Существуют некоторые общие закономерности размножения вирусов. Во-первых, все РНК-содержащие вирусы, кроме вирусов гриппа и ретровирусов, размножаются в цитоплазме. Для своего размножения вирусы гриппа А и В и ретровирусы проникают в ядро, что связано с особенностями поведения их генома. Во-вторых, размножение всех ДНК-содержащих вирусов, кроме вирусов оспы, протекает в ядре, где происходит транскрипция и репликация их геномных нуклеиновых кислот, и в цитоплазме, где происходит трансляция вирусных белков, их процессинг и морфогенез вирионов. Лишь размножение вирусов группы оспы происходит в цитоплазме клетки, поскольку они обладают собственными системами транскрипции.

Другая особенность размножения вирусов заключается в том, что их нуклеокапсидные белки синтезируются на свободных полирибосомах (не связанных с мембраной), а суперкапсидные белки - на рибосомах, ассоциированных с мембранами (на шероховатых мембранах). Кроме того, белки некоторых вирусов подвергаются протеолитическому процессингу и гликозилированию. Различают два типа протеолитического процессинга: каскадный и точечный.

При каскадном протеолизе вновь синтезированный вирусный полипептид-пред­шественник (полипротеин) подвергается последовательному «нарезанию» с образованием более коротких полипептидов, часть из которых дополнительно разрезается на более мелкие субъединицы. Ряд ступеней такого каскадного протеолиза осуществляется определенной областью самого полипротеина, обладающего протеазной активностью. Такому каскадному процессингу подвергаются белки у ретровирусов, пикорнавирусов, альфа-, флави- и других вирусов. Для них такое протеолитическое нарезание белков является жизненно важным этапом репродукции, поскольку оно обусловливает реализацию их функций.

При точечном протеолизе разрезанию подвергается один (реже несколько) из ви­русных полипептидов. Разрезание происходит, как правило, в определенном участке полипептида. Такой тип протеолиза необходим для того, чтобы определенный белок вируса приобрел свою специфическую активность. Например, суперкапсидный белок вируса гриппа - гемагглютинин - разрезается на две субъединицы: большую и мень­шую. В результате меньшая субъединица приобретает способность сливаться с мембранами клетки-мишени и ее лизосомами. Благодаря этому вирус гриппа приобретает способность проникать в клетку. Такой точечный протеолиз наблюдается у ортомиксовирусов, парамиксовирусов, ротавирусов, вирусов группы оспы и др. Точечный про­теолиз, как и каскадный, жизненно важен для вируса.

Наконец, еще одна особенность вирусов, обладающих суперкапсидом, заключается в том, что суперкапсидные белки подвергаются в ходе своей транспортировки на наружную поверхность клеточной мембраны гликозилированию.

Не нашли подходящую информацию? Не беда! Воспользуйтесь поиском на сайте в верхнем правом углу.

Но вирусы не могут быть слишком опасными для своего хозяина. Иначе это может привести к полному исчезновению донорского организма, а значит, будет уничтожен и возбудитель болезней. Но и слишком слабыми вирусы быть не могут. Если в организме хозяина слишком быстро будет развиваться иммунитет, то они исчезнут как вид. Часто бывает, что данные микроорганизмы имеют одного хозяина, внутри которого они живут, не доставляя последнему неприятностей, а патогенное воздействие при этом оказывают на других живых существ.

Размножаются они путем репродукции. Это означает, что вначале воспроизводятся их нуклеиновые кислоты и белки. А потом из созданных компонентов комплектуются вирусы.

Виды вирионов и пути заражения

Прежде чем разбираться, как происходит размножение вирусов в клетке, надо понять, как эти частицы туда попадают. Например, есть инфекции, которые распространяются исключительно человеком. К ним относят, корь, герпес и частично грипп. Они передаются контактным либо воздушно-капельным путем.

Энтеровирусы, реовирусы, аденовирусы могут попадать в организм пищевым путем. Заразиться, например, папилломавирусом можно при прямом контакте с человеком (как бытовом, так и половом). Но существуют и другие пути инфицирования. Например, некоторыми видами рабдовирусов можно заразиться в результате укуса кровососущих насекомых.

Встречается и парентеральный путь заражения. Например, вирус гепатита В может попасть в организм человека при хирургических манипуляциях, стоматологических процедурах, переливании крови, педикюре либо маникюре.

Не стоит забывать и о вертикальном пути передачи инфекций. В этом случае при заболевании матери во время беременности поражается плод.

Описание вирусов

Достаточно долгое время о возбудителях большинства заболеваний судили лишь исходя из болезнетворного воздействия на организм. Увидеть эти патогенные организмы у ученых получилось лишь тогда, когда был изобретен электронный микроскоп. Тогда же удалось выяснить, как осуществляется размножение вирусов.

Эти микроорганизмы заметно различаются по размеру. Некоторые из них по величине похожи на небольшие бактерии. Самые мелкие приближаются по размеру к белковым молекулам. Для их измерения используют условную величину - нанометр, который равен одной миллионной части миллиметра. Они могут быть от 20 до нескольких сотен нанометров. По виду они бывают похожи на палочки, шарики, кубики, нити, многогранники.

Состав микроорганизмов

Чтобы понять, как размножение вирусов происходит в клетках, надо разобраться с их составом. Простые состоят из нуклеиновой кислоты и белков. Причем первый компонент является носителем генетических данных. Они состоят лишь из одного вида нуклеиновой кислоты - это может быть ДНК или РНК. На этом различии и основана их классификация.

Если внутри клетки вирусы являются компонентами живой системы, то вне их они являются инертными нуклепротеинами, которые называются вирионами. Обязательным их компонентом являются белки. Но у разных видов вирусов они различаются. Благодаря этому их удается распознать при помощи специфических иммунологических реакций.

Учеными были обнаружены не только простые вирусы, но и более сложные по структуре организмы. В их состав также могут входить липиды, углеводы. Каждая группа вирусов отличается уникальным составом жиров, белков, углеводов, нуклеиновых кислот. В некоторых из них есть даже ферменты.

Начало процесса размножения

Понять, как происходит данный процесс, можно, если рассмотреть детально, как микроорганизм проникает в клетку, и что в ней происходит после этого. Вирионы можно представить себе как частицу, состоящую из ДНК (либо РНК), заключенную в белковый чехол. Размножение вирусов начинается лишь после того, как микроорганизм прикрепляется к клеточной стенке, к ее плазматической мембране. При этом надо понимать, что каждый вирион может прикрепляться лишь к определенным видам клеток, в которых есть специальные рецепторы. На одной клетке могут расположиться сотни вирусных частиц.

После этого начинается процесс виропексиса. Клетка сама втягивает вовнутрь прикрепившиеся вирионы. Лишь после этого начинается «раздевание» вирусов. С помощью входящего в клетку комплекса ферментов растворяется белковая оболочка вируса и высвобождается нуклеиновая кислота. Именно она по каналам клетки проходит в ее ядро либо остается в цитоплазме. Кислота отвечает не только за размножение вирусов, но и за их наследственные особенности. Собственный обмен в клетках подавляется, все силы направляются на то, чтобы создавать новые компоненты вирусов.

Процесс композиции

Встраивается в ДНК клетки. Внутри начинают активно создаваться многократные копии вирусной ДНК (РНК), делается это при помощи полимераз. Некоторые из новосозданных частиц соединяются с рибосомами, там же проходит процесс синтеза новых белков вируса.

Как только достаточное число компонентов вируса будет накоплено, начнется процесс композиции. Он проходит возле Суть его заключается в том, что из компонентов собираются новые вирионы. Так и проходит размножение вирусов.

В составе вновь образованных вирионов можно обнаружить частицы клеток, в которых они находились. Часто процесс их формирования заканчивается тем, что они обволакиваются клеточным мембранным слоем.

Завершение размножения

Как только заканчивается процесс композиции, вирусы покидают своего первого хозяина. Сформированное потомство уходит и начинает заражать новые клетки. Размножение вирусов происходит непосредственно в клетках. Но они в итоге они полностью разрушаются либо частично повреждаются.

Заразив новые клетки, вирусы начинают активно размножаться в них. Цикл репродукции повторяется. То, как будет проходить процесс выхода созданных вирионов, зависит от группы вирусов, к которым они относятся. Например, энтеровирусы характеризуются тем, что они быстро высвобождаются в окружающую среду. А вот агенты герпеса, реовирусы, ортомиксовирусы выходят по мере созревания. Перед тем как погибнуть, они могут пройти несколько циклов такого размножения. При этом ресурсы клеток истощаются.

Диагностика заболеваний

Размножение в некоторых случаях сопровождается тем, что частицы патогенных микроорганизмов могут накапливаться внутри клеток, образуя кристаллообразные скопления. Специалисты называют их тельцами включений.

Например, при гриппе, оспе либо бешенстве такие скопления находятся в При весенне-летнем энцефалите их обнаруживают в ядре, а при других инфекциях они могут быть и там и там. Этот признак используют для диагностики болезней. Важно в этом случае и то, где именно происходит процесс размножения вирусов.

Например, при обнаружении овальных или круглых образований в клетках эпителия, говорят об оспе. Цитоплазмотические скопления в клетках головного мозга свидетельствуют о бешенстве.

Способ размножения вирусов весьма специфический. Вначале вирионы входят внутрь подходящих им клеток. После этого начинается процесс высвобождения нуклеиновых кислот и создания «заготовок» деталей для будущих патогенных микроорганизмов. Процесс размножения завершается тем, что комплектуются новые вирионы, которые выходят в окружающую среду. Достаточно нарушить один из этапов цикла, чтобы размножение вирусов было остановлено либо они начали давать неполноценное потомство.

творческая работа

Способ размножения вирусов

Вирус (от лат. virus- яд) - микроскопическая частица, способная инфицировать клетки живых организмов.

Вирусология (от virus и logos - слово, учение), наука о вирусах. Общая вирусология изучает природу вирусов, их строение, размножение, биохимию, генетику.

Способ размножения вирусов также отличается от деления, почкования, спорообразования или полового процесса, которые имеют место у одноклеточных организмов, у клеток многоклеточных организмов и у последних в целом. Репродукция, или репликация, как обычно обозначают размножение вирусов. Формирование вирионов происходит либо путем само сборки (упаковка вирусной нуклеиновой кислоты в белковые капсиды и образование нуклеокапсида), либо с участием клетки, либо обоими способами (оболочечные вирусы). Конечно, противопоставление митотического деления клетки и репликации не абсолютно, так как способы репликации генетического материала у ДНК-содержащих вирусов принципиально не отличаются, а если учесть, что и синтез генетического материала у РНК-содержащих вирусов также осуществляются по матричному типу, то относительным является противопоставление митоза и репликации всех вирусов. И, тем не менее, различия в способах размножения клеток и вирусов настолько существенны, что имеет делить весь живой мир на вирусы и невирусы.

Вирусные заболевания живых организмов

Самые крупные вирусы (вирусы оспы) приближаются по размерам к небольшим бактериям, самые мелкие (возбудители энцефалита, полиомиелита, ящура) - к крупным белковым молекулам. Иными словами, среди вирусов есть свои великаны и карлики. (см...

Вирусы и их особенности

Первые упоминания о самой грозной вирусной инфекции прошлого -- оспе найдены в древнеегипетских папирусах. Эпидемия оспы в Египте за 12 веков до нашей эры описана древними арабскими учеными. На коже мумии фараона Рамзеса V (1085 г. до н.э...

В XVI-XV1I вв. натурфилософское и во многом схоластическое познание природы превратилось в современное естествознание, в систематическое научное познание на базе экспериментов и математического изложения...

Естественнонаучная и гуманитарная культуры

Естествознание XVIII развивалось на базе классической механики Галилея-Ньютона, определившей механистический взгляд на природу. Среди основных наиболее значимых достижений естествознания XVIII в...

Значение плодов и ягод как продуктов питания

Нынешний год для садоводов Алтайского края был крайне тяжелым. Плодовые культуры - яблоня, груша, слива, вишня - не выдержали суровых рождественских морозов. Многие сорта вымерзли вообще, или в лучшем случае от дерева остался пень...

Кодирование и реализация биологической информации в клетке, генетический код и его свойства

Коммуникации у птиц

У птиц коммуникация исследована лучше, чем у каких-либо других животных. Птицы общаются с особями своего вида, а также других видов, в том числе с млекопитающими и даже с человеком. Для этого они используют звуковые (не только голосовые)...

Коммуникации у птиц

Дело в том, что наряду с песней, акустический репертуар всех видов певчих птиц, в том числе и всех, о которых мы с вами говорили, включает так называемые, "позывы" или "позывки", это совершенно иной класс звуков. Отличаются они от песни, пожалуй...

Вирусы являются возбудителями многих опасных заболеваний человека, животных и растений. В то же время, вирусы - возбудители заболеваний у нежелательных для человека организмов («враги наших врагов»)...

Медицинское и ветеринарное значение вирусов

Вирусы культивируют на биологических моделях: в организме лабораторных животных, в развивающихся куриных эмбрионах и культурах клеток (тканей). Лабораторных животных (взрослых и новорожденных белых мышей, хомяков, кроликов, обезьян и др...

Механизмы движения хромосом при делении клетки

На основе выясненного механизма деления клетки можно предложить более щадящий способ нарушения митоза, посредством разрушения соединения хромосомы и микротрубочки. Поскольку микротрубочки и кинетохоры соединяются посредством фибрилл...

Мутация - изменчивость, связанная с изменением самих генов. Она может иметь прерывистый, скачкообразный характер и приводить к стойким изменением наследственных свойств вирусов...

Мутация вирусов, характеристика мутагенов

Плесневые грибы

Размножение происходит путем деления, идущего в поперечном направлении. При делении бактерия распадается на две равные или неравные по величине части. Образовавшиеся две клетки рассматриваются как материнская и дочерняя...

Польза меда

Добывание мёда - старинный славянский промысел. Он назывался бортничеством, а люди, занимавшиеся им - бортниками. Бортники берегли старые толстые деревья, в которых были дупла, и сами выдалбливали отверстия - борти...

Следующий этап – «раздевание» проникших внутрь клеток вирионов. Для этой цели используется имеющийся в клетках комплекс специальных ферментов, которые растворяют белковый чехол вируса и освобождают его нуклеиновую кислоту. Последняя по клеточным каналам проникает в ядро клетки или остается в цитоплазме клетки. Она не только «руководит» размножением вируса, но и определяет его наследственные свойства. Нуклеиновая кислота вируса подавляет собственный обмен клетки и направляет его на производство новых компонентов вируса. С помощью полимераз снимаются копии родительской нуклеиновой кислоты. Часть вновь образовавшихся копий соединяется с рибосомами, на которых осуществляется синтез вирусных белков.

После того как в зараженной клетке накопится достаточное количество компонентов вируса, начинается сборка вирионов потомства или, выражаясь научным языком, процесс композиции. Процесс этот происходит обычно вблизи клеточных оболочек, принимающих иногда в нем непосредственное участие. В составе вновь образовавшихся вирионов часто обнаруживаются вещества, характерные для клетки, в которой размножается вирус. В этих случаях формирование вирионов завершается своеобразным обволакиванием их слоем клеточной мембраны.

Последним этапом взаимодействия вирусов с клетками является выход, или освобождение, новых дочерних вирионов из клетки. Для энтеровирусов характерен быстрый выход в окружающую среду сотен, а порой тысяч дочерних вирионов. Другие вирусы человека и животных (вирусы герпеса, реовирусы, ортомиксовирусы) выходят из клеток по мере созревания. До гибели клеток эти вирусы успевают проделать несколько циклов размножения, постепенно истощая синтетические ресурсы клеток. В отдельных случаях вирусы могут накапливаться внутри клеток, образуя кристаллоподобные скопления, которые называют тельцами включений.

При гриппе, бешенстве, оспе такие тельца находят в цитоплазме клеток, при весенне-летнем энцефалите – в ядре, при некоторых инфекциях – и в ядре, и в цитоплазме.

Высокая специфичность внутриклеточных включений при вирусных заболеваниях позволяет использовать этот признак для диагностики. Например, обнаруженные в клетках головного мозга цитоплазматические включения являются основным доказательством заболевания бешенством, а специфические образования круглой или овальной формы, обнаруженные в эпителиальных клетках, указывают на заболевание оспой. Включения описаны также при энцефалите, ящуре и других заболеваниях. Очень своеобразные включения, имеющие кристаллическую форму, образуют вирусы растений.

Таким образом, размножение вирусов происходит особым, ни с чем не сравнимым способом. Сначала вирионы проникают внутрь клеток, и освобождаются вирусные нуклеиновые кислоты. Затем «заготавливаются» детали будущих вирионов. Размножение заканчивается сборкой новых вирионов и выходом их в окружающую среду. Выпадение любого из указанных этапов приводит к нарушению нормального цикла и влечет за собой либо полное подавление размножения вирусов, либо появление неполноценного потомства.

Поразительно, как вирусы, которые в десятки и даже сотни раз меньше клеток, умело и уверенно распоряжаются клеточным хозяйством. Для построения себе подобных они используют клеточные материалы и энергию. Размножаясь, они истощают клеточные ресурсы и глубоко, часто необратимо, нарушают обмен веществ, что в конечном счете является причиной гибели клеток.

ΙΙΙ. Многообразие вирусов и типы вирусных инфекций

В основу классификации вирусов положены следующие признаки: тип нуклеиновой кислоты (ДНК- или РНК-содержащие вирусы), размер, строение, наличие или отсутствие липидов и др. Основные группы вирусов, вызывающих заболевания у человека, представлены в таблице.

Таблица - Вирусы, опасные для человека

Как видно из приведенных данных, из более чем 1000 вирусов, выделенных от человека и животных к настоящему времени, около половины обладает болезнетворными свойствами. При этом вирусы действуют избирательно, обычно поражая определенные органы и ткани кишечника, миндалины, печень, нервные клетки спинного или головного мозга, поэтому болезни, которые они вызывают (энтериты, острые респираторные заболевания, гепатиты, энцефалиты и др.), как правило, имеют определенную клиническую картину.

Диапазон патологических процессов, вызываемых вирусами, очень широк (таблица). Здесь и так называемые генерализованные инфекции (грипп, корь, бешенство, свинка, оспа и др.), и местные поражения кожи и слизистых оболочек (герпес, бородавки), и болезни отдельных органов и тканей (миокардиты, гепатиты, лейкозы), и, наконец, злокачественных новообразования (рак, саркома у животных). Использование антибиотиков резко снизило число заболеваний, вызываемых бактериями и простейшими. Это привело к тому, что удельный вес вирусных инфекций в патологии человека начал возрастать. Распространенными заболеваниями остаются грипп и острые респираторные заболевания, корь, вирусный гепатит, тропические лихорадки, герпес и другие вирусные болезни. В природе существует мало чисто человеческих вирусов; все они близки и аналогичны соответствующим вирусам животных.

исунок 4 – Вирус гепатита В

Какова вероятность встречи с вирусами? С возбудителями гриппа, кори, свинки (см. Паротит эпидемический), герпеса, цитомегалии, гастроэнтерита и различных ОРЗ (см. Острые респираторные заболевания) контакты практически неизбежны (90-100%); с вирусами, вызывающими гепатит (см. Гепатит вирусный), краснуху, бешенство, везикулярный стоматит, полиомиелит, миокардиты, синдром приобретенного иммунного дефицита (СПИД), встреч можно избежать. Так или иначе, но человек на протяжении всей жизни подвергается опасности заразиться и заболеть какой-либо вирусной инфекцией, хотя существует определенная возрастная чувствительность к вирусам.

Еще не родившемуся плоду человека грозят два вируса – краснухи и цитомегалии, которые передаются внутриутробно и очень опасны. Новорожденные и грудные младенцы еще более уязвимы: им угрожают вирусы герпеса 1-го и 2-го типа и вирус гепатита В, подстерегают их и новые опасности – грипп, различные ОРЗ, полиомиелит, острые гастроэнтериты. Однако особо высокой чувствительностью отличаются дети младшего и старшего возраста. Они восприимчивы, по сути дела, ко всем вирусным инфекциям, и в первую очередь, к кори, эпидемическому паротиту и гепатиту А. Перед людьми зрелого возраста вирусы несколько отступают «отступают» - взрослых людей они поражают гораздо реже, но в отношении пожилых и стариков активизируются вновь.

Итак, вирусы являются постоянными спутниками человека от рождения (вернее, еще до рождения) вплоть до глубокой старости. Считается, что при средней продолжительности жизни 70 лет около 7 лет человек более вирусными заболеваниями. Отсюда понятно, что вирусы приносят огромный экономический ущерб. Так, ежегодные потери, связанные только с гриппом, составляют в нашей стране миллиарды рублей. Если же сюда прибавить потери, связанные с другими вирусными инфекциями, в частности поражающими сельскохозяйственных животных (ящур, чума кур, лейкозы коров и др.) и растения (рак картофеля, карликовость помидоров, мозаика табака и т.д.), эта сумма возрастает во много раз. Но вернемся к людям. Подсчитано, что в среднем человек ежегодно сталкивается с 2 и более вирусными инфекциями, а всего за жизнь вирусы до 200 раз проникают в его организм. К счастью, далеко не все эти встречи заканчиваются болезнями, так как в процессе эволюции человеческий организм научился успешно справляться со многими вирусами.

Вирионы представляют собой инертные формы, которые сами по себе не размножаются, а лишь существуют для передачи от одного организма другому и для перехода из одной клетки хозяина в другую и сохранения во внешней среде. В последнем случае они как бы напоминают роль споровых форм микроорганизмов.

Размножение вирусов является результатом репликации их генома и репродукции других структурных компонентов вириона. Эти процессы происходят внутри инфицированной клетки. Для того, чтобы вирус мог размножиться, он должен вначале заразить клетку; чтобы заразить клетку, вирус должен связаться с клеточной поверхностью, проникнуть в клетку и «раздеться» до такой степени, чтобы его геном стал способен реализовать свои генетические функции, в результате чего появится новое потомство вируса. Спектр хозяев разных вирусов значительно варьирует, он определяется как видами животных, так и типами клеток, в которых данный вирус может размножаться.

Одни вирусы имеют широкий спектр хозяев, другие заражают лишь клетки одного типа определенных видов животных. Способность клеток и организма заражаться вирусом называют, соответственно, чувствительностью и восприимчивостью. Когда восприимчивый организм вступает в контакт с вирусом, первоначально заражаются лишь чувствительные клетки у входных ворот инфекции (например, миндалины). Однако для клинического проявления инфекции этого может оказаться недостаточно, так как болезнь возникает вследствие заражения клеток-мишеней (например, нейронов, гепатоцитов) после того, как вирус размножился на месте внедрения в организм. В ряде случаев клетки-мишени располагаются у входных ворот инфекции (например, кишечные, респираторные инфекции).

События, происходящие в инфицированной клетке, могут существенно различаться и конечный результат их также может быть различным - от размножения вируса (продуктивная инфекция) с разрушением или/без разрушения клеток до трансформации клеток, которые приобретают способность к неограниченному делению.

Многие цитопатогенные вирусы обладают способностью к установлению персистентной инфекции в чувствительных клетках. Молекулярные механизмы персистенции вирусов в клеточных культурах окончательно не выяснены.

Репликация вирусов занимает центральное место в молекулярной биологии. Основные закономерности репликации вирусов первоначально были изучены в опытах с бактериофагами, а с появлением культур клеток млекопитающих эти методы были адаптированы к вирусам животных.

В начале инфекций в клетку проникает вирусный геном (РН К или ДНК), часто вместе с необходимыми вирионными белками. Несмотря на существенные различия в стратегии размножения разных семейств ДНК- и РНК-вирусов, особенно в отношении транскрипции и репликации их геномов, этот процесс имеет общие характерные особенности, свойственные всем вирусам. Главная из них состоит в том, что способность вирусов к размножению и судьба зараженных клеток зависят от синтеза и функции продуктов вирусных генов - белков, которые обеспечивают: а) репликацию вирусного генома и синтез вирусных белков, б) упаковку генома в вирусные частицы (вирионы) и в) изменение структуры и (или) функции зараженных клеток.

Стратегия, применяемая вирусами для обеспечения этих функций, варьирует. Иногда вирусные белки (папиллома и полиомавирусы) просто помогают ферментам клетки хозяина реплицировать вирусный геном. В большинстве случаев вирусные белки сами обеспечивают репликацию вирусного генома, но даже наиболее независимые вирусы, как правило, используют при этом по крайней мере несколько белков хозяина.