Вирусы

На этой странице вы узнаете

• Жизнь в постоянном анабиозе: что позволяет вирусным частицам не выходить из «спячки»?
• Вирусы vs бактерии: кто кого заражает?
• Есть ли что-то общее у раковых заболеваний с вирусными инфекциями?

Вирусы знакомы нам с самого детства: ОРВИ, она же Острая Респираторная (дыхательная) Вирусная Инфекция – самая частая запись в справке после болезни. Из-за этого иногда приходится неделями лежать дома вместо того, чтобы гулять с друзьями. Но вирусы могут быть не только вредными. Некоторые представители этой группы даже используются в медицине для лечения других инфекций. Подробнее об этом вы узнаете в нашей статье.

Общая характеристика вирусов

До конца 19 века никто и не подозревал о существовании вирусов. В 1892 году русский ученый Дмитрий Иосифович Ивановский своим открытием вируса табачной мозаики (распространенного заболевания многих растений) дал начало науке вирусологии.

Вирусы – неклеточная форма жизни. 

Они являются внутриклеточными паразитами и могут проявлять свойства живого только внутри клетки-хозяина. В остальное время они будто спят: находятся в воздухе в виде маленьких частиц и в буквальном смысле бездельничают. Но стоит только вирусу попасть в клетку, как он начинает активно размножаться. Поэтому вирусы находятся как бы в промежуточном положении между живым миром и неживым. Вот что по-настоящему значит фраза: «я ещё не определился»!

Жизнь в постоянном анабиозе: что позволяет вирусным частицам не выходить из «спячки»? Анабиоз – это временное замедление или прекращение обменных процессов в организме под действием каких-либо факторов. То есть, чтобы пережить те или иные неблагоприятные условия, вирус может впасть в условную «спячку». Вирусы: — Не имеют клеточного строения. — Являются облигатными внутриклеточными паразитами – для проявления свойств живого им обязательно нужно попасть в клетку. Слово «облигатный» как раз означает необходимость какого-то условия. В данном случае, чтобы вирус стал проявлять свои свойства, ему нужно попасть в клетку хозяина. — Не имеют собственных систем метаболизма, о том, что это означает, поговорим чуть ниже. — Имеют особый способ размножения, раздел об этом тоже ждет вас далее. — Дискретны, то есть состоят из нескольких обособленных единиц (частей), которые выполняют функции совместно. Все это позволяет вирусам длительное время не проявлять свойств живого и оставаться в безопасности.

А теперь перейдем к подробностям.

Формы вирусов

Вирусы существуют в двух формах: внеклеточной (или спящей, пассивной) и внутриклеточной (активной). 

Строение вирусной частицы

В общем плане вирион (вирусная частица) состоит из:

• генетического материала — молекулы ДНК или РНК, 
• капсида (оболочки). 

Однако есть более сложно устроенные вирусы, например, бактериофаги.

Вирусы vs бактерии: кто кого заражает? Бактериофаги (в переводе с греческого – «пожиратели бактерий») – вирусы, поражающие клетки бактерий. Это значит, что вирусы могут заразить и истребить целую колонию бактерий! Бактериофаги используют в медицине для лечения бактериальных инфекций. Бактериофаги, или просто фаги – абсолютно естественные природные живые организмы. Благодаря тому, что они существуют практически в равном количестве с бактериями, численность последних строго сдерживается. Иначе, гипотетически, бактерии уже бы захватили весь мир. Бактериофаги, используемые в медицине, имеют минимум побочных эффектов. Они воздействуют исключительно на клетки патогенных (вредных, опасных) бактерий, не затрагивая клетки человеческого организма.

Разберем строение бактериофага подробнее. У обычного вируса строение несколько проще, как видно на рисунке выше.

1. Головка состоит из генетического материала (ДНК или РНК) и защитной оболочки – капсида, который состоит из белков и окружает наследственный материал. Она защищает его от механических, физических, химических повреждений. Капсид состоит из множества капсомеров. Как у человека жизненно важный орган – мозг – защищен прочным черепом, так у вируса капсид охраняет генетическую информацию. 

2. Хвостовые нити (фибриллы), как шасси у лунохода, первыми контактируют с поверхностью посадки – живой клеткой. 

3. Базальная пластинка – когда происходит «стыковка», она прислоняется к клетке, приоткрывается и между клеткой и бактериофагом образуется проход для генетического материала. ДНК или РНК вируса непременно должна поступить в клетку для последующего размножения.

4. Стержневидный отросток покрыт сократительным чехлом. Эта часть нужна для того, чтобы ввести генетический материал в клетку хозяина. Сократительный чехол так назван неспроста – он сжимается (сокращается), тем самым как бы «выдавливая» содержимое вируса (ДНК или РНК) в клетку.
   
5. Суперкапсид – это дополнительная оболочка, есть не у всех вирусов – у бактериофага ее нет. Суперкапсид выполняет функцию защиты. Он расположен поверх капсида и делает вирус более устойчивым. Не просто так он называется суперкапсидом. Вирус с ним, как супермен среди обычных людей. 

Отсутствие метаболизма

Метаболизм – это обмен веществ и энергии клетки, совокупность процессов получения и выведения. 

Вне клетки-хозяина вирусы не могут потреблять вещества из внешней среды и выделять продукты обмена. Вследствие этого, вирионы не размножаются, не питаются, не вырабатывают тепло и не двигаются. 

Просыпаются вирусы только тогда, когда попадают в благоприятные условия – в клетку хозяина. Вирус сразу заражает клетку и начинает в ней размножаться. Про размножение надо поговорить отдельно.

В задании 26 ЕГЭ нередко можно встретить такие его вариации, где нам необходимо вспомнить об особенностях вирусов. Разберем пример такого задания, который требует развернутого ответа.

Задание. Осенне-зимний период является периодом, когда особенно распространены острые респираторные вирусные заболевания. Можно ли такие заболевания лечить антибиотиками? Как можно профилактировать (предотвратить) заражение? Как можно лечить такие заболевания? Свой ответ поясните.

Решение:
1) В первую очередь нам необходимо вспомнить, что антибиотики – это лекарственные препараты, которые активны только в отношении бактерий. Вирусные заболевания антибиотиками лечить нельзя.
2) На вирусы будут оказывать влияние только специальные противовирусные препараты.
3) Профилактировать заражение можно с помощью ношения маски и соблюдения дистанции в общественных местах, а также тщательно соблюдая правила личной гигиены.
4) Необходимо повышать способность организма сопротивляться заболеваниям – есть больше свежих фруктов и овощей, они содержат много витамина С, который увеличивает активность иммунной системы организма. 

Размножение вирусов

При попадании в живую клетку вирус заставляет ее «работать по своим правилам». Клетка перестает выполнять свои обычные функции и начинает производить вирусные белки и нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК).  

Можно представить, что белки – это главные продукты, которые образует клетка, так как они регулируют большинство процессов в ней. А нуклеиновые кислоты – инструкция, по которой идет синтез (создание) этих белков. 

Получается, главная задача вируса – пройти через все этапы защиты клетки и принести неправильную инструкцию на место. Вирус как бы начинает «управлять клеткой» и программировать ее с помощью этой инструкции делать то, что ему нужно! Удивительно, не правда ли?

Процесс размножения вируса описан на иллюстрации ниже. 

Особенно остановимся на пункте 2. Так как встречаются два типа вирусов: ДНК-содержащие и РНК-содержащие, то их поведение внутри клетки будет несколько отличаться.

• Если вирус содержит ДНК, то он сразу внедряет свой генетический материал в ДНК клетки-хозяина. А с РНК ситуация будет несколько сложнее. 

• Большинство вирусов животных и человека (около 80%) являются РНК-содержащими. Если вирус содержит РНК, то вначале из нее нужно сделать ДНК. А происходит это с помощью обратной транскрипции: образование вирусной ДНК по вирусной РНК. Подробнее про синтез ДНК и РНК можете прочитать в статье «Химический состав клетки. Нуклеиновые кислоты и АТФ».

Благодаря всем этим событиям в клетке начинается процесс синтеза вирусных белков. Таким образом, клетка, вместо того, чтобы создавать нормальные для ее жизнедеятельности вещества, начинает производить вирусные белки. Последние будут собираться в новые вирусы и высвобождаться из клетки. Затем они продолжат заражать другие клетки организма-хозяина либо выйдут в окружающую среду на поиск нового.

Разнообразие вирусов

Вирусные частицы ничтожно малы даже по сравнению с некоторыми клетками нашего организма: 

Выделяют просто организованные вирусы и сложно организованные.

Просто организованные вирусы, такие как бактериофаг, имеют только одну белковую оболочку – капсид, который защищает наследственный материал вируса. А сложно организованные вирусы (например, вирус гриппа) имеют дополнительную защитную оболочку – суперкапсид. Такие вирусы еще называют «одетыми», в то время как просто организованные вирусы именуют «голыми». Так и можно запомнить эту классификацию: сложные вирусы имеют дополнительный слой «одежды». 

Геном вирусов может быть представлен различными видами нуклеиновых кислот: одно- или двухцепочечными, линейными или кольцевыми. Геном хранит всю информацию о вирусе, о его белках, информацию о том, как синтезировать эти белки внутри клеток хозяина. Можно запомнить это с помощью ассоциации, где геном представляет собой огромную книгу рецептов: каждый белок – это какое-то блюдо, информация о котором заключена в определенном рецепте (части генома). И чтобы этот белок воспроизвести, нужно найти в книге рецепт, то есть информацию о нем. 

Вирусные инфекции

Вирусы способны поражать различные живые организмы. Сегодня известно множество инфекционных заболеваний вирусной природы, поражающих животных и человека.

К вирусным заболеваниям относят: натуральную оспу, бешенство, энцефалиты, инфекционные гепатиты, полиомиелит, грипп, герпес, паротит (свинку), корь, краснуху и многие другие инфекции. 

Есть ли что-то общее у раковых заболеваний с вирусными инфекциями? Вирусы уже большое количество времени являются объектом исследования различных ученых. Такое внимание оказано им не просто так. Несмотря на то, что они представляют собой неклеточную форму жизни, иными словами, даже не представляют собой полноценную клетку, они могут быть причастными к возникновению у человека рака. Ученые выяснили, что существует ряд вирусов, способных вызывать процессы, которые могут провоцировать раковые заболевания. Вирусы, или по-другому онковирусы, вызывают мутации в клетке, из-за которых нормальные гены превращаются в онкогены. Онкогены при определенных условиях и вызывают развитие злокачественных опухолей.

Против некоторых вирусов разработаны вакцины, позволяющие предохранять население от распространения и развития инфекционных заболеваний. 

Вакцина – это медицинский препарат, который направлен на создание иммунитета против какого-либо заболевания. 

Например, благодаря изобретению вакцины от натуральной оспы людям удалось полностью искоренить это заболевание. Летом 1978 года был зафиксирован последний известный случай оспы.

Применение вакцин основано на введении антигена вируса в организм для выработки им антител и создания искусственного активного иммунитета. К сожалению, не ко всем вирусам вырабатываются антитела, что создает трудности для синтеза новых вакцин.

Механизм выработки иммунитета:

1. Встреча антигена (вредоносной частицы) с Т-лимфоцитами – клетками иммунной системы.
2. Обезвреживание антигена.
3. Выработка антител – белков, убивающих антигены.
4. Передача информации Т-клеткам памяти.

Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) представляет особую опасность. Он паразитирует преимущественно в Т-лимфоцитах организма человека, выполняющих иммунную функцию. Вирус вызывает гибель Т-лимфоцитов, и, как следствие, снижение иммунитета, что приводит к развитию других инфекций. Также на фоне ВИЧ развивается СПИД – синдром приобретенного иммунного дефицита. Это сочетание болезней, которые вызваны недостаточной работой иммунной системы вследствие поражения ее ВИЧ.

ВИЧ можно заразиться при гемотрансфузиях (переливании крови) или незащищенном половом акте. Также инфекция может передаваться от матери к ребенку:

• во время беременности – трансплацентарный путь;
• при родах – такой путь передачи инфекции называется вертикальным.

Для лечения вирусных заболеваний используют специальные противовирусные препараты.

Иногда к терапии противовирусными препаратами могут добавляться антибиотики. Это делается с целью профилактики бактериальных осложнений. Например, на фоне гриппозной инфекции (заражение вирусом гриппа) часто может развиваться пневмония, вызванная шаровидной бактерией – пневмококком. 

В качестве профилактики антибиотики, как правило, назначают лицам, находящимся в группе риска: пожилым людям, людям с хроническими заболеваниями или пониженным иммунитетом и др. 

Таким образом, иммунитет представляет собой очень сложную систему защиты, которую не так просто победить. Но человечество уже научилось создавать различные лекарства, которыми можно вылечить практически любые болезни. Пока от ВИЧ нет ни вакцин, ни таких лекарств, чтобы полностью излечиться. Однако в скором времени они вполне могут появиться. Это станет настоящим прорывом в мире науки и медицины! 

В ЕГЭ в задании 10 мы можем встретить такой его вариант, в котором нужно установить соответствие между двумя организмами и их характеристиками.

Решение.
На основании полученных знаний мы легко можем сказать, что ВИЧ – это вирус, поэтому он имеет капсид, наследственный материал, представленный РНК, является внутриклеточным или облигатным паразитом, вызывает неизлечимое одноименное заболевание. 

А кишечная палочка – это бактерия, поэтому она может иметь плазмиды, способна к образованию спор, может вступать в симбиоз с человеком. Это все характеристики бактерий.

Ответ: 1221212

Поразительно, насколько такие микроскопические вирусные частицы могут быть интересными и многозначащими для нас и всего живого мира. Ранее человечество и не подозревало, насколько нам важно знать о вирусах. Но сейчас человек даже научился использовать вирусы в своих целях. Например, в медицине – бактериофаги помогают справиться с патогенными бактериями, при этом они способны победить даже те бактерии, на которые антибиотики действовать не будут. Кстати, подробнее о бактериях и их устойчивости к антибиотикам можно прочитать в статье «Царство Бактерии».

Термины 

ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота, молекула, обеспечивающая хранение, реализацию и передачу из поколения в поколение генетической информации.

Паразитизм – это тип взаимоотношения организмов, при котором один организм живет за счет другого и тем самым вредит ему.

Паразиты – живые организмы, которые используют другие организмы в качестве среды обитания или источника питательных веществ.

РНК – рибонуклеиновая кислота, играет важную роль в хранении и передаче наследственной информации клетки.

Фактчек

• Вирусы были открыты в 1892 году ученым Д. И. Ивановским, ставшим основоположником вирусологии.
• Вирусы не имеют клеточного строения.
• Они являются облигатными внутриклеточными паразитами, не имеют собственных систем метаболизма.
• Вирусы существуют в двух формах: внеклеточной (или спящей, пассивной) и внутриклеточной (активной).
• Вирусы способны истреблять колонии бактерий, эту их способность используют для борьбы с вирусными заболеваниями.

Проверь себя

Задание 1.
Что относится к вирусным инфекциям?

1. сальмонеллез
2. дизентерия
3. ВИЧ
4. сифилис 

Задание 2.
Какое свойство живого характерно для вириона?

1. размножение
2. дыхание
3. метаболизм
4. дискретность

Задание 3.
Чем вирусы отличаются от живых организмов?

1. имеют ядро
2. в клетке находится РНК
3. в клетке отсутствуют мембранные органоиды
4. имеют неклеточное строение

Задание 4.
Что представляет собой бактериофаг? 

1. вирус бактерий
2. вирус бешенства
3. вирус гриппа
4. вирус кори

Задание 5.
Что не является характеристикой вируса? 

1. Вирусы размножаются только в клетках хозяина.
2. Вирусы не вызывают никаких болезней.
3. Вирусы имеют ДНК или РНК.
4. Вирусы могут быть причастны к возникновению рака.

Ответы: 1. – 3; 2. – 4; 3. – 4; 4. – 1; 5. – 2.