Віруси – неклітинні форми життя. У рамках шкільної програми

«Віруси – неклітинні форми життя»

ВІРУС  ГРИПУ

Основними формами життя на Землі є організми клітинної будови. Цей тип організації характерний для всіх видів живих істот, за винятком вірусів, які розглядають як неклітинні форми життя.

Віруси настільки малі, що лише в кілька разів перевищують розміри великих молекул білків. Віруси мають розміри 10—275 нм. Їх можна побачити лише під електронним мікроскопом. Вони легко проходять крізь пори спеціальних фільтрів, що затримують усі бактерії і клітини багатоклітинних організмів.

Віруси були відкриті у 1892 р. російським фізіологом рослин і мікробіологом Д. І. Івановським під час вивчення хвороби тютюну.

Віруси — збудники багатьох хвороб рослин і тварин. Вірусними хворобами людини є кір, грип, гепатит А (хвороба Боткіна), поліомієліт (дитячий параліч), сказ, віспа тощо.

Під електронним мікроскопом різні види вірусів мають форму паличок або кульок. Окрема вірусна часточка складається з молекули нуклеїнової кислоти (ДНК або РНК), скрученої в клубок, і молекул білка, розміщених у вигляді своєрідної оболонки навколо молекули кислоти (капсид).

Віруси не здатні самостійно синтезувати нуклеїнові кислоти і білки, з яких вони складаються. Розмноження вірусів можливе лише в разі використання ферментних систем клітин. Потрапивши у клітину, віруси змінюють і перебудовують обмін речовин у ній, внаслідок чого клітина починає синтезувати молекули нових вірусних часточок. Поза клітинами віруси переходять у кристалічний стан, що сприяє їх збереженню.

У житті вірусів можна виділити такі етапи: прикріплення вірусу до клітини, вторгнення вірусу в клітину, латентну стадію, утворення нового покоління вірусів, вихід вирионів. У латентну стадію вірус ніби зникає. Його не вдається виявити або виділити з клітини, але в цей період уся клітина синтезує необхідні для вірусу білки і нуклеїнові кислоти, в результаті чого утворюється нове покоління вирионів.

Проникнення вірусу в клітину організму хазяїна розпочинається із взаємодії вірусної часточки з поверхнею клітини, на якій є особливі рецепторні ділянки. Оболонка часточки вірусу має відповідні прикріпні білки, які "впізнають" ці ділянки.

Саме цим зумовлена висока специфічність вірусів стосовно клітин-хазяїв: часто віруси уражують лише певний тип клітин якогось виду організмів.

Так, вірус поліомієліту уражує лише нервові клітини людини, а вірус тютюнової мозаїки — клітини листків тютюну.

Якщо часточка вірусу прикріплюється не до рецепторних ділянок, а до інших місць на поверхні клітини-хазяїна, то зараження останньої може і не відбутися. Отже, наявність рецепторних ділянок на поверхні клітини визначає її чутливість до того чи іншого виду вірусів.

Усередину клітини-хазяїна вірус може проникнути різними шляхами. Часом оболонки вірусних часточок зливаються з клітинною мембраною (як у вірусу грипу), і ДНК виявляється у цитоплазмі клітини, іноді вірусна часточка потрапляє в клітину шляхом піноцитозу, після чого ферменти клітини-хазяїна розщеплюють її оболонку і вивільняють нуклеїнову кислоту (вірус поліомієліту тварин).

У рослинні клітини віруси можуть проникати крізь пошкоджені ділянки клітинної стінки.

У 1917 р. французький вчений Ф. д'Ерелл відкрив віруси бактерій — бактеріофаги (або фаги). Під електронним мікроскопом вони мають форму коми або тенісної ракетки розміром близько 5 нм.

 

Будова та властивості вірусів

Розміри вірусів коливаються від 20 до 300 нм.   У середньому віруси в 50 разів менше бактерій. Їх не можна побачити у світловий мікроскоп, тому що їхня довжина менше довжини світлової хвилі.   

Віруси складаються з різноманітних компонентів:

а) сердцевина-генетичний матеріал (ДНК або РНК).  Генетичний апарат вірусу несе інформацію про декілька типиів білку, що необхідні для утворення нового вірусу: ген, що кодує обернену транскриптазу й інші. 

б) білкова оболонка, що називають каспидом.  

Оболонка часто побудована з ідентичних повторюваних субоодиниц - капсомеров. Капсомеры утворять структури з високим щаблем симетрії. 

в) додаткова липопротеідна оболонка. 

Цілком сформована інфекційна частка називається вирионом. 

Положення про те, що віруси являють собою повноцінні організми, дозволило остаточно об'єднати всі трьох названих групи вірусів - віруси тварин, рослин і бактерій - в одну категорію, що посідають визначене місце серед живих істот, що населяють нашу планету. Той факт, що їх не вдалося вирощувати на штучних живильних середовищах, поза клітинами, не викликав особливого подиву, тому що віруси із самого початку були визначені як суворі внутрішньоклітинні паразити. Ця властивість признавалася не унікальною, властивою тільки вірусам, оскільки внутрішньоклітинні паразити відомі і серед бактерій, і серед найпростіших. Як і інші організми, віруси спроможні до розмноження. Віруси мають визначену спадкоємність, відтворюючи собі подібних. Спадкові ознаки вірусів можна враховувати по спектру хазяїв і симптомам, що викликають захворювання. Сума цих ознак дозволяє чітко визначити спадкові властивості будь-якого вірусу, і навіть більше - його різновидів, що мають чіткі генетичні маркери, наприклад: нейтропность деяких вірусів грипу, знижену патогенність у вакциональных вірусів і т.п. 

Мінливість є іншою стороною спадкоємності, і в цьому відношенні віруси подібні всім іншим організмам, що населяють нашу планету.  При цьому у вірусів можна спостерігати як генотическую мінливість, пов’язянну зі зміною спадкової речовини, так і фенотипичну мінливість, пов’язянну з проявом того самого генотипу в різних умовах.  Прикладом першого типу мінливості є мутанти того самого вірусу, зокрема температурочутливі мутанти.  Прикладом другого типу мінливості служить різний тип уражень, що викликаються тим самим вірусом у різноманітних тварин, рослин і бактерій. 

Всі віруси по своїй природі - паразити.  Вони спроможні відтворювати себе, але тільки усередині живих клітин.  Звичайно віруси викликають явні ознаки захворювання.  Попавши усередину клітини, вони “включають” її ДНК і, використовуючи свою власну ДНК або РНК, дають клітині команду синтезувати складові вірусу. Складові частини вірусу спроможні до спантанного утворення вириона.  Клітина, використавши усі життєдайні соки на синтез вірусів, гине, перевантажена паразитами.  Віруси “розривають” оболонку клітини і передаються в іншу клітину у виді інертних часток.  Віруси поза  клітиною являють собою кристали, але при влученні в клітину “оживають”.

Учені, аналізуючи будівлю речовини, дотепер не вирішили: вважати віруси живими або мертвими.  Віруси, з одного боку, мають спроможність розмножатися, спадкоємність і мінливість, але з іншого боку, не мають обміну речовин, і їх можна розглядати, як гиганскі молекули.

                                                        ВІРУС  СНІДУ

Віруси, як і інші організми, характеризуються можливістю пристосовуватися до умов зовнішнього середовища.  Потрібно тільки не забувати, що для них організм хазяїна є середовищем проживання, тому багато умов зовнішнього середовища впливають на вірус опосредованно - через організм хазяїна.  Проте багато чинників зовнішнього середовища можуть і безпосередньо впливати на віруси.  Достатньо пригадати вже названі температурочутливі мутанти вірусів, що, наприклад, розмножуються при температурі 32-37 С, гинуть при температурі 38-40 С, хоча їхні хазяї залишаються цілком життєздатними при цих температурних  режимах. У зв'язку з тим, що віруси є паразитами, вони підпорядковуються закономірностям і до них можна застосовувати поняття екології паразитизму.  Кожний вірус має коло естесственных хазяїв, іноді дуже широкий, як, наприклад,  у дрібних РНК-геномных фагов: у першому випадку вражаються всі ссавці, у другому - окремі клоны кишкової палички.  Циркуляція вірусів може бути горизонтальною (поширення серед популяції хазяїв) і вертикальною (поширення на батьків нащадку).  Таким чином, кожний вірус займає визначену екологічну нішу в біосфері.

Особливості еволюції вірусів на сучасному етапі

Еволюція вірусів в еру науково-технічного прогресу в результаті потужного тиску чинників протікає значно швидше, чим колись.  В якості прикладів таких процесів, що інтенсивно розвиваються в сучасному світі, можна зазначити забруднення зовнішньої середи промисловими відходами, масове застосування пестицидів, антибіотиків, вакцин і інших биопрепаратов, велика коцентрація населення в містах, розвиток сучасних транспортних засобів, господарське освоєння раніше невикористаних територій, створення індустріального тваринництва з найбільшими по чисельності та щільності популяціями тваринних господарств. Все це призводить до виникнення невідомих раніше збудників, зміни властивостей і шляху циркуляцій відомих раніше вірусів, а також до значних змін сприйнятливості й опірності людських популяцій.

Вплив забруднення навколишнього середовища

Сучасний етап розвитку товариства пов'язаний з інтенсивним забрудненням навколишнього середовища. При значних показниках загрезнения повітря деякими хімічними речовинами і пилюкою від відходів виробництва відбувається помітна зміна опірності організму в цілому і насамперед клітин і тканин дихальних шляхів.  Є данні, що в цих умовах деякі респіраторні вірусні інфекції, наприклад грип, протікають помітно важче.

Наслідки масового застосування пестицидів

Ці препарати мають вибіркову дію, вражаючи одні види комах та рослин, виявляються нешкідливими для інших, що може викликати різке порушення екологічної равноваги в природних осередках інфекцій.  Деякі пестициди, наприклад, надзвичайно отрутні для наїзників (комахи, що паразитують на клещах - переносниках ряду вірусних інфекцій і тим самим регулюють їх чисельність).  Є і ще одна сторона проблеми.  Пестициди в тілі комах можуть діяти в якості мутогенного чинника для вірусів, що знаходлись у них.  Це може спричинити за собою появу клонів і популяцій вірусів, що володіють новими властивостями й у результаті отримати нові невивчені епідемії.