Что такое вирусы и вирионы

Обновлено: 19.04.2024

Главная задача биологии — это развитие представлений у человека о живых организмах, о многообразии видов, обо всех закономерностях развития живых существ, а также об их взаимодействии с окружающей природой. Предмет основы безопасности жизнедеятельности (ОБЖ) позволяет получить знания и умения, которые помогут сохранить жизнь и здоровье в опасных ситуациях. Эти ситуации всