Меню
Яндекс.Метрика

Вирусные болезни

Глава 128. Принципы вирусологии

Структура и классификация вирусов

Типичная вирусная частица (вирион) содержит ядро, состоящее из нуклеиновой кислоты — ДНК или РНК. Существует значительная вариабельность структур и размеров вирусных нуклеиновых кислот (табл. 128-1). Геномы с минимальной мол. массой, как, например, у парвовирусов, насчитывают 3—4 протеина. В то же время большие геномы, такие как у поксвирусов (вирусов оспы), включают более 50 структурных белков и ферментов. Число протеинов, зашифрованных в вирусном геноме, может превышать их количество, предсказанное на основе мол. массы генома, поскольку в нем имеется множество открытых рамок для считывания информации и/или наслаивающихся друг на друга участков нуклеиновой кислоты, на основании которых может быть собрано несколько различных иРНК. Свободная последовательность нуклеотидов может встречаться на каком-либо участке или во всем геноме многих вирусов.

Вирусная нуклеиновая кислота окружена однослойной или двойной белковой оболочкой (капсид). Нуклеиновая кислота вируса в сочетании с капсидом получила название нуклеокапсид. Вирусные капсиды состоят из небольших повторяющихся субъединиц (капсомеры), организованных в симметричные конструкции. Повторение субъединиц облегчает сборку вирусных белков до стадии зрелых вирионов и уменьшает количество генетической информации, необходимой для кодирования структурных протеинов. Капсиды формируются путем самосборки их структурных субъединиц.

Существуют два основных варианта структурной симметрии капсида — икосаэдр и спираль. Некоторые из наиболее крупных вирусов, такие как поксвирусы, имеют более сложную структурную организацию. Капсид ретровирусов имеет икосаэдрическую симметрию, а их ядро — спиральную симметрию. Вирусы, чьи капсиды имеют икосаэдрическую симметрию, в целом подчиняются принципам физической организации, в соответствии с которыми общее количество структурных единиц ограничено. Нуклеиновая кислота вирусов, имеющих форму икосаэдра, находится обычно в сжатом состоянии и геометрически независима от структуры окружающего капсида.

У животных вирусов со спиральной симметрией геномы содержат РНК. Общим свойством животных вирусов является соединение белковых субъединиц капсида закономерным, периодическим образом вдоль вирусной РНК. Такое тесное взаимодействие белков капсида и нуклеиновой кислоты вирусов со спиральной симметрией резко контрастирует с рыхлыми соединениями между этими образованиями у вирусов, имеющих икосаэдрическую симметрию. Данный факт обусловливает различный характер сборки новых вирусов.

Нуклеокапсиды многих вирусов окружены оболочкой. Вирусная оболочка состоит из вирусспецифических белков, липидов и углеводов, извлеченных из клеточных мембран макроорганизма. Компоненты клетки-хозяина поступают в вирусную частицу по мере его проникновения через мембрану ядра клетки-хозяина, ее эндоплазматическую сеть, пластинчатый комплекс (аппарат Гольджи) или цитоплазматическую мембрану. При размножении различные вирусы используют разные типы мембран клеток-хозяев. Факторы, лежащие в основе такой специфичности, изучены не до конца. В некоторых случаях вирусспецифические белки оболочки могут включать матриксный протеин (М-протеин), который выстилает внутреннюю поверхность оболочки и находится в контакте с нуклеокапсидом. Вирусспецифические гликопротеиды проникают с наружной поверхности оболочки внутрь (как пики) и в некоторых случаях могут содержать гидрофобные участки, соединяющие оба липидных слоя оболочки, а также внутренние участки, способные контактировать с М-протеинами.

Таблица 128-1. Структура вирусной нуклеиновой кислоты

Семейство вирусов

Тип и форма нуклеиновой кислоты вирусов

Приблизительная мол. Масса нуклеиновой кислоты

Наличие оболочки

Симметрия капсида

Парвовирусы

Линейная одинарная спираль (+) или (—) ДНК

1,5—2,0•106

Нет

И

Аденовирусы

Линейная двойная спираль ДНК

20—25•106

Нет

И

Герпесвирусы

 

 

80—150•106

Есть

и

Поксвирусы

 

 

85—240•106

Есть

СС

Паповавирусы

Суперскрученная круговая двойная спираль ДНК

3—5•106

Нет

и

Гепаднавирусы

Круговая ДНК (участки одинарной и двойной спирали)

1—2•106

Есть

 

 

Пикорнавирусы

Линейная одинарная спираль (+) РНК

2—3•106

Нет

и

Калицивирусы

 

 

2,6—2,8•106

Нет

и

Тогавирусы

 

 

4•106

Есть

и

Коронавирусы

 

 

5,5—8•106

Есть

С

Рабдовирусы

Линейная одинарная спираль (—) РНК

3,5—4,5•106

Есть

С

Парамиксовирусы (Филовирусы)2 Ретровирусы

Одинарная спираль (+) РНК (2 идентичные копии)

5—8•106 4—5•106 6•10й

Есть Есть Есть

С С ИС

Ортомиксовирусы

Сегментарная одинарная спираль (—) РНК (8 сегментов)

5•106

Есть

С

Ареновирусы

Линейная одинарная спираль (—) РНК3 (2 сегмента)

3—5•106

Есть

С

Буньявирусы

Линейная одинарная спираль (—) РНК3 (3 сегмента)

4,5—7•10"

Есть

С

Реовирусы

Сегментарная линейная двойная спираль РНК (10—12 сегментов)

12—20•106

Нет

ги

Предложенное название, включает вирус гепатита В.

2Предложенное название, включает вирусы Марбург и Эбола.

3Сцепленные концы, нековалентно связанные инвертированной комплементарной последовательностью в окончаниях 5 и 3.

Примечание. (+) — полярность, чувствительная к передаче информации (сборка белка может происходить непосредственно на РНК); (—) — полярность, нечувствительная к передаче информации; И — икосаэдр, С — спираль; СС — сложная симметрия; И, С — икосаэдрический капсид и спиралевидный нуклеокапсид.

Вирусные протеины, получившие название структурные протеины, или белки вириона, могут формировать капсид вируса, быть основным компонентом вирусных оболочек или связываться с нуклеиновой кислотой вируса (ядерные белки). Целый ряд вирусов имеет поверхностные гликопротеиды, способные агглютинировать эритроциты (гемагглютинины), связываясь с рецепторами на их поверхности. Ортомиксовирусы и некоторые Парамиксовирусы содержат фермент нейраминидазу. Этот фермент может быть идентичен (парамиксовирус) или отличен (ортомиксовирус) от гемагглютинина.

Многие вирусы содержат белки, обладающие ферментативной активностью. Эти ферменты часто бывают необходимы для синтеза информационной РНК (иРНК) соответствующей полярности (+) для трансляции белка или репликации вирусного генома. РНК-зависимая РНК-полимеразная активность обнаружена по всех вирусных РНК с (—)-полярностью. Поксвирусы содержат ДНК-зависимую РНК-полимеразу. Ретровирусы содержат РНК-зависимую ДНК-поли,меразу, часто называемую обратная транскриптаза. Некоторые вирусы, включая Поксвирусы, реовирусы, Парамиксовирусы и рабдовирусы, имеют РНК-козырьковые ферменты, которые модифицируют иРНК вирусов, добавляя 7-метилгуанозиновый козырек к 5/-5/-тpифocфaтнoй связи на их 5-конце. Ферменты, оказывающие полиаденилатное действие на 3-конце вирусных иРНК, также могут быть закодированы в вирусном геноме. Другими ферментами, которые могут быть закодированы в вирусном геноме, являются протеинкиназы, нуклеозидтрифосфатфосфогидролазы, эндонуклеазы и РНКазы.

Наиболее ранние классификации вирусов основывались исключительно на их способности проникать через фильтры с порами малых размеров. Последующие классификации учитывали патогенетические свойства, специфический органный тропизм (энтеровирусы) или эпидемиологические характеристики (арбовирусы) вирусов. В основу современных классификаций вирусов положена комбинация генетических, физико-химических и биологических признаков. Они включают тип и структуру вирусной нуклеиновой кислоты, характер ультраструктуры вириона, в частности размеры, тип симметрии капсида, состав капсида, наличие или отсутствие оболочки, а также особенности репликации генома. Широкое использование морфологических критериев обусловлено тем, что часто электронно-микроскопические исследования позволяют получить объем информации, достаточный для идентификации как семейства, так и рода, к которым принадлежит вирус. Подразделения внутри больших таксономических групп вирусов могут проводиться с учетом иммунологических, цитопатологических, патогенетических или эпидемиологических признаков. Появление методов рекомбинации ДНК потребует пересмотра этих классификаций с точки зрения степени генетической близости.

Читать далее: