Что такое вирусы и почему они выделены в отдельное царство

Обновлено: 25.04.2024

В материале упоминается COVID-19. Доверяйте проверенной информации из экспертных источников — изучите ответы на вопросы о коронавирусе и вакцинации от врачей, учёных и научных корреспондентов.

В современных реалиях, в условиях вынужденной самоизоляции из-за обнаруженного нового патогена SARS-CoV-2 многие задаются вопросом: откуда вообще взялись эти вирусы? В школе их изучают всего 1 урок, который не остаётся практически в памяти.

Когда и как появились вирусы?

Существует основные три предположения (в действительности неизвестно, какое из них верное) о происхождении вирусов.

· Регрессивная гипотеза предполагает,что вирусы когда-то были организмами,похожими на современные бактерии, но утратили ненужные части клеток,максимально упростив своё строение.

· Гипотеза побега (клеточного происхождения) предлагает версию,что вирусы - некогда части гена крупного организма. Дело в том,что есть такие структуры ДНК - плазмиды и транспозоны - которые могут переходить из клетки в клетку или в пределах генома.

· Гипотеза коэволюции считает возможным появление вирусов ещё во времена цианобактерий (то есть, возникновения жизни), когда произошло соединение белка и нуклеиновой кислоты.

На сегодняшний день ни одна из гипотез не имеет достоверных фактов для доказательства, зато каждая из них имеет ряд противоречий.

Что из себя представляют эти вирусы?

Официально принято считать, что вирусы – неклеточные формы жизни, их выделяют в отдельное царство. Живыми их назвать сложно, ведь из присущих живому организму признаков у них отсутствуют достаточно важные – обмен веществ и энергии, собственный биосинтез, а главное – клеточное строение. Вне организма хозяина они могут только . быть, а размножаться, синтезировать белок только в живой клетке, по этому признаку их можно отнести к облигатным паразитам.

Чем схожи биологические и компьютерные вирусы?

Вирус с латыни переводится как "яд". И те и те проникают внутрь программы (компьютерной или программы развития клетки), внедряя свой код и изменяя её жизнедеятельность, затем происходит заражение других файлов (клеток) и так далее.

Есть ли польза от вирусов?

Было обнаружено,что вирусы - бактериофаги могут уничтожать бактериальные клетки, и, в отличии от антибиотиков - не нарушают жизнедеятельность клеток живого организма.

Почему так страшен новый вирус?

Это мутировавший вирус,который может продолжить мутировать (и в не лучшую сторону для нас). До сих пор нет эффективных средств борьбы с ним. Может он не более смертоносный,чем предыдущий вариант, но и он представляет серьезную опасность,так как более заразен. Пока, единственный способ защититься от него - барьерный и гигиенический. Помогут ли маски? Да! Если будут надеты у всех прохожих. Важно при первых симптомах обращаться к врачу, так как чем дольше вы будете молчать, тем серьезнее могут быть последствия.

Общим для царств растений, грибов и животных является их клеточное строение. Каждый представитель этих царств, независимо от размера, состоит из клеток: одной или огромного множества.

Вирус — это мельчайший внеклеточный организм, который поражает и заражает другие организмы, вызывая у них различные заболевания. Воздействие вирусов на человека может быть самым разным: от легкого недомогания до серьезных проблем со здоровьем

А вирус, в отличие от других живых существ, представляет собой особый, неклеточный организм. Это жизненная форма, находящаяся на границе живой и неживой природы.

И существовать вирусы могут в двух состояниях: покоя и размножения. Когда вирус находится в состоянии покоя, он похож на кристалл и не проявляет признаков жизни. А как только он проникает в какую-либо клетку живого организма, тут же начинает размножаться. Даже несмотря на то, что вирус может быть неактивным и походить на объект неживого мира, из-за способности размножаться его все-таки относят к живым существам. Размножение — это единственное, что вирусы умеют делать: ведь у них нет потребности в питании или выполнении тех функций, без которых другие живые организмы просто не могут существовать.

Структура вирусов

Вирус состоит из двух основных компонентов. Как и у клетки, у него есть внешняя защитная оболочка. В состав этой довольно прочной оболочки входят белки, которые надежно защищают вирус от воздействий окружающей среды в течение нескольких лет. Именно из-за защитной оболочки убить вирус очень сложно. Внутри нее находится генетический материал, к примеру в виде ДНК, где содержится информация, необходимая для образования нового вируса.

Размножение вирусов

Тебе уже известно, что вирус не может размножаться вне живой клетки. Как только вирус оказывается в ней, его наследственный материал высвобождается в эту клетку.

Все происходит очень быстро: генетический материал вируса проникает в ядро чужой клетки, и она полностью попадает под контроль вируса. Клетка перестает выполнять все свои функции, вместо этого занимаясь производством новых вирусов. В это сложно поверить, но в течение получаса в одной клетке образуются сотни новых вирусов.

Таким образом клетка превращается в место воспроизводства нового поколения вирусов, т.е. участвует в создании собственных врагов, которые будут атаковать такие же клетки.

И когда стенка клетки не выдерживает сильного напора огромного количества образовавшихся вирусов, она разрывается, выпуская в организм этих вредоносных существ. Они атакуют другие клетки, и процесс повторяется.

Способы передачи и распространения

Существует много способов передачи и распространения вирусов. Например, насекомые, которые питаются растительными соками, переносят вирусы от больного растения к здоровому. В результате заболевания может измениться форма растения и прекратиться его рост. Кровососущие насекомые распространяют вирусы среди животных. При кашле и чихании люди передают друг другу вирус гриппа. Человек может заболеть бешенством, если его укусила больная собака или другое животное, в организме которого находится этот вирус.

Как наш организм защищается от вирусов?

Каждый из нас хоть раз в жизни болел каким-либо вирусным заболеванием, среди которых наиболее распространенные — корь, ветрянка, герпес грипп и др. Все они протекают довольно тяжело. Но уже с давних времен люди заметили, что есть такие болезни, переболев которыми один раз, больше не заразишься никогда в жизни. Это корь, ветрянка и оспа.

Почему так происходит? Когда человек заболевает одним из этих недугов, в его организме образуются специальные клетки, называемые антителами. Антитела запоминают информацию о вирусе и вырабатывают вещества для его уничтожения. Поэтому, переболев некоторыми вирусными заболеваниями один раз, мы получаем защиту на всю жизнь, ведь наш организм уже научился распознавать эти вирусы и бороться с ними.

ВИЧ И СПИД

Этот вирус вызывает медленно развивающееся заболевание (ВИЧ-инфекцию). Он поражает клетки иммунной системы, в результате чего организм теряет возможность сопротивляться инфекциям и со временем развивается синдром приобретенного иммунного дефицита (СПИД). Это конечная стадия ВИЧ-инфекции. Без лечения средний период выживаемости после инфицирования ВИЧ составляет от 9 до 11 лет.

Борьба с вирусами

В начале XI в. доктора Индии и Китая уже знали о том, что у человека выработается стойкая невосприимчивость к черной оспе, если он получит небольшое количество вакцины, т.е. микроорганизмов, которые при введении в организм не могут вызвать заболевание, но обеспечат выработку антител.

Так, китайские и индийские врачи либо вводили небольшое количество измельченной кожи с ранки больного в маленький разрез на коже здорового человека, либо предлагали вдыхать эти частицы. Таким образом у здорового человека начинали вырабатываться защитные антитела, способные бороться с вирусом черной оспы. К началу XV в. этот метод широко применялся на всей территории Османской империи и Восточной Африки.

Иммунная система представляет собой органы, ткани и клетки, совокупная работа которых направлена на защиту организма от различных заболеваний. Что же происходит в случае попадания в организм чужеродных веществ? Допустим, ты поцарапался о гвоздь. Можно сказать, что гвоздь прошел через первый барьер иммунной системы — твою кожу. Все бактерии, которые находились возле этого места, незамедлительно воспользовались возможностью и проникли в рану.

Первыми в борьбу с бактериями вступают клетки-макрофаги. Они полностью поглощают чужеродные тела и заключают их в оболочку. Далее к процессу уничтожения подключаются и другие клетки, стоящие на страже иммунной системы. Умные клетки сами решают, с кем им предстоит бороться: с вирусом или бактериями. В нашем случае все силы организма будут направлены на борьбу с бактериями. На последнем этапе этого сражения подключаются антитела — крохотные белки, которые полностью обезвреживают чужеродные частицы.

Вакцинация

В течение столетий вирус натуральной оспы поражал огромное количество людей. Эпидемии ежегодно уносили множество человеческих жизней до тех пор, пока английский врач Эдвард Дженнер не разработал первую в мире вакцину против натуральной оспы. К концу XVIII в. люди уже знали, что коровья оспа не представляет опасности для человека (на коже всего лишь появлялось несколько пузырьков), более того, люди, переболевшие коровьей оспой, редко заражались оспой натуральной.

В 1796 г. Дженнер перенес содержимое кожного высыпания у женщины, заразившейся коровьей оспой, в царапину на руке здорового мальчика. Вокруг надреза появились краснота и нарывы, повысилась температура, однако спустя несколько дней недомогание полностью прекратилось. Через полтора месяца Дженнер сделал этому мальчику повторную прививку человеческой оспы, и ребенок не заболел.

Как работает вакцина?

В биологии все живые организмы классифицируют по определённым признакам. Уже в древнем мире было принято делить всех существ на планете на растения и животных. При этом наши предки даже не догадывались о том, насколько много их на планете. Впоследствии все живые организмы были разделены на пять групп, которые назвали царствами: животные, растения, грибы, бактерии и вирусы.

Бактерии считаются самыми древними существами на Земле. Они образовались более 3,5 млрд лет назад и в течение очень длительного времени (около миллиарда лет) были единственными организмами на нашей планете.

Виды бактерий

Существует несколько сложных классификаций бактерий, в зависимости от различных их характеристик. На Земле их несколько миллионов видов. Бактерий в организме человека в 10 раз больше, чем клеток, а их общий вес составляет около 2,5 кг. Многие из них выполняют жизненно необходимые функции (например, участвуют в пищеварении).

Некоторые виды бактерий безвредны, другие вредны лишь в больших количествах, а третьи вызывают опасные болезни. Большинство бактерий живут лишь в строго определённых условиях и сразу же погибают, попадая под воздействие солнечных лучей, высокой или низкой температуры и так далее.

Подавляющее большинство бактерий одноклеточны. Но даже по форме клеток они существенно отличаются друг от друга. Клетки бактерий бывают шаровидными (кокки), палочковидными (бациллы, клостридии, псевдомонады), извитыми (вибрионы, спириллы, спирохеты) и другие.

Есть подвижные и неподвижные бактерии. Среди подвижных одни свободно плавают при помощи специальных хвостиков — жгутиков, а другие просто скользят за счет волнообразных сокращений собственного тела.

Преобразование необходимых для жизни бактерий веществ происходит подобно аналогичным процессам в других живых организмах (за исключением некоторых особенностей). По способу их получения бактерии отличаются: часть из них способна синтезировать органические вещества из неорганических соединений (подобно растениям), другие же питаются готовыми органическими веществами (как животные и грибы). Бактерии размножаются лишь поперечным делением или почкованием.

Бактерии почвы

В почве содержится огромное количество бактерия. Одни из них, называемые бактериями разложения, принимают участие в разложении мертвых растений и животных Эта функция может показаться тебе весьма неприятной, но именно бактерии выполняют эту грязную, но важную для живых существ работу! Еще один очень полезный вид почвенных бактерий — клубеньковые. Они обогащают почву азотом, а потом помогают растениям его усваивать.

Бактерии в пище

Бактерии есть и в продуктах питания, но это полезные бактерии. Они участвуют в производстве сыров, соления квашеных и кисломолочных продуктов (кефира, сметаны, йогурта, простокваши и т.д.).

Бактерии в живом организме

Организм каждого человека представляет собой очень сложный биологический механизм, который работает по собственным законам. Человеческий организм населен огромным количеством бактерий. Ученые подсчитали, что их общий вес составляет от 1,5 до 2,5 кг! Живут бактерии в желудочно-кишечном тракте, рту, носовой полости и на коже. Основная цель бактерий заключается в создании в органах человека такой среды, в которой вредные микробы не могут выжить. Именно поэтому болезнетворные микробы, попадая, например, на кожу, в нос, рот или желудочно-кишечный тракт, погибают, так как среда, созданная полезными бактериями, является для них смертельной.

Самая важная функция бактерий — расщепление и переваривание пищи. Микроорганизмы, находящиеся на коже человека, можно назвать биологическим щитом, который не позволяет вредным бактериям повредить кожные покровы и проникнуть внутрь организма. А еще существуют бактерии, которые помогают нашей иммунной системе защищать нас от некоторых возбудителей болезней.

В организме животных также находится огромное количество полезных бактерий. Например, в желудке коровы живут специальные бактерии, помогающие ей расщеплять целлюлозу — вещество, которое в большом количестве содержится в растениях. Благодаря особым бактериям пищеварительного тракта коровы целлюлоза расщепляется на жирные кислоты, из которых животное получает необходимую ему энергию. Представь: если бы в организме человека были такие бактерии, мы могли бы питаться только растениями и вообще не нуждаться в другой пище!

Строение бактерий

Бактерия покрыта прочной оболочкой — клеточной стенкой. Этот орган во многом похож на клеточную стенку растений. Основная его функция — защита бактерии от внешних воздействий и придание ей определенной формы. Очень часто над клеточной стенкой образуется дополнительный защитный слой — капсула, которая предохраняет бактерию от высыхания.

На поверхности некоторых бактерий находятся жгутики или короткие ворсинки, которые помогают этим организмам двигаться.

Внутри клетка заполнена цитоплазмой. Ядра у бактерий нет, его место занимает особое вещество — ДНК, которое несет генетическую информацию клетки. Рибосомы, находящиеся в цитоплазме, выполняют функцию формирования молекул белка.

Бактерии и вирусы: в чем разница?

Вирус считается биклеточным организмом: для поддержания жизни ему нужно любое живое существо. Вирусы используют чужой организм например человеческий, в качестве хозяина. Это означает, что вирус вторгается в клетку тела человека и использует ее для собственного размножения. Так образуются сотни новых вирусов, которые распространяются по всему телу и могут инфицировать любой орган человека.

Но при этом они наносят вред живому организму, так как, внедрившись в чужую клетку, заставляют ее генетический материал работать только на собственное воспроизводство.

Вне клетки другого организма вирусы теряют жизнеспособность. Покинув клетку хозяина, они остаются в живых в течение очень короткого времени: например, продолжительность существования вируса гепатита С составляет 4 дня.

Бактерии, в отличие от вирусов, могут жить и размножаться как в теле человека, так и в окружающей среде. Они обитают абсолютно везде, и большинство из них не вызывает никаких заболеваний.

Бактерии размножаются путем деления.

При благоприятных условиях (подходящая температура и наличие питания) некоторые бактерии могут делиться каждые 20 минут.

Как распространяются бактерии и вирусы?

Несмотря на многочисленные различия, способы распространения вирусов и бактерий приблизительно одинаковы:

Во время кашля и чихания.
При рукопожатиях и прикосновении к различным предметам
При прикосновении к пище грязными руками.
В случае употребления испорченных продуктов.
Через кровь и слюну.

Можно ли избежать заражения?

Да, в большинстве случаев заражения можно избежать. И здесь самую важную роль играет личная гигиена. Необходимо чаще мыть руки и закрывать рот салфеткой во время кашля и чихания.

Нельзя оставлять без внимания даже незначительные порезы или ссадины.

А для того чтобы не возникло нагноение, их обязательно нужно обработать антисептическими препаратами и, если есть необходимость, заклеить специальным пластырем.

Чтобы избежать попадания микробов в желудочно-кишечный тракт, необходимо тщательно мыть овощи и фрукты перед едой, питаться только свежими продуктами. А летом — вовремя убирать пищу в холодильник, так как в тепле бактерии размножаются особенно быстро.

Защита от чужеродных бактерий

Ученые делят фагоциты на профессиональные и непрофессиональные. Основное различие между ними заключается в том, что на поверхности профессиональных фагоцитов находятся специальные частицы — рецепторы, которые в состоянии обнаружить чужеродные частицы. К профессиональным фагоцитам относятся макрофаги. Эти клетки способны захватить и переварить бактерии, остатки мертвых клеток и прочие вредные для организма человека и животных частицы.

Однако для полного уничтожения чужеродных частиц одного фагоцитоза недостаточно. Активное участие в борьбе с бактериями и вирусами принимают и антитела, выработка которых начинается благодаря присутствию макрофагов. Именно макрофаги захватывают чужеродные частицы и делят их на части. Затем в борьбу с этими разделенными частичками вступают еще одни клетки — лимфоциты, которые способны выделять в кровь антитела. В свою очередь, антитела, связываясь с вирусами и бактериями, препятствуют их размножению.

Открытие явления фагоцитоза принадлежит русскому биологу, одному из основателей иммунологии, И.И. Мечникову.

В ходе многочисленных исследований он наблюдал, как особые клетки защищают организм от инфекций. Свои первые опыты ученый проводил с личинками морских звезд.

Шипы мандаринового дерева, которые он воткнул в личинки, спустя некоторое время были окружены подвижными клетками, поглотившими занозы. Несколько позже Мечников проводил опыты с дафниями — небольшими прозрачными ракообразными. Грибные споры, попавшие на поверхность дафний, в конце концов были уничтожены ими.

В 1908 г. за исследования в области иммунологии и развитие теории фагоцитоза ученый был удостоен Нобелевской премии.

Но и Дженнер не имел представления о том, что является причиной заболевания оспой. В XIX веке все болезнетворные организмы и вещества без разбора называли вирусами. Лишь благодаря опытам отечественного биолога Дмитрия Иосифовича Ивановского прекратилась эта путаница! Он пропускал экстракт заражённых табачной мозаикой 1 растений через бактериальные фильтры, сквозь которые не проходят даже самые мелкие бактерии. Выяснилось, что экстракт оставался по-прежнему заразным для других растений. Значит, возбудителями табачной мозаики были организмы, меньшие по размеру, чем бактерии; их назвали фильтрующимися вирусами. Вскоре бактерии перестали называть вирусами, а сами вирусы выделили в отдельное царство живых организмов. Дмитрий Ивановский же во всём мире по праву считается основателем вирусологии — науки о вирусах.

Рис. 2. Дженнер прививает Джеймса Фиппса от оспы

Но что мы пока поняли про вирусы? Только то, что они меньше бактерий. Чем же вирусы так не похожи на другие организмы? И почему понадобилось вдруг их выделять в отдельное царство? А вот почему. В отличие от других живых организмов, вирусы не имеют клеточного строения, а значит, и всех характерных для клетки структур. А ещё они единственные, кто не умеет самостоятельно производить белок, главный строительный материал всего живого. Поэтому их размножение невозможно вне заражённой клетки. Из-за этого многие учёные не без оснований считают вирусы внутриклеточными паразитами.

Жертвами различных вирусов становятся представители всех без исключения существующих царств живых организмов! Так, есть вирусы растений — вирус табачной мозаики (рис. 3, слева), вирус мозаики костра (это растение изображено на рисунке 3, справа), вирус желтухи свёклы, вызывающий иногда даже эпидемии. Кстати, в растение вирус просто так не проникнет. Заражение происходит при травмах растительных тканей. Типичный пример: тля пьёт сок из стебля и для этого протыкает покровные ткани — а вирус тут как тут.

Рис 3. Слева: листья табака, поражённые вирусом табачной мозаики. Справа: костёр (лат. Brómus) — род многолетних травянистых растений семейства Злаки. Если посмотреть на заросли костра в ветреную погоду, его крупные метёлки, склоняясь под ветром то в одну, то в другую сторону, отсвечивают красноватым светом в солнечных лучах, очень напоминая языки пламени. Отсюда, вероятно, и произошло русское название этого растения

Грибы тоже поражаются вирусами, вызывающими, например, побурение плодовых тел у шампиньонов или изменение окраски у зимнего опёнка. Причиной многих опасных заболеваний животных и человека тоже служат вирусы: вирус гриппа, ВИЧ (вирус иммунодефицита человека), вирус Эбола, вирус бешенства, герпеса, клещевого энцефалита и т. д.

Есть даже вирусы, поражающие бактерии, их называют бактериофагами 2 . Так, в конце XIX века исследователи из Института Пастера заметили, что вода некоторых рек Индии обладает бактерицидным действием, то есть способствует снижению роста бактерий. И достигалось это благодаря присутствию в речной воде бактериофагов.

Рис. 4. Слева: вирус табачной мозаики. В центре: вирус мозаики костра похож на футбольный мяч (справа)

Рис. 5. Слева направо: вирус герпеса, аденовирус А человека, бактериофаг

Рис. 6. Маленькие вирусы-спутники внутри гигантского мимивируса

Но не стоит думать, что вирусы причиняют исключительно вред другим организмам! Так, исследователи из Пенсильванского университета показали, что безвредный для человека вирус AAV2, встречающийся почти у всех людей, убивает самые разные виды раковых клеток. При этом здоровые клетки организма вирус не заражает.

А совсем недавно стало известно, что вирусы тоже болеют. Мимивирус, поражающий амёбу Acanthamoeba polyphaga, сам страдает от другого вируса-спутника (рис. 6). Он, кстати, так и называется — Спутник. Этот вирус-спутник использует механизмы воспроизводства мимивируса для собственного размножения, мешая ему нормально развиваться в клетке амёбы. По аналогии с бактериофагами, он был назван вирофагом, то есть пожирающим вирусы. Можно сказать, что присутствие вируса-спутника в амёбе обеспечивает ей больше шансов на выживание в борьбе с мимивирусом.

Читайте также: