Вредные частицы

Длинные нити (фибриллы) отростка служат для специфического узнавания фагом определенных участков на поверхности клетки-хозяина, к которым он прикрепляется. Мутации генов, кодирующих белки нитей, приводят к изменению или полной утрате способности фага прикрепляться к клетке-хозяину. Еще одним доказательством важной роли нитей отростков служат эксперименты с антифаговыми антисыворотками, показавшими что прикреплению фага к клеткам препятствуют только антитела к белкам дистальных частей концов нитей.
Нити обвиваются вокруг отростка таким образом, что их средняя часть поддерживается «усиками», прикрепленными к тому месту, где головка соединяется с отростком. Синтез белка «усиков», вероятно, кодируется геном wac. Соприкосновение концов нитей с рецептором клетки, возможно, обусловливает их разворачивание и выпрямление. Отличительное свойство фага
Т4, которое легко утрачивается вследствие мутации и отбора, заключается в том, что освобождение нитей отростка от «усиков» зависит от L- триптофана как кофактора. Зависимость выпрямления нитей и последующего прикрепления фага к клетке от концентрации триптофана указывает на то, что контакт некоторых нитей с клеткой может способствовать освобождению остальных нитей. Для следующего этапа взаимодействия фага с бактерией необходимо правильное пространственное положение базальной пластинки отростка, что в свою очередь, обеспечивается, вероятно, контактом всех шести нитей с рецепторами клетки. По-видимому, прикрепление фаговой частицы с помощью нитей отростка позволяет ей производить определенные скользящие движения по поверхности клетки, пока не будет найден участок, через который можно ввести ДНК. В этом отношении весьма важным оказалось наблюдение, согласно которому необратимое прикрепление фага к клетке и проникновение в нее его ДНК происходят лишь на определенных участках оболочки (всего их около 300), где цитоплазматическая и внешняя мембраны образуют прочные контакты, устойчивые к мягкому осмотическому шоку. Это справедливо, вероятно, и для других бактериофагов. Весьма важно было бы выяснить, каково отношение этих участков к местам синтеза мембранных компонентов и фаговых рецепторов. На следующем этапе взаимодействия фага с клеткой происходит сокращение чехла отростка, в результате чего стержень проникает в клеточную оболочку. Сокращение стимулируется базальной пластинкой, изменяющей свою конформацию под влиянием нитей отростка. В процессе сокращения принимают участие все 144 субъединицы чехла, и их совместное перемещение приводит к уменьшению длины чехла в два раза. Было высказано предположение, что энергия для сокращения чехла поставляется молекулами
АТФ, ассоциированными с фагом, однако окончательно это еще не доказано.
Дистальная часть стержня подводится вплотную к внутренней цитоплазматической мембране, но не обязательно проникает через нее. ДНК из обработанных мочевиной фагов, имеющих сокращенные чехлы и экспонированные стержни, может проникать в сферопласты Е coli, у которых внешние мембраны и жесткие оболочки либо совсем удалены, либо в значительной мере разрушены.
Заражение сферопластов, осуществляемой в гипертонических средах, приводит к образованию нормального фагового потомства. В сферопласты можно вводить цельные или фрагментированные молекулы фаговой ДНК, которые затем реплицируются и участвуют в рекомбинации.
Естественно, что в процессе заражения сферопластов поверхностные рецепторы не участвуют. Поэтому обработанные мочевиной фаги Т4 могут заражать устойчивые к ним мутанты Е. Coli или даже устойчивые бактерии отдаленных видов. Прикрепление к сферопластам фаговых частиц, обработанных мочевиной, блокируется фосфатидилглицерином, который, вероятно, является составной частью мембран, стимулирующей введение ДНК в клетку.
Если бактерию, уже зараженную Т-четным фагом, спустя несколько минут вновь инфицируют этим же фагом, то второй контингент фага не участвует в размножении (так называемое исключение при суперинфекции) и не передает своей ДНК потомству. Было показано, что ДНК фаговых частиц, попавших в клетку при повторном заражении, разрушается (разрушение при суперинфекции). Оба этих процесса находятся под контролем активируемых в клетке-хозяине фаговых генов, функция которых может нарушаться при соответствующих мутациях.

Сборка вирионов

В отличие от ранних этапов развития фага ход сборки капсидов и полных вирионов не программируется последовательной экспрессией фаговых генов. По- видимому, все белки вириона и другие поздние белки, как, например, лизоцим фага, синтезируются более или менее одновременно и, накапливаясь, образуют
«фонд предшественников». Отсюда они извлекаются путем прямого специфического взаимодействия с другими белковыми молекулами, в результате чего возникают субструктуры, которые затем собираются уже в цельные вирионы. Общий ход сборки стал понятен из результатов опытов in vivo с мутантными фагами и при изучении лизатов; однако после того, как была открыта возможность сборки предобразованных фаговых предшественников in vitro, с помощью этого эффективного метода было получено много новых данных. Сборка вириона состоит из четырех основных этапов, приводящих к образованию промежуточных структур, взаимодействующих между собой лишь в определенных критических точках.
Базальная пластинка фагового отростка построена из 15 белков, в синтезе которых , кроме основных ,участвуют и некоторые другие гены. Весьма интересно, что пластинка содержит, по-видимому, несколько молекул двух кодируемых фагом ферментов - дигидрофолатредуктазы и тимидилатсинтетазы, а также некоторое количество фолиевой кислоты.
Собранная базальная пластинка после присоединения к ней белка гена Б4 служит затравкой для сборки стержня отростка, состоящего из 144 молекул продукта гена 19. Вокруг стержня происходит сборка чехла, представляющего собой полимер, построенный из 144 молекул продукта гена 18. Продукты двух других генов стабилизируют всю эту структуру. Непонятно, каким образом достигается постоянство длины стержня при сборке. Возможно, что существуют еще какие-то линейные белки, отмеряющие нужное расстояние, или контакт с базальной пластинкой придает субъединицам стержня такую специфическую конформацию, которая имеет минимум свободной энергии только в случае определенного размера стержня. Эта последняя гипотеза указывает на то, что процесс сборки, возможно, не является чисто механическим.
Оболочка фаговой головки, построенная из более чем 10 белков, образуется в результате активности многих генов. Основной из них представляет собой продукт гена 23, входящий в состав законченной головки лишь после отщепления от основного полипептида фрагмента с мол. весом 10000.
Протеолиз осуществляется главным образом продуктом гена 22, а также, возможно, гена 21, отсутствующим в зрелом вирионе. Однако белок гена 22 представляет собой, по существу, внутренний белок, превращающийся в ,конце концов, в результате самопереваривания в мелкие пептиды, причем некоторые из них остаются в головке фага. Здесь присутствуют также и другие внутренние белки, подвергающиеся частичному перевариванию белком гена 22.
После окончания раздельной сборки головки и отростка они самопроизвольно объединяются как in vitro, так и in vivo.
Нити отростка состоят из продуктов четырех генов. Их сборка идет независимо, но прикрепляются они к базальной пластинке только после соединения головки и отростка. Для этой реакции нужен белок гена 63, а также взаимодействие с «усиками», которые прикреплены к воротничку, расположенному между головкой и отростком.
Головка фага имеет специфическую форму, определяемую белком гена 23 и другими белками. Ее строение изменяется в результате мутаций соответствующих генов. Нормальная головка фага 74 имеет форму неправильного икосадельтаэдра, по длинной оси которого расположен дополнительный ряд субъединиц, состоящих из 840 копий белка гена 23. Субъединицы белка гена
20 располагаются на вершинах. Такая форма головки отражает наличие определенных пространственных ограничений, накладываемых белок - белковыми взаимодействиями. При отсутствии этих ограничений строение фага сильно изменяется.

Бактериофаг (

Бактериофаг ( является умеренным фагом, т.е. он может либо переходить из клетки в клетку в процессе инфекции, либо передаваться от одного поколения к другому в ходе размножения данного бактериального штамма. В последнем случае латентный геном фага называется профагом, а клетки, несущие такой профаг, - лизогенными. Присутствие генома фага в лизогенной культуре можно обнаружить при спонтанном освобождении фага из небольшой части клеточной популяции, в которой произошло спонтанное развитие фага.
Естественным хозяином фага ( служит штамм Е coli K 12, генетика которого хорошо изучена. Поэтому фаг ( был избран в качестве объекта интенсивных исследований, направленных на выяснение природы лизогении. Исходный дикий штамм К 12 является лизогенным по фагу , который не образует бляшек на этом штамме, обладающем, подобно большинству лизогенных бактерий, иммунитетом по отношению к фагу, содержащемуся в нем в виде профага.
Обычно фаг ( размножается на вариантах штамма К 12, «извлеченных» от профага. Такие извлеченные варианты обнаруживаются в небольших количествах среди клеток, выживших после интенсивного облучения. При образовании устойчивой лизогенной клеточной линии должны быть выполнены следующие два условия. Во-первых, профаг должен находиться в клетке в таком состоянии, чтобы при клеточном делении каждая дочерняя клетка получала по крайней мере одну его копию. В случае фага ( эта задача решается путем включения его
ДНК в бактериальную хромосому, в результате чего ДНК профага пассивно реплицируется и сегрегируется с помощью аппарата клетки-хозяина. Во-вторых, те вирусные гены, продукты которых потенциально способны нарушить целостность клетки, должны регулироваться таким образом, чтобы клетки могли благополучно расти и размножаться. Это достигается путем репрессии транскрипции генов. В клетках, лизогенных по фагу (, не транскрибируется ни один из вирусных генов, необходимых для продуктивной инфекции. В лизогенных культурах обнаруживается лишь очень небольшое количество вирусной м РНК.

Вирусы животных

Адсорбция и проникновение в клетку

Первые этапы вирусной инфекции, независимо от того, о каком вирусек идет речь, традиционно принято называть адсорбцией, проникновением и
«раздеванием» (разрушением вирусной оболочки). Под адсорбцией принято понимать первичный контакт вируса с клеткой. Часто этот контакт сначала бывает очень слабым - обратимая адсорбция. Затем прочность контакта возрастает - необратимая адсорбция. Эти термины в равной степени приложимы для описания начальной стадии проникновения в клетки любых вирусов. Термин
«проникновение» ошибочен потому, что он подразкмевает активное воздействие на атакуемую клетку определенной части вириона, что не было доказано. Более вероятно, что во многих случаях на самом деле имеет место совсем другой процесс - прикрепление вируса к клетке вследствие физико- химической комплементарности между поверхностью вируса и молекулами рецепторов, находящихся на поверхности клетки, индуцирует в клетке изменения, необходимые для проникновения в нее вируса.

Общая картина адсорбции вирусов животных

Результаты, полученные при изучении адсорбции на клетках самых различных вирусов животных (как с оболочкой, так и без нее), создают следующую общую картину процесса прикрепления вируса к клетке. Процесс начинается со случайных столкновений мнрожества вирионов с поверхностью клетки, но к образованию связи между физически комплементарными друг другу участками поверхности клетки и вириона ведет лишь одно столкновение из каждых 10з или 104. Возможно, что в образовании таких связей принимают участие и ионы культуральной среды. Непосредственно реализовать эти связи могут находящиеся на поверхности вирионов выступы, состоящие из особых вирусных белков, такие, как «шипы» у вирусов с оболочкой, например микровирусов, тогавирусов и парамиксовирусов, или белковые нити (фибриллы), отходящие от вершин икосаэдрических вирионов (например, у некоторых аденовирусов).
Участок связывания на поверхности вириона, непосредственно взаимодействующий с рецептором клетки, может состоять из индивидуального структурного вирусного белка, а может и представлять собой мозаику из нескольких белков капсида (по-видимому, именно так обстоит дело у пикорнавирусов). Рецептором во всех случаях служит расположенный на поверхности клетки белок или гликопротеид. На поверхности клетки имеются различные рецепторы, каждый из которых специфичен для своего вируса.
Специфичность этих рецепторов не абсолютна, что приводит к возможности группировки вирусов по этому свойству в своеобразные «семейства». Вирусы, родственные друг другу по данному признаку, могут быть родственны и по другим признакам, однако это условие не является обязательным. На поверхности единичной клетки может содержаться от 104 до 105 копий каждого вида рецептора.
Следует подчеркнуть, что сам факт адсорбции вируса на клетке еще никоим образом не означает инициации вирусной инфекции. Связи, образующиеся при адсорбции между вирусом и клеткой, могут быть «слабыми»,, а адсорбция
«обратимой», т.е. вирион может покидать поверхность клетки. Однако некоторые из адсорбировавшихся на клетке вирионов связываются с ней более прочными «необратимыми» связями.
Проникновение вирусов животных в клетку и «раздевание».
Следующий этап после прочного прикрепления вириона к поверхности чувствительной клетки - это проникновение внутрь клетки всего вириона или его части и начало синтеза вирус-специфического белка или вирусной м РНК. В основе начального связывания самых различных вирусов с клеткой могут лежать принципиально сходные процессы. Напротив, проникновение вирионов в клетку и активация вирусного генома могут происходить у разных вирусов по-разному.
Ясно, что вирусы с оболочкой и «голые» вирусы должны проникать в клетку в результате разных физико-химических процессов. Уже давно предполагали, что в основе проникновения в клетку вирусов с оболочкой, вероятно, лежит процесс, в какой-то мере подобный «плавлению мембраны», или процесс
«слияния». Что же касается таких относительно больших белковых структур, как голые вирионы, то для них известен только один механизм проникновения в клетку - это фагоцитоз, и уже давно предполагается, что такие вирусы проникают в клетки в результате варианта фагоцитоза, названного
«виропексисом». В последние года стала известна еще одна важная подробность, касающаяся проникновения вирусов в клетки. Действительно, в ряде случаев единственным компонентом вириона, непосредственно ответственным за синтез новых компонентов вируса, является его нуклеиновая кислота, а в других еще и входящая в состав вириона РНК- или ДНК- полимераза.

Размножение вирусов животных

РНК-содержащие вирусы

Одно из резких различий между вирусами бактерий и вирусами животных состоит в неодинаковой продолжительности их одиночного цикла репродукции.
Так, одиночный цикл репродукции даже у наиболее быстро размножающихся вирусов животных продолжается 5-6 г, а у ряда других вирусов - несколько дней. Кроме того, многие вирусы вызывают лишь персистентные инфекции, при которых клетки-хозяева не погибают, хотя вирус все время образуется и в них и в их потомках. Столь длительный цикл репродукции вирусов животных по сравнению с более коротким циклом репродукции большинства фагов, вероятно, зависит от относительных размеров соответствующих клеток-хозяев.
Многие особенности вирусов животных связаны со специфическими особенностями архитектуры эукариотических клеток. ДНК большинства ДНК- содержащих вирусов синтезируется в ядре клетки. Напротив, белки всех без исключения вирусов синтезируются в цитоплазме. Заражение клеток вирусами в принципе может привести к двум последствиям. Зараженная клетка может либо погибнуть, образовав при этом большое количество вируса (литический тип взаимодействия вирусов с клетками), либо продолжать жить и делиться, синтезируя небольшие количества вируса. Культуры размножающихся клеток, продуцирующих вирус, называют персистентно инфицированными. Почти любой вирус животных при соответствующих условиях может вызвать персистентную инфекцию. Более того, многие вирусы лизируют клетки очень редко, и обычно в зараженных клетках устанавливается состояние устойчивого равновесия - образуется персистентно инфицированная культура клеток.
Установлено, что при успешной литической инфекции в зараженных клетках происходит пять четко отличающихся друг от друга событий, реализуемых функционально активными вирус-специфическими белками. В ходе одиночного цикла репродукции вируса эти события развиваются либо параллельно, либо последовательно. Их временная последовательность определяется специфическими свойствами каждого вируса. Это следующие события: 1) подавление вирусом ряда клеточных функций; 2) синтез вирусных м РНК; 3) репликация вирусного генома; 4) морфогенез вирионов; 5) освобождение вирионов из клетки.
Согласно правилам спаривания оснований по Уотсону и Крику, для каждой данной молекулы РНК можно записать комплементарную ей нуклеотидную последовательность. Для удобства классификации вирусов вирусную м РНК условно обозначают как «плюс»-цепь, а комплементарную ей последовательность, как «минус»-цепь. Исходя из структурной взаимосвязи между нуклеиновой кислотой вириона и его м РНК, все вирусы животных можно разделить на шесть классов. Конечно, эту классификацию можно применить также и к бактериофагам, и к вирусам насекомых, и растений, но в настоящее время разумнее всего ограничить ее применение вирусами животных.
К классу I относятся вирусы, содержащие двухцепочечную ДНК, например вирус осповакцины м РНК этих вирусов синтезируется таким же образом, как и клеточные м РНК, геном вируса - двухцепочечная ДНК - служит матрицей для синтеза м РНК.
Класс II включает вирусы, содержащие одноцепочечную ДНК. Их м РНК по нуклеотидному составу, вероятно, полностью гомологична ДНК вириона. Поэтому м РНК должны транскрибироваться с «минус»- цепи ДНК, входящей в состав репликативного промежуточного комплекса-вируса. К остальным классам относятся вирусы, у которых геном служит РНК. Класс III включает вирусы, содержащие двухцепочечную РНК, например реовирусы. Эта РНК служит мартицей для асимметричного синтеза вирусных м РНК. Оказалось, что у всех до сих пор обнаруженных вирусов класса III геном сегментирован, т.е. состоит из множества хромосом, каждая из которых кодирует один полипептид.
Вирусы, относящиеся к классу IV, содержат «плюс»-цепи РНК. Геном этих вирусов имеет ту же полярность, что и их м РНК. Вирусы данного класса делятся на два подкласса. У вирусов подкласса Ivа, типичным представителем которых является вирус полиомиелита, все белки синтезируются при трансляции одной-единственной молекулы м РНК. Образующийся при этом полипротеин расщепления затем протеолитическими ферментами с образованием функционально активных белков. Все м РНК этих вирусов имеют ту же длину, что и РНК-геном. Вирусы подкласса Ivв называют также тогавирусами. Они синтезируют в клетке по меньшей мере два вида вирусных м РНК: м РНК одного вида имеет ту же длину, что и РНК вириона, а м РНК второго вида представляет собой фрагмент РНК вириона.
Вирусы класса V называют также «минус» - РНК-вирусами. По нуклеотидной последовательности м РНК этих вирусов комплементарна РНК вирионов.
Следовательно, вирион содержит матрицу для синтеза м РНК, но не для синтеза белков. Различают два подкласса вирусов класса V. Геном вирусов подкласса
Vа представляет собой одну молекулу РНК, с которой транскрибируется целый ряд м РНК, причем все до сих пор изученные м РНК этих вирусов моноцистронные. Вирусы подкласса Vв имеют сегментированный геном. Каждый из сегментов генома служит матрицей , с которой транскрибируется лишь один вид молекул м РНК. Один из этих м РНК кодируют мноцистроенные, а другие
- полицистроенные полипротеины. Вирусы, относящиеся к классу VI, называют также ретровирусами. Это самые необычные из всех известных РНК-содержащих вирусов, ибо при транскрибировании их РНК синтезируется не РНК, как обычно, а ДНК, которая в свою очередь служит матрицей для синтеза м РНК.
Следовательно м РНК этих вирусов и РНК их вирионов не отличаются по полярности друг от друга, а некоторые из них идентичны и по длине. Из удивительных свойств этих генетических систем вытекает не мало замечательных следствий.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8