ВІРУСОЛОГІЯ: ІСТОРІЯ, ЩО ВОНА ВИВЧАЄ, ТИПИ ВІРУСІВ, ПРИКЛАДИ - БІОЛОГІЯ - 2025

Вірусології є галузь біології , яка вивчає походження, еволюція, класифікація, патології та медико - біологічних і біотехнологічних додатків вірусів. Віруси - це дрібні частинки, 0,01-1 мкм, генетична інформація яких призначена виключно для власної реплікації.

Гени вірусів декодуються молекулярною технікою зараженої клітини для розмноження. Тому віруси є облігатними внутрішньоклітинними паразитами, залежними від метаболічних функцій живих клітин.

Джерело: Фотокредит: Сінтія Голдсміт Постачальники вмісту: CDC / Dr. Erskine. Л. Палмер; Д-р М. Л. Мартін

Найбільш поширений генетичний матеріал на планеті відповідає матеріалу вірусів. Вони заражають інші віруси та все живе. Імунна система не завжди успішно захищається від вірусів: деякі найбільш руйнівні захворювання людей і тварин викликаються вірусами.

Вірусні захворювання людини включають жовту лихоманку, поліомієліт, грип, СНІД, віспу та кір. Віруси беруть участь приблизно у 20% онкологічних захворювань людини. Щороку вірусні респіраторні та кишкові інфекції вбивають мільйони дітей у країнах, що розвиваються.

Деякі віруси корисні для типізації бактерій, як джерел ферментів, для боротьби з шкідниками, як антибактеріальних агентів, для боротьби з раком та як генних векторів.

Історія

В кінці 19 століття Мартинус Бейєрінк та Дмитро Івановський незалежно визначили, що фільтрати, що не містять бактерій, з хворих рослин тютюну містять агент, здатний заражати здорові рослини. Beijerinck назвав цей засіб contagium vivum fluidum.

Зараз ми знаємо, що фільтрати Бейєрінка та Івановського містили вірус тютюнової мозаїки. Також у 19 столітті Фрідріх Льоффлер та Пол Фрош дійшли висновку, що ящур у великої рогатої худоби викликається небактеріальним збудником.

У першій декаді XX століття Вільгельм Еллерман та Олаф Банг продемонстрували передачу лейкемії у курей, використовуючи фільтрати, що не містять клітин. Ці експерименти дозволили зробити висновок про існування вірусів тварин, які можуть викликати рак.

У другій декаді XX століття Фредерік Творт спостерігав лізис мікрококів на агарових планшетах, в яких він намагався виростити вірус віспи, припускаючи, що цей лізис був викликаний вірусом або ферментами бактерій. Зі свого боку Фелікс д'Ерель виявив, що бацили, що викликають дизентерію, були стерти вірусами, які він назвав бактеріофагами.

У 1960 році Пітер Медавар отримав Нобелівську премію за те, що виявив, що віруси містять генетичний матеріал (ДНК або РНК).

Типи вірусів

Віруси класифікуються за характеристиками, якими вони володіють. Це морфологія, геном та взаємодія з господарем.

Класифікація, заснована на взаємодії вірусу з господарем, ґрунтується на чотирьох критеріях: 1) продукування інфекційного потомства; 2) чи вбиває вірус господаря чи ні; 3) якщо є клінічні симптоми; 4) тривалість зараження.

Імунна система відіграє важливу роль у взаємодії вірусу та господаря, оскільки визначає розвиток інфекції. При цьому інфекція може бути гострою і субклінічною (вірус виводиться з організму), або персистуючою і хронічною (вірус не виводиться з організму).

Класифікація, що базується на відмінностях геному (система Балтімора) та систематична класифікація, яка враховує всі характеристики вірусів, - це системи, найбільш часто використовувані сьогодні для каталогізації вірусів.

Класифікація на основі морфології

Для розуміння цієї класифікації необхідно знати частини, що складають вірус. Віруси складаються з геному і капсиду, можуть мати або не мати оболонки. Геном може бути ДНК або РНК, одно- або дволанцюжковим, лінійним або круговим.

Капсид - це складна структура, що складається з безлічі однакових вірусних субодиниць білка, званих капсомерами. Основна його функція - захист геному. Він також служить для розпізнавання і зв'язування з клітиною-господарем і для забезпечення транспорту геному в клітину.

Оболонка - це мембрана, що складається з ліпідів та глікопротеїнів, що оточує капсид. Він отримується з клітини-господаря. Він значно відрізняється за розмірами, морфологією та складністю. Наявність або відсутність конвертів слугує критерієм класифікації вірусів.

Розпізнаються три категорії вірусів, що не охоплюються: 1) ізометрична, приблизно сферичної форми (ікосаедри або ікосадельетаедри); 2) нитчасті, з простою спіралеподібною формою; 3) складні, без попередніх форм. Деякі віруси, такі як бактеріофаг Т2, поєднують ізометричну та ниткоподібну форми.

Якщо вірус обволікається, їх також можна віднести до морфологічних категорій на основі характеристик нуклеокапсиду всередині мембрани.

Класифікація на основі геному: система Балтімора

Ця класифікація, запропонована Девідом Балтімором, розглядає природу вірусного геному з точки зору механізму, який він використовує для копіювання нуклеїнової кислоти та транскрибування месенджерної РНК (мРНК) для біосинтезу білка.

У системі Балтімора віруси, чий геном РНК має той самий сенс, що і мРНК, називаються вірусами з позитивним сенсом РНК (+), тоді як віруси, геном яких має протилежний сенс (комплементарний) до мРНК, називаються вірусами з Негативний сенс РНК (-). Дволанцюгові віруси генома йдуть обома шляхами.

Недоліком цієї класифікації є те, що віруси, які мають подібні механізми реплікації, не обов'язково мають інші характеристики.

Системи класів Балтімора

Клас I. Вірус з дволанцюжковим геном ДНК. Транскрипція подібна до клітини-господаря.

II клас. Віруси з одноланцюговим геном ДНК. ДНК може мати полярність (+) та (-). До синтезу мРНК перетворювали в дволанцюгові.

III клас. Віруси з дволанцюжковим геном РНК (dsRNA). З сегментованим геном і мРНК синтезуються з кожного сегмента шаблону ДНК. Ферменти, які беруть участь у транскрипції, кодованій вірусом геному.

IV клас. Віруси з однонитковим геном РНК (ssRNA), полярністю (+). Синтезу мРНК передував синтез комплементарної ланцюга. Транскрипція подібна до класу 3.

Клас V. Вірус з геном ssRNA, протилежним сенсу до сенсу мРНК (-). Синтез мРНК, що вимагає кодованих вірусом ферментів. Виробництво вірусів нових поколінь вимагає синтезу проміжної дсРНК.

VI клас. Вірус з геном ssRNA, який продукує проміжну dsDNA перед реплікацією. Він використовує ферменти, які переносить вірус.

VII клас. Віруси, що реплікують свою dsDNA через проміжну ssRNA.

Таксономічна класифікація

Міжнародний комітет з питань систематики вірусів встановив таксономічну схему класифікації вірусів. Ця система використовує порядок поділів, родину, підсемейство та стать. Досі триває дискусія щодо застосування видової концепції до вірусів.

Критеріями, які використовуються для систематичної класифікації, є діапазон господарів, морфологічні характеристики та характер генома. Крім того, розглядаються інші критерії, такі як довжина фагового хвоста (вірус, який заражає бактерії), наявність або відсутність певних генів у геномах та філогенетичні зв’язки між вірусами.

Прикладом цієї класифікації є: замовлення мононевірусів; сімейство Paramyxoviridae; Підсемейство Paramyxovirinae, рід Morbillivirus; види, вірус кору.

Назви сімей, підродин та родів надихаються місцем походження, господарем або симптомами захворювання, яке викликає вірус. Наприклад, річка Ебола в Заїрі дає назву роду Ebola; тютюнова мозаїка дає свою назву роду Томабовірус.

Багато назв групи вірусів - це слова латинського чи грецького походження. Наприклад, Podoviridae, походить від грецького podos, що означає стопа. Ця назва відноситься до короткохвостих фагів.

Приклади вірусів

Вірус грипу

Вони заражають птахів і ссавців. Вони мають різноманітну морфологію, з конвертом. Однонитковий геном РНК. Вони належать до класу V Балтимору та до родини Orthomyxoviridae.

Віруси грипу належать до цієї родини. Більшість випадків грипу викликаються вірусами грипу А. Спалахи, спричинені вірусами грипу В., трапляються кожні 2–3 роки. Ті, які продукуються вірусами грипу С, зустрічаються рідше.

Вірус грипу А спричинив чотири пандемії: 1) іспанський грип (1918–1919), підтип вірусу H1N1 невідомого походження; 2) азіатський грип (1957–1958), підтип H2N2 пташиного походження; 3) Гонконгський грип (1968–1969), підтип H3N3, пташиного походження; 4) свинячий грип (2009–2010), підтип H1N1, свинячого походження.

Найбільш руйнівна пандемія, відома, була викликана іспанським грипом. У ньому загинуло більше людей, ніж Перша світова війна.

Букви Н і N походять від мембранних глікопротеїнів гемаглютиніну та нейрамінідази відповідно. Ці глікопротеїни присутні у великій кількості антигенних форм і беруть участь у нових варіантах.

Ретровірус

Вони заражають ссавців, птахів та інших хребетних. Сферична морфологія, з конвертом. Однонитковий геном РНК. Вони належать до класу Балтимору VI та родини Retroviridae.

Вірус імунодефіциту людини (ВІЛ), рід Lentivirus, належить до цієї родини. Цей вірус завдає шкоди імунній системі зараженої людини, роблячи його сприйнятливим до зараження бактеріями, вірусами, грибами та найпростішими. Захворювання, спричинене ВІЛ, відоме як синдром набутого імунодефіциту (СНІД).

Інші пологи, що належать до Retroviridae, також викликають серйозні захворювання. Наприклад: Спамавірус (simian пухнастий вірус); Епсилонретровірус (вірус дерматичної саркоми Уоллея); Гаммаретровірус (вірус лейкемії миші, вірус котячого лейкемії); Бетаретровірус (вірус мишачої пухлини молочної залози); і альфаретровірусу (вірус саркоми Руса).

Вірус герпесу

Він заражає холоднокровних ссавців, птахів, хребетних. Морфологія вірусу: ікосаедральна капсула, з оболонкою. Двухцепочечний геном ДНК. Вони належать до I класу Балтімору та до герпесвірусного ордена.

Деякі учасники: вірус простого герпесу 2 (викликає генітальний герпес); цитомегаловірус людини (викликає вроджені вади); Герпесвірусна саркома KaposiB ^™ (викликає саркому Капоші); Вірус EpsteinBƂBarr або EBV (викликає залозисту лихоманку та пухлини).

Віруси, що викликають поліомієліт та інші супутні віруси

Він заражає ссавців і птахів. Морфологія вірусу: ізометрична або ікосаедра. Однонитковий геном РНК. Вони належать до класу Балтимору IV та родини Picornaviridae.

Деякі пологи цієї родини: Гепатовірус (викликає гепатит А); Ентеровірус (викликає поліомієліт); Афтовірус (викликає захворювання ящура).

Віруси, які викликають сказ та споріднені віруси

Вони заражають ссавців, риб, комах, рослини. Спіральна морфологія, з конвертом. Однонитковий геном РНК. Вони належать до класу V Балтимору та до родини Rhabdoviridae.

До цієї родини належать віруси, що викликають такі захворювання, як сказ, спричинений родом Lyssavirus; везикулярний стоматит, викликаний родом Vesiculovirus; і жовту карликову картоплю, спричинену родом Novirirhabdovirus.

Вірус, що викликає інфекційну еритрему

Він заражає ссавців, птахів, комах. Симетрична ікосаедральна морфологія. Одноланцюговий геном ДНК. Вони належать до II класу Балтімору та до родини Parvoviridae.

Одним із членів цього сімейства є вірус B19, що належить до роду Erithrovirus, який викликає інфекційну еритрему у людини, яка зазвичай не викликає симптомів. Вірус B19 заражає клітини-попередники еритроцитів.

Деякі члени Parvoviridae використовуються як генні вектори.

Вірусні програми

Віруси можна використовувати на благо людини, будуючи рекомбінантні віруси. Вони мають геном, модифікований методами молекулярної біології.

Рекомбінантні віруси потенційно корисні для генної терапії, мета якої - вилікувати конкретні захворювання або виготовити вакцини.

ВІЛ був використаний для побудови генних векторів (лентивірусних векторів) для генної терапії. Ці вектори показали свою ефективність у тваринних моделях епітеліального захворювання пігменту сітківки, таких як пігментний ретиніт, викликаний аутосомно-рецесивним успадкуванням або мутаціями.

Віруси, які використовуються як вакцинні вектори, повинні мати низький патогенний потенціал. Це перевірено за допомогою моделей тварин. Це стосується вакцин, розроблених або в стадії розвитку проти вірусів віспи, везикулярного стоматиту та еболи.

Список літератури

1. Carter, JB, Saunders, VA 2013. Вірусологія: принципи та застосування. Вілі, Чичестер.
2. Dimmock, NJ, Easton, AJ, Leppard, KN 2007. Вступ до сучасної вірусології. Блеквелл Мальден.
3. Flint, J., Racaniello, VR, Rall, GF, Skalka, AM, Enquist, LW 2015. Принципи вірусології. Американське товариство з мікробіології, Вашингтон.
4. Халл, Р. 2009. Порівняльна вірусологія рослин. Elsevier, Амстердам.
5. Louten, J. 2016. Основна вірусологія людини. Elsevier, Амстердам.
6. Richman, DD, Whitley, RJ, Hayden, FG 2017. Клінічна вірусологія. Американське товариство з мікробіології, Вашингтон.
7. Воєводін, А.Ф., Маркс, штат Пенсільванія, Jr. 2009. Вірологія Сіміана. Вілі-Блеквелл, Еймс.
8. Вагнер, Е.К., Х'юлетт, MJ, Блум, округ Колумбія, Камерині, Д. 2008. Основна вірусологія. Блеквелл Мальден.