Что изучает вирусология? Вирусология наука изучающая.

История развития вирусологии

Вирусология зародилась в недрах микробиологии.

Конец XIX века принес научному миру открытия вирусов. Это эпохальное открытие связано с именем русского ученого Д.Й.Ивановского.

Первый вирус, который обнаружили и научно доказали его инфекционность нашли не у животных или людей, а у растений.

Это был вирус так называемой "Табачной мозаики" потому что вызвал так называемую мозаичную болезнь табака - листья покрывались бурыми пятнами.

Д.Й.Ивановський дал такую характеристику вирусов, которая до сих пор не утратила своего значения:

1. Вирусы не задерживаются бактериальными фильтрами.

2. Вирусы и не видимые в обычном световом микроскопе.

3. Вирусы не растут на обычных искусственных средах.

К концу 40-х годов было открыто около 40 вирусов, которые вызывали болезни у людей, а к 1980 у животных и людей описано более 500 вирусов. Это не значит, что были открыты новые вирусы. Просто была выяснена вирусная причина многих болезней.

Кроме классических вирусов существуют вирусоподобные структуры:

Есть вироиды (тоже представлены только аминокислотами) - возбудители инфекционных болезней растений.

Совсем необычны прионы , состоящие только из белка - возбудители трансмиссивной губчатой энцефалопатии человека и животных.

Вирусам присущи основные свойства других форм жизни:

• способность размножаться,
• наследование генетических признаков,
• изменчивость,
• способность приспосабливаться к окружающей среде, то есть занимать соответствующую нишу в биосфере.

Достижения современной вирусологии

Первая в Советском Союзе кафедра Вирусологии была открыта в Москве - в МВА- зав.кафедрой - академик, доктор ветеринарных и биологических наук - Сюрин В.М.

Вторая - в Советском Союзе - но первая в Украине кафедра Вирусологии создана в Сумах в университете - зав. кафедрой профессор, доктор ветнаук, лауреат Государственной премии Украины - Паникар И.И.

Связь вирусологии с другими биологическими науками

Вирусология имеет связь с такой наукой как микробиология. Так, в бактериологии и вирусологии есть ряд методов исследований общих для обеих наук, например, микроскопия, фильтрация, стерилизация .

Эти науки изучают одинаковый объект - бактерии и вирусы относятся к группе патогенных микроорганизмов.

Изучение изменений, которые вызывают вирусы в организме связывает вирусологию с патологией человека, животных и растений. Для врачей ветеринарной медицины - такие науки как патологическая анатомия, эпизоотология и инфекционные болезни.

При изучении свойств и функции вирусов используются методы химии, физической химии, молекулярной химии.

Общая вирусология изучает природу вирусов, их строение, размножение, биохимию, генетику. Медицинская, ветеринарная и сельскохозяйственная вирусология исследует патогенные вирусы, их инфекционные свойства, разрабатывает меры предупреждения, диагностики и лечения вызываемых ими заболеваний.

Вирусология решает фундаментальные и прикладные задачи и тесно связана с другими науками. Открытие и изучение вирусов, в частности бактериофагов, внесло огромный вклад в становление и развитие молекулярной биологии. Раздел вирусологии, изучающий наследственные свойства вирусов, тесно связан с молекулярной генетикой. Вирусы не только предмет изучения, но и инструмент молекулярно-генетических исследований, что связывает вирусологию с генетической инженерией. Вирусы - возбудители большого количества инфекционных заболеваний человека, животных, растений, насекомых. С этой точки зрения вирусология тесно связана с медициной, ветеринарией, фитопатологией и другими науками.

Возникнув в конце XIX века как ветвь патологии человека и животных, с одной стороны, и фитопатологии - с другой, вирусология стала самостоятельной наукой, по праву занимающей одно из основных мест среди биологических наук.

Вирусология - молодая наука, ее история насчитывает немногим более 100 лет. Начав свой путь как наука о вирусах, вызывающих болезни человека, животных и растений, в настоящее время вирусология развивается в направлениях изучения основных законов современной биологии на молекулярном уровне, основываясь на том, что вирусы являются частью биосферы и важным фактором эволюции органического мира.

ИСТОРИЯ ВИРУСОЛОГИИ

История вирусологии необычна тем, что один из ее предметов - вирусные болезни - стал изучаться задолго до того, как были открыты собственно вирусы. Начало истории вирусологии - это борьба с инфекционными заболеваниями и только впоследствии - постепенное раскрытие источников этих болезней. Подтверждением тому служат работы Эдуарда Дженнера гг.) по предупреждению оспы и работы Луи Пастера гг.) с возбудителем бешенства.

К концу XIX-го столетия выяснилось, что целый ряд заболеваний человека, таких как бешенство, оспа, грипп, желтая лихорадка являются инфекционными, однако их возбудители не обнаруживались бактериологическими методами.

Благодаря работам Роберта Коха гг.), который впервые использовал технику чистых бактериальных культур, появилась возможность различать бактериальные и небактериальные заболевания. В 1890 г. на X конгрессе гигиенистов Кох вынужден был заявить, что «…при перечисленных болезнях мы имеем дело не с бактериями, а с организованными возбудителями, которые принадлежат к совсем другой группе микроорганизмов». Это высказывание Коха свидетельствует, что открытие вирусов не было случайным событием. Не только опыт работы с непонятными по своей природе возбудителями, но и понимание сущности происходящего способствовали тому, что была сформулирована мысль о существовании оригинальной группы возбудителей инфекционных заболеваний небактериальной природы. Оставалось экспериментально доказать ее существование.

Определенный период времени в зарубежных публикациях открытие вирусов связывали с именем голландского ученого Бейеринка гг.) который также занимался изучением мозаичной болезни табака и опубликовал свои опыты в 1898 г. Профильтрованный сок зараженного растения Бейеринк поместил на поверхность агара, проинкубировал и получил на его поверхности бактериальные колонии. После этого верхний слой агара с колониями бактерий был удален, а внутренний слой был использован для заражения здорового растения. Растение заболело. Из этого Бейеринк сделал вывод, что причиной заболевания являются не бактерии, а некая жидкая субстанция, которая могла проникнуть внутрь агара, и назвал возбудителя «жидкий живой контагий». В связи с тем, что Ивановский только подробно описал свои опыты, но не уделил должного внимания небактериальной природе возбудителя, возникло недопонимание ситуации. Известность работы Ивановского приобрели только после того, как Бейеринк повторил и расширил его опыты и подчеркнул, что Ивановский впервые доказал именно небактериальный характер возбудителя самой типичной вирусной болезни табака. Сам Бейеринк признал первенство Ивановского и в настоящее время приоритет открытия вирусов Д.И. Ивановским признан во всем мире.

Слово ВИРУС означает яд. Этот термин применял еще Пастер для обозначения заразного начала. Следует отметить, что в начале 19 века все болезнетворные агенты назывались словом вирус. Только после того, как стала понятна природа бактерий, ядов и токсинов терминами «ультравирус», а затем просто «вирус» стали обозначать «новый тип фильтрующегося возбудителя». Широко термин «вирус» укоренился в 30-е годы нашего столетия.

Вирусы − уникальный класс, мельчайший класс инфекционных агентов, которые проходят через бактериальные фильтры и отличаются от бактерий по своей морфологии, физиологии и способу размножения.

Вирусы − внеклеточные формы жизни, надцарство Безядерных (аккариоты), царство Вира.

В настоящее время ясно, что вирусы характеризуются убиквитарностью, то есть повсеместностью распространения. Вирусы поражают представителей всех царств живого: человека, позвоночных и беспозвоночных животных, растения, грибы, бактерии.

ПРИРОДА ВИРУСОВ

Вирусы – внеклеточная форма жизни.

Вирусы − мельчайшие инфекционные агенты

Способ размножения. Вирусы не размножаются делением, размножение вирусов – репродукция – сборка отдельных вирусных компонент в вирусную частицу.

Вирусы встречаются в природе в двух состояниях: вне клетки вирусная частица находится в форме вириона – структуры вируса, в которой можно обнаружить все основные вирусные компоненты; внутри клетки вирус находится в вегетативной форме – это реплецирующаяся вирусная нуклеиновая кислота.

Вирусы не могут размножаться на обычных питательных средах, а только - в клетках, тканях или организмах.

Химический состав. Вирусная частица имеет белковую оболочку – белок, один тип нуклеиновой кислоты, либо РНК, либо ДНК, а также – зольный компонент. Сложно устроенные вирусы имеют ещё капсиды и углеводы.

Структура нуклеиновой кислоты (НК). НК вирусов (РНК или ДНК) являются хранителями генетической информации. У вирусов встречаются атипичные формы НК – двухцепочечные РНК и одноцепочечные ДНК.

Вирусные частицы не растут.

РАЗМЕРЫ ВИРУСОВ

Вирусы – мельчайшие агенты,нм (0,01-0,35 мкм). Они не видны в обычный световой микроскоп, и для определения размера вирусов используют различные методы:

1. фильтрация через фильтры с известной величиной пор;

2. определение скорости осаждения частиц при центрифугировании;

3. фотографирование в электронном микроскопе.

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ВИРУСОВ

Вирусы имеют три основных компонента: белок, НК, зольный компонент.

Белки построены из аминокислот (а/к) L-ряда. Все а/к тривиальной природы, как правило, в структуре преобладают нейтральные и кислые дикарбоновые кислоты. В составе сложных вирусов имеются основные гистоноподобные белки, связанные с НК, для стабилизации структуры и для увеличения антигенной активности.

Все вирусные белки делятся на: структурные – формируют белковую оболочку – капсид; функциональные – белки ферменты, часть белков ферментов находятся в структуре капсида, этими белками связана ферментативная активность и способность вируса проникать внутрь клетки (например, АТФаза, сиалаза – неиромеидаза, которые встречаются в структуре вируса человека и животных, а также лизоцим).

Капсид состоит из длинных полипептидных цепей, что могут состоять из одного или нескольких белков с маленькой молекулярной массой. В структуре полипептидной цепи различают химическую, структурную и морфологическую единицы.

Химическая единица – это отдельный белок, формирующий полипептидную цепь.

Структурная единица – это повторяющаяся единица в структуре полипептидной цепи.

Морфологическая единица – это капсомер, который наблюдается в структуре вируса, что видна в электронном микроскопе.

Белки вирусного капсида имеют ряд свойств: они устойчивы к протеазам и причина устойчивости в том, что белок организован так, что пептидная связь, на которую действует протеаза, спрятана внутрь. В такой устойчивости большой биологический смысл: так как вирусная частица собирается внутри клетки, где высока концентрация протеолитических ферментов. Такая устойчивость предохраняет вирусную частицу от разрушения внутри клетки. Вместе с тем, эта устойчивость вирусной оболочки к протеолитическим ферментам теряется в момент прохождения вирусной частицы через клеточные покровы, в частности через ЦПМ.

Предполагают, что в процесс транспортировки вирусной частицы через ЦПМ, происходят изменения конформационной структуры и пептидная связь становится доступной для ферментов.

Функции структурных белков:

Защитная (предохраняют НК, которая расположена внутри капсида);

Некоторые белки капсиды несут адресную функцию, что рассматривается как рецепторы вирусов, с помощью которых вирусная частица прикрепляется на поверхности специфических клеток;

В составе вирионов обнаружен внутренний гистоноподобный белок связанный с НК, который обладает антигенной функцией и ещё участвует в стабилизации НК.

Функциональные белки-ферменты связанные с капсодом:

Сиалаза-неиромиедаза. Обнаружен в вирусах животных и человека, облегчает выход вирусной частицы из клетки и делает дырку (плешь) в вирусных структурах;

Лизоцим. Структурно связан с вирусной частицей, разрушает β-1,4-гликозидную часть в муреиновом каркасе и облегчает проникновение НК бактериофага внутрь бактериальной клетки.

