Устойчивость вирусов к различным физическим и химическим факторам кратко

Обновлено: 02.07.2024

Вирусология — учение о вирусах. Этим микроорганизмам присущ строгий внутриклеточный паразитизм, осуществляемый на молекулярно-генетическом уровне. Многие вирусные болезни животных (ящур, чума крупного рогатого скота, классическая и африканская чума свиней, оспа овец, ньюкаслская болезнь и ряд других) представляют большую опасность и приносят значительный экономический ущерб. Вирусы обладают свойствами, отличающими их от других микроорганизмов — они очень малы, способны проходить через бактериальные фильтры, не культивируются на искусственных питательных средах. Для вирусов характерны две формы существования: внеклеточная (вирион), или покоящаяся, и внутриклеточная (вегетативная), или размножающаяся (комплекс вирус — клетка). Вирусы, как и все живое на Земле содержат нуклеиновую кислоту, белок; обладают способностью воспроизводить себе подобных, подвержены изменчивости, но по строению, химическому составу и способу размножаться отличаются от других форм.

Вирусы – это внеклеточная форма жизни, обладающая собственным геномом и способностью воспроизводиться только в живых клетках. По содержанию нуклеиновых кислот вирусы отличаются от живых систем, тем, что у них одна кислота (РНК или ДНК), а у других организмов их две. Число белковых молекул в вирусных белках самое разнообразное, но оно всегда больше, чем у белков высших организмов. Вирусы воспроизводят себе подобных в огромном количестве и своеобразным способом – репродукцией – так как здесь копируются молекулы нуклеиновой кислоты и по их генетической информации синтезируются вирусные белки. Репликацию нуклеиновых кислот осуществляют ферменты – они из клеточных нуклеотидов строят полинуклеотидные цепи новых молекул нуклеиновых кислот вирусов. Являясь неклеточной формой жизни, вирусы тем не менее имеют корпускулярную структуру и определенную для каждого вида морфологию. Величина вирусов варьирует в широких пределах: возбудитель ящура имеет величину до 30 нм, вирус коровьей оспы — около 200 нм. Определение величины вируса достигается фильтрацией через фильтры с известной величиной пор, центрифугированием в скоростных центрифугах, что позволяет по скорости оседания судить о величине частиц, и наконец, исследованием в электронном микроскопе. Инфекционные единицы вирусов называют вирионами. Каждый вирион состоит из нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК), окруженной оболочками. Белковую оболочку называют капсидом. Структура, состоящая из нуклеиновой кислоты и окружающего ее капсида, именуется нуклеокапсидом. Различают два типа симметрии строения капсида: кубический и спиральный. У некоторых вирусов капсиды окружены второй липо - или гликопротеидной оболочкой. У отдельных вирусов выявлено наличие собственных ферментов. Нуклеиновая кислота несет в себе наследственные признаки, она непосредственно участвует в синтезе белка и, кроме того, является фактором инфекционности вируса, а белок обеспечивает антигенную специфичность и стимулирует образование антител.

Основы современной классификации вирусов

Современная классификация – универсальная. Она основана на фундаментальных свойствах вирусов, из которых ведущими являются признаки, характеризующие нуклеиновую кислоту, морфологию вирусов, стратегию вирусного генома и антигенные свойства. Стратегия вирусного генома – это используемый вирусом способ репродукции, обусловленный вирусным геномом.

Так как по своим свойствам вирусы отличаются от других микроорганизмов, то по современной классификации они выделены в самостоятельную группу – царство или тип VIRA. Классификация вирусов предусматривает следующие таксономические группы: вид, род, семейство, класс, отряд, тип.

Номенклатура вирусов также является международной и универсальной. Всем вирусам присвоены латинские названия. Названия семейств принимают окончание viridae, родов – virus. Научные названия вирусов пишутся с заглавной буквы и состоят из двух латинских слов, означающих род (стоит на первом месте и пишется с прописной буквы) и вид (стоит на втором месте и пишется со строчной буквы).

Все вирусы, в зависимости от того, кого они поражают, подразделяются на следующие группы:

Ø вирусы позвоночных (человека, животных, птиц)

Ø вирусы растений

Ø вирусы простейших (микроорганизмов)

Ø вирусы беспозвоночных (насекомых)

Современная классификация охватывает более 80% известных вирусов. В основу современной классификации положено:

Ø Тип нуклеиновой кислоты и ее структура.

Ø Наличие второй липопротеидной оболочки.

Ø Размер и морфология вириона.

Ø Стратегия вирусного генома.

Ø Тип симметрии капсомеров.

Ø Число капсомеров в капсиде.

Ø Генетические взаимодействия.

Ø Круг восприимчивых хозяев.

Ø Географическое распространение.

Ø Способ передачи.

Ø Антигенные свойства.

Ø Чувствительность вирионов к органическим растворителям.

Ø Место репродукции вирионов.

Ø Способность агглютинировать эритроциты

Внутриклеточные включения

При ряде вирусных болезней (оспа, бешенство) обнаруживают внутриклеточные тельца-включения (элементарные тельца). При применении особых методов окраски (по Морозову, по Романовскому — Гимзе и др.) их удается увидеть в световом микроскопе. Включения могут располагаться в цитоплазме клеток и ядре. По составу они разнообразны, но в большинстве своем состоят из вирусных частиц.

Обнаружение телец-включений при ряде инфекционных болезней (например, при бешенстве) имеет диагностическое значение.

Внутриклеточные включения – это вирусный материал и реакция клетки на вирусный материал.

1. По локализации в клетке включения делятся:

2. По составу нуклеиновой кислоты:

3. По тинкториальным свойствам:

4. По гомогенности:

Цитоплазматические включения обнаруживаются в клетке при размножении в них крупных вирусов (оспа, бешенство). Они представлены в виде округлых, овальных или неправильной формы образований с диаметром от 1-2 до 20-30 мкм. В пораженной клетке может быть несколько включений. Чаще включения прилегают к ядру, несколько смещая его, или вообще окружают ядро и для каждого цитоплазматического включения характерна гомогенная структура.

Ядерные включения встречаются при заражении крупными и мелкими вирусами, причем ядерные включения отличаются от ядрышка своими тинкториальными свойствами.

Влияние возраста животного: у молодых включения встречаются чаще, у взрослых – реже.

Устойчивость вирусов, их очистка и концентрирование

Очистка и концентрирование вирусов достигается путем фильтрации через специальные фильтры с использованием синтетических смол и полимерных материалов, а также путем ультраскоростного центрифугирования. Эти методы позволяют также выделить отдельные компоненты (фракции) вирусов.

Устойчивость вирусов к воздействию факторов внешней среды и разного рода физическим факторам и химическим веществам различна и зависит от строения и химического состава вирусов, наличия защитных оболочек, от среды, в которой находится вирус. Степень устойчивости соответствует механизму передачи вируса. Наиболее устойчивы вирусы, которые передаются алиментарным путем (классическая чума свиней, ящур) или через наружные покровы (контагиозный пустулезный дерматит овец и коз). Менее устойчивы вирусы, передающиеся воздушно-капельным (респираторным) или трансмиссивным путем.

У вирусов есть две формы существования. При вегетативной форме вирус тесно связан с клеткой и его сохранность полностью зависит от клетки. Этот процесс неполно изучен.

Устойчивость вирионов изучена хорошо. В защите от факторов внешней среды основную роль выполняет белковая оболочка – капсид. И так как он у разных вирусов устроен по-разному, то и устойчивость разная (вирусы, имеющие в капсиде липиды быстро инактивируются жирорастворителями, а если их нет, то к жирорастворителям они не чувствительны).

Устойчивость вирусов имеет большое практическое значение. Способность вирусов погибать при действии одних факторов и сохраняться под действием других – широко используется при изготовлении инактивированных вакцин, консервировании вакцин.

При вирусных болезнях в организме животного идет интенсивное размножение вируса. В процессе болезни часть вирусов гибнет в организме, а часть выделяется во внешнюю среду и может сохраняться там и являться источником инфекции.

Культивирование вирусов, их патогенность и вирусологические исследования

Культивирование вирусов. Для размножения вирусов необходимо наличие живых, чувствительных к нему клеток. Поэтому культивирование вирусов осуществляют в организме восприимчивых животных, в клетках куриных эмбрионов и клетках культур тканей.

К использованию естественно восприимчивых животных для культивирования вирусов прибегают в настоящее время редко.

Чаще используют более прогрессивные методы. В клетках куриных эмбрионов культивируют вирусы коровьей оспы, оспы-дифтерита птиц, инфекционного ларинготрахеита, ньюкаслской болезни, чумы плотоядных.

Внедрение в практику вирусологических исследований метода культур клеток сыграло огромную роль в дальнейшем развитии вирусологии. Различают два типа клеточных культур: 1) клетки культур переживающих тканей (первично трипсинизированные) получают путем механического (измельчение) и ферментативного (трипсинизация) расщепления тканей из почек животных, плаценты, сердца, куриных эмбрионов (фибробласты куриного эмбриона); 2) клетки культур растущих тканей (перевиваемые) получают чаще всего из злокачественных опухолей. Используют также культуры диплоидных клеток, которые неопасны в канцерогенном отношении.

Выращивание культур клеток чаще производят в однослойных (монослойных) культурах. В этом случае клетки, внесенные в стеклянный сосуд, прикрепляются к одной из его стенок, образуя слой толщиной в одну клетку. Модификацией этого метода является выращивание культур клеток во вращающихся сосудах (роллерный метод), на пластинках, помещенных в сосуд, на микроносителе (гранулы полимерных материалов, на поверхности которых также образуется монослой клеток). Большинство вирусов по мере роста в однослойных культурах вызывают дегенерацию и гибель клеток, что называют цитопатогенным действием (ЦПД). Таким свойством обладают вирусы ящура, ньюкаслской болезни. Специфичность ЦПД устанавливают с помощью реакции нейтрализации со специфической сывороткой. Однако имеются вирусы, которые размножаются без проявления ЦПД (например, вирус классической чумы свиней). Существует также метод глубинного выращивания вирусов, при котором клетки находятся во взвешенном состоянии (в перемешиваемых суспензиях). Рост культур клеток и размножение вирусов происходят в питательных средах, содержащих аминокислоты, витамины, соли, глюкозу, сыворотку и другие вещества.

Патогенное действие вирусов на организм животного связано с поражением чувствительных клеток. Это сопровождается местными и общими реакциями. На месте размножения вируса наблюдают распад клеток (например, слущивание эпителия), что зачастую сопровождается внедрением бактериальной флоры и накоплением различных токсических веществ, всасывание которых приводит к повышению температуры тела, нарушению обмена веществ. Специфичность действия вирусов связана с избирательным поражением определенных органов и тканей — тропизмом.

Вирус ящура, например, поражает в основном эпителиальные ткани, а бешенство — нервную ткань.

Общие реакции проявляются прежде всего повышением температуры тела, угнетением, отказом от корма. Отмечают также изменения форменных элементов и состава крови, образование антител, появление других клинических реакций (нарушение деятельности сердечно-сосудистой, дыхательной, пищеварительной систем), возникновение патологоанатомических изменений (воспалительные процессы лимфоидной ткани и др.).

Установлена возможность длительного вирусоносительства. Примером может служить вирус герпеса, патогенное действие которого проявляется лишь на фоне ослабления резистентности организма.

Некоторые вирусы (вирус классической чумы свиней) могут также длительно находиться в организме переболевшего животного.

Вирусологическое исследование — комплекс лабораторных исследований (биологических, морфологических, серологических), направленных на распознавание этиологии вирусной болезни, выделение и изучение ее возбудителя, а также на обнаружение в крови больных и переболевших животных специфических антител.

Возможность выделения вируса зависит от правильности взятия и хранения материала. В зависимости от характера болезни вирус выделяют путем заражения лабораторных или сельскохозяйственных животных, развивающихся куриных эмбрионов или культуры тканей. С целью дальнейшего изучения вирусы культивируют на чувствительных объектах. Изучают биологические свойства выделенного вируса: устойчивость к воздействию разных температур, красителей, лучистой энергии, рН среды, течение болезни у лабораторных животных. В РСК, реакциях нейтрализации, иммунофлуоресценции, гемагглютинации и задержки гемагглютинации, преципитации и др. определяют антигенные свойства выделенного вируса. Некоторые из этих реакций используют и для определения наличия антител в крови животных по заведомо известному вирусному антигену. По комплексу признаков, присущих выделенному вирусу, производят его идентификацию, то есть устанавливают принадлежность к определенному виду. Совокупность данных эпизоотологических, клинических, патологоморфологических, вирусологических и серологических исследований позволяет поставить диагноз при возникновении болезни вирусной этиологии.

Развитие вирусологии на современном этапе

Причины интенсивного развития вирусологии в последние годы:

1. Вирусные болезни занимают ведущее место, охватывают большое количество людей, животных и встречаются в 6-7 раз чаще, чем бактериальные болезни.

2. Против вирусных болезней не разработаны хорошие биологические препараты.

3. В последние годы получила признание вирусная теория происхождения опухолей (Зильбер). 150 видов вирусов могут вызвать опухоль.

4. Вирусы – это независимая категория жизни. Они очень просто устроены и могут применяться как биологическая модель в генетике, в генной иммунологии, в изучении роли нуклеиновых кислот, белков.

Более 40 лет назад родилась генная инженерия (планирование) – можно конструировать новые живые системы.

5. В последние годы среди молодняка животных получили широкое распространение пневмоэнтериты. В появлении вспышек этих заболеваний тесно взаимодействуют инфекционныен вирусы и стрессовые факторы, причем вирусы действуют не в одиночку, а в сочетании с другими вирусами, микробами.

6. Установлено, что вирусы являются одной из причин внутриутробных патологий

7. Вирусы можно использовать в борьбе с насекомыми, с вредителями сельскохозяйственных культур.

Вирусы, относящиеся к разным семействам, обладают неодинаковой устойчивостью к окружающей среде. Наиболее устойчивы безоболочечные вирусы с изометрической морфологией вириона. К ним относятся, например, адено-, рео-, пикорнавирусы, которые сохраняют свою инфекционную активность в течение нескольких дней, тогда как оболочечные вирусы с плеоморфной морфологией, такие как орто- и парамиксовирусы, инактивируются на поверхностях на несколько часов. Однако имеются и исключения. Например, оболочечные вирусы оспы устойчивы к высыханию и сохраняются в экскретах многие недели и месяцы; вирус гепатита В( оболочечные гепадновирусы) устойчивы к действию неблагоприятных факторов среды и сохраняет активность в сыворотке при кратковременном кипячении.

Чувствительность вирусов к разным видам излучения( УФ, рентгеновскому) зависит преимущественно от размеров генома. Так самые крупные размеры геномов у покс-, асфа- иридо- и герпевирусов( от 128 до 383 килобаз). Для их инактивации требуется рентгеновское облучение в дозе 5 * 10 4 рад, тогда как для папилломавирусов(7kb) требуется 4 * 10 5 рад.

Чувствительность вирусов к растворителям( эфиру, ацетону, хлороформу, формальдегиду и т.д.) и другим химическим веществам зависит от целого ряда свойств, к которым относится наличие или отсутствие суперкапсидной оболочки, плотность паковки нуклеиновой кислоты в капсид, размеры генома. Оболочечные вирусы преимущественно сферической и плеоморфной морфологии чувствительны к растворителям и детергентам, тогда как безоболочечные изометрические и бациллоформные вирусы устойчивы к их действию. Важным свойством вирусов является их чувствительность к pH среды. В ходе эволюции у вирусов сложилась специфическая особенность репродуцироваться в клетках хозяина, находящихся в среде с определенным кислотно-щелочным соотношением. Так, рео-, корона-, пикорнавирусы, проникающие в организм хозяина алиментарным путем и вызывающие кишечные инфекции, устойчивы к низким значениям ph (2,2-3,0), однако большинство вирусов инактивируются при кислых и щелочных ph.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Георгий Базыкин, ПостНаука

Должно произойти такое, чтобы на одного зараженного человека приходилось в среднем больше одного заражения. Тогда человек становится резервуаром для этого вируса. Не все вирусы, к счастью, прошли этот путь, многие, мы надеемся, на этой стадии остановятся. Например, птичьим гриппом люди иногда заражаются, но почти всегда это случаи заражения от птиц, а не дальнейшей передачи от человека к человеку. Тем не менее мы знаем, что существуют мутации, которые вирус птичьего гриппа может приобрести и в результате этого стать способным передаваться в человеческой популяции тоже. Второе, что должно произойти, – вирус должен научиться как-то совладать с нашей иммунной системой. Наконец, он должен научиться совладать с тем, чем мы пытаемся против него бороться: либо с вакцинами, либо с лекарственными препаратами.

Можно поговорить в качестве конкретных примеров про два очень важных вируса, которые приводят к очень большому числу смертей, в том числе из-за инфекционных заболеваний вообще, – это вирус иммунодефицита человека и вирус гриппа. Вирус иммунодефицита человека – это колоссальная проблема. Он пришел в человеческую популяцию приблизительно в 20–40-х годах XX века. Сейчас понятно, что он интенсивно приспосабливается к жизни в человеке на самых разных уровнях. Во-первых, оказалось, что разные человеческие популяции априорно обладали некоторыми механизмами защиты от него. У нас есть человеческий лейкоцитарный антиген – важный белок, необходимый для борьбы с патогенами, это компонент нашей иммунной системы. У разных людей есть немного разные варианты этого белка, и оказывается, что в разных географических популяциях людей они дают разную защиту от разных вариантов ВИЧ, то есть вируса, приводящего к СПИДу. За несколько десятилетий после возникновения и переноса в эти популяции ВИЧ в популяциях, которые имеют защиту, возникла и стала более частой та форма ВИЧ, которая учится и умеет эту защиту обходить.

Такой же процесс происходит не только на популяционном уровне, но и на уровне каждого человека. Оказывается, что внутри организма пациента, после того как он инфицируется, происходит колоссальная и очень быстрая эволюция вируса. Если бы не эволюция, то человек, по-видимому, выздоравливал бы от ВИЧ в течение недели, так же как при заболевании вирусным гриппом – один раз в жизни (иммунитет к гриппу пожизненный, и мы просто все время болеем разными штаммами). У человека есть средства защиты, которые возникли как ответ на предыдущие, давние инфекции. О них мы сейчас уже ничего не знаем, они имели место несколько тысяч лет назад. Например, у европейской популяции есть вариант гена, экспрессируемого на поверхности клеток иммунной системы, который дает частичную защиту от ВИЧ. Этим людям повезло, и все благодаря тому, что какие-то давние их предки выжили в страшной эпидемии, которая бушевала, может быть, 10 000 лет назад на Европейском континенте, а мы про нее сейчас ничего не знаем.

Для борьбы с ВИЧ у нас есть лекарственные препараты. С ними связаны все те же проблемы, что и с антибиотиками, а именно: к ним возникает устойчивость. Причем устойчивость возникает заново на уровне каждого пациента. Здесь очень важно использовать эволюционное соображение, чтобы думать о том, как с этой устойчивостью бороться.

Как можно бороться с устойчивостью? У нас есть вирус, он с вероятностью одна тысячная получит мутацию, которая сделает его устойчивым к конкретному препарату. Что здесь можно сделать? Можно использовать не один препарат, а два. Если мы используем два препарата, то к каждому из них устойчивость возникнет с вероятностью одна тысячная, к обоим вместе – уже с вероятностью одна миллионная, что гораздо менее вероятное событие. Если три препарата, то это будет уже одна миллиардная, и, скорее всего, не найдется в организме столько вирусных частиц, чтобы приобрести эту устойчивость. Поэтому важная идея использования таких коктейлей препаратов – одновременная комплексная терапия, состоящая из нескольких препаратов. Основная терапия, которая сейчас для ВИЧ используется или должна использоваться, – это одновременный удар по нескольким разным системам, которые вирус использует.

К сожалению, у ВИЧ есть система, которая позволяет отчасти обходить эту проблему. У него есть такой механизм перемешивания генетического материала, который называется рекомбинация. Если одна вирусная частица приобретает одну мутацию устойчивости к одному препарату, другая – устойчивость к другому препарату, а после этого они встречаются в одной клетке, то они могут перемешать свой генетический материал, создав такую версию, которая устойчива к обоим препаратам. Тогда не придется ждать миллион поколений, то есть это создает проблему. Если мы не можем использовать коктейли препаратов, иногда мы можем сделать что-нибудь другое. Например, использовать более сложные временные режимы: использовать препарат в течение какого-то времени, а после этого на время прекращать. Не в контексте конкретно ВИЧ, но в контексте борьбы с патогенами.

Второе важное средство защиты, которое у нас есть, – это вакцины. Вакцины от ВИЧ не существует, зато у нас есть очень хорошая и эффективная вакцина от гриппа. Грипп – это тоже вирус, генетическая информация которого записана на молекуле РНК. Этот вирус очень быстро изменяется, эволюционирует в масштабе времени человеческой жизни. Вирус гриппа, который ходит сейчас, совсем не тот, который ходил 30 лет назад. Этот процесс тщательно мониторится все время. Поскольку геномы вирусов достаточно короткие, то можно их легко и быстро прочитывать, это достаточно дешево. Сейчас центры по всему миру, в том числе в России, собирают информацию в реальном времени и смотрят, какими именно штаммами вируса гриппа болеет народ. Имея эту информацию, мы можем пытаться предсказывать эволюцию гриппа. Зачем это нам нужно? Это нужно для того, чтобы планировать вакцины.

Другая большая проблема, которую мы, впрочем, не умеем решать и совсем не знаем, как к этому подступиться, – предсказывать, какие именно патогены перескочат в человека. Предсказывать совсем новые инфекции, к сожалению, мы умеем очень плохо. Хотя здесь первенство не у теоретической эволюционной биологии, а у экспериментальной. Мы можем взять природные вирусы, с которыми человеку приходится контактировать, пытаться экспериментально мутировать их и смотреть, могут ли они адаптироваться к жизни в клетках млекопитающих. В случае гриппа часто в качестве модельного объекта используется хорек: могут ли вирусы передаваться между хорьками? Птичьему гриппу, например, нужно набрать порядка пяти мутаций, чтобы начать передаваться между млекопитающими. Но вирусов вокруг и потенциальных организмов, от которых мы можем их получить, так много, что здесь все мониторить очень сложно. Хотя это было бы очень правильное направление работы. Предсказывать новые инфекции, новые переносы инфекционных агентов между видами – это большая нерешенная задача.

Об авторе:
Георгий Базыкин – кандидат биологических наук, PhD Принстонского университета, зав. сектором молекулярной эволюции ИППИ РАН, ведущий научный сотрудник Факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ.

К ним относятся, например, адено-, рео-, пикорнавирусы, которые сохраняют свою инфекционную активность в течение нескольких дней, тогда как оболочечные вирусы с плеоморфной морфологией, такие как орто — и парамиксовирусы, инактивируются на поверхностях за несколько часов. Однако имеются и исключения. Например, оболочечные вирусы оспы устойчивы к высыханию и сохраняются в экскретах многие недели и месяцы; вирус гепатита В (оболочечные гепадновирусы) устойчив к действию неблагоприятных факторов среды и сохраняет активность в сыворотке при кратковременном кипячении.

Чувствительность вирусов к разным видам излучения (УФ, рентгеновскому) зависит преимущественно от размеров генома. Так, самые крупные размеры геномов у покс-, асфа-, иридо — в герпесвирусов (от 125 до 383 kb — килобаз). Для их инактивации требуется рентгеновское облучение в дозе 5 · 10 4 рад, тогда как для папилломавирусов (7 kb) требуется уже 4 · 10 5 рад.

Важным свойством вирусов является их чувствительность к pH среды. В ходе эволюции у вирусов сложилась специфическая особенность репродуцироваться в клетках хозяина, находящихся в среде с определенным кислотно-щелочным соотношением. Так, рео-, корона-, пикорнавирусы, проникающие в организм хозяина алиментарным путем и вызывающие кишечные инфекции, устойчивы к низким значениям pH (2,2—3,0), однако большинство вирусов инактивируются при кислых и щелочных значениях pH.

Читайте также: