Viren klassifiziert nach Art des genetischen Materials, Replikationsmodi, Struktur und Lage von Strukturproteinen (Kapsiden) sowie dem Vorhandensein oder Fehlen einer Hülle.

Genetische Struktur und Replikationsmodi von DNA-Viren. Sie können nur doppelsträngig oder einzelsträngig sein. Zu den ersten gehören Pockenviren, Herpesviren, Adenoviren, Papovaviren und Polyomaviren. Die letzten beiden Viren verursachen die Entstehung gutartiger (Warzen) und bösartiger (Gebärmutterhalskrebs) Tumoren. Das Hepatitis-B-Virus ist teilweise doppel- und einzelsträngig. Zu den Einzelstrangviren gehören Parvoviren, die Erythema infectiosum verursachen.

Replikation DNA-Viren tritt normalerweise im Zellkern von Wirtszellen auf und geht mit der Produktion von Polymerasen einher, die virale DNA reproduzieren. Darüber hinaus ist letzteres nicht immer in die chromosomale DNA des Wirts integriert.

RNA-Viren. Diese Viren enthalten einzelsträngige RNA, unterscheiden sich jedoch in ihrer Reproduktionsstrategie (enthalten plus-einzelsträngige RNA und minus-einzelsträngige RNA). Bei Plus-Einzelstrangviren wird RNA in Strukturproteine ​​übersetzt und dient als Matrize (mRNA) für die RNA-abhängige RNA-Polymerase.

Minus-Einzelstrangviren enthalten ihre eigenen RNA-abhängige RNA-Polymerase, hergestellt auf Basis des Genoms des mRNA-Virus. Letzteres wiederum kann eine Vorlage für die Produktion viraler (minus-einzelsträngiger) RNA sein.

Retroviren haben einen Plus-Einzelstrang RNA, die nicht als mRNA fungieren kann. Es wird mithilfe der Reversen Transkriptase auf die DNA „umgeschrieben“ und in die Wirts-DNA integriert. Die anschließende Transkription zur Bildung von mRNA und viraler RNA wird durch die Transkriptase der Wirtszelle gesteuert.

Die Struktur von Viruskapsiden. Die virale Nukleinsäure ist mit einer Proteinhülle bedeckt, die aus sich wiederholenden Einheiten (Kapsid) mit ikosaedrischer (kubischer) oder helikaler Symmetrie besteht. Viruskapside mit ikosaedrischer Symmetrie haben eine nahezu kugelförmige Form. Der helikale Symmetrietyp ist charakteristisch für RNA-Viren, deren Kapside eine helixförmig angeordnete Nukleinsäure umgeben.

Das Kapsid besteht aus sich wiederholenden Komponenten ( Kapsomere) wird die Anzahl der dafür kodierenden Gene reduziert, wodurch der Prozess der Virusassemblierung erleichtert wird.

Virenhülle. In einigen Fällen sind die Nukleinsäure- und Kapsidproteine ​​des Virus (Nukleokapsid) von einer Lipidhülle umgeben, die aus Wirtszellbestandteilen oder Kernmembranen besteht. Die Wirtszellmembran wird durch vom Virus kodierte Proteine ​​oder Glykoproteine ​​verändert, die als Rezeptoren für andere Wirtszellen fungieren. Umhüllte Viren reagieren empfindlich auf die Wirkung von Substanzen, die die Lipidmembran auflösen (z. B. Ester).

Viren bilden ein eigenständiges Königreich (Vira) und weisen folgende Merkmale auf:

Das Genom wird durch eine Nukleinsäure repräsentiert – DNA oder RNA (entsprechend werden 2 Unterreiche unterschieden – Riboviren und Desoxyriboviren).

Nichtzelluläre Struktur. Nukleinsäure ist mit einer Proteinhülle bedeckt – Kapsid, Kapsomere welches aus einzelnen Untereinheiten besteht - (besteht normalerweise aus 5-6 Polypeptiden). Das Kapsid bildet sich zusammen mit der Nukleinsäure Nukleokapsid. Einfache Viren (Poliomyelitisviren, Adenoviren usw.) haben diese Struktur. Komplexe Viren haben eine äußere Hülle – Superkapsid,

das Lipide, Glykolipide, enthält. Das Superkapsid wird zum Teil von der Wirtszelle gebildet.

Fehlen proteinsynthetisierender Systeme (in Gegenwart von Adsorptions-, Verteilungsenzymen, DNA- und RNA-abhängigen Polymerasen).

Eine besondere (disjunktive) Fortpflanzungsmethode: Die Proteine ​​des Virus werden an den Ribosomen der betroffenen Zelle synthetisiert, in anderen Bereichen - die Nukleinsäure des Virus, dann erfolgt der Zusammenbau viraler Partikel.

Kleine Größen;

kleine Viren (Podiovirus usw.) – 25–30 nm (Nanometer); mittel (Influenzavirus usw.) – 50–125 nm; groß (Variolavirus) – 150-200 nm. 7. Filtrierbarkeit (Durchgang durch Bakterienfilter). 8. Kristallisation (von Ballaststoffen gereinigte extrazelluläre Viren,

Virionen, fähig, Kristalle zu bilden). 9. Form von Virioiden (es gibt stabförmig - y Tollwutvirus usw. in Form eines Polyeders, Ikosaeders - für Adenoviren, quaderförmig Formen - im Variolavirus, sphärisch - bei Influenzaviren

kapitulieren (spermaartig) - Bakteriophagen). Im Körper von Labortieren: Mäuse (Erwachsene und Säuglinge), Kaninchen, Affen werden normalerweise infiziert (intramuskulär, intranasal, intraperitoneal, intrazerebral, auf der Hornhaut). Bei 9–12 Tage alten Hühnerembryonen: am häufigsten auf der Embryo-Allantois-Membran kultiviert, seltener – im Allantois- oder Amnion-Subnetz. In der Zellkultur: Einschichtige werden häufiger verwendet Gewebekultur aus aktiv proliferierenden Zellen. Die Zellen werden auf natürlichen Nährmedien (embryonale Extrakte, Pferdeserum, menschliches Serum), enzymatischen Proteinhydrolysaten (tryptisches Hydrolysat von Lactalbumin) und auf synthetischen Medien (z. B. auf Medium 199, bestehend aus 63 Komponenten, einschließlich Aminosäuren, Vitaminen und Glucose) gezüchtet , Salze, Humanserum, Phenolrot-Indikator). Die folgenden Arten von Zellkulturen werden verwendet: primär trypsinisierte (normalerweise Hühnerembryo-Fibroblasten; sie verflechten sich nicht und müssen immer ex tempore hergestellt werden; der Nachteil besteht darin, dass sie nicht dem Standard entsprechen); transplantierbar (in allen Labors gleich, da es sich um einen bestimmten Klon von Zellen handelt, zum Beispiel Zellen aus Portalgewebe- menschliches Amnion, Schweinembryo-Nieren; Zellen aus Tumorgewebe - HeLa (Gebärmutterhalskrebszellen), HEp-2 usw.; Der Nachteil dieser Gruppe besteht darin, dass die Zellen oft spontan degenerieren, atypisch und polyploid werden und auch spontan mit latenten Viren und Mykoplasmen infiziert werden. semikontinuierliche diploide (z. B. diploide menschliche Lungenzellen; sie sind stabil, degenerieren nicht spontan und sind nicht mit Viren und Mykoplasmen kontaminiert).

Folgende Formen viraler Infektionen werden unterschieden. Abortive Infektion (tritt bei einem nicht reagierenden Immunorganismus auf): Das Virus dringt entweder nicht in die Zelle ein oder stirbt nach dem Eindringen ab und wird aus der Zelle ausgestoßen. Produktive Infektion: Das Virus wird an empfindlichen Zellen adsorbiert und dringt in die Zelle ein, indem es seine Membran mit dem Virus im Inneren in das Zytoplasma der Zelle eintaucht ( viro-rexis); im entstehenden Phagosom wird die Nukleinsäure des Virus von den Proteinhüllen befreit („Ausziehen des Virus“); Nach der endgültigen Entkleidung schaltet die in die Zelle eingedrungene Virus-Nukleinsäure die Funktion des zellulären Genoms und der entsprechenden Stoffwechselsysteme der Zelle um zur Reproduktion Virus; Die resultierenden Viruspartikel verlassen die Zelle und dringen in benachbarte Zellen ein. Oftmals endet diese Interaktion mit dem Zelltod; dieser Vorgang wird als bezeichnet zytopathischAktion(CPD). Ein frühes Anzeichen einer CPD ist das Aufhören der Mitose; Die Zelle schwillt vorübergehend an, verformt sich dann, bildet Falten, wird stärker gefärbt, löst sich vom Glas (in Kulturen) und stirbt ab. Manchmal bilden sich Zellen, bevor sie absterben simplasts(verschmolzene mehrkernige Zellen). Virogenese: Die Nukleinsäure des in die Zelle eingedrungenen Virus wird in die DNA der Wirtszelle (wie im Fall eines gemäßigten Phagen) und in der Form eingebaut (integriert). Provirus existiert in der Zelle und wird an ihre Nachkommen weitergegeben. Das Phänomen der Virogenie ist sowohl für DNA- als auch für RNA-Viren charakteristisch, da letztere über das Enzym verfügen Reverse Transkriptase(zum Beispiel Retroviren).

Die moderne Klassifizierung von Viren basiert auf einer Reihe von Merkmalen, darunter: der Art der Nukleinsäure, der Anzahl der Kapsomere, dem Vorhandensein eines Superkapsids, der Empfindlichkeit gegenüber Estern, dem Spektrum anfälliger Wirte, der Pathogenität, der geografischen Verteilung usw.

Merkmale der antiviralen Immunität. Die Immunität gegen Virusinfektionen kann auf folgende Faktoren zurückzuführen sein. Faktoren der natürlichen Resistenz: zelluläre Reaktionslosigkeit (aufgrund der Phylogenese ist der Mensch gegen viele Viruserkrankungen von Tieren und Pflanzen immun); Inhibitoren – Substanzen mukoproteinischer oder lipoproteinischer Natur, die strukturell mit den Rezeptoren empfindlicher Zellen identisch sind (sie zirkulieren frei im Blut und anderen Flüssigkeiten und blockieren die Interaktion des Virus mit der Zelle); Komplement ist an der Bildung einer spezifischen (immunen) antiviralen Reaktion beteiligt (Lysozym und andere humorale Faktoren spielen keine schützende Rolle); Die Phagozytose ist unvollständig, aber die Leukozyten, in die das Virus eingedrungen ist, produzieren Interferon. Interferon wird von der Zelle nach dem Eindringen des Virus synthetisiert, es hemmt unspezifisch die Vermehrung jeglicher Viren und stört die Synthese viraler Proteine ​​auf Ribosomen (im menschlichen Körper ist nur menschliches Interferon aktiv, das von menschlichen Leukozyten produziert wird, oder gentechnisch verändertes Interferon - Reaferon, produziert von Escherichia coli, in dessen Genom das menschliche Interferon-Gen eingeführt wurde; Interferon wird häufig zur Behandlung und Notfallprävention von Virusinfektionen eingesetzt. Fieber (hohe Temperaturen stören die Vermehrung von Viren); Altersfaktor (wichtig zum Beispiel bei einer Rotavirus-Infektion, von der am häufigsten Kinder betroffen sind); endokrine Faktoren (Unterfunktion vieler endokriner Drüsen verschlimmert den Verlauf von Virusinfektionen); Faktoren des Ausscheidungssystems (helfen, den Körper von Viren zu befreien); Die Bildung intrazellulärer Einschlüsse kann eine schützende Wirkung haben (Guarnieri-Körperchen bei Pocken, Babes-Negri-Körperchen bei Tollwut).

Die Merkmale der erworbenen antiviralen Immunität führen in einigen Fällen zu einer anhaltenden Immunität (z. B. nach Masern), in anderen zu einer kurzfristigen (nach Rhinozerositis). Virusinfektion). Antikörper wirken nur gegen extrazelluläre Viren (daher erfolgt die Behandlung mit antiviralen Immunglobulinen frühzeitig, bevor der Großteil der Viren in die Zellen eingedrungen ist). Zellen, in die Viren eingedrungen sind, synthetisieren virusabhängig Antigene und körperfremd werden, was zu ihrer Zerstörung durch T-Killer führt. Bei Schutzreaktionen ist auch die lokale Zellresistenz wichtig (z. B. werden bei einer Person, die gegen Polio immun ist, Zellen des Nervengewebes und des Magen-Darm-Trakts, für die das Poliovirus Tropismus hat, resistent gegen das Virus). Sekretorische Immunglobuline (slgA) sind das Hauptglied der lokalen Immunität auf den Schleimhäuten. Durch die Impfung (mit viralen Impfstoffen) entsteht nicht nur eine spezifische Immunität gegen ein bestimmtes Virus, sondern auch eine Resistenz gegen andere Viren (es wird nicht nur die Produktion von Antikörpern und die Bildung von Killer-T-Zellen stimuliert, sondern auch die Produktion von Interferon).

Die Morphologie und Struktur von Viren wird mit untersucht Elektronenmikroskop, da ihre Größe klein und mit der Dicke der Bakterienhülle vergleichbar ist.

Die Form von Virionen kann unterschiedlich sein: stäbchenförmig (Tabakmosaikvirus), kugelförmig (Tollwutvirus), kugelförmig (Poliomyelitisviren, HIV), spermienförmig (viele Bakteriophagen) (Abb. 8).

Reis. 8. Formen von Virionen:

1 Pockenvirus; 2 Herpesvirus; 3 Adenovirus; 4 Papovavirus; 5 Hepadnavirus; 6 Paramyxovirus; 7 Influenzavirus; 8 Coronavirus; 9 Arenavirus; 10 Retrovirus;

Die Größe von Viren wird mittels Elektronenmikroskopie, Ultrafiltration durch Filter mit bekanntem Porendurchmesser und Ultrazentrifugation bestimmt. Zu den kleinsten Viren gehören Polio- und Maul- und Klauenseucheviren (ca. 20 nm), Circoviren (16 nm) und das größte Variolavirus (ca. 350 nm). Viren haben ein einzigartiges Genom, weil sie entweder DNA oder RNA enthalten. Daher unterscheidet man zwischen DNA-haltigen und RNA-haltigen Viren. Sie sind normalerweise haploid, das heißt, sie haben einen Satz Gene. Das Genom von Viren wird durch verschiedene Arten von Nukleinsäuren repräsentiert: doppelsträngig, einzelsträngig, linear, zirkulär, fragmentiert.

Es gibt einfache Viren (z. B. Poliovirus) und komplexe Viren (z. B. Influenzaviren, Masernviren). Bei einfachen Viren ist die Nukleinsäure mit einer Proteinhülle verbunden, die Kapsid (von lateinisch capsa) genannt wird. Das Kapsid besteht aus sich wiederholenden morphologischen Untereinheiten von Kapsomeren. Nukleinsäure und Kapsid interagieren miteinander und bilden ein Nukleokapsid. Bei komplexen Viren ist das Kapsid von einer zusätzlichen Lipoproteinhülle, einem Superkapsid (einem Derivat der Membranstrukturen der Wirtszelle), umgeben, das „Spikes“ aufweist. Das Kapsid und das Superkapsid schützen Virionen vor Umwelteinflüssen, bestimmen die selektive Interaktion (Adsorption) mit Zellen und bestimmen die antigenen und immunogenen Eigenschaften von Virionen. Die inneren Strukturen von Viren werden als Kern bezeichnet.

Virionen zeichnen sich durch spiralförmige, kubische und komplexe Arten von Kapsidsymmetrie aus. Der helikale Symmetrietyp beruht auf der helikalen Struktur des Nukleokapsids, der kubischen Bildung eines isometrischen Hohlkörpers aus dem Kapsid, das die virale Nukleinsäure enthält.

Neben gewöhnlichen Viren sind auch sogenannte nicht-kanonische Viren bekannt: Prionen, proteininfektiöse Partikel in Form von Fibrillen mit den Maßen 10-20 x 100-200 nm. Prionen sind offenbar sowohl Induktoren als auch Produkte eines autonomen Gens bei Menschen oder Tieren und verursachen bei ihnen unter Bedingungen einer langsamen Virusinfektion (Creutzfeldt-Jakob-Krankheit, Kuru usw.) eine Enzephalopathie. Andere ungewöhnliche Erreger, die eng mit Viren verwandt sind, sind Viroide, kleine kreisförmige, supergewundene RNA-Moleküle, die kein Protein enthalten und Krankheiten in Pflanzen verursachen.

Mikrobiologie: Skript zur Vorlesung Ksenia Viktorovna Tkachenko

1. Morphologie und Struktur von Viren

Viren sind Mikroorganismen, aus denen das Königreich Vira besteht.

Besonderheiten:

2) haben keine eigenen Proteinsynthese- und Energiesysteme;

3) keine zelluläre Organisation haben;

4) über eine disjunktive (getrennte) Reproduktionsmethode verfügen (die Synthese von Proteinen und Nukleinsäuren erfolgt an verschiedenen Orten und zu unterschiedlichen Zeiten);

6) Viren passieren Bakterienfilter.

Viren können in zwei Formen vorkommen: extrazellulär (Virion) und intrazellulär (Virus).

Die Form von Virionen kann sein:

1) rund;

2) stabförmig;

3) in Form regelmäßiger Vielecke;

4) fadenförmig usw.

Ihre Größe reicht von 15–18 bis 300–400 nm.

Im Zentrum des Virions befindet sich eine virale Nukleinsäure, bedeckt mit einer Proteinhülle – einem Kapsid, das eine streng geordnete Struktur aufweist. Die Kapsidhülle besteht aus Kapsomeren. Nukleinsäure und Kapsidhülle bilden das Nukleokapsid.

Das Nukleokapsid komplex organisierter Virionen ist mit einer äußeren Hülle bedeckt – einem Superkapsid, das viele funktionell unterschiedliche Lipid-, Protein- und Kohlenhydratstrukturen umfassen kann.

Die Struktur von DNA- und RNA-Viren unterscheidet sich nicht grundsätzlich von der NK anderer Mikroorganismen. Einige Viren enthalten Uracil in ihrer DNA.

DNA kann sein:

1) doppelsträngig;

2) einkettig;

3) klingeln;

4) doppelsträngig, aber mit einer kürzeren Kette;

5) Doppelkette, jedoch mit einer durchgehenden und der anderen fragmentierten Kette.

RNA kann sein:

1) einzelner Thread;

2) linear doppelsträngig;

3) linear fragmentiert;

4) klingeln;

Virale Proteine ​​werden unterteilt in:

1) genomisch – Nukleoproteine. Sorgen Sie für die Replikation viraler Nukleinsäuren und virale Reproduktionsprozesse. Dabei handelt es sich um Enzyme, durch die sich die Kopienzahl des Muttermoleküls erhöht, oder um Proteine, mit deren Hilfe auf einer Nukleinsäurematrix Moleküle synthetisiert werden, die für die Umsetzung genetischer Informationen sorgen;

2) Kapsidschalenproteine ​​sind einfache Proteine ​​mit der Fähigkeit zur Selbstorganisation. Sie bilden geometrisch regelmäßige Strukturen, bei denen verschiedene Arten von Symmetrie unterschieden werden: spiralförmig, kubisch (sie bilden regelmäßige Vielecke, die Anzahl der Flächen ist streng konstant) oder gemischt;

3) Superkapsid-Schalenproteine ​​sind komplexe Proteine ​​mit vielfältigen Funktionen. Durch sie kommt es zur Interaktion von Viren mit einer empfindlichen Zelle. Erfüllen Sie Schutz- und Rezeptorfunktionen.

Zu den Proteinen der Superkapsidhülle gehören:

a) Ankerproteine ​​(ein Ende davon befindet sich an der Oberfläche und das andere geht tief; sie sorgen für den Kontakt des Virions mit der Zelle);

b) Enzyme (können Membranen zerstören);

c) Hämagglutinine (verursachen Hämagglutination);

d) Elemente der Wirtszelle.

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Die Morphologie und Struktur von Viren wird mit einem Elektronenmikroskop untersucht, da ihre Größe klein und mit der Dicke der Bakterienhülle vergleichbar ist. Die Form von Virionen kann unterschiedlich sein: stäbchenförmig (Tabakmosaikvirus), kugelförmig (Tollwutvirus), kugelförmig (Poliomyelitisviren, HIV), spermienförmig (viele Bakteriophagen).

Die Größe von Viren wird mittels Elektronenmikroskopie, Ultrafiltration durch Filter mit bekanntem Porendurchmesser und Ultrazentrifugation bestimmt. Eines der kleinsten Viren ist das Poliovirus (ca. 20 nm), das größte sind die Pocken (ca. 350 nm).

Es gibt einfache Viren (z. B. Polioviren) und komplexe Viren (z. B. Influenzaviren, Masernviren). Bei einfachen Viren ist die Nukleinsäure mit einer Proteinhülle verbunden, die Kapsid genannt wird (von lateinisch capsa – Kasus). Das Kapsid besteht aus sich wiederholenden morphologischen Untereinheiten – Kapsomeren. Nukleinsäure und Kapsid interagieren miteinander und bilden ein Nukleokapsid. Bei komplexen Viren ist das Kapsid von einer zusätzlichen Lipoproteinhülle umgeben – einem Superkapsid (einem Derivat der Membranstrukturen der Wirtszelle), das „Spitzen“ aufweist. Virionen zeichnen sich durch eine spiralförmige, kubische und komplexe Kapsidsymmetrie aus. Der helikale Symmetrietyp ist auf die helikale Struktur des Nukleokapsids zurückzuführen, der kubische Symmetrietyp auf die Bildung eines isometrischen Hohlkörpers aus dem Kapsid, das die virale Nukleinsäure enthält.

Das Kapsid und das Superkapsid schützen Virionen vor Umwelteinflüssen, bestimmen die selektive Interaktion (Adsorption) mit Zellen und bestimmen die antigenen und immunogenen Eigenschaften von Virionen. Die inneren Strukturen von Viren werden als Kern bezeichnet. In der Virologie werden die folgenden taxonomischen Kategorien verwendet: Familie (der Name endet auf viridae), Unterfamilie (der Name endet auf virinae), Gattung (der Name endet auf virus).

Allerdings sind die Namen der Gattungen und insbesondere der Unterfamilien nicht für alle Viren formuliert. Die Art des Virus erhielt keinen binomialen Namen, wie etwa Bakterien.

Die Klassifizierung von Viren basiert auf den folgenden Kategorien:

§ Art der Nukleinsäure (DNA oder RNA), ihre Struktur, Anzahl der Stränge (eins oder zwei),

§ Merkmale der Reproduktion des viralen Genoms;

§ Größe und Morphologie der Virionen, Anzahl der Kapsomere und Art der Symmetrie;

§ Vorhandensein von Superkapsid;

§ Empfindlichkeit gegenüber Äther und Desoxycholat;

§ Brutplatz in der Zelle;

§ Antigeneigenschaften usw.

Viren infizieren Wirbeltiere und wirbellose Tiere sowie Pflanzen und Bakterien. Als Hauptverursacher menschlicher Infektionskrankheiten sind Viren auch an den Prozessen der Karzinogenese beteiligt und können auf verschiedene Weise übertragen werden, unter anderem über die Plazenta (Rötelnvirus, Zytomegalievirus usw.) und sich auf den menschlichen Fötus auswirken. Sie können zu postinfektiösen Komplikationen führen – der Entwicklung von Myokarditis, Pankreatitis, Immunschwäche usw.

Neben gewöhnlichen Viren sind auch sogenannte nicht-kanonische Viren bekannt – Prionen – proteininfektiöse Partikel, die Erreger proteinischer Natur sind und die Form von Fibrillen mit den Maßen 10,20 x 100,200 nm haben. Prionen sind offenbar sowohl Induktoren als auch Produkte eines autonomen Gens bei Menschen oder Tieren und verursachen bei ihnen unter Bedingungen einer langsamen Virusinfektion (Creutzfeldt-Jakob-Krankheit, Kuru usw.) eine Enzephalopathie. Andere ungewöhnliche Erreger, die eng mit Viren verwandt sind, sind Viroide, kleine Moleküle kreisförmiger, supergewundener RNA, die kein Protein enthalten und Krankheiten in Pflanzen verursachen.