Copyright © 2004 Paweł Satora, Akademia Rolnicza w Krakowie
Mikr
o
biologia
ŻYWNOŚCI
Dr inż. Paweł SATORA
WIRUSY I PRIONY
Copyright © 2004 Paweł Satora, Akademia Rolnicza w Krakowie
•
Bezkomórkowe
•
Zawierają rdzeń
zbudowany z DNA lub
RNA
•
Rdzeń otoczony jest
płaszczem białkowym
•
Płaszcz może
znajdować się w
tłuszczowej kopercie
•
Wirusy rozmnażają się
jedynie w żywych
komórkach
„gospodarza”
Wirusy (Virus)
Figure 1.1e
Copyright © 2004 Paweł Satora, Akademia Rolnicza w Krakowie
•
Zawierają nukleotydy.
•
Nukleotydy składają się z:
•
Pentozy
•
Grupy fosforanowej
•
Zasady zawierającej azot (puryny lub
pirymidyny)
Kwasy nukleinowe
Rysunek
2.16
Copyright © 2004 Paweł Satora, Akademia Rolnicza w Krakowie
•
Zawiera
deoksyrybozę
•
Istnieje jako
podwójna
helisa
•
A
wiązanie
wodorowe z
T
•
C
wiązanie
wodorowe z
G
DNA
Rysunek
2.16
Copyright © 2004 Paweł Satora, Akademia Rolnicza w Krakowie
•
Zawiera rybozę
•
Jest jednoniciowy
•
A
wiązanie
wodorowe z
U
•
C
wiązanie
wodorowe z
G
RNA
Figure 2.17
Copyright © 2004 Paweł Satora, Akademia Rolnicza w Krakowie
Wirusy
•
Wirus
– niekomórkowy element genetyczny który
wykorzystuje komórki do swojego namnażania,
posiada stan pozakomórkowy.
•
Cząsteczka wirusa zawierająca kwas nukleinowy
otoczony przez białko lub/i inne komponenty
makrocząsteczkowe jest nazywana
wirionem
.
•
Wirusy są silnie uzależnione od struktury
komórki „żywiciela” i jej składników
metabolicznych.
•
Wirusy mogą nadawać ważne nowe właściwości
komórkom w których się namnażają.
Copyright © 2004 Paweł Satora, Akademia Rolnicza w Krakowie
Wirusy - historia
• Nazwa „wirus” pochodzi od łacińskiego słowa virus – trucizna
• Termin użyty został po raz pierwszy przez Pasteura podczas
opisu czynnika wywołującego wściekliznę
• 1890 – odkrycie pierwszego wirusa – wirusa mozaiki tytoniowej
(TMV)
• 1900 – rozróżnione od bakterii, „czynnik przechodzący przez
filtracje”
• 1930 – izolacja i oczyszczenie TMV. Obserwacja cząsteczek
wirusa pod mikroskopem elektronowym
• Lata 50-te – powstanie wirusologii
Copyright © 2004 Paweł Satora, Akademia Rolnicza w Krakowie
Wirusy
Copyright © 2004 Paweł Satora, Akademia Rolnicza w Krakowie
Natura wirionu
Wielkość wirusów
: 20 nm do 300 nm
Największy wirus
: wirus ospy naturalnej ma
200 nm
Najmniejszy wirus
: wirus Polio
ma
18 nm
Genom wirusowy
: Mniejszy niż u
komórkowców, największy znany genom
wirusa: ma tylko 190 KB.
Genomy bakteryjne
: 1000-9000 KB
Copyright © 2004 Paweł Satora, Akademia Rolnicza w Krakowie
Wirusy helikalne
kapsyd – osłonka białkowa, w której jest zamknięty genom zbudowany z kwasu
nukleinowego
kapsomery - jednostki morfologiczne dostrzegalne w mikroskopie elektronowym
na powierzchni wirusów dwudziestościennych, stanowią skupienia polipeptydów
Copyright © 2004 Paweł Satora, Akademia Rolnicza w Krakowie
Wirusy dwudziestościenne (polihedralne)
Copyright © 2004 Paweł Satora, Akademia Rolnicza w Krakowie
Wirus złożony
Copyright © 2004 Paweł Satora, Akademia Rolnicza w Krakowie
Symetria wirusów
Symetria helikalna: wirus mozaiki tytoniowej (TMV).
Dwudziestościan: Najwydajniejszy układ dla
podjednostek w zamkniętej osłonie.
Wirusy z płaszczem: płaszcz zawiera podwójną warstwę
tłuszczową z glikoproteinami przytwierdzonymi do
niej.
Jej symetria przypomina nukleokapsyd.
Wirusy złożone: bakteriofag T4
Copyright © 2004 Paweł Satora, Akademia Rolnicza w Krakowie
Enzymy w wirusach
•
Niektóre wirusy posiadają swoje własne enzymy,
tj:
•
Odwrotne transkryptazy w retrowirusach
•
Neuraminadazy: rozkładają glikoproteiny,
wspomagając uwalnianie się wirusa
•
Lizosom: bakteriofagi
Copyright © 2004 Paweł Satora, Akademia Rolnicza w Krakowie
Klasyfikacja wirusów
•
W zależności od gospodarza:
•
wirusy bakteryjne (bakteriofagi)
•
wirusy zwierzęce (lepiej zbadane)
•
wirusy roślinne (mniej zbadane)
•
W zależności od struktury kwasów nukleinowych:
•
DNA wirusy (ssDNA, dsDNA)
•
RNA wirusy (ssRNA, dsRNA)
•
RNA-DNA wirusy (ssRNA, dsDNA)
Copyright © 2004 Paweł Satora, Akademia Rolnicza w Krakowie
Klasyfikacja wirusów
•
Nazwy rodzin posiadają końcówkę -viridae
•
Nazwy rodzajów -virus
•
Gatunki wirusów: Grupa wirusów przenosząca
taką samą informację genetyczną i zasiedlająca
tą samą niszę ekologiczną (gospodarz). Nazwy
zwyczajowe są używane dla gatunków
•
Podgatunki są oznaczone numerem
Copyright © 2004 Paweł Satora, Akademia Rolnicza w Krakowie
Hodowla wirusów
•
Bakteriofagi – kultury bakteryjne
•
Wirusy roślinne i zwierzęce – kultury komórkowe
i tkankowe
Copyright © 2004 Paweł Satora, Akademia Rolnicza w Krakowie
Hodowla wirusów
•
Wirusy zwierzęce
mogą być
hodowane w
żywych
zwierzętach lub
zapłodnionych
jajach.
Copyright © 2004 Paweł Satora, Akademia Rolnicza w Krakowie
Hodowla wirusów
•
Wirusy zwierzęce i roślinne mogą być hodowane w
kulturach komórkowych.
•
Ciągła linia komórkowa może być utrzymywana przez
określony czas
Copyright © 2004 Paweł Satora, Akademia Rolnicza w Krakowie
Wykrywanie wirusów
•
Mikroskopia elektronowa
•
Testy immunologiczne – wykrywają specyficzne
białka wirusowe lub przeciwciała
•
ELISA
•
Testy biologiczne – wykrywają cytopatologiczne
efekty (CPE) działalności wirusów na komórki
•
Hemoaglutynacja
•
Analiza kwasów nukleinowych
•
RFLPs
•
PCR
Copyright © 2004 Paweł Satora, Akademia Rolnicza w Krakowie
•
Cykl lityczny Fag powoduje lizę i śmierć
komórki gospodarza
•
Cykl lizogenny
Profagowe DNA włączane w
DNA gospodarza
Copyright © 2004 Paweł Satora, Akademia Rolnicza w Krakowie
Namnażanie się bakteriofagów (Cykl
lityczny)
•
Adsorpcja
Fag przyczepia się nićmi ogonka
do komórki żywiciela
•
Penetracja
Lizozym faga nadtrawia ścianę
komórkową, pochewka kurczy się, aby
wypchnąć szyjkę i DNA do komórki
•
Biosynteza
Produkcja fagowego DNA i białek
•
Dojrzewanie Składanie się fragmentów faga
•
Uwolnienie
Lizozym fagowy
Copyright © 2004 Paweł Satora, Akademia Rolnicza w Krakowie
Adsorpcja:
Fag
przyczepia
się do
komórki
żywiciela.
Penetracja:
Fag penetruje
komórkę
żywiciela i
wstrzykuje
DNA.
Biosynteza:
Tworzenie
wirusowego
DNA i białek
1
2
3
Bakteryjna
ściana
komórkow
a
Bakteryjny
chromoso
m
Kapsy
d
DN
A
Kapsy
d
Pochewk
a
Nić
ogonka
Płytka
Kolec
Ściana
komórkowa
Ogone
k
Błona
komórkowa
Skurczona
pochewka
Szyjka ogonka
Copyright © 2004 Paweł Satora, Akademia Rolnicza w Krakowie
4
Dojrzewanie:
Elementy
wirusów są
składane w
wiriony.
Ogone
k
5
Uwalnianie:
Liza komórki
żywiciela i
uwalnianie
nowych
wirionów.
DNA
Kapsyd
Nici
ogonka
Copyright © 2004 Paweł Satora, Akademia Rolnicza w Krakowie
Jednoetapowa krzywa wzrostu
Copyright © 2004 Paweł Satora, Akademia Rolnicza w Krakowie
Terapeutyczne czynniki przeciwwirusowe
Czynnik
Wirus
Mechanizm
Amantadyna
Wirus
przeziębienia
Blokuje odpłaszczenie
wirusa
Acyklowir
Opryszczka zwykła
Blokuje polimerazę
DNA
Gancyklowir
Cytomegalovirus
Blokuje polimerazę
DNA
Rybiwaryna
Wirus Lassa
Blokuje enzymy
wirusowe
Azydotymidym
HIV
Blokuje odwrotną
transkryptazę
Interferon
Hepatitis B
Blokuje syntezę białka
wirusowego
Copyright © 2004 Paweł Satora, Akademia Rolnicza w Krakowie
Droga rozprzestrzeniania się wirusów
pokarmowych
•
Przeżywają zazwyczaj w zabójczych warunkach
panujących w żołądku
•
Wirusy zawierające płaszcz lipidowy, zwykle
inaktywowane są przez kwasy żołądkowe, sole
żółciowe i enzymy
•
Opanowywanie i namnażanie w komórkach
nabłonka jelita cienkiego
•
Wydostają się z kałem
Copyright © 2004 Paweł Satora, Akademia Rolnicza w Krakowie
Wirusy jelitowe
•
Dwa wirusy wśród top 10 mikroorganizmów powodujących
choroby układu pokarmowego
•
Wirus zapalenia wirusowego wątroby (Hepatitis A)
•
Wirus Norwalk i pochodne
•
Wirusowe zapalenie żoładkowo-jelitowe najbardziej
rozpowszechnioną chorobą pokarmową w stanie Minnesota w
latach 1984 - 1991 (niska higiena i zainfekowani handlujący
żywnością)
•
Wirusy rozprzestrzeniające się drogą pokarmową przenoszone
są jako cząstki o średnicy 25 - 75 nm
•
Całkowicie nieaktywne – niezdolne do replikacji poza
komórkami żywiciela (np. żywność, woda lub środowisko)
•
Wysoka odporność – odporne na większość pospolitych metod
używanych do niszczenia bakterii
•
Niezwykle niska dawka infekcyjna
•
Częściej zawierają RNA (pojedyncza nić) niż DNA
Copyright © 2004 Paweł Satora, Akademia Rolnicza w Krakowie
Wirusy jelitowe
•
Transmisja
•
Żywność, woda – skażone fekaliami
•
Droga kropelkowa
•
Infekcje wykrywane podczas wybuchów epidemii
•
Ludzie są z reguły rezerwuarem dla tych wirusów bez
pośredniczącego czynnika w postaci zwierząt
•
Główne miejsca rozwoju po spożyciu
•
Jelito cienkie
•
Wątroba
•
Inne organy
•
Patogenność
•
Zabijanie zainfekowanych komórek w wyniku replikacji
wirusa
•
Niszczenie zainfekowanych komórek przez odpowiedź
immunologiczną gospodarza
Copyright © 2004 Paweł Satora, Akademia Rolnicza w Krakowie
Wirusy jelitowe
•
Dawka infekcyjna
•
Teoretycznie 1 cząstka, ale jest to mało
prawdopodobne
•
Zawartość w kale: >10
8
cząstek / g
10 ug zakażonego kału (1000 cząstek) jest wysoko
infekcyjna
niemal niemożliwy do wykrycia poziom w 100 g
żywności
Copyright © 2004 Paweł Satora, Akademia Rolnicza w Krakowie
Choroby poładowania białek
Wywołane przez priony
•
Choroba wściekłych krów (BSE, bovine
spongiform encephalopathy, bydlęca
gąbczastość mózgu)
•
Trzęsawka (scrapie)
•
FSE (feline spongiform encephalopathy, kocia
gąbczastość mózgu)
•
Kuru (plemiona w Papui-Nowej Gwinei)
•
Choroba Creutzfelda-Jacoba (CJD)
Tworzenie fibryli i amyloidów
•
Choroba Alzheimera
•
Choroba Parkinsona
Copyright © 2004 Paweł Satora, Akademia Rolnicza w Krakowie
Priony - Historia
•
XVII w. – „Owce mają zawroty głowy” – opisanie
trzęsawki w Europie
•
Lata 50-te – Carleton Gajdusek bada ceremonie
kanibalskie plemienia Fore na Nowej Gwinei i
odkrywa chorobę Kuru
•
Kuru atakuje neurony mózgu tworząc wakuole,
powodując dezorientację u pacjenta i śmierć w
ciągu 3 miesięcy
•
1997 – Stanley Prusiner proponuje związek
pomiędzy kuru, trzęsawka, BSE i CJD, nagroda
Nobla
Copyright © 2004 Paweł Satora, Akademia Rolnicza w Krakowie
Cechy infekcji amyloidowej mózgu
•
Oznaki i symptomy
•
Demencja i/lub niezborność ruchowa
•
Progresywna utrata funkcji mózgu
•
Patologia
•
Niszczenie neuronów (gąbczastość)
•
Płytka amyloidalna
•
Zaleganie białek prionów odpornych na
działanie proteaz
Copyright © 2004 Paweł Satora, Akademia Rolnicza w Krakowie
Priony
•
Priony są „infekującymi
cząstkami białek”
•
Złożone jedynie z białek
•
Odpowiedzialne za kuru,
chorobę Creutzfelda-Jacoba,
chorobę wściekłych krów, itp.
•
„Infekcja” powoduje zmiany
w drugorzędowej strukturze i
konformacji (lub
konformacjach!) białek
prionów
•
a) PrPc; b) PrPSc
Copyright © 2004 Paweł Satora, Akademia Rolnicza w Krakowie
Priony
PrPc
PrPs
c
Helisy
β-
Sheets
Copyright © 2004 Paweł Satora, Akademia Rolnicza w Krakowie
Priony (białka czy wirusy?)
Enzym
Prion
Wirus
RNAza A
-
+
DNAza
-
-
Proteinaza K
+
-
Trypsyna
+
-
+ = INAKTYWACJA - = BRAK ZMIAN
Copyright © 2004 Paweł Satora, Akademia Rolnicza w Krakowie
Priony (Odporność na jonizację)
Copyright © 2004 Paweł Satora, Akademia Rolnicza w Krakowie
Priony
PrP
c
PrP
Sc
1
2
3
4
5
6
7
8
Endosom
e
Lysosom
e
Copyright © 2004 Paweł Satora, Akademia Rolnicza w Krakowie
Priony (Infekcja)
CZYNNIK X
CZYNNIK X
CZYNNIK X
PrPc
PrPsc
Konwersj
a
Copyright © 2004 Paweł Satora, Akademia Rolnicza w Krakowie
Priony (Infekcja)
•
Jak dotychczas jej droga nie jest dobrze znana,
istnieje wiele teorii.
•
Wiązanie PrPsc do białka PrP wywołuje
konwersję, jednakże jak się sądzi do zmiany
pofałdowania białka wykorzystywany jest
chaperon (Factor x).
•
Kiedy tworzy się kompleks następuje
rozfałdowanie i ponowne pofałdowanie
polipeptydu.
•
Po procesie konwersji kompleks rozpada się a
jego komponenty kontynuują konwersje
kolejnych białek PrPc.
Copyright © 2004 Paweł Satora, Akademia Rolnicza w Krakowie
Priony - Rozwój CJD
•
Spożycie pokarmu zawierającego PrPsc
•
Fragmenty PrPsc zaabsorbowane do krwi/limfy
•
PrPsc zaczyna „rekrutować” PrPc w limfie (nie
patogenna na tym etapie)
•
PrPsc migruje do mózgu poprzez Centralny Układ
Nerwowy
•
Neurony mózgu produkują „płytkę” i umierają –
zainfekowane rejony mózgu przypominają gąbkę
Copyright © 2004 Paweł Satora, Akademia Rolnicza w Krakowie
Rozwój sCJD i nvCJD w zależności od
wieku
Copyright © 2004 Paweł Satora, Akademia Rolnicza w Krakowie
Przypadki BSE i nvCJD