БІОЛОГІЯ ЗНО 2018 - КОМПЛЕКСНЕ ВИДАННЯ

НЕКЛІТИННІ ФОРМИ ЖИТТЯ. ВІРУСИ, ПРІОНИ, ВІРОЇДИ

Віруси, їх хімічний склад, будова та відтворення

У 1887 р. за рекомендацією вчених А. М. Бекетова і А. С. Фамінцина було відряджено талановитого студента Петербурзького університету Д. Й. Івановського на південь Малоросії і в Бессарабію для вивчення мозаїчної хвороби тютюну. Досліджуючи цю хворобу, яка завдавала величезних збитків тютюновим плантаціям, молодий вчений виявив, що збудник хвороби проходив крізь бактеріальні фільтри, на яких затримувались бактерії. Отже, було відкрито організм, менший від найменших бактерій, відомих на той час. Про результати досліджень Д. Й. Івановський доповів в Академії наук 14 лютого 1892 року й одночасно опублікував працю «Про дві хвороби тютюну». У 1899 р. голландський мікробіолог М. В. Бейерінк підтвердив відкриття Д. Івановського і запропонував збудника мозаїчної хвороби тютюну називати вірусом (лат.— отрута). У 1897 році німецькі вчені Ф. Леффлер та П. Фрош довели, що хвороба великої рогатої худоби (ящур) теж спричиняється вірусом. У 1915 році англійський бактеріолог Ф. Туорт, а в 1917-му канадець Ф. Д.’Ерель, незалежно один від одного, відкрили віруси бактерій, названі Ф. Д.’Ерелем бактеріофагами («пожирачі бактерій»). Проте слід зазначити, що за 19 років до цього відкриття, у 1898 році, український мікробіолог М. Ф. Гамалія описав явище лізису бактерій сибірки під впливом невідомого агента, названого ним бактеріолізином. К. С. Сухов (1965) характеризував віруси таким чином:

1) дуже малі розміри (вимірюються нанометрами);

2) відсутність клітинної будови;

3) відносно простий хімічний склад (найпростіші складаються з нуклеїнової кислоти й білків);

4) не здатні культивуватись на штучних синтетичних середовищах;

5) мають особливий цикл розвитку в організмі хазяїна або частина цього циклу відбувається в безклітинному середовищі, яке містить деякі органоїди клітини та речовини, необхідні для синтезу нуклеїнових кислот і білків;

6) деякі з них здатні кристалізуватися за певних умов навколишнього середовища.

Віруси не мають клітинної будови й системи, яка синтезує білок. Здатні до відтворення лише в організмах з клітинною будовою. Вірусам властиві унікальні ознаки, якими вони відрізняються від найпростіших, грибів і бактерій, що мають клітинну будову й генетичний матеріал у вигляді дволанцюгової ДНК. Віруси не мають рибосом і цитоплазматичних органел, тому їх відтворення забезпечує клітина-хазяїн. Молекула вірусного геному наділена незвичайною здатністю перебудовувати життєдіяльність клітини таким чином, що та перестає впізнавати власну генетичну інформацію, а функціонує відповідно до генетичної програми віруса, синтезуючи вірусоспецифічні молекули. Із цієї точки зору віруси є генетичними паразитами клітини.

Віруси містять нуклеїнову кислоту тільки одного типу: або ДНК, або РНК. РНК-вмісні віруси— єдині представники живого в природі, які мають генетичний матеріал, представлений РНК. Вірусні геноми гаплоїдні, тобто мають тільки один набір генів, за винятком ретровірусів, геном яких є диплоїдним.

Генетичний матеріал може мати різну структуру (двонитчасту, однонитчасту, лінійну, кільцеву, фрагментованих молекул). В основі незвичайного способу відтворення вірусів лежить роз’єднаний в часі й просторі (в об’ємі клітини) синтез вірусних нуклеїнових кислот і білків, які потім, незалежно один від одного, прибувають до місця збирання вірусних частинок. Природу вірусів як генетичних паразитів характеризує їх здатність до інтеграції, тобто до об’єднання вірусного геному із клітинним. Групу вірусних генів, яка стала частиною клітинного геному, називають провірусом. Провірус здатний тривалий час існувати у вигляді так званих мовчазних генів, проте, за певних умов, він може активуватися, що призводить до розвитку хвороби. На здатності вірусів до інтеграції базується механізм персистенції вірусів в організмі, з якою пов’язане виникнення персистентних вірусних інфекцій. Інтеграція властива для помірних ДНК-вмісних бактеріофагів, онкогенних ДНК-вмісних вірусів, вірусу гепатиту В, обов’язкова для ретровірусів, до яких належать онкогенні РНК-вмісні віруси й віруси імунодефіциту людини. Персистенція вірусів в організмі можлива також у випадку існування їх у клітині у вигляді кільцевих нуклеїнових кислот типу плазмід бактеріальної клітини, реплікованих самою клітиною. До вірусів близькі віроїди та вірусоїди. Віроїди — це невеликі за розмірами молекули кільцевої суперспіралізованої РНК, позбавлені білка: вони обумовлюють хвороби рослин. Вірусоїди теж є молекулами РНК, позбавленими білків, але відрізняються від віроїдів залежністю від віруса-помічника (дефектністю) й нездатністю кодувати синтез власних білків.

Існує група агентів білкової природи, позбавлених нуклеїнової кислоти, які здатні спричиняти енцефалопатії в людини й тварин (у результаті прогресуючого руйнування нервових клітин). Ці агенти названі пріонами (білкова інфекційна частинка). Можливо, пріон одночасно є індуктором якогось клітинного гена, що став автономним.

Віруси, віроїди, вірусоїди та пріони є автономними генетичними структурами, здатними функціонувати й розмножуватися в клітинах тварин, рослин, грибів і мікроорганізмів. Незважаючи на надзвичайну простоту будови, віруси мають усі ознаки живого: здатні розмножуватися, їм властива спадковість, мінливість, пристосованість до умов оточуючого середовища, вони займають певну екологічну нішу в природі, на них поширюються закони розвитку органічного світу. Проте віруси не є організмами через відсутність власних систем синтезу білка, роз’єднаного способу репродукції, здатності інтегруватися із клітинним геномом, наявності віроїдів, пріонів, вірусів-сателітів і дефектних вірусів, генетичних феноменів (множинної реактивації і комплементації).

Дозрілу вірусну частинку називають віріоном.

У простих вірусів (наприклад, вірусів поліомієліту) віріон складається з однієї молекули нуклеїнової кислоти, оточеної білковим футляром-капсидом. Капсид разом з нуклеїновою кислотою називають нуклеокапсидом. У складніших вірусів (наприклад, аденовірусів, ротавірусів) капсид оточує серцевину, яка має, крім нуклеїнової кислоти, внутрішні білки. У ще складніших вірусів (аденовіруси, ротавіруси) капсид оточує серцевину, яка має, крім нуклеїнової кислоти, внутрішні білки. У найскладніших вірусів (віруси грипу, кору, сказу, ВІЛ) капсид оточений ліпопротеїновою оболонкою — суперкапсидом. Капсид складається з певної кількості капсомерів, зв’язаних нековалентними зв’язками, кожний з яких містить декілька симетрично розташованих поліпептидних ланцюгів. Віріони патогенних для людини вірусів мають спіральні капсомери, асоціюють з геномом й утворюють гвинтоподібну структуру; у випадку кубічної капсомери вони формують ізометричне порожнисте тіло, всередині якого міститься геном. Ізометричні вірусні частинки мають форму ікосаедра — багатогранника, який складається звичайно із 60 або кратних 60 геометрично ідентичних елементів. Ліпопротеїнові оболонки вірусів є дериватами плазматичної мембрани або мембран цитоплазматичних вакуоль, куди брунькуються віруси. Тому ліпіди вірусної оболонки мають такий же склад, як і ліпіди клітини-хазяїна. У ліпопротеїнові оболонки вірусів вбудовані зовнішні вірусні білки, які зазвичай представлені глікопротеїдами. Ці білки формують шипи на поверхні вірусної частинки, функція яких пов’язана із проникненням віруса в клітину. Вірусний геном представлений як однонитковими, так і двонитковими молекулами РНЬС або ДНК (ДНК може бути лінійною або кільцевою, а РНК — як лінійною, так і фрагментованою, і разом з білками нуклеокапсиду утворювати кільцеві структури). Віруси, які містять однониткові РНК, поділяють на дві групи. До першої групи належать віруси, геном яких має властивості інформаційної РНК (може зв’язуватися з рибосомами й кодувати вірусні білки). Такі віруси позначають як плюс-ниткові, або плюс-геномні (умовно інформаційна РНК позначена знаком плюс). Це пікорнавіруси, тогавіруси, коронавіруси, ретровіруси. Інша група включає віруси, у яких функції інформаційної РНК виконує РНК, комплементарна геному. Ці віруси називають мінус-нитковими, або мінус-геномними. Мінус-геномними є ортоміксовіруси, параміксовіруси, рабдовіруси. Існують віруси, які містять як плюс-ниткові, так і мінус-ниткові гени (амбісенс-віруси). До них належать аренавіруси та буньявіруси. У зараженій клітині вірусний геном кодує синтез двох груп білків: структурних, що входять до складу утворених віріонів, і неструктурних, які виявляються в зараженій клітині, але до складу віріонів не входять. Кількість структурних білків становить від 2-3 у простих вірусів до 100 і більше в складно організованих, наприклад у вірусів віспи.

Залежно від локалізації у віріоні розрізняють капсидні й суперкапсидні структурні білки. У складі капсида, крім ідентичних білків, що утворюють капсомери, містяться й інші: геномні білки, ферменти (здійснюють транскрипцію та реплікацію вірусного геному), білки з іншими ферментативними функціями. Ці білки представлені у вигляді одиничних молекул.

Основною функцією власне капсидних білків є захист геному від чинників зовнішнього середовища. Суперкапсидні білки (зазвичай глікопротеїди) належать до типових внутрішньомембранних білків. Їх глікозування здійснюють клітинні ферменти в процесі синтезу й транспорту поліпептиду.

Вуглеводний компонент захищає поліпептид від протеаз, надає певну конформацію молекулі, впливає на її антигенні властивості. Усі віруси прийнято поділяти на віруси, що вражають: хребетних і людину, комах, рослини та бактерії. Віруси систематизують у родини (-viridae), які поділяють на підродини (-virinae), роди (genus) і типи. Основними критеріями для виділення родини є морфологія віріонів, природа геному, реплікація геному. Морфологія віріонів включає розмір, форму, симетрію нуклеокапсиду, наявність суперкапсиду. Поділ на підродини й роди базується на таких критеріях: коло потенційних хазяїв, патогенність, патологічні зміни в клітинах, феномени генетичних взаємодій, географічне поширення, спосіб передачі. Найчастіше під час поділу на роди беруть до уваги антигенну властивість вірусів. Диференціація на типи, підтипи, штами й варіанти теж базується на антигенних властивостях. Сучасна класифікація охоплює 4/5 всіх відомих вірусів хребетних і людини, з яких 6 родин включають ДНК-вмісні віруси і 12 — РНК-вмісні. Деякі властивості цих родин наведені в таблиці.

Віруси є збудниками багатьох хвороб. Респіраторні інфекції зумовлюють понад 200 вірумів, включаючи їх серотипи, віруси грипу типу А, В, С, віруси парагрипу людини 4 типів, реовіруси, респіраторно-сінцитіальний вірус, риновіруси (115 серотипів), кишкові віруси, коронавіруси, аденовіруси (42 серотипи) тощо.

Вірусні гастроентерити зумовлюють віруси 7 груп: ротавіруси (найбільш поширені, що вражають дітей перших років життя), кишкові аденовіруси (типи 40 і 41), вірус Норфолка, коронавіруси, каліцівіруси, астровіруси, тога-віруси.

Збудниками вірусних гепатитів є віруси гепатиту А, В та інші. Поширеними вірусними інфекціями є кір, герпетична інфекція. Віруси поліомієліту продовжують циркулювати, але не спричиняють паралітичної форми захворювання завдяки плановій вакцинації. У певних регіонах поширені арбовірусні інфекції (передаються кліщами та комарами), серед яких кліщовий енцефаліт. На великих територіях поширені віруси сказу, які персистують в організмі диких тварин.

Класифікація, деякі властивості та представники вірусів тварин і людини

Родина вірусів

Наявність суперкапсиду

Розмір віріона в нанометрах

Типові представники і хвороби, спричинені ними

ДНК-вмісні віруси

Аденовіруси

Немає

70-90

Аденовіруси людини (42 типи).

Гепаднавіруси

Є

45-50

Вірус гепатиту В.

Герпесвіруси

Є

200

Віруси простого герпесу, цитомегалії, Епстайна — Барра.

Паповавіруси

Немає

45-50

Віруси папіломи, поліоми.

Парвовіруси

Немає

18-26

Аденоасоційований вірус.

Поксвіруси

Є

130-240

Віруси віспо вакцини.

РНК-вмісні віруси

Аренавіруси

Є

50-300

Віруси Ласса, Мачупо.

Буньявіруси

Є

50-100

Збудники гемораргічної пропасниці з нирковим синдромом.

Каліцівіруси

Немає

20-30

Каліцівіруси людини.

Коронавіруси

Є

80-130

Коронавіруси людини.

Ортоміксовіруси

Є

80-120

Віруси грипу типів А, В, С.

Параміксовіруси

Є

150-300

Віруси кору, паротиту, парагрипу, респіраторно-сінцітіальний вірус.

Пікорнавіруси

Немає

20-30

Віруси поліомієліту, ECHO, Коксакі, гепатиту А.

Раб до віруси

Є

70-175

Вірус сказу.

Реовіруси

Немає

60-80

Реовіруси, ротавіруси людини і тварин.

Ретровіруси

Є

80-100

Віруси лейкозу людини, імунодефіциту людини.

Тогавіруси

Є

30-90

Віруси Синдбіс, лісу Семлики, кінських енцефалітів.

Флавівіруси

Є

30-90

Віруси кліщового та японського енцефалітів, денге, жовтої пропасниці, краснухи.

Долаючи видові бар’єри, віруси можуть переносити окремі гени або групи генів з клітини в клітину, а інтеграція вірусної ДНК із хромосомою клітини може обумовити мінливість геному клітини внаслідок введення в геном додаткової спадкової інформації або зміни експресії клітинних генів.

Найбільш ефективними факторами мінливості геному є ретровіруси, оскільки вони спроможні у вигляді ДНК-провіруса включатися в різні локуси ДНК хромосом. Ретровіруси можуть переносити гени тварин із клітини в клітину в організмів різних видів і класів, коли статева гібридизація виключена. Наприклад, однакові про- віруси виявлені в геномах миші, щура, кота, свині й людини.

Циркуляція в біосфері різних вірусів зумовлює їх генетичні взаємодії, які можуть призвести до виникнення рекомбінантів зі зміненим тропізмом до певного хазяїна та з підвищеною вірулентністю. Часто це відбувається у вірусів із фрагментованим геном (віруси грипу, ротавіруси).

Так, сучасна концепція виникнення пандемічних варіантів вірусів грипу базується на рекомбінації вірусу грипу людини і тварин, коли в результаті обміну генами з’являється високопатогенний для людини вірус, який долає популяційний імунітет.

У репродукції вірусу розрізняють ранні й пізні етапи. Ранні етапи підготовлюють інфекційний процес. До них відносять адсорбцію віруса на клітині, проникнення в неї і так зване роздягання віруса. Адсорбція віруса на клітині базується на специфічному впізнаванні вірусними прикріпними білками клітинних рецепторів, які звичайно містяться на поверхні чутливих до вірусу клітин. Оскільки рецептори бувають спільними для великих груп вірусів, а процес адсорбції може порушуватися під впливом деяких сполук, перспективним є проведення антивірусної терапії, враховуючи блокування цього етапу репродукції за рахунок руйнування рецепторів, використання моноклональних антитіл, синтетичних пептидів, що конкурують з рецепторами і вірусними білками, які впізнають їх.

Механізм проникнення вірусу в організм та клітини хазяїна

Проникнення вірусу в клітину відбувається двома способами: шляхом рецепторного ендоцитозу (з наступним злиттям вірусної оболонки із клітинною мембраною) і безпосередньо через плазматичну мембрану клітини. Більшість вірусів проникає в клітину шляхом рецепторного ендоцитозу. Після адсорбції вірус у комплексі із клітинними рецепторами потрапляє до клітинної вакуолі, де здійснюється злиття мембран за рахунок взаємодії вірусного білка з ліпідами мембрани вакуолі. У більшості випадків злиття мембран відбувається лише за низьких значень pH. Проте деякі віруси (вірус Сендай, вірус імунодефіциту людини) мають активні білки злиття, які функціонують у нейтральному середовищі, і проникають до клітини через плазматичну мембрану шляхом злиття з нею вірусної оболонки. Одночасно з проникненням відбувається і так зване роздягання віруса (видалення його зовнішньої оболонки і вихід внутрішнього компонента), яке виключає інфекційний процес. На пізніх етапах відбувається синтез вірусспецифічних молекул і збирання вірусних частинок, яке закінчується виходом їх із клітини.

Пізніми етапами є транскрипція, трансляція, реплікація, складання вірусних частинок.

Транскрипцією називають переписування генетичної інформації на РНК з утворенням молекул і-РНК. Це переписування здійснює ДНК-РНК-полімераза (транскриптаза). ДНК-вмісні віруси використовують для транскрипції клітинну полімеразу. У деяких РНК-вмісних вірусів власна геномна РНК може виконувати функції інформаційної, але в більшості вірусів (мінус-нитчасті віруси) інформаційна РНК комплементарна геномній РНК і є продуктом транскрипції. У цьому випадку транскрипцію забезпечує вірусна РНК-РНК-полімераза.

