Вирусы

Строение вирусов

Вирусы (от лат. virus — яд) в отличие от всех других организмов не имеют клеточного строения. Они способны жить и размножаться исключительно в клетках других организмов и за их пределами жизнедеятельности не проявляют. Таким образом, вирусы можно рассматривать как неклеточную форму жизни. Вирусы были открыты русским ученым Д. И. Ивановским в 1892 г. при изучении причин мозаичной болезни листьев табака. Поэтому первый известный вирус был назван вирусом табачной мозаики.

Находясь в клетке-хозяине, вирус представляет собой молекулу нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК). Исходя из этого вирусы делят на ДНК-содержащие и РНК-содержащие. В свободном состоянии полностью сформированная вирусная частица, способная инфицировать клетки-хозяина, находится в форме вириона. Вирион, кроме нуклеиновой кислоты, имеет защитную белковую оболочку (капсид). У некоторых вирусов,
таких как вирусы герпеса или гриппа, присутствует еще и дополнительная липопротеидная оболочка (суперкапсид). Суперкапсид формируется из цитоплазматической мембраны клетки-хозяина. Размеры вирусов колеблются от 20 до 500 нм. Большинство вирусов имеет кристаллическую форму.

Проникновение вирусов в клетку-хозяина

Как уже отмечалось, вирусы способны размножаться, только проникнув в клетки бактерий, растений и животных. При этом они используют биосинтетическую и энергетическую системы клетки-хозяина. Важным условием для проникновения вирусной частицы в клетку является наличие на поверхности клетки специфического белка-рецептора. Этот белок-рецептор обеспечивает присоединение вируса к клеточной мембране. В свою очередь специфические белки, входящие в состав белковой оболочки вируса (капсида), также выполняют рецепторную роль. Они распознают специфические структуры на поверхности клетки-хозяина. Если распознавание произошло успешно, вирусная частица связывается с рецепторами клетки-мишени посредством химических связей. Поэтому определенные вирусы опасны для одних организмов и абсолютно безвредны для других. Такой процесс рецепторного взаимодействия вируса с клеткой-хозяином называется абсорбцией вируса.

Далее происходит слияние вирусной оболочки с клеточной мембраной, и генетический материал вируса проникает внутрь клетки-хозяина. Попав в клетку, вирус теряет белковую оболочку. Генетический материал (геном) вируса, представленный ДНК либо РНК, содержит от нескольких генов у простых до трехсот генов у сложных вирусов. Гены вирусного генома способны кодировать белки с различными функциями, например структурные белки, белки-ферменты. Генетический материал вируса очень активен и после проникновения в клетку достаточно быстро встраивается в ее геном.

После этого вирус переходит в фазу провируса (латентную фазу). Фаза провируса — это состояние, когда клетка-хозяин заражена, а размножение вируса и какие-либо видимые повреждения в клетке отсутствуют. Латентная фаза длится от нескольких часов (у вируса гриппа) до нескольких лет (у вируса иммунодефицита человека). Вслед за латентной фазой следует фаза видимых проявлений заболевания. Она связана с активацией вирусного генетического материала и началом размножения вируса, что приводит к гибели клетки.

Размножение вирусов

Вирус синтезирует собственные белки и нуклеиновые кислоты за счет ресурсов зараженной клетки. У ДНК-содержащих вирусов одним из первых синтезируется фермент РНК-полимераза, которая строит на нити ДНК вируса и-РНК. Данная и-РНК попадает на рибосомы клетки-хозяина, где и протекает биосинтез других белков вирусной частицы.

На следующем этапе в цитоплазме клетки-хозяина происходит объединение вновь синтезированных белков и нуклеиновой кислоты вируса. При этом образуются новые вирусные частицы — вирионы. Они разрывают цитоплазматическую мембрану, попадают в межклеточное пространство или кровь и заражают другие клетки.

Многие РНК-содержащие вирусы синтезируют фермент полимеразу, участвующую в синтезе новых частиц вирусной РНК. Эта РНК переходит на рибосомы и контролирует синтез белков вирусной оболочки — капсида. Как видно, таким вирусам для размножения и передачи генетической информации ДНК не требуется.

Проникая в клетки живых организмов, вирусы являются причиной ряда опасных заболеваний растений, животных и человека. Поражая сельскохозяйственные растения, вирусы существенно снижают их урожай и ухудшают его качество. Примерами вирусных заболеваний растений являются мозаичная болезнь табака, желтуха картофеля, проявляющаяся в скручивании листьев и карликовости растений. Среди опасных вирусных заболеваний животных и человека можно отметить ветряную оспу, полиомиелит, бешенство, вирусный гепатит, грипп, СПИД.

Многие вирусы, к которым чувствителен человек, не поражают животных и наоборот. Например, некоторые животные могут быть переносчиками вирусов человека и при этом сами не болеют. Так, птицы переносят различные формы вируса гриппа, к которым чувствителен человек.

Вироиды. Бактериофаги. Вирулентные и умеренные фаги

Вироиды (от лат. virus — яд, от греч. eidos — форма, вид) — инфекционные агенты, представляющие собой низкомолекулярную кольцевую одноцепочечную молекулу РНК, не кодирующую собственные белки. Главным отличием вироидов от вирусов является отсутствие у них капсида. Вироиды, как и вирусы, способны вызывать заболевания животных и растений. Они являются мельчайшими из известных возбудителей заболеваний. Одноцепочечные молекулы РНК вироидов намного меньше вирусных геномов. РНК вироидов состоит в среднем из 300 нуклеотидов. Для сравнения: геном самого малого из известных вирусов насчитывает около 2000 нуклеотидов. На сегодняшний день наиболее изучены вироиды растений (вызывают деформацию клубней, карликовость и др.).

Бактериофаги, или фаги, — группа вирусов, которые поражают бактериальные клетки. Фаговая частица (вирион) состоит из головки и хвоста (отростка). Внутреннюю часть головки фага составляет ДНК или РНК, которая представляет собой плотно скрученную нить. Нуклеиновая кислота окружена белковой оболочкой (капсид), которая защищает геном бактериофага вне клетки. Хвост представляет собой белковую трубку, которая является продолжением белковой оболочки головки фага. Белки, входящие в состав оболочки хвоста, обладают сократительными свойствами. В нижней части хвоста располагается базальная пластинка с выступами различной формы. От нее отходят тонкие длинные нити, которые предназначены для прикрепления фага к бактерии. При контакте ферменты, локализующиеся на конце хвоста, локально растворяют стенку бактериальной клетки. Далее хвост сокращается, и через него содержащаяся в головке фага нуклеиновая кислота проникает в клетку бактерии. При этом белковая оболочка фага остается снаружи. Бактериофаги обладают специфическими антигенными свойствами, отличными от антигенов поражаемой бактериальной клетки и других фагов.

Вирулентные фаги — бактериофаги, которые в результате жизненного цикла образуют в зараженных клетках бактерий новые фаговые частицы, приводящие бактерии к гибели.

Умеренные фаги — бактериофаги, которые после проникновения в бактериальную клетку не приводят к ее гибели. При этом их нуклеиновая кислота встраивается в генетический материал клетки-хозяина, образуя с ним единую молекулу. Такая форма фага называется профагом. Далее при размножении бактерии профаг реплицируется совместно с ее геномом. При этом разрушения бактериальной клетки не происходит, а наследственный материал вируса передается от бактерии к бактерии неограниченное число поколений.

В настоящее время одним из самых опасных вирусных заболеваний человека является СПИД (синдром приобретенного иммунодефицита). Вирус поражает преимущественно иммунную систему. В результате этого человек становится беззащитным перед микроорганизмами, которые в обычных условиях для него не патогенны. Это приводит к быстро прогрессирующему развитию инфекционных заболеваний, злокачественных новообразований и гибели. Основными путями заражения вирусом иммунодефицита человека (ВИЧ) и распространения болезни являются беспорядочные половые связи и использование наркоманами нестерильных медицинских инструментов.

Наряду с многоклеточными и одноклеточными организмами в природе есть и неклеточные формы жизни — вирусы. Вирусы состоят из генетического материала (ДНК или РНК), который окружен защитной белковой оболочкой — капсидом. Вирусы способны размножаться только в клетках других организмов. Бактериофаги — группа вирусов, которые поражают бактериальные клетки. По типу жизненного цикла бактериофаги разделяют на вирулентные и умеренные. Вирусы являются причиной ряда опасных заболеваний растений, животных и человека.