja vaurio monille eri soluorganelleille. On todennäköistä, että virusspesifiset makromolekyylit aiheuttavat primaarisia vaurioita, joihin liittyy sekundaaristen tuhoavien prosessien ketju, jossa itse solun aineenvaihduntatuotteet ovat jo mukana. Mahdollisten seurausten kirjon toisessa päässä on transformaatioilmiö, kun viruksen saastuttama solu saa kyvyn jakautua loputtomiin. Ilmeisesti tämä on seurausta virusgenomin tai sen osan vakaasta integroitumisesta solugenomiin, mikä ei johda solukuolemaan. Transformoitunut solu on usein poissa solujen jakautumista säätelevien mekanismien hallinnasta. Joidenkin virusten toiminta, joiden genomi ei sisälly solujen kromosomeihin, on väliasemassa voimakkaan tuhoavan vaikutuksen ja muuntavan vaikutuksen välillä. Näissä tapauksissa tartunnan saaneet solut toimivat jonkin aikaa ja ainakin yhdessä tapauksessa paramyksovirustartunnan saaneet ne jatkavat kasvuaan ja jakautumista tuottaen samanaikaisesti virusta ("pysyvä infektio"). Toinen solureaktion luokka on mahdollinen, jossa voidaan puhua viruksen induktiivisesta toiminnasta. Monet virukset pystyvät indusoimaan infektoituneessa solussa proteiinien muodostumista, joita ei koodaa virus, vaan solun genomi, mutta joita solut ilmeisesti syntetisoivat vasteena virusinfektiolle. Tämäntyyppinen reaktio ei välttämättä liity viruksen ja solun vuorovaikutuksen yhteen tai toiseen lopputulokseen.

Virusten sytolinen vaikutus: biokemialliset tiedot.

Tietäen, että monet virukset aiheuttavat rajuja tuhoisia muutoksia isäntäsoluissa, biokemistit kiinnostuivat siitä, pysähtyykö kaikkien solujen RNA- ja DNA-proteiinien synteesi, ja jos, niin missä järjestyksessä. Vastaukset tiivistyvät seuraaviin:

Todennäköisesti eri virukset estävät soluproteiinien synteesiä eri mekanismeja käyttäen. Myöskään tämän tukahdutuksen aste ja aika eivät ole samat.
Usein virus estää solujen RNA:n kertymisen keskeyttäen pre-r-RNA:n prosessoinnin, mutta vaikuttamatta sen synteesiin. Solujen tRNA:n tuotanto ei useinkaan vähene. Monissa tapauksissa solun mRNA:iden synteesi häiriintyy, mutta tämän häiriön mekanismi on täysin epäselvä.
Solujen DNA-synteesin käynnistyminen on usein tukahdutettu, mutta joissakin virusinfektioissa jo S-vaiheeseen päässeet solut voivat saada DNA-synteesin syklin valmiiksi ja S-vaiheen läpäisseet solut voivat myös käydä läpi mitoosin. Solujen DNA-synteesin estyminen on luultavasti toissijainen seuraus proteiinisynteesin lopettamisesta, koska DNA-synteesi tapahtuu vain, jos proteiinisynteesi jatkuu samaan aikaan.

Interferoni

Jos interferonia pidetään tässä vain proteiinina, jonka solu syntetisoi vasteena virusinfektiolle ja joka antaa muille soluille vastustuskyvyn infektiolle, tämä merkitsisi interferonin löydön historian ja sen yhteyden pitkään tunnettuun virushäiriöilmiöön jättämistä huomiotta.

On jo pitkään tiedetty, että eläin saa usein suojan yhden viruksen virulenttia vaikutusta vastaan sen seurauksena, että se on samanaikaisesti tai aiemmin saanut tartunnan saman viruksen vähemmän virulentilla kannalla tai jollain muulla ei-sukuisella viruksella. Tälle ilmiölle tehtiin ensimmäistä kertaa kvantitatiivinen analyysi, kun tutkittiin influenssaviruksen ei-neurotrooppisten kantojen estovaikutusta neurotrooppisen kannan lisääntymiseen. Tämä vaikutus ei ole vain elävällä viruksella: tarttuvan influenssaviruksen muodostuminen kanan alkioihin ultraviolettivalolla säteilytetyn influenssaviruksen vaikutuksesta.

Isaacs ja Lindeman havaitsivat, että säteilytetyllä viruksella injektoitujen kananpoikien alkioiden allantoisnesteellä oli myös häiritsevää aktiivisuutta. Tästä toiminnasta vastaava aine on nimeltään interferoni. Se estää useiden RNA- ja DNA-virusten lisääntymisen sekä kanan alkioissa että soluviljelmissä. Interferonia muodostuu myös monien eläinten kehossa. Se myös syntetisoi in vitro monenlaisia solutyyppejä, sekä normaaleja että pahanlaatuisia, vaikkakin hyvin eri määrinä. Hiiren L-solut ja erityisesti jalostettu ihmisen fibroblastilinja voivat toimia erityisen hyvinä interferonin tuottajina. Myös kiertävät leukosyytit tuottavat suuria määriä interferonia. Lopuksi jotkut kudokset näyttävät kerääntyvän interferonia, koska erilaisten epäspesifisten myrkyllisten aineiden, kuten bakteerien endotoksiinin, joutuminen kehoon johtaa nopeasti suurien määrien aineen ilmaantumiseen veren seerumiin, joka estää virusten lisääntymistä. todennäköisimmin interferoni.

Aikanaan uskottiin, että interferonit ovat tiukasti vesispesifisiä, mutta tämä ei pidä paikkaansa. Esimerkiksi ihmisen ja apinan interferonit suojaavat sekä ihmisen että apinan soluja viruksilta, ja myöhemmin havaittiin, että tämä koskee myös kauempana olevien lajien, kuten ihmisten ja erilaisten jyrsijöiden, interferoneja. Heterologisten interferonien tehokkuus vaihtelee kuitenkin suuresti.

Tietyn viruksen suojausaste määräytyy solutyypin, ei interferonin, mukaan. Ihmisen interferoni suojaa ihmissoluja vesicular stomatitis -virukselta paremmin kuin Semliki-metsävirukselta, ja sama suhde havaitaan suojattaessa ihmissoluja apinan interferonilla. Päinvastoin, apinan solut saavat enemmän suojaa toiselta näistä viruksista kuin ensimmäiseltä, riippumatta siitä, kumpaa kahdesta interferonista niihin lisätään.

Interferoni on erittäin aktiivinen proteiini. Ihmisen interferoni jo pitoisuutena 10-11 M estää vesicular stomatitis -viruksen lisääntymisen ihmisen fibroblasteissa. Vertailun vuoksi muistamme, että polypeptidihormonit, kuten insuliini, glukagoni ja muut, ovat fysiologisesti aktiivisia pitoisuuksina 5x10-10 - 1x10-8 M.

Jopa ilman interferonin täydellistä puhdistusta, sen heterogeenisuus voidaan osoittaa. Yhden lajin, kuten ihmisen, solujen tuottamat interferonit voivat suojata muiden, hyvin etäisten lajien, kuten kanien, soluja viruksilta. Stewart ja Desmeiter määrittelivät ihmisen leukosyyttiinterferonin molekyylipainon, joka suojasi sekä ihmisen että kanin soluja viruksilta. Raakavalmisteista he löysivät kahdentyyppisiä aktiivisia molekyylejä, joilla oli mol. Paino noin 21 000 ja 15 000. Pienempien molekyylien aktiivisuus suhteessa ihmissoluihin oli 20 kertaa suurempi kuin kanin soluihin verrattuna, kun taas suuremmat molekyylit olivat yhtä aktiivisia molemmissa tapauksissa. Sitä paitsi interferoni laiturilla. Se painoi 15 000, ja se inaktivoitui täysin B-merkaptoetanolin vaikutuksesta, joka rikkoo disulfidisiltoja, ja interferonin aktiivisuuden vaikutuksesta mol. Paino 21000 ei muuttunut. Siten monet (elleivät useimmat) solut tuottavat kahdenlaisia polypeptidejä, joilla on interferoniaktiivisuutta. Interferonin synteesin induktio ja solun "antiviraalisen" tilan indusointi interferonilla ovat kaksi läheisesti toisiinsa liittyvää, mutta todennäköisesti eri ilmiötä. Solut, jotka saavat vastustuskykyä viruksille, voivat tuottaa interferonia. Kuitenkin lähes varmasti ei interferoni itse ole vastuussa solujen vastustuskyvystä, vaan jokin muu proteiini, koska interferonin lisäämisestä kuluu useita tunteja virusresistenssin täydelliseen kehittymiseen ja sen jälkeen solut eivät välttämättä tuota. havaittavissa olevat interferonimäärät. Viruksen lisääminen interferonilla suojattuihin soluihin voi kuitenkin johtaa näiden solujen interferonin lisätuotantoon.

Interferonin aiheuttama soluresistenssin induktio viruksille

Solut in vitro -viljelmässä, joissa tapetut virukset tai polynukleotidit indusoivat interferonisynteesiä, tulevat myös vastustuskykyisiksi viruksille. Lisäksi monet interferonille altistuneet solut tuottavat erittäin suuria lisämääriä tätä ainetta, kun ne ovat virustartunnan saaneet. Vaikka jotkin apinan solut tulevat vastustuskykyisiksi viruksille altistuksen jälkeen apinan interferonille, ne eivät voi tuottaa havaittavia määriä interferonia eivätkä tule vastustuskykyisiksi viruksille altistuksen jälkeen poly(e)poly(c):lle ja muille kaksijuosteisille RNA:ille. Lisäksi tämän linjan solut, toisin kuin useimmat muut apinan munuaissolut, eivät tule vastustuskykyisiksi monille muille viruksille vihurirokkoviruksen aiheuttaman tartunnan jälkeen. On myös osoitettu, että tapauksissa, joissa interferoni-induktio poly(e)poly(c):llä yhdistetään anti-interferonivasta-aineiden lisäämiseen viljelmään, solut eivät tule vastustuskykyisiksi virusinfektiolle.

Kaikki nämä tiedot viittaavat siihen, että virusresistenssin luomiseksi on välttämätöntä, että pieniä määriä interferonia on solun pinnalla. On mahdollista, että resistenssin induktion aikana poly(e) poly(c:n) avulla muodostuu ensin interferonia ja sitten tämä interferoni indusoi resistenssitilan. Sen jälkeen kun tämä tila on täysin muodostunut, solujen interferonin muodostumista ei voida havaita, ja jos interferonia ei lisätä uudelleen, resistenssi häviää. Useiden muiden kokeiden tulokset tukevat myös hypoteesia, että interferoni indusoi solujen vastustuskykyä viruksille olemalla vuorovaikutuksessa solukalvon kanssa.

Solujen virusresistenssin molekyyliperusta.

Vaikka interferonin aiheuttama resistenssi suojaa soluja monilta DNA-RNA-viruksilta, suojan aste eri viruksia vastaan vaihtelee. Lisäksi, jotta saavutettaisiin samanlainen suojausaste saman viljelmän soluille eri viruksilta, tarvitaan erilaisia määriä interferonia. Myksovirukset, togavirukset ja vacciniavirus, joilla on lipidejä sisältävä vaippa, ovat herkempiä interferonin vaikutukselle kuin adenovirukset ja enterovirukset. Kuitenkin monet vaipalliset virukset, mukaan lukien herpes- ja Newcastlen taudin virukset, ovat vastustuskykyisempiä interferonille. Vakaimmat pienet RNA:ta sisältävät ikosaedrivirukset. Interferoni estää virusinfektion viruksen adsorption ja sen soluun tunkeutumisen jälkeen. Koska interferoni voi tukahduttaa sekä RNA- että DNA-virusten replikaation, on loogista olettaa, että se estää virusten mRNA:iden translaation solun ribosomeissa, mikä on kaikille viruksille yhteinen prosessi. Sellainen vaikutus voitaisiin toteuttaa antiviraalisen proteiinin osallistumisella, joka pystyy erottamaan solun mRNA:t viruksista. Tutkittaessa proteiinisynteesiä interferonilla käsitellyissä solu-uutteissa ei kuitenkaan saatu vakuuttavia todisteita siitä, että tällaiset järjestelmät normaalisti transloisivat solun mRNA:ita, mutta eivät transloi viruksen mRNA:ita. Siten huolimatta yksinkertaisimman hypoteesin houkuttelevuudesta, joka selittää interferonin vaikutuksen viruksen mRNA:n translaation selektiivisellä suppressiolla, on tunnustettava, että mikään yksinkertainen mekanismi ei ole yhdenmukainen kaikkien tunnettujen tietojen kanssa solujen vastustuskyvystä virusinfektiolle.

Interferonille altistetuissa ja sitten vacciniaviruksella infektoiduissa soluissa virionin DNA:sta riippuvaisen RNA-polymeraasin "varhaisten" mRNA:iden synteesi ei vaimene, mutta näitä mRNA:ita ei transloida eikä varhaisten virusproteiinien synteesiä tapahdu. Kun solut infektoidaan reoviruksilla, suuret määrät interferonia myös vain vähän estävät virusten mRNA:iden synteesiä ja estävät niiden translaatiota paljon voimakkaammin. 3-pää. Siksi on mahdollista, että indusoitu virusresistenssi ei liity translaatiolaitteiston muutokseen, vaan viallisten virus-mRNA:iden muodostumiseen.

Virusten häiriöt ilman interferonin osallistumista

Jotkin virusinfektiot sulkevat pois mahdollisuuden myöhempään lisääntymiseen samoissa soluissa muilla ei-sukulaisilla ja joissakin tapauksissa sukulaisviruksilla. Tätä ilmiötä kutsuttiin häiriöksi. Toisin kuin interferonin vaikutus, se ei liity solugenomin reaktioon virusinfektioon, vaan siihen, että ensimmäinen virus muodostaa solussa spesifisiä tuotteita, jotka estävät toista virusta lisääntymästä samassa solussa. Monia eri virusten pariyhdistelmiä on tutkittu: luultavasti useimmissa tapauksissa häiriö johtuu toisen viruksen mRNA:n translaation estämisestä. Kuitenkin joissakin tapauksissa ensimmäinen virus estää toisen kyvyn läpäistä solun plasmakalvoa kunnolla.

Erilaisia taudinaiheuttajia ja niiden aiheuttamia sairauksia

Ei mikään rakentamisyritys yksinkertainen järjestelmä Patogeenisten virusten luokittelu ei ole vielä onnistunut. Ei ole olemassa kliinistä oireyhtymää, jonka voisi aiheuttaa vain yksi virustyyppi, eikä ole olemassa virusryhmää, joka vaikuttaa vain yhteen tiettyyn kudokseen. Esimerkiksi ylempien hengitysteiden lieviä sairauksia voivat aiheuttaa pikornavirukset (ns. vilustumista aiheuttavat rinovirukset), adenovirukset, myksovirukset (influenssavirus), paramyksovirukset (respiratory syncytial virus) ja luultavasti muut, kuten reovirukset, joilla on kirjekuori - koronavirukset. Maksaan voivat vaikuttaa togavirukset (esimerkiksi keltakuumevirus) ja hepatiittivirus (se sisältää todennäköisesti DNA:ta ja lipidejä). Togavirukset voivat aiheuttaa halvaantumiseen ja kuolemaan johtavia hermoston sairauksia - tähän ryhmään kuuluu kymmeniä erilaisia enkefaliitin patogeenejä, rabdoviruksia (esimerkiksi rabiesvirus), pikornaviruksia (poliovirus) ja monia muita. Systeemiin virustautiin, joihin liittyy runsasta ihottumaa, kuuluvat isorokko, joka on ehkä uhkaavin virusinfektio, sekä yleiset ja lievät sairaudet kuten tuhkarokko, vesirokko ja vihurirokko. Isorokkovirus, joka viime aikoihin asti tappoi monia ihmisiä kehitysmaissa, on tyypillinen rokkovirusryhmän jäsen.

Tuhkarokkovirus, nopeasti ohimenevän sairauden aiheuttaja, jossa keskushermosto kuitenkin joskus vaikuttaa, on paramyksovirus ja vihurirokkovirus, yleensä lievä sairaus, joka ilmenee pääasiassa ihottumana, on togavirus. . "Vuorirokko"-nimisen sairauden aiheuttaa itse asiassa herpesvirus, joka ei ole ollenkaan sukua isorokkovirukselle. Aetol on erittäin tarttuva virus, joka aiheuttaa lähes poikkeuksetta kliinisesti ilmeisen sairauden.

Pysyvät infektiot

Suurin osa edellä mainituista virusinfektioista johtaa vastaavien oireiden kehittymiseen muutamassa päivässä tai enintään kahdessa tai kolmessa viikossa. Nämä sairaudet ovat akuutteja, ts. ne alkavat enemmän tai vähemmän yhtäkkiä ja kestävät tietyn, riittävän ajan lyhyt aika. Kuitenkin monissa muissa tapauksissa virukset ovat vuorovaikutuksessa eläimen tai ihmiskehon kanssa hyvin pitkään. Tällaisten infektioiden muotoja on seuraavat:

piileviä infektioita, joissa elimistössä oleva virus aiheuttaa vain satunnaisesti tyypillisiä vaurioita, jotka pian häviävät itsestään. Virus voidaan eristää sairastuneilta alueilta, mutta silloin siitä tulee ”latentti”, ts. sitä ei voi enää tunnistaa.
krooniset infektiot ovat pitkäaikaisia sairauksia, joissa virus on jatkuvasti läsnä. Oireet voivat puuttua kokonaan tai ne voivat johtua virus-vasta-ainekompleksista tai antiviraalisten vasta-aineiden vuorovaikutuksesta infektoituneiden solujen kanssa, todennäköisimmin niiden kalvojen kanssa.
hitaat infektiot - hitaasti etenevät tartuntataudit, joilla on poikkeuksellisen pitkä piilevä ajanjakso.

immuunireaktiot

Spesifisin vaste virusinfektioon on tietysti vasta-aineiden tuotanto. Verenkierrossa olevilla vasta-aineilla näyttää olevan tärkeä rooli joidenkin virusinfektioiden ehkäisyssä. Esimerkiksi sekä monien virusten aiheuttamien sairauksien että rokotuksen jälkeen havaitaan pitkäkestoinen immuniteetti ja spesifisiä vasta-aineita havaitaan veren seerumissa. Monissa virusinfektioissa kiertävät vasta-aineet toimivat todennäköisesti esteenä viruksen leviämiselle koko kehossa. Tästä on osoituksena se, että tuhkarokkossa ja sikotautissa globuliinin varhainen antaminen estää taudin jatkokehityksen. Luultavasti luonnossa esiintyvissä sairauksissa vasta-aineiden nopea ilmaantuminen vereen voi estää viruksen leviämisen infektioiden ensisijaisesta fokuksesta. Kun poliovirus on injektoitu kaneihin, tämän viruksen vasta-aineet voidaan havaita seerumista 24 tunnin kuluessa riittävän herkällä menetelmällä. Siksi on täysin mahdollista, että juuri nämä varhaiset vasta-aineet ovat vastuussa siitä, että ihmisillä tämän viruksen lisääntyminen kurkussa ja suolistossa ei useimmissa tapauksissa johda sen leviämiseen koko kehoon. Samasta syystä sairaan eläimen pureman henkilön välittömän rokotuksen uskotaan suojaavan sen keskushermostoa raivotautivirukselta.

Kasvainvirukset

Vuosien aikana, jotka ovat kuluneet siitä, kun virussarkoomien esiintyminen kanoissa ensimmäisen kerran todettiin, lukuisat tutkijat ovat löytäneet onkogeenisiä viruksia, jotka kuuluvat kahteen ryhmään eri selkärankaisilla: DNA:ta sisältäviä ja retroviruksia. Onkogeenisten DNA-virusten joukossa ovat pakovirukset, adekovirukset ja herpesvirukset. RNA-viruksista vain retrovirukset aiheuttavat kasvaimia.

Onkogeenisten virusten aiheuttamien kasvainten valikoima on epätavallisen laaja. Vaikka polyoomavirus aiheuttaa pääasiassa sylkirauhaskasvaimia, sen nimi osoittaa, että se voi aiheuttaa monia muita kasvaimia. Retrovirukset aiheuttavat pääasiassa leukemioita ja sarkoomia, jotka ovat usein syynä rintojen ja useiden muiden elinten kasvaimiin. Vaikka syöpä on koko organismin sairaus, samanlainen ilmiö, nimeltään transformaatio, havaitaan myös soluviljelmissä. Tällaisia järjestelmiä käytetään malleina onkogeenisten virusten tutkimuksessa. Kyky transformoida soluja in vitro on monien onkogeenisten virusten kvantitatiivisen määritysmenetelmien perusta. Samoja järjestelmiä käytetään myös normaalien ja kasvainsolujen fysiologian vertailevaan tutkimukseen.

Mikä on muunnettu solu?

Yksi tapa saada transformoitujen solujen populaatio on infektoida normaalit solut onkogeenisellä viruksella, kuten Rousin sarkoomaviruksella tai polyoomaviruksella, ja sitten eristää modifioitujen solujen pesäkkeet. Muutokset voivat liittyä solujen morfologiaan (esimerkiksi niiden pyöristymiseen) ja kasvumalleihin (solujen "ryömiminen" päällekkäin, toisin kuin normaali kasvu yksikerroksisen viljelmän muodossa tai lisääntymiskyvyn hankkiminen puolinestemäinen väliaine, jossa normaalit solut eivät lisäänty).

Transformoituneiden solujen valinnassa on muitakin kriteerejä. Pääsääntöisesti yhden kriteerin mukaan valitut solut täyttävät useimmat muut. Useimmilla onkogeenisilla DNA-viruksilla ja retroviruksilla, jotka aiheuttavat sarkoomia, on kyky transformoida soluja in vitro. Leukemiaa aiheuttavat retrovirukset päinvastoin lisääntyvät soluissa aiheuttamatta niiden transformaatiota. Saatuaan soluviljelmän, joka on tunnistettu transformoituneiksi jonkin edellä mainitun kriteerin mukaisesti, niitä tulisi verrata normaaleihin soluihin useissa muissa parametreissa. Monissa tämäntyyppisissä kirjoissa luetellaan ne muutokset solujen ominaisuuksissa, jotka tapahtuvat transformaatioprosessin aikana. Kaksi suurta muutosryhmää tunnetaan:

1) muutokset kasvun ja eliniän säätelyssä sekä

muutokset solun pinnassa (plasmakalvo).

Muutokset solujen ominaisuuksissa, jotka määräävät kasvun ja lisääntymisen.

Suurin osa normaaleista soluista, lisääntyessään, kiinnittyy substraattiin (astian lasi- tai muoviseinämään). Normaalit solut lopettavat jakautumisen jo ennen kuin ravintoalusta on kulunut loppuun. Ne pysyvät kiinnittyneinä substraattiin elävinä lepäävinä soluina. Jos tällaiset solut poistetaan substraatista ja asetetaan olosuhteisiin, joissa väestötiheys on vähentynyt, ne alkavat jakautua uudelleen. Ensi silmäyksellä näyttää siltä, että normaalin viljelmän solut, joiden kasvu on pysähtynyt, ovat järjestetty yksikerroksiseksi. Itse asiassa tällaisissa viljelmissä vain solujen huomattavimmat osat - niiden ydin - eivät mene päällekkäin, kun taas sytoplasma päinvastoin limittyy hyvin suurella alueella; kuitenkin tällaisia kulttuureja kutsutaan yleensä yksikerroksisiksi.

Toisin kuin normaalit solut, useimmat transformoidut solut eivät mene lepovaiheeseen, vaan jatkavat jatkuvaa jakautumista. Tämä näyttää olevan transformoituneiden solujen tyypillisin piirre. Jatkuvasti jakautuvat solut eivät reagoi kosketukseen naapurisolujen kanssa: törmättyään toiseen soluun matkallaan ne eivät lopeta jakautumista: ne kasvavat kaoottisesti, ryömivät muiden solujen alle tai ryömivät niiden päällä, minkä seurauksena muodostuu monikerroksisia muodottomia massoja .

Ihmiskunta tutustui viruksiin 1990-luvun lopulla Dmitri Ivanovskin ja Martin Beijerinckin teosten jälkeen. Tutkiessaan tupakkakasvien ei-bakteerivaurioita tutkijat analysoivat ja kuvasivat ensimmäistä kertaa 5 tuhatta virustyyppiä. Nykyään oletetaan, että heitä on miljoonia ja he elävät kaikkialla.

Elossa vai ei?

Virukset koostuvat DNA- ja RNA-molekyyleistä, jotka välittävät geenitietoa eri yhdistelminä, molekyyliä suojaavasta kuoresta ja lisäsuojasta lipidisuojasta.

Geenien läsnäolo ja lisääntymiskyky antavat meille mahdollisuuden luokitella virukset eläviksi, ja proteiinisynteesin puute ja itsenäisen kehityksen mahdottomuus luokittelee ne elottomiksi biologisiksi organismeiksi.

Virukset pystyvät myös liittoutumaan bakteerien ja. He voivat välittää tietoa RNA-vaihdon kautta ja välttää immuunivasteen jättämällä huomiotta lääkkeet ja rokotteet. Kysymys siitä, onko virus elossa, on edelleen avoin.

Vaarallisin vihollinen

Nykyään virus, joka ei reagoi antibiooteihin, on ihmisen kauhein vihollinen. Viruslääkkeiden löytäminen helpotti tilannetta hieman, mutta AIDSia ja hepatiittia ei ole vielä voitettu.

Rokotteet antavat suojaa vain joitain kausiluonteisia viruskantoja vastaan, mutta niiden nopea mutatoitumiskyky tekee rokotuksista tehottomia seuraavana vuonna. Vakavin uhka maailman väestölle voi olla kyvyttömyys selviytyä uudesta virusepidemiasta ajoissa.

Influenssa on vain pieni osa "virusjäävuorta". Afrikassa leviävä Ebola-virustartunta on johtanut karanteenitoimenpiteiden käyttöönottoon ympäri maailmaa. Valitettavasti tautia on erittäin vaikea hoitaa, ja kuolleiden prosenttiosuus on edelleen korkea.

Virusten ominaisuus oli niiden uskomattoman nopea lisääntymiskyky. Bakteriofagivirus pystyy ohittamaan bakteerin 100 000 kertaa. Siksi virologit kaikkialta maailmasta yrittävät pelastaa ihmiskunnan tappavalta uhalta.

Tärkeimmät toimenpiteet virusinfektioiden ehkäisemiseksi ovat: rokotukset, henkilökohtainen hygienia ja oikea-aikainen pääsy lääkäriin infektion sattuessa. Yksi oireista oli korkea kuume, jota ei voida laskea yksinään.

Virussairauden kanssa ei kannata panikoida, mutta varovaisuus voi kirjaimellisesti pelastaa henkesi. Lääkärit sanovat, että infektiot muuntuvat niin paljon, että ihmissivilisaatio on olemassa, ja tutkijoilla on vielä monia tärkeitä löytöjä virusten alkuperästä ja käyttäytymisestä sekä niiden torjunnasta.

Virukset - olento vai aine?

Viimeisten 100 vuoden aikana tutkijat ovat toistuvasti muuttaneet ymmärrystään virusten luonteesta, mikroskooppisista sairauksien kantajista.

Aluksi viruksia pidettiin myrkyllisinä aineina, sitten - yhtenä elämänmuodoista, sitten - biokemiallisista yhdisteistä. Nykyään oletetaan, että ne ovat elävän ja ei-elävän maailman välillä ja ovat evoluution pääasiallisia osallistujia.

1800-luvun lopulla havaittiin, että tietyt sairaudet, kuten raivotauti ja suu- ja sorkkatauti, aiheuttavat hiukkasia, jotka näyttävät bakteereilta, mutta paljon pienempiä. Koska ne olivat luonteeltaan biologisia ja tarttuivat uhrilta toiselle aiheuttaen samoja oireita, viruksia alettiin pitää pienimpinä elävinä organismeina, jotka kantavat geneettistä tietoa.

Virusten väheneminen elottomien kemiallisten kokonaisuuksien tasolle tapahtui vuoden 1935 jälkeen, kun Wendell Stanley kiteytti ensimmäisen kerran tupakan mosaiikkiviruksen. Todettiin, että kiteet koostuvat monimutkaisista biokemiallisista komponenteista ja niillä ei ole biologisille järjestelmille tarpeellista ominaisuutta - metabolista aktiivisuutta. Vuonna 1946 tiedemies sai Nobel-palkinnon tästä työstä kemiassa, ei fysiologiassa tai lääketieteessä.

Stanleyn lisätutkimukset osoittivat selvästi, että mikä tahansa virus koostuu nukleiinihaposta (DNA tai RNA), joka on pakattu proteiinikuoreen. Suojaproteiinien lisäksi joissakin niistä on spesifisiä virusproteiineja, jotka osallistuvat soluinfektioon. Jos arvioimme viruksia vain tämän kuvauksen perusteella, ne näyttävät todella enemmän kemiallisilta aineilta kuin elävältä organismilta. Mutta kun virus tulee soluun (jonka jälkeen sitä kutsutaan isäntäsoluksi), kuva muuttuu. Se irrottaa proteiinikuoren ja alistaa koko solulaitteiston pakottaen sen syntetisoimaan virus-DNA:ta tai RNA:ta ja virusproteiineja genomiinsa tallennettujen ohjeiden mukaisesti, esim. valmis infektoimaan muita soluja.

Tämä järjestelmä on pakottanut monet tiedemiehet tarkastelemaan viruksia uudella tavalla. Niitä alettiin pitää esineinä, jotka sijaitsevat elävän ja elottomien maailmojen rajalla. Virologien Mark van Regenmortel (M.H.V. van Regenmortel) Strasbourgin yliopistosta Ranskasta ja Brian Mahy (B.W. Mahy) Centers for Disease Prevention and Control -järjestöstä mukaan tätä olemassaolotapaa voidaan kutsua "elämäksi lainaksi". Mielenkiintoinen tosiasia on, että vaikka biologit pitivät virusta pitkään "proteiinilaatikkona", joka oli täynnä kemiallisia yksityiskohtia, he käyttivät sen kykyä replikoitua isäntäsolussa tutkiakseen proteiinien koodausmekanismia. Nykyaikainen molekyylibiologia on suurelta osin velkaa menestyksestään virustutkimuksesta saadulle tiedolle.

Tutkijat ovat kiteyttäneet suurimman osan solukomponenteista (ribosomit, mitokondriot, kalvorakenteet, DNA, proteiinit) ja pitävät niitä nykyään joko "kemiallisina koneina" tai materiaalina, jota nämä koneet käyttävät tai tuottavat. Tällainen näkemys monimutkaisista kemiallisista rakenteista, jotka varmistavat solun elintärkeän toiminnan, on aiheuttanut molekyylibiologit vähän huolta virusten tilasta. Tutkijat olivat kiinnostuneita heistä vain aineina, jotka pystyivät käyttämään soluja omiin tarkoituksiinsa tai toimimaan tartuntalähteenä. Monimutkaisempi ongelma virusten vaikutuksesta evoluutioon on edelleen merkityksetön useimmille tutkijoille.

Ollakko vai eikö olla?

Mitä sana "elä" tarkoittaa? Useimmat tiedemiehet ovat yhtä mieltä siitä, että elävillä organismeilla tulee olla lisääntymiskyvyn lisäksi myös muita ominaisuuksia. Esimerkiksi minkä tahansa olennon elämä on aina ajallisesti rajoitettu - se syntyy ja kuolee. Lisäksi elävillä organismeilla on tietty autonomia biokemiallisessa mielessä, ts. luottavat jossain määrin omiin aineenvaihduntaprosesseihinsa tarjotakseen heille niitä ylläpitäviä aineita ja energiaa.

Kivi, samoin kuin nestepisara, jossa aineenvaihduntaprosesseja tapahtuu, mutta joka ei sisällä geneettistä materiaalia eikä kykene lisääntymään itsestään, on epäilemättä eloton esine. Bakteeri taas on elävä organismi, ja vaikka se koostuu vain yhdestä solusta, se voi tuottaa energiaa ja syntetisoida aineita, jotka varmistavat sen olemassaolon ja lisääntymisen. Mitä tässä yhteydessä voidaan sanoa siemenestä? Kaikki siemenet eivät näytä elonmerkkejä. Lepotilassa se kuitenkin sisältää potentiaalin, jonka se sai epäilemättä elävästä aineesta ja joka tietyissä olosuhteissa voidaan toteuttaa. Samalla siemen voi tuhoutua peruuttamattomasti, jolloin potentiaali jää toteutumatta. Tässä suhteessa virus on enemmän kuin siemen kuin elävä solu: sillä on joitain mahdollisuuksia, jotka eivät ehkä toteudu, mutta itsenäiseen olemassaoloon ei ole kykyä.

Elävää voidaan myös pitää tilana, johon tietyissä olosuhteissa siirtyy elottomista komponenteista koostuva järjestelmä, jolla on tietyt ominaisuudet. Elämä ja tietoisuus voidaan mainita esimerkkinä tällaisista monimutkaisista (syntyvistä) järjestelmistä. Sopivan tilan saavuttamiseksi heillä on oltava tietty vaikeustaso. Siten neuronilla (itsensä tai edes osana hermoverkkoa) ei ole tajuntaa, tämä vaatii aivot. Mutta ehjät aivot voivat olla biologisesti elossa eivätkä samalla tarjoa tietoisuutta. Samoin solu- tai virusgeenit tai proteiinit eivät itsessään toimi elävänä aineena, ja solu, josta puuttuu tuma, on samanlainen kuin meistetty ihminen, koska sillä ei ole kriittistä monimutkaisuutta. Virus ei myöskään pysty saavuttamaan tätä tasoa. Joten elämä voidaan määritellä jonkinlaiseksi monimutkaiseksi ilmaantuvaksi tilaksi, joka sisältää samat perus "rakennuspalikat" kuin viruksellakin. Jos noudatamme tätä logiikkaa, virukset, vaikka ne eivät olekaan eläviä esineitä sanan varsinaisessa merkityksessä, ei silti voida luokitella inertiksi järjestelmäksi: ne ovat elävien ja elottomien rajalla.

VIRUKSEN TOISTUMINEN

Viruksilla on epäilemättä kaikille eläville organismeille luontainen ominaisuus - kyky lisääntyä, vaikka isäntäsolun välttämättömällä osallistumisella. Kuvassa näkyy sellaisen viruksen replikaatio, jonka genomi on kaksijuosteinen DNA. Faagien (virukset, jotka infektoivat ei-nukleaarisia bakteereja), RNA-virusten ja retrovirusten replikaatioprosessi eroaa tässä esitetystä vain yksityiskohtaisesti.

Virukset ja evoluutio

Viruksilla on oma, hyvin pitkä evoluutiohistoriansa, joka juontaa juurensa yksisoluisten organismien alkuperään. Täten jotkin viruskorjausjärjestelmät, jotka varmistavat väärien emästen poistamisen DNA:sta ja happiradikaalien jne. vaikutuksesta aiheutuvien vaurioiden eliminoimisen, ovat olemassa vain yksittäisissä viruksissa ja ovat muuttumattomina miljardeja vuosia.

Tutkijat eivät kiellä, että viruksilla oli jokin rooli evoluutiossa. Mutta pitäessään niitä elottomina aineina, he asettivat ne sellaisiin tekijöihin kuin ilmasto-olosuhteet. Tällainen tekijä vaikutti organismeihin, joilla oli ulkopuolelta muuttuvia, geneettisesti määrättyjä piirteitä. Tälle vaikutukselle vastustuskykyisemmät organismit selvisivät onnistuneesti, lisääntyivät ja välittivät geeninsä seuraaville sukupolville.

Todellisuudessa virukset vaikuttivat kuitenkin geneettiseen materiaaliin eläviä organismeja ei välillisesti, vaan suorimmin - he vaihtoivat DNA:taan ja RNA:taan hänen kanssaan, ts. olivat biologisia pelaajia. Suuri yllätys lääkäreille ja evoluutiobiologeille oli se, että useimmat virukset osoittautuivat melko harmittomiksi olentoiksi, joihin ei liittynyt mitään sairauksia. Ne nukahtavat hiljaa isäntäsolujen sisällä tai käyttävät laitteitaan kiireettömään lisääntymiseen ilman soluvaurioita. Tällaisilla viruksilla on paljon temppuja, joiden avulla ne voivat välttää solun immuunijärjestelmän tarkkaavaisen silmän - jokaista immuunivasteen vaihetta varten niillä on geeni, joka ohjaa tai muokkaa tätä vaihetta heidän edukseen.

Lisäksi solun ja viruksen yhteiseloprosessissa virusgenomi (DNA tai RNA) "kolonisoi" isäntäsolun genomin ja toimittaa sille yhä enemmän uusia geenejä, joista tulee lopulta olennainen osa genomia. tietyn lajin organismit. Virukset vaikuttavat eläviin organismeihin nopeammin ja suoremmin kuin ulkoiset tekijät, jotka valitsevat geneettisiä muunnelmia. Suuret viruspopulaatiot yhdessä niiden korkean replikaationopeuden ja mutaationopeuden kanssa tekevät niistä tärkeän geneettisen innovaation lähteen, joka luo jatkuvasti uusia geenejä. Mikä tahansa ainutlaatuinen virusperäinen geeni, joka kulkee, siirtyy organismista toiseen ja osallistuu evoluutioprosessiin.

Solu, jonka tuman DNA on tuhoutunut, on todellinen "kuollut mies": siitä on riistetty geneettistä materiaalia toimintaohjeineen. Mutta virus voi käyttää jäljellä olevia ehjiä solukomponentteja ja sytoplasmaa replikoitumiseen. Hän alistaa solulaitteiston ja pakottaa sen käyttämään virusgeenejä ohjeiden lähteenä virusproteiinien synteesiin ja virusgenomin replikaatioon. Virusten ainutlaatuinen kyky kehittyä kuolleissa soluissa on selkein, kun isännät ovat yksisoluisia organismeja, jotka elävät pääasiassa valtamerissä. (Valtaosa viruksista elää maalla. Asiantuntijoiden mukaan valtamerissä ei ole enempää kuin 1030 viruspartikkelia.)

Bakteerit, fotosynteettiset syanobakteerit ja levät, potentiaaliset merivirusten isännät, kuolevat usein ultraviolettisäteilyn vaikutuksesta, mikä tuhoaa niiden DNA:n. Samaan aikaan jotkut virukset (organismien "vieraat") sisältävät mekanismin entsyymien synteesiä varten, jotka palauttavat isäntäsolun vaurioituneita molekyylejä ja tuovat sen takaisin elämään. Esimerkiksi syanobakteerit sisältävät entsyymiä, joka osallistuu fotosynteesiin, ja ylimääräisen valon vaikutuksesta joskus tuhoutuu, mikä johtaa solukuolemaan. Ja sitten virukset, joita kutsutaan syanofageiksi, "käynnistävät" bakteerien fotosynteettisen entsyymin analogin synteesin, joka kestää paremmin UV-säteilyä. Jos tällainen virus tartuttaa juuri kuolleen solun, fotosynteettinen entsyymi voi herättää sen eloon. Siten viruksella on "geeniresuscitator" rooli.

Liialliset UV-säteilyannokset voivat myös johtaa syanofaagien kuolemaan, mutta joskus ne onnistuvat palautumaan henkiin moninkertaisen korjauksen avulla. Yleensä kussakin isäntäsolussa on useita viruksia, ja jos ne ovat vaurioituneet, ne voivat koota viruksen genomin pala palalta. A genomin eri osat voivat toimia yksittäisten geenien toimittajina, jotka yhdessä muiden geenien kanssa palauttavat genomin toiminnot täysimääräisesti ilman kokonaista virusta. Virukset ovat ainoita elävistä organismeista, jotka voivat, kuten Phoenix-lintu, syntyä uudelleen tuhkasta.

International Human Genome Sequencing Consortiumin mukaan 113–223 bakteereista ja ihmisistä löydettyä geeniä puuttuu hyvin tutkituista organismeista, kuten hiivasta Sacharomyces cerevisiae, hedelmäkärpäsestä Drosophila melanogaster ja sukkulamato Caenorhabditis elegans, jotka sijaitsevat näiden kahden välillä. äärimmäisyydet elävät organismit. Jotkut tutkijat uskovat, että hiiva, hedelmäkärpäs ja sukkulamato, jotka ilmestyivät bakteerien jälkeen, mutta ennen selkärankaisia, yksinkertaisesti menettivät vastaavat geenit jossain vaiheessa evoluution kehitystään. Toiset uskovat, että geenit siirtyivät ihmiseen hänen kehoonsa joutuneiden bakteerien kautta.

Yhdessä Oregonin kansanterveysyliopiston rokotteiden ja geeniterapian instituutin kollegoiden kanssa oletamme, että oli olemassa kolmas reitti: geenit olivat alun perin virusperäisiä, mutta sitten kolonisoivat kahden eri organismilinjan edustajat, kuten bakteerit. ja selkärankaiset. Geeni, jonka bakteeri antoi ihmiskunnalle, voidaan siirtää kahteen viruksen mainitsemaan linjaan.

Lisäksi olemme varmoja, että itse solun ydin on virusperäinen. Ytimen ulkonäköä (rakenne, joka löytyy vain eukaryooteista, mukaan lukien ihmiset, ja joka puuttuu prokaryooteista, kuten bakteereista) ei voida selittää prokaryoottisten organismien asteittaisella sopeutumisella muuttuviin olosuhteisiin. Se olisi voitu muodostaa jo olemassa olevan suurimolekyylisen virus-DNA:n perusteella, joka rakensi itselleen pysyvän "kodin" prokaryoottisolun sisään. Tämän vahvistaa se tosiasia, että T4-faagin DNA-polymeraasigeeni (DNA-replikaatioon osallistuva entsyymi) (faageja kutsutaan viruksiksi, jotka infektoivat bakteereja) on nukleotidisekvenssiltään lähellä sekä eukaryoottien että niiden virusten DNA-polymeraasigeenejä. tartuttaa ne. Lisäksi Patrick Forterre Etelä-Pariisin yliopistosta, joka tutki DNA:n replikaatioon osallistuvia entsyymejä, tuli siihen tulokseen, että geenit, jotka määräävät niiden synteesin eukaryooteissa, ovat virusperäisiä.

bluetongue virus

Virukset vaikuttavat ehdottomasti kaikkiin elämän muotoihin maapallolla ja määräävät usein niiden kohtalon. Samalla ne myös kehittyvät. Uusien virusten ilmaantuminen, kuten AIDSia aiheuttava HIV-virus, on suora todiste.

Virukset muuttavat jatkuvasti rajoja biologisen ja biokemiallisen maailman välillä. Mitä pidemmälle edistymme eri organismien genomien tutkimuksessa, sitä enemmän löydämme todisteita geenien läsnäolosta niissä dynaamisesta, hyvin vanhasta poolista. Nobel-palkittu Salvador Luria sanoi vuonna 1969 näin virusten vaikutuksesta evoluutioon: "Ehkä virukset, joilla oli kyky sisällyttää solun genomiin ja poistua siitä, olivat aktiivisia osallistujia kaikkien elävien olentojen geneettisen materiaalin optimointiprosessissa. evoluution kulkua. Emme yksinkertaisesti huomanneet sitä." Riippumatta siitä, mihin maailmaan - elävään vai elottomaan - virukset laskemme, on tullut aika tarkastella niitä ei erillään, vaan ottamalla huomioon jatkuva yhteys eläviin organismeihin.

KIRJAILIJASTA:
Luis Villareal(Luis P. Villarreal) - Irvinen Kalifornian yliopiston virustutkimuskeskuksen johtaja. Hän valmistui biologian tohtoriksi Kalifornian yliopistosta San Diegosta ja työskenteli sitten Stanfordin yliopistossa Nobel-palkitun Paul Bergin laboratoriossa. Hän osallistuu aktiivisesti opettamiseen ja osallistuu tällä hetkellä bioterrorismin uhan torjuntaohjelmien kehittämiseen.

Lähes kaikella, mitä täällä sanottiin, ei ole suoraa yhteyttä tapaukseen.
Virus ei vain ole organismi, saati sitten elävä.
Elävä organismi on monimutkainen biologinen järjestelmä, joka pystyy lisääntymään itsestään ja ylläpitämään omaa elintärkeää toimintaansa (hengittää, kuluttaa ravinteita jne.). Se voi olla yksisoluinen (esim. bakteerit) tai monisoluinen. Virus on DNA- tai RNA-molekyylejä ja proteiineja, joka on vain pala geneettistä koodia, joka ei osoita tärkeimpiä elämän merkkejä.
Jos annamme analogian mekanismien maailmasta, niin solu voidaan esittää esimerkiksi kopiokoneena (ja tämä on mekanismi), ja virus on paperiarkki, jossa on tekstiä (tämä ei ole enää mekanismi) . Joten paperiarkin joutuminen kopiokoneeseen johtaa siihen, että kopiokone alkaa kopioida tästä arkista tekstiä, ja tekee tämän, kunnes joko tämä arkki poistetaan kopiokoneesta tai kunnes kopiokone on mokasi.
Suunnilleen sama suhde syntyy solun (elävä järjestelmä) ja viruksen (eloton esine) välillä.

3 vuotta takaisin Kirjailija: Roman Sapryga

Jos ilmaiset samaa tai eri mieltä analogiastasi robotin kanssa, vertailu on varsin sopiva. Hieman teoriaa: virus latista. "virus" - myrkkyä

Suurin osa maapallolla nykyään elävistä organismeista koostuu soluista, ja vain viruksilla ei ole solurakennetta.

Tämän tärkeimmän ominaisuuden mukaan tiedemiehet jakavat kaikki elävät olennot kahteen valtakuntaan:
- esisoluja (virukset ja faagit),
- solu (kaikki muut organismit: bakteerit ja niitä lähellä olevat ryhmät, sienet, vihreät kasvit, eläimet ja ihmiset).

Virioni (tai viruspartikkeli) koostuu yhdestä tai useammasta proteiinikuoreen (kapsidiin) suljetusta DNA- tai RNA-molekyylistä, joka joskus sisältää myös lipidi- ja hiilihydraattikomponentteja.

Viruspartikkelien (niitä kutsutaan myös virioneiksi) halkaisija on 20-300 nm. Toisin sanoen ne ovat paljon pienempiä kuin pienimmät prokaryoottisolut. Koska proteiinien ja joidenkin aminohappojen koot ovat välillä 2-50 nm, viruspartikkelia voitaisiin pitää yksinkertaisesti makromolekyylien kompleksina. Pienen kokonsa ja lisääntymiskyvyttömyytensä vuoksi virukset luokitellaan usein "elottomaksi".

He sanovat: "Virus on elämän välimuoto eli ei-elämä", koska isäntäsolun ulkopuolella se muuttuu kiteeksi.

Uskotaan, että virus on siirtymä kemiasta elämään.

Tärkein erottuvia piirteitä virukset ovat seuraavat:

2. Heillä ei ole omaa aineenvaihduntaa, heillä on hyvin rajallinen määrä entsyymejä. Lisääntymiseen käytetään isäntäsolun aineenvaihduntaa, entsyymejä ja energiaa.

3 vuotta takaisin alkaen Aleksanteri Zhmurko

Suosittu luokassa: