Основное содержание
Вирусы животных и человека
Вирусы животных и человека. Классификация вирусов по Балтимору. Жизненный цикл ВИЧ.
Основные моменты:
- Существует много различных видов вирусов, которые поражают людей и животных. Некоторые вирусы вызывают серьезные заболевания, а другие — нет.
- Вирусы могут быть систематизированы в соответствии с классификацией по Балтимору, причём, вирусы, заражающие человека, встречаются во всех семи её категориях.
- Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ), который вызывает синдром приобретенного иммунодефицита (СПИД), является ретровирусом.
Введение
Вы когда-нибудь болели гриппом или ветрянкой? Если да, то ваше близкое знакомство с вирусами уже состоялось! Мечтаете ли вы когда-нибудь найти лекарство от серьёзного заболевания или просто надеетесь в этом году не заразиться гриппом, независимо от этого, вы, вероятно, знаете, какие страдания вызывают вирусные инфекции и как вакцины и лекарства могут свести их к минимуму.
Вирусы, способные поражать клетки человека, бывают разных типов и обладают широким спектром действия. Некоторыми из них человек может переболеть за день или два, а другими быть инфицированы всю жизнь. Некоторые из них вызывают небольшое раздражение, в то время как другие, к примеру вирус Эбо́ла, может вызвать опасные для жизни осложнения.
Из-за опасного воздействия на наш организм и качество жизни многие вирусы человека (и связанные с ними вирусы животных) были детально изучены. Давайте посмотрим на некоторые из этих вирусов.
Как выглядят вирусы животных?
Как и другие вирусы, вирусы животных представляют собой крошечные упакованные частицы, состоящие из белков и нуклеиновых кислот. Эти частицы состоят из белковой оболочки, капсида, и генетического материала, ДНК или РНК, находящегося внутри капсида. Вирусы также могут иметь суперкапсид, дополнительную липидную оболочку.
Капсиды бывают разных форм. Одним из самых причудливо выглядящих (по крайней мере, по мнению автора) является вирус Эбола, имеющий длинную, нитевидную структуру, закрученную в петли. Ниже для сравнения приведен более «стандартный» вирус — чикунгунья, который выглядит как сфера, но на самом деле является икосаэдром с
Геномы вирусов животных состоят из РНК или ДНК, которые могут быть как одноцепочечными так и двухцепочечными. Вирусы животных могут использовать ряд стратегий (включая некоторые удивительные и странные) для копирования и использования своего генетического материала, как мы увидим в следующих разделах.
Как вирусы животных поражают клетки?
Вирусам животных, как и любым другие вирусам, для жизненного цикла требуются клетки-хозяева. Чтобы размножаться, вирус должен заразить клетку и перепрограммировать её для создания ещё большего количества вирусов.
Первым ключевым этапом инфицирования является молекулярное распознавание: вирус животного имеет на своей поверхности специальные молекулы, которые позволяют ему связываться с рецепторами на внешней мембране клетки-хозяина. После прикрепления к клетке вирусы могут проникать внутрь различными способами: путём эндоцитоза, при котором мембрана прогибается внутрь;
через специально образованные каналы в мембране клетки (через который можно вводить ДНК или РНК);
или путем слияния с мембраной клетки и высвобождения капсида внутрь неё, что характерно для оболочечных вирусов.
После того, как вирус использует ресурсы клетки-хозяина для синтеза вирусных белков и генетического материала, начинается сборка новых вирусных частиц, которые позже покинут клетку. Оболочечные вирусы животных, в процессе формирования, могут отпочковываться от клеточной мембраны хозяина, и покидая клетку захватывать часть её плазматической мембраны или внутренних мембран. В отличие от них, безоболочечные вирусные частицы, например риновирусов, обычно накапливаются в инфицированных клетках, пока клетка не лопнет и/или не умрет, и вирусные частицы не высвободятся наружу.
Последствия инфицирования
Вирусы вызывают различные заболевания человека.
На рисунке ниже показаны некоторые примеры распространенных вирусных инфекций, поражающих различные системы органов человека:
Некоторые вирусные инфекции следуют классической схеме острого заболевания: симптомы ухудшаются в течение короткого периода, но в большинстве случаев вирус подавляется иммунной системой организма, и пациент выздоравливает. Например, простуда и грипп.
Некоторые вирусы, такие как вирус гепатита С, вызывают длительные хронические заболевания. Другие вирусы, например, вирусы герпеса человека 6-го и 7-го типов, которые в некоторых случаях могут стать причиной краснухи — лёгкого детского заболевания, вызывают продуктивные заражения (такие, при которых синтезируются новые вирусные частицы), не вызывая никаких симптомов у хозяина. В этих случаях говорят, что у пациентов бессимптомное заражение.
Классификация вирусов животных
Вирусы животных бывают разных типов, они по-разному попадают в клетку, изменяют и покидают её. Можем ли мы как-то систематизировать все многообразие вирусов таким образом, чтобы эта система была логичной и последовательной?
В классификации вирусов по Балтимору они группируются в соответствии с их типом генетического материала и тем, как он используется для создания мРНК (матричной РНК) — ключевого элемента в процессе синтеза вирусных белков и сборке новых вирусных частиц. Классификация вирусов по Балтимору зависит от:
- Молекул, которые используется в качестве генетического материала (ДНК или РНК)
- Является ли эта молекула: одноцепочечной или двухцепочечной
- Этапов, которые вирус использует для синтеза мРНК
Классификация по Балтимору делит вирусы на семь основных групп. В таблице ниже показаны основные характеристики каждой группы, включая ее генетический материал и механизм, синтеза мРНК (см. рисунок ниже):
Вирусы человека встречаются во всех семи группах данной системы классификации, тогда как вирусы растений и бактерий есть лишь в некоторых из них.
Ретровирус ВИЧ-1
Ретровирусы , относятся к VI группе в соответствии с классификацией по Балтимору, имеют уникальный и интересный жизненный цикл. И для нас они важны именно, потому что вирус иммунодефицита человека (ВИЧ), вирус, который вызывает синдром приобретенного иммунодефицита, или СПИД , является именно ретровирусом.
Геном ретровируса представляет собой две молекулы одноцепочечной РНК. РНК должна сначала преобразовываться в двухцепочечную ДНК с помощью фермента, называемого обратной транскриптазой, который обеспечивает реализацию информации от ДНК к РНК к белкам в клетках.
Двухцепочечная ДНК проникает в ядро клетки-хозяина и встраивается в геном хозяина с помощью фермента, называемого интегразой. Затем матричная РНК (мРНК) может быть получена путем транскрипции вирусной ДНК, которая называется провирусом и является постоянной частью генома клетки-хозяина. Считается, что мРНК продуцирует вирусные белки и может также служить источником генетического материала для новых вирусных частиц, сборка которых происходит в клетке, после чего они ее покидают.
На приведенной ниже диаграмме показаны основные стадии жизненного цикла ВИЧ-1.
Препараты против ВИЧ подавляют репликацию вируса на различных этапах его жизненного цикла. Эти препараты включают в себя:
- Ингибиторы слияния, которые блокируют слияние оболочки ВИЧ с плазматической мембраной клетки-хозяина
- Ингибиторы обратной транскриптазы, которые препятствуют превращению РНК в двухцепочечную ДНК
- Ингибиторы интегразы, блокирующие встраивание вирусной ДНК в геном хозяина.
- Ингибиторы протеазы, блокирующие процессинг вирусных белков
Комбинированная терапия – представляет собой комплекс из нескольких препаратов и является наиболее эффективным подходом для замедления развития инфекции, а также для поддержания низкого уровня концентрации вируса в организме. Вы можете узнать, почему это так, в статье Эволюция вирусов.
Подробнее о симптомах, лечении и профилактике ВИЧ и СПИДа см. в разделе «Здоровье и медицина» ВИЧ и СПИД.
Дополнительные материалы, помимо материалов Академии Хана
Хотите узнать больше о жизненом цикле ВИЧ? Посмотрите этот интерактивный материал от LabXchange.
LabXchange - это бесплатная научно-образовательная онлайн-платформа, созданная на факультете искусств и наук Гарварда при поддержке Фонда Амгена.
Хотите присоединиться к обсуждению?
Пока нет ни одной записи.