Трансляція здійснюється шляхом переведення інформації з нуклеотидів, у результаті чого з амінокислот утворюються білки. Цей процес здійснюється в рибосомах, з якими зв’язується інформаційна РНК, що детермінує синтез білка. У зараженій клітині рибосоми не «впізнають» свою клітинну інформаційну РНК і зв’язують вірусспецифічну інформаційну РНК. Синтез білків у клітині роз’єднаний: одні вірусні білки синтезуються на вільних полірибосомах, а глікопротеїди — на рибосомах, зв’язаних із клітинними мембранами. Вірусні білки зазнають різних модифікацій у процесі трансляції, а після трансляції — глікозуванню, ациліруванню, протеолітичному нарізанню, фосфорилюванню тощо.

Реплікація — процес, який веде до утворення дочірніх вірусних геномів, які є точною копією батьківських геномних молекул. Механізм реплікації багатоваріантний. У реплікації двониткових вірусних ДНК беруть участь клітинні ферменти (ДНК-полімерази). Реплікація вірусних РНК відбувається за участі вірусспецифічних полімераз і з утворенням антигеному — повнорозмірної дзеркальної копії вірусного геному, комплементарного йому.

За участі антигеному утворюється реплікативний попередник — багатониткова структура, у якій відбувається реплікація. Усі компоненти віруса, незалежно один від одного, прибувають до місця складання в клітині. Найчастіше складання компонентів вірусів відбувається за участі клітинних мембран. Ці компоненти звичайно фарбуються барвниками й видимі у світловий мікроскоп (у вигляді включень). Включення характерні для певної інфекції і в окремих випадках (віспа, сказ) мають діагностичне значення. Білки простих вірусів здатні до саморозбирання з утворенням капсомерів, що формуюють прокапсиди під час взаємодії один з одним. Вбудова в прокапсиди нуклеїнової кислоти зумовлює утворення капсида. У складних вірусів формуються нуклеокапсиди і серцевини, які потім взаємодіють із зовнішніми білками. Більшість вірусів з оболонками «одягається» в оболонку за рахунок брунькування через плазматичну мембрану клітини-хазяїна. Нуклеокапсиди й серцевини транспортуються до ділянок плазматичної мембрани, на поверхні яких уже вбудовані вірусні білки оболонок, і починається випинання цих ділянок. Утворена брунька відокремлюється від клітини з утворенням вірусної частинки. Вихід вірусу в міжклітинний простір можливий також шляхом «вибуху», тобто після руйнування клітини. Основою взаємодії віруса з організмом є інфекційний процес на рівні клітини, який розвивається в результаті конкуренції вірусного геному з клітинним. Інфікуючи людину, віруси вражають органи й системи. Найчастіше вірусні інфекції мають форму гострого захворювання з відповідною симптоматикою та звільненням організму від вірусу в процесі одужання. Тривале існування вірусу в організмі (органі, клітині) називають персистентною вірусною інфекцією. Розповсюдженість вірусів створює можливість інфікування організму одночасно кількома вірусами (з розвитком змішаної інфекції).

Вплив вірусів на організм хазяїна

Проникнувши в клітину, вірус спричиняє в ній інфекційні процеси. Розрізняють гострі, хронічні та приховані вірусні інфекції.

Унаслідок гострої інфекції після розмноження вірусних частинок клітина-хазяїн зазвичай гине.

За хронічної вірусної інфекції нові покоління вірусних частинок утворюються в клітині-хазяїні впродовж тривалого часу.

Прихована інфекція: вірусні частинки з інфікованих клітин у довкілля не виходять, їх часто не можна виявити і в самій клітині (вірус герпесу). Але прихована інфекція може набути гострої чи хронічної форми. Людей із прихованою формою інфекції називають носіями.

Онкогенні віруси можуть спричинити неконтрольований поділ клітин і перетворення їх на ракові.

Захисні реакції організму проти вірусних інфекцій виявляються на тому чи іншому рівні імунітету. У відповідь на проникнення вірусів, що розпізнаються як антигени, в організмі людини і тварин виробляються антитіла, або імуноглобуліни. Антитіла зв’язують антигени в комплекс, який знешкоджує імунна система.

Захисні білки (інтерферони) виробляються у відповідь на проникнення вірусу в клітину і пригнічують його розмноження.

Профілактика вірусних захворювань

Вірусні інфекції завдають величезної шкоди здоров’ю людини й значних збитків тваринництву, рослинництву та мікробіологічній промисловості. Тому вірусологи шукають можливості запобігання розвитку вірусних інфекцій та ефективні засоби лікування уражених організмів. Оскільки віруси є внутрішньоклітинними паразитами, то ліків, які б були дієвими проти них і водночас безпечними для всіх клітин організмів хазяїв, поки що не знайдено. Отже, на сьогодні головним напрямом антивірусної стратегії є запобігання вірусним інфекціям (профілактика). Усі засоби профілактики можна поділити на три основні категорії:

• заходи, спрямовані на ліквідацію джерел поширення збудника (наприклад, ізоляція хворих);

• заходи, спрямовані на переривання механізму передачі збудника від інфікованих особин до здорових: застосування респіраторів, засобів гігієни, препаратів, що знищують кровосисних комах — переносників вірусів тощо;

• заходи, спрямовані на створення специфічної несприйнятливості населення (імунізація).

Після відкриття Е. Дженнером вакцини проти вірусу віспи та досліджень Л. Пастера стало можливим масове щеплення населення. Це сприяло різкому зниженню захворюваності на певні вірусні інфекції. Так, у 1981 р. Всесвітня організація охорони здоров’я оголосила, що завдяки масовим щепленням та іншим засобам профілактики вірус віспи в біосфері зник, а ця хвороба перестала існувати як загроза людству.

Роль вірусів у природі та житті людини

Віруси є внутрішньоклітинними паразитами різноманітних видів прокаріотів та еукаріотів. Тому поширення вірусів у біосфері визначене ареалами сприйнятливих до них організмів.

