Вирусы как неклеточная форма жизни. Строение, классификация, взаимодействие вируса с кретками различных организмов

Описание: Это биологические объекты геномы котх состт из нуклиновых кислот ДНК или РНК продуцируют в живых клетках используя их биосинтетический аппарат. Отличия вирусов от других форм жизни: не имеют клеточного строения 1 тип нуклеиновых кислот – только ДНК или РНК нет собствго метаболизма. Гипотеза происхождения вирусов: вирусы возникли из компонентов нормальной клетки вышедших изпод контроля регулирующих механизмов и превратившихся в самостоятельную единицу вероятно на участке ДНК произошла серия генетических изменений которая.

Дата добавления: 2015-08-11

Размер файла: 12.75 KB

Работу скачали: 29 чел.

Поделитесь работой в социальных сетях

Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск

Вирусы как неклеточная форма жизни. Строение, классификация, взаимодействие вируса с кретками различных организмов.

Открыты в 1892 г . Ивановским на препарате табачн. мозаики табака – на листьях появились темные пятна . Он пропустил сок табака через глиняные фильтры, но этот сок сохранил ифекционность. Он сделал вывод, что возбудетель не бактерия, а вирус (VIRO - яд). Известноно >500 вирусов – возбудителей болезней человека, жив-х и раст. – оспа, корь, бешенство, полиомиелит, грипп, ящур, мозаика, полосистость, карликовость, израстание.

Вирус – доклеточные формы жизни, которые являются облигатными внутриклеточными паразитами , т. е. могут существовать и размножаться только внутри организма хозяина . Это биологические объекты, геномы кот-х сост-т из нуклиновых кислот (ДНК или РНК), продуцируют в живых клетках, используя их биосинтетический аппарат .

Отличия вирусов от других форм жизни:

• не имеют клеточного строения ,
• 1 тип нуклеиновых кислот – только ДНК или РНК,
• нет собств-го метаболизма .

Сходство вирусов с другими формами жизни:

• способность к размножению ,
• способность к изменчивости;
• способность к адаптации к внешней среде,
• вирусам присущ эволюционный процесс .

Вирусы в 2 формах – вирион (вне клетки хозяина) и вегетативный вирион (в клетке хозяина).

По форме вирионы: округлые, палочковидные, в виде правильных многоугольников, нитевидные и др.

Свойства живой системы вирус обретает только в ассоциации с клеткой хозяина.

Гипотеза происхождения вирусов : вирусы возникли из компонентов нормальной клетки, вышедших из-под контроля регулирующих механизмов и превратившихся в самостоятельную единицу (вероятно, на участке ДНК произошла серия генетических изменений , которая привела к его самостоятельной репликации ).

В отличие от бактерий , вирусы нельзя выращивать на питательных средах , так как вне организма они не проявляют свойств живого .

Строение вирусов. Зрелые вирусные частицы называются вирионами - они представляют собой геном , покрытый сверху белковой оболочкой — капсид - построен из белковых молекул , защищающих генетический материал вируса от воздействия НУКЛЕАЗ — ферментов , разрушающих нуклеиновые кислоты.

У некоторых вирусов поверх капсида располагается суперкапсидная оболочка , также построенная из белка .

Генетический материал представлен нуклеиновой кислотой : ДНК (ДНК-овые вирусы), или РНК (РНК-овые вирусы).

ДНК может быть: 1) двухцепочечной ; 2) одноцепочечной; 3) кольцевой ; 4) двухцепочечной ;

РНК может быть: 1) однонитевой ; 2) линейной двухнитевой ; 3) линейной фрагментированной ; 4) кольцевой ; 5) содержащей две одинаковые однонитевые РНК.

При внедрении вируса внутрь клетки-хозяина происходит освобождение молекулы нуклеиновой кислоты от белка , в клетку попадает только чистый и незащищенный генетический материал . Если вирус ДНК , то молекула ДНК встраивается в молекулу ДНК хозяина и воспроизводится вместе с ней. Так появляются новые вирусные ДНК . Все процессы, протекающие в клетке, замедляются, клетка начинает работать на воспроизводство вируса . Так как вирус является облигатным паразитом , то для его жизни необходима клетка-хозяин , поэтому она не погибает в процессе размножения вируса. Гибель клетки происходит только после выхода из нее вирусных частиц .

Ретровирус , обеспечивающий обратную транскрипцию : на матрице РНК строится одноцепочечная молекула ДНК . Из свободных нуклеотидов достраивается комплементарная цепь , которая и встраивается в геном клетки-хозяина . С полученной ДНК информация переписывается на молекулу и-РНК , на матрице которой затем синтезируются белки ретровируса .

Бактериофаги - это вирусы , паразитирующие на бактериях . Они играют большую роль в медицине и широко применяются при лечении гнойных заболеваний , вызванных стафилококками и др. Генетический материал находится в головке бактериофага , которая сверху покрыта белковой оболочкой ( капсидом ). Их функция — узнавать свой вид бактерий , осуществлять прикрепление фага к клетке . После прикрепления ДНК выдавливается в бактериальную клетку , а оболочки остаются снаружи .

Типы взаимодействия вируса с клеткой .

Продуктивный тип — завершается образованием нового поколения вирионов и гибелью зараженных клеток ( цитолитическая форма вируса ). Другие вирусы выходят из клеток, не разрушая их ( нецитолитическая форма ).

Абортивный тип — не завершается образованием новых вирионов , поскольку инфекционный процесс в клетке прерывается на одном из этапов.

Интегративный тип, или вирогения — характеризуется встраиванием (интеграцией) вирусной ДНК в виде провируса в хромосому клетки и их совместным сосуществованием ( совместная репликация ).

Время , необходимое для осуществления полного цикла репродукции вирусов , варьирует от 5—6 ч ( вирусы гриппа, натуральной оспы и др. ) до нескольких суток ( вирусы кори, аденовирусы и др. ). Образовавшиеся вирусы способны инфицировать новые клетки и проходить в них указанный выше цикл репродукции .

Культивирование вирусов. Основные методы культивирования вирусов:

1) биологический – заражение лабораторных животных. При заражении вирусом животное заболевает ;

2) культивирование вирусов в развивающихся куриных эмбрионах . Куриные эмбрионы выращивают в инкубаторе 7—10 дней, а затем используют для культивирования.

Класс I: вирусы, содержащие двуцепочечную ДНК для репликации попадают в ядро клетки, так как им требуется клеточная ДНК-полимераза .

Класс II : вирусы, содержащие одноцепочечную ДНК. Вирусы семейств Circoviridae и Parvoviridae реплицируют геномную ДНК в ядре и в ходе репликации образуют интермедиат — двуцепочечную ДНК .

Класс III : вирусы, содержащие двуцепочечную РНК реплицируют геномную РНК в цитоплазме и используют полимеразы хозяина в меньшей степени, чем ДНК-вирусы .

Классы IV и V : вирусы, содержащие одноцепочечную РНК , включают вирусы двух типов, репликация которых не зависит от стадии клеточного цикла.

Класс VI : вирусы, содержащие одноцепочечную (+)РНК , реплицирующиеся через стадию ДНК. Наиболее хорошо изученным семейством данного класса вирусов, являются ретровирусы .( вирус иммунодефицита человека.)

Класс VII : вирусы, содержащие двуцепочечную ДНК , реплицирующиеся через стадию одноцепочечной РНК Небольшая группа вирусов, в состав которой входит вирус гепатита.

Вирусы – неклеточные формы жизни, поэтому их не причисляют ни к одному из царств живых организмов и выделяют в отдельную группу. О них мы поговорим в нашей статье.

Страницы истории

Среди тех ученых, которые начали изучение вирусов, выделим русского ботаника Д. И. Ивановского. В конце XIX века им был выделен инфекционный экстракт из листьев табака, пораженных таким заболеванием как табачная мозаика. Ученый пропустил экстракт через специальный фильтр, способный удерживать бактерии. В ходе эксперимента были обнаружены неклеточные формы жизни: вирусы, бактерии. Увидеть их в подробностях ботаники смогли гораздо позже.

Особенности свойств

Вирусы – неклеточные формы жизни, являющиеся паразитами на уровне генетики. Их суперпаразитизм выражается в том, что на Земле сложно найти какой-либо биологический вид, который бы был устойчив к воздействию вирусных инфекций.

Вирусы – неклеточные формы жизни, паразитирующие в клетках бактерий, грибов, животных, растений.

Облигатными паразитами их именуют из-за того, что ими проявляются свойства живого существа лишь тогда, когда они паразитируют в клетках иных организмов.

Какое строение имеют вирусы

Неклеточные формы жизни, которые мы рассматриваем, обладают, к тому же, субмикроскопическими размерами. Они почти в 50 раз меньше чем бактерии. Именно поэтому не удавалось их обнаружить до тех пор, пока не был сконструирован электронный микроскоп.

Самые маленькие вирусы, например, являются возбудителями такого заболевания как ящур - они чуть больше размера молекулы глобулина. Ученым удалось установить и те виды, которые можно увидеть под световым микроскопом. К таким можно отнести возбудителей оспы.

Появление названия

Теперь перечислим особенности вирусов - неклеточных форм жизни? Начнем с того, что их название было введено в конце XIX века голландским биологом М. Бейринком. Чуть позже удалось выяснить, что по своей химической природе они являются нуклеопротеинами - комплексными соединениями, которые состоят из белка и нуклеиновой кислоты. Вирусы-вирионы включают в состав фрагмент генетического материала: РНК либо ДНК, а также капсида (белковой оболочки).

Биологам удалось доказать существование и таких вирусов, которые имеют линейную либо кольцевую двух цепочечную или одинарную ДНК.

Есть и такие микроорганизмы, которые построены на основе одной либо двух цепочек РНК. Примерами являются вирусы краснухи, кори, гриппа, табачной мозаики, ВИЧ, полиомиелита.

Среди тех вариантов, которые включают в состав ДНК структуру, назовем герпес, натуральную оспу, а также аденовирусы, вызывающие многочисленные респираторные инфекции.

Жизнедеятельность

А почему вирусы называют неклеточными формами жизни? На стадии вириона они не демонстрируют признаков жизни. Часть их вне клетки своего хозяина кристаллизуется, но после проникновения внутрь организма оживают. Стадия вириона является одной и многочисленных видов их существования.

Рассуждая о том, почему вирусы - неклеточная форма жизни, заметим, что биологи выделяют несколько этапов, которые подтверждают паразитические характеристики этих микроорганизмов:

Способы распространения

Среди типичных вариантов распространения вирусов, лидирующие позиции принадлежат капельному варианту. К примеру, внутрь организма они проникают при кашле, чихании. Есть и такие, которые оказываются в живом организме при половом контакте, а также через кровь. К примеру, к таким можно отнести вирус ВИЧ (иммунодефицита).

В настоящее время не найдено эффективных способов лечения данного заболевания, поэтому так важно принимать профилактические меры, не вступать в случайные половые связи. В настоящее время наблюдается тенденция роста количества людей, заболевших СПИДом, поэтому врачи настоятельно рекомендуют пользоваться только одноразовыми медицинскими шприцами, гигиеническими и медицинскими инструментами, связанными с кровью.

Биологи подтвердили, насколько важны вирусы как неклеточная форма жизни. Их значение, например, связано с мутационными процессами, которые развиваются в организме хозяина. К тому же они приносят дополнительную наследственную информацию, которая приводит к изменению работы генов определенной клетки.

Синдром приобретенного иммунодефицита

СПИД является эпидемическим заболеванием, которое связано с поражением в большей степени иммунной системы человека, защищающей организм от разных болезнетворных микроорганизмов. В результате такого поражения возникают злокачественные опухоли и развиваются инфекционные заболевания.

Организм полностью беззащитен к микробам, вызывающим болезни. Ген ВИЧ, который является возбудителем данной болезни, представлен десятью тысячами пар оснований, образуемых двумя идентичными молекулами РНК. В зависимости от специфики организма, отличия по числу оснований составляют от 80 до 1000.

У этого гена была обнаружена удивительная изменчивость, которая в пять раз больше, чем у вируса гриппа. Подобное свойство приводит к тому, что наблюдается его постоянная антигенная и генетическая изменчивость, которая усложняет создание вакцины и создает проблемы для проведения профилактических мероприятий.

Заключение

В настоящее время изучены далеко не все вирусы, нет полной информации об их воздействии на организм человека. Но даже те сведения, которые удалось подтвердить в ходе многочисленных научных экспериментов, подтверждают тот факт, что вирусы негативно воздействуют на человеческий организм. Например, ВИЧ способен сохраняться в клетках хозяина на протяжении всей его жизни.

Помимо половых контактов, приводящих к попаданию в человеческий организм данного микроорганизма, опасность представляет и применение нестерильного медицинского инструмента. Кроме того, важно сохранять осторожность и при использовании донорской крови, спермы, при операциях по пересадке органов.

Для того чтобы обеспечить надежную защиту своего организма от попадания многочисленных болезнетворных вирусов, необходимо проводить своевременную профилактику болезней, уделяя внимание укреплению своего здоровья.

Лекция на тему:«Вирусы как неклеточная форма жизни и их значение. Борьба с вирусными заболеваниями. (СПИД и др.)

1.Понятие о вирусах

Первые упоминания о самой грозной вирусной инфекции прошлого — оспе найдены в древнеегипетских папирусах. Эпидемия оспы в Египте за 12 веков до нашей эры описана древними арабскими учеными. На коже мумии фараона Рамзеса V (1085 г. до н.э.) обнаружены типичные оспенные поражения.

2.История открытия вирусов.

В 1852 году русский ботаник Дмитрий Иосифович Ивановский получил инфекционный экстракт из растений табака, пораженных мозаичной болезнью

Вирусы нельзя увидеть в оптический микроскоп, так как их размеры меньше длины световой волны. Увидеть вирусы можно только с помощью электронного микроскопа, появившегося в середине 20 века. В 1953 году насчитывалось 250 видов, к 1980 году- уже 600 видов, а сегодня науке известно около полутора тысяч вирусов. Но они настолько малы, что, по словам одного из ученых, коллекция, собранная из всех известных вирусов, "поместилась бы в коробочке размером с маковое зернышко”!

Вирусы состоят из следующих основных компонентов.(4 слайд)

1. Сердцевина - генетический материал (ДНК либо РНК), который несет информацию о нескольких типах белков, необходимых для образования нового вируса.

2. Белковая оболочка, которую называют капсидом (от латинского капса - ящик). Она часто построена из идентичных повторяющихся субъединиц - капсомеров. Капсомеры образуют структуры с высокой степенью симметрии.

3. Дополнительная липопротеидная оболочка. Она образована из плазматической мембраны клетки-хозяина и встречается только у сравнительно больших вирусов (грипп, герпес).

В 1915 году Ф.Тоуртом были открыты вирусы бактерий – бактериофаги. Бактериофаги, или фаги, способны проникать в клетку бактерий и разрушать ее. Каково же строение фага?

Капсид и дополнительная оболочка несут защитные функции, как бы оберегая нуклеиновую кислоту. Кроме того, они способствуют проникновению вируса в клетку. Полностью сформированный вирус называется вирионом.

Размеры вирусов очень малы: самые крупные приближаются к самым мелким бактериям, а самые мелкие близки к крупным молекулам. Две основные химические составные части вирусов — нуклеиновые кислоты и белки. Наиболее просто организованные, они ничего другого не имеют. Но более сложно организованные вирусы имеют в своем составе углеводы, липиды (жиры) и другие химические соединения.

4. Классификация и морфология вирусов. (5 слайд)

По внешнему виду: имеют шарообразную форму (вирус гриппа), кубовидную (вирус оспы), вид палочки (вирус табачной мозаики – шестигранная палочка), многоугольными, сферическими, нитевидными.

Каждый вирус состоит из ДНК или РНК, заключенных в белковую оболочку, состоящую из субъединиц, расположенных в определенном порядке, которую называют капсидом. Эта оболочка защищает нуклеиновую кислоту от воздействия ферментов и ультрафиолетовых лучей. Каспид также обеспечивает прикрепление вируса к поверхности клеточной мембраны, так как содержит рецепторы, комплиментарные рецепторам клеточных мембран, поэтому вирусы поражают строго определенный круг хозяев. Вне клетки он не имеет признаков живого организма, находится в кристаллическом виде.

В составе вирусов присутствуют двухцепочные ДНК в кольцевой или линейной форме; и одноцепочные РНК, встречаются одноцепочные ДНК и двухцепочные РНКВирусы являются одной из самых распространенных форм существования органической материи на планете по численности: воды мирового океана содержат колоссальное количество бактериофагов (около 10 11 частиц на миллилитр воды).Вирусы имеют генетические связи с представителями флоры и фауны Земли. Согласно последним исследованиям, геном человека более чем на 30 % состоит из информации, кодируемой вирус-подобными элементами и транспозонами. С помощью вирусов может происходить так называемый горизонтальный перенос генов , то есть передача генетической информации не от отца к сыну и так далее, а между двумя неродственными (или даже относящимися к разным видам) особями. Самостоятельная работа. Таблица

Сходство с живыми

Отличия от живых организмов

Специфические черты вирусов

4. Приспособленность к меняющимся условиям среды

Открытие вирусов

В 1892 году Д.И. Ивановский (см. Рис. 1), изучая мозаичную болезнь табака (см. Рис. 2), установил, что причиной заболевания является некое инфекционное начало, содержащееся в листьях больных растений, которое проходит через фильтр, задерживающий обыкновенные бактерии. Если профильтрованный сок внести в листья здоровых растений, то они также заболевают мозаичной болезнью.

Рис. 1. Д.И. Ивановский

Рис. 2. Мозаичная болезнь табака

В 1898 году независимо от Ивановского аналогичные результаты получил голландский микробиолог М. Бейеринк. Однако он предположил, что мозаичную болезнь табака вызывают не мельчайшие бактерии, а некое жидкое заразное начало, которое он назвал фильтрующим вирусом.

Размеры вирусов определяются нанометрами (20-200 нм), поэтому их изучение началось после открытия электронного микроскопа. В настоящее время описаны вирусы практически всех групп живых организмов.

Строение вирусов

Вирусы – неклеточные формы жизни. Они состоят (см. Рис. 3) из фрагмента генетического материала (РНК или ДНК), составляющего сердцевину вируса, и защитной оболочки, которая называется капсид. У некоторых вирусов (герпес, грипп) есть дополнительная липопротеидная оболочка – суперкапсид, которая возникает из плазматической мембраны клетки-хозяина.

Рис. 3. Строение вируса

Вирусы не способны к самостоятельной жизнедеятельности. Они могут проявлять свойства живого, только попав в клетку-хозяина. Они используют потенциал и энергию этой клетки для создания своих новых вирусных частиц, следовательно, вирусы являются внутриклеточными паразитами.

Размножение вирусов

Обычно вирус связывается с поверхностью клетки-хозяина и проникает внутрь. Каждый вирус ищет своего хозяина, то есть клетки строго определенного вида. Например, вирус – возбудитель гепатита (желтуха) проникает и размножается только в клетках печени, а вирус эпидемического паротита (свинка) – только в клетках околоушных слюнных желез человека.

Проникнув внутрь клетки-хозяина, вирусная ДНК или РНК начинает взаимодействовать с ее генетическим аппаратом таким образом, что клетка начинает синтезировать белки, свойственные вирусу (см. Рис. 4).

Рис. 4. Схема репродукции вируса

При заражении ретровирусом (например, вирус иммунодефицита человека (ВИЧ)), у которого в качестве генетического материала используется молекула РНК, наблюдается другая картина. При попадании ретровируса в клетку-хозяина происходит обратная транскрипция. То есть на основе вирусной РНК синтезируется вирусная ДНК, которая встраивается в ДНК человека. Такой тип взаимодействия вируса с клеткой называется интегративным, а встроенная в состав хромосомы клетки ДНК вируса называется провирусом. Далее провирус реплицируется (удваивается) в составе хромосомы и переходит в геном дочерних клеток. Однако под влиянием некоторых физических и химических факторов провирус может выщепляться из хромосомы клетки и переходить к продуктивному типу взаимодействия, то есть синтезировать новые вирусные частицы.

При заражении ВИЧ человек чувствует себя здоровым, пока вирусный генетический материал встроен в хромосому человека. Однако при выщеплении этого вирусного генетического материала из клетки она начинает образовывать новые вирусные частицы, вследствие чего развивается смертельное заболевание – синдром приобретенного иммунодефицита (СПИД).

Вирусы являются возбудителями большого количества заболеваний человека: корь, грипп, оспа, краснуха, энцефалит, свинка, гепатиты, СПИД. Известен также целый ряд заболеваний растений, вызываемых вирусами, например мозаичная болезнь табака, томатов, огурцов или скручивание листьев картофеля. Всего описано около 500 видов вирусов, поражающих клетки позвоночных животных, и около 300 вирусов растений. Некоторые вирусы участвуют в злокачественном перерождении клеток и тем самым провоцируют онкологические заболевания.

ДНК- и РНК-содержащие вирусы

В зависимости от содержащегося генетического материала вирусы подразделяются на ДНК-содержащие и РНК-содержащие.

Одноцепочные РНК-содержащие вирусы подразделяются на:

1. Плюс-нитевые (положительные). Плюс-нить РНК этих вирусов вы­полняет наследственную (геномную) функцию и функцию информационной РНК (иРНК).

2. Минус-нитевые (отрицательные). Минус-нить РНК этих вирусов выпол­няет только наследственную функцию.

К РНК-содержащим вирусам относятся более
вирусов, вызывающих респираторные заболевания, а также вирус гриппа, кори, краснухи, свинки, ВИЧ. Также существует специфическая группа вирусов – арбовирусы, которые переносятся членистоногими.

Двухцепочные ДНК-содержащие вирусы вызывают такие заболевания, как папиллома человека или герпес, гепатит В (гепатит А и гепатит С вызывается РНК-содержащими вирусами).

ДНК-содержащие вирусы поражают также растения. Они вызывают, например, золотую мозаику бобов или полосатость у кукурузы.

Вирус гепатита С

По своему строению вирус гепатита С – это РНК-содержащий вирус, имеющий сферическую форму, сложно устроенный (см. Рис. 5).

В качестве генетического материала такой вирус содержит линейную однонитчатую молекулу РНК.

Рис. 5. Гепатит С

Вопреки бытующим предрассудкам, подцепить вирус гепатита C невозможно через социальные контакты (поцелуи, объятия), через продукты или воду, через грудное молоко. Вы ничем не рискнете, если разделите с носителем вируса трапезу или напитки. Заразиться гепатитом C можно при контакте с кровью инфицированного человека либо половым путем.

В настоящее время для лечения гепатита С используют два препарата: Интерферон альфа и Рибавирин.

Бактериофаги

Рис. 6. Бактериофаг (Источник)

Особую группу вирусов составляют бактериофаги (или просто фаги), которые заражают бактериальные клетки (см. Рис. 6). Фаг укрепляется на поверхности бактерии при помощи специальных ножек и вводит в ее цитоплазму полый стержень, через который проталкивает внутрь клетки свою ДНК или РНК. Таким образом, генетический материал фага попадает внутрь бактериальной клетки, а капсид остается снаружи. В цитоплазме начинается репликация генетического материала фага, синтез его белков, построение капсида и сборка новых фагов. Уже через 10 мин после заражения в бактерии формируются новые фаги, а через полчаса бактериальная клетка разрушается, и из нее выходят около 200 заново сформированных вирусов – фагов, способных заражать другие бактериальные клетки (см. Рис. 7). Некоторые фаги используются человеком для борьбы с болезнетворными бактериями, вызывающими холеру, дизентерию, брюшной тиф.

Рис. 7. Схема размножения бактериофага (Источник)

Список литературы

1. Каменский А.А., Криксунов Е.А., Пасечник В.В. Общая биология 10-11 класс Дрофа, 2005.
2. Биология. 10 класс. Общая биология. Базовый уровень / П.В. Ижевский, О.А. Корнилова, Т.Е. Лощилина и др. – 2-е изд., переработанное. – Вентана-Граф, 2010. – 224 стр.
3. Беляев Д.К. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. – 11-е изд., стереотип. – М.: Просвещение, 2012. – 304 с.
4. Агафонова И.Б., Захарова Е.Т., Сивоглазов В.И. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. – 6-е изд., доп. – Дрофа, 2010. – 384 с.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

Домашнее задание

Если вы нашли ошибку или неработающую ссылку, пожалуйста, сообщите нам – сделайте свой вклад в развитие проекта.

14. Неклеточная форма жизни: вирусы

Вспомните!

Чем вирусы отличаются от всех остальных живых существ?

Почему существование вирусов не противоречит основным положениям клеточной теории?

Какие вы знаете вирусные заболевания?

В 1892 г. русский ботаник Дмитрий Иосифович Ивановский, изучая мозаичную болезнь растений табака, обнаружил, что при пропускании сока, выделенного из больного растения, через фильтры, задерживающие бактерий, жидкость сохраняла способность вызывать заболевания у здоровых растений. Возбудитель болезни был столь мал, что его и подобные ему структуры, получившие в дальнейшем название вирусы (от лат. virus – яд), стало возможно изучать только после изобретения электронного микроскопа.

Вирусы – это неклеточная форма жизни. Считая признаком живого наличие клеточного строения, большинство учёных тем не менее относят вирусы к живым организмам, потому что их существование неразрывно связано с клеткой. Являясь внутриклеточными паразитами, вне клетки вирусы не способны к самовоспроизведению и осуществлению процессов обмена веществ.

Строение вирусов. Вирусы имеют очень простое строение (рис. 46). Каждый вирус состоит из нуклеиновой кислоты (или ДНК, или РНК) и белка. Нуклеиновая кислота является генетическим материалом вируса. Она окружена защитной белковой оболочкой – капсидом. Внутри капсида могут также находиться собственные вирусные ферменты. Некоторые вирусы, например вирус гриппа и ВИЧ, имеют дополнительную оболочку, которая образуется из клеточной мембраны клетки-хозяина. Капсид вируса, состоящий из многих белковых молекул, обладает высокой степенью симметрии, имея, как правило, спиральную или многогранную форму. Эта особенность строения позволяет отдельным белкам вируса объединяться в полную вирусную частицу путём самосборки.

Рис. 46. Вирусы: строение и разнообразие

Рис. 47. Жизненный цикл вирусов (А) и электронная фотография бактериофага (Б)

Размножение вирусов. Ни один из известных на сегодняшний день вирусов не способен к самостоятельному существованию. Обычно вирус сначала связывается с поверхностью клетки-хозяина, а затем или проникает внутрь целиком (путём эндоцитоза), или с помощью специальных приспособлений вводит в клетку свою нуклеиновую кислоту (рис. 47, 48). Попав в клетку, генетический материал вируса взаимодействует с ДНК хозяина таким образом, что клетка сама начинает синтезировать необходимые вирусу белки. Одновременно происходит копирование наследственного материала паразита, и в цитоплазме заражённой клетки начинается самосборка новых вирусных частиц. Готовые вирусные частицы покидают клетку или постепенно, не вызывая её гибели, но изменяя работоспособность, или одновременно в большом количестве, что приводит к разрушению клетки.

Рис. 48. Бактериофаги на поверхности клетки-хозяина (электронная фотография)

Вирусы как возбудители болезней. Вирусы способны поражать и эукариотические, и прокариотические клетки. Вирусы, инфицирующие бактерий, называют бактериофагами. Вирусы вызывают множество различных заболеваний у животных, растений и грибов, причём каждый из них имеет своего собственного специфического хозяина. Вирус табачной мозаики, например, поражает растения табака, вызывая образование на листьях характерных пятен – это места отмирания тканей. Вирус оспы поражает только эпителиальные клетки, а вирус полиомиелита – клетки нервной ткани. Вирусными заболеваниями человека являются также грипп, корь, краснуха, гепатит, ветряная оспа, бешенство, герпес, СПИД и многие другие.

СПИД. Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ), вызывающий синдром приобретённого иммунодефицита (СПИД), впервые был выделен в США в 1981 г. К 2000 г. число инфицированных этим вирусом уже превысило 30 млн человек. В настоящее время болезнь очень быстро распространяется в Азии, Африке, а также в Центральной и Восточной Европе.

ВИЧ относят к группе ретровирусов, генетическим материалом которых является РНК (рис. 49). Обычно перенос генетической информации в клетке идёт в направлении от ДНК к РНК (транскрипция). У ретровирусов при попадании в клетку-хозяина происходит противоположный процесс, так называемая обратная транскрипция, при которой на основе вирусной РНК синтезируется ДНК, которая затем встраивается в ДНК хозяина.

Рис. 49. Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ): А – модель вируса; Б – схема строения; В – электронная фотография

Рис. 50. Жизненный цикл вируса иммунодефицита человека (ВИЧ)

Обычно ВИЧ передаётся вместе с кровью или спермой. В 90 % случаев заражение происходит при половом контакте, при этом риск заражения увеличивается пропорционально увеличению числа половых партнёров. Многократное использование одного и того же шприца приводит к быстрому распространению вируса среди наркоманов. ВИЧ может попасть в организм человека при контакте с кровью больного, например при обработке ран. Существует вероятность заражения при переливании крови, не прошедшей тестирование на присутствие ВИЧ. От ВИЧ-инфицированной матери вирус может через плаценту попасть в кровь плода или передаться новорождённому при кормлении грудным молоком. Но воздушно-капельным путём и при рукопожатии этот вирус не распространяется.

ВИЧ – это вирус, поэтому антибиотики, которые используют при лечении бактериальных инфекций, в данном случае бессильны. Современная медицина разрабатывает лекарственные средства, которые подавляют репликацию ВИЧ, но их использование имеет много побочных эффектов и перспективы их применения пока неясны. Разработка вакцины против ВИЧ тоже имеет определённые сложности; это связано с особенностями строения данного вируса и тяжестью заболевания, которое он вызывает. На сегодняшний день важным направлением в лечении СПИДа является восстановление иммунной системы инфицированных.

Пока не существует эффективных способов лечения этого заболевания, лучшим способом защиты от СПИДа является соблюдение мер предосторожности:

– следует избегать случайных половых связей, а при половых контактах изолировать себя от спермы и крови партнёра при помощи презерватива;

– в больницах, стоматологических клиниках, поликлиниках и косметических салонах необходимо использовать одноразовые шприцы, а инструменты многоразового применения тщательно стерилизовать, соблюдая все необходимые условия;

– донорскую кровь следует проверять на наличие антител к ВИЧ.

Вирусы как переносчики генетической информации. Существует гипотеза, что вирусы – это генетический материал, некогда покинувший клетку, но сохранивший способность к самовоспроизведению при возвращении в неё. Следовательно, в процессе эволюции вирусы возникли позже появления клеточной формы, а любое вирусное заражение надо рассматривать как получение клеткой некой чужеродной генетической информации.

Многие вирусы способны не только привносить в организм хозяина свою наследственную информацию, но и, встраиваясь в ДНК хозяина, изменять работу клеточных генов. В процессе копирования вирусной ДНК иногда происходит частичное копирование и генетического материала хозяина. В этом случае новые собранные вирусные частицы, покидающие клетку, будут уносить с собой копию некой наследственной информации хозяина. Таким образом вирусы могут переносить гены между организмами разных видов, отрядов и даже классов, скрещивание которых в принципе невозможно. В настоящее время вирусы рассматривают не только как возбудителей инфекционных болезней, но и как переносчиков генов между организмами.

Вопросы для повторения и задания

1. Как устроены вирусы?

2. Каков принцип взаимодействия вируса и клетки?

3. Опишите процесс проникновения вируса в клетку.

4. В чём проявляется действие вирусов на клетку?

5. Используя знания о путях распространения вирусных и бактериальных инфекций, предложите пути предотвращения инфекционных заболеваний.

6. Предложите несколько разных классификаций вирусов. Какие критерии вы положили в основу этих классификаций? Сравните свои классификации и классификации, которые создали ваши одноклассники.

Подумайте! Выполните!

1. Объясните, почему вирус может проявить свойства живого организма, только внедрившись в живую клетку.

2. Почему вирусные заболевания имеют характер эпидемий? Охарактеризуйте меры борьбы с вирусными инфекциями.

3. Выскажите своё мнение о времени появления на Земле вирусов в историческом прошлом, учитывая, что вирусы могут размножаться только в живых клетках.

4. Объясните, почему в середине XX в. вирусы стали одним из главных объектов экспериментальных генетических исследований.

5. Какие сложности возникают при попытках создать вакцину против ВИЧ-инфекции?

6. Объясните, почему перенос вирусами генетического материала от одного организма к другому называют горизонтальным переносом. Как тогда, по вашему мнению, называют передачу генов от родителей детям?

7. В разные годы как минимум семь Нобелевских премий по физиологии и медицине и три Нобелевских премии по химии были вручены за исследования, непосредственно связанные с изучением вирусов. Используя дополнительную литературу и ресурсы Интернета, подготовьте сообщение или презентацию о современных достижениях в области исследования вирусов.

Работа с компьютером

Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал и выполните задания.

Вироиды. В природе обнаружены инфекционные агенты гораздо меньше вирусов – вироиды. Они состоят только из молекулы кольцевой РНК и лишены каких-либо оболочек. Самые малые вироиды имеют длину всего 220 нуклеотидов. Вироиды обнаружены в клетках многих растений. Считается, что они представляют собой вырезанные участки иРНК, которые приобрели способность к репликации. При этом они не работают, как иРНК, и не кодируют белки.

Попадая в клетки растений, вироиды вмешиваются в работу генома клетки-хозяина и вызывают серьёзные заболевания растений. Так погибли миллионы кокосовых пальм на Филиппинах во второй половине XX в. Периодически от вироидов серьёзно страдают посадки картофеля, цитрусовых, огурцов, декоративных цветов и других диких и сельскохозяйственных растений. В животных клетках и у человека вироиды пока не обнаружены.

Вирусы и рак. Многие вирусы способны, проникая в клетки организма, встраивать свой геном в геном клетки, вызывая тем самым серьёзные нарушения в работе генетического аппарата нормальных клеток. В результате может произойти превращение нормальной клетки в раковую.

У многих животных (рыб, амфибий, птиц, млекопитающих) обнаружены десятки вирусов, вызывающих раковые заболевания. У человека обнаружены целые группы онковирусов. Полагают, что около 15 % опухолей человека провоцируются вирусной инфекцией.

Повторите и вспомните!

Человек

Иммунитет. Белки или полисахариды вирусов, попадающих в организм, являются антигенами. Антигены – это любые чужеродные вещества, которые при проникновении в организм воспринимаются как генетически чужеродные и вызывают иммунную реакцию. Иммунитетом называют способность организмов защищаться от болезнетворных микроорганизмов, вирусов и иных чужеродных тел и веществ, сохраняя тем самым постоянство своего состава и свойств.

Существует несколько видов иммунитета. Если иммунитет существует или возникает у человека без каких-либо специальных воздействий, его называют естественным. Иммунитет, полученный путём использования медицинских средств, носит название искусственного.

Естественный врождённый иммунитет одинаков у всех особей вида и передаётся по наследству, т. е. генетически закреплён. Так, человек не болеет многими болезнями, которые встречаются у животных. Например, человек никогда не заболеет собачьей чумкой, так же как собака не заболеет гриппом.

Искусственный пассивный иммунитет возникает при введении человеку лечебной сыворотки, которая уже содержит готовые антитела против возбудителя. Это особенно важно в том случае, если заражение уже произошло. Пассивный иммунитет нестойкий, сохраняется в течение 4–6 недель, на протяжении которых антитела постепенно разрушаются.

Ваша будущая профессия

1. Докажите, что базовые знания о процессах, происходящих на молекулярном и клеточном уровнях организации живого, необходимы не только биологам, но и специалистам в других областях естественных наук.

2. Какие профессии в современном обществе требуют знания строения и особенностей жизнедеятельности прокариотических организмов? Подготовьте небольшое (не более 7–10 предложений) сообщение о той профессии, которая вас наиболее впечатлила. Объясните свой выбор.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.