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

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

3. PIECAS DABAS VALSTIS
V I R U S I
Prioni
Viroidi

4. 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. – 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

6. 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

7. Baku un poliomielīta vīrusi bija pazīstami jau senajā Ēģiptē

8. Vīrusu izraisītas epidēmijas un pandēmijas
Melnās bakas – regulāri, epidēmijas laikā mira apm. 1/3 inficēto cilvēku,
uzskata, ka XX gadsimtā ar bakām miruši apm 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, – 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 – gadā – ap miljonu cilvēku paralizēti vai miruši.
HIV/AIDS – Kopš 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

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

10. 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

11. Tabakas mozaīkas vīruss 1892. un 1898. gadā
Dimitrijs Ivanovskis /Ивановский/ ( ) Martins Beijerniks /Beijernick/ ( )
Tabakas mozaīkas vīruss un gadā

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

13. VĪRUSU IZMĒRI

14. VIRUSOLOĢIJAS SĀKUMI

15. Salvatore Luria
Makss Delbruks

16. VĪRUSU ATTĪSTĪBAS CIKLS

18. 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)

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

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

21. 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.

22. 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.

23. 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 nm
Spirāliskas simetrijas vīrusiem ir viena simetrijas ass

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

25. VĪRUSU UZBŪVE
KOMPLEKSI VĪRUSI

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

27. 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 – jaunu virionu.
3. DEPROTEINI-ZĀCIJA
4. REPLIKĀCIJA
Vienas dzīvnieku šūnas infekcijas ciklā veidojas – jaunu virionu.
KODOLS
Gēnu ekspresija

28. VĪRUSU AUDZĒŠANA

29. 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

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

31. 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
6, kārtas, 87 dzimtas, 348 ģintis, apm klasificētu un tikpat neklasificētu sugu

32. VĪRUSU PIKTOGRAMMAS
1 mikrometrs

33. 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, g. Nobela prēmijas laureāts, vēlēk poliovīrusu pētnieks Deivids Baltimors (1938.)

34. VĪRUSU KLASIFIKĀCIJA

35. 2012. gadā ~ 4 400 taksonomijas rokasgrāmatā ierakstītu vīrusu sugu
VĪRUSU NOMENKLATŪRA
2012. gadā ~ taksonomijas rokasgrāmatā ierakstītu vīrusu sugu

36. VĪRUSU NOMENKLATŪRA

37. VĪRUSU DAUDZVEIDĪBA
PIRMAIS TIPS: dsDNS

38. Poxviridae Baku vīrusi.
Dzīvnieku vīrusi
Poxviridae Baku vīrusi.
Lineāra, galos slēgta DNS, kbp.
Sarežģīta uzbūve 150x200x nm
Ādas un epitēlija infekcijas, melnās bakas (dabā nav bijušas jaunas infekcijas kopš 1975.g.), govju bakas, baku vakcīnas vīruss

39. 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 kbp
Āfrikas cūku mēris

40. 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.

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

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

43. 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).

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

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

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

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

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

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

50. ANTIGĒNU IZMAIŅAS (drifts)

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

52. 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.

53. Rhabdoviridae (trakumsērgas),
Dzīvnieku un augu vīrusi
Rhabdoviridae (trakumsērgas),
viena (-)RNS molekula, garums: kb.
Bacilāra forma,  ~ nm, l 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 – g. Pasaulē ik gadus apm mirušo.
Citi rabdovīrusi: Vesikulārais stomatīts, salātu dzeltenā nekroze

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

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

56. 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: kb.
B C D
tipa virionu morfoloģija
Lodveida,  ~ nm, dzelkšņi līdz 8 nm.

57. HIV morfoloģija
Latvijā : pirmais HIV (+):1987. g., maksimums – 2001.g. = 807 jauni HIV (+), g. – g. 30. sept. – 4216 HIV (+), 617 AIDS; g. 1. oktobris – 5780 HIV(+), 1299 AIDS. Miruši Pasaulē kopš 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.

58. 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.

59. 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?

60. svešas mikrofloras izraisīts patoloģisks stāvoklis
Infekcija -
svešas mikrofloras izraisīts patoloģisks stāvoklis

61. Infekcijas izplatīšanās ceļi
Ieelpojot

62. Infekcijas izplatīšanās ceļi
Ieēdot vai iedzerot

63. Infekcijas izplatīšanās ceļi
Ievadot asinīs

64. Infekcijas izplatīšanās ceļi
Dzimumsakaros

65. Infekcijas izplatīšanās ceļi Ievadot ar pārnesēja starpniecību

66. Infekciju tipi

67. Infekciju tipi

69. PAR VĪRUSIEM MAZĀKAS INFEKCIOZAS MOLEKULAS
VIROĪDI

70. VIROĪDU RNS STRUKTŪRA

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

72. PAR VĪRUSIEM MAZĀKAS INFEKCIOZAS MOLEKULAS
PRIONI

73. 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

74. http://www. biologie. uni-duesseldorf