Певні види вірусів завжди мають певну сукупність (коло) видів хазяїв. Цікаво, що віруси рослин не інфікують людину, тварин і бактерії, віруси бактерій — відповідно рослини і тварини, віруси людини і тварин — рослини та бактерії.

Але організми одного виду (наприклад, людина) можуть уражатися вірусами багатьох видів, які паразитують у клітинах різних тканин та органів (як-от: вірусні інфекції дихальних шляхів, органів травлення, нервової системи, шкіри тощо). Деякі вірусні інфекції характерні тільки для людини (наприклад, гепатит В) або лише певних видів тварин (ящур, чума собак), рослин, грибів чи бактерій. Відомі віруси із широким колом хазяїв, наприклад спільні для людини та різних видів диких або свійських тварин (кліщового енцефаліту, сказу, жовтої пропасниці).

Пристосування вірусів до паразитизму виявляються в різноманітності способів ефективного зараження хазяїв. Віріони збудників захворювань органів дихання потрапляють до хазяїв повітряно-крапельним шляхом (грип); органів травлення — з їжею та водою (гепатит А); покривів тіла — через слизові оболонки (герпес, папілома).

Переносниками віріонів часто слугують різні членистоногі, зокрема кровосисні комарі (жовта пропасниця, лихоманка Західного Нілу) та кліщі (тайговий, або кліщовий, енцефаліт). Зараження можливе також при недотриманні санітарних норм під час переливання крові або хірургічних операцій (віруси гепатиту В). Для деяких вірусів встановлена можливість передачі при статевих контактах (герпес, імунодефіцит людини, гепатит С).

Не завжди потрапляння вірусу до організму призводить до розвитку хвороби. Це залежить від чутливості хазяїна, стану його імунної системи, концентрації вірусних частинок та їхньої патогенності (здатності спричиняти патологічний процес).

Доволі часто виникають сприятливі умови для поширення вірусів, що призводить до спалахів епідемій інфекційних захворювань (грипу, кору).

Епідемічний процес виникає і підтримується за умови спільної дії таких первинних чинників: наявності джерела збудника; здійснення механізму його передачі; високого ступеня сприйнятливості популяції хазяїв до інфекції. Якщо вилучити хоча б один із цих чинників, епідемічний процес припиняється. Саме на цьому ґрунтуються засоби попередження (профілактики) інфекційних захворювань.

Для здійснення профілактичних заходів необхідно правильно визначити (діагностувати) збудника захворювання. Така діагностика дає змогу зрозуміти біологію вірусу: шляхи його передачі, здатність уражати ті чи інші клітини та органи, а також правильно застосовувати засоби профілактики.

Вірус натуральної віспи

Належить до роду Orthopoxvirus. Збудників натуральної віспи вперше виявив Дж. Б’юст у 1886 р. Джерело інфекції— хвора людина. Зараження віспою відбувається повітряно-краплинним і повітряно-пиловим шляхами, а також під час контакту із заразним матеріалом. Збудник передається під час розмови, кашлю, чхання, через частинки пилу та предмети (одяг, білизна, посуд). Інкубаційний період триває 8-18 діб. Вірус також уражує слизові оболонки, різні тканини й органи. Для натуральної віспи характерні гарячка, висип, утворення на шкірі пустул і рубців. Після дромального періоду і зниження температури тіла на обличчі, тулубі і кінцівках з’являється справжній висип: спершу він має папульозний характер, згодом переходить у везикульозний і пустульозний. Віспяні везикули багатокамерні, із прозорим вмістом і перламутровим блиском, що надає їм вигляду перлин, оточені червоним вузьким обідком. Віспяні пустули мають на верхівці кратероподібні вдавлення. У стадії нагнивання приєднується вторинна (стафілококова і стрептококова) інфекція. У більшості людей, які перехворіли віспою, на місці глибоких пустул утворюються рубці. У осіб з групами крові А й АВ натуральна віспа має складний перебіг, іноді закінчується смертю; поствакцинальні ускладнення бувають частіше, постінфекційний і поствакцинальний імунітет доволі слабкі. Профілактика охоплює заходи для запобігання завезенню натуральної віспи в країну, ранню діагностику, госпіталізацію хворих, дезинфекцію у вогнищі хвороби, а також своєчасне проведення щеплень.

Вірус простого герпесу

Інфекційну природу простого герпесу виявив у 1912 р. У. Грютер. Вірус простого герпесу (Herpesvirus) є одним з найбільш поширених серед людей. Первинне зараження вірусом простого герпесу відбувається контактним або повітряно-краплинним шляхом у ранньому дитинстві. Доведена можливість зараження статевим шляхом, внутрішньоутробно або під час пологів.

В організмі людини вірус розмножується в тканинах ектодермального й ендодермального походження; розвивається клінічна картина захворювання у вигляді гарячки з появою герпетичних пухирців (везикул), що розташовується на межі шкіри та слизових оболонок — на губах, носі, під язиком, на внутрішній поверхні губ, щік, на статевих органах; іноді виникають гострий герпетичний лінгівостоматит, герпетичні екзема, кератит, енцефаліт. Вірус простого герпесу типу 2 призводить до розвитку генітального герпесу та герпесу новонароджених. Висловлюють припущення про участь вірусу герпесу типу 2 в розвитку раку шийки матки. За показниками смертності, герпетичні інфекції займають друге місце після грипу. Клінічне видужання не означає звільнення від вірусу: він зберігається в організмі протягом усього життя, періодично зумовлюючи рецидиви захворювання. Вірус простого герпесу може довго бути в трійчастому вузлі, вузлах задніх корінців спинного мозку у вигляді двониткових кільцевих форм ДНК. Активація вірусу і рецидиви виникають під час різних стресових ситуацій, якими можуть бути інфекційні захворювання (малярія, грип, пневмонія, менінгіт), травми, інтоксикації, переохолодження, психічні розлади, менструація та інші порушення нормального стану організму. Внутрішньоутробне зараження призводить до розвитку патологічних процесів у плода.

Вірус гепатиту В

До родини Гепадновіруси (Hepadnaviridae) належать вірус гепатиту В і віруси гепатиту звірів і птахів. Термін «вірусний гепатит» раніше об’єднував два окремі інфекційні захворювання — гепатит А (інфекційний гепатит) і гепатит В (сироватковий гепатит), збудники яких за своїми властивостями належать до різних таксономічних груп.

Припущення про вірусну природу гепатиту висловив у 1908 році Мак-Дональд, а також у 1937 р. Дж. Фінді і Ф. Мак-Коллун під час аналізу спалаху жовтяниці після імунізації солдатів США від жовтої лихоманки. Згодом воно було підтверджене дослідженнями Д. Камерона, Ф. Мак-Коллума і В. Хевенса на добровольцях у 1943-1945 рр.

Джерелом інфекції є хворі люди й носії. На земній кулі налічують майже 200 млн носіїв вірусу гепатиту В. Збудник виявлений у крові, сечі, поті, слині, кров’янистих виділеннях під час менструації, вмісті піхви, а також інших секретах і виділеннях. Основний шлях передачі інфекції — парентальний, під час користування погано стерилізованим медичним інструментарієм. Доведена можливість зараження статевим і побутовим шляхами. Випадки захворювання на вірусний гепатит В спостерігаються протягом усього року, частота їх не залежить від сезону. Інкубаційний період триває 50-180 діб. Вірус, що проник у кров і лімфу, спричинює гострий дифузний гепатит, який супроводжується ураженням паренхіми і строми печінки, порушенням її дезинтоксикаційної функції. Спостерігаються порушення вуглеводного, пігментного та білкового обміну, електролітного балансу, зниження окиснювально-відновної властивості та збільшення кількості деяких ферментів сироватки крові: альдолаз, трансфераз. Різко знижується бар’єрна функція печінки, що спричинює розвиток вторинних токсичних явищ і проникнення в організм вірусних та бактеріальних агентів.

Щороку у світі захворюють на вірусний гепатит В понад 5 мільйонів чоловік і майже 822 000 помирає від цього захворювання. Передбачають можливість автономної репродукції віруса й інтеграції його геному з геномом клітини печінки. Це призводить до виникнення хронічної інфекції та латентного носійства вірусу. Профілактика гепатиту В полягає в старанній стерилізації медичного інструментарію, застосуванні інструментів одноразового користування, систематичному контролі донорської крові.

Вірус гепатиту А

У 1983 році збудник гепатиту А віднесений до родини Picomavirida (ентеровірус 72).

Епідемічний, або вірусний, гепатит, описаний Гіппократом як заразна форма жовтяниці. На інфекційну природу цього захворювання вказав С. П. Боткін у 1891 році. Вірус гепатиту А виявляють у фекаліях, плазмі крові, жовчі, у вмісті шлунку хворих на гепатит наприкінці інкубаційного періоду і в гострій стадії захворювання.

Джерелом вірусу гепатиту А є хворі й носії вірусу; особливо важливу епідеміологічну роль відіграють хворі з легкими (безжовтяничними) формами захворювання. Вірус є у випорожненнях, сечі й крові хворих. Шляхи зараження гепатитом А такі ж, як і під час кишкових інфекцій. Збудник від хворих і вірусоносіїв передається здоровим людям переважно через інфіковані випорожнення і воду, харчові продукти, через мух. Передаватись вірус може й під час проведення щеплень і різних ін’єкцій. В окремих випадках зараження може передаватися повітряно-краплинним шляхом і під час безпосереднього контакту із хворими та вірусоносіями.

Гепатит А спостерігають переважно в дітей (понад 60 % усіх хворих); найбільша частота захворювань припадає на осінньо-зимову пору. У разі гепатиту А інкубаційний період триває 15-45 діб, характеризується жовтяницею, болем у печінці, субфебрильною температурою тіла. Тривалість захворювання становить 1,5— 2 місяці. Є стерті форми гепатиту. Профілактика вірусного гепатиту А полягає в ізоляції хворих, нагляді за особами, які контактували з ними, дезинфекції у вогнищах хвороби, знезаражуванні випорожнень, мокротиння хворих і реконвалесцентів. Дітям віком від 3 місяців до 10 років із профілактичною метою вводять імуноглобулін, що сприяє зниженню захворюваності та зменшенню складності перебігу гепатиту. Тривалість імунітету — від 6 місяців до року.

Віруси грипу В та С уражають тільки людей. Віруси грипу передаються повітряно-краплинним шляхом (під час чхання, кашлю, розмови). Віруси грипу спричиняють аглютинацію еритроцитів більш ніж у 30 видів тварин. Інкубаційний період звичайно триває 1-3 доби, іноді — кілька годин.

Потрапивши в організм сприйнятливої людини через носоглотку, вірус грипу проникає в клітини епітелію слизової оболонки верхніх дихальних шляхів. Через 8 годин після потрапляння одного вірусу у верхні дихальні шляхи кількість вірусного потомства сягає 103, а через 24 год— 1027. Вірус проникає у кров і розноситься по всьому організму. Важлива роль у розвитку захворювання належить інтоксикації, яка зумовлена потраплянням у кров токсичних продуктів життєдіяльності віруса. Розвиваються пригнічення кровотворення й імунної системи, лейкопенія.

Ушкоджений миготливий епітелій дихальних шляхів втрачає свою захисну функцію внаслідок злущування війок, що призводить до проникнення в слизову оболонку вторинної бактеріальної флори (стрептококи, стафілококи, мікоплазми тощо), яка спричинює ускладнення (бронхіт, пневмонія, плеврит, енцефаліт, грипозний менінгіт, отит).

Крім того, грип спричинює загострення хронічних захворювань (туберкульоз) і значно знижує імунітет щодо низки інфекцій. Вважають, що в патогенезі грипу є алергічний компонент, який збільшує важкість захворювання. З метою специфічної профілактики грипу застосовують живу та вбиту культури. З метою індивідуальної профілактики використовують інтерферон, рибовірин (віразол), оксолінову мазь та інші препарати.

Вірус кору

Він належить до роду Norbillivirus. Збудник кору швидко гине за температури +58 °С, стійкий до низьких температур (до -70 °С). Поза організмом вірус кору зберігається не більше ЗО хв. Дуже чутливий до дії сонячного проміння, через що дезинфекцію під час кору не роблять. Єдиним джерелом інфекції є хвора людина. Загальна тривалість хвороби становить 8-10 діб; з 1-го дня продромального періоду й до 4-5 дня від появи висипу.

Вірус проникає в організм через слизову оболонку верхніх дихальних шляхів. Захворювання характеризується вірусемією, гарячкою, висипом. Найчастіше хворіють діти. Проте можливе виникнення кору і в дорослих, які раніше на нього не хворіли. Пік захворювань на кір припадає на зиму. Захворювання супроводжується зниженням імунітету до грипу, туберкульозу, дифтерії, коклюшу, скарлатини та інших інфекцій. Унаслідок зміни імунологічної реактивності, розвитку алергії доволі часто виникають найрізноманітніші ускладнення, що спричиняються як вірусом кору, так і вторинною бактеріальною флорою. У дітей, яким із профілактичною метою вводили гамма-глобулін, перебіг кору відбувався в легкій (мітигованій) формі.

Після перенесеного кору в окремих випадках вірус не зникає з організму перехворілого, а, очевидно, персистує в клітинах мозкової тканини і в лімфатичних вузлах. Іноді розвивається демієлінізуючий енцефаліт. Такий довгоперсистируючий вірус може активуватися і спричиняти розвиток підгострого склеротуючого паненцефаліту, що призводить до летального кінця. Персистування вірусу наділяє організм імунітетом проти кору. Вірус кору може проникнути через плаценту, інфікувати плід і спричиняти мертвонародження або вади будови в новонароджених.

Вірус сказу вибірково уражує нервову систему, виділяється зі слиною.

Вірус сказу стійкий до дії низьких температур і гліцерину; довго зберігається у нервовій тканині, навіть після смерті тварини. Інактивується кип’ятінням протягом 2 хв, за температури +60 °С — протягом 10-15 хв; гине під дією прямого сонячного та ультрафіолетового випромінювання, розчинів фенолу, лізолу та інших дезинфікуючих засобів; чутливий до ефіру. На сказ найчастіше хворіють собаки, вовки, лисиці, кажани, скунси, рідше — рогата худоба, коні, свині, олені, коти, пацюки, птахи. Вірус передається через укуси хворих на сказ тварин або під час потрапляння слини хворих тварин на садна, подряпини шкіри або слизові оболонки здорових.

Період від моменту зараження до початку захворювання становить 15-45 діб, іноді 3 місяці, у деяких випадках — понад рік. Тривалість інкубаційного періоду залежить від кількості й вірулентності вірусу, внесеного під час укусу, локалізації укусу, характеру ушкоджень тканини. У продромальному періоді буває тягнучий біль у місці укусу й за ходом нервових стовбурів, іноді спостерігаються припухлість і почервоніння рубців, потім з’являються нудота, пітливість, субфебрильна температура, головний біль, сухість у роті, зниження апетиту, обкладеність язика. Згодом розвивається підвищена чутливість до світлових і звукових подразників, продромальні явища посилюються і захворювання переходить у стан виражених клінічних приступів. З місця проникнення (рана, садно) вірус сказу розповсюджується по периневральних просторах нервових стовбурів у ЦНС. Найбільше вірусу концентрується в гіпокампі, довгастому мозку, мозочку, ядрах черепних нервів, симпатичних гангліях і в поперековій частині спинного мозку. У результаті ураження цих життєво важливих відділів нервової системи розвиваються пароксизми — підвищена рефлекторна збудливість, посилене виділення слини й поту, судоми, особливо м’язів, які забезпечують ковтання й дихання. Смерть настає протягом перших 5-7 діб захворювання й супроводжується явищами аерофобії та гідрофобії, паралічами й судомами.

Профілактика забезпечується здійсненням комплексу загальних і специфічних заходів. До них належать:

1) знищення скажених тварин, бродячих собак, реєстрація домашніх собак, ношення ними намордників, заборона ввезення собак з місць, ендемічних щодо сказу, систематичне проведення санітарно-освітньої роботи;

2) щеплення антирабічною вакциною людей, укушених скаженими або підозрюваними на сказ тваринами;

3) обов’язкова профілактична вакцинація всіх зареєстрованих собак.

Пріони, віроїди

Розкриття природи вірусів в усій її різноманітності дало можливість біологам пояснити багато небезпечних хвороб, причини яких залишались нерозгаданими. Наприклад, губчаста енцелопатія корів, хвороба Крейтцфельда — Якоба, родинне фатальне безсоння, куру тощо.

Збудники цих недуг мають ультрамікроскопічні розміри, тому проходять крізь бактеріальні фільтри. Вони не культивуються на штучних поживних середовищах, інфікують клітини і тільки в них розмножуються, а також мають серологічні відмінності. Тобто за всіма ознаками збудники названих хвороб могли б бути віднесені до вірусів. Але з’ясувалось, що винуватці цих недуг не віруси, а особливі інфекційні білки, названі пріонами.

Пріони — низькомолекулярні білкові частинки, що мають інфекційні властивості, вигляд фібрил 10-20 нм завширшки та 100-200 нм завдовжки. Пріони мають низку ознак, властивих вірусам, але відрізняються від них відсутністю нуклеїнової кислоти, а значить, не мають ні серцевини, ні оболонки. Пріони стійкі до традиційних методів стерилізації, не чутливі до інтерферону і не розпізнаються імунною системою організму як чужорідні білки.

Інфекційні пріони являють собою змінені білкові молекули хазяїна. Одним із перших детально охарактеризованих пріоннних білків став РгР (від англ. prion-related protein) масою близько 35 кДа. Відомо, що РrР може існувати у двох конформаціях — «здоровій» — РrРс, яку він має в нормальних клітинах (с- від англ. cellular — «клітинний»), у якій переважають альфа-спіралі, і «патологічній» — PrPSc, власне пріонній (Sc — від англ. scrapie), для якої характерна наявність великої кількості бета-тяжів. При потраплянні в здорову клітину, PrPSc каталізує перехід клітинного РrРс у пріонну конформацію. Накопичення пріонного білка супроводжується його агрегацією, утворенням високовпорядкованих фібрил (амілоїду), що зрештою призводить до загибелі клітини. Пріони, що вивільнилися, мабуть, виявляються здатними проникати в сусідні клітини, також спричиняючи їх зараження і загибель.

Функції білка РrРс у здоровій клітині поки що точно не визначені. У нормі білок РrРс асоційований із клітинною мембраною, глікозильований залишком сіалової кислоти. Він робить циклічні переходи всередину клітини і назад на поверхню в ході ендотаекзоцитозу . Один такий цикл триває близько години. У ендоцитозному пухирці або на поверхні клітини молекула РrРс може розрізатися протеазами на дві приблизно рівні частини.

Активовані пріонні гени включаються в роботу і насичують клітину вже «своїми» пріонами. Вплив пріонів на клітини ЦНС зумовлює їх глибоке переродження, у результаті чого нервова тканина набуває губчастої структури. Інкубаційний період (від моменту зараження до вияву перших симптомів хвороби) у випадку пріонних інфекцій становить кілька років (іноді 15-30); який звичайно закінчується смертю тварини або людини.

Таким чином, ізоморфи пріонів, проникаючи в клітину, виявляють на них вплив, схожий на дію деяких гормонів пептидної природи, тобто впливають на генетичний апарат інфікованої клітини. Але результати цього впливу пріонів, на відміну від гормонів, виявляються для клітин-мішеней катастрофічними.

Віроїди відкрив 1971 року Теодор Дінер, який вивчав інфекційне захворювання картоплі, відоме під назвою «веретеноподібність бульб». На превеликий подив дослідника, під час біохімічного аналізу очищеного збудника не виявили жодних ознак білка. З’ясувалося, що інфекцію спричиняла одноланцюгова молекула РНК. Подальші детальні дослідження дали змогу встановити, що вона має форму замкненого ланцюга і складається із 375 нуклеотидів. Ця РНК не кодує жодного білка, оскільки самовідтворюється в клітині хазяїна. Отже, віроїди — інфекційні частинки, що є низькомолекулярними одноланцюговими молекулами РНК, які не кодують власних білків. Наразі відомо вже багато різних захворювань рослин (екзокортіс цитрусових, «каданг-каданг» кокосових пальм, сонячного опіку авокадо та ін.). Цікаво, що віроїди знайдено виключно в рослин: у людини, тварин і бактерій подібних збудників не виявлено. Віроїди передаються від рослини до рослини під час механічного ушкодження. В інфікованій клітині ця частинка потрапляє до ядра або хлоропласта, де використовує клітинний фермент РНК-полімеразу для відтворення власних молекул. Симптоми захворювання виникають унаслідок активного відтворення молекул РНК віроїду, що спричиняє патологічний процес в інфікованій клітині.

Тренувальні тести

1. Укажіть складові віруса, що мають антигенні властивості:

Б ДНК;

Г білки оболонки.

А АТФ;

В РНК;

2. Укажіть сполуки, які входять до складу пріону:

А АТФ;                                       

Б ДНК;

В РНК;                                       

Г глікопротеїди.

3. Укажіть вірусні захворювання людини, що можуть передаватись статевим шляхом:

А гепатити В і С;                        

Б сифіліс і герпес;

В гонорея і грип;                       

Г хламідіоз і герпес.

4. Укажіть структури організмів, де не розмножуються віруси:

А клітини тварин;                      

Б клітини рослин;

В міжклітинна речовина тканин тварин;

Г клітини прокаріотів.

5. Укажіть сполуки, які входять до складу простих вірусів:

А білок і нуклеїнова кислота;

Б білок, нуклеїнова кислота, ліпіди;

В лише нуклеїнова кислота;

Г білок, нуклеїнова кислота і вуглеводи.

6. Віруси розмножуються за допомогою:

А партеногенезу;

Б самозбирання;

В статевим шляхом;

Г брунькування.

7. Укажіть прізвище вченого, який відкрив віруси:

А Л. Пастер;

Б Д. Івановський;

В Е. Дженнер;

Г Дж. Уотсон.

8. Укажіть, чому не можна вживати мозок, внутрішні органи тварин тощо, якщо в місцевості зареєстровано випадки захворювання великої рогатої худоби на коров’ячий сказ (губчасту енцефалопатію):

А ці продукти можуть бути заражені пріонами;

Б ці продукти можуть бути заражені вірусами;

В ці продукти можуть бути заражені глистами;

Г ці продукти можуть бути заражені сальмонелою.

9. Укажіть властивість, за якою віруси відносять до живого:

А відсутність власних систем, здатних синтезувати білки;

Б можливість кристалізації;

В наявність власного спадкового матеріалу;

Г наявність одномембранних органел.

10. До складу вірусних частинок входить:

А тільки ДНК;                            

Б або ДНК, або РНК;

В тільки РНК;                             

Г одночасно і ДНК, і РНК.

11. Укажіть сполуку, яка може входити до складу оболонки складних вірусів:

А ДНК;                                      

Б ліпід;

В РНК;                                       

Г целюлоза.

12. Установіть відповідність між біологічними системами та їх ознаками:

1 віруси;

2 пріони;

3 клітина прокаріотів;

4 клітина еукаріотів.

А складаються лише з молекули нуклеїнової кислоти;

Б містять нуклеоїд;

В містять ендоплазматичну сітку;

Г складаються з білків та молекули нуклеїнової кислоти (ДНК або РНК);

Д складаються лише з білкової молекули.

13. Установіть відповідність між біологічними системами та їх ознаками:

1 віруси прості;

2 віруси складні;

3 пріони;

4 віроїди.

А складаються тільки з молекули білка;

Б складаються з молекул білків та нуклеїнової кислоти;

В складаються тільки з молекули нуклеїнової кислоти;

Г складаються з молекул білків, ліпідів, вуглеводів і нуклеїнової кислоти;

Д складаються з муреїну та ДНК.


Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити