Вирусы – доклеточные (?) формы живого (?)

Вирусы – облигатные внутриклеточные генетические паразиты. Но почему в названии темы стоят знаки вопросов?

1) Принадлежность вирусов к живым системам остается дискуссионным вопросом. Его суть станет понятна, если принять следующую аналогию:

а) живая клетка – компьютер, реализующий некоторый набор информационных (генетических) программ,

б) вирус – информационная программа в защитной оболочке, способная работать, лишь попав в соответствующую клетку (компьютер).

Стоит ли программе приписывать свойства компьютера? Вне клетки вирусы – это органические кристаллы, которым не присущи никакие атрибуты жизни (это называют «нерепликативным состоянием») – программа без компьютера не работает…

2) И второй, весьма серьёзный вопрос: правомочность использования термина «доклеточные», подразумевающего филогенетическое предшествование вирусов клеткам. На данный момент единой концепции происхождения вирусов не существует. Ряд имеющихся гипотез можно свести к трем группам:

а) вирусы – крайне упрощенные прокариотические организмы, утратившие цитоплазму и плазмалемму.

б) вирусы – часть генетического материала разнообразных клеток, вынесенного за их пределы («беглая НК»).

в) вирусы – предшественники клеточных организмов.

Очевидно, что термин «доклеточные» правомочен лишь в случае принятия последней гипотезы.

Вирусы были открыты Д.И. Ивановским в 1892г. Они характеризуются следующими общими морфологическими свойствами:

■ размеры колеблются от 1,5 до 10 нм. Крупные вирусы (возбудители оспы) приближаются по размеру к небольшим бактериям, а самые мелкие (возбудители полиомиелита, энцефалита, ящура) – к крупным белковым молекулам;

■ состоят из нуклеиновой кислоты и белковой оболочки (капсида). Существуют также «вирусы с оболочкой», у которых поверх капсида имеется липидная оболочка – «обрывки» плазмалеммы клетки-хозяина (вирусы гриппа, оспы, парагриппа);

■ наследственная информация представлена молекулой либо РНК, либо ДНК (вместе не встречаются!), которые состоят из одной или двух цепочек и имеют кольцевидную (циклическую) или линейную форму;

■ капсид образован уложенными определенным образом однотипными молекулами белка (капсомерами), образующими симметричные геометрические структуры;

■ при кубической (шаровидной) симметрии нуклеиновая кислота вируса сложена в клубочек, а капсомеры расположены вокруг нее (вирус полиомиелита, ящура, аденовирус); при спиральной (палочковидной) симметрии каждый виток спирали нуклеиновой кислоты покрыт капсомерами, тесно прилегающими друг другу (вирус табачной мозайки);

■ каждый вирус может паразитировать только на определенном типе клеток (таксоноспецифичность); существуют вирусы бактерий (фаги), растений, животных, и грибов.

■ вирусы сохраняются в 2-х состояниях:

- активное (репликативное) – внутри клетки-хозяина;

- пассивное (нерепликативное) – вне клетки (каждый вид вируса образует кристаллы характерной формы и размера);

■ жизненный цикл вируса состоит из последовательных фаз:

- адсорбция на поверхности определенной клетки-хозяина (в зависимости от наличия рецептора);

- фиксация и проникновение внутрь клетки (с капсидом или без);

- растворение белковой оболочки вируса при помощи ферментативной системы клетки (при проникновении с капсидом);

- освобождение нуклеиновой кислоты вируса с последующим встраиванием ее в геном клетки-хозяина или сохранением автономии (без встраивания в геном). Так, например, ретровирусы являются РНК-содержащими. Их специфический фермент – РНК-зависимая ДНК-полимераза (обратная транскриптаза, ревертаза) – обеспечивает синтез на молекуле РНК вируса молекулы ДНК (обратная транскрипция), которая встраивается в хромосомную ДНК хозяина;

- направление вирусом метаболизма клетки-хозяина на синтез собственных компонентов – нуклеиновой кислоты и капсомеров (репликация, транскрипция и трансляция);

- сборка вирионов (композиция) (у животных – часто с участием мембраны клетки-хозяина). Выход дочерних вирусов из клетки. Сотни и тысячи вирусных частичек могут выделяться одновременно (энтеровирусы) или по мере созревания (вирус герпеса). До гибели клетки может пройти несколько циклов размножения. Иногда вирусы накапливаются в клетке-хозяине образуя кристаллоподобные скопления.

Описано свыше 3000 видов вирусов, из них около 500 видов паразитируют в клетках высших растений, более 1000 видов – в клетках животных и человека. Вирусы вызывают различные заболевания: - мозаику, скручивание листьев, карликовость (у растений);

- бешенство, желтую лихорадку, оспу, грипп, краснуху, СПИД, гепатит (у животных)

Модель бактериофага

Весьма сложное строение имеют бактериальные вирусы – бактериофаги, или коротко – фаги. Они обычно состоят из:

■ кубической головки, внутри которой расположена молекула НК, окруженная капсомерами;

■ хвостового отдела, покрытого белковым чехлом, отростки которого служат для фиксации на поверхности бактерии и растворения ее стенки.

Фаги сохраняют жизнеспособность в течение нескольких поколений бактерий и используются для диагностики и лечения бактериальных заболеваний (дизентерия, тиф), а также в генной инженерии (раздел биотехнологии, позволяющий создавать организмы с нужными человеку признаками, ликвидировать наследственные «дефекты» растительных и животных организмов).

Подробнее о вирусах см. 10 класс, раздел «От клетки к организму», тема «01 Вирусы и половые процессы Прокариот»