Курсовая работа: Біологія та екологія бактеріофагів

Паличкоподібні — віруси тютюнової мозаїки (ВТМ), штрихуватої мозаїки ячменю та багато інших (рис. 1).

Рис. 1. Електронна фотографія вірусу тютюнової мозаїки, контрастованого ФВК

Ниткоподібні — віруси жовтяниці цукрових буряків, мозаїки пшениці, квасолі, сої, кавунів, Х-вірус картоплі.

Сферичні — віруси грипу, курячої саркоми, японського енцефаліту, кору, паротиту, арбовіруси, віруси лейкозу курей і мишей.

Кубоідальні — віруси вісповакцини, натуральної віспи, аденовіруси, ентеровіруси, реовіруси, віруси папіломи людини і тварин тощо.

Булавовидні — віруси бактерій (бактеріофаги).

Форми вібріонів визначаються будовою білкової оболонки, в середині якої міститься нуклеїнова кислота (ДНК або РНК). Оболонку вібріонів називають капсидом, а структуру, яка містить нуклеїнову кислоту і капсид, — нуклеокапсидом.

Капсиди вірусів утворені з білкових субодиниць, що стереотипно повторюються в структурі та хімічній будові віріона. Згідно з кристалографічними закономірностями, майже всі віруси за структурою капсиду (типом симетрії) поділяються на три великі групи: спіральні, поліедричні, що являють собою ікосаедри - правильні багатогранники, і віруси з комбінованим типом симетрії.

Віруси зі спіральною симетрією. Вірус тютюнової мозаїки (ВТМ) є типовим представником таких вірусів. Взагалі ВТМ є унікальним у багатьох відношеннях. Він був першим з відкритих вірусів, першим його виділено в чистому вигляді і викристалізовано, на ньому вперше було відкрито існування субодиниць і показано, що інфекційність вірусу пов'язана тільки з нуклеїновою кислотою. Зрештою саме

ВТМ уперше розділено на білок та інфекційну РНК і знову відтворено вірус із цих компонентів. ВТМ є першим вірусом, в якому розшифровано послідовність амінокислотних залишків у пептидному ланцюгу білкової молекули. За сучасними даними, ВТМ має форму порожнього циліндра діаметром 15 нм і завдовжки 300 нм. Модель і загальний вигляд цього вірусу подано на рис. 2.

Рис. 1 Модель будови вірусу тютюнової мозаїки:

1 — нуклеїнова кислота; 2 — білкові субодиниці капсиду

Вібріон ВТМ містить одноланцюгову РНК, його капсид складається з однакових, розміщених спірально, білкових субодиниць. У кожній спіралі на три витки припадає 29 субодиниць, кожна з яких є білковою молекулою з молекулярною масою 17 530. Загалом віріон містить 2130 (±2 %) ідентичних білкових субодиниць. Спіральний тип симетрії характерний не тільки для фітопатогенних вірусів, його знайдено і у вірусів, що вражають тварин і бактерії.

Віруси з кубічною симетрією (ізометричні віруси). Застосування рентгеноструктурного аналізу у вірусологічних дослідженнях показало, що у багатьох видів вірусів вібріони мають правильний багатогранний капсид (оболонку) у вигляді ікосаедра, всередині якого міститься нуклеїнова кислота. Рентгенограми вібріонів кущистої карликовості томатів, жовтої мозаїки турнепсу, поліомієліту з великою точністю показали, що вони мають кубічну симетрію. Із кристалографії відомо, що існують три типи фігур з кубічною симетрією: тетраедр (осі симетрії 2:3, найменша кількість структурних одиниць 12), октаедр (осі симетрії 4:3:2, число структурних одиниць 24) та ікосаедр, або двадцятигранник (осі симетрії 5:3:2, кількість субодиниць 60).

Електронно-мікроскопічне вивчення будови ікосаедричних вірусів (рис. 3) виявило на їхній поверхні структурні елементи, які є комплексами білкових субодиниць. Ці структурні елементи дістали назву капсомерів, або морфологічних субодиниць. Виявляється, що ікосаедрична форма є «вигідною» природною структурою тому, що при цьому великою мірою заощаджується білковий матеріал для будови капсиду віріона, а також ще й тому, що для утворення ікосаедра потрібна мінімальна кількість енергії.

Рис. 3. Схематичне зображення структури деяких ікосаедричних вірусів із складним капсидом:

А — аденовірус (1 — тонкі вирости на вершинах ікосаедра, 2 — білковий капсид, який складається із структурних одиниць капсомерів, 3 — ДНК); Б — вірус герпесу (4— капсид, 5 —ДНК, б— оболонка з виростами); В — вірус саркоми Рауса (7 — оболонка з виростами, 8 — нуклеокапсид, 9 — другий зовнішній капсид)

Віруси з комбінованим типом симетрії. Представники цієї групи вірусів є складніше організованими. Вони мають нуклеокапсид, який характеризується кубічною симетрією, а розміщений усередині його нуклеопротеїд укладений спірально. Добре вивченим представником складніше побудованих вірусів є вірус мозаїки люцерни (ВМЛ). Морфологічні субодиниці ВМЛ, на відміну від інших вірусів, характерно укладені у вигляді пента- і гексамерів: частково за вимогами гвинтової і частково — кубічної симетрії. Комбінований тип симетрії мають віруси вісповакцини, лейкозів, сарком тощо.

До цієї групи складніше організованих вірусів належать і деякі види фагів, що мають два різних типи симетрії (головка й відросток). У великих, зокрема Т-парних, фагів головка має ікосаедричну форму, а відростки — гвинтову симетрію і є органами прикріплення до клітин бактерій.

1.2 Хімічний склад вірусів

Для успішного вивчення хімічного складу різних вірусів насамперед потрібно мати чисті препарати. Більшість методів очистки вірусів включає ультрацентрифугування, хроматографію тощо. Кінцева мета очистки — одержати препарати, що містять тільки інфекційні вірусні частинки, які можна використати для вивчення як структури, так і хімічного складу вірусів. Очищені препарати багатьох вірусів можуть кристалізуватися.

Д.Й. Івановський першим спостерігав у листках тютюну, ураженого мозаїчною хворобою, включення, які тепер називають кристалами Івановського.

Елементарний склад вірусних частинок такий (%): вуглець — 50; кисень — 20; водень — 7; азот — 16; фосфор — 0,4—0,5; сірка — 0,1-0,2; зольні елементи — 2,5.

Незважаючи на значні відмінності в будові та хімічному складі різних вірусів, усі вони мають два основні компоненти: нуклеїнову кислоту і білковий капсид (оболонку). У деяких вірусів нуклеокапсид може бути оточеним другою зовнішньою оболонкою, яка має ліпідну, ліпопротеїдну або гліколіпопротеїдну природу. Таку оболонку прийнято позначати терміном «суперкапсид». У складніше організованих вірусів окрім суперкапсида є ще одна проміжна оболонка — білкова мембрана, що оточує розміщений в центрі нуклеокапсид, який утворює структуру так званого нуклеоїда. Крім названих компонентів, до складу всіх вірусів входять катіони металів.

У найпростіших вірусів, наприклад у ВТМ, капсид складається з ідентичних субодиниць білка, які містять 158 амінокислот ВТМ. 21301100 пептидних ланцюжків субодиниць капсиду укладені по спіралі так, що виникає порожній циліндр завдовжки 300 нм і діаметром 15 нм.

У складніше організованих вірусів білкова оболонка складається з кількох білків, наприклад в аденовірусів виявлено близько 10 різних структурних білків, які беруть участь у формуванні капсида і серцевини вібріону. Крім структурних білків, у складі вірусних частинок виявлено також ферментні білки. Це, зокрема, РНК-залежна РНК полімераза (транскриптаза), РНК-залежна ДНК полімераза (ревертаза), АТФ-аза бактеріофагів зі скоротливими чохлами відростків та багато інших. Є дані, що ці ферменти кодуються вірусним геномом.

Цікаво, що вірусний білок, зокрема багатьох паличкоподібних вірусів, має здатність до самозбирання (упорядкованої агрегації), тобто, зруйнований до субодиниць за певних умов, він може знову відновлюватися до вихідного стану. Пояснити це можна тим, що впорядкований агрегат білка (капсид) має найменшу вільну енергію порівняно з мономерними пептидними ланцюгами. Тому самозбирання капсидів, як і будь-який процес, що веде до зменшення вільної енергії системи, може відбуватися спонтанно.