Недалёкое будущее. Высшее руководство одной из крупнейших стран мира собралось на экстренное совещание. Высокопоставленные чиновники заметно встревожены: группа террористов захватила на одной из военных баз новейшее оружие - настолько секретное, что даже первые лица страны называют его только кодовым обозначением.
Для ликвидации угрозы высылают команду спецназовцев. После Epic Battle c ожесточенными перестрелками и эпическими рукопашными схватками «хорошие» парни неизбежно побеждают «плохих» парней. В финале утомленные бойцы спецподразделения осторожно выносят из бункера террористов кассеты с чёрно-жёлтыми полосками, внутри которых опасно подрагивают шаровидные контейнеры, заполненные жидкостью ядовито-зелёного цвета.
Как выяснилось, эта жидкость содержит опасный вирус, способный за считанные часы уничтожить половину человечества. К бойцам подбегают люди в специальных защитных скафандрах - учёные-вирусологи.
Они забирают опасный груз, тщательно укладывают его в металлические контейнеры и увозят для деактивации в недрах своих зашифрованных лабораторий.
На первый взгляд, этот типичный сценарий голливудских боевиков может показаться забавным и даже примитивным. Но, к сожалению, в нем отражен тот усреднённый набор «знаний» о вирусах, которыми владеет рядовой гражданин.
Действительно, у большинства людей термин «вирус» чаще всего ассоциируется с угрозой или опасностью. Поэтому, давайте выясним, что же такое вирусы и какую роль они играют в нашей жизни.
Название «вирус» происходит от латинского слова «virus» , которое обычно переводится как «яд» или «слизь». Но существуют и другие варианты перевода, например - «отвратительный запах», «острый вкус», «горечь», и даже - «сперма животных».
Подобно вариациям с переводом, термин «вирус» имеет множество определений. С одной стороны, вирус - это микроскопическая частица, состоящая из белков (иногда - липидов) и нуклеиновых кислот, которая способна инфицировать клетки живых организмов. Также вирус можно определить как неклеточную форму жизни, которая обладает собственным генетическим материалом (геномом) и способна к размножению в живых организмах.
Почему же для такого крошечного и, казалось бы, такого простого объекта не существует единого универсального определения? Наверное, потому, что вирус до сих пор остается одной из самых больших загадок для исследователей.
Например, существует теория о том, что вирусы участвовали в появлении клеточного ядра и других компонентов эукариотической клетки. А вот эволюционное влияние вирусов на живые организмы на более поздних этапах эволюции уже доказано.
Так, вирусы привели к появлению плаценты, следствием чего стало возможным появление плацентарных млекопитающих, к которым относится и «род людской». Однако учёные считают, что вирусы на этом не остановились.
Есть основания предполагать, что интеграция генома ретровирусов в ДНК предка человека вблизи гена PRODH сыграла важную роль в развитии умственных способностей homo sapiens. Кроме того, вирусы являются важным природным средством обмена генетической информации между разными видами, что приводит к появлению генетическое разнообразие и направляет эволюцию.
Они играют определяющую роль в регуляции численности популяций некоторых видов живых организмов. В некоторых случаях вирусы образуют со своими хозяевами симбиоз. Вирусы имеют генетические связи с представителями флоры и фауны Земли.
Согласно последним исследованиям, геном человека более чем на 32% состоит из вирусоподобных элементов и транспозонов. Так, в геноме высших приматов существует ген, кодирующий белок синцитин, который считают, был привнесен ретровирусом.
На данный момент вирусы являются одним из крупнейших живых хранилищ неисследованного генетического разнообразия на Земле.
Таким образом, вирусы были и остаются важнейшей составляющей земной жизни на всех этапах эволюции. Однако, человечество начало изучать этот удивительный инфекционный агент совсем недавно. Более того - о самом факте его существования учёные узнали чуть больше века назад, хотя представления о заразности таких болезней, как оспа, корь и многих других, зародились еще у древних народов. Конечно, эти отрывочные наблюдения и догадки были очень далеки от настоящих научных знаний, и к концу XVIII века понимание природы инфекций было относительно примитивным.
Настоящая революция в изучении вирусов произошла в 1892 г., когда выдающийся естествоиспытатель отправился в командировку на юг Украины для изучения мозаичной болезни табака. Исследуя эту болезнь, которая наносила огромный ущерб табачным плантациям, молодой учёный обнаружил, что возбудитель этой болезни проходит сквозь бактериальные фильтры.
Таким образом был открыт «организм», в сотни и тысячи раз меньший бактерий (которых учёные того времени считали самыми маленькими и простыми организмами, стоящими на грани живой и неживой природы).
Хотя Ивановский назвал открытый им новый тип возбудителя - «фильтрующиеся бактерии», его осторожность исправил голландский учёный . В 1898 г. он подтвердил результаты исследований Ивановского, и первым высказал мысль о существовании нового возбудителя инфекционных болезней, который назвал термином «вирус». Так был заложен фундамент новой науки - вирусологии .
После Ивановского и Бейеринка открытия совершались одно за другим. В 1898 г. Леффлер и Фрош открыли первый вирус животных - вирус ящура, а Род и Кэрролл в 1901-1902 гг. - первый вирус человека (вирус жёлтой лихорадки).
В том же 1902 г. были открыты вирусы чумы крупного рогатого скота, оспы коз, оспы овец; в 1905 г. - вирусы чумы собак, оспы коров; в 1907 г. - вирус натуральной оспы, вирус денге; в 1908 г. - вирусы полиомиелита, лейкоза кур и др.
И хотя царство вирусов было открыто ещё в конце XIX в., их глубокое изучение стало возможным лишь во второй половине XX века после изобретения электронного микроскопа и адекватных моделей для культивирования.
Мартин Бейеринк (1851—1931)
В настоящее время вирусологию определяют как медико-биологическую науку, изучающую вирусы и субвирусные агенты (вироиды, сателлиты и прионы): их строение, генетику, систематику, эволюцию, их способы заражать и эксплуатировать клетку-хозяина для размножения, их взаимодействие с иммунитетом организма-хозяина, болезни, которые они вызывают, методы их выделения и культивирования, а также использование вирусов в научных исследованиях и терапии.
Вирусы могут быть классифицированы в соответствии с теми хозяевами, которых они поражают: вирусы животных, вирусы растений, вирусы бактерий и др.
Наиболее распространённой является классификация вирусов в соответствии с типом их генетического материала и способа размножения (репликации) в клетке-хозяине. Классификация вирусов обновляется каждые пять лет по решению Международного комитета по таксономии вирусов (МКТВ).
Этот комитет предлагает классифицировать все известные вирусы по четырём иерархическими уровнями: вид, род, семья (иногда подсемейство) и порядок. Сейчас реестр классифицированных вирусов и вироидов включает 3704 вида, входящих в состав 609 родов, 27 подсемейств, 111 семей и 7 порядков.
Основной причиной изучения вирусов является их реальная угроза для человечества. Вирусы являются причиной острых массовых инфекций, на их долю приходится 90% всех инфекционных заболеваний.
Только от острых кишечных и респираторных вирусных инфекций в мире погибает 10-14 млн. человек. Кроме того, вирусы могут быть причиной развития злокачественных заболеваний и вызвать обострение хронических болезней.
В медицинской практике установлено, что вирусы часто являются причиной внутриутробных патологий человека. Следует отметить особую актуальность проблемы так называемых «новых и вновь возникающих инфекций» (emergering-reemergering infections ).
Сегодня известно более 2 тысяч различных болезней человека, спектр которых постоянно пополняется за счёт ранее неизвестных: вирусные лихорадки Ласса, Эбола, Марбург, Зика, ВИЧ-инфекция, ряд вирусных кишечных болезней, вирусные гепатиты C, D, E и G, хантавирусная легочный синдром, ТОРС-коронавирус, болезни нервной системы, вызванные прионами.
Одновременно расширение спектра вирусных болезней происходит за счёт установления природы заболеваний, которые ранее считались неинфекционными (хронические гепатиты, лимфома Беркитта, саркома Капоши, Т-клеточные лейкозы и другие опухоли). Некоторые вирусные варианты онкопатологий так же отнесли к инфекционным болезням.
Всего в онкологии выделено около 250 «специфических» вирусов. При этом доказана этиологическая связь между вирусами гепатита В, С и первичным раком печени, вирусом папилломы человека и раком шейки матки, герпесвирусом человека 8-го типа и саркомой Капоши, вирусом Эпштейна-Барр и лимфомой Беркитта, полиомавирусами клеток Меркеля и карциномой клеток Меркеля, и т.д.
Давно обсуждается вопрос об инфекционной природе некоторых психических расстройств. Сегодня доказано, что в структуре причин самоубийств определённое место занимает инфекционный фактор - вирус Борна.
Также определена вирусная природа многих аутоиммунных (рассеянный склероз, сахарный диабет I типа) и аллергических (сенная лихорадка) болезней человека и животных.
Не менее 300 известных вирусов способны вызывать пандемии (грипп А, оспа, ВИЧ-инфекция, полиомиелит), эпидемии (лихорадка денге, жёлтая лихорадка, Западного Нила, Эбола, Зика), эпидемические вспышки (гепатит Е, вирус Нипа и др.) и спорадические заболевания.
Способность вирусов вызывать смертоносные эпидемии среди людей порождает значительное беспокойство о том, что они могут быть использованы в качестве биологического оружия. Успешное воспроизведение вируса гриппа (пресловутой «испанки») в лаборатории вызвало дополнительные опасения по этому поводу.
Другим примером является вирус натуральной оспы. Официально образцы вируса натуральной оспы хранятся только в двух местах в мире - в лабораториях ГНТЦ «Вектор» (Кольцово, РФ) и Centers for Disease Control and Prevention (Атланта, США). Начиная с 1981 г. вакцинация против оспы больше не практикуется повсеместно, и поэтому большая часть современного населения Земли не имеет устойчивости к вирусу оспы.
Благодаря огромной потенциальной угрозе, которая кроется в вирусных инфекциях, их диагностика имеет большое значение. Но угрозы вирусных инфекций - это только одна из множества частей головоломки под названием «вирус». Учёные нашли и полезные свойства вирусов и научились применять их на благо человечества.
Вирусы имеют большое значение для исследований в молекулярной и клеточной биологии. Поскольку они являются простыми системами, их используют для управления и изучения функционирования клеток.
Например, вирусы применяются в генетических исследованиях. Именно благодаря изучению вирусов были описаны ключевые механизмы молекулярной генетики, такие как: репликация ДНК, транскрипция, процессинг РНК, трансляция, транспорт белков, функционирования рибозимов.
Вирусы могут быть использованы как векторы для введения нужных генов в исследуемые клетки. Это дает возможность заставить клетку производить необходимые чужеродные вещества и изучать последствия введения нового гена в геном. Весьма вероятно, что вирусы найдут широкое применение в генотерапии.
Аналогично, вирусы используются в виротерапии как векторы для лечения различных болезней, поскольку они избирательно действуют на клетки и ДНК. Уже сегодня вирусы используют в борьбе с онкозаболеваниями (для специфического «убийства» некоторых раковых клеток).
Кроме того, вирусы используют с диагностической целью, для лечения бактериальных болезней, для борьбы с насекомыми-вредителями, и даже для регуляции численности популяции нежелательных животных (например - ограничение численности кроликов в Австралии).
Современные нанотехнологии открывают новые широкие возможности применения вирусов. Благодаря своим малым размерам, форме и хорошо изученной химической структуре вирусы используются как «шаблоны» для организации материалов на нано уровне.
Многие вирусы могут быть получены de novo , то есть с нуля. Первый искусственный вирус был получен в 2002 году.
Несмотря на некоторые некорректные трактовки, синтезируется на самом деле не сам вирус, а его генетический материал. Эту технологию уже сегодня используют для разработки вакцин нового типа. Возможность создавать искусственные вирусы имеет большие перспективы, поскольку вирус не может «вымереть», пока известна его геномная последовательность и есть чувствительные к нему клетки.
Сегодня в свободном доступе в специализированных онлайновых базах данных опубликованы полные геномные последовательности 2408 различных вирусов (в том числе вируса натуральной оспы).
Вирусы являются самой распространенной формой существования органической материи на планете, оказывающей огромное влияние на другие формы жизни. Включая так называемых Homo sapiens, т.е. нас с вами. Их изучение и использование в интересах человечества - одна из важнейших задач для учёных.
В Украине развитие вирусологической науки исторически связано с Киевским национальным университетом. Так сложилось, что вот уже более 100 лет, наше учебное заведение занимает лидирующие позиции в этой области науки.
Например, 16 марта 1903 г. именно здесь, в стенах Киевского Императорского университета святого Владимира (так тогда назывался наш Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко), основатель вирусологии Д.И. Ивановский успешно защитил докторскую диссертацию на тему: «Мозаичная болезнь табака» . Тем самым он официально подтвердил свой мировой приоритет в открытии патогена табачной мозаики.
В 1962 г. в Киевском государственном университете имени Т. Г. Шевченко была открыта первая во всем СССР кафедра вирусологии, которая начала подготовку специалистов-вирусологов.
Организатором и первым заведующим кафедрой вирусологии была известный вирусолог и эпидемиолог, профессор, доктор медицинских наук Нина Петровна Корнюшенко . С декабря 2003 кафедру возглавляет профессор, доктор биологических наук, академик Высшей школы Украины, лауреат премии Украины в области науки и техники, премии НАНУ имени Д.К. Заболотного - Валерий Петрович Полищук .
Сегодня кафедра вирусологии УНЦ «Биологии и медицины» Киевского национального университета имени Тараса Шевченко является ведущим центром по подготовке специалистов-вирусологов в Украине.
Студенты, специализирующиеся на кафедре, получают основательную теоретическую и практическую подготовку по целому ряду научных направлений современной вирусологической науки, включая фитовирусологию, бактериофагию, медицинскую и ветеринарную вирусологию.
А.В. Коротеева , доцент кафедры вирусологии, Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, Учебно-научный центр «Институт биологии и медицины»
г. Губкинский 2005
Аннотация
Целью
работы «Вирусы в жизни человека», написанной
Лозинской Ириной ученицей 9а класса является:
рассмотреть значение вирусов в жизни
человека.
Задачи:
Введение.
4
1.
Гипотезы происхождения вирусов.
6
2.
История открытия вирусов.
7
Введение
Цель: рассмотреть значение вирусов в жизни человека.
Задачи:
1. выяснить причины возникновения
вирусов на Земле.
2. Разобрать строение вирусов.
3. Познакомиться с болезнями,
которые вызывают вирусы.
4. Провести статистическое исследование
заболеваемости учащихся средней
школы №3 г. Губкинского за последние 3
года.
5. Проанализировать научную литературу.
Методами
исследования, использованными в
данной работе, были: анализ, обобщение,
сравнение имеющихся в наличии
материалов.
Считаю,
что работа имеет теоретическую
и практическую направленность. С материалами
работы могут познакомиться все желающие
для общего развития.
Для
написания работы «Вирусы в жизни
человека» нами были использованы:
«Основы современной биологии»,
«Тайны третьего мира», «Общая биология»,
«От молекулы до человека».
2. История открытия вирусов
Первое
знакомство
В
80-е годы
CIC
века на юге России
табачные плантации подверглись грозному
нашествию. Отмирали верхушки растений,
на листьях появлялись светлые пятна,
год от года число пораженных полей увеличивалось,
а причина заболеваний неизвестна.
Профессора
Петербургского университета, всемирно
известные А. Н. Бекетов и А. С.
Фелинцин послали небольшую экспедицию
в Бесарабию и на Украину в
надежде разобраться в причинах
болезни. В экспедицию входили Д.
И. Ивановский и В. В. Половцев.
Д.И.
Ивановский русский ученый в 1892 году
открыл вирус табачной мозаики.
На
поиски возбудителей болезни Ивановский
потратил несколько лет. Он собирал
факты, делал наблюдения, расспрашивал
крестьян о симптомах болезни. И
экспериментировал. Он собрал листья с
нескольких больных растений. Через 15
дней на этих листьях появились белёсые
пятна. Значит, болезнь действительно
заразна, и может передаваться от растения
к растению. Ивановский последовательно
устранял возможных переносчиков болезни
– корневую систему растений, семена,
цветки, пыльцу… Опыты показали, что дело
не в них: болезнетворное начало поражает
растения иным путём.
Тогда
молодой учёный ставит простой опыт.
Он собирает больные листья, измельчает
их и закапывает на участках со здоровыми
растениями. Через некоторое время растения
заболевают. Итак, первая удача – путь
от больного растения к здоровому найден.
Возбудитель передаётся листьями, попавшими
в почву, перезимовывает и весной поражает
посевы.
Но
о самом возбудителе он так
ничего и не узнал. Его опыты показали
лишь одно, – нечто заразное содержится
в соке. В эти годы ещё несколько учёных
в мире бились над опознанием этого «нечто».
А. Майер в Голландии предложил, что заразное
начало – бактерии.
Однако Ивановский доказал, что
Майер ошибся, посчитав носителями
болезни бактерии.
Профильтровав
заразный сок через тонкопористые
фарфоровые фильтры, он осадил на них
бактерии. Теперь бактерии удалены… но
заразность сока сохранилась.
Проходит
шесть лет и Ивановский обнаруживает,
что столкнулся с непонятным агентом,
вызывающим болезнь: он не размножается
на искусственных средах, проникает сквозь
самые тонкие поры, погибал при нагревании.
Фильтруемый яд! Таким был вывод ученого.
Но
яд это – вещество, а возбудитель
болезни табака был существом. Он
отлично размножался в листьях растений.
Так
Ивановский открыл новое царство
живых организмов, самых мелких из
всех живых и потому невидимых
в световом микроскопе. Проходящих
сквозь тончайшие фильтры, сохраняющихся
в соке годами и при этом не теряющих
вирулентности. В 1889 году датский ботаник
Мартин Виллем Бейринк, которого Майер
заинтересовал болезнью табака, назвал
вновь открытое существо вирусом, добавив,
что вирус представляет собой «жидкое,
живое, заразное начало».
Составные
части вируса
В
1932 году молодому американскому биохимику
Вендиллу Стенли тогдашний директор
Рокфеллеровского института в Нью-Йорке
Симон Флекенер предложил заняться вирусами.
Стенли начал с того, что собрал тонну
листьев табака, пораженных вирусом табачной
мозаики, и решил получить сок из всей
этой горы. Он отжал бутыль сока и начал
исследовать сок доступными ему химическими
методами. Разные фракции сока он подвергал
воздействию всевозможных реактивов,
надеясь получить чистый вирусный белок
(Стенли был убеждён, что вирус это белок).
Ему долгое время не удавалось избавиться
от белков растительных клеток. Однажды,
перепробовав разные методы подкисления
и высаливания, Стенли получил почти чистую
фракцию белка, отличавшегося по своему
составу от белков растительных клеток.
Учёный понял, что перед ним то, чего он
так упорно добивался. Стенли выделил
необыкновенный белок, растворил его в
воде и поставил раствор в холодильник.
Наутро в колбе вместо прозрачной жидкости
лежали красивые шелковистые игольчатые
кристаллы. Из тонны листьев Стенли добыл
столовую ложку таких кристаллов. Затем
Стенли отсыпал немного кристалликов,
растворил их в воде, смочил этой водой
марлю и ею натёр листья здоровых растений.
Сок растений подвергся целому комплексу
химических воздействий. После такой «массированной
обработки» вирусы, скорее всего, должны
были погибнуть.
Натёртые
листья заболели, а через пару недель
характерная мозаика белых пятен
покрыла все растения, затем повторил
эту операцию опять, а после четвёртого
или пятого «переливания» вируса
отжал сок из листьев, подверг его
той же химической обработки и снова получил
точно такие же кристаллы. Странные свойства
вируса пополнились ещё одним – способностью
кристаллизироваться.
Эффект
кристаллизации был настолько ошеломляющим,
что Стенли надолго отказался
от мысли, что вирус - это существо.
Так как все ферменты (катализаторы реакции
в живых организмах) – белки, и количество
многих ферментов также увеличивается
по мере развития организма, и они могут
кристаллизироваться, Стенли заключил,
что вирусы – чистые белки, скорее ферменты.
Вскоре
учёные убедились, что кристаллизировать
можно не только вирус табачной мозаики,
но и ряд других вирусов.
Вендел
Стенли в 1946 году был удостоен Нобелевской
премии.
Спустя
пять лет английские биохимики Ф.
Боуден и Н. Пири нашли ошибку в определении
Стенли. 94% содержимого вируса табачной
мозаики состоял из белка, а 6% представляло
собой нуклеиновую кислоту. Вирус был
на самом деле не белком, а нуклеопротеином
– соединением белка и нуклеиновой кислоты.
Как
только биологам стали доступны электронные
микроскопы, учёные установили, что кристаллы
вирусов состоят из тесно прижатых друг
к другу нескольких сотен миллиардов частиц.
В одном кристалле вируса полиомиелита
столько частиц, что ими можно заразить
не по одному разу всех жителей Земли.
Когда же удалось рассмотреть в электронном
микроскопе отдельные вирусные частицы,
то оказалось что они бывают разной формы
– и шарообразные, и палочковидные, и в
виде сандвича, и в форме булавы, но всегда
наружная оболочка вирусов состоит из
белка, а внутреннее содержимое представлено
нуклеиновой кислотой.
Лизогения
Когда
вирусологи поближе познакомились
с жизнью вирусов, они обнаружили
у них ещё одно неожиданное
свойство. Раньше считали, что любая
частица вируса, попав в клетку,
начинает там размножаться и, в конце
концов, клетка погибает. Но в 1921 году,
а затем в середине 30 – х. годов в институте
Пастера в Париже была описана странная
картина. К бактериям добавляли бактериофаги.
Через какой-то промежуток времени клетки
должны были погибнуть, но, удивительно,
часть их осталась жить, и продолжала размножаться.
Каким – то образом эти клетки получили
иммунитет к фагам. Учёные выделили такие
клетки, очистили их от фагов, затем стали
регулярно высевать их и однажды обнаружили,
что в свободной от фагов культуре бактерий,
откуда не возьмись, снова появляются
фаговые частицы.
Исчезнув
на время, как будто спрятавшись
внутрь клетки, фаги снова заявили
о своём существовании. Эти же
фаги испытали на свежих ещё не заражённых
культурах бактерий. Фаги по-прежнему
вели себя необычно. Часть из них, как и
полагалось, вызывало гибель клеток, но
многие исчезали внутри клеток, а как только
это происходило, клетки получали способность
противостоять заражению другими такими
же вирусами.
Процесс
исчезновения вирусов назвали лизогенизацией,
а клетки, заражённые такими вирусами,
стали именовать лизогенными. Всякие попытки
обнаружить всякие фаги внутри лизогенных
бактерий окончились неудачно. Вирус прикреплялся
к какой-то структуре клетки и без неё
не размножался.
С
помощью микроманипулятора учёные
Львов и Тутман отделил от общей массы
лизогенных бактерий одну клетку, и начали
за ней наблюдать. Клетка поделилась один
раз, дав начало двум молоденьким клеткам,
те, в свою очередь, через положенное время
дали потомство. Клетка, подозреваемая
в том, что она спрятала внутри бактериальный
вирус, ничем от других не отличалась.
Сменилось 15 поколений бактерий, но терпеливые
учёные постоянно наблюдали с помощью
микроскопа, заменяя друг друга через
определённые промежутки времени. Во время
19 деления одна из клеток лопнула точно
так, как разрывались обычные бактерии,
заражённые обычным вирусом.
Учёные
определили, что лизогенные клетки,
хотя и несут в себе вирус или
его часть, но до поры до времени
этот вирус не инфекционен. Такой
внутри клеточный вирус они назвали
провирусом, или, если речь шла о бактериофагах,
профагом.
Затем
они доказали, что провирус, попав
в бактерию, не исчезает. Через 18 поколений
его удалось обнаружить. Оставалось
предположить, что всё это время
профаг размножался вместе с бактерией.
Впоследствии
было доказано, что обычно профаги
не могут размножаться сами по себе,
как это делают все остальные
вирусы, а размножаются только тогда,
когда размножается сама бактерия.
И,
наконец, третья честь этого открытия
принадлежит Львову, Симиновичу и Кылдгарду
– способ выделения из состояния равновесия
провируса. Воздействуя небольшими дозами
ультрафиолетовых лучей на лизогенные
клетки, удавалось вернуть их профагам
способность размножаться независимо
от клеток. Такие освобождённые фаги вели
себя точно так, как вели себя их предки:
размножались и разрушали клетки. Львов
сделал из этого верный, единственный
вывод – ультрафиолет нарушает связь
профага с какой-то из внутри клеточных
структур, после чего и наступает обычное
ускорение размножения фагов.
Открытие
Херши и Чейза
В
1952 появилась сенсационная работа двух
американских исследователей – Альфреда
Херши и Марты Чейз.
Херши
и Чейз решили проверить, насколько
верна картина нарисованная прежними
исследователями. На поверхности клетки
в электронный микроскоп фаги были
видны. Но разглядеть их внутри клеток
в те годы никому не удавалось. Тем более
нельзя было увидеть процесс проникновения
фага в клетку. Стоило только подставить
клетку с налипшими фагами под пучок электронов,
как электроны убивали всё живое, и то,
что отражалось на экране микроскопа,
было лишь посмертной маской некогда живых
существ.
Учёным
помогли методы радиационной химии.
Пробирки с суспензией они давали
нужную порцию меченных радиоактивным
фосфором и серой фагов. Через
каждые 60 секунд отбирались пробы, и в
них определялось содержание отдельно
фосфора и от дельно серы, как в клетках,
так и вне них.
Спустя
две с половиной минуты, было отмечено,
что количество «горячего» фосфора
на поверхности клеток оказалось
равным 24%, а серы снаружи было в три
раза больше - 76%. Ещё через две минуты
стало ясно, что никакого равновесия между
фосфором и серой не наступает и впоследствии
сера упорно не желала лезть внутрь клеток,
а оставалась снаружи. Через 10 минут –
время достаточное, чтобы не мене 99% фагов
прикрепилось и проникло внутрь бактерии,
– клетки подвергли интенсивному встряхиванию:
оторвали все, что прилипло к ним снаружи,
а затем отделили центрифугированием
бактериальные клетки от фаговых частиц.
При этом более тяжелые клетки бактерии
осели на дно пробирок, а лёгкие фаговые
частицы остались в жидком состоянии.
Так называемом надосаке.
Дальше надо было измерить
отдельно радиоактивность осадка
и надосадка. Отличить излучение
серы от фосфора учёные смогли,
а по величине радиоактивности
им не трудно было высчитать, сколько фагов
попало внутрь клеток и сколько осталось
снаружи. Для контроля они тут же провели
биологическое определение числа фагов
в надосадке. Биологическое определение
даёт цифру 10%.
Результаты
опытов Херши и Чейза исключительно
важны для последующего развития генетики.
Они доказали роль ДНК в наследственности.
3. Заповеди вирусов
4. Как устроены вирусы
Сравнивая
живое и неживое, необходимо особо
остановиться на вирусах, так как
они обладают свойствами и того и
другого. Что же такое вирусы?
Вирусы
настолько малы, что их не видно
даже в самый сильный световой
микроскоп. Их удалось рассмотреть только
после создания электронного микроскопа,
разрешающая способность которого в 100
раз больше чем у светового.
Сейчас
нам известно, что вирусные частицы
не являются клетками; они представляют
собой скопление нуклеиновых
кислот (которые составляют единицы
наследственности, или гены), заключенные
в белковую оболочку.
Размеры
вирусов колеблются от 20 до 300 нм. В
среднем они в 50 раз меньше бактерий.
Их нельзя увидеть в световой микроскоп,
так как их длины меньше длины
световой волны.
Вирусы состоят из различных компонентов:
а)
сердцевина - генетический материал (ДНК
или РНК). Генетический аппарат вируса
несет информацию о нескольких типах
белков, которые необходимы для образования
нового вируса: ген, кодирующий обратную
транскриптазу и другие.
б)
белковая оболочка, которую называют
капсидом.
Оболочка часто построена из
идентичных повторяющихся субъединиц
- капсомеров. Капсомеры образуют
структуры с высокой степенью
симметрии.
в)
дополнительная липопротеидная оболочка.
Она образована из плазматической мембраны
клетки-хозяина. Она встречается только
у сравнительно больших вирусов (грипп,
герпес).
В
отличие от обычных живых клеток
вирусы не употребляют пищи и не
вырабатывают энергии. Они не способны
размножаются без участия живой
клетки. Вирус начинает размножаться лишь
после того, как он проникнет в клетку
определенного типа. Вирус полиомиелита,
например, может жить только в нервных
клетках человека или таких высокоорганизованных
животных, как обезьяны.
Изучению
вирусов, инфицирующих некоторые бактерии
в кишечнике человека, показало, что цикл
размножения этих вирусов протекает следующим
образом: вирусная частица прикрепляется
к поверхности клетки, после чего нуклеиновая
кислота вируса (ДНК) проникает внутрь
клетки, а белковая оболочка остается
снаружи. Вирусная нуклеиновая кислота,
оказавшись внутри клетки, начинает самовоспроизводиться,
используя в качестве строительного материала
вещества клетки-хозяина. Затем, опять
таки из продуктов обмена клетки, вокруг
вирусной нуклеиновой кислоты образуется
белковая оболочка: так формируется зрелая
вирусная частица. Вследствие этого процесса
некоторые жизненно важные частицы клетки-хозяина
разрушаются, клетка гибнет, ее оболочка
лопается, освобождаются вирусные частицы,
готовые к заражению других клеток. Вирусы
вне клетки представляют собой кристаллы,
но при попадании в клетку “оживают”.
Итак,
ознакомившись с природой вирусов,
посмотрим, насколько они удовлетворяют
сформулированным критериям живого.
Вирусы не являются клетками и в
отличие от живых организмов с клеточной
структурой
не имеют цитоплазмы.
Они не получают энергии за счет потребления
пищи. Казалось бы, их нельзя считать живыми
организмами. Однако вместе с тем вирусы
проявляют свойства живого. Они способны
приспосабливаться к окружающей среде
путем естественного отбора. Это их
свойство обнаружилось при изучении устойчивости
вирусов к антибиотикам. Допустим, что
больного с вирусной пневмонией лечат
каким-то антибиотиком, но вводят его в
количестве, недостаточном для разрушения
всех вирусных частиц. При этом те вирусные
частицы, которые оказались более устойчивыми
к антибиотику и их потомство наследует
эту устойчивость. Поэтому в дальнейшем
этот антибиотик окажется не эффективным,
штамма созданного естественным отбором.
Но,
пожалуй, главным доказательством того,
что вирусы относятся к миру живого, является
их способность к мутациям. В 1859 году, но
всему земному шару широко распространилась
эпидемия азиатского гриппа. Это явилось
следствием мутации одного гена в одной
вирусной частицы у одного больного в
Азии. Мутантная форма оказалась способной
преодолеть иммунитет к гриппу, развивающийся
у большинства людей в результате перенесенной
ранее инфекции. Широко известен и другой
случай мутации вирусов, связанный с применением
вакцины против полиомиелита. Эта вакцина
состоит из живого вируса полиомиелита,
ослабленного настолько, что он не вызывает
у человека никаких симптомов. Слабая
инфекция, которой человек практически
не замечает, создает против болезни вирусных
штаммов того же типа. В 1962 году было зарегистрировано
несколько тяжелых случаев полиомиелита,
вызванных, по-видимому, этой вакциной.
Вакцинировано было несколько миллионов:
в отдельных случаях произошла мутация
слабого вирусного штамма, так что он приобрел
высокую степень вирулентности. Поскольку
мутация свойственна только живым организмам,
вирусы следует считать живыми, хотя они
просто организованны и не обладают всеми
свойствами живого.
Итак,
мы перечислили характерные особенности
живых организмов, отличающие их от
неживой природы, и теперь нам легче
представить себе какие объекты изучает
биология.
Химический
состав вирусов
Просто
организованные вирусы представляют собой
нуклеопротеины, т.е. состоят из
нуклеиновой кислоты (ДНК или
РНК) и несколько белков, образующих
оболочку вокруг нуклеиновой кислоты.
Белковая оболочка называется капсидом.
Примером таких вирусов является вирус
табачной мозаики. Его капсид содержит
всего один белок с небольшой молярной
массой. Сложно организованные вирусы
имеют дополнительную оболочку, белковую
или липопротеиновую. Иногда в наружных
оболочка сложных вирусов помимо белков
содержатся углеводы, например у возбудителей
гриппа и герпеса. И их наружная оболочка
является фрагментом ядерной или цитоплазматической
мембраны клетки-хозяина, из которой вирус
выходит во внеклеточную среду. Геном
вирусов могут быть представлены, как
однониточными, так и двунитчатыми ДНК
и РНК. Двунитчатая ДНК встречается у вирусов
оспы человека, оспы овец, свиней, аденовирусов
человека, двунитчатая РНК служит генетической
матрицей у некоторых вирусов насекомых
и других животных. Широко распространены
вирусы, содержащие однонитчатую РНК.
5. Кто их родители
6. Взаимодействие вируса с клеткой
Вирусы
– самые маленькие из живущих
на земле организмов. Долгие годы учёные
спорили, являются ли они вообще организмами.
Многие считали, что это химические соединения,
большие молекулы, подобные ферментам.
Вирусы состоят всего из двух частей: белковой
оболочке и спрятанной внутри нуклеиновой
кислоты, несущей наследственную запись
о свойствах вирусной частицы. Вирус может
прикрепляться к оболочке клетки, «пробуравить»
там крошечное отверстие и в него впрыснуть
свою нуклеиновую кислоту.
При
образовании пиноцитозных вакуолей
вместе с капельками жидкости межклеточной
среды случайно внутрь клетки могут
попадать и вирусы, циркулирующие в жидкостях
организма. Однако, как правило, проникновению
вируса в цитоплазму клетки предшествует
связывание его с особым белком-рецептором,
находящимся на клеточной поверхности.
Связывание с рецептором осуществляется
благодаря наличию специальных белков
на поверхности вирусной частицы, которые
«узнают» соответствующий рецептор на
поверхности чувствительной клетки. Участок
поверхности клетки, к которому присоединился
вирус, погружается в цитоплазму и превращается
в вакуоль. Вакуоль, стенка которой состоит
из цитоплазматической мембраны, может
сливаться с другими вакуолями или с ядром.
Так вирус доставляется в любой участок
клетки.
Очутившись
внутри бактерии, она приступает к
подрывной деятельности. В короткое
время нуклеиновая кислота вируса с
помощью приютившей её клетки синтезирует
сотни своих копий. С этих копий изготавливается
нужное число белковых оболочек. И порой
получается несколько тысяч новеньких
вирусных частиц.
Рецепторный
механизм проникновения вируса в
клетку обеспечивает специфичность инфекционного
процесса. Так, вирус гепатита. А. или В.
проникает и размножается только в клетках
печени, аденовирусы и вирус гриппа - в
клетках эпителия слизистой оболочки
верхних дыхательных путей, вирус, вызывающий
воспаление головного мозга, - в нервных
клетках, вирус эпидемического паротита
(свинка) – в клетках околоушных слюнных
желез и т. д.
Инфекционный
процесс начинается, когда проникшие
в клетку вирусы начинают размножаться,
т. е. происходит редупликация вирусного
генома и само сборка капсида. Для осуществления
редупликации нуклеиновая кислота должна
освободиться от капсида. После синтеза
новой молекулы нуклеиновой кислоты она
одевается, синтезированными в цитоплазме
клетки – вирусными белками – образуется
капсид. Накопление вирусных частиц приводит
к выходу их из клетки. Для некоторых вирусов
это происходит путем «взрыва», в результате
чего целостность клетки нарушается и
она погибает. Другие вирусы выделяются
способом, напоминающим почкование. В
этом случае клетки организма могут долго
сохранять свою жизнеспособность.
Иной
путь проникновения в клетку у
вирусов бактерий – бактериофагов.
Толстые клеточные стенки не позволяют
белку-рецептору вместе с присоединившимся
к нему вирусом погружаться в
цитоплазму, как это происходит при
инфицировании клеток животных. Поэтому
бактериофаг вводит полый стержень в клетку
и вталкивает через нее ДНК (или РНК), находящуюся
в его головке.
Геном бактериофага
попадает в цитоплазму, а капсид остается
снаружи. В цитоплазму бактериальной клетки
начинается редупликация генома бактериофага,
синтез его белков и формирование капсида.
Через определенный промежуток времени
бактериальная клетка гибнет, и зрелые
фаговые частицы выходят в окружающую
среду.
Потомство
одной ничтожной вирусной частицы
разрушает клетку. Действуя внутри клетки,
вирус подрывает все её жизненные ресурсы:
он захватывает места синтеза белков,
забирает энергию клетки, накладывает
вето на запасные строительные блоки.
Жизнедеятельность
бактериальных вирусов.
Спустя
25 лет после открытия вируса, канадский
ученый Феликс Д’Эрел, используя метод
фильтрации, открыл новую группу вирусов,
поражающих бактерии. Они так и были названы
бактериофагами (или просто фагами).
Строение бактериальных вирусов.
Головка, содержащая ДНК
Воротничок
Полый стержень
Чехол со спиральной
симметрией
Базальная пластина.
Шипы отростка
Хвостатые нити
Фаг,
так называемый
T
2 и по форме напоминающий
головастика прикрепляется к бактериальной
клетке и затем впрыскивает в неё длинную
одиночную нить ДНК. Бактериальная клетка
содержит собственную ДНК, которая управляет
всеми процессами её жизнедеятельности.
Но как только в бактериальную клетку
внедряется вирусная ДНК, она захватывает
власть над «фабриками клетки» и начинает
«посылать команды» на синтез составных
частей вирусов за счет веществ бактерии.
Вещества бактериальной клетки всё больше
и больше расходуются на строительство
вирусной ДНК и вирусного белка и в конце
концов она погибает.
После
того как, вирусная ДНК попадает в
бактериальную клетку, она становится
способной синтезировать целые вирусные
частицы. Менее чем через 30 минут оболочка
клетки лопается, и сотни образовавшихся
в ней вирусов выходят наружу. Каждая из
таких вирусных частиц может теперь вновь
заразить бактерию, и через некоторое
время это приводит к гибели всей популяции
бактерий.
7. Классификация вирусов
Дезоксивирусы
ДНК
двунитчатая
Без
внешних оболочек: аденовирусы, паповавирусы.
С
внешними оболочками: герпес – вирусы.
Смешанный
тип симметрии: Т четные бактериофаги.
Без
определённого типа симметрии: оспенные
вирусы.
ДНК
однонитчатая.
Без
внешних оболочек: крысиный вирус
Килхама, аденосателлиты, фаг??
174.
Рибовирусы.
РНК
двунитчатая.
Без
внешних оболочек: ретровирусы, вирусы
раневых опухолей растений.
РНК
однонитчатая.
Без внешних оболочек: полиовирус,
энтеровирусы, риновирусы, вирус
табачной мозаики.
С внешними оболочками: вирусы
гриппа, парагриппа, бешенства, онкогенные
РНК-содержащие вирусы.
«Портреты»
вирусов различных
типов строения:
А
- вирус табачной
мозаики со спиральным
типом симметрии;
Б
– ретровирус с
кубическим типом
симметрии;
В
– аномальные формы
вирусов;
Г
– сложноустроенные
вирусы гриппа (1), оспы (2)
и фаг (3)
8.
Роль вирусов в
жизни человека
Способы
передачи вирусных заболеваний
Контагиозная
передача
(при
непосредственном
физическом контакте)
В результате непосредственного
физического контакта с больными
людьми или животными передаются
сравнительно немногие болезни. К контагиозным
вирусным болезням относится трахома
(болезнь глаз, очень распространенная
в тропических странах), обычные бородавки
и обыкновенный герпес – «лихорадка»
на губах.
9. Список чёрных дел вирусов
|
Некоторые
наиболее известные вирусные
Заболевания
человека
|
||||
| Название
болезни
|
Возбудитель | Поражаемые области тела | Способ
распространения
|
Тип вакцинации |
| Грипп | Микровирус одного их трех типов – А, В и С – с различной степенью вирулентности | Дыхательные пути: эпителий, выстилающий трахеи и бронхи. | Капельная инфекция | Убитый вирус: штамм убитого вируса должен соответствовать штамму вируса, вызывающего заболевание |
| Простуда | Самые разные вирусы, чаще всего риновирусы (РНК – содержащие вирусы) | Дыхательные пути: обычно только верхние | Капельная инфекция | Живой или инактивированный вирус вводится путем внутримышечной инъекции; вакцинация не очень эффективна, так как существует множество самых разных штаммов риновирусов |
| Оспа | Вирус натуральной оспы (ДНК – содержащий вирус), один из вирусов оспы | Дыхательные пути, затем – кожа | Капельная инфекция (возможна контагиозная передача через раны на коже). | Живой ослабленный (аттенуированный) вирус вносят в царапину на коже; сейчас не применяется. |
| Свинка (эпидемический паротит) | Дыхательные пути, затем генерализованная инфекция по всему телу через кровь; особенно поражаются слюнные железы, а у взрослых мужчин также и семенники | Капельная инфекция (или контагиозная передача через рот с заразной слюной) | Живой аттенуированный вирус | |
| Корь | Ксовирус (РНК – содержащий вирус) | Дыхательные пути (от ротовой полости до бронхов), затем переходит на кожу и кишечник | Капельная инфекция | Живой аттенуированный вирус |
| Коревая краснуха (краснуха) | Вирус краснухи | Дыхательные пути, шейные лимфатические узлы, глаза и кожа | Капельная инфекция | Живой аттенуированный вирус |
| Полиомиелит (детский паралич) | Вирус полиомиелита (пикорнавирус; РНК – содержащий вирус, известно три штамма) | Глотка и кишечник, затем кровь; иногда двигательные нейроны спинного мозга, тогда может наступить паралич | Капельная инфекция или через человеческие испражнения | Живой аттенуированный вирус вводится перорально, обычно на кусочке сахара |
| Желтая лихорадка | Арбовирус, т.е. вирус, переносимый членистоногими (РНК – содержащий вирус) | Выстилка кровеносных сосудов и печень | Переносчики – членистоногие, например клещи, комары | Живой аттенуированный вирус (очень важно также контролировать численность возможных переносчиков) |
Грипп
- не столь уж тяжелая болезнь, однако им
болеют ежегодно многие миллионы людей,
а периодически возникают пандемии (повальные
эпидемии) уносят немало жизней.
В
1886 и 1887 годах грипп зарегистрирован
в России; летом 1889 года в Бухаре
активность возбудителя повысилась,
а позднее в том же году инфекция
распространилась и на другие районы России
и в Западную Европу. Так началась пандемия
гриппа 1889-1890 годов. При второй и третьей
эпидемиях число смертельных случаев
прогрессивно увеличивалось. Самая зловещая
черта этой эпидемии состояла в том, что
она, по-видимому, дала толчок какому-то
процессу, и теперь грипп с нами не расстается,
или, как писал эпидемиолог Гринвуд «нам
никак не удается вернуть утраченные позиции».
В
1918 году, после окончания первой
мировой войны, разразилась небывалая
пандемия гриппа, получившего название
«испанки».
За
полтора года пандемия охватила все
страны, поразив более миллиарда
человек. Болезнь протекала исключительно
тяжело: около 25 миллионов человек
погибло – больше, чем от ранений
на всех фронтах первой мировой войны
за четыре года.
Никогда
позже грипп не вызывал столь высокой
смертности: смертность была невысокой
во время всех последующих эпидемий и
пандемий, хотя процент смертных случаев
при гриппе невысок, массовость заболевания
приводит к тому, что во время каждой большой
эпидемии гриппа от него умирают тысячи
больных, особенно стариков и детей. Отмечено,
что во время эпидемий резко повышается
смертность от болезней лёгких, сердца
и сосудов.
Грипп
остаётся «королём» эпидемий. Ни одна
болезнь не может за короткое время
охватить сотни миллионов людей, а гриппом
во время пандемии заболевает более миллиарда
людей! Так было не только в памятную пандемию
1918 года, но сравнительно недавно – в 1957
году, когда разразилась пандемия «азиатского»
гриппа, и в 1968 году, когда появился «гонконгский»
грипп. Известно несколько разновидностей
вируса гриппа – А, В, С, и др.; под воздействием
факторов внешней среды их число может
увеличится. В связи с тем, что иммунитет
при гриппе кратковременный и специфичный,
возможно неоднократное заболевание в
один сезон. По статистическим данным,
ежегодно болеют гриппом в среднем 20-35%
населения.
Источником
инфекции является больной человек;
больные легкой формой как распространители
вируса, наиболее опасны, так как
своевременно не изолируются – ходят
на работу, пользуются городским транспортом,
посещают зрелищные места.
Инфекция
передается от больного к здоровому
человеку воздушно-капельным путем
при разговоре, чихании, кашле или
через предметы домашнего обихода.
Оспа
– одно из древнейших заболеваний. Описание
оспы нашли в египетском папирусе Аменофиса?, составленном за 4000 лет до нашей эры.
Оспенные поражения сохранились на коже
мумии, захороненной в Египте за 3000 лет
до нашей эры. Упоминание оспы, которую
китайцы назвали «ядом из материнской
груди», содержится в древнейшем китайском
источнике – трактате «Чеу-Чеуфа» (1120
год до нашей эры). Первое классическое
описание оспы дал арабский врач Разес.
и т.д.................
Вирусы вызывают ряд заболеваний растений, животных, бактерий. Проникновение вирусов в клетки организма обуславливает в нем инфекционные процессы.
Инфекция – это комплекс процессов, которые происходят при взаимодействии инфекционного агента (бактерии, грибы, вирусы) с организмом хозяина.
Инфекции бывают острые и хронические. Различают несколько видов вирусной инфекции:
Вирусы попадают в организм с пищей (например, вирус энтерита собак), через поврежденную или неповрежденную кожу (вирусы бешенства, герпеса, папилломы и т. п.), воздушно-капельным (через органы дыхания, например вирусы гриппа, кори и т. п.), половым путем (вирусы герпеса, СПИДа и т. п.), во время переливания крови или хирургических операций (вирусы СПИДа, гепатита В и т. п.), при участии переносчиков (например, насекомых, клещей – вирусы клещевого энцефалита, желтой лихорадки, вирусы растений и т. п.). Вирусы, которые передаются человеку и позвоночным животным членистоногими, называются арбовирусами .
Проникшие в организм вирусы распространяются по кровеносной, лимфатической (вирусы кори, ВИЧа и т. п.) и нервной системах (вирусы бешенства, полиомиелита) животных и человека, по ведущим тканям – у растений.
В организме человека и животных в ответ на проникновение вирусов вырабатываются антитела – иммуноглобулины. Антитела изменяют структуру вирусной оболочки или блокируют ее прикрепительные белки. При этом вирусы не могут связываться с рецепторными участками плазматической мембраны клеток. В клетке могут вырабатываться защитные белки интерфероны, которые не имеют специфичности по отношению к определенным видам вирусов и подавляют их размножение. Их применяют в медицине против вирусных инфекций. Вирусы уничтожаются также при помощи определенных видов лейкоцитов.
Вирусы могут обуславливать массовые эпидемические заболевания человека, животных и растений (например, вирусы гриппа, гепатита). Больных необходимо изолировать от здоровых до их выздоровления, лечить с помощью антивирусных препаратов. Такая изоляция называется карантином . Следует также уничтожать переносчиков вирусных заболеваний. Для профилактики вирусных заболеваний надо делать профилактические прививки. Профилактической прививкой удалось преодолеть такие опасные заболевания человека, как оспа и полиомиелит.
Вирусы, вызывающие заболевания человека: полиомиелита, гриппа, брюшного тифа, бешенства, ВИЧа, энцефалита, герпеса, ветряной.оспы, раковых заболеваний и др. У домашних животных – чуму кур, чумку собак, ящур и т. п. У культурных растений – мозаичность, пятнистость, некрозы, опухоли и т. п. Вирусы, стимулирующие образование опухолей, называются онкогенными (от греч. онкос – нарост, опухоль, генос – происхождение).
В природе вирусы способствуют регуляции численности хозяев. Значительное количество бактериофагов (всего насчитывается свыше 100) специализируется на уничтожении определенных микроорганизмов. Большинство из этих микроорганизмов являются возбудителями инфекционных заболеваний человека и животных (холеры, дизентерии, брюшного тифа и т. п.).
Человеком вирусы используются в биологическом методе борьбы с вредными видами насекомых, клещей и других животных, в генетической инженерии. Например, проблему массового размножения кролей в Австралии удалось решить с помощью вируса.
Возможно, вирусы играют определенную роль в эволюции прокариот, поскольку встраиваются в наследственный материал клетки хозяина. Они способны передавать наследственную информацию oт одних особей этих организмов к другим. Это возможно как в пределах одного вида, так и между разными.
Вирусы могут переносить гены между клетками одного организма, между клетками разных организмов, разных видов и классов.
В наше время вирусы рассматриваются не только как возбудители болезней, но и как переносчики генетической информации.
Гимназия №10
«Роль вирусов в природе и жизни человека»
Выполнил:
ученик 10 класса Б,
Хлудков Николай
г. Новокузнецк 2011
План:
І. Вирусы
ІV. Роль вирусов в биосфере
V. Во избежание заражения
Вывод
І. Вирусы
Вирус представляет собой молекулы нуклеиновых кислот (ДНК или РНК, некоторые, имеют оба типа молекул — мимивирусы), заключённые в белковую оболочку и способны инфицировать живые организмы.
От других инфекционных агентов вирусы отличает капсид.
Капсид - это внешняя оболочка вируса, состоящая из белков. Капсид выполняет несколько функций:
— Защита генетического материала вируса от механических и химических повреждений.
— Определение к возможности заражения клетки.
— На начальных стадиях заражения клетки: прикрепление к клеточной мембране, разрыв мембраны и внедрение в клетку генетического материала вируса.
В зависимости от структуры и хим. состава оболочки различают простые и сложные вирусы .
Простые вирусы состоят из НК и капсида. Имеют различную форму: палочко-, шаро-, и нитевидную.
Сложные вирусы покрыты дополнительно липопротеидной мембраной, для распознавания рецепторов клетки. Могут ещё содержать углеводы и ферменты. Это вирусы полиомиелита, гепатита В, оспы. Могут выдерживать высокую температуру вне клетки.
Строение вируса ВИЧ.
ІІ. Пути проникновения вируса в организм хозяина
Пути проникновения в орг. человека различны:
— воздушно-капельным путём от больного человека (грипп, корь, оспа);
— с пищей (вирус ящура);
— через повреждённую поверхность кожи (бешенство, герпес, оспа);
— половым путём (ВИЧ, герпес);
— через кровососущих (комары – жёлтую лихорадку, клещи – энцефалит, крымскую лихорадку);
— при переливание крови, операциях передаются вирусы СПИДа и гепатита В;
ІІІ. Защитные реакции организма против вирусных инфекций
Защита организмов от вирусов принадлежит иммунной системе
.
При попадании вирусной частицы в организм вырабатываются антитела, защитные белки – иммуноглобулины, они предотвращают попадание в клетку вируса. В случае если вирус все же попал внутрь клетки, то вырабатываются другие защитные белки – интерфероны.
В одних случаях, организм после перенесенного заболевания вырабатывает стойкий иммунитет к этому виду вируса (оспа, корь). В других случаях возможно повторное заболевание (грипп).
ІV. Роль вирусов в биосфере
Вирусы являются одной из самых распространённых форм существования органической материи на планете по численности: воды мирового океана содержат около 250 миллионов частиц бактериофагов на миллилитр воды. Вирусы играют важную роль в регуляции численности популяций видов живых организмов.
В жизни человека вирусы играют отрицательную роль – вызывают заболевания органов:
— дыхания (грипп);
— пищеварения (гепатит);
— нервной системы (полиомиелит, энцефалит, бешенство);
— а также кожи и слизистых оболочек (герпес, оспа);
— угнетающие иммунитет (СПИД).
V. Во избежание заражения
Во избежание заражением вирусами необходимо придерживаться правил личной гигиены: не пить некипяченую воду, не употреблять в пищу немытые овощи и фрукты, недостаточно обработанные мясо и рыбу.
Следует делать профилактические прививки.
Вывод
Взаимодействуя с клеткой организма хозяина, вирус изменяет процессы жизнедеятельности, строение и ведет к гибели. Вирусы вызывают заболевания клеток человека, животных, растений. В природе вирусы регулируют численность своих хозяев. Таким образом происходит естественный отбор – самые сильные организмы (способны вырабатывать антитела) имеют шанс выжить.
вирус инфекций заражение
Литература
1. Материалы интернета;
2. Н.Е. Кучеренко, Ю.Г. Вервес, П.Г. Балан, и др. – К. Генеза, 1998. – 464:ил.
При внедрении вируса внутрь клетки-хозяина происходит освобождение молекулы нуклеиновой кислоты от белка, поэтому 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, неотличимые от исходных. Все процессы, протекающие в клетке, замедляются, клетка начинает работать на воспроизводство вируса.
Если это ретровирус, внутрь клетки-хозяина попадает его РНК. Она содержит гены, обеспечивающие 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
Хромосомы
Наследственность и изменчивость в живой природе существуют благодаря хромосомам, генам, дезоксирибонуклеиновой кислоте (ДНК). Исследование строения хромосом началось после их открытия и описания в XIX веке. Эти тельца и нити содержатся в прокариотических организмах (безъядерных) и эукариотических клетках (в ядрах). Изучение под микроскопом позволило установить, что такое хромосома с морфологической точки зрения. Это подвижное нитевидное тельце, которое различимо в определенные фазы клеточного цикла.
В интерфазе весь объем ядра занимает хроматин. В другие периоды различимы хромосомы в виде одной или двух хроматид . Лучше видны эти образования во время клеточных делений - митоза или мейоза. В эукариотических клетках чаще можно наблюдать крупные хромосомы линейного строения. У прокариотов они меньше, хотя есть исключения. Клетки зачастую включают более одного типа хромосом, например свои собственные небольшие «частицы наследственности» есть в митохондриях и хлоропластах. Каждая хромосома обладает индивидуальным строением, отличается от других особенностями окрашивания. При изучении морфологии важно определить положение центромеры , длину и размещение плеч относительно перетяжки. В набор хромосом обычно входят следующие формы: метацентрические, или равноплечие, для которых характерно срединное расположение центромеры; субметацентрические, или неравноплечие (перетяжка смещена в сторону одного из теломеров); акроцентрические, или палочковидные, в них центромера находится практически на конце хромосомы; точковые с трудно поддающейся определению формой. Хромосомы состоят из генов - функциональных единиц наследственности. Теломеры - концы плеч хромосомы. Эти специализированные элементы служат для защиты от повреждения, препятствуют слипанию фрагментов. Центромера выполняет свои задачи при удвоении хромосом. На ней есть кинетохор, именно к нему крепятся структуры веретена деления. Каждая пара хромосом индивидуальна по месту расположения центромеры. Нити веретена деления работают таким образом, что в дочерние клетки отходит по одной хромосоме, а не обе. Равномерное удвоение в процессе деления обеспечивают точки начала репликации. Дупликация каждой хромосомы начинается одновременно в нескольких таких точках, что заметно ускоряет весь процесс деления. Общее число хромосом, их особенности - характерный признак вида. У мухи-дрозофилы их количество - 8, у шимпанзе - 48, у человека - 46. Это число является постоянным для клеток организмов, которые относятся к одному виду. Для всех эукариотов существует понятие «диплоидные хромосомы». Это полный набор, или 2n, в отличие от гаплоидного - половинного количества (n). Хромосомы в составе одной пары гомологичны , одинаковы по форме, строению, местоположению центромер и других элементов. Гомологи имеют свои характерные особенности, которые их отличают от других хромосом в наборе. Окрашивание основными красителями позволяет рассмотреть, изучить отличительные черты каждой пары. Диплоидный набор хромосом присутствует в соматических клетках, гаплоидный же - в половых (так называемых гаметах). У млекопитающих и других живых организмов с гетерогаметным мужским полом формируются два вида половых хромосом: Х-хромосома и Y. Самцы обладают набором XY, самки - XX.
Изменение числа, формы или отдельных участков хромосом – мутации , приводит к искажению наследственной информации, и, как следствие, к заболеваниям, уродствам или летальному исходу.
Клетки организма человека содержат 46 хромосом. Все они объединяются в 23 пары, составляющие набор. Есть два типа хромосом: аутосомы и половые. Первые образуют 22 пары - общие для женщин и мужчин. От них отличается 23-я пара - половые хромосомы, которые в клетках мужского организма являются негомологичными. Генетические черты связаны с половой принадлежностью. Для их передачи служат Y и Х-хромосома у мужчин, две X у женщин. Аутосомы содержат оставшуюся часть информации о наследственных признаках. Существуют методики, позволяющие индивидуализировать все 23 пары. Они хорошо различимы на рисунках, когда окрашены в определенный цвет.
Кариотип человека
Большинство вирусов растений распространяется в природе насекомыми с колюще-сосущим ротовым аппаратом (тли, цикадки, червецы, трипсы, щитовки). Отмечены также случаи распространения вируса клещами (к примеру, возбудитель полосатой мозаики пшеницы). Существует два способа передачи вируса насекомыми: механический и биологический.
При механическом способе передачи вируса насекомое погружает свой ротовой аппарат (стилет) в ткани больного растения, из которых оно высасывает сок. Вирусные частицы, или вирионы, при высасывании насекомым сока из больного растения адсорбируются на ротовом аппарате. Насекомое, перелетев на здоровое растение, вновь начинает высасывать из него сок, в результате чего в здоровое растение вносит вирионы и тем самым заражает его. При таком способе передачи инфекции не существует органической связи между растением и насекомым. Насекомое в данном случае является механическим переносчиком вируса. Таким способом передаются вирусы, вызывающие мозаики. Одни виды тлей переносят лишь отдельные вирусы, другие виды – большое число возбудителей (к примеру, персиковая тля переносит около 50 вирусных болезней).
При биологическом способе передачи вирусов насекомое в процессе питания на больном растении вместе с соком поглощает и вирусные частицы, которые попадают в кишечник, а затем проникают и в ткани насекомого. В клетках насекомого вирус начинает размножаться, происходит заражение насекомого. К концу инкубационного периода во всех органах насекомого, в том числе и в слюнных железах, накапливается вирус.
Насекомое, перелетев на здоровое растение, начинает питаться его сокоми в данный момент вместе со слюной вносит вирусные частицы, которые заражают растение. В последующем при питании зараженными растениями насекомые вновь инфицируются. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, между вирусом, растением и насекомым существует тесная связь.
Известны случаи перезимовки вируса в теле насекомого (возбудитель бронзовости томата зимует в теле взрослого трипса), кроме того, отмечена передача вируса через яйца насекомых. Самка цикадки, зараженная вирусом скручивания листьев клевера, в течение 21 поколения на протяжении 5 лет передавала вирус из поколения в поколение.
При биологическом способе передачи вируса в отличие от механи-ческого переносчик не сразу способен заражать растения, а лишь| после так называемого инкубационного периода. Продолжительности инкубационного периода бывает различной и зависит от взаимоотношений, которые возникли между вирусом и насекомым. Она бывает от нескольких часов и до нескольких суток. Известны случаи, когда продолжительность инкубационного периода вирусов длится 20…30 дней и более.
Вместе с тем, существуют вирусы, которые передаются без участия насекомых. Это так называемый контактный способ передачи. Встречаются также вирусы, для которых неизвестны насекомые-пере-носчики. К примеру, вирус мозаики табака и X-вирус картофеля не передаются тлями и другими насекомыми, но легко передаются при контактном способе заражения.
Контакт больных листьев со здоровыми происходит при ветре; листья, ударяясь друг о друга, вызывают незначительные поврежде-ния кутикулы, главным образом за счет обламывания микроскопичес-ких волосков. Через эти повреждения частицы вируса проникают в здоровые растения. Так же происходит распространение вируса табачной мозаики на табаке.
К контактному способу заражения растения вирусом можно отнести такие приемы, как обрезка, прищипка, пасынкование (если названные приемы проводятся одним и тем же загрязненным ножом, орудиями обработки, загрязненными руками). Вирусы, передающиеся подобным образом, называются контактными (вирус табачной мозаики, вирус картофеля, Cucumis virus и др.). Контакту больных растений со здоро-выми и поражению последних способствуют ветер, капли дождя, пылевидные частицы.
Вирусы могут передаваться также семенами, полученными от зараженных растений. К таким вирусам относятся возбудители зеленой и белой мозаик огурца, обыкновенной мозаики фасоли, мозаики томата͵ ] побурения люпина, мозаики сои. Большинство вирусов, вызывающих мозаики, могут передаваться зараженными семенами.
Заражение растений может идти за счет вирусной инфекции, сох- ранившейся в почве. К такому случаю заражения вирусами относятся некроз табака, черная кольцевая пятнистость томата͵ короткоузлие винограда.
Из почвы вирусы попадают в растения благодаря нематодам, которые, проникая в растение, вносят в него вирус. Некроз табака и разрастание жилок салата связаны с жизнедеятельностью зооспор гриба Olpidium brassicae; Х-вирус может передаваться грибом Synchytrium endobioticum.
Для ряда вирусов почва является не единственным, а одним из воз-можных источников распространения. К примеру, ВТМ, вирус зеленой и белой мозаик огурца могут передаваться семенами, почвой, а также механическим способом. Вирусы передаются клубнями (к примеру, вирусы картофеля) и другим посадочным материалом (черенки и саженцы у плодовых и ягодных культур).
Резерваторами вируса бывают сорняки - вьюнок полевой, кресс-крупка, цикорий, молочай, звездчатка, осот и др.
Иногда на сорняках отсутствуют наиболее характерные симптомы заражения. Это объясняется взаимной приспособленностью вируса и сорного растения.
При переходе вируса на новые культурные растения, не являющиеся их обычными хозяевами, наблюдается резкая реакция растений на внедрение в него вируса, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ дает сильно выраженные симптомы заболеваний.
Распространение и проявление вирусных болезней растений во многом зависит от внешних условий. Часто температура воздуха определяет сезонное и географическое распространение вирусных болезней. Температурный фактор влияет на количество инфекции, длину инкубационного периода, характер выраженности симптомов, состав популяции вида вируса. Учитывая зависимость оттемпературы популяция может быть представлена теми или иными штаммами. Температурный фактор может также влиять на численность и активность переносчиков вируса, что в свою очередь связано со степенью поражения растений и характером симптомов.
Наиболее сильное поражение вирус мозаики табака вызывает при умеренной температуре воздуха, но не ниже 10° С. С повышением температуры степень поражения растения снижается, и при 35° С уже наблюдается маскировка симптомов заболевания, изменяется также тип симптомов.
На характер проявления симптомов может оказывать влияние свет. Слабое освещение обычно способствует развитию некрозов и влияет на интенсивность поражения. При некоторых вирусных болезнях наблюдается сезонность в развитии, что также можно объяснить различием в интенсивности освещения.
В борьбе с вирусными болезнями рекомендуются следующие, наиболее приемлемые мероприятия: 1) удаление больных растений,_или противовирусная прочистка; 2) использование для посевов и посадок сельскохозяйственных культур здорового или обеззараженного семенного и посадочного материала; 3) уничтожение многолетних сорняков-резерваторов вируса; 4) проведение химической борьбы с насекомыми- переносчиками вирусных болезней растений; 5) соблюдение мер предосторожности при уходе за растениями; 6) применение агротехнических мероприятий, способствующих разрыву между фенологией растения и переносчика заболевания (сроки посева, уборки и пр.); 7) создание и использование устойчивых сортов к вирусным заболеваниям.
На систематическое положение вирусов указывают разные показатели: тип нуклеиновой кислоты и количество нитей (одно- или двухнитчатая), ее масса и относительная доля в вирусной частице. Кроме того, вирусы подразделяются в зависимости от формы капсида и строения оболочки, природы хозяина и многих других факторов. При обозначении конкретного вируса также необходимо указывать переносчика — если он есть.
По форме вириона вирусы делятся на: сферические (вирусы кори, гриппа, арбовирусы и др.) (рис. 1), палочковидные (вирусы мозаичной болезни табака, картофеля и др.), кубоидальные (аденовирусы, реовирусы, вирусы оспы и др.) и сперматозоидные (некоторые бактериофаги) (рис. 2).
В зависимости от поражаемой клетки-мишени вирусы делят на вирусы животных, растений, грибов и бактерий (бактериофаги, или просто фаги). В пределах каждой группы также имеется деление на подгруппы. Выделяют 17 семейств вирусов позвоночных, 7 семейств вирусов беспозвоночных, 20 семейств вирусов растений, 10 семейств вирусов бактерий и 5 родов вирусов грибов. Многие вирусологи оспаривают применение к вирусам понятия «вид», поэтому мы также проявим в этом осторожность. Обнаружение новых вирусов — явление значительно более редкое, нежели открытие новых видов клеточных организмов.
Рис. 1 .Схематическоеизображение сферическоговируса: 1 — структурнаяединица (субъединица); 2 — капсомер(морфологическаяединица); 3 — капсид4 4 — нуклеиноваякислота; 5 — оболочка (поГолубевуиСолоухину)
Рис. 2. Схемастроенияфаговойчастицы: 1 — оболочкаголовки; 2 — нуклеиновыекислоты; 3 — стержень; 4 — каналец; 5 — чехол; 6 — базальнаяпластинка; 7 — зубцы; 8 — нити (поРаутенштейну)
Происхождение вирусов.
Более правдоподобной, на наш взгляд, представляется гипотеза об эндогенном происхождении вирусов. Согласно ей, вирусы представляют собой фрагмент когда-то клеточной нуклеиновой кислоты, который приспособился к сепаратной репликации. Эту версию в какой-то мере подтверждает существование в бактериальных клетках плазмид, поведение которых во многом сходно с вирусами (более подробно об этом рассказано в разделе, посвященном генетическому аппарату прокариот). Наряду с этим существует и «космическая» гипотеза, согласно которой вирусы вообще не эволюционировали на Земле, а были занесены к нам из Вселенной посредством каких-либо космических тел.
Бактериофаги
Г.Л. Билич,В.А. Крыжановский "Биология для поступающих в вузы"
Н. С. Курбатова, Е. А. Козлова "Конспект лекций по общей биологии"
Вирусы (биология расшифровывает значение этого термина так) - внеклеточные агенты, которые могут воспроизводиться только с помощью живых клеток. Причем они способны поражать не только людей, растения и животных, но также и бактерии. Вирусы бактерий принято называть бактериофагами. Не столь давно были обнаружены виды, которые поражают друг друга. Они называются «вирусы-сателлиты».
Вирусы являются очень многочисленной биологической формой, так как существуют в каждой экосистеме на планете Земля. Их изучением занимается такая наука, как вирусология - раздел микробиологии.
Каждая вирусная частица имеет несколько компонентов:
Генетические данные (РНК или ДНК);
Капсид (белковая оболочка) - выполняет защитную функцию;
Вирусы имеют достаточно разнообразную форму, начиная от самой простой спиральной и заканчивая икосаэдрической. Стандартные размеры составляют около одной сотой размера небольшой бактерии. Однако большая часть экземпляров такие маленькие, что их даже не видно под световым микроскопом.
Распространяются несколькими способами: вирусы, живущие в растениях, перемещаются с помощью насекомых, питающихся травяными соками; животные вирусы переносят кровососущие насекомые. У передаются большим количеством способов: воздушно-капельным или половым путем, а также посредством переливания крови.
В наше время существуют три гипотезы происхождения вирусов.
Кратко о вирусах (по биологии этих организмов база знаний наша, к сожалению, далека от совершенства) вы можете прочитать в данной статье. Каждая из перечисленных выше теорий имеет свои минусы и недоказанные гипотезы.
Существует два определения формы жизни вирусов. Согласно первому, внеклеточные агенты - это комплекс органических молекул. Второе определение сообщает о том, что вирусы являются особой формой жизни.
Вирусы (биология подразумевает появление многих новых видов вирусов) характеризуются как организмы на границе живого. Они похожи на живые клетки тем, что имеют свой неповторимый набор генов и эволюционируют исходя из метода естественного отбора. Также они могут размножаться, создавая при этом собственные копии. Так как вирусы не ученые не рассматривают их как живую материю.
Для того чтобы синтезировать собственные молекулы, внеклеточным агентам нужна клетка-хозяин. Отсутствие собственного обмена веществ не позволяет им размножаться без посторонней помощи.
Какие бывают вирусы, биология описывает достаточно детально. Дейвид Балтимор (лауреат Нобелевской премии) разработал свою классификацию вирусов, которая до сих пор пользуется успехом. Данная классификация основывается на способах образования мРНК.
Вирусы должны образовывать мРНК из собственных геномов. Этот процесс необходим для репликации собственной нуклеиновой кислоты и образования белков.
Классификация вирусов (биология учитывает их происхождение), согласно Балтимору, выглядит следующим образом:
Вирусы с двуцепочной ДНК без РНК стадии. К таким относятся мимивирусы и герпевирусы.
Одноцепочная ДНК с положительной полярностью (парвовирусы).
Двучепочная РНК (ротавирусы).
Одноцепочная РНК положительной полярности. Представители: флавивирусы, пикорнавирусы.
Одноцепочная молекула РНК двойной или негативной полярности. Примеры: филовирусы, ортомиксовирусы.
Одноцепочная положительная РНК, а также наличие синтеза ДНК на матрице РНК (ВИЧ).
Двуцепочная ДНК, и наличие синтеза ДНК на матрице РНК (гепатит В).
Примеры вирусов в биологии встречаются едва ли не на каждом шагу. Но у всех жизненный цикл протекает практически одинаково. Не имея клеточного строения, размножаться методом деления они не могут. Поэтому и используют материалы, находящиеся внутри клетки своего хозяина. Таким образом, они воспроизводят большое количество копий самих себя.
Цикл вируса состоит из нескольких этапов, которые являются взаимоперекрывающимися.
На первом этапе вирус прикрепляется, то есть образовывает специфическую связь между своими белками и рецепторами клетки-хозяина. Далее нужно проникнуть в саму клетку и передать ей свой генетический материал. Некоторые виды переносят еще и белки. После этого происходит потеря капсида, и геномная нуклеиновая кислота высвобождается.
Каждый вирус имеет определенный механизм действия на своего хозяина. Этот процесс включает лизис клеток, который приводит к их смерти. У при отмирании большого количества клеток начинает плохо функционировать весь организм. Во многих случаях вирусы могут и не наносить вреда человеческому здоровью. В медицине это называется латентностью. Примером такого вируса является герпес. Некоторые латентные виды способны приносить пользу. Порой их присутствие вызывает иммунный ответ против бактериальных патогенов.
Некоторые инфекции могут быть хроническими или пожизненными. То есть вирус развивается, несмотря на защитные функции организма.
Горизонтальная передача является самым распространённым типом распространения вируса среди человечества.
Скорость передачи вируса зависит от нескольких факторов: плотности популяции, количества людей с плохим иммунитетом, а также от качества медицины и погодных условий.
Виды вирусов в биологии, которые могут повлиять на человеческое здоровье, неисчислимые. Самой первой защитной реакцией является врожденный иммунитет. Его составляют специальные механизмы, которые дают неспецифическую защиту. Такой вид иммунитета не способен обеспечить надежную и долгую защиту.
Когда у позвоночных появляется приобретенный иммунитет, то вырабатываются специальные антитела, которые присоединяются к вирусу и делают его безопасным.
Однако далеко не против всех существующих вирусов образуется приобретенный иммунитет. Например, ВИЧ постоянно меняет аминокислотную последовательность, поэтому уходит от иммунной системы.
Вирусы в биологии - это очень распространенное явление, поэтому ученые вывели специальные вакцины, содержащие «убийственные вещества» для самих вирусов. Самой распространенным и действенным методом борьбы является вакцинация, которая создает иммунитет к инфекциям, а также противовирусные препараты, которые способны избирательно ингибировать репликацию вирусов.
Вирусы и бактерии биология описывает в основном как вредоносных обитателей человеческого организма. В настоящее время с помощью вакцинации можно побороть более тридцати вирусов, поселившихся в теле человека, и еще больше - в организме животных.
Меры профилактики против вирусных заболеваний следует проводить вовремя и качественно. Для этого человечество должно вести здоровый образ жизни и стараться всеми возможными способами повысить иммунитет. Государство же должно вовремя устраивать карантины и обеспечивать хорошее медицинское обслуживание.
Возможность создавать вирусы в искусственных условиях может иметь много последствий. Вирус не может полностью вымереть до тех пор, пока имеются чувствительные к нему тела.
На данный момент внеклеточные агенты могут "похвастаться" наибольшим количеством особей и видов, проживающих на планете Земля. Они выполняют важную функцию, регулируя численность популяций живых организмов. Очень часто они образовывают с животными симбиоз. Например, яд некоторых ос содержит компоненты вирусного происхождения. Однако их главной ролью в существовании биосферы является жизнь в море и океане.
В одной чайной ложке морской соли содержится приблизительно миллион вирусов. Их основной целью является регуляция жизни в водных экосистемах. Большая их часть абсолютно безвредны для флоры и фауны
Но это далеко не все положительные качества. Вирусы регулируют процесс фотосинтеза, поэтому увеличивают процентное содержание кислорода в атмосфере.
