Презентація « Віруси, віроїди, пріони»

Віруси. Віроїди. Пріони Волошина Олена Іванівна Вчитель біології вищої категоріїХарківської загальноосвітньоїшколи І-ІІІ ступенів № 125

ВІРУСИВіруси — позаклітинні форми життя, які являють собою автономні генетичні системи, нездатні до самостійного існування поза організмом або клітиною хазяїна, тобто є облігантними внутрішньоклітинними паразитами. Віруси займають суміжне положення між живою і неживою матерією. До основних рис, що відрізняють їх від живих організмів, належать: відсутність клітинної будови; відсутність власної білок-синтезуючої системи; геном вірусів може бути представлений не тільки ДНК, але й РНК; деякі віруси можуть формувати всередині клітини кристали. Навпаки, як і всі живі об’єкти, віруси здатні: до розмноження; успадковування ознак; генетичної і фенотипічної мінливості; адаптації до умов навколишнього середовища. Віруси належать до царства Віра. Вірусологія – наука про віруси. Бактеріофаги – віруси бактерій.

Властивості, за якими віруси можна віднести до об’єктів живої природи. Властивості, які відрізняють віруси від клітинних форм життя1. Віруси здатні до розмноження (їм притаманна спадковість)1. У вірусів відсутні системи, здатні синтезувати власні білки2. Віруси здатні пристосовуватися до змін навколишнього середовища (їм притаманна мінливість)2. До складу вірусної частинки може входити лише один тип нуклеїнової кислоти — або РНК, або ДНК3. Віруси займають певні екологічні ніші (паразитують лише в клітинах певних типів)3. Вірусні частинки не здатні до росту4. Віруси можуть кристалізуватися

Віруси відкрив Д. Й. Івановський, коли вивчав мозаїчну хворобу тютюну. Він дослідив, що витяжка від уражених рослин, коли її ввести здоровим, спричиняє їхнє захворювання. Це відбувалося навіть після проходження витяжки крізь керамічні фільтри дуже малого діаметра, здатні затримувати найдрібніші бактерії. Учений припустив, що збудниками мозаїчної хвороби тютюну є дуже дрібні організми, але вони не росли на жодному поживному середовищі. Це відкриття визнано як народження науки вірусології.

Гіпотези походження вірусів. На сьогодні не існує єдиної точки зору щодо походження вірусів. У вірусології розглядають три основні гіпотези. Згідно з гіпотезою регресивної (від лат. регрессус — зворотний рух, повернення) еволюції, віруси утворилися з клітин, які втратили органели. На жаль, переконливих доказів цієї гіпотези немає. Згідно з гіпотезою паралельної еволюції, віруси виникли у прадавні часи незалежно від клітин, використовуючи їхні можливості до перетворення енергії та синтезу білків. Останнім часом більшість учених схиляється саме до цієї гіпотези, оскільки на її користь з’являється дедалі більше доказів, зокрема щодо еволюції РНК. Відповідно до гіпотези «скажених генів», яку запропонував Дж. Уотсон, віруси — ділянки спадкового матеріалу клітин, які вийшли з-під їхнього контролю й почали існувати самостійно.

БУДОВА ВІРУСІВ. Зрілі вірусні частинки (віріони) складаються з нуклеїнової кислоти, поміщеної в білкову або ліпопротеїнову (білок у комплексі з ліпідами) оболонку. До складу вірусів входить один з двох видів нуклеїнових кислот — ДНК або РНК; ця ознака лежить в основі їх класифікації на ДНК-вмісні та РНК-вмісні. У свою чергу, обидві групи поділяють на одноланцюгові і дволанцюгові.

Білки є переважаючою в кількісному відношенні частиною вірусної частинки. Низькомолекулярні білки зв’язуються з нуклеїновою кислотою, утворюючи чохол — капсид. Багато вірусів мають ще одну оболонку, розташовану зовні капсида — пеплос. Пеплос складається з високомолекулярних білків, організованих у вирости — пепломери, які служать для розпізнавання клітин-мішеней. Крім білків, до складу пеплоса входять ліпіди та вуглеводи. Білки капсида і пеплоса виконують такі функції: стабілізують і захищають нуклеїнову кислоту; є ферментами, що беруть участь у відтворенні вірусної частинки; розпізнають відповідну клітину-мішень.

Капсид може мати різну форму: відомі спіральні, ікосаедричні та складні капсиди. Складні капсиди побудовані з кількох частин різної форми. Це характерно, наприклад, для деяких вірусів бактерій — бактеріофагів. Вірусну частинку, що складається з нуклеїнової кислоти і капсиду, називають нуклеокапсидом. На поверхні капсиду чи суперкапсиду обов’язкового присутні білки-рецептори, що відповідають за зв’язування вірусу з мембраною клітини-хазяїна і проникнення його в цитоплазму. Часто всередині капсиду вірус несе частину своїх ферментів, що забезпечують проходження його життєвого циклу.

Вірус тютюнової мозаїки. Вірус ВІЛ

Віруси виявляють життєдіяльність лише у живих клітинах. Розмноження вірусів включає декілька етапів:1) розпізнавання клітини-мішені й прикріплення до неї;2) проникнення в клітину;3) збирання вірусних частинок;4) вихід з клітини.

Для проникнення в клітину вірус взаємодіє з рецепторами на поверхні клітини. Деякі віруси інфікують широке коло хазяїв, інші — лише одного. Віруси багатоклітинних організмів часто уражають лише обмежену кількість типів клітин у організмі хазяїна. Так, наприклад, вірус імунодефіциту людини розмножується лише в одному типі лімфоцитів. Така специфічність зумовлена тим, що вірус може проникнути лише до тієї клітини, з білковими рецепторами на поверхні якої він може зв’язатися. Без взаємодії між вірусними білками і мембранними рецепторами неможливе проникнення вірусу в клітину. Механізм проникнення відрізняється для різних вірусів . Найпростіший механізм проникнення характерний для вірусів, що мають суперкапсид. Зазвичай, суперкапсид побудований із фосфоліпідів, які є рештками клітинної мембрани. Такий суперкапсид може просто злитися з клітинною мембраною, як зливаються дві краплинки жиру. У результаті весь внутрішній уміст вірусу опиниться в цитоплазмі клітини.

Механізми проникнення вірусів у клітину. А. Злиття з клітинною мембраною. Б. Ендоцитоз. В. Впорскування ДНК.

Більш «хитрі» віруси закликають клітину їх проковтнути у процесі ендоцитозу. Приєднання білків вірусного капсиду чи суперкапсиду до клітинних рецепторів стимулює утворення у клітинній мембрані заглиблення навколо вірусу. Коли краї заглиблення з’єднуються, то вірус опиняється в мембранному пухирці (везикулі), який транспортує його у клітину. При цьому клітина впевнена, що вчинила правильно, оскільки поглинула часточку їжі. Такий спосіб надзвичайно ефективний, тому що вірусна частинка повністю опиняється у клітині, не залишивши слідів у міжклітинному середовищі. А це означає, що ймовірність знаходження вірусу імунокомпетентними клітинами, що «патрулюють» середовище між клітинами, значно знижується. Такий спосіб проникнення характерний, наприклад, для вірусів поліомієліту і гепатиту С.

Бактеріофаги, що мають складний капсид, впорскують ДНК у цитоплазму клітини ніби шприцем. їхній капсид має дві частини: головку і хвіст. Саме в головці міститься ДНК вірусу. Хвіст на кінці має хвостові нитки, здатні розпізнати рецептори на поверхні бактеріальної клітини і приєднатися до неї. Після прикріплення хвіст вірусу скорочується і проколює оболонку клітини бактерії, впорскуючи ДНК у цитоплазму.

Після проникнення вірусу в клітину-хазяїна його нуклеїнова кислота передає спадкову інформацію про вірусні білки в білоксинтезуючий апарат клітини. У деяких вірусів вірусна частинка містить іРНК, яка відразу ж сполучається з рибосомами хазяїна і спричинює синтез вірусних білків. У інших іРНК синтезується на РНК чи ДНК вірусу. Деякі РНК-вмісні віруси, наприклад, ВІЛу (вірус імунодефіциту людини, який призводить до смертельно небезпечної хвороби - СНІДу) в ядрі клітини здатні викликати синтез ДНК (явище зворотної реплікації), а остання, в свою чергу, синтезує вірусну іРНК. Особливим випадком є вбудова вірусної ДНК у ДНК клітини-хазяїна. При цьому не відбувається незалежного синтезу вірусних білків, а лише в комплексі з білками клітини. До таких вірусів належать деякі бактеріофаги та віруси, що призводять до певних ракових захворювань. Їхні білки не вбивають клітину, однак змінюють її властивості (наприклад, ракові клітини набувають здатності необмеженого росту та частих поділів тощо).

У подальшому віруси за допомогою продуктів власної життєдіяльності пригнічують синтез білків клітини-хазяїна і стимулюють синтез власних білків, використовуючи білоксинтезуючий апарат клітини-хазяїна та її енергетичні ресурси. Водночас молекули нуклеїнової кислоти вірусу подвоюються. Завершується процес розмноження вірусів у клітині-хазяїні складанням вірусних частинок, тобто вірусна нуклеїнова кислота «одягається» в оболонку із синтезованого клітиною вірусного білка.

ВПЛИВ ВІРУСІВ НА ОРГАНІЗМ ХАЗЯЇНАПроникнення вірусу в клітину спричинює в ній інфекційні процеси. Інфекцією називають комплекс процесів, які відбуваються під час взаємодії інфекційного агента (бактерії, гриби, віруси) з організмом хазяїна. Подібні явища, спричинені паразитичними тваринами (найпростішими, червами тощо), називають інвазією. Розрізняють гострі та хронічні вірусні інфекції. Внаслідок гострої інфекції після утворення нового покоління вірусів клітина, як правило, гине. За хронічної інфекції нові покоління вірусних частинок утворюються в клітині протягом тривалого часу. Періоди продукування вірусних частинок можуть чергуватися з періодами гальмування цих процесів. Інколи материнська клітина може передавати вірусну інфекцію дочірнім. При латентній (прихованій) інфекції вірусні частинки не виділяються в навколишнє середовище і збудника не завжди можна виявити в клітині (віруси герпесу, ВІЛу тощо), але під впливом активуючих факторів латентна інфекція може перейти або в гостру, або в хронічну.

Трапляється і змішана вірусна інфекція, коли клітину вражають два або більша кількість видів вірусів. При цьому можлива взаємодія різних видів вірусів, унаслідок якої один із них пригнічує або, навпаки, підсилює розмноження іншого. Проникнення вірусу в клітину може призвести до структурних та функціональних змін у ній унаслідок механічного пошкодження клітинних структур. Наприклад, якщо зруйновано лізосоми, ферменти, які звільнилися, можуть почати перетравлювати вміст самої клітини (автолізис). В деяких випадках віруси можуть спричинити неконтрольований поділ клітин і перетворення їх на ракові (онкогенні віруси, герпесу, папіломи тощо).

Шляхи проникнення вірусів в організм хазяїна Віруси передаються від хворого організму до здорового повітряно-крапельним шляхом, тобто через органи дихання (віруси грипу, віспи, кору тощо). В інших випадках віруси проникають в організм хазяїна з їжею (наприклад, вірус ентериту собак або збудник ящура, який може передаватись із сирим молоком ураженої корови), через пошкоджену чи непошкоджену шкіру (віруси сказу, віспи, герпесу, папіломи тощо), під час переливання крові, хірургічних або стоматологічних операцій (збудники СНІДу, гепатиту В тощо), статевим шляхом (віруси герпесу, папіломи, ВІЛу тощо).

Проникнення вірусу в організм хазяїна можливе і за участю переносників, якими можуть бути різноманітні членистоногі (комахи та кліщі). Через укус зі слиною кровосисних членистоногих у тіло людини потрапляють віруси кліщового енцефаліту (передають іксодові кліщі), жовтої пропасниці (немалярійні комарі) тощо. Віруси, які передаються людині та хребетним тваринам за участю членистоногих, називаються арбовірусами. За участю комах (попелиць, цикад), круглих червів (нематод) можуть передаватись і різноманітні віруси рослин. Віруси, які проникли в організм хазяїна, поширюються по кровоносній, лімфатичній (віруси кору, віспи, кліщового енцефаліту, ВІЛу тощо) чи по нервовій (віруси сказу та поліомієліту) системах. Віруси рослин - по провідних тканинах хазяїв.

