Viiruste geneetiline materjal

Share Tweet Pin it

(Geneetilise teabe säilitamine ja edastamine viiruste kaudu)

KOOSTIS, MÕÕTMED JA VORM.

Viirused on skemaatiliselt pärilik materjal, mis on pakendatud kaitsva proteiini katetesse, mõnikord sisaldab ka lipiidide ja süsivesikute komponente. Päriliku aine - molekuli või mitmete RNA või DNA molekulide - puhul on tingimata kodeeritud "minimaalne tarbijarühm": ensüümid nende viiruslike nukleiinhapete, samuti viiruse osakeste (virion) osa kopeerimiseks.

Kui raku struktuuri kõigis organismides on pärilik aine kaheahelalised DNA molekulid, siis võivad viirused sisaldada mitte ainult DNA-d, vaid ka RNA-d ja mõlemat tüüpi nukleiinhapped on leitud nii kaheahelaliste kui ka üheahelaliste vormidena. Iga viirust iseloomustab teatud nukleiinhappe vorm. Viiruse RNA ja DNA molekulid on hargnenud (mõnikord rõngakujulised) polümeerid, mis koosnevad paljudest ühikutest - nukleotiididest, ühes sellises molekulis, mitme tuhande kuni mitusada tuhande nukleotiidi kohta. Viiruslikud nukleiinhapped on pikad ahelad, üheahelaliste molekulide puhul paindlikumad ja kaheahelaliste puhul elastsed.

Virionide "välimus" on mitu varianti. Ainult nukleiinhapetest ja valkudest valmistatud viirused võivad sarnaneda jäigale vardukujulisele või paindlikule filamentaalse heeliksile, pallile, samuti struktuurile, millel on pea ja saba. Lipiidid, kui need on olemas, moodustavad välimise membraani, milles sisalduvad mõned viirusvalgud, ja selline lipoproteiini ümbris ümbritseb valgu "südamikku", milles sellel on "suletud" nukleiinhape.

Samuti erineb viiruse osakeste suurus märkimisväärselt. Kõige "õhuke" on läbimõõduga umbes 10 nm ja nende pikkus kõige pikem on 2 mikronit. Sfääriliste virionide läbimõõt on vahemikus -20 kuni 300 nm. Suurim teadaolevatest viirustest on rapsi viiruse sugulased, nende virionid võivad olla kuni 450 nm pikad ja 260 nm laiused ja paksused.

Suurim teadaolev viirus leiti Inglismaal Bradfordi linnas asuva veetorniga. See on parasiitne amoebiliste organismide puhul, kuid teadlased usuvad, et see võib ka inimesi nakatada. Viiruse suurus on 400 nm, mis on suurem kui mõned bakterid. Kuid mõned teadlased leiavad, et teadlased ei näe viirust ennast, vaid on sellega seotud mingi bakter. Ühel või teisel viisil on viirus potentsiaalne oht. See on unikaalne mitte ainult suuruses füüsilises mõttes, vaid ka selle genoomis, mis sisaldab üle 900 geeni. Selgus, et inimene toodab selle viirusega antikehi, nii võib eeldada, et see mõjutab ka inimesi.

LOODUSTE JAOTAMINE.

On viirusi, mis korvaldatakse loomade, taimede, bakterite ja seente rakkudes.

Nakatunud rakkude struktuuriomadused on üks teguritest, mis sõltuvad virioni vormist.

Mõnel viirusel on väga range registreerimine. Näiteks võib polioviirus elada ja mitmekordistada ainult inimesi ja primete (ja isegi mitte kõigi) rakkudes.

GENEETILISE TEABE HOIDMINE JA ÜLEVIIMINE.

Nagu teada, toimub proteiini süntees ribosoomides ja sünteesitud valkude aminohappejärjestus määratakse messenger RNA (mRNA) molekulidega. Geeniteabe säilitamise ja edastamise viiside kirjeldamisel viirustes on sobiv mRNA molekulide tähistamine (+) RNA-na.

On olemas ulatuslik viiruste rühm, mille geneetiline materjal on mRNA. Selliste viiruste genoomi nimetatakse positiivseks. Need hõlmavad näiteks poliomüeliiti ja puukentsefaliidi viiruseid ning taimedes tubakamassaaži. Kui peremeesrakkudes saadakse viiruslik RNA oma valkude sünteesi. Pärast seda algab selle reprodutseerimine. Viimasel etapil komplekteeritakse virionid akumuleeritud viiruse proteiinidest ja RNA-st.

Teise viiruste rühma genoomi ei esinda mRNA molekulid, vaid nende komplementaarne koopia, see tähendab (-) RNA molekule. Nende seas on gripiviirused, leetrid, marutaud, kollane kääbuskartul. Infektsioosset protsessi ei saa alustada valkude sünteesiga, mis registreeritakse peegelpildis, sest ribosoomid ei tunne ära (-) RNA-d. Kuid viiruse RNA replikatsioon tundub võimatu, kuna rakul ei ole oma ensüüme, mis oleksid võimelised seda protsessi läbi viima. Negatiivse RNA genoomi viirused lahendavad selle probleemi järgmiselt: nad viivad oma genoomi nakatunud rakku, mis ei ole "tühjal" kujul, kuna esimese grupi viirused saabuvad, kuid on keerulisemate struktuuride kujul, mis sisaldavad DNA-st sõltuvat RNA polümeraasi. See viiruse ensüüm, mis on sünteesitud varasemas paljunemistsüklis, on pakendatud raku kohaletoimetamiseks sobivas vormis virioni. Nakkusprotsess algab asjaoluga, et viirusne ensüüm kopeerib viiruse genoomi, moodustades komplementaarsed RNA molekulid, see tähendab (+) RNA. Need molekulid juba "leiavad ühist keelt" ribosoomidega. Moodustatakse viirusvalgud, sealhulgas DNA-sõltuv RNA polümeraas, mis ühelt poolt tagab viiruse genoomi paljunemise antud rakus ja teisest küljest säilitatakse tulevikus äsja moodustunud virionites.

Neil on viirused, mis on kaksikselised negatiivse RNA-ga, nende genoomis koos (-) RNA-ga vastavate piirkondadega, millel on positiivse polaarsusega järjestused.

Kolmanda viiruste rühmas säilitatakse pärilikku teavet kaheahelalise (või ±) RNA vormis. Koos viirusliku RNAga siseneb rakku ensüümi DNA-sõltuv RNA polümeraas, mis annab (+) RNA molekulide sünteesi. Omakorda (+) RNA täidab kahte töökohta: see võimaldab viiruslike valkude tootmist ribosoomides ja toimib viirusliku RNA polümeraasi uute tüvede sünteesimallina. (+) Ja (-) RNA ahelad, omavahel kombineerides, moodustavad kaheahelalise (±) RNA - genoomi, mis on pakendatud valgukestesse.

Neljas rühm - kaheahelalise DNA viirused. Kuigi nende viiruste genoomi võib meelevaldselt kujutada kui (±) DNA-d, paljudel juhtudel on mõlemas DNA-ahelas mõlemad osad, mis vastavad nii positiivsele kui ka negatiivsele polaarsusele.

Järgmine rühm on üheahelalise DNA genoomi viirused, mida saab esindada nii positiivse kui ka negatiivse polaarsusega molekulide abil. Kui rakku sisestatakse esimene viiruse genoom kaheahelalise vormi, see muundumine toimub rakulise DNA-sõltuva DNA polümeraasiga.

Kuues rühma kuuluvad retroviirused, sealhulgas selline "kuulsus" nagu inimese immuunpuudulikkuse viirus (HIV). Nende vormide genoom on üheahelaline (+) RNA, kuid nakkusprotsess areneb täiesti erinevas stsenaariumis. Ebatavaline ensüüm (revertas) kodeeritakse viiruse genoomis, millel on nii DNA-sõltuva ja DNA-sõltuva DNA polümeraasi omadused. See ensüüm siseneb nakatunud rakku koos viirusliku RNA-ga ja annab selle DNA koopia sünteesi, esiteks üheahelalise vormi [(-) DNA] ja seejärel kaheahelalise [(±) DNA] abil. Edasised sündmused arenevad vastavalt tavapärasele ajakavale: viirusliku (+) RNA süntees, viirusvalkude süntees, virionide moodustumine, väljumine rakust.

Seitsmes rühmas on retroidsed viirused, millest kõige tuntum on B-hepatiidi viirus. Nende viiruste koosseis sisaldab kaheahelalist DNA-d, kuid see kordub erinevalt kui neljanda rühma viirused. Seal viiruse DNA kopeerib DNA-sõltuvat DNA polümeraasi. Siin loetakse esmast (+) RNA-d viiruslikust DNA-st, mis seejärel toimib virion-valkude ja DNA kahe komponendi sünteesiks. DNA sünteesi teostab viiruse ensüüm, millel on revertaasi aktiivsus retroviiruste abil rakendatud skeemi järgi.

KEEMILISE VÄLJUMISE LIIGID.

Viiruse ja rakuliini vahel on kaks põhitüüpi: põhiline erinevus on viiruse iseseisvuse ulatus selle peremeesorganismist. On olemas kompromissviirused, mis tõenäoliselt järgivad rakukontrolli. Nende virionide genoom on inkorporeeritud rakuliseks kromosoomiks ja viiruse DNA on rakuliselt seotud kovalentselt. Viiruslikud geenid muutuvad rakuliseks. Edasised sündmused võivad areneda erineval viisil. Ühel juhul ei ole nad peaaegu aktiivsed. Rakud ja nende kromosoomid on jagatud ja koos kromosoomidega varjatakse ka iga tütarrakku viiruse geen. Ja teatud tingimustel on viirus aktiveeritud.

Teisel juhul nakatatud rakus toodetakse pidevalt uusi ja uusi põlvkondi virioni, kuid rakk ei sure.

Atüüpilise kopsupõletiku geeni krüptimine.

Ameerika Ühendriikide ja Kanada teadlased teatasid vii dusliku genoomi täielikust dekodeerimisest, mis põhjustab ebatüüpilise kopsupõletiku haigust. Selle avastamise tulemusena on oodata, et on võimalik läbi viia täpsemaid katseid, mille kohaselt on paljude haiguskahtluste hulgas võimalik usaldusväärselt tuvastada tegelikud nakkusjuhtumid. "Sellise teabe saamine on kiireloomuliste analüüside jaoks äärmiselt oluline ja loomulikult peaks see aitama meil luua antikehasid ja vaktsiine," ütles Atlanta USA osariigi haiguste tõrje ja ennetamise föderaalkeskuse direktor Julie Gerberding.
Selles keskuses on juba läbi viidud kaks katkest antikehade tekkeks, kuid need ei olnud üldiselt piisavalt täpsed. "Täieliku järjestuse avastamine peaks viima täpsema geneetilise analüüsi saavutamiseni," märgib Gerberding.

Seega võib märkida, et nii sisemine sisu kui vorm ja viiruste käitumine on väga mitmekesised ja individuaalsed.

Negatiivse RNAga viirused on palju keerukamad, sest Virion sisaldab lisaks RNA-le ka ensüüme, mis suudavad seda kopeerida. Sissejuhatus raku mitte ainult oma RNA-st, vaid ka RNA-polümeraasist annab palju (+) RNA molekule (kaasa arvatud mRNA), mis võivad konkureerida rakulise mRNAga mitte ainult oskuste, vaid ka arvu järgi.

"Viroloogia", 3 tonni. / Toim. B. Valdkonnad, D. Nipe. M.: Mir, 1989

Viiruste geneetiline materjal

3.1. Viiruste ja prokarüootide geneetiline materjal

Viiruste geneetilist materjali esindab üks nukleiinhappemolekul (kas DNA või RNA), mida ümbritseb proteiini kest - kapsiid. Viiruste toimimine toimub erinevatel viisidel, sõltuvalt nende omadustest ja struktuurist, kuid alati peremeesraku ensümaatilise süsteemi abiga. Viirused võivad esineda ainult intratsellulaarsete parasiitidena. Pikaajaline teaduslik arutelu ei ole veel lõpetatud selle kohta, kas viirust võib pidada eluks: "olend või aine".

On viirusi, millel on ühe- ja kaheahelaline RNA ja viirused, millel on ühe- ja kaheahelaline DNA, ja mõlemad DNA-sisaldavate viiruste rühmad on esindatud lineaarsete ja ümmarguste vormidega. Adenoviiruste korral on kaheahelaline DNA seotud terminaalse valguga ja rapsis on DNA lõppedes kovalentne side (Lewin B., 1987).

RNA viirused on mitmekesisemad. Seega eraldatakse viirused plussahelaga, mis võivad kohe toimida, ja miinus-ahelaga viirused, mis peavad esmalt üles ehitama plussahelat, kasutades peremeesraku RNA polümeraasi. Kaheahelalised viirused on pärast teise ahela sünteesi seotud kõrvalahelate variandid. RNA viiruste erirühm on retroviirused, mida arutatakse allpool. RNA-d sisaldavate viiruste suurused varieeruvad tavaliselt 3000 ja 7000 nukleotiidi vahel, samas kui kõige väiksemal neist on kokku 1 200 ribonukleotiidi ja 1 struktuurne geen, mis kodeerib kapsiidikolbi.

DNA-d sisaldavad viirused, eriti faagid (bakteriviirused), on tavaliselt palju suuremad kui RNA-d sisaldavad viirused. Seega sisaldab faagi T4 DNA 180 000 bp. ja kodeerib erinevaid valke. Suuremate DNA-molekulide viirused on kompaktselt pakitud kapsiidi sees superkoolimise tõttu.

On kaks varianti viiruse rakku kas integratsiooni peremeesgenoomi - lysogenicity või sünteesi viiruseosakeste põhjal geneetiline programm viiruse, kuid metaboolse vastuvõtva - lüüsi. Teine võimalus viib tavaliselt peremeesrakkude hävitamiseni. Viini geeni aktiivsuse regulatsioon ja selle võimet eksisteerida integreeritud kujul tõestati 1965. aasta Nobeli preemia laureaadi, Prantsuse mikrobioloog A. Lvovi (1902-1994) töödes. Viiruse integreeritud vormi nimetatakse prophaažiks. Väliste tegurite (nt UV-kiirguse) mõjul on võimalik profaagi aktiveerimine ja selle uuesti muutmine faagiks.

Viirused omavad tavaliselt peremehe rakkude spetsiifilisust.

Prokarüootset genoomi esindab üks ümmargune DNA molekul, mis moodustab superspirimise kaudu kompaktse nukleoonstruktuuri. Escherichia coli genoom, klassikaline geneetiline objekt, milles on kindlaks tehtud enam kui 4200 geeni, on väga hästi uuritud. E. coli DNA sisaldab 4,6 miljonit p. Mükoplasma on märgitud väikseima geneetilise materjali suurusega elusorganismides (me ei tunnista neile viirusi): 600 000 n. ja umbes 500 geeni. Need andmed olid aluseks teoreetilistele arvutustele, mis näitasid, et elementaarne "elu masin" võib töötada ainult 350 geeniga.

Prokarüootse genoomi organisatsiooni peamine omadus on nende ühendamine rühmadesse või klastrid üldise regulatsiooniga. Ühe regulatiivse piirkonna kontrolli alla kuuluvate prokarüootide struktuurigeenide rühma nimetatakse operoniks (Miller J., Reznikoff W., 1978). Operoni tüüpi geneetilise materjali organiseerimine võimaldab bakteritel kiiresti metabolismi ühelt substraadilt teisele üle minna. Bakterid ei sünteesi teatud metaboolse raja ensüüme vajaliku substraadi puudumisel, vaid on võimelised alustama sünteesi mis tahes ajal, kui see substraat ilmub. Struktuur ja toimimine operon näidati teoseid kuulsa prantsuse biokeemik Jacques Monod (1910-1976) ja F. Jacob, kes jagas Alexander Lvov Nobeli 1965. määrus operon tüüp loetakse allpool.

Eriti huvipakkuvad on plasmiidid - väikesed ringikujulised DNA molekulid bakterirakus. Nagu viirused, võivad plasmiidid kas integreerida bakteriaalse DNA-ga või olla sellest eraldiseisvad. Lahtris asuvad suured plasmiidid koguses 1-3 eksemplari, väikseid saab esitada kümneid eksemplare. Leitud kõige esimene plasmiid, E. coli suur F-plasmiid, on hästi uuritud. See on ümmargune DNA molekul 100 000 p. N. ja sisaldab üle 60 geeni. Plasmiid F sisaldab bakterirakke, mis sisaldavad seda, suheldes plasmiidivaba bakteritega ja edastavad neile nende geneetilise teabe.

Paljud autorid usuvad, et plasmiidid on üks viiruste liike ja nende vahel ei ole olulisi erinevusi (Zhdanov VM, 1988; Kusakin O. G., Drozdov A. L., 1994).

Viirused

Viiruste struktuur

Viirused (ladina keeles. Viirus - mürk), erinevalt teistest organismidest, ei ole raku struktuuri. Nad suudavad elada ja mitmekesistada eranditult teiste organismide rakkudes ja ei avaldu nende elujõulisuse piiridest. Seega võib viirusi pidada mitterakuliseks eluvormiks. Viiruste avastas 1892. aastal vene teadlane DI Ivanovsky, uurides tubakalehtede mosaiikhaiguse põhjuseid. Seega oli esimene teadaolev viirus nimega tubakas mosaiikviirus.

Kuigi peremeesrakus on viirus nukleiinhappemolekul (DNA või RNA). Selle põhjal on viirused jagatud DNA-d sisaldavateks ja RNA-deks. Vabas olekus on täielikult moodustatud viiruse osakese, mis on võimeline nakatama peremeesrakke, virioni kujul. Virioonil on lisaks nukleiinhappele ka proteiinikiht (kapsiid). Mõned viirused
nagu herpes või gripiviirused, on ka täiendav lipoproteiini ümbris (supercapsid). Supercapsid moodustatakse peremeesraku tsütoplasmaatilisest membraanist. Viiruste suurus on vahemikus 20 kuni 500 nm. Enamikul viirustel on kristalne vorm.

Viiruse tungimine peremeesrakku

Nagu juba märgitud, on viirused võimelised paljunema ainult bakterite, taimede ja loomade rakkudes. Samal ajal kasutavad nad peremeesraku biosünteesi ja energiasüsteeme. Oluline seisund viiruse osakese tungimiseks rakku on spetsiifilise retseptori valgu olemasolu rakupinnal. See retseptori valk tagab viiruse kinnitumise rakumembraanile. Omakorda mängivad retseptori rolli ka spetsiifilised valgud, mis moodustavad viiruse proteiinkiidi (kapsiid). Nad tunnustavad peremeesraku pinnale spetsiifilisi struktuure. Kui tunnustus on edukas, seostub viiruse osakese sihtrühma retseptoritega keemiliste sidemete kaudu. Seepärast on teatud viirused mõnedele organismidele ohtlikud ja täiesti ohutud teistele. See viiruse retseptori vastastiktoime protsess peremeesraku poolt on viiruse imendumine.

Järgnevalt on viiruse ümbris sulandatud rakumembraaniga ja viiruse geneetiline materjal tungib peremeesrakku. Kui rakk saabub, kaob viirus valgu kest. Viiruse geneetiline materjal (genoom), mida esindab DNA või RNA, sisaldab mitmeid geene keerulistes viirustes, mis on hõlpsasti kuni kolmsada geeni. Viiruse genoomi geenid on võimelised kodeerima erinevaid funktsioone sisaldavaid valke, näiteks struktuurvalke, ensüümi valke. Viiruse geneetiline materjal on väga aktiivne ja pärast rakku tungimist integreerub selle genoomi suhteliselt kiiresti.

Pärast seda viirus siseneb proviirfaasi faasi (latentse faasi). Provurasi faas on seisund, kus peremeesrakk on nakatunud ja viirus ei paljune ning raku nähtav kahjustus puudub. Varjatud faas kestab mitu tundi (gripiviiruse puhul) kuni mitu aastat (inimese immuunpuudulikkuse viiruse puhul). Pärast varjatud faasi järgneb haiguse nähtavate ilmingute faas. See on seotud viiruse geneetilise materjali aktiveerimisega ja viiruse paljunemise algusega, mis viib rakusurma.

Viiruse paljundamine

Viirus sünteesib oma proteiine ja nukleiinhappeid nakatunud raku ressursside arvel. DNA-d sisaldavad viirused on üks esimesi, kes sünteesivad ensüümi RNA polümeraasi, mis tugineb viiruse RNA DNA ahelale. See i-RNA jõuab peremeesraku ribosoomidesse, kus viiruse osakese teiste valkude biosüntees jätkub.

Järgmises etapis ühendatakse hiljuti sünteesitud valgud ja viiruse nukleiinhape peremeesraku tsütoplasmas. Samal ajal moodustuvad uued viiruseosakesed - virionid. Nad rebivad tsütoplasmaatilist membraani, sisenevad rakuvälisesse ruumi või verdesse ja nakatavad muud rakud.

Paljud RNA-sid sisaldavad viirused sünteesivad ensüümi polümeraasi, mis osaleb viirusliku RNA uute osakeste sünteesis. See RNA läheb ribosoomidesse ja kontrollib kapsiidi viiruse ümbrise valkude sünteesi. Nagu näha, pole sellised viirused DNA genereetilise teabe reprodutseerimiseks ja ülekandeks vajalikud.

Inimestunud elusorganismide rakkudesse viirused põhjustavad mitmeid taimede, loomade ja inimeste ohtlikke haigusi. Põllukultuurid löövad, viirused vähendavad oluliselt nende saagikust ja kahjustavad selle kvaliteeti. Viiruslike taimehaiguste näideteks on mosaiigiline tubaka haigus, kartuli kollasus, mis avaldub lehtede lokkides ja taime kääbikus. Loomade ja inimeste ohtlike viiruslike haiguste seas on tuulerõug, poliomükse, marutaud, viirushepatiit, gripp, AIDS.

Paljud viirused, mille suhtes inimene on tundlik, ei nakata loomi ega vastupidi. Näiteks võivad mõned loomad olla inimese viiruste kandjad ja samal ajal ise ise haigestuda. Niisiis, linnud kannavad erinevaid gripiviiruse vorme, millele inimene on tundlik.

Viroidid Bakteriofaagid. Virulentsed ja mõõdukad faagid

Viroidide (lat viiruse -. Mürgiga kreeka eidos -. Kuju,) - infektsioonitekitajaid on väikese molekulmassiga ümmarguse üheahelaline RNA molekul ei kodeeriv enda valke. Peamine erinevus viroidide ja viiruste vahel on nende kapsiidi puudumine. Viirused, nagu viirused, võivad põhjustada loomade ja taimede haigusi. Need on kõige väiksemad teadaolevad patogeenid. Üheahelalised viiruse RNA molekulid on palju väiksemad kui viiruslikud genoomid. RNA viroidid koosnevad keskmiselt 300 nukleotiidist. Võrdluseks: väikseima teadaoleva viiruse genoom on ligikaudu 2000 nukleotiidi. Praeguseks on kõige enam uuritud taimede viroidid (põhjustavad mugulate, kääbuspärmi jms deformatsiooni).

Bakteriofaagid või faagid on viiruste rühm, mis nakatab bakteriraku. Faagi osake (virion) koosneb pea ja sabast (protsess). Faagipea sees on DNA või RNA, mis on tihedalt keerutatud ahelaga. Nukleiinhape on ümbritsetud valkkattega (kapsiidiga), mis kaitseb bakteriofaagi genoomi väljaspool rakku. Saba on valgutoru, mis on faagipea proteiinklaasi jätk. Valgud, mis moodustavad saba koore, omavad kokkutõmbeid. Saba alumises osas on erineva kujuga eenditega alusplaat. Sellelt väljuvad õrnad pikad keermed, mis on ette nähtud faagi kinnitamiseks bakteritele. Kokkupuute ajal, saba otsas paiknevad ensüümid lahustavad bakteriraku seina kohapeal. Lisaks vähendatakse saba ja läbi selle siseneb faagi pea sisalduv nukleiinhape bakteriraku. Samal ajal jääb faagi valgu kest väljapoole. Bakteriofaagidel on spetsiifilised antigeensed omadused, mis erinevad nakatatud bakteriraku ja teiste faagide antigeenidest.

Viiruslikud faagid on bakteriofaagid, mis oma elutsükli tulemusena moodustavad nakatunud bakterirakkudes uusi faagiosakesi, mis põhjustavad bakterite surma.

Mõõdukad faagid on bakteriofaagid, mis pärast bakteriraku tungimist ei põhjusta selle surma. Samal ajal lisatakse nende nukleiinhape peremeesraku geneetilisele materjalile, moodustades selle koos ühe molekuliga. Seda faagi vormi nimetatakse prophaažiks. Veelgi enam, bakterite paljunemise ajal kopeeritakse prophage koos selle genoomi. Sellisel juhul ei esine bakteriraku hävitamist ja viiruse pärilik materjal viiakse bakteritest piiramatu arvule põlvkondadele bakteritele.

Praegu on üks kõige ohtlikumaid viiruslikke haigusi inimestel AIDS (omandatud immuunpuudulikkuse sündroom). Viirus mõjutab eelistatavalt immuunsüsteemi. Selle tagajärjel muutub inimene mikroorganismide ees kaitsetuks, mis normaalsetes tingimustes ei ole tema jaoks patogeensed. See viib nakkushaiguste, pahaloomuliste kasvajate ja surma kiire arengule. Inimeste immuunpuudulikkuse viirusega (HIV) nakatumise peamised teed ja haiguse levik on mitmesugused seksuaaltervisid ning uimastisõltlaste poolt steriliseerimata meditsiiniliste instrumentide kasutamine.

Koos looduses esinevate paljukuljuliste ja üheiksueliste organismidega on ka mitterakulised eluvormid - viirused. Viirused koosnevad geneetilistest materjalidest (DNA või RNA), mis on ümbritsetud kaitsva valgu kest-kapsiidiga. Viirused suudavad paljuneda ainult teiste organismide rakkudes. Bakteriofaagid on rühm viirusi, mis nakatavad bakteriraku. Elutsükli tüübi järgi jagatakse bakteriofaagid virulentseks ja mõõdukaks. Viirused põhjustavad mitmeid taimede, loomade ja inimeste ohtlikke haigusi.

Viiruste geneetiline materjal

Viiruste poolt indutseeritud mutatsioonid saadakse erinevate keemiliste ja füüsikaliste mutageenide toimel, mis on jagatud selliseks, mis toimivad in vivo ja in vitro.

