Тема 5. Генетика вирусов

Генетическая информация вирусов представлена последовательностью нуклеотидов в молекуле нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК). Отдельный участок молекулы нуклеиновой кислоты получил название гена, а совокупность генов – геном. У вирусов геном целый и фрагментированный (каждый фрагмент – это отдельный ген). Геном вирусов гаплоидной, за исключением ретровирусов - диплоидный (две молекулы РНК).

Геном вируса имеет прерывистую структуру – кодирующие участки гена (экзоны) прерываются не кодирующими вставками (интроны). Процесс транскрипции контролируется промотором (участок ДНК, с которым связывается ДНК-полимераза и происходит инициация транскрипции) и терминатора (участок ДНК, в котором РНК-полимераза отсоединяется от цепи и транскрипция прекращается). После образования первичного транскрипта происходит удаление интронов (сплайсинг) и формируется иРНК.

Вирусы обладают наследственностью и изменчивостью, эти свойства изучает генетика вирусов. Особенность науки заключается в том, что она изучает не отдельные вирусные частицы, а геном в целом. Генотип - совокупность всех генов организма (генетические признаки – маркеры). Условно маркеры делят на групповые (видовые) и внутриштаммовые. Фенотип - совокупность всех проявлений свойств и признаков вируса, сложившихся в процессе онтогенеза (процесс индивидуального развития вируса) под влиянием генотипа и воздействие факторов окружающей среды. В природе существующие вирусные популяции приспособились к условиям окружающей среды. Совокупность всех генов, составляющих вирусную популяцию называют генофондом.

Генная инженерия служит основным подходом к созданию противовирусных вакцин. Из генома патогенного вируса удаляют гены, ответственные за его вирулентность, иммуногенные свойства при этом сохраняются. Такие рекомбинантные вирусы используют для получения живых вакцин. Для вирусов, которые плохо культивируются в лабораторных условиях, клонируют гены вирусных белков (например, в организме E. coli), содержащих антигенные детерминанты, и используют их в качестве субъединичных вакцин.

Тема 6. Экология вирусов и патогенез вирусных инфекций

Факторы внешней среды, действующие на вирусы, делят на 3 группы: физические, химические и биологические.

Низкая температура (ниже 0 ºС) действует на вирусы консервирующе, т.е. вирусы, в отличие от всех других живых организмов, исключительно устойчивы к замораживанию из-за отсутствия в их составе воды. Поэтому их хранят в условиях лабораторий при температурах -20 ºС и ниже (-40 ºС, -70 ºС и температура жидкого азота). Оптимальной температурой, при которой происходит репродукция вирусов, является от +30 ^оС до +38 ºС. Поэтому в процессе культивирования вирусов в условиях лаборатории оптимальную температуру создают в термостатах. Высокая температура (выше 40 ºС) действует на вирусы губительно и инактивирующе. Высокая чувствительность вирусов к плюсовой температуре объясняется тем, что у вирусов нет жесткой оболочки, не образуют капсулу и устойчивую форму спор, как у бацилл. Вирион своей белковой оболочкой непосредственно соприкасается с окружающей средой и поэтому белок оболочки легко подвергается каогуляции под влиянием высокой температуры. Губительное действие высокой температуры на вирусы практически используется для стерилизации лабораторной посуды, питательных сред, биологических растворов. Зрелые вирусные частицы (вирион) не обладают обменом веществ и не проявляют признаков жизни. Поэтому вирион хорошо переносит безводную среду, устойчивы к фактору высушивания. Такая способность вирионов используется для их хранения в лабораториях, для приготовления сухих биопрепаратов (вакцин, диагностикумов). С этой целью используется лиофильная сушка. Свет и лучистые энергии губительно действуют на вирусы. Под действием солнечных лучей вирусы инактивируются в течение нескольких часов. Более сильное губительное действие оказывают ультрафиолетовые лучи (УФЛ) в условиях вне организма. УФЛ используются в лабораториях для стерилизации воздуха в боксе, вызвать мутацию вирусов с целью получения слабовирулентных штаммов и других целей. Очень большие дозы рентгеновых лучей могут инактивировать некоторых вирусов. Альфа- лучи радия не оказывают никакого действия, а гамма-лучи действуют губительно на вирусы. Губительное (вирулицидное) действие некоторых красок на вирусов усиливается при одновременном воздействии с солнечным светом и это явление называется фотодинамическим эффектом. Установлен фотодинамический эффект метиленовой сини, малахитовой зелени и других красок.

Вирусы исключительно устойчивы к действию высокого давления и ультразвука.

Кислоты и щелочи губительно действуют на вирусы. Растворы карболовой, соляной кислоты, едкого натрия или калия широко используются для дезинфекции рабочих мест в лаборатории, объектов животноводческих помещений. Также широко используются такие дезинфектанты, как растворы лизола, креозола, хлорамина, формалина и солей тяжелых металлов.

Вирусы в отличие от бактерии, обладают значительной устойчивостью к действию глицерина. Поэтому 40 % раствор глицерина применяется как консервант для хранения вируса при взятии и отправке патологического материала в лабораторию. Другим отличием вируса является то, что на них антибиотики не оказывают губительного действия. Поэтому такие антибиотики, как пенициллин, стрептомицин, неомицин применяются для очистки вируссодержащего материала от сопутствующих микроорганизмов и при получении культур клеток.

На вирусов определенное влияние оказывает концентрация водородных ионов окружающей среды (рН). Для большинства вирусов оптимальным рН является 7,2 – 7,4. Поэтому рН питательных сред для культур клеток должен быть в пределах 7,2 – 7,4.

Из биологических факторов на вирусы оказывают наибольшее влияние бактерии. Причем, одни бактерии действуют усиливающе (синергетически) на вирулентность вирусов, а другие – угнетающе. Например, вирулентность вируса герпеса усиливается при присутствии стафилококков, стрептококков, кишечной палочки, а синегнойная палочка, вульгарный протей угнетают вирулентность этого вируса. При чуме свиней почти всегда в органах обнаруживается бактерия суипестифер, которая усиливает вирулентность вируса, и болезнь протекает более тяжело. Таких примеров можно привести много.

Экология – наука, изучающая вопросы взаимоотношения между живым организмом и их окружающей средой обитания. Изучение данного вопроса необходимо для раскрытия вопросов патогенеза вирусных болезней, диагностики, лечения, профилактики вирусных болезней.

Вирусы эволюционно приспособились к внутриклеточному паразитизму. Поэтому для вирусов экология несколько отличается от экологии других организмов. У вирусов эволюционно сформировались 3 среды обитания:

1. Чувствительная клетка или микросреда, в которой протекает наиболее активная фаза жизни вируса с комплексом молекулярно-биологических процессов в процессе репродукции.

2. Организм хозяина, макросреда. Эта среда своими защитными механизмами оказывает большое влияние и вирусы проявляют весь арсенал «нападения» на организм хозяина.

3. Окружающая внешняя среда, экзосреда. Вирусы с экскретами, калом и с другими выделениями выводится из организма хозяина во внешнюю среду, а там на них действуют физические и химические факторы внешней среды.

Вирусы являются строгими внутриклеточными паразитами, поэтому они, попав в организм, в первую очередь, действуют разрушительно на ту или иную клетку, а затем уже происходит поражение всего организма. Действие вирусов на саму клетку обозначается под термином «вирусная инфекция клеток». Комплекс явлений, который возникает при взаимодействии вируса с макроорганизмом, называется «патогенезом вирусной инфекции».