страница 1 ... страница 2 | страница 3 страница 4
Лабораторное занятие 4
Организация геномов вирусов и выражения вирусного генома при репродукции вирусов
Цель занятия: изучить особенности организации вирусных геномов и общие принципы выражения геномов при репродукции вирусов.
Материалы: демонстрационные таблицы (рисунки) со схемами процесса репродукции вирусов с разными типами геномов.
Задание 1: проведите анализ особенностей строения вирусного генома
Ход работы
В протоколе занятия:
1 составьте графологическую схему «Типы вирусных геномов»;
2 назовите и изобразите в виде рисунков разнообразие форм структуры ДНК- и РНК-геномов;
3 дайте письменные ответы на вопросы задания 1;
4 составьте общую схему функциональной организации вирусных геномов.
Задание 2: проведите анализ механизмов образования репродуктивных типо-вариантов вирусов.
Ход работы
В протоколе занятия:
1 составьте графологическую схему «Репродуктивные типо-варианты вирусов»;
2 составьте таблицу «Механизмы образования репродуктивных типо-вариантов вирусов»:
Типо-вариант вируса
|
Механизм (причина) появления
типо-варианта
|
|
|
Задание 3: изучите общие принципы выражения генома при репродукции вирусов.
Ход работы
1 Рассмотрите рисунки на таблицах, изображающие этапы репродукции вирусов с различными типами геномов. Обратите внимание на особенности реализации генетической информации у вирусов с разными геномами.
2 В протоколах занятий под соответствующими рисунками дайте названия этапам репродукции вирусов с разными типами геномов.
3 Составьте и изобразите в протоколе занятия схемы репродукции вирусов в зависимости от типа генома.
Тема 4 Взаимодействие вирусов с клеткой – хозяином
4.1 Формы взаимодействия вирусов с клеткой
4.2 Формы продуктивности инфекции
4.3 Стадии репликации вирусов
4.1 Формы взаимодействия вирусов с клеткой
Репродукцией (лат. production, производство) вирусов называют процесс размножения вирусных частиц в чувствительных к ним клетках. Репродуцируются в них не все вирусы, а только вирулентные, обладающие высокой степенью патогенности. У интеграционных вирусов способность к репродукции возникает после исключения (отщепления) их генома от генома клеток.
Вирусы не способны к самостоятельному размножению. Синтез вирусных белков и воспроизведение копий вирусного генома обеспечивают биосинтетические процессы клетки-хозяина. Для вирусов характерен дизъюнктивный (разобщённый) тип репродукции, осуществляемый при взаимодействии вируса с инфицируемой клеткой – белковые макромолекулы и нуклеиновые кислоты образуются отдельно, после чего происходит сборка дочерних популяций. Реализация репродуктивного цикла в существенной степени зависит от типа инфицирования клетки и характера взаимодействия вируса с чувствительной (могущей быть инфицированной) клеткой.
Известны следующие типы взаимодействий «вирус-клетка»: продуктивный (образуется дочерняя популяция), интегративный (вирогения), абортивный (дочерняя популяция не образуется) и интерференция вирусов (инфицирование чувствительной клетки разными вирусами).
Продуктивное взаимодействие «вирус – клетка» чаще носит литический характер, то есть заканчивается гибелью и лизисом инфицированной клетки, что происходит после полной сборки дочерней популяции. Гибель клетки вызывают следующие факторы: раннее подавление синтеза клеточных белков, накопление токсических и повреждающих клетку вирусных компонентов, повреждение лизосом и высвобождение их ферментов в цитоплазму.
Интегративное взаимодействие, или вирогения, не приводит к гибели клетки. Нуклеиновая кислота вируса встраивается в геном клетки-хозяина и в последующем функционирует как его составная часть. Наиболее яркие примеры подобного взаимодействия – лизогения бактерий и вирусная трансформация клеток.
Абортивное взаимодействие не приводит к появлению дочерней популяции и происходит при взаимодействии вируса с покоящейся клеткой (стадия клеточного цикла Go) либо при инфицировании клетки вирусом с изменёнными (дефектными) свойствами. Следует различать дефектные вирусы и дефектные вирионы. Первые существуют как самостоятельные виды и функционально неполноценны, так как для их репликации необходим «вирус-помощник» (например, для репликации аденоассоциированного вируса необходимо присутствие аденовирусов). Вторые составляют дефектную группу, формирующуюся при образовании больших дочерних популяций (например, могут образовываться пустые капсиды либо безоболочечные нуклеокапсиды). Особая форма дефектных вирионов – псевдовирионы, включившие в капсид нуклеиновую кислоту клетки-хозяина.
Интерференция вирусов происходит при инфицировании клетки двумя вирусами. Различают гомологичную (при инфицировании клетки родственными вирусами) и гетерологичную (если интерферируют неродственные виды) интерференцию. Это явление возникает не при всякой комбинации возбудителей, иногда два разных вируса могут репродуцироваться одновременно (например, вирусы кори и полиомиелита). Интерференция реализуется либо за счёт индукции одним вирусом клеточных ингибиторов (например, ИФН), подавляющих репродукцию другого, либо за счёт повреждения рецепторного аппарата или метаболизма клетки первым вирусом, что исключает возможность репродукции второго.
4.2 Формы продуктивности инфекции
По характеру взаимодействия генома вируса с геномом клетки выделяют автономное (геном вируса не интегрирован в геном клетки) и интеграционное (геном вируса интегрирован в геном клетки) инфицирование. Особую форму составляют латентное и персистирующее инфицирование.
Латентное инфицирование. ДНК некоторых вирусов (герпесвирусы, ретровирусы) может находиться в клетке вне хромосом, либо вирусная ДНК интегрируется в ядерный геном, но вирусспецифические синтезы не происходят. Такая вирусная ДНК образует латентный провирус, реплицирующийся вместе с хромосомой. Подобные состояния вирусной ДНК нестабильны, возможны периодические реактивации с переходом в продуктивное взаимодействие «вирус – клетка», либо клетка трансформируется, давая начало злокачественному росту.
Персистирующее инфицирование. Некоторые РНК-вирусы могут вызывать персистирующие инфекции. При этом происходит постепенное выделение вирусных частиц, но инфицированная клетка не лизируется. Нередко дочерние популяции вирионов дефектны. Иногда такие хронические поражения у человека протекают без клинических проявлений. В частности, вирус гепатита В способен вызывать персистирующее поражение гепатоцитов с развитием хронического гепатита.
4.3 Стадии репликации вирусов
В цикле репродукции вирусов различают четыре стадии: 1) подготовительную, или инициальную, включающую фазы адсорбции вируса на клетке, проникновения и раздевания в клетке; 2) собственно репродуктивную стадию образования структурных белков и вирионных нуклеиновых кислот; 3) сборку вирионов; 4) заключительную, сопровождающуюся выходом зрелых вирусных частиц из клетки (рисунок 30).
Адсорбция. Первая стадия репродуктивного цикла — адсорбция вириона на поверхности инфицируемой клетки. Адсорбция происходит путём взаимодействия вириона со специфическими клеточными рецепторами. Понятие «тропизм вирусов» объясняется специфическим взаимодействием вирусных белков с поверхностными рецепторами инфицируемой клетки.
Процесс адсорбции протекает в две фазы: фаза ионного притяжения обусловлена неспецифическим взаимодействием, фаза прикрепления происходит благодаря структурной гомологии либо комплементарности взаимодействующих молекул.
Рисунок 30 – Основные этапы репродукции вирусов
Количество инфекционных вирусных частиц, адсорбированных на клетке, определяет термин «множественность заражения» (инфицирования), то есть на клетке может сорбироваться большое количество вирионов. Однако, инфицированная вирусом клетка обычно толерантна к повторному заражению гомологичным вирусом.
Проникновение и «раздевание». «Голые» вирусы проникают в клетку путём эндоцитоза (виропексис [вирус + греч. pexis, прикрепление]) – погружения участка клеточной мембраны в месте их адсорбции. «Одетые» вирусы проникают в клетку путём слияния суперкапсида с клеточной мембраной при участии специфических F-белков (белков слияния). При проникновении «голых» вирусов в клетку образуются вакуоли (эндосомы). После проникновения «одетых» вирусов в цитоплазму происходит частичная депротеинизация вирионов и модификация их нуклеопротеида (раздевание). Модифицированные частицы теряют инфекционные свойства.
Теневая фаза. После депротеинизации вирусы невозможно выделить из культуры клеток. Этот этап репродукции известен как теневая фаза, или фаза эклипса [от англ. eclipse, затмение]. Она включает репликацию нуклеиновых кислот вируса и синтез вирусных белков. Теневая фаза не происходит при температуре 0−4 °С (исключая вирус гриппа). Теневая фаза заканчивается после образования составных компонентов вируса, необходимых для сборки дочерних популяций.
Сборка. У просто устроенных вирусов, состоящих из нуклеиновой кислоты и нескольких белков, сборка состоит из упорядоченного взаимодействия этих молекул. У сложно устроенных вирусов сборка дочерних популяций протекает многоступенчато. Взаимодействие нуклеиновых кислот с внутренними и оболочечными белками приводит к образованию нуклеокапсидов. В процессе образования «одетых» вирусов полные нуклеокапсиды упорядоченно выстраиваются с внутренней стороны клеточной мембраны под участками, модифицированными оболочечными вирусными белками (М-белками).
Высвобождение дочерних вирионов. Вирусы, лишённые суперкапсида, и поксвирусы обычно высвобождаются быстро; выход дочерних популяций сопровождается разрушением цитоплазматической мембраны и лизисом клетки. Вирусы, содержащие суперкапсид, высвобождаются медленнее. Модифицированные участки мембраны с заключёнными в них вирионами выпячиваются наружу и затем отпочковываются. При высвобождении почкованием изменённая клетка иногда может сохранять жизнеспособность.
Вопросы для самоконтроля
-
Какие формы взаимодействия вирусов с клеткой различают?
-
Какие формы продуктивности инфекции существуют?
-
Назовите стадии реплинации вирусов?
-
Охарактеризуйте начальную стадию репликации.
-
Каким способом вирусы могут проникать в клетку хозяина и от чего это зависит?
-
Как происходит синтез структурных элементов вириона?
-
Почему одну из фаз репликации вирусов называют «теневой фазой»?
-
Как происходит высвобождение дочерних популяций простых и сложных вирусов?
-
Как реализуется кодирующая стратегия вирусов в зависимости от организации генома?
Лабораторное занятие 5
Взаимодействие вирусов с клеткой-хозяином
Цель занятия: Изучить формы взаимодействия вирусов с клеткой-хозяином и формы продуктивности вирусной инфекции.
Материалы: 1) электронные микрофотографии разных стадий репродукции простых и сложных вирусов; 2) электронные микрофотографии или рисунки репродукции вирусов с репликацией генома: а) в цитоплазме, б) в ядре; 3) электронные микрофотографии или рисунки с изображением выхода из клетки хозяина дочерних популяций простых и сложных вирусов.
Задание 1: обобщите учебный материал по формам взаимодействия «вирус − клетка».
Ход работы
1 Составьте графологическую схему «Формы взаимодействия «вирус –клетка». Отразите в этой схеме формы продуктивности вирусной инфекции.
2 Составьте таблицу «Механизмы взаимодействия «вирус – клетка»:
Форма взаимодействия «вирус – клетка»
|
Механизм взаимодействия
|
|
|
3 Составьте таблицу «Механизмы разных форм продуктивности вирусной инфекции:
Форма продуктивности вирусной
инфекции
|
Механизм возникновения данной формы вирусной инфекции
|
|
|
Задание 2: изучите этапы взаимодействия «вирус-клетка» при продуктивной инфекции.
Ход работы
1 Рассмотрите электронные микрофотографии разных стадий репродукции вирусов.
2 Составьте таблицу «Этапы репродукции вирусов». В таблице отразите особенности репродукции простых и сложных вирусов.
Название этапа, фазы
|
Протекание процесса
|
у простых вирусов
|
у сложных вирусов
|
|
|
|
3 Сделайте рисунок «Этапы репродукции вирусов». Обозначьте на этом рисунке этапы репродукции.
4 Дайте письменные ответы на поставленные в протоколе занятия вопросы.
Литература
-
Авакян, А. А. Атлас анатомии и онтогенеза вирусов человека и животных. / А. А. Авакян, А. Ф. Быковский. – Москва, 1970. – 240 с.
-
Атлас вирусной цитопатологии. /А.Ф.Быковский [и др.]; под ред. М. В. Жданова. – М. : «Медицина», 1975. ― 260 с.
-
Вирусология: в 3-х томах. / под редакцией Б. Филдса, Д. Найпа. – Т. 1 – М. : Мир, 1989. – 499 с.
Т. 2 – М.: Мир, 1989. – 248 с.
Т. 3 – М.: Мир, 1989. – 246 с.
-
Вирусология: учебно-методическое пособие. / Л. П. Титов [и др.]. – Мн.: БГМУ, 2003. – 76 с.
-
Классификация и номенклатура вирусов позвоночных. / Д. А. Васильев [и др.]. – Ульяновск, 1999. – 22 с.
-
Коротяев, А. И. Медицинская микробиология, вирусология, иммунология. / Коротяев А. И., Бабичев С. А. – М. : ООО «Медицинское инфомационное агенство», 2001. – 736 с.
-
Павлович, С. А. Основы вирусологии: учебное пособие. / Павло-вич С. А. – Мн. : Выш. шк., 2001. – 192 с.
-
Поздеев, О. К. Медицинская микробиология: учебник для вузов. / О. К. Поздеев. – М. : ГЕОТАР–МЕД, 2002. – 768 с.
страница 1 ... страница 2 | страница 3 страница 4
|