ВИРУСЫ

(лат. virus яд)

мельчайшие микроорганизмы, не имеющие клеточного строения, белоксинтезирующей системы и способные к воспроизведению лишь в клетках высокоорганизованных форм жизни. Они широко распространены в природе, поражают животных, растения и другие микроорганизмы. В. характеризуются рядом уникальных свойств, отличающих их от простейших, грибков, бактерий — микроорганизмов, имеющих клеточное строение и генетический материал, представленный двунитчатыми ДНК. Вирусы не имеют рибосом и цитоплазматических органелл, их воспроизводство обеспечивает клетка-хозяин. Молекула вирусного генома наделена необычайной способностью перестраивать жизнедеятельность клетки таким образом, что она перестает узнавать собственную генетическую информацию и функционирует в соответствии с генетической программой вируса, синтезируя вирусоспецифические молекулы. С этой точки зрения В. являются генетическими паразитами клетки.

Вирусы содержат нуклеиновую кислоту только одного типа: либо ДНК, либо РНК. РНК-содержащие В. — единственные представители в природе, имеющие генетический материал, представленный РНК. Вирусные геномы гаплоидны, т.е. содержат только одну копию генов, за исключением ретровирусов, геном которых является диплоидным. Генетический материал может иметь вид разнообразных структур (двунитчатых, однонитчатых, линейных, кольцевых, фрагментированных молекул). В основе необычного способа воспроизводства В. лежит разобщенный во времени и пространстве (на территории клетки) синтез вирусных нуклеиновых кислот и белков, которые затем независимо друг от друга прибывают к местам сборки вирусных частиц.

Природу В. как генетических паразитов клетки характеризует их способность к интеграции, т.е. к объединению вирусного генома с клеточным. Группа вирусных генов, являющихся частью клеточного генома, называется провирусом. Провирус способен длительное время существовать в виде так называемых молчащих генов, однако в соответствующих условиях он может активироваться, что приводит к развитию болезни. На способности В. к интеграции основан механизм персистенции В. в организме, с которой связано возникновение персистентных вирусных инфекций. Интеграция характерна для умеренных ДНК-содержащих бактериофагов, онкогенных ДНК-содержащих вирусов, для вируса гепатита В, обязательна для ретровирусов, к которым относятся онкогенные РНК-содержащие В. и вирусы иммунодефицита человека. Персистенция В. в организме возможна также при существовании их в клетке в виде кольцевых нуклеиновых кислот типа плазмид бактериальной клетки, реплицируемых самой клеткой. Такие кольцевые ДНК, лишенные собственных белков, описаны при персистенции паповавирусов, В. герпеса.

К вирусам близки вироиды и вирусоиды. Вироиды представляют собой небольшие по размерам молекулы кольцевой суперспирализованной РНК, лишенные белка: они вызывают болезни растений. Вирусоиды также являются лишенными белков молекулами РНК, они отличаются от вироидов зависимостью от вируса-помощника (дефектностью) и отсутствием способности кодировать синтез собственных белков.

Существует ряд агентов белковой природы, лишенных нуклеиновой кислоты и обладающих способностью вызывать энцефалопатии у человека и животных (типа болезни скрепи у овец) в результате прогрессирующего разрушения нервных клеток. Эти агенты получили название «прион» (белковая инфекционная частица). По-видимому, прион одновременно является индуктором какого-то клеточного гена, ставшего автономным.

Вирусы, вироиды, вирусоиды и даже прионы имеют нечто общее, их объединяющее. Они представляют собой автономные генетические структуры, способные функционировать и репродуцироваться в восприимчивых к ним клетках животных, растений и микроорганизмов.

Несмотря на чрезвычайную простоту строения, В. обладают всеми признаками жизни: способностью размножаться, наследственностью, изменчивостью, приспособляемостью к условиям окружающей среды, они занимают определенную экологическую нишу в природе, на них распространяются законы эволюции органического мира. Однако В. не являются организмами из-за отсутствия собственных белок-синтезирующих систем, разобщенного способа репродукции, способности интегрировать с клеточным геномом, наличия вироидов, прионов, вирусов-сателлитов и дефектных вирусов, генетических феноменов (множественной реактивации и комплементации).

Зрелая вирусная частица называется вирионом. У простых вирусов (например, вирусов полиомиелита) вирион состоит из одной молекулы нуклеиновой кислоты, окруженной белковым футляром — капсидом. Капсид вместе с нуклеиновой кислотой называется нуклеокапсидом. У более сложных вирусов (например, аденовирусов, ротавирусов) капсид окружает сердцевину, содержащую помимо нуклеиновой кислоты внутренние белки. У еще более сложно устроенных В. (вирусы гриппа, кори, бешенства, вирус иммунодефицита человека) капсид окружен липопротеиновой оболочкой — суперкапсидом (рис. 1). Капсид состоит из определенного количества капсомеров, связанных нековалентными связями, каждый из которых содержит несколько симметрично расположенных полипептидных цепей. Вирионы патогенных для человека В. имеют два типа симметрии. При спиральной симметрии капсомеры ассоциируются с геномом и образуют спиралевидную винтообразную структуру, при кубическом типе симметрии капсомеры формируют изометрическое полое тело, внутри которого находится геном Изометрические вирусные частицы имеют форму икосаэдра — многогранника, состоящего обычно из 60 или кратных 60 геометрически идентичных элементов.

Липопротеиновые оболочки В. являются дериватами плазматической мембраны или мембран цитоплазматических вакуолей, куда почкуются В. Поэтому липиды вирусной оболочки имеют такой же состав, как и липиды клетки-хозяина. В липопротеиновые оболочки В. встроены наружные вирусные белки, которые обычно представлены гликопротеидами. Эти белки формируют шипы на поверхности вирусной частицы, их функция связана с проникновением вируса в клетку. Наружные вирусные белки вызывают образование защитных, вирус-нейтрализующих антител.

Вирусные нуклеиновые кислоты характеризуются разнообразием форм. Вирусный геном может быть представлен как однонитчатыми, так и двунитчатыми молекулами РНК или ДНК, ДНК может быть как линейной, так и кольцевой молекулой, РНК — как линейной, так и фрагментированной, и вместе с белками нуклеокапсида образовывать кольцевые структуры В., содержащие однонитчатые РНК, делят на две группы. К одной группе относятся В., геном которых обладает свойствами информационной РНК, т.е. может связываться с рибосомами и кодировать вирусные белки. Такие В. обозначают как плюс-нитевые, или плюс-геномные (условно информационная РНК обозначена знаком плюс). Это пикорнавирусы, тогавирусы, коронавирусы, ретровирусы. Другая группа включает В., у которых функции информационной РНК выполняет РНК, комплементарная геному. Эти В. называют минус-нитевыми, или минус-геномными. Минус-нитевыми являются ортомиксовирусы, парамиксо-вирусы, рабдовирусы. Существуют В., содержащие как плюс-нитевые, так и минус-нитевые гены (амбисенс-вирусы). К ним относятся аренавирусы и буньявирусы.

В зараженной клетке вирусный геном кодирует синтез двух групп белков: структурных, входящих в состав образующихся вирионов, и неструктурных, которые обнаруживаются в зараженной клетке, но в состав вирионов не входят. Число структурных белков варьирует от 2—3 у простых В. до 100 и более у сложно организованных, например вирусов оспы. В зависимости от локализации в вирионе различают капсидные и суперкапсидные структурные белки. В составе капсида, помимо идентичных белков, образующих капсомеры, находится ряд других белков: геномные белки, ковалентно связанные с геномом, ферменты, осуществляющие транскрипцию и репликацию вирусного генома, белки с другими ферментативными функциями. Эти белки представлены в виде единичных молекул. Основной функцией собственно капсидных белков является защита генома от факторов внешней среды. Суперкапсидные белки (обычно гликопротеиды) относятся к типичным внутримембранным белкам. Их гликозилирование осуществляют клеточные ферменты в процессе синтеза и транспорта полипептида. Углеводный компонент защищает полипептид от протеаз, придает определенную конформацию молекуле, влияет на ее антигенные свойства. Все циркулирующие в природе В. принято делить на вирусы, поражающие позвоночных и человека, насекомых, растения и бактерии. Вирусы классифицируют на большие группы, называемые семействами (-viridae), которые подразделяют на подсемейства (-virinae), роды (genus) и типы. Основными критериями для характеристики семейства являются морфология вирионов, природа генома, репликация генома. Морфология вирионов включает размер, форму, симметрию нуклеокапсида, наличие суперкапсида. Деление на подсемейства и роды обусловлено такими критериями, как круг восприимчивых хозяев, патогенность, патологические изменения в клетках, феномены генетических взаимодействий, географическое распространение, способ передачи; наиболее частым признаком при делении на роды являются антигенные свойства (антигенные перекресты). Дифференциация на типы, подтипы, штаммы и варианты также основана на антигенных свойствах при использовании как поликлональных, так и моноклональных антител. Современная классификация охватывает ⁴/₅всех известных В. позвоночных и человека, из них 6 семейств включают ДНК-содержащие вирусы и 12 — РНК-содержащие.

Некоторые свойства этих семейств приведены в таблице. Схематическое изображение строения В., патогенных для человека, показано на рис. 2.

Таблица

Классификация, некоторые свойства и типовые представители ряда вирусов животных и человека

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| ДНК-содержащие вирусы |

|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| РНК-содержащие вирусы |