Содержание

Клеточная строение

Клеточное строение, характерное для всех растительных и животных организмов, обусловлено деятельностью клеток, составляющих единое целое. Основные свойства живой материи — это обмен веществ, рост, раздражимость, саморепродукция, наследственность, изменчивость и т. п. — осуществляются на уровне клетки. Несмотря на различия в структуре и функциях клеток отдельных организмов, имеются некоторые общие особенности, присущие всем клеткам, они и являются основным предметом цитологических исследований.[ …]

Кроме организмов, имеющих клеточное строение, имеются и неклеточные формы жизни—вирусы и бактериофаги. Кстати, вирусы были открыты в 1892 г. русским биологом Д.И. Ивановым, а их название в переводе означает «яд», что в общем-то в привычном обиходе для многих людей отражает их воздействие на состояние здоровья.[ …]

Школьники обычно считают, что клеточное строение растений видно только в микроскоп.[ …]

Большинство живых организмов имеет клеточное строение.

Клетка — это структурная и функциональная единица живого. Для нее характерны все признаки и функции живых организмов: обмен веществ и энергии, рост, размножение, саморегуляция. Клетки различны по форме, размеру, функциям, типу обмена веществ (рис. 47).[ …]

Это — микроорганизмы, не имеющие клеточного строения. Размеры структурных единиц вирусов (вирионов) колеблются от 10 до 300 нм. В состав вирионов входят молекулы рибонуклеиновой (РНК) или дезоксирибонуклеиновой (ДНК) кислот, окруженные белковой оболочкой. Вирусы имеют разнообразную форму: кубическую, сферическую, палочковидную и др. Размножение вирусов осуществляется простым делением или более сложным путем только внутри клеток живого организма. Вирусы обладают специфичностью действия, т. е. отдельные группы вирусов поражают определенные живые организмы.[ …]

Вскоре после приобретения первичным эндоспермом клеточного строения возникает вторичный эндосперм. Количество ауксина сначала уменьшается благодаря быстрому росту зародыша, а затем, когда рост зародыша начинает прекращаться, увеличивается до максимума.

Низкое содержание ауксина в период интенсивного роста зародыша является основной причиной июньского опадения плодов. Прекращение роста зародыша в сочетании с повышенным содержанием ауксина имеет следствием окончание июньского сбрасывания плодов.[ …]

Вирусы — это микроорганизмы размером от 10 до 300 нм, не имеющие клеточного строения. Наиболее часто в воде распространены энтеровирусы размером 15-30 нм и паразитические формы микроорганизмов — фаги, колифаги размером от 50 до 100 нм. Вирусы, колифаги могут содержаться в воде поверхностных и подземных водоисточников, но чаще обнаруживаются в поверхностных водах. В основном загрязнение поступает со сточными водами.[ …]

Между растениями и животными существует ряд сходств (одинаковое клеточное строения, одинаковый генетический материал и т. д.). В то же время для них характерны существенные различия (наличие целлюлозы в клеточных стенках растений, которой нет в мембранной системе клеток животных, присущий многим растениям неограниченный рост, который не характерен для животных и т.

д.). Между растениями и животными существуют различия и по численному составу.[ …]

Один из спермиев сливается с яйцеклеткой. После оплодотворения верхняя часть женского гаметофита также приобретает клеточное строение.[ …]

Эти закономерности тем ближе к действительным, чем меньше угол а (см. рис. 3). Он возрастает с переходом от поперечного сжатия древесины к продольному. Однако и при продольном резании зона II, как показывают опыты, весьма развита и потому влияние клеточного строения древесины на процесс резания значительно.[ …]

Степень разложения — важную характеристику торфа — определяют по относительному содержанию (в %) продуктов распада тканей, утративших клеточное строение. Ее устанавливают специальными анализами торфа, изучением строения растительных остатков под микроскопом. В полевых условиях степень разложения можно определить глазомерно (табл. 40). Чем выше степень разложения торфа, тем ценнее агрономические качества торфяных почв как объекта возможного земледельческого освоения. Торф верховых болотных почв имеет слабую или среднюю степень разложения, а низинных — чаще всего высокую.[ …]

Чувствительность эндосперма ко всякого рода воздействиям меняется в процессе эмбриогенеза. Особенно он чувствителен в ранний период своего развития, когда находится в свободноядерном состоянии. После приобретения клеточного строения эндосперм реагирует на те или иные нарушения значительно слабее. АНУ оказывает особо сильное угнетающее действие на те завязи, у которых во время опрыскивания зародыши семян находятся в 5—10-клеточной стадии.[ …]

Возбудителями болезней являются вирусы, которые отличаются от грибов и бактерий малыми размерами частиц, видимыми только под электронным микроскопом. Они не способны самостоятельно проникать в клетки растений через оболочки и покровные ткани, не имеют клеточного строения и могут размножаться только в живых клетках восприимчивых организмов.[ …]

Аналогия заставила бы меня сделать еще один шаг — допустить, что все животные и растения происходят от одного общего прототипа. Но аналогия может иногда быть неверным путеводителем. Тем не менее все живые существа имеют много общего в их химическом составе, в их клеточном строении, в законах их роста и в их чувствительности по отношению к вредным влияниям. Мы видим это даже в таком, казалось бы, незначительном факте, каково, например, одинаковое действие одного и того же яда на растения и на животных или, например, действие яда насекомого, вызывающее уродливое образование галлов на шиповнике и на дубе. У всех органических существ, за исключением, быть может, самых низших, половой процесс существенно сходен. У всех, насколько в настоящее время известно, зародышевый пузырек одинаков, так что все организмы начинают свое развитие от одного общего начала. Если мы даже остановимся только на двух главнейших подразделениях, именно, на животном и растительном царствах, то некоторые низшие формы представляют в такой мере промежуточный характер, что натуралисты не раз спорили о том, к которому из двух царств их должно отнести» [14].

[ …]

Современная наука обладает многими фактами, доказывающими единство происхождения органического мира на планете. В пользу общности происхождения всего живого говорят удивительно близкий элементный химический состав всех организмов, от бактерий до животных, высокая степень сходства не только в строении биологических молекул, но и в способе их функционирования, единые для всего живого принципы генетического кодирования наследственной информации, клеточное строение всех организмов и сходство функционирования и деления клеток и многое другое. Крайне маловероятно, чтобы такое сходство в строении и функционировании живых организмов могло быть следствием случайного совпадения. Все эти факты доказывают единство происхождения всего живого и его эволюционного развития от простою к более сложному. На эволюционное происхождение живою мира указывают также сходство начальных стадий эмбрионного развития всех животных, наличие рудиментных органов, богатейшие палеонтологические данные, подтверждающие эволюционные изменения морфологических признаков живых организмов на нашей планете уже более 3 млрд.

лет.[ …]

ОРГАНИЗМ [от лат. organizo — устраиваю, сообщаю стройный вид] — живое существо, обладающее совокупностью свойств, отличающих его от неживой материи. О. — замкнутая по структуре, иерархически организованная, неравновесная, самоорганизующаяся, открытая по обмену веществом и энергией система, элемент всех экосистем. Большинство О. имеет клеточное строение. См. Жизнь. ОРГАНИЗМ-ИНДИКАТОР — организм, который в силу узкой экологической приспособленности (стеноби-онт), приспособленности к жизни только в данной экосистеме или чувствительности к определенным веществам (в т. ч. к загрязняющим) своим поведением, изменением физиологических реакций (подавленное состояние, усиленное размножение) либо самой возможностью существования указывает на изменения в окружающей среде. См. Биоиндикатор. ОРГАНИЗОВАННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ — см. Воздействие организованное.[ …]

Эти величины значительно превышают ошибки измерении и вычислений, поэтому можно считать, что периодичность изменения компонентов линейных и угловых деформаций обнаружена.

Так как длина волны деформаций, равная 0,2—0,25 мм, сравнительно с толщиной годового слоя невелика, то периодичность нельзя объяснить только слоистостью древесины. По-видимому, она связана с ее клеточным строением.[ …]

В 1671 .г, анатомы растений Мальпиги и Грю одновременно и независимо друг от друга подтвердили открытие Гука, показав, что растения состоят из тесно расположенных «пузырьков» или «мешочков». Свой труд Мальпиги назвал «Обзором анатомии растений», а Грю — «Началом анатомии растений». Величайшая заслуга этих ученых в том, что они обосновали учение об анатомии растений. Таким образом, уже в XVII в. клеточное строение было известно, хотя роль клетки как основной структурной единицы всех живых организмов еще не была осознана. Первые ученые-цитологи придавали большое значение строению клеточной оболочки, недооценивая значение содержимого клетки — протопласта. Эти ошибочные представления господствовали в биологии на протяжении почти полутораста лет. Между тем развитие учения о клетке прогрессировало по мере совершенствования строения микроскопа, у которого вначале появился штатив с подвижным тубусом, затем осветительное зеркало и ахроматическая линза.

[ …]

Вирусы относятся к ультрамикробам, которые настолько малы, что проходят через мембранные фильтры, задерживающие обычные бактерии. Вирус полиомиелита выделен также в форме кристаллического протеина, обладающего инфекционными свойствами. Для вирусов характерны отсутствие клеточного строения, простота химического состава (обычно гидратированный белок и специфическая нуклеиновая кислота), своеобразие обмена веществ (не имея своей ферментативной системы, они являются паразитами живой клетки животных и растений). Вирусы не размножаются на искусственных питательных средах; накапливаются они и проходят определенный цикл развития в соответствующих живых клетках. Действие многих антибиотиков и химиотерапевтических веществ на них малоэффективно.[ …]

Наружные покровы тела нематод состоят из двух плотно соединенных вместе слоев. Верхний слой (кутикула), представляет собой прозрачную, бесцветную, очень прочную, мало проницаемую для посторонних веществ оболочку. В результате этого некоторые виды нематод могут долго находиться в неблагоприятных для них средах. Нижний слой (субкутикула) у некоторых нематод состоит из мелкозернистой густой прозрачной протоплазмы (гиподермы), лишенной клеточного строения, но с сохранившимися кое-где ядрами. Нематоды раздельнополые. Размножаются они обычно откладыванием яиц. Иногда только что отложенные яйца содержат внутри уже вполне сформированные зародыши. Количество яиц у свободно-жпвущих форм исчисляется десятками экземпляров, в то время как у паразитов оно достигает миллионов. Цикл развития у некоторых видов длится в течение 5—6 сут, а у других затягивается до месяца и более. Развитию благоприятствует соответствующая (оптимальная) температура.[ …]

Систематика грибов. В микологии все грибы разделяют по ряду морфолого-биологических признаков на низшие и высшие. К низшим принадлежат два класса: а) архимицеты, не имеющие мицелия и живущие в водной среде, и б) фикомицеты, часть из которых еще ведет водный образ жизни и часть в процессе филогенеза уже перешла к сухопутному существованию. Размножаются фикомицеты спорами бесполым и половым путем. При бесполом размножении споры образуются в специальных шарообразных органах — спорангиях, расположенных на длинных отростках мицелия — спорангиеносцах, имеющих длину от десятков до сотен микрон. Каждый спорангий содержит от нескольких десятков до 300—500 спор. У фикомицетов типичный нитчатый мицелий, однако он не имеет клеточного строения, не септированный.[ …]

В зоне водорослей осуществляются процессы ассимиляции углекислоты и накопление органических веществ. Как известно, для осуществления процессов фотосинтеза водорослям необходим солнечный свет. Поэтому слой водорослей обычно размещается вблизи верхней поверхности слоевища, непосредственно под верхним коровым слоем, а у вертикально стоящих кустистых лишайников еще и над нижним коровым слоем. Слой водорослей чаще всего бывает небольшой толщины, и водоросли размещаются в нем так, что находятся почти в одинаковых условиях освещения. Водоросли в слоевище лишайника могут образовывать непрерывный слой, но иногда гифы микобионта делят его на отдельные участки. Для осуществления процессов ассимиляции углекислоты и дыхания водорослям необходим также нормальный газообмен. Поэтому грибные гифы в зоне водорослей не образуют плотных сплетений, а расположены рыхло на некотором расстоянии друг от друга. Лишь у некоторых пустынных лишайников водоросли окружены плотной грибной тканью клеточного строения, которая защищает их от жаркого и яркого пустынного солнца. Грибные гифы, окружающие водоросли, обычно являются ответвлениями или вершинами гиф сердцевины. Но, в отличие от сердцевинных гиф, они меньшей толщины, обладают более тонкими стенками и часто бывают поделены поперечными перегородками па множество клеток. Иногда, срастаясь, такие гифы образуют в зоне водорослей рыхлые сетчатые переплетения.[ …]

Вирусы. Простейшие существа и серьёзные задачи для учёных — Краевой фонд науки

28 апреля 2020

Поделиться

Так уж повелось, что о многих вещах человек задумывается, когда появляется проблема. Объявили пандемию – и все стали чаще мыть руки, в общественных местах появились антисептики, а ручки дверей стали усиленно протирать. Вирусы были рядом с нами всегда. Но так ли хорошо мы их знаем и готовы ли защищаться от них не только в период пандемии? О том, кто или что такое вирусы, как они размножаются и почему их нужно не истреблять, а изучать, рассказывает эксперт Красноярского краевого  фонда науки, заведующая кафедрой биофизики СФУ, профессор, доктор биологических наук Валентина Александровна Кратасюк.  

-Валентина Александровна, человечество не первый раз сталкивается с вирусами. Что они собой представляют?

— Вирусы –это простейшие существа. Настолько простые, что идет спор о том, живые ли это существа или нет. Это связано, в первую очередь, с тем, что вирусы не  могут размножаться вне живых клеток. У вирусов нет собственного обмена веществ, а для синтеза своих молекул им необходима клетка-хозяин.  При этом устроен вирус идеально для такого паразитического поведения. В отличие от клеток живых организмов вирусы не имеют клеточной оболочки, органелл, протоплазмы и других компонентов клетки.   Все вирусы состоят из двух основных типов молекул –наследственного материала (РНК –рибонуклеиновая кислота или ДНК –дезоксирибонуклеиновая кислота) и белковой оболочки. Жизненный цикл вируса состоит в том, что нуклеиновая кислота проникает в клетку и, используя возможности клетки, нарабатывает  свою ДНК или РНК, а также свои белки. Затем вирусные частицы самопроизвольно собираются в инфицированной клетке, разрушая ее, и  уже батальоны вирусов продолжают свое черное дело.

— Действительно ли коронавирус опаснее других, известных человеку? И если да, то чем?

— Коронавирус — это РНК-содержащий вирус, передающийся людям и животным. 2019-nCoV — это новый штамм коронавируса, который произошел от диких животных (предположительно — от летучих мышей). Пути передачи: воздушно-капельный (вирус выделяется при разговоре, чихании, кашле) и контактный (например, при касании грязными руками лица, носа, глаз). 2019-nCoV в 2-3 раза менее заразен, чем корь, и в 2-3 раза заразнее гриппа. Процент летальности — 2,3%.

38 видов короновируса известны науке, но только 6 из них передаются человеку. Новый вирус отличается большей активностью.  Это пневмотропный вирус, то есть он поражает легкие человека. Все вирусные инфекции одинаковы и поэтому затруднена точная диагностика. Наши новосибирские коллеги быстро разработали диагностический метод на короновирус. Честь им и хвала.

— Какие вирусы за историю человечества приводили к эпидемиям и какие из них удалось победить?

— Всем известны ежегодные эпидемии гриппа. В 1918-1920 годах была печально известная «испанка», вызванная вирусом h2N1, от которой пострадало 20 — 40% населения Земли в Испании, Швейцарии, Португалии, Сербии, Греции, Англии и других государствах. Можно также вспомнить пандемию 1957 года («Азиатский грипп») и 1968 года («Гонконгский грипп»).  В 2001 году в Европе была большая вспышка ящура, привезенного из Восточной или Юго-Восточной Азии через продукты животного происхождения.   В 2003-2005 годах вирус H5N1 вызвал сильнейшую в истории вспышку гриппа среди птиц, которая привела и к гибели людей. Мы еще помним эпидемию атипичной пневмонии. И все эти эпидемии удалось победить.

Следует еще отметить, что российская эпидемиологическая служба имеет большой опыт борьбы с инфекциями, который опирается на опыт эпидемиологов двух прошлых столетий. Сложность настоящей ситуации состоит в том, что очень сильно увеличилась миграция, и потому одним из важных средств защиты от заражения является изоляция и карантин. 

— Есть ли какой-то общий алгоритм борьбы с вирусами?

Конечно. Нужно приостановить размножение вирусов, что можно сделать разными путями, например, с помощью ферментов, разрушающих их генетический материал и не позволяющих копировать РНК и ДНК. Так, для лечения энцефалита, вызванного РНК-овым вирусом, используют препараты рибонуклеазы наряду со специфическим гамма-глобулином. Для защиты от вирусов в России активно используют препараты интерферона. Но надо помнить, что это заместительная терапия. При инфицировании вирусом собственный интерферон появляется на 4-5 день заболевания, потому интерферон применяют для профилактики и лечения в первые 4-5 дней заболевания.
Сейчас продают большое количество иммуномоделирующих препаратов, таких как Кагоцел, которые имитируют проникновение вируса в организм и стимулируют иммунную систему, но они нужны в первую очередь для профилактики заболевания, а не для лечения.
Кстати, вирусы прекрасно истребляются спиртом, на чём основано действие антисептиков,  и перекисью водорода, а также полезна рекомендация почаще мыть руки.
С новым коронавирусом оказалось важным сохранить молодость. Может, стоит подумать об этом?

— Каков механизм появления новых вирусов и можно ли как-то противостоять их появлению?

Как и все живые организмы, вирусы эволюционизируют, то есть появляются новые вирусы, за счет мутаций в генетическом  материале.  РНК–вирусы имеют маленький период размножения и повышенную частоту мутаций (одна точечная мутация или более на геном за один раунд репликации РНК вируса). Такая повышенная частота мутаций позволяет вирусам быстро адаптироваться к изменениям в окружающей среде. Быстрое мутирование вирусов также вызывает проблемы с разработкой действенных вакцин и противовирусных препаратов, так как мутации устойчивости к новым лекарственным препаратам возникают очень быстро. Потому и есть трудности в создании защиты от ежегодных эпидемий гриппа. Появляется новый мутированный вирус, для истребления которого может не пригодиться прошлогодняя вакцина. Эволюцию невозможно остановить. Да и нужно ли истреблять вирусы? Например, свойство вирусов проникать в клетки используется широко в генетической инженерии и молекулярной биологии для создания рекомбинантных организмов.

Поэтому вирусы нужно не истреблять,  а изучать.

Оригинал

Урок биологии по теме «Неклеточные формы жизни. Вирусы. Бактериофаги». 10-й класс

Цели:

  • Сформировать знаний о специфической форме жизни – вирусах и их особой группе бактериофагах, об особенностях их строения и размножения, значении в природе и жизни человека.
  • Развивать умения обучающихся выявлять особенности строения и жизнедеятельности вирусов в связи с паразитическим (облигатным) образом жизни.

Задачи:

  • Продолжить знакомство обучающихся с неклеточными формами жизни – вирусами;
  • Раскрыть особенности внутриклеточного паразитизма вирусов, их строение и жизнедеятельность внутри клетки
  • Совершенствование способности самостоятельно добывать необходимые знания.

Презентация к уроку.

ХОД УРОКА

Учитель: В настоящее время большинство учёных считают, что весь мир живых организмов можно разделить на несколько  царств. Назовите их. (Бактерии. Растения. Грибы. Животные.)

– Что является структурной и функциональной единицей всех этих организмов? (Клетка)
– Все ли организмы на Земле имеют клеточное строение? (Нет. Вирусы.  Бактериофаги)
– Тогда правильно ли говорить, что все живые организмы имеют клеточное строение?
– Необходимо выяснить,  вирусы относятся к живой или неживой материи, каково их строение и свойства.   (Слайд 1) Вот этим мы и займемся на уроке.

Ученики записывают тему в тетрадь.

– Перечислите признаки живого  (записать на доске)

(Слайд 4)

Задание. В графе «ДО» поставьте плюсы, если вы согласны с утверждением и минусы, если не согласны.

ДО

УТВЕРЖДЕНИЯ

ПОСЛЕ

  1. Вирусы не имеют клеточного строения, но обладают наследственностью и изменчивостью.  
  2. Вирусы обязательные (облигатные) паразиты, вне клетки хозяина находятся в «неживом» состоянии.  
  3. Вирусы растут и обладают обменом веществ.  
  4. В свободном состоянии вирус находится в форме вириона.  
  5. Бактериофаги паразитируют в клетках человека.  
  6. Стратегия жизни вирусов – безудержное размножение  
  7. Открыл вирусы И.И. Мечников  
  8. Капсид – защитная, белковая оболочка вируса.  
  9. Вирусы погибают при воздействии на них антибиотиков.  
  10. Малярия и герпес – это одно и тоже заболевание и вызывается вирусами.  

Листочки с заданиями пока отложите, к ним мы вернёмся чуть позже

Открытие вирусов (выступление ученика  с использованием слайдов).

(Слайды 5, 6)

1887 г. Студент Петербургского университета Д. Ивановский  занялся выявлением причин болезни табака. Табачная плантация. Листья, почему-то покрываются пятнами, желтеют, скручиваются и сохнут. Видимо, не только люди и животные болеют, но и растения способны болеть. Какие-нибудь бактерии, палочки. До боли в глазах всматривался он в препараты – никаких возбудителей, никаких микроорганизмов. Не дает результатов окрашивание, не растет возбудитель на самых изысканных питательных средах, хотя сок исправно  заражает новые порции растений. Ивановский решает пропустить сок из больного растения через пористые фарфоровые фильтры. Они задерживают любые бактерии, и фильтрат должен быть стерильным.  Но капля абсолютно прозрачной жидкости также заражала новые растения. Ивановский высказывает мысль: – Значит, возбудитель мозаичной болезни меньше любой известной бактерии! Фильтрующийся яд – и заглянув в латынь произносит – ВИРУС!
Слово вирус и обозначает – яд. Так родился этот термин. Студент Ивановский стал в дальнейшем профессором, а темой его докторской диссертации была « Мозаичная болезнь табака». С конца 19 века и ведет свой отсчет наука – ВИРУСОЛОГИЯ.
Но термин не сразу вошел в науку, только через 7 лет, другой известный микробиолог М. Бейеринг,  ввел этот термин «ВИРУС» в научный обиход. А вирус табачной мозаики (сокращенно ВТМ) – сейчас один из самых изученных.– Теперь вирусы  (их описано более 500 видов) объединяют в отдельное царство « VIRA».

Строение вирусной частицы

– Что вы знаете о строении вирусов?  (Ответы обучающихся)

(Слайд 7)

Вирусы состоят из нуклеиновых кислот ДНК или РНК. Эти кислоты несут наследственную информацию. Следовательно вирусы обладают наследственностью и изменчивостью.
ДНК  или РНК окружены белковой оболочкой капсидом, которая защищает наследственный аппарат от ферментов и воздействия УФ излучения. Такое строение вирус имеет в свободном состоянии, то есть вне клетки. И эта форма называется вирион (запишите в тетрадь)

Вне клетки вирус находится в форме вириона.

Внутрь клетки вирус не проникает, а проникает только наследственный аппарат (ДНК или РНК). Вот тогда то и проявляется способность к размножению. Почему такое простое строение у вирусов, с чем это связано? 

Самостоятельная работа обучающихся с текстом §20 с. 79 «Размножение вирусов» (Слайд 8)

– Ребята, сидящие на первом варианте расскажите, что вы узнали из статьи «Размножение вирусов» соседу по парте (2 мин. )

Поинтересоваться, что рассказал сосед из любой пары.

Дополнение учителя по размножению вирусов  (Слайд 9)

(Слайд 10) Свойства вирусов. Антибиотики

– Возвращаемся к листочкам и в графе «ПОСЛЕ» ставим знаки плюс или минус.
Поменялось ли ваше мнение, какая информация заставила вас поменять мнение?

Вирусные заболевания (Слайды 11-18)

Изучено более 500 видов вирусов.
Клетки животных не имеют плотной оболочки, как у растений, и защищены одной мембраной. Поэтому клетки животных более уязвимы для вирусов и в первую очередь из – за собственной способности к фагоцитозу. Если клетки соединены друг с другом, как клетки нервной системы, вирус может путешествовать по этим контактам, заражая одну клетку за другой. (Бешенство)

Давайте поразмышляем!

– Как информация, которую вы получили сегодня на уроке, может пригодиться вам в жизни?

Домашняя работа: §20, ответить на вопросы , подготовить сообщения о вирусных заболеваниях

Урок по биологии «Вирусы — неклеточные организмы»

Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение

«Апшинская СОШ»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Урок по биологии

в 10 классе

«ВИРУСЫ – НЕКЛЕТОЧНЫЕ ФОРМЫ ЖИЗНИ»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подготовила:

учитель химии и биологии

Омарова К. М.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     Цели:

·                                                              Сформировать знаний о специфической форме жизни – вирусах и их особой группе бактериофагах, об особенностях их строения и размножения, значении в природе и жизни человека.

·                                                              Развивать умения обучающихся выявлять особенности строения и жизнедеятельности вирусов в связи с паразитическим (облигатным) образом жизни.

Задачи:

·                                                              Продолжить знакомство обучающихся с неклеточными формами жизни – вирусами;

·                                                              Раскрыть особенности внутриклеточного паразитизма вирусов, их строение и жизнедеятельность внутри клетки

·                                                              Совершенствование способности самостоятельно добывать необходимые знания.

 

 

ХОД УРОКА

 

     I. ОРГАНИЗАЦИОННЫЙ МОМЕНТ

     Здравствуйте ребята, садитесь. Основа каждого урока – это труд. Получать знания, научиться их применять – это очень большой труд. Так настройте себя на то, чтобы почерпнуть сегодня из урока много нового и интересного.

 

     II. АКТУАЛИЗАЦИЯ ЗНАНИЙ

 

Учитель: В настоящее время большинство учёных считают, что весь мир живых организмов можно разделить на несколько  царств. Назовите их. (Бактерии. Растения. Грибы. Животные.)

– Что является структурной и функциональной единицей всех этих организмов? (Клетка)
– Все ли организмы на Земле имеют клеточное строение? (Нет. Вирусы.  Бактериофаги)
– Тогда правильно ли говорить, что все живые организмы имеют клеточное строение?
– Необходимо выяснить,  вирусы относятся к живой или неживой материи, каково их строение и свойства. Вот этим мы и займемся на уроке.

Ученики записывают тему в тетрадь.

– Перечислите признаки живого  (записать на доске)

 

     Вспомним  с вами материал по теме «Клетка».

·                                                            Что такое клетка? Все живые организмы имеют клеточное строение.

·                                                            На какие две группы делятся клеточные организмы?

·                                                            Что значит «прокариоты»?

·                                                            Какие организмы относятся к прокариотам?

·                                                            Что значит «эукариоты»?

·                                                            Какие организмы относятся к прокариотам?

 

     Но есть организмы, которые не имеют клеточного строения. Какие это организмы, мы узнаем на уроке.

     Тема урока – «Вирусы − неклеточные формы жизни». Сегодня на уроке мы познакомимся с вами с уникальными организмами – вирусами, которые являются неклеточными формами жизни. Рассмотрим особенности вирусов, строение этих организмов, этапы жизнедеятельности. Раскроем особенности внутриклеточного паразитизма вирусов, изучим механизм проникновения вирусов в клетку, а также вы узнаете об опасных вирусных инфекциях и о профилактике заболеваний. (Демонстрация слайда)

 

     III. ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА

     1887 г. Студент Петербургского университета Д. Ивановский  занялся выявлением причин болезни табака. Табачная плантация. Листья, почему-то покрываются пятнами, желтеют, скручиваются и сохнут. Видимо, не только люди и животные болеют, но и растения способны болеть. Какие-нибудь бактерии, палочки. До боли в глазах всматривался он в препараты – никаких возбудителей, никаких микроорганизмов. Не дает результатов окрашивание, не растет возбудитель на самых изысканных питательных средах, хотя сок исправно  заражает новые порции растений. Ивановский решает пропустить сок из больного растения через пористые фарфоровые фильтры. Они задерживают любые бактерии, и фильтрат должен быть стерильным.  Но капля абсолютно прозрачной жидкости также заражала новые растения. Ивановский высказывает мысль: – Значит, возбудитель мозаичной болезни меньше любой известной бактерии! Фильтрующийся яд – и заглянув в латынь произносит – ВИРУС!
Слово вирус и обозначает – яд. Так родился этот термин. Студент Ивановский стал в дальнейшем профессором, а темой его докторской диссертации была « Мозаичная болезнь табака». С конца 19 века и ведет свой отсчет наука – ВИРУСОЛОГИЯ.
Но термин не сразу вошел в науку, только через 7 лет, другой известный микробиолог М. Бейеринг,  ввел этот термин «ВИРУС» в научный обиход. А вирус табачной мозаики (сокращенно ВТМ) – сейчас один из самых изученных.– Теперь вирусы  (их описано более 500 видов) объединяют в отдельное царство « VIRA».

 

     Учитель.

·                                                            Итак, вирусы поражают все живые организмы – бактерии, грибы, растения, животных.

 

     Рассмотрим строение вирусов.

     − Прочитайте в учебнике статью «Химический состав вирусов».

     − Выполните задание на карточке №1.

 

     (Ответы учащихся)

     Обобщение учителя. Вирус состоит из двух частей: сердцевины, в которой содержится нуклеиновая кислота, и капсида, состоящего из белка (демонстрация слайда). С латинского capsa – вместилище, ящик, футляр. Капсид защищает генетический материал вируса от действия ферментов (нуклеаз), разрушающих нуклеиновые кислоты, и от воздействия ультрафиолетового излучения. Капсид также обеспечивает прикрепление вируса к поверхности клеточной мембраны.

     Вирусы делят на простые и сложные (демонстрация слайда). Простые вирусы содержат нуклеиновую кислоту и капсид, сложные вирусы содержат еще дополнителную оболочку, белковую или липопротеиновую, − суперкапсид.

     Вирусы по генетическому материалу делят на РНК-содержащие и ДНК-содержащие (демонстрация слайда).

     В настоящее время описано более 1000 различных видов вирусов (демонстрация слайда). Их выделяют в особое царство живой природы – Вирусы (неклеточные формы жизни). Наука, изучающая вирусы, называется вирусологией.

     Вирусы меньше бактерий в 50 раз, поэтому они свободно проходят через фильтр. Их размеры равны 20-300 нм. Вирусы удалось увидеть только с помощью электронного микроскопа в 30-е годы XX века.

     Вирусы – это особая и уникальная форма жизни, хотя и очень примитивная.

     Вирусам присущи основные признаки живых организмов: изменчивость, наследственность. С другой стороны, вирусы не имеют таких важнейших признаков жизни, как метаболизм, и не способны к самостоятельной репродукции вне клетки хозяина.

 

     Механизм проникновения вирусов в клетку

     Учитель. Основной путь проникновения вируса в клетку хозяина – рецепторный эндоцитоз (демонстрация слайда). Вирусы попадают внутрь клетки вместе с капельками межклеточной жидкости. Процесс проникновения вируса в клетку хозяина включает несколько этапов:

1)                                                         Прикрепление вируса к клеточным рецепторам, проникновение нуклеиновой кислоты с капсидом в капельке жидкости внутрь клетки.

2)                                                         После проникновения вируса в клетку капсид разрушается, освобождая РНК.

3)                                                         Осуществляется синтез вирусной ДНК с молекулы вирусной РНК.

4)                                                         Синтезированная вирусная ДНК проникает в ядро клетки хозяина и встраивается в его геном.

5)                                                         С ДНК происходит синтез вирусной иРНК.

·                                                            Вспомните, как называется этот процесс? Что такое транскрипция?

6)                                                         иРНК выходит в цитоплазму, где осуществляется синтез вирусных белков.

·                                                            Как называется этот процесс? Что такое трансляция?

7)                                                         Для размножения вирусы используют энергетические и ферментные системы клетки хозяина, поскольку не имеют собственных. Нуклеиновая кислота вирусов перестраивает работу синтетического аппарата клетки, заставляя ее работать на себя.

 

     Иной путь проникновения в клетку характерен для вирусов бактерий – бактериофагов.

Чтобы об этом узнать:

     − Прочитайте текст учебника.

     − Выполните задание на карточке №2.

 

     (Ответы учащихся)

 

·                                                            Итак, существует два пути проникновения вирусов в клетку.

 

     Вирусы – постоянные спутники человека с момента рождения и до глубокой старости. Считается, что при средней продолжительности жизни 70 лет человек болеет вирусными заболеваниями около 7 лет. Подсчитано, что в среднем человек ежегодно сталкивается с двумя и более вирусными инфекциями, а за всю жизнь вирусы до 200 раз проникают в его организм. С вирусными инфекциями и профилактикой заболеваний мы познакомимся, прослушав следующие сообщение.

 

   

    

     IV. ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА

 

1.                                                        Вопрос к учащимся (поставленный в начале урока)

·                                                            Какие организмы вызывают заболевание СПИД?

 

Какие формы жизни существуют на Земле?

·                                                            Какие организмы относятся к неклеточным формам жизни?

·                                                            Назовите признаки живого организма, характерные для вирусов.

·                                                            Какое важное свойство живых организмов для вирусов не характерно?

·                                                            На какие две группы делятся вирусы по строению?

·                                                            Какое строение имеет простой вирус?

·                                                            Чем сложный вирус отличается от простого?

·                                                            Чем вирусы отличаются от бактерий?

·                                                            Назовите два пути проникновения вирусов в клетку.

·                                                            Что использует вирус при синтезе своих белков?

·                                                            Какие заболевания вызывают вирусы?

·                                                            Назовите меры профилактики заболевания СПИД.

 

V. ПОДВЕДЕНИЕ ИТОГОВ УРОКА

     Оценка активности учащихся на уроке.

 

VI. ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ

     Используя записи, параграф учебника по данной теме, изучить строение, размножение вирусов, их практическое значение.

    

  

 

 


1.     

Клеточная строение — Справочник химика 21

    Геометрическая форма из четырех атомов, расположенных в углах квадрата Замкнутое на себя (клеточное) строение в виде многогранников с треугольными гранями (главным образом, в соединениях бора) [c. 59]

    Часть органических микрокомпонентов имеет сохранившуюся растительную структуру. Они называются форменными или структурными элементами в отличие от остальной бесструктурной основной массы К форменным элементам относятся споры, кутикула, смоляные тельца, водоросли и др., которые в той или иной степени сохранили растительную структуру. Основную массу составляют вполне изменившиеся и утратившие клеточное строение растительные элементы. Бесструктурная масса обычно цементирует различные форменные элементы. [c.74]


    Этапы развития дрозофилы подробно описаны. После оплодотворения и слияния материнского и отцовского ядер у дрозофилы происходят последовательные синхронные де тения ядра зиготы (рис. 116, 1 — 6). Образуется многоядерный, не имеющий клеточного строения синцитий, содержащий несколько сотен ядер. Ядра синцития эквивалентны по своим потенциям в развитии (тотипотентны), т. е. каждое ядро еще сохраняет способность быть предшественником любой ткани организма. Эти ядра еще не детерминированы. [c.212]

    Фильтрующиеся вирусы относятся к живым организмам, которые не имеют клеточного строения, но обладают способностью размножаться. Вирусы проходят через бактериальные фильтры. [c.490]

    Слизевики, имеющие клеточное строение [c.159]

    Сплошные твердые тела характеризуются формой, размерами и химическим составом. Пористые же тела кроме указанных свойств различаются внутренним строением, включаюш,им в себя размеры и геометрию пор (пористость и удельную поверхность). Структура пористого тела играет важную роль в диффузионном переносе вещества и формируется природой и происхождением, а также механической обработкой. Так, тела растительного происхождения обладают клеточным строением. Иногда пористое тело образовано из твердых, более мелких (первичных) частиц, сцементированных между собой. В других случаях пористость обязана своим существованием удалению компонентов, составляющих исходное твердое тело.[c.25]

    По характеру воздействия на поражаемые растения микоплазменные организмы близки к вирусам. Они вызывают у растений желтуху, карликовость. Считается, что микоплазмы являются возбудителями желтой карликовости риса, карликовости овса, ведьминых метел картофеля, столбура пасленовых и других болезней, ранее считавшихся вирусными. Однако по строению и свойствам микоплазменные организмы значительно отличаются от вирусов. Они имеют шарообразную форму, клеточное строение, хотя клетки не имеют ядер, а клеточную оболочку заменяет мембрана содержат РНК и ДНК, в то время как вирус содержит только один вид нуклеиновой кислоты. [c.45]

    Клеточное строение характерно для клатратов, рассмотренных в разд. 14.1, а также для кластеров и производных боранов, которые рассмотрены ниже. Здесь обсуждены некоторые соединения неметаллов (кроме соединений бора). [c.492]


    Вирусы. Это — микроорганизмы, не имеющие клеточного строения. Размеры структурных единиц вирусов (вирионов) колеблются от 10 до 300 нм. В состав вирионов входят молекулы рибонуклеиновой (РНК) или дезоксирибонуклеиновой (ДНК) кислот, окруженные белковой оболочкой. Вирусы имеют разнообразную форму кубическую, сферическую, палочковидную и др. Размножение вирусов осуществляется простым делением или более сложным путем только внутри клеток живого организма. Вирусы обладают специфичностью действия, т. е. отдельные группы вирусов поражают определенные живые организмы. [c.200]

    При рассмотрении фюзена под микроскопом почти всегда ясно обнаруживается сохранившаяся клеточная структура растительных тканей. В тонком шлифе стенки клеток черны и непрозрачны, а внутренность клеток просвечивается. В аншлифе фюзена в отраженном свете также обнаруживается его клеточное строение в этом случае темно-серыми или черными представляются уже отверстия клеток, отполированные же стенки. [c. 109]

    Пропитка древесины — более сложный процесс, обусловленный ее клеточным строением, и требующий использования вакуумной технологии для обеспечения более глубокого проникновения. По- [c.372]

    Вирусы — ультрамикроскопические белковые тела, вызывающие инфекционные болезни человека, животных и растений. Не имеют клеточного строения. Вирусы являются облигатными паразитами, способными жить и размножаться только в живых клетках организма хозяина. [c.69]

    Между гелифицированными и фюзенизованными микрокомпонентами нельзя провести резкой границы. Фюзенизация может происходить на начальной стадии изменения растительных тканей или после того, как уже начался процесс гели-фикации. В первом случае получается типичный фюзен, в котором ткани полностью сохраняют клеточное строение. Часто клеточная структура фюзена может быть нарушена из-за разрыва клеточных стенок. [c.74]

    Марица-восток. Русчев и Константинова [21] определили следующий состав лигнитовых углей этого бассейна типичный ксилит, витреноподобный лигнит, фюзенизованная древесина и землистая масса, причем больше всего землистой массы и типичного ксилита. Из-за слабой гелификации клеточное строение очень хорошо сохранилось. Заметны все элементы древесины — весенняя древесина, образованная большими тонкостенными клетками, и [c.83]

    Группы витрена, наблюдаемые под микроскопом, однородны и имеют в тонких шлифах красный, а в аншлифах — серый цвет. Витрен обладает хорошей способностью к поляризации в отраженном поляризованном свете. При больших увеличениях и после травления, в частности, хромовой кислотой иногда обнаруживается клеточное строение (структурный витрен) или флю-идальная структура. Микрокомпоненты с преобладанием витре-нов называются витринитами (обозначение К,), а фюзена — фю-зинитами (обозначение Р) [3 22]. [c.159]

    Наружные покровы тела нематод состоят из двух плотно соеди-нен ных вместе слоев. Верхний слой (кутикула), представляет собой прозрачную, бесцветную, очень прочную, мало проницаемую для посторонних веществ оболочку. В результате этого некоторые виды нематод могут долго находиться в неблагоприятных для них средах. Нижний слой (субкутикула) у некоторых нематод состоит из мелкозернистой густой прозрачной протоплазмы (гиподермы), лишенной клеточного строения, но с сохранившимися кое-где ядрами. Нематоды раздельнополые. Размножаются они обычно откладыванием яиц. Иногда только что отложенные яйца содержат внутри уже вполне сформированные зародыши. Количество яиц у свободно-жнвущих форм исчисляется десятками экземпляров, в то время как у паразитов оно достигает миллионов. Цикл развития у некоторых видов длится в течение 5—6 сут, а у других затягивается до месяца и более. Развитию Рис 95 Мста1ос1а благоприятствует соответствующая (оптимальная) температура. [c.280]

    Преобладающим в структуре углей является витринит с его разновидностями коллннитом и теллинмтом, Фюзинит присутствует в виде прослоев, включений и имеет клеточное строение. Группа семивитринита занимает промежуточное положение между группами микрокомпонентов витринита п фюзинита. Лейптинит — это компоненты. [c. 13]

    Р.Виттэкер (R. Whittaker) предложил схему, по которой все живые организмы, имеющие клеточное строение, представлены разделенными на пять царств (рис. 2). Такая система классифика- [c.19]

    Прохлорофиты привлекают к себе большое внимание в связи с проблемами эволюции фотосинтетического аппарата и возникновения фотосинтезирующих эукариот. Сравнение прохлорофит с цианобактериями и хлоропластами зеленых водорослей и высших растений обнаруживает черты сходства как с фотосинтетически-ми органеллами эукариот (организация тилакоидов, состав хлорофиллов), так и с цианобактериями (клеточное строение, состав каротиноидов, липидов, некоторые особенности метаболизма, последовательность оснований 165 рРНК). Для ответа на вопрос, в каком отношении прохлорофиты находятся с цианобактериями (развивались ли независимо и параллельно с цианобактериями, возникли ли из их предшественников, потерявших способность синтезировать фикобилипротеины, или, наоборот, цианобактерии возникли из прохлорофит), необходимо дальнейшее сравнительное изучение обеих групп эубактерий с фотосинтезом [c. 323]


    К числу аэробных азотфиксаторов относятся представители рода Azotoba ter, у которых обнаружены различные защитные приспособления. Одно из них связано с резким увеличением дыхательной активности клеток, осуществляющих азотфиксацию в аэробных условиях. Дыхание в значительной мере служит в этом случае для связывания внутриклеточного О2. При этом обнаружены существенные перестройки как в клеточном строении азотобактера, [c.341]

    К недостаткам древесного сырья, ограничивающих их целевое использование в производстве АУ без предварительного модифицирования, является их высокая первичная крупнопористость, обусловленная их клеточным строением, наличием нежелательных ингредиентов (гемицеллюлозы), не образующих пористый углерод, а также неоправданно большие потери ценных составляющих летучих при термообработке. [c.544]

    В отличие от истинных слизевиков, образующих плазмодий, представителей этого порядка называют также клеточными слизевиками (т. е. имеющими клеточное строение). Еще одно название колониальные амебы — связано с образованием характерных плодовых тел, состоящих из большого числа объединенных голых амеб. Ввиду внешнего сходства плодовых тел интересно сопоставить циклы развития акра-зиомицетов и миксомицетов, как это сделано на рис. 1.24. [c.58]

    Систематика грибов. В микологии все грибы разделяют по ряду морфолого-биологических признаков на низшие и высшие. К низшим принадлежат два класса а) архимицеты, не имеющие мицелия и живущие в водной среде, и б) фикомицеты, часть из которых еще ведет водный образ жизни и часть в процессе филогенеза уже перешла к сухопутному существованию. Размножаются фикомицеты спорами бесполым и половым путем. При бесполом размножении споры образуются в специальных шарообразных органах — спорангиях, расположенных на длинных отростках мицелия — спорангиеносцах, имеющих длину от десятков до сотен микрон. Каждый спорангий содержит от нескольких десятков до 300—500 спор. У фикомицетов типичный нитчатый мицелий, однако он не имеет клеточного строения, не септированный. [c.73]

    Вирусы относятся к ультрамикробам, которые настолько малы, что проходят через мембранные фильтры, задерживающие обычные бактерии. Так, размер частиц вируса полиомиелита составляет 8—17 нм, вируса Коксаки и E HO — 20—30 нм, инфекционного гепатита — 40-56 нм. Вирус полиомиелита выделен также в форме кристаллического протеина, обладающего инфекционными свойствами. Для вирусов характерны отсутствие клеточного строения, простота химического состава (обычно гидратированный белок и специфическая нуклеиновая кислота), своеобразие обмена веществ (не имея своей ферментативной системы, они являются паразитами живой клетки животных и растений). Вирусы не размножаются на искусственных питательных средах накапливаются они и проходят определенный цикл развития в соответствующих живых клетках. Действие многих антибиотиков и химиотерапевтических веществ на них малоэффективно.[c.186]

    Пока еще не установлено, всегда ли для двойной димеризации требуется два кванта. Однако при облучении циклобутанового фотодимера 2,6-бензохи-нона образуется соединение клеточного строения с метильными группами, расположенными аналогично группам в соединении (XX). Облучение 2,3-диметилбензохинона также приводит к образованию как открытого, так и клеточного фотодимеров [36а]. [c.309]

    В области шеи до сих пор проводились главным образом успешные опыты на животных по замещению пищевода и гортани (Гриадлэй). У человека отдельные части гортани замещались трубкой из пластмассы (Гриндлэй и Манн). При замещении пищевода вокруг трубки из пластмассы образуется соединительноткапный чехол, подобный по своему клеточному строению первоначальному пищеводу (Целлер). [c.14]

    История современного естествознания знает много аналогичных примеров. Гук в XVII веке наблюдал клеточное строение растительных тканей. Но открытие клетки (в смысле создания клеточной теории) было сделано только в XIX веке, и это открытие, а не простое наблюдение вызвало коренные изменения во взглядах на живой организм и его историю.[c.283]

    XXV имеют полициклическое клеточное строение со спиро -сочленением через фосфор адамантано-подобной части и 5-членного цикла, занимающего экваториально-аксиальное пололсе-ние (связи Р — О в этих циклах аксиальные, а связи Р — N и соответственно Р — С экваториальные). Основные искажения тригонально-бипирамидальной координации в XXIV и XXV видны из табл. 22. [c.108]

    Hapj enne нормальных углов связей или эффект стерического сжатия приводит в отдельных случаях к значительным отклонениям от обычных значений химических сдвигов и констант спин-спиновой связи протонов (И—X). В этом отношении весьма показательны химические сдвиги протонов, соединенных с углеродными атомами скелета соединений, имеющих полуклеточное или эндо-, эндо-мостиково-клеточное строение [11], [c.218]

    Ксиловитрен сохранил еще остатки клеточного строения, по цвету близок к витрену, занимает промежуточное положение между ксиленом и витреном и относится к группе витренизированных компонентов.[c.118]

    Гук (Нооке) Роберт (1635—1703)—английский естествоиспытатель, разносторонний ученый ц эксперпментатор. Открыл закон, названный его именем. Сторонник волновой теории света. Улучшил и изобрел многие приборы, установил (совместно с X. Гюйгенсом) постоянные точки термометра. Усовершенствовал микроскоп и установил клеточное строение некоторых растительных тканей, ввел термин клетка 73 [c.278]


Конспект урока по биологии по теме «Вирусы»

Вирусы

Цель: познакомить учащихся с неклеточными формами жизни – вирусами, раскрыть особенности их строения и жизнедеятельности.

Тип урока: комбинированный

Оборудование: таблица «Вирусы», мультимедиа.

Литература:

1.Биология: реальные варианты: Единый государственный экзамен/ авт. – сост. Е.А. Никишова, С. П. Шаталова. – М.: АСТ: Астрель, 2007. – 142с.

2.Деркачева Н.И. ЕГЭ 2007. Биология. Типовые тестовые задания/ Н.И. Деркачева, А.Г. Соловьев. – м.: Издательство «Экзамен», 2007. – 111с.

3.Единый государственный экзамен. Биология. Варианты контрольных измерительных материалов. Министерство образования РФ. – М.: Центр тестирования Минобразования России, 2002. – 128с.

4. Каменский А.А. Биология. Введение в общую биологию и экологию: Учеб. для 9 кл. общеобразоват. учеб. заведений/ А.А. Каменский, Е.А. Криксунов, В.В. Пасечник. – М.: Дрофа, 2002. – 304с.

5.Кириленко А.А., Колесников С.И. Биология. Подготовка к ЕГЭ – 2014: учебно-методическое пособие/ А.А. Кириленко, С.И. Колесников. – Ростов н/Д: Легион, 2013. – 474с.

6.Шустанова Т.А. Биология: тесты, задания, лучшие методики/ Т.А. Шустанова. – Ростов н/Д: Феникс, 2007. – 315с.

Этапы урока

Деятельность учителя

Деятельность учащихся

Организационный

Звенит, заливается школьный звонок,

Вас ждёт интересный, полезный урок.

Хорошим пусть будет у вас настроение,

Легко нам сегодня дается учение.

Проверка домашнего задания

На доске располагаются 8 звонков, каждый из которых содержит вопрос, требующий ответа. Я попрошу выйти к доске …. и ответить на вопросы. (Вопросы 1 – 8)

1.Дать определения понятиям «катализ», «катализатор», «активный центр».

2.Какую роль играют ферменты в клетке?

3.От каких факторов может зависеть скорость ферментативных реакций?

4.Почему большинство ферментов при высокой температуре теряет каталитические свойства?

5. Почему недостаток витаминов может вызвать нарушения в процессах жизнедеятельности организма?

6.Какими свойствами обладают живые организмы?

7.Какие нуклеиновые кислоты вы знаете?

8. Какие функции выполняют нуклеиновые кислоты?

9.Что является основой строения любого организма?

10.Как называется наука, изучающая клетки?

11.Все ли организмы имеют клеточное строение?

Выставление отметок за домашнее задание.

Катализ – явления ускорения реакции без изменения ее общего результата.

Катализатор – вещества, изменяющие скорость химической реакции, но не входящие в состав продуктов реакции.

Активный центр – небольшой участок, на котором идет реакция.

Ферменты участвуют в процессах синтеза и распада; увеличивают скорость химических реакций в тысячи и миллионы раз.

Скорость зависит от природы и концентрации фермента и вещества, температуры, давления, реакции среды и т.д. При температуре выше 60С большинство ферментов не функционирует.

Высокая температура среды, как правило, вызывает денатурацию белка, т. е. нарушение его природной структуры. Поэтому при высокой температуре большинство ферментов утрачивает свои каталитические свойства.

Многие витамины входят в состав ферментов. Поэтому недостаток в организме витаминов ведет к ослаблению активности ферментов в клетках, а следовательно, может вызвать нарушения в процессах жизнедеятельности.

Определенный химический состав

Клеточное строение

Обмен веществ и энергозависимость

Саморегуляция (гомеостаз)

Раздражимость

Наследственность

Изменчивость

Самовоспроизведение (размножение)

Индивидуальное развитие (онтогенез)

Эволюционное развитие (филогенез)

Адаптации

Ритмичность

Целостность и дискретность

Иерархичность

ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота), РНК (рибонуклеиновая

кислота)

Нуклеотиды: А, Т, Г, Ц А, У, Г, Ц

Сахар: дезоксирибоза рибоза

Остаток фосфорной кислоты

ДНК: хранение, передача и воспроизведение генетической информации.

РНК: синтез белка.

Клетка – структурная, функциональная и генетическая единица всего живого.

Цитология

Нет. Вирусы – неклеточные формы.

Подготовка учащихся к активному сознательному усвоению нового материала

Задумывались ли вы над тем, что человечеству с самого начала его существования угрожали серьезные враги. Являлись они неожиданно, коварно, не бряцая оружием. Враги разили без промаха и часто сеяли смерть. Их жертвами стали миллионы людей, погибших от оспы, гриппа, энцефалита, кори, атипичной пневмонии, СПИДа и других болезней.

Ребята, когда я готовилась к сегодняшнему уроку, среди прочей информации мне встретилась такая, что заставила меня ужаснуться. Согласно статистическим данным на 1 июня 2011 года из 7,1 млрд. человек, живущих на Земле примерно 34 млн. заражены ВИЧ. В Китае, например, около 86 тыс. чел больны СПИДом, а к концу года могут быть заражены ВИЧ около 700 тыс. чел.

Одним из известных людей 20 века который погиб от Спида был солист группы Queen В 1986 году начали появляться слухи о том, что Фредди Меркьюри болен СПИДом. Изначально в прессу просочилась информация о том, что он сдавал тест на ВИЧ. С 1989 года стали проявляться серьёзные изменения во внешности Меркьюри — он сильно похудел. Однако вплоть до последних дней жизни музыкант отрицал все слухи относительно своего здоровья. О его страшном диагнозе знали только близкие люди. 23 ноября 1991 года Фредди сделал официальное заявление, о том, что болен СПИДом: «Учитывая слухи, ходившие в прессе последние две недели, я хочу подтвердить: анализ моей крови показал присутствие ВИЧ. У меня СПИД. Я считал нужным держать эту информацию в секрете, чтобы сохранить спокойствие родных и близких. Однако пришло время сообщить правду моим друзьям и поклонникам во всём мире. Я надеюсь, что каждый присоединится к борьбе с этой ужасной болезнью».

На следующий день, 24 ноября, около семи часов вечера Фредди Меркьюри умер в своём доме в Лондоне от бронхиальной пневмонии, развившейся на фоне СПИДа. После того, как стало известно о его смерти, тысячи людей пришли к ограде его дома Garden Lodge, чтобы положить на дорожки букеты цветов, открытки, письма и фотографии.

В России, по данным Роспотребнадзора, в период с 1.01.1987 по 1.11.2009г. выявлено 503,1 случаев ВИЧ, в том числе 2736 у детей. Из них уже умерли около 27542 чел.

О чем мы будем с вами говорить сегодня на уроке?

(слушают учителя)

О вирусах

Усвоение новых знаний

Запишем число и тему урока «Вирусы»

История открытия вирусов» В 1887 году в Крыму плантации табака поразила неизвестная болезнь: листья растений покрывались абстрактным рисунком, растекавшимся по листу, словно красочная мозаика, переливающаяся с одного листа на другой, от одного растения к другому. Сельское хозяйство несло большие убытки. На место происшествия был направлен молодой ученый, выпускник Санкт-Петербургского университета Дмитрий Иосифович Ивановский. Сделано бессчетное количество опытов и исследований по изучению возбудителя. И вот в 1892 году мир науки сотрясла новость – обнаружена новая, неизвестная ранее форма жизни, открыты необычайно микроскопические организмы, проходящие сквозь самые узкие отверстия фильтров. Открытые организмы Ивановский назвал «фильтрующимися бактериями», это название использовалось в научных кругах несколько лет, пока в 1899 году голландский ученый Мартин Бейеринк не применил понятие «вирусы», что в переводе с латинского (vira) означает «яд». За открытием Ивановского последовали новые открытия вирусов и вирусных заболеваний растений, животных и человека: грипп, ящур, оспа, чума, герпес, и, наконец, открыт вирус СПИДа. Все эти открытия не только укрепили позиции новой области биологии, но и позволили появиться новой самостоятельной науке – вирусологии («vira» — яд, «logos» — учение). Открытие вирусов принесло мировую славу отечественному ученому – Дмитрию Иосифовичу Ивановскому.

  • Как вы уже сказали, вирусы являются неклеточной формой жизни. Размеры варьируют от 20 до 300нм

  • В среднем в 50 раз меньше бактерий. Их нельзя увидеть с помощью светового микроскопа

Они занимают пограничное положение между неживой и живой материей. Вирусы – внутриклеточные паразиты и могут проявлять свойства живых организмов, только попав внутрь клетки.

Отличия вирусов от неживой природы:

1)способность к размножению

2)наследственность и изменчивость

Отличия вирусов от клеточных организмов:

1)не имеют клеточного строения

2)не проявляют обмена веществ и энергии (метаболизма)

3)могут существовать только как внутриклеточные паразиты

4)не увеличиваются в размерах (не растут)

5)имеют особый способ размножения

6)имеют только одну нуклеиновую кислоту: либо ДНК, либо РНК.

Вирусы устроены очень просто. Они состоят из фрагментов генетического материала, либо ДНК, либо РНК, составляющей сердцевину вируса, и окружающей эту сердцевину защитной белковой оболочки, которую называют капсидом. Полностью сформированная инфекционная частица называется вирионом. У некоторых вирусов, таких, как вирусы герпеса или гриппа, есть еще и дополнительная липопротеидная оболочка, которая возникает из плазматической мембраны клетки — хозяина. В отличие от всех остальных организмов вирусы не имеют клеточного строения. В зависимости от того какой нуклеиновой кислотой представлена их генетическая информация они подразделяются на РНК и ДНК содержащие.

Вирусы существуют в двух формах: покоящейся (внеклеточной), когда их свойства как живых систем не проявляются, внутриклеточной, когда осуществляется размножение вирусов.

  • Вирусы избирательны. Они проникают внутрь совершенно определенной клетки, и именно эта зараженная клетка превращается в «завод» по производству вирусов. Для клетки вирус-это не что иное, как плохая новость в белковой оболочке.

Как же вирусы проникают в клетку?

  • Этап 1. Прикрепление вируса к клетке. На поверхности клеток имеются специальные рецепторы, с которыми бактериофаг связывается хвостовыми нитями. Этим объясняется строгая «прописка” вирусов в тех или иных клетках. (Например, грипп – эпителиальные клетки верхних дыхательных путей, гепатит – печень, ВИЧ – лимфоциты).

  • Этап 2. Проникновение вируса в клетку. Бактериофаг вводит внутрь клетки хвост, который представляет собой полый стержень. И, как через иглу шприца, проталкивает внутрь клетки свою ДНК или РНК. Таким образом, генетический материал фага попадает внутрь клетки, а капсид остается снаружи. Вирус работает как своеобразный генетический шприц.

  • Этап 3. Размножение вируса, т.е. редупликация вирусного генома. Проникнув внутрь клетки, вирусная ДНК встраивается в ДНК клетки хозяина. Проникает в ядро.

  • Этап 4. Синтез вирусных белков и самосборка капсида. Клетка, сама того не желая, начинает синтезировать вирусные белки вместо собственных. При этом используются структуры и энергия самой клетки. Из этих вирусных белков и образуются новые вирусные оболочки – капсиды. Этот процесс размножения не сравним с размножением других биологических видов. «Происходит смерть ради жизни” – при попадании в клетку вирус сначала разрушается. Но ему достаточно одной нуклеиновой кислоты, чтобы через 10 минут внутри клетки хозяина образовалось сотни новых вирусных частиц.

  • Этап 5. Выход вирусов из клетки. А что происходит с самой клеткой? Она гибнет. А вирусные частицы уже готовы к очередной атаке, готовы разрушить сотни других клеток.

Вирусы являются возбудителями ряда опасных заболеваний: оспы, гепатита, энцефалита, краснухи, кори, бешенства, гриппа и др. У растений вирусы вызывают мозаичную болезнь табака, томатов, огурцов, скручивание листьев, карликовость и др. ; у животных – ящур, чуму свиней и птиц, инфекционную анемию лошадей и др.

Происхождение вирусов в процессе эволюции пока не ясно. Большинство учёных предполагают, что вирусы представляют собой клетки или их фрагменты, которые в ходе приспособления к паразитизму утратили все, без чего «можно обойтись», за исключением своего наследственного аппарата в виде нуклеиновой кислоты и защитной белковой оболочки.

(записывают число и тему урока)

(слушают учителя)

(записывают отличия вирусов от неживой природы и от клеточных организмов)

Закрепление знаний

А1. Вирусы выделяют в особую группу, так как они

1)не имеют клеточного строения

2)не содержат нуклеиновых кислот

3)не способны синтезировать белки

4)имеют клеточное строение

А2. Бактериофаг – вирус, который паразитирует в клетках

1)грибов

2) лишайников

3) простейших

4) бактерий

А3.Вирус нарушает функционирование клетки хозяина, так как

1)разрушает клеточную оболочку

2)клетка теряет способность к редупликации

3)разрушает митохондрии в клетке хозяина

4)его ДНК встраивается в ДНК клетки хозяина и осуществляет синтез собственных молекул белка

А4.Проявляют жизнедеятельность только в клетках других организмов –

1)бактерии – паразиты

2)вирусы

3)одноклеточные грибы

4)бактерии гниения

А5.Определите, какой объект изображен на рисунке

1)вирус

2)бактерия

3)клетка гриба

4)органоид клетки

А6. Какие формы жизни занимают промежуточное положение между телами живой и неживой природы?

1)вирусы

2)бактерии

3)лишайники

4)грибы

А7.Русский биолог Д.И. Ивановский, изучая заболевание листьев табака, открыл

1)вирусы

2)простейших

3)бактерии

4)грибы

А8.Клеточное строение не имеют

1)вирусы

2)бактерии

3)грибы

4)простейшие

А9.Вирусы открыл

1)Карл Линней

2)Антони ванн Левенгук

3)Луи Пастер

4)Дмитрий Иосифович Ивановский

А10.Вирус вызывает

1)ангину

2)дизентерию

3)оспу

4)туберкулёз

А11. Неклеточной формой жизни является

1)амёба

2)бактериофаг

3)мукор

4)эвглена

А12.Вирусным заболеванием является

1)ангина

2)гепатит

3)гонорея

4)чума

А13.Паразитом бактерий является

1 2 3 4

А14.Встраивание своей нуклеиновой кислоты в ДНК клетки-хозяина осуществляют

1)бактериофаги

2)хемотрофы

3)автотрофы

4)цианобактерии

А15.Неклеточное строение имеет

1)кишечная палочка

2) эритроцит

3) хлорелла

4) вирус гриппа

А16.Грипп, СПИД, корь вызывают

1)бактерии

2)хламидии

3)патогенные грибы

4)вирусы

С1. В чём состоит отличие вирусов от остальных организмов?

Завершить наш урок я хотела бы словами «Всемирная хартия о природе», принята Генеральной Ассамблеей ООН (1982) «Любая форма жизни является уникальной, требует к себе уважения, независимо от ее ценности для человека»

А1. Вирусы выделяют в особую группу, так как они

1)не имеют клеточного строения

2)не содержат нуклеиновых кислот

3)не способны синтезировать белки

4)имеют клеточное строение

А2.Бактериофаг – вирус, который паразитирует в клетках

1)грибов

2) лишайников

3) простейших

4) бактерий

А3.Вирус нарушает функционирование клетки хозяина, так как

1)разрушает клеточную оболочку

2)клетка теряет способность к редупликации

3)разрушает митохондрии в клетке хозяина

4)его ДНК встраивается в ДНК клетки хозяина и осуществляет синтез собственных молекул белка

А4. Проявляют жизнедеятельность только в клетках других организмов –

1)бактерии – паразиты

2)вирусы

3)одноклеточные грибы

4)бактерии гниения

А5.Определите, какой объект изображен на рисунке

1)вирус

2)бактерия

3)клетка гриба

4)органоид клетки

А6.Какие формы жизни занимают промежуточное положение между телами живой и неживой природы?

1)вирусы

2)бактерии

3)лишайники

4)грибы

А7.Русский биолог Д.И. Ивановский, изучая заболевание листьев табака, открыл

1)вирусы

2)простейших

3)бактерии

4)грибы

А8.Клеточное строение не имеют

1)вирусы

2)бактерии

3)грибы

4)простейшие

А9. Вирусы открыл

1)Карл Линней

2)Антони ванн Левенгук

3)Луи Пастер

4)Дмитрий Иосифович Ивановский

А10.Вирус вызывает

1)ангину

2)дизентерию

3)оспу

4)туберкулёз

А11.Неклеточной формой жизни является

1)амёба

2)бактериофаг

3)мукор

4)эвглена

А12.Вирусным заболеванием является

1)ангина

2)гепатит

3)гонорея

4)чума

А13.Паразитом бактерий является

1 2 3 4

А14.Встраивание своей нуклеиновой кислоты в ДНК клетки-хозяина осуществляют

1)бактериофаги

2)хемотрофы

3)автотрофы

4)цианобактерии

А15. Неклеточное строение имеет

1)кишечная палочка

2) эритроцит

3) хлорелла

4) вирус гриппа

А16.Грипп, СПИД, корь вызывают

1)бактерии

2)хламидии

3)патогенные грибы

4)вирусы

С1.В чём состоит отличие вирусов от остальных организмов?

Информация о домашнем задании и инструктаж по его выполнению

1.§ 1.9. Повторить § 1.1. – 1.8.

2.Подготовить памятку «Меры борьбы с вирусными заболеваниями».

3.Создать видеофрагмент или модель «Проникновение вируса в клетку».

Оценивание за домашнюю работу будет осуществляться следующим образом:

Отметка «3» — выполнили задание 1 и ответили на мои вопросы.

Отметка «4» — выполнили задание 1, ответили на мои вопросы, выполнили задание 2.

Отметка «5» — — выполнили задание 1, ответили на мои вопросы, выполнили задание 2, 3.

(Записывают домашнее задание)

А1. Вирусы выделяют в особую группу, так как они

1)не имеют клеточного строения

2)не содержат нуклеиновых кислот

3)не способны синтезировать белки

4)имеют клеточное строение

А2.Бактериофаг – вирус, который паразитирует в клетках

1)грибов

2) лишайников

3) простейших

4) бактерий

А3.Вирус нарушает функционирование клетки хозяина, так как

1)разрушает клеточную оболочку

2)клетка теряет способность к редупликации

3)разрушает митохондрии в клетке хозяина

4)его ДНК встраивается в ДНК клетки хозяина и осуществляет синтез собственных молекул белка

А4. Проявляют жизнедеятельность только в клетках других организмов –

1)бактерии – паразиты

2)вирусы

3)одноклеточные грибы

4)бактерии гниения

А5.Определите, какой объект изображен на рисунке

1)вирус

2)бактерия

3)клетка гриба

4)органоид клетки

А6.Какие формы жизни занимают промежуточное положение между телами живой и неживой природы?

1)вирусы

2)бактерии

3)лишайники

4)грибы

А7.Русский биолог Д.И. Ивановский, изучая заболевание листьев табака, открыл

1)вирусы

2)простейших

3)бактерии

4)грибы

А8.Клеточное строение не имеют

1)вирусы

2)бактерии

3)грибы

4)простейшие

А9. Вирусы открыл

1)Карл Линней

2)Антони ванн Левенгук

3)Луи Пастер

4)Дмитрий Иосифович Ивановский

А10.Вирус вызывает

1)ангину

2)дизентерию

3)оспу

4)туберкулёз

А11.Неклеточной формой жизни является

1)амёба

2)бактериофаг

3)мукор

4)эвглена

А12.Вирусным заболеванием является

1)ангина

2)гепатит

3)гонорея

4)чума

А13.Паразитом бактерий является

1 2 3 4

А14.Встраивание своей нуклеиновой кислоты в ДНК клетки-хозяина осуществляют

1)бактериофаги

2)хемотрофы

3)автотрофы

4)цианобактерии

А15. Неклеточное строение имеет

1)кишечная палочка

2) эритроцит

3) хлорелла

4) вирус гриппа

А16.Грипп, СПИД, корь вызывают

1)бактерии

2)хламидии

3)патогенные грибы

4)вирусы

С1.В чём состоит отличие вирусов от остальных организмов?

Структура и особенности вирусов

вирус , Микроскопический, простой инфекционный агент, способный размножаться только в живых клетках животных, растений или бактерий.

Вирусы намного меньше бактерий и состоят из одно- или двухцепочечной нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК), окруженной белковой оболочкой, называемой капсидом; некоторые вирусы также имеют внешнюю оболочку, состоящую из липидов и белков. Они различаются по форме.

Двумя основными классами являются РНК-вирусы и ДНК-вирусы.

Вне живой клетки вирус представляет собой неактивную частицу, но внутри соответствующей клетки-хозяина он становится активным, способным взять на себя метаболический механизм клетки для производства новых вирусных частиц (вирионов). Некоторые вирусы животных вызывают латентные инфекции, при которых вирус сохраняется в спокойном состоянии, периодически становясь активным в острых эпизодах, как в случае вируса простого герпеса. Животное может реагировать на вирусную инфекцию по-разному, включая лихорадку, секрецию интерферона и атаку иммунной системы.

Многие заболевания человека, включая грипп, простуду, СПИД и COVID-19, а также многие экономически важные заболевания растений и животных, вызываются вирусами.

Были разработаны успешные вакцины для борьбы с такими вирусными заболеваниями, как корь, эпидемический паротит, полиомиелит, оспа и краснуха. Медикаментозная терапия, как правило, бесполезна для борьбы с установившимися вирусными инфекциями, поскольку препараты, подавляющие развитие вируса, также подавляют функции клетки-хозяина.

схема вируса гриппа

Вирус гриппа имеет как белковую оболочку (капсид), так и липидную и белковую оболочки.Белковые шипы оболочки облегчают прилипание и проникновение в клетку-хозяина. Белки капсида определяют тип вируса гриппа (A, B, C), а высоковариабельные белки шипов и оболочки определяют различные штаммы внутри каждого типа. Показанный здесь бактериофаг (бактериальный вирус) имеет голову в форме икосаэдра (с 20 сторонами). Волокна хвоста прикрепляют вирус к бактерии, приводя базовую пластинку в контакт с поверхностью. Хвост сжимается, и ДНК из головы вводится хозяину.

© Merriam-Webster Inc.

Молекулярные экспрессии Клеточная биология: структура вируса


Структура вируса

Вирусы — это не растения, животные или бактерии, а типичные паразиты живых существ. Хотя они могут казаться живыми организмами из-за их потрясающих репродуктивных способностей, вирусы не являются живыми организмами в строгом смысле этого слова.

Без клетки-хозяина вирусы не могут выполнять свои функции жизнеобеспечения или размножаться.Они не могут синтезировать белки, потому что у них нет рибосом, и они должны использовать рибосомы своих клеток-хозяев для перевода вирусной матричной РНК в вирусные белки. Вирусы не могут генерировать или хранить энергию в форме аденозинтрифосфата (АТФ), но должны получать свою энергию и все другие метаболические функции из клетки-хозяина. Они также паразитируют в клетке в поисках основных строительных материалов, таких как аминокислоты, нуклеотиды и липиды (жиры). Хотя предполагалось, что вирусы являются формой протожизни, их неспособность выживать без живых организмов делает крайне маловероятным, что они предшествовали клеточной жизни во время ранней эволюции Земли.Некоторые ученые предполагают, что вирусы возникли как мошеннические сегменты генетического кода, которые приспособились к паразитическому существованию.

Все вирусы содержат нуклеиновую кислоту, либо ДНК, либо РНК (но не обе), и белковую оболочку, покрывающую нуклеиновую кислоту. Некоторые вирусы также окружены оболочкой из молекул жира и белка. В своей инфекционной форме вне клетки вирусная частица называется вирион. Каждый вирион содержит по крайней мере один уникальный белок, синтезируемый определенными генами в его нуклеиновой кислоте.Вироиды (что означает «вирусоподобные») — это болезнетворные организмы, которые содержат только нуклеиновую кислоту и не имеют структурных белков. Другие вирусоподобные частицы, называемые прионами, состоят в основном из белка, тесно интегрированного с небольшой молекулой нуклеиновой кислоты.

Вирусы обычно классифицируют по организмам, которые они заражают, животным, растениям или бактериям. Поскольку вирусы не могут проникать через стенки клеток растений, практически все вирусы растений передаются насекомыми или другими организмами, питающимися растениями.Некоторые бактериальные вирусы, такие как бактериофаг Т4, развили сложный процесс заражения. Вирус имеет «хвост», который он прикрепляет к поверхности бактерии с помощью белковых «шпилек». Хвост сокращается, и хвостовая пробка проникает в клеточную стенку и нижележащую мембрану, вводя вирусные нуклеиновые кислоты в клетку. Вирусы далее классифицируются на семейства и роды на основе трех структурных соображений: 1) типа и размера их нуклеиновой кислоты, 2) размера и формы капсида и 3) наличия у них липидной оболочки, окружающей нуклеокапсид (капсид). закрытая нуклеиновая кислота).

Среди вирусов встречаются преимущественно два типа форм: палочки или нити и сферы. Форма стержня обусловлена ​​линейным расположением нуклеиновой кислоты и белковых субъединиц, составляющих капсид. Форма сферы на самом деле представляет собой 20-гранный многоугольник (икосаэдр).

Природа вирусов не была понята до двадцатого века, но их эффекты наблюдались веками. Британский врач Эдвард Дженнер даже открыл принцип прививки в конце восемнадцатого века, после того как заметил, что люди, заразившиеся коровьей оспой в легкой форме, как правило, невосприимчивы к более смертельной болезни оспы. К концу девятнадцатого века ученые знали, что какой-то агент вызывает заболевание растений табака, но не растет на искусственной среде (например, бактерии) и слишком мал, чтобы его можно было увидеть в световой микроскоп. Достижения в области культивирования живых клеток и микроскопии в двадцатом веке в конечном итоге позволили ученым идентифицировать вирусы. Достижения в области генетики значительно улучшили процесс идентификации.

  • Капсид — Капсид представляет собой белковую оболочку, в которую заключена нуклеиновая кислота; с заключенной в нем нуклеиновой кислотой он называется нуклеокапсидом.Эта оболочка состоит из белков, организованных в субъединицы, известные как капсомеры. Они тесно связаны с нуклеиновой кислотой и отражают ее конфигурацию, будь то палочковидная спираль или многоугольная сфера. Капсид выполняет три функции: 1) защищает нуклеиновую кислоту от расщепления ферментами, 2) содержит на своей поверхности специальные участки, которые позволяют вириону прикрепляться к клетке-хозяину, и 3) обеспечивает белки, позволяющие вириону проникать в клетку-хозяина. клеточную мембрану и, в некоторых случаях, ввести инфекционную нуклеиновую кислоту в цитоплазму клетки.При правильных условиях вирусная РНК в жидкой суспензии белковых молекул самостоятельно соберет капсид, чтобы стать функциональным и инфекционным вирусом.

  • Оболочка — Многие типы вирусов имеют гликопротеиновую оболочку, окружающую нуклеокапсид. Оболочка состоит из двух липидных слоев с вкраплениями белковых молекул (липопротеиновый бислой) и может содержать материал мембраны клетки-хозяина, а также материал вирусного происхождения. Вирус получает молекулы липидов из клеточной мембраны в процессе вирусного почкования.Однако вирус заменяет белки клеточной мембраны своими собственными белками, создавая гибридную структуру липидов клеточного происхождения и белков вирусного происхождения. У многих вирусов также образуются шипы из гликопротеина на их оболочках, которые помогают им прикрепляться к определенным клеточным поверхностям.

  • Нуклеиновая кислота — Как и в клетках, нуклеиновая кислота каждого вируса кодирует генетическую информацию для синтеза всех белков. В то время как в прокариотических и эукариотических клетках за это отвечает двухцепочечная ДНК, только несколько групп вирусов используют ДНК.Большинство вирусов хранят всю свою генетическую информацию с помощью одноцепочечной РНК. Существует два типа вирусов на основе РНК. В большинстве случаев геномная РНК называется плюсовой цепью, потому что она действует как информационная РНК для прямого синтеза (трансляции) вирусного белка. Некоторые, однако, имеют отрицательные цепи РНК. В этих случаях вирион имеет фермент, называемый РНК-зависимой РНК-полимеразой (транскриптазой), который должен сначала катализировать выработку комплементарной информационной РНК из геномной РНК вириона, прежде чем может произойти синтез вирусного белка.

Вирус гриппа (гриппа) — Наряду с обычной простудой, грипп или «грипп» является, пожалуй, самой распространенной респираторной инфекцией в мире. Только в Соединенных Штатах ежегодно гриппом заболевают от 25 до 50 миллионов человек. Симптомы гриппа похожи на симптомы простуды, но имеют тенденцию быть более серьезными. Лихорадка, головная боль, утомляемость, мышечная слабость и боль, боль в горле, сухой кашель, насморк или заложенность носа являются обычными явлениями и могут развиваться быстро.Желудочно-кишечные симптомы, связанные с гриппом, иногда возникают у детей, но у большинства взрослых заболевания, проявляющиеся диареей, тошнотой и рвотой, не вызваны вирусом гриппа, хотя их часто ошибочно называют «желудочным гриппом». Ряд осложнений, таких как начало бронхита и пневмонии, также могут возникать в связи с гриппом и особенно распространены среди пожилых людей, детей младшего возраста и людей с подавленной иммунной системой.

Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) — Вирус, ответственный за ВИЧ, был впервые выделен в 1983 году Робертом Галло из США и французским ученым Люком Монтанье. С тех пор было проведено огромное количество исследований, посвященных возбудителю СПИДа, и многое стало известно о структуре вируса и его типичном способе действия. ВИЧ относится к группе атипичных вирусов, называемых ретровирусами, которые сохраняют свою генетическую информацию в форме рибонуклеиновой кислоты ( РНК ).Благодаря использованию фермента, известного как обратная транскриптаза, ВИЧ и другие ретровирусы способны производить дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК) из РНК, тогда как большинство клеток осуществляют противоположный процесс, транскрибируя генетический материал ДНК в РНК. Активность фермента позволяет генетической информации ВИЧ постоянно интегрироваться в геном (хромосомы) клетки-хозяина.

НАЗАД В КЛЕТОЧНУЮ СТРУКТУРУ ДОМОЙ

Вопросы или комментарии? Отправить нам письмо.
© 1995-2021 автор Майкл В. Дэвидсон и Университет штата Флорида. Все права защищены. Никакие изображения, графика, программное обеспечение, сценарии или апплеты не могут быть воспроизведены или использованы каким-либо образом без разрешения владельцев авторских прав. Использование этого веб-сайта означает, что вы соглашаетесь со всеми правовыми положениями и условиями, изложенными владельцами.
Этот веб-сайт поддерживается нашим

Группа графического и веб-программирования
в сотрудничестве с Optical Microscopy в
Национальной лаборатории сильного магнитного поля.
Последнее изменение: пятница, 13 ноября 2015 г., 13:18
Количество обращений с 1 октября 2000 г.: 2066305
Микроскопы предоставлены:

12.1 Вирусы – Концепции биологии – 1-е канадское издание

Никто точно не знает, когда и откуда появились вирусы, поскольку вирусы не оставляют исторических следов, таких как окаменелости. Считается, что современные вирусы представляют собой мозаику кусочков нуклеиновых кислот, полученных из различных источников на соответствующих эволюционных путях.Вирусы представляют собой бесклеточные паразитические сущности, которые не классифицируются ни в одном домене, поскольку не считаются живыми. У них нет плазматической мембраны, внутренних органелл или метаболических процессов, и они не делятся. Вместо этого они заражают клетку-хозяина и используют процессы репликации хозяина для производства вирусных частиц-потомков. Вирусы заражают все формы организмов, включая бактерии, археи, грибы, растения и животных. Живые существа растут, метаболизируются и размножаются. Вирусы размножаются, но для этого они полностью зависят от своих клеток-хозяев.Они не метаболизируются и не растут, а собираются в зрелой форме.

Вирусы разнообразны. Они различаются по своей структуре, методам репликации и своим целевым хозяевам или даже клеткам-хозяевам. В то время как большая часть биологического разнообразия может быть понята через историю эволюции, например, как виды адаптировались к условиям и окружающей среде, многое о происхождении и эволюции вирусов остается неизвестным.

Вирусы были впервые обнаружены после разработки фарфорового фильтра, названного фильтром Чемберленда-Пастера, который мог удалить все бактерии, видимые под микроскопом, из любого жидкого образца.В 1886 году Адольф Мейер продемонстрировал, что болезнь растений табака, мозаичная болезнь табака, может передаваться от больного растения к здоровому через жидкие растительные экстракты. В 1892 году Дмитрий Ивановский показал, что это заболевание могло передаваться таким путем даже после того, как фильтр Чемберленда-Пастера удалил из экстракта все жизнеспособные бактерии. Тем не менее, прошло много лет, прежде чем было доказано, что эти «фильтрующиеся» инфекционные агенты были не просто очень маленькими бактериями, а новым типом крошечных болезнетворных частиц.

Вирионы, отдельные вирусные частицы, очень малы, около 20–250 нанометров (1 нанометр = 1/1 000 000 мм). Эти отдельные вирусные частицы представляют собой инфекционную форму вируса вне клетки-хозяина. В отличие от бактерий (которые примерно в 100 раз крупнее), мы не можем увидеть вирусы в световой микроскоп, за исключением некоторых крупных вирионов семейства поксвирусов (рис. 12.3).

Рис. 12.3 Размер вируса очень мал по сравнению с размером клеток и органелл.

Только после разработки электронного микроскопа в 1940-х годах ученые впервые получили четкое представление о структуре вируса табачной мозаики (рис. 12.2) и другие. Поверхностную структуру вирионов можно наблюдать как с помощью сканирующей, так и с помощью просвечивающей электронной микроскопии, тогда как внутреннюю структуру вируса можно наблюдать только на изображениях, полученных с помощью просвечивающей электронной микроскопии (рис. 12.4).

Рис. 12.4 Вирус Эбола показан здесь в том виде, в каком он визуализируется посредством (а) сканирующей электронной микрофотографии и (б) трансмиссионной электронной микрофотографии. (кредит а: модификация работы Синтии Голдсмит, CDC; кредит б: модификация работы Томаса У.Гейсберт, Медицинский факультет Бостонского университета; масштабные данные от Мэтта Рассела)

Использование этой технологии позволило открыть множество вирусов всех типов живых организмов. Первоначально они были сгруппированы по общей морфологии, то есть по размеру, форме и отличительной структуре. Позже группы вирусов были классифицированы по типу содержащейся в них нуклеиновой кислоты, ДНК или РНК, а также по тому, была ли их нуклеиновая кислота одноцепочечной или двухцепочечной. Совсем недавно молекулярный анализ циклов вирусной репликации еще больше уточнил их классификацию.

Вирион состоит из ядра нуклеиновой кислоты, внешней белковой оболочки и иногда внешней оболочки, состоящей из белковых и фосфолипидных мембран, полученных из клетки-хозяина. Наиболее заметным различием между членами вирусных семейств является их морфология, которая весьма разнообразна. Интересной особенностью сложности вируса является то, что сложность хозяина не коррелирует со сложностью вириона. Одни из наиболее сложных структур вирионов наблюдаются у бактериофагов, вирусов, поражающих простейшие живые организмы, бактерии.

Вирусы бывают разных форм и размеров, но они одинаковы и различны для каждого вирусного семейства (рис. 12.5). Все вирионы имеют геном нуклеиновой кислоты, покрытый защитным слоем белка, называемым капсидом. Капсид состоит из белковых субъединиц, называемых капсомерами. Некоторые вирусные капсиды представляют собой простые многогранные «сферы», тогда как другие имеют довольно сложную структуру. Внешняя структура, окружающая капсид некоторых вирусов, называется вирусной оболочкой. Все вирусы используют какой-то гликопротеин для прикрепления к своим клеткам-хозяевам на молекулах клетки, называемых вирусными рецепторами.Вирус использует эти молекулы клеточной поверхности, которые клетка использует для каких-то других целей, как способ узнавать и заражать определенные типы клеток. Например, вирус кори использует гликопротеин клеточной поверхности человека, который обычно участвует в иммунных реакциях и, возможно, во взаимодействии сперматозоида и яйцеклетки при оплодотворении. Прикрепление является необходимым условием для проникновения вирусов через клеточную мембрану, внедрения вирусного генома и завершения репликации внутри клетки.

Бактериофаг T4, инфицирующий E.coli бактерия является одним из самых сложных известных вирионов; T4 имеет структуру белкового хвоста, которую вирус использует для прикрепления к клетке-хозяину, и структуру головы, в которой находится его ДНК.

Аденовирус, безоболочечный вирус животных, вызывающий респираторные заболевания у людей, использует белковые шипы, выступающие из его капсомеров, для прикрепления к клетке-хозяину. К безоболочечным вирусам также относятся те, которые вызывают полиомиелит (полиовирус), подошвенные бородавки (папилломавирус) и гепатит А (вирус гепатита А).Безоболочечные вирусы, как правило, более устойчивы и с большей вероятностью выживают в суровых условиях, например в кишечнике.

Оболочечные вирионы, такие как ВИЧ (вирус иммунодефицита человека), возбудитель СПИДа (синдром приобретенного иммунодефицита), состоят из нуклеиновой кислоты (РНК в случае ВИЧ) и капсидных белков, окруженных фосфолипидной двухслойной оболочкой и ассоциированными с ней белками (рис. 12.5). Ветряная оспа, грипп и эпидемический паротит являются примерами заболеваний, вызываемых вирусами с оболочками.Из-за хрупкости оболочки вирусы без оболочки более устойчивы к изменениям температуры, рН и некоторым дезинфицирующим средствам, чем вирусы с оболочкой.

В целом, форма вириона и наличие или отсутствие оболочки мало что говорит нам о том, какие заболевания могут вызывать вирусы или какие виды они могут инфицировать, но все же являются полезным средством для начала классификации вирусов.

Рисунок 12.5. Вирусы могут быть сложной формы или относительно простыми. На этом рисунке показаны три относительно сложных вириона: бактериофаг Т4 с его ДНК-содержащей головной группой и хвостовыми отростками, которые прикрепляются к клеткам-хозяевам; аденовирус, который использует шипы своего капсида для связывания с клетками-хозяевами; и ВИЧ, который использует для этого гликопротеины, встроенные в его оболочку.Обратите внимание, что внутри оболочки ВИЧ есть белки, называемые матриксными белками, которые помогают стабилизировать форму вириона. ВИЧ является ретровирусом, что означает, что он осуществляет обратную транскрипцию своего РНК-генома в ДНК, которая затем встраивается в ДНК хозяина. (кредит «бактериофаг, аденовирус»: модификация работы NCBI, NIH; кредит «ретровирус ВИЧ»: модификация работы NIAID, NIH)

Какое из следующих утверждений о структуре вируса верно?

А) Все вирусы заключены в вирусную оболочку.

B) Капсомер состоит из небольших белковых субъединиц, называемых капсидами.

C) ДНК является генетическим материалом всех вирусов.

D) Гликопротеины помогают вирусу прикрепляться к клетке-хозяину.

В отличие от всех живых организмов, использующих ДНК в качестве генетического материала, вирусы могут использовать в качестве своего генетического материала либо ДНК, либо РНК. Ядро вируса содержит геном или полное генетическое содержимое вируса. Вирусные геномы, как правило, малы по сравнению с бактериями или эукариотами и содержат только те гены, которые кодируют белки, которые вирус не может получить из клетки-хозяина.Этот генетический материал может быть одноцепочечным или двухцепочечным. Он также может быть линейным или круговым. В то время как большинство вирусов содержат один сегмент нуклеиновой кислоты, другие имеют геномы, состоящие из нескольких сегментов.

ДНК-вируса имеют ДНК-ядро. Вирусная ДНК направляет белки репликации клетки-хозяина на синтез новых копий вирусного генома, а также на транскрипцию и трансляцию этого генома в вирусные белки. ДНК-вирусы вызывают заболевания человека, такие как ветряная оспа, гепатит В и некоторые венерические заболевания, такие как герпес и остроконечные кондиломы.

РНК-вирусы содержат только РНК в своей сердцевине. Для репликации своих геномов в клетке-хозяине геномы РНК-вирусов кодируют ферменты, отсутствующие в клетках-хозяевах. Ферменты РНК-полимеразы не так стабильны, как ДНК-полимеразы, и часто допускают ошибки при транскрипции. По этой причине мутации, изменения в последовательности нуклеотидов, у РНК-вирусов происходят чаще, чем у ДНК-вирусов. Это приводит к более быстрой эволюции и изменению РНК-вирусов. Например, тот факт, что грипп является РНК-вирусом, является одной из причин, по которой каждый год требуется новая вакцина против гриппа.Заболевания человека, вызываемые РНК-содержащими вирусами, включают гепатит С, корь и бешенство.

Вирусы могут рассматриваться как облигатные внутриклеточные паразиты. Вирус должен прикрепиться к живой клетке, проникнуть внутрь, произвести свои белки и скопировать свой геном, а также найти способ покинуть клетку, чтобы вирус мог заразить другие клетки и, в конечном счете, других людей. Вирусы могут заражать только определенные виды хозяев и только определенные клетки внутри этого хозяина. Молекулярная основа этой специфичности заключается в том, что определенная поверхностная молекула, известная как вирусный рецептор, должна быть обнаружена на поверхности клетки-хозяина, чтобы вирус мог прикрепиться.Кроме того, метаболические различия, наблюдаемые в разных типах клеток на основе дифференциальной экспрессии генов, являются вероятным фактором, в котором вирус может использовать клетки для репликации. Клетка должна вырабатывать вещества, необходимые вирусу, такие как ферменты, для которых в самом геноме вируса нет генов, иначе вирус не сможет размножаться, используя эту клетку.

Шаги вирусных инфекций

Вирус должен «захватить» клетку для репликации. Цикл репликации вируса может привести к серьезным биохимическим и структурным изменениям в клетке-хозяине, что может привести к ее повреждению.Эти изменения, называемые цитопатическими эффектами, могут изменить функции клетки или даже разрушить ее. Некоторые инфицированные клетки, например инфицированные вирусом простуды (риновирусом), погибают в результате лизиса (разрыва) или апоптоза (запрограммированная гибель клеток или «клеточное самоубийство»), высвобождая сразу все вирионы потомства. Симптомы вирусных заболеваний возникают в результате иммунного ответа на вирус, который пытается контролировать и элиминировать вирус из организма, а также в результате повреждения клеток, вызванного вирусом. Многие вирусы животных, такие как ВИЧ (вирус иммунодефицита человека), покидают инфицированные клетки иммунной системы в процессе, известном как почкование, когда вирионы покидают клетку по отдельности.В процессе почкования клетка не подвергается лизису и не сразу погибает. Однако повреждение клеток, которые заражает ВИЧ, может сделать невозможным их функционирование в качестве медиаторов иммунитета, даже если клетки остаются живыми в течение определенного периода времени. Большинство продуктивных вирусных инфекций проходят аналогичные этапы цикла репликации вируса: прикрепление, проникновение, снятие оболочки, репликация, сборка и высвобождение.

Вирус прикрепляется к определенному рецепторному участку на мембране клетки-хозяина с помощью белков прикрепления в капсиде или белков, встроенных в его оболочку.Прикрепление является специфическим, и обычно вирус прикрепляется только к клеткам одного или нескольких видов и только к определенным типам клеток этих видов с соответствующими рецепторами.

Концепция в действии


Посмотрите это видео, чтобы увидеть, как ВИЧ и грипп атакуют организм.

В отличие от вирусов животных, нуклеиновая кислота бактериофагов вводится в клетку-хозяин «голой», оставляя капсид вне клетки. Вирусы растений и животных могут проникать в их клетки посредством эндоцитоза, при котором клеточная мембрана окружает и поглощает весь вирус.Некоторые оболочечные вирусы проникают в клетку, когда вирусная оболочка сливается непосредственно с клеточной мембраной. Оказавшись внутри клетки, вирусный капсид разрушается и высвобождается вирусная нуклеиновая кислота, которая затем становится доступной для репликации и транскрипции.

Механизм репликации зависит от вирусного генома. ДНК-вирусы обычно используют белки и ферменты клетки-хозяина для создания дополнительной ДНК, которая используется для копирования генома или транскрибируется в информационную РНК (мРНК), которая затем используется в синтезе белка.РНК-вирусы, такие как вирус гриппа, обычно используют ядро ​​РНК в качестве матрицы для синтеза вирусной геномной РНК и мРНК. Вирусная мРНК транслируется в вирусные ферменты и капсидные белки для сборки новых вирионов (рис. 12.6). Конечно, есть исключения из этого шаблона. Если клетка-хозяин не обеспечивает ферменты, необходимые для репликации вируса, вирусные гены предоставляют информацию для прямого синтеза недостающих белков. Ретровирусы, такие как ВИЧ, имеют РНК-геном, который необходимо подвергнуть обратной транскрипции, чтобы получить ДНК, которая затем встраивается в ДНК хозяина.Для преобразования РНК в ДНК ретровирусы содержат гены, кодирующие специфичный для вируса фермент обратную транскриптазу, которая транскрибирует матрицу РНК в ДНК. Тот факт, что ВИЧ производит некоторые из своих собственных ферментов, которых нет у хозяина, позволил исследователям разработать лекарства, ингибирующие эти ферменты. Эти препараты, в том числе ингибитор обратной транскриптазы AZT, ингибируют репликацию ВИЧ, снижая активность фермента, не влияя на метаболизм хозяина.

Последней стадией репликации вируса является высвобождение новых вирионов в организм хозяина, где они способны заражать соседние клетки и повторять цикл репликации.Некоторые вирусы высвобождаются, когда клетка-хозяин умирает, а другие вирусы могут покидать инфицированные клетки, прорастая через мембрану, не убивая клетку напрямую.

Рис. 12.6. При заражении вирусом гриппа гликопротеины прикрепляются к эпителиальной клетке хозяина. В результате вирус поглощается. РНК и белки производятся и собираются в новые вирионы.

 

Вирус гриппа упакован в вирусную оболочку, которая сливается с плазматической мембраной. Таким образом, вирус может выйти из клетки-хозяина, не убивая ее. Какое преимущество получает вирус, поддерживая жизнь клетки-хозяина?

Концепция в действии


Щелкните этот учебник по вирусам, чтобы определить структуры, способы передачи, репликации и многое другое.

Вирусы вызывают различные заболевания у животных, включая людей, от обычной простуды до потенциально смертельных заболеваний, таких как менингит (рис. 12.7). Эти заболевания можно лечить противовирусными препаратами или вакцинами, но некоторые вирусы, такие как ВИЧ, способны избегать иммунного ответа и мутировать, становясь устойчивыми к противовирусным препаратам.

Рисунок 12.7. Вирусы являются причиной десятков заболеваний у людей, от легких заболеваний до серьезных заболеваний. (кредит: модификация работы Микаэля Хэггстрема)

Вакцины для профилактики

Хотя у нас есть ограниченное количество эффективных противовирусных препаратов, таких как те, которые используются для лечения ВИЧ и гриппа, основным методом борьбы с вирусным заболеванием является вакцинация, которая предназначена для предотвращения вспышек путем создания иммунитета к вирусу или семейству вирусов. Вакцину можно приготовить с использованием ослабленных живых вирусов, убитых вирусов или молекулярных субъединиц вируса.Как правило, живые вирусы обеспечивают лучший иммунитет, но могут вызывать заболевания с небольшой частотой. Убитая вирусная вакцина и субъединичные вирусы не способны вызывать заболевание, но в целом приводят к менее эффективному или длительному иммунитету.

Ослабленные живые вирусные вакцины разрабатываются в лаборатории, чтобы вызывать у реципиентов мало симптомов, но при этом давать им иммунитет против будущих инфекций. Полиомиелит был одной из болезней, которая стала важной вехой в использовании вакцин.Кампании массовой иммунизации в США в 1950-х (убитая вакцина) и 1960-х (живая вакцина) практически ликвидировали болезнь, которая вызывала мышечный паралич у детей и вызывала страх у населения в целом, когда происходили региональные эпидемии. Успех вакцины против полиомиелита проложил путь для рутинной вакцинации детей против кори, эпидемического паротита, краснухи, ветряной оспы и других заболеваний.

Живые вакцины обычно изготавливают путем аттенуации (ослабления) вируса «дикого типа» (вызывающего заболевание) путем его выращивания в лаборатории в тканях или при температурах, отличных от тех, к которым вирус привык у хозяина.Например, вирус можно выращивать в клетках в пробирке, в эмбрионах птиц или в живых животных. Адаптация к этим новым клеткам или температуре вызывает мутации в геномах вируса, позволяя им лучше расти в лаборатории, подавляя при этом их способность вызывать заболевание при повторном введении в условия, обнаруженные у хозяина. Таким образом, эти аттенуированные вирусы все еще вызывают инфекцию, но они не очень хорошо растут, что позволяет своевременно развить иммунный ответ для предотвращения серьезного заболевания.Опасность использования живых вакцин, которые обычно более эффективны, чем убитые вакцины, заключается в низком, но значительном риске того, что эти вирусы вернутся к своей болезнетворной форме в результате обратных мутаций. Обратные мутации возникают, когда вакцина подвергается мутациям в организме хозяина, так что она повторно адаптируется к хозяину и снова может вызывать заболевание, которое затем может передаваться другим людям в результате эпидемии. Это произошло совсем недавно, в 2007 году, в Нигерии, где мутации вакцины против полиомиелита привели к эпидемии полиомиелита в этой стране.

Некоторые вакцины находятся в постоянной разработке, поскольку некоторые вирусы, такие как грипп и ВИЧ, имеют высокую частоту мутаций по сравнению с другими вирусами или клетками-хозяевами. При гриппе мутация в генах поверхностных молекул помогает вирусу обойти защитный иммунитет, который мог быть приобретен в предыдущий сезон гриппа, что делает необходимым ежегодное вакцинирование людей. Другие вирусы, вызывающие такие детские заболевания, как корь, эпидемический паротит и краснуха, мутируют настолько мало, что из года в год используется одна и та же вакцина.

Вакцины и противовирусные препараты для лечения

В некоторых случаях для лечения активной вирусной инфекции можно использовать вакцины. В случае бешенства, фатального неврологического заболевания, передающегося со слюной инфицированных вирусом бешенства животных, прогрессирование заболевания с момента укуса животного до момента его попадания в центральную нервную систему может длиться две недели или дольше. Этого времени достаточно для вакцинации человека, который подозревает, что его укусило бешеное животное, а усиленного иммунного ответа от вакцинации достаточно, чтобы вирус не проник в нервную ткань.Таким образом предотвращаются фатальные неврологические последствия болезни, и человеку остается только оправиться от инфицированного укуса. Этот подход также используется для лечения лихорадки Эбола, одного из самых быстрых и смертоносных вирусов, поражающих людей, хотя обычно заражающих ограниченное население. Эбола также является основной причиной смерти горилл. Этот вирус, передаваемый летучими мышами и человекообразными обезьянами, может вызвать смерть 70–90 процентов инфицированных в течение двух недель. Есть надежда, что с помощью недавно разработанных вакцин, которые усиливают иммунный ответ, иммунная система пострадавших людей сможет лучше контролировать вирус, что потенциально снизит уровень смертности.

Другим способом лечения вирусных инфекций является использование противовирусных препаратов. Эти препараты часто имеют ограниченную способность излечивать вирусные заболевания, но используются для контроля и уменьшения симптомов широкого спектра вирусных заболеваний. Для большинства вирусов эти препараты ингибируют вирус, блокируя действие одного или нескольких его белков. Важно, чтобы целевые белки кодировались вирусными генами и чтобы эти молекулы не присутствовали в здоровой клетке-хозяине. Таким образом, рост вируса подавляется без ущерба для хозяина.Существует большое количество противовирусных препаратов для лечения инфекций, некоторые из которых специфичны для конкретного вируса, а другие могут воздействовать на несколько вирусов.

Противовирусные препараты были разработаны для лечения генитального герпеса (простого герпеса II) и гриппа. При генитальном герпесе такие препараты, как ацикловир, могут уменьшить количество и продолжительность эпизодов активного вирусного заболевания, во время которых у пациентов развиваются вирусные поражения клеток кожи. Поскольку вирус остается латентным в нервной ткани организма на всю жизнь, этот препарат не является лекарством, но может облегчить симптомы болезни. При гриппе такие препараты, как Тамифлю, могут сократить продолжительность симптомов «гриппа» на один или два дня, но препарат не предотвращает симптомы полностью. Другие противовирусные препараты, такие как рибавирин, использовались для лечения различных вирусных инфекций.

Безусловно, наиболее успешным применением противовирусных препаратов было лечение ретровируса ВИЧ, который вызывает заболевание, которое, если его не лечить, обычно приводит к летальному исходу в течение 10–12 лет после заражения. Анти-ВИЧ-препараты способны контролировать репликацию вируса до такой степени, что люди, получающие эти препараты, выживают значительно дольше, чем нелеченные.

Анти-ВИЧ-препараты ингибируют репликацию вируса на многих различных фазах репликативного цикла ВИЧ. Разработаны препараты, ингибирующие слияние оболочки вируса ВИЧ с плазматической мембраной клетки-хозяина (ингибиторы слияния), превращение его РНК-генома в двухцепочечную ДНК (ингибиторы обратной транскриптазы), интеграцию вирусной ДНК в геном хозяина (ингибиторы интегразы) и процессинг вирусных белков (ингибиторы протеазы).

При индивидуальном применении любого из этих препаратов высокая частота мутаций вируса позволяет вирусу быстро развить устойчивость к препарату.Прорывом в лечении ВИЧ стала разработка высокоактивной антиретровирусной терапии (ВААРТ), включающей смесь различных препаратов, иногда называемую лекарственным «коктейлем». Атакуя вирус на разных стадиях его цикла репликации, вирусу трудно развить устойчивость к нескольким лекарствам одновременно. Тем не менее, даже при использовании комбинированной терапии ВААРТ есть опасения, что со временем у вируса разовьется устойчивость к этой терапии. Таким образом, новые препараты против ВИЧ постоянно разрабатываются в надежде продолжить борьбу с этим смертельно опасным вирусом.

7.8: Вирусные структуры — Биология LibreTexts

Это клетка или вирус?

На самом деле это изображение вируса ВИЧ, вируса, вызывающего СПИД. Все маленькие «выступы» снаружи вируса помогают создать структуру вируса. И именно эту структуру должна идентифицировать вакцина.

Структура вирусов

Вирусы различаются по своей структуре. Вирусная частица состоит из ДНК или РНК в защитной белковой оболочке, называемой капсидом . Форма капсида может варьироваться от одного типа вируса к другому. Капсид состоит из белков, которые кодируются вирусными генами в их геноме.

Форма капсида служит одним из оснований для классификации вирусов. Капсид вируса, показанный на рис. ниже, имеет икосаэдрическую форму. Белки, закодированные вирусом, будут самособираться, образуя капсид. Некоторые вирусы имеют оболочку из фосфолипидов и белков. Оболочка состоит из частей клеточной мембраны хозяина.Он окружает капсид и помогает защитить вирус от иммунной системы хозяина. Оболочка также может иметь молекулы рецептора, которые могут связываться с клетками-хозяевами. Они облегчают проникновение вируса в клетки.

Схема цитомегаловируса. Капсид заключает в себе генетический материал вируса. Оболочка, окружающая капсид, обычно состоит из частей мембран клетки-хозяина (фосфолипидов и белков). Не все вирусы имеют вирусную оболочку.

Спиральные вирусы

Спиральные капсиды состоят из белковых субъединиц одного типа, уложенных друг на друга вокруг центральной оси и образующих спиральную структуру.Спираль может иметь полый центр, что делает ее похожей на полую трубку. Такое расположение приводит к образованию палочковидных или нитевидных вирионов. Эти вирионы могут быть любыми: от коротких и очень жестких до длинных и очень гибких. Хорошо изученный вирус табачной мозаики (ВТМ) является примером спирального вируса, как показано на Рисунке ниже.

Спиральный вирус, вирус табачной мозаики. Хотя их диаметр может быть очень маленьким, некоторые спиральные вирусы могут быть довольно длинными, как показано здесь.1. Нуклеиновая кислота; 2. Вирусные белковые единицы, 3. Капсид. ВТМ вызывает мозаичную болезнь табака у растений табака, огурцов, перца и томатов.

Икосаэдрические вирусы

Икосаэдрический капсид Симметрия придает вирусам сферический вид при малом увеличении, но на самом деле белковые субъединицы расположены в правильном геометрическом порядке, похожем на футбольный мяч; они не совсем сферические. Икосаэдрическая форма — наиболее эффективный способ создания прочной структуры из нескольких копий одного белка.Эта форма используется, потому что она может быть построена из одного основного белка, который используется снова и снова. Это экономит место в вирусном геноме.

Аденовирус, икосаэдрический вирус. Икосаэдр — это трехмерная фигура, состоящая из 20 равносторонних треугольников. Вирусные структуры построены из повторяющихся идентичных белковых субъединиц, что делает икосаэдр самой простой формой для сборки из этих субъединиц.

Сложные вирусы

Сложные вирусы обладают капсидом, который не является ни чисто спиральным, ни чисто икосаэдрическим, и который может иметь дополнительные структуры, такие как белковые хвосты или сложную внешнюю стенку.Субъединицы вирусного белка будут самособираться в капсид, но ДНК сложных вирусов также кодирует белки, которые помогают в построении вирусного капсида. Многие фаговые вирусы имеют сложную форму; у них есть икосаэдрическая голова, соединенная со спиральным хвостом. Хвост может иметь базовую пластину с белковыми хвостовыми волокнами. Некоторые сложные вирусы не имеют хвостовых волокон.

Этот сложный вирус в форме «спускаемого на Луну» вируса заражает бактерии Escherichia coli .

Вирусы с оболочкой

Некоторые вирусы способны окружать себя частью клеточной мембраны хозяина.Вирус может использовать либо внешнюю мембрану клетки-хозяина, либо внутреннюю мембрану, такую ​​как ядерная мембрана или эндоплазматический ретикулум. Таким образом, вирус приобретает внешний липидный бислой, известный как вирусная оболочка . Эта мембрана усеяна белками, кодируемыми как вирусным геномом, так и геномом хозяина. Однако сама липидная мембрана и любые присутствующие углеводы полностью происходят из клетки-хозяина. Вирус гриппа, ВИЧ и вирус ветряной оспы ( Рисунок ниже) являются оболочечными вирусами.

Вирус с оболочкой. Вирус ветряной оспы вызывает ветряную оспу и опоясывающий лишай.

Вирусная оболочка может дать вирусу некоторые преимущества по сравнению с другими капсидными вирусами. Например, они лучше защищены от иммунной системы хозяина, ферментов и некоторых химических веществ. Белки в оболочке могут включать гликопротеины, которые действуют как рецепторные молекулы. Эти рецепторные молекулы позволяют клеткам-хозяевам распознавать и связывать вирионы, что может привести к более легкому поглощению вириона клеткой.Большинство вирусов с оболочкой зависят от своей оболочки для заражения клеток. Однако, поскольку оболочка содержит липиды, это делает вирус более восприимчивым к инактивации агентами окружающей среды, такими как детергенты, разрушающие липиды.

Проникновение вируса: молекулярные механизмы и биомедицинские применения

Вероятно, первое наблюдение специфического прикрепления вируса к клетке было сделано в начале двадцатого века д’Эрелем 1 . Он культивировал Shigella и наблюдал случайные четкие пятна — лизированные бактерии — на газоне роста бактерий на твердой агаровой среде, которые он назвал бляшками. Вирусы, лизировавшие шигелл , были названы бактериофагами. Используя эксперименты по совместному осаждению, он показал, что прикрепление вируса к клетке-хозяину является первым этапом инфекции, и это прикрепление происходит только тогда, когда вирус смешивается с бактериями, которые были восприимчивы к вирусу. Это раннее исследование показало, что диапазон хозяев вируса определяется этапом прикрепления.Столетие спустя мы начинаем понимать детали растущего числа взаимодействий вирус-рецептор на атомном уровне. Все вирусы содержат геномы нуклеиновых кислот (либо РНК, либо ДНК), которые упакованы белками, кодируемыми вирусным геномом. Вирусы можно разделить на две основные категории; вирусы с оболочкой, которые имеют липидную мембрану (оболочку), полученную из клетки-хозяина; и безоболочечные вирусы, у которых отсутствует мембрана. Вирусы из 24 различных семейств могут вызывать заболевания у людей или связаны с ними (таблица 1), поэтому крайне важно понять, как разные вирусы решают проблему проникновения в клетки и как этот процесс можно ингибировать.В этом обзоре обобщены последние достижения в понимании механизмов проникновения вирусов на молекулярном уровне и варианты терапевтического вмешательства в эти процессы.

Таблица 1 Патогенные вирусы человека

Способы входа

Как безоболочечные, так и оболочечные вирусы имеют одни и те же основные этапы и пути проникновения вируса, которые начинаются с прикрепления к рецепторам клеточной поверхности и заканчиваются доставкой вирусного генома в цитоплазму клетки (рис.1). После связывания с рецепторами, которые могут быть белками, углеводами или липидами, вирусы используют два основных пути проникновения в клетку — эндоцитарные и неэндоцитарные пути. Эндоцитарный путь обычно осуществляется транспортом в везикулах или ямках, покрытых клатрином, но также используются ямки, не покрытые клатрином, макропиноцитоз или кавеолы ​​ 2 . Некоторые вирусы могут индуцировать интернализацию путем эндоцитоза — например, обезьяний вирус 40 (SV40), который индуцирует локальную полимеризацию актина и рекрутирование динамина в месте проникновения 3 (рис.1). Неэндоцитарный путь проникновения включает прямое пересечение плазматической мембраны при нейтральном рН (рис. 1). Вирусы, использующие неэндоцитарный путь, также могут проникать в клетки эндоцитарным путем, например, вирус иммунодефицита человека типа 1 (ВИЧ-1). Слияние мембран — основной клеточный процесс, необходимый для фагоцитоза, пиноцитоза и везикулярного переноса — является основным способом проникновения оболочечных вирусов, использующих эндоцитарные или неэндоцитарные пути. Процесс регулируется и опосредуется мембранными белками, когда мембраны находятся в непосредственной близости друг от друга.Как для оболочечных, так и безоболочечных вирусов проникновение в клетки связано с важными конформационными изменениями вирусных БЕЛКОВ ВХОДА или рецепторов клетки-хозяина, которые индуцируются низким рН эндосомы. Это может происходить путем проникновения (для безоболочечных вирусов) или слияния (для оболочечных вирусов). После проникновения в клетку-хозяин многие вирусы, в том числе ВИЧ-1 и SV40, транспортируются через цитоплазму в виде нуклеопротеидных комплексов. Воздействующие на поверхность сигналы ядерной локализации на нуклеопротеиновом комплексе позволяют нацеливаться на ядро ​​и проникать в него, а также заражать неделящиеся клетки.

Рис. 1. Два основных пути проникновения вируса.

и | Клатрин-опосредованный эндоцитоз, например, аденовирус. Также может встречаться эндоцитоз кавеолами, например, SV40. б | Слияние на клеточной мембране, например, у ВИЧ. Слияние также может происходить изнутри эндосомы, например, у гриппа.

Проникновение таких вирусов, как SV40, эховирус 1 (EV1), ВИЧ-1, вирус кори, вирус Эбола и вирус Эпштейна-Барр (EBV), может быть усилено липидными микродоменами, известными как LIPID RAFTS 4,5 . Другие вирусы, включая грипп, могут использовать липидные рафты в качестве платформы, на которой можно сконцентрировать достаточное количество вирусных молекул в вирионы для эффективного выхода из одной клетки и проникновения в другую клетку 6 . Однако слияние вируса Semliki Forest (SFV) или вируса Синдбис (SIN) с липосомами не требует рафтов, и присутствие рафтов может препятствовать слиянию мембран 7 . Остается установить, участвуют ли рафты в проникновении инфекционных клеток SFV и SIN 8 .

Некоторые вирусы проникают в клетки посредством прямых межклеточных контактов, используя структуры, образованные поляризованным цитоскелетом, молекулами адгезии и вирусными белками на стыке инфицированных клеток, известном как «вирусологический синапс» 9 . С помощью этого процесса осуществляется прямая передача вирусов от клетки к клетке, например, ретровирусов (таких как вирус Т-клеточной лимфомы и лейкемии человека типа 1 (HTLV-1) и ВИЧ-1), герпесвирусов (таких как вирус простого герпеса (HSV). ) и вирус ветряной оспы) и поксвирусы (такие как вирус коровьей оспы) — плохо изучены.Во многих случаях неясно, включает ли передача вируса от клетки к клетке этим путем слияние или проникновение мембраны или прямую передачу вируса через клеточные соединения. Эффективная и быстрая передача некоторых вирусов от клетки к клетке, таких как ВИЧ-1, альтернативно может быть опосредована почкующимися вирионами или только что выпущенными в пространство между близко расположенными взаимодействующими клетками или слиянием клеток с клетками. . Передача от клетки к клетке может защищать вирусы от действий иммунной системы и может быть важным путем передачи in vivo .

Вирусы, такие как ВИЧ-1 и полиовирус, могут проникать в клетки и выходить из них, не пересекая мембраны, в результате процесса, известного как трансцитоз 10 . Трансцитоз — везикулярный транспорт с одной стороны клетки на другую — используется многоклеточными организмами для избирательного перемещения материала (обычно макромолекул) через клетки между двумя средами без его модификации. Вирусы узурпировали этот механизм, чтобы преодолеть эпителиальный клеточный барьер и заразить нижележащие клетки.

Кинетика и эффективность проникновения сильно различаются между вирусами из разных семейств, между вирусами внутри семейства, между вирусами внутри рода и даже между изолятами одного и того же вида.Некоторые вирусы, такие как аденоассоциированный вирус серотипа 2 (AAV-2), SFV и грипп, могут очень быстро (в течение секунд) пересекать эндосомальные мембраны, а эффективность проникновения может достигать 50% и более (что означает, что 50% прикрепившихся вирусов проникают в клетки). Отдельные вирионы AAV-2 могут пересекать мембраны менее чем за секунду 11 , а отдельные вирионы гриппа пересекают мембраны всего за одну или более секунд 12,13 . Другим вирусам, таким как ВИЧ-1, для проникновения в клетки требуется одна или несколько минут, и эффективность проникновения низкая по сравнению с AAV-2 — часто всего лишь 0.1% (ссылки 14,15). Кинетика и эффективность проникновения вируса могут быть связаны со структурой вируса, и кажется, что наилучшие кинетика и эффективность проникновения наблюдаются для вирусов, которые используют низкий pH в качестве триггера для проникновения и имеют уплощенную структуру, такие как SFV. Связанные с клетками SFV могут сливаться за секунды с эффективностью 80% (Ref. 16). Липидный состав и структура мембраны также влияют на кинетику и эффективность проникновения вируса.

Как безоболочечные, так и оболочечные вирусы могут использовать энергию МЕТАСТАБИЛЬНЫХ СОСТОЯНИЙ во входных белках вируса для воздействия на гидрофобные последовательности 17,18 , которые могут дестабилизировать мембраны клеток-хозяев.Однако после этого образование различных интермедиатов приводит к образованию мембранных пор (в случае безоболочечных вирусов) или мембранных пор слияния (в случае оболочечных вирусов) (рис. 1). Часто конформационные изменения в одном вирусном белке могут способствовать слиянию мембран. Вирусы с оболочкой могут сливаться с плазматической мембраной или изнутри эндосомы. Проникновение и проникновение безоболочечных вирусов может напоминать проникновение токсинов, таких как токсин сибирской язвы 19 .Проникновение оболочечных вирусов имеет сходство с процессами внутриклеточного слияния, такими как экзоцитоз 20 .

Структура вируса и распознавание рецептора

Эволюция вируса привела к появлению нескольких поверхностных структур, распознающих рецепторы, которые часто имеют выступы (шипы) размером около 10 нм и более, образованные входными белками, например коронавирусы (рис. 2d) и AAV (рис. 2b). — или каньоны — например, пикорнавирусы риновируса человека 14 (HRV14) 21 и полиовируса 22 (рис.2а). Вирусы без оболочки часто бывают небольшими и стабильными и могут образовывать кристаллы, дифрагирующие с хорошим разрешением, поэтому структуры относительно большого числа представителей из разных семейств вирусов в этой группе были решены с помощью рентгеновской кристаллографии с высоким разрешением — обычно около 2 Å. Напротив, было опубликовано лишь несколько структур целых оболочечных вирусов, например, SFV 23 (рис. 2c) и вируса денге 24 , которые были решены с разрешением не более 9 Å с помощью криоэлектронной микроскопии. .

Рисунок 2: Структура поверхности вируса.

и | Структура частицы полиовируса 160S. Воспроизведено с разрешения Ref. 106 © (2000) Американское общество микробиологии. б | Топология поверхности аденоассоциированного вируса 2. Выступающие шипы окрашены в белый цвет. Воспроизведено с разрешения Ref. 105 © (2002) Национальная академия наук США. с | Структура вируса леса Семлики. Цветовая схема отражает радиальное расстояние от центра вириона, увеличиваясь от синего к красному.Воспроизведено с разрешения Ref. 23 © (2000) Elsevier Science. д | Структура коронавируса тяжелого острого респираторного синдрома (ТОРС). Частица коронавируса имеет булавовидные выступы на поверхности, известные как шипы. Частицы аденоассоциированного вируса 2 и вируса леса Семлики (не в масштабе) сопоставимы по размеру с полиовирусом. Воспроизведено с разрешения Ref. 107 © (2003) Массачусетское медицинское общество.

Структура входных белков вируса. Входные белки, ассоциированные с вирионом, обычно представляют собой гликозилированные олигомеры — например, гомодимерный белок Е вируса клещевого энцефалита (КЭ), гомотримерный белок аденовируса и гемагглютинин гриппа (HA) (рис.3). ПРИВЯЗЫВАЮЩИЕ БЕЛКИ некоторых вирусов, например, аденовирусов и ретровирусов, вряд ли будут существенно взаимодействовать друг с другом, тогда как входные белки других вирусов, включая альфавирусы, такие как SFV, образуют гетеродимеры с другими белками и широко взаимодействуют друг с другом, чтобы образуют решетку взаимодействующих белков (рис. 2в). Полный CAPSID многих безоболочечных вирусов — например, пикорнавирусов риновируса человека 14 (HRV14) 21 и полиовируса 22 (рис.2а) — образован сетью взаимодействующих белков, участвующих во входе.

Рис. 3: Структуры растворимых фрагментов входных белков вируса.

и | Лента, отслеживающая белок прикрепления реовируса σ1. Воспроизведено с разрешения Ref. 108 © (2003) Wiley. б | Ленточная трассировка волокна аденовируса. Воспроизведено с разрешения Ref. 22 © (1985) Американская ассоциация наук. И белок прикрепления реовируса σ1 ( a ), и волокно аденовируса ( b ) являются гомотримерами.Три мономера в каждом тримере показаны красным, оранжевым и синим цветом. Оба белка имеют морфологию типа «голова и хвост», с тройным β-спиральным доменом, образующим хвост, и восьмицепочечным сэндвич-доменом, образующим головку. с | Расщепленный тример гемагглютинина гриппа 26 . Воспроизведено с разрешения Ref. 38 © (2000) Ежегодные обзоры. д | Модель структуры F-белка респираторно-синцитиального вируса (RSV-F), основанная на гомологии аминокислотной последовательности со структурой F-белка вируса болезни Ньюкасла 27 .Воспроизведено с разрешения Ref. 110 © (2003) Elsevier Science.

Топологии входных белков вирусов варьируются от тех, которые образуют шипы и включают ножку и глобулярную головку (рис. 3) — например, реовирусы, аденовирусы, ортомиксовирусы и парамиксовирусы — до тех, которые образуют относительно «плоские» структуры, для например, альфавирусы (семейство тогавирусов) (рис. 2в). Сходство между топологиями белков прикрепления реовируса и аденовируса без оболочки распространяется на их трехмерные структуры, хотя аминокислотные последовательности этих двух белков не имеют сходства последовательностей 25 (рис.3а,б). Сходство между трехмерными структурами вместе с сохранением функции указывает на общего предка этих белков, но не исключает конвергентной эволюции. Общее сходство между топологиями белков прикрепления реовируса и аденовируса без оболочки, а также между топологиями гликопротеинов оболочки (Envs) оболочечных вирусов, таких как вирус гриппа HA 26 и слитый белок респираторно-синцитиального вируса (RSV) ( который был предсказан на основании сходства последовательностей с гомологичным слитым белком вируса болезни Ньюкасла (NDV) 27 ), примечательно, в частности, из-за отсутствия идентичности аминокислотных последовательностей между этими белками (рис. 3). Однако стебли белков прикрепления реовируса и аденовируса стабилизированы тройными β-спиралями, тогда как стебли НА вируса гриппа и белка F респираторно-синцитиального вируса стабилизированы α-спиральными спиральными спиралью, что указывает на то, что эти вирусы имеют разных предков. Структуры оболочечных белков Е флавивируса КЭ 28 и вируса денге 29 и оболочечного белка Е1 альфавируса SFV 30 сходны друг с другом, что в сочетании со сходными функциями может указывать на существование общего предок входных белков флавивирусов и альфавирусов 30 .Белки входа вируса были разделены на два класса, которые зависят от нескольких критериев, включая механизм действия, расщепление белка входа и образование комплекса белка входа с другими вирусными белками. Envs, которые содержат спиральные спирали, такие как вирус гриппа HA, слитый белок F парамиксовируса и гликопротеин 160 ВИЧ (gp160), были обозначены как слитые белки класса I, а Envs альфавирусов и флавивирусов были обозначены как слитые белки класса II 30,31 .

Входные белки вируса имеют различные аминокислотные последовательности, но многие из тех, для которых была решена структура, содержат сходные трехмерные структурные мотивы, хотя общая топология может быть разной. Это особенно заметно для безоболочечных вирусов; вирусные белки, которые подвергаются воздействию окружающей среды и распознают рецепторные молекулы нескольких вирусов растений, насекомых и млекопитающих, имеют одинаковую базовую структуру ядра, которая состоит из 8-нитевого β-ствола с мотивом рулетика из желе 18 .Хотя было решено только несколько структур Env, кажется, что они могут использовать те же типы структурных мотивов, что и безоболочечные вирусы, для распознавания клеток-хозяев. Глобулярная головка наиболее охарактеризованного вируса Env, который опосредует проникновение — НА ортомиксовируса гриппа — содержит структуру типа β-бочонка 26 (рис. 3). Головка белка NDV F содержит β-сэндвич-домен иммуноглобулинового типа и сильно скрученный β-листовой домен 32 . Фрагменты двух других Envs — гликопротеина HSV D 33 и рецептор-связывающего домена вируса лейкемии мышей Friend (Fr-MLV) 34 — также содержат β-бочкообразные структуры, сходные с иммуноглобулиноподобной складкой.Анализ этого ограниченного числа структур указывает на то, что вирусы используют консервативные каркасы β-листов, соединенных вариабельными петлями, которые могут обеспечить быструю адаптацию к новым рецепторам. Остальные три рентгеноструктурные кристаллы Env с рецепторсвязывающими доменами в несвязанном состоянии представляют собой растворимые фрагменты основных Envs флавивирусов TBE 28 и вируса денге 29 , а также фрагмент E1 из SFV 30 , которые содержат преимущественно β-тяжи. Большинство этих β-тяжей упакованы в пластины, включая шестицепочечный β-бочонок во втором домене и иммуноглобулиноподобную β-бочкообразную складку в третьем домене, которая может быть важна для связывания с клеточными рецепторами.

Распознавание рецепторов вирусов на клетках-хозяевах. Хотя ВИРУСНЫЕ РЕЦЕПТОРЫ имеют различные последовательности, структуры и клеточные функции 35,36 , предпочтение отдается молекулам, участвующим в клеточной адгезии и распознавании посредством обратимых поливалентных взаимодействий, определяемых AVIDITY. Вирусы могли эволюционировать, чтобы связываться с многочисленными клеточными рецепторами или связываться с клеточными рецепторами, которые имеют относительно низкое сродство к своим естественным лигандам с высоким сродством 37 , или связываться с рецепторами, которые обладают обеими этими характеристиками (таблица 2).

Таблица 2 Вирусы человека и рецепторы клетки-хозяина

Взаимодействия рецептор-распознавание разных вирусов и даже разных изолятов одного и того же вируса могут значительно различаться. Как правило, низкоаффинные (мкМ-мМ) связывающие взаимодействия между вирусными белками прикрепления и их родственными рецепторами включают небольшую область взаимодействия между вирусными и клеточными рецепторами и не приводят к конформационным изменениям входных белков. Например, связывание HA гриппа и SV40 с сиаловой кислотой 38 .Высокоаффинные (nM-pM) взаимодействия с вирусными рецепторами включают большую площадь взаимодействия (около 10 нм 2 ) между вирусными и клеточными рецепторами и часто включают большие конформационные изменения. Например, связывание gp120 ВИЧ-1 с CD4 и одним из ко-РЕЦЕПТОРОВ CCR5 или CXCR4, а также полиовируса с CD155 приводит к конформационным изменениям 18,39 . Единственным исключением является высокоаффинное связывание волокна аденовируса с аденовирусным рецептором Коксаки (CAR), которое не вызывает значительных конформационных изменений (рис.4).

Рисунок 4: Распознавание рецепторов.

и | Молекулярно-поверхностное представление интерфейса между выступом аденовируса 12 (Ad12) и аденовирусным рецептором Коксаки D1 ​​(CAR D1). На рисунке показаны два соседних мономера Ad12 с выступами, рассматриваемые на границе между молекулами Ad12 и CAR D1 и окрашенные по шкале от желтого (контакт с CAR D1) до красного (отсутствие контакта с CAR D1). Атомы, контактирующие с CAR D1, являются общими для двух мономеров Ad12. Из исх.111 © (1999) Американская ассоциация наук. б | Контактная поверхность gp120 ВИЧ-1 и рецептора CD4. Поверхность gp120 показана красным, а поверхность, удаленная на 3,5 Å от рецептора CD4 (расстояние от поверхности до центра атома), показана желтым. Из исх. 39 © (1998) Nature, Macmillan Magazines. с | Взаимодействие риновирусов и полиовирусов с их рецепторами. Сравнение связывания полиовируса с его рецептором CD155 и связывания риновируса с его рецептором ICAM-1. На рисунке показана электронная плотность молекулы CD155, связанной с полиовирусом (зеленый), поверхность молекулы полиовируса (желтый), включая каньон, и молекулы IC1, связанной с риновирусом (красный).Для получения рисунка были наложены структуры полиовируса и риновируса. Воспроизведено с разрешения Ref. 112 © (2000) Издательство Оксфордского университета. д | Конформационное изменение фрагмента растворимого гликопротеина D (gD285). На левой панели показан фрагмент gD285 в комплексе с медиатором входа герпесвируса A (HveA). Можно увидеть, как амино-концевая часть шпильки, связывающей HveA (красный), взаимодействует с остатками 224–240 α-спирали gD285 (белый). На правой панели показан нелигандированный gD285.Из исх. 33 © (2003) Американское общество микробиологии.

Сайт связывания высокоаффинного рецептора может быть расположен в глубокой щели (или каньоне) на вирусном белке, например, у пикорнавирусов, или может содержать петли, полости и каналы, такие как выступ аденовируса и gp120 ВИЧ ( Рис. 4). Довольно необычно то, что сайт связывания рецептора HveA на гликопротеине D ВПГ-1 расположен на амино-концевом удлинении на одном краю молекулы гликопротеина D, а не собран из многих частей последовательности гликопротеина D, как для типичной связывающей поверхности. или обязательный карман.Он претерпевает конформационные изменения при связывании с рецептором 33 . Нет корреляции между структурой входного белка вируса и структурой клеточного рецептора. Вирусы из одного семейства, например ретровирусы, могут связываться с разными клеточными рецепторами, и одна и та же клеточная молекула, например, сиаловая кислота, может служить рецептором для нескольких разных вирусов.

Конформационные изменения, вызванные взаимодействием с одним рецептором, могут потребоваться для раскрытия сайта связывания другого рецептора, например, взаимодействие между CD4 и gp120 индуцирует обнажение сайта связывания с высоким сродством для корецептора (обычно CCR5 или CXCR4) на gp120 ВИЧ-1.В этом случае CD4 служит рецептором «прикрепления», который обеспечивает специфическое связывание с экспрессирующими CD4 клетками, а корецептор служит рецептором «слияния», который индуцирует конформационные изменения, приводящие к экспонированию фузогенных последовательностей. В некоторых штаммах ВИЧ-1 корецепторы могут обеспечивать как прикрепление, так и слияние в отсутствие CD4. Вход также может быть инициирован связыванием с рецептором с низким сродством, таким как сульфат гепарина, с последующим взаимодействием с более высоким сродством. Роль многих рецепторов в проникновении остается нерешенной или спорной.Проникновение в клетки посредством взаимодействия с более чем одним рецептором, по-видимому, широко используется вирусами, особенно для инфицирования определенных типов клеток in vivo . В случае отсутствия специфического клеточного рецептора для некоторых вирусов также были идентифицированы АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ВИРУСНЫЕ РЕЦЕПТОРЫ. Например, галактозилцерамид 40 и его сульфатированное производное (сульфатид) могут поддерживать низкоуровневую инфекцию ВИЧ-1 в некоторых CD4-отрицательных клеточных линиях, хотя роль таких альтернативных рецепторов in vivo остается неизвестной.

Хотя число идентифицированных рецепторов вирусов человека быстро увеличилось за последние два десятилетия 41,42,43,44,45,46 , большинство вирусных рецепторов остаются не охарактеризованными, и существует лишь несколько рентгеновских кристаллических или криоэлектронная микроскопия структуры входных белков в комплексе с рецепторами (рис. 4). Идентификация новых рецепторов важна для понимания тропизма, патогенности и механизмов проникновения вируса. Недавно был идентифицирован рецептор для коронавируса тяжелого острого респираторного синдрома (SARS-CoV) — ангиотензинпревращающий фермент 2 (ACE2), всего через несколько месяцев после открытия вируса 47 , и был локализован рецептор-связывающий домен. к аминокислотным остаткам 303–537 входного белка SARS-CoV 48 .

Функция вирусного рецептора зависит от организации мембраны. Липидные рафты интенсивно изучались для определения любой возможной роли в проникновении вируса 5 . Хотя рафты хорошо охарактеризованы, их роль в проникновении вируса является спорной. Исследования проникновения ВИЧ-1 иллюстрируют все еще существующие противоречия в отношении роли рафтов в проникновении вируса. Вместе истощение холестерина и ингибирование синтеза гликосфинголипидов снижают эффективность ВИЧ-1 Env-опосредованного слияния мембран — обычно примерно в два раза — что может указывать на эффекты на слияние мембран из-за нарушения целостности рафтов 5 . Гликолипиды Gb3 и GM3 компонента рафта, по-видимому, взаимодействуют с gp120 в присутствии CD4, что также может указывать на то, что рафты участвуют в вхождении HIV-1 49 . Однако последние данные показывают, что инфекция ВИЧ-1 не зависит от присутствия CD4 и CCR5 в рафтах, и было высказано предположение, что холестерин модулирует проникновение ВИЧ-1 посредством независимого механизма, возможно, связанного со слиянием мембран или модуляцией корецептора. переплет 50 . Хотя точная роль рафтов в клетках-хозяевах, экспрессирующих рецепторы, является спорной, недавние эксперименты ясно показали важность рафтов для слияния мембран путем кластеризации достаточного количества молекул HA гриппа в рафты диаметром 200-280 нм 6 .Таким образом, оказывается, что как в клетках, экспрессирующих рецепторы, так и в клетках, экспрессирующих Env, функция рафтов заключается главным образом в увеличении локальных концентраций молекул, которые участвуют во входе. Гликосфинголипиды могут не только обеспечивать структурную основу для формирования рафтов, но также могут напрямую взаимодействовать с вирусными входными белками и молекулами клеточных рецепторов.

Конформационные изменения входных белков

После распознавания рецептором входные белки вируса претерпевают заметные конформационные изменения, которые доводят процесс проникновения до завершения.Одна из гипотез состоит в том, что входные белки многих вирусов, включая полиовирус, грипп, ВИЧ, клещевой энцефалит и SFV, находятся в метастабильном высокоэнергетическом состоянии 17,18 . Однако недавние дифференциальные сканирующие-калориметрические измерения показали, что разворачивание HA вируса гриппа при нейтральном pH является эндотермическим процессом, что может указывать на то, что он не находится в метастабильном высокоэнергетическом состоянии 51,52 . Согласно гипотезе метастабильного состояния, связывание рецептора или изменение pH (или, возможно, оба события 53,54 , но эта возможность обсуждается 55 ) может обеспечить энергию активации, необходимую для преодоления энергетических барьеров для проникновения вируса. белок для достижения стабильного, энергетически выгодного состояния.Энергия перехода в это состояние используется для экстернализации последовательностей внутренних частей входных белков, которые могут дестабилизировать мембраны. Структурный переход белка проникновения вируса и последующее действие экстернализованной последовательности, дестабилизирующей мембрану, вызывает образование мембранных пор и пор слияния мембран.

Вирусы с оболочкой: класс I, класс II и неклассифицированные гибридные белки. Прототип слитого белка класса I представляет собой HA гриппа.Возможно, наиболее хорошо охарактеризованными промежуточными продуктами слияния являются спиральные спиральные спирали, которые образованы фрагментами белков слияния репрезентативных ортомиксо-, парамиксо-, ретро-, фило- и коронавирусов 38,56,57 . Считается, что эти структуры представляют состояние с наименьшей энергией, которое достигается после серии конформационных изменений, вызванных связыванием рецептора или низким pH. В дополнение к образованию спиральных спиралей во время слияния, Env многих из этих вирусов созревают путем протеолитического расщепления белков-предшественников с образованием закрепленных на мембране субъединиц, которые содержат N-концевые слитые пептиды, но некоторые коронавирусы, включая SARS-CoV, не расщепляются и остаются тримерными на протяжении всего процесса слияния 30,31 .Подобная, но четырехцепочечная спираль-спираль участвует в ряде процессов внутриклеточного слияния, которые включают слияние синаптических пузырьков -20-. Хотя образование спиральных спиралей необратимо, оно включает некоторые обратимые стадии — например, в случае гриппа HA 58 . Молекулярные детали пути, который приводит к образованию этих структур, полностью не изучены, но включают несколько промежуточных продуктов, которые можно различить с помощью кинетических измерений и структурного анализа 56,59 (рис.5). Молекулярно-динамическое моделирование конформационных переходов HA вируса гриппа, вызванных изменением pH от нейтрального до низкого, может указывать на то, что полная диссоциация глобулярных доменов белков HA может обнажить слитые пептиды и переориентировать пептиды в направлении мишени. мембрана, что согласуется с гипотезой подпружиненного конформационного изменения 60 .

Рисунок 5: Конформационные изменения белков слияния вирусов, приводящие к слиянию мембран.

и | Схематическое изображение рабочей модели слияния вирусных мембран, опосредованного слитыми белками класса I. В качестве примера показан вирус гриппа, который интернализуется в эндосому. В нативном состоянии слитого белка, представляющего собой тример, большая часть поверхностной субъединицы (зеленая) открыта. Часть трансмембранной субъединицы, включая слитый пептид, не экспонируется. После условий, активирующих слияние, происходят конформационные изменения, чтобы «освободить» слитый пептид (красный) из его ранее не подвергавшегося воздействию местоположения.В случае НА гриппа это происходит по «пружинному» механизму. Промежуточное соединение «пре-шпилька» охватывает две мембраны — с трансмембранным доменом, расположенным в вирусной мембране, и слитым пептидом, вставленным в мембрану клетки-хозяина. Прешпилечный интермедиат образует тример шпилек, и происходит слияние мембран, что приводит к образованию пор и высвобождению вирусного генома в цитоплазму. Изменено с разрешения Ref. 56 © (2001) Ежегодные обзоры. б | Конформационные изменения белков слияния вирусов класса II и проникновение.Структура фрагментов гликопротеина слияния (Е) класса II вируса денге 29 . Полипептидная цепь начинается в центральном домене (домен I, красный), который представляет собой восьмицепочечный β-бочонок с топологией «вверх-вниз». Две длинные вставки между цепями в центральном домене образуют домен димеризации (домен II, желтый). Карбоксиконцевой домен (домен III, синий) представляет собой антипараллельный β-бочонок с иммуноглобулиноподобной топологией, который стабилизирован тремя дисульфидными мостиками. Определение домена также выделено на пептидной последовательности (вверху).Во время входа реорганизуется олигомерная структура. Показана конфигурация гликопротеинов вируса денге на поверхности вириона при нейтральном рН и предполагаемая конфигурация при низком рН. Гликопротеины E показаны желтыми цилиндрами, а слитый пептид — зеленым. Воспроизведено из ссылок 24, 29 © (2002) Elsevier; (2003) Национальные академии наук.

Слитые белки класса II не расщепляются протеолитически и содержат внутренние, а не N-концевые слитые пептиды 30,31 .Они синтезируются в виде комплекса со вторым мембранным гликопротеином, и активация фузогенного потенциала слитых белков класса II включает расщепление этого вспомогательного белка. Рентгеновская кристаллография трех слитых белков класса II — белков E вируса КЭ и денге и белка E1 SFV — выявила общую укладку для этих белков, которая структурно не связана с белками слияния вирусов класса I. Слитые белки класса II укладываются в виде гетеродимеров с сопутствующим (шаперонным) гликопротеином — например, pE2 с pE1 у альфавирусов и prM с pE у флавивирусов — и образуют белковую сеть на поверхности вируса.Слияние конформационных изменений приводит к обратимой диссоциации димеров с высвобождением мономеров с последующей необратимой реассоциацией в стабильные гомотримеры в присутствии мембран (рис. 5). Хотя альфавирусам SFV и SIN требуются мембранные компоненты холестерин и сфинголипиды для связывания и инициации конформационных изменений, флавивирусу КЭ не требуются эти мембранные компоненты, но связывание с мембранами-мишенями и тримеризация белка Е КЭ могут включать взаимодействие с холестерином 61 .

В отличие от слитых белков классов I и II конформационные изменения G-белков вируса бешенства и вируса везикулярного стоматита (VSV) (семейство rhabdoviridae), вызванные низким pH, обратимы, что указывает на то, что низкий pH не запускать переход через высокоэнергетическое промежуточное состояние 62,63 . Однако взаимодействия с мембранами могут вызывать необратимые конформационные изменения. И вирус VSV, и вирус бешенства могут сливаться с чистыми липидными везикулами, хотя ни один из вирусов не требует для слияния каких-либо специфических липидов.Переход между равновесными состояниями входных белков д. давать свободную энергию для преодоления барьера слияния мембран, но для образования сайта слияния может потребоваться намного больше тримеров, действующих совместно, чем 5-6, которые, как считается, обычно участвуют -64-. G-белки рабдовирусов имеют несколько общих характеристик со слитыми белками класса I (например, они имеют внутренний слитый пептид и не образуют комплексов с другими белками на поверхности вириона) и слитыми белками класса II (например, они не расщепляются). и не имеют гептадных последовательностей, предсказывающих спиральные спирали).Рентгеновская кристаллическая структура белка G рабдовируса не решена, и еще неизвестно, станет ли он членом-основателем нового семейства слитых белков класса III.

Вирусы с оболочкой: слияние мембран. Важная роль конформационных изменений, которым подвергаются все классы белков слияния, заключается в преодолении энергетических барьеров, что делает возможным дестабилизацию мембраны и образование пор слияния. Энергетический барьер для слияния ВВС с клеткой оценивается примерно в 42 ккал/моль -1 (см.65). Для безбелковых модельных липидных бислоев энергии активации сопоставимы — расчетные значения 37, 27 и 22 ккал·моль 90 268 -1 90 269 были получены для образования обратимого первого интермедиата, его превращения во второй, полустабильный интермедиат и необратимое образование пор слияния, соответственно 66 , что указывает на то, что основные молекулярные механизмы вирусного слияния могут включать липидные молекулярные перестройки, сходные с наблюдаемыми при слиянии модельных липидных мембран.

Неясно, как энергия, высвобождаемая в результате конформационных изменений вирусного белка, используется для преодоления энергетических барьеров слияния мембран. Для слитых белков класса I недавно было обнаружено, что образование пучков из шести спиралей стабилизирует образование слитых пор 67 . Подпружиненное конформационное изменение 68 (рис. 5) необходимо, но может быть недостаточным для слияния, опосредованного ГК, а переход к мембранной поре слияния может частично зависеть от последующего действия ГК. гибридный пептид и трансмембранный домен 69 .Для слитых белков класса II было предположено, что вызванные рН конформационные изменения приводят к встраиванию β-стволов белков класса II в мембрану хозяина, что, в свою очередь, ведет к образованию слитых пор -24- . По-видимому, как только конформационные изменения вирусного белка обеспечивают достаточную энергию для плотного прилегания мембраны (менее 1 нм) и дестабилизации, формирование поры слияния может происходить через промежуточные продукты, ножки и полуслитые диафрагмы, которые могут быть общими для всех известных вирусов. процессы слияния мембран 70,71 .Данные, полученные для бакуловируса gp64, согласуются с этой гипотезой 72 .

Был предложен ряд моделей образования пор слияния липидно-белковыми комплексами 52,70 . Для обеспечения переноса вирусного нуклеопротеинового комплекса, который обычно стабилен в растворе, кажется, что внутренняя выстилка поры слияния должна быть гидрофильной. Для образования пор слияния требуется минимальное количество (5–6) олигомерных белков проникновения вируса для образования надмолекулярного липидно-белкового комплекса.Это динамический процесс, и маленькие поры могут открываться и закрываться обратимо. Модели образования пор слияния в основном основаны на слиянии, опосредованном HA гриппа, но могут оказаться в целом достоверными. Увеличение поры слияния, позволяющее перенести геном в клетку, происходит по неизвестному механизму.

Вирусы без оболочки: проникновение через мембрану. Механизм проникновения безоболочечных вирусов остается малоизученным, хотя они относительно малочисленны и просты по структуре 18 . Слияние более сложных оболочечных вирусов лучше изучено из-за сходства между оболочечными вирусами и клетками — оба окружены мембранами, и их слияние не обязательно требует значительной реорганизации вирусного нуклеопротеинового комплекса. Напротив, либо весь безоболочечный вирус должен пересечь мембрану, либо он должен претерпеть важные конформационные изменения и перенести геном через мембрану. В последнем случае энергия метастабильного состояния должна использоваться не только для дестабилизации клеточной мембраны, но и для реорганизации нуклеопротеидного комплекса так, чтобы геном мог высвобождаться через дестабилизированную мембрану либо через поры, либо через другие структуры.Хотя структуры нескольких ключевых промежуточных соединений в конформационных изменениях входных белков вируса в настоящее время решены с атомарным разрешением, ясно, что многое еще предстоит изучить из-за трудностей, связанных с изучением быстрых конформационных изменений только несколько молекул каждого вириона на фоне большого количества поверхностных молекул вириона, не претерпевающих структурных изменений.

Входные белки и патогенез

Вирусные белки могут дестабилизировать не только плазматические и эндосомальные мембраны при проникновении, но также могут дестабилизировать другие мембраны внутри клеток, к которым белок находится в непосредственной близости, при наличии подходящего триггера, такого как рецептор, низкий рН или низкая концентрация кальция.Например, такие условия возникают при транспортировке вирусных белков после их синтеза в клетке-хозяине в кислых везикулах Гольджи. Похоже, вирусы разработали стратегии, позволяющие справиться с этой проблемой. Например, белок G рабдовирусов, таких как бешенство и ВВС, может существовать в нативной, активированной и неактивной конформациях. Было высказано предположение, что неактивное состояние помогает избежать слияния мембран во время транспорта G-белка 73 . Тем не менее, Env ВИЧ-1 может индуцировать лизис клеток после взаимодействия с рецепторами — вероятно, за счет разрушения важных внутриклеточных мембран — поэтому методы борьбы с дестабилизацией клеточных функций не универсальны 74 . Значение эффектов слияния мембран в патогенезе человека неясно. Возможно, вирусы, которые хорошо адаптированы к своим хозяевам, не вызывают значительных патогенных эффектов, которые могли бы привести к снижению продукции вирусов. Однако вирусы, которые заражают нового хозяина, такие как ВИЧ и атипичная пневмония, могут быть плохо адаптированы к этому хозяину, и их входные белки могут вызывать ЦИТОПАТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ. Слияние клеток — возможно, опосредованное Envs — эндогенными ретровирусами может способствовать возникновению рака 75 .

Ингибиторы проникновения, антитела и вакцины

Вход является привлекательной мишенью для ингибирования, поскольку механизм проникновения является внеклеточным, и поэтому молекулам лекарства легче достичь, чем внутриклеточным мишеням.Ингибитор проникновения может быть нацелен на любой шаг(и) процесса проникновения. Было обнаружено, что различные типы молекул, такие как белки, пептиды, углеводы, небольшие органические молекулы, нуклеиновые кислоты и надмолекулярные структуры, включая липосомы и фаги, ингибируют проникновение. Тем не менее, из более чем 30 противовирусных препаратов 76 только два ингибитора проникновения — Synagis 77 и T-20 (Ref. 78) — были одобрены Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) для клинического применения. применение (за исключением человеческого иммуноглобулина для применения против гепатита А и кори и вирус-специфических поликлональных человеческих иммуноглобулинов для применения против цитомегаловируса, гепатита В, бешенства, РСВ, коровьей оспы и ветряной оспы 79 ).Только Т-20 (который продается как энфувиртид) используется для лечения продолжающейся вирусной (ВИЧ-1) инфекции. Гуманизированное моноклональное антитело Синагис (известное также как паливизумаб) используется для профилактики РСВ-инфекций у новорожденных и лиц с ослабленным иммунитетом. Т-20 — это не маленькая молекула, считающаяся «золотым стандартом» лекарства, а пептид, который нельзя принимать перорально. Ингибитор проникновения малых органических молекул (плеконарил) показал многообещающие результаты при лечении инфекций, вызванных пикорнавирусами, которые вызывают простуду 80 , но не был одобрен FDA из-за опасений по поводу потенциального взаимодействия с другими лекарствами, хотя и в других формах. в настоящее время оцениваются для использования при опасных для жизни заболеваниях.В настоящее время ряд соединений проходит клинические испытания, в том числе небольшие органические молекулы, которые связываются с корецептором ВИЧ-1 CCR5, а ингибиторы проникновения также проходят испытания на эффективность в качестве микробицидов.

Проблемы разработки ингибиторов проникновения вирусов. Основные проблемы при разработке эффективных ингибиторов проникновения включают образование мутантов вируса, устойчивых к таким препаратам, низкую активность in vivo и токсические побочные эффекты.Хотя эти проблемы являются общими для разработки других противовирусных (и противораковых) препаратов и ограничивают их эффективность, разработка ингибиторов проникновения также может столкнуться со специфическими проблемами. Вирусы эволюционировали, чтобы распознавать клеточные рецепторы и проникать в клетки, несмотря на наличие иммунной системы хозяина. Антитела, которые проявляют ингибирующее действие на проникновение вируса, должны связывать вирусы, которые уже разработали ряд стратегий уклонения от иммунного ответа, включая использование иммунодоминантных вариабельных петель и неполных комплементарных связывающих поверхностей, олигомерную окклюзию, гликозилирование 81 , конформационную маскировку 82 и поливалентные взаимодействия. Некоторые проблемы, присущие конструкции любого ингибитора, особенно сложны для тех, которые нацелены на проникновение вируса, например, ингибирование высокоаффинных белок-белковых взаимодействий небольшими молекулами. Другой стратегией, используемой вирусами для противодействия действию антител и других ингибиторов проникновения, является прямая передача вирусов от клетки к клетке, которая позволяет избежать или уменьшить воздействие на вирус ингибиторов, не предназначенных для проникновения через мембраны или другие барьеры.Это может быть одной из важных причин низкой эффективности, наблюдаемой in vivo в остальном сильнодействующих in vitro ингибиторов. Низкая эффективность ингибитора в сочетании с высокой частотой мутаций вируса, возможно, является самой сложной проблемой при разработке ингибиторов проникновения.

Хотя быстрый прогресс в нашем понимании структурных механизмов проникновения вируса обещает новые подходы, которые могли бы «перехитрить» вирус, до сих пор не было разработано ни ингибиторов проникновения, ни протоколов лечения для клинического использования на основе прогнозов, сделанных структурными моделями. , а основным источником новых ингибиторов по-прежнему является скрининг больших библиотек малых органических молекул, натуральных продуктов, пептидов и антител.Однако структуры входных белков оказались неоценимыми для развития нашего понимания механизмов ингибирования и должны способствовать дальнейшему совершенствованию ингибиторов. Вполне вероятно, что рано или поздно структурно-ориентированный дизайн позволит получить ингибиторы проникновения, которые будут использоваться в клинической практике.

Консервативные интермедиаты входа в качестве мишеней для ингибиторов; мультивалентные ингибиторы и другие подходы. Одним из направлений исследований, которое может ускорить появление ингибиторов проникновения в клинику, является разработка соединений, взаимодействующих с консервативными промежуточными продуктами процесса проникновения или с белковыми структурами, которые при связывании с рецепторами запускают конформационные изменения, приводящие к образование этих входных промежуточных продуктов. Как правило, такие промежуточные соединения подвергаются только временному воздействию, поэтому вирусы могут не выработать стратегии, позволяющей избегать ингибиторов, нацеленных на эти структуры. Кроме того, консервативные интермедиаты обычно важны для проникновения вируса и, по-видимому, не могут быть легко заменены другими структурами после мутации.

Примером успешного дизайна ингибитора проникновения, демонстрирующим доказательство концепции, является белок 5-спираль, который препятствует консервативному промежуточному звену проникновения ВИЧ-1 (Ref.83). Связанным примером является класс пептидов, которые могут иметь широкое применение для нескольких вирусов, содержащих слитые белки класса I. Пептиды происходят из областей слитых белков (гептадных повторов), которые имеют склонность к образованию спиральных спиралей и которые служат промежуточными продуктами слияния и обеспечивают олигомеризацию белков. Т-20 (также известный как DP178) происходит из карбоксиконцевой гептадной области gp41 ВИЧ-1 и проявляет мощную ингибирующую активность in vivo 78 . Аналогичные пептиды из других вирусов, включая HTLV-1, RSV, вирус кори, вирус Нипах, вирус Хендра, вирус Эбола и SARS-CoV, также являются многообещающими кандидатами на ингибиторы проникновения. Однако вирус Эбола ингибируется только при очень высоких концентрациях, опосредованное HA слияние гриппа не ингибируется, и инфекция SARS-CoV также может не ингибироваться (K. Bossart и C. Broder, личное сообщение), возможно, из-за эндоцитарного пути проникновения. этих вирусов. Хотя пептиды имеют определенные многообещающие свойства, в том числе относительно небольшой размер, который может обеспечить хорошее проникновение в сочетании с высокой аффинностью связывания, отсутствие пероральных форм, короткий период полувыведения, возможная токсичность и иммуногенность могут ограничивать их применение.

Недавно была идентифицирована небольшая молекула BMS-378806, которая ингибирует проникновение широкого спектра изолятов ВИЧ-1 с помощью механизма, который объясняется конкуренцией с рецептором CD4 за связывание с gp120 (ссылка 84). Однако это соединение ингибировало проникновение одного изолята ВИЧ-1 (ВИЧ-1 JRFL ) с IC 50 1,5 нМ и связывание CD4 с gp120 из того же изолята с IC 50 . 100 нМ. Таким образом, в ингибирующих концентрациях BMS-378806 не мешает связыванию CD4, что указывает на другой ингибирующий механизм.По аналогии с ингибиторами проникновения пикорнавируса, такими как плеконарил, BMS-378806 может ингибировать проникновение ВИЧ-1 путем связывания с консервативными структурами, важными для конформационных изменений, которым должен подвергнуться gp120 для проникновения вируса 80. Мощные вирус-специфические ингибиторы стадии слияния вирусной мембраны еще не идентифицированы.

Другим многообещающим направлением является разработка поливалентных ингибиторов, которые могут преодолеть проблемы, вызванные мутацией вирусных белков, чтобы избежать ингибирования, поскольку мультивалентные ингибиторы связываются с несколькими областями одного и того же (или разных) белка (белков) на поверхности вируса. Одним из примеров поливалентного ингибитора являются мультимерные растворимые рецепторы гриппа и ВИЧ-1 (ссылка 82), которые являются мощными ингибиторами входа in vitro и, в некоторой степени, in vivo . Использование ингибиторов проникновения в комбинации или в виде слитых белков также может привести к повышению эффективности. Наконец, усовершенствование существующих методов структурно-ориентированного дизайна за счет учета гибкости белков и динамики связывания с лигандами , 85, и методов скрининга ингибиторов , 86,87, , безусловно, расширит диапазон возможных ингибиторов, которые можно тестировать.

Нейтрализующие антитела и дизайн вакцинных иммуногенов. Нейтрализующие антитела обычно ингибируют проникновение вируса, предотвращая прикрепление вируса к клетке или связываясь с промежуточными продуктами проникновения 88,89,90 . Иммуноглобулин человека, состоящий из концентрированных антител, собранных из объединенной плазмы человека, успешно используется в качестве профилактического средства для лечения вирусных инфекций, включая бешенство, гепатиты А и В, корь, эпидемический паротит, ветряную оспу, цитомегаловирус и аренавирусы. Антитела могут полностью предотвратить инфекцию, но как только инфекция установлена, они становятся гораздо менее эффективным средством лечения. Единственное моноклональное антитело, применяемое в настоящее время в клинической практике для лечения вирусного заболевания, — Synagis (MEDI-493) — является более мощным, чем поликлональный иммуноглобулин, который используется в настоящее время, и широко активен против многочисленных клинических изолятов РСВ типа А и В 91 . Он связывается с белком F RSV с высокой аффинностью (3 нМ) и ингибирует проникновение вируса и слияние клеток in vitro с IC50 50 , равной приблизительно 0.1 мкг мл -1 . Похоже, что эффективность Synagis in vivo коррелирует с высокой аффинностью связывания и активностью этого антитела in vitro 94 . Тем не менее, Synagis не имел измеримой клинической эффективности после однократного внутривенного введения 15 мг/кг -1 младенцам, госпитализированным с установленной инфекцией RSV, хотя он значительно снижал концентрации RSV в трахеальных аспиратах 92 .

Рентгеновские кристаллические структуры риновируса 21 и полиовируса 22 указывают на возможный механизм, с помощью которого пикорнавирусы могут избежать нейтрализации антителами посредством мутации неконсервативных аминокислотных остатков, окружающих сайт связывания рецептора — 2 нм глубокий и шириной 2 морских мили каньон (рис.4с). Первоначально предполагалось, что консервативные аминокислотные остатки каньона недоступны для антител; однако позже было показано, что сильно нейтрализующее антитело, Fab17, может проникать глубоко внутрь рецептор-связывающего каньона, претерпевая большие конформационные изменения, не вызывая конформационных изменений в вирусе 90,93 . Необычно то, что с каньоном контактируют не только гипервариабельные остатки, но и остатки каркасной области Fab17. Еще одним замечательным механизмом иммунного распознавания вирусов является недавно открытая мимикрия рецепторов путем посттрансляционной модификации (сульфатирования тирозина) антител (Ref. 94; Huang, C. et al ., рукопись в процессе подготовки). Кажется, что любая доступная вирусная поверхность может быть распознана антителами. Быстро мутирующие вирусы могут ускользнуть от нейтрализующих антител, даже если они связываются со структурами, необходимыми для репликации вируса, такими как сайты связывания рецепторов, если только они не связываются с энергетически идентичными профилями 95 . Избежит ли вирус нейтрализации антителами, зависит от взаимодействия между аффинностью (авидностью) антител и кинетикой связывания, скоростью образования, концентрацией, скоростью мутации и приспособленностью вируса.Мутации иммунодоминантных структурных петель, которые формируют сайты связывания антител, и мутации, приводящие к изменениям в присоединении олигосахаридов к вирусным входным белкам, являются распространенными механизмами, с помощью которых вирусы избегают нейтрализации 90,96 .

Мутации консервативных остатков, играющих роль в механизме проникновения, обычно приводят к снижению или потере инфекционности. Антитела или их производные, которые связываются с эпитопами, где остатки вносят большую часть энергии связывания, могут иметь потенциал в качестве ингибиторов проникновения.Эпитопы, которые экспонируются после связывания вируса с рецепторами, обычно хорошо сохраняются — например, эпитопы 17b 39 и X5 (Ref. 97) на gp120 ВИЧ-1. Одной из потенциальных проблем с использованием антител в качестве ингибиторов проникновения в этом случае может быть ограниченный доступ к пострецепторному состоянию связывания вирусного белка входа из-за относительно большого размера цельного антитела. Решение этой и других проблем может привести к разработке сильнодействующих нейтрализующих антител широкого действия, которые могли бы ограничить образование устойчивых вирусов, особенно если эти ингибиторы используются в сочетании с другими антителами или ингибиторными молекулами.

Многие вирусы, особенно РНК-содержащие вирусы, такие как ВИЧ-1, существуют в виде роев вирионов внутри инфицированного человека и могут значительно различаться по последовательности между изолятами. Таким образом, получение сильнодействующих, широко нейтрализующих антител является важной целью разработки вакцин. Существуют мощные, широко нейтрализующие антитела к Env ВИЧ-1, например, b12, 2G12, 447-52D, X5, 2F5 и 4E10/Z13. Однако получение этих антител in vivo не увенчалось успехом. Идентификация широко нейтрализующих антител и характеристика их эпитопов может помочь разработать вакцинные иммуногены, способные вызывать эти нейтрализующие антитела in vivo — так называемая ретровакцинология 89 .В настоящее время все вакцины, вырабатывающие антитела против входных белков, были разработаны эмпирически с использованием антигена, а не путем создания иммуногена на основе полученных антител.

Важными преимуществами антител человека в качестве терапевтических средств являются низкая или незначительная токсичность в сочетании с высокой эффективностью и длительным периодом полураспада. Однако к недостаткам относятся образование устойчивых к нейтрализации вирусных мутантов, ограниченный доступ больших молекул антител к месту репликации вируса, отсутствие пероральных составов и высокая стоимость производства и хранения.

Физиология проникновения вируса и перенацеливание

Вирусы обычно связаны с болезнями. Однако некоторые вирусы могут быть полезными. Эндогенный ретровирус человека W (HERV-W) может иметь важное значение в физиологии человека — для формирования плаценты. Env HERV-W, известный как синцитин, является фузогенным и играет роль в слиянии и дифференцировке клеток трофобласта человека 98 . Ретровирусные частицы наблюдались в плаценте вместе со слившимися плацентарными клетками, которые морфологически напоминают синцитии, индуцированные вирусом.Эти исследования привели к предположению, что древняя ретровирусная инфекция могла быть ключевым событием в эволюции млекопитающих 99 .

Вирусы уже давно используются для переноса генов в клетки. За последнее десятилетие еще одним важным применением была вирусная доставка генов и лекарств для лечения рака. Основная проблема заключалась в разработке белков проникновения вируса для доставки молекул в определенные клетки с высокой эффективностью. Для достижения этой цели часто желательно создать вирусы, которые не инфицируют клетки, экспрессирующие нативный рецептор, а вместо этого нацелены на выбранную клетку.Создание входных белков таким способом известно как трансдукционное перенацеливание 100 .

Концептуально простой подход к трансдукционному перенацеливанию заключается во включении белка, определяющего клеточный тропизм, в заражающий вирион выбора, что известно как «псевдотипирование» вируса. Это использовалось как для ретровирусов, так и для аденовирусов, и не требует предварительных знаний о специфических взаимодействиях вирус-рецептор. В родственном подходе белки проникновения вируса используются для производства средств доставки лекарств и генов, например, белок F вируса Сендай был включен в липосомы с образованием виросом 101 , а белок L вируса гепатита В был включен в дрожжи. липидные везикулы 102 .Перенацеливание ретровирусов, аденовирусов и AAV было достигнуто путем конъюгации входных белков с молекулярными адаптерами, такими как биспецифические антитела, обладающие особыми свойствами связывания с рецепторами. Модификация входных белков таким образом, что обычное свойство связывания с рецептором отменяется или включается лиганд для альтернативного связывания с рецептором, также была успешной для перенаправления тропизма аденовируса в клеточной культуре, но вряд ли будет работать для проникновения вирусов, которым требуется рецептор. -индуцированные конформационные изменения, такие как ретровирусы, если только подробные молекулярные механизмы этих конформационных изменений не изучены лучше.Родственный подход основан на скрининге библиотек химерных Envs из разных штаммов MLV 103 или рандомизированных пептидов, вставленных в толерантные участки вирусных белков, таких как VP3 AAV 104 . Этот подход кажется перспективным для выбора конкретных векторов ретаргетинга. Понимание структуры AAV 105 и других вирусов может помочь в дальнейшем повышении специфичности и эффективности перенацеливания. Перенацеливание вирусов со сложными механизмами проникновения, которые включают несколько белков, таких как вирусы герпеса и поксвирусы, остается сложной задачей.

Проблемы и перспективы

Выяснение молекулярных механизмов и динамики конформационных изменений, вызывающих проникновение вируса, остается серьезной проблемой. Это требует разработки новых подходов для изучения быстрых конформационных изменений небольшого числа белковых молекул, взаимодействующих с мембраной, которые окружены большим количеством невзаимодействующих молекул. Более реалистичной целью является определение структур белков, обеспечивающих проникновение всех человеческих вирусов, и идентификация родственных клеточных рецепторов.Если исследования будут продолжаться нынешними темпами, эта цель может быть достигнута в течение следующего десятилетия. Идентификация всех клеточных рецепторов вирусов человека могла бы стать важным вкладом в наше понимание тропизма и патогенеза вирусов. Различные и во многих случаях неожиданные пути, которыми входные белки могут влиять на патогенез, могут предложить новые возможности для вмешательства. Ожидается, что разработка ингибиторов проникновения и вакцинных иммуногенов, основанная на рациональной структуре/механизме, которые способны индуцировать сильнодействующие, широко нейтрализующие антитела известных эпитопов, будет способствовать разработке клинически полезных терапевтических средств и вакцин.Разработка панелей человеческих моноклональных антител против каждого связанного с проникновением белка всех патогенных вирусов человека может ускорить наше понимание механизмов проникновения и помочь в борьбе с вирусными заболеваниями. Недавний прогресс в перенацеливании вирусов также вселяет надежду на возможность разработки машин проникновения, которые могут доставлять гены и другие молекулы в любую выбранную клетку.

Вирусная структура – ​​обзор

2.4 Разнообразие вирусов в популяциях хозяев, инфицированных естественным путем факторы, определяющие эту генетическую структуру.Исследования были сосредоточены в основном на двух видах: TMGMV, названных в более ранних исследованиях как U2-TMV и U5-TMV, и вирусе легкой крапчатости перца (PMMoV).

TMGMV был связан с естественными насаждениями N. glauca во многих различных географических районах, включая Канарские острова, Калифорнию, Индию, Ближний Восток и Австралию (Randles et al., 1981). Изоляты ВТММ N. glauca наиболее сходны с ранее названными штаммами ВТМ U2 и U5 (Siegel and Wildmanm, 1954).Рэндлс и др. (1981) проанализировали инфекцию TMGMV в насаждениях N. glauca на площади около 1200 км 2 в Южной Австралии, и разнообразие изолятов из 16 участков было проанализировано по степени гибридизации с кДНК U1-, U2- и U5-TMV. Изоляты были наиболее похожи на U2-, U5-TMV, за исключением одного, похожего на U1-TMV. Изоляты различались по проценту гибридизации с кДНК U2-TMV, но сходство не увеличивалось с расстоянием между местами происхождения изолятов, как можно было бы ожидать, если бы инфекция в одних местах была старше, чем в других.Насколько нам известно, это первое исследование разнообразия и характера изменчивости популяции тобамовируса у естественно инфицированного хозяина. Разнообразие TMGMV, инфицирующих N. glauca в Юго-Восточной Испании, было проанализировано Rodríguez-Cerezo et al. (1991) методом РНК-фингерпринтинга. Результаты показали отсутствие корреляции между генетической и географической близостью изолятов и низкие значения дивергенции независимо от масштаба, в диапазоне от 0,0142 до 0,0342 нуклеотидных замен на сайт для изолятов от растений, удаленных на несколько метров в одном растении-хозяине или из юго-восточной Испании. и южно-австралийские изоляты соответственно.Эти результаты убедительно свидетельствовали о верхнем пределе генетической дивергенции TMGMV. Данные о разнообразии для Юго-Восточной Испании показали единую популяцию, не структурированную географически, что можно объяснить периодическим положительным отбором (Moya et al., 1993). Используя эти данные, эффективная численность популяции была оценена как число зараженных растений в изучаемой области, примерно 2,5 × 10 90 268 — 5 90 269 (Moya et al., 1993). Эта оценка подтверждает более раннее предположение Харрисона о том, что эволюционно значимый размер популяций растительных вирусов будет порядка числа инфицированных хозяев или вирулиноносных векторов, а не вирусных частиц (Harrison, 1981). Анализ частичной последовательности изолятов из Австралии, Калифорнии, Юго-Восточной Испании и Крита подтвердил высокую генетическую стабильность N. glauca , инфицирующих TMGMV популяций. Калифорнийская и критская популяции, в два раза более разнообразные, чем испанская или австралийская, образовали единый кластер, подразумевая более старую единую популяцию, в то время как австралийская и испанская популяции, генетически дифференцированные, вероятно, были более поздними (Fraile et al., 1996).

Разнообразие TMGMV-инфицирующих N.glauca также был проанализирован в Калифорнии. Анализ 58 изолятов показал, что только одно аминокислотное положение было полиморфным в БО, но изоляты можно было разделить на два типа в зависимости от длины 3′-нетранслируемой области (3’UTR) (Bodaghi et al., 2000). Изоляты с длинным или коротким 3’UTR различались по способности накапливаться в N. glauca , изоляты с длинным 3’UTR превосходили изоляты с коротким и, соответственно, смешанные инфекции между обоими типами встречались в полевых условиях редко. (Бодаги и др., 2004). Учитывая это преимущество, остается объяснить, как короткая 3’UTR сохраняется в популяции вируса. Интересное наблюдение этих исследований заключалось в том, что 87% изолятов были коинфицированы сателлитным вирусом табачной мозаики (STMV), сателлитным вирусом, ранее идентифицированным как ассоциированный с изолятами N. glauca TMGMV из Калифорнии (Valverde and Dodds, 1986), и что оба типа 3’UTR одинаково эффективны в качестве помощников этого молекулярного паразита (Bodaghi et al., 2000).STMV был генетически гетерогенным: 16 гаплотипов были идентифицированы в 44 клонах, полученных из изолята (Kurath et al., 1992), и 10 гаплотипов были идентифицированы в полевых образцах из 15 изолятов (Kurath et al., 1993). Таким образом, представляется, что генетическая изменчивость ВТМ выше, чем у его хелперного вируса, результат аналогичен тому, который был получен для вируса мозаики огурца и его сателлитной РНК (Aranda et al., 1993; Fraile et al., 1997a). что было связано с меньшими функциональными ограничениями для спутника, чем для вспомогательных вирусов.

Исследования TMGMV также позволили изучить долгосрочную эволюцию растительного РНК-вируса в природе. Анализ гербарных образцов N. glauca , собранных в восточной Австралии, охватывающий 100 лет, т. е. самый длинный временной ряд для растительного вируса, показал заражение ВТМ и ВТММ в более старых образцах, но только ВТМММ в более поздних образцах. . В то время как разнообразие популяции ВТММ не увеличивалось в течение анализируемого периода, разнообразие ВТМ увеличивалось, накапливая мутации, пока не исчезло (Fraile et al., 1997б). Накопление TMGMV в N. glauca было сходным при одиночном заражении или при коинфицировании ВТМ, но накопление TMV составляло одну десятую у растений с двойным заражением по сравнению с однократным заражением. Все эти результаты убедительно свидетельствуют о том, что присутствие TMGMV уменьшало размер популяции TMV до порога, при котором вредные мутации не могли быть устранены путем отбора, таким образом накапливаясь и приводя к мутационному расплавлению. Это исследование, вероятно, является единственным отчетом о пороге исчезновения растительного вируса.

Анализы РНК-отпечатков PMMoV, собранных с посевов перца в Испании в период с 1983 по 1987 г., до появления устойчивости к этому вирусу в посевах, также показали высокую генетическую стабильность с наиболее частым гаплотипом, сохраняющимся в течение этого периода (Rodríguez- Серезо и др., 1989). Однако частичный анализ последовательности изолятов PMMoV, собранных из перца в том же регионе в период с 1983 по 2004 год, показал быструю эволюцию (~ 3,8 × 10 90 268 — 4 90 269 замен на участок в год) с сильным временным сигналом (Fraile et al., 2011). Испанская популяция PMMoV включает два патотипа (Tenllado et al., 1994), что определяется их способностью преодолевать различные аллели резистентности у перца. Диверсификация, по-видимому, стала ответом на появление устойчивости к PMMoV у сортов перца после 1990 г., и для обоих патотипов пролиферация линий, реконструированная с помощью филогении в масштабе времени, подтвердила эту гипотезу. В анализируемый период посевы перца также были заражены ВТМГМ. Устойчивость к TMGMV была введена в 1980 г., и в период с 1984 по 1990 г. устойчивые сорта составляли более 70% урожая.В результате TMGMV не обнаруживался в период с 1991 по 1996 год, когда он вновь появился у восприимчивых сортов. Интересно, что у перца TMGMV также продемонстрировал быструю эволюцию, аналогичную PMMoV, и его диверсификация, более ранняя, чем у PMMoV, также была временно связана с развертыванием сопротивления. Это резко контрастирует с генетической стабильностью TMGMV у N. glauca , хозяина без устойчивости к этому вирусу, где высокая распространенность обеспечивает высокий уровень N e и, таким образом, поддержание наиболее приспособленного генотипа в популяция после волн периодической селекции (Moya et al., 1993). Сравнение эволюционной динамики TMGMV у перца и N. glauca , а также результатов для PMMoV, взятых вместе, убедительно свидетельствует о том, что факторы, связанные с культурой, такие как смена методов возделывания культур и генотипов хозяев, которые не встречаются в экологически стабильной среде дикого хозяина способствуют быстрой эволюции.

Скорость эволюции, обнаруженная для культур перца, инфицированных PMMoV и TMGMV, находится в нижней части диапазона для РНК-содержащих вирусов (10 − 2 –10 − 4 замен/участок/год) (Duffy et al., 2008; Гиббс и др., 2010 г.; Санхуан, 2012). Интересно, что они полностью укладываются в диапазон (1 × 10 90 268 − 5 90 269 –1,3 × 10 90 268 − 3 90 269 замен/сайт/год), зарегистрированный для рода Tobamovirus на основе изучения нуклеотидной последовательности различных генов. из шести видов (Pagan et al., 2010). В этом исследовании большинство доступных последовательностей для большинства видов происходят от сельскохозяйственных культур, что еще раз предполагает, что окружающая среда сельскохозяйственных культур может способствовать быстрым эволюционным изменениям.

Вирусы | National Geographic Society

Вирусы — это крошечные инфекционные агенты, размножение которых зависит от живых клеток.Они могут использовать животное, растение или бактерию-хозяина для выживания и размножения. Таким образом, ведутся споры о том, следует ли считать вирусы живыми организмами. Вирус, который находится вне клетки-хозяина, известен как вирион.

Вирусы не только микроскопичны, но и меньше многих других микробов, таких как бактерии. Диаметр большинства вирусов составляет всего 20–400 нанометров, тогда как яйцеклетки человека, например, имеют диаметр около 120 микрометров, а бактерии E. coli имеют диаметр около 1 микрометра.Вирусы настолько малы, что их лучше всего рассматривать с помощью электронного микроскопа, как они были впервые визуализированы в 1940-х годах.

Вирусы обычно бывают двух видов: палочки и сферы. Однако бактериофаги (вирусы, поражающие бактерии) имеют уникальную форму с геометрической головкой и нитевидными хвостовыми волокнами. Независимо от формы, все вирусы состоят из генетического материала (ДНК или РНК) и имеют внешнюю белковую оболочку, известную как капсид.

Вирусы используют два процесса для репликации: литический цикл и лизогенный цикл. Одни вирусы размножаются обоими способами, другие используют только литический цикл. В литическом цикле вирус прикрепляется к клетке-хозяину и вводит ее ДНК. Используя клеточный метаболизм хозяина, вирусная ДНК начинает реплицироваться и образовывать белки. Затем собираются полностью сформированные вирусы. Эти вирусы разрушают или лизируют клетку и распространяются на другие клетки, чтобы продолжить цикл.

Как и в литическом цикле, в лизогенном цикле вирус прикрепляется к клетке-хозяину и вводит ее ДНК. Оттуда вирусная ДНК включается в ДНК хозяина и клетки хозяина.Каждый раз, когда клетки хозяина проходят репликацию, ДНК вируса также реплицируется, распространяя свою генетическую информацию по хозяину без необходимости лизировать инфицированные клетки.

У человека вирусы могут вызывать множество заболеваний. Например, грипп вызывается вирусом гриппа. Как правило, вирусы вызывают у хозяина иммунный ответ, который убивает вирус. Однако иммунная система не справляется с некоторыми вирусами, такими как вирус иммунодефицита человека или ВИЧ. Это приводит к более хронической инфекции, которую трудно или невозможно вылечить; часто можно лечить только симптомы.

В отличие от бактериальных инфекций, антибиотики неэффективны при лечении вирусных инфекций. Вирусные инфекции лучше всего предотвращаются вакцинами, хотя противовирусные препараты могут лечить некоторые вирусные инфекции. Большинство противовирусных препаратов действуют, препятствуя репликации вируса. Некоторые из этих препаратов останавливают синтез ДНК, предотвращая репликацию вируса

Хотя вирусы могут иметь разрушительные последствия для здоровья, они также имеют важное технологическое применение.Вирусы особенно важны для генной терапии. Поскольку некоторые вирусы включают свою ДНК в ДНК хозяина, их можно генетически модифицировать, чтобы они несли гены, полезные для хозяина. Некоторые вирусы можно даже спроектировать так, чтобы они размножались в раковых клетках и запускали иммунную систему для уничтожения этих вредных клеток. Хотя это все еще новая область исследований, она дает вирусам возможность однажды принести больше пользы, чем вреда.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.