У нас уже 22591 рефератов, курсовых и дипломных работ
Заказать диплом, курсовую, диссертацию


Быстрый переход к готовым работам

Мнение посетителей:

Понравилось
Не понравилось





Книга жалоб
и предложений


 






Название Пути создания биоселективнын полимерный систем комбинированного противовирусного действия
Количество страниц 150
ВУЗ МГИУ
Год сдачи 2010
Бесплатно Скачать 23318.doc 
Содержание Содержание
ВВЕДЕНИЕ 5
Глава I. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ:
(вирусы как продукт природной химии ВМС и химия ВМС как закономерный
инструмент создания противовирусных средств) \ \
1.1. Макромолекулярные основы жизненного цикла вирусов. 11
1.2. Биополимерные аспекты противовирусного иммунитета. 39
1.3. Низкомолекулярные противовирусные агенты и современные проблемы противовирусной терапии 57
1.4. О применении ВМС в сфере создания противовирусных агентов 68
1.5. Проблемы, перспективы и задачи 94
Глава И. МОЛЕКУЛЯРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СТРАТЕГИЯ
СОЗДАНИЯ НОВЫХ ПРОТИВОВИРУСНЫХ СИСТЕМ НА ПОЛИМЕРНОЙ ОСНОВЕ. 97
II. 1. Стратегические приоритеты и молекулярные инструменты 97
Н.2. Прогноз химических структур для создания искусственных ВМС-систем
комбинированной противовирусной защиты 100
П.2.1. Медиаторы косвенного воздействия на вирусы 100 П.2.2. Молекулярные мишени для прямого терапевтического
вмешательства 101
П.2.3. Макромолекулярные аспекты конструирования анти-ВИЧ агентов 105
Глава III. АНИОННЫЕ ПОЛИМЕРНЫЕ НОСИТЕЛИ
ПРОТИВОВИРУСНЫХ ФУНКЦИЙ 118
Ш.1. Полимерные структуры, синтез и особенности управления
макромолекулярными параметрами 118
III. 1.1. Критерии отбора. 118
III. 1.2. Синтетические полимерные аналоги янтарной кислоты 119
III.1.3. Полианионы на основе природных полисахаридов 137
III. 1.4. Модуляция анионогенной активности полимеров 138
Ш.2. Исследование структурно-управляемых биофункциональных свойств 140 анионных ВМС
Ш.2.1. Токсикологическая безопасность 140
Ш.2.2. Иммуномодулирующая противовирусная активность 143
Ш.2.3. Прямая противовирусная активность 148
III.3. Выбор «базовых» полианионных матриц для создания ВМС-систем
комбинированного противовирусного действия 149
Глава IV. ПОЛИМЕРНЫЕ СИСТЕМЫ, СО СТРУКТУРНО УСИЛЕННЫМИ
АДРЕСНЫМИ ПРОТИВОВИРУСНЫМИ ФУНКЦИЯМИ 150
IV.1. Формы и методы синтеза 150
IV. 1.1. Основные подходы к инкорпорации фармакофоров в
макромолекулярные системы базовых полианионов 150

Введение



IV. 1.2. Введение фармакофоров на стадии полимеризации 154 IV.1.3. Введение фармакофоров на стадии полимераналогичной

модификации 155

IV.2. Продукты синтеза «бинарных» систем «Полианион-фармакофор» 160

IV.2.1. Общая структурная формула и сводная таблица синтезированных

систем 160

IV.2.2. Адамантан- содержащие полианионные системы 166

IV.2.3. Норборнан- и норборнен- содержащие поланионные системы 171

IV.2.4. Циклоалкан- и фенил- содержащие полианионные системы 174

IV.2.5. Полиметилен- и холестерин- содержащие полианионные системы 178

IV.2.6. Азидотимидин- содержащие полианионные системы 183

IV.3. Имитаторы ВИЧ-специфических рецепторов клеток человека 184

IV.3.1. Анализ структурно-функциональной организации природных

ВМС - рецепторов CCR5 и CXCR4 184

IV.3.2. Принципы структурно-функционального конструирования синтетических полимерных имитаторов ВИЧ- восприимчивых

рецепторов 187

IV.3.3. Продукты синтеза рецептор-имитационных полимерных систем 191

Глава V. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ «СТРУКТУРА-АКТИВНОСТЬ» ФАРМАКОФОР-МОДИФИЦИРОВАННЫХ ПОЛИАНИОННЫХ СИСТЕМ 193

V.I. Общие закономерности модуляции биофункциональных свойств на уровне

разработанных ВМС-систем 194

V. 1.1. Токсикологическая безопасность 194

V. 1.2. Модуляция противовирусного потенциала полианионов 198

V. 1.3. Модуляция противовирусного потенциала фармакофоров 199 V.I.4. Расширение диапазона защиты от различных вирусов и синергизм

действия 202

V.2. Многоуровневая комбинированная защита от ВИЧ 204

V.2.I. Мембранотропные полианионные системы, содержащие

фармакофоры каркасной структуры и их моноциклические аналоги 205

V.2.2. «Raft» - акцентированные мембранотропные системы 237

V.2.3. Имитаторы ВИЧ-специфических рецепторов клеток человека 238

V.3. К вопросу о предотвращении лекарственной резистентности вирусов 245

Глава VI. МУЛЬТИКОМБИНИРОВАННЫЕ

ИНТРА- И ИНТЕР- ПОЛИМЕРНЫЕ СИСТЕМЫ 248

VI. 1. Интер-полимерный синергизм и антагонизм биологического действия

полимерных систем в режиме вариации структуры фармакофора 250

VI.2. Интра-полимерные системы кооперации различных групп

противовирусных фармакофоров 255

VI.3. Интер-полимерные комплексы и иные надмолекулярные системы 262

VI.3.1. Интерполимерные комплексы 263

VI.3.2. Гидрогели 269

VI.3.3. Микрочастицы 270

VI.3.4. Липосомы 272

ЗАКЛЮЧЕНИЕ (итоги, перспективы, выводы) 275

ЛИТЕРАТУРА 280

Приложение к разделу 1.2 обзора литературы 327

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 332

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность и состояние проблемы

Рост и интенсификация жизнедеятельности человека в экологической системе планеты порождает встречную эволюцию вирусов, специализированных на эксплуатации биоресурсов человеческого организма [1]. Уже сегодня известно не менее 1500 вирусных генотипов, способных поражать клетки человека, приводя к различным заболеваниям, включая энцефалиты, гепатит, раковые опухоли, СПИД. Природный иммунитет проигрывает вирусам в эволюционном соревновании, а значит, возникает актуальная необходимость искусственного вмешательства, которое, на наш взгляд, неразрывно связано с целенаправленным развитием соответствующих разделов науки о полимерах медицинского назначения.

Анализ известных научных данных (глава Г) показывает, что молекулярный фундамент вирусных частиц, их паразитической интеграции в клетки и естественных иммунных реакций составляют биополимерные формы ВМС. В то же время традиционные подходы к созданию противовирусных препаратов основаны на химии низкомолекулярных соединений (НМС). Это несоответствие закономерно становится объективным препятствием полноценному развитию медицинской практики в данной области охраны здоровья и жизни человека.

Физико-химическая основа недостаточной эффективности НМС - ограниченность потенциала молекулярного воздействия «малых» молекул на вирусные ВМС узкими рамками соразмерно «малых» - точечных (локально-специфичных) взаимодействий. При этом вирусы, как мобильные генетические паразиты, способны к быстрым мутационным изменениям химических структур, подпадающих под точечную блокаду, и легко выходят из-под контроля таких препаратов. Поэтому применение НМС-лекарств сопровождается формированием вирусных мутантов, невосприимчивых к традиционным лекарственным средствам [1-3]. На практике цена вопроса только по линии ВИЧ/СПИД за четверть века его истории достигает сотни миллионов человеческих жизней.

Все более очевидной становится востребованность новых подходов к созданию высокоэффективных противовирусных препаратов с целенаправленным использова-ниием достижений современной химии ВМС [2]. К моменту постановки диссертаци-

онной работы (1980-е годы) это направление только набирало силу, и к настоящему времени можно отметить ряд успехов в области создания ВМС-микробицидов, полиэлектролитных иммуноадъювантов и синтетических вакцин (раздел 1.4). Однако в целом исследования ВМС противовирусного назначения все еще далеки от системного теоретического анализа и эффективного практического развития. В центре проблемы, на наш взгляд, - разрозненность узко-специализированных поисковых направлений, при объективной неспособности каждого отдельно взятого направления полноценно решить важнейшую задачу - предотвращения мутационной адаптации вирусов. Цель и задачи диссертационного исследования

Ключевая идея диссертационной работы заключается в кооперации различных потенциальных возможностей химии ВМС в целях создания адекватных вирусной угрозе принципиально новых макромолекулярных систем расширенного диапазона эффективной противовирусной защиты: 1) в ряду огромного разнообразия вирусных патогенов - с возможностью блокады не одного вида вирусов, а, по крайней мере, нескольких опасных разновидностей; 2) в системе координат жизненного цикла конкретного вируса - с возможностью блокады не одной молекулярной мишени а, нескольких - критических в цепи инфекционно-молекулярных событий. Речь идет о развитии принципов и методов молекулярного конструирования полимерных систем комбинированного противовирусного действия. Не менее актуальна и биоселективность создаваемых ВМС с точки зрения избирательного достижения противовирусной защиты при эффективных концентрациях (ЕС), существенно меньших, чем концентрации токсикологического риска (ТС). В итоге планировалось создание противовирусных ВМС с индексом селективности IS = ТС/ЕС - 30, - перспективных для продвижения в клиническую практику.

Таким образом, целью диссертационной работы является развитие молекулярно-функциональной стратегии и методов полимерного синтеза нового поколения высокоэффективных ВМС-систем, обладающих расширенным диапазоном комбинированного воздействия на вирус-специфические мишени при минимальном уровне токсичности.

В задачи исследования входило:

1. Анализ молекулярной организации вирусов человека (в первую очередь - ВИЧ) и вирус-специфических процессов на уровне природных ВМС для выявления причин недостаточной эффективности естественных (иммунных) и известных искусственных

механизмов противовирусной защиты.

2. Теоретический прогноз рабочих структурно-функциональных моделей для создания искусственных ВМС-систем адекватной противовирусной защиты.

3. Разработка полимерных матриц, обладающих собственным потенциалом противовирусной защиты и оптимизация их параметров;

4. Проектирование и синтез биоселективных полимерных систем комбинированного противовирусного действия, сочетающих активность полимерных матриц с вирус-ингибирующими функциями НМС-фармакофоров различной химической природы, строения и специфичности.

5. Выявление закономерностей «структура - активность», анализ биофункциональной эффективности альтернативных схем интра- и интер-полимерной кооперации химических носителей вирус-ингибирующих функций, разработка критериев оптимизации целевых свойств и создание опытных образцов, перспективных для продвижения в клиническую практику.

Научная новизна.

Цели и задачи диссертационного исследования предполагали по существу разработку нового научного направления и создание принципиально новых полимерных продуктов с уникально широким спектром регулируемых противовирусных функций.

Предложена макромолекулярная стратегия, и разработаны конкретные формы и методы целенаправленного синтеза (глава II) многофункциональных ВМС-систем, в которых преимущества полиэлектролитного состояния вещества (как активного фактора иммуностимуляции) оптимизированы по параметрам структура -активность — безопасность {глава III) и соединены с дополнительной биоселективной активностью специализированных химических структур (фармакофоров), обретающих мощный потенциал адресного вирус-блокирующего действия в условиях разработанных нами схем оптимально организованной интра- и интерполимерной химической кооперации (главы 1V-VII).

В отличие от доминирующих молекулярных подходов к химиотерапевтической блокаде вирусов внутри уже инфицированной клетки, когда неизбежен эффект «терапевтического запаздывания», избрана молекулярная стратегия «опережающего действия». В качестве ключевого приоритета выбраны ВМС-системы мембранотроп-ного типа и синтетические имитаторы природных вирус-восприимчивых рецепторов

клеточных мембран, позволяющие блокировать инфекционный процесс на самых начальных этапах - проникновения вирусов в клетки.

Решен ряд ранее недостаточно исследованных частных вопросов классической химии ВМС, включая: особенности участия малеинового ангидрида в конкурирующих реакциях радикальной полимеризации (роста, передачи цепи), диен-диенофильного присоединения; обрыва цепи на аддукты Дильса-Альдера; частные аспекты регулирования структуры и степени полимеризации полимерных аналогов янтарного ангидрида и янтарной кислоты; реакционной активности полимерных ангидридов, конкурентных реакций их гидролиза, аминолиза и алкоголиза и др., а также системное исследование ранее неизвестных закономерностей и целенаправленная оптимизация комплекса параметров «структура — биофункциональная активность».

В итоге создано новое поколение биоселективных полимерных систем с уникально широким комплексом химически регулируемых противовирусных функций: 1) иммуномодуляции, 2) ингибирования вирусной адсорбции, 3) мембрано-протекторной блокады вирусной фузии и 4) рецептор-имитационного вмешательства в жизненный цикл вирусов. Новые ВМС продукты отличаются широким спектром противовирусной защиты, повышенной эффективностью и предотвращают формирование лекарственно-резистентных вирусных мутантов.

Авторские приоритеты диссертанта в данной области подтверждены пионерскими публикациями в ведущих отечественных и зарубежных журналах, российскими и международными патентами.

Работы выполнены в ходе плановых исследований Института нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН, а также плановых и инициативных исследований ИЦ биомодуляторов и лекарственных соединений НИФ Здоровья в сотрудничестве с Самарским ГУ (проф. Климочкин Ю.Н. и сотр.), Днепропетровским национальным университетом Украины (проф. Касьян Л.И. и сотр.), ведущими медико-биологическими и вирусологическими центрами России: НИИ вирусологии им. Д.И. Ивановского РАМН, Москва (проф. Ершов Ф.И., Носик Н.Н. и сотр., проф. Баринский И.Ф. и сотр., проф. Букринская А.Г. и сотр., д.м.н. Карамов Э.В. и сотр), НИИ Гриппа РАМН, Санкт-Петербург (д.м.н. Козелецкая К.Н. и др.), ГНЦ ВБ «Вектор», Кольцово, Новосибирской обл. (к.м.н. Тимофеев И.В., Перминова Н.Г. и сотр.); Бельгии: Rega Inst. for Med. Research, Leuven, (prof. E. De Clercq и сотр.); США: Univ. of Nebraska Med. Center

Omaha, and Univ. of Massachusetts Med. School, Program in Molecular Medicine, Worchester (prof. M. Stevenson и сотр.), National Inst. of Child Health and Human Development, NIH, Bethesda (Dr. L. Margolis и сотр.) и др.. Часть исследований выполнена при поддержке МНТЦ/ВТЕР (США) - партнерский Проект 2175р.(2001 - 2005 гг.). Основные положения, выносимые на защиту

1. Макромолекулярное конструирование ВМС, обладающих комплексом свойств комбинированной противовирусной защиты при минимальной токсичности (на уровне биоселективности IS > 30).

2. Исследование противовирусного потенциала природных полисахаридов и синтетических полимерных аналогов янтарной кислоты в зависимости от их структуры и макромолекулярных параметров.

3. Исследование особенностей частных механизмов радикальной сополимеризации малеинового ангидрида (включая процессы, осложненные реакцией Дильса-Альдера) в целях регулирования ММ продуктов.

4. Исследование последовательных и конкурирующих реакций алкоголиза, аминолиза и гидролиза сополимеров малеинового ангидрида в целях управляемой модификации фармакофорными реагентами различной структуры и термолабильности.

5. Разработка рациональных схем синтеза и синтез бифункциональных макромолекулярных систем (AS.PF) на основе анионных ВМС (AS) и фармакофоров (PF) потенциально противовирусного действия в ряду: трициклических каркасных производных адамантана; синтетических аналогов бициклических каркасных терпеноидов; полициклических каркасных соединений более сложного строения; полициклических некаркасных структур на основе холестерина; моноциклических некаркасных углеводородов; ациклических липофильных углеводородов; производных азидотимидина;

6. Макромолекулярное конструирование и синтез полимерных имитаторов естественных клеточных рецепторов ВИЧ, в целях защиты клеток человека от инфицирования вирусными штаммами различной рецепторной специфичности.

7. Создание и исследование мультифункциональных противовирусных систем на основе интра- и интерполимерных комбинаций вышеперечисленных типов ВМС. Апробация работы. Материалы исследований по теме диссертации доложены и обсуждены на всесоюзных, российских и международных конференциях, в частности: "Синтетические полимеры мед. назначения" (Киев, 1989; Звенигород, 1991), по

10

полимерам для передовых технологий (Пиза, Италия, 1995; Лейпциг, Германия 1997); по фарм. технологии (Париж, Франция, 1998); "Человек и лекарство" (Москва, 1996, 1997, 1998, 2000); по ВИЧ, СПИДу, раку и родственным проблемам (Санкт-Петербург: 1992, 1993, 1995, 1997, 1999, 2000, 2002; Женева, Швейцария, 1999; Тампере, Финляндия, 1999, Тулон, Франция, 1999); Международного и европейского обществ микробиологов (Иерусалим, Израиль, 1996; Сидней, Австралия 1999; Любляна, Словения, 2003); Международного общества противовирусных исследований (Венеция, Италия, 1993; Иерусалим, Израиль, 1999; Балтимор, США, 2000; Прага, Чехословакия, 2002; Саванна, США, 2003; Тусон, США 2004); Микробициды 2004 (Лондон, Великобритания); и др. (более 80 докладов). Структура и объем диссертации.

Диссертационная работа изложена на 333 стр. машинописного текста и состоит из введения, 6 глав, заключения и списка цитируемой литературы (546 наименований). Диссертация иллюстрирована 52 рисунками, содержит 37 таблиц.

В главе 1 представлен обзор современных данных о фундаментальной роли природных ВМС во взаимоотношениях вирусов, клеток и иммунитета с акцентом на конкретные механизмы ВИЧ-инфекции, а также о задействованных ресурсах химии НМС и ВМС для создания искусственных противовирусных средств. Дан анализ проблемы, обоснованы цели и задачи исследования.

В главе 2 сформулированы стратегические приоритеты синтеза противовирусных ВМС нового поколения и обоснован теоретический прогноз наиболее перспективных направлений синтеза анти-ВИЧ-блокирующих полимерных систем.

В главе 3 рассмотрен синтез, биофункциональный анализ и селекция «базовых» полианионных матриц.

В главе 4 описаны формы, методы и продукты синтеза фармакофор-модифицированных полианионных систем.

Глава 5 посвящена исследованию закономерностей и направлений оптимизации «структура - активность - биоселективность» би-потенциальных полимерных продуктов полианион-фармакофор.

В главе 6 освещены вопросы создания и исследования мультикомбинированных интра- и интерполимерных систем противовирусной защиты и опытных лекарственных форм.

11

Глава I. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Вирусы как продукт природной химии ВМС и химия ВМС как закономерный инструмент

создания противовирусных средств

1.1. МАКРОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОСНОВЫ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ВИРУСОВ

ВИРУСЫ — внутриклеточные генетические паразиты, использующие энергетические и материальные ресурсы клеток для воспроизводства себе подобных.

1.1.1. ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ ВИРУСОВ в общем случае состоит из 4-х фаз:

3. Внеклеточная

мигсаиия

2. «Выход» из клетки

вирусного потомства

4. Проникновение в клетки

I. Внутриклеточная

репликация

.

Рис. 1. Жизненный цикл вируса. Схема.

1) внутриклеточная фаза инфекционной интеграции в биосинтетический аппарат клетки и синтеза многократных копий (репродукция) себе подобных,

2) сборка, «созревание» и выход вирусного потомства за пределы «родительской» клетки в форме максимально компактных микрочастиц - «вирионов»,

3) внеклеточная миграция вирионов в поисках новых клеток, подходящих («пермиссивных») для продуктивного инфицирования,

4) распознавание пермиссивной клетки, специфическая адсорбция на ее поверхности и проникновение внутрь клетки (инфицирование).

В силу паразитического способа жизнедеятельности на основе эксплуатации биосинтетического аппарата клеток, вирусы построены на том же «базовом строительном материале», что и клетки, молекулярный «фундамент» которых составляют полимерные ВМС природно - биологического происхождения: 1) полинуклеиновые кислоты (ДНК, РНК), 2) полипептиды (белки) - биоспецифические полиамиды, 3) полисахариды (углеводы), не исключая также 4) полиметиленовые (олигомерные) фрагменты липидов.

12

1.1.2. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ВИРИОНОВ

Особенностью молекулярной организации вирусов вне клетки (когда вирус «отрезан» от ресурсов клетки-хозяина) является максимально экономная консервация наследственно существенной информации вируса на минимальном объеме молекулярных носителей, плотно упакованных в наночастицы (20-1000 нм). В данной фазе вирус выделяется из сложной мультимолекулярной системы клетки и наиболее четко обретает черты обособленного биологического объекта -вирусной частицы - «вириона». Поэтому основные системы классификации вирусов основаны именно на классификации структуры и свойств вирионов, и в первую очередь - их молекулярной организации (табл.1).

Таблица I

ВМС- характеристики и классификация основных вирусов человека и животных (обобщенный анализ литературных данных [4-8])

1. ВИРУСЫ БЕЗ ОБОЛОЧКИ (без внешней липидной мембраны)

Морфология

(архитектура) вириона*

Геном (ММТ(Г) характеристики**

Белки

Углеводы

Заболевания

1.1, Семейство ПИКОКРНАВИРУСОВ (Picornaviridae), более 230 разновидностей

икосаэдр

20-30 нм

1.33-1.45 г/см2

+ РНК (2-3)

однонитевая

1 нуклеокапсидный 4 капсидных белка -12-пентамеров по 5 протомеров________

Полиомиелит, гепатит А, ящур и др.

1.2. Семейство КАЛИЦИВИРУСОВ (Caliciviridae), не менее 2

эазновидностей

икосаэдр 27-38 нм

+ РНК (2.6-2.8) однонитевая

1 главный и

2 минорных

Гепатит Е и др.

1.3. Семейство РЕОВИРУСОВ (Reoviridae), не менее 7 разновидностей

Икосаэдр

двухслойный

60-80 нм

РНК (12-19) двунитевая 10-12 фрагментов (0.2)-(3.0)

> 4 капсидных и > 3 супер-капсидных белка, гемаглютинин

Респираторные и

кишечные

заболевания

1.4. Семейство ПАРВОВИРУСОВ {Parvoviridae), не менее 12 разновидностей

икосаэдр 18-26 нм 1.40 г/см2

ДНК (1.5-2.2) однонитевой

2 структурных белка

Эритема и др.

1.5. Семейство ЦИРЦИНОВИРУСОВ (Circinoviridae), не менее 10 разновидностей

икосаэдр 30-50 нм

ДНК

однонитевая кольцевая

О

1 капсидный белок VP1

Возможно гепатит.

1.6. Семейство ПОЛИОМА и ПАПИЛОМАВИРУСОВ, более 120 разновидностей

икосаэдр 45-55 нм

днк

двунитевая

2-7 и более структрнх белков

Папилломы, онкогены, заболевания почек

1.7. Семейство АДЕНОВИРУСОВ (Aderwviridae), не менее 100 разновидностей

икосаэдр

70-100 нм

1.33-1.34 г/см2

ДНК (20-30) двунитевая линейная

11 поли-пептидов 240 гексонов

12 пентонов

Гликопро-теиновые нити (фибры)

Острые

респираторные инфекции Онкогены

13

Продолжение таблицы 1

2. ВИРУСЫ С ОБОЛОЧКОЙ (родственной мембранам клеток)

Морфология

(архитектура) вириона*

Геном (MM 10"6) характеристики**

Белки

Углеводы

Заболевания

2.1. Семейство ФЛАВИВИРУСОВ {Flaviviridae), намного более 15 разновидностей

сфероид 40-60 нм

+ РНК

однонитевая

Капсидный и 2 гликозили-рованных белка оболочки

Глико-

протеиновые

шипы

Энцефалиты. Лихорадки, Гепатиты С, G и др.

2.2. Семейство ТОГАВИРУСОВ (Togaviridae), не менее 9 разновидностей

сфероид 30-90 нм

1.23-1.25 г/см2

+ РНК (4)

однонитевая

Нуклео-

капсидный,

капсидный

Глико-

протеиновые

шипы

Энцефало-

миелиты,

лихорадки

2.7. Семейство КОРОНАВИРУСОВ (Coronaviridae), не менее 00 разновидностей

сфероид 80-220 нм

+ РНК (9)

однонитевая

1 нуклео-капсидный, и 2-3 оболочеч-ных белка

Гликопро-теиновые шипы (пепломеры)

Респираторные инфекции

2.5. Семейство РЕТРООВИРУСОВ (Retroviridae), не менее 150 разновидностей

сфероид

80-130 нм

1.16-1.18 г/см2

+ РНК (6-10) однонитевая 2 идентичных фрагмента

Нуклеокап-сид, капсид, гликопротеи-ны, ферменты

Глико-

протеиновые

шипы

ВИЧ-СПИД

Онкозаболевания

2.4. Семейство ОРТОМИКСОВИРУСОВ (Orthomixoviridae), более 00 разновидностей

сфероид

80-120 нм

1.19-1.22 г/см2

- РНК (5)

однонитевой 7-8 фрагментов

Нуклеокапсидн ый, капсидные белки,

гликопротеины оболочки

Гликопротеи-новые шипы (гемагглюти-нин и нейра-минидаза)

Грипп А, В и С

2.3. Семейство ФИЛОВИРУСОВ {Filoviviridae), не менее 2 разновидностей

нитевидный 80-1000 нм

¦РНК

однонитевой

Нуклеокапсид, Нуклео-протеины оболочки

Глико-протеиновые шипы (спикулы)

Лихорадки

Эбола,

Мальбург

2.6. Семейство РАБДОВИРУСОВ (Rhabdoviridae), не менее 80

разновидностей

ШМ

цилиндр

60-80 х 130-300 нм 1.19-1.21 г/см2

- РНК (3.8-4.5)

однонитевая

линейная

Нуклеопротеин , матриксный белок,

гликопртеин оболочки

Гликопро-

теиновые шипы

Бешенство

2.8. Семейство ПАРАМИКСОВИРУСОВ (Paramyxoviridae), более 10 разновидностей

сфероид

150-300 нм

1.19-1.22 г/см2

- РНК (5.5-7.5)

однонитевая

линейная

3 нуклеокап-сидных и матриксный белки, 3 белка и 2 гликоптеина оболочки

Глико-протеиновые

Корь,

энцефалит, парагрипп, паротит и др

2.9. Семейство БУНЬЯВИРУСОВ (Bunyaviridae), не менее 200

разновидностей

сфероид

35-120 нм

1.19-1.20 г/см2

- РНК (6-15) однонитевая кольцевая 3 фрагмента

OOP

гликопротеины

Глико-протеиновые

Энцефалиты, лихорадки, гепатит D и др.

14

Продолжение таблицы 1

Морфология

(архитектура) вириона*

Геном (ММ'КГ) характеристики* *

Белки

Углеводы

Заболевания

2,10. Семейство АРЕНАВИРУСОВ (Arenaviridae), не менее 6 разновидностей

сфероид / овал

50-300 нм 1.17-1.20 г/см2

РНК (3-5) однонитевая 2 фрагмента L (2.1-3.2) ____

s (1.1-1.6) О

Нуклеокапсид рибосомоподо-бные частицы, гликопротеины оболочки

Глико-

протеиновые

шипы

Хорио-

менингит,

геморрагии-

ческие

лихорадки

2.11. Семейство ГЕПАДНАВИРУСОВ (Hepadnaviridae), не менее 2 разновидностей

сфероиды и нити > 42 нм

ДНК (1.6) двунитевая кольцевая

Нуклеопроте-ин, белки сердцевины и гликопротеины оболочки

Глико-

протеиновые

выступы

Гепатит В

2.12. Семейство ГЕРПЕСВИРУСОВ (Herpesviridae), не менее 8 разновидностей

сфероид 150-200 нм .26-1.29 г/см2

ДНК (90-130)

двунитевая

линейная

1 или 2 фрагмента

162 капсомера

гликопротеины

ферменты

Глико-

пртеиновые

шипы

Герпес 1-8 типа

2.13. Семейство ПОКСВИРУСОВ (Poxviridae), намного более 20 разновидностей

овал 130-400 нм

ДНК (85-240) Двунитевая с замкнутыми концами

ЩИПНИ"""

Более 30

структурных

белков

Натуральная оспа и др.

* По типу надмолекулярной архитектуры - морфологическому признаку наличия или отсутствия внешней липидно-мембранной оболочки вирусы подразделяются на два основных типа: простые вирусы (или безоболочечные) и сложные вирусы (или оболочечные). Простые вирусы состоят из генома (РНК или ДНК) и белкового «футляра» - капсида (от лат. capsa - футляр). Оболочечные вирусы окружены дополнительной оболочкой липидной мембраны. Внешняя поверхность как простых, так и сложных вирионов обычно модифицирована гидрофильными фрагментами гликопротеинов.

** По типу молекулярного носителя генома вирусы классифицируются на ДНК- и РНК- вирусы, которые в свою очередь подразделяются на однонитевые и двунитевые. У части вирусов однонитевые молекулы РНК имитирует функцию информационной РНК клетки и способны передавать информацию прямо на биосинтетический аппарат рибосом. Такие РНК принято обозначать знаком «+», а вирусные РНК, не способные непосредственно выполнять функции иРНК, - знаком «-». ММ - средняя молекулярная масса генома.

МОЛЕКУЛЯРНО-ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ВИРИОНОВ

Приоритеты молекулярного состава вирионов эволюционно сформировались соответственно их биологической миссии - переноса вирусного генома к новой клетке, пригодной для инфицирования и продукции вирусного потомства. Успешность этой миссии связана с комплексом функциональных задач и наличием соответствующего им арсенала «молекулярных инструментов и средств» {табл.2).

Химический состав вирионов просто организованных вирусов ограничивается полинуклеиновыми кислотами (ДНК или РНК), ассоциированными с макромолекулами вирусных белков в виде нуклеопротеиновых частиц (нуклеокапсидов). Белковые молекулы обычно образуют оболочку вокруг генома - капсид, или

15

многослойную оболочку - суперкапсид. Более сложно организованные вирионы содержат дополнительные липидно-мембранные оболочки и в этом случае они классифицируются как «оболочечные» (табл.]). Внешняя поверхность, как простых, так и сложных вирионов обычно содержит гидрофильные и структурно-специфичные углеводные фрагменты (в составе гликопротеинов).

Таблица 2.

Молекулярные носители основных функций вирусных частиц (обобщенный анализ литературных данных [4-8])

Функции Молекулярные носители

Носитель генетической программы вируса (геном) ¦ Полинуклеиновые кислоты (ДНК или РНК). ¦ Белки - в уникальном случае вирусов - «прионов»

Средства защиты генома от воздействия факторов внеклеточной среды ¦ Белки (и гликопротеины) нуклеокапсида, капсида. ¦ Липиды - в случае оболочечных вирусов - внешний бислой на основе липопротеинов и (или) липидных мембран, подобных плазматическим мембранам клеток

Стимуляторы перехода во внеклеточную водную фазу и перемещения в межклеточной среде ¦ Белки (и углеводы) - гидрофильные зоны макромолекул внешней поверхности, обычно дополнительно солюбилизирован-ные гидрофильными углеводными фрагментами. ¦ Липиды - в случае оболочечных вирусов - гидрофильная часть внешней поверхности липидных мембран

Сенсоры поиска и распознавания клеток, подходящих для репродукции вирусного потомства (пермиссивных клеток) ¦ Белки, несущие избыточный положительный заряд (обогащенные катионогенными аминокислотами: аспарагином, лизином, гистидином), как фактор электростатической ориентации вириона в сторону избыточного отрицательного заряда клеточных поверхностей. ¦ Белки (и углеводы) внешней поверхности вириона, специализированные, как лиганды специфического взаимодействия с конкретными рецепторами внешней поверхности клеток-мишеней.

Инструменты «вскрытия» защитных барьеров пермиссивной клетки и проникновения в клетку (т.е. ее инфицирования); ¦ Белки (и углеводы) внешней поверхности вируса, провоцирующие пино- или эндоцитоз, или (и) слияние (фузию) защитных мембран клетки с оболочкой вириона. ¦ Липиды внешней оболочки оболочечных вирусов - как фактор фузии с родственным липидным матриксом клеточных мембран

Комплекс вспомогательных функций обслуживания вирус-специфических реакций и процессов ¦ Белки (и углеводы) с ферментативными и биорегуляторными функциями, селективно переключающими «ненужные вирусу» нормальные процессы клетки на запуск вирус-специфических реакций

Низкомолекулярные соединения и водная фаза, составляющие до 90% массы клеток и играющие важную роль в динамике клеточного жизнеобеспечения, утрачивают существенное значение для вирионов. Внеклеточная «молекулярная программа» вируса рассчитана не на активную жизнедеятельность, а, напротив, на минимизацию молекулярных ресурсов, исключительно существенных для переноса

16

вирусной генетической программы к новой клетке, и эволюционная селекция безошибочно определила полимерные формы вещества, как оптимальные для этих целей.

Таким образом, фундамент молекулярной организации вирионов, составляют биосинтетические ВМС полимерного типа в следующем порядке убывания «молекулярных приоритетов»: 1) полинуклеиновые кислоты (ДНК или РНК), 2) полипептидные структуры (белки), 3) полисахаридные структуры (углеводы), 4) полиметиленовые (олигомерные) фрагменты липидов:

1) Полинуклеиновые кислоты1*.

Полимерный остов:

(1) НО—РСН2 Y 1 Y-cm.[9]

РНК (Х= ОН) ДНК(Х=Н)

п Входят в состав практически всех вирусов (до 100% массы, вирусных частиц)

2) Полипептидные соединения - белки (полиамиды белковой природы)2*.

Полимерный остов:

НО—TcO-C-NH^j-----Н

L / \ Jn

R!i R2i R-cm[9]

Входят в состав подавляющего большинства вирусов (до 90% массы вирусных частиц)

В отличие от клеток, где роль генома играют двунитевые макромолекулы ДНК, геном вирионов устроен максимально экономно. Он существенно меньше клеточного по молекулярной массе (1-250 х 10й) и информационной емкости (от нескольких до нескольких сотен генов). Ряд вирусов приспособился к переносу функций генома на упрощенных молекулярных носителях — однонитевых ДНК, и далее РНК молекулах. Молекулярные признаки генома вириона занимают одно из центральных мест в системе классификации вирусов, которые разделяют на две основные группы ДНК- и РНК-вирусы (соответственно, около 20 и 80% известных вирусов животных и человека). В свою очередь ДНК вирусы подразделяются на вирусы с двунитевой и однонитевой ДНК, а РНК-вирусы — на вирусы с двунитевой, «плюс»-однонитевой, и «минус»-однонитевой РНК, а также с двумя идентичными «плюс»-РНКмолекулами генома (табл. I, с. 12).

Белки, входящие в структуру вирионов называются «структурными», в отличие от «неструктурных» белков, синтез которых инициируется вирусом только на период репликации внутри инфицированной клетки, но которые не включаются в состав вирусной частицы, выходящей из клетки. В химический состав вириона вируса табачной мозаики входит только один тип белка небольшой молекулярной массы (ММ = 17103), вирионы некоторых фагов содержат 2-3 разновидности белка, просто организованные вирусы животных — 3-4, а сложно устроенные вирионы могут включать до нескольких десятков белков различного строения [4, 6, 8]. Белки, концентрирующиеся вокруг вирусного генома, формируют капсид (от лат. cupsa - футляр) для упаковки генома и его защиты от воздействий внешней среды. Однако роль вирусных белков не ограничивается исключительно защитными функциями: сложно устроенные вирионы могут иметь существенно более широкий спектр белковых молекул различной специализации (частично упомянутой в табл.2).

17

3) Олиго- и полисахариды (углеводы)3*.

Полимерный остов:



НО-

kr°-ftl

УЗ

у. у

Х5

У2

У7 У6 X;, yj = Н, ОН, СН2ОН

(3)

—оЦ—н

Фрагментарно входят в состав многих вирусов, в основном, как модификаторы белков _______________________(до 15% массы вирусных частиц)_______________________

4) Липиды

Углеводородно-олигомерная или полициклическая основа, например: Н-

(4)

Ri = - , н, Alk

полиметиленовый фрагмент липидов фрагмент молекулы холестерина входят в состав только оболочечных вирусов (до 33% массы вирусных частиц)

НАДМОЛЕКУЛЯРНАЯ АРХИТЕКТУРА (МОРФОЛОГИЯ) ВИРИОНОВ

Характерной особенностью ВМС- компонент вирионов является склонность к взаимной самопроизвольной агрегации в надмолекулярные комплексы (капсомеры и др.) с последовательной ассоциацией в более сложные агрегаты (нуклеокапсиды, капсиды, суперкапсиды), имеющие у большинства вирусов правильные пространственно симметричные формы. Данное свойство обеспечивается достаточно строгой комплементарностью третичных структур макромолекул, обретающих минимум свободной энергии в процессе взаимной агрегации. Принцип минимизации свободной энергии вирусных макромолекул в процессе их последовательной ассоциации имеет фундаментальное значение для

Углеводные олиго- и полисахаридные фрагменты встречаются в составе многих вирионов. Как правило, они химически связаны с полипептидными макромоле-кулами - в форме гликопротеинов - и концентрируются на внешней поверхности вирусных частиц, повышая сродство к водной фазе [4, 10]. Обычно гидрофобная часть гликопротеина с концевой СООН группой (С-конец) погружается («заякоривается») в гидрофобных зонах капсида или оболочки вириона, а гидрофильная - углеводная часть с концевой аминогруппой (N-конец) обращена во внешнюю водную фазу. Углеводные фрагменты участвуют также в рецепторной специализации вирусной поверхности, причем у многих вирусов гликопротеиды формируют на внешней поверхности вириона «молекулярные щупальца» размером до 7-10 нм, способные селективно распознавать поверхностные рецепторы клеток-мишеней и специфически сорбироваться на них.

А

Липиды встречаются только в составе сложно организованных вирусов «оболо-чечного» типа, покрывая поверхность вирусной частицы дополнительной оболочкой гидрофобной защиты и поверхностно-активной стабилизации. Обычно липиды захватываются вирионом из плазматической мембраны клетки-хозяина в пропорции 50-60% фосфолипидов и 20-30% холестерина [4]. Подобно клеточной мембране, липидный матрикс вирусной оболочки агрегирует гидрофобные («мембранные» и «трансмембранные») зоны гликопротеинов, активно участвуя в формировании функционально зрелой поверхности вириона.
Список литературы
Цена, в рублях:

(при оплате в другой валюте, пересчет по курсу центрального банка на день оплаты)
1425
Скачать бесплатно 23318.doc 





Найти готовую работу


ЗАКАЗАТЬ

Обратная связь:


Связаться

Доставка любой диссертации из России и Украины



Ссылки:

Выполнение и продажа диссертаций, бесплатный каталог статей и авторефератов

Счетчики:


© 2006-2016. Все права защищены.
Выполнение уникальных качественных работ - от эссе и реферата до диссертации. Заказ готовых, сдававшихся ранее работ.