Республики казахстан



страница1/11
Дата29.06.2015
Размер2,24 Mb.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени ШАКАРИМА г.СЕМЕЙ


Документ СМК 3 уровня

УМКД

УМКД

042-18.23.03/03-2013




УМКД

Учебно-методические материалы по дисциплине

«Микробиология и вирусология - II»


Редакция №__

от ___________






УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

ДИСЦИПЛИНЫ
«Микробиология и вирусология - II»
для специальности 5В120200 – «Ветеринарная санитария»
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

Семей


2013

СОДЕРЖАНИЕ

  1. Глоссарий

  2. Лекции

  3. Лабораторные занятия

  4. Самостоятельная работа студента

  5. Экзаменационные вопросы


1.ГЛОССАРИЙ
В настоящих учебно-методических материалах использованы следующие термины с соответствующими определениями:

АКР – аудиторная контрольная работа

СРС – самостоятельная работа студента

СРСП – самостоятельная работа студента под руководством преподавателя

ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота;

РНК – рибонуклеиновая кислота;

нм – нанометры;

РСК – реакция связывания комплемента;

РДП – реакция диффузионной преципитации;

РГАд – реакция гемадсорбции;

ХАО – хорионаллантоисная оболочка;

РНГА – реакция непрямой гемагглютинации;

ИФА – иммуноферментный анализ;

РТГАд – реакция торможения гемадсорбции;

РН – реакция нейтрализации;

МФА – метод флюоресцирующих антител;

ЦПД – цитопатическое действие;

мм – миллиметр;

ПЦР – полимеразная цепная реакция;

РГА – реакция гемагглютинации;

РТГА – реакция торможения гемагглютинации;

РИД – реакция иммунодиффузии;

РА – реакция агглютинации;

РИФ – реакция иммунофлюоресценции

РДСК – реакция длительного связывания комплемента

Аг - антиген

Aт – антитело


2.ЛЕКЦИИ
Введение в вирусологию. Открытие вирусов и история их изучения.

Повышение сохранности и продуктивности сельскохозяйственных животных невозможно без дальнейшего совершенствования ветеринарного обслуживания животноводства. Среди ветеринарных дисциплин важное место принадлежит вирусологии. Поэтому значение и роль ее как самостоятельной дисциплины в ветеринарных вузах неизмеримо возросли. Современный ветеринарный врач должен знать не только клинико-патологическую сторону болезней, но и иметь четкое представление о вирусах, их свойствах, методах лабораторной диагностики и особенностях постинфекционного и поствакционального иммунитета.

Открытие вирусов связано с именем русского ученого-ботаника Дмитрия Иосифовича Ивановского (1864-1920). Он установил, что за двумя формами мозаичной болезни табака скрываются два различных заболевания. Возбудителем одного из них (рябуха) оказался грибок, возбудитель другого оставался неизвестным. В дальнейшем, исследование мозаичной болезни табака  Д.И.Ивановский продолжает в Никитинском ботаническом саду (под Ялтой) и ботанической лаборатории Академии наук и приходит к выводу, что сок больных листьев, проходя через мелкопористые фильтры Шамберлана, сохраняет свои инфекционные свойства, т.е. фильтратом можно заразить здоровое растение, в котором содержится вещество (рис.№1). Это вещество не содержит видимых в микроскоп микробов и не дает роста при посеве на обычные питательные среды. Датский ботаник Мартин Виллем Бейриник назвал это новое «что-то» - вирусом, добавив, что вирус представляет собой «жидкое, живое, заразное, начало» в переводе с латинского «вирус» означает « яд».

Возбудитель мозаичной болезни называется Ивановским то “фильтрующимися” бактериями, то микроорганизмами, так как сформулировать сразу существование особого мира вирусов было весьма трудно. Ученый обнаружил в клетках пораженного растения кристаллы, оказавшиеся скоплениями вируса мозаичной болезни табака. Они получили название “кристаллов Ивановского”. Этим было отвергнуто представление об эндогенном возникновении возбудителя мозаики табака. Результаты его исследования опубликованы в работах “О двух болезнях табака” (1892) и “Мозаичная болезнь табака” (1902).

Всемирно известный американский ученый лауреат Нобелевской премии W.Stenly дал высокую оценку исследованиям Ивановского: "Право Ивановского на славу растет с годами. Я считаю, что его отношение к вирусам должно рассматриваться в том же свете, как мы смотрим на отношении Пастера и Коха к бактериям".

Д.И.Ивановский открыл вирусы - новую форму существования жизни. Своими исследованиями он заложил основы ряда научных направлений вирусологии: изучение природы вируса, цитопаталогических вирусных  инфекций, фильтрующихся форм микроорганизмов, хронического и латентного вирусоносительства. Один из выдающихся советских фитовирусологов В.Л.Рыжков писал: “Заслуги Д.И.Ивановского не только в том, что он открыл совершенно новый вид заболеваний, но и в том, что он дал методы их изучения”.

Через шесть лет после открытия Ивановского немецкий ученый Леффлер установил вирусную природу ящура. Затем последовало открытие возбудителей чумы крупного рогатого скота (Николь и Адиль - Бей, 1902), чумы собак (Карре, 1945), чумы свиней (Швейнитц и Дорсе, 1903), саркомы Рауса (Раус, 1911), оспы овец (Боррель, 1903), оспы коз (Боррель, Негри и Козагранди, 1902) и др. Появлялись многочисленные сообщения о вирусной природе возбудителей кори, полиомиелита, гриппа, энцефалита и т.д. В этом потоке новостей о вирусах были и затишья, пробежавшиеся до тех пор, пока не появились новые методы их выделения, культивирования и идентификации. В 1940-е годы очередным толчком послужил метод культивирования вирусов на развивающихся куриных эмбрионах. Он позволил открыть и культивировать вирусы кори, гриппа, инфекционного ларинготрахеита птиц, инфекционного бронхита, оспы птиц, ньюкаслской болезни и др.

Учение о вирусах достигло колоссального успеха: оформилось в самостоятельную биологическую дисциплину-вирусологию. По прошествии 80 с лишним лет после открытия вирусов вирусология утвердилась в качестве самостоятельной и профилирующей дисциплины в учебных планах подготовки ветеринарных и ветеринарно-санитарных врачей в сельскохозяйственных вузах нашей и ряда других стран.

По мере успехов в создании новых методов исследования расширилось представление о мире вирусов, их природе, характере взаимодействия с чувствительными клетками организма, преимущественных местах локализации и путях выделения их из организма, особенностях противовирусного иммунитета, экологии ряда вирусов, их роли в онкогенных процессах и эволюции ряда вирусных болезней человека и животных и пр.

Почему вирусология, которая зародилась в недрах микробиологии, сделала за 25-30 лет такой стремительный успех, став одной из ведущих и профилирующих дисциплин медико-биологических и ветеринарных наук? Этому способствовал ряд обстоятельств.

Во-первых, по мере сокращения роли бактерий, простейших и грибов в инфекционной патологии человека и животных (бруцеллез, туберкулез, сифилиса, трахомы, рожи свиней, пастереллеза, эмфизематозного карбункула, сибирской язвы и пр.), для профилактики и лечения которых на вооружении медицинской и ветеринарной службы, имеются надежные биологические и химиотерапевтические препараты, относительный удельный вес вирусов в инфекционной патологии возрос. Против многих вирусных болезней ветеринарная и медицинская науки еще не создали подобных биологических препаратов, а химиотерапия вирусных болезней делает лишь первые шаги. Только один ящур сельскохозяйственных животных может нанести такой колоссальный экономический ущерб, который во много раз превосходит ущерб, наносимый сибирской язвой, рожей и многими бактериальными инфекциями, вместе взятыми. Не случайно против таких инфекций, как грипп и ящур, созданы международные координирующие борьбу организации и специализированные вирусологические институты.

Во-вторых, общепризнано, что вирусы - независимая категория низшей ступени жизни. Благодаря относительной простоте их широко используют в качестве биологических моделей в молекулярной биологии, генетике, генной инженерии, биохимии, иммунологии и др.

Румынский вирусолог профессор С. Николау в свое время высказал интересную мысль: вирусология имеет такое же значение для биологии, как атомная физика для классической физики.

В-третьих, за последние годы установлено, что среди молодняка (особенно телят) в хозяйствах промышленного типа широко распространены острые респираторные и кишечные болезни, часто вызывающие большой отход. Оказалось, что в появлении вспышек таких заболеваний тесно взаимодействуют инфекционные вирусы и стрессовые факторы, причем инфекционные агенты чаще выступают в этой роли не в одиночку, а в сочетании с рядом других вирусов или условно-патогенных бактерий, а также хламидий.

В-четвертых, отдельные виды патологии (врожденные уродства, пороки развития и пр.), где роль вирусов не подозревалась, неожиданно оказались уделом вирусологов.

Наряду со значением вирусов как причины давно известных традиционных форм заболевания людей и животных, в последние годы установлена их роль в возникновении некоторых хронических заболеваний. Примерами могут служить онкорнавирусы - возбудители СПИДа, вирус кори как причина простого склерозирующего панэнцефалита, имеются все основания предполагать, что и при многих других заболеваниях с неясной этиологией их причиной могут быть вирусы.

В-пятых, за последние два десятилетия из кишечника и респираторного тракта клинически здоровых животных выделено множество вирусов, относящихся к различным таксономическим группам, патогенная роль которых до сих пор еще не установлена. Или это представители нормальной вирусофлоры человека и животных, или до определенного времени эти безвредные агенты ведут себя как нормальные симбионты, и лишь под влиянием определенных обстоятельств, касающихся макроорганизма - хозяина, или в сочетании с другими агентами вирусной и бактериальной природы они вдруг «проявляют себя».

Изменилось представление и об экологии ряда вирусов, среди которых все еще первое место занимает грипп. Вирус гриппа впервые был выделен более 50 лет назад у свиней. Но он по-прежнему внушает страх медикам, постоянно меняя свои молекулярные структуры. Вирусы гриппа ускользают от действия иммунной системы человека за счет быстрого изменения антигенных детерминант. Поэтому вакцины, которые бывают (относительно) эффективны сейчас, через несколько лет совершенно теряют свои защитные свойства. Не менее важен с эпизоотологической точки зрения и факт миграции человеческих штаммов вируса гриппа в животный мир. Прошлое представление об обособленности вируса гриппа человека от мира животных кануло в лету. Сейчас во время широких эпидемий гриппа человека вирус А2 удается выделить от свиней, лошадей, крупного рогатого скота, птиц и собак. Выяснение причин возникновения злокачественных заболеваний человека, от которых во всем мире ежегодно погибает около 5 млн., остается одной из важнейших проблем современной биологии и медицины.

Но вирусы как враги человека и животных могут иногда оказать людям неоценимую услугу. Еще не написана глава об использовании вирусов в биологической борьбе с насекомыми. Так, сообщалось (1987 г.) о выделении двух вирусов из клопов Tritoma intestans - переносчиков болезни Чагаса. Инокуляция вируса здоровым насекомым привела к 100%-ной гибели последних в течение 24 ч, что свидетельствует о возможности использования этих вирусов для биологической борьбы с клопами. Помимо вирусов, обнаружена особая форма жизни - вироиды - это уникальные патогены растений, представляющие собой РНК с молекулярной массой 100-130 кД, не имеющие белковой оболочки. Сегодня известны вироиды веретенообразных клубней картофеля (PSTV), кожуры цитрусовых (CEV), задержки роста хризантем (CSV).

За последние десятилетия далеко шагнула лабораторная диагностика вирусных болезней человека и животных. На смену общепринятым рутинным серологическим реакциям (РН, РТГА, РДП, РНГА и др.) приходят пользующиеся все большим признанием методы иммуноферментного анализа, электронной микроскопии, иммуно- электронной микроскопии и др.

Рис.№1

Природа вирусов до сих пор вызывает жаркие дискуссии в среде специалистов. Причиной тому во многом являются многочисленные и зачастую весьма противоречивые гипотезы, высказанные к настоящему времени и, к сожалению, объективно ничем не доказанные.



Приведу лишь некоторые из них. Согласно одной, вирусы представляют собой результат морфофункционального регресса, связанного с паразитическим образом жизни (действительно, вирусы представляют собой эталонный вариант облигатного паразитизма). Сторонники этой гипотезы полагают, что предки вирусов имели клеточное строение. Несколько отличается от этого другая гипотеза, постулирующая происхождение вирусов из первобытных доклеточных организмов. По той версии, предшественники вирусов еще тогда избрали паразитический образ жизни, и, таким образом, они являются наиболее древними паразитами.

Более правдоподобной, представляется гипотеза об эндогенном происхождении вирусов. Согласно ей, вирусы представляют собой фрагмент когда-то клеточной нуклеиновой кислоты, который приспособился к сепаративной репликации. Эту версию в какой-то мере подтверждает существование в бактериальных клетках плазмид, поведение которых во многом сходно с вирусами. Наряду с этим существует и «космическая» гипотеза, согласно которой вирусы вообще не эволюционировали на Земле, а были занесены к нам из Вселенной посредством каких-либо космических тел.



ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ:

1.Краткая история развития ветеринарной вирусологии?

2.Почему вирусология, которая зародилась в недрах микробиологии, сделала за 25-30 лет такой стремительный успех, став одной из ведущих и профилирующих дисциплин медико-биологических и ветеринарных наук?

3.Методы используемые в лабораторной диагностике вирусных инфекций?



Химический состав и физическая структура вирусов.
Химический состав вирусов. Вирионы просто организованных вирусов представляют собой вирусную нуклеиновую кислоту, заключенную в оболочку (капсид) из повторяющихся субъединиц (капсомеров). Каждый капсомер построен из одного или нескольких белков, закодировнных в геноме вируса. Кроме нуклеиновой кислоты и белков содержат липиды и гликолипиды, которые обычно располагаются в наружной (суперкапсидной) оболочке вирионов. В состав последних часто входят гликопротеиды (гликозилированные белки, к полипептидным цепям которых ковалентно присоединены белки, к полипептидным цепям которых ковалентно присоединены углеводные цепи), липопротеиды, чаще всего ацилированные белки (белки, к полипептидным цепям которых ковалентно присоединены остатки жирных кислот) и фосфопротеиды (белки, к полипептидным цепям которых, ковалентно присоединены остатки фосфорной кислоты).

Нуклеиновые кислоты представляют собой линейные полимеры, состоящие из нуклеотидов. Нуклеотиды состоят из трех частей: остатка фосфорной кислоты, углеводного остатка (дезоксирибозы для ДНК, рибозы для РНК) и азотистого основания. Разнообразие структуры нуклеиновых кислот обусловлено различным порядком чередования в их цепях нуклеотидов.

ДНК представляет собой двунитчатую молекулу, а РНК - однонитчатую. Двуспиральная ДНК- это клеточный геном, выполняющий функции хранения и репликации наследственной информации. Односпиральная РНК представлена тремя классами молекул: 1) информационные РНК (и-РНК), образующиеся в результате транскрипции генома и передающие в геноме информацию на белоксинтезирующий аппарат клетки; 2) рибосомльные РНК, являющиеся структурным элементом рибосомы; 3) т-РНК, доставляющие аминокислоты к белоксинтезирующему аппарату. Нуклеотиды различаются по структуре углеводного остатка. Так, в состав РНК входит пятиуглеродный сахар-рибоза, а в состав ДНК- другой сахар - дезоксирибоза, также являющийся пятиуглеродным сахаром, но вместо гидроксильной группы (ОН) содержит водород (Н), т.е. имеет на один атом кислорода меньше.

Нуклеиновые кислоты, как и белки, высокополимерные соединения. Их молекулы построены из сотен и тысяч таких нуклеотидов, которые, соединяясь друг с другом, образуют длинные полинуклеотидные цепи, или нити.

В РНК вируса табачной мозаики содержится 6230 нуклеотидов, в ДНК кишечной палочки - около 20 млн., а в ДНК всех 46 хромосом человека - их около 9 млрд.

В отличие от клеток вирусы содержат лишь один вид нуклеиновой

кислоты - либо РНК, либо ДНК. И таи другая может быть хранителем

наследственной информации, выполняя таким образом, функции генома. Вирусный геном может быть представлен как односпиральными, так и двуспиральными молекулами РНК и ДНК. ДНК может как линейной, так и кольцевой молекулой:

ВИРУСЫ Тип ДНК

Парвовирусы Линейная односпиральная

Ф Х174 и другие фаги Кольцевая односпиральная

Аденовирусы, вирусы герпеса Линейная двуспиральная

Паповавирусы, фаг RM2, вирус мо- Двуспиральная кольцевая со заики цветной капусты сверхвитками или без них

Вирус гепатита В Двуспиральная кольцевая с

односпиральным участком.

РНК может быть как непрерывной, так и фрагментированной и кольцевой молекулой:

Вирусы Тип РНК

Пикорновирусы, тогавирусы, Линейная односпиральная парамиксовирусы, рабдовирусы

Ортомиксовирусы, аренавирусы, Фрагментированная

вирус мозаики костра односпиральная

Буньявирусы Фрагментированная

односпиральная кольцевая Реовирусы, ротавирусы, вирус Фрагментированная двуспиральная

раневых опухолей растений, вирус цитоплазматического полиэдроза насекомых

Ретровирусы Линейная односпиральная,

диплоидный геном

Молекулярная масса вирусных ДНК варьирует в широких пределах от 1-106 до 250-106. Самые большие вирусные геномы содержат несколько сотен генов, а самые маленькие содержат информацию, достаточную для синтеза лишь нескольких белков.

В вирусных геномах, представленных двуспиральными ДНК, информация может быть закодирована на обеих нитях ДНК. Кроме того, известно, что вирусных геномах встречается перекрытие генов (использование части информации об одном белке для кодирования другого белка). Это свидетельствует о максимальной экономии генетического материала у вирусов, что является неотъемлемым свойством их как генетических паразитов.

Структура вирусных РНК чрезвычайно разнообразна. Молекулы односпиральных вирусных РНК существуют в форме одиночной полинуклеотидной цепи со спирализованными ДНК-подобными участками. Вирусы, содержащие односпиральную РНК, делятся на две группы. У вирусов первой группы вирусный геном обладает функциями информационной РНК, т.е. может непосредственно служить матрицей для синтеза белка на рибосомах. По предложению Д.Балтимора (1971), РНК со свойствами информационной условно обозначена знаком «плюс», и в связи с этим вирусы, содержащие такие РНК (пикорнавирусы, тогавирусы, коронавирусы, ретровирусы), обозначены как плюс-нитевые вирусы, или вирусы с позитивным геномом.

Вторая группа РНК-содержащих вирусов содержит геном в виде односпиральной РНК, которая сама не обладает функциями и-РНК. В этом случае, функцию и-РНК выполняет РНК, комплементарная геномной. Синтез этой РНК (транскрипция) осуществляется в зараженной клетке на матрице геномной РНК с помощью вирусспецифического фермента - транскриптазы. В составе минус- нитевых вирусов обязательно присутствие собственного фермента, осуществляющего транскрипцию геномной РНК и синтез и-РНК, так как аналога такого фермента в клетках нет. Геном этих вирусов условно обозначают как минус-РНК, а вирусы этой группы - как минус-нитевые вирусы, или вирусы с негативным геномом. К этим вирусам относятся ортомиксовироусы, парамиксовирусы, буньявирусы, рабдовирусы.

Белки. Представляют собой чрезвычайно разнородный класс биологических макромолекул. Обязательными компонентами белков являются аминокислоты. Молекулярная масса аминокислот лежит в пределах 90-250 Д. В состав полипептида может входить от 15 до 2000 аминокислот, наиболее часто встречаются полипептиды с массой от 20 до 700 кД, состоящие из 100-400 аминокислот. Две аминокислоты, соединенные пептидной связью, называются дипептидом, три- трипептидом и т.д., несколько (5-10) - олигопептидом, более длинные полимеры-пептидами, еще более длинные-полипептидами. Белки могут состоят из одного или нескольких (обычно не более 6) полипептидов. Белки, состоящие только из аминокислотных остатков, называются простыми белками - протеинами. Белки, состоящие из аминокислот и неаминокислотной части, называются сложными белками-протеидами.

Структурными называют все белки, входящие в состав зрелых внеклеточных вирионов. Структурные белки в вирионе выполняют ряд функций:



  1. защита нуклеиновой кислоты от внешних повреждающих воздействий;

  2. взаимодействие с мембраной чувствительных клеток в ходе первого этапа их заражения;

  3. взаимодействие с вирусной нуклеиновой кислотой в ходе и после ее упаковки в капсид;

  4. взаимодействие между собой в ходе самосборки капсида;

  5. организация проникновения вируса в чувствительную клетку.

  6. способность к разрушению в ходе освобождения нуклеиновой кислоты. Эта функция присуща белкам всех вирусов, кроме некоторых сателлитных вирусов, не способных к самостоятельной репродукции в отсутствие вируса-помощника;

  7. организация выхода из зараженной клетки в ходе формирования вириона. Эту функцию выполняют структурные белки вирусов, вирионы которых выходят из зараженной клетки путем почкования;

  8. организация «плавления» и слияния клеточных мембран. Эта функция часто именуется F-активностью (фьюжн-активность, от англ. «слияние») и присуща белкам вирусов, проникающих в клетки путем слияния суперкапсидных оболочек вирионов с клеточными мембранами.

  9. РНК-зависимая РНК-полимеразная активность, эту функцию выполняют структурные белки всех вирусов, в вирионах которых содержится РНК, не играющая роль м-РНК.

  10. РНК-зависимая ДНК-полимеразная активность. Эту функцию выполняют специальные белки ретровирусов, именуемые ревертазами, или обратными транскриптазами.

  11. защита стабилизация вирусной нуклеиновой кислоты после ее выхода из капсида в зараженной клетке. Эта функция реализуется ковалентно и нековалентно связанными с нуклеиновой кислотой белками пикорна-, папова-, адено-, орби-, поквирусов.

В зависимости от расположения того или иного белка в вирионе выделяют группы белков: капсидные белки, белки вирусной

суперкапсидной оболочки, матриксные белки, белки вирусных сердцевин, белки ассоциированные с нуклеиновой кислотой.



Неструктурные вирусные белки - это все белки, кодируемые вирусным геномом, но не входящие в вирион. Неструктурные белки в зависимости от их функций делят на пять групп:

  1. регуляторы экспрессии вирусного генома;

  2. предшественники вирусных белков;

  3. нефункциональные пептиды;

  4. ингибиторы клеточного биосинтеза и индукторы разрушения клеток;

  5. вирусные ферменты.

Липиды. Обнаружены у сложно организованных вирусов и в основном находятся в составе липопротеидной оболочки (суперкапсида), формируя ее липидой бислой, в которой вставлены суперкапсидные белки.

Углеводы. Углеводный компонент вирусов находится в составе гликопротеидов и гликолипидов. Количество сахаров в составе гликопротеидов может быть достаточно большим, достигая 10-13% от массы вириона. Углеводный компонент гликопротеидов играет существенную роль в структуре и функции белка. Он является каркасом для локальных участков гликопротеида, обеспечивая сохранение конформации белковой молекулы, и обуславливает защиту молекулы от протеаз.

Структура вирусов. Отдельная вирусная частица получила название «вирион» (рисунок 1). Белковый чехол у изометрического вириона или белковая трубка у вириона со спиральной симметрией называется капсидом. Он может быть «голым» или заключенным в липопротеидную оболочку (пеплос), образующуюся из модифицированных клеточных мембран при созревании вируса путем почкования. Если капсид (чаще спиральный и реже изометрический) содержит нуклеиновую кислоту, такой комплекс называется нуклеокапсидом. У большинства изометрических и у всех сложных вирионов капсид заключает в себе внутренний белок и нуклеиновую кислоту (вирусный геном), называемые сердцевиной.

Вирусы имеют два типа


  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11


База данных защищена авторским правом ©zubstom.ru 2015
обратиться к администрации

    Главная страница