1.6. Строение и классификация вирусов.

Тема 1. Морфология и классификация микроорганизмов.

Вирусы относятся к царству Vira. Это мельчайшие микробы, не имеющие клеточного строения, белоксинтезирующей системы, содержащие один тип нуклеиновой кислоты (только ДНК или РНК). Вирусы, являясь облигатными внутриклеточными паразитами, размножаются в цитоплазме или ядре клетки. В клетке отдельно синтезируются нуклеиновые кислоты вирусов и их белки, затем происходит их сборка в вирусные частицы. Сформированная вирусная частица называется вирионом. Морфологию и структуру вирусов изучают с помощью электронной микроскопии, так как их размеры малы и сравнимы с толщиной оболочки бактерий. Форма вирионов может быть различной: пулевидной (вирус бешенства), сферической (вирусы полиомиелита, ВИЧ), нитевидной (филовирусы). Наиболее мелкими вирусами являются парвовирусы и вирус полиомиелита, наиболее крупным – вирус натуральной оспы.

Различают ДНК и РНК –содержащие вирусы. Геном вирусов содержит от шести до нескольких сотен генов и представлен различными видами нуклеиновых кислот: двунитевыми, однонитевыми, линейными, кольцевыми, фрагментированными.

Среди РНК-содержащих вирусов различают вирусы с положительным (плюс-нить РНК) геномом. Плюс-нить РНК этих вирусов выполняет наследственную (геномную) функцию и функцию информационной РНК (иРНК). Имеются также РНК-содержащие вирусы с отрицательным (минус-нить РНК) геномом. Минус-нить РНК этих вирусов выполняет только наследственную функцию.

Различают:

• просто устроенные вирусы, например, вирус полиомиелита, гепатита А
• сложно устроенные вирусы (вирусы кори, гриппа, герпеса, коронавирусы).

У просто устроенных вирусов нуклеиновая кислота связана с белковой оболочкой капсидом, который состоит из капсомеров. Вместе нуклеиновая кислота с капсидом называются нуклеокапсидом. У сложно устроенных вирусов капсид окружен липопротеиновой оболочкой-суперкапсидом, или пеплосом. На оболочке вируса расположены гликопротеиновые «шипы», или «шипики» (пепломеры, или суперкапсидные белки).

Вирионы имеют тип симметрии капсида (нуклеокапсида):

• спиральный
• икосаэдрический (кубический)
• сложный.

Капсид и оболочка (суперкапсид) защищают вирионы от воздействия окружающей среды, обословливают избирательное взаимодействие (адсорбцию) с определенными клетками, а также антигенные и иммуногенные свойства вирионов.

Внутренние структуры вирусов называют сердцевиной.

Кроме обычных (канонических) вирусов известны – прионы – «инфекционная белковая частица», которые не являются вирусами. Клеточная форма нормального прионового протеина (PrPC) имеется в организме млекопитающих, в том числе человека, и выполняет ряд регуляторных функций. Его кодирует PrP – ген, расположенный в коротком плече 20-й хромосомы человека. При прионных болезнях (болезнь Крейтцфельда – Якоба и др.) прионный протеин приобретает другую инфекционную форму.

Другими необычными агентами, близкими к вирусам, являются вироиды – небольшие молекулы кольцевой, суперспирализованной РНК, не содержащие белка и вызывающие заболевания растений.

В основу классификации вирусов положены следующие категории: тип нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК), ее структура, количество нитей (одна или две), размер и морфология вирионов, количество капсомеров и тип симметрии нуклеокапсида, наличие оболочки (суперкапсида), чувствительность к эфиру и дезоксихолату, место размножения в клетке, антигенные свойства.

В вирусологии используют следующие таксономические категории:

• семейство (название оканчивается на viridae),
• подсемейство (название оканчивается на virinae),
• род (название оканчивается на virus).

РНК-содержащие вирусы:

Семейство Пикорнавирусы (Picornaviridae) состоит из 8 родов:

• Энтеровирусы (полиомиелит)
• Риновирусы (ОРВИ)
• Афтовирусы (ящур)
• Гепатовирусы (гепатит А)

Это семейство относится к безоболочечным вирусам, содержащих однонитевую плюс РНК. Диаметр вируса около 30нм, вирион состоит из икосаэдрического капсида, окружающего однонитевую плюс РНК с протеином VPg. Капсид состоит из 12 пятиугольников (пентамеров), каждый из которых в свою очередь состоит из 5 белковых субъединиц-протомеров: VP1, VP2, VP3, VP4.

Семейство Реовирусы (Reoviridae) содержит 4 рода:

• Ортовирусы (желудочно-кишечные и респираторные инфекции)
• Арбивирусы (арбовирусные инфекции:вирус Кемерово переносится клещами, вирус синего языка овец переносится мокрицами)
• Колтивирусы (вирус колорадской клещевой лихорадки)
• Ротавирусы (диареи)

Вирион реовирусов имеет сферическую форму (диаметр 70-85нм), двухслойный капсид икосаэдрического типа, оболочки нет. Геном представлен двунитевой фрагментированной (10-12 сегментов) линейной РНК. Внутренний капсид и геномная РНК составляют сердцевину вириона. Внутренний капсид реовирусов содержит систему транскрипции: белки лямбда — 1, лямбда — 3, мю – 2. От сердцевины отходят шипы, представленные белком лямбда – 2. У ротавирусов внутренний капсид включает белки VP1, VP2, VP3, VP6. Наружный капсид реовирусов состоит из белков сигма – 1, сигма – 3, мю – 1с, а также белков лямбда – 2, выступаюших в виде шипов. Белок сигма – 1 является гемагглютинином и прикрепительным белком, белок мю – 1с обладает способностью заражать клетки кишечника и впоследствии поражать ЦНС.

Семейство Буньявирусы (Bunyaviridae) включает 5 родов:

• Буньявирусы (калифорнийский энцефалит, энцефалит Джеймстаун-каньон, энцефалит Ла-Кросс, лихорадки Тягиня, Инко, Гуароа – переносчиком вирусов являются комары, заболеваемость эндемична в 20 штатах США)
• Флебовирусы (москитная лихорадка или лихорадка паппатачи) резервуаром и переносчиком вируса являются самки москитов. Заболевание встречается в Европе (Средиземноморье), Азии (Иран, Пакистан), в Северной Африке, Италии, Португалии. Вспышки имели место в Закавказье, Крыму, Молдавии и Средней Азии.
• Нейровирусы (геморрагическая лихорадка Крым-Конго, основным резервуаром вируса в природе являются многие виды пастбищных клещей, заражение происходит через присасывание клещей. В России это заболевание встречается на территории Краснодарского, Ставропольского краев, Астраханской, Волгоградской и Ростовской областей, республик Дагестан, Калмыкия и Карачаево-Черкесии).
• Хантавирусы (ГЛПС-геморрагическая лихорадка с почечным синдромом)
• Тосповирусы непатогенны для человека и поражают растения

Вирионы имеют овальную или сферическую форму, диаметр 80-120нм. Это сложные РНК-геномные вирусы, содержащие три внутренних нуклеокапсида со спиральным типом симметрии. Каждый нуклеокапсид состоит из нуклеокапсидного белка N, одноцепочечной минус РНК и фермента транскриптазы. Три сегмента РНК, связанные с нуклеокапсидом, обозначают по размерам: L (long) – большой, M (medium) – средний, S (short) – малый. Сердцевина вириона окружена липопротеидной оболочкой, на поверхности которой находятся шипы – гликопротеины G1 и G2, которые кодируются М-сегментом РНК.

Семейство Тогавирусы (Togaviridae) состоит из 4 родов, 2 из которых играют роль в патологии человека:

1. Альфавирус (вирусы, передаваемые членистоногими, вызывают у человека заболевания, сопровождающиеся лихорадкой, высыпаниями на коже, развитием энцефалита и артрита, в Приморском крае – вирус лихорадки леса Семлики)
2. Рубивирус (вирус краснухи)

Геном их состоит из линейной однонитчатой плюс-РНК, окруженной капсидом (С-белок) с кубическим типом симметрии и состоящим из 32 капсомеров. Нуклеокапсид окружен наружной двухслойной липопротеидной оболочкой, на поверхности которой располагаются гликопротеины Е1, Е2, Е3, пронизывающие липидный слой. Диаметр вирионов- от 65 до 70 нм.

Семейство Флавивирусы (Flaviviridae) происходит от латинского flavus – желтый, по названию заболевания желтая лихорадка. Патогенные для человека входят в состав 2 родов:

• Флавивирус (желтая лихорадка, вирус клещевого энцефалита, вирус омской геморрагической лихорадки, вирус лихорадки денге, вирус японского энцефалита, вирус лихорадки Западного Нила)
• Гепацивирус (вирус гепатита С)

Это сложные РНК геномные вирусы сферической формы, их диаметр 40-60 нм. Геном состоит из линейной однонитчатой плюс-нитевой РНК, окруженной капсидом с кубическим типом симметрии. В состав нуклеокапсида входит один белок – V2. Нуклеокапсид окружен суперкапсидом, на поверхности которого содержится гликопротеин V3. На внутренней стороне суперкапсида расположен структурный белок V1.

Семейство Ортомиксовирусы (Orthomyxoviridae) включает в себя род:

Инфлюэнцавирус (вирус гриппа, который включает 3 серотипа: А, В,С)

Диаметр вирусной частицы 80-120 нм. Вирион имеет сферическую форму, В центре вириона расположен нуклеокапсид, имеющий спиральный тип симметрии. Геном вирусов гриппа представляет собой спираль однонитчатой сегментированной минус-нитевой РНК. Капсид состоит в основном из белка – нуклеопротеина (NР), а также белков полимеразного комплекса (Р). Нуклеокапсид окружен слоем матриксных и мембранных белков (М), которые участвуют в сборке вирусной частицы. Поверх этих структур располагается суперкапсид – наружная липопротеиновая оболочка, которая несет на своей поверхности шипики. Шипики образованы двумя сложными белками-гликопротеинами: гемагглютинином (Н) и нейраминидазой (N).

Семейство Парамиксовирусы (Paramyxoviridae), которое включает 2 подсемейства:

Подсемейство Парамиксовирусы:

• Морбилливирус (вирус кори)
• Респировирус (вирус парагриппа)
• Рубулавирус (вирус паротита, парагриппа)

Подсеемейство Пневмовирусы:

• Пневмовирус (респираторно-синцитиальный вирус (РС))
• Метапневмовирус (РС-вирус)

Вирион парамиксовирусов имеет сферическую форму, диаметр 150-300 нм, окружен оболочкой с гликопротеиновыми шипами. Под оболочкой находится спиральный нуклеокапсид, состоящий из нефрагментированной линейной однонитевой минус-РНК, связанной белками: нуклеопротеином (NР), полимеразой-фосфопротеином (Р) и большим (L) белком. Нуклеокапсид ассоциирован с матриксным (М) белком, расположенным под оболочкой вириона. Оболочка вириона содержит шипы – два гликопротеина: белок слияния (F), прикрепительный белок гемагглютинин-нейраминидаза (HN), гемагглютинин (Н) или (G ) белок.

Семейство Рабдовирусы (Rhabdoviridae) включает около 80 родов, вызывают заболевания животных и растений.

• Лассавирус (вирус бешенства)
• Везикуловирус (вирус везикулярного стоматита)

Вирионы имеют форму цилиндра с полукруглым и плоским концами (форма пули), размер вирионов 130х300х60х80. Состоят из двухслойной липопротеиновой оболочки и нуклеокапсида спиральной симметрии. Оболочка изнутри выстлана М-белком, а снаружи от нее отхоят шипы гликопротеина G. РНП нуклеокапсида состоит из геномной РНК и белков: N – белок, укрывающий как чехол РНК, L –белок и NS – белок, являющиеся транскриптазой вируса. Геном рабдовирусов представлен однонитевой нефрагментированной линейной минус-РНК.

Семейство Филовирусы (Filoviridae) содержит два рода:

• Род марбургподобных вирусов (африканская геморрагическая лихорадка Марбург)
• Род эболаподобных вирусов (африканская геморрагическая лихорадка Эбола)

Вирусы имеют вид длинных филаментов (80-1000нм) с оболочкой и однонитевой минус-РНК, заключенной в капсид. Содержит полимеразу. Симметрия капсида спиральная. На оболочке имеются шипы (спикулы).

Семейство Коронавирусы (Coronaviridae), включает в себя 1 род, объединяющий более 10 видов, вызывающих заболевания у человека и животных.

• Коронавирус (вызывает поражения респираторных органов, в т.ч. SARS, ЖКТ, нервной системы)

Вирионы округлой формы размером 80-220нм. Сердцевина вириона представлена спиральным нуклеокапсидом, содержащим однонитевую плюс-РНК. Нуклеокапсид окружен липидной оболочкой, покрытой снаружи булавовидными выступами – пепломерами. Пепломеры придают вирусной частице вид солнечной короны. В оболочку вириона встроены гликопротеины Е1 и Е2, которые отвечают за адсорбцию вируса на клетке и проникновение в клетку хозяина.

Семейство Ретровирусы (Retroviridae), которое влючает 7 родов:

• Альфаретровирус (вирусы лейкоза, саркомы птиц, саркомы Рауса кур)
• Бетаретровирус (вирус рака молочных желез мышей, эндогенный ретровирус человека, вирус обезьян)
• Гаммаретровирус (вирусы саркомы и лейкемии мышей, кошек, приматов)
• Дельтаретровирус (вирус лейкемии КРС, лимфотропные вирусы Т-клеток человека)
• Эпсилоретровирус (вирус саркомы кожи)
• Лентивирус (вирус иммунодефицита человека)
• Спумавирус (пенящие вирусы человека, обезьян, бычий синцитиальный вирус)

Ретровирусы имеют сферическую форму, размер 80-130нм. Вирион имеет оболочку и нуклеокапсидную сердцевину. Капсид икосаэдрический. Обратная транскриптаза связана с геномом однонитевой плюс- РНК. Вирусы содержат протеины: группового антигена (gag), полимеразный протеин (pol) и белки оболочки (env). Известно около 30 онкоантигенов.

Семейство Аренавирусы (Arenaviridae) включает род:

Аренавирус (вирусы лимфоцитарного хориоменингита, Ласа, Хунин, Мачупо, Гуанарито, вызывающие тяжелые геморрагические лихорадки)

Вирион имеет сферическую или овальную форму, диаметр около 120нм. Снаружи он окружен оболочкой с булавовидными гликопротеиновыми шипами GP1, GP2. Под оболочкой расположены 12-15 клеточных рибосом, капсид спиральный. Геном представлен двумя сегментами (L, S) однонитевой минус-РНК, кодируется 5 белков:L, Z, N, G.

Семейство Калицивирусы (Caliciviridae) содержит вирусы гастроэнтерита группы Норволк и вирус везикулярной экзантемы свиней.

Вирион безоболочечный, имеет икосаэдрический капсид с 32 чашеобразными углублениями (ямками). Форма сферическая, диаметр 27-38нм. На поверхности вириона различают 10 выступов, сформированных краями чашеобразных углублений. Геном – линейная, однонитевая плюс-РНК.

ДНК –содержащие вирусы:

Семейство Парвовирусы (Parvoviridae), состоящее из 2 подсемейств: парвовирусы и дензовирусы.

Парвовирусы, включающее 3 рода:

• Эритровирус (парвовирус человека В19 – возбудитель инфекционной эритемы)
• Парвовирус (вирус алеутской болезни норок, вирусы грызунов)
• Депендовирус (адено-ассоциированный вирус людей, обезьян, коров, собак)
• Парвовирусы необычайно маленькие (диаметр 18-26нм). Вирион безоболочечный. Икосаэдрический капсид заключает линейную однонитевую ДНК.

Семейство Паповавирусы (Papovaviridae) включает 2 рода:

• Папилломавирус (папилломавирусы человека)
• Полиомавирус (полиомавирусы человека)

Вирусы безоболочечные, диаметром 45-55нм. Икосаэдрический капсид содержит 2-3 белка и заключает кольцевидную двунитевую ДНК.

Семейство Аденовирусы ( Adenoviridae) включает 2 рода:

• Мастаденовирус (ОРВИ, фарингоконъюнктивиты, гастроэнтериты)
• Авиаденовирус (вирусы птиц)

Нуклеокапсид представляет собой сферические частицы диаметром 70-90нм. Капсид состоит из 252 капсомеров, построен по икосаэдрическому типу симметрии. Внешняя оболочка отсутствует. Геном состоит из линейной двунитевой ДНК.

Семейство Гепадновирусы (Hepadnaviridae) включает род

Ортогепадновирус (гепатит В)

Вирус гепатита В является сложноорганизованным ДНК-содержащим вирусом сферической формы, диаметр 42-47 нм. Он состоит из сердцевины, построенной по кубическому типу симметрии, состоящей из 180 белковых частиц, составляющих НВс – антиген и липидсодержащей оболочки, содержащий поверхностный НВs – антиген. Внутри сердцевины находятся ДНК, фермент ДНК-полимераза и концевой белок НВе – антиген. Геном представлен двунитевой ДНК кольцевой формы, у которой плюс-цепь укорочена, минус-цепь ковалентно связана с ДНК-полимеразой. Геном записан на минус-цепи и состоит из 4 генов-транскриптов: P, C, S, X.

Семейство Герпесвирусы (Herpesviridae) включает 3 подсемейства:

• подсемейство: альфагерпесвирусы (вирус простого герпеса тип 1, тип 2, вирус ветряной оспы – опоясывающего герпеса).
• подсемейство: бетагерпесвирусы (цитомегаловирус, герпес вирус человека тип 6, тип 7).
• подсеемейство: гаммагерпесвирусы (вирус Эпштейна-Барр)

Вирион герпесвируса имеет оавльную форму, диаметр 150-200нм. В центральной части вириона находится ДНК, окруженная икосаэдрическим капсидом, состоящим из 162 капсомеров. Снаружи вирус окружает оболочка с гликопротеиновыми шипами. Пространство между капсидом и оболочкой называется тегумент, который содержит вирусные белки и ферменты. Геном – двунитевая линейная ДНК. Она состоит у вируса простого герпеса и цитомегаловируса из двух фрагментов (короткого S и длинного L).

Семейство Поксивирусы (Poxiviridae), включающие 2 подсемейства: хордопоксивирусы, энтомопоксивирусы.

Хордопоксивирусы (вирусы оспы позвоночных) включает 8 родов.

Род ортопоксивирус (возбудитель натуральной оспы)

Вирионы поксивирусов имеют кирпичеобразную или овоидную форму (230х400нм). Один из самых крупных вирусов. Состоят из оболочки, наружной мембраны и сердцевины (ДНК и белки), расположенной между боковыми телами. Геном вириона – двунитевая линейная ДНК.

Семейство Цирциновирусы (Circinoviridae) содержит ТТ-вирус – безоболочечный ДНК-содержащий вирус, имеющий икосаэдрический тип симметрии, размер вириона 30-50нм. Он содержит кольцевую однонитевую минус – ДНК. Капсид состоит из белка VP1.