Морфология, химический состав и структура вирусов

Вирусы устроены очень просто. Они состоят из центральной части, называемой нуклеоидом, и белковой части, называемой капсидом, которая окружает нуклеоид (геномную часть). Нуклеоид содержит нуклеиновую кислоту и небольшое количество белка, поэтому его называют еще нуклеопротеид. Капсид представляет собой каркас, построенный из отдельных похожих друг на друга структур — капсомеров, которые в свою очередь состоят из белковых субъединиц — протомеров. Кап-сомеры тесно связаны с нуклеиновой кислотой, поэтому их вместе называют нуклеокапсидом, который защищает нуклеиновую кислоту и способствует ее переходу от одной клетки-хозяина к другой. Вирусы, которые имеют в своем строении только нуклеокапсид, называют простоорганизованными. У некоторых видов вирусов вирион имеет еще дополнительную оболочку — суперкапсулу (пеплос). Такие вирусы называются сложноорганизованными.

Некоторые вирусы имеют промежуточную оболочку— белковую мембрану. В основном вирусы шаровидной формы, некоторые палочковидной. Отдельные виды по форме напоминают сперматозоиды. В состав всех вирусов входят белки и нуклеиновые кислоты. Кроме того, в вирусах можно обнаружить липиды, углеводы, минеральные элементы, ферменты.

Белки составляют 49-89 % от массы вириона, нуклеиновые кислоты — 3-40 %. Нуклеиновая кислота и незначительное количество белка сосредоточены в центре вириона, большая часть белка — в капсиде..

Белки вирусов подразделяют на структурные и неструктурные (функциональные). Структурные белки входят в состав капсида и придают вирусу определенную форму. Неструктурными являются белки, которые участвуют в процессе репродукции вирусов. Снаружи вириона расположены высокомолекулярные белки, внутри — низкомолекулярные, тесно связанные с нуклеиновой кислотой. Белки вирусов выполняютследующие функции: защищают нуклеиновую кислоту от неблагоприятных факторов внешней среды, имеют рецепторы для взаимодействия с чувствительной клеткой, облегчают проникновение вируса в клетку. В состав вириона входят ферменты, которые подразделяют на кодируемые вирусом и индуцируемые вирусом. Кодируемые ферменты — это ферменты, синтезируемые по программе вирусного генома, а индуцируемые — ферменты клетки, переподчиненные вирусом для его собственной репродукции.

Нуклеиновые кислоты представляют собой полимерные соединения, состоящие из нескольких сотен или тысяч нуклеотидов и хранящие генетическую информацию вируса. В составе вириона, в отличие от бактерий, присутствует одна нуклеиновая кислота ДНК или РНК. В связи с этим вирусы делят на ДНК- и РНК-содержащие. Нуклеиновая кислота находится в центре вириона и упакована в белковый чехол. Нуклеиновая кислота программирует наследственность, участвует в синтезе вирусного белка, отвечает за инфекционные свойства вируса. Липиды имеют клеточное происхождение, они включаются в оболочку при выходе вируса из клетки и присутствуют в составе суперкапсида. В состав вириона входят рибоза, дезоксирибоза, галактоза, манноза. Все углеводы принимают участие в упаковке капсомера.

В вирусах обнаружены ионы калия, натрия, кальция, железа и других элементов, которые участвуют в установлении связей белка с нуклеиновой кислотой.

Структура вирусов — это характер расположения капсомеров относительно нуклеиновой кислоты. Капсомеры могут быть тесно связаны со спирально скрученной нуклеиновой кислотой и поэтому располагаются по спирали. Такой вид симметрии называют спиральным. У некоторых вирусов капсомеры расположены таким образом, что они в совокупности образуют многогранник под названием икосаэдар. Такой вид симметрии называют кубическим. У бактериофагов наблюдают оба типа симметрии, такое сочетание называют смешанным типом симметрии. Тип симметрии вирусов и характер расположения капсомеров придает им определенную форму, которую можно наблюдать в электронном микроскопе. В отличие от бактерий вирусы имеют очень малую величину, только одну нуклеиновую кислоту (РНК или ДНК), не имеют клеточных структур, не обладают автономным обменом веществ, являются внутриклеточными паразитами, способны образовывать внутриклеточные включения, обладают выраженным тропизмом,

плюрализмом и обязательным паразитизмом на молекулярном уровне, устойчивостью к низким температурам, антибиотикам и сульфаниламидам, разобщенным типом репродукции.

Культивирование вирусов

В жизненном цикле вирусов происходит копирование нуклеиновой кислоты с последующим синтезом вирусных белков и самоорганизации компонентов в зрелую вирусную частицу и выходом из зараженной клетки. Этот процесс называется репродукцией.

В общих чертах размножение вирусов можно представить следующим образом. В клетку проникает нуклеиновая кислота вируса. Клетка — хозяин вируса начинает производить ферментные системы, затем белковые компоненты и нуклеиновую кислоту возбудителя, после чего происходит «сборка» составных частей вируса из белковых молекул и нуклеиновой кислоты. Накопление вирусных частиц приводит к разрушению клетки, выходу вирионов во внешнюю среду, проникновению их в новые чувствительные клетки.

Вирусы не выращивают на средах, предназначенных для культивирования бактерий. Их культивируют в организме восприимчивых животных, в клетках куриных эмбрионов, в клетках культур тканей. Для культивирования вирусов используют следующие типы клеточных культур: клетки культур перевиваемых тканей; клетки культур растущих тканей; культуры диплоидных клеток.

Клетки культур перевиваемых тканей получают из почек животных, плаценты, сердца, куриных эмбрионов, тестикулов путем расщепления тканей механическим (измельчение) или ферментативным (трипсинизация) способами. Клетки культур растущих тканей, иначе перевиваемых, чаще всего получают из злокачественных опухолей. Культуру клеток практически можно получить из любого органа или ткани животного, но лучше из эмбриональных органов, так как их клетки еще слабо дифференцированы и обладают более высокой потенцией к росту. В практике наиболее широко применяют однослойные культуры клеток. Однослойные культуры подразделяют на первичные (приготовление непосредственно из органов животных или человека) и перевиваемые (адаптированные первичные культуры к условиям жизни в пробирке). Культуры диплоидных клеток — это перевиваемые культуры с двойным набором хромосом. Для роста культур клеток применяют специальные питательные среды. Они могут быть естественными, например сыворотка крови, эмбриональный экстракт, и искусственные. Лучшей искусственной средой является среда 199. Она содержит 60 компонентов: 10 аминокислот, 17 витаминов, 8 минеральных солей, 10 компонентов, входящих в состав нуклеиновых кислот, и др.

Работа с культурой клеток требует абсолютной стерильности и соответствующих питательных сред.

Зараженные вирусом эмбрионы, культуры клеток помещают в термостат на 7 сут, просматривая их ежесуточно и учитывая изменения клеток, вызываемые размножающимся вирусом.

Кроме упомянутых, используют метод глубинного выращивания вирусов, при котором клетки находятся во взвешенном состоянии в связи с постоянным перемешиванием питательной среды, в которой эти клетки растут. Рост вирусов происходит в клетках перемешиваемой среды.