Лекция 14. Вирусы - неклеточные формы жизни.
Основными формами жизни на Земле является организмы клеточного строения. Этот тип организации характерен для всех видов живых существ, за исключением вирусов, которые рассматривают как бесклеточные. Вирусы настолько малы, что только в несколько раз превышают размеры больших молекул белков. Вирусы имеют размеры 10-275 нм. их можно увидеть только под электронным микроскопом. Они легко проходят сквозь поры специальных фильтров, задерживающих все бактерии и клетки многоклеточных организмов.
Вирусы были открыты в 1892 г. Русским физиологом растений и микробиологом Д. И. Ивановским при изучении болезни табака.
Вирусы - возбудители многих болезней растений и животных. Вирусными болезнями человека является корь, грипп, гепатит А (болезнь Боткина), полиомиелит (детский паралич), бешенство, оспа и др.
Под электронным микроскопом различные виды вирусов имеют форму палочек или шариков.
Отдельная вирусная частица состоит из молекулы нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК), скрученной в клубок, и молекул белка, размещенных в виде своеобразной оболочки вокруг молекулы кислоты (капсид).
Размеры вирусных частиц составляют от 15 до нескольких сотен, иногда - до 2 тысяч (некоторые вирусы растений) нанометров. Жизненный цикл вирусов состоит из двух фаз: внеклеточной и внутриклеточной.
Особый механизм проникновения внутрь клеток-хозяина обнаружен у вирусов - паразитов бактерий, которых называют бактериофагами (от греч. Бактерион - палочка и фагосом). Частица бактериофага представляет собой достаточно сложное образование.
Она состоит из расширенной головки, содержащий ДНК, чохлоподибного отростка с пустым стержнем внутри, который напоминает растянутую пружину, и хвостовых нитей. С помощью этих нитей вирус соединяется с рецепторными участками клетки-хозяина и прикрепляется к ее поверхности. Затем чохлоподибний отросток сокращается, в результате чего стержень проходит через оболочку бактерии и впрыскивает вирусную ДНК внутрь клетки. А пустая оболочка бактериофага остается снаружи.
В зависимости от структуры и химического состава оболочки вирусы разделяют на простые и сложные.
В простых вирусов оболочка состоит из однотипных белковых образований (субъединиц), которые образуют спиральные или многогранные структуры. Простые вирусы имеют различную форму - палочковидную, нитчатые, шаровидную и тому подобное.
Сложные вирусы покрытые дополнительно мембраной, состоящей из белков и липидов. Эта мембрана расположена над белковой оболочкой и представляет собой часть плазматической мембраны клетки-хозяина. Она может содержать соединения, которые служат для распознавания специфических рецепторов на мембране клетки-хозяина и прикрепление к ней вирусной частицы (вирусы оспы, гепатита В * и др.). Иногда в мембране вируса содержатся ферменты, которые обеспечивают синтез вирусных нуклеиновых кислот в клетке-хозяине и некоторые другие реакции.
* Гепатиты - группа инфекционных болезней человека и позвоночных животных, в первую очередь проявляются в виде нарушений функций печени.
Вирусные частицы способны длительное время существовать вне организма хозяина и выдерживать воздействие солнечных лучей, низкие или высокие температуры (а частицы вируса гепатита В - даже кратковременное кипячение). Вирус полиомиелита ** во внешней среде сохраняет способность к заражению хозяина в течение нескольких дней, а оспы - многих месяцев.
** Полиомиелит - тяжелое вирусное заболевание нервной системы человека; обычно завершается смертью или параличом.
Вирусы не способны самостоятельно синтезировать нуклеиновые кислоты и белки, из которых они состоят. Размножение вирусов возможно лишь при использовании ферментных систем клеток. Попав в клетку, вирусы изменяют и перестраивают обмен веществ в ней, вследствие чего клетка начинает синтезировать молекулы новых вирусных частиц. Вне клеток вирусы переходят в кристаллическое состояние, что способствует их збереженню.У жизни вирусов можно выделить следующие этапы: прикрепление вируса к клетке, вторжение вируса в клетку, латентную стадию, образование нового поколения вирусов, выход вирионов.
В латентную стадию вирус будто исчезает. Не удается обнаружить или выделить из клетки, но в этот период вся клетка синтезирует необходимые для вируса белки и нуклеиновые кислоты, в результате чего образуется новое поколение вирионов.
Проникновение вируса в клетку организма хозяина начинается с взаимодействия вирусной частицы с поверхностью клетки, на которой есть особые рецепторные участки. Оболочка частицы вируса имеет соответствующие прикрепительные белки, которые "узнают" эти участки. Именно этим обусловлена высокая специфичность вирусов относительно клеток хозяев: Часто вирусы поражают только определенный тип клеток какого-либо вида организмов. Так, вирус полиомиелита поражает только нервные клетки человека, а вирус табачной мозаики - клетки листьев табака.
Если частица вируса прикрепляется не до рецепторных участков, а в другие места на поверхности клетки хозяина, то заражение последней может и не состояться. Следовательно, наличие рецепторных участков на поверхности клетки определяет ее чувствительность к тому или иному виду вирусов. Внутрь клетки хозяина вирус может проникнуть разными путями. Иногда оболочки вирусных частиц сливаются с клеточной мембраной (как у вируса гриппа), и ДНК оказывается в цитоплазме клетки, иногда вирусная частица попадает в клетку путем пиноцитоза, после чего ферменты клетки хозяина расщепляют ее оболочку и высвобождают нуклеиновую кислоту.
Попав в клетку, вирусная нуклеиновая кислота передает наследственную информацию в различные участки аппарата, который обеспечивает синтез белка в клетке.
Нуклеиновая кислота некоторых вирусов представляет собой иРНК, которая сочетается с рибосомами клетки-хозяина и принимает непосредственное участие в синтезе вирусных белков. РНК других вирусов (например, ВИЧ * и др.) Проникает в ядро клетки, где синтезирует ДНК, содержащая информацию о структуре вирусных частиц, а ДНК, в свою очередь, синтезирует вирусную иРНК.
* ВИЧ - вирус иммунодефицита человека, который вызывает смертельно опасное заболевание СПИД (синдром приобретенного иммунодефицита).
Синтезированные вирусные белки, накапливаясь в клетке-хозяине, подавляют образование его белков и стимулируют дальнейший синтез веществ, необходимых для построения вирусных частиц. За счет использования энергетических ресурсов клетки-хозяина в ней синтезируется все больше и больше вирусных белков и нуклеиновых кислот.
Затем внутри клетки-хозяина формируются вирусные частицы: вокруг молекулы нуклеиновой кислоты образуется белковая оболочка. Выход вирусных частиц из клетки происходит по-разному. Часто мембрана клетки, наполненная вирусными частицами, разрушается и вирусы попадают в окружающую среду. Иногда вирусные частицы высвобождаются при нарушении целостности участков мембраны клетки-хозяина другим вирусом (например, бактериофагом). Частицы многих сложных вирусов могут «отпочковываться» от клетки-хозяина, захватывая часть плазматической мембраны. В этом случае заражена клетка, пока не иссякнут ее энергетические и биохимические ресурсы, достаточно длительное время образует все новые и новые вирусные частицы.
Схема проникновения вируса в клетку-мишень и реализация генетической информации вируса на матрице ДНК клетки-мишени.
Иногда вирусная ДНК встраивается в ДНК клетки-хозяина. При этом одновременно синтезируются как белки клетки, так и белки вирусов. Такая клетка не погибает, но может менять свои свойства, например приобретает способность неограниченно расти. Такие формы известны среди бактериофагов и вирусов, которые вызывают некоторые виды раковых заболеваний.
