Морфологія та ультраструктура вірусів

Вірусологія – це біологічна наука про морфологію, фізіологію, генетику, екологію та еволюцію вірусів
Медична вірусологія вивчає віруси-паразити людини, їх роль в етіології та патогенезі інфекційних та пухлинних хвороб, розробляє спеціальні методи діагностики, способи етіотропної терапії та специфічної профілактики
Віруси – це самостійна група неклітинних організмів, які проявляють ознаки живих істот лише знаходячись в чутливій клітині-хазяїні

Основні функціональні відмінності вірусів від прокаріотів і еукаріотів
Відсутність здатності до росту і бінарного поділу
Відсутність власних метаболічних систем
Відтворення за рахунок нуклеїнової кислоти, яка містить інформацію про будову вірусу
Використання для репродукції пластичного матеріалу, ферментів і рибосом клітини-хазяїна
Відтворення вірусу можливе тільки в живій клітині (облігатний внутрішньоклітинний паразитизм)
Унікальний спосіб розмноження (диз’юнктивна репродукція)

Теорії походження вірусів
Ретроградно-еволюційна – віруси – результат зворотного розвитку (регресу) бактерій або інших одноклітинних організмів
Цитогенезна – віруси – це генетичні елементи клітини, які набули автономності в процесі еволюції
Цитогенезно-еволюційна – віруси утворилися із генетичного матеріалу, а потім еволюціонували
Молекулярно-еволюційна – віруси виникли із пробіонтів (найдавніші доклітинні форми життя). В процесі еволюції спочатку з‘явилися сапрофітні віруси, а при появі клітинних форм життя перейшли до паразитизму

Форми існування вірусів
Позаклітинна (віріон) – цілі вірусні частки без ознак життя, наділені інфекційністю
Внутрішньоклітинна
Вірус – вільна нуклеїнова кислота без оболонок
Провірус – нуклеїнова кислота, інтегрована в геном клітини-хазяїна

Віруси поділяються
на канонічні та неканонічні
Неканонічні віруси
Вірусоїди – дефектні віруси, геном яких не містить повної інформації про структуру вірусів, мають оболонку
Віроїди – представлені кільцевою РНК, не мають оболонки, фітопатогенні

Плазміди – представлені кільцевими ДНК, що реплікуються в бактеріальних клітинах
Ретротранспозони – однониткові РНК
Пріони – інфекційні білки, здатні до самовідтворення, не містять нуклеїнових кислот

Морфологія та хімічний склад
канонічних вірусів
Розміри – від 15-40 нм до 180-350 нм
Форма – сферична, багатогранна, кулеподібна, сперматозоїдна, паличкоподібна
Хімічний склад – нуклеїнові кислоти, білки, ліпіди, вуглеводи

Ультраструктура:
- геном (ДНК або РНК)
оболонка ( капсид та суперкапсид)
Прості віруси – мають одну оболонку – капсид
Складні віруси – мають капсид і суперкапсид
- рецепторна система (глікопротеїдні або гліколіпідні молекули)
- необов’язкові компоненти (ферменти зовнішні та внутрішні)

Капсиди можуть бути побудовані за різними типами симетрії:
Спіральним
Кубічним (ікосаедральним)
Змішаним

Типи вірусної симетрії
Спіральний тип
Кубічний тип

Етапи репродуктивного циклу вірусів
Адсорбція
Фаза неспецифічної адсорбції – обумовлена електростатичними силами (зворотня)
Фаза специфічної адсорбції (рецепторна)

Пенетрація
- віропексис (рецепторний ендоцитоз) – прості, складні віруси
- злиття мембран – складні віруси
- пряме проникнення – прості віруси, які мають здатність проривати клітинну оболонку
- трансфекція – проникненнення вільної нуклеїнової кислоти
- інокуляція – спосіб проникнення бактеріофагів шляхом ін‘єктування нуклеїнової кислоти

Способи проникнення вірусів

Дезінтеграція (депротеїнізація)- відбувається вивільнення нуклеїнової кислоти віріону із оболонок, які руйнуються лізосомальними ферментами клітини-мішені
Диз’юнктивна репродукція
- транскрипція (синтез інформаційної РНК)
- трансляція (синтез вірусоспецифічних ферментів і вірусних структурних білків)
- реплікація (синтез вірусних нуклеїнових кислот)

