Что правильно вирус заставляет клетку выполнять его программу
В ходе эволюционной «гонки вооружений» организмы вырабатывают средства защиты от вирусов, а вирусы совершенствуют способы преодоления этих защитных механизмов. Пикорнавирусы — одна из групп РНК-содержащих вирусов — используют одновременно четыре способа подавления сопротивляемости зараженных клеток, однако полностью отключить защитные механизмы им все равно не удается.
В обзорной статье Е. С. Гаврюшиной из Института физико-химической биологии им. Белозерского описаны способы борьбы пикорнавирусов с теми адаптациями, которые млекопитающие выработали для защиты от них. Название «пикорнавирус» (см.: picornavirus) сложено из слов «pico-» (маленький), «RNA» (РНК) и «virus», то есть «маленький РНК-содержащий вирус». К этой группе относятся возбудители полиомиелита, ящура, гепатита А, риновирусы (возбудители простуды), энтеровирусы, кардиовирусы и др.
Геном пикорнавирусов представляет собой одноцепочечную молекулу РНК с одной-единственной открытой рамкой считывания — последовательностью нуклеотидов, которая кодирует белок и может сразу, без всяких промежуточных этапов, транслироваться, то есть использоваться в качестве матрицы для синтеза белка.
Этот единственный «ген» пикорнавирусов кодирует, однако, не один, а сразу 11 разных белков. Все они синтезируются рибосомами зараженной клетки «в один присест», то есть в виде единой полипептидной цепочки, которая уже в ходе трансляции сама себя режет на 11 частей — функциональных вирусных белков. Четыре из них (VP1, VP2, VP3, VP4) служат для построения оболочки вирусной частицы (капсида). Остальные семь (2A, 2B, 2C, 3A, 3B, 3C, 3D) нужны для размножения вирусной РНК и борьбы с защитными системами клетки.
Основной метод воздействия пикорнавирусов на зараженную клетку не отличается тонкостью и изяществом — скорее его можно сравнить с ударом дубиной по голове. Вирус пытается заблокировать важнейшие проявления жизнедеятельности клетки — работу ядерных генов и синтез клеточных белков. Вмешательство осуществляется на трех уровнях:
1) Подавление работы (транскрипции) ядерных генов. «Отвечает» за эту диверсию вирусный белок 3C, который является протеазой, то есть ферментом, разрушающим другие белки. Одной из мишеней протеазы 3C являются белки TFIID и TFIIC — важнейшие транскрипционные факторы (регуляторы транскрипции), без которых гены, расположенные в ядерных хромосомах, просто не могут быть транскрибированы («прочтены»).
2) Блокировка транспорта матричных РНК из ядра в цитоплазму. Если в клетке все-таки сохраняется какое-то количество транскрипционных факторов TFIID и TFIIC, и процесс транскрипции в ядре не прекращается полностью, то образовавшиеся в ходе транскрипции матричные РНК должны быть затем доставлены из ядра в цитоплазму, где клетка сможет их использовать для синтеза белка. Вирус пытается помешать транспортировке РНК, разрушая белки нуклеопорины, входящие в состав комплекса ядерных пор (через эти поры транспортируются молекулы РНК из ядра в цитоплазму). За разрушение нуклеопоринов отвечает тот же самый вирусный белок — протеаза 3C.
3) Подавление синтеза клеточных белков (трансляции). Ни одно из своих «диверсионных мероприятий» вирус не может (или не хочет?) проводить со стопроцентной эффективностью, поэтому какое-то количество матричных РНК все-таки попадает в цитоплазму, где они могут быть транслированы, то есть использованы рибосомами в качестве матриц для синтеза клеточных белков. Вирус пытается этому воспрепятствовать, разрушая белок eIF4G. Этот белок необходим для инициации (начала) трансляции клеточных мРНК. Расщепление белка eIF4G осуществляет другая вирусная протеаза — 2А. Вирусные белки 2A и 3C также вмешиваются в заключительные этапы трансляции, разрушая совместными усилиями белок PABP. Этот белок необходим для замыкания мРНК в кольцо, благодаря чему рибосома, закончив трансляцию данной молекулы мРНК, может сразу же начать транслировать ее снова.
Возникает вопрос: как же вирус ухитряется транслировать на клеточных рибосомах собственную РНК, если белок eIF4G, необходимый для начала трансляции, уничтожен? Оказывается, в вирусной РНК есть особая последовательность нуклеотидов, которая «обманывает» аппарат трансляции и заставляет рибосомы начать синтез вирусных белков без участия eIF4G. Эта последовательность называется «участком внутренней посадки рибосом» (см.: internal ribosome entry site).
Лишенная возможности нормально синтезировать белки, клетка оказывается беззащитной перед вирусом. В частности, она не может запустить механизм апоптоза — «программируемой смерти» (самоубийство зараженных клеток — один из основных способов борьбы организма с вирусными инфекциями; бактерии, зараженные вирусами, тоже прибегают к этому крайнему средству, чтобы не заразить других бактерий — своих родичей). Клетка также лишается возможности призвать на помощь иммунную систему при помощи сигнальных белков — цитокинов.
Но вирус заинтересован в подавлении синтеза клеточных белков не только потому, что тем самым он блокирует защитные системы клетки. Может быть, еще более важным является то обстоятельство, что в результате все клеточные рибосомы оказываются в полном распоряжении вируса и могут беспрепятственно использоваться для трансляции вирусной РНК и синтеза вирусных белков.
Подавление работы клеточных генов и синтеза клеточных белков — не единственный способ воздействия вируса на зараженную клетку. Вирус также принимает меры для того, чтобы зараженная клетка не была обнаружена и уничтожена специализированными клетками иммунной системы — цитотоксическими Т-лимфоцитами CD8. Система опознания зараженных клеток Т-лимофцитами работает следующим образом. Каждая клетка постоянно расщепляет имеющиеся в ней белки на короткие кусочки (пептиды) при помощи специальных молекулярных «машинок» — протеасом. Эти пептиды транспортируются в эндоплазматическую сеть, оттуда — в аппарат Гольджи, и, наконец, попадают на поверхность клетки. В пути они объединяются с белками главного комплекса гистосовместимости класса I (см.: MHC class I ). Т-лимофциты CD8 постоянно «ощупывают» поверхность клеток своими рецепторами, проверяя, какие пептиды прикреплены к белкам MHC-I, сидящим на поверхности клеток. Если оказывается, что петид незнакомый, «чужой» (например, вирусный, представляющий собой фрагмент вирусного белка), Т-лимфоциты принимают самые жесткие меры. Чаще всего они просто заставляют клетку покончить с собой (совершить апоптоз).
Чтобы фрагменты вирусных белков не попали на поверхность клетки и не навлекли на клетку «гнев» Т-лимфоцитов, пикорнавирусы принимают следующие меры. Во-первых, они блокируют транспорт белков из эндоплазматической сети в аппарат Гольджи. Эту функцию выполняет вирусный белок 3А. Во-вторых, блокируется транспорт белков от аппарата Гольджи к поверхности клетки. За это отвечает вирусный белок 2B.
В целом можно заметить, что вирус обращается с клеткой очень грубо, его воздействие на клеточные системы транскрипции, трансляции и транспорта отличается отсутствием избирательности. Именно в этом и кроется слабость вируса. Блокировка синтеза всех клеточных белков, а также их транспорта из цитоплазмы на поверхность клетки, приводит к тому, что белки MHC-I вообще перестают попадать на клеточную мембрану. Т-лимофциты CD8 не придают этому значения — для них главное, чтобы на поверхности не было чужих пептидов, прикрепленных к белкам MHC-I. Но есть и другой класс лимфоцитов — NK («нормальные киллеры»), для которых само отсутствие белков MHC-I на поверхности клеток является сигналом тревоги. Поэтому зараженная клетка, «спасенная» вирусом от лимфоцитов CD8, всё равно в конце концов уничтожается NK-лимфоцитами.
Очевидно, мы видим здесь типичный результат эволюционной «гонки вооружений» между вирусами и их жертвами — млекопитающими. Теоретически, такая гонка вооружений может продолжаться неопределенно долго (хотя в некоторых случаях одна из сторон может добиться «окончательной победы», и это не обязательно приводит к полному вымиранию побежденной стороны; см. об этом в книге Р. Докинза «Расширенный фенотип», глава 4). В случае с пикорнавирусами, очевидно, «гонка вооружений» еще не закончена, поэтому мы видим весьма сложные и эффективные средства борьбы с обеих сторон, но при этом уязвимые места сохраняются как у вирусов, так и у их жертв.
Обращаем Ваше внимание, что в соответствии с Федеральным законом N 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» в организациях, осуществляющих образовательную деятельность, организовывается обучение и воспитание обучающихся с ОВЗ как совместно с другими обучающимися, так и в отдельных классах или группах.
Рабочие листы и материалы для учителей и воспитателей
Более 2 500 дидактических материалов для школьного и домашнего обучения
- Онлайн
формат - Диплом
гособразца - Помощь в трудоустройстве
311 лекций для учителей,
воспитателей и психологов
Получите свидетельство
о просмотре прямо сейчас!
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА УРОКА
Ф.И.О. учителя Примудрова Ирина Григорьевна
Учебно-познавательных: ставить цель, формулировать выводы;
Коммуникативных: владеть монологической речью;
Здоровьесберегающей: обеспечить условия формирования культуры здоровья для профилактики вирусных заболеваний; создать условия для формирования ответственного отношения к своему здоровью, как к ценности;
Образовательные: сформировать у учащихся знания о вирусах как о неклеточной форме существования организмов, познакомить с особенностями строения вирусов, путями их проникновения в клетку; научить распознавать вирусные заболевания.
Развивающие: развить интеллектуальные способности (умение анализировать обобщать, сравнивать, классифицировать, делать выводы, проводить синтез, доказательство), умение коммуникативного общения, развитие речи.
Воспитательные: продолжить воспитание ценностного отношения к труду, бережного отношения к своему здоровью.
Основные термины
«вирус», «вирион», «капсид», «рецепторный эндоцитоз», «бактериофаг»,«ВИЧ», «СПИД».
Межпредметные связи
биологические дисциплины: анатомия, физиология, генетика;
небиологические дисциплины: история, статистика.
Оборудование
Планируемые результаты
В познавательной (интеллектуальной) сфере
Выделение существенных признаков строения и жизнедеятельности вирусов.
Приведение доказательств сравнения (сходств и отличия) вирусов с живыми организмами.
Объяснение роли вирусов в природе и жизни человека.
В ценносто-ориентационной сфере
Анализ и оценка последствий проникновения вирусов в клетки растений, животных и человека.
В сфере физической деятельности
Освоение правил профилактики вирусных заболеваний
Метапредметные
Метапредметные:
Познавательные. Умение:
Структурировать материал, работать с различными источниками информации, включая электронные.
Овладеть составляющими исследовательской деятельности, включая умения видеть проблему, выдвигать гипотезы, наблюдать, давать определение понятиям.
Преобразовывать информацию из одной формы в другую.
Обнаруживать причинно-следственные связи в процессах проникновения вируса в клетку.
Использовать приобретенные знания для профилактики вирусных заболеваний растений, животных и человека.
Регулятивные. Умение:
Выбирать целевые и смысловые установки в своих действиях при изучении специфических свойств вирусов.
Выполнять учебное действие в соответствии с планом.
Коммуникативные. Умение:
Адекватно использовать речевые средства для дискуссии и аргументации своей позиции.
Сравнивать различные точки зрения и находить общее решение.
Работать совместно в атмосфере сотрудничества.
Сформированность:
Познавательных интересов, направленных на изучение неклеточных форм жизни.
Интеллектуальных умений (доказывать, строить рассуждения, анализировать, сравнивать процессы, происходящие в клетках, пораженных вирусами)
Технологическая карта урока
Планируемые
1. Организационный этап. Мотивирование к активной деятельности
Постановка проблемы, мотивация к активной деятельности.
Подготовка к работе, ознакомление с темой урока и формами учебной деятельности на уроке.
Человечеству с самого начала его существования угрожали серьезные враги. Являлись они неожиданно, коварно. Их жертвами стали миллионы людей, погибших от оспы, гриппа, энцефалита, кори, пневмонии.
Сицилийский историк Микеле де Пьяцца так описывал Неаполь в период эпидемии: «Т рупы оставались лежать в домах, и ни один священник, ни один родственник — сын ли, отец ли, кто-либо из близких — не решались войти туда: могильщикам сулили большие деньги, чтобы те вынесли и похоронили мёртвых. Дома умерших стояли незапертыми со всеми сокровищами, деньгами и драгоценностями; если кто то хотел войти туда, ему никто не преграждал путь ».
Только средневековые лекари, надев на лицо маски, убирали тела умерших горожан. Оставшиеся в живых создавали противочумные столбы, которые и сегодня напоминают нам о тех страшных временах.
– Как вы считаете, эта тема актуальна сегодня?
– Почему же до сих пор (несмотря на то, что медицина достигла больших высот) эпидемии гриппа выводят из строя миллионы людей, нет лекарств против СПИДа?
– Почему с вирусами – возбудителями заболеваний трудно вести борьбу и полностью их уничтожить?
Представьте себя в роли тех людей, которые должны защитить человечество от вирусов? Какие знания о вирусах вам необходимы, чтобы выполнить эту важную миссию?
Какова тема нашего урока?
Какие задачи мы поставим перед собой?
целеполагание, планирование, способность ставить учебные цели и задачи, планировать их реализацию.
учебное сотрудничество с учителем и одноклассниками.
2. Актуализация знаний обучающихся
Выявление уровня знаний по изученному ранее материалу
I. Предположите (определите) правильность суждения о вирусах (заполнение таблицы № 1 первой колонки «до изучения темы»)
Приложение 1
Познавательные: построение вопросов, высказываний, анализ, сравнение, обобщение.
Регулятивные: выбор правильных эффективных путей и средств достижения целей в рамках фронтальной беседы.
Коммуникативные: умение действовать с учетом позиции других людей, устанавливать и поддерживать контакты; развитие речевой деятельности, основ коммуникативной компетентности.
3. Усвоение новых знаний
Создание проблемной ситуации. Организация обучающихся на исследование проблемной ситуации в формах работы в группах, выслушивания выступлений участников, просмотра презентаций.
Изучение новой темы «Вирусы»
I . Учебная ситуация « Вирусы: живое или неживое? »
1.В парах изучить материал параграфа
2. Составить таблицу. Приложение 2
III .Работа в группах.
Задания для группы №1
Вопрос «Химический состав и строение вируса».
1) используя тексты параграфа и дополнительный материала, найти ответ на данный вопрос;
2) заполнить 1 раздел таблицы Приложение 3
3) выступите с кратким объяснением своего вопроса Задания для группы №2
Вопрос « Классификация вирусов »
(по генотипу; по строению оболочки)
1) используя тексты параграфа и дополнительный материал найти ответ на данный вопрос;
2) заполнить 2 раздел таблицы Приложение 3
3) выступите с кратким объяснением своего вопроса.
Задания для группы №3
Вопрос «Вирусы вне живой клетке» и «Вирусы в живой клетке»
1) используя тексты параграфа и дополнительный материал, найти ответ на данный вопрос;
2) заполнить 3 и 4 раздел таблицы. Приложение 3
3) выступите с кратким объяснением своего вопроса.
Задания для группы №4.
Вопрос «Вирусы в живой клетке Жизненный цикл вируса»
1) используя тексты параграфа и дополнительный материал, найти ответ на данный вопрос;
2) заполнить 4раздел таблицы Приложение 3
3) выступите с кратким объяснением своего вопроса
Выделение существенных признаков строения и жизнедеятельности вирусов.
Приведение доказательств сравнения (сходств и отличия) вирусов с живыми организмами.
Объяснение роли вирусов в природе и жизни человека. Анализ и оценка последствий проникновения вирусов в клетки растений, животных и человека.
Освоение правил профилактики вирусных заболеваний
Регулятивные: планирование путей и средств достижения целей и способности ставить учебные задачи, способности к проектированию.
Коммуникативные: умение слушать и понимать своих сверстников, выражать свои мысли; инициативное сотрудничество в поиске и выборе информации;
5. Первичное закрепление
Организация просмотра отрывка фильма «Империя вирусов», затем обсуждения отрывка в парах, тестового контроля обучающихся; установление осознанности восприятия и первичного обобщения.
Просмотр отрывка научно-популярного фильма «Империя вирусов»; обсуждение в парах просмотренного отрывка из фильма, высказывание собственного мнения; выполнение тестовых заданий по изученной теме.
Выполнить тестовое задание по вариантам Приложение 4, произвести взаимопроверку
Познавательные: умение структурировать знания, осознанно и произвольно строить речевое высказывание, выполнять тестовые задания
Регулятивные: контроль, оценка, коррекция.
Коммуникативные: управление поведением партнера – контроль, коррекция и оценка действий партнера.
6. Домашнее задание
Комментарий домашнего задания
Запись домашнего задания
Задание на дом §15-16, заполнить таблицу « Патогенные вирусы человека» Приложение 5
Дополнить таблицу примерами из дополнительных источников.
Регулятивные: постановка самостоятельной учебной задачи на основе соотнесения уже усвоенного материала и того, что ещё неизвестно; мобилизация своих сил к волевому усилию, возможности выбора путей и средств реализации.
Коммуникативные: организация планирования и прогнозирования.
Организация самооценки обучающимися собственной учебной деятельности на уроке, меру своего продвижения к цели; подведение кратких итогов; оценка и самооценка работы учеников; комментарии.
Определение степени соответствия поставленной цели и результатов деятельности; степени своего продвижения к цели; высказывание оценочных суждений; формулировка и запись эмоциональной рефлексии в тетрадях.
«Для меня сегодняшний урок…»
Регулятивные: умение осуществлять самоконтроль и коррекцию, самоанализ и самооценку.
Коммуникативные: умения слушать друг друга, речевую деятельность; умение выражать правильно и кратко свои мысли.
Познавательные: умения строить высказывания, анализировать и обобщать, находить и использовать необходимую информацию.
Приложение 1
Суждения (вопросы)
До изучения темы
После изучения темы
1. Вирусы – это одноклеточные организмы
2. Вирус в переводе с латинского означает «эпидемия»
3. Заболевание герпес можно вылечить с помощью антибиотиков
4. Вирусы – это внутриклеточные паразиты
5. ВИЧ-инфицированная мать рождает ВИЧ-инфицированного ребёнка
6. Вирусы возникли на Земле раньше бактерий
1. Способность к размножению
2. Обладание наследственностью 3. Вирусам свойственна изменчивость.
5. Приспособляемость к изменяющимся условиям окружающей среды.
1. Нет клеточного строения
2. Отсутствует собственный метаболизм.
3. Неспособны к репродукции вне клетки хозяина
Таблица № 2«Строение вирусов и особенности их жизнедеятельности»
Вне живой клетки
Жизненный цикл вируса
3. Выполните по вариантам тестовые вопросы.
1. Основоположником учения о вирусах является?
А) Т.Морган В) В.Вернадский
Б) Д.Ивановский Г) Н.Вавилов
2. Вирусы могут размножаться.
А) Только в клетке хозяина
Б) Путем простого деления
В) Только бесполым путем
Г) Только половым путем.
3. Какой вирус нарушает работу иммунной системы человека?
А) Полиомелита В) Гриппа
4. Капсид у вирусов состоит из:
Б) ДНК Г) липидов
5. Что правильно?
А) вирусы бактерий обычно содержат только РНК
Б) у вирусов отсутствуют мембранные структуры
В) вирусы животных в цитоплазму клеток не проходят
Г) вирусы размножаются только внутри клеток
6. Что правильно?
А) вирус заставляет клетку выполнять его программу
Б) некоторые вирусы выходят из клетки, не разрушая ее
В) вирус гепатита размножается в клетках слюнных желез
Г) вирионами называют вирусы, вызывающие заболевания
1. Бактериофаг-это вирус, паразитирующий в клетках:
А) Растений В) Животных
Б) Бактерий Г) Грибов
2. Путь прохождение вируса в клетку хозяина называют?
А) Фагоцитоз В) Пиноцитоз
Б) Эндоцитоз Г) Фотосинтез
3. Размеры вирусов составляют:
А) 15—100 нм В) 0,15—4 нм
Б) 0,15—4 мкм Г) 0,015—0,4 мкм
4. Каким образом вирус подчиняет клетку хозяина, заставляя её работать на себя?
Обращаем Ваше внимание, что в соответствии с Федеральным законом N 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» в организациях, осуществляющих образовательную деятельность, организовывается обучение и воспитание обучающихся с ОВЗ как совместно с другими обучающимися, так и в отдельных классах или группах.
Рабочие листы и материалы для учителей и воспитателей
Более 2 500 дидактических материалов для школьного и домашнего обучения
- Онлайн
формат - Диплом
гособразца - Помощь в трудоустройстве
Видеолекции для
профессионалов
- Свидетельства для портфолио
- Вечный доступ за 120 рублей
- 311 видеолекции для каждого
Урок по теме «Вирусы»
Учитель. Севостьянова В.В.
Цель урока: создание условий для формирования УУД по теме «Вирусы»
Задачи урока:
Образовательные:
· Познакомить обучающихся с историей открытия вирусов;
· Изучить строение и классификацию вирусов;
· Познакомить с особенностями жизнедеятельности вирусов
· Сформировать знания о мерах предупреждения заболевания СПИДом.
Развивающие:
· Формировать умение учащихся работать с учебником и компьютерными средствами;
· Развитие коммуникативных умений учащихся;
· продолжить развитие памяти через работу с новыми понятиями;
· Развитие логического мышления через построение умозаключений, умения сравнивать, анализировать, делать выводы, подводить итоги.
Воспитательные:
· Создать условия для формирования ответственного отношения к своему здоровью, как к ценности;
· Обеспечить условия формирования культуры здоровья для профилактики вирусных заболеваний;
· Создать условия для формирования навыков работы в группе;
· Научить учащихся выражать своё собственное мнение по определённому вопросу;
· Воспитание культуры общения учащихся.
Планируемые результаты:
Предметные: Обучающиеся должны:
- знать строение вирусов и их роль в природе и жизни человека;
- характеризовать особенности внутриклеточного паразитизма;
- установить взаимосвязи взаимосвязи между строением вирусов и их жизнедеятельностью.
Метапредметные:
Познавательные . Обучающиеся должны уметь:
- применять логические приёмы анализа – синтеза, сравнения, систематизации для осмысления информации;
- выявлять причинно – следственные связи между строением организма и особенностями его жизнедеятельности на примере вирусов.
Регулятивные. Обучающиеся должны уметь:
- распределять рабочее время на выполнение различных заданий;
- корректировать правильность выполнения заданий
Коммуникативные: Обучающиеся должны уметь:
- работать совместно в атмосфере сотрудничества.
Личностные: формирование у обучающихся научного мировозрения, включающего знания об особенностях строения и жизнедеятельности вирусов.
Тип урока : урок открытия и усвоения нового материала.
Технология обучения: проблемное обучение.
Форма организации учебной деятельности: фронтальная, групповая.
Методы обучения: объяснительно-иллюстративный, проблемное изложение, частично поисковый
Ключевые понятия: вирус, вирусология, генетический материал (ДНК или РНК), капсид, бактериофаг, ВИЧ, гепетит, оспа, корь и др.
Оборудование: , компьютер, мультимедийный проектор, экран; презентация к уроку, таблицы по теме «Вирусы», дидактический раздаточный материал (информационные листы для каждой группы Приложение 1)
Технологическая карта урока
Формирование УУД
Приветствие, проверка готовности к уроку, позитивный настрой на работу.
Слушают, приветствуют учителя, демонстрируют готовность к уроку.
Регулятивные: эмоционально настраиваются на урок
Личностные; формирование аккуратности, ответственности, доброжелательного отношения к людям, которые интересуются учебным процессом.
Мотивация и целеполагание
Задумывались ли вы над тем, что человечеству с самого начала его существования угрожали серьезные враги. Являлись они неожиданно, коварно, не бряцая оружием. Враги разили без промаха и часто сеяли смерть. Их жертвами стали миллионы людей, погибших от оспы, гриппа, энцефалита, кори, атипичной пневмонии, СПИДа и других болезней). Обнаружить не удавалось.
- Как вы думаете, почему? Кто же эти таинственные опасные существа? А может быть это совсем не существа, а вещества? О чем же идет речь?
- Почему же до сих пор (несмотря на то, что медицина достигла больших высот) эпидемии гриппа выводят из строя миллионы людей, нет лекарств против СПИДа?
- Вспомните, что вы знаете о вирусах из предыдущих курсов?
- Что нового хотите узнать?
- Какова ваша цель и задачи на уроке?
- Чем воспользуетесь, чтобы достичь этой цели?
Перед учениками ставиться проблема, они предлагают пути её решения. Таким образом, учащиеся самостоятельно формулируют тему урока и цели.
Пробуют отвечать на вопросы.
целеполагание, планирование, способность ставить учебные цели и задачи, планировать их реализацию.
учебное сотрудничество с учителем и одноклассниками.
Познавательные: систематизируют материал, полученный на предыдущих уроках;
Открытие новых знаний
Для того чтобы достичь поставленной цели вы должны провести ряд исследований, в ходе которых выяснить какие организмы называются вирусами, в чем особенности их строения, и жизнедеятельности. Какое значение они имеют в жизни человека и в природе. Для того, чтобы исследование прошло у нас пройдёт научная конференция, где будет работать 5 команд – «Историки», «Систематики», «Морфологи», «Физиологи», «Иммунологи».
После завершения работы группы готовятся к выступлению. Выступление каждой группы заканчивается формулировкой вывода по рассмотренному вопросу и фиксированием его в тетрадях учащихся.
Работают в группах с информацией.
Формулируют и записывают выводы.
Представляют результаты работы групп всему классу. Ребята отвечают устно, используя презентацию учителя.
Вирусы и о вирусах
Регулятивные: планирование путей и средств достижения целей и способности ставить учебные задачи, способности к проектированию.
Коммуникативные: умение слушать и понимать своих сверстников, выражать свои мысли; инициативное сотрудничество в поиске и выборе информации;
Личностные: развитие активности, быстродействия, доброжелательного отношения к одноклассникам, положительных эмоций, творческих способностей
Предлагает ответить на вопросы.
1.Почему с вирусами – возбудителями заболеваний трудно вести борьбу и полностью их уничтожить?
2. Вирусы – это существа или вещества?
3. Тестирование (приложение 2)
Отвечают на вопросы учителя. Выполняют тест и взаимопроверку.
Познавательные: умение структурировать знания, осознанно и произвольно строить речевое высказывание, выполнять тестовые задания
Регулятивные: контроль, оценка, коррекция.
Коммуникативные: управление поведением партнера – контроль, коррекция и оценка действий партнера.
Личностные: формирование нестандартного мышления при решении конкретных задач.
Предлагает вернуться к целям урока.
В рабочих листах, пожалуйста, проанализируйте таблицу (обведите нужный для вас ответ)
Узнал много нового
Регулятивные: умение осуществлять самоконтроль и коррекцию, самоанализ и самооценку.
Коммуникативные: умения слушать друг друга, речевую деятельность; умение выражать правильно и кратко свои мысли.
Познавательные: умения строить высказывания, анализировать и обобщать, находить и использовать необходимую информацию.
Признание ценности здоровья
1. Параграф 20, ответить на вопросы после параграфа
2. Творческое задание, Написать памятки учащимся о профилактике различных видах вирусных заболеваний.
Записывают домашнее задание.
Регулятивные: соотносят полученное домашнее задание с изученным учебным материалом.
Познавательные: систематизируют, обобщают изученное; применяют знания в типичной и нестандартной ситуации
Коммуникативные: слушают объяснение учителя, задают уточняющие вопросы.
Приложение 1.
Группа «Историки»
Задание 1. Пользуясь дополнительным материалом, выясните историю открытия вирусов.
История открытия вирусов» В 1887 году в Крыму плантации табака поразила неизвестная болезнь: листья растений покрывались абстрактным рисунком, растекавшимся по листу, словно красочная мозаика, переливающаяся с одного листа на другой, от одного растения к другому. Сельское хозяйство несло большие убытки. На место происшествия был направлен молодой ученый, выпускник Санкт-Петербургского университета Дмитрий Ивановский. Сделано бессчетное количество опытов и исследований по изучению возбудителя. И вот в 1892 году мир науки сотрясла новость – обнаружена новая, неизвестная ранее форма жизни, открыты необычайно микроскопические организмы, проходящие сквозь самые узкие отверстия фильтров. Открытые организмы Ивановский назвал «фильтрующимися бактериями», это название использовалось в научных кругах несколько лет, пока в 1899 году голландский ученый Мартин Бейеринк не применил понятие «вирусы», что в переводе с латинского (vira) означает «яд». За открытием Ивановского последовали новые открытия вирусов и вирусных заболеваний растений, животных и человека: грипп, ящур, оспа, чума, герпес, и, наконец, открыт вирус СПИДа. Все эти открытия не только укрепили позиции новой области биологии, но и позволили появиться новой самостоятельной науке – вирусологии («vira» - яд, «logos» - учение). Открытие вирусов принесло мировую славу отечественному ученому – Дмитрию Иосифовичу Ивановскому.
В переводе с латинского "вирус" означает "яд". Он представляет собой особую форму жизни. Наука, которая изучает вирусы называется - вирусология.
Группа «Систематики»
Задание 1. Пользуясь п.20, и дополнительным материалом, выяснить классификацию вирусов. Информацию о вирусах занесите в тетрадь
Вирусы могут различаться:
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.
1. ДНК-содержащие (герпес, оспа)
2. РНК-содержащие (корь, бешенство)
1. С высокой специфичностью (грипп свиней)
2. Относительно универсальные (вирусные болезни млекопитающих)
1. Убивающие зараженную клетку (некоторые бактериофаги)
2. Изменяющие генетическую информацию зараженной клетки (онковирусы, ВИЧ)
По химическому составу
По специфичности
По отношению к хозяину
Группа «Морфологи»
Задание 1. Пользуясь п.20, рисунками учебника и дополнительным материалом, выявить характерные особенности вирусов: сходство с живыми организмами, отличие от живых организмов и специфические черты. Информацию о вирусах занесите в тетрадь.
· Вирус (от лат. virus-яд) - микроскопическая частица, способная инфицировать
клетки живых организмов
· Вирусы неклеточные формы жизни, т.е. имеют неклеточную природу
· Вирусы являются облигатными внутриклеточными паразитами (ведут только паразитический образ жизни и не выживают без связи с хозяином)
· Мельчайшие живые организмы
· Размеры варьируют от 20 до 300нм
· В среднем в 50 раз меньше бактерий
· Нельзя увидеть с помощью светового микроскопа
· Проходят через фильтры, не пропускающие бактерий
Вирусы устроены очень просто. Они состоят из фрагментов генетического материала, либо ДНК, либо РНК, составляющей сердцевину вируса, и окружающей эту сердцевину защитной белковой оболочки, которую называют капсидом. Полностью сформированная инфекционная частица называется вирионом. У некоторых вирусов, таких, как вирусы герпеса или гриппа, есть еще и дополнительная липопротеидная оболочка, которая возникает из плазматической мембраны клетки - хозяина. В отличие от всех остальных организмов вирусы не имеют клеточного строения. В зависимости от того какой нуклеиновой кислотой представлена их генетическая информация они подразделяются на РНК и ДНК содержащие.
· Вирусы избирательны. Они проникают внутрь совершенно определенной клетки, и именно эта зараженная клетка превращается в «завод» по производству вирусов. Для клетки вирус-это не что иное, как плохая новость в белковой оболочке.
· Вирусы являются самой распространенной формой существования органической материи на планете по численности своей популяции, и, по-видимому, одной из самых распространенных по биомассе: воды мирового океана содержат колоссальное количество бактериофагов (около 1011 частиц на миллилитр воды) (показываем пробирку с водой).
· Согласно последним исследованиям, геном человека более чем на 30% состоит из информации, кодируемой вирусоподобными элементами.
Группа «Физиологи»
Задание 1. Пользуясь п.20, рисунками учебника и дополнительным материалом, выясните, каковы основные этапы жизнедеятельности вирусов.
· Этап 1. Прикрепление вируса к клетке. На поверхности клеток имеются специальные рецепторы, с которыми бактериофаг связывается хвостовыми нитями. Этим объясняется строгая “прописка” вирусов в тех или иных клетках. (Например, грипп – эпителиальные клетки верхних дыхательных путей, гепатит – печень, ВИЧ – лимфоциты).
· Этап 2. Проникновение вируса в клетку. Обратите внимание на экран. Бактериофаг вводит внутрь клетки хвост, который представляет собой полый стержень. И, как через иглу шприца, проталкивает внутрь клетки свою ДНК или РНК. Таким образом, генетический материал фага попадает внутрь клетки, а капсид остается снаружи. Вирус работает как своеобразный генетический шприц.
· Этап 3. Размножение вируса, т.е. редупликация вирусного генома. Проникнув внутрь клетки, вирусная ДНК встраивается в ДНК клетки хозяина. Проникает в святая святых клетки, в центр управления жизнедеятельностью – в ядро.
· Этап 4. Синтез вирусных белков и самосборка капсида. Клетка, сама того не желая, начинает синтезировать вирусные белки вместо собственных. При этом используются структуры и энергия самой клетки. Из этих вирусных белков и образуются новые вирусные оболочки – капсиды. Этот процесс размножения не сравним с размножением других биологических видов. “Происходит смерть ради жизни” - при попадании в клетку вирус сначала разрушается. Но ему достаточно одной нуклеиновой кислоты, чтобы через 10 минут внутри клетки хозяина образовалось сотни новых вирусных частиц.
· Этап 5. Выход вирусов из клетки. А что происходит с самой клеткой? Она гибнет. А вирусные частицы уже готовы к очередной атаке, готовы разрушить сотни других клеток.
Задание 1. Пользуясь п.20 и дополнительным материалом, выясните, какие заболевания животных, растений и человека вызваны вирусной природой? Каковы основные пути передачи вирусов?
Задание 2. Какое значение имеют бактериофаги для человека? Информацию о вирусах занесите в тетрадь
Вирусы могут поражать разнообразные группы организмов от бактерий до человека. Вирусы, как возбудители заболеваний человека, животных, растений и микроорганизмов, известны со времен глубокой древности. Найден папирус с описанием оспы, бушевавшей в Древнем Египте около 4000 лет до нашей эры (демонстрация слайда). В истории нашей страны не раз случались повальные эпидемии оспы. В XIII веке в Москве оспа уничтожила почти 80% населения. В средние века в одной только Европе ежегодно заболевало оспой 10 млн и умирало до 2 млн человек. Об искоренении оспы было объявлено только в 1980 г. на Ассамблее Всемирной организации здравоохранения.
Заболевания вирусной природы широко распространены и в настоящее время. Среди детских болезней частой является корь. В мире от кори ежегодно погибает около 2 млн детей. В странах с жарким климатом наиболее массовой причиной смерти детей первого года жизни являются вирусные желудочно-кишечные заболевания.
Характер эпидемий, повторяющихся из года в год, носит такое заболевание вирусной природы, как грипп (демонстрация слайда).
Вирусную природу имеет и заболевание герпес. Говорят: «на губах высыпала лихорадка» (демонстрация слайда).
Вирусы вызывают у человека гепатит, краснуху, свинку, полиомиелит, клещевой энцефалит и др.
Вирусы не только вызывают инфекционные болезни, но и могут быть причиной доброкачественных и злокачественных опухолей, а также заболеваний крови (лейкозов).
Вирусные заболевания встречаются не только у людей, но и у животных и растений. Это ящур и лейкоз у крупного рогатого скота, рожистое воспаление у свиней, чума у птиц и свиней и др. У растений вирусное заражение вызывает опухолевые разрастания, задержку роста, морщинистость и карликовость побегов и листьев, нарушение окраски цветков (демонстрация слайда).
Основными путями передачи вирусной инфекции являются: Пищевой путь, при котором вирус попадает в организм человека с загрязненными продуктами питания и водой (вирусный гепатит А, Е и др.)Парентеральный (или через кровь), при котором вирус попадает непосредственно в кровь или внутреннюю среду человека. Главным образом это происходит при манипуляции зараженными хирургическими инструментами или шприцами, при незащищенном половом контакте, а также трансплацентарно от матери к ребенку. Таким путем передаются хрупкие вирусы, быстро разрушающиеся в окружающей среде (вирус гепатита В, ВИЧ, вирус бешенства и др.).Дыхательный путь, для которого свойственен воздушно-капельный механизм передачи, при котором вирус попадает в организм человека вместе с вдыхаемым воздухом, который содержит частицы мокроты и слизи выброшенных больным человеком или животным. Это наиболее опасный путь передачи, так как с воздухом вирус может переноситься на значительные расстояния и вызывать целые эпидемии. Так передаются вирусы гриппа, парагриппа, свинки, ветряной оспы и др. 1981 году в Сан-Франциско были выявлены люди, пораженные тяжелыми формами разных заболеваний. Анализ крови показал, что у этих людей снижен иммунитет, что было вызвано поражением клеток крови. Этот вирус и был назван ВИЧ. Сейчас в мире болеют СПИДом более 4 миллионов человек, только в России - более 15 тысяч выявленных и столько же являются носителями.
Что нам в первую очередь приходит в голову, когда мы слышим про вирусы? Вы наверняка подумали о компьютерных вирусах — вредоносных программах, которые портят компьютер. Но ведь не просто так говорят заболевшему, скажем, гриппом: «Это вирусное, потому и температура 39!». Наверное, настоящие вирусы связаны с болезнями и эпидемиями, а компьютерные так назвали по аналогии. А вот кто такие эти настоящие — сейчас будем разбираться.
Почему вирусы так называются? Оказывается, слово «вирус» имеет латинское происхождение и означает — что бы вы подумали? — яд! Незавидное название. И неудивительно, ведь долгое время вирусы связывали исключительно с опасными заболеваниями, всегда заразными, а иногда и смертельными. Известно, например, что египетский фараон Рамзес V умер от оспы в XII веке до н. э. (на рисунке 1 приведена фотография головы мумии фараона). Правда, тогда никто не знал, что чёрная оспа — заболевание вирусной природы.
Кстати, первую вакцинацию провели именно против оспы, в 1796 году. Английский врач Эдвард Дженнер заметил, что доярки, переболевшие коровьей оспой (это не смертельное для человека заболевание), от чёрной оспы никогда не умирали. Тогда ему в голову пришло привить от этого смертельного заболевания восьмилетнего мальчика, Джеймса Фиппса, никогда не болевшего чёрной оспой (рис. 2). У заболевших коровьей оспой на коже образуются пустулы, или, по-другому, гнойные пузырьки. Дженнер внёс в ранку мальчика жидкость из пустул больной доярки. Пустулы появились и у Джеймса, но скоро исчезли. Тогда врач заразил мальчика чёрной оспой. «Смелый», надо сказать, поступок — результат был непредсказуем! Но Джеймс выжил и приобрёл иммунитет, а Эдвард Дженнер и термин «вакцинация» (от лат. «vacca», что означает «корова») вошли в историю.
Но и Дженнер не имел представления о том, что является причиной заболевания оспой. В XIX веке все болезнетворные организмы и вещества без разбора называли вирусами. Лишь благодаря опытам отечественного биолога Дмитрия Иосифовича Ивановского прекратилась эта путаница! Он пропускал экстракт заражённых табачной мозаикой 1 растений через бактериальные фильтры, сквозь которые не проходят даже самые мелкие бактерии. Выяснилось, что экстракт оставался по-прежнему заразным для других растений. Значит, возбудителями табачной мозаики были организмы, меньшие по размеру, чем бактерии; их назвали фильтрующимися вирусами. Вскоре бактерии перестали называть вирусами, а сами вирусы выделили в отдельное царство живых организмов. Дмитрий Ивановский же во всём мире по праву считается основателем вирусологии — науки о вирусах.
Рис. 2. Дженнер прививает Джеймса Фиппса от оспы
Но что мы пока поняли про вирусы? Только то, что они меньше бактерий. Чем же вирусы так не похожи на другие организмы? И почему понадобилось вдруг их выделять в отдельное царство? А вот почему. В отличие от других живых организмов, вирусы не имеют клеточного строения, а значит, и всех характерных для клетки структур. А ещё они единственные, кто не умеет самостоятельно производить белок, главный строительный материал всего живого. Поэтому их размножение невозможно вне заражённой клетки. Из-за этого многие учёные не без оснований считают вирусы внутриклеточными паразитами.
Жертвами различных вирусов становятся представители всех без исключения существующих царств живых организмов! Так, есть вирусы растений — вирус табачной мозаики (рис. 3, слева), вирус мозаики костра (это растение изображено на рисунке 3, справа), вирус желтухи свёклы, вызывающий иногда даже эпидемии. Кстати, в растение вирус просто так не проникнет. Заражение происходит при травмах растительных тканей. Типичный пример: тля пьёт сок из стебля и для этого протыкает покровные ткани — а вирус тут как тут.
Рис 3. Слева: листья табака, поражённые вирусом табачной мозаики. Справа: костёр (лат. Brómus) — род многолетних травянистых растений семейства Злаки. Если посмотреть на заросли костра в ветреную погоду, его крупные метёлки, склоняясь под ветром то в одну, то в другую сторону, отсвечивают красноватым светом в солнечных лучах, очень напоминая языки пламени. Отсюда, вероятно, и произошло русское название этого растения
Грибы тоже поражаются вирусами, вызывающими, например, побурение плодовых тел у шампиньонов или изменение окраски у зимнего опёнка. Причиной многих опасных заболеваний животных и человека тоже служат вирусы: вирус гриппа, ВИЧ (вирус иммунодефицита человека), вирус Эбола, вирус бешенства, герпеса, клещевого энцефалита и т. д.
Есть даже вирусы, поражающие бактерии, их называют бактериофагами 2 . Так, в конце XIX века исследователи из Института Пастера заметили, что вода некоторых рек Индии обладает бактерицидным действием, то есть способствует снижению роста бактерий. И достигалось это благодаря присутствию в речной воде бактериофагов.
Как же «живёт» вирус? В действительности, среди учёных до сих пор ведутся споры по поводу того, считать ли вирусы живыми организмами или нет. Сейчас поймём, почему. Вирус существует в двух формах. Вне хозяйской клетки все части вируса собраны в устойчивую конструкцию — вирион. Он не проявляет признаков жизни, однако «переживает» неблагоприятные условия среды, и довольно успешно. Если такой вирион проникает в клетку-мишень, то он там «раздевается». Раздевается — значит разваливается на части и эксплуатирует клетку для создания новых частиц — своего потомства. «Собранные» клеткой новые вирусные частицы затем покидают её в виде тех самых вирионов.
Рис. 4. Слева: вирус табачной мозаики. В центре: вирус мозаики костра похож на футбольный мяч (справа)
Если вирионы — не клетки, то как же они устроены? Оказывается, все вирусы имеют красивую симметричную оболочку. Это может быть спираль, как у уже знакомого нам вируса табачной мозаики (рис. 4, слева). А может быть выпуклый многогранник, как, например, у вирусов мозаики костра (рис. 4, в центре) , герпеса (рис. 5, слева) и др. Вирион мозаики костра по форме напоминает футбольный мяч (рис. 4, справа). Но мало того, у некоторых вирусов бывают ещё и дополнительные «навороты» — так, у аденовируса А человека есть шипы, отходящие от вершин вириона, вроде стержней с утолщениями на концах (рис. 5, в центре). А бактериофаг похож на многогранник со спиралью и ножками (рис. 5, справа).
Рис. 5. Слева направо: вирус герпеса, аденовирус А человека, бактериофаг
Такая затейливая оболочка должна, наверно, служить защитой для чего-то? И правда, за ней скрывается наследственная информация вируса — её он передаёт потомству. Заражая клетку, некоторые вирусы не только размножаются там, но и безнадёжно её «портят». В итоге клетка или погибает, или ведёт себя неправильно. Пример такого неправильного поведения — раковая опухоль. Клетки в ней бесконтрольно делятся, тогда как нормальные клетки всегда способны вовремя остановиться. Вирусы могут служить причиной развития рака.
Рис. 6. Маленькие вирусы-спутники внутри гигантского мимивируса
Но не стоит думать, что вирусы причиняют исключительно вред другим организмам! Так, исследователи из Пенсильванского университета показали, что безвредный для человека вирус AAV2, встречающийся почти у всех людей, убивает самые разные виды раковых клеток. При этом здоровые клетки организма вирус не заражает.
А совсем недавно стало известно, что вирусы тоже болеют. Мимивирус, поражающий амёбу Acanthamoeba polyphaga, сам страдает от другого вируса-спутника (рис. 6). Он, кстати, так и называется — Спутник. Этот вирус-спутник использует механизмы воспроизводства мимивируса для собственного размножения, мешая ему нормально развиваться в клетке амёбы. По аналогии с бактериофагами, он был назван вирофагом, то есть пожирающим вирусы. Можно сказать, что присутствие вируса-спутника в амёбе обеспечивает ей больше шансов на выживание в борьбе с мимивирусом.
1 Распространённое вирусное заболевание растений табака.
2 Бактериофáги, или фáги (от др.-греч. φαγω — «пожираю») — вирусы, избирательно поражающие бактериальные клетки.
Описан новый механизм, с помощью которого вирус гриппа подавляет защитную реакцию зараженной клетки. Белок одного из штаммов вируса имитирует гистон — белок клеточного ядра, — связываясь вместо гистона с комплексом ферментов, включающим противовирусные гены. В результате клетка лишается способности оборонительного ответа на инфекцию.
Проникая в клетку, вирус обычно осуществляет пиратский захват клеточных ресурсов и приспосабливает ее генетические механизмы для собственных нужд. В работе, опубликованной недавно в журнале Nature, описан новый механизм, посредством которого вирус гриппа А H3N2 вмешивается в эпигенетическую регуляцию работы генов. Эпигенетические регуляторные механизмы — механизмы, не связанные с изменениями последовательности нуклеотидов ДНК, но влияющие на работу генов, — в последние годы стали «горячей областью» исследований.
ДНК человека очень длинная. В нормальной клетке три метра ДНК распределены в 46 хромосомах, то есть в «средней» хромосоме содержится несколько сантиметров ДНК. Чтобы эта длинная нить не запуталась, существует еще не до конца понятный механизм ее плотной упаковки. Ведущую роль в упаковке ДНК играют белки клеточного ядра — гистоны. Гистоны также участвуют в регуляции работы генов — транскрипции (синтезе мРНК), в синтезе ДНК при размножении клеток, в устранении повреждений ДНК. Четыре главных гистона (H2A, H2B, H3, H4) формируют структуру, которую можно сравнить с катушкой для наматывания нити ДНК. Если ДНК упакована очень плотно, закодированные в ней гены «молчат», потому что к ним не могут присоединиться необходимые для экспрессии ферменты. Поэтому для активации генов упаковка должна быть ослаблена. Основная часть молекулы гистона свернута в компактную структуру, из которой торчит неструктурированный конец цепи белка. Модификации аминокислотных остатков этого конца, в частности метилирование (присоединение метильной группы –СН3), влияют на взаимодействие гистона с ДНК. Они могут привести к локальному «раскрытию» инертной компактной упаковки ДНК и активизировать работу генов.
В геноме вируса гриппа закодирован белок NS1, который не включается в состав самой вирусной частицы. Об NS1 уже было известно, что он накапливается в ядре зараженной клетки и подавляет клеточный ответ на заражение, блокируя продукцию интерферонов, нарушая формирование мРНК и ее выход из ядра. Анализ последовательности аминокислот, проведенный авторами данной работы, выявил на конце NS1 вируса гриппа А H3N2 последовательность, очень сходную с таковой на конце молекулы гистона H3. Эксперименты показали, что это сходство имеет и функциональные последствия: остаток аминокислоты лизина 229 на конце NS1 оказался подходящим субстратом для ферментов, присоединяющих метильную группу к лизину на конце гистона H3 как in vitro, так и в зараженной клетке. Если же в ген NS1 вводили мутацию — заменяли этот лизин на аргинин, — метилирования не наблюдалось. Таким образом, NS1 конкурирует с гистоном H3 за возможность быть метилированным и препятствует включению генов, связанных с раскрытием ДНК метилированным H3 (см. рис. 2).
Рис. 2. a. В норме неструктурированный конец гистона H3, содержащий аминокислотную последовательность (ARTK), может быть метилирован (синий кружок) по лизину (K) с помощью фермента Set1. Set1 включается комплексом ферментов hPAF1C, который также способствует работе РНК-полимеразы, а значит, транскрипции генов. Метилирование гистона H3 активирует транскрипцию.
b. Белок NS1 вируса гриппа А H3N2 имеет аминокислотную последовательность (ARSK), сходную с последовательностью гистона H3. С помощью этой последовательности NS1 связывается с комплексом hPAF1C и переключает Set1-метилирование с гистона H3 на себя. Транскрипция не активируется. Изображение из обсуждаемой статьи Krasnoselsky & Katze в Nature
В работе впервые было показано, что гистон H3 связывается с клеточным комплексом ферментов hPAF1C, который способствует работе РНК-полимеразы, осуществляющей транскрипцию — синтез мРНК. Оказалось что и здесь NS1 конкурирует с гистоном. И это также имело функциональные последствия.
Для того чтобы определить, как вирус влияет на работу генов в зараженной клетке, авторы применили очень мощный метод GRO-seq (global run-on sequencing) — «глобальное секвенирование прочитывания». Для анализа «прочитывания» синтезирующиеся в данный момент мРНК метили BrUTP — аналогом нормального субстрата РНК-полимеразы УТФ (уридинтрифосфата). Эту BrU-содержащую мРНК дробили на короткие фрагменты (примерно по 100 нуклеотидов) и очищали с помощью антител к BrU. Полученные препараты исследовали с помощью новых методов широкомасштабного «глобального» определения нуклеотидных последовательностей, многократно анализируя эти короткие фрагменты. Затем с помощью компьютерного анализа находили гены, с которых они прочитаны, и оценивали частоту их прочтения. Таким образом, метод позволяет не только идентифицировать работающие в данный момент гены, но и количественно определить уровень их активности.
Оказалось, что связывание hPAF1C с NS1 при заражении клеток вирусом H3N2 дикого типа сильно подавляло транскрипцию (синтез мРНК) ряда противовирусных генов. В то же время транскрипция генов, не связанных с защитной реакцией, не изменялась. Если же клетки заражали вирусом гриппа с мутантным белком NS1, лишенным способности связываться с hPAF1C, включение противовирусных генов происходило нормально.
Таким образом, вирус гриппа А H3N2 подавляет иммунный ответ зараженной клетки, используя ранее неизвестный эпигенетический механизм. Это еще раз показывает, насколько вирусы изобретательны в преодолении защитных барьеров организма. Возникают вопросы: в какой мере этот эпигенетический механизм уникален? Как он может повлиять на инфекционность вирус гриппа, на тяжесть заболевания? H3N2 не относится к самым агрессивным вирусам. Возможно, в процессе эволюции он выработал этот механизм усиления своей активности сравнительно недавно. NS1 других известных вариантов вируса гриппа также имеют неструктурированный конец цепи белковой молекулы, но в них нет гистоноподобных последовательностей. Невозможно предсказать, что будет, если такая последовательность появится в NS1 напугавшего человечество агрессивного «птичьего» вируса H5N1. Не приходится сомневаться, вирусы выработали и другие, пока неизвестные механизмы атаки на клетку. С точки зрения медицинской практики, полученные результаты могут быть использованы при разработке новых средств против гриппа.
Источники:
1) Ivan Marazzi, Jessica S. Y. Ho, Jaehoon Kim, Balaji Manicassamy, Scott Dewell, Randy A. Albrecht, Chris W. Seibert, Uwe Schaefer, Kate L. Jeffrey, Rab K. Prinjha, Kevin Lee, Adolfo García-Sastre, Robert G. Roeder, Alexander Tarakhovsky. Suppression of the antiviral response by an influenza histone mimic // Nature. 2012. V. 483. Pp. 428–433.
2) Alexei L. Krasnoselsky, Michael G. Katze. Virology: Influenza's tale of tails // Nature. 2012. V. 483. Pp. 416–417.
Читайте также: