БЕСКЛЕТОЧНЫЕ

Вирусы, их химический состав, строение и воспроизведения

Вирусы изучает наука вирусология. Основателем этой науки считается русский ученый Д. И. Ивановский (1864-1920), который, изучая мозаичное заболевания табака, открыл в 1892 году ранее неизвестные субмикроскопические существа. В 1898 году выдающийся голландский микробиолог М. В. Бейеринк подтвердил это открытие и предложил назвать возбудителя мозаичной болезни вирусом ( лат. Virus - яд ). В 1915 году английский бактериолог Ф. Туорт, а в 1917 году французский ученый Ф. Д'Эрель, независимо друг от друга открыли вирусы бактерий, названные Ф. Д'Эрель бактериофагами ( "пожиратели бактерий»). Особого развития эта наука понесла после того, как стало известно, что такие опасные для человека заболевания, как грипп, оспа, корь, ящур, бешенство и другие обусловленные вирусной инфекцией. Систематическое изучение вирусов началось лишь в 30-е годы XX в. - После изобретения электронного микроскопа. В последующие годы изучение вирусов сыграло важную роль в развитии эпидемиологии, иммунологии, молекулярной генетики и других разделов биологии. Основными направлениями исследований современной вирусологии являются:

• изучение свойств вирусов человека, животных, бактерий, растений и других организмов, особенностей их взаимодействия с клеткой, механизмов организации и реализации генома вирусов;

• изучение патогенеза вирусных инфекций, механизмов поражения различных органов и систем;

• разработка методов определения вирусов и методов диагностики вызываемых ими заболеваний;

• изучение закономерностей циркуляции вирусов в различных биоценозах;

• разработка мер борьбы с вирусными инфекциями и их профилактики; .

• разработка новых биотехнологий по созданию эффективных вакцинных препаратов и тому подобное.

Изучение вирусов поможет понять их значение в структуре живой природы и осуществить успешную профилактику и лечение вирусных болезней.

Особенности строения и состава вирусов. Наиболее существенными признаками, которые отличают вирусы от других организмов, есть;

1. Отсутствие клеточного строения, поэтому вирусы являются особой группой неклеточных форм жизни.

2. Очень малые размеры, которые измеряются нанометрами. Размеры различных вирусов колеблются от 10 до 300 нм. Примером крупных вирусов является вирус оспы, средних размеров - вирус гриппа, малых размеров - вирус энцефалита.

3. Относительно простой химический состав. Простые вирусы состоят из белков и одного вида нуклеиновой кислоты (РНК или ДНК, вследствие чего различают РНК и ДНК-содержащие вирусы). Сложные вирусы имеют еще белки, липиды, углеводы и другие вещества. Кроме названных компонентов, в состав всех вирусов входят катионы металлов. Белки вирусов разделяют на структурные и ферментные.

Д. Ивановский

Д. Ивановский

4. Разнообразие организации генетического материала. В клеточных организмов он выглядит двухцепочечных молекул ДНК, а у вирусов ним могут быть как молекулы ДНК, так и молекулы РНК. При этом каждый из типов может находиться в вирионе в форме двойного или одинарного цепи.

5. Относительно простое строение. Простые вирусы имеют белковую оболочку - капсид из белковых частиц - капсомеров, и сердцевину - нуклеиновую кислоту. Капсид сложных вирусов выполняет функции стабилизации генома, его защиту от внешних повреждений, а в простых вирусов, кроме того, еще и рецепторную и ферментативную функции.

Структуру, которая содержит нуклеиновую кислоту и капсид, называют нуклеокапсидом. Сложные вирусы могут иметь дополнительные липопротеидные оболочки, молекулы гликопротеидов (для распознавания специфических рецепторов на поверхности оболочки клетки-хозяина), ферменты и т.

6. Отсутствие собственных белоксинтезирующих систем. Это определяет характер паразитизма вирусов - абсолютный внутриклеточный паразитизм на молекулярно-генетическом уровне организации жизни (вирусы не могут существовать без ущерба для клетки, хотя есть и так называемые непатогенные вирусы, как эндогенные вирусы или аденоассоциированного вирусы).

7. Специфика, которая заключается в возможности взаимодействия вирусов только с определенными рецепторами клеточных мембран. Например, вирус гепатита паразитирует в клетках печени, вирус гриппа - в клетках эпителия дыхательных путей, вирус СПИДа - в Т-лимфоцитах и тому подобное. Среди других особенностей жизнедеятельности многих вирусов (например, возбудителя гриппа) следует отметить так называемый антигенный дрейф - мутации, которые возникают у возбудителя каждые 3-4 года и заключаются в замене какого-то участка гена. Значение этого процесса заключается в противодействии специфического иммунитета. Интересно, что один вирус, попав в организм человека, защищает его от проникновения других вирусов, такое явление известно под названием интерференции вирусов.

8. Особый жизненный цикл, который в вирусов состоит из двух фаз: внеклеточной (неживая, инфекционная, зрелая форма, фаза вирионов ) и внутриклеточной (фаза, которая проявляет отдельные признаки живого).

9. Способность некоторых вирусов кристаллизоваться при определенных условиях окружающей среды.

10. Неспособность к культивированию на искусственных средах. Сейчас с целью выращивания вирусов применяются культуры клеток, органов, эмбрионы цыплят, лабораторные животные.

Итак, вирусы - это бесклеточные, которые являются внутриклеточными абсолютными паразитами.

Воспроизведение вирусов. В жизненном цикле вирусов чередуются две фазы - внеклеточная, во время которой вирус находится в виде инертной инфекционной частицы - вириона, и внутриклеточная фаза, в течение которой и осуществляется их размножения. Благодаря современным методам исследования ученым удалось установить сложный характер взаимодействия вируса с клеткой хозяина. В зависимости от свойств вируса и клетки-хозяина, а также условий среды, различают следующие основные типы взаимодействия вирусов с клеткой:

1 ) продуктивная инфекция - размножение вируса приводит к разрушению и гибели клетки;

2 ) абортивная инфекция - взаимодействие, при которой клетки остаются живыми, а созревшие вирионы не образуются;

Строение вируса табачной мозаики:

Строение вируса табачной мозаики:

1 - нуклеиновая кислота 2 - белковые субъединицы капсида

3 ) вирогения - геном вируса сочетается с генетическим аппаратом клетки и во время деления клетки может длительное время передаваться в дочерние клетки; через некоторое время при определенных условиях начинает размножаться и приводит клетку к гибели.

Размножение вирусов происходит путем последовательного развития таких стадий:

I. Адсорбция вируса на клетках - вирусные рецепторы или прикрепляя белки обеспечивают узнавание и прикрепления вирусов в клетку-хозяина.

II. Проникновение вируса в клетку начинается с взаимодействия вирусной частицы с мембраной клетки, на которой расположены особые рецепторные участки, а в оболочке вирусной частицы являются особые белки, которые "распознают" эти участки, что и определяет специфичность вируса.

III. Раздевания вируса в клетке, то есть освобождение нуклеиновой кислоты вируса от защитной оболочки, происходит с помощью ферментов.

IV. Транскрипция нуклеиновой кислоты, т.е. переписывание информации с ДНК на иРНК. Открытие в 1970 году (Г. Темин, Д. Балтимор) фермента ревертазы (обратной транскриптазы) в ретровирусов указывает на возможность переписывания информации с РНК на ДНК, а затем на иРНК, то есть возможность обратной транскрипции.

V. Трансляция наследственной информации - перевод информации с иРНК в определенную последовательность аминокислот в молекуле белка.

VI. Репликация вирусного генома - синтез молекул нуклеиновой кислоты вируса.

VII. Сборник вирусных частиц и выход созревших вирионов из клетки хозяина, которые могут происходить в вирусов двумя способами: а) внутри клетки (наблюдается гибель клетки после выхода частиц) б) путем отпочкование во внешнюю среду (клетка хозяина может длительное время сохранять жизнеспособность).

Итак, воспроизведение вирусов происходит в живых клетках через ряд сложных процессов с использованием ресурсов клетки под генетическим контролем вируса.

Классификация вирусов. Вирусы относятся к неклеточных форм жизни и составляют отдельное царство живой природы - царство Вера ( Vira ). Классификация вирусов в основных чертах похожа на таксономию клеточных организмов. Таксономические категории, используемые в классификации вирусов, являются: порядок ( -virales ) - семья ( -viridae ) - род ( -virus ) - вид. Но в номенклатуре вирусов есть и некоторые особенности. Во-первых, названия не только видов и родов, но и рядов и семей пишутся курсивом; во-вторых, в отличие от классической линнеевськои номенклатуры названия вирусов не является биноминальной. Обычно названия вирусов образуются в форме болезнь-вирус (например, вирус гриппа). Вирусы классифицируются также: а) по типу нуклеиновой кислоты: ДНК-содержащие ( орнонт частые и двонитчасти) и РНК-содержащие вирусы (однонитчасти и двонитчасти) б) по структуре нуклеиновой кислоты: однонитчасти и двонитчасти, в) по особенностям строения и химического состава простые и сложные вирусы •, г) по типу симметрии вирионов: вирусы с кубическим, спиральным, смешанным типом симметрии, без определенного типа симметрии.

Наиболее употребляемая сегодня классификация вирусов, предложенная лауреатом Нобелевской премии Д. Балтимором. Она построена на основе типа нуклеиновой кислоты, используемый вирусом для переноса наследственного материала, и того, каким путем происходит ее реализация. Стоит отметить, что такая классификация не отражает филогенетические связи между видами вирусов. Эта система включает семь основных групп:

И: Дволанцюгови ДНК-вирусы (например., Миовирусы, типичным представителем которых является ентеробактериальний фаг Т4, Аденовирусы, Папилломавирусы, Герпесвирусы с типичным представителем вирусом герпеса человека, поксвирусов с типичным представителем вирусом коровьего оспы ).

II: одноцепочечные ДНК-вирусы (например., Нановирусы, Парвовирусы ).

III: Дволанцюгови РНК-вирусы (например., Ротавирусы с тыловым представителем ротавирусом диареи человека ).

IV: Положительно направлены одноцепочечные РНК-вирусы (например., Пикорнавирусы с типичными представителями: вирус полиомиелита, вирус гепатита А; флавивирусов с типичными представителями: вирус желтой лихорадки, вирус нильской лихорадки, вирус гепатита Q.

V: Отрицательно направленные одноцепочечные РНК-вирусы (например., Ортомиксовирусов с типичным представителем вирусом гриппа; филовирусами с типичным представителем вирусом Эбола, Парамиксовирус с типичным представителем вирусом кори; рабдовирусов с типичным представителем вирусом бешенства ).

VI: одноцепочечные возвратно-транскрипционные РНК-вирусы (например., Ретровирусы с типичным представителем вирусом иммунодефицита человека ).

VII: Дволанцюгови возвратно-транскипцийни ДНК-вирусы (например., Гепадновирусы с типичным представителем вирусом гепатита В ).

Итак, всеобъемлющей классификации вирусов в современной науке нет, и вопрос о месте вирусов в системе органического мира является одной из проблем вирусолога.

Происхождение вирусов. Пути возникновения вирусов неизвестны, и поэтому существуют разные взгляды относительно их происхождения. Большинство вирусологов склоняется к мнению, что вирусы - полифилетична группа, объединяющая формы жизни, имеют много сходных признаков и одновременно разные по своему происхождению, то есть не имеют единого общего предка. Сегодня существует три основных гипотезы происхождения вирусов:

1) вирусы произошли от первичных доклеточных форм жизни независимо от клеток (гипотеза параллельной эволюции)

2) вирусы являются потомками паразитических бактерий (например., Микоплазм, рикетсий), которые подверглись упрощению (гипотеза регрессивной эволюции)

3) вирусы произошли от генетических компонентов клетки (транспозонов, ушедших интронов), которые стали автономными (гипотеза «бешеных генов»).

В последнее время появилось немало данных о том, что необходимо рассматривать роль вирусов с общебиологических позиций. Согласно этим данным все живое на Земле насыщенно различными вирусами, и эта насыщенность свидетельствует об их необходимости в структуре живой природы, об их важные функции, которые они выполняют. В этом плане заслуживают внимания следующие данные: вирус гепатита В в значительной мере определяет формирование пола у человека; в геноме приматов существует белок синцитин, который был перенесен ретровирусом; яд некоторых ос содержит компоненты, которые имеют вирусное происхождение. Итак, вопрос о происхождении вирусов до сих пор остается до конца не выясненным и является проблемой общебиологического значения.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >