Презентация "Вирусы" 9 класс
Подписи к слайдам:
- Этот термин применяют для обозначения уникальных представителей живой природы, не имеющих клеточного (эукариотического или прокариотического) строения и обладающих облигатным внутриклеточным паразитизмом, т.е. которые не могут жить без клетки.
Рис.1 - Вирусы лейкоза
История исследований- Впервые существование вируса (как нового типа возбудителя болезней) доказал в 1892 году русский учёный Д. И. Ивановский и др.
- Пять лет спустя, при изучении заболеваний крупного рогатого скота, а именно — ящура, был выделен аналогичный фильтрующийся микроорганизм. А в 1898 году, при воспроизведении опытов Д. Ивановского голландским ботаником М. Бейеринком, он назвал такие микроорганизмы «фильтрующимися вирусами».
- В 1901 году было обнаружено первое вирусное заболевание человека — жёлтая лихорадка. Это открытие было сделано американским военным хирургом У. Ридом.
- В 1911 году Фрэнсис Раус доказал вирусную природу рака — саркомы Рауса (лишь в 1966 году, через 55 лет, ему была вручена за это открытие Нобелевская премия по физиологии и медицине).
- В 2002 году в Нью-Йоркском университете был создан первый синтетический вирус (вирус полиомиелита).
Рис.2 - Модель риновируса человека
Основные свойства вирусов и плазмид- 1.Ультрамикроскопические размеры (измеряются в нанометрах). Крупные вирусы (вирус оспы) могут достигать размеров 300 нм, мелкие - от 20 до 40 нм. 1мм=1000мкм, 1мкм=1000нм.
- 2.Вирусы содержат нуклеиновую кислоту только одного типа- или ДНК (ДНК- вирусы) или РНК (РНК- вирусы). У всех остальных организмов геном представлен ДНК, в них содержится как ДНК, так и РНК.
- 3.Вирусы не способны к росту и бинарному делению.
- 4.Вирусы размножаются путем воспроизводства себя в инфицированной клетке хозяина за счет собственной геномной нуклеиновой кислоты.
- 5.У вирусов нет собственных систем мобилизации энергии и белок - синтензирующих систем, в связи с чем вирусы являются абсолютными внутриклеточными паразитами.
- 6.Средой обитания вирусов являются живые клетки - бактерии (это вирусы бактерий или бактериофаги), клетки растений, животных и человека.
Рис.3 – Сравнительные размеры микроорганизмов
Формы существования вирусов
Внеклеточная (вирион)
Внутриклеточная (вирус)
Рис.5 – Вирус свиного гриппа (H1N1)
Рис.4 – Вирион ВИЧ
Строение (морфология) вирусов- 1.Геном вирусов образуют нуклеиновые кислоты, представленные одноцепочечными молекулами РНК или двухцепочечными молекулами ДНК.
- 2.Капсид - белковая оболочка, в которую упакована геномная нуклеиновая кислота. Капсид состоит из идентичных белковых субъединиц- капсомеров. Существуют два способа упаковки капсомеров в капсид- спиральный (спиральные вирусы) и кубический (сферические вирусы).
- При спиральной симметрии белковые субъединицы располагаются по спирали, а между ними, также по спирали, уложена геномная нуклеиновая кислота (нитевидные вирусы). При кубическом типе симметрии вирионы могут быть в виде многогранников, чаще всего- двадцатигранники - икосаэдры.
- 3.Просто устроенные вирусы имеют только нуклеокапсид, т.е. комплекс генома с капсидом и называются “голыми”.
- 4. У других вирусов поверх капсида есть дополнительная оболочка, приобретаемая вирусом в момент выхода из клетки хозяина- суперкапсид. Такие вирусы называют “одетыми”.
Рис.6 – Схема строения вируса гепатита А(РНК-содержащий) и вируса герпеса(ДНК-содержащий).
Механизм инфицирования- Присоединение к клеточной мембране — так называемая адсорбция.
- Проникновение в клетку - вирусу необходимо доставить внутрь клетки свою генетическую информацию.
- Перепрограммирование клетки – подавление синтеза интерферонов.
- Персистенция – переход вирусов в латентное состояние, когда они слабо вмешиваются в процессы, происходящие в клетке, и активируются лишь при определённых условиях.
- Создание новых вирусных компонентов. Размножение вирусов в самом общем случае предусматривает три процесса : 1) транскрипция вирусного генома — то есть синтез вирусной мРНК, 2) её трансляция, то есть синтез вирусных белков 3) репликация вирусного генома
- Созревание вирионов и выход из клетки. В конце концов, новосинтезированные геномные РНК или ДНК одеваются соответствующими белками и выходят из клетки.
Рис.7 - Палочковидная частица вируса табачной мозаики. Цифрами обозначены:
- РНК-геном вируса,
(2) капсомерами , состоящий всего из одногопротомера ,
(3) зрелый участок капсида .
Рис.8 - Репродуктивный цикл вирусов
Исходы взаимодействия вирусов с клеткой хозяина- 1.Абортивный процесс- когда клетки освобождаются от вируса:
- - при инфицировании дефектным вирусом, для репликации которого нужен вирус- помощник, самостоятельная репликация этих вирусов невозможна (вирусоиды);
- - при инфицировании вирусом генетически нечувствительных к нему клеток;
- - при заражении чувствительных клеток вирусом в неразрешающих условиях.
- 2.Продуктивный процесс- репликация (продукция) вирусов:
- - гибель (лизис) клеток (цитопатический эффект)- результат интенсивного размножения и формирования большого количества вирусных частиц - характерный результат продуктивного процесса, вызванного вирусами с высокой цитопатогенностью;
- - стабильное взаимодействие, не приводящее к гибели клетки (персистирующие и латентные инфекции) - так называемая вирусная трансформация клетки.
- 3.Интегративный процесс- интеграция вирусного генома с геномом клетки хозяина. Это особый вариант продуктивного процесса по типу стабильного взаимодействия. Вирус реплицируется вместе с геномом клетки хозяина и может длительно находиться в латентном состоянии.
Рис.9 - Структура вириона неикосаедрного оболочечного вируса на примере ВИЧ .Цифрами обозначены: (1) РНК-геном вируса, (2)нуклеокапсид, (3) капсид, (4) белковый матрикс, подстилающий (5) липидную мембрану, (6) gp120 - гликопротеин , с чьей помощью происходит звьязання вируса с клеточной мембраной, (7) gp41 - трансмембранный гликопротеин. Цифрами 8-11 обозначены белки, входящие в состав вириона и необходимые вирусу на ранних стадиях инфекции: (8) - интегразы, (9) - обратная транскриптаза, (10) - Vif, Vpr, Nef и p7, (11) - протеаза.
Основные методы культивирования вирусов- 1.В организме лабораторных животных.
- 2.В куриных эмбрионах.
- 3.В клеточных культурах - основной метод.
Рис.10 - Строение куриного эмбриона и способы его заражения: 1 - в амнион; 2 - в аллантоисную полость; 3 - в желточный мешок.
Типы клеточных культур- 1.Первичные (трипсинизированные) культуры- фибробласты эмбриона курицы (ФЭК), человека (ФЭЧ), клетки почки различных животных и т.д. Первичные культуры получают из клеток различных тканей чаще путем их размельчения и трипсинизации, используют однократно.
- 2.Линии диплоидных клеток пригодны к повторному диспергированию и росту, как правило не более 20 пассажей.
- 3.Перевиваемые линии (гетероплоидные культуры), способны к многократному диспергированию и перевиванию
Рис.11 – Клеточные культуры.
Специальные питательные среды для культур клеток
Ростовые
(с большим содержанием сыворотки крови) - их используют для выращивания клеточных культур до внесения вирусных проб
Поддерживающие
(с меньшим содержанием сыворотки или ее отсутствием)- для содержания инфицированных вирусом клеточных культур
Рис.12 - Шоколадный агар с факторами роста
Рис.13 - Колонии E. coli на плотной питательной среде0
Выявляемые проявления вирусной инфекции клеточных культур- 1.Цитопатический эффект.
- 2.Выявление телец включений.
- 3. Выявление вирусов методом флюоресцирующих антител (МФА), электронной микроскопией, авторадиографией.
- 4.Цветная проба. Размножение клеток меняет рН и соответственно- цвет среды с красного на желтый за счет смещения рН в кислую сторону. При размножении в клеточных культурах вирусов происходит лизис клеток, изменения рН и цвета среды не происходит.
- 5.Выявление гемагглютинина вирусов- гемадсорбция, гемагглютинация.
- 6.Метод бляшек (бляшкообразования).
Рис.14 - Цитомегаловирус
Классификация вирусов по Балтимору- (I) Вирусы, содержащие двуцепочечную ДНК и не имеющие РНК-стадии (например, герпесвирусы, поксвирусы, паповавирусы, мимивирус).
- (II) Вирусы, содержащие двуцепочечную РНК (например, ротавирусы).
- (III) Вирусы, содержащие одноцепочечную молекулу ДНК (например, парвовирусы).
- (IV) Вирусы, содержащие одноцепочечную молекулу РНК положительной полярности (например, пикорнавирусы, флавивирусы).
- (V) Вирусы, содержащие одноцепочечную молекулу РНК негативной или двойной полярности (например, ортомиксовирусы, филовирусы).
- (VI) Вирусы, содержащие одноцепочечную молекулу РНК и имеющие в своем жизненном цикле стадию синтеза ДНК на матрице РНК, ретровирусы (например, ВИЧ).
- (VII) Вирусы, содержащие двуцепочечную ДНК и имеющие в своём жизненном цикле стадию синтеза ДНК на матрице РНК
Рис.15 - Вирус опоясывающего лишая
Вирусы бактерий (бактериофаги)- Бактериофа́ги — вирусы, избирательно поражающие бактериальные клетки.
- Чаще всего бактериофаги размножаются внутри бактерий и вызывают их лизис.
- Как правило, бактериофаг состоит из белковой оболочки и генетического материала одноцепочечной или двуцепочечной нуклеиновой кислоты.
- Размер частиц приблизительно от 20 до 200 нм.
Рис.16 - Фаг Т4 кишечной палочки до контакта с бактерией (А) и в момент введения фаговой ДНК (Б).
Основные этапы взаимодействия фагов и бактерий- 1.Адсорбция (взаимодействие специфических рецепторов).
- 2.Внедрение вирусной ДНК (инъекция фага) осуществляется за счет лизирования веществами типа лизоцима участка клеточной стенки, сокращения чехла, вталкивания стержня хвоста через цитоплазматическую мембрану в клетку, впрыскивание ДНК в цитоплазму.
- 3.Репродукция фага.
- 4.Выход дочерних популяций.
Рис.17 - Литическое взаимодействие фага с бактериальной клеткой.
По спектру действия на бактерии фаги подразделяются на:
поливалентные (лизируют близкородственные бактерии, например сальмонеллы);
моновалентные (лизируют бактерии одного вида);
типоспецифические (лизируют только определенные фаговары возбудителя).
Рис.18 - Различные формы фаговых вирионов по Г. Шлегелю, 1972 г.
Практическое использование бактериофагов- 1.Для идентификации (определение фаготипа).
- 2.Для фагопрофилактики (купирование вспышек).
- 3.Для фаготерапии (лечение дисбактериозов).
- 4.Для оценки санитарного состояния окружающей среды и эпидемиологического анализа.
Рис.19 -Escherichia coli атакуемая фагами
Рис.20 -Крупные негативные колонии актинофага
Рис.21 - Негативные колонии актинофага
Механизмы репродукции различных вирусов- 1. вирионная (матричная) +РНК комплементарная -РНК (в рибосомах) вирионная +РНК.
- 2. - РНК вирусная (информационная) +РНК - РНК (формируется на геноме зараженной клетки).
- 3. однонитевая ДНК: +ДНК +ДНК -ДНК +ДНК -ДНК +ДНК +ДНК.
- 4. ретровирусная однонитевая РНК: РНК ДНК (провирус) РНК.
- 5. двунитевая ДНК: разделение нитей ДНК и формирование на каждой комплементарной нити ДНК.
Рис.22 - Этапы репродукции вирусов
Источники генофонда вирусов
Внешние
Внутренние
мутации
рекомбинации
включение в геном генетического материала клетки хозяина
поток генов из других вирусных популяций
Механизмы сохранения генофонда вирусов
восстановления изменчивости за счет мутаций
резервирующих механизмов- комплементация, рекомбинация
буферных механизмов (образование дефектных вирусных частиц, иммунных комплексов и др.)
Список литературы- Белоусова Р.В., Преображенская Э.А., Третьякова И.В. Ветеринарная вирусология. — КолосС, 2007. — 448 с.
- Букринская А.Г. Вирусология. — М.: Медицина, 1986. — 336 с.
- Вирусология: В 3-х т. Т. 1: Пер. с англ. / Под ред. Б. Филдса, Д. Найпа, при участии Р. Ченока, Б. Ройзмана, Дж. Мелника, Р. Шоупа. — М.: Мир, 1989. — 492 с.
- Воробьёв А. В., Быков А. С., Пашков Е. П., Рыбакова А. М. Микробиология: Учебник. — 2-е изд. перераб. и доп. — М.: Медицина, 2003. — 336 с.
- Гусев М. В., Минеева Л. А. Микробиология. — 9-е изд., стер. — М.: Издательский центр «Академия», 2010. — 464 с.
- Гусев М. В., Минеева Л. А. Микробиология: Учебник для студ. биол. специальностей вузов. — 4-е изд., стер. — М.: Издательский центр «Академия», 2003. — 464 с.