Етапи репродуктивного циклу вірусів
Морфогенез віріонів – самозбирання віріонів в клітині шляхом з‘єднання нуклеїнової кислоти з капсомерами
Вихід із клітини
- Брунькування (складні віруси)
- ”вибух” клітини (прості віруси)

Вихід вірусів брунькуванням

Типи взаємодії вірусу з клітиною
Продуктивний тип – характеризується утворенням повноцінних віріонів в чутливих клітинах
Абортивний тип – характеризується утворенням або малої кількості вірусних частинок або повною їх відсутністю
Інтегративний тип (вірогенія) – інтеграція вірусної нуклеїнової кислоти в геном клітини. При вірогенії репродукція вірусу не відбувається, клітина нормально функціонує, але може відбутись її трансформація

Особливості вірусних інфекцій
Віруси є генетичними паразитами, потребують для власної репродукції системи клітини-хазяїна
В патогенезі вірусних інфекцій основна роль належить його НК
Вірусна НК здатна блокувати метаболізм клітини і переключати його на синтез вірусних НК і білків

Вірусна НК в результаті продуктивного типу взаємодії викликає загибель клітини-хазяїна
Вірусна НК в результаті абортивного типу взаємодії при надлишковому пригніченні метаболізму викликає загибель клітини-хазяїна
Вірусна НК може тривало перебувати в геномі клітини-хазяїна в стані провірусу і передаватись дочірнім, викликати пухлинну трансформацію

Методи культивування вірусів
В організмі чутливих лабораторних тварин
В 10-денних курячих ембріонах
В культурах клітин
- первинні (отримують шляхом трипсинізації шматочків тканин органів, дають 10 поколінь)
- напівперещеплювані (отримують з диплоїдних клітин, дають до 100 поколінь)
- перещеплювані (отримують з пухлинних клітин, дають необмежену кількість поколінь)

Індикація вірусів – це виявлення вірусів у досліджуваному матеріалі без встановлення їх належності до родини, роду, виду, сероваріанту

Методи індикації
Цитопатична дія віруса (ЦПД) – загальні дистрофічні зміни клітин або специфічні ураження у вигляді включень або багатоядерних клітин – синцитіїв або симпластів
Бляшкоутворення – бляшки – це осередки зруйнованих інфікованих вірусом клітин моношару, що заходиться під агаровим покриттям

Індикація вірусів

Кольорова проба – використовують середовища Ігла або 199, які містять індикатор, який реагує на зміну рН середовища. При появі в клітині метаболітів середовище змінює забарвлення на жовте (інфіковані вірусом клітини – не метаболізують)
Реакція гемаглютинації (РГА) основана на спроможності деяких вірусів, що мають гемаглютинін в оболонці склеювати еритроцити
Реакція гемадсорбції (РГадс) – дозволяє виявити віруси, які містять гемаглютинін у клітинних культурах до розвитку ЦПД. На інфікованих вірусом клітинах спостерігається адсорбція еритроцитів

Індикація вірусів

Індикація вірусів

Ідентифікація вірусів – встановлення їх варіантної, видової, родової та родинної належності за допомогою діагностичних сироваток
В основі лежить постановка серологічних реакцій

Методи ідентифікації вірусів
Реакція нейтралізації (РН)
Реакція гальмування гемадсорбції
Реакція гальмування гемаглютинації

Методи ідентифікації вірусів
Реакція непрямої гемаглютинації
Реакція зв’язування комплементу (РЗК)
Імуноферментний аналіз (ІФА)
Радіоімунний аналіз

Методи ідентифікації вірусів
Імунна електронна мікроскопія (ІЕМ)
Реакція імунофлюоресценції (РІФ)
Зустрічний імуноелектрофорез
Метод молекулярної гібридизації НК

Імунофлюоресценція

Імунна електронна мікроскопія
Застосовують для ідентифікації вірусів в дослідному матеріалі
основана на виявленні імунних комплексів за допомогою електронного мікроскопу
Матеріал змішують із специфічними сироватками, центрифугують.
Утворені комплекси виявляють за допомогою електронної мікроскопії. Віруси, оточені молекулами специфічних імуноглобулінів мають вигляд вінка

