ВИРУСОЛОГИЯ: ИСТОРИЯ, ЧТО ИЗУЧАЕТ, ТИПЫ ВИРУСОВ, ПРИМЕРЫ - БИОЛОГИЯ - 2025

Вирусологии является отрасль биологии , которая изучает происхождение, эволюция, классификация, патологии и медико - биологических и биотехнологических приложений вирусов. Вирусы - это маленькие частицы размером 0,01–1 мкм, генетическая информация которых предназначена исключительно для их собственной репликации.

Гены вирусов декодируются молекулярным механизмом инфицированной клетки для размножения. Следовательно, вирусы являются облигатными внутриклеточными паразитами, зависящими от метаболических функций живых клеток.

Источник: Фото: Синтия Голдсмит Поставщики контента: CDC / д-р Эрскин. Л. Палмер; Д-р М.Л. Мартин

Самый богатый генетический материал на планете соответствует вирусам. Они заражают другие вирусы и все живое. Иммунные системы не всегда успешно защищаются от вирусов: вирусы вызывают одни из самых разрушительных заболеваний человека и животных.

К вирусным заболеваниям человека относятся желтая лихорадка, полиомиелит, грипп, СПИД, оспа и корь. Вирусы вызывают около 20% раковых заболеваний человека. Ежегодно вирусные респираторные и кишечные инфекции убивают миллионы детей в развивающихся странах.

Некоторые вирусы полезны для типирования бактерий, в качестве источников ферментов, для борьбы с вредителями, в качестве антибактериальных агентов, для борьбы с раком и в качестве генных векторов.

История

В конце 19 века Мартинус Бейеринк и Дмитрий Ивановский независимо друг от друга определили, что очищенные от бактерий фильтраты больных растений табака содержат агент, способный инфицировать здоровые растения. Бейеринк назвал этот агент contagium vivum fluidum.

Теперь мы знаем, что фильтраты Бейеринка и Ивановского содержали вирус табачной мозаики. Также в 19 веке Фридрих Лёффлер и Пауль Фрош пришли к выводу, что ящур у крупного рогатого скота вызывается небактериальным агентом.

В первом десятилетии 20 века Вильгельм Эллерман и Олаф Банг продемонстрировали передачу лейкемии у кур, используя бесклеточные фильтраты. Эти эксперименты позволили сделать вывод о существовании вирусов животных, которые могут вызывать рак.

Во втором десятилетии 20-го века Фредерик Творт наблюдал лизис микрококков на чашках с агаром, в которых он пытался культивировать вирус оспы, предполагая, что лизис был вызван вирусом или ферментами бактерий. Со своей стороны, Феликс д'Эрелль обнаружил, что бациллы, вызывающие дизентерию, лизируются вирусами, которые он назвал бактериофагами.

В 1960 году Питер Медавар получил Нобелевскую премию за открытие, что вирусы содержат генетический материал (ДНК или РНК).

Типы вирусов

Вирусы классифицируются по характеристикам, которыми они обладают. Это морфология, геном и взаимодействие с хозяином.

Классификация, основанная на взаимодействии вируса с хозяином, основана на четырех критериях: 1) образование инфекционного потомства; 2) убивает ли вирус хозяина; 3) при наличии клинических симптомов; 4) длительность заражения.

Иммунная система играет важную роль во взаимодействии между вирусом и хозяином, поскольку она определяет развитие инфекции. Таким образом, инфекция может быть острой и субклинической (вирус выводится из организма) или стойкой и хронической (вирус не выводится из организма).

Классификация, основанная на различиях геномов (Балтиморская система) и таксономическая классификация, которая учитывает все характеристики вирусов, - это системы, наиболее часто используемые сегодня для каталогизации вирусов.

Классификация по морфологии

Чтобы понять эту классификацию, необходимо знать части, из которых состоит вирус. Вирусы состоят из генома и капсида и могут иметь или не иметь оболочки. Геном может быть ДНК или РНК, одно- или двухцепочечной, линейной или кольцевой.

Капсид представляет собой сложную структуру, состоящую из множества идентичных субъединиц вирусного белка, называемых капсомерами. Его основная функция - защита генома. Он также служит для распознавания и связывания с клеткой-хозяином, а также для обеспечения транспорта генома в клетку.

Оболочка - это мембрана, состоящая из липидов и гликопротеинов, которая окружает капсид. Он происходит из клетки-хозяина. Он значительно различается по размеру, морфологии и сложности. Наличие или отсутствие конвертов служит критерием классификации вируса.

Различают три категории вирусов без оболочки: 1) изометрические, приблизительно сферические по форме (икосаэдры или икосадельтаэдры); 2) нитевидные, простой спиралевидной формы; 3) сложные, без предыдущих форм. Некоторые вирусы, такие как бактериофаг Т2, сочетают изометрическую и нитчатую формы.

Если вирус имеет оболочку, они также могут быть отнесены к морфологическим категориям на основе характеристик нуклеокапсида внутри мембраны.

Классификация на основе генома: система Балтимора

Эта классификация, предложенная Дэвидом Балтимором, рассматривает природу вирусного генома с точки зрения механизма, который он использует для репликации нуклеиновой кислоты и транскрипции информационной РНК (мРНК) для биосинтеза белка.

В системе Балтимора вирусы, геном РНК которых имеет тот же смысл, что и мРНК, называются вирусами с положительной смысловой РНК (+), а вирусы, чей геном имеет противоположный смысл (комплементарный) мРНК, называются вирусами с РНК с отрицательным смыслом (-). Вирусы с двухцепочечным геномом действуют в обоих направлениях.

Недостатком этой классификации является то, что вирусы, имеющие схожие механизмы репликации, не обязательно обладают другими характеристиками.

Классы Балтиморской системы

Класс I. Вирус с геномом двухцепочечной ДНК. Транскрипция аналогична транскрипции клетки-хозяина.

Класс II. Вирусы с одноцепочечным геномом ДНК. ДНК может иметь (+) и (-) полярность. Преобразован в двухцепочечный до синтеза мРНК.

Класс III. Вирусы с геномом двухцепочечной РНК (дцРНК). С сегментированным геномом и мРНК, синтезируемой из каждого сегмента матрицы ДНК. Ферменты, участвующие в транскрипции, кодируются вирусным геномом.

Класс IV. Вирусы с геномом одноцепочечной РНК (оцРНК), полярность (+). Синтезу мРНК предшествует синтез комплементарной цепи. Транскрипция аналогична транскрипции класса 3.

Класс V. Вирус с геномом оцРНК, противоположным смысловой мРНК (-). Синтез мРНК, для которого необходимы ферменты, кодируемые вирусом. Производство новых поколений вируса требует синтеза промежуточной дцРНК.

Класс VI. Вирус с геномом оцРНК, продуцирующий промежуточную дцДНК перед репликацией. Он использует ферменты, которые несет вирус.

Класс VII. Вирусы, которые реплицируют свою дцДНК через промежуточную оцРНК.

Таксономическая классификация

Международный комитет по таксономии вирусов установил таксономическую схему для классификации вирусов. Эта система использует порядок деления, семью, подсемейство и пол. До сих пор ведутся споры о применении концепции вида к вирусам.

Критериями, используемыми для таксономической классификации, являются диапазон хозяев, морфологические характеристики и природа генома. Кроме того, рассматриваются другие критерии, такие как длина фагового хвоста (вирус, поражающий бактерии), наличие или отсутствие определенных генов в геномах и филогенетические отношения между вирусами.

Пример этой классификации: отряд Mononegavirales; семейство Paramyxoviridae; Подсемейство Paramyxovirinae, род Morbillivirus; вид, вирус кори.

Названия семейств, подсемейств и родов основаны на месте происхождения, хозяине или симптомах болезни, которую вызывает вирус. Например, река Эбола в Заире дает название роду Эбола; табачная мозаика дает название роду Tomabovirus.

Названия многих вирусных групп имеют латинское или греческое происхождение. Например, Podoviridae происходит от греческого podos, что означает ступня. Это название относится к фагам с коротким хвостом.

Примеры вирусов

Вирус гриппа

Они заражают птиц и млекопитающих. У них разнообразная морфология, с оболочкой. Геном одноцепочечной РНК. Они принадлежат к классу V Балтимора и к семейству Orthomyxoviridae.

К этому семейству относятся вирусы гриппа. Большинство случаев гриппа вызывается вирусами гриппа А. Вспышки, вызываемые вирусами гриппа B, происходят каждые 2–3 года. Те, которые продуцируются вирусами гриппа С, встречаются реже.

Вирус гриппа А вызвал четыре пандемии: 1) испанский грипп (1918–1919), подтип вируса H1N1 неизвестного происхождения; 2) азиатский грипп (1957–1958 гг.), Подтип H2N2, птичьего происхождения; 3) гонконгский грипп (1968–1969), подтип H3N3, птичьего происхождения; 4) свиной грипп (2009–2010 гг.), Подтип H1N1, свиного происхождения.

Самая разрушительная из известных пандемий была вызвана испанским гриппом. Он убил больше людей, чем Первая мировая война.

Буквы H и N происходят от мембранных гликопротеинов гемагглютинина и нейраминидазы соответственно. Эти гликопротеины представлены в большом количестве антигенных форм и участвуют в новых вариантах.

ретровирус

Они заражают млекопитающих, птиц и других позвоночных. Морфология сферическая, с оболочкой. Геном одноцепочечной РНК. Они принадлежат к балтиморскому классу VI и семейству Retroviridae.

К этому семейству относится вирус иммунодефицита человека (ВИЧ), род Lentivirus. Этот вирус наносит ущерб иммунной системе инфицированного человека, делая его восприимчивым к заражению бактериями, вирусами, грибами и простейшими. Заболевание, вызванное ВИЧ, известно как синдром приобретенного иммунодефицита (СПИД).

Другие роды, принадлежащие к Retroviridae, также вызывают серьезные заболевания. Например: Spumavirus (вирус пушистых обезьян); Эпсилонретровирус (вирус дермальной саркомы судака); Гаммаретровирус (вирус лейкемии мышей, вирус лейкемии кошек); Бетаретровирус (вирус опухоли молочной железы мышей); и альфаретровирус (вирус саркомы Рауса).

Вирус герпеса

Он поражает хладнокровных млекопитающих, птиц и позвоночных. Морфология вируса: икосаэдрическая капсула с оболочкой. Геном двухцепочечной ДНК. Они принадлежат к классу I Балтимора и к отряду герпесвирусов.

Некоторые члены: вирус простого герпеса 2 (вызывает генитальный герпес); цитомегаловирус человека (вызывает врожденные дефекты); Саркома герпеса КапошиB ^™ (вызывает саркому Капоши); Вирус Эпштейна-Барра или EBV (вызывает железистую лихорадку и опухоли).

Вирусы, вызывающие полиомиелит и другие родственные вирусы

Заражает млекопитающих и птиц. Морфология вируса: изометрическая или икосаэдрическая. Геном одноцепочечной РНК. Они принадлежат к балтиморскому классу IV и семейству Picornaviridae.

Некоторые роды этого семейства: гепатовирус (вызывает гепатит А); Энтеровирус (вызывает полиомиелит); Афтовирус (вызывает ящур).

Вирусы, вызывающие бешенство, и родственные вирусы

Они заражают млекопитающих, рыб, насекомых и растения. Морфология спиральная, с оболочкой. Геном одноцепочечной РНК. Они принадлежат к классу V Балтимора и к семейству Rhabdoviridae.

К этому семейству принадлежат вирусы, вызывающие такие заболевания, как бешенство, вызываемые родом Lyssavirus; везикулярный стоматит, вызванный родом Vesiculovirus; и желтый карликовый картофель, вызываемый родом Novirirhabdovirus.

Вирус, вызывающий инфекционную эритремию

Он поражает млекопитающих, птиц и насекомых. Симметричная морфология икосаэдра. Геном одноцепочечной ДНК. Они принадлежат ко второму классу Балтимора и к семейству Parvoviridae.

Одним из членов этого семейства является вирус B19, принадлежащий к роду Erithrovirus, который вызывает у людей инфекционную эритремию, которая обычно не вызывает симптомов. Вирус B19 поражает клетки-предшественники эритроцитов.

Некоторые представители Parvoviridae используются в качестве векторов генов.

Вирусные приложения

Вирусы можно использовать на благо человека путем создания рекомбинантных вирусов. У них есть геном, модифицированный методами молекулярной биологии.

Рекомбинантные вирусы потенциально полезны для генной терапии, целью которой является лечение определенных заболеваний или производство вакцин.

ВИЧ был использован для создания векторов генов (лентивирусных векторов) для генной терапии. Было показано, что эти векторы эффективны на животных моделях заболевания пигментного эпителия сетчатки, такого как пигментный ретинит, вызванный аутосомно-рецессивным наследованием или мутациями.

Вирусы, используемые в качестве переносчиков вакцин, должны иметь низкий патогенный потенциал. Это проверено на моделях животных. Это относится к разработанным или разрабатываемым вакцинам против вирусов оспы, везикулярного стоматита и лихорадки Эбола.

Ссылки

1. Картер, Дж. Б., Сондерс, В. А. 2013. Вирусология: принципы и приложения. Уайли, Чичестер.
2. Диммок, Нью-Джерси, Истон, А.Дж., Леппард, К.Н. 2007. Введение в современную вирусологию. Блэквелл Молден.
3. Флинт, Дж., Раканиелло, В.Р., Ралл, Г.Ф., Скалка, А.М., Энквист, Л.В. 2015. Принципы вирусологии. Американское общество микробиологии, Вашингтон.
4. Халл, Р. 2009. Сравнительная вирусология растений. Эльзевир, Амстердам.
5. Louten, J. 2016. Основы вирусологии человека. Эльзевир, Амстердам.
6. Ричман, Д. Д., Уитли, Р. Дж., Хайден, Ф. Г. 2017. Клиническая вирусология. Американское общество микробиологии, Вашингтон.
7. Воеводин, А.Ф., Маркс, П.А., мл. 2009. Обезьянья вирусология. Вили-Блэквелл, Эймс.
8. Вагнер, EK, Hewlett, MJ, Bloom, DC, Camerini, D. 2008. Основы вирусологии. Блэквелл Молден.