Строение вирусной частицы бактериофага т4. Обзор литературы. Лечение и профилактика

Бактериофаг Т4 относится к крупным фагам Т-четного ряда. ДНК фага Т4 линейная, двухцепочечная, имеет молекулярную массу 120*10 6 , длину 165 тыс. пар оснований., которой достаточно для кодирования примерно 200 генов . Было определено положение на генетической карте почти 100 генов фага (рис. 1) . Для молекул ДНК фага характерна концевая избыточность (длина этих участков составляет несколько процентов от всей длины ДНК, т.е. несколько тысяч пар оснований). Молекулы ДНК фага одинаковы по величине и генетическому составу, но гетерогенны по нуклеотидной последовательности (в результате циклических перестановок генов).

Т4- очень крупный фаг, который имеет достаточно полный и независимый репликативный аппарат. В течение одной минуты после адсорбции фага Т4 синтез молекул хозяина почти полностью прекращается, начинается транскрипция некоторых фаговых генов и через 4 минуты уже идет репликация фаговой ДНК. Инфекция фагом Т4- прекрасная модель для изучения контроля репликации и экспрессии генов .

Репликация ДНК фага Т4 начинается в точке, расположенной между генами 42 и 43 и идет в двух направлениях. Позже возникает много точек репликации, в результате чего образуется до 60 репликативных вилок.

Одно из преимуществ использования фага Т4 как модельной системы для изучения репликации ДНК заключается в том, что все белки, необходимые для элонгации цепи, кодируются фагом. Идентифицированно 11 белков, участвующих в формировании и передвижении репликативной вилки, но только 5 из них необходимы для создания коровой системы . Это продукты генов 43 (Т4 ДНК полимераза), 32 (белок, связывающий одноцепочечную ДНК), 44, 62, 45 (вспомогательные белки). Взаимодействие этих белков определяет точность репликации .

В состав ДНК фага Т4 (и других Т-четных фагов) вместо обычного цитозина. входит необычное основание- оксиметилцитозин (ОМЦ). Большинство остатков ОМЦ глюкозилировано . ДНК с такими модифицированными основаниями не разрезают почти все известные рестриктазы . Ферменты рестрикции E.coli узнают неглюкозилированные остатки ОМЦ в определенных последовательностях, и разрушают такую ДНК. Т-четные фаги не только защищаются от хозяйских рестриктаз, но и кодируют нуклеазы, деградирующие немодифицированную ДНК хозяина, которые не действуюют на фаговую ДНК.

Гликозилирование остатков ОМЦ в ДНК фага Т4 генетически детерминировано, оно происходит путем переноса гликозильных остатков на ДНК в течение нескольких минут после полимеризации с помощью специфических ферментов - гликозилтрансфераз. Такой способ борьбы мог возникнуть только у такого крупного фага, как Т4 .

Вирус сотворили очень давно
О разных формах вируса несущего смерть рассказано в древнем Манускрипте Войнич.

Вирус к 2020 году запрограммирован как эпидемия чумы, от которой нет лекарств.

Но я полагаю, что лекарство есть и оно доступно каждому,
лекарство бесплатно и очень эффективно.

Бактериофаг T4 (англ. Escherichia virus T4, ранее Enterobacteria phage T4) - один из самых изученных вирусов, бактериофаг, поражающий энтеробактерии, в том числе Escherichia coli. Имеет геномную ДНК порядка 169-170 тысяч пар нуклеотидов, упакованную в икосаэдрическую головку.

Вирион также имеет ствол, основание ствола и стволовые отростки - шесть длинных и шесть коротких.

Бактериофаг T4 использует ДНК-полимеразу кольцевого типа; его скользящая манжетка является тримером, сходным с PCNA, но она не имеет гомологии ни с PCNA, ни с полимеразой β.

T4 является относительно крупным фагом, имеет диаметр около 90 нм и длину около 200 нм. Фаг T4 использует только литический цикл развития, но не лизогенный.

Английский бактериолог Фредерик Туорт в статье 1915 года описал инфекционную болезнь стафилококков, инфицирующий агент проходил через фильтры, и его можно было переносить от одной колонии к другой.

С фагом Т4 или подобными бактериофагами работали лауреаты Нобелевской премии Макс Дельбрюк, Сальвадор Лурия, Альфред Херши, Джеймс Уотсон и Френсис Крик, а также другие известные ученые - Майкл Россманн, Вадим Месянжинов, Фумио Арисака, Сеймур Бензер, Брюс Альбертс.

Независимо от Фредерика Туорта французско-канадский микробиолог Феликс Д’Эрелль 3 сентября 1917 года сообщил об открытии бактериофагов. Наряду с этим известно, что российский микробиолог Николай Фёдорович Гамалея ещё в 1897 году впервые наблюдал явление лизиса бактерий (сибиреязвенной палочки) под влиянием перевиваемого агента.

В 2016 году, как и другие бактериофаги, был переименован в Escherichia virus T4.

Также Феликс Д’Эрелль выдвинул предположение, что бактериофаги имеют корпускулярную природу. Однако только после изобретения электронного микроскопа удалось увидеть и изучить ультраструктуру фагов. Долгое время представления о морфологии и основных особенностях фагов основывались на результатах изучения фагов Т-группы - Т1, Т2,…, Т7, которые размножаются на Е. coli штамма B. Однако с каждым годом появлялись новые данные, касающиеся морфологии и структуры разнообразных фагов, что обусловило необходимость их морфологической классификации.

Бактериофаги представляют собой наиболее многочисленную, широко распространённую в биосфере и, предположительно, наиболее эволюционно древнюю группу вирусов. Приблизительный размер популяции фагов составляет более 1030 фаговых частиц.

Строение бактериофагов

Bacteriophage structure.png

1 - головка, 2 - хвост, 3 - нуклеиновая кислота, 4 - капсид, 5 - «воротничок», 6 - белковый чехол хвоста, 7 - фибрилла хвоста, 8 - шипы, 9 - базальная пластинка

Бактериофаги различаются по химической структуре, типу нуклеиновой кислоты, морфологии и характеру взаимодействия с бактериями. По размеру бактериальные вирусы в сотни и тысячи раз меньше микробных клеток.

Типичная фаговая частица (вирион) состоит из головки и хвоста. Длина хвоста обычно в 2-4 раза больше диаметра головки.

В головке содержится генетический материал - одноцепочечная или двуцепочечная РНК или ДНК с ферментом транскриптазой в неактивном состоянии, окружённая белковой или липопротеиновой оболочкой - капсидом, сохраняющим геном вне клетки.

В природных условиях фаги встречаются в тех местах, где есть чувствительные к ним бактерии. Чем богаче тот или иной субстрат (почва, выделения человека и животных, вода и т. д.) микроорганизмами, тем в большем количестве в нём встречаются соответствующие фаги. Так, фаги, лизирующие клетки всех видов почвенных микроорганизмов, находятся в почвах. Особенно богаты фагами чернозёмы и почвы, в которые вносились органические удобрения.

Нуклеиновая кислота и капсид вместе составляют нуклеокапсид. Бактериофаги могут иметь икосаэдральный капсид, собранный из множества копий одного или двух специфичных белков. Обычно углы состоят из пентамеров белка, а опора каждой стороны из гексамеров того же или сходного белка. Более того, фаги по форме могут быть сферические, лимоновидные или плеоморфные.

Хвост, или отросток, представляет собой белковую трубку - продолжение белковой оболочки головки, в основании хвоста имеется АТФаза, которая регенерирует энергию для инъекции генетического материала. Существуют также бактериофаги с коротким отростком, не имеющие отростка и нитевидные.

Головка округлой, гексагональной или палочковидной формы диаметром 45-140 нм. Отросток толщиной 10-40 и длиной 100-200 нм. Одни из бактериофагов округлы, другие нитевидны, размером 8×800 нм. Длина нити нуклеиновой кислоты во много раз превышает размер головки, в которой находится в скрученном состоянии, и достигает 60-70 мкм. Отросток имеет вид полой трубки, окружённой чехлом, содержащим сократительные белки, подобные мышечным. У ряда вирусов чехол способен сокращаться, обнажая часть стержня. На конце отростка у многих бактериофагов имеется базальная пластинка, от которой отходят тонкие длинные нити, способствующие прикреплению фага к бактерии. Общее количество белка в частице фага - 50-60 %, нуклеиновых кислот - 40-50 %.

У некоторых фагов в геноме содержится несколько тысяч оснований, тогда как фаг G, самый крупный из секвенированных фагов, содержит 480 000 пар оснований - вдвое больше среднего значения для бактерий, хотя всё же недостаточного количества генов для такого важнейшего бактериального органоида, как рибосомы.

Бактериофаги выполняют роль в контроле численности микробных популяций, в автолизе стареющих клеток, в переносе бактериальных генов, выступая в качестве векторных «систем».

Действительно, бактериофаги представляют собой один из основных подвижных генетических элементов. Посредством трансдукции они привносят в бактериальный геном новые гены. Было подсчитано, что за 1 секунду могут быть инфицированы 1024 бактерий. Это означает, что постоянный перенос генетического материала распределяется между бактериями, обитающими в сходных условиях.

Высокий уровень специализации, долгосрочное существование, способность быстро репродуцироваться в соответствующем хозяине способствует их сохранению в динамичном балансе среди широкого разнообразия видов бактерий в любой природной экосистеме.

Когда подходящий хозяин отсутствует, многие фаги могут сохранять способность к инфицированию на протяжении десятилетий, если не будут уничтожены экстремальными веществами либо условиями внешней среды.

Ученые установили, как бактериофаг поражает клетку - хозяина бактерию Esherichia Coli.

Исследователи установили, как бактериофаг Т4 атакует клетку-хозяина - Esherichia Coli.

В январском выпуске «Nature», 2002г. описывается, как вирус использует иглоподобное биохимическое прокалывающее устройство для инфицирования клетки- хозяина E. Coli. «Мы показали, что это сложная биохимическая машина, позволяющая вирусу эффектио внедряться в клетку-хозяина. Основание ствола вируса играет основную роль в этом процессе, «- говорит Майкл Россман из Purdue University.

Бактериофаг Т4 - настоящий «Tyrannosaurus Rex» среди вирусов, поэтому это наилучший объект для исследований (размеры его составляют порядка 100 нм в длину и ширину). Т4 также «стволовой вирус», так как имеет ствол с прикрепляющимися к нему отростками для захвата бактерии. В 1 мм3 обыкновенной воды существует обычно около биллиона фагов.

Вирус Т4 (см. рис.1) состоит из икосаэдральной головки, содержащей вирусную ДНК, ствола, основания ствола и стволовых отростков - шести длинных и шести коротких. Длинные отростки сперва находят E.Coli, а, затем короткие прочно прикрепляются к клетке. Основание при этом передает импульс в ствол, который сокращается, как мускул, выдавливая из себя вирусную ДНК в клетку-хозяина. Основание вируса управляется как прокалывающим устройством, расположенным у ствола, и энзимом, режущим мембрану клетки E. Coli.

Этот энзим делает отверстие нанометровых размеров в мембране клетки, через которое вирусная ДНК поступает в клетку-хозяина. E. Coli, таким образом, инфицируется и биохимическая машина клетки продуцирует новые фаговые частицы, и, в конце концов, клетка гибнет. «Для начала наше исследование показывает структуру белков, входящих в состав основания вблизи ствола (так называемого биохимического прокалывающего устройства), и их роль в проникновении вирусной ДНК через мембрану клетки, » - сказал Россман.

На рис. 2 представлено строение белков основания, смоделированное с помощью программного обеспечения «SPIDER». Данные для модели получены при исследовании 418 микрофотографий замороженных вирусных частиц. Область, обозначенная (gp27-gp5*-gp5c)3 - биохимическое прокалывающее устройство. Наибольшая активность прокалывающего энзима наблюдается посредине «иглы». Рис. а - стереофотография основания, рис. b - его молекулярная структура. 1 ангстрем = 1/см.

Также было установлено, что при приближении к клеточной мембране основание деформируется - становится похожим на плоскую звезду. Это облегчает контакт с мембраной и сопутствует внедрению в нее «иглы».

Подобные исследования всегда связаны с исследованиями в нанотехнологическом молекулярном производстве. На базе этих знаний можно прогнозировать появление антибиотиков высокой эффективности действия.

Вируса t4 что это такое

АРХИВ «Студенческий научный форум»

Полная версия научной работы доступна в формате PDF

Комментариев к научной работе: 13

Бактериофаги, или фаги (с древнегреческого - «пожиратели бактерий»), – это вирусы, способные поражать клетки бактерий. Они были открыты еще в начале прошлого века, и уже в то время ученые пришли к выводу, что данный вирус может стать важным средством борьбы с опасными инфекциями. Именно благодаря этим микроорганизмам начали лечить такие тяжелые заболевания, как бубонная чума и туберкулез. Вскоре были открыты антибиотики, и существование фагов было благополучно забыто. Но сегодня интерес к данным микроорганизмам ученых вновь возвращается.

Бактериофаги – наиболее многочисленная и весьма распространенная, а возможно, и самая древняя группа вирусов. Они были обнаружены для большинства бактерий, патогенных, и также сапротрофных. В природе фаги также встречаются там, где есть чувствительные к ним бактерии: в почве и воде, в кишечнике человека и животных, в растениях и т. д. Чем богаче субстрат будет обогащен микроорганизмами, тем намного больше в нем будет бактериофагов.

Модельный объект - бактериофаг очень широко используют для научных исследований. Многие фундаментальные открытия в молекулярной биологии были открыты именно с помощью бактериофага, таковыми являются: генетический код, рекомбинация и репликация нуклеиновых кислот. Его очень легко культивировать самыми примитивными биологическими методами и получать в очень больших количествах.

Бактериофаг Т4 очень удобный модельный объект для развития методов молекулярной биологии и выяснения структурных основ инфекционности вируса. Enterobacteriaphage T4- один из самых изученных вирусов, бактериофаг, поражающий бактерию E. coli. Имеет геномную ДНК порядка 169-170 тысяч пар нуклеотидов, упакованную в икосаэдрическую головку. Вирион также имеет ствол, основание ствола и стволовые отростки - шесть длинных и шесть коротких. Enterobacteriaphage T4 является крупным фагом, имеющий диаметр около 90 нм и длину около 200 нм. Фаг T4 использует только литический цикл развития, но не лизогенный. Рассмотрев строение бактериофага, мы выяснили, что все известные бактериофаги состоят из двух основных компонентов: белков и нуклеиновых кислот. По типу нуклеиновой кислоты они делятся на ДНК - и РНК-содержащие.

Базальная пластинка бактериофага – это сложная молекулярная структура, содержащая не менее 15 различных белков, которая узнает рецепторы на поверхности клеток хозяина и осуществляет структурную перестройку хвоста вируса, необходимую для инфицирования клеток. С помощью криоэлектронной микроскопии, удалось реконструировать трехмерную структуру базальной пластинки фага.

Полученная структура имеет форму шатра, обладающего симметрией шестого порядка относительно продольной оси хвоста вируса, в центре которого находится молекулярная игла, которая пронизывает клеточную стенку хозяина в процессе инфицирования. К верхней части базальной пластинки прикреплен хвостовой стержень, который имеет форму полой трубки, по которой осуществляется доставка ДНК вируса в клетку. Заражение бактерии начинается с адсорбции фага, т.е. прикрепления хвостового отростка бактериофага к поверхности клетки. Адсорбцию осуществляют фибриллы хвостового отростка, которые прикрепляются к структурам бактериальной клетки, называемым фагорецепторами. Вслед за адсорбцией базальная пластинка хвоста бактериофага вступает в тесный контакт с клеточной стенкой, в результате чего сократительный чехол хвоста сокращается, а центральный его стержень прокалывает клеточную мембрану и, вероятно, за счет сокращения головки ДНК фага впрыскивается внутрь бактерии. Бактериофаг немедленно, после проникновения ДНК в бактерии, начинает реализовываться генетическая информация, записанная в ДНК фага. В случае Т-четных бактериофагов в клетке синтезируются ферменты, разрушающие ДНК бактерии, и ферменты, необходимые для репродукции ДНК фага. После этого этапа, называемого синтезом ранних белков, в бактерии синтезируются поздние белки, образующие оболочку бактериофага. В результате возникают новые частицы бактериофага, бактерия лизируется, а размножившийся в ней бактериофаг выходит в окружающую среду. Если нанести отдельные бактериофаги на поверхность твердой питательной среды с растущими бактериями, то размножившиеся в бактериях бактериофаги разрушают бактерии, образуя на этом месте так называемые «стерильные пятна».

Бактериофаги, способные репродуцироваться в бактерии, разрушать их и выходить при этом в виде полноценных частиц в среду, называются вирулентными фагами.

Наряду с такими фагами существуют и другие - умеренные фаги. ДНК таких фагов после заражения клетки внедряется в ДНК самих бактерий, не нарушая их жизнедеятельности. Она удваивается и в результате передается потомству. Бактерия, в ДНК которой присутствует ДНК умеренного фага, называется лизогенной, а фаговая ДНК, объединенная с бактериальной ДНК, профагом. Если лизогенную бактерию облучить ультрафиолетовым светом или обработать химическими мутагенами, то можно вызвать превращение профага в фаг, т. е. возбудить в бактериальной клетке воспроизведение полноценных частиц фага, в результате которого клетка погибает. Следовательно, в лизогенной бактерии в составе единой бактериальной хромосомы сосуществуют генетический аппарат бактерии с геном вируса, который передается от родительской клетки потомству и может быть активирован (индуцирован).

Из этого можно сделать вывод, что фаги это не только средства против бактерий, но и главный их помощник. Именно бактериофаги помогают меняться бактериям, встраивая свой генетический материал в ее ДНК. Разработка новых антибиотиков - чрезвычайно дорогой и долгий процесс. Но даже появление нового лекарства не гарантирует того, что микробы не выработают от него защиты. Эти условия заставляют специалистов искать средства, которые на современном этапе могут помочь при лечении бактериальных инфекций и повысить его эффективность. Такими препаратами в настоящий момент называют бактериофаги.

Список использованной литературы:

1. Материалы международной научно-практической конференции «Бактериофаги: Тео-

ретические и практические аспекты применения в медицине, ветеринарии и пищевой про-

мышленности» / - Ульяновск: УГСХА им. П.А. Столыпина, 2013, т. IIс.

2. Раутенштейн Я.И., Бактериофагия, М., 1955

Вирус T4. Что это за вирус? какие заболевания он вызывает?

Вы не ошиблись? Может всё-таки не вирус? - более года назад

Бактериофаг T4 - один из самых изученных вирусов в мире. Он поражает энтеробактерии, в том числе кишечную палочку, сальмонеллы и чумную палочку.

Этот вирус может стать эффективным способом борьбы с опасными инфекциями. Так что бактериофаг T4 никаких болезней не вызывает, а даже наоборот - помогает с ними бороться. С помощью нитей вирус прикрепляется к клетке болезнетворной бактерии, ДНК вируса попадает в клетку, в следствии чего она разрушается.

Для того, чтобы люди не пили антибиотики, ученые синтезировали лекарства из естественных для иммунитета человека бактериофагов.

Бактериофаги - это пожиратель микробов в организме, чистильщики.

В данном случае бактериофаг Т4 пожирает кишечную палочку при заражении и человек выздоравливает без антибиотиков.

Вирус Т4 уже не столь опасен, поскольку выявлены все его особенности развития в организме человека. Сейчас же напротив данный вирус используется, как помощник, который моет уничтожить клетки бактерий.

Страшный на вид, но полезный для человека вирус Т-4 является бактериофагом, то есть поражает энтеробактерии. Он относительно крупный фаг, его изучали нобелевские лауреаты, такие как Сальвадор Лурия, Альфред Херши, Макс Дельбрюк и другие.

Никакой опасности для здоровья человека этот вирус не несет, а только помогает, пожирая бактерии, словно бы высасывая их.

Вирус Т4 самый известный и изученный бактериофаг, который пожирает бактерии. Никаких заболеваний этот вирус у человека не вызывает, а даже наоборот, помогает ему бороться с бактериями. Так что беспокоиться по поводу этого вируса не стоит.

Вот как выглядит вирус T4 на фото, сделанном при помощи электронного микроскопа.

Есть такой давно известный бактериофаг или фаг Т4 - это действительно вирус и он поражает, одним словом пожирает бактерии и изменяет ее, встраивая свой генетический материал в ДНК этой бактерии. Бактериофаги давно известны, еще с начала прошлого века и с помощью этих интересных микроорганизмов нашли лекарство от бубонной чумы, туберкулеза. Когда открыли антибиотики про эти очень интересные микроорганизмы забыли и очень зря. Сейчас ученые вновь с интересом взялись за изучение бактериофагов.

Этот вирус называется бактериофаг T4. Батериофаг переводится как пожиратель бактерий, то есть он живет в теле бактерии и ест своего хозяина, за счет чего и живет. К примеру, Т4 кушает кишечную палочку.

То есть этот вирус не только не вызывает сам никаких заболеваний, но еще и помогает человеку бороться с опасными болезнями. Т4 убивает кишечную палочку, другие бактериофаги поедают туберкулезные палочки или даже бактерии бубонной чумы.

Вирус Т4, называемый иначе как Бактериофаг, является га самом деле полезным для человека вирусом и при этом он очень хорошо изучен. Этот вирус поможет преодолеть организму человека некоторые инфекции: сальмонеллу, кишечные палочки и т.д. Очень широко применим в медицине. Этот вирус пожирает вредные бактерии и помогает обойтись без антибиотиков.

Вирус Т4 или правильное название Бактериофаг. Что же это такое? Бактериофаги(фаги) - это фирус или если быть точнее бактерии, которые пожирают вредные бактерии. Они заменили антибиотики, которые очень сильно влияют на организм человека, а бактериофаги они не вредны для организма человека. В общем еще одна разработка в сфере медицины, которая позволит людям быть сдоровее, а также лечить рак, так как бактериофаги убивают(высасывают) бактерии, которые находятся в раковых клетках. История возникновения бактериофага(вируса Т4)

Комментарии

С помощью своих хвостовых нитей фаг прикрепляется к мембране бактериальной клетки, пронзает ее своим «хвостом» и подобно микроскопическому шприцу впрыскивает внутрь клетки содержащуюся в его голове ДНК.

Драматические взаимоотношения вируса и «клетки-хозяина» представляют в раздробленной форме тот механизм синтеза белков, который обычно протекает в живых клетках. Это готовый «экспериментальный прибор», отдельные элементы которого можно тем или иным способом варьировать. И вот были сделаны попытки искусственно воспроизвести этапы этого процесса, для того чтобы выяснить, как он происходит.

Фаг Т4 имеет величину, равную 3 тысячам ангстрем (ангстрем - одна десятимиллионная доля миллиметра), однако структура его частиц относительно сложна, его ДНК насчитывает до 100 генов. Для животных это количество ничтожно; для вируса это уже существенно. Но начнем с еще более простого организма - речь идет об одном из первых изученных вирусов - вирусе табачной мозаики (ВТМ). Он такой же величины, что и Т4, но еще более простой формы. Он похож на цилиндр, ширина которого всего 150 ангстрем. По оси этого цилиндра проходит нить РНК. Эта РНК содержит всего 5 или 6 генов. Белок, из которого построен цилиндр, состоит из одинаковых молекул. Молекула белка образована из 5 или 6 цепей, каждая из которых содержит приблизительно 150 аминокислот. Эти цепи располагаются двойным слоем общей толщиной 23 ангстрема - таким образом, что последовательности молекул, вкладываясь друг в друга в виде спиралей, создают корпус цилиндра.

Смертельная красота вирусов

Воображение может иногда быть немного более красочным, чем реальность. Или более страшным. И вирусные образы, изображение которых мы часто встречаем на страницах книг, журналов и газет, это именно тот случай.

Смертельные патогены иллюстрированы в ярко-красных, токсично-зеленых или агрессивно-оранжевых тонах. Уродливые, страшные, почти оружие, они только и ждут, чтобы атаковать наше тело. В конечной цели все сводится к одному – напугать и оказать эмоциональное влияние, в то время как истина в том, что все вирусы – прозрачны.

Этот факт произвел такое большое впечатление на художника из Великобритании Люка Джеррама (Luke Jerram), что он использовал его в качестве основной идеи своего нового арт-проекта - трехмерных скульптур из стекла «Glass Microbiology».

Люк Джеррам родился в 1974 году и окончил Университет Уэльса в 1997 году с отличием первой степени в изобразительном искусстве. Он является изобретателем, исследователем, ученым-любителем. Основная идея всех его работ – изучение пространства и восприятия. Личный взгляд художника на вирусы отражает совершенно иной образ, чем традиционное представление, сформировавшееся в нашем сознании. Его вирусы белые и прозрачные, хрупкие и холодные, но не страшные. Таинственные и величественные и, в то же время, более человеческие, чем когда-либо.

Среди его экспонатов стеклянные копии самых смертельных для человека болезней: ВИЧ, вирус Эбола, птичий грипп, вирус E. Coli, энтеровирус типа EV71, малярия, папиллома, свиной грипп, бактериофаг Т4.

Каждая деталь, разработанная при помощи вирусолога Эндрю Дэвидсона из Университета Бристоля, изысканное воспроизведение вируса. Хотя скульптуры и могут показаться преувеличенными, с зубцами, жуткими выпуклостями, на самом деле они созданы с удивительной точностью. Конечно, они значительно больше, чем их первоначальный вид: стеклянные вирусы превосходят оригиналы в размерах в миллион раз.

С помощью своих творений Джеррам изучает взаимосвязь между красотой произведений искусства и тем, как они влияют на человека. Точно так же, как Сьюзен Зонтаг говорит в своей книге «Illness and its metaphors» (Болезнь и ее метафоры), что искусство, как и слова, влияет на то, как мы переносим болезнь. Это означает, что можно вызвать фантазии относительно заболевания, которые иногда более опасны и трудны, чем биологическая действительность.

Вот почему работа Люка Джеррама имеет большое значение: он предлагает альтернативное видение заболевания, которое может привести к другому пути его преодоления.

Вирус E. coli (Кишечная палочка)

Реакции на работы были весьма удивительны, - рассказывает Джеррам в своем интервью каналу BBC, - скульптуры невероятно красивы, и этим привлекают людей, но, когда они понимают, чем, на самом деле, это является, сразу появляется своего рода элемент отталкивания. Некоторые чувствуют, как будто они могут заразиться, если прикоснутся к ним.

Энтеровирус типа EV71

Творения Люка - это вызов нашим собственным представлениям и идеям. Они демонстрируют, что реальность и её восприятие - нечто совершенно субъективное. В одном из писем, опубликованном на веб-сайте художника, анонимный автор сделал признание:

Ваша скульптура сделала ВИЧ намного реальнее для меня, чем любая фотография или иллюстрация, которые я когда-либо видел. Это очень странное чувство, видеть своего врага, который, в конечном итоге, станет причиной моей смерти, и находить его таким красивым.

Фаг Т4

Бактериофаг T4 - один из самых изученных вирусов, бактериофаг, поражающий бактерию E.

Бактериофаг T4 использует ДНК-полимеразу кольцевого типа; его скользящая манжетка является тримером, сходным с PCNA, но она не имеет гомологии ни с PCNA, ни с полимеразой β.

T4 является относительно крупным фагом, имеет диаметр около 90 нм и длину около 200 нм. Фаг T4 использует только литический цикл развития, но не лизогенный.

С фагом Т4 или подобными бактериофагами работали лауреаты Нобелевской премии Макс Дельбрюк, Сальвадор Лурия, Альфред Херши, Джеймс Уотсон и Френсис Крик, а также другие известные ученые - Майкл Россманн, Вадим Месянжинов, Фумио Арисака, Сеймур Бензер, Брюс Альбертс.

Вируса t4 что это такое

Рост и развитие. Вирусы

Из множества известных вирусов на схеме представлены лишь отдельные представители. Все изображения даны при одинаковом увеличении. Вирусы, размножающиеся только в бактериях, носят название бактериофаги (коротко: фаги). Наиболее простое строение имеет фаг М13 (1). Он состоит из одной однонитевой молекулы ДНК [онДНК (ssDNA)], содержащей примерно 7000 н.о. (н.о. - нуклеиновое основание), окруженной белковой оболочкой из 2700 субъединиц, упакованных по спирали. Оболочка вируса носит название капсид, а структура в целом - нуклеокапсид. M13 используется в генной инженерии в качестве вектора (см. с. 256).

Фаг Т4 (1), один из наиболее крупных вирусов, имеет более сложное строение. В «головке» вируса содержится двунитевая ДНК [днДНК (dsDNA)], насчитывающаян.о.

Патогенный для растений вирус табачной мозаики (2) построен аналогично M13, но вместо ДНК содержит онРНК (ssRNA). K РНК-содержащим вирусам относится также вирус полиомиелита (полиовирус), вызывающий детский паралич. Нуклеокапсид вируса гриппа имеет дополнительную оболочку, заимствованную у плазматической мембраны клетки-хозяина (B). На липидной оболочке фиксированы вирусные белки, принимающие участие и инфицировании клетки-хозяина.

Б. Капсид риновируса

Риновирусы являются возбудителями так называемых «простудных заболеваний». Капсид этого вируса имеет форму икосаэдра, геометрической фигуры, построенной из 20 равносторонних треугольников. Оболочка сформирована из трех различных белков, расположенных в форме пентамеров и гексамеров.

В. Жизненный цикл вируса иммунодефицита человека (ВИЧ)

Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) известен как возбудитель заболевания, которое носит название синдром приобретенного иммунодефицита (СПИД). В структурном отношении ВИЧ подобен вирусу гриппа (А).

Геном ВИЧ состоит из двух молекул однонитевой РНК [онРНК (ssRNA)], каждая молекула содержит 9200 н.о.). Вирус имеет двуслойный капсид и окружен белоксодержащей мембраной. ВИЧ инфицирует главным образом Т-хелперные клетки (см. с. 286), что в итоге может привести к выходу из строя иммунной системы.

При инфекции (1) мембрана вируса сливается с плазматической мембраной клетки-мишени и ядро нуклеокапсида попадает в цитоплазму (2). Там вирусная РНК (RNA) вначале образует гибрид РНК/ДНК (3), а затем транскрибируется с образованием днДНК (4). Обе реакции катализируются обратной транскриптазой вируса. днДНК интегрируется в геном клетки (5), где может оставаться в неактивном состоянии. При ее активации вначале с помощью ферментов клетки-хозяина транскрибируется фрагмент ДНК, соответствующий вирусному геному (6). При этом идет репликация как вирусной онРНК, так и мРНК (mRNA), кодирующей предшественники вирусных белков (7). Затем белки встраиваются в плазматическую мембрану клетки (8, 9) и там подвергаются протеолитической модификации (10). Цикл заканчивается почкованием вновь образованных вирусных частиц (11).

Группа PHК-содержащих вирусов, к которым принадлежит и ВИЧ, носит название ретровирусы, поскольку их жизненный цикл начинается с синтеза ДНК на РНК-матрице, т. е. с процесса обратного обычной транскрипции, когда матрицей служит ДНК.

Вируса t4 что это такое

Бактериофаг Т4 - гораздо более сложный вирус, чем ВТМ. Его двухспиральная ДНК содержит примерно 165 генов по сравнению

Рис. 30.7. Участок РНК ВТМ, обеспечивающий инициирование сборки вирусной частицы ВТМ.

Рис. 30.8. Электронная микрофотография частично реконструированных частиц ВТМ. Видны два хвоста РНК, отходящие от каждого растущего вириона.

Рис. 30.9. Схема сборки ВТМ. А - область инициации в РНК образует петлю и проходит в центральное отверстие белкового диска. диск переходит в спиральную форму «запорной шайбы». В - к тому концу РНК, где расположена петля, присоединяются новые диски. одна из концов РНК все время протаскивается через центральное отверстие и взаимодействует с новыми дисками. схематическое изображение молекулы РНК в частично собранном вирусе. Направление движения РНК, обозначено стрелкой. (Butler P. J.G., Klug A., Sci.Amer., 1978.)

с 6 генами ВТМ. Однако структура, размножение и процесс сборки фага Т4 изучены довольно хорошо, так как он подвергался интенсивному генетическому и биохимическому анализу. Вирион Т4 состоит из головки. отростка и шести нитей (фибрилл) отростка (рис. 30.10). Его молекула ДНК плотно упакована внутри икосаэдрической белковой оболочки и образует головку вируса. Отросток состоит из двух соосных трубок, соединенных с головкой короткой шейкой. В отростке сократительный чехол окружает центральный стержень, через который ДНК вводится в бактерию-хозяина. Отросток несет на конце базальную пластинку с шестью короткими зубцами, от которой отходит шесть длинных тонких нитей.

Концы нитей отростка связываются с определенными участками на клетке E. coli. В результате АТР-зависимого сокращения чехол подтягивает головку фага к базальной пластинке и нитям отростка, и в результате центральный стержень проникает через клеточную стенку, но не через мембрану клетки. Затем обнаженная фаговая ДНК проникает через клеточную мембрану. По истечении несколько минут все реакции синтеза клеточных ДНК, РНК и белка останавливаются и начинается синтез вирусных макромолекул. Другими словами, заразивший клетку вирус овладевает синтетическими механизмами бактериальной клетки и замещает ее гены своими.

В ДНК фага Т4 имеется три группы генов, которые транскрибируются на различных стадиях заражения: предранние, ранние и

Рис. 30.10. Электронная микрофотография фага Т4. (Williams R. С., Fisher Н. W., An electron micrographic atlas of viruses, С. С. Thomas, Springfield,

1974. Печатается с любезного разрешения издателя.)

Таблица 30.2. (см. скан) Гены фага Т4

поздние. Предранние и ранние гены транскрибируются и транслируются до того, как синтезируется ДНК фага Т4. Некоторые белки, кодируемые этими генами, обеспечивают выключение синтеза клеточных макромолекул. Вскоре после заражения ДНК клетки-хозяина распадается под действием дезоксирибонуклеазы, кодируемой одним из ранних генов фага Т4. ДНК самого фага Т4 не гидролизуется под действием этого фермента, поскольку в ней нет кластеров (сгруппированных остатков) цитозина. В ДНК фага Т4 вместо цитозина находится гидроксиметилцитозин (ГМЦ). К тому же остатки ГМЦ в ДНК Т4 глюкозилированы.

Эти производные цитозина включаются в ДНК бактериофага Т4 благодаря действию нескольких фагоспепифических ферментов, синтезирующихся на ранней стадии заражения. Один из них гидролизует dCTP с образованием dCMP, чтобы воспрепятствовать включению dCTP в ДНК фага Т4. Затем второй фермент вводит в dCMP гидроксиметильную группу, и образуется

Гидроксиметилцитидилат. Третий фермент превращает -гидроксиметилцитидилат в трифосфат, который служит субстратом для ДНК-полимераз. Наконец, четвертый фермент гликозилирует некоторые из содержащихся в ДНК остатки гидрокси-метилцитозина.

Синтез поздних белков сопряжен с репликацией ДНК фага Т4. На этом этапе образуются белки капсида и лизоцим. Когда сборка вирионов потомства завершена, лизоцим гидролизует клеточную стенку бактерии и разрушает ее. Примерно через 20 мин после заражения возникает около двухсот новых вирусных частиц.

Некоторые инфекции асимптомагичны или латентны. При латентной инфекции вирусная РНК или ДНК присутствует в клетке, но не вызывает заболевания, если не появляются триггерные факторы. Латентность облегчает распространение вируса от человека к человеку. Герпесвирусы проявляют свойство латентности.

Сотни вирусов могут поражать человека. Вирусы, поражающие людей, распространяются преимущественно самим человеком, в основном через выделения из дыхательных путей и кишечника, некоторые - при сексуальном контакте и при переливании крови. Их распространение среди людей ограничивается врожденной невосприимчивостью, приобретенным естественным или искусственным иммунитетом, санитарно-гигиеническими и прочими социальными мероприятиями, а также химиопрофилактикой.

Для многих вирусов основным хозяином служат животные, а человек - лишь вторичным или случайным. Возбудители зоонозов в отличие от специфических человеческих вирусов в своем распространении ограничены географически теми условиями, в которых поддерживается естественный цикл инфекции без участия человека (наличие соответствующих позвоночных, членистоногих или тех и других).

Онкогенные свойства ряда вирусов животных хорошо изучены. Человеческие Т-лимфотропные вирусы типа 1 связывают с некоторыми лейкозами и лимфомами, вирус Эпштейна-Барр вызывает злокачественные новообразования, например назофарингеальную карциному, африканскую лимфому Беркитта, лимфомы у получавших иммунодепрессанты реципиентов пересаженных органов. Гепатиты В и С предрасполагают к развитию гепатокарциномы. Вирус герпеса человека 8-го типа предрасполагает к развитию саркомы Капоши, первичная выпотная лимфома (лимфома полостей тела) и болезнь Кастлемана (лимфопролиферативные расстройства).

Длительный инкубационный период, характерный для некоторых вирусных инфекций, дал основание для термина «медленные вирусы». Ряд хронических дегенеративных заболеваний ранее неизвестной этиологии теперь относят к медленным вирусным инфекциям. Среди них отметим подострый склерозирующий панэнцефалит (вирус кори), прогрессирующий краснушный панэнцефалит и прогрессирующую многоочаговую лейкоэнцефалопатию (JC-вирусы). Болезнь Крейтцфельда-Якоба и губчатая энцефалопатия имеют признаки, сходные с медленными вирусными инфекциями, но вызываются прионами.

Диагностика

Лишь немногие вирусные заболевания, например корь, краснуха, розеола новорожденных, инфекционная эритема, грипп и ветрянка, могут быть диагностированы на основании только клинической картины и эпидемиологических данных.

Следует помнить, что точная диагностика необходима тогда, когда требуется специфическое лечение или когда инфекционный агент представляет потенциальную угрозу для общества (например, атипичная пневмония, SARS).

Быстрая диагностика возможна в специально оснащенных вирусологических лабораториях путем культивирования, ПЦР, определения вирусных антигенов. Может помочь электронная (не световая) микроскопия. Для ряда редких заболеваний (например, бешенство, восточный лошадиный энцефалит и др.) существуют специализированные лаборатории (центры).

Профилактика и лечение

Прогресс в использовании вирусных препаратов очень быстрый. Антивирусная химиотерапия направлена на различные фазы вирусной репликации. Они могут влиять на прикрепление частицы к мембране клетки-хозяина или препятствуют высвобождению нуклеиновых кислот вируса, ингибируют клеточный рецептор или факторы вирусной репликации, блокируют специфические вирусные ферменты и белки, необходимые для репликации вируса, но не влияющие на метаболизм клетки-хозяина. Наиболее часто антивирусные препараты используются в терапевтических и профилактических целях против герпесвирусов (включая цитомегаловирус), респираторных вирусов, и ВИЧ. Тем не менее, отдельные препараты эффективны против многих типов вирусов, например, лекарства против ВИЧ используются при лечении гепатита В.

Интерфероны высвобождаются из инфицированных вирусов или другими антигенами. Существует много разных интерферонов, проявляющих множественные эффекты, включающие ингибирование трансляции и транскрипции вирусной РНК, прекращение вирусной репликации без нарушения функции клетки хозяина. Интерфероны иногда даются в форме, связанной с полиэтиленгликолем (пегилированные интерфероны), что позволяет добиться пролонгированного эффекта.

Интерферонотерапия применяется для лечения гепатита В и С и папилломавируса человека. Интерфероны показаны для лечения пациентов с хроническими гепатитами В, С в сочетании с нарушением функции печени, определенной вирусной нагрузкой и наличием соответствующей гистологической картины. Интерферон-2в используется для лечения гепатита В в дозе 5 млн ЕД подкожно 1 раз в день или 10 млн ЕД подкожно 3 раза в неделю в течение 16 недель. Лечение усиливает клиренс ДНК вируса гепатита В и нВеАg из плазмы, улучшает функцию печени и гистологическую картину.

Гепатит С лечится рибавирином в сочетании с пегилированными интерферонами-2в в дозе 1,5 мкг/кг подкожно 1 раз в неделю или пегилированным интерфероном-2а 180 мкг подкожно 1 раз в неделю. Лечение позволяет снизить уровень вирусной РНК, улучшить функцию печени и гистологическую картину. Интерферон-п3 внутримышечно или непосредственно в пораженную область используется при лечении остроконечных кандилом гениталий и кожи. Оптимальные схемы и длительность эффекта неизвестны. Изучается эффективность применения рекомбинантных форм эндогенного интерферона альфа при волосатоклеточном лейкозе, саркоме Капоши, вирусе папилломы человека и респираторных вирусах.

Побочные эффекты включают лихорадку, ознобы, миалгии, слабость, начинаются через 7-12 часов после первой инъекции и длятся до 12 часов. Также могут быть депрессия, гепатиты и при использовании высоких доз угнетение костного мозга.

Вакцины и иммуноглобулины.

Вакцины стимулируют природный иммунитет. Используются вирусные вакцины против гриппа, кори, паротита, полиомиелита, бешенства, краснухи, гепатитов В и А, опоясывающего лишая и желтой лихорадки. Доступны вакцины против аденовирусов и ветряной оспы, но их используют только в группах высокого риска (например, у призывников).

Иммуноглобулины применяются для пассивной иммунизации в ограниченном ряде случаев, например, для постэкспозиционной профилактики (гепатит, бешенство). Другие могут быть полезны при лечении заболеваний.

Респираторные вирусы

Вирусные инфекции чаще поражают верхние и нижние отделы дыхательного тракта. Респираторные инфекции могут классифицироваться в соответствии с вызвавшими их вирусами (например, грипп), но обычно используют клиническую синдромную классификацию (например, простудные заболевания, бронхиолит, круп). Хотя отдельным патогенам присущи специфические клинические симптомы (например, риновирус и простуда, респираторно-синцитиальный вирус и бронхиолит), каждый вирус способен привести к практически любому симптому.

Тяжесть вирусной инфекции варьирует в широких пределах, причем тяжелее она протекает у детей и пожилых. Смертность определяется прямыми причинами (зависит от характера вирусной инфекции), а также непрямыми (в результате обострений сопутствующей сердечнососудистой патологии, бактериальной суперинфекции легких, придаточных пазух носа, среднего уха).

Лабораторное исследование патогенов (ПЦР, культуральное исследование, серологические тесты) занимает слишком много времени, для того чтобы быть полезным для конкретного больного, но необходимо для анализа эпидемической ситуации. Более быстрое лабораторное обследование возможно в отношении вирусов гриппа и респираторно-синцитиального вируса, значение этих методов в рутинной практике остается неясным. Диагностика основывается на клинических и эпидемиологических данных.

Лечение

Лечение вирусных респираторных инфекций обычно симптоматическое. Антибактериальные средства неэффективны в отношении вирусов, а профилактика против вторичной бактериальной инфекции не рекомендуется: антибиотики назначаются только при уже присоединившейся бактериальной инфекции. У больных с хронической легочной патологией антибиотики назначаются с меньшими ограничениями. У детей не должен применяться аспирин в связи с высоким риском развития синдрома Рея. У некоторых пациентов с вирусными заболеваниями верхних дыхательных путей кашель сохраняется на протяжении многих недель после выздоровления. Симтомы могут поддаваться воздействию бронходилататоров и глюкокортикоидов.

В некоторых случаях важны антивирусные препараты. Амантадин, ремантадин, оселтамавир и занавир эффективны при гриппе. Рибавирин, аналог гуанозина, ингибирует репликацию РНК и ДНК многих вирусов и может назначаться иммуноскомпрометированным больным с риносинцитиальными поражениями нижнего дыхательного тракта.

Простуда

Это острая вирусная инфекция дыхательных путей, саморазрешающаяся и протекающая обычно без температуры, с воспалением верхних отделов дыхательного тракта, включая ринорею, кашель, першение в горле. Диагноз - клинический. Профилактике помогает тщательное мытье рук. Лечение симптоматическое.

В большинстве случаев (30-50 %) возбудителем является какой-либо из более чем 100 серотипов группы риновирусов. Простуда также вызывается вирусами из группы коронаровирусов, гриппа, парагриппа, респираторно-синцитиальными, особенно у больных, переносящих реинфекцию.

Возбудители простуды имеют связь со временем года, чаще это весна и осень, реже - зима. Риновирусы чаще всего распространяются при прямом контакте с зараженным человеком, но могут передаваться и воздушно-капельным путем.

Для развития инфекции наиболее важно присутствие в сыворотке и секретах нейтрализующих специфичных антител, отражающих прежний контакт с данным возбудителем и обеспечивающих относительный иммунитет. На восприимчивость к простуде не влияют длительность холодовой экспозиции, состояние здоровья и питания человека, патология верхнего дыхательного тракта (например, увеличенные миндалины и аденоиды).

Симптомы и диагностика

Заболевание начинается внезапно после короткого инкубационного периода (24-72 часа) с неприятных ощущений в носу и горле, вслед за чем появляются чиханье, насморк и недомогание. Температура обычно остается нормальной, особенно когда причиной является рино- и короновирус. В первые дни выделения из носа водянистые и обильные, затем становятся более густыми и гнойными; слизисто-гнойный характер этих выделений обусловлен присутствием лейкоцитов (в основном гранулоцитов) и не обязательно вторичной бактериальной инфекцией. Покашливание со скудной мокротой часто продолжается в течение 2 недель. Если нет осложнений, симптомы простуды стихают через 4-10 суток. При хронических заболеваниях дыхательных путей (астма и бронхит) после простуды обычно бывают обострения. Гнойная мокрота и симптомы со стороны нижних дыхательных путей не очень характерны для риновирусной инфекции. Гнойный синусит и воспаление среднего уха обычно являются бактериальными осложнениями, но иногда они связаны с первичной вирусной инфекцией слизистых оболочек.

Диагностика обычно клиническая, без диагностических тестов. Для дифференциальной диагностики наиболее важен аллергический ринит.

Лечение и профилактика

Специфического лечения не существует. Обычно применяют антипиретики и анальгетики, которые снижают лихорадку и уменьшают першение в горле. При заложенности носа применяют деконгестанты. Наиболее эффективны местные назальные декогестанты, но их применение более 3-5 дней может привести к усилению назальных выделений. Для лечения ринореи можно применять ангигистаминные препараты первого поколения, (например, хлорфенирамид) или ипратропиум бромид (интраназально 0,03 % раствор 2-3 раза в день). Эти препараты, однако, должны быть исключены у пожилых и лиц с доброкачественной гиперплазией простаты и лиц с глаукомой. Антигистаминные препараты первого поколения вызывают сонливость, однако препараты второго поколения (без седативного эффекта) не эффективны для лечения простуды.

Цинк, эхинацея, витамин С повсеместно применяются для лечения простуды, но их эффекты не доказаны.

Вакцин нет. Поливалентные бактериальные вакцины, цитрусовые, витамины, ультрафиолет, гликолевые аэрозоли и другие народные средства не предотвращают простуду. Мытье рук и использование поверхостных дезинфектантов снижают распространенность инфекции.

Антибиотики назначают только при присоединении вторичной бактериальной инфекции, исключение составляют больные с хроническими заболеваниями легких.

Парагрипп

Респираторные заболевания, вызываемые несколькими близкородственными вирусами, варьирующие от простуды до гриппоподобных симптомов или пневмонии, а в тяжелой форме при высокой температуре проявляющиеся чаще всего как грипп. Диагноз клинический. Лечение симптоматическое.

Вирусы парагриппа представляют собой РНК-содержащие парамиксовирусы четырех серологически различных типов, обозначаемых 1,2,3 и 4. Эти четыре серотипа вызывают заболевания различной тяжести, но имеют общие антигены. Серотип 4 перекрестно реагирует с антигенными детерминантами вируса эпидемического паротита и иногда может являться причиной респираторного заболевания.

Ограниченные вспышки парагриппа бывают в школах, яслях, детских садах, больницах и других учреждениях. Серотипы 1 и 2 вызывают осенние вспышки заболевания. Заболевание, связанное с серотипом 3, эндемично и высококонтагиозно для детей младше 1 года. Возможно повторное инфицирование, тяжесть последующих инфекций снижается и их распространение ограничивается. Таким образом, у иммунокомпетентных лиц инфекция чаще протекает асимптоматично.

Наиболее часто у детей поражается верхний дыхательный тракт с или без небольшой лихорадки.

При поражении вирусом парагриппа типа 1 развивается круп (острый ларинго- трахеобронхит), преимущественно у детей в возрасте 6-36 месяцев. Круп начинается с симптомов простуды, затем присоединяются лихорадка и лающий кашель, охриплость голоса, стридор. Дыхательная недостаточность развивается редко, но может иметь фатальный исход.

Вирус парагриппа типа 3 может быть причиной развития пневмонии и бронхиолита у маленьких детей. Заболевание требует дифференциальной диагностики с респираторно-синцитиальной инфекцией, но часто более слабая.

Специфическая лабораторная диагностика не требуется. Лечение симптоматическое.

Респираторно-синцитиальная и метапневмовирусная инфекция

Респираторно-синцитиальный вирус (РСВ) и человеческий метапневмовирус (ЧМВ) вызывают сезонное поражение нижних отделов респираторного тракта, особенно у маленьких детей. Тяжесть заболевания варьирует от бессимптомного течения до тяжелого, а клинические проявления включают бронхиолит и пневмонию. Диагноз обычно клинический, хотя возможности лабораторного тестирования имеются. Лечение симптоматическое.

РСВ - РНК-овый вирус, классифицируемый как пневмовирус, имеет подгруппы А и В. Человеческий метапневмовирус (ЧМВ), сходный, но отдельный вирус, открыт недавно. РСВ распространен повсеместно, почти все дети инфицируются к 4 годам жизни. Вспышки заболевания происходят обычно зимой или ранней весной. Иммунитет у переболевших нестойкий, поэтому контагиозность доходит до 40 %. И все-таки наличие антител против РСВ снижает тяжесть болезни. Эпидемиологические особенности распространения ЧМВ сходны с РСВ, но выраженность вспышек существенно ниже. РСВ - наиболее частая причина заболеваний нижних отделов респираторного тракта у маленьких детей.

Симптомы и диагностика

Наиболее характерные симптомы - бронхиолит и пневмония. В типичных случаях заболевание начинается с лихорадки, респираторных симптомов, которые прогрессируют: через несколько дней присоединяются одышка, кашель, хрипы. У детей младше 6 месяцев первым симптомом может стать апноэ. У здоровых взрослых и старших детей заболевание обычно протекает бессимптомно или в виде бестемпературной простуды. Тяжелая болезнь развивается у пожилых, иммуноскомпрометированных лиц, страдающих сопутствующей легочной и сердечной патологией.

РСВ (возможно, и ЧМВ) следует заподозрить у маленьких детей с симптомами бронхиолита и пневмонии в сезон, характерный для РСВ. Поскольку антивирусное лечение в целом не рекомендуется, потребности в лабораторной диагностике нет. Последняя полезна для внутрибольничного контроля, что позволяет выделить группы детей, пораженных одним вирусом. Для детей имеются высокочувствительные тесты определения антигенов РСВ; в отношении взрослых они нечувствительны.

Лечение и профилактика

Лечение симптоматическое, включает ингаляции кислорода и гидратационную терапию по необходимости. Глюкокортикоиды и бронходилататоры обычно неэффективны. Антибиотики резервируются для пациентов с продолжающейся лихорадкой и подтвержденной при рентгенологическом исследовании пневмонией. Паливизумаб для лечения неэффективен. Риба- верин, обладающий антивирусной активностью, против РСВ неэффективен или малоэффективен, обладает токсичностью и не рекомендуется для длительного приема, за исключением иммуноскомпрометированных лиц.

Пассивная профилактика моноклональными антителами к РСВ (паливизумаб) снижает частоту госпитализаций в группах подростков высокого риска. Экономически вакцинация оправдана для маленьких детей, которым может понадобиться госпитализация (то есть в возрасте менее 2 лет) с врожденными пороками сердца или хроническими заболеваниями легких, требовавшими медикаментозного лечения в последние 6 месяцев, недоношенные дети (менее 29 недель), которые встретили РСВ-сезон в возрасте менее 1 года, либо рожденные в период 29-32 недели гестации и встретившие РСВ-сезон в возрасте менее 6 месяцев). Доза составляет 15 мг/кг внутримышечно. Первая доза назначается только перед наступлением сезона обострений. Последующие дозы даются с интервалом 1 месяц в течение всего эпидемиологического сезона, обычно 5 доз.

Тяжелый острый респираторный синдром

Предикторами летальных исходов являются возраст старше 60 лет, тяжелая сопутствующая патология, повышение уровня ЛДГ и повышение абсолютного числа нейтрофилов. Лечение ТОРС симптоматическое, при необходимости - механическая вентиляция легких. Озельтамивир, рибавирин и глюкокортикоиды могут быть использованы, но данные об их эффективности отсутствуют.

Больные с подозрением на ТОРС должны быть госпитализированы в бокс с отрицательным внутрибоксовым давлением. Должны быть выполнены все мероприятия по предотвращению передачи инфекции респираторным и контактным путем. Персонал должен носить маски N-95, защитные очки, перчатки, халаты.

Люди, которые контактировали с пациентами с САРС (например, члены семьи, стюардессы, медицинский персонал), должны быть предупреждены о симптомах болезни. При отсутствии симптомов они могут работать, посещать школу и т.д. При появлении лихорадки или респираторных симптомов они должны ограничить свою активность и находиться под медицинским наблюдением. Если симптомы не прогрессируют в сторону ТОРС в течение 72 часов, они могут считаться толерантными.

Крупные фаги Т2 и Т4 близкородственны. Они обладают идентичной организацией генома, и большинство генов у них общие. Радиоавтография хромосомы фага Т4 (рис. 7.13) свидетельствует о линейности молекулы ДНК. Ее мол. масса равна 120-10 6 дальтон, а длина составляет 182 000 пары нуклеотидов. Фаг Т4 был предметом интенсивных генети-

214

ческих исследований (вспомните rII -мутанты из гл. 6), и для него известны мутации во многих цистронах. Анализ рекомбинации с использованием трех- и четырехфакторных скрещиваний показал, что генетическая карта фага Т4 имеет кольцевую форму (рис. 7.14). Противоречие между линейностью молекулы ДНК фага и кольцевой формой его генетической карты удалось разрешить в результате генетических и физических экспериментов, показавших, что выделенные из фага Т2 линейные молекулы ДНК содержат на обоих концах участки с одинаковыми последовательностями нуклеотидов (концевую избыточность), а порядок генов в молекуле допускает циклические перестановки. Физические данные о концевой избыточности (дуплицированности) последовательностей оснований получены из экспериментов, в которых ДНК Т2 подвергалась действию экзонуклеазы III. Этот фермент последовательно отщепляет нуклеотиды с 3-ОН-концов цепей ДНК, в результате чего на концах двухцепочечной молекулы образуются одноцепочечные участки с 5"-РО 4 -концами (рис. 7.15). Инкубация этих подвергнутых действию фермента молекул в условиях, допускающих установление водородных связей между комплементарными одноцепочечными последовательно-

7. Геном вируса 215

Рис. 7.15. Схема, демонстрирующая концевую избыточность в геноме фага Т2 и образование кольцевой молекулы ДНК. Каждую из трех молекул можно превратить в любую другую путем циклической перестановки, и оба конца каждой молекулы содержат концевые повторы. Экзонуклеаза III действует на 5"-концы (место действия фермента указано стрелкой), и образовавшиеся комплементарные участки «склеиваются», образуя кольцевые молекулы. Если длина отрезанных концов превышает длину повторяющихся участков, то в кольцевой молекуле дуплексный сегмент оказывается обрамленным двумя одноцепочечными участками (брешами). Длина двухцепочечного сегмента (и его состав) совпадает с длиной концевых повторов (см. рис. 7.16).

стями, приводит к образованию кольцевых молекул (рис. 7.16). Замыкание в кольцо возможно лишь в том случае, если двухцепочечная молекула ДНК фага Т2 содержит идентичные последовательности оснований на обоих концах, как это схематически изображено на рис. 7.15. Прежде чем молекулы становятся способны образовывать кольца, фермент должен отщепить около 2% ДНК Т2. Это означает, что протяженность дуплицированных (избыточных) концов молекулы составляет около 1% длины генома. Генетические данные о концевой избыточности геномов фагов Т2 и Т4 проистекают из существования гетерозиготных фаговых частиц. Фаговые гетерозиготы возникают в результате рекомбинации между фагами с различными генотипами. Они легко идентифицируются, поскольку каждый такой фаг образует негативную колонию, содержащую фаги обоих генотипов (см. рис. 6.1). Геном единичного фага может быть

216Организация и передача генетического материала

гетерозиготным лишь по тесно сцепленным генам. В популяции фагов, однако, встречаются гетерозиготы по всем генам, безотносительно к их положению на карте. Кроме того, размер участка, по которому фаг избыточен и гетерозиготен, увеличивается у мутантов, несущих делеции, в связи с особым механизмом упаковки, который мы вкратце рассмотрим ниже. (В отличие от фага λ у фагов Т2 и Т4 делеции не уменьшают количество ДНК в головке фага.) Из этих наблюдений можно сделать лишь один логический вывод: не существует единственного уникального порядка генов вдоль всей молекулы ДНК, другими словами, у конкретных фагов в популяции избыточным может быть любой ген.

7. Геном вируса 217

Следующий эксперимент подтверждает это поразительное заключение. Препарат ДНК фага Т2 денатурировали нагреванием, для того чтобы разделить комплементарные цепи каждой молекулы. Смесь одиночных цепей выдерживали затем в условиях, допускающих восстановление водородных связей между комплементарными последовательностями оснований. Большинство одиночных цепей в смеси оказалось способно восстановить двухцепочечную структуру с партнером, исходнопринадлежавшим другой нативной молекуле ДНК (рис. 7.17). При электронно-микроскопическом анализе такой смеси обнаруживается много кольцевых двухцепочечных молекул (рис. 7.18). Образование двухцепочечных структур возможно лишь в том случае, если исходный препарат ДНК содержит такую популяцию молекул, в которой последовательность генов в любой молекуле можно получить посредством циклической перестановки (пермутации) генов в любой другой молекуле. Именно циклические перестановки и концевая избыточность индивидуальных молекул ДНК фагов Т2 и Т4 обусловливают кольцевую структуру их генетической карты, отражая отношения сцепления между генами в популяции индивидуальных молекул.

218 Организация и передача генетического материала

Специальный способ репликации ДНК и упаковки дочерних молекул ДНК в головки фагов Т2 и Т4 обеспечивает возможность получения от единичных фаговых частиц потомства с циклической перестановкойи концевой избыточностью. На ранних стадиях инфекции линейная родительская молекула ДНК претерпевает несколько последовательных репликаций, образуя такие же линейные дочерние молекулы, содержащие весь геном фага плюс концевую избыточность. Затем в результате рекомбинации между избыточными концами дочерних молекул образуются конкатемеры (тандемно повторяющиеся последовательности геномов фага (рис. 7.19), которые затем реплицируются и рекомбинируют, образуя еще более длинные конкатемеры. На заключительной стадии инфекции молекулы ДНК начинают упаковываться в головки (капсиды) фагов (вспомните рис. 7.2). Размер молекулы ДНК, помещае-

7. Геном вируса 219

мой в капсид каждого фага, определяется размером самого капсида. Капсид вмещает чуть больше ДНК, чем ее содержится в геноме фага Т4, как раз настолько, чтобы осталось место для избыточных участков на концах генома. Такой механизм упаковки ДНК посредством отрезания от длинного конкатемера кусков, по длине несколько превышающих протяженность генома фага, приводит к циклической перестановке (пермутации) последовательности генов в отдельных дочерних фагах,

220Организация и передача генетического материала

как это схематически показано на рис. 7.19. Тот же самый механизм инкапсулирования геномов фага Т4 приводит к возникновению гетерозигот с избыточными концами в двукратно инфицированных клетках (рис. 7.19). Такой тип организации генома встречается не только у бактериофагов. Он обнаружен также, например, у так называемого «вируса 3 лягушки» - вируса, способного инфицировать клетки многих видов позвоночных, в том числе и человека, при температуре ниже 32°С.

7. Геном вируса 221

На генетической карте фага Т4 (рис. 7.20) видно, что вместе сгруппированы гены, ответственные за родственные физиологические функции. Такая же организация генома уже встречалась нам у фага λ. Этот тип организации функционирования генома играет важную роль в ее регуляции (гл. 15).

222Организация и передача генетического материала