Строение и свойства вирусов таблица. Клеточное строение вирусов. Особенности строения вирусов. Свойства и происхождение вирусов

Вирусы - это мельчайшие живые организмы, размеры которых варьируют в пределах от 20 до 300 нм; в среднем они раз в пятьдесят меньше бактерий. Их нельзя увидеть с помощью светового микроскопа, и они проходят через фильтры, не пропускающие бактерий.

Происхождение вирусов

Исследователи часто задаются вопросом, живые ли вирусы ? Если считать живой любую структуру, обладающую генетическим материалом (ДНК или РНК) и способную к самовоспроизведению, то ответ должен быть утвердительным: да, вирусы - живые. Если же признаком живого считать наличие клеточного строения, то ответ будет отрицательным: вирусы не живые. К этому следует добавить, что вне клетки-хозяина вирусы неспособны к самовоспроизведению.

Для более полного представления о вирусах необходимо знать их происхождение в процессе эволюции. Существует предположение, хотя и недоказанное, что вирусы - это генетический материал, некогда «сбежавший» из прокариоти-ческих и эукариотических клеток и сохранивший способность к воспроизведению при возвращении в клеточное окружение.

Вне клетки вирусы находятся в совершенно инертном состоянии, однако они обладают набором инструкций (генетическим кодом), необходимых для того, чтобы вновь проникнуть в клетку и, подчинив ее своим инструкциям, заставить производить много идентичных себе (вирусу) копий. Следовательно, логично предположить, что в процессе эволюции вирусы появились позже клеток.

Строение вирусов

Строение вирусов очень простое. Они состоят из следующих структур:
1) сердцевины - генетического материала, представленного либо ДНК, либо РНК; ДНК или РНК может быть одноцепочечной или двухцепочечной;
2) капеида - защитной белковой оболочки, окружающей сердцевину;
3) нуклеокапсида - сложной структуры, образованной сердцевиной и капсидом;
4) оболочки - у некоторых вирусов, таких как ВИЧ и гриппа, имеется дополнительный липопротеиновый слой, происходящий из плазматической мембраны клетки-хозяина;
5) капсомеров - идентичных повторяющихся субъединиц, из которых часто бывают построены капсиды.

Общая форма капсида отличается высокой степенью симметрии, обусловливая способность вирусов к кристаллизации. Это дает возможность исследовать их как методом рентгеновской кристаллографии, так и с помощью электронной микроскопии. Как только в клетке-хозяине образуются субъединицы вируса, они сразу же могут путем самосборки объединиться в полную вирусную частицу. Упрощенная схема строения вируса показана на рисунке.

Для структуры капсида вируса характерны определенные типы симметрии, особенно полиэдрическая и спиральная. Полиэдр - это многогранник. Наиболее распространенная полиэдрическая форма у вирусов - икосаэдр, у которого имеется 20 треугольных граней, 12 углов и 30 ребер. На рисунке, А мы видим правильный икосаэдр, а на рисунке, Б - вирус герпеса, в частице которого 162 капсомера организованы в икосаэдр.

Наглядной иллюстрацией спиральной симметрии может служить показанный на рисунке, РНК-содержащий вирус табачной мозаики (ВТМ). Капсид этого вируса образован 2130 идентичными белковыми капсомерами.

ВТМ был первым вирусом , выделенным в чистом виде. При заражении этим вирусом на листьях больного растения появляются желтые крапинки - так называемая мозаика листьев (рис. 2.18, В). Вирусы распространяются очень быстро либо механически, когда больные растения или его части приходят в соприкосновение со здоровыми растениям, либо воздушным путем с дымом от сигарет, для изготовления которых были использованы зараженные листья.

Вирусы , атакующие бактерий, образуют группу, называемую бактериофагами или просто фагами. У некоторых бактериофагов имеются четко выраженная икосаэдрическая головка и хвост, обладающий спиральной симметрией). На рисунке приводятся схематические изображения некоторых вирусов , иллюстрирующие их относительные размеры и общее строение.

Определение 1

Строение вирусов

Основа вирусной частицы – молекулы нуклеиновой кислоты ДНК или РНК, при этом форма и число молекул могут сильно варьировать у разных видов.

Нуклеиновая кислота вируса упакована внутри капсида – белковой оболочки. При этом внутри капсида кроме нуклеиновой кислоты могут находиться различные ферменты, помогающие вирусу проникать в клетку хозяина или размножаться.

Для вирусов характерен дизъюнктивный способ репродукции, что означает, что синтез различных компонентов вирусной частицы происходит в разных частях инфицированной вирусом клетки. После синтеза нуклеиновой кислоты и необходимых белков, происходит самосборка вирусной частицы и выход ее из клетки. После прохождения полного цикла внутри клетки, зрелый вирус называется вирионом.

Замечание 1

Вирусные частицы имеют очень маленький размер и изучение их строения требует использования электронной микроскопии, методом ультрафильтрации, ультрацентрифугирования и методов молекулярной биологии (полимеразная цепная реакция, секвенирование). Кроме того, для изучения патологического процесса, вызываемого вирусом, используются биологические модели – культуры клеток, эмбрионы кур и лабораторные животные.

Существует разнообразное деление вирусов по морфологии. По строению оболочек они делятся на простые вирусы (вирус гепатита А) и сложные вирусы (вирусы гриппа, герпеса, ВИЧ).

Простые вирусы не имеют дополнительных оболочек, кроме капсида. Капсид складывается из белков. Которые могут образовывать мономерные структуры – капсомеры, которые затем при сборке вириона образуют цельный футляр. Некоторые простые вирусы могут формировать своеобразные белковые кристаллы (например, вирус ящура).

Замечание 2

Функция капсида – защита генетического материала вируса, а также участие в прикреплении вируса к клетке хозяина и проникновение нуклеиновой кислоты внутрь клетки. Большинство простых вирусов выходят из клетки, вызывая ее лизис - разрушение.

Сложные вирусы имеют дополнительную оболочку – суперкапсид, который представляет собой липидный бислой, отличающийся от цитоплазматической мембраны клетки-хозяина большим числом специфических липопротеинов. Кроме того, на поверхности оболочки вируса могут формироваться гликопротеиновые шипы.

Классификация вирусов

На данный момент широко используется классификация Д. Балтимора, которая основана на механизме синтеза вирусами мРНК. Она подразделяет вирусы на 7 группах. Таксономия вирусов включает семейства, подсемейство, род и вид. Виды вирусов не имеют биноминального названия, как у других организмов.

Замечание 3

Кроме того вирусы классифицируются по типу нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК), ее структуре и количеству нитей, имеет значение размер и морфология вирионов, количество капсомеров, тип симметрии, наличие суперкапсида, чувствительность к химическим реагентам (дезинфицирующим средствам), место присутствия в клетке, антигенные свойства.

Значение для человека

Вирусы вызывают огромное количество самых разнообразных заболеваний и могут поражать живые организмы всех уровней от бактерий до человека. Эволюция вирусов идет параллельно с эволюцией хозяев. Кроме заболеваний человека и связанных с ним живых организмов, вирусы используются в качестве векторов нуклеиновых кислот в молекулярной биологии и помогаю классифицировать живые организмы.

Кристаллизация вирусов

В 1932 году молодому американскому биохимику Вендиллу Стэнли предложили заняться вирусами. Стэнли начал с того, что отжал бутыль сока из тонны листьев табака, пораженных вирусом табачной мозаики. Он начал исследовать сок доступными ему химическими методами . Разные фракции сока он подвергал воздействию всевозможных реактивов, надеясь получить чистый вирусный белок (Стэнли был убеждён, что вирус - это белок). Однажды, Стэнли получил почти чистую фракцию белка, отличавшегося по своему составу от белков растительных клеток. Учёный понял, что перед ним то, чего он так упорно добивался. Стэнли выделил необыкновенный белок, растворил его в воде и поставил раствор в холодильник. Наутро в колбе вместо прозрачной жидкости лежали красивые шелковистые игольчатые кристаллы. Из тонны листьев Стэнли добыл столовую ложку таких кристаллов. Затем Стэнли отсыпал немного кристалликов, растворил их в воде, смочил этой водой марлю и ею натёр листья здоровых растений. Сок растений подвергся целому комплексу химических воздействий. После такой "массированной обработки" вирусы, скорее всего, должны были погибнуть.

Натёртые листья заболели. Итак, странные свойства вируса пополнились ещё одним – способностью кристаллизироваться.

Эффект кристаллизации был настолько ошеломляющим, что Стенли надолго отказался от мысли, что вирус - это существо. Так как все ферменты – белки, и количество многих ферментов также увеличивается по мере развития организма, и они могут кристаллизироваться, Стэнли заключил, что вирусы – чистые белки, скорее ферменты.

Вскоре учёные убедились, что кристаллизировать можно не только вирус табачной мозаики, но и ряд других вирусов.

Спустя пять лет английские биохимики Ф. Боуден и Н. Пири нашли ошибку в определении Стенли.94% содержимого вируса табачной мозаики состояло из белка, а 6% представляло собой нуклеиновую кислоту. Вирус был на самом деле не белком, а нуклеопротеином – соединением белка и нуклеиновой кислоты.

Как только биологам стали доступны электронные микроскопы, учёные установили, что кристаллы вирусов состоят из тесно прижатых друг к другу нескольких сотен миллиардов частиц. В одном кристалле вируса полиомиелита столько частиц, что ими можно заразить не по одному разу всех жителей Земли. Когда же удалось рассмотреть в электронном микроскопе отдельные вирусные частицы, то оказалось что они бывают разной формы но всегда наружная оболочка вирусов состоит из белка, которые отличаются у разных вирусов, что позволяет распознавать их с помощью иммунологических реакций, а внутреннее содержимое представлено нуклеиновой кислотой, которая является единицей наследственности.

Самые крупные вирусы (вирусы оспы) приближаются по размерам к небольшим бактериям, самые мелкие (возбудители энцефалита, полиомиелита, ящура) - к крупным белковым молекулам. Иными словами, среди вирусов есть свои великаны и карлики. (см. Рис. 1) Для измерения вирусов используют условную величину, называемую нанометром (нм). Один нм составляет миллионную долю миллиметра. Размеры разных вирусов варьируют от 20 до 300 нм.

Итак, вирусы состоят из нескольких компонентов:

сердцевина - генетический материал (ДНК или РНК). Генетический аппарат вируса несет информацию о нескольких типах белков, которые необходимы для образования нового вируса.

белковая оболочка, которую называют капсидом. Оболочка часто построена из идентичных повторяющихся субъединиц - капсомеров. Капсомеры образуют структуры с высокой степенью симметрии.

Дополнительная липопротеидная оболочка. Она образована из плазматической мембраны клетки-хозяина. Она встречается только у сравнительно больших вирусов (грипп, герпес). Эта наружная оболочка является фрагментом ядерной или цитоплазматической мембраны клетки-хозяина, из которой вирус выходит во внеклеточную среду. Иногда в наружных оболочках сложных вирусов помимо белков содержатся углеводы, например у возбудителей гриппа и герпеса.

1. Дополнительная оболочка
2. Капсомер (белковая оболочка)
3. Сердцевина (ДНК или РНК)

Каждый компонент вирионов имеет определённые функции: белковая оболочка защищает их от неблагоприятных воздействий, нуклеиновая кислота отвечает за наследственные и инфекционные свойства и играет ведущую роль в изменчивости вирусов, а ферменты участвуют в их размножении.

Более сложные по структуре вирусы, кроме белков и нуклеиновых кислот, содержат углеводы, липиды. Для каждой группы вирусов характерен свой набор белков, жиров, углеводов и нуклеиновых кислот. Некоторые вирусы содержат в своём составе ферменты.

В отличие от обычных живых клеток вирусы не употребляют пищи и не вырабатывают энергии. Они не способны размножаются без участия живой клетки. Вирус начинает размножаться лишь после того, как он проникнет в клетку определенного типа. Вирус полиомиелита, например, может жить только в нервных клетках человека или таких высокоорганизованных животных, как обезьяны. Немного другое строение у вирусов бактерий.

Вирусы вне клетки представляют собой кристаллы, но при попадании в клетку “оживают”. Их размножение происходит особым, ни с чем не сравнимым способом. Сначала вирионы проникают внутрь клетки, и освобождаются вирусные нуклеиновые кислоты. Затем "заготавливаются" детали будущих вирионов. Размножение заканчивается сборкой новых вирионов и выходом их в окружающую среду.

Встреча вирусов с клетками начинается с его адсорбции, то есть прикрепления к клеточной стенке. Затем начинается внедрение или проникновение вириона в клетку, которое осуществляет она сама. Однако, как правило, проникновению вируса в цитоплазму клетки предшествует связывание его с особым белком-рецептором, находящимся на клеточной поверхности. Связывание с рецептором осуществляется благодаря наличию специальных белков на поверхности вирусной частицы, которые "узнают" соответствующий рецептор на поверхности чувствительной клетки. На одной клетке могут адсорбироваться десятки, и даже сотни вирионов. Участок поверхности клетки, к которому присоединился вирус, погружается в цитоплазму и превращается в вакуоль. Вакуоль, стенка которой состоит из цитоплазматической мембраны, может сливаться с другими вакуолями или с ядром. Так вирус доставляется в любой участок клетки. Этот процесс называется виропексисом.

Инфекционный процесс начинается, когда проникшие в клетку вирусы начинают размножаться, т.е. происходит редупликация вирусного генома и самосборка капсида. Для осуществления редупликации нуклеиновая кислота должна освободиться от капсида. После синтеза новой молекулы нуклеиновой кислоты она одевается, синтезированными в цитоплазме клетки – вирусными белками – образуется капсид. Накопление вирусных частиц приводит к выходу их из клетки. Для некоторых вирусов это происходит путем "взрыва", в результате чего целостность клетки нарушается и она погибает. Другие вирусы выделяются способом, напоминающим почкование. В этом случае клетки организма могут долго сохранять свою жизнеспособность.

Иной путь проникновения в клетку у бактериофагов. Толстые клеточные стенки не позволяют белку-рецептору вместе с присоединившимся к нему вирусом погружаться в цитоплазму, как это происходит при инфицировании клеток животных. Поэтому бактериофаг вводит полый стержень в клетку и вталкивает через нее ДНК (или РНК), находящуюся в его головке. Геном бактериофага попадает в цитоплазму, а капсид остается снаружи. В цитоплазме бактериальной клетки начинается редупликация генома бактериофага, синтез его белков и формирование капсида. Через определенный промежуток времени бактериальная клетка гибнет, и зрелые фаговые частицы выходят в окружающую среду.

Поразительно, как вирусы, которые в десятки и даже сотни раз меньше клеток, умело, и уверенно распоряжаются клеточным хозяйством. Размножаясь, они истощают клеточные ресурсы и глубоко, часто необратимо, нарушают обмен веществ, что, в конечном счете, является причиной гибели клеток.

Форма вирусов растений в основном бывает палочковидной и округлой. Размеры вирусов палочковидной формы составляют 300-480 х 15 нм, а размеры тех, которые имеют округлую форму, равны 25-30 нм.[ ...]

Это - микроорганизмы, не имеющие клеточного строения. Размеры структурных единиц вирусов (вирионов) колеблются от 10 до 300 нм. В состав вирионов входят молекулы рибонуклеиновой (РНК) или дезоксирибонуклеиновой (ДНК) кислот, окруженные белковой оболочкой. Вирусы имеют разнообразную форму: кубическую, сферическую, палочковидную и др. Размножение вирусов осуществляется простым делением или более сложным путем только внутри клеток живого организма. Вирусы обладают специфичностью действия, т. е. отдельные группы вирусов поражают определенные живые организмы.[ ...]

Вирусы, имеющие более мелкие размеры и менее сложную структуру, чем клетки, не могут жить независимо. Они всего лишь очень своеобразно упакованные частицы генетической информации, способные жить и размножаться только инфицировав какую-нибудь клетку. При этом в одной клетке могут образоваться тысячи вирусных частиц. Предполагают, что вирусы каким-то образом подчиняют себе механизм жизнедеятельности клетки и используют его в собственных целях. Происхождение вирусов в процессе эволюции не совсем ясно. Их можно рассматривать как сильно дсгенерированные клетки или их фрагменты. Гены вирусов подобны генам других форм и также могут подвергаться мутации.[ ...]

Этот вирус содержит около 20% РНК, и его частицы имеют форму многогранника. Диаметр частиц на электронных микрофотографиях, полученных методом негативного контрастирования, составляет от 26 до 30 нм, что зависит от особенностей приготовления препарата. Детальная структура этого вируса -не выяснена, но он представляет значительный интерес, поскольку некоторые изоляты содержат связанный с этим вирусом вирус-сатоллит, описанный ниже, а также в гл.[ ...]

Другая форма зависимости характерна для вируса-сателлита вируса некроза табака. Это самый мелкий из известных вирусов. В его РНК содержится количество информации, достаточное для кодирования собственного капсидного белка и, возможно, специфической РЙК-полиморазы. В отношении других существенных, но пока неизвестных функций оп зависит от присутствия неродственного ему вируса некроза табака.[ ...]

Вирион вируса нитевидной формы, размером 600-700 X 12 мкм, инактивируется при 60-67 °С, выдерживает промораживание. Переносчик неизвестен.[ ...]

Частицы вируса мозаики люцерны (ВМЛ) отличаются от других вирусов растений своей бацилловидной формой. Структуре этих вирусов присущи некоторые особенности, характерные как для палочкообразных, так и для изометрических вирусов. Из вирусного препарата ВМЛ было выделено 5 компонентов (Ь0, 1а, Ьь, М и В). По крайней мере четыре из них оказались необходимыми для возникновения инфекции (гл.[ ...]

Размеры и форма микробов. Размеры бактерий колеблются в пределах от десятых долей микрона до нескольких микрон. В среднем диаметр тела большинства бактерий находится в пределах 0,5-1 мк, а средняя длина составляет у палочковидных бактерий 1-5 мк. Разрешающая способность современных бактериологических микроскопов равна 0,2 мк. Поэтому чтобы увидеть ультрамикробы (вирусы, бактериофаги), нужно использовать электронный микроскоп, позволяющий увеличить объем в миллионы раз и имеющий разрешающую способность 0,4 ммк. .[ ...]

Одиночные вирусы тех или иных видов представляют собой образования различной формы (округлой, палочковидной или другой формы), внутри которых содержится нуклеиновая кислота (ДНК или РНК), заключенная в белковую оболочку (капсид).[ ...]

В общем виде вирусы представляют собой субмикроскопичес-кие образования, состоящие из белка и нуклеиновой кислоты и организованные в форме вирусных частиц, часто называемых вирусными корпускулами, вирионами, вироспорами или нуклеокап-сидами.[ ...]

На некоторых электронных микрофотографиях они наблюдали дисковидные частицы почти такого же диаметра, что и интактньтй вирус. В этих частицах был виден центральный канал, диаметр которого варьировал, окруженный 10 радиально расположенными субъединицами.[ ...]

Фильтрующиеся формы бактерий отличаются от фильтрующихся вирусов тем, что они могут развиваться и на искусственных питательных средах.[ ...]

В состав бактерий входит 1-4% жиров, 8 - 14% белков и 80- 85% воды. В микроколичествах содержатся фосфор, калий, кальций, магний, железо и другие элементы. Вирусы не обладают клеточной структурой и имеют размер 10- 100 нм.[ ...]

Возбудитель болезни - вирус желтой мозаики фасоли Веап yellow mosaic virus (Phaseolus virus 2 Smith). Инактивируется вирус при температуре 70 °С. Поражает все бобовые растения, с семенами не передается.[ ...]

Возбудители - вирус мозаики резухи (ara-bis mosaic virus) и вирус кольцевой пятнистости малины (raspberry ringspol virus). Оба вируса относятся к одной группе, имеют изометрические частицы диаметром около:Ю им. Переносятся контактно-механическим путем, почвенными нематодами и прививкой. На листьях светло-зеленые или желтоватые пятна, разной величины и формы с нечеткими краями. Листья мелкие, деформированные, растения угнетены. При сильном поражении растения восприимчивых сортов погибают в течение года.[ ...]

НОЛОГИЯ извлечения бактерий, вирусов и химических загрязнителей из воды», состоящая в том, чю микроорганизмы, проходящие через целлюлозный сорбент, «влипают» в структуру сорбента за счет электростатического взаимодействия». В результате «вода становится обеззараженной от вирусов на 100%, почти от всех бактерий - на 100%, и от бактерий кишечной палочки - на 95-100%. Примеси извлекаются из воды сложным путем: это происходит за счет механического удержания частиц в пористой структуре фильтровального материала, за счет молекулярной сорбции, электростатического взаимодействия и ионного обмена». Лично я ничего ПРИНЦИПИАЛЬНО НОВОГО в этой технологии не усматриваю, но есть в «Живоносном источнике» один оригинальный момент. Цитирую: «Форма верхней части фильтра в виде купола церкви оказывает благотворное энергетическое и психологическое воздействие на людей, пьющих очищенную воду». Затем следует таблица сравнения «Живоносного» со всякими «аквафорами» и «ин-стапурами» (так в оригинале), которым он, разумеется, утирает нос.[ ...]

Бактериофаги и фильтрующиеся вирусы не обладают обычной клеточной структурой, следовательно, организованная клетка не является последней единицей жизни. Это подтверждается фактами перехода видимых форм бактерий в «невидимые», неклеточные формы, получившие название фильтрующихся форм видимых бактерий.[ ...]

Мозаика люцерны. Возбудитель - вирус мозаики люцерны (ВМЛ, alfalfa mosaic virus, Medicago virus 2 Smith). Передается контактно-механическим путем, тлями, семенами. Симптомы: сначала появляются мелкие округлые желтоватые пятна па листьях, затем продолговатые или неправильной формы пятна между боковыми жилками, светло-желтый или белесоватый рисуиок вдоль жилок. Листья мелкие н деформированные. Летом симптомы часто маскируются. Нередко встречается латентная инфекция. Вирус имеет широкий круг растеппй-хозяев: поражает дикие и культивируемые растения многих семейств: Мотыльковые, Пасленовые, Астровые, Тыквенные и др.[ ...]

Кроме организмов, имеющих клеточное строение, имеются и неклеточные формы жизни-вирусы и бактериофаги. Кстати, вирусы были открыты в 1892 г. русским биологом Д.И. Ивановым, а их название в переводе означает «яд», что в общем-то в привычном обиходе для многих людей отражает их воздействие на состояние здоровья.[ ...]

Четкой границы между живыми и неживыми субстанциями нет, что подтверждается существованием вирусов. Последние обладают признаками как живого, так и неживого. Общепринятого определения для них пока не сформулировано. Обычно полагают, что вирусы - это наименее организованные формы жизни, не обладающие собственным обменом веществ и способные существовать только внутри клеток других организмов. Вне клеток они не размножаются. Вместе с тем способность вирусов воспроизводиться, хотя бы и в контакте с другими клетками, является признаком живого.[ ...]

В почве содержатся различные микроорганизмы: бактерии, актиномицеты или лучистые грибки, грибы, вирусы и пр. Большинство из них перерабатывает лесную подстилку (гумусовый слой), улучшает структуру почвы, переводит органические соединения в усвояемые формы. С повышением кислотности почвы и образованием растворимых форм токсичных металлов активность микроорганизмов, особенно в переработке лесной подстилки, снижается.[ ...]

На инактивирующее действие продуктов электролиза и хлора большое влияние оказывают количество и форма остаточного хлора (свободный или связанный). Изучение динамики инактивации продуктами электролиза и хлором модельного вируса полиомиелита, кишечной палочки и фага кишечной палочки показало, что при наличии остаточного хлора лишь в связанном состоянии к 30 мин контакта кишечная палочка погибала полностью, а фаги вирус - лишь на 80 и 60% соответственно. При следах свободного остаточного хлора к 20 мин контакта кишечная палочка и фаг инактивировались более чем на 99%, а вирус - лишь на 90%. При содержании в воде свободного остаточного хлора 0,1-0,3 мг/л к 10 мин контакта наблюдалось полное обеззараживание ее в отношении кишечной палочки и фага, а к 30 мин обнаруживалось лишь ничтожное количество активных вирусов. Разность между степенью инактивации исследуемых микроорганизмов была во всех случаях статистически достоверной. При испытанных условиях обеззараживания продуктами электролиза и хлором воды, содержащей микроорганизмы в равных концентрациях, кишечная палочка оказывалась менее устойчива, чем фаг, а фаг менее устойчив, чем вирус. Следовательно, кишечная палочка и фаг могут служить надежными санитарными показателями эффективного обеззараживания воды продуктами электролиза и хлором в отношении энтеровирусов. В основном это относится к тем случаям, когда в силу неблагоприятных эпидемических санитарных условий концентрация энтеровирусов в воде водоемов может значительно увеличиться и достигнуть уровня содержания кишечной палочки (Е. Л. Ловцевич, Л. А. Сергунина, 1968).[ ...]

Так, после изобретения антибиотиков главным врагом человека стали не простейшие грибки и одноклеточные, а вирусы. Есть первые симптомы того, что на смену вирусам грядут ретровирусы - довирусные, более древние формы жизни, строящие свою организацию не на основе молекулы ДНК, а на основе РНК. Одним из наиболее известных представителей этой формы жизни является ретровирус СПИДа.[ ...]

Микроорганизмы, невидимые под микроскопом, называются ультрамикробами. Из этой группы ультра-микроскопических форм наиболее важное значение в практической деятельности человека имеют бактериофаги - фильтрующиеся вирусы и невидимые формы бактерий. Наблюдать ультрамикробы удалось только в электронный микроскоп, дающий увеличение до 45 000 раз. Вирусы (рис. 85) представляют собой частицы, состоящие из белковых веществ и нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК). Они не обладают обычной клеточной структурой. К неклеточной форме жизни относятся также бактериофаги (рис. 86), представляющие собой удлиненные образования с утолщенным концом.[ ...]

Тнфекционный процесс - это комплекс реакций в макроорганизме, возникающих в ответ на внедрение и размножение в нем микробов, вирусов и др. Он не всегда сопровождается наличием признаков болезни. Например, при микробоносительстве или бессимптомном течении инфекции клинические признаки отсутствуют, хотя ее возбудитель присутствует в организме и воздействует на его различные системы, вызывая иммунологическую перестройку последнего. Если инфекционный процесс сопровождается проявлением клинических признаков , то такую форму инфекции называют инфекционной болезнью. Следовательно, инфекционная болезнь является так называемой манифестной формой инфекции.[ ...]

Эти вирусы характеризуются сходством по морфологическим признакам, реакциям электромагнитное облучение, репродукции и др. Их основные Ические составляющие: С, Н, N, Р, О, углеводы и липиды. Известно, что прак-Приес и все онковирусы термически нестабильны и разрушаются Температурах от 50 до 70 °С в зависимости от вида онковируса.[ ...]

В эту группу входят коллоидные (минеральные и органоминеральные) частицы почв и грунтов, а также недиссоциированные и нерастворимые формы гумусовых веществ, придающие воде окраску. Последние вымываются в природные водоемы из лесных, болотистых и торфяных почв, а также образуются в самих водоемах в результате жизнедеятельности водных растений и водорослей. К этой группе могут быть отнесены также вирусы и другие организмы, приближающиеся по размерам к коллоидным частицам. Так как среди них находятся болезнетворные (патогенные) организмы, то удаление их из воды является весьма ответственным мероприятием.[ ...]

Вторая группа примесей объединяет гидрофильные и гидрофобные минеральные и органо-минеральные коллоидные частицы почв и грунтов, недиссо-циированные и нерастворимые формы высокомолекулярных гумусовых веществ и детергенты. Кинетическая устойчивость гидрофобных примесей характеризуется соотношением сил гравитационного поля и броуновского движения; агрегативная устойчивость их обусловлена электростатическим состоянием межфазной поверхности и образованием при этом диффузных слоев или созданием на поверхности частиц стабилизирующих слоев. К этой группе относятся также вирусы и другие микроорганизмы, близкие по размерам к коллоидным частицам.[ ...]

Метод центрифугирования в градиенте плотности, разработанный Брак-ке, можно использовать как для выделения, так и для получения количественных характеристик вирусов растений. Как оказалось, этот метод таит в себе многие возможности и в настоящее время широко используется в области вирусологии и молекулярной биологии. При проведении исследований методом центрифугирования в градиенте плотности центрифужную пробирку частично наполняют раствором, плотность которого уменьшается в направлении от дна к мениску. Для создания градиента при фракционировании вирусов растений наиболее часто используют сахарозу. Перед началом центрифугирования частицы вируса могут быть либо распределены во всем объеме раствора, либо нанесены на вершину градиента. Бракке предложил три различных приема центрифугирования в градиенте плотности. При изопикпическом (равновесном) центрифугировании процесс продолжается до тех пор, пока все частицы в градиенте не достигнут уровня, где плотность среды равна их собственной плотности. Таким образом, фракционирование частиц нроисходит в этом случае в соответствии с различиями в их плотности. Растворы сахарозы не обладают достаточной плотностью для изопикнического разделения многих вирусов. При скоростном зональном центрифугировании вирус сначала наносят па предварительно созданный градиент. Частицы каждого типа седиментируют при, этом через градиент в виде зоны, или полосы, со скоростью, зависящей от их размера, формы и плотности. Центрифугирование при этом заканчивают, когда частицы еще продолжают седиментировать. Равновесное зональное центрифугирование сходно со скоростным зональным центрифугированием, по в этом случае центрифугирование продолжается до достижения изопикнического состояния. Роль градиента плотности при скоростном центрифугировании заключается в том, чтобы препятствовать конвекции я фиксировать различные виды молекул в определенных зонах . Теория центрифугирования в градиенте плотности сложна и не совсем понятна. На практике же это простой и изящный метод, который широко применяется при работе с вирусами растений.[ ...]

Основной особенностью локализованного в матрице ЩГК ЦЭЧ (как и онковирусов в клетке) является наличие границы раздела двух сред с различной проводимостью. На рис. 2.11 приведены данные электронной микроскопии, показывающие аденовирус, вирус Эпштейна-Барр (ЭБВ) и ЦЭЧ в ЩГК. Из рис. 2.11 видно, что все образования одного масштаба, имеют форму близкую к сферической, состоящую из ядра и оболочки, в химическом составе каждой оболочки содержатся электрически активные ионы, четко обозначены выраженные границы у вирусов и ЦЭЧ со своими матрицами.[ ...]

Проявляется на листьях ранней весной в виде желтой крапчатости. К середине лета этот признак исчезает, но пораженные листья иногда становятся морщинистыми. Плоды формируются мелкие, часто неправильной формы и с бугорками вдоль шва. Созревание их задерживается. Возбудитель болезни - Peach mosaic virus передается при прививке и окулировке. Полагают, что переносчиком вируса является сливовая тля.[ ...]

Несмотря на многие открытия, в картине биогенеза остается еще немало белых пятен. Можно считать бесспорными лишь основные вехи. Так, не вызывает теперь сомнений, что возникновение биосферы было исключительным, единичным событием. Ничтожно малый вирус и гигантское чудовище моря, одноклеточная водоросль и древовидный папоротник, исчезнувший миллионы лет назад, - все они только ветви и листья на одном филогенетическом древе. Формы жизни всегда и повсюду обнаруживают, так сказать, «кровное родство», и все ее дети генетически связаны между собой. С того дня, когда на Земле появилось первое существо, жизнь происходит только от жизни.[ ...]

Клетка - основная структурно-функциональная единица всех живых организмов, элементарная живая система. Она может существовать как отдельный организм (бактерии, простейшие, некоторые водоросли и грибы), так и в составе тканей многоклеточных организмов. Лишь вирусы представляют собой неклеточные формы жизни.[ ...]

Согласно предложенной схеме на первой стадии процесса происходит образование фермент-субстратного комплекса EI эндонуклеазы рестрикции EcoR I и двухцепочечной плазмидной ДНК. Ключевым моментом схемы является образование комплекса E-II эндонуклеазы рестрикции EcoR I с кольцевой формой ДНК, содержащей однонитевый разрыв, полученной в результате гидролиза фосфодиэфирной связи в одной из цепей ДНК- В дальнейшем в зависимости от условий (природы субстрата, температуры и т. д.) может происходить или расщепление второй цепи ДНК в составе того же комплекса Е - II с образованием комплекса Е-III-фермента с линейной формой ДНК или диссоциация комплекса Е-П с образованием свободного фермента и кольцевой ДНК, содержащей однонитевый разрыв, что и приводит к накоплению формы II в растворе. Эта схема позволила объяснить различия в механизмах гидролиза ДНК вируса SV 40 с одной стороны и ДНК ColE I и бактериофага G4 с другой. В случае ДНК вируса SV 40 происходит диссоциация фермент-субстратного комплекса Е -11, приводящая к накоплению кольцевой формы ДНК в растворе. Было высказано предположение, что различия в механизме гидролиза этих ДНК молекул (вируса SV 40; ДНК ColE I и бактериофага G4) являются результатом взаимодействия рестриктазы EcoR I с различными нуклеотидными последовательностями, фланкирующими участок узнавания рестриктазы EcoR I. Однако, такое предположение не позволяет объяснить различия в механизме гидролиза кольцевой ДНК ColE I в зависимости от температуры (см. выше).[ ...]

Заболевание известно во многих странах мира. В СССР обнаружено на Украине, в Молдавии, Эстонии и Грузии и является объектом внутреннего карантина. Поражаются слива, алыча, мирабель, абрикос и персик. Возбудитель болезни - Plum pox (= Prunus virus 7 Smith). Форма вируса - нитевидная, размер 760X20 им.[ ...]

Дальнейшее развитие исследования по изучению механизма гидролиза плазмидной ДНК эндонуклеазами рестрикции получили в работах Халфорда с сотр. . Таким образом механизм реакции является аналогичным таковому, предложенному для гидролиза ДНК вируса ЭУ 40 рестриктазой ЕсоИ I .[ ...]

Кроме вышеуказанных «общеорганизменных» функций наличие гомеостаза организма существует еще одна очень важная особенность: живое вещество как бы создает еще одну среду обитания, а именно возможность заселения организма другими живыми существами для постоянного или временного обитания. Это созданная жизнью новая биотическая среда обитания. К существам, которые заселяют эту среду, многие специалисты относят вирусы. Так, И.А. Шилов (2000) считает, что исключительная простота их устройства является вторичным явлением, даже скорее это вновь возникшая форма живых существ, полностью осврившая внутриклеточную среду в организмах других уровней. Вторым подтверждением этого тезиса является то, что вирусы обладают высокой степенью сложности и разнообразия генетической системы. Упрощение строения, ставшее возможным благодаря обязательным безусловным связям вирусов с хозяином-организмом, обеспечивающим стабильные условия жизни, затронуло даже фундаментальные свойства, присущие подавляющему большинству форм жизни: вирусы не обладают раздражимостью и лишены собственного аппарата синтеза белка. Вирусы не способны к самостоятельному существованию, и их связь с клеткой -это не только пространственная, но и жесткая функциональная связь, с которой клетка и вирус представляют некое единство.[ ...]

Кратковременная щелочная обработка ВЖМТ при 30 °С и высокой ионной силе in situ вызывает разрывы, приводя к образованию фрагментов РНК, довольно однородных по величине, у которых s2 [ ...]

Количество людей, пораженных малярией, гепатитом, ВИЧ и многими другими болезнями, исчисляется огромными цифрами. Многие медики считают, что следует говорить не о «победе», а лишь о временном успехе в борьбе с этими болезнями. История борьбы с инфекционными болезнями очень коротка, а непредсказуемость изменений в окружающей среде (особенно, в городской) может свести на нет эти успехи. По этой причине «возврат» инфекционных агентов фиксируется среди вирусов. Многие вирусы «отрываются» от природной основы и переходят в новую стадию, способную жить в среде обитания человека, - становятся возбудителями гриппа, вирусной формы рака и других болезней. Возможно, такой формой является ВИЧ.[ ...]

Об изменении средневесовой молекулярной массы и радиуса вращения судили на основании данных светорассеяния. Для РНК ВЖМТ, применяя оба метода деградации, они нашли, что радиус вращения увеличивался перед началом интенсивной деградации молекулы, в то время как радиус вращения и средневесовая молекулярная масса РНК ВТМ уменьшались с самого начала этого процесса. Страциелли и др. объяснили эти данные, предположив, что РНК ВЖМТ существует в форме замкнутой петли. Однако эти результаты можно интерпретировать и но-иному. Например, Хазелькорн показал, что РНК ВТМ и РНК ВЖМТ седиментировали совместно в условиях pH и ионной силы, сходных с теми, которые были использованы Страциелли и др. . В противоположность этому кольцевая и лихгейная форма ДНК фага срХ174 легко различимы по своим седиментациондьш свойствам 1,515]. Кейпер на основании данных о седиментации при различных условиях высказал предположение, что изолированная РНК вируса огуречной мозаики (штамм У) может существовать в двух формах: незамкнутой цепи и кольцевой структуры. Однако эти данные, так же как и в описанном выше случае, можно объяснить по-разному.[ ...]

Бактериальные ДНК - это высокополимерные соединения, состоящие из большого числа нуклеотидов - полинуклеотиды с молекулярным весом около 4 млн. Молекула ДНК представляет собой цепь нуклеотидов, где расположение их имеет определенную последовательность. В последовательности расположения азотистых оснований закодирована генетическая информация каждого вида. Нарушение этой последовательности возможно при естественных мутациях или же под влиянием мутагенных факторов. При этом микроорганизм приобретает или утрачивает какое-либо свойство. У него наследственно изменяются признаки, т. е. появляется новая форма микроорганизма. У всех микроорганизмов - прокариотов и эукариотов - носителями генетической информации являются нуклеиновые кислоты - ДНК и РНК. Лишь некоторые вирусы представляют собой исключение: у них ДНК отсутствует, а наследственная информация записана или отражена только в РНК.

ВИРУСЫ, мельчайшие возбудители инфекционных болезней. В переводе с латинского virus означает «яд, ядовитое начало». До конца 19 в. термин «вирус» использовался в медицине для обозначения любого инфекционного агента, вызывающего заболевание . Современное значение это слово приобрело после 1892, когда русский ботаник Д.И.Ивановский установил «фильтруемость» возбудителя мозаичной болезни табака (табачной мозаики). Он показал, что клеточный сок из зараженных этой болезнью растений, пропущенный через специальные фильтры, задерживающие бактерии, сохраняет способность вызывать то же заболевание у здоровых растений. Пять лет спустя другой фильтрующийся агент – возбудитель ящура крупного рогатого скота – был обнаружен немецким бактериологом Ф.Лёффлером. В 1898 голландский ботаник М.Бейеринк повторил в расширенном варианте эти опыты и подтвердил выводы Ивановского. Он назвал «фильтрующееся ядовитое начало», вызывающее табачную мозаику, «фильтрующимся вирусом». Этот термин использовался на протяжении многих лет и постепенно сократился до одного слова – «вирус».

В 1901 американский военный хирург У.Рид и его коллеги установили, что возбудитель желтой лихорадки также является фильтрующимся вирусом. Желтая лихорадка была первым заболеванием человека, опознанным как вирусное, однако потребовалось еще 26 лет, чтобы ее вирусное происхождение было окончательно доказано.

Принято считать, что вирусы произошли в результате обособления (автономизации) отдельных генетических элементов клетки, получивших, кроме того, способность передаваться от организма к организму. В нормальной клетке происходят перемещения нескольких типов генетических структур, например матричной, или информационной, РНК (мРНК), транспозонов, интронов, плазмид. Такие мобильные элементы, возможно, были предшественниками, или прародителями, вирусов.

Являются ли вирусы живыми организмами? В 1935 американский биохимик У.Стэнли выделил в кристаллической форме вирус табачной мозаики, доказав тем самым его молекулярную природу. Полученные результаты вызвали бурные дискуссии о природе вирусов: являются ли они живыми организмами или просто активированными молекулами? Действительно, внутри зараженной клетки вирусы проявляют себя как интегральные компоненты более сложных живых систем, но вне клетки представляют собой метаболически инертные нуклеопротеины. Вирусы содержат генетическую информацию, но не могут самостоятельно реализовать ее, не обладая собственным механизмом синтеза белка. Когда особенности строения и репродукции вирусов оказались выясненными, вопрос о том, являются ли они живыми, постепенно утратил свое значение.

СТРОЕНИЕ ВИРУСОВ

Полноценная по строению и инфекционная, т.е. способная вызвать заражение, вирусная частица вне клетки называется вирионом. Сердцевина («ядро») вириона содержит одну молекулу, а иногда две или несколько молекул нуклеиновой кислоты. Белковый чехол, покрывающий нуклеиновую кислоту вириона и защищающий ее от вредных воздействий окружающей среды, называется капсидом. Нуклеиновая кислота вириона является генетическим материалом вируса (его геномом) и представлена дезоксирибонуклеиновой кислотой (ДНК) или рибонуклеиновой кислотой (РНК), но никогда двумя этими соединениями сразу. (Хламидии, риккетсии и все другие «истинно живые» микроорганизмы содержат одновременно ДНК и РНК.) Нуклеиновые кислоты самых мелких вирусов содержат три или четыре гена, тогда как самые крупные вирусы имеют до ста генов.

У некоторых вирусов в дополнение к капсиду имеется еще и внешняя оболочка, состоящая из белков и липидов. Она образуется из мембран зараженной клетки, содержащих встроенные вирусные белки. Термины «голые вирионы» и «лишенные оболочки вирионы» используются как синонимы. Капсиды самых мелких и просто устроенных вирусов могут состоять лишь из одного или нескольких видов белковых молекул. Несколько молекул одного или разных белков объединяются в субъединицы, называемые капсомерами. Капсомеры, в свою очередь, образуют правильные геометрические структуры вирусного капсида. У разных вирусов форма капсида является характерной особенностью (признаком) вириона.

Вирионы со спиральным типом симметрии, как у вируса табачной мозаики, имеют форму удлиненного цилиндра; внутри белкового чехла, состоящего из отдельных субъединиц – капсомеров, находится свернутая спираль нуклеиновой кислоты (РНК). Вирионы с икосаэдрическим типом симметрии (от греч. eikosi – двадцать, hedra – поверхность), как у полиовируса, имеют сферическую, а точнее, многогранную форму; их капсиды построены из 20 правильных треугольных фасеток (поверхностей) и похожи на геодезический купол.

У отдельных бактериофагов (вирусов бактерий; фагов) смешанный тип симметрии. У т.н. «хвостатых» фагов головка имеет вид сферического капсида; от нее отходит длинный трубчатый отросток – «хвост».

Встречаются вирусы с еще более сложным строением. Вирионы поксвирусов (вирусы группы оспы) не имеют правильного, типичного капсида: между сердцевиной и наружной оболочкой у них располагаются трубчатые и мембранные структуры.

Генетическую информацию, закодированную в отдельном гене, в общем можно рассматривать как инструкцию по производству определенного белка в клетке. Такая инструкция воспринимается клеткой только в том случае, если она послана в виде мРНК. Поэтому клетки, у которых генетический материал представлен ДНК, должны «переписать» (транскрибировать) эту информацию в комплементарную копию мРНКвирусных белков (см. также НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ). ДНК-содержащие вирусы по способу репликации отличаются от РНК-содержащих вирусов.

ДНК обычно существует в виде двухцепочечных структур: две полинуклеотидные цепочки соединены водородными связями и закручены таким образом, что образуется двойная спираль. РНК, напротив, обычно существует в виде одноцепочечных структур. Однако геном отдельных вирусов представляет собой одноцепочечную ДНК или двухцепочечную РНК. Нити (цепочки) вирусной нуклеиновой кислоты, двойные или одинарные, могут иметь линейную форму или замыкаться в кольцо.

Первый этап репликации вирусов связан с проникновением вирусной нуклеиновой кислоты в клетку организма-хозяина. Этому процессу могут способствовать специальные ферменты, входящие в состав капсида или внешней оболочки вириона, причем оболочка остается снаружи клетки или вирион теряет ее сразу после проникновения внутрь клетки. Вирус находит подходящую для его размножения клетку, контактируя отдельными участками своего капсида (или внешней оболочки) со специфическими рецепторами на поверхности клетки по типу «ключ – замок». Если специфические («узнающие») рецепторы на поверхности клетки отсутствуют, то клетка не чувствительна к вирусной инфекции: вирус в нее не проникает.

Для того чтобы реализовать свою генетическую информацию, проникшая в клетку вирусная ДНК транскрибируется специальными ферментами в мРНК. Образовавшаяся мРНК перемещается к клеточным «фабрикам» синтеза белка – рибосомам, где она заменяет клеточные «послания» собственными «инструкциями» и транслируется (прочитывается), в результате чего синтезируются вирусные белки. Сама же вирусная ДНК многократно удваивается (дуплицируется) при участии другого набора ферментов, как вирусных, так и принадлежащих клетке.

Синтезированный белок, который используется для строительства капсида, и размноженная во многих копиях вирусная ДНК объединяются и формируют новые, «дочерние» вирионы. Сформированное вирусное потомство покидает использованную клетку и заражает новые: цикл репродукции вируса повторяется. Некоторые вирусы во время отпочковывания от поверхности клетки захватывают часть клеточной мембраны, в которую «заблаговременно» встроились вирусные белки, и таким образом приобретают оболочку. Что касается клетки-хозяина, то она в итоге оказывается поврежденной или даже полностью разрушенной.

У некоторых ДНК-содержащих вирусов сам цикл репродукции в клетке не связан с немедленной репликацией вирусной ДНК; вместо этого вирусная ДНК встраивается (интегрируется) в ДНК клетки-хозяина. На этой стадии вирус как единое структурное образование исчезает: его геном становится частью генетического аппарата клетки и даже реплицируется в составе клеточной ДНК во время деления клетки. Однако впоследствии, иногда через много лет, вирус может появиться вновь – запускается механизм синтеза вирусных белков, которые, объединяясь с вирусной ДНК, формируют новые вирионы.

У некоторых РНК-содержащих вирусов геном (РНК) может непосредственно выполнять роль мРНК. Однако эта особенность характерна только для вирусов с «+» нитью РНК (т.е. с РНК, имеющей положительную полярность). У вирусов с «-» нитью РНК последняя должна сначала «переписаться» в «+» нить; только после этого начинается синтез вирусных белков и происходит репликация вируса.

Так называемые ретровирусы содержат в качестве генома РНК и имеют необычный способ транскрипции генетического материала: вместо транскрипции ДНК в РНК, как это происходит в клетке и характерно для ДНК-содержащих вирусов, их РНК транскрибируется в ДНК. Двухцепочечная ДНК вируса затем встраивается в хромосомную ДНК клетки. На матрице такой вирусной ДНК синтезируется новая вирусная РНК, которая, как и другие, определяет синтез вирусных белков. См. также РЕТРОВИРУСЫ.

Если вирусы действительно являются мобильными генетическими элементами, получившими «автономию» (независимость) от генетического аппарата их хозяев (разных типов клеток), то разные группы вирусов (с разным геномом, строением и репликацией) должны были возникнуть независимо друг от друга. Поэтому построить для всех вирусов единую родословную, связывающую их на основе эволюционных взаимоотношений, невозможно. Принципы «естественной» классификации, используемые в систематике животных, не подходят для вирусов.

Тем не менее система классификации вирусов необходима в практической работе , и попытки ее создания предпринимались неоднократно. Наиболее продуктивным оказался подход, основанный на структурно-функциональной характеристике вирусов: чтобы отличить разные группы вирусов друг от друга, описывают тип их нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК, каждая из которых может быть одноцепочечной или двухцепочечной), ее размеры (число нуклеотидов в цепочке нуклеиновой кислоты), число молекул нуклеиновой кислоты в одном вирионе, геометрию вириона и особенности строения капсида и наружной оболочки вириона, тип хозяина (растения, бактерии, насекомые, млекопитающие и т.д.), особенности вызываемой вирусами патологии (симптомы и характер заболевания), антигенные свойства вирусных белков и особенности реакции иммунной системы организма на внедрение вируса.

В систему классификации вирусов не вполне укладывается группа микроскопических возбудителей болезней, называемая вироидами (т.е. вирусоподобными частицами). Вироиды вызывают многие распространенные среди растений болезни. Это мельчайшие инфекционные агенты, лишенные даже простейшего белкового чехла (имеющегося у всех вирусов); они состоят только из замкнутой в кольцо одноцепочечной РНК.

ВИРУСНЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ

Для многих вирусов, например кори, герпеса и отчасти гриппа, основным природным резервуаром является человек. Передача этих вирусов происходит воздушно-капельным или контактным путем.

Распространение некоторых вирусных заболеваний , как и других инфекций, полно неожиданностей. Например, в группах людей, проживающих в антисанитарных условиях, практически все дети в раннем возрасте переносят полиомиелит, обычно протекающий в легкой форме , и приобретают иммунитет. Если же условия жизни в этих группах улучшаются, дети младшего возраста обычно полиомиелитом не болеют, но заболевание может возникнуть в более старшем возрасте, и тогда оно часто протекает в тяжелой форме.

Многие вирусы не могут долго сохраняться в природе при низкой плотности расселения вида-хозяина. Малочисленность популяций первобытных охотников и сборщиков растений создавала неблагоприятные условия для существования некоторых вирусов; поэтому весьма вероятно, что какие-то вирусы человека возникли позже, с появлением городских и сельских поселений. Предполагается, что вирус кори первоначально существовал среди собак (как возбудитель лихорадки), а натуральная оспа человека могла появиться в результате эволюции оспы коров или мышей. К наиболее «свежим» примерам эволюции вирусов можно отнести синдром приобретенного иммунодефицита человека (СПИД). Существуют данные о генетическом сходстве вирусов иммунодефицита человека и африканских зеленых мартышек.

«Новые» инфекции обычно протекают в тяжелой форме, нередко со смертельным исходом, но в процессе эволюции возбудителя они могут стать более легкими. Хороший пример – история вируса миксоматоза. В 1950 этот вирус, эндемичный для Южной Америки и довольно безобидный для местных кроликов, вместе с европейскими породами этих животных был завезен в Австралию. Заболевание австралийских кроликов, ранее не встречавшихся с данным вирусом, было смертельным в 99,5% случаев. Несколько лет спустя смертность от этого заболевания значительно снизилась, в некоторых районах до 50%, что объясняется не только «аттенуирующими» (ослабляющими) мутациями в вирусном геноме, но и возросшей генетической устойчивостью кроликов к заболеванию, причем в обоих случаях эффективная природная селекция произошла под мощным давлением естественного отбора.

Репродукция вирусов в природе поддерживается разными типами организмов: бактериями, грибами, простейшими, растениями, животными. Например, насекомые часто страдают от вирусов, которые накапливаются в их клетках в виде крупных кристаллов. Растения нередко поражаются мелкими и просто устроенными РНК-содержащими вирусами. Эти вирусы даже не имеют специальных механизмов для проникновения в клетку. Они переносятся насекомыми (которые питаются клеточным соком), круглыми червями и контактным способом, заражая растение при его механическом повреждении. Вирусы бактерий (бактериофаги) имеют наиболее сложный механизм доставки своего генетического материала в чувствительную бактериальную клетку. Сначала «хвост» фага, имеющий вид тонкой трубочки, прикрепляется к стенке бактерии. Затем специальные ферменты «хвоста» растворяют участок бактериальной стенки и в образовавшееся отверстие через «хвост», как через иглу шприца, впрыскивается генетический материал фага (обычно ДНК).

Более десяти основных групп вирусов патогенны для человека. Среди ДНК-содержащих вирусов это семейство поксвирусов (вызывающих натуральную оспу, коровью оспу и другие оспенные инфекции), вирусы группы герпеса (герпетические высыпания на губах, ветряная оспа), аденовирусы (заболевания дыхательных путей и глаз), семейство паповавирусов (бородавки и другие разрастания кожи), гепаднавирусы (вирус гепатита B). РНК-содержащих вирусов, болезнетворных для человека, значительно больше. Пикорнавирусы (от лат. pico – очень мелкий, англ. RNA – РНК) – самые мелкие вирусы млекопитающих, похожие на некоторые вирусы растений; они вызывают полиомиелит, гепатит А, острые простудные заболевания . Миксовирусы и парамиксовирусы – причина разных форм гриппа, кори и эпидемического паротита (свинки). Арбовирусы (от англ. arthropod borne – «переносимые членистоногими») – самая большая группа вирусов (более 300) – переносятся насекомыми и являются возбудителями клещевого и японского энцефалитов, желтой лихорадки, менингоэнцефалитов лошадей, колорадской клещевой лихорадки, шотландского энцефалита овец и других опасных болезней. Реовирусы – довольно редкие возбудители респираторных и кишечных заболеваний человека – стали предметом особого научного интереса в силу того, что их генетический материал представлен двухцепочечной фрагментированной РНК. См. также ВЕНЕРИЧЕСКИЕ БОЛЕЗНИ; ВЕТРЯНАЯ ОСПА; ГЕПАТИТ; ГРИПП; ДЕНГЕ ЛИХОРАДКА; МОНОНУКЛЕОЗ ИНФЕКЦИОННЫЙ; КОРЬ; КРАСНУХА; МЕНИНГИТ; ОСПА НАТУРАЛЬНАЯ; ПОЛИОМИЕЛИТ; РЕСПИРАТОРНЫЕ ВИРУСНЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ; СВИНКА; СИНДРОМ ПРИОБРЕТЕННОГО ИММУНОДЕФИЦИТА (СПИД); ЭНЦЕФАЛИТ.

Возбудители некоторых болезней, в том числе очень тяжелых, не укладываются ни в одну из вышеперечисленных категорий. К особой группе медленных вирусных инфекций еще недавно относили, например, болезнь Крейтцфельда – Якоба и куру – дегенеративные заболевания головного мозга, имеющие очень продолжительный инкубационный период . Однако оказалось, что они вызываются не вирусами, а мельчайшими инфекционными агентами белковой природы – прионами (см. ПРИОН).

Лечение и профилактика. Репродукция вирусов тесно переплетается с механизмами синтеза белка и нуклеиновых кислот клетки в зараженном организме. Поэтому создать лекарства, избирательно подавляющие вирус, но не наносящие вреда организму, – задача чрезвычайно трудная. Все же оказалось, что у наиболее крупных вирусов герпеса и оспы геномные ДНК кодируют большое число ферментов, отличающихся по свойствам от сходных клеточных ферментов, и это послужило основой для разработки противовирусных препаратов . Действительно, создано несколько препаратов, механизм действия которых основан на подавлении синтеза вирусных ДНК. Некоторые соединения, слишком токсичные для общего применения (внутривенно или через рот), годятся для местного использования, например при поражении глаз вирусом герпеса.

Известно, что в организме человека вырабатываются особые белки – интерфероны. Они подавляют трансляцию вирусных нуклеиновых кислот и таким образом угнетают размножение вируса. Благодаря генной инженерии стали доступны и проходят проверку в медицинской практике интерфероны, производимые бактериями (см. ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ).

К самым действенным элементам естественной защиты организма относятся специфические антитела (специальные белки, вырабатываемые иммунной системой), которые взаимодействуют с соответствующим вирусом и тем самым эффективно препятствуют развитию болезни; однако они не могут нейтрализовать вирус, уже проникший в клетку. Примером может служить герпетическая инфекция : вирус герпеса сохраняется в клетках нервных узлов (ганглиев), где антитела не могут его достичь. Время от времени вирус активируется и вызывает рецидивы заболевания.

Обычно специфические антитела образуются в организме в результате проникновения в него возбудителя инфекции. Организму можно помочь, усиливая выработку антител искусственно, в том числе создавая иммунитет заранее, с помощью вакцинации. Именно таким способом, путем массовой вакцинации, заболевание натуральной оспой было практически ликвидировано во всем мире. См. также ВАКЦИНАЦИЯ И ИММУНИЗАЦИЯ.

Современные методы вакцинации и иммунизации разделяются на три основных группы. Во-первых, это использование ослабленного штамма вируса, который стимулирует в организме продуцирование антител, эффективно действующих против более патогенного штамма. Во-вторых, введение убитого вируса (например, инактивированного формалином), который тоже индуцирует образование антител. Третий вариант – т.н. «пассивная» иммунизация, т.е. введение уже готовых «чужих» антител. Животное, например лошадь, иммунизируют, затем из ее крови выделяют антитела, очищают их и используют для введения пациенту, чтобы создать немедленный, но непродолжительный иммунитет. Иногда используют антитела из крови человека, перенесшего данное заболевание (например, корь, клещевой энцефалит).

Накопление вирусов. Для приготовления вакцинных препаратов необходимо накопить вирус. С этой целью часто используют развивающиеся куриные эмбрионы, которых заражают данным вирусом. После инкубирования зараженных эмбрионов в течение определенного времени накопившийся в них вследствие размножения вирус собирают, очищают (центрифугированием или другим способом) и, если нужно, инактивируют. Очень важно удалить из препаратов вируса все балластные примеси, которые могут вызывать серьезные осложнения при вакцинации. Конечно, не менее важно убедиться, что в препаратах не осталось неинактивированного патогенного вируса. В последние годы для накопления вирусов широко используют различные типы клеточных культур.

МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ВИРУСОВ

Вирусы бактерий первыми стали объектом детальных исследований как наиболее удобная модель, обладающая рядом преимуществ по сравнению с другими вирусами. Полный цикл репликации фагов, т.е. время от заражения бактериальной клетки до выхода из нее размножившихся вирусных частиц, происходит в течение одного часа. Другие вирусы обычно накапливаются в течение нескольких суток или даже более продолжительного времени. Незадолго до Второй мировой войны и вскоре после ее окончания были разработаны методы изучения отдельных вирусных частиц. Чашки с питательным агаром, на котором выращен монослой (сплошной слой) бактериальных клеток, заражают частицами фага, используя для этого его последовательные разведения. Размножаясь, вирус убивает «приютившую» его клетку и проникает в соседние, которые тоже гибнут после накопления фагового потомства. Участок погибших клеток виден невооруженным глазом как светлое пятно. Такие пятна называют «негативными колониями», или бляшками. Разработанный метод позволил изучать потомство отдельных вирусных частиц, обнаружить генетическую рекомбинацию вирусов и определить генетическую структуру и способы репликации фагов в деталях, казавшихся ранее невероятными.

Работы с бактериофагами способствовали расширению методического арсенала в изучении вирусов животных. До этого исследования вирусов позвоночных выполнялись в основном на лабораторных животных; такие опыты были очень трудоемки, дороги и не очень информативны. Впоследствие появились новые методы, основанные на применении тканевых культур; бактериальные клетки, использовавшиеся в экспериментах с фагами, были заменены на клетки позвоночных. Однако для изучения механизмов развития вирусных заболеваний эксперименты на лабораторных животных очень важны и продолжают проводиться в настоящее время.

ПРИ ИКОСАЭДРИЧЕСКОМ ТИПЕ СИММЕТРИИ, показанной на схеме строения аденовируса, капсомеры, или белковые субъединицы вируса, образуют изометрический белковый чехол, состоящий из 20 правильных треугольников.

В СЛУЧАЕ СПИРАЛЬНОЙ СИММЕТРИИ, показанной на схеме строения вируса табачной мозаики, капсомеры, или субъединицы вируса, формируют спираль вокруг полой трубчатой сердцевины.

КОМБИНИРОВАННАЯ, или смешанная, симметрия у вирусов может быть представлена разными вариантами. Частица бактериофага, показанная на схеме, имеет «головку» правильной геометрической формы и «хвост» со спиральной симметрией.

2.4.1. Открытие

В 1852 г. русский ботаник Д.И. Ивановский впервые получил инфекционный экстракт из растений табака, пораженных мозаичной болезнью. Когда такой экстракт пропустили через фильтр, задерживающий , отфильтрованная жидкость все еще сохраняла инфекционные свойства. В 1898 г. голландец Бейеринк придумал новое слово «вирус» (от латинского слова, означающего «яд»), чтобы обозначить этим словом инфекционную природу определенных профильтрованных растительных жидкостей. Хотя удалось достичь значительных успехов в получении высокоочищенных проб вирусов и было установлено, что по химической природе это нуклеопротеины (сложные соединения, состоящие из и нуклеиновых кислот), сами частицы все еще оставались неуловимыми и загадочными, потому что они были слишком малы, чтобы их можно было увидеть с помощью светового . Именно поэтому вирусы и оказались в числе первых биологических структур, которые были исследованы в электронном микроскопе сразу же после его изобретения в тридцатые годы XX столетия.

2.4.2. Свойства вирусов

Вирусы обладают следующими свойствами.

Ниже мы рассмотрим эти свойства более подробно.

Размеры

Вирусы – это мельчайшие живые организмы, размеры которых варьируют в пределах от 20 до 300 нм; в среднем они раз в пятьдесят меньше . Их нельзя увидеть с помощью светового микроскопа, и они проходят через фильтры, не пропускающие бактерий.

Происхождение

Исследователи часто задаются вопросом, живые ли вирусы? Если считать живой любую структуру, обладающую генетическим материалом (ДНК или РНК) и способную к самовоспроизведению, то ответ должен быть утвердительным: да, вирусы – живые. Если же признаком живого считать наличие клеточного строения, то ответ будет отрицательным: вирусы не живые. К этому следует добавить, что вне клетки-хозяина вирусы неспособны к самовоспроизведению.

Для более полного представления о вирусах необходимо знать их происхождение в процессе эволюции. Существует предположение, хотя и недоказанное, что вирусы – это генетический материал, некогда «сбежавший» из прокариотических и эукариотических клеток и сохранивший способность к воспроизведению при возвращении в клеточное окружение. Вне клетки вирусы находятся в совершенно инертном состоянии, однако они обладают набором инструкций (генетическим кодом), необходимых для того, чтобы вновь проникнуть в клетку и, подчинив ее своим инструкциям, заставить производить много идентичных себе (вирусу) копий. Следовательно, логично предположить, что в процессе эволюции вирусы появились позже клеток.

Строение

Строение вирусов очень простое. Они состоят из следующих структур:

1. сердцевины – генетического материала, представленного либо ДНК, либо РНК; ДНК или РНК может быть одноцепочечной или двухцепочечной;
2. капсида – защитной белковой оболочки, окружающей сердцевину;
3. нуклеокапсида – сложной структуры, образованной сердцевиной и капсидом;
4. оболочки – у некоторых вирусов, таких как ВИЧ и вирусы гриппа, имеется дополнительный липопротеиновый слой, происходящий из плазматической мембраны клетки-хозяина;
5. капсомеров – идентичных повторяющихся субъединиц, из которых часто бывают построены капсиды.

Рис. 2.16. Схематическое изображение вируса в разрезе.

Общая форма капсида отличается высокой степенью симметрии, обусловливая способность вирусов к кристаллизации. Это дает возможность исследовать их как методом рентгеновской кристаллографии, так и с помощью электронной микроскопии. Как только в клетке-хозяине образуются субъединицы вируса, они сразу же могут путем самосборки объединиться в полную вирусную частицу. Упрощенная схема строения вируса показана на рис. 2.16.



Рис. 2.17. А. Икосаэдр. Б. Электронная микрофотография вируса простого герпеса, полученная методом негативного контрастирования (окрашивается не сам препарат, а его фон). Обратите внимание, насколько отчетливо видны детали строения вируса. Индивидуальные капсомеры просматриваются как раз там, где между ними проник краситель.

Для структуры капсида характерны определенные типы симметрии, особенно полиэдрическая и спиральная. Полиэдр – это многогранник. Наиболее распространенная полиэдрическая форма у вирусов – икосаэдр, у которого имеется 20 треугольных граней, 12 углов и 30 ребер. На рис. 2.17, А мы видим правильный икосаэдр, а на рис. 2.17, Б – вирус герпеса, в частице которого 162 капсомера организованы в икосаэдр.



Рис. 2.18. А. Строение вируса табачной мозаики (ВТМ); видна спиральная симметрия капсида. Показана только часть палочковидного вируса. Рисунок построен на основе результатов рентгено-структурного анализа, биохимических данных и электронно-микроскопических исследований. Б. Электронная микрофотография вируса табачной мозаики, полученная методом негативного контрастирования (х 800 000). Капсид (оболочка) образован 2130 идентичными белковыми капсомерами. В. Растение табака, инфицированное ВТМ. Обратите внимание на характерные пятна в тех местах, где ткань листа отмирает.

Наглядной иллюстрацией спиральной симметрии может служить показанный на рис. 2.18, Б РНК-содержащий вирус табачной мозаики (ВТМ). Капсид этого вируса образован 2130 идентичными белковыми капсомерами. ВТМ был первым вирусом, выделенным в чистом виде. При заражении этим вирусом на листьях больного растения появляются желтые крапинки – так называемая мозаика листьев (рис. 2.18, В). Вирусы распространяются очень быстро либо механически, когда больные растения или его части приходят в соприкосновение со здоровыми растениям, либо воздушным путем с дымом от сигарет, для изготовления которых были использованы зараженные листья.



Рис. 2.19. А. Строение бактериофага Т2. Б. Электронная микрофотография бактериофага, полученная методом негативного контрастирования.

Вирусы, атакующие бактерий, образуют группу, называемую бактериофагами или просто фагами. У некоторых бактериофагов имеются четко выраженная икосаэдрическая головка и хвост, обладающий спиральной симметрией (рис. 2.19). На рис. 2.20 и 2.21 приводятся схематические изображения некоторых вирусов, иллюстрирующие их относительные размеры и общее строение.



Рис. 2.20. Несколько упрощенных схематических изображений вирусов, отражающих различие их симметрии и размеров. Фаг Т2 показан с нитями хвостового отростка, которые фаг выпускает перед тем как инфицировать клетку; у фага? нитей хвостового отростка нет.



Рис. 2.21. Строение вируса иммунодефицита человека (ВИЧ), относящегося к ретровирусам. Конусовидный капсид состоит из уложенных по спирали капсомеров. Спереди капсид срезан, чтобы были видны две копии РНК-геномов. Под действием фермента, называемого обратной транскриптазой, информация, закодированная в этих одноцепочечных РНК-цепях, транскрибируется в соответствующие двухцепочечные ДНК-нити. Капсид окружен белковой оболочкой, заякоренной в липидном бислое – оболочке, полученной от плазматической мембраны клетки-хозяина. В этой оболочке содержатся встроенные в нее вирусные гликопротеины, которые, специфически связываясь с рецепторами Т-клеток, обеспечивают проникновение вируса в клетку-хозяина.

Строение вирусов

1) Вирусы не имеют клеточного строения. Каждая вирусная частица состоит из расположенного в центре носителя генетической информации и оболочки.Генетический материал представляет собой короткую молекулу нуклеиновой кислоты, это образует сердцевину вируса. Нуклеиновая кислота у разных вирусов может быть представлена ДНК или РНК, причем эти молекулы могут иметь необычное строение: встречается однонитчатая ДНК и двух нитчатая РНК.

2) Оболочка называется капсид .

Капсид выполняет несколько функций.

Защита генетического материала (ДНК или РНК) вируса от механических и химических повреждений.

Определение потенциала к заражению клетки.

На начальных стадиях заражения клетки: прикрепление к клеточной мембране, разрыв мембраны и внедрение в клетку генетического материала вируса.

частицы вируса табачной мозаики, вируса, вызывающего бородавки, и аденовируса

Она образована субъединицами – капсомерами, каждый из которых состоит из одной или двух белковых молекул. Число капсомеров для каждого вируса постоянно (в капсиде вируса полиомиелита их 60, а у вируса табачной мозаики – 2130). Иногда нуклеиновая кислота вместе с капсидом называется нуклеокапсидом. Если вирусная частица кроме капсида, больше не имеет оболочки, её называют простым вирусом, если имеется ещё одна – наружная, вирус называется сложным.

3) Наружную оболочку также называют суперкапсидом , генетически она не принадлежит вирусу, а происходит из плазматической мембраны клетки-хозяина и формируется при выходе собранной вирусной частицы из инфицированной клетки. организованный двойным слоем липидов и специфичными вирусными белками, наиболее часто образующими выросты-шипы, пронизывающие липидный бислой. Такие вирусы называют «одетыми».Выполняет защитные функции у вириона,функцию прикрепления к восприимчивой клетке и проникновения в ее цитоплазму,определяет многие характеристики вируса (антигенные свойства, чувствительность к повреждающим факторам и др.).-вирусы гриппа и герпеса

4) У каждого вируса капсомеры капсида располагаются в строго определённом порядке, благодаря чему возникает определённый тип симметрии. При спиральной симметрии капсид приобретает трубчатую (вирус табачной мозаики) или сферическую (РНК-содержащие вирусы животных) форму. При кубической симметрии капсид имеет форму икосаэдра (двадцатигранника), такой симметрией обладают изометрические вирусы. В случае комбинированной симметрии капсид обладает кубической формой, а расположенная внутри нуклеиновая кислота уложена спирально. Правильная геометрия капсида даже позволяет вирусным частицам совместно образовывать кристаллические структуры.