DABASZINĀTŅU STUDENTIEM Indriķis Muižnieks BIOLOĢIJAS PAMATI DABASZINĀTŅU STUDENTIEM MIKROBIOLOĢIJA 2014. gads

VĪRUSI VĪRUSU SASKARSME AR CILVĒKU, VIRUSOLOĢIJAS ATTĪSTĪBA VĪRUSU UZBŪVE VĪRUSU ATTĪSTĪBAS CIKLS GALVENĀS VĪRUSU GRUPAS UN TO PĀRSTĀVJI, VĪRUSU IZRAISĪTĀS SLIMĪBAS

PIECAS DABAS VALSTIS V I R U S I Prioni Viroidi

Virusi Nature 1989;340(6233):467-8 High abundance of viruses found in aquatic environments. Bergh O., Borsheim K.Y., Bratbak G., Heldal M. Department of Microbiology and Plant Physiology, University of Bergen, Norway Upju un ezeru ūdens mililitrā atrodams līdz 2.5 x 108 vīrusveidīgu daļiņu 2003. – 2004. gada Saragasu jūras metagenoma projekti (K.Venters) atklāj negaidīti plašu jaunu vīrusu (mimivīrusu) genomu klātbūtni jūras ekosistēmā Ghedin E., ClaverieJ-M. Mimivirus relatives in the Sargasso sea; Virol J. 2005; 2: 62

RNS ATKARĪGA DNS SINTĒZE DZĪVĪBAS ALGORITMS TRANSKRIPCIJA RNS polimerāze TRANSLĀCIJA DNS RNS Proteīns RNS ATKARĪGA DNS SINTĒZE Atgriezeniskā transkriptāze = revertāze RNS PAŠ-REPLIKĀCIJA Transkriptāze REPLIKĀCIJA DNS polimerāze

Baku un poliomielīta vīrusi bija pazīstami jau senajā Ēģiptē

Vīrusu izraisītas epidēmijas un pandēmijas Melnās bakas – regulāri, epidēmijas laikā mira apm. 1/3 inficēto cilvēku, uzskata, ka XX gadsimtā ar bakām miruši apm. 500 milj. cilvēku. baku loma acteku un maiju impēriju bojā ejā. Dzeltenais drudzis – lokāli, bet ar ļoti augstu letalitāti; “klīstošie holandieši”, Panamas kanāls. Hanta vīrusi – Dienvidamerikas civilizāciju noslēpums. Gripa – Regulāras pandēmijas kopš vissenākajiem laikiem, 1918 – 1920 gadā ar “spāņu gripu” Eiropā un Ziemeļamerikā mirst apm. 20 miljoni cilvēku, pasaulē - ap 100 miljonu. Poliomielīts – Sastopams kopš vissenākajiem laikiem, epidēmija Eiropā un Ziemeļamerikā 1945. – 1955. gadā – ap miljonu cilvēku paralizēti vai miruši. HIV/AIDS – Kopš 1982. gada miruši vairāk nekā 35 miljoni cilvēku. Vīrusu epidēmijas izdevās ierobežot jau pirms vīrusu atklāšanas: Viduslaiku Ķīna – variolizācija pret bakām; XVIII g.s. beigas Anglija, E.Dženners – vakcinācija pret bakām; 1885. g. Francija, L.Pastērs, E. Rū – vakcinācija pret trakumsērgu

Vīrusu epidēmijas/pandēmijas No 1917. līdz 1919. gadam “spāņu” gripas pandēmijā Eiropā un ASV mira apmēram 20 miljoni cilvēku, pasaulē kopā – ap 100 milj. Pirmajā pasaules karā, no 1914. līdz 1918. gadam gāja bojā ap 10 miljoniem cilvēku.

XVII gadsimtā Holandes puķkopji īpaši augstu vērtēja ar vīrusiem inficētas tulpes 1637. gada februārī: viena šo tulpju sīpola cena = laba amatnieka 20 gadu darba alga. 1637. gada pavasarī tirgus sabruka. Semper Augustus Viceroy Wikipedia

Tabakas mozaīkas vīruss 1892. un 1898. gadā Dimitrijs Ivanovskis /Ивановский/ (1864. - 1920.) Martins Beijerniks /Beijernick/ (1851.-1931.) Tabakas mozaīkas vīruss 1892. un 1898. gadā

“FILTRĒJOŠIES VĪRUSI” – INFEKCIJAS IZRAISĪTĀJS IET CAURI FILTRAM, KAS AIZTUR BAKTĒRIJAS Keramikas filtri Membrānu filtri: 0,22 vai 0,45 mm poras

VĪRUSU IZMĒRI

VIRUSOLOĢIJAS SĀKUMI

Salvatore Luria Makss Delbruks

VĪRUSU ATTĪSTĪBAS CIKLS

Vīrusu ģenētisko informāciju var nest: DNS: divpavedienu (ds) lineāra gredzenveida vienpavediena (ss) lineāra gredzenveida RNS divpavedienu (ds) lineāra (fragmentēta) vienpavediena (ss) mRNS (+) komplementāra mRNS (-) Vīrusu ģenētiskā informācija var būt ierakstīta vienā vai vairākās NS molekulās, var būt sadalīta pa vairākām vīrusu daļiņām (polipartiti vīrusi)

Vīrusu nukleīnskābju izmēri: DNS: Mazākie: 3 100 b.p. (cilvēka B hepatīta vīruss, HBV). Lielākie: 1 200 000 b.p., (aļģu mimivīrusi). Tipiski: daži desmiti tūkstoši b.p. RNS: Mazākie: 3 500 b. (levivīrusi: bakteriofāgs MS2 un taml.). Lielākie: ~30 000 b. (SARS koronavīruss) vai b.p. (augu reovīrusi) Tipiski: ap desmiti tūkstošiem b.

VĪRUSU UZBŪVE (MORFOLOĢIJA) SIMETRIJA STRUKTŪRA BEZ ĀRĒJĀ APVALKA KUBISKA AR ĀRĒJO APVALKU SPIRĀLISKA Ārējais apvalks = Superkapsīds; Peploss Kubiska simetrija = Ikosaedriska

VĪRUSU UZBŪVE NUKLEOKAPSĪDS – kapsīds kopā ar tā saturu (nukleīnskābi, nukleoproteīnu, koru). KAPSĪDS – vīrusa nukleīnskābes un ar to cieši saistīto proteīnu (nukleoproteīna, kora) proteīna ietvars; var būt vienslāņa vai daudzslāņu kapsīdi. APVALKS (SUPERKAPSĪDS) - saimniekšūnas citoplazmas membrānas un vīrusa proteīnu veidots viriona ārējais aizsargslānis.

VĪRUSU UZBŪVE (TERMINI) VIRIONS – inficēt spējīgs vīruss (vienā vai vairākās daļiņās: mono-, di- un tripartiti virioni). Vīrusa kapsīdu veido proteīna daļiņas – KAPSOMERI. Tie sastāv no vienas vai vairākām proteīna molekulām – subvienībām. Vīrusa apvalka (apmetņa=PEPLOSA) membrānā atrodas proteīna daļiņas – PEPLOMERI. Tie sastāv no vienas vai vairākām proteīna molekulām – subvienībām. Vairumam augu, baktēriju un sēņu vīrusu apvalka nav. Izplatītākajiem dzīvnieku vīrusiem ir apvalki, taču ir arī labi pazīstami dzīvnieku vīrusi bez apvalka.

SPIRĀLISKA KAPSĪDA UZBŪVES SIMETRIJA VĪRUSU UZBŪVE SPIRĀLISKA KAPSĪDA UZBŪVES SIMETRIJA Tabakas mozaīkas vīruss Kartupeļu Y vīruss Kapsīda diametrs - ~11 nm, garums -~900 nm Kapsīda diametrs -18 nm, garums - 300 nm Spirāliskas simetrijas vīrusiem ir viena simetrijas ass

IKOSAEDRISKA KAPSĪDA UZBŪVES SIMETRIJA VĪRUSU UZBŪVE IKOSAEDRISKA KAPSĪDA UZBŪVES SIMETRIJA Adenovīruss (d ~ 100 nm) Ikosaedriskas simetrijas vīrusiem ir trīs simetrijas asis

VĪRUSU UZBŪVE KOMPLEKSI VĪRUSI

Negatīvās kolonijas - plaki (plagues). VĪRUSU AUDZĒŠANA Negatīvās kolonijas - plaki (plagues). Vīrusa koncentrācija: PFU/ml Organismi, audu kultūras, šūnu kultūras

VĪRUSA ATTĪSTĪBAS CIKLS 7. NOBRIEŠANA 6. IZKĻŪŠANA NO ŠŪNAS 1. ADSORBCIJA Saistīšanās ar receptoru MEMBRĀNA 5. AGREGĀCIJA 2. PENETRĀCIJA Genoms Struktūras proteīni Regulācijas proteīni Vienas baktēriju šūnas infekcijas ciklā veidojas 100 – 10 000 jaunu virionu. 3. DEPROTEINI-ZĀCIJA 4. REPLIKĀCIJA Vienas dzīvnieku šūnas infekcijas ciklā veidojas 10 000 – 1 000 000 jaunu virionu. KODOLS Gēnu ekspresija

VĪRUSU AUDZĒŠANA

VĪRUSU ATTĪSTĪBAS STRATĒĢIJA 1. Līze: vīrusa replikācijas rezultātā šūna iet bojā. 2. Lizogēnija: vīruss replicējas kopā ar šūnu, bieži integrēts šūnas genomā, redzamu infekcijas pazīmju nav. 3. Transformācija: vīruss replicējas kopā ar šūnu, piespiežot šūnai pastiprināti dalīties, zaudēt diferenciācijas pazīmes Lizogēnam l (lambda) fāgam izšķeļoties no E.coli genoma, tiek paņemts līdzi baktērijas gal gēns, ko var pārnest uz citu baktērijas šūnu = transdukcija

VĪRUSU TAKSONOMIJA UN NOMENKLATŪRA Vīrusa suga ir politeiska vīrusu kopa ar vienu replikācijas veidu, kura aizņem noteiktu ekoloģisko nišu (Regenmortel, 1990)

VĪRUSU TAKSONOMIJA UN NOMENKLATŪRA Ninth Report of the International Committee on Taxonomy of Viruses (Nov., 2011) Redaktori: A.M.Q. King , E. Lefkowitz , M.J. Adams , E. B. Carstens 1327 lpp, USD 400 http://www.ictvonline.org/index.asp?bhcp=1 6, kārtas, 87 dzimtas, 348 ģintis, apm. 3000 klasificētu un tikpat neklasificētu sugu

VĪRUSU PIKTOGRAMMAS 1 mikrometrs

VĪRUSU ĶĪMISKĀ KLASIFIKĀCIJA Vīrusu iedalījums augstākajās sitemātiskajās kategorijās (tipos) ir balstīts uz to nukleīnskābes tipu un replikācijas īpatnībām. Ķīmiskās klasifikācijas autors: viens no revertāzes atklājējiem, 1975. g. Nobela prēmijas laureāts, vēlēk poliovīrusu pētnieks Deivids Baltimors (1938.)

VĪRUSU KLASIFIKĀCIJA

2012. gadā ~ 4 400 taksonomijas rokasgrāmatā ierakstītu vīrusu sugu VĪRUSU NOMENKLATŪRA 2012. gadā ~ 4 400 taksonomijas rokasgrāmatā ierakstītu vīrusu sugu

VĪRUSU NOMENKLATŪRA

VĪRUSU DAUDZVEIDĪBA PIRMAIS TIPS: dsDNS

Poxviridae Baku vīrusi. Dzīvnieku vīrusi Poxviridae Baku vīrusi. Lineāra, galos slēgta DNS, 130 - 375 kbp. Sarežģīta uzbūve 150x200x300 - 400 nm Ādas un epitēlija infekcijas, melnās bakas (dabā nav bijušas jaunas infekcijas kopš 1975.g.), govju bakas, baku vakcīnas vīruss

Pandoravirus (Science, 2013,V.361, p.281) ~ 1,5-2,5 Mbp LIELĀKIE VĪRUSI Lielākie zināmie vīrusi. Aļģu Mimiviridae, genoms ~1,200 Mbp Pandoravirus (Science, 2013,V.361, p.281) ~ 1,5-2,5 Mbp Mazākie baktēriju genomi, piem.: Mycopl. genetalium - 580 kbp Āfrikas cūku mēris

Hipotēzes par eikariotu šūnu un to organellu izcelšanos LIELĀKIE VĪRUSI Hipotēzes par eikariotu šūnu un to organellu izcelšanos Filips Bells (Philip Bell, postdoctoral research fellow at Macquarie University, New South Wales, Australia; founding Director of Microbiogen Pty Ltd.) vīrusu eikarioģenēzes teorijas (2001. – 2004) autors. Lielie DNS vīrusi kā iespējamie šūnas kodola priekšteči evolūcijā.

Arī vīrusiem var būt vīrusi ! Bernard La Scola et al. The virophage as a unique parasite of the giant mimivirus Nature 455, 100-104 (September 4, 2008)

alfa-, beta- un gamma - apakšdzimtas. Lineāra DNS, 124 - 235 kbp. Dzīvnieku vīrusi Herpesviridae (herpesvīrusi). alfa-, beta- un gamma - apakšdzimtas. Lineāra DNS, 124 - 235 kbp. Ikosaedrisks,  ~100 - 200 nm, ar apvalku Ādas un epitēlija infekcijas, vēja bakas, ēdes, infekciozā mononukleoze. Epšteina-Barra vīruss. Viens vīruss spēj izraisīt dažādas infekcijas. Persistence.

Dzīvnieku vīrusi Papillomaviridae, Polyomaviridae. Papilomas (kārpu) un poliomas (audzēju) vīrusi. Gredzenveida dsDNS: ~ 5 un ~ 8 kbp. Ikosaedrisks,  ~50 nm, bez apvalka HPV (cilvēka papilomas vīruss) dažu serotipu saistība ar dzemdes vēzi. Poliomas – dzīvnieku audzēju vīrusi (SV40).

CETURTAIS TIPS: ssRNS(+) VĪRUSU DAUDZVEIDĪBA CETURTAIS TIPS: ssRNS(+)

Picornaviridae Dzīvnieku vīrusi Enterovirus, Rhinovirus, Cardiovirus, Hepatovirus, Aphtovirus: lineāra RNS, 7000 - 8000 nt. Ikosaedriski,  ~28 nm, bez apvalka Poliomielīts, sezonas iesnas, infekciozais (A) hepatīts, mutes un nagu sērga. Vīrusi kā imunstimulatori: ECHO-7, Rigvir

POLIOMIELĪTA INFEKCIJA UN VAKCINĒŠANA Diāna Odela (Dianne Odell, USA, 1947. – 2008.) dzelzs plaušās elpoja kopš 3 gadu vecuma

Flaviviridae Dzīvnieku vīrusi Flavivirus, Pestivirus, hepatīta C vīrusi: lineāra RNS, 10 - 12 kb. Ikosaedriski,  ~40-60 nm, ar apvalku Dzeltenais drudzis, ērču encefalīts, Denge u.c. hemorāģiskie drudži, lopu mēris, cilvēka hepatīts C

PIEKTAIS TIPS: ssRNS(-) VĪRUSU DAUDZVEIDĪBA PIEKTAIS TIPS: ssRNS(-)

Orthomyxoviridae (gripa), Dzīvnieku vīrusi Orthomyxoviridae (gripa), Ģintis: Influenzavirus A, Influenzavirus B. 6 - 8 (-)RNS fragmenti, kopējais garums: 10 - 13,6 kb. Hemaglutinīns Neiraminidāze Sfēriski, arī polimorfi vīrusi.  ~80 - 120 nm. Apvalks ietver spirāliskas simetrijas nukleokapsīdu,  ~6 nm l - 100 - 150 nm. Pandēmijas, antigēnu nomaiņa (šifts). Epidēmijas, antigēnu izmaiņas (drifts)

ANTIGĒNU IZMAIŅAS (drifts)

ANTIGĒNU NOMAIŅA (šifts) Putnu vai cūku gripas draudi un tamiflu bizness

2009. /2010. gadā Latvijā laboratoriski apstiprināti > 2000 H1N1 (t 2009./2010. gadā Latvijā laboratoriski apstiprināti > 2000 H1N1 (t.s. cūku) gripas saslimšanas gadījumi. Laboratoriski slimniekus izmeklēja tikai sarežģītos gadījumos. 34 pacienti, kuriem bija arī nopietnas hroniskas saslimšanas miruši. http://www.gripa.lv/

Rhabdoviridae (trakumsērgas), Dzīvnieku un augu vīrusi Rhabdoviridae (trakumsērgas), viena (-)RNS molekula, garums: 11 - 15 kb. Bacilāra forma,  ~45 -100 nm, l - 100 - 450 nm. Apvalks ietver spirāliskas simetrijas nukleokapsīdu,  ~20 nm l ~ 700 nm. Latvijā 2005.g. uzsākta savvaļas dzīvnieku vakcinēšana. Inficēto dzīvnieku skaits samazinājies > 60x. Pēdējais nāves gadījums cilvēkam Latvijā – 2003. g. Pasaulē ik gadus apm. 55 000 mirušo. Citi rabdovīrusi: Vesikulārais stomatīts, salātu dzeltenā nekroze

Filoviridae (Ebolas un Mārburgas vīrusi), viena (-) RNS molekula, garums: 19 kb. Ebolas vīrusa infekcijas uzliesmojums 2014. gada vasarā Rietumāfrikā, > 4000 mirušo, pirmās infekcijas ASV un Spānijā

SESTAIS TIPS: divas ssRNS(+)  DNS VĪRUSU DAUDZVEIDĪBA SESTAIS TIPS: divas ssRNS(+)  DNS

Retroviridae (onkogēnie retrovīrusi), Dzīvnieku vīrusi Retroviridae (onkogēnie retrovīrusi), Ģintis: Zīdītāju B tipa; zīdītāju C tipa; putnu C tipa; D tipa; BLV_HTLV retrovīrusi; Lentivirus; Spumavirus Divas vienādas (+)RNS molekulas, garums: 9 -11 kb. B C D tipa virionu morfoloģija Lodveida,  ~80 -100 nm, dzelkšņi līdz 8 nm.

HIV morfoloģija Latvijā : pirmais HIV (+):1987. g., maksimums – 2001.g. = 807 jauni HIV (+), 2010. g. – 274. 2008. g. 30. sept. – 4216 HIV (+), 617 AIDS; 2013. g. 1. oktobris – 5780 HIV(+), 1299 AIDS. Miruši 1044. Pasaulē kopš 2007. g. HIV (+) cilvēku skaits ir stabilizējies apm. 33 miljonu līmenī . Ik gadus no AIDS mirst apm. 2 milj .cilvēku, kopš epidēmijas sākuma – apm. 35 milj. mirušo.

2008. gada Nobela prēmijas fizioloģijā un medicīnā Haraldam zur Hauzenam par atklājumu, ka papiliomas vīrusi izraisa dzemdes vēzi; Fransuāzai Barre-Sinusi un Lukam Muontanje par cilvēka imūndeficīta vīrusa atklāšanu.

Migrējošie gēni, kas cilvēka genomā veido ~50% no 3 miljardus n. p Migrējošie gēni, kas cilvēka genomā veido ~50% no 3 miljardus n.p. garās sekvences, ir strukturāli tuvi radniecīgi retrovīrusiem. Cilvēka proteīnus kodējošie gēni veido ~ 2 % genoma sekvences. Vīrusu loma evolūcijas tempa paātrināšanā?

svešas mikrofloras izraisīts patoloģisks stāvoklis Infekcija - svešas mikrofloras izraisīts patoloģisks stāvoklis

Infekcijas izplatīšanās ceļi Ieelpojot

Infekcijas izplatīšanās ceļi Ieēdot vai iedzerot

Infekcijas izplatīšanās ceļi Ievadot asinīs

Infekcijas izplatīšanās ceļi Dzimumsakaros

Infekcijas izplatīšanās ceļi Ievadot ar pārnesēja starpniecību

Infekciju tipi

Infekciju tipi

PAR VĪRUSIEM MAZĀKAS INFEKCIOZAS MOLEKULAS VIROĪDI

VIROĪDU RNS STRUKTŪRA

Viroīdu inficētas hrizantēmas Salaspils NBD VIROĪDI Gredzenveida, vienpavediena, ~ 300 nukleotīdus garas, strukturētas RNS molekulas bez proteīna apvalka. Viroīdu inficētas hrizantēmas Salaspils NBD

PAR VĪRUSIEM MAZĀKAS INFEKCIOZAS MOLEKULAS PRIONI

PRIONU PROTEĪNU TELPISKĀ STRUKTŪRA skrēpiju izraisa telpiski nepareizi sakārtota PrP forma, kuras klātbūtnē šūnu membrānu PrP arī iegūst nepareizu telpisko struktūru un veido agregātus. PrPC PrPSc

http://www. biologie. uni-duesseldorf http://www.biologie.uni-duesseldorf.de/Institute/Physikalische_Biologie/Research/Topics/