Вирусы, что это такое? Виды, устройство, формы, размножение

Вирусы — это микроскопические патогены, заражающие клетки живых организмов для самовоспроизводства. Они состоят из одного вида нуклеиновой кислоты (или ДНК или РНК, но не обе вместе), которая защищена оболочкой, содержащей белки, липиды, углеводы или их комбинацию. Размер типичного вируса варьируется от 15 до 350 нм, поэтому его можно увидеть только с помощью электронного микроскопа.

В 1892 году русский ученый Д.И. Ивановский впервые доказал существование ранее неизвестного типа возбудителя болезней, это был вирус мозаичной болезни табака. А в 1898 году Фридрих Лоффлер и Пол Фрош нашли доказательства того, что причиной ящура у домашнего скота была инфекционная частица, которая меньше, чем любая бактерия. Это были первые шаги к изучению природы вирусов, генетических образований, которые лежат где-то в серой зоне между живыми и неживыми состояниями материи. На текущий момент описано около 6 тыс. вирусов, но их существует несколько миллионов.

Строение вирусов

Вне клеток-хозяев вирусы существуют в виде белковой оболочки (капсида), иногда заключенного в белково-липидную мембрану. Капсид обволакивает собой либо ДНК, либо РНК, которая кодирует элементы вируса. Находясь в такой форме вне клетки, вирус метаболически инертен и называется вирионом.

Простая структура, отсутствие органелл и собственного метаболизма позволяет некоторым вирусам кристаллизоваться, т.е. они могут вести себя подобно химическим веществам. С появлением электронных микроскопов было установлено, что их кристаллы состоят из тесно прижатых друг к другу нескольких сотен миллиардов частиц. В одном кристалле вируса полиомиелита столько частиц, что ими можно заразить не по одному разу всех жителей Земли.

Формы вирусов

Вирусы встречаются в трех основных формах. Они бывают:

1. Сферическими (кубическими или полигидральными). Вирусы герпеса, типулы, полиомы и т.д.
2. Спиральными (цилиндрическими или стержнеобразными). Вирусы табачной мозаики, гриппа, эпидемического паротита и др.
3. Сложными. Например, бактериофаги.

Сфера, спираль и сложная ассиметричная формы вирусов (ПостНаука/YouTube)

Проникновение вирусов в клетку-хозяина

Капсид в основном защищает нуклеиновую кислоту от действия клеточного нуклеазного фермента. Но некоторые белки капсида способствуют связыванию вируса с поверхностью клеток-хозяев, и работают, как ключики, вставляемые в нужные замочки. Другие поверхностные белки действуют как ферменты, они растворяют поверхностный слой клетки-хозяина и таким образом помогают проникновению нуклеиновой кислоты вируса в клетку-хозяина.

Вирусные популяции используют механизмы и метаболизм клетки-хозяина, чтобы произвести множество своих копий, которые собираются в клетке, пока не «выжмут из нее все соки», а затем выходят из погибшей клетки. Это наиболее частый сценарий, но не единственный.

Жизненный цикл вирусов сильно отличается у разных видов, но существует шесть основных этапов жизненного цикла вирусов:

1. Прикрепление
2. Проникновение
3. Сброс капсида («раздевание»)
4. Репликация
5. Сборка
6. Выход из клетки

Присоединение к клетке-хозяину представляет собой специфическое связывание между вирусными капсидными белками и рецепторами на клеточной поверхности. Эта специфика определяет хозяина вируса.

Проникновение следует за прикреплением: вирионы проникают в клетку-хозяина через рецептор-опосредованный эндоцитоз или слияние мембран. Это часто называют вирусной записью.

Проникновение вирусов в клетку достигается за счет:

• Образования пор
• Слияния мембран
• Ретракции пилуса
• Выброса
• Проницаемости
• Механизмов эндоцитоза

Мембраны растительных и грибковых клеток отличаются от мембран животных клеток. Растения имеют жесткую клеточную стенку из целлюлозы, а грибы – из хитина, поэтому большинство вирусов могут проникать внутрь этих клеток только после травмы («пробивания») клеточной стенки. Бактерии, как и растения, имеют прочные клеточные стенки, которые вирус должен разрушить, чтобы заразить клетку. Учитывая, что бактериальные клеточные стенки намного тоньше стенок растительных клеток из-за их гораздо меньшего размера, некоторые вирусы выработали механизмы ввода своего генома в бактериальную клетку через клеточную стенку, оставляя вирусный капсид снаружи. У прокариот происходит слияние мембран, образование пор через прокалывающее устройство.

Размножение вирусов

После того, как вирусный геном освобождается от капсида, начинается его транскрипция или трансляция. Именно эта стадия вирусной репликации сильно различается между ДНК- и РНК-вирусами и вирусами с противоположной полярностью нуклеиновой кислоты. Этот процесс завершается синтезом новых вирусных белков и генома (точных копий внедрённых).

Механизм репликации зависит от вирусного генома.

• ДНК-вирусы обычно используют белки и ферменты клетки-хозяина для получения дополнительной ДНК, она транскрибируется в РНК-мессенджер (мРНК), которая затем используется для управления синтезом белка.
• РНК-вирусы обычно используют ядро ​​РНК в качестве матрицы для синтеза вирусной геномной РНК и мРНК. Вирусная мРНК направляет клетку-хозяина на синтез вирусных ферментов и капсидных белков и сборку новых вирионов. Конечно, есть исключения из этого шаблона. Если клетка-хозяин не обеспечивает ферменты, необходимые для репликации вируса, вирусные гены предоставляют информацию для прямого синтеза отсутствующих белков.

Чтобы преобразовать РНК в ДНК, вирусы должны содержать гены, которые кодируют вирус-специфический фермент обратной транскриптазы. Она транскрибирует матрицу РНК в ДНК. Обратная транскрипция никогда не происходит в неинфицированных клетках. Необходимый фермент, обратная транскриптаза, происходит только от экспрессии вирусных генов в инфицированных клетках.

После того, как процесс репликации «поставлен на поток», готовые копии вируса отпочковываются и заражают другие клетки-хозяина. Другим вариантом выхода вируса из клетки является лизис. В этом случае клетка разрывается, высвобождая копии вируса.

Книга по теме: Вирусы: Скорее друзья, чем враги

Вироиды

Вироиды – это наименьшие из известных патогенов, они представляют собой голые круглые одноцепочечные молекулы РНК, которые не кодируют белок капсида, а реплицируются автономно при попадании в клетку растения-хозяина. Первый вироид был открыт в 1971 году, и он вызывает болезнь картофеля («веретенообразность» клубней). С тех пор было обнаружено 29 других вироидов длиной от 120 до 475 нуклеотидов.

Вироиды заражают только растения. Одни вызывают экономически важные заболевания сельскохозяйственных культур, в то время как другие являются доброкачественными. Двумя примерами экономически важных вироидов являются кокосный cadang-cadang (он вызывает массовую гибель кокосовых пальм) и вироид рубцовой кожицы яблок, который безнадежно портит товарный вид яблок.

30 известных вироидов были классифицированы в две семьи.

• Члены семейства Pospiviroidae, названные по имени вироида клубневого веретена картофеля, имеют палочковидную вторичную структуру с небольшими одноцепочечными областями, имеет центральную консервативную область, и реплицируются в ядре клетки.
• Avsunviroidae, названный в честь вироида авокадо, имеет как палочковидную, так и разветвленную области, но не имеет центральной консервативной области и реплицируется в хлоропластах растительной клетки.

В отличие от вирусов, которые являются паразитами механизма трансляции хозяина, вироиды являются паразитами клеточных транскрипционных белков.

Бактериофаги

Бактериофаги являются вирусами, которые заражают и используют для своего размножения бактерии. Эти вирусы были независимо обнаружены Фредериком У. Твортом в Великобритании (1915 г.) и Феликсом д’Эрелем во Франции (1917 г.). D’Hérelle ввел термин бактериофаг, означающий «пожиратель бактерий», чтобы описать бактерицидную способность открытого им инфекционного агента.

Характеристика бактериофагов

Существуют тысячи разновидностей фагов, каждый из которых может заразить только один тип или несколько близких типов бактерий или архей. Фаги классифицируются по ряду семейств вирусов; например:

• Inoviridae
• Microviridae
• Rudiviridae
• Tectiviridae и т.д.

Как и все вирусы, фаги являются простыми организмами, которые состоят из ядра генетического материала (нуклеиновой кислоты), окруженного капсидом белка. Нуклеиновая кислота может представлять собой либо ДНК, либо РНК, и может быть двухцепочечной или одноцепочечной.

Существует три основных структурных формы фага:

1. Икосаэдрическая (20-сторонняя) головка с хвостом
2. Икосаэдрическая головка без хвоста
3. Нитевидная форма

Вирулентные и умеренные фаги

Во время заражения фаг прикрепляется к бактерии и вставляет в нее свой генетический материал. После этого фаг обычно следует одному из двух жизненных циклов: литическому (вирулентному) или лизогенному (умеренному).

Литические, или вирулентные, фаги захватывают механизм клетки, чтобы скопировать компоненты фага. Затем они разрушают или лизируют клетку, высвобождая новые частицы фага.

Лизогенные, или умеренные, фаги включают свою нуклеиновую кислоту в хромосому клетки-хозяина и реплицируются с ней как единое целое, не разрушая клетку. При определенных условиях лизогенные фаги могут индуцироваться в соответствии с литическим циклом.

Существуют и другие жизненные циклы, в т.ч. псевдолизогенез и хроническая инфекция. При псевдолизогении бактериофаг проникает в клетку, но не использует механизм репликации клеток и не интегрируется в геном хозяина, просто как бы прячется внутри бактерии, не нанося ей никакого вреда. Псевдолизогенез возникает, когда клетка-хозяин сталкивается с неблагоприятными условиями роста и, по-видимому, играет важную роль в выживании фага, обеспечивая сохранение генома фага до тех пор, пока условия роста хозяина снова не станут благоприятными.

При хронической инфекции новые фаговые частицы образуются непрерывно и длительно, но без явного уничтожения клеток.

Фаговая терапия

Вскоре после открытия фаги начали использовать для лечения бактериальных заболеваний человека, таких как бубонная чума и холера. Но фаговая терапия тогда не была успешной, и после открытия антибиотиков в 1940-х годах она была практически заброшена. Однако с появлением устойчивых к антибиотикам бактерий терапевтическому потенциалу фагов уделяется все больше внимания.

Наше время с антибиотиками заканчивается. В 2016 году женщина в штате Невада умерла от бактериальной инфекции, вызванной Klebsiella pneumoniae, которая была устойчивой ко всем известным антибиотикам. Бактерии, устойчивые к колистину, антибиотику последней инстанции, были обнаружены на свинофермах в Китае. В настоящее время бактерии приспосабливаются к антибиотикам быстрее, чем когда-либо.

Тем временем ученым требуется десять или более лет, чтобы разработать новый антибиотик и получить разрешение на его применение. В итоге мы проигрываем бактериям в этой «гонке вооружений». Человечеству срочно нужен альтернативный метод борьбы с бактериальными инфекциями. Одним из самых перспективных методов уничтожения бактерий является использование бактериофагов: вирусов, которые заражают и убивают бактерии.

Вирусные инфекции, симптомы, лечение, диагностика

Вирус представляет собой микроорганизм, намного меньший, чем грибки или бактерия. Вирус может заражать все формы жизни, включая бактерии и археи, вторгаясь в живую клетку для последующей репликации.

Частицы вируса (вирионы) не находятся в инфицированной клетке, они прикрепляются к клетке хоста (хозяина), входят в нее высвобождая свою ДНК или РНК. ДНК, РНК вируса – это генетический материал, содержащий информацию необходимую для копирования. Инфицированная клетка погибает, потому что вирус не позволяет ей выполнять свои обычные функции. При разрушении она выпускает новые вирионы, которые продолжают заражать другие клетки. Вирусные частицы состоят из двух или трех частей:

• Генетического материала, полученного из ДНК или РНК
• Длинных молекул несущих генетическую информацию
• Белкового покрытия — капсид

Вирусы классифицируются в зависимости от того, какую нуклеиновую кислоту используют для репликации:

1. ДНК-вирусы – Репродуцируются в ядрах клеток, менее изменчивы и способны к длительной вегетации в организме хозяина. Вызывают такие заболевания как: кератит, энцефалит, герпес и др.
2. РНК-вирусы – не имеют ДНК, репликация происходит в цитоплазме. Генетическая информация содержится в РНК и подвержена мутации. Включают в себя ретровирусы, такие как ВИЧ, корь, грипп, ротавирус, энтеровирус и др.

Вирионы не всегда убивают клетки, которые они заражают, а вместо этого изменяют их функции. Иногда инфицированная клетка теряет контроль над нормальным делением и становится злокачественной. Некоторые из вирусов, такие как вирусы герпеса, оставляют свой генетический материал в ядре-хозяине, где материал остается бездействующим в течение длительного времени (так называемая латентная инфекция). Когда клетка нарушена, вирионы снова начинают реплицировать, вызывая заболевание.

«Вы знали? Вирус контролирует заражаемую им клетку, заставляя ее создавать больше вирионов»

Распространение

Вирусные инфекции могут распространяться по-разному. Самый быстрый способ — связаться с зараженным человеком или зараженной поверхностью. Дети постоянно касаются своих носов и рта, затем касаются других предметов, оставляя за собой микробы.

Вирусы обычно заражают один конкретный тип клетки. Например, обычные холодные вирусные инфекции заражают верхние дыхательные пути. Кроме того, большинство вирусов заражают только несколько видов растений или животных, а многие из них передаются только людям. Вирусы передаются различными способами: проглатываются; вдыхаются; распространяются через укусы насекомых, таких как москиты, мухи или клещи. Некоторые из них распространяются половым путем или во время переливания зараженной крови.

Защита от вирусных инфекций

Тело человека имеет ряд защит против вирусов. Физические барьеры, такие как кожа, препятствуют легкому входу. Зараженные клетки также делают интерфероны — вещества, которые могут сделать неинфицированные клетки более устойчивыми к вирусам.

Когда вирус попадает в организм, он вызывает иммунную защиту организма. Эта защита начинается с белых кровяных клеток, таких как лимфоциты и моноциты, обладающие способностью атаковать и уничтожать вирионы или клетки, которые они заразили. Если организм переживает вирусную атаку, некоторые из белых кровяных клеток помнят захватчика и способны быстрее и эффективнее реагировать на последующую инфекцию одним и тем же вирусом. Такой ответ называется иммунитетом. Иммунитет можно также получить путем вакцинации.

Диагностика

1. Оценка врача
2. Анализ крови
3. Для инфекций, которые происходят в эпидемиях, наличие других подобных случаев

Обычные вирусные инфекции (такие, как корь, краснуха или ротавирус и герпес) могут быть диагностированы на основании симптомов.

Инфекции, которые возникают при эпидемиях (например, гриппе), присутствие других подобных случаев может помочь врачам идентифицировать конкретную инфекцию.

Для других инфекций могут проводиться анализы крови и культуры (растущие микроорганизмы в лаборатории из образцов крови, жидкости организма или другого материала, взятого из зараженной области). Методы цепной реакции полимеразы (ПЦР) используются для изготовления многих копий вирусного генетического материала, что позволяет врачам быстро и точно идентифицировать вирус. Тесты иногда выполняются быстро — например, когда инфекция представляет серьезную угрозу для здоровья населения или когда симптомы серьезны.

Лечение

Лучший способ лечения человеческих вирусов будет зависеть от силы иммунной системы человека, общего состояния здоровья, возраста, тяжести состояния и типа вовлеченных вирусов.

Незначительные заболевания, вызванные вирусными инфекциями, обычно требуют симптоматического лечения, в то время как более тяжелые условия могут потребовать расширенного медицинского лечения, а иногда и госпитализации. Комбинация вариантов лечения, таких как обычная медицина, дополнительная терапия и натуральная медицина, может помочь эффективно бороться с инфекцией, контролировать симптомы и укреплять иммунный ответ.

Лечение симптомов

Для многих вирусов нет специальных методов лечения. Тем не менее некоторые вещи могут помочь облегчить некоторые симптомы, такие как:

• Обезвоживание: много жидкостей, иногда внутривенно
• Диарея: лоперамид
• Лихорадка и боли: ацетаминофен или нестероидные противовоспалительные препараты (НПВП)
• Тошнота и рвота: диета с чистой жидкостью и иногда противорвотное (противоопухолевое) лекарственное средство, такое как ондансетрон
• Сыпь: успокаивающие или увлажняющие кремы, антигистамин для зуда
• Острый насморк: носовые противозастойные средства, такие как фенилэфрин или фенилпропаноламин
• Боли в горле: лекарственные препараты, содержащие бензокаин или диклонин

Противовирусные препараты

Многие антивирусные препараты работают, мешая тиражированию вирусов путем, взаимодействия с репликацией вирусов и способствуя укреплению иммунного ответа на вирусную инфекцию. Эти препараты включают несколько типов интерферонов, иммуноглобулинов и вакцин:

• Препараты интерферона представляют собой копии естественных веществ, которые замедляют или останавливают вирусную репликацию.
• Иммунный глобулин представляет собой стерилизованный раствор антител (также называемых иммуноглобулинами), собранных у группы людей.
• Вакцины — это материалы, которые помогают предотвратить инфекцию, стимулируя естественные защитные механизмы организма.

«Некоторые виды лечения могут быть неприемлемыми для детей грудного и раннего возраста»

Вирусные инфекции распространены среди людей всех возрастов, но часто, похоже, сконцентрированы у младенцев и детей. Большинство детских вирусных инфекций не являются серьезными и включают такие разнообразные болезни, как простуда с больным горлом, рвота и диарея и лихорадка с сыпью. Вирусы, вызывающие более серьезные заболевания, такие как корь, сегодня менее распространены из-за иммунизации населения.

Вирусные инфекции у детей

Большинству детей с вирусными инфекциями становятся лучше без лечения. Многие вирусы настолько отличаются, что родители могут сами определить болен ли их ребенок потенциально серьёзной инфекцией нуждаясь в немедленной медицинской помощи, или будет достаточно предпринять соответствующие меры в домашних условиях.

Многие вирусы приводят к лихорадке, боли в теле или дискомфорту – опытный врач легко диагностирует заболевание на основании этих симптомов, ему обычно не требуется чтобы лаборатория идентифицировала конкретный вирус. Врачи лечат эти симптомы ацетаминофеном или ибупрофеном. Аспирин не предоставляется детям или подросткам с этими симптомами, потому что это увеличивает риск развития синдрома Рей.

После воздействия вирусной инфекции

Вирусные инфекции могут продолжаться до двух недель, после заражения важно вернуть иммунную систему в нужное русло. Ешьте продукты, богатые витаминами, такие как:

• Апельсины;
• Морковь;
• Киви;
• Изюм;
• Зеленая фасоль и клубника.

Делайте утреннюю зарядку; ходьба; езда на велосипеде с семьей или плавание. Прогулки перед сном по 20 минут в день без чрезмерного напряжения помогут сохранить здоровье тела и вернуться в оптимальную форму после болезни. Уход за иммунной системой не только обеспечит хорошее здоровье, но и поможет противостоять заражению новыми вирусными инфекциями.

РНК-вирусы оказались «старыми друзьями» позвоночных

Реконструкция вирусной частицы представителя РНК-вирусов — ротавируса, вызывающего «кишечный грипп»

Graham Beards / Wikimedia Commons

Исследователи обнаружили более двухсот новых видов РНК-вирусов, паразитирующих на рептилиях, амфибиях и рыбах. По всей видимости, эволюционная история этих групп вирусов не ограничивается «сожительством» с млекопитающими, а началась сотни миллионов лет назад еще в океане. Статья опубликована в

Nature, там же можно ознакомиться с редакционной заметкой на эту тему.

Значительная часть вирусов в качестве носителя наследственной информации использует РНК, а не ДНК. При попадании в клетку эта РНК может непосредственно использоваться в качестве инструкции для синтеза вирусных белков. В некоторых случаях процесс репликации вируса может также включать промежуточную ДНК-стадию, когда специальный вирусный фермент синтезирует последовательность ДНК на РНК-матрице. РНК-вирусы являются возбудителями целого ряда заболеваний человека, включая лихорадку Эбола и Зика, корь, грипп, СПИД, атипичную пневмонию и обычную простуду, а также заболеваний домашних животных. По этой причине основные исследования, касающиеся биологии и эволюции РНК-вирусов, были посвящены вирусам млекопитающих и птиц.

Ученые из Государственной лаборатории по контролю и предотвращению заболеваний в Пекине (Китай) и института инфекционных заболеваний и биобезопасности университета Сиднея (Австралия) проанализировали разнообразие РНК-вирусов позвоночных животных и обнаружили, что эти вирусы активно паразитируют не только на млекопитающих, но и на рептилиях, амфибиях и рыбах.

Исследователи отсеквенировали РНК, выделенную из тканей кишечника, печени, легкого и жабр 186 видов хордовых животных, включая ланцетников, бесчелюстных рыб (миног), хрящевых,  лучеперых  и лопастеперых рыб, амфибий и рептилий. Полученные библиотеки последовательностей проанализировали на наличие генов, похожих на гены известных РНК-вирусов позвоночных. В результате ученые обнаружили 214 новых, ранее не описанных видов вирусов, и две предположительно новых группы, отдаленно напоминающих недавно описанные семейства вирусов.

Кроме того, исследователи сделали вывод, что каждое семейство вирусов, поражающих млекопитающих и птиц, встречается также у рептилий, амфибий или рыб. К примеру, новые разновидности вирусов гриппа были обнаружены у миксины, колючего угря и азиатской жабы. По-видимому, «родственники» всех семейств вирусов млекопитающих размножаются в тех же самых тканях, что дополнительно подчеркивает их древнее эволюционное происхождение.

Новые данные позволяют пересмотреть гипотезы эволюции РНК-вирусов. К примеру, ранее ученые полагали, что происхождение этих групп вирусов связано с беспозвоночными, которые переносят заболевания к млекопитающим, такими как клещи и комары. Однако, cудя по всему, РНК-вирусы коэволюционировали вместе с позвоночными, начиная еще с таких древних групп, как бесчелюстные рыбы. 

На модели вирусных частиц в атомарном разрешении, выполненные компанией Visual Science, например, на вирус Зика или лихорадки Эбола, можно посмотреть в нашем материале.

Дарья Спасская

РНК-содержащие вирусы — Википедия

РНК-содержащие вирусы — это вирусы генетический материал которых представлен РНК.^[1] Обычно нуклеиновая кислота одноцепочечная (оцРНК) но может быть и двуцепочечной (дцРНК).^[2] Наиболее важным заболеваниями человека, вызываемыми РНК-вирусами являются геморрагическая лихорадка Эбола, ТОРС, бешенство, простуда, грипп, гепатит C, Гепатит E, лихорадка Западного Нила, полиомиелит и корь.

Международный комитет по таксономии вирусов (ICTV) относит РНК-вирусы к группам III, IV или V по системе Классификация вирусов по Балтимору|классификации вирусов по Балтимору]] и не считает РНК-вирусами, вирусы, имеющие промежуточную стадию жизненного цикла в виде ДНК.^[3] Такие вирусы, с РНК в качестве их генетического материала и имеющие промежуточную стадию жизненного цикла в виде ДНК в цикле репликации, названы ретровирусами, и выделены в группу VI классификация вирусов по Балтимору. Важные ретровирусы человека включают Вирус иммунодефицита человека#ВИЧ-1 and Вирус иммунодефицита человека#ВИЧ-2, вызывающих ВИЧ-инфекцию.

Другим термином явно исключающий группу ретровирусов из РНК-вирусов является понятие рибовирусы.^[4]

Характеристики

Одноцепочечные РНК-вирусы и смысловая РНК

РНК-вирусы могут быть дополнительно классифицированы в соответствии с полярностью их РНК на одноцепочечные РНК-вирусы с отрицательной цепью^[en] и одноцепочечные РНК-вирусы с положительной цепью^[en], или РНК обеих типов^[en] двухцепочечные РНК-вирусы^[en]. Вирусы, содержащие одноцепочечную (+)РНК похожую на мРНК и таким образом может непосредственно транслирована зараженной клеткой. Поэтому (+)РНК также называется смысловой. Антисмысловая (-)РНК вируса комплиментарна мРНК и таким образом может быть превращена в (+)РНК действием РНК-зависимой РНК-полимеразой перед трансляцией. Очищенная РНК (+)РНК-содержащих вирусов сама по себе может напрямую вызывать инфекцию, хотя ее инфекционность ниже, чем у полноценных вирусных частиц. Очищенная РНК (-)РНК-содержащих вирусов неинфекционна сама по себе, так как она должна транскрибироваться в (+)РНК; каждый вирион после транскрипции может быть источником нескольких смысловых цепей (+)РНК. Двухцепочечные(±)РНК вирусы напоминают (-)РНК-содержащие вирусы тем, что они также транслируют гены с отрицательной (некодирующей) цепи РНК.^[5]

Двуцепочечные РНК вирусы

Структура вириона реовируса

Двуцепочечные РНК вирусы представляет разнообразную группу вирусов отличающихся по заражаемому кругу хозяев (людей, животных, растений, грибов, и бактерий), числу фрагментов генома (от 1 до 12 сегментов), и организацией вириона (формой капсида, количеством слоев капсида, выросты, шипы, и т.п.). Члены этой группы включают ротавирусы, всемирно известные как наиболее распространенная причина детских гастроэнтеритов, и пикорнавирусы, известный во всем мире как наиболее часто встречающийся вирус в фекалиях людей и животных с признаками диареи или без них. Вирус болезни синего языка^[en] является экономически важным возбудителем болезни коз и овец. В прошлые годы, достигнут большой прогресс в определении атомной и субнанометровой структуры ряда ключевых вирусных белков и капсидов вирионов нескольких дцРНК-вирусов, подчеркивая существенные параллели в структуре и механизмах процессов репликации многих из этих вирусов.^[2]

Частота мутаций

РНК вирусы имеют очень высокую частоту мутаций по-сравнению с ДНК-вирусами,^[6] потому что вирусная РНК-зависимая РНК-полимераза не имеет способности (3′-5′-экзонуклеазной гидролитической активности) к коррекции ошибок, как ДНК-полимеразы.^[7] Это одна из причин того, почему так трудно сделать эффективную вакцину для предотвращения болезней, вызываемых РНК-вирусами.^[8] Ретровирусы также имеют высокую частоту мутаций, даже несмотря на то, что их промежуточная форма генома в виде ДНК интегрируется в геном хозяина (и, следовательно, после интеграции в геном, во время репликации, подвергается корректирующей проверке ДНК-полимеразой хозяина). Высокая частота мутаций обусловлена высокой частотой ошибок во время обратной транскрипции, до стадии интеграции в геном хозяина. Ошибки при этом встраиваются в обе цепи ДНК.^[9] Некоторые гены РНК-вирусов важны для их репликации и мутации в них не допустимы. Например, участок генома вируса гепатита С кодирующий коровый белок, высоко консервативен,^[10] потому что он содержит структурную РНК, вовлеченную в образование участка внутренней посадки рибосомы.^[11]

Репликация

РНК-вирусы животных классифицированы по ICTV. Выделяют три различные группы РНК-вирусов в зависимотси от структуры их генома и метода репликации:

• Двуцепочечные РНК-вирусы (группа III) содержат от одной до нескольких разных молекул РНК каждая из которых кодирует один или несколько вирусных белков.
• Одноцепочечные (+)РНК-вирусы (группа IV) используют свой геном напрямую как мРНК, при трансляции на рибосомах хозяина в один белок, который модифицируется белками хозяина и самого вируса для образования различных белков необходимых для процесса репликации. Один из них это РНК-зависимая РНК полимераза (РНК репликаза), которая копирует РНК вируса переводя ее в двуцепочечную форму, способную к репликации. В свою очередь дцРНК служит матрицей для синтеза новых вирусных РНК-геномов.
• Одноцепочечные (-)РНК-вирусы (группа V) должны обеспечить копирование их генома РНК репликазой для формирования смысловой (+)нити РНК. Это означает, что вирус уже должен содержать готовый формент РНк репликазу вместе со своим геномом. Смысловая (+) нить РНК затем выступает в качестве мРНК, которая транслируется в белки рибосомами хозяина.

Ретровирусы (группа VI) имеют одноцепочечный РНК-геном но, в общем, не относятся к РНК-вирусам потому что они используют промежуточную стадию в виде ДНК молекулы для репликации. Обратная транскриптаза, вирусный белок поставляемый самим вирусом, после распаковки вирусной частицы, конвертирует вирусную РНК в комплементарную цепь ДНК, которая после синтеза второй ДНК цепи превращается в двуцепочечную молекулу вирусной ДНК. После этого ДНК интегрируется в геном хозяина используя вирусный белок интегразу, экспрессия закодированных генов может приводить к формированию новых вирионов.

Классификация

Отчасти это связано с высокой частотой мутаций, которым подвергаются эти геномы. Классификация основана главным образом на типе генома (двухцепочечный, отрицательный или положительный одноцепочечный), а также количестве и организации генов. В настоящее время известно 5 порядков и 47 семейств РНК-вирусов. Есть также много неклассифицированных видов и родов. Родственные но отличающиеся от РНк-вирусов вироиды и РНК вирусы-сателлиты. Они не относятся к РНК-вирусам и описаны отдельно.

Изучение нескольких тысяч РНК-вирусов показало существование по крайней мере пяти главных таксонов: »Levivirus» и родственные группы; супергруппа »Picornavirus»; супергруппа »Alphavirus» вместе с супергруппой »Flavivirus»; дцРНК вирусы; и оц(-)РНК вирусы.^[12] Группа лентивирусов является предковой для всех оставшихся групп РНК-вирусов. Следующий большой водораздел пролегает между группой пикорнавирусов и остальными вирусами. Вирусы с дцРНК геномом похоже эволюционировали от оц(+)РНК вирусного предка, а оц(-)РНК-вирусы возникли внутри дцРНК-вирусов. Наиболее близкородственные (-)РНК вирусам: реовирусы.

Одноцепочечные РНК-вирусы с положительной цепью

Это самая большая группа РНК-вирусов^[13] с 30 семействами. Предпринималась попытка сгруппировать их в более крупные порядки на основе анализа их РНК-зависимой РНК-полимеразы. На сегодняшний момент это предложение не получило широкого распространения из-за сомнений в пригодности использования одного гена для классификации клады. В предложенной классификации выделены три группы^[14]:

1. Пикорнаподобная группа (Picornavirata): Bymoviruses, Comoviruses, Nepoviruses, Nodaviruses, Picornaviruses, Potyviruses, Sobemoviruses и подмножество Luteoviruses (beet western yellows virus и potato leafroll virus).
2. Группа, похожая на флавивирусы (Flavivirata): Carmoviruses, Dianthoviruses, Flaviviruses, Pestiviruses, Statoviruses, Tombusviruses, одноцепочечные РНК-бактериофаги, вирус гепатита С и подмножество лютеовирусов (вирус желтой карликовости ячменя).
3. Группа, похожая на альфавирусы (Rubivirata): Alphaviruses, Carlaviruses, Furoviruses, Hordeiviruses, Potexviruses, Rubiviruses, Tobraviruses, Tricornaviruses, Tymoviruses, apple chlorotic leaf spot virus, beet yellows virus и вирус гепатита Е.

Было предложено разделение альфа-подобной (Sindbis-подобной) супергруппы на основе нового домена, расположенного вблизи N-концов белков, участвующих в репликации вируса. ^[15]. Предлагаемые две группы:

1. Группа ‘Альтовирус’: Alphaviruses, Furoviruses, вирус гепатита Е, Hordeiviruses, Tobamoviruses, Tobraviruses, Tricornaviruses и, возможно, Rubiviruses;
2. Группа ‘Типовирус’: apple chlorotic leaf spot virus, Carlaviruses, Potexviruses и Tymoviruses

В будущем альфа-подобную (Sindbis-подобную) супергруппу можно будет разделить на три группы: Rubi-подобные, Tobamo-подобные, и Tymo-подобные вирусы.^[16]

Дополнительная работа позволила выявить пять групп РНК-вирусов с положительной цепью, содержащих 14 порядков с 31 семейством и 48 родов (из них 17 семейств с 30 родами относятся к вирусам растений).^[17]. Этот анализ предполагает, что альфавирусы и флавивирусы могут быть разделены на два семейства — Togaviridae и Flaviridae, соответственно, — но выделение других таксономических единиц, таких как Pestiviruses, вирус гепатита С, Rubiviruses, вирус гепатита Е и Arteriviruses, могут быть неверным. Коронавирусы и торовирусы, по-видимому, представляют собой отдельные семейства в разных порядках, а не отдельные роды того же семейства, как они классифицированы в настоящее время. Лютеовирусы, по-видимому, представляют собой два семейства, а не одно, а apple chlorotic leaf spot virus, по-видимому, является не Closterovirus, а новым родом Potexviridae.

Эволюция

Эволюция пикорнавирусов, основанная на анализе их РНК-полимераз и геликаз, по-видимому, на сегодняшний день ведет свое происхождение от супергруппы эукариот.^[18]. Их предполагаемые предки включают бактериальные ретроэлементы группы II, семейство протеаз HtrA и ДНК-бактериофаги.

Partitiviruses связаны и, возможно, произошли от предка тотивируса.^[19]

Гиповирусы и барнавирусы, по-видимому, имеют общую родословную с линиями потивирусов и собемовирусов соответственно.^[19]

Двуцепочечные РНК-вирусы

Анализ также предполагает, что дцРНК-вирусы не связаны друг с другом, а вместо этого принадлежат к четырем дополнительным классам — Birnaviridae, Cystoviridae, Partitiviridae и Reoviridae — и одному дополнительному отряду (Totiviridae), одного из классов оц(+)РНК-вирусов и относятся к той же группе , что и РНК-вирусы с положительной цепью.

Одно исследование показало, что существует две большие клады: одна включает семейства Caliciviridae, Flaviviridae и Picornaviridae, а вторая — семейства Alphatetraviridae, Birnaviridae и Cystoviridae, Nodaviridae и Permutotretraviridae.^[20]

Одноцепочечные РНК-вирусы с негативной цепью

Эти вирусы имеют сегментированный геном, начиная от одного до восьми сегментов РНК. Несмотря на их разнообразие, они, возможно, возникли у предка членистоногих и дивергировали вместе с ним.^[21]

Вирусы-сателлиты

Также известен ряд вирусов-сателлитов — вирусов, для завершения жизненного цикла которых требуется помощь другого вируса. Их таксономия еще не согласована. Следующие четыре рода были предложены для сателлитных одноцепочечных РНК-вирусов со смысловой цепью, которые заражают растения: Albetovirus, Aumaivirus, Papanivirus и Virtovirus^[22]. Семейство Sarthroviridae, включающее род Macronovirus — были предложены для сателлитных одноцепочечных РНК-вирусов со смысловой цепью, которые заражают членистоногих.

Группа III — дцРНК-вирусы

В этой группе насчитывается двенадцать семейств, а также ряд неклассифицированных родов и видов.^[7]

Группа IV — оц(+)РНК-вирусы

В этой группе есть три порядка и 34 семейства. Кроме того, существует ряд неклассифицированных и родов.

Вирусы-сателлиты

Также был описан неклассифицированный астровирусный / гепевирусоподобный вирус.^[24]

Группа V— оц(-)РНК-вирусы

За исключением гепатита D, эта группа вирусов была помещена в один тип — Negarnaviricota. Этот тип был разделен на два подтипа — Haploviricotina и Polyploviricotina. Внутри подтипа Haploviricotina в настоящее время признаются четыре класса: Chunqiuviricetes, Milneviricetes, Monjiviricetes и Yunchangviricetes. В подтипе Polyploviricotina выделяются два класса: Ellioviricetes и Insthoviricetes.

В настоящее время в этой группе признано 6 классов, 7 порядков и 24 семейства. Чаксть вилов и родов еще не классифицированы.^[7]

• Неклассифицированные роды:

См. также

Примечания

Большинство вирусов, поражающих грибы, представляют собой двухцепочечные РНК-вирусы. Описано небольшое количество одноцепочечных РНК-вирусов с положительной цепью. В одном сообщении высказывается предположение о возможности заражения одноцепочечным вирусом с негативной цепью.^[27]

1. ↑ MeSH, retrieved on 12 April 2008.
2. ↑ ^{1 2} Patton JT (editor). Segmented Double-stranded RNA Viruses: Structure and Molecular Biology (англ.). — Caister Academic Press (англ.)русск., 2008. — ISBN 978-1-904455-21-9.
3. ↑ Listing in Taxonomic Order—Index to ICTV Species Lists (неопр.). Дата обращения 11 апреля 2008.
4. ↑ Drake J. W., Holland J. J. Mutation rates among RNA viruses (англ.) // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America : journal. — 1999. — November (vol. 96, no. 24). — P. 13910—13913. — doi:10.1073/pnas.96.24.13910. — Bibcode: 1999PNAS…9613910D. — PMID 10570172.
5. ↑ Nguyen M., Haenni A. L. Expression strategies of ambisense viruses (неопр.) // Virus Res.. — 2003. — Т. 93, № 2. — С. 141—150. — doi:10.1016/S0168-1702(03)00094-7. — PMID 12782362.
6. ↑ Sanjuan, R.; Nebot, M. R.; Chirico, N.; Mansky, L. M.; Belshaw, R. Viral Mutation Rates (англ.) // Journal of Virology (англ.)русск. : journal. — 2010. — Vol. 84, no. 19. — P. 9733—9748. — ISSN 0022-538X. — doi:10.1128/JVI.00694-10. — PMID 20660197.
7. ↑ ^{1 2 3} Klein, Donald W.; Prescott, Lansing M.; Harley, John. Microbiology (неопр.). — Dubuque, Iowa: Wm. C. Brown, 1993. — ISBN 978-0-697-01372-9.
8. ↑ Steinhauer D. A., Holland J. J. Rapid evolution of RNA viruses (англ.) // Annu. Rev. Microbiol.. — 1987. — Vol. 41. — P. 409—433. — doi:10.1146/annurev.mi.41.100187.002205. — PMID 3318675.
9. ↑ Boutwell C. L., Rolland M. M., Herbeck J. T., Mullins J. I., Allen T. M. Viral Evolution and Escape during Acute HIV-1 Infection (англ.) // J. Infect. Dis. : journal. — 2010. — October (vol. 202, no. Suppl 2). — P. S309—14. — doi:10.1086/655653. — PMID 20846038.
10. ↑ Bukh J., Purcell R. H., Miller R. H. Sequence analysis of the core gene of 14 hepatitis C virus genotypes (англ.) // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America : journal. — 1994. — August (vol. 91, no. 17). — P. 8239—8243. — doi:10.1073/pnas.91.17.8239. — Bibcode: 1994PNAS…91.8239B. — PMID 8058787.
11. ↑ Tuplin A., Evans D. J., Simmonds P. Detailed mapping of RNA secondary structures in core and NS5B-encoding region sequences of hepatitis C virus by RNase cleavage and novel bioinformatic prediction methods (англ.) // Journal of General Virology (англ.)русск. : journal. — Microbiology Society (англ.)русск., 2004. — October (vol. 85, no. Pt 10). — P. 3037—3047. — doi:10.1099/vir.0.80141-0. — PMID 15448367.
12. ↑ Wolf YI, Kazlauskas D, Iranzo J, Lucía-Sanz A, Kuhn JH, Krupovic M, Dolja VV, Koonin EV (2018) Origins and Evolution of the Global RNA Virome. MBio 9(6) pii: e02329-18
13. ↑ Francki, R.I.B; Fauquet, C. M.; Knudson, D. L.; Brown, F. Classification and nomenclature of viruses. Fifth report of the International Committee on Taxonomy of Viruses, Archives of Virology (Suppl. 2) (англ.). — 1991. — ISBN 978-3-7091-9163-7.
14. ↑ Koonin E. V. The phylogeny of RNA-dependent RNA polymerases of positive-strand RNA viruses (англ.) // Journal of General Virology (англ.)русск. : journal. — Microbiology Society (англ.)русск., 1991. — September (vol. 72, no. Pt 9). — P. 2197—2206. — doi:10.1099/0022-1317-72-9-2197. — PMID 1895057.
15. ↑ Rozanov M. N., Koonin E. V., Gorbalenya A. E. Conservation of the putative methyltransferase domain: a hallmark of the ‘Sindbis-like’ supergroup of positive-strand RNA viruses (англ.) // Journal of General Virology (англ.)русск. : journal. — Microbiology Society (англ.)русск., 1992. — August (vol. 73, no. Pt 8). — P. 2129—2134. — doi:10.1099/0022-1317-73-8-2129. — PMID 1645151.
16. ↑ Koonin E. V., Dolja V. V. Evolution and taxonomy of positive-strand RNA viruses: implications of comparative analysis of amino acid sequences (англ.) // Crit. Rev. Biochem. Mol. Biol. (англ.)русск. : journal. — 1993. — Vol. 28, no. 5. — P. 375—430. — doi:10.3109/10409239309078440. — PMID 8269709.
17. ↑ Ward C. W. Progress towards a higher taxonomy of viruses (неопр.) // Res Virol. — 1993. — Т. 144, № 6. — С. 419—453. — doi:10.1016/S0923-2516(06)80059-2. — PMID 8140287.
18. ↑ Koonin E. V., Wolf Y. I., Nagasaki K., Dolja V. V. The Big Bang of picorna-like virus evolution antedates the radiation of eukaryotic supergroups (англ.) // Nat. Rev. Microbiol. : journal. — 2008. — December (vol. 6, no. 12). — P. 925—939. — doi:10.1038/nrmicro2030. — PMID 18997823.
19. ↑ ^{1 2} Ghabrial SA (1998) Origin, adaptation and evolutionary pathways of fungal viruses. Virus Genes 16(1):119-131
20. ↑ Gibrat J. F., Mariadassou M., Boudinot P., Delmas B. Analyses of the radiation of birnaviruses from diverse host phyla and of their evolutionary affinities with other double-stranded RNA and positive strand RNA viruses using robust structure-based multiple sequence alignments and advanced phylogenetic methods (англ.) // BioMed Central (англ.)русск. : journal. — 2013. — Vol. 13. — P. 154. — doi:10.1186/1471-2148-13-154. — PMID 23865988.
21. ↑ Li CX, Shi M, Tian JH, Lin XD, Kang YJ, Chen LJ, Qin XC, Xu J, Holmes EC, Zhang YZ (2015) Unprecedented genomic diversity of RNA viruses in arthropods reveals the ancestry of negative-sense RNA viruses. Elife 4. doi: 10.7554/eLife.05378.
22. ↑ Krupovic M., Kuhn J. H., Fischer M. G. (2016). A classification system for virophages and satellite viruses. Arch Virol 161(1): 233—247 doi:10.1007/s00705-015-2622-9.
23. ↑ Adams M. J., Antoniw J. F., Kreuze J. Virgaviridae: a new family of rod-shaped plant viruses (англ.) // Arch Virol (англ.)русск. : journal. — 2009. — Vol. 154, no. 12. — P. 1967—1972. — doi:10.1007/s00705-009-0506-6. — PMID 19862474.
24. ↑ Pankovics P, Boros Á, Kiss T, Engelmann P, Reuter G (2019) Genetically highly divergent RNA virus with astrovirus-like (5′-end) and hepevirus-like (3′-end) genome organization in carnivorous birds, European roller (Coracias garrulus). Infect Genet Evol
25. ↑ Virus Taxonomy: 2018 Release (неопр.). International Committee on Taxonomy of Viruses. Дата обращения 13 ноября 2018.
26. ↑ Mihindukulasuriya, K. A.; Nguyen, N. L.; Wu, G.; Huang, H. V.; Travassos da Rosa, A. P.; Popov, V. L.; Tesh, R. B.; Wang, D. Nyamanini and Midway viruses define a novel taxon of RNA viruses in the Порядок Mononegavirales (англ.) // J. Virol. (англ.)русск. : journal. — 2009. — Vol. 83, no. 10. — P. 5109—5116. — doi:10.1128/JVI.02667-08. — PMID 19279111.
27. ↑ Kondo, H.; Chiba, S.; Toyoda, K.; Suzuki, N. Evidence for negative-strand RNA virus infection in fungi (англ.) // Virology : journal. — 2012. — Vol. 435, no. 2. — P. 201—209. — doi:10.1016/j.virol.2012.10.002. — PMID 23099204.

Ссылки

Как размножаются разные типы вирусов

Одни вирусы способны интегрироваться в геном клетки-мишени и таким образом оставаться во всех дочерних клетках, которые будут в будущем получены после ее деления. К таким вирусам относятся гаммаретровирусы и лентивирусы. Другие делать этого не умеют (например, адено- и аденоассоциированные вирусы). Но для производства белков и репликации (размножения) все они используют клетку и ее синтетический аппарат.

Несмотря на некоторую «несамостоятельность» в размножении, вирусы способны наследовать генетические мутации и подвержены эволюционному отбору. Выживает сильнейший, а в случае вируса — самый устойчивый и заразный.

Как это работает?

Для того чтобы вирус мог проникнуть в клетку, белки его оболочки должны связаться с мембранными белками клетки-мишени. Важно отметить, что проникает вирус только в те клетки, которые могут в дальнейшем помочь его репликации. Вирус ВИЧ живет в клетках иммунной системы, вирус гепатита С — в клетках печени. Есть особые вирусы, которые поражают только растения или даже только бактерии.

В целом у вирусов существуют разные стратегии доставки вирусного материала в клетку. Какие-то вирусы размножаются в ее цитоплазме, а какие-то — в ядре. Некоторые умеют «впрыскивать» свою генетическую информацию прямо через мембрану, когда сам капсид остается снаружи. 

Объединяет их одно: после того как вирусная информация доставлена в клетку, та, «забывая» о своей изначальной функции, начинает заниматься в первую очередь репликацией вируса. Клетка производит матричную РНК (мРНК), с которой затем синтезируются вирусные белки и копируется геном, и сама собирает новую вирусную частицу.

Строение вируса гриппа. Под оболочкой вириома — генетический материал вируса, необходимый для его воспроизводства в клетке. 

В большинстве случаев вирус убивает клетку, чтобы выйти наружу и приступить к поиску новой «жертвы». Но иногда этого не происходит: некоторые вирусы, в том числе ВИЧ, могут отделяться от клетки, обзаведясь собственной оболочкой и оставив клетку в живых, чтобы та продолжила производить новые вирусные частицы. 

Содержащие неактивный вирус и оставшиеся в живых клетки иногда сохраняют возможность нормального функционирования. В этом случае клетки могут быть заражены, но вирус проявит себя спустя длительный период времени. Так устроен герпес.

В зависимости от того, каким типом нуклеиновой кислоты представлен генетический материал, выделяют ДНК-содержащие вирусы и РНК-содержащие вирусы. И тут стоит остановиться на классификации.

Типы вирусов. Коротко о главном

Современная типология вирусов содержит 7 классов и была предложена Дэвидом Балтимором еще в 1971 году. С тех пор, впрочем, она была уточнена и расширена, в том числе советскими учеными. И выглядит в настоящее время таким образом:

Вирусы, содержащие двухцепочечную ДНК

Описание

Для репликации вирусу необходимо попасть в ядро клетки-мишени и воспользоваться ее ДНК-полимеразой. Иногда вирус вызывает незапланированное деление самое клетки, то есть становится онкогенным. Эти вирусы хорошо изучены.

Пример: Вирус герпеса, адено- и папилломавирусы

Вирусы, содержащие одноцепочечную ДНК

Описание

Попадая в ядро клетки, вирусы образуют двухцепочечную ДНК, после чего реплицируются так же, как вирусы класса I.

Пример: Парво- и цирковирусы

Вирусы, в которых РНК способна к репликации (редупликации)

Описание

Вирусы этого класса могут размножаться в цитоплазме клетки, им не нужна молекула ДНК. Каждый ген, находящийся в РНК вируса, кодирует только один вирусный белок.

Пример: Бирна- и реовирусы

Вирусы, содержащие одноцепочечную (+) РНК

Описание

Из геномной (+) РНК на рибосомах хозяина создаются вирусные белки. В одном фрагменте РНК могут быть закодированы разные белки, что увеличивает сложность вируса без удлинения генов.

Пример: Пикорнавирусы (полиомиелит, гепатит А) и коронавирусы

Вирусы, содержащие одноцепочечную (–) РНК

Описание

(–) РНК этих вирусов предварительно должна быть транскрибирована в (+) РНК вирусными РНК-полимеразами, после чего может начаться синтез вирусных белков. Вирусы этого класса делятся еще на две группы, в зависимости от их генома и места его репликации (цитоплазма или ядро).

Пример: Филовирусы, аренавирусы (геморрагическая лихорадка Ласса), ортомиксовирусы (вирусы гриппа) и так далее. 

Вирусы, содержащие одноцепочечную (+) РНК, реплицирующиеся через стадию ДНК

Описание

Такие вирусы используют фермент обратную транскриптазу для превращения (+) РНК в ДНК, которая встраивается в геном хозяина ферментом интегразой. Дальнейшая репликация происходит при помощи полимераз клетки хозяина.

Пример: Ретровирусы (в том числе ВИЧ)

Вирусы, содержащие двухцепочечную ДНК, реплицирующиеся через стадию одноцепочечной РНК

Описание

Молекула ДНК замкнута в кольцо и является матрицей для синтеза мРНК и дополнительных молекул РНК, которые используются при репликации вирусного генома обратными транскриптазами.

Пример: Колимовирусы (вызывают инфекции растений) и гепаднавирусы (например, гепатит В)

Вакцинация и лечение

Как правило, организмы умеют бороться с паразитирующими на них вирусами. На примере млекопитающих и человека мы обычно говорим о главном инструменте — врожденном иммунитете.

Впрочем, наиболее эффективен этот вид защиты в отношении бактериальных инфекций и не может обеспечить продолжительную и надежную защиту, особенно от инфекций вирусных.

Именно поэтому огромное значение имеет приобретенный иммунитет, в результате которого клетки иммунной системы обучаются вырабатывать специфические к вирусу антитела, способные уничтожать как саму вирусную частицу, так и зараженные ею клетки.

Еще одна врожденная система борьбы с вирусными инфекциями — внутриклеточная. Как правило, клетка способна распознать чужеродную РНК в своей цитоплазме, куда ее сперва и доставляют многие вирусы, и имеет специальные комплексы для ее деградации. Но часть вирусов научились обходить и эту ловушку. К примеру, ротавирусы, которые даже внутри клетки сохраняют капсид с геномной РНК.

С приобретенным иммунитетом тоже не все гладко. Некоторым вирусам, например, ВИЧ, удается избежать иммунного ответа. Другим, например нейротропным вирусам, — уклониться от него, выбрав безопасную среду обитания: они распространяются среди клеток нервной системы, где их не может «достать» иммунная система. Самый известный из таких вирусов — вирус бешенства, который способен проникать в нейроны.

Миссия: уничтожить

Основная сложность в лечении вирусных заболеваний заключается в том, что они используют естественные функции клеток-мишеней для своего размножения, поэтому ученым зачастую оказывается не так-то просто придумать препарат, который будет токсичен для вируса и безопасен для самой клетки. Если такой безопасности достичь не удастся, лекарство будет иметь слишком много побочных эффектов, повреждающих сам организм, что окажется нецелесообразно для использования.

Сравнение жизненных циклов ВИЧ и вируса гриппа. Если первый  использует обратную транскрипцию и живет в клетках иммунной стистемы, вирион второго, проникая в  эпительные клетки  дыхательных путей целиком — а именно там  он и обитает — распадается уже внутри клетки, а репликация вирусной РНК происходит в ядре с помощью вирусных полимераз PA, PB1 и PB2 путем комплементарного копирования. 

По принципу действия противовирусные препараты подразделяются на две группы: стимулирующие иммунную систему атаковать вирусы (например, за счет индукции синтеза белков-интерферонов) и атакующие вирусы напрямую. Препараты второй группы различаются по этапу жизненного цикла вируса, на котором они активны: это препараты, препятствующие проникновению вируса в клетку, препятствующие размножению вируса внутри клетки и препятствующие выходу копий вируса из клетки.

Чтобы помешать проникновению вируса, препарат должен заблокировать рецептор на клетке, с которым связывается вирусная частица. Так работает, например, ибализумаб — зарегистрированный в США новый препарат против ВИЧ, о котором мы недавно писали. 

Такие противовирусные препараты, как уже давно известный ацикловир (им лечат инфекции, вызванные простым вирусом герпеса) или ламивудин (активен против ВИЧ и гепатита В), представляют собой синтетические аналоги нуклеозидов — «букв», из которых состоят нуклеиновые кислоты. Если эти модифицированные, неправильные нуклеозиды попадают в клетку, вирусный геном, в который они оказались встроены, становится непригоден для дальнейшего распространения вируса. 

Еще один класс противовирусных препаратов блокирует ферменты, необходимые для создания и модификаций белков вируса. Такие лекарства называют протеазными ингибиторами. 

Вместо заключения: а могут ли вирусы приносить пользу?

Безусловно, да. Несмотря на то, что вирусы ассоциируются у большинства людей с однозначным вредом, они могут приносить и пользу — если речь идет о так называемых вирусных векторах и терапевтических подходах на их основе.

Исследователи давно научились помещать в белковую оболочку вируса интересующие их нуклеиновые кислоты, чтобы доставлять нужный ген в клетки, а также убирать те гены, которые делают вирус опасным для организма.

Это позволило сделать возможной генную терапию, помогающую бороться с заболеваниями, вызванными известными генетическими мутациями. Создание вирусных векторов — достаточно непростая задача, к тому же ограниченная свойствами самих вирусных частиц: количеством помещающейся генетической информации, местом ее вставки, стабильностью. Кроме того, вирусный вектор, используемый в медицине, не должен вызывать иммунного ответа или критично влиять на жизнедеятельность клетки. Тем не менее эти сложности решаются, поэтому уже одобрен ряд вполне успешных и безопасных генных терапий. А в качестве основы для вирусных векторов чаще всего используются ретро-, ленти-, адено- и аденоассоциированные вирусы.