Видеокурс все о вирусах

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.

Хотя далеко не все учёные считают вирусы живыми. Появление вирусов на эволюционном древе жизни неясно.

В отличие от бактерий вирусы обнаружили на два века позже. А все почему? Дело в том, что они очень маленькие. Например, бактерия примерно в 100 раз больше чем средний вирус.

И именно благодаря небольшим размерам, вирусы были обнаружены Дмитрием Иосифовичем Ивановским в 1892 году. Ивановский решил узнать, не вызывает ли пожелтение листьев табака какая-нибудь бактерия.

Он просмотрел под оптическим микроскопом больные листья табака. Но никаких признаков бактерий обнаружить не удалось. Поэтому он решил фильтровать жидкость, содержащую размельчённые листья. Решив, что бактериальные клетки не пройдут через фильтр.

А прошедшая фильтрацию жидкость должна была быть стерильной и не способной заразить. Однако она заражала растения. Ивановский задумался, значит болезнь вызывает не бактерии, а другие мельчайшие организмы, которые прошли сквозь фильтры.

Он знал, что они существуют, но увидеть их в то время не мог, так как оптические микроскопы не позволяли ему это сделать.

Увидеть особых организмов − вирусов мозаичной болезни табака − удалось только в 1939 году в электронный микроскоп. Электронный микроскоп позволял рассматривать гораздо более мелкие частицы, чем оптический.

При семикратном увеличении клетки невидимый враг стал видимым. Человек увидел новый микромир, в котором вирусы создавали удивительные геометрические фигуры. И могли триллионами помещаться в одной невидимой глазу точке.

На сегодняшний момент вирусы являются самыми маленькими формами жизни. Ведь их размеры составляют десятитысячную долю миллиметра.

Строение вирусов совершенно в такой степени что они выживают в самых невероятных условиях где умирает все живое.

Познакомимся со строением вируса.

Ви́рус иммунодефици́та челове́ка, вызывающий медленно прогрессирующее заболевание − ВИЧ-инфекцию.

Зрелая вирусная частица, известная как вирион, состоит из нуклеиновой кислоты (в данном случае РНК), покрытой защитной белковой оболочкой − нуклеокапсидом.

Нуклеиновая кислота несёт главную информацию вируса. И когда вирус попадает в организм именно она учит его, как производить новые клетки вируса в захваченном организме.

Генетический материал вируса защищает внешняя оболочка, которая состоит из белков. Ее называют капсидом. Капсид складывается из одинаковых белковых субъединиц, называемых капсомерами.

Вирус имеет наружную оболочку – белковый матрикс, который подстилает липидную мембрану.

На поверхности мембраны располагаются гликопротеиновые рецепторы, которые обеспечивают связывание вируса с клеткой-хозяином. Так же вирус содержит различные белки-ферменты, которые необходимы ему на ранних стадиях инфекции.

Генетический материал вирусов может быть представлен либо ДНК, либо РНК, соответственно, вирусы подразделяют на ДНК-содержащие (дезоксивирусы) и РНК-содержащие (рибовирусы). Подавляющее большинство вирусов являются РНК-содержащими.

Вирусы могут кристаллизоваться и пребывать в таком состоянии до тех пор, пока не встретятся с живой клеткой.

Вирусы не могут размножаться пока не попадут в клетку растения, животного или человека. Поскольку они сами по себе не имеют самостоятельной системы жизнеобеспеченья и размножения.

Поэтому они нацелены на то чтобы любой ценой попасть в подходящую им клетку и захватить её.

Жизненный цикл вируса

Условно его можно разбить на несколько этапов:

1-й этап. Прикрепление вируса

2-й этап. Лишение оболочки вируса (капсида)

3-й этап. Проникновение в клетку-хозяина

4-й этап. Репликация

5-й этап. Самосборка

6-й этап. Выход из клетки

Рассмотрим данные этапы подробнее.

1-й этап. Прикрепление вируса.

На первом этапе вирус тщательно разведывает подходит ли эта клетка что бы в неё проникнуть и комфортна ли чтобы размножаться. Это происходит благодаря особым рецепторам, с помощью которых происходит связывание вируса с клеточной мембраной.

Лишение оболочек представляет собой процесс потери капсида.

Это достигается при помощи вирусных ферментов или ферментов клетки-хозяина, а может быть и результатом простой диссоциации. В конечном счёте вирусная геномная нуклеиновая кислота освобождается.

Различные вирусы для проникновения в клетку используют разные стратегии.

Используя уникальные растворяющие ферменты вирус проделывает в мембране клетки отверстие. И через него втискивает в клетку свой генетический код. (РНК или ДНК) в зависимости от типа вируса.

Самый главный этап жизненного цикла вируса. Репликация.

Специальный фермент вируса запускает процесс обратной транскрипции РНК.

Обратная транскрипция − это процесс образования двуцепочечной ДНК на основании информации в одноцепочечной РНК.

На этом ферменте одинарная спираль вирусной РНК транскрибируется в двойную спираль РНК-ДНК.

Затем специальный фермент разрушает эту цепочку, а другой фермент дополняет её в итоге получается новая двойная спираль ДНК.

Ещё один фермент переносит данную ДНК в ядро клетки и обеспечивает встраивание её в геном клетки-хозяина.

Теперь геном клетки хозяина содержит генетическую информацию вируса.

На данном этапе и происходить репликация вирусов.

Матричная РНК списывает уже новую информацию, и переносит её в цитоплазму. Где на рибосомах происходит синтез белков для строительства нового вируса.

Клетка начинает копировать и множить новую генетическую информацию, которую внедрил вирус. Это коварная ловушка вируса превращает клетку в фабрику по производству собственного врага.

После происходит самосборка вирусных частиц.

После синтеза вирусных белков и вирусного генома (то есть нуклеиновой кислоты). Некоторые новоиспечённые белки при помощи фермента структурируются и изменяют форму. Две вирусные нити РНК, ферменты собираются вместе, вокруг них упаковываются структурные белки. Из которых формируется капсид.

И наконец наступает 6й этап. Выход вирусов из клетки.

Незрелая вирусная частица покидает клетку. Приобретая новую оболочку из мембраны клетки хозяина и вирусных белков.

Вирусы запрограммированы на размножение и конечно же размножаясь наносят вред. Через какое-то время клетка переполняется вирусными белками и взрывается. Новоиспечённые вирусы разлетаются и внедряются в новые клетки, запуская свой генетический код.

Однако, активно размножающийся вирус не всегда убивает клетку-хозяина. Например, вирус ВИЧ, обычно отделяется от клетки путём отпочковывания. В ходе этого процесса вирус обзаводится своей оболочкой, которая представляет собой модифицированный фрагмент клеточной мембраны хозяина или другой внутренней мембраны. Таким образом, клетка может продолжать жить и продуцировать вирус.

Вирусы весьма избирательны. Они используют разные ткани нашего организма. Например, вирус бешенства нападает на клетки формирующие мозговую ткань.

Различные респираторные вирусы нападают на носовые и синусные ткани.

Паротит- воспаление околоушной железы, больше известный как свинка, инфицирует только слюнные железы ротовой полости.

Вирус гепатита размещается исключительно в клетках печени.

Вирус гриппа больше всего доставляет хлопот нашей иммунной системе. Поскольку он постоянно мутирует и каждый год новый вирус гриппа, становиться причиной эпидемии. Вот почему каждый год производиться новая вакцина от гриппа.

Вирусы похожи на живые организмы в том, что они имеют своего набора генов и эволюционируют путём естественного отбора, а также в том, что способны размножаться, создавая собственные копии путём самосборки.

Вирусы имеют генетический материал, однако лишены клеточного строения, а именно эту черту обычно рассматривают как фундаментальное свойство живой материи.

У вирусов нет собственного обмена веществ, и для синтеза собственных молекул им необходима клетка-хозяин. По этой причине они не способны размножаться вне клетки.

Существуют вирусы, которые поражают бактерии, их называют бактериофагами. Выглядят они не так как обычные вирусы. Внешне напоминают паучков.

Как правило, бактериофаг состоит из головки и хвоста. Длина хвоста обычно в 2-4 раза больше диаметра головки. Белковая оболочка (головка), защищает генетический материал РНК или ДНК), окружена белковой или липопротеиновой оболочкой − капсидом.

Хвост, или отросток, представляет собой белковую трубку (чехол) − продолжение белковой головки. Фибриллы хвоста и шипы, необходимы для прикрепления вируса к бактериальной клетке.

Бактериофаги, как и все вирусы, являются абсолютными внутриклеточными паразитами. Они внедряют свой генетический материал в бактериальные клетки как шприц.

Бактериофаги представляют собой наиболее многочисленную, широко распространённую и, предположительно, наиболее эволюционно древнюю группу вирусов в биосфере. Они уравновешивают численность бактерий и не дают им размножаться бесконтрольно. Поэтому некоторых из них человек использует для борьбы с бактериальными заболеваниями.

Итак, ваш компьютер заражен вирусами. Большей частью лечение вирусов, также как и удаление вирусов на зараженном компьютере не удается. Иногда прорвавшиеся вирусы блокируют работу и установку антивирусных программ — все попытки установить антивирус — безрезультатны. Иногда Вы можете установить антивирусную программу на зараженный компьютер, прогнать ее, удалить вирусы. Но после перезагрузки опять обнаружите вирусы в компьютере. В сервисном центре советуют удалять вирусы на зараженном жестком диске на “здоровом” стенде. Обязательно перед лечением следует обновить антивирусную базу. Затем нужно удалить шпионы и проверить операционную систему на работоспособность. Шпионы лечатся уже на самом компьютере. Для удаления шпионов может потребоваться несколько циклов. Даже после нескольких прогонов спай ботом, процесс, запускающий шпионов, может остаться. Приходится использовать дополнительные программы. Удаление вирусов не гарантирует работоспособность операционной системы. Т.е. с высокой вероятностью может потребоваться переустановка Windows и, как следствие, большинства других программ, которые прописываются в реестре Windows.

Антивирусы

После удаления вирусов нужно установить антивирус: Касперского, DR WEB, NOD32, Avira, Panda, Norton. Мы рекомендуем купить Касперского (или купить DR WEB)и установить эту антивирусную программу на свой компьютер. Однако здесь Вас может ожидать сюрприз. Дело в том, что некоторые вирусы устанавливают в реестр Windows ключи запрета установки антивирусов и установка антивирусов блокируется. Даже после удаления вирусов эти ключи остаются, и сколько бы Вы ни старались антивирусы устанавливаться не будут. Потребуется чистка реестра или переустановка Windows.

Сейчас очень распространены лже-антивирусы. Например, антивирус 2008, антивирус XP 2008, антивирус 2009 являются вирусами. Если у Вас появилось сообщение, что компьютер под угрозой и нужно обновить антивирус 2008 или аналогичный, то скорее всего Вы заразились вирусом. По нашим данным рейтинг популярности лучших антивирусов в Москве выглядит так:

1. Антивирус Касперского
2. Антивирус NOD32
3. Антивирус DRWEB

Компьютерные вирусы: Под вирусами понимают вредоносные программы, которые способны воспроизводить себя, внедряться в другие нужные программы и файлы. Сейчас существует более 1500000 компьютерных вирусов, причем самые опасные, как правило, новые, свежие. Наиболее распространенными являются “трояны” — программы, маскирующиеся под полезные и самые необходимые — под Explorer, MS Word, антивирус, систему защиты Windows. Они проникают в компьютер через Интернет, почту, переносные носители информации (особенно флэшки в виду их большого распространения) и могут долгое время “дремать” в компьютере до определенного запрограммированного события. Проснувшись, они начинают действовать — портить программы, тормозить работу компьютера, отключать отдельные устройства, стирать информацию, перепрограммировать ППЗУ (BIOS) и т.д. (каждый вирус вредит по-своему). Если у вас в компьютере образовалась брешь в виде не обновленной антивирусной базы или вообще отсутствует антивирусная программа, то через несколько дней с большой вероятностью вирусы будут у Вас. Лучшие производители компьютерных вирусов постоянно работают над новыми, более умными и опасными вирусами. Многие считают основными поставщиками компьютерных вирусов самых известных производителей программного обеспечения — Microsoft, лабораторию Касперского и т.д. Однако считать можно хоть до миллиона, но пока никого не поймали, все это только домыслы. И если на Вашем PC не установлена антивирусная защита, то лечить скоро будут Вас. Купить антивирусную программу гораздо дешевле, чем удалить вирусы, переустановить систему, программы, восстановить данные, а потом все равно купить антивирус.

Шпионы — это тоже многочисленная группа вредоносных программ (около 230000), которые не являются вирусами, но по вредности им не уступают. Например, Вы можете получить заставку с порно сайта “101 поза” на весь экрана поверх всех окон, которая не убирается и сотрудники по достоинству оценят ваш тонкий вкус. Некоторые шпионы скачивают вирусы из Интернета, устанавливают ключи, снижающие уровни защиты компьютера. Поэтому при подключении к Интернету вы оказываетесь опять зараженными. Шпионы нужно удалять! Если у Вас пробная (тестовая) копия антивируса, то чтобы продлить антивирус, следует купить лицензионный ключ. Согласно рейтингу антивирусов лучшим был признан антивирус Касперского, далее идут NOD32 и DR WEB.

Для предотвращение проникновения вирусов и шпионов в компьютер очень полезно устанавливать резидентные блокировщики, которые перехватывают обращения на занесение изменений в реестр Windows и разрешают производить эти изменения только с ведома пользователя.

Возможно, Вам будет полезна эта информация:

Подборка коротких видео, наглядно и корректно объясняющих молекулярные механизмы взаимодействия вирусов с хозяйской клеткой. Полезно посмотреть любому человеку, даже смутно знакомому с биологией, но интересно будет и специалистам. Кроме того, ролики потрясающе красивы!

Credit: NIAID / HIV

Credit: NIAID / HIV

Итак, РНК-содержащие вирусы.

Всегда актуальный вирус гриппа (Influenza).

А это ролик ВОЗ, следовательно, не могли не сказать про пандемии и угрозу здоровью человека. Тем не менее, ролик внятно разъясняет, как вирус распространяется среди животных и людей. Надо сказать, что он не сильно молекулярно-биологический, однако здесь доходчиво, хоть и схематично, объясняется, как могут происходить рекомбинации между разными субтипами вируса.

Следующий ролик сделан All Terrian по заказу Crucell — это биотехнологическая компания. Так вот, они нашли моноклональные антитела, ингибирующие транспорт вирусной РНК в цитоплазму клетку. Это все здорово, но мне ролик понравился из-за детальной прорисовки белковых взаимодействий вирусного гемагглютинина с белками клеточной мембраны.

Пока непобедимый вирус приобретенного иммунодефицита (HIV)

Еще одна модель, сделанная Visual Science . В ирус иммунодефицита человека. Модель объединяет данные более 100 научных публикаций ведущих специалистов в области вирусологии, рентгеноструктурного анализа и ЯМР-спектроскопии. Содержит точные структуры 17 белков вирусного и клеточного происхождения, а также трансмембранных участков ряда белков и их гликозилированных форм.

Ролик работы Falconieri Visuals совместно с лабораторией клеточной биологии Университета Джонса Хопкинса. Примечательно, что структура гликопротеина оболочки вируса ( env ) и механизм прикрепления к оболочке Т-лимфоцита смоделированы на основе данных анализа цитоэлектронной томографии и белковой кристаллографии. Кроме того дополнительно объясняет пути передачи вируса.

Довольно старый ролик Медицинского института Говарда Хьюза ( Howard Hughes Medical Institute (HHMI)). Короткое видео, всего 5 минут. Дает общее представление о молекулярных взаимоотношениях вируса и Т-клетки.

Тоже сильно неприятный вирус гепатита С (НСV)

Отличный ролик сделали два француза — Франсуа Пени ( François Penin) и Алик Пулю (Alix Poulot). Очень подробный, красочный и понятный.

Экзотичный и смертельно-опасный Эбола вирус.

Две минуты красоты с музыкой от Scientific Animations. В общем-то, все происходит так же, как и у всех вирусов. А вот форма вириона довольно интересна.

Далее PD Knowledge объясняют, почему вирус Эбола такой смертоносный. В самом начале инфекции вирус выключает клеточный ответ на интерфероны, что приводит к бесконтрольному размножению вируса, и, как следствие, гипериммунному ответу. Чтобы узнать, как же именно вирус Эбола парализует иммунный ответ, а затем гиперактивирует, вам нужно просто посмотреть это видео.

Про теплые страны, комаров и вирусы Денге и Зика.

HHMI про вирус Денге. Всего за 4 минуты вы узнаете (или вспомните) строение вируса и весь цикл его жизни. Примечательно, что в этом ролике показан процесс созревания вируса, что, конечно же, свойственно всем вирусам. Просто тут он обозначен.

Абсолютный хит! В анимации демонстрируется 3D-модель вируса Зика, созданная в студии Visual Science. Детализация до атомов. Видео на русском языке. И можно поворачивать ракурс мышкой-ручкой!

Пара роликов про то, как вирус Зика был открыт. Особенно интересен второй ролик, в котором ученый дед нашел вирус, а потом ученый внук его изучал. Но это так, лирика.

А вот про комаров и детальное устройство их ротового аппарата стоит посмотреть. Врага лучше знать в лицо, ну или что там у них — комаров.