ЗНАЧЕННЯ ВІРУСІВ У ПРИРОДІ ТА ЖИТТІ ЛЮДИНИВіруси спричинюють різноманітні, часто масові (епідемічні) та дуже небезпечні захворювання людини, тварин і рослин, чим завдають їм значної шкоди. У людини, наприклад, віруси вражають органи дихання (грип, аденоінфекції тощо), травну (гастроентерити, гепатити) чи нервову (поліомієліт, енцефаліти) системи, шкіру та слизові оболонки (кір, герпес, папіломи, вітряна віспа), пригнічують імунні реакції організму (СНІД), призводять до ракових захворювань. У свійських тварин віруси спричинюють ящур, чумку собак, чуму курей та багато інших захворювань. Віруси спричинюють і різноманітні захворювання культурних рослин: мозаїчність, плямистість, некрози, пухлини тощо.

Для того, щоб уникнути вірусних захворювань, необхідно дотримуватись певних правил. Хворих людей та свійських тварин слід ізолювати від здорових до їхнього одужання (карантин); їх потрібно лікувати за допомогою антивірусних препаратів; варто знищувати кровосисних та паразитичних членистоногих - переносників вірусних захворювань. Особливе значення в боротьбі з вірусними захворюваннями має профілактичне щеплення, у результаті якого в організмі виробляється імунітет до певного виду захворювань. Завдяки профілактичним щепленням вдалося перемогти такі небезпечні захворювання людини, як віспу, поліомієліт. Прищеплюють і свійських тварин: наприклад, собак двічі (до зміни зубів і після неї) - проти чумки, парвовірусного ентериту тощо.

Роль вірусів у природі полягає у регуляції чисельності своїх хазяїв. Людина використовує віруси у біологічному методі боротьби зі шкідливими видами (личинками кровосисних комарів, шовкопряда-недопарки тощо). Наприклад, проблему масового розмноження кролів в Австралії, що загрожувало виснаженню пасовищ, вдалося розв'язати за допомогою вірусу, який ефективно знизив чисельність цих тварин. Застосовуючи вірус проти шкідливого виду, треба попередньо переконатися, чи не вражатиме він й інші організми. Віруси використовують і в генетичній інженерії: за їхньою допомогою певний ген, виділений з іншого організму або синтезований штучно, можна переносити в клітини бактерій. Так забезпечується синтез речовин, необхідних людині (наприклад, гормону інсуліну для лікування цукрового діабету, захисних білків-інтерферонів). Учені вважають, що віруси відіграють певну роль і в еволюції прокаріот, оскільки можуть передавати спадкову інформацію від одних особин цих організмів до інших, як у межах одного виду, так і між різними, вбудовуючись у спадковий матеріал клітини-хазяїна.

Роль вірусів в еволюції організмів та біологічні методи боротьби. Все живе на Землі насичено різними вірусами, що свідчить про їхні необхідність у живій природі та важливі функції у біосфері. Віруси відіграють ключову біологічну роль на всіх рівнях організації життя. Вони визначають еволюцію організмів завдяки своїй патогенності, здатності до антагоністичних і симбіотичних відносин та участі в горизонтальному перенесенні генів. Патогенні віруси є рушійною силою еволюції імунної системи. Кожен живий організм може інфікуватися принаймні одним, а зазвичай кількома вірусами. Вірусна інфекція є потужною силою, котра формує механізми захисту хазяїв. У процесі еволюції віруси виробляють свої способи захисту від імунної системи. Завдяки патогенності віруси регулюють чисельність своїх хазяїв (наприклад, ДНК-віруси морських водойм регулюють кількість бактерій).і впливають на процес фотосинтезу в Світовому океані, кругообіг Карбону і навіть на погоду. Так, біогенні сульфуровмісні гази вивільняються через те, що віруси вбивають певні види водоростей. Потім в атмосфері внаслідок окиснення утворюються кислотні краплинки. які слугують ядрами конденсації для хмар.

За допомогою вірусів відбувається горизонтальне перенесення генів, тобто передача генетичної інформації між особинами різних видів. Фрагменти ДНК вірусів багатьма видами організмів часто «приручаються» і починають виконувати корисні функції. Наприклад, ендогенні ретровіруси, які людина успадкувала мільйони років тому, здатні впливати на гени, які відповідають за функціонування плаценти. Ці віруси відіграють важливу роль в ембріогенезі, допомагаючи боротися з інфекційними вірусами, у створенні нейронних мереж головного мозку людини тощо. У процесі еволюції сформувалися не лише антагоністичні, а й симбіотичні відносини вірусів з іншими організмами. Так, мутуалізм вірусу і гриба дає змогу просу витримувати високі температури.

Віруси є потужним еволюційним чинником, і кожна форма життя на Землі зазнавала і зазнає впливу вірусів у минулому і теперішньому часі. Біологічні методи боротьби — це використання вірусів, організмів або продуктів їхньої життєдіяльності для запобігання або зменшення шкоди, що її завдають шкідники. Метою біологічних методів боротьби є не повне винищення виду, а утримання його чисельності на оптимальному рівні. Найчастіше використовують віруси для боротьби з комахами-шкідниками.

Вакцинація (щеплення) – це спосіб масової профілактики інфекційних хвороб: вірусних (кору, краснухи, епідпаротиту, поліомієліту; гепатиту В) та бактеріальних (туберкульозу, дифтерії, кашлюку, правця, гемофільної інфекції). Науково доведено, що вакцинація – найефективніший метод профілактики інфекції. Сьогодні відомо вже 27 захворювань, від яких можна захиститися щепленням. Коли вакцина потрапляє в організм, імунна система уважно вивчає її, запам’ятовує і починає виробляти спеціальні речовини для її знищення. Ці речовини діють вибірково, у людини виробляється специфічний імунітет. Вакцина «навчає» імунну систему, готуючи її до боротьби з «повноцінною» інфекцією. Деякі вакцини стимулюють розвиток імунітету з першого разу, інші доводиться вводити повторно. Це так звана ревакцинація – захід, спрямований на підтримку імунітету, виробленого попередніми щепленнями. Таким чином, потрапляючи в організм, вакцини викликають таку ж перебудову імунної системи, яка відбувається в результаті справжнього зараження хворобою. Вакцинуючись, ви точно знаєте, що на певний термін отримуєте високоефективний засіб захисту від інфекційної хвороби.

Поняття про віроїди. Назва «віроїд» була запропонована в 1971 р. Т. Дінером. Від вірусів віроїди відрізняються за такими ознаками:1. Відсутня білкова оболонка, віроїди складаються тільки із інфекційної РНК.2. Віроїди – найменші, здатні до розмноження частинки, які відомі у природі. Їх РНК становить тільки 300-400 нуклеотидів.3. Віроїди – це однокільцеві РНК.4. Молекули РНК віроїдів не кодують власних білків. З 1971 р. виявлено біля 10 видів віроїдів, які відрізняються за первинною структурою, хазяїнами, яких вони вражають, сиптомами хвороб. Вони вражають рослинні клітини.

Багато віроїдів, як, наприклад, віроїд веретеноподібності бульб картоплі й віроїд сонячної плямистості авокадо завдають значної шкоди сільському господарству. Модель РНК віроїдів сонячної плямистості авокадо (А) й зовнішній вигляд уражених ним плодів (Б)

Цікаво, що віроїди знайдено виключно в рослин: у людини, тварин і бактерій подібних збудників не виявлено. Віроїди передаються від рослини до рослини під час механічного ушкодження. В інфікованій клітині ця частинка потрапляє до ядра або хлоропласта, де використовує клітинний фермент РНК-полімеразу для відтворення власних молекул. Симптоми захворювання виникають унаслідок активного відтворення молекул РНК віроїду, що спричиняє патологічний процес в інфікованій клітині.

Симптоми інфекції, спричинені віроїдом веретеноподібності бульб картоплі: 1 - на бульбах; 2 - на надземній частині рослин. Схема будови молекули віроїду: 1 - комплементарні ділянки одноланцюгової РНК; 2 - некомплементарні ділянки одноланцюгової РНК

Пріони Таку назву запропонував С. Прузінер, який їх відкрив у 1982 р. Це низькомолекулярні білки, які не містять нуклеїнових кислот. Пріони складаються із особливого білка, який існує у вигляді двох ізомерів. Один з них – нормальний клітинний протеїн. Він складається із 254 амінокислотних залишків і, на думку вчених, бере участь у регуляції добових циклів багатьох гормонів. У здорових тварин його вміст складає 1 мкг/г тканини мозку (найбільше його в нейронах).

Пріони (від англ. proteinaceous infectious particles – білкові заразні частинки) – особливий клас інфекційних агентів, чисто білкових, які не містять нуклеїнової кислоти, викликають важкі захворювання центральної нервової системи у людини і ряду вищих тварин.) Життєвий цикл пріонів має свої особливості. За нормальних умов пріони – це нешкідливі клітинні білки, проте вони мають здатність перетворюватися на стійкі структури, які спричиняють деякі смертельні захворювання головного мозку в людей та тварин. – особливий клас інфекційних агентів, чисто білкових, які не містять нуклеїнової кислоти, викликають важкі захворювання центральної нервової системи у людини і ряду вищих тварин.

Властивості пріонів:пріони відрізняються за амінокислотним складом від білків,  характерних для даного виду;не містять жодної нуклеїнової кислоти;схильні до агрегації;виникають не лише в результаті зараження (відомі спорадичні та спадкові форми губкоподібних енцефалопатій);ідентичність ліній пріонів, виділених від хворих з новим варіантом хвороби. стійкі до різних фізико-хімічних факторів.

Зміна укладки поліпептидного ланцюга під час перетворення нормального білка (а) на пріон (b)

Причини виникнення пріонів: Помилки в біосинтезі білків. Помилки в укладанні білка. Мутації в генах, які кодують пріонні білки. Помилки трансляції Помилки протеолізу

Шляхи передачі пріонів у природі:• аліментарна передача (фекально-оральний);• гемоконтактна передача;• аерозольна передача;• через плаценту;• при парентеральному ( минаючи жкт) введенні гормонів, виготовлених з органів інфікованих тварин (пітуітрин) чи людей (гонадотропін).

Небезпека для людини. Багато фахівців вважають, що мається на увазі високий ступінь небезпеки «повільних» інфекцій для людини. Джерелом поширення можуть бути стоматологічні процедури, пов'язані з попаданням пріонів в кров'яне русло. Під підозру потрапив також лецитин тваринного походження, який, в основному замінили на рослинний (соєвий) лецитином.

Деякі хвороби людини, що спричинені пріонами:хвороба Куру;хвороба Кройтцфельдта-Якоба;фатальне сімейне безсоння;синдром Герстманна - Штройслера - Шейнкера. Пріони дуже стійкі до звичайних методів дезинфекції. Іонізуюче, ультрафіолетове або мікрохвильове випромінювання на них практично не діє. Дезинфекційні засоби, що зазвичай використовуються в медичній практиці, діють на них лише в дуже обмеженій формі. Надійно їх ліквідовують дезінфікуючі реактиви - сильні окисники, що мають руйнівну дію на протеїни.

ОЗНАКИВІРУСИПРІОНИ Зовнішній вигляд. Складні мультимолекулярні комплекси, від нуклеопротеїдів до ліпомістких оболонкових структур. Мають первинні властивості живої матерії. Простий білок - модифікована ізоформа нормального білка організму хазяїна.  Особливості спадковостіМають власний геном, що кодує вірусне потомство, включаючи вірусні білки. Не містить генетичного матеріалу. Білок пріону кодується генами організму-хазяїна.  Фізичні і хімічні властивостіЧуттєві до нагрівання і до хімічної обробки дезінфікуючими засобами. Стійкі до кип'ятіння, висушування, заморожування, до хімічної обробки спиртами, формальдегідом, кислотами, до УФ-опромінювання, гамма-випромінення, гідролізу ферментами.

Неклітинні форми життя (віроїди, пріони і віруси) є складовою частиною біосфери, оскільки побудовані з органічних речовин, мають, біотичні взаємовідносини, їм притаманні спадковість, мінливість, вони здатні до самовідтворення тощо.