Формы существования вирусов. Морфология и биохимическая структура вирионов. Геном вирусов. Прионы

Формы существования вирусов. Морфология вирионов 

Вирусы существуют в трех формах: 

• вирион (вирусная частица) – внеклеточная, покоящаяся, не проявляющая свойств живого форма вируса, выполняющая функцию переноса его генома из одной клетки в другую;

• вегетативная (внутриклеточная, репродуктивная) форма;

• провирус – форма интеграции (встраивания) вирусного генома с геномом клетки хозяина, при которой репродукции вируса не происходит.

По строению вириона различают простые и сложные вирусы. Их внутреннее строение одинаково. Сердцевину вируса составляет геном в виде молекул РНК или ДНК. Геном покрывается белковой оболочкой – капсидом, который состоит из повторяющихся субъединиц – капсомеров. Вместе геном (нуклеиновая кислота) и капсид образуют нуклеокапсид. Для простых вирусов он является внешней оболочкой.

У сложных вирусов есть дополнительная внешняя оболочка – суперкапсид. Его основу составляют липиды (фосфолипиды и гликолипиды) клеточных мембран клеток-хозяев. С внутренней стороны может иметься матриксный слой из М-белка. С наружной стороны, то есть на поверхности суперкапсида, располагаются гликопротеиновые шипы или нити. 

По типу симметрии капсида различают капсиды:

• икосаэдрической (кубической) симметрии:

  • в основе лежат различные комбинации равносторонних треугольников из шаровидных белковых субъединиц;

  • самая эффективная и экономичная симметрия для формирования замкнутого чехла;

  • капсид приобретает псевдосферическую форму (чем больше капсомеров и чем они меньше, тем сильнее форма приближается к сферической);

• спиральной симметрии:

  • белковые субъединицы располагаются по спирали, между ними (также по спирали) уложена нуклеиновая кислота;

  • вирусы часто приобретают нитевидную форму (но не обязательно);

  • геном защищен лучше, чем при кубической симметрии, но требуется большее количество белка.

Геном вирусов. Функции белков, липидов и углеводов вирионов

Нуклеиновые кислоты обеспечивают наследственные признаки, являются хранителями генетической информации и необходимы для репродукции вирусов. Многие из них могут вызывать инфекционный процесс самостоятельно, достаточно их проникновения в клетку. 

Геном вирусов представлен либо ДНК, либо РНК. Вирусная ДНК может быть одно- и двунитевой, фрагментированной, линейной или кольцевой. От клеточной ДНК она отличается наличием прямых или инвертированных повторов на концах (для замыкания в кольцо). 

Вирусная РНК также может быть фрагментированной, линейной или кольцевой, и даже двунитевой (по типу двойной спирали ДНК). РНК вирусов имеет положительную (+) или отрицательную (–) полярность. +РНК обладает функциями мРНК, то есть непосредственно с нее может идти трансляция белка. Напротив, –РНК выполняет только наследственную функцию и сама не является матрицей для рибосом. В этом случае, чтобы получить мРНК, необходима РНК-зависимая РНК-полимераза, которая на матрице –РНК построит +РНК.

Компоненты вириона выполняют следующие функции:

• белки: 

  • структурные – защита генома от нуклеаз, распознавание и взаимодействие с клетками, антигенные и иммуногенные свойства;

  • неструктурные – полимеразы и регуляторные белки;

• липиды: стабилизация вирусной частицы, инфекционность;

• углеводы (в составе гликопротеидов суперкапсида): рецепторная и гемагглютинирующая активность, антигенные свойства.

Прионы 

Все прионные болезни млекопитающих вызываются аномальной изоформой белка PrP, нормальная изоформа которого присутствует в норме в мембранах многих клеток. При спонтанном возникновении или экзогенном привнесении белка с аномальной третичной структурой он начинает изменять третичную структуру нормальных белков, также превращая их в прионы. Прионный белок устойчив к протеазам и накапливается в клетках (его количество растет в геометрической прогрессии).

Прионами можно заразиться алиментарным путем, при переливаниях крови, через хирургические инструменты и иммунобиологические препараты. После репликации преимущественно в лимфоидных тканях прионы переносятся в головной мозг, где накапливаются в больших количествах и приводят к нейродегенерации, превращая мозг в подобие губки (отсюда и собирательное название болезней – губчатые энцефалопатии).

Весьма распространена губчатая энцефалопатия крупного рогатого скота («коровье бешенство»). У человека прионы вызывают следующие очень редкие медленные болезни:

• Крейтцфельда-Якоба – провалы в памяти, утрата интереса к окружающему, нарушение координации движения, галлюцинации, выраженные когнитивные нарушения;

• Куру – головная боль, судороги, тремор туловища, головы и конечностей, нарушения памяти и внимания; болезнь распространена среди аборигенов-каннибалов Новой Гвинеи; 

• синдром Герстмана-Штраусслера-Шейнкера (семейный) – нарушения координации движения, глотания и прогрессирующая деменция;

• фатальная семейная бессонница – бессонница (снотворные неэффективны), галлюцинации, полная неспособность спать, истощение, деменция.

Все прионные болезни заканчиваются смертью в течение 1-10 лет. Диагностика возможна только иммуногистохимическими методами с тканями мозга. Лечение не разработано. Меры профилактики включают тщательную стерилизацию инструментария, использование одноразовых инструментов для нейрохирургических операций, ограничение на использование препаратов, приготовленных из тканей крупного рогатого скота.