Вирусы. Наверняка Вы неоднократно слышали это название, слышали о том вреде, который они представляют для человека, слышали о таких вирусных инфекциях как грипп, корь, оспа, герпес, гепатит, ВИЧ... Но что такое вирусы и почему они так опасны?
Все вирусы являются неклеточными организмами, то есть не имеющими клеточной структуры и в этом заключается их главное отличие от прочих типов организмов.
Средние размеры вирусов колеблются в пределах от 20 до 300 нанометров, что делает их малейшими из, всего к чему применимо слово «живое». Среднестатистический вирус примерно в 100 раз меньше, чем другие патогенные существа, бактерии . Увидеть вирус можно только в достаточно мощном электронном микроскопе.
Попав в клетки хозяина вирусы начинают самопроизвольно размножаться, причем строительным материалом выступает вещество самой клетки, что нередко приводит к ее гибели. Именно этим опасны все вирусные инфекции.
Интересно, что для человека существуют и полезные вирусы, это так называемые бактериофаги, которые разрушают вредные бактерии внутри нас.
Как устроены вирусы?
Строение вирусных частиц максимально просто, в большинстве случаев они состоят всего из двух компонентов, реже - трех:
генетический материал в виде ДНК или РНК молекул - это собственно основа вируса, содержащая в себе информацию для его размножения;
капсид - белковая оболочка, отделяющая и защищающая генетический материал от внешней среды;
суперкапсид - дополнительная липидная оболочка, которая в некоторых случаях формируется из мембран клеток донора.
Внутреннее устройство вирусной частицы
Какими бывают вирусы?
По форме все вирусы можно разделить на 4 большие группы:
- спиральные
- икосаэдрические и круглые
- продолговатые
- комплексные или неправильные
Типовые формы вирусов
Распространяются вирусы также различными путями, коих существует огромное количество: по воздуху, при непосредственном контакте, по средством животных-переносчиков, через кровь и т.д.
Человеческий организм подвержен всякого рода заболеваниям и инфекциям, также довольно часто болеют животные и растения. Ученые прошлого века пытались выявить причину многих заболеваний, но, даже определив симптоматику и течение болезни, они не могли уверенно сказать о ее причине. И лишь в конце девятнадцатого века появился такой термин, как "вирусы". Биология, а точнее один из ее разделов - микробиология, стала изучать новые микроорганизмы, которые, как оказалось, уже давно соседствуют с человеком и вносят свою лепту в ухудшение его здоровья. Для того чтобы эффективнее бороться с вирусами, выделилась новая наука - вирусология. Именно она может рассказать о древних микроорганизмах очень много интересного.
Вирусы (биология): что это такое?
Только в девятнадцатом веке ученые выяснили, что возбудителями кори, гриппа, ящура и других инфекционных заболеваний не только у людей, но и у животных и растений являются микроорганизмы, невидимые человеческому глазу.
После того как были открыты вирусы, биология не сразу смогла дать ответы на поставленные вопросы об их строении, возникновении и классификации. У человечества появилась потребность в новой науке - вирусологии. В настоящий момент вирусологи работают над изучением уже знакомых вирусов, наблюдают за их мутациями и изобретают вакцины, позволяющие уберечь живые организмы от заражения. Довольно часто с целью эксперимента создается новый штамм вируса, который хранится в "спящем" состоянии. На его основе разрабатываются препараты и проводятся наблюдения по их воздействию на организмы.
В современном обществе вирусология является одной из самых важных наук, а самый востребованный научный сотрудник - это вирусолог. Профессия вирусолога, по прогнозам социологов, с каждым годом становится все более популярной, что хорошо отражает тенденции современности. Ведь, как считают многие ученые, скоро с помощью микроорганизмов будут вестись войны и устанавливаться правящие режимы. В таких условиях государство, имеющее высококвалифицированных вирусологов, может оказаться самым стойким, а его население наиболее жизнеспособным.
Появление вирусов на Земле
Ученые относят возникновение вирусов к самым древним временам на планете. Хотя с точностью сказать, каким образом они появились и какую форму имели в то время, невозможно. Ведь вирусы имеют способность проникать в абсолютно любые живые организмы, им доступны простейшие формы жизни, растения, грибы, животные и, конечно же, человек. Но вирусы не оставляют после себя никаких видимых остатков в виде окаменелостей, например. Все эти особенности жизни микроорганизмов существенно затрудняют их изучение.
- они были частью ДНК и со временем отделились;
- они были встроены в геном изначально и при определенных обстоятельствах "проснулись", начали размножаться.
Ученые предполагают, что в геноме современных людей находится огромное количество вирусов, которыми были заражены наши предки, и теперь они естественным образом встроились в ДНК.
Вирусы: когда были обнаружены
Изучение вирусов - это достаточно новый раздел в науке, ведь считается, что он появился только в конце девятнадцатого века. На самом деле можно сказать, что неосознанно открыл сами вирусы и вакцины от них английский врач в конце девятнадцатого века. Он работал над созданием лекарства от оспы, косившей в те времена сотни тысяч людей во время эпидемии. Он сумел создать экспериментальную вакцину прямо из болячки одной из девушек, болевшей оспой. Эта прививка оказалась весьма эффективной и спасла не одну жизнь.
Но официальным "отцом" вирусов считается Д. И. Ивановский. Этот русский ученый долгое время изучал болезни растений табака и сделал предположение о мелких микроорганизмах, которые проходят через все известные фильтры и не могут существовать самостоятельно.
Спустя несколько лет француз Луи Пастер в процессе борьбы с бешенством выявил его возбудителей и ввел термин "вирусы". Интересен тот факт, что микроскопы конца девятнадцатого века не могли показать ученым вирусы, поэтому все предположения делались относительно невидимых микроорганизмов.
Развитие вирусологии
Середина прошлого века дала мощный толчок в развитии вирусологии. К примеру, изобретенный электронный микроскоп позволил, наконец, увидеть вирусы и провести их классификацию.
В пятидесятые годы двадцатого века была изобретена вакцина от полиомиелита, ставшая спасением от этого страшного заболевания для миллионов детей по всему миру. К тому же ученые научились выращивать человеческие клетки в специальной среде, что привело к появлению возможности изучать вирусы человека в лабораторных условиях. В настоящий момент описано уже около полутора тысяч вирусов, хотя еще пятьдесят лет назад известными были всего лишь двести подобных микроорганизмов.
Свойства вирусов
Вирусы имеют ряд свойств, которые отличают их от других микроорганизмов:
- Очень маленькие размеры, измеряющиеся в нанометрах. Крупные вирусы человека, например оспы, имеют размер триста нанометров (это всего лишь 0,3 миллиметра).
- Каждый живой организм на планете содержит два вида нуклеиновых кислот, а вирусы имеют только одну.
- Микроорганизмы не могут расти.
- Размножение вирусов происходит только в живой клетке хозяина.
- Существование происходит только внутри клетки, вне ее микроорганизм не может проявлять признаков жизнедеятельности.
Формы вирусов
К настоящему моменту ученые могут с уверенностью заявлять о двух формах данного микроорганизма:
- внеклеточная - вирион;
- внутриклеточная - вирус.
Вне клетки вирион находится в "спящем" состоянии, он не поддет никаких признаков жизни. Попав в организм человека, он находит подходящую клетку и, только проникнув в нее, начинает активно размножаться, превращаясь в вирус.
Строение вируса
Практически все вирусы, несмотря на то что они довольно разнообразны, имеют однотипное строение:
- нуклеиновые кислоты, образующие геном;
- белковая оболочка (капсид);
- некоторые микроорганизмы поверх оболочки имеют еще и мембранное покрытие.
Ученые считают, что подобная простота строения позволяет вирусам выживать и приспосабливаться в изменяющихся условиях.
В настоящий момент вирусологи выделяют семь классов микроорганизмов:
- 1 - состоят из двуцепочечной ДНК;
- 2 - содержат одноцепочечную ДНК;
- 3 - вирусы, копирующие свою РНК;
- 4 и 5 - содержат одноцепочечную РНК;
- 6 - трансформируют РНК в ДНК;
- 7 - трансформируют двуцепочечную ДНК через РНК.
Несмотря на то что классификация вирусов и их изучение шагнули далеко вперед, ученые допускают возможность появления новых видов микроорганизмов, отличающихся от всех уже перечисленных выше.
Типы вирусной инфекции
Взаимодействие вирусов с живой клеткой и способ выхода из нее определяет тип инфекции :
- Литическая
В процессе инфицирования все вирусы одновременно выходят из клетки, и в результате она погибает. В дальнейшем вирусы "селятся" в новых клетках и продолжают их разрушать.
- Персистентная
Вирусы выходят из клетки хозяина постепенно, они начинают поражать новые клетки. Но прежняя продолжает свою жизнедеятельность и "рождает" все новые вирусы.
- Латентная
Вирус встраивается в саму клетку, в процессе ее деления он передается другим клеткам и распространяется по всему организму. В подобном состоянии вирусы могут находиться достаточно долгое время. При необходимом стечении обстоятельств они начинают активно размножаться и инфекция протекает по уже перечисленным выше типам.
Россия: где изучают вирусы?
В нашей стране вирусы изучают уже достаточно давно, и именно российские специалисты лидируют в этой области. В Москве расположен НИИ вирусологии имени Д. И. Ивановского, специалисты которого вносят существенный вклад в развитии науки. На базе НИИ работаю научно-исследовательские лаборатории, содержится консультативный центр и кафедра вирусологии.
Параллельно российские вирусологи работают с ВОЗ и пополняют свою коллекцию штаммов вирусов. Специалисты НИИ работают по всем разделам вирусологии:
- общей:
- частной;
- молекулярной.
Стоит отметить, что в последние годы наметилась тенденция к объединению усилий вирусологов всего мира. Такая совместная работа является более эффективной и позволяет серьезно продвинуться в изучении вопроса.
Вирусы (биология как наука это подтвердила) - это микроорганизмы, сопровождающие все живое на планете на протяжении всего их существования. Поэтому их изучение является столь важным для выживания многих видов на планете, в том числе и человека, который уже не раз в истории становился жертвой различных эпидемий, вызванных вирусами.
Все вирусы объединены в царство Vira. Вирусы — это уникальная группа инфекционных агентов.
Полная вирусная частица — вирион — содержит одну или более молекул ДНК или РНК, окружена белковой оболочкой, иногда другими слоями. Эти дополнительные слои могут быть сложными и содержать углеводы, липиды, дополнительные белки и тому подобное.
Вирусы могут существовать в двух формах: внеклеточной и внутриклеточной. Вирион, внеклеточная форма, имеет немного или ни одного фермента и не может размножаться без живой клетки. Внутриклеточная форма вируса имеет вид нуклеиновой кислоты, которая способна реплицироваться и заставлять метаболизм клетки-хозяина образовывать компоненты вирионов.
Общие свойства вирусов, которые отличают их от других живых организмов:
- 1. Отсутствие клеточного строения.
- 2. Неспособность к самостоятельному росту и делению.
- 3. Отсутствие собственных метаболических систем.
- 4. Содержат нуклеиновую кислоту только одного типа — РНК или ДНК.
- 5. Для размножения вирусов необходима только нуклеиновая кислота.
- 6. Не размножаются вне клеток организма-хозяина.
Фитопатогенные вирусы (вирусы растений) вызывают различные болезни растений: мозаику табака, пшеницы, овса, сои; кольцевую пятнистость картофеля; карликовость кустов томата и др.
Зоопатогенные вирусы. У человека и животных вирусы вызывают такие заболевания как оспа, энцефалит, бешенство, полиомиелит, грипп, насморк, ящур, синдром приобретенного иммунодефицита (СПИД). Они передаются при непосредственном контакте с больным, воздушно-капельным путем, через насекомых и животных, через кровь.
Бактериофаги. Вирусы микроорганизмов поражают бактерии, актиномицеты, грибы и водоросли. Вряд ли существуют бактерии, для которых при достаточно добросовестных поисках нельзя было бы найти подходящий фаг. Ученые пытались использовать фаги для борьбы с бактериальными заболеваниями, в частности для лечения дизентерии и стафилококковых инфекций, однако попытки не дали желаемого результата. В присутствии крови, гноя или фекалий бактериофаги были неактивными.
Структура
Примеры структур икосаэдрических вирионов.
А. Вирус, не имеющий липидной оболочки (например, пикорнавирус).
B. Оболочечный вирус (например, герпесвирус).
Цифрами обозначены: (1) капсид, (2) геномная нуклеиновая кислота, (3) капсомер, (4) нуклеокапсид, (5) вирион, (6) липидная оболочка, (7) мембранные белки оболочки.
Классификация
Отряд (-virales ) Семейство (-viridae ) Подсемейство (-virinae ) Род (-virus ) Вид (-virus )Классификация Балтимора
Нобелевский лауреат, биолог Дэвид Балтимор, предложил свою схему классификации вирусов, основываясь на различиях в механизме продукции мРНК .Эта система включает в себя семь основных групп:
- (I) Вирусы, содержащие двуцепочечную ДНК и не имеющие РНК-стадии (например, герпесвирусы , поксвирусы, паповавирусы, мимивирус).
- (II) Вирусы, содержащие двуцепочечную РНК (например, ротавирусы).
- (III) Вирусы, содержащие одноцепочечную молекулу ДНК (например, парвовирусы).
- (IV) Вирусы, содержащие одноцепочечную молекулу РНК положительной полярности (например, пикорнавирусы , флавивирусы).
- (V) Вирусы, содержащие одноцепочечную молекулу РНК негативной или двойной полярности (например, ортомиксовирусы, филовирусы).
- (VI) Вирусы, содержащие одноцепочечную молекулу РНК и имеющие в своем жизненном цикле стадию синтеза ДНК на матрице РНК, ретровирусы (например, ВИЧ).
- (VII) Вирусы, содержащие двуцепочечную ДНК и имеющие в своем жизненном цикле стадию синтеза ДНК на матрице РНК, ретроидные вирусы (например, вирус гепатита B).
В настоящее время, для классификации вирусов используются обе системы одновременно, как дополняющие друг друга.
Дальнейшее деление производится на основе таких признаков как структура генома (наличие сегментов, кольцевая или линейная молекула), генетическое сходство с другими вирусами, наличие липидной оболочки, таксономическая принадлежнось организма-хозяина и так далее.
История
Применение вирусов
Ссылки
- "Нобелевский комитет поразили вирусы" Статья. Газета «Коммерсантъ» № 181(3998) от 07.10.2008.
Литература
- Mayo M.A., Pringle C.R. Virus taxonomy - 1997 // Journal of General Virology . - 1998. - № 79. - С. 649-657.
Вирусы (биология расшифровывает значение этого термина так) - внеклеточные агенты, которые могут воспроизводиться только с помощью живых клеток. Причем они способны поражать не только людей, растения и животных, но также и бактерии. Вирусы бактерий принято называть бактериофагами. Не столь давно были обнаружены виды, которые поражают друг друга. Они называются «вирусы-сателлиты».
Общие характеристики
Вирусы являются очень многочисленной биологической формой, так как существуют в каждой экосистеме на планете Земля. Их изучением занимается такая наука, как вирусология - раздел микробиологии.
Каждая вирусная частица имеет несколько компонентов:
Генетические данные (РНК или ДНК);
Капсид (белковая оболочка) - выполняет защитную функцию;
Вирусы имеют достаточно разнообразную форму, начиная от самой простой спиральной и заканчивая икосаэдрической. Стандартные размеры составляют около одной сотой размера небольшой бактерии. Однако большая часть экземпляров такие маленькие, что их даже не видно под световым микроскопом.
Распространяются несколькими способами: вирусы, живущие в растениях, перемещаются с помощью насекомых, питающихся травяными соками; животные вирусы переносят кровососущие насекомые. У передаются большим количеством способов: воздушно-капельным или половым путем, а также посредством переливания крови.
Происхождение
В наше время существуют три гипотезы происхождения вирусов.
Кратко о вирусах (по биологии этих организмов база знаний наша, к сожалению, далека от совершенства) вы можете прочитать в данной статье. Каждая из перечисленных выше теорий имеет свои минусы и недоказанные гипотезы.
Вирусы как форма жизни
Существует два определения формы жизни вирусов. Согласно первому, внеклеточные агенты - это комплекс органических молекул. Второе определение сообщает о том, что вирусы являются особой формой жизни.
Вирусы (биология подразумевает появление многих новых видов вирусов) характеризуются как организмы на границе живого. Они похожи на живые клетки тем, что имеют свой неповторимый набор генов и эволюционируют исходя из метода естественного отбора. Также они могут размножаться, создавая при этом собственные копии. Так как вирусы не ученые не рассматривают их как живую материю.
Для того чтобы синтезировать собственные молекулы, внеклеточным агентам нужна клетка-хозяин. Отсутствие собственного обмена веществ не позволяет им размножаться без посторонней помощи.
Классификация вирусов по Балтимору
Какие бывают вирусы, биология описывает достаточно детально. Дейвид Балтимор (лауреат Нобелевской премии) разработал свою классификацию вирусов, которая до сих пор пользуется успехом. Данная классификация основывается на способах образования мРНК.
Вирусы должны образовывать мРНК из собственных геномов. Этот процесс необходим для репликации собственной нуклеиновой кислоты и образования белков.
Классификация вирусов (биология учитывает их происхождение), согласно Балтимору, выглядит следующим образом:
Вирусы с двуцепочной ДНК без РНК стадии. К таким относятся мимивирусы и герпевирусы.
Одноцепочная ДНК с положительной полярностью (парвовирусы).
Двучепочная РНК (ротавирусы).
Одноцепочная РНК положительной полярности. Представители: флавивирусы, пикорнавирусы.
Одноцепочная молекула РНК двойной или негативной полярности. Примеры: филовирусы, ортомиксовирусы.
Одноцепочная положительная РНК, а также наличие синтеза ДНК на матрице РНК (ВИЧ).
Двуцепочная ДНК, и наличие синтеза ДНК на матрице РНК (гепатит В).
Жизненный период
Примеры вирусов в биологии встречаются едва ли не на каждом шагу. Но у всех жизненный цикл протекает практически одинаково. Не имея клеточного строения, размножаться методом деления они не могут. Поэтому и используют материалы, находящиеся внутри клетки своего хозяина. Таким образом, они воспроизводят большое количество копий самих себя.
Цикл вируса состоит из нескольких этапов, которые являются взаимоперекрывающимися.
На первом этапе вирус прикрепляется, то есть образовывает специфическую связь между своими белками и рецепторами клетки-хозяина. Далее нужно проникнуть в саму клетку и передать ей свой генетический материал. Некоторые виды переносят еще и белки. После этого происходит потеря капсида, и геномная нуклеиновая кислота высвобождается.
Заболевания человека
Каждый вирус имеет определенный механизм действия на своего хозяина. Этот процесс включает лизис клеток, который приводит к их смерти. У при отмирании большого количества клеток начинает плохо функционировать весь организм. Во многих случаях вирусы могут и не наносить вреда человеческому здоровью. В медицине это называется латентностью. Примером такого вируса является герпес. Некоторые латентные виды способны приносить пользу. Порой их присутствие вызывает иммунный ответ против бактериальных патогенов.
Некоторые инфекции могут быть хроническими или пожизненными. То есть вирус развивается, несмотря на защитные функции организма.
Эпидемии
Горизонтальная передача является самым распространённым типом распространения вируса среди человечества.
Скорость передачи вируса зависит от нескольких факторов: плотности популяции, количества людей с плохим иммунитетом, а также от качества медицины и погодных условий.
Защита организма
Виды вирусов в биологии, которые могут повлиять на человеческое здоровье, неисчислимые. Самой первой защитной реакцией является врожденный иммунитет. Его составляют специальные механизмы, которые дают неспецифическую защиту. Такой вид иммунитета не способен обеспечить надежную и долгую защиту.
Когда у позвоночных появляется приобретенный иммунитет, то вырабатываются специальные антитела, которые присоединяются к вирусу и делают его безопасным.
Однако далеко не против всех существующих вирусов образуется приобретенный иммунитет. Например, ВИЧ постоянно меняет аминокислотную последовательность, поэтому уходит от иммунной системы.
Лечение и профилактика
Вирусы в биологии - это очень распространенное явление, поэтому ученые вывели специальные вакцины, содержащие «убийственные вещества» для самих вирусов. Самой распространенным и действенным методом борьбы является вакцинация, которая создает иммунитет к инфекциям, а также противовирусные препараты, которые способны избирательно ингибировать репликацию вирусов.
Вирусы и бактерии биология описывает в основном как вредоносных обитателей человеческого организма. В настоящее время с помощью вакцинации можно побороть более тридцати вирусов, поселившихся в теле человека, и еще больше - в организме животных.
Меры профилактики против вирусных заболеваний следует проводить вовремя и качественно. Для этого человечество должно вести здоровый образ жизни и стараться всеми возможными способами повысить иммунитет. Государство же должно вовремя устраивать карантины и обеспечивать хорошее медицинское обслуживание.
Вирусы растений
Искусственные вирусы
Возможность создавать вирусы в искусственных условиях может иметь много последствий. Вирус не может полностью вымереть до тех пор, пока имеются чувствительные к нему тела.
Вирусы - это оружие
Вирусы и биосфера
На данный момент внеклеточные агенты могут "похвастаться" наибольшим количеством особей и видов, проживающих на планете Земля. Они выполняют важную функцию, регулируя численность популяций живых организмов. Очень часто они образовывают с животными симбиоз. Например, яд некоторых ос содержит компоненты вирусного происхождения. Однако их главной ролью в существовании биосферы является жизнь в море и океане.
В одной чайной ложке морской соли содержится приблизительно миллион вирусов. Их основной целью является регуляция жизни в водных экосистемах. Большая их часть абсолютно безвредны для флоры и фауны
Но это далеко не все положительные качества. Вирусы регулируют процесс фотосинтеза, поэтому увеличивают процентное содержание кислорода в атмосфере.