Viiruslikud mutatsioonid klassifitseeritakse vastavalt fenotüübi ja genotüübi muutustele. Vastavalt fenotüübilistele avaldumistele jaotatakse viiruse mutatsioonid nelja rühma:

Mutations without phenotypic manifestation.

Surmavad mutatsioonid, s.o täielikult häirib oluliste valkude sünteesi või funktsiooni ja põhjustab paljunemise võimet kaotada.

Tinglikult surmavad mutatsioonid, st mutatsioonid, mis kaotavad teatud valgu sünteesiks võime või rikuvad selle funktsiooni ainult teatud tingimustel.

Mutations, millel on fenotüüpne manifestatsioon, näiteks naastude suuruse muutmine agari katte all või termiline stabiilsus.

Genotüübi muutuse kohaselt on mutatsioonid jagatud punktiks (lokaliseeritud üksikutes geenides) ja geen (mis mõjutavad genoomi ulatuslikumaid piirkondi).

Tundlikele rakkudele viiruste nakatumine on mitu, st mitmed virionid tungivad korraga rakku. Sellisel juhul võivad viiruslikud genoomid replikatsiooni protsessis teha koostööd või sekkuda. Viiruste vastastikust koostoimet iseloomustavad geneetilised rekombinatsioonid, geneetiline reaktivatsioon, komplementatsioon ja fenotüüpiline segamine.

Geneetiline rekombinatsioon on sagedasem DNA-sisaldavate viiruste või fragmenteerunud genoomi (gripiviirus) sisaldavate RNA-d sisaldavate viiruste puhul. Geneetilises rekombinatsioonis toimub vahetus viiruse genoomide homoloogsete piirkondade vahel.

Geneetiline reaktivatsioon on täheldatud erinevate geenide mutatsioonidega seotud viiruste genoomide vahel. Geneetiliste materjalide ümberjaotumisega moodustub täielik genoom.

Komplementatsioon toimub siis, kui mõni mutatsioonist põhjustatud rakku nakatab viirus sünteesib mittefunktsionaalse valgu. Mitte-mutantne viirus, täieliku valgu sünteesimisel, moodustab mutatsiooni viiruse puudumisest.

Fenotüübiline segamine toimub siis, kui segatud viirus nakatab tundlikku rakku kahe viirusega, kui osa järglasest omandab kahe viiruse fenotüübilised tunnused, muutmata genotüüpi.

Tundliku raku mitmekordse nakatumise korral võivad viiruste vahel esineda häired. Viiruste interferents viitab viirusega nakatatud rakkude sekundaarse nakkuse immuunsuse olukorrale. Heteroloogiliste häirete korral takistab ühe viirusega nakatumine täielikult teise viiruse replikatsiooni ühe rakus. Heteroloogiliste häirete mehhanismid on seotud teise viiruse adsorptsiooni pärssimisega, blokeerides või hävinud spetsiifilisi retseptoreid, samuti pärssides mis tahes heteroloogilise mRNA mRNA translatsiooni nakatatud rakus. Lisaks võib esmane infektsioon põhjustada interferooni moodustumist, inhibeerides teise viiruse replikatsiooni.

Homoloogsed häired, st Homoloogsete viiruste vaheline interferents on paljudele viirustele iseloomulik, seda eriti in vitro ja infektsioonide mitmekordseks läbiviimiseks. Sellistes tingimustes moodustuvad paljud defektsed viiruspartiklid, mis tavaliselt ei suuda paljuneda. Defektsete viiruste reprodutseerimine on siiski võimalik täieliku viirusega (abistaja viirus). Sellisel juhul võib defektne viirus häirida abistaja viiruse replikatsioonitsüklit ja moodustada tütre defektsete häirete (CI) viiruse osakesed. DI osakesed omavad kolme põhiomadust: puudulikkus (oluliste geenide kahjustus), võime sekkuda (DI osakesed takistavad täisvõimelise viiruse või teiste homoloogsete viiruste replikatsiooni) ja eneserikastumise võimekust standardviiruse arvel. DI-osakeste ringlus ja täisväärtusliku viirusega kaasinfektsioon põhjustavad loid, pikaajalisi infektsioonivorme.

Lisaks viiruste vahel tekkivatele vastastikmõjudele tekib segatud nakkuse korral ka viiruse ja peremeesraku vahel vastastikune mõju. Kui rakud interakteeruvad DNA-d sisaldavate viirustega, võib tekkida rakkude viiruse transformatsioon. Ümberkujundamise tulemusena muutuvad rakkude morfoloogilised, biokeemilised ja kasvuomadused ning võib ilmneda kasvaja kasvupotentsiaal. Huvitav on rakkude muundamine RNA-genoomsete retroviiruste toimel. Retroviiruste korral ei ole transformatsioon ja replikatsioon teineteist välistavad, sest transformeeritud rakud suudavad viirust kopeerida. Transformeerivate viiruste genoomid integreeritakse tavaliselt transformeeritud rakkude genoomi.

3.1. Viiruste ja prokarüootide geneetiline materjal

3.1. Viiruste ja prokarüootide geneetiline materjal

Viiruste geneetilist materjali esindab üks nukleiinhappemolekul (kas DNA või RNA), mida ümbritseb proteiini kest - kapsiid. Viiruste toimimine toimub erinevatel viisidel, sõltuvalt nende omadustest ja struktuurist, kuid alati peremeesraku ensümaatilise süsteemi abiga. Viirused võivad esineda ainult intratsellulaarsete parasiitidena. Pikaajaline teaduslik arutelu ei ole veel lõpetatud selle kohta, kas viirust võib pidada eluks: "olend või aine".

On viirusi, millel on ühe- ja kaheahelaline RNA ja viirused, millel on ühe- ja kaheahelaline DNA, ja mõlemad DNA-sisaldavate viiruste rühmad on esindatud lineaarsete ja ümmarguste vormidega. Adenoviiruste korral on kaheahelaline DNA seotud terminaalse valguga ja rapsis on DNA lõppedes kovalentne side (Lewin B., 1987).

RNA viirused on mitmekesisemad. Seega eraldatakse viirused plussahelaga, mis võivad kohe toimida, ja miinus-ahelaga viirused, mis peavad esmalt üles ehitama plussahelat, kasutades peremeesraku RNA polümeraasi. Kaheahelalised viirused on pärast teise ahela sünteesi seotud kõrvalahelate variandid. RNA viiruste erirühm on retroviirused, mida arutatakse allpool. RNA-d sisaldavate viiruste suurused varieeruvad tavaliselt 3000 ja 7000 nukleotiidi vahel, samas kui kõige väiksemal neist on kokku 1 200 ribonukleotiidi ja 1 struktuurne geen, mis kodeerib kapsiidikolbi.

DNA-d sisaldavad viirused, eriti faagid (bakteriviirused), on tavaliselt palju suuremad kui RNA-d sisaldavad viirused. Seega sisaldab faagi T4 DNA 180 000 bp. ja kodeerib erinevaid valke. Suuremate DNA-molekulide viirused on kompaktselt pakitud kapsiidi sees superkoolimise tõttu.

On kaks varianti viiruse rakku kas integratsiooni peremeesgenoomi - lysogenicity või sünteesi viiruseosakeste põhjal geneetiline programm viiruse, kuid metaboolse vastuvõtva - lüüsi. Teine võimalus viib tavaliselt peremeesrakkude hävitamiseni. Viini geeni aktiivsuse regulatsioon ja selle võimet eksisteerida integreeritud kujul tõestati 1965. aasta Nobeli preemia laureaadi, Prantsuse mikrobioloog A. Lvovi (1902-1994) töödes. Viiruse integreeritud vormi nimetatakse prophaažiks. Väliste tegurite (nt UV-kiirguse) mõjul on võimalik profaagi aktiveerimine ja selle uuesti muutmine faagiks.

Viirused omavad tavaliselt peremehe rakkude spetsiifilisust.

Prokarüootset genoomi esindab üks ümmargune DNA molekul, mis moodustab superspirimise kaudu kompaktse nukleoonstruktuuri. Escherichia coli genoom, klassikaline geneetiline objekt, milles on kindlaks tehtud enam kui 4200 geeni, on väga hästi uuritud. E. coli DNA sisaldab 4,6 miljonit p. Mükoplasma on märgitud väikseima geneetilise materjali suurusega elusorganismides (me ei tunnista neile viirusi): 600 000 n. ja umbes 500 geeni. Need andmed olid aluseks teoreetilistele arvutustele, mis näitasid, et elementaarne "elu masin" võib töötada ainult 350 geeniga.

Prokarüootse genoomi organisatsiooni peamine omadus on nende ühendamine rühmadesse või klastrid üldise regulatsiooniga. Ühe regulatiivse piirkonna kontrolli alla kuuluvate prokarüootide struktuurigeenide rühma nimetatakse operoniks (Miller J., Reznikoff W., 1978). Operoni tüüpi geneetilise materjali organiseerimine võimaldab bakteritel kiiresti metabolismi ühelt substraadilt teisele üle minna. Bakterid ei sünteesi teatud metaboolse raja ensüüme vajaliku substraadi puudumisel, vaid on võimelised alustama sünteesi mis tahes ajal, kui see substraat ilmub. Struktuur ja toimimine operon näidati teoseid kuulsa prantsuse biokeemik Jacques Monod (1910-1976) ja F. Jacob, kes jagas Alexander Lvov Nobeli 1965. määrus operon tüüp loetakse allpool.

Eriti huvipakkuvad on plasmiidid - väikesed ringikujulised DNA molekulid bakterirakus. Nagu viirused, võivad plasmiidid kas integreerida bakteriaalse DNA-ga või olla sellest eraldiseisvad. Lahtris asuvad suured plasmiidid koguses 1-3 eksemplari, väikseid saab esitada kümneid eksemplare. Leitud kõige esimene plasmiid, E. coli suur F-plasmiid, on hästi uuritud. See on ümmargune DNA molekul 100 000 p. N. ja sisaldab üle 60 geeni. Plasmiid F sisaldab bakterirakke, mis sisaldavad seda, suheldes plasmiidivaba bakteritega ja edastavad neile nende geneetilise teabe.

Paljud autorid usuvad, et plasmiidid on üks viiruste liike ja nende vahel ei ole olulisi erinevusi (Zhdanov VM, 1988; Kusakin O. G., Drozdov A. L., 1994).

Mis on viirused? Struktuur, genoom, ümbrik ja haigused, mida nad põhjustavad

Teadlased on juba ammu püüdnud tuvastada viiruste struktuuri ja rolli. Nad on ainulaadsed selle poolest, et nad on klassifitseeritud nii elus kui ka elusorganismid bioloogia ajaloo erinevates kohtades. Viirused on osakesed, mis võivad põhjustada paljusid tõsiseid haigusi, sealhulgas vähki. Nad mitte ainult nakatavad inimesi ja loomi, vaid ka taimi, baktereid ja arheese. Mis teeb viirused nii huvitavaks? Nad on umbes 1000 korda väiksemad kui bakterid ja neid võib leida peaaegu igas keskkonnas. Viirused ei saa eksisteerida teistest organismidest sõltumatult, sest need peavad parasima elusrakku paljunemiseks.

Viiruse struktuur

Viiruse osake, tuntud ka kui virion, on sisuliselt proteiinkestas ümbritsetud nukleiinhape (DNA või RNA). Viirused on äärmiselt väikesed, läbimõõduga umbes 20-400 nanomeetrit. Suurim viirus, mida nimetatakse Mimiviiruseks, võib olla kuni 500 nanomeetrit läbimõõduga. Võrdluseks on inimese erütrotsüütide läbimõõt umbes 6000-8000 nanomeetrit. Lisaks väikesele suurusele on viirused ka mitmesugusel kujul. Nagu bakterid, on mõnedel viirustel sfäärilised või südamerikke, samas kui teistel on icosahedral (20 näoga polühedriline) või spiraalvormid.

Viiruste geneetiline materjal

Viirustel võib olla kaheahelaline DNA, kaheahelaline RNA, üheahelaline DNA või üheahelaline RNA. Konkreetses viiruses leiduv geneetilise materjali tüüp sõltub selle olemusest ja funktsioonist. Geneetiline materjal ei ole tavaliselt avatud, vaid see on kaetud kapsiidina tuntud proteiinikihiga. Viiruse genoom võib koosneda väga väikest arvust või kuni mitusada geenist sõltuvalt viiruse tüübist. Pange tähele, et genoom on tavaliselt pikk molekul, mis on tavaliselt sirge või ümmargune.

Viiruse replikatsioon

Viirused ei suuda oma geene kopeerida. Nad peavad toetuma peremeesrakul mängima. Viirusliku replikatsiooni esinemiseks peab viirus kõigepealt nakatama elusrakku. See viirus sisestab oma geneetilise materjali rakku ja kasutab replikatsiooniks rakkude organellid. Pärast seda, kui on leitud piisavalt viiruseid, äsja moodustunud viirused lüüsivad või rikuvad peremeesrakku ja nakatavad muud rakud.

Viiruslikud ümbrikud

Viirusliku geneetilise materjali kattev proteiin on tuntud kui kapsiid. Capsid koosneb valgu allüksustest, mida nimetatakse kapsomeerideks. Kapsiididel võib olla mitu vormi: polühedril, rod või kompleks. Need on vajalikud viiruse geneetilise materjali kaitsmiseks kahjustuste eest.

Mõnel viirusel on lisaks proteiinkiile ka spetsiaalsed struktuurid. Näiteks on gripiviirusel selle kapsiidi ümber membraanilaadne ümbrik. Bakteriofaagides leidub ka kapsiidi toidulisandeid. Näiteks võib bakteriofaagidel olla kapsiidile lisatud proteiin "saba", mida kasutatakse peremees-bakterite nakatamiseks.

Viirushaigused

Viirused põhjustavad mitmeid haigusi organismides, mida nad nakatavad. Inimeste nakkused ja viiruste poolt põhjustatud haigused hõlmavad Ebola, tuulerõugeid, leetrite, gripi, HIVi, herpese ja paljusid teisi. Vaktsiinid on efektiivsed mõnede viiruslike infektsioonide, nagu näiteks rabad, vältimiseks. Nad töötavad, aidates organismil luua immuunsüsteemi vastu spetsiifiliste viiruste vastu.

Loomadega seotud viirushaigused on marutaud, suu- ja sõrataud, linnu- ja seagripp. Taimehaigused hõlmavad mosaiigist tingitud haigusi, rõngakohti, lehtede lokke ja teisi lehehaigusi. Bakteriofaagideks nimetatavad viirused põhjustavad haigusi bakterites ja arheaas.

Viiruste geneetilise materjali struktuur.

DNA ja RNA viirused. Erinevad viiruslike nukleiinhapete vormid: lineaarsed, ümmargused, ühe- ja kaheahelalised.

Kõik viirused võib jagada kaheks suureks nukleiinhappe rühmaks, mille hulka kuuluvad: deoksüviirus (DNA sisaldav) ja riboviirus (RNA-d sisaldav). Viiruse genoom võib olla ümmargune või lineaarne. Genoomi kuju ei sõltu nukleiinhappe tüübist (loengud on ainult ümmargused DNA-d)

Deoksüviiruse viirused jagunevad viirusteks, mis sisaldavad kaheahelalist DNA-d (ds DNA) ja viirusi, mis sisaldavad üheahelalist DNA-d (ss DNA). DsDNA viiruste näited:

  1. Mimiviirus - 1000 geeni
  2. Rätik viirus - 150-300 geeni
  3. Bakteriofaag T4 - 300 geeni
  4. Herpesviirus - 70 geeni
  5. Adenoviirus - 40 geeni
  6. Papilloomiviirus - 8 geeni
  7. B-hepatiidi viirus - 4 geeni

SsDNA viiruste näited:

  1. Bakteriofaag M13 - 10 geeni
  2. Parvoviirus - 6 geenid

RNA viirused jagunevad ka üheahelalisteks ja kaheahelalisteks. Riboviiruste näited:

  1. Koroonaviirus - 7 geeni
  2. TMV - 3-4 geenid
  3. RNA faagid - 4 geeni
  4. Astroviirused - 3 geeni
  5. Narnaviirused - 1 valk

Segmenteeritud ja eraldatud genoomid. Positiivse ja negatiivse polaarsusega RNA genoomid. "Mitmemõõtmelised" RNA genoomid.

Segmenteeritud genoomid - viiruse genoomi võib esindada rohkem kui üks DNA või RNA molekul. Polüioviirus - üks ss RNA. Gripiviirus - 8 erinevat ss RNA molekuli. Reoviiruse genoom koosneb 10 erinevast ds-RNA molekulist. Retroviirused on kaks identset ss RNA molekuli.

Viiruslike genoomide tüübid:

  1. Segmenteeritud (killustatud) genoom. (RNA viirustes kodeerib iga segment sageli ainult üht valku ja tavaliselt need segmendid pakitakse ühes kapsiidis)
  2. Jagatud genoomiga. (jagatud segmentideks, millest igaüks on pakendatud eraldi kapsiidina, ei nakata enne, kui genoomi iga osa siseneb rakku)
  3. RNA-d sisaldavates viirustes võib genoomi esitada erineva polaarsusega RNA ahelaid (+ ja - RNA või positiivne ja negatiivne RNA). Positiivse polaarsusega RNA molekulil on mRNA-ga sama nukleotiidide järjestus, nii et vähemalt osa neist võib peremeesraku poolt otsekohe ümber tõlgida. Negatiivse polaarsusega RNA on mRNA-ga komplementaarne, seetõttu tuleb enne translatsiooni alustamist sünteesida positiivne RNA, kasutades ensüümi RNA-sõltuvat RNA polümeraasi.
  4. Mitmemõtteline (ambisence) RNA. (RNA + ja - tükkide segu)

Viiruse nukleiinhapete terminaalsed struktuurid - kate, tRNA-sarnased struktuurid, terminaalsed valgud jne

Viiruste geneetika

Viirusi, nagu kõiki elusorganisme, iseloomustab pärilikkus ja varieeruvus. Viiruse genoomi peamine omadus on see, et pärilikku viirusteavet saab kirjutada nii DNA kui ka RNA-le. DNA-sisaldavate viiruste genoom on kaheahelaline (välja arvatud üheahelalise DNA-ga parvoviirused), segmenteerimata ja neil on nakkusohtlikud omadused. Poksviiruse ja Hepadnaviiruse perekondadesse kuuluvate viiruste puhul on genoomi esindatud kahe erineva pikkusega DNA ahela abil. Enamiku RNA-d sisaldavate üheahelaliste viiruste genoom (välja arvatud reoviirused ja retroviirused, millel on kaheahelalised genoomid) ja võib olla segmenteeritud (perekondade Retroviiruse esindajad, ortomütsoviirus, Arenaviirus ja Reoviirus) või segmenteerimata.

Viiruse RNA, sõltuvalt tehtud funktsioonidest, on jagatud kahte rühma. Esimene rühm sisaldab RNA-sid, mis võivad geneetilise teabe otseselt translatsiooni tundliku raku ribosoomidesse viia, st täidavad mRNA ja mRNA funktsioone. Neid nimetatakse RNA pluss-ahelateks ja need on tähistatud kui + RNA (positiivne genoom). Nendel on ribosoomide spetsiifilise äratundmise iseloomulikud lõpud ("mütsid").

Teises viiruste rühmas ei suuda RNA geneetilisi andmeid otse ribosoomidesse edasi saata ega funktsioneerida kui mRNA-d. Sellised RNA-d toimivad mRNA moodustumise mallina, st replikatsiooni ajal sünteesitakse maatriks (+ RNA) RNA sünteesiks. Seda tüüpi RNA määratletakse kui negatiivset ahelat ja see tähistatakse kui -RNA (negatiivne genoom). Selle rühma viirustes erineb RNA replikatsioon transkriptsioonist saadud molekulide pikkuse ulatuses: replikatsiooni ajal vastab RNA pikkus vanemate ahelale ja transkriptsiooni ajal moodustatakse lühenenud mRNA molekulid. Molekulid + RNA on nakkavad ja -RNA ei näita nakkusohtlikke omadusi ja tuleb reprodutseerida + RNA-ks.

Erandiks on retroviirused, mis sisaldavad üheahelalist + RNA-d, mis toimib viiruse RNA-sõltuva DNA polümeraasi (pöördtranskriptaas) mallina. Selle ensüümi abil redigeeritakse teave RNA-st DNA-st, mille tulemusena moodustub DNA-proviirus, mis integreerub rakulise genoomi.

Nagu teisedki eluviisid, kuuluvad mutatsioonid ka viiruse nukleiinhapped. Viiruse genoomi fenotüübilised mutatsioonid ilmnevad antigeense struktuuri muutustest, suutlikkus tekitada produktiivset infektsiooni tundlikus rakus, termiline stabiilsus ja muutused agari katte all moodustunud naastude suuruses ja kujul. Enamikul mutatsioonidel on pöördumised metsikut tüüpi, kusjuures igal mutatsioonil on iseloomulik sagedus, mida saab täpselt mõõta. Viirused tekitavad spontaanseid ja indutseeritud mutatsioone.

Spontaanse mutageneesi kiirus DNA genoomides on märkimisväärselt madalam (10 -8-10 -11 iga kaasatud nukleotiidi kohta) kui RNA-genoomse (10 -3 -10 -4 iga kaasatud nukleotiidi kohta). Spontaansete mutatsioonide sagedus on seotud RNA genoomide replikatsiooni vähese täpsusega, mis on tõenäoliselt seotud korrigeeriva aktiivsuse puudumisega DNA replitseerivate ensüümide RNA koopiate korral. Retroviirustel täheldatakse kõige sagedamini spontaanseid mutatsioone, mis on seotud pöördtranskriptsiooni rikkedega sagedamini, mis ei suuda ise korrigeerida.

Viiruste poolt indutseeritud mutatsioonid saadakse erinevate keemiliste ja füüsikaliste mutageenide toimel, mis on jagatud selliseks, mis toimivad in vivo ja in vitro.

Viiruslikud mutatsioonid klassifitseeritakse vastavalt fenotüübi ja genotüübi muutustele. Vastavalt fenotüübilistele avaldumistele jaotatakse viiruse mutatsioonid nelja rühma:

1. Mutatsioonid, millel puudub fenotüüpiline manifestatsioon.

2. Lethal mutatsioonid, st täielikult häirib oluliste valkude sünteesi või funktsiooni ja põhjustab paljunemise võimet kaotada.

3. Tavaliselt letaalsed mutatsioonid, s.o mutatsioonid, mis kaotavad teatud valgu sünteesiks võime või rikuvad selle funktsiooni ainult teatud tingimustel.

4. Mutations, millel on fenotüüpne manifestatsioon, nagu näiteks naastude muutmise suurus agari katte all või termiline stabiilsus.

Genotüübi muutuse kohaselt on mutatsioonid jagatud punktiks (lokaliseeritud üksikutes geenides) ja geen (mis mõjutavad genoomi ulatuslikumaid piirkondi).

Tundlikele rakkudele viiruste nakatumine on mitu, st mitmed virionid tungivad korraga rakku. Sellisel juhul võivad viiruslikud genoomid replikatsiooni protsessis teha koostööd või sekkuda. Viiruste vastastikust koostoimet iseloomustavad geneetilised rekombinatsioonid, geneetiline reaktivatsioon, komplementatsioon ja fenotüüpiline segamine.

Geneetiline rekombinatsioon on sagedasem DNA-sisaldavate viiruste või fragmenteerunud genoomi (gripiviirus) sisaldavate RNA-d sisaldavate viiruste puhul. Geneetilises rekombinatsioonis toimub vahetus viiruse genoomide homoloogsete piirkondade vahel.

Geneetiline reaktivatsioon on täheldatud erinevate geenide mutatsioonidega seotud viiruste genoomide vahel. Geneetiliste materjalide ümberjaotumisega moodustub täielik genoom.

Komplementatsioon toimub siis, kui mõni mutatsioonist põhjustatud rakku nakatab viirus sünteesib mittefunktsionaalse valgu. Mitte-mutantne viirus, täieliku valgu sünteesimisel, moodustab mutatsiooni viiruse puudumisest.

Fenotüübiline segamine toimub siis, kui segatud viirus nakatab tundlikku rakku kahe viirusega, kui osa järglasest omandab kahe viiruse fenotüübilised tunnused, muutmata genotüüpi.

Tundliku raku mitmekordse nakatumise korral võivad viiruste vahel esineda häired. Viiruste interferents viitab viirusega nakatatud rakkude sekundaarse nakkuse immuunsuse olukorrale. Heteroloogiliste häirete korral takistab ühe viirusega nakatumine täielikult teise viiruse replikatsiooni ühe rakus. Heteroloogiliste häirete mehhanismid on seotud teise viiruse adsorptsiooni pärssimisega, blokeerides või hävinud spetsiifilisi retseptoreid, samuti pärssides mis tahes heteroloogilise mRNA mRNA translatsiooni nakatatud rakus. Lisaks võib esmane infektsioon põhjustada interferooni moodustumist, inhibeerides teise viiruse replikatsiooni.

Homoloogsed häired, st Homoloogsete viiruste vaheline interferents on paljudele viirustele iseloomulik, seda eriti in vitro ja infektsioonide mitmekordseks läbiviimiseks. Sellistes tingimustes moodustuvad paljud defektsed viiruspartiklid, mis tavaliselt ei suuda paljuneda. Defektsete viiruste reprodutseerimine on siiski võimalik täieliku viirusega (abistaja viirus). Sellisel juhul võib defektne viirus häirida abistaja viiruse replikatsioonitsüklit ja moodustada tütre defektsete häirete (CI) viiruse osakesed. DI osakesed omavad kolme põhiomadust: puudulikkus (oluliste geenide kahjustus), võime sekkuda (DI osakesed takistavad täisvõimelise viiruse või teiste homoloogsete viiruste replikatsiooni) ja eneserikastumise võimekust standardviiruse arvel. DI-osakeste ringlus ja täisväärtusliku viirusega kaasinfektsioon põhjustavad loid, pikaajalisi infektsioonivorme.

Lisaks viiruste vahel tekkivatele vastastikmõjudele tekib segatud nakkuse korral ka viiruse ja peremeesraku vahel vastastikune mõju. Kui rakud interakteeruvad DNA-d sisaldavate viirustega, võib tekkida rakkude viiruse transformatsioon. Ümberkujundamise tulemusena muutuvad rakkude morfoloogilised, biokeemilised ja kasvuomadused ning võib ilmneda kasvaja kasvupotentsiaal. Huvitav on rakkude muundamine RNA-genoomsete retroviiruste toimel. Retroviiruste korral ei ole transformatsioon ja replikatsioon teineteist välistavad, sest transformeeritud rakud suudavad viirust kopeerida. Transformeerivate viiruste genoomid integreeritakse tavaliselt transformeeritud rakkude genoomi.

Lisamise kuupäev: 2015-04-25; Vaated: 456; Telli kirjalikult

Viiruse genoom

Viirused on eriline elulaad, mis ühendab mitte-rakulise struktuuriga organismid.

Viirused suudavad eksisteerida kahes vormis: väljaspool rakke ja rakkude sees.

Väljaspool rakke on vabu viirusi - virionid. Virioonid ei avalda bioloogiliste süsteemide omadusi: neil puudub ainevahetus ja nad ei suuda ise reprodutseerida. Virionid koosnevad nukleiinhapetest (DNA või RNA), mis on ümbritsetud proteiinisisaldusega - kapsiidiga.

Kapsiid sisaldab rangelt määratletud korduvate valkude subühikute - kapsomeeride arvu. Näiteks polioviiruses on 60 kapsomeeri kaasatud kapslist, 252 adenoviirusest ja 2000 tubakas mosaiikviirest.

Viiruste suurus on vahemikus 20 kuni 350 nm. Morfoloogia järgi eristatakse järgmisi viiruste vorme: sfäärilised, tõukujulised, kuboidsed, spermatosoidsed. Kapsiidi sümmeetria olemuse tõttu eristatakse spiraali, kuubiku (icosaede) ja kombineeritud sümmeetria tüüpe.

Virioni keerukuse aste võib olla erinev. Lihtsates viirustes sisaldab virion ainult nukleiinhapet ja valke, mis on ühendatud ühe nukleoproteiinstruktuuriga - nukleokapsiidiga. Komplekssetel viirustel on täiendav lipoproteiini ümbris - superkapsiid. Kompleksiks keeruliste virioonide hulka võivad kuuluda süsivesikud ja mõned ensüümid. Kuid viirused ei sisalda ainevahetuse ainevahetust.

Self-reprodutseerimiseks peavad viirused sisenema rakku. Kaptsiidi pind sisaldab kemikaale, mis soodustavad virioni kinnitumist rakupinnale ja kogu virioni või nukleiinhappe tungimist rakku. Esiteks ilmneb virioonide adsorptsioon (fikseerimine) rakupinnal ja siis kas kogu virion või ainult viirusne nukleiinhape tungib rakku. Enamikel juhtudel sisenevad viirused viropexisse rakku (see viiruse sissetungimise mehhanism rakus on sarnane fagotsütoosiga).

Nagu iga võõrkeha, peavad raku sisestatud viiruste nukleiinhapped hävitama raku kaitsesüsteemid. Kaitsesüsteemide aluseks on nukleaasid - ensüümid, mis lõikavad nukleiinhappeid. Kuid viiruse nukleiinhapete hävitamiseks raku ensüümi süsteemide abil on mitmeid viise. Näiteks suured DNA-d sisaldavad bakteriofaagid sisaldavad viiruse DNA kompositsiooni modifitseeritud aluseid: oksüdeeritakse ja metüülitakse. Sellist modifitseeritud DNA ei hävita rakuloome nukleaaside poolt.

Pärast tungimine rakku viirused siseneda etapi vegetatiivsel paljundamisel, st omandama võime ainevahetus ja paljunemine ja viiruste ainevahetuse on lahutamatult seotud ainevahetuse peremeesrakke. Seega on viirused molekulaarse geneetilise taseme kohustuslikud (kohustuslikud) spetsiifilised intratsellulaarsed parasiidid.

Paljud viirused hakkavad paljunema kohe pärast sisenemist peremeesraku tsütoplasmasse. Mõnel juhul sisestatakse (integreeritakse) viiruse nukleiinhapped peremees-kromosoomidesse. Integreeritud riigis viirust nimetatakse proviiruseks. Proviirused on peremeesorganismi geneetilisest materjalist eristamatud ja neid reprodutseeritakse. Integreeritud (virogenees) olekus viirused võivad olla pikka aega. Kuid mõnel juhul (kui rakkude füsioloogiline seisund muutub näiteks kiiritamisel), hakkab viirus hakkama paljunema. Rakkude ensüümide ja plastiliste ainete abil replitseeritakse viiruse nukleiinhappeid ja viirusvalke. Oma iseseisvuse abil moodustatakse nendest molekulidest, mis väljuvad rakust, palju virioone. Sellisel juhul võib rakk surra või ellu jääda.

Viiruste roll

Praegu on teada üle 800 tüüpi viirused (tõenäoliselt miljonid liigid pole veel avatud). Viiruseid klassifitseeritakse pärilike infokandjate (DNA sisaldav ja RNA sisaldav) ja peremehe (taime viirused, seenhaigused, looma viirused ja prokarüootsed viirused või bakteriofaagid). Viroloogia binomiaalne nomenklatuur ei ole juurutatud ja tavaliselt kannab igat tüüpi viirus oma nime.

Viirused on paljude taime-, loomade ja inimeste nakkushaiguste põhjustajad. Samal ajal on viirused inimestele soovimatud organismid ("vaenlaste vaenlased"). Viiruseid kasutatakse molekulaarsete geneetiliste uuringute objektidena. Geenitehnoloogias kasutatakse geneetilise konstruktsiooni loomiseks ja geneetilise materjali ülekandmiseks viirusi.

Viiruste päritolu. On mitmeid viiruste päritolu teooriaid. Ühe teooria kohaselt on viirused äärmiselt lihtsustatud prokarüootsed organismid, mis on oma tsütoplasma kaotanud. Vastupidi teooriad leiavad, et viirused on osa selle raku geneetilisest materjalist, mis on ületatud selle piiridest.

Viiruste bioloogiline tähtsus on peamiselt seotud nende patogeensusega - võime põhjustada haigusi. On olemas ägedad viirushaigused (nt gripp), kroonilised ja varjatud (peidetud).

Inimeste ja loomade viirushaiguste vastu võitlemiseks kasutatakse mittespetsiifilisi ravimeid (näiteks interferooni), spetsiifilisi seerumeid ja viirusi paljunemist pärssivaid ravimeid. Viirushaiguste ennetamiseks kasutatakse erinevaid vaktsiine. Antibakteriaalsed ravimid (sulfoonamiidid, antibiootikumid) ei mõjuta viiruseid.

On nakkushaigusi, mis ei ole viirused. Ühes neist rühmadest kuuluvad viroidid - väikesed üheahelalised tsirkulaarsed RNA molekulid pikkusega kuni 300 nukleotiidi, mis ei kodeeri oma valke (ilma oma kapsiidita). Viirused põhjustavad paljusid taimehaigusi, näiteks kartulimugulate spindli kuju. Viiruse lähedal viirused. Need on RNA molekulid, mis on võimelised paljunema helperviiruse juuresolekul. Viirused põhjustavad ka taimehaigusi, näiteks mööduvat lutserni lindistust.

Regulatiivsed valgud, prioonid, on veel üks nakkushaiguste rühm. Prioonid hõlmavad neid geene, mis ei tohiks sel ajal ja teatud koes toimida. See häirib rakkude normaalset toimimist, mis põhjustab tõsiste haiguste, nagu entsefalopaatia ("marutaudi lehmad") arengut.

Mõned viirused (adenoviirused, retroviirused) võivad häirida peremeesraku geneetilise aparaadi normaalset toimet, mis põhjustab vähktõbe.

Viiruse genoom

Viiruste genoom sisaldab:

- struktuursed geenid, mis kodeerivad valke. Võtke ligikaudu 95% viiruse kromosoomist. Viiruste valke võib jagada mitmesse rühma: struktuur, ensüümid, regulaatorid.

- Regulatiivsed järjestused, mis ei kodeeri valke: promootoreid, operaatorit ja terminaatoreid.

- muud mittekodeerivad saidid (kohad), sealhulgas:

- attP saiti, mis integreerib viiruse kromosoomi peremeesraku kromosoomi;

- lineaarsete viiruslike kromosoomide kos-kleepuvaid otspunkte, mis kindlustavad lineaarse kromosoomi sulgemise tsükli kujul.

Geenid, mis kodeerivad rRNA ja tRNA, puuduvad tavaliselt viiruste genoomis. Kuid suure faagi T4 genoomis on geene, mis kodeerivad mRNA-d.

Viiruste genoomil on suur tihedus. Näiteks φХ174 faagis võib teine ​​geen asuda ühe geeni piires. Eriti on geen B sees geeni A ja geen E on geeni D sees. Väikeses RNA-d sisaldavas faagis f2 lüüsi blokeerivate regulatoorsete valkude geen kattub kahe teise geeniga..

Eukarüootsete viiruste tunnusjooned

Eukarüootsetes viirustes leiti järgmisi funktsioone:

1. Geenide intron-eksonstruktuur.

2. Valkude modifitseerimine pärast polüproteiinide sünteesi: kogu genoom transkribeeritakse üksikuna mRNA molekulina, mis toimib polüproteiini - üksik hiiglasliku inertse valgu sünteesiks - mallina ja ainult siis, kui polüproteiin laguneb valkudeks, mis täidavad spetsiifilisi funktsioone.

3. Kattuvad geenid (ahv viirus SV 40, gripiviirus).

DNA viirused

DNA viirused sisaldavad palju bakteriviiruseid - bakteriofaagid (või lihtsalt faagid). Mõned väikesed faagid (näiteks faag M13) reproduktsiooni ajal rakku ei hävita. Suurte faagide (nt faag T-4) paljundamine viib rakusurma. Phage T-4 on üks kõige keerulisemaid viirusi. Valgu kapsiid sisaldab vähemalt 130 valku, mis moodustavad pea, krae, kontraktiivse saba, basaallamina ja saba filamendid. Selle kapsiidi struktuur võimaldab süstida DNA bakterirakusse paksust kestast, nii et neid viirusi kujundlikult nimetatakse "elussüstaldeks". T-faagid võivad eksisteerida pikka aega prophaagina. DNA-d sisaldavate viiruste hulka kuuluvad paljude inimeste ja loomade haiguste patogeenid: rõivad, herpeseemned, B-hepatiidi viirused, imetajate ja inimese adenoviirused (nad põhjustavad seedetrakti haigusi, SARS-i, konjunktiviiti), inimese karakteraviirused. Mõned taimed viirused on lisatud ka DNA-d sisaldavatele viirustele (kuldkastmesaasiviirus, lillkapsa mosaiikviirus). Mõned viirused kasutatakse geenitehnoloogias, et viia geenid ühelt organismilt teisele, näiteks ahvviirus SV 40.

DNA-sisaldavate viiruste virioonid sisaldavad DNA-d. DNA kogus määratakse virioni valkude koguses: üks polüpeptiid kodeeritakse ligikaudu 1000 nukleotiidi (nukleotiidipaari) DNA segmendiga. Pärast rakku sisenemist muutub DNA ja RNA sünteesi jaoks viiruse DNA.

Näited DNA-sisaldavate viiruste genoomi organiseerimisest

1. Ringikujuline kaheahelaline DNA on umbes 5 kbp pikk.

- Monkey virus SV 40. Väike eukarüootne viirus. Viriosioonid, mis on kujutatud icosahedrilt. Capsid valk. Kasutatakse geenitehnoloogias kui geeniülekande vektorit. Kodeerib 5 valku.

- Inimese kartikaviirused.

2. ümmargune üheahelaline DNA pikkusega umbes 5 tonni; võib olla nii kodeerimine kui ka kodeerimata.

- väikesed bakteriofaagid tüüp M13. Ärge hävitage raku. Capsid sisaldab 8 valku.

- viiruse kuldsed mosaiigilised oad

3. Lineaarne kaheahelaline DNA pikkusega 30-150 kb.

- T4 bakteriofaagid. Virionid on suured. 130 proteiini valgu kapsiidis on: pea, sabaosa ja saba keermed. Need viirused võivad juba pikka aega eksitada prophaagina.

- Adenoviirused imetajad ja inimesed. Keskmise suurusega virionid iososedri kujul. Proteiini kapsiidid. Põhjus ARVI, konjunktiviit, seedetraktihaigused, mõnikord onkogenilised omadused.

- rõuged, herpes ja muud sarnased. Virionid on suured. On lipoproteiini membraan.

4. Lineaarne üheahelaline DNA pikkusega umbes 5 tonni; DNA võib olla nii kodeeriv kui ka kodeerimata. Inimestel, tuntud kui adenoviiruste satelliidid.

5. Kaheahelaline DNA, mis on suletud kattuvate segmentide rõngasse. DNA pikkus - 3-8 tonni.

- B-hepatiidi viirus. Spider-tüüpi suurusega virion on keskmise suurusega. On olemas täiendav viiruslike ja rakuliste valkude membraan. Kodeerib 5 valku.

- lillkapsa mosaiikviirus (CaMV). Selle viiruse 35S-RNA promootor (CaMV35S) on laialdaselt kasutatud geneetiliste konstruktsioonide loomiseks traditsioonilises geenitehnoloogias.

RNA viirused

RNA viirused hõlmavad paljusid taime viiruseid, inimeste ja loomade patogeene: polioviirus, A-, B- ja C-viirused, mumps (mumps), leetrid, lihasnõrkade katk (katk), marutaud, inimese immuunpuudulikkuse viirus (HIV). Arstuvoolud (puugid, sääsed), näiteks puukentsefaliidi viirused, kollapalavik, levivad arboviirused eristatakse eraldi rühmas. Paljud RNA-d sisaldavad viirused põhjustavad SARSi (näiteks koronaviirused), seedetraktihaigusi (lindude, imetajate ja inimeste reoviirused). Mõned RNA viirused kasutatakse biotehnoloogias, näiteks putukate polühedroosi viirused.

RNA-viiruste virioonid sisaldavad RNA-d. Pärast rakku tungimist muutub viiruse RNA DNA ja RNA sünteesiks malliks.

Näited RNA viiruste genoomi organiseerimisest

1. Lineaarne üheahelaline mRNA (pluss-ahel) pikkusega umbes 4 tonni; ühe molekuli kujul või mitmete erinevate molekulide kujul. Pluss-kett saab kohe edastamiseks kasutada. Nende viiruste vegetatiivne reproduktiivne faas voolab tsütoplasmas. Iplues on kodeeritud RNA replikaas (RNA-sõltuv RNA polümeraas). Esindajad:

- tubakamumasaari viirus (TMV) - segmenteeritud RNA. Virion on kihiline (18x300 nm). VTM on avatud D.I. Ivanovski 1982. aastal

- Polioviirus - segmenteerimata RNA. Virionid on väikesed, mis on kujutatud icosahedriks. Capsid valk.

- marutaudiviirus. Threaded virion. Täiendav lipoproteiini ümbris on olemas.

- arboviirused (kannavad lülijalgseid: puugid, sääsed); - spongioosne entsefaliidi viirus, kollapalavik. Virionide morfoloogia ja suurus on mitmesugused, näiteks viiruse entsefaliit sisaldab 9 valku. Täiendav lipoproteiini ümbris on olemas.

- Väikesed bakteriofaagid (koos segmenteerimata RNA-ga).

2. Lineaarne üheahelaline kRNA (miinus-ahel, nukleotiidide järjestus on mRNA-iga komplementaarne). Miinusketi ei saa tõlkida ja seda kasutatakse pluss-ahela sünteesi maatriksina. Täiendavaks ahelaks on viirusvalkude translatsioon ja seda kasutatakse viirusliku cRNA sünteesiks. Nende viiruste vegetatiivne reproduktiivne faas jätkub ka tsütoplasmas.

- gripi A, B, C viirused. A-tüüpi gripiviirus sisaldab 8 fragmendist koosneva RNA-i miinus-ahelat. RNA fragmendid on seotud viirusvalkudega ja moodustavad spiraalse nukleokapsiidi. Nukokapsiidi peal on glükolipoproteiini superkapsiid. Virioni 10 valkude koostis. Supercapsidi koostis sisaldab kahte valku, mis määravad viiruse antigeensed omadused: hemaglutiniin ja neuraminidaas. Lisaks sisaldab virion juba täidetud RNA replikaasi, mis annab pluss-ahela sünteesi miinus-ahela matriitsis.

- mumpsi (mumpsi), leetrite ja kiskjate liha (katk). Keskmise suurusega sfääriline virion. Täiendav lipoproteiini ümbris on olemas.

3. Lineaarne kaheahelaline RNA

- Väikesed bakteriofaagid. Virionid on väikesed, sfäärilised või kujul icosahedriga. Capsid valk.

- putukate polühedroosi viirused. Virionid on väikesed, sfäärilised või kujul icosahedriga. Capsid valk. Kasutatakse biotehnoloogias (interferooni sünteesiks).

- lindude, imetajate ja inimeste reoviirused. Virionid on väikesed, sfäärilised või kujul icosahedriga. Capsid valk. Põhjus ARVI, seedetrakti haigused. RNA fragmenteerunud (10, 11 fragmenti) kodeerib 11 valku.

4. Kaks lineaarset üheahelalist identset mRNA molekuli, mille pikkus on umbes 10 tonni. Retroviirused. Võib integreeruda DNA-sse. Virionid hõlmavad pöördtranskriptaasi ensüümi (pöördtranskriptaas). Täiendav lipoproteiini ümbris on olemas. Polühepatoviirused põhjustavad vähki: leukeemia, sarkoom, rinnavähk. Inimese immuunpuudulikkuse viirus, mis põhjustab AIDSi, kehtib ka retroviiruste kohta.

- Inimese immuunpuudulikkuse viirus (HIV). Sisaldab ühte RNA pluss-ahelat, mis kodeerib 13 valku. Sfääriline virion. On olemas täiendav lipoproteiini ümbrik, sealhulgas inimese membraanide fragmendid. Selektiivselt nakatab T-lümfotsüüte.


Seotud Artiklid Hepatiit