Вирусы растений и животных и особенности их взаимодействия с клетками

Вирусы растений открыты давно, но их сложно изучать. Они во многом похожи на вирусы бактерий и животных. Их сложно культивировать и очищать. Некоторые вирусы (например ВТМ) можно культивировать на протопластах, однако многие вирусы необходимо инокулировать в целые растения или ткани. Многие вирусы растений требуют насекомых-переносчиков, некоторые могут расти на монослое клеток насекомых.

Вирусные заболевания растений можно классифицировать по симптомам.

- мозаичные заболевания вызывают неравномерную окраску листьев, желтые пятна, некротические участки. Иногда такие симпомы видны на лепестках (пестролепестковость тюльпана)

- ряд вирусов вызывает закручивание и пожелтение листьев. Карликовость листьев или излишнее разветвление.

- раневые опухоли – на корнях и стеблях

- болезни увядания могут привести к гибели растения.

Морфология вириона.

Многие из них представляют собой длинные узкие спирали, по длине сравнимы с кишечной палочкой. Клостервирус (beet yellow – желтизна свеклы???) 1,3 мкм в длину, 10 нм в диаметре, не виден в световом микроскопе. В основном капсид вирусов растений состоит из одного типа белка. Не обнаружено специальных белков прикрепления

Капсид м.б. гибким или жестким палочковидным (спиральный тип симметрии). У других – икосаэдрический или модифицированный (желтая мозаика турнепса)

Геном большинства ВР – одно или двуцепочечная РНК. Однако геном каулмовируса – дцДНК, геминивируса – оцДНК.

Каулмовирус вызывает мозаику цветной капусты, это параретровирус, генерирует мРНК, которая переводится в дцДНК при помощи обратной транскриптазы.

Геминивирус имеет +нить ДНК и для синтеза второй цепи использует клеточные ферменты. –цепь продуцирует много +цепей по механизму катящегося кольца. Затем +цепи инкапсулируются в вирион.

Репродукция ВР.

ВТМ.

Многие растения содержат РНК-зависимую РНК-полимеразу. Возможно, этот фермент участвует в репликации вирусного генома. Однако геномы некоторых вирусов (желтая мозаика турнепса, мозаика вигны) используют вирус-специфическую репликазу.

Возможно, ВТМ тоже реплицируется вирусной репликазой, но нету ясного свидетельства этому. Есть 4 белка ВТМ, один из них – белок капсида. Хотя геном ВТМ это +РНК и может служить иРНК, образование мРНК – сложный процесс.

После синтеза белка оболочки и геномной РНК они спонтанно собираются в вирионы ВТМ. Протомеры формируют диски из двух слоев протомеров. Образование капсида начинается со специального сайта сборки на РНК вблизи от 3’конца. Капсид растет при добавлении дисков протомеров. По мере удлинения палочки капсида РНК проникает в канал в его центре и образует петлю на растущем конце. Внутри капсида РНК находится виде спирали.

Репродукция внутри растения зависит от способности вируса передвигаться по растению. Вирусы могут передвигаться по сосудам на большие расстояние, обычно они двигаются по флоэме. Распространение вирусов не по сосудистым тканям затруднено из-за жестких клеточных стенок. ВТМ распространяется медленно, примерно 1мм/день или медленней. Он двигается от клетки к клетке через плазмодесмы. Для перемещения между клетками требуется специальный «двигательный белок». Он накапливается в плазмодесмах, однако механизм его действия неизвестен. В норме плазмодесмы меньше по диаметру, чем вирион. Двигательные белки расширяют поры и позволяют вирионам проходить через плазмодесмы.

ВР часто продуцируют микроскопические внутриклеточные включения, обычно состоящие из агрегатов вирионов. Например ВТМ формирует гексагональные кристаллы из вирионов ВТМ. Хлоропласты часто дегенерируют, а синтез новых хлоропластов ингибирован.

Сложность ВР: необходимо пройти через барьеры растит. клетки. ВР распространяются ветром или переносчиками: насекомыми и нематодами (кольцевая пятнистость табака)

Насекомые могут распространять ВР несколькими способами. Могут просто прямо переносить вирус на ротовых частях. Могут храниться в передней кишке тлей, могут репродуцироваться на растениях.

. Насекомые: тли, цикады, белокрылки – Aleurodidae, и др. (mealy bug). Вирусы заражают ротовые части этих насекомых пока они питаются и переносятся на следующее растение тоже при еде, так как насекомые проникают в клетку растения чтобы сосать сок. Некоторые ВР хранятся в передней кишке тлей и проникают в растение при срыгивании. ВР также могут проникать через разломы или ссадины на поверхностях растений.

Прививки тоже могут способствовать заражению.

Вирусы могут распространяться через зараженные семена, клубни, пыльцу. Вирус некроза табака передается через паразитические грибы.

Некоторые ВР могут размножаться и в растениях и в насекомых-переносчиках. Болезнь раневых опухолей растений размножается в тканях цикад перед тем, как попасть в слюнные железы. Затем вирус переносится с укусом насекомого.

РНК-вирусы, размножающиеся и в растениях и в насекомых, репродуцируют геном при помощи РНК-зависимой репликазы, которая переносится в вирионе.

Тосповирус (вирус бронзовости томата) и рабдовирус (пожелтение салата-латука) также могут поражать насекомых-переносчиков.

Растение, в большинстве случаев, вступает в контакты с вирусами при следующих ситуациях: когда имеет место травматическое изменение в тканях растения (под действием ветра, насекомыми, прививки). У вирусов растений не существует специальных приспособлений для преодоления барьеров механических, которым является клеточная стенка. У бактериофагов, вы знаете, у сложно организованных имеются специфические приспособления для преодоления ригидного компонента клеточной стенки, для проникновения компонентов вирусной частицы. У вирусов растений таких приспособлений нет, и поэтому проникать в клетки они могут только в результате повреждения механических барьеров, поверхностных структур этих клеток.

Что касается вирусов животных, то там проще. Клетки животных не имеют никаких поверхностных структур, и поэтому вирусы животных довольно легко проникают внутрь клетки, при наличии соответствующих комплементарных зон для взаимодействия вирусной частицы с поверхностью клетки живого организма.

Вирусы животных проникают в клетку, как полагают, за счёт разных механизмов. Вирусы животных имеющие оболочки, содержащие липидные компоненты, которые оказываются в составе вириона при высвобождении из клетки путём почкования. Такие вирусы имеющие оболочки, проникают в клетку хозяина, за счёт слияния поверхностных оболочечных структур с мембраной клетки, в результате такого слияния, в клетку высвобождается нуклеокапсид вируса, который под действием ферментов клетки, подвергается депротеинизации, т.е. вирус раздевается в клетке, в последующим, в зависимости от того где начинаются первые стадии репродукции, если в ядре, то он должен посредствам каких-то механизмов транслоцироваться в ядро, эти механизмы изучены тоже не достаточно чётко. Если вирус начинает репродуцироваться в ЦП то для этого есть другие механизмы обеспечивающие его.

Второй способ проникновения вирусов животных внутрь клетки, связан с проникновением за счёт эндоцитоза, опосредованного рецепторами. Вирусные адсорбционные сайты, взаимодействуют с опред. рецепторами на клеточной мембране клетки хозяина и после взаимодействия вирус попадает вместе с рецептором внутрь клетки, и оказывается в мембранной везикуле, т.е. вирусная частица, которая находится в везикуле ограниченной клеточной мембраной. В данном случае, высвобождение вирусной нуклеиновой кислоты, для того чтобы она могла реализовать заключённую в ней информацию, требует высвобождения из везикула в ЦП, и с последующей депротинизицией капсида. Это осуществляется в результате слияния везикулы, которая содержит вирус с эндосомами клетки, и в таких сливных структурах имеет место снижение pH до 5 или 6, что приводит к конформационным изменениям белковых структур вируса, и высвобождение его нуклеиновой кислоты во внешнюю среду, тобишь в ЦП клетки.

В ряде случаев при заражении вирусами растений определённую роль играют переносчики этих вирусов, некие векторы - насекомые, которые питаются растениями, и в организме которых вегетируют эти вирусы, и из организма насекомых они попадают в разрушенные клетки растений.

Примерно такая ситуация была обнаружена и в случае с вирусами животных, есть класс вирусов – арбовирусы, которые вызывают ряд заболеваний животных, и которые поддерживаются в природе в определённых организмах, и уже от этих организмов передаются другим организмам, в том числе и человеку. По началу полагали что человек является хозяином этих вирусов, а особые насекомые АРТРОПОДЫ, питаясь человеческой кровью, переносят эти вирусы от одного человека к другому, но оказалось что это далеко не так, что данные арбовирусы попадая в организм человека дальше не распространяются, человек является тупиковым объектом, а естественным резервуаром этих вирусов являются грызуны, обезьяны и некоторые птички, в том числе и голуби. Так вот эти арбовирусы, репродуцируются и только после этого могут заражать других животных, сразу если артроподы нажрались кроликов или грызуна, они не могут сразу инфицировать человека, пока арбовируы не пройдут цикл репродукции в организме этих переносчиков.