Ученые из Южного федерального университета (ЮФУ) выяснили, что структуры некоторых вирусных оболочек напоминают структуры кристаллов. От устройства оболочки вируса зависит то, может ли он инфицировать клетку-хозяина, поэтому понимание особенностей структуры вирусных оболочек позволит ученым помешать процессу инфицирования. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ) и опубликованы в журналах JPCM и Nanoscale .
«Очень важно исследовать и понимать особенности структуры вирусных оболочек. Вирусная оболочка содержит внутри геном, который с помощью этой оболочки проникнет в клетку-хозяина, если лекарственная терапия не нарушит какую-то из стадий этого процесса», - сообщил соавтор исследования и руководитель гранта РНФ, профессор кафедры нанотехнологий физического факультета ЮФУ Сергей Рошаль.
Внешняя оболочка вируса состоит из белков и отличается различными размерами и формой. Чаще всего сферическая по форме внешняя оболочка обладает кубическим (икосаэдрическим) типом симметрии. В этом случае белки организуются в икосаэдр. Икосаэдр имеет 20 треугольных граней, 12 вершин и обладает осями симметрии второго, третьего и пятого порядка. Ось симметрии - один из элементов симметрии кристаллов - это воображаемая прямая, при повороте вокруг которой на один и тот же угол равные части геометрической фигуры совмещаются. Таким образом, при каждом повороте на 180°, 120°, 72° грани у кристалла могут совместиться два, три и пять раз. Небольшим вирусам для построения сферы с такой симметрией необходимо менее 60 белков, самособирающихся таким образом, что вирусная оболочка принимает структуру кристалла.
Коллаж, составленный из структур и моделей вирусных оболочек
Сергей Рошаль
Для анализа структуры сферических вирусных оболочек ученые используют развертку сфер (развернутую на плоскости поверхность геометрического тела). Исследователи рассмотрели крупные вирусные оболочки, содержащие более 60 белков не в рамках привычной развертки икосаэдра, а развертки додекаэдра (правильного многогранника, состоящего из 12 равносторонних пятиугольников). Как оказалось, закономерность расположения соседних белков в оболочках больших вирусов хорошо совместима с додекаэдрической разверткой. Белки вынуждены занимать такое положение, что вирусная оболочка принимает структуру квазикристалла. Квазикристаллы могут обладать симметрией не только 5, 3, 2 порядка (икосаэдрической), но и 10, 12, 14, 18, 20 порядка.
«Главный вывод заключается в том, что симметрия, ставшая в XX веке фундаментальным базисом для исследования неживой природы, оказывается чрезвычайно важной для понимания процессов самосборки вирусов, занимающих таинственную область между живой и неживой природой. Мы выяснили, что вирусные оболочки гораздо ближе к кристаллам и к квазикристаллам, чем это считалось ранее», - заключил Сергей Рошаль.
Результаты исследования помогут найти средства для антивирусной терапии еще на стадии сборки вируса.
Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@сайт.
Вирусы – неклеточная форма жизни, обладает собственным геномом, способностью к самовоиспроизведению (репродукции) в клетках живых организмов или клеточных культурах, адаптационными свойствами и изменчивостью.
Выделены в отдельное царство – Vira.
Различают две формы существования вирусов – внеклеточную и внутриклточную.
Внеклеточный вирус = вирион. Это покоящаяся (зрелая) форма вируса. Не проявляет жизедеятельности. Функции: сохранение вируса во внешней среде и перенос его из организма в другой организм или из клетки в другую клетку.
Внутриклеточный вирус - вегетативный вирус - репродуцируется в инфицированной клетке, вызывая репродуктивную инфекцию, заканчивающуюся образованием дочернего поколения вирионов и, как правило, гибелью клетки. Процесс репродукции может быть незавершенным, без образования вирионов – возникает абортивная инфекция.
Некоторые вирусы способны встраивать свой генетический материал в хромосомы клетки-хозяина в виде провируса, которые реплицируется вместе с этой хромосомой в процессе деления и переходит в дочерние клетки. Это – интегративная инфекция, она модет существовать длительное время или переходить обратно в продуктивную.
строение вирусов (вирионов).
Размеры вирусов находятся в диапазоне 20-350 нм.
Могут иметь палочковидную, многогранную, пулевидную, сферическую, нитевидную, булавовидную формы.
Различают: простые (безоболочечные) и сложные (оболочечные) вирусы. У них в центре – молекула нуклеиновой кислоты (ДНК/РНК), окруженная белковой оболочкой – капсидом. Вся структура носит название – нуклокапсид.
Простые вирусы – нуклеиновая кислота, ассоциированная с внутренними белками и капсидом (т.е. представляют собой нуклеокапсид).
Сложные вирусы – нуклеокапсид является сердцевиной вириона, поверх расположен суперкапсид – наружная оболочка, является модифицированной мембраной клеточного происхождения, в которую вирион «одевается» при выходе из клетки путем почкования. В двойной липидный слой мембраны встроены вирусспецифические поверхностные белки – гликопротеины (гемагглютинины, нейраминидаза,белки слияния и другие, ответственные за прикрепление вириона к рецепторам клетки и проникновение в нее), расположенные трансмембранно и выстуающие наружу в виде шипиков. Гликопротеины – протективные Аг.
У многих сложных вирусов к нуклеокапсиду изнутри прилегает слой матричного белка (М-слой). Некоторые вирусы имеют другие дополнительны структуры.
Защитная белковая оболочка – капсид – состоит из множества однородных белковых субъединиц. Т.к. на такое строение капсида расходуется мало генетической информации, оно важно для вирусов, обладающих небольшим геномом. Капсиды построены по спиральному или кубическому типу симметрии, в зависимости от расположения белковых субъединиц.
Химический состав вируса. Основные компоненты вируса – нуклеиновая кислота и белки. Простые вирусы состоят только из них. В состав сложных вирусов входят углеводы и липиды клеточного происхождения.
В зависимости от типа нуклеиновой кислоты вирусы делят на ДНК- и РНК-геномные.
Вирусные ДНК – обычно двунитевые, редко – однонитевые.
Двунитевые ДНК: линейные с незамкнутыми концами, линейные с замкнутыми концами, кольцевидные, кольцевидные с одной неполной цепью ДНК.
Вирусные РНК – однонитевые, бывают двунитевые с фрагментированным геномом.
Однонитевые РНК: цельные линейные, фрагментированные (сегментированные) линейные, кольцевые сегментированные.
Различают РНК с положительным геномом – +РНК (одновременно геном и информационная РНК (и-РНК), служит матрицей для дочерних геномов);
и РНК с отрицательным геномом – –
РНК (только геномная функция, т.е. матрица для синтеза генома и и-РНК).
Важнейшая особенность вирусных нуклеиновых кислот – инфекционность (способность инициировать в клетке –хозяине продуктивную инфекцию без участия других компонентов вируса). Ей обладает большинство вирусных ДНК и +РНК.
Вирусные белки.
# структурные – входят в состав вириона:
- капсидные белки- формируют капсид
- внутренние белки – геномные белки и ферменты (полимеразы), участвующие в процессе репродукции и ассоциации генома с капсидом.
- матриксные белки сложных вирусов, образуют М-слой под суперкапсидом. Участвуют в заключительных этапах самосборки вирионов и их стабилизации.
- суперкапсидные поверхностные белки – гликопротеины, протективные Аг, участвуют в прикреплении вирионов к клеточным рецепторам и их проникновении в клетку.
# Неструктурные белки – синтезируются в инфицированной клетке для обеспечения процессов репродукции, в состав вирусов не входят.
- вирусиндуцированные ферменты, обслуживают транскрипцию и трансляцию вирусного генома.
- регуляторные белки
- нестабильные белки – предшественники, из которых формируются структурные белки вириона
- ферменты, модифицирующие вирусные белки (протеазы, протеинкиназы)
Липиды. Переходят в состав вирионов из клеточных, ядерных, других внутренних мембран инфицированной клетки при почковании. Являются основным компонентом суперкапсид, способствуют стабильности вириона. При обработке эфиром суперкапсид разрушается из-за потери липидов.
Углеводы. Клеточное происхождение. Входят в состав поверхностных белков – гликопротеинов. Их гликолизирование осуществляется клеточными ферментами во время транспортировки белков на наружную поверхность суперкапсида, при этом клеточные белки вытесняются из мембран.
В основу классификации вирусов положены следующие категории:
Тип нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК), ее структура, количество нитей (одна или две), особенности воспроизводства вирусного генома;
Размер и морфология вирионов, количество капсомеров и тип симметрии;
Наличие суперкапсида;
Чувствительность к эфиру и дезоксихолату;
Место размножения в клетке;
Антигенные свойства и пр.
Вирусы имеют уникальный геном, так как содержат либо ДНК, либо РНК . Поэтому различают ДНК-содержащие и РНК-содержащие вирусы. Они обычно гаплоидны, т.е. имеют один набор генов. Геном вирусов представлен различными видами нуклеиновых кислот: двунитчатыми, однонитчатыми, линейными, кольцевыми, фрагментированными. Среди РНК- содержащих вирусов различают вирусы с положительным (плюс-нить РНК) геномом. Плюс-нить РНК этих вирусов выполняет наследственную функцию и функцию информационной РНК (иРНК). Имеются также РНК-содержащие вирусы с отрицательным (минус-нить РНК) геномом. Минус-нить РНК этих вирусов выполняет только наследственную функцию.
Форма вирионов может быть различной: палочковидной (вирус табачной мозаики), пулевидной (вирус бешенства), сферической (вирусы полиомиелита, ВИЧ), нитевидной (филовирусы), в виде сперматозоида (многие бактериофаги). Различают просто устроенные и сложно устроенные вирусы.
Простые, или безоболочечные, вирусы состоят из нуклеиновой кислоты и белковой оболочки, называемой капсидом. Капсид состоит из повторяющихся морфологических субъединиц - капсомеров. Нуклеиновая кислота и капсид взаимодействуют друг с другом, образуя нуклеокапсид.
Сложные, или оболочечные, вирусы снаружи капсида окружены ли-попротеиновой оболочкой (суперкапсидом, или пеплосом). Эта оболочка является производной структурой от мембран вирус-инфицированной клетки. На оболочке вируса расположены гликопротеиновые шипы, или шипики (пепломеры). Под оболочкой некоторых вирусов находится матриксный М-белок.
КРИСТАЛЛЫ ВИРУСОВ
1) кристаллоподобные образования, представляющие собой скопления вирионов в клетках, инфицированных некоторыми вирусами; 2) высокоочищенный препарат вируса; каждый К. в. состоит из множества вирионов.
Медицинские термины. 2012
Смотрите еще толкования, синонимы, значения слова и что такое КРИСТАЛЛЫ ВИРУСОВ в русском языке в словарях, энциклопедиях и справочниках:
- КРИСТАЛЛЫ в Энциклопедическом словаре Всё о вине:
натуральные безвредные образования винной кислоты, вступающие во взаимодействие с различными элементами вина (встречаются в некоторых белых … - КРИСТАЛЛЫ
(от греч. krystallos первонач. - лед), твердые тела, атомы или молекулы которых образуют упорядоченную периодическую структуру (кристаллическую решетку). Кристаллы обладают … - КРИСТАЛЛЫ в Большом российском энциклопедическом словаре:
КРИСТ́АЛЛЫ (от греч. krystallos, первонач.- лёд), тв. тела, атомы или молекулы к-рых образуют упорядоченную периодич. структуру (кристаллич. решётку). К. обладают … - КРИСТАЛЛЫ в Современном толковом словаре, БСЭ:
(от греч. krystallos, первонач. - лед), твердые тела, атомы или молекулы которых образуют упорядоченную периодическую структуру (кристаллическую решетку). Кристаллы обладают … - КОМПЛЕМЕНТАЦИЯ ВИРУСОВ ОДНОСТОРОННЯЯ в Медицинских терминах:
(син. к. вирусов нереципрокная) К. в., в которой участвует белок лишь одного из совместно репродуцирующихся … - КОМПЛЕМЕНТАЦИЯ ВИРУСОВ ДВУСТОРОННЯЯ в Медицинских терминах:
(син. к. вирусов реципрокная) К. в., в которой участвуют белки обоих совместно репродуцирующихся … - СИНТЕТИЧЕСКИЕ КРИСТАЛЛЫ
кристаллы, кристаллы, выращенные искусственно в лабораторных или заводских условиях. Из общего числа С. к. около 104 относятся к неорганическим веществам. … - КРИСТАЛЛЫ (ФИЗИЧ.) в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
(от греч. krystallos, первоначально - лёд, в дальнейшем - горный хрусталь, кристалл), твёрдые тела, имеющие естественную форму правильных многогранников (… - КРИСТАЛЛЫ И КРИСТАЛЛОГРАФИЯ: ПРИМЕНЕНИЕ КРИСТАЛЛОВ в Словаре Кольера:
К статье КРИСТАЛЛЫ И КРИСТАЛЛОГРАФИЯ Природные кристаллы всегда возбуждали любопытство у людей. Их цвет, блеск и форма затрагивали человеческое чувство … - ВИРУСЫ: СТРОЕНИЕ ВИРУСОВ в Словаре Кольера:
К статье ВИРУСЫ Полноценная по строению и инфекционная, т.е. способная вызвать заражение, вирусная частица вне клетки называется вирионом. Сердцевина ("ядро") … - ВИРУСЫ: РЕПЛИКАЦИЯ ВИРУСОВ в Словаре Кольера:
К статье ВИРУСЫ Генетическую информацию, закодированную в отдельном гене, в общем можно рассматривать как инструкцию по производству определенного белка в … - ВИРУСЫ: МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ВИРУСОВ в Словаре Кольера:
К статье ВИРУСЫ Вирусы бактерий первыми стали объектом детальных исследований как наиболее удобная модель, обладающая рядом преимуществ по сравнению с … - ВИРУСЫ: КЛАССИФИКАЦИЯ ВИРУСОВ в Словаре Кольера:
К статье ВИРУСЫ Если вирусы действительно являются мобильными генетическими элементами, получившими "автономию" (независимость) от генетического аппарата их хозяев (разных типов … - РЕПЛИКАЦИЯ в Энциклопедии Биология:
(редупликация), процесс воспроизведения (синтеза) дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). При этом из одной молекулы ДНК в результате её удвоения образуются … - ВИРУСЫ в Энциклопедии Биология:
, внутриклеточные паразиты живых организмов; мельчайшие неклеточные частицы, состоящие из нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК), покрытой белковой оболочкой. … - ДИАРЕЯ ВИРУСНАЯ в Медицинском словаре.
- ДИАРЕЯ ВИРУСНАЯ в Медицинском большом словаре.
- ОНКОГЕННЫЕ ВИРУСЫ в Большом энциклопедическом словаре:
(опухолеродные вирусы) возбудители некоторых естественно возникающих, а также многих экспериментальных опухолей животных. К онкогенным вирусам относятся представители различных таксономических групп … - БОРРЕЛЬ в Большом энциклопедическом словаре:
(Borrel) Амадей (1867-1936) французский микробиолог и вирусолог. Труды посвящены фагоцитозу, бактериофагии, изучению вирусов, патогенезу чумы. Совместно с Э. Ру и … - ШЛЕЗИНГЕР МАКС в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
(Schlesinger) Макс (1904 - 4.2.1937, Лондон), венгерский биохимик, один из основоположников молекулярной биологии вирусов. Окончил Будапештский университет. С 1931 работал … - ТВЁРДОЕ ТЕЛО в Большой советской энциклопедии, БСЭ.
- СССР. ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
науки Математика Научные исследования в области математики начали проводиться в России с 18 в., когда членами Петербургской АН стали Л. … - СЕРОДИАГНОСТИКА в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
(от лат. serum - сыворотка и диагностика), метод распознавания заболеваний человека, животных и растений, основанный на способности антител сыворотки … - РОУС ФРЭНСИС ПЕЙТОН в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
Раус (Rous) Фрэнсис Пейтон (5.10.1879, Балтимор, - 16.2.1970, Нью-Йорк), американский патолог, член Национальной АН США и многих других академий и … - ПИКОРНАВИРУСЫ в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
[от исп. pico - малая величина и RNA, сокр. англ. ribonucleic acid - рибонуклеиновая кислота (РНК)], нанивирусы (от греч. nanos … - ОПУХОЛЕРОДНЫЕ ВИРУСЫ в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
вирусы, опухолевые, онкогенные вирусы, возбудители некоторых доброкачественных и злокачественных опухолей животных и, по-видимому, человека. Успешные эксперименты по воспроизведению у … - МУТАЦИИ в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
(от лат. mutatio - изменение, перемена), внезапно возникающие естественные (спонтанные) или вызываемые искусственно (индуцированные) стойкие изменения наследственных структур живой материи, … - МОЛЕКУЛЯРНАЯ ГЕНЕТИКА в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
генетика, раздел генетики и молекулярной биологии, ставящий целью познание материальных основ наследственности и изменчивости живых существ путём исследования протекающих … - МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
биология, наука, ставящая своей задачей познание природы явлений жизнедеятельности путём изучения биологических объектов и систем на уровне, приближающемся к молекулярному, … - МЕДИЦИНА в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
(латинское medicina, от medicus - врачебный, лечебный, medeor - лечу, исцеляю), система научных знаний и практических мер, объединяемых целью распознавания, … - ЛАЗЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
материалы, вещества, применяемые в лазерах в качестве активных сред. В 1960 был создан первый лазер, в котором роль активной … - КРИСТАЛЛОХИМИЯ в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
изучает пространственное расположение и химическую связь атомов в кристаллах, а также зависимость физических и химических свойств кристаллических веществ от … - КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
образование кристаллов из паров, растворов, расплавов, вещества в твёрдом состоянии (аморфном или другом кристаллическом), в процессе электролиза и при химических … - ЖДАНОВ ВИКТОР МИХАЙЛОВИЧ в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
Виктор Михайлович [р. 1(13).2.1914, с. Штепино, ныне Донецкой области, УССР], советский вирусолог, академик АМН СССР (1960). Член КПСС с 1941. … - ГЕНЕТИКА МИКРООРГАНИЗМОВ в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
микроорганизмов, раздел общей генетики, в котором объектом исследования служат бактерии, микроскопические грибы, актинофаги, вирусы животных и растений, бактериофаги … - ГЕНЕТИКА в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
(от греч. genesis - происхождение) - наука о законах наследственности и изменчивости организмов. Важнейшая задача Г. - разработка методов управления … - ВИРУСЫ в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
(от лат. Virus - яд), фильтрующиеся вирусы, ультравирусы, возбудители инфекционных болезней растений, животных и человека, размножающиеся только в живых клетках. … - ВИРУСОЛОГИЯ в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
(от вирусы и...логия), вирология, инфрамикробиология, наука о вирусах - субмикроскопических внутриклеточных паразитах; только в середины 20 в. выделилась … - ВИРУСОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
исследования имеют целью обнаружение вирусов, их отождествление (идентификацию) и изучение биологических свойств. Для выделения вирусов от человека, животных и растений … - ВИРУСОЛОГИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
техника, совокупность методов исследования, аппаратуры и реактивов, обеспечивающая выращивание вирусов и изучение их свойств. До начала 1950-х гг. основным методом … - ЭПИДОТ
один из наиболее обыкновенных, часто встречающихся минералов. Его кристаллы принадлежат к призматическому классу моноклиноэдрической системы, отношение осей а: b … - ЦЕОЛИТЫ в Энциклопедическом словаре Брокгауза и Евфрона:
- группа минералов, заключающая около двадцати минералов. Все Ц. по своему химическому составу являются водными алюмосиликатами кальция, натрия, бария, калия. … - ХЛОРИТ в Энциклопедическом словаре Брокгауза и Евфрона.
2.1 Кристаллизация
В 1932 году молодому американскому биохимику Вендиллу Стэнли предложили заняться вирусами. Стэнли начал с того, что отжал бутыль сока из тонны листьев табака, пораженных вирусом табачной мозаики. Он начал исследовать сок доступными ему химическими методами. Разные фракции сока он подвергал воздействию всевозможных реактивов, надеясь получить чистый вирусный белок (Стэнли был убеждён, что вирус - это белок). Однажды, Стэнли получил почти чистую фракцию белка, отличавшегося по своему составу от белков растительных клеток. Учёный понял, что перед ним то, чего он так упорно добивался. Стэнли выделил необыкновенный белок, растворил его в воде и поставил раствор в холодильник. Наутро в колбе вместо прозрачной жидкости лежали красивые шелковистые игольчатые кристаллы. Из тонны листьев Стэнли добыл столовую ложку таких кристаллов. Затем Стэнли отсыпал немного кристалликов, растворил их в воде, смочил этой водой марлю и ею натёр листья здоровых растений. Сок растений подвергся целому комплексу химических воздействий. После такой "массированной обработки" вирусы, скорее всего, должны были погибнуть.
Натёртые листья заболели. Итак, странные свойства вируса пополнились ещё одним - способностью кристаллизироваться.
Эффект кристаллизации был настолько ошеломляющим, что Стенли надолго отказался от мысли, что вирус - это существо. Так как все ферменты - белки, и количество многих ферментов также увеличивается по мере развития организма, и они могут кристаллизироваться, Стэнли заключил, что вирусы - чистые белки, скорее ферменты.
Вскоре учёные убедились, что кристаллизировать можно не только вирус табачной мозаики, но и ряд других вирусов.
Спустя пять лет английские биохимики Ф. Боуден и Н. Пири нашли ошибку в определении Стенли.94% содержимого вируса табачной мозаики состояло из белка, а 6% представляло собой нуклеиновую кислоту. Вирус был на самом деле не белком, а нуклеопротеином - соединением белка и нуклеиновой кислоты.
Как только биологам стали доступны электронные микроскопы, учёные установили, что кристаллы вирусов состоят из тесно прижатых друг к другу нескольких сотен миллиардов частиц. В одном кристалле вируса полиомиелита столько частиц, что ими можно заразить не по одному разу всех жителей Земли. Когда же удалось рассмотреть в электронном микроскопе отдельные вирусные частицы, то оказалось что они бывают разной формы но всегда наружная оболочка вирусов состоит из белка, которые отличаются у разных вирусов, что позволяет распознавать их с помощью иммунологических реакций, а внутреннее содержимое представлено нуклеиновой кислотой, которая является единицей наследственности.