АТФаза. Встроен в структуру бактериофага и некоторых вирусов человека и животных клеточного происхождения. Функции изучены на примере бактериофагов, с помощью АТФазы происходит гидролиз АТФ, которые интеркалированы в структуру вируса и имеют клеточное происхождение, выделяющаяся энергия расходуется сокращение хвостового отростка, это облегчает транспортировку НК внутрь бактериальной клетки.

Молекулярная масса вирусной ДНК колеблетсяД, а РНК – меньшеД.

НК вирусов в 10 раз меньше, чем НК самых мелких клеток.

Количество нуклеотидов в ДНК варьирует от нескольких тысяч до 250 тысяч нуклеотидов. 1 ген – 1000 нуклеотидов, это означает, что в структуре вирусов встречается от 10 до 250 генов.

В состав НК наряду с пятью азотистыми основаниями, имеют место и аномальные основания – основания, которые полностью способны замещать стандартные: 5-оксиметилцитозин – полностью замещает цитозин, 5-оксиметилурацил − замещает тимин.

Аномальные основания встречаются только у бактериофагов, у остальных – классические основания.

Функции аномальных оснований: блокируют клеточную ДНК, не дают возможность реализовать информацию заложенную в ДНК, в момент, когда вирусная частица попадает в клетку.

Помимо аномальных, обнаружены и минорные основания: малое количество 5-метилцитозина, 6-метиламино пурин.

У некоторых вирусов могут встречаться метилированые производные цитозина и аденина.

НК вирусов как РНК, так и ДНК, могут встречаться в двух видах:

В виде кольцевых цепей;

В виде линейных молекул.

Ковалентно-замкнутые цепи (не имеют 3’ – 5’ свободных концов, на них не действуют экзонуклеазы);

Релаксированая форма, когда одна цепь ковалентно замкнутая, а вторая имеет один или несколько разрывов в своей структуре.

Линейные молекулы делятся на две группы:

Линейная структура с фиксированной последовательностью нуклеотидов (начинается всегда одним нуклеотидам);

Линейная структура с пермитированной последовательностью (определенный набор нуклеотидов, но последовательность разлмчная).

В структуре РНК встречаются одноцепочечные +РНК и −РНК цепи.

РНК – с одной стороны хранитель генетической информации, а с другой стороны – выполнять функцию иРНК и узнается рибосомами клетки как иРНК.

−РНК − выполняют только функцию хранителя генетической информации, а иРНК синтезируется на её основе.

В вирусных частицах встречаются катионы металлов: калия, натрия, кальция, мангана, магния, железа, меди, и их содержанием может достигать несколько мг на 1 г вирусной массы.

Функции Ме2+: играют важную роль в стабилизации вирусной НК, формируют упорядоченную четвертичную структуру вирусной частицы. Состав металлов непостоянный и определяется составом окружающей среды. У некоторых вирусов имеются поликатионы связанные с полиаминами, которые играют огромную роль в физической стабильности вирусных частиц. Также ионы металлов обеспечивают нейтрализацию отрицательного заряда НК, которые формируют фосфорно-кислые (фосфатные группы) НК.

ВИРУСОЛОГИЯ (от вирусы и...логия), наука об инфекционных агентах неклеточной природы - вирусах. Вирусология является частью биологии, а также составной частью медицинской и сельскохозяйственной наук - медицинская, ветеринарная, растительная вирусология. Подразделяется также на общую и частную вирусологию. Общая вирусология изучает фундаментальные проблемы - структуру и химический состав вирусных частиц (вирионов), взаимодействие вирусов с клеткой и организмом, их происхождение и распространение в природе, разрабатывает классификацию вирусов и др. Важнейшим разделом общей вирусологии является молекулярная вирусология, исследующая структуру и функцию вирусных частиц, механизмы экспрессии вирусных генов, молекулярную эволюцию вирусов и др. Частная вирусология изучает особенности отдельных семейств вирусов, разрабатывает подходы к лечению и профилактике вирусных инфекций.

История вирусологии началась в конце 19 века после микробиологических открытий Л. Пастера, Р. Коха и их сотрудников. Первооткрывателем вирусов был Д. И. Ивановский (1892), который показал, что возбудитель мозаичной болезни табака способен проходить через фильтр, задерживающий самые мелкие бактерии, и не растёт на искусственных питательных средах. В 1898 году М. Бейеринк установил, что этот фильтрующийся агент размножается в больных растениях, и предположил принципиальное отличие этого возбудителя от бактерий. Немецкие микробиологи Ф. Лёффлер и П. Фрош выделили первый вирус животных - вирус ящура. В 1901 году американский врач У. Рид открыл первый вирус человека - вирус жёлтой лихорадки. В 20 веке была установлена вирусная этиология многих заболеваний человека, животных, растений. Вирусы поражают также грибы и бактерии.

В развитии вирусологии можно выделить несколько этапов, связанных с совершенствованием методов культивирования и исследования вирусов. До 1930 года эти методы основывались на фильтруемости инфекционного агента и заражении им различных чувствительных организмов (животных, растений, бактерий). В 1930-50-е годы началось использование лабораторных мышей и куриных эмбрионов для культивирования вирусов; для изучения структуры вирусных частиц была применена электронная микроскопия, получили распространение количественные методы изучения вирусов; в кристаллическом виде был получен вирус табачной мозаики, установлен его химический состав. Именно в этот период вирусология выделилась в самостоятельную науку. В 1950-80-е годы стали использоваться культуры клеток (Дж. Эндерс с сотрудниками, 1948-50), методы молекулярной биологии, рентгеноструктурный анализ. После 1980 года к этим подходам добавились методы генетической инженерии и иммунохимии, дополняемые компьютерным анализом.

Становление вирусологии тесно связано с успехами молекулярной биологии и генетики, в развитие которых вирусологические исследования внесли существенный вклад. Особое значение имело открытие вирусов бактерий - бактериофагов (открыты английским вирусологом Ф. Туортом, 1915, и канадским бактериологом Ф. Д Эреллем, 1917), ставших классической моделью для важнейших молекулярно-генетических исследований (С. Э. Лурия и М. Дельбрюк, 1940-е годы). С помощью вирусов была окончательно доказана роль нуклеиновых кислот в наследственности (американские биологи А. Д. Херши и М. Чейз, 1952; немецкие биологи А. Гирер и Г. Шрамм, 1956), сделан важный вклад в расшифровку генетического кода (Ф. Х. К. Крик и др., 1961), выявлена временная регуляция работы генов (Р. Б. Хесин-Лурье и др., 1963), установлена прерывистая структура эукариотических генов (на модели аденовирусов; Р. Дж. Робертс и Ф. Шарп, 1979). В 1970 году Х. М. Темин и Д. Балтимор открыли РНК-зависимый синтез ДНК, или обратную транскрипцию, у ретровирусов. К числу важнейших достижений вирусологии относится установление роли вирусов в возникновении опухолей у животных (Ф. Роус, 1911) и человека (немецкий вирусолог Х. цур Хаузен, 1980-е годы). В 1961 году Л. А. Зильбер предложил вирусогенетическую теорию возникновения рака. Были описаны особые вирусные, а затем и клеточные гены (американский вирусолог Г. Мартин, 1970; французский вирусолог Д. Стелен; Х. Вармус и Дж. М. Бишоп, 1976), ответственные за превращение нормальных клеток в опухолевые (онкогены), а также за подавление этого процесса (антионкогены, или супрессоры). Открытие онкогенов и генов-супрессоров позволило глубже понять природу опухолевого роста. Выявлена возможность объединения (интеграции) вирусного и клеточного генома (А. М. Львов, 1950-е годы; Р. Дульбекко, 1966). Обнаружены эндогенные вирусы человека и животных, генетический материал которых находится в скрытой форме во всех клетках организмов данного вида (голландский вирусолог П. Бентвельцен, 1968; американские вирусологи Р. Хюбнер и Дж. Тодаро, 1970). Создание первой гибридной (рекомбинантной) ДНК, ознаменовавшее рождение генетической инженерии (П. Берг, 1972), также связано с вирусами. Крупным успехом вирусологии явилось открытие и выяснение природы прионов - возбудителей нейродегенеративных заболеваний человека и животных, принципиально отличающихся от вирусов, но изучаемых в рамках вирусологии (Д. К. Гайдузек, 1950-60-е годы; С. Прузинер, 1980-90-е годы).

К числу важнейших достижений отечественной вирусологии относятся: открытие вируса клещевого энцефалита и способа его передачи (Л. А. Зильбер), а также создание вакцины против этой болезни (Е. Н. Левкович, М. П. Чумаков); открытие вирусов омской и крымской геморрагических лихорадок (Чумаков); создание производства и внедрение в мировую практику живой полиомиелитной вакцины А. Сейбина (Чумаков, А. А. Смородинцев); разработка и внедрение в практику вакцин против кори и паротита (Смородинцев, О. Г. Анджапаридзе), бешенства (М. А. Селимов), а также вакцины против гриппа (Смородинцев), ряда вакцин против вирусных болезней животных. Были открыты новые онкогенные вирусы, получены доказательства отсутствия строгой видовой специфичности у вируса саркомы птиц (Зильбер, Г. Я. Свет-Молдавский), установлена возможность иммунизации против первичных вирусных опухолей.

К началу 21 века описано 6 тысяч вирусов, изучена их структура, биологический, химический состав и механизмы репродукции. Вирусология превратилась в обширную область знаний, важную для биологии, медицины и сельского хозяйства. Вирусологи осуществляют диагностику вирусных инфекций, изучают их распространение, разрабатывают методы профилактики и лечения. Крупнейшим достижением явилось создание вакцин против основных вирусных заболеваний (полиомиелита, оспы, бешенства, гепатита В, кори, жёлтой лихорадки, энцефалитов, гриппа, паротита, краснухи), в том числе вирусных болезней животных. Благодаря вакцинации полностью ликвидирована натуральная оспа. Осуществляются международные программы полной ликвидации полиомиелита и кори. Разрабатываются методы профилактики и лечения гепатитов и иммунодефицита (СПИД) человека.

Первые вирусологические лаборатории были созданы в СССР в 1930-е годы: по изучению вирусов растений - при Украинском институте защиты растений (Харьков, 1930), по изучению вирусов животных - в Институте экспериментальной ветеринарии (Москва, 1930), Центральная вирусологическая лаборатория Наркомздрава РСФСР (Москва, 1935), в Институте эпидемиологии и микробиологии имени Л. Пастера (Ленинград, 1935). В 1946 году создан Институт вирусологии имени Д. И. Ивановского, в 1955 - Институт по изучению полиомиелита (с 1960 Институт полиомиелита и вирусных энцефалитов), в 1957 - Московский институт вирусных препаратов, и др. Крупный центр вирусологии и биотехнологии «Вектор» открыт в 1974 году под Новосибирском. Вирусологические исследования ведутся также в других институтах страны и в сети специализированных лабораторий системы санитарно-эпидемиологического надзора.

Открытие большого числа вирусов потребовало создания их коллекций, или музеев. Наиболее крупные среди них - в России (государственная коллекция вирусов в Институте вирусологии, 1956), США (Вашингтон, 1959), Чехии (Прага, 1969), Японии (Токио, 1962), Великобритании (Лондон, 1936) и Швейцарии (Лозанна, Международный центр живых культур). Результаты научных исследований в области вирусологии публикуются в научных журналах, обсуждаются на международных конгрессах, организуемых каждые 3 года (первый состоялся в 1968). В 1966 году на 9-м Международном конгрессе по микробиологии впервые избран Международный комитет по номенклатуре вирусов. Среди наиболее значительных периодических изданий: зарубежные - «Journal of Virology» (с 1967, Balt.), «Virology» (с 1955, N. Y.), «Journal of General Virology» (с 1967, L.), «Virus Research» (с 1984, Amst.), «Archives of Virology» (с 1973, W.; первоначально «Archiv für die gesamte Virusforschung», с 1939) и др.; в России - «Вопросы вирусологии» (с 1956, М.), «Молекулярная генетика, микробиология и вирусология» (с 1984, М.).

Смотри также статью Вирусы и литературу при ней.

Лит.: Общая и частная вирусология. М., 1982.Т. 1-2; Коротаев А. И., Бабичев С. А. Медицинская микробиология, иммунология и вирусология. 3-е изд. СПб., 2002; Борисов Л. Б. Медицинская микробиология, вирусология, иммунология. М., 2005; Virus taxonomy. San Diego, 2005.

Вызывается «бактериями, проходящими через фильтр Шамберлана, которые, однако, не способны расти на искусственных субстратах». На основании этих данных были определены критерии, по которым возбудителей заболеваний относили к этой новой группе: фильтруемость через «бактериальные» фильтры, неспособность расти на искусственных средах, воспроизведения картины заболевания фильтратом, освобождённым от бактерий и грибов . Возбудитель мозаичной болезни называется Д. И. Ивановским по-разному, термин «вирус» ещё не был введён, иносказательно их называли то «фильтрующимися бактериями», то просто «микроорганизмами».

Пять лет спустя, при изучении заболеваний крупного рогатого скота, а именно - ящура , был выделен аналогичный фильтрующийся микроорганизм. А в 1898 году , при воспроизведении опытов Д. Ивановского голландским ботаником М. Бейеринком , он назвал такие микроорганизмы «фильтрующимися вирусами». В сокращённом виде это название и стало обозначать данную группу микроорганизмов.

Энциклопедичный YouTube

1 / 5

Вирусы: виды, устройство и способы заражения клетки

Все виды компьютерных ВИРУСОВ, САМЫЙ полный СПИСОК!

Андрей Летаров: "Бактериофаги и концепция вируса. История ключевой идеи"

Сергей Нетёсов. Основы вирусологии. Ретровирусы. ВИЧ

Скрытый МАЙНЕР - Вычисляем и УНИЧТОЖАЕМ!

Субтитры

Вирус - это неклеточный инфекционный агент. Живой это организм или нет? У нас до сих пор нет однозначного ответа на этот вопрос. Сегодня нам известно 6 000 вирусов, но их существует несколько миллионов. Вирусы не похожи друг на друга и могут иметь как форму сферы или спирали, так и форму сложного асимметричного сплетения. Размер вирусов варьируется от 20 до 300 нанометров в диаметре. Как устроен вирус? В центре агента - генетический материал - РНК или ДНК. Вокруг располагается белковая структура - капсид. Капсид служит для защиты вируса и помогает при захвате клетки. Некоторые вирусы дополнительно покрыты липидной оболочкой - жировой структурой, которая защищает их от изменений окружающей среды. Вирусолог Девид Балтимор объединил все вирусы в 8 групп. Некоторые группы вирусов содержат в себе одну или две цепочки ДНК, другие - одну цепочку РНК, которая может удваиваться или достраивать на своей матрице ДНК. При этом каждая группа вирусов воспроизводит себя в различных органеллах зараженной клетки. Каждый вирус имеет определенный диапазон хозяев, то есть опасен для одних видов и безвреден для других. Например, оспой болеет только человек, а чумкой - некоторые плотоядные. В организм человека вирус обычно попадает через кровь и секрецию. Каждый вирус по-разному заражает клетку. Герпес-вирусы встраиваются в мембрану, после чего генетический материал отбрасывает капсид и проникает в ядро. Вирус гепатита С целиком проникает в клетку, а бактериофаги впрыскивают свой генетический материал внутрь бактерии и оставляют белковую оболочку снаружи. Геном вируса встраивается в одну из органелл или цитоплазму и превращает клетку в настоящий вирусный завод. Естественные процессы в клетке нарушаются, и она начинает заниматься производством и сборкой генома и белка вируса. Этот процесс называется репликацией, и его основная цель - захват территорий. Во время репликации генетический материал вируса смешивается с генами клетки хозяина. Это приводит к активной мутации вируса и повышает его выживаемость. Когда процесс репликации налажен, вирусная частица отпочковывается и заражает новые клетки, а инфицированная клетка продолжает производство. По другому сценарию происходит лизис, то есть клетка разрывается, а зараженный организм наполняется новыми вирусами. Почему с вирусами так тяжело бороться? Эволюция вирусов происходит буквально на наших глазах. Идет постоянная гонка вооружений между вирусами и живыми организмами, и, когда вирус изобретает новое оружие, возникает пандемия. Людям уже удалось победить некоторые вирусы, такие как вирус черной оспы, но другие требуют ежегодной разработки или открытия новых вакцин.

Природа вирусов

• Общая вирусология

Общая вирусология изучает основные принципы строения, размножения вирусов, их взаимодействие с клеткой-хозяином, происхождение и распространение вирусов в природе. Один из важнейших разделов общей вирусологии - молекулярная вирусология, изучающая структуру и функции вирусных нуклеиновых кислот, механизмы экспрессии вирусных генов, природу устойчивости организмов к вирусным заболеваниям, молекулярную эволюцию вирусов.

• Частная вирусология

Частная вирусология исследует особенности определённых групп вирусов человека, животных и растений и разрабатывает меры борьбы с вызываемыми этими вирусами болезнями.

• Молекулярная вирусология

В 1962 г. вирусологи многих стран собрались на симпозиуме в США , чтобы подвести первые итоги развития молекулярной вирусологии. На этом симпозиуме звучали не совсем привычные для вирусологов термины: архитектура вирионов, нуклеокапсиды, капсомеры. Начался новый период в развитии вирусологии - период молекулярной вирусологии.

Молекулярная вирусология, или молекулярная биология вирусов, - составная часть общей молекулярной биологии и в то же время - раздел вирусологии. Это и неудивительно. Вирусы - наиболее простые формы жизни, и поэтому вполне естественно, что они стали и объектами изучения, и орудиями молекулярной биологии. На их примере можно изучать фундаментальные основы жизни и её проявления.

С конца 50-х годов, когда начала формироваться синтетическая область знаний, лежащая на границе неживого и живого и занимающаяся изучением живого, методы молекулярной биологии хлынули обильным потоком в вирусологию. Эти методы, основанные на биофизике и биохимии живого, позволили в короткие сроки изучить строение, химический состав и репродукцию вирусов.

Поскольку вирусы относятся к сверхмалым объектам, для их изучения нужны сверхчувствительные методы. С помощью электронного микроскопа удалось увидеть отдельные вирусные частицы, но определить их химический состав можно, только собрав воедино триллионы таких частиц. Для этого были разработаны методы ультрацентрифугирования .

Если в 60-х годах основное внимание вирусологов было фиксировано на характеристике вирусных нуклеиновых кислот и белков, то к началу 80-х годов была расшифрована полная структура многих вирусных генов и геномов и установлена не только аминокислотная последовательность, но и третичная пространственная структура таких сложных белков, как гликопротеид гемагглютинина вируса гриппа. В настоящее время можно не только связать изменения антигенных детерминант вируса гриппа с заменой в них аминокислот, но и рассчитывать прошедшие, настоящие и будущие изменения этих антигенов.

С 1974 года начала бурно развиваться новая отрасль биотехнологии и новый раздел молекулярной биологии - генная, или генетическая, инженерия . Она немедленно была поставлена на службу вирусологии.

Семейства, включающие вирусы человека и животных

• Семейство Poxviridae (поксвирусы)
• Семейство Iridoviridae (иридовирусы)
• Семейство Herpesviridae (герпесвирусы)
• Семейство Adenoviridae (аденовирусы)
• Семейство Papovaviridae (паповавирусы)
• Семейство Hepadnaviridae (вирусы, подобные вирусу гепатита B)
• Семейство Parvoviridae (парвовирусы)
• Семейство Reoviridae (реовирусы)
• Семейство Birnaviridae (вирусы с двухцепочечной РНК, состоящей из двух сегментов)
• Семейство Togaviridae (тогавирусы)
• Семейство

Саратовский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского

ВИРУСОЛОГИЯ

МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

Учебно-методическое пособие для студентов биологического факультета

Вирусология. Методические материалы:Учеб.-метод. пособие для студ. биол. фак. / Авторы-сост. Е. В. Глинская, Е. С. Тучина, С. В. Петров.

– Саратов, 2013. 84 с.: ил.

ISBN 978-5-292-03935-8

Учебно-методическое пособие составлено в соответствии с «Программой по вирусологии для студентов биологических факультетов университетов».

Оно содержит теоретический материал, касающийся истории развития вирусологии, природы и происхождения вирусов, химического состава, морфологии и репродукции вирусов, разнообразия вирусов, патогенеза и лабораторной диагностики вирусных инфекций, особенностей противовирусного иммунитета. В конце пособия приведены план проведения лабораторных работ, словарь основных терминов и тестовые задания для самоконтроля.

Для студентов биологического факультета, обучающихся по направлению подготовки 020400 «Биология».

Кафедра микробиологии и физиологии растений биологического факультета

(Саратовский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского)

Доктор биологических наук Л. В. Карпунина (Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова)

ВВЕДЕНИЕ

Вирусология занимается исследованием природы и происхождения вирусов, их химического состава, морфологии, механизмов размножения, биохимических и молекулярно-генетических аспектов их взаимоотношений с клеточными организмами, проблемами противовирусного иммунитета и разработкой мер и средств предупреждения, диагностики и лечения вирусных заболеваний.

Актуальность вирусологии на настоящий момент не вызывает сомнений. Вирусы являются одними из главных возбудителей многих инфекционных и онкологических заболеваний человека, животных и растений. Вирусы представляют собой идеальный объект для молекулярных биологов и генетиков.

Пособие предназначено для подготовки студентов к семинарским и практическим занятиям по курсу «Вирусология». В пособии рассмотрены теоретические вопросы общей вирусологии, представлен детальный план проведения практических работ, приведен перечень необходимой литературы, а также тестовые задания для самоконтроля.

Хочется надеяться, что учебное пособие «Вирусология. Методические материалы» окажется полезным как студентам и преподавателям вузов, так и специалистам-вирусологам.

Раздел 1. Вирусология как наука. История развития вирусологии. Природа и происхождение вирусов.

ВИРУСОЛОГИЯ КАК НАУКА

Вирусология – наука, изучающая природу и происхождение вирусов, особенности их химического состава, генетики, строения, морфологии, механизмов размножения и взаимодействия с клеточными организмами.

Вирусология занимает важное место среди биологических наук. Велико ее теоретическое и практическое значение для медицины, ветеринарии и сельского хозяйства. Вирусные болезни широко распространены у человека, животных и растений; кроме того, вирусы служат моделями, на которых изучаются основные проблемы генетики и молекулярной биологии. Изучение вирусов привело к пониманию тонкой структуры генов, расшифровки генетического кода, выявлению механизмов мутации.

Современная вирусология включает следующие разделы:

- общая вирусология, изучающая основные принципы строения и размножения вирусов, их взаимодействие с клеткой-хозяином, происхождение и распространение вирусов в природе.

- частная (медицинская, ветеринарная и сельскохозяйственная) вирусология изучает особенности различных систематических групп вирусов человека, животных и растений и разрабатывает методы диагностики, профилактики и лечения вызываемых этими вирусами болезней.

- молекулярная вирусология исследует молекулярно-генетическую структуру вирусов, строение и функции вирусных нуклеиновых кислот, механизмы экспрессии вирусных генов, процессы взаимодействия с клеткой, природу устойчивости организмов к вирусным заболеваниям, молекулярную эволюцию вирусов.

ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ВИРУСОЛОГИИ

Первые упоминания о вирусных болезнях людей и животных встречаются в дошедших до нас письменных источниках древних народов. В них, в частности, содержатся сведения об эпизоотиях бешенства у волков, шакалов и собак и полиомиелите в Древнем Египте (II–III тыс. лет до н. э.). О натуральной оспе было известно в Китае за тысячу лет до нашей эры. Давнюю историю имеет также желтая лихорадка, на протяжении столетий косившая первопроходцев в тропической Африке и моряков. Первые описания вирусных болезней растений относятся к живописной пестролепестности тюльпанов, которые уже около 500 лет выращивают голландские цветоводы.

Началом становления вирусологии как науки можно считать конец XIX века. Работая над созданием вакцины против бешенства, Л. Пастер в 80-х гг. XIX века впервые применил термин «вирус» (от лат. «virus» – яд) для обозначения инфекционного агента. Пастер был первым, кто начал использовать лабораторных животных в работах по изучению вирусов. Он инокулировал материал, полученный от больных бешенством, в мозг кролика. Однако Пастер не делал различия между вирусами как таковыми и другими инфекционными агентами.

Первым, кто выделил вирусы как самостоятельную группу инфекционных агентов, был русский учёный Д. И. Ивановский. В 1892 г. в результате собственных исследований он пришёл к выводу, что мозаичную болезнь табака вызывают бактерии, проходящие через фильтр Шамберлана, которые, кроме того, не способны расти на искусственных субстратах. Представленные данные о возбудителе табачной мозаики длительное время являлись критериями для отнесения возбудителей болезней к «вирусам»: фильтруемость через «бактериальные» фильтры, неспособность расти на искусственных средах, воспроизведение картины заболевания фильтратом, освобожденным от бактерий и грибов.

В 1898 г. М. Бейеринк подтвердил и расширил исследования Д. И. Ивановского о вирусе табачной мозаики и сформулировал первую полноценную теорию о вирусах как о новом классе микроорганизмов и возбудителей болезней. Несмотря на то что многие зарубежные ученые приписывали ему открытие вирусов, М. Бейеринк признал приоритет Д. И. Ивановского.

В последующие годы микробиологи и врачи установили вирусную этиологию многих антропонозных и зоонозных болезней. Так, уже в 1898 г. Ф. Леффлер и П. Фрош установили фильтруемость возбудителя ящура коров. Они первыми показали, что вирусы могут поражать не только растения, но и животных.

Серия открытий новых вирусов пришлась на первое десятилетие XX века. Началась она с исследований У. Рида, установившего в 1901 г. вирусную природу тропической желтой лихорадки. У. Рид руководил исследованиями, в ходе которых было установлено, что вирус жёлтой лихорадки присутствует в крови больного в течение первых трёх дней заболевания и что он может передаваться при укусе комара; таким образом, впервые было показано, что вирусы могут передаваться насекомыми. Семь лет спустя, было доказано, что вирусными болезнями являются также полиомиелит (К. Ландштейнер и Э. Поппер), лихорадка денге (П. Ашбери и Ч. Крейч) и лейкоз кур (В. Эллерман и О. Банг). В 1911 г. Ф. Раус привел неопровержимые доказательства наличия в вытяжке тканей саркомы кур онкогенного вируса, способного вызывать опухоль у здоровых птиц. Благодаря исследованиям X. Арагана и Э. Пашена (1911–1917 гг.) была при-

знана вирусная природа ветряной оспы. Одновременно с ними Т. Андерсон

и Дж. Гольдберг установили вирусную этиологию кори.

В 1915 г. Ф. Туортом были открыты вирусы бактерий. В 1917 г. независимо от него вирусы бактерий были открыты Ф. Д’Эрелем, который ввёл термин «бактериофаг».

Вторая волна открытий вирусов антропонозных болезней приходится на 30-е гг. прошлого века. В 1933 г. У. Смит, К. Эндрюс и П. Лейдлоу установили, что грипп вызывают не бактерии, а вирусы. К началу Второй мировой войны к вирусным болезням были причислены эпидемический паротит (К. Джонсон, Э. Гудпасчур, 1934 г.), японский летне-осенний комариный энцефалит (М. Хаяши, А.С. Смородинцев, 1934–1938 гг.), даль-

в 1937 г. Г. Финдли и Ф. Мак -Каллум, а подтвердили это в экспериментах на обезьянах и людях-добровольцах в 1943–1944 гг. Д. Камерон, Ф. МакКаллум и В. Хавенс.

Первый шаг в направлении описания молекулярной структуры вирусов был сделан в 1935 г., когда В. Стенли получил кристаллы вируса т а- бачной мозаики. Детально изучить тонкую структуру вирусов стало возможным в 50–60 гг. XX века после усовершенствования электронного микроскопа.

В 1938 г. М. Тэйлор получил ослабленную живую вакцину против жёлтой лихорадки. Разработанная вакцина оказалась такой надёжной и эффективной, что используется до сегодняшнего дня. Она спасла миллионы жизней и послужила моделью для разработки многих последующих вакцин. Кроме того, Тейлор усовершенствовал и ввёл в систему использование в качестве восприимчивых животных мышей. В начале 30-х гг. кроме мышей стали использовать также куриные эмбрионы, т.е. появился ещё один источник тканей, чувствительных к заражению вирусами и способных поддерживать их размножение.

По мере совершенствования экспериментальных систем развивались количественные методы исследований. Первый точный и быстрый метод подсчёта пораженных вирусом клеток был разработан в 1941 г., когда Г. Хирст продемонстрировал, что вирус гриппа вызывает агглютинацию эритроцитов.

Развитию вирусологии способствовала разработка метода культур клеток. В 1949 г. в ключевом эксперименте Дж. Ф. Эндерса, Т. Х. Уеллера и Ф. С. Роббинса было показано, что культуры клеток способны поддерживать рост вируса полиомиелита. Это открытие возвестило о приходе эры современной вирусологии и послужило толчком к ряду исследований, которые в конечном итоге привели к выделению многих вирусов, вызывающих серьёзные заболевания у человека. В 50-е и 60-е гг. ХХ века были вы-

делены некоторые энтеровирусы и респираторные вирусы, установлены причины большого числа болезней, вирусное происхождение которых до того момента лишь предполагали. Так, например, в 1953 г. М. Блумберг открыл вирус гепатита B и создал против него первую вакцину. В 1952 г. Р. Дюльбекко применил к вирусам животных метод бляшек.

Открытие бактериофагов было оценено лишь в конце 30-х гг., когда вирусы бактерий начали использовать в качестве удобной модели для изучения взаимодействия вирус-клетка в генетических и биохимических исследованиях. В 1939 г. Э. Эллис и М. Дельбрюк выдвинули концепцию «одноэтапного цикла роста вируса». Эта работа заложила основы для понимания характера репродукции вирусов, заключающейся в сборке отдельных компонентов.

Важные для молекулярной биологии открытия были сделаны при использовании в качестве объектов исследований вирусов животных. В 1970 г. Х. М. Темин и Д. Балтимор независимо друг от друга открыли у ретровирусов обратную транскриптазу, способную осуществлять синтез ДНК на матрице РНК. В 1976 г. Д. Бишоп и Х. Вармус обнаружили, что онкоген вируса саркомы Рауса присутствует также в геномах нормальных клеток животных и человека. В 1977 г. Р. Робертс и Ф. Шарп независимо друг от друга показали прерывистую структуру генов аденовирусов. В 1972 г. П. Берг создал первые рекомбинантные молекулы ДНК, построенные на основе кольцевого ДНК-генома вируса SV40 с включением генов фага λ и галактозного оперонаEscherichia coli . Эта работа дала начало технологии рекомбинантных ДНК. В 1977 г. стала известна первая полная нуклеотидная последовательность генома биологического объекта: Х. Э. Сэнгер с сотрудниками определили нуклеотидную последовательность генома фага ØX174. В 1990 г. была осуществлена первая успешная попытка применения генотерапии в клинической практике: ребёнку, страдающему тяжёлым комбинированным иммунодефицитом, заболеванием, связанным с дефектом гена аденозиндезаминидазы, была введена нормальная копия гена с использованием вектора, построенного на основе генома ретровируса.

В 50–60 гг. также проводились исследования по изучению нетипичных вирусных агентов. В 1957 г. Д. Гайдушек предположил, что болезнь куру вызывается одним из вирусов медленных инфекций. Однако только в 1982 г. была выявлена природа вирусов медленных инфекций («slow virus»), когда С. Прузинер продемонстрировал, что скрепи вызывается инфекционными белками, названными им прионами.

В 1967 г. Т. О. Дайнер открыл вироиды, инфекционные агенты, представляющие собой кольцевые молекулы РНК, вызывающие заболевания у растений.

В последующие годы список открытых вирусов продолжал пополняться. В 1981 г. выделен вирус лейкемии Т-лимфоцитов человека – пер-

вый вирус, для которого была достоверно установлена способность вызывать рак у человека.

ПРИРОДА И ПРОИСХОЖДЕНИЕ ВИРУСОВ

Представления о природе вирусов со времени их открытия претерпели значительные изменения.

Д.И. Ивановский и другие исследователи того времени подчеркивали два свойства вирусов, позволившие выделить их в отдельную группу живых организмов: фильтруемость и неспособность размножаться на исскуственных питательных средах. Позже выяснилось, что эти свойства не абсолютны, так как были обнаружены фильтрующиеся формы бактерий (L-формы) и микоплазмы, не растущие на искусственных питательных средах и по размерам приближавшиеся к наиболее крупным вирусам (вирус оспы, мимивирус, мегавирус, пандоравирус).

К уникальным свойствам вирусов относится их способ размножения, который резко отличается от способа размножения всех других клеток и организмов. Вирусы не растут, их размножение обозначается как дизъюнктивная репродукция, что подчеркивает разобщенность в пространстве и времени синтеза вирусных компонентов с последующей сборкой и формированием вирионов.

В связи с вышеизложенным не раз возникали дискуссии по поводу того, что же такое вирусы – живое или не живое, организмы или не организмы? Безусловно, вирусы обладают основными свойствами всех других

форм жизни – способностью размножаться, наследственностью, изменчивостью, приспособляемостью к условиям внешней среды. Они занимают определенную экологическую нишу, на них распространяются законы эволюции органического мира. К середине 40-х гг. ХХ века сложилось представление о вирусах как о наиболее примитивных микроорганизмах. Логическим развитием этих взглядов было введение термина «вирион», обозначавшего внеклеточный вирусный индивидуум. Однако с развитием исследований по молекулярной биологии вирусов стали накапливаться факты, противоречащие представлению о вирусах как организмах. Отсутствие собственной белок-синтезирующей системы, дизъюнктивный способ репродукции, интеграция с клеточным геномом, существование вирусных саттелитов и дефектных вирусов, феноменов множественной реактивации и комплементации – все это мало укладывается в представление о вирусах как организмах.

Все вирусы, включая саттелиты и дефектные вирусы, вироиды и прионы, имеют нечто общее, их объединяющее. Все они являются автономными генетическими структурами, способными функционировать и репродуцироваться в восприимчивых к ним клетках различных групп бактерий, грибов, растений и животных. Это наиболее полное определение, позволяющее очертить царство вирусов.

Согласно второй гипотезе, вирусы являются потомками древних, доклеточных форм жизни – протобионтов, предшествовавших появлению клеточных форм жизни, с которых и началась биологическая эволюция.