Вирустар-молекулалық биологияның зерттеу объектісі
Вирустар — ақуызды қабықшамен қанталған ДНҚ немесе РНҚ (олар вирустың геномын құрайды) молекулаларынан тұраты» инфекциялық бөлшектер. Вирус тек ие-клетканың денесінде ғана кебейе алады. Олар көбею үшін клетканың қалыпты қызметін бұза отырып, оның генетикалық механизмлерін пайдаланады. Вирустың геномының құрылысы да, репликациялану әдісі де алуан түрлі болып келеді. Әдетте вирустық инфекция жұққан клетканың лизисімен және вирустың ұрпақтарының босап шығуымен аяқталады. Бірақ, кейбір вирустар клетканың хромосомасына кіріп, оның лизисін туғызбайды. Мұндай жағдайда вирустық гендерімен гендерімен бірге репликацияланады. Вирустар кейде иесінің ДНҚ-ның фрагментін бір биологаялық тұрден, екіншісіне тасымалдайтын болғандықтан олар эволюция процесінде әр түрлі генофондтардың кездейсоқ араласуына мүмкіндік туғызады.
Вирустар — бұл мобильді гендер. Олар тек клетканың ішінде ғана көбейе алады. Олардың мөлшері өте ұсақ, сондықтан олар ең кіші бактериялардың өзін ұстап қалатын ультражіңішке сүзгілер арқылм өтуге қабілетті.
Вирустар — бұл корғаныштық қабықшасы бар, бір клеткадан екіншісіне өтуге қабілетті генетикалық элементтер. Вирустардың көбеюінің өзі олар сиген клетка үшін тіршілігін жоюға әкелін соқтырады. Көптеген вирустар жұққан клетканы бұзады (лизис) да, оның ұрнақтарының келесі клеткаларға енуіне мүмкіндік туғызады. Вирустық инфекциялардың ауру белгілері көбіне вирустардың осы цитолиттік қабілетінің көрінісі болып табылады.
Вирустың қабықшасының құрылысы, онын нуклеин қышқылдарының типі, клеткаға ену әдісі, клеткадағы көбею механизмдері әр түрлі вирустарда алуан түрлі болады.
Вирустардың генетикалык компоненттеріне ДНҚ немесе РНҚ жатады. Вирустың ДНҚ-да вирусқа тән ақуыздар туралы ақпарат жазылған. Бастапқы кезде вирустық ДНҚ-нын молекуласында бір акуыздын құрылысын кодтайтын бір ген ғана болады деп есептеліп келді. Кейіи тіпті ең ұсақ вирустардың өзінің нуклеин қышқылдарының молекуласының өзінде бірнеше ақуыз туралы ақпарат болатыпы анықталды.
Ең ірі вирустық геномдарда (мысалы, бактериофаг Т4) кодталатын ақуыздардың саны бірнеше жүзге жетеді. Сондықтан вирустардың нуклеин қышқылдық компоненттері — өте кішкене хромосомалар болып табылады.
Вирустар ашылғанға дейін РНҚ-ның бірден бір қызметі-тұкымқуалау ақпаратыи тасымалдау деп есептеліп желді (ДНҚ-нан ақуызга). Бірақ темекі теңбілінің вирусында тек РНҚ бар.
1956 ж. тазаланған РНҚ-ның препараттарының көмегімен вирустың ақуыз болмаған жағдайда вирустың инфекциялық қабілетін сақтайтыны дәлелденді. Кейінірек көптеген РНҚ-ды вирустар табылды (полиомиелит, тұмау (грипп), қызылша). Олай болса бұл вирустарда РНҚ тұқымқуалау белгілерін сақтау қызметіп де атқарады.
Бастапқы кезде вирустардың сыртқы қабықшасы тек ақуыздардан және негізінен бір негізгі ақуыздап тұрады деп есептслді. Вирустық инфекция вирустың хромосома мен ақуызды қабықшаға бөлінуінен басталады. Кейін хромосомалар өздігінен көбейіп, көптеген бірдей көшірмелер түзеді де олардың негізінде вирусқа тән қабықшаның ақуызы синдезделеді. Бұл кезде вирустық геноммен кодталатын РНҚ тізбектері м-РНҚ-ның қызметін атқарады. Содан соң ақуызды қабықшаның жаңадан пайда болған вирустық хромосомалардың айналасында кездейсоқ жинақталу нәтижесінде жаңа вирустық бөлшектер түзіледі. Бірақ бұл түсініктер вирустардын тіршілік циклы туралы толық мәлімет бермейтін еді. Біріншіден, барлық вирустарда дерлік ақуызды қабықша (кансид) бірнеше типті полипситидтік тізбектерден тұрады және бұл тізбектер көбіне бірнеше қабатқа жинақталған.
Екіншіден, көптеген вирусттарды ақуызды капсиді акуызбен бірге липид те кіретін мембранамен қапталған. Мұндай вирустардың липидтік компоненттері ие-клетканын плазмалық мембранасындағы липидтерге ұқсас, ал ақуыздары вирусқа тән. 4 сызбанұсқада ДНҚ-ды вирустың көбоюі көрсетілген.
Бұл вирустардың көшпілігінің бұзылған қабықшадан жипақталуы ие-клетканың плазмалық мембранасында жүреді де жаңа вирустық бөлшектер осы плазмалық мембрананың өзінен бүршіктенін шығады. Бүршіктену вирустың ұрпақтарына клетканы өлтірмей, оның плазмалық мембранасын бұзбай шығын кетуге мүмкіндік береді.
Вирустардың хромосомасында тек оның қабықшасының ақуызы ғана емес, оның нуклеин қышқылдарының репликациясына қажет ферменттердің құрылысы туралы да ақпарат болады. Мысалы, Т4-бактериофагтың ДНҚ-да 30-ға жуық әр түрлі ферменттер кодталған. Олар Е.coli ДНҚ-ның репликациясын басып, бактериофагтың хромосомасынын жылдам және таңдамалы түрде репликациялануын камтамасыз етеді. Т4-тің геномында Е.coli ДНҚ-ның бұзатын арнайы нуклеаза да кодталған.
Ұсак, ДНҚ-ды вирустарда (мысалы, маймылдардың SV40 вирусы) генетлкалық ақпарат аз, олар ие-клетканың ферменттеріне тәуелді болады.
Зерттелген алғашқы вирустық хромосомалар жай, сызыктық қос спиралді ДНҚ түрінде болған. Бірақ кейін вирустардың геномы кос спиральді ДНҚ, сақинаға тұйықталған (SV40 және полиомалар) немесе сызықты біргізбекті ДНҚ (парвовирустар), сақиналы біртізбекті ДНҚ молекуласынан (бактериофагтар М13 және фХ174) тұруы мүмкін екені анықталды. Жақында күрделі сызықты қос спиральдар ашылды. Кейбір, бактериофагтар мен аденовирустардың ДНҚ-ның тізбегінің 5′-үштарына ковалентті түрде ақуыз -молекулалары байлапысқан. Ал өте ірі оба вирустарының ДНҚ-ның екі комплементарлы тізбектерінің екі шеті бір-бірімен фосфодиэфирлік байланыстармен қосылған. Бұл формалардың әрқайсысының репликациясына ерекше ферментативті механизмдер қажет.
Сызбанұсқа 4.
Вирустардың хромосомалары ие-клетканың хромосомасына енуге қабілетті. Көптеген вирустар латенттік түрде тіршілік етеді. Олар клеткаға кіргенімен, белсенді емес. Жаңа бөлшектердің түзілуі болмайды. 1950 жылға дейін вирустардың латенттілігінің молекулалық негіздері белгісіз болып келді. 1950 жылы инфекция жұқтырмаған сияқты бактериялар ультракүлгін сәулелендіруден кейін, бактериофагтарды бөлін шығару құбылысы зерттелді. Жүргізілген тәжірибелер мұндай лизогенді бактериялардың хромосомаларына вирустың толық хромосомасы кіргенін анықтады. Мұндай интеграцияланған вирустық хромосомаларды провирустар деп атайды.
Бактериалды хромосомаға енуге қабілетті бактериофагтарды лизогендеуші бактериофагтар деп атайды. Ең жақсы зерттелісні бактериофаг лямбда (λ). λ бактериофагы E. coli клеткасына өніп, көбейеді де жүздеген жаңа фаг бөлшектері түзіледі. Олар клетканың лизисі кезінде сыртқа шығады. Бактериофаг λ провирус түрінде иесінің хромосомасымен біріс қалынты көбейеді. Сыртқы ортаның қолайсыз әсерінен (мысалы, ультраісүлгін сәулелер) интеграцияланған провирус белініп шығады да вирусқа тән кебею циклін бастайды.
Вирустық хромосомалар салыстырмалы түрде қысқа. Олар бірнеше мын нуклеотидтен ғана тұрады. Сондықтан кездейсоқ қателіктердің болуы өте сирек кездеседі.
Вирустық РНҚ-ның синтезі барлық уақытта РНҚ-матринаның 3′ үшынан басталады (яғни вирустық РНҚ-ның жаңа молекуласының 5′ үшынан) және 5′ → 3′ бағытында матрицаның 5′ үшына жеткенше жүрін отырады. Вирустық РНҚ-ның синтезін реттеуші (жөндеуін) механизмдер жоқ. Себебі РНҚ-ры қысқа болғандықтан айтарлықтай кателер болмайды.
РНҚ-ды вирустар да комилементарлық тізбектер түзу арқмлы репликацияланады. Жақсы зерттелген РНҚ-ды вирустардың көпшілігінде, мысалы бактериофаг R17 немесе полиомиелит вирусы, біртізбекті хромосомасы болады. Бірақ, хромосомасы қос спиральды РНҚ-нан тұратын вирустар да бар. Оларға бір-бірінен алшақ жатқан ашытқылар мен сүтқоректілерді зақымдайтын реовирустарды мысалға келтіруге болады. Бұлардың барлығында РНҚ-ның репликациясына арнайы РНҚ-на тәуелді РНҚ-полимеразалар (ренликаза) қатысады. Репликазаларды вирустық РНҚ-хромосомасы кодтайды. Бұл ферменттер көбінесе жас вирустық белшектерге енеді де вирустық инфекция кезінде олар бірден вирустық РНҚ-ның репликациялай бастайды.
Түмау (грипп) және везакулярлы стоматит вирустарында репликазалар барлық уақытта жас бөлшектерге енеді.
Вирустардың генетикалық элементтері қалыпты клеткаларды қатерлі ісік клеткаларына айналдыруға қабілетті. ДНҚ-ды вирустар литикалық жолмен көбейе алатын жануар клеткаларын пермиссивті, ал олардың кобеюіне мүмкіндік бермейтін клеткалар пермиссивті емес деп аталады. Кейбір жағдайларда басқаша көрініс орын алады: ДНҚ-ды вирус пермиссивті емес клеткаларды қатерлі ісік клеткаларына айналдырады. Мұндай трансформация кезінде вирустың бір немесе бірнеше гендері ие-клетканың геномына кіріп қалыпты жағдайда тек вирустың көбеюі кезінде түзілетін ақуыздарды синтездей бастайды. Вирустың өнімдері неліктен қалынты клеткаларды қатерлі ісік клеткаларана айналдыратыны бізге белгісіз, бірақ кейбір жағдайларда мұндан өзісрісгеріне иротеинкиназалар қатысатыны анықталды. Алғашқы кезде қатерлі ісік РНҚ-ды вирустардың әрекетін түсіну қиындықтар туғызды. Олардың ис-клеткасына енуі, клетка үшін летальді емес жас вирустық бөлшектердіц (клетка бетінен балініп-шығатын) босанып шығуымен және инфекцияға ұшыраған клеткада оны қатерлі ісікке айналдыратын түрақты өзгсрістердін пайда болуымеи қатар жүреді.