Общая вирусология презентация

Вирусы - это
мельчайшие инфекционные агенты
имеют молекулярную (неклеточную) организацию
обладают единственным типом нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК)
являются облигатными внутриклеточными паразитами
Вирусы

не имеют клеточного строения
имеют малые размеры (от 10 до 400 нм)
Свойства вирусов

обладают единственным типом нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК)
Свойства вирусов

строгие внутриклеточные паразиты
нет собственных метаболических и энергетических систем
используют рибосомы клетки хозяина для синтеза собственных белков
НК вируса может встраиваться в геном клетки, образуется провирус
способ размножения – дизъюнктивная репродукция: в клетке отдельно синтезируются НК и белки вирусов, а затем происходит их сборка в вирусные частицы
Свойства вирусов

Свойства вирусов

Вирион – вирус вне клетки
инертная частица
состоит из НК и белковой оболочки
способен кристаллизоваться
обладает инфекциозностью, т.е. может проникать в клетку, где называется «вирус»
Вирион и вирус

Вироиды (субвирусы) – небольшие молекулы кольцевой суперспирализованной РНК:
не содержат белка вызывают заболевания у растений
РНК вироидов не кодирует белки
Вироиды
Структура вироида веретеновидности клубней картофеля. Двуцепочечные участки разделяются одноцепочечными петлями

Морфология вирусов

В современной классификации вирусов выделяют следующие таксономические уровни:
порядок вирусов - окончание «-virales»
семейство – окончание «-viridae»
подсемейство – окончание «-virinae»
род – окончание «-virus»
вид – м.б. название местности, заболевания, хозяина, порядковый номер и др.
Пример: порядок Herpesvirales, семейство Herpesviridae, подсемейство Alphaherpesvirinae, род Varicellovirus
Классификация вирусов

Вид - монофилетическая группа вирусов, которая отличается от других видов по установленным множественным критериям.
«Монофилетическая группа вирусов» означает, что каждый представитель вида должен иметь единого общего предка в эволюции.
Это определяется методами молекулярной генетики.
Генетические расстояния между видами и внутри видов (мера дивергенции) устанавливаются путем секвенирования вирусных нуклеиновых кислот.
Таксономия вирусов

Для установления вида вируса необходимы дополнительные признаки:
АГ структура вируса
клеточный и тканевой тропизм
патогенность вируса
круг восприимчивых хозяев
пути передачи инфекции и ее переносчики
географическое распространение вируса и т.д.
Заболевания у человека вызывают более 300 видов вирусов примерно из 50 родов и 30 семейств
Установление вида вируса

Вирусы делятся на 7 групп в зависимости от:
типа НК ( ДНК или РНК )
полярности РНК ( + или – )
структуры НК (1н или 2н, линейная или кольцевая, фрагментированная или нефрагментированная)
наличия обратной транскрипции
типа симметрии
числа капсомеров
наличия или отсутствия внешней оболочки
Классификация вирусов по
Д. Балтимору (1971 г.)

2н ДНК
1н ДНК
2н РНК
1н (+) РНК
1н (-) РНК 1н (+) РНК с обратной транскриптазой
2н ДНК с обратной транскриптазой
Семь групп вирусов

Генетические варианты (генотипы вируса) - определяют методами молекулярной гибридизации, ПЦР, секвенирования нуклеиновых кислот
Серологические (АГ) варианты или вирусные серотипы определяют в реакциях со специфическими АТ– РБН, ИФА, РИФ, РТГА, РСК и др.
Внутривидовая дифференциация

«Изолят» - выделенная от пациента чистая культура вируса
Штамм – выделенная из определенного источника генетически однородная популяция вирусов, обладающая установленным набором свойств, по которым ее отличают от других популяций вирусов того же вида
Варианты одного и того же вируса не являются генетически стабильными (мутации, рекомбинации)
Внутривидовая дифференциация

Квазивиды
Квазивид – набор генетически близкородственных вариантов вирусов («генетическое облако»), возникающих вследствие мутаций из первоначального вируса в ходе инфекционного процесса в организме хозяина

Под действием системы иммунитета происходит отбор устойчивых квазивидов (линий) вируса, что может привести:
к хроническому течению вирусного процесса
к развитию резистентности к противовирусной терапии
Квазивиды

Простые вирусы
НК и одна оболочка (капсид, который состоит из белков – капсомеров)
форма укладки капсомеров определяет тип симметрии вирусов
Строение вирусов
Нуклеокапсид

Сложные вирусы
имеют наружную оболочку - суперкапсид
в составе суперкапсида - внутренний матриксный слой (М-белок), липиды и углеводы из мембран клетки хозяина
на поверхности суперкапсида есть гликопротеиды, которые образуют шипы, фибры для адгезии на рецепторах клетки
Строение вирусов
НК + капсид + суперкапсид

Спиральный, когда капсомеры укладываются по спирали – винтообразная структура нуклеокапсида
Типы симметрии вирусов

Кубический (икосаэдрический), когда капсомеры укладываются по граням многогранника
Типы симметрии вирусов

Смешанный тип симметрии, сочетающий оба варианта (бактериофаг: головка – кубический тип; отросток - спиральный)
Типы симметрии вирусов

Вирусные белки

Капсидные (NP) – капсомеры, защищают НК, определяют тип симметрии, являются АГ
Суперкапсидные – гликопротеиды, формируют шипы на поверхности суперкапсида:
адресные –распознают рецепторы на чувствительных клетках
прикрепительные - взаимодействуют со специфическими рецепторами клетки
слияния (M и F) – способствуют проникновению вируса в клетку
Структурные белки

предшественники вирусных белков
РНК- и ДНК-полимеразы, транскриптазы, интегразы – участвуют в репликации вирусного генома
регуляторные белки – участвуют в репродукции вируса
Неструктурные белки

Функции вирусных белков

Функции липидов:
входят в состав суперкапсида
продукты мембраны клеток хозяина обусловливают инфекциозность вируса
определяют чувствительность вируса к детергентам
стабилизируют вирусную частицу
Липиды

Функции углеводов:
входят в состав гликопротеидов суперкапсида, располагаются в шипах или в фибрах
являются составной частью гемагглютинина (Н или НА ) многих вирусов, который вызывает РГА и обладает АГ специфичностью
Углеводы

вирионные - ферменты транскрипции и репликации (ДНК- и РНК-полимеразы, обратная транскриптаза)
вирусиндуцированные – закодированы в вирусном геноме, появляются в клетке в процессе репродукции вирусов (РНК- и ДНК-полимеразы)
Ферменты

хранители генетической информации
Вирусная ДНК:
1н или 2н, фрагментированная, нефрагментированная, линейная, кольцевая
на концах есть повторы, которые являются маркерами для отличия вирусной ДНК от клеточной
повторы обеспечивают способность ДНК замыкаться в кольцо для репликации, транскрибирования и встраивания в клеточный геном
Нуклеиновые кислоты

Вирусная РНК может быть: 1н или 2н, линейная или кольцевая, фрагментированная или нефрагментированная
2 основные группы вирусов с 1н РНК:
(+) РНК – смысловая цепь
(-) РНК – антисмысловая цепь
Вирусная РНК

Характеристика (+) РНК:
обладает функциями иРНК
является инфекционной
может передавать генетическую информацию на рибосомы
имеет специальный концевой участок (кэп или «шапочка») для специфического узнавания рибосом
Вирусная (+)РНК

Характеристика (-) РНК:
не обладают инфекционностью
выполняет только наследственную функцию не обладает функцией иРНК
В зараженной клетке на матрице вирусной (-)РНК происходит синтез (+)РНК при помощи фермента РНК-полимеразы
Вирусная (-)РНК

Репродукция вирусов

Адсорбция вируса происходит при помощи адресных и прикрепительных белков на специфических рецепторах чувствительной клетки
Адсорбция вируса

эндоцитоз (виропексис) - инвагинация клеточной мембраны, образование эндосомы, передвижение в разные участки цитоплазмы или в ядро клетки
слияние - осуществляется с помощью вирусных капсидных или суперкапсидных белков, которые сливаются с ЦПМ клетки хозяина
Проникновение вируса в клетку

Происходит освобождение НК вируса от оболочек и проникновение ее в цитоплазму или в ядро клетки
Депротеинизация начинается сразу после прикрепления вириона к рецепторам клетки и продолжается в эндоцитарной вакуоли, а также в ядерных порах и околоядерном пространстве
Депротеинизация или «раздевание»

Биосинтез вирусов

У большинства ДНК- вирусов транскрипция (образование иРНК) и репликация (синтез новой геномной ДНК) происходит в ядре инфицированной клетки
Транскрипция идет с помощью клеточной ДНК-зависимой РНК-полимеразы, затем происходит синтез вирусных белков
Репликация: среди «ранних» белков есть фермент вирусная ДНК-полимераза, которая на матрице вирусной ДНК выполняет в ядре синтез новых молекул ДНК вируса
Репродукция ДНК вирусов
ДНК→ иРНК→ белок

Транскрипция: (+) РНК является матрицей для новых молекул РНК, на которых в рибосомах синтезируются вирусные белки
Репликация: вирусная РНК-полимераза строит промежуточную антисмысловую (–)РНК цепь. При этом в клетке временно образуется фрагмент двухцепочечной РНК
По матрице (–) цепи РНК синтезируется геномная РНК (+) цепь
Репродукция (+)РНК вирусов
(+)РНК = иРНК→ белок
(+)РНК → (-)РНК → (+)РНК

(-)РНК вирусы имеют РНК-полимеразу для синтеза смысловой цепи (+)РНК, которая обеспечивает синтез вирусных белков и является матрицей для синтеза геномной вирусной (-) РНК
Репродукция (-)РНК вирусов
(-)РНК→ (+)РНК→ белок
(+)РНК → (-)РНК = геном вируса

Обратная транскриптаза индуцирует синтез ДНК на матрице вирусной РНК (обратная транскрипция)
На матрице 1ДНК-цепи синтезируется комплементарная цепь, образуется кольцевая 2-нитевая ДНК, которая встраивается в геном клетки (провирус)
Репродукция ретровирусов
РНК→ 1нДНК→ 2нДНК→ геном клетки
2нДНК → иРНК → белок
2нДНК → (+)РНК = вирусный геном

Самосборка вирионов происходит в результате специфического взаимодействия вирусных белков и НК, которые соединяются электростатическими, гидрофобными и водородными связями
Выход вирионов из клетки:
путем взрыва оболочки, что характерно для простых вирусов (клетка погибает)
путем почкования, обычно для вирусов, имеющих суперкапсид, при этом клетка сохраняет жизнеспособность
Репродукция вирусов

Почкование вирионов

продуктивная инфекция – образование новых вирусов с выходом их из клетки и заражением соседних клеток (острая инфекция)
абортивная инфекция – репродукция и образование новых вирионов не происходят, инфекционный процесс прерывается
персистирующая инфекция (как вариант продуктивной) – репродукция вирусов происходит длительно и постоянно, но на более низком уровне
латентная инфекция – вирус постоянно присутствует в клетках, но репродукции вируса не определяется, или она происходит редко (скрытая инфекция)
интегративная инфекция (вирогения) – происходит встраивание вирусной ДНК в геном клетки-хозяина с образованием провируса (например, у ретровирусов)
Взаимодействие вируса с клеткой

трансформирующая инфекция – длительно протекает, сопровождается опухолевой трансформацией зараженных клеток (вирусные гепатиты С и В, инфекция папилломавирусом человека)
персистирующий и латентный варианты характерны для хронической вирусной инфекции с периодами обострения и ремиссии, а также для вирусоносительства
Взаимодействие вируса с клеткой

Для культивирования вирусов используют:
куриные эмбрионы
культуры клеток
лабораторных животных
Культивирование вирусов

Культивирование в курином эмбрионе

Культивирование в курином эмбрионе
Заражение в аллантоисную полость
Заражение в амнион
Заражение в желточный мешок

Куриный эмбрион - удобная модель для культивирования вирусов, т.к. полости его стерильны, защищены твердой оболочкой
Индикация вируса в курином эмбрионе:
гибель эмбриона
помутнение хорион-аллантоисной оболочки
образованию бляшек на оболочке
РГА (реакция гемагглютинации под действием гемагглютинина вирусов)
Культивирование вирусов в курином эмбрионе

Лабораторных животных заражают с учетом тропизма вирусов (интраназально, субдурально, перорально и т.д.)
Индикация - типичные признаки заболевания и патоморфологические изменения в органах
Использование лабораторных животных

Используют эмбриональные и опухолевые ткани человека и животных, обладающие активной способностью к росту и размножению
Для культивирования культур клеток необходимы специальные питательные среды ( среда 199, Игла, RPMI и др.)
Метод культур клеток

однослойные – клетки прикрепляются и размножаются в один слой на поверхности культурального сосуда (пластикового или стеклянного флакона, матраса или планшета)
суспензионные – клетки размножаются по всему объему жидкой питательной среды
Культуры клеток

3D-клеточные культуры – искусственно сформированные многослойные клеточные культуры, заключенные в белковый или гелевый матрикс
органные культуры – фрагменты органов или тканей в питательной среде (в настоящее время применяются редко)
Культуры клеток

трансфецированные культуры клеток – методом генной инженерии вводят вирусные гены, кодирующие вирусные белки, для их последующей экспрессии
эти белки могут быть использованы в качестве вирусных диагностикумов или экспериментальных вакцин
Метод культур клеток

первичные – жизнеспособны в течение 1-3 недель, выдерживают обычно 1-2 пассажа и в дальнейшем погибают
перевиваемые – способны размножаться в лабораторных условиях длительное время (HeLa)
диплоидные (полуперевиваемые) –содержат неизмененный диплоидный геном и способны поддерживаться в течение 40-50 и более пассажей
Однослойные культуры клеток

ЦПД (цитопатическое действие вируса)
образование включений
появление бляшек
РГА
цветная реакция
Индикация вирусов в культуре клеток

Методы:
Экспресс-диагностика
Вирусологический метод
Серологический метод
Лабораторная диагностика вирусных инфекций

В клиническом материале обнаруживают:
геном вируса - ПЦР, молекулярная гибридизация
вирус или его АГ - ИФА, РПГА, электронная микроскопия, иммуноэлектронная микроскопия
Экспресс-диагностика

Состоит из 3 этапов:
выделение вируса
индикация
идентификация
Выделение вируса из клинического материала проводят путем заражения культур клеток, или куриных эмбрионов, или лабораторных животных
Индикация – в зависимости от метода культивирования
Вирусологический метод:

Идентификация :
в основе лежит реакция нейтрализации вирусов противовирусными сыворотками применяют ИФА, РПГА, РТГА, РБН
Вирусологический метод

проводят с парными сыворотками больного, взятыми в острой фазе заболевания и через 10-14 дней
обнаруживают четырехкратное (и более) увеличение титра АТ
также выявляют АТ класса IgM - признак первичного иммунного ответа
Иногда определяют АГ ( HBs АГ при гепатите В)
Серологическая диагностика

По происхождению:
биологические препараты
химиотерапевтические средства
Биологические:
противовирусные антитела, иммуноглобулины и сыворотки
генно-инженерные интерфероны
Лечение вирусных инфекций

Мишени для противовирусных препаратов:
адсорбция
проникновение вируса в клетку
депротеинизация
транскрипция репликация
сборка вирусов
выход вирусов из клетки
Химиотерапевтические противовирусные препараты

I. Препараты, действующие на вирионы вне клетки:
антисептики (этанол, гипохлорит, пероксид водорода, нитрат серебра, глютаровый альдегид, хлоргексидин, эфиры) – действует на липиды суперкапсиды сложных вирусов
оксолин (риновирусная инфекция, профилактика гриппа)
Химиотерапевтические противовирусные препараты

II. Препараты, блокирующие адсорбцию и проникновение вирусов в клетку (ингибиторы входа/слияния): маравирок (ВИЧ)
III. Препараты, блокирующие депротеинизацию вирусов:
производные адамантана (ремантадин, амантадин)
Химиотерапевтические противовирусные препараты

IV. Препараты, блокирующие внутриклеточную репродукцию вирусов:
А. Препараты, подавляющие синтез вирусных нуклеиновых кислот в клетке
А1. Средства, блокирующие синтез вирусной ДНК - ацикловир, ганцикловир
Ингибиторы обратной транскриптазы – азидотимидин (ВИЧ)
Химиотерапевтические противовирусные препараты

А2. Средства, блокирующие синтез вирусной РНК:
рибавирин ингибирует РНК-полимеразу (респираторные инфекции, ВГС и др.)
софосбувир – высокоэффективный ингибитор синтеза РНК вируса гепатита С
В. Ингибиторы вирусных протеаз:
В.1. Ингибиторы протеазы ВИЧ (саквинавир, индинавир)
В.2. Ингибиторы протеазы вируса гепатита С (симепревир и др.)
Химиотерапевтические противовирусные препараты

С. Ингибиторы интегразы ВИЧ
ралтегравир и элвитегравир специфически ингибируют интегразу ВИЧ – фермент, который после обратной транскрипции производит встраивание цепи ДНК ВИЧ в ДНК человека
D. Ингибиторы вирусных регуляторных белков
ледипасвир – специфический ингибитор регуляторного неструктурного белка вируса гепатита С NS5A
Химиотерапевтические противовирусные препараты

V. Препараты, ингибирующие сборку вирусных частиц:
ледипасвир при ВГС
VI. Препараты, нарушающие выход вируса из зараженной клетки:
ингибиторы нейраминидазы вируса гриппа – озельтамивир и занамивир
Химиотерапевтические противовирусные препараты

VII. Препараты, стимулирующие противовирусный иммунитет:
индукторы интерферона (кагоцел, ларифан, амиксин, циклоферон, полудан)
арбидол, арпетол
Во многих случаях наиболее эффективна комбинированная терапия
Химиотерапевтические противовирусные препараты