Сучасні методи лабораторної діагностики вірусних захворювань
Мікроскопічні методи
- цитоскопічний
- люмінісцентна мікроскопія
- електронна мікроскопія
- імунна електронна мікроскопія

Культуральний метод (вірусологічний)
Серологічний метод (РЗК, РГГА, РПГА, ІФА, РІА, імуноелектрофорез)
Молекулярно-генетичний метод
- реакція гібридизації ДНК або РНК
- полімеразна ланцюгова реакція (ПЛР)

Етапи культурального (вірусологічного) методу в діагностиці вірусних інфекцій
Забір матеріалу
Обробка матеріалу антибіотиками з метою звільнення від супутньої бактеріальної мікрофлори
Культивування вірусу (в культурах клітин, курячих ембріонах, в організмі лабораторних тварин)
Індикація і титрування вірусу
Ідентифікація (за антигенною структурою)

Молекулярно-біологічні методи
Рестрикційний метод
Метод оснований на виявленні в інфекційному матеріалі специфічних фрагментів ДНК (РНК) збудника
Інфекційний матеріал, в якому передбачається знаходження ДНК збудника, обробляють рестрикційними ферментами-ендонуклеазами, які розрізають ДНК на окремі фрагменти.
Після цього проводять аналіз отриманих фрагментів, які є унікальними для кожного виду мікроорганізму методом гібридизації з міченими ДНК-зондами

Гібридизація нуклеїнових кислот
Метод оснований на виявленні в інфекційному матеріалі ділянок ДНК, характерних для збудника, шляхом їх гібридизації з діагностичними ДНК-зондами
ДНК-зонди є однонитковими фрагментами ДНК (комплементарні специфічним ділянкам ДНК збудника), які мічені радіонуклідами, ферментами або флюорохромом

Метод молекулярної гібридизації ДНК

Полімеразна ланцюгова реакція
Метод оснований на виявленні в інфекційному матеріалі специфічних фрагментів ДНК або РНК збудника шляхом його нарощування (ампліфікації)

Використовують:
Для ідентифікації збудників
Для ідентифікації особистостей
Для встановлення родинного походження
Виявлення генів спадкових хвороб

Етапи дослідження:
ДНК термічно обробляють при 940С протягом 15 сек для розділення на окремі ланцюги, охолоджують
До досліджуваного матеріалу вносять праймери (діагностичні специфічні зонди-олігонуклео-тиди), комплементарні кінцям специфічного фрагмента геному)

Разом з праймерами додають термостабільну ДНК-полімеразу, яка запускає утворення вторинних копій ланцюгів ДНК (60 сек, 680С)
Утворені ланцюги знову нагрівають, маніпуляції повторюють (20-50 циклів)
В результаті отримують велику кількість копій, які ідентифікують за допомогою електрофорезу (молекулярної гібридизації)

Полімеразна ланцюгова реакція

Бактеріофаги
Бактеріофаги – це віруси, що репродукуються в клітинах бактерій
Розрізняють:
За вірулентністю
- вірулентні (спричиняють лізис клітини)
- помірні (інтегрують ДНК в геном, співіснують з клітиною в формі профага)
За спектром дії
- полівалентні (інфікують бактерії одного роду)
- моновалентні (інфікують бактерії одного виду)
- типоспецифічні (інфікують бактерії певного варіанту одного виду)

Будова бактеріофага

Морфологічні групи бактеріофагів
Ниткоподібні фаги
Голівчасті з рудиментарним відростком
Голівчасті з коротким відростком
Голівчасті з нескорочувальним відростком
Голівчасті з скорочувальним відростком і базальною пластинкою

Етапи репродукції бактеріофагів
Адсорбція
Проникнення (ін‘єктування нуклеїнової кислоти)
Репродукція
Зборка вірусних фаговів у цитоплазмі бактерій
Вихід фагових частинок із клітини після її лізису
Помірні бактеріофаги завершують репродукцію на етапі інтеграції нуклеїнової кислоти в геном клітини-хазяїна

Стадії взаємодії помірного фага з чутливою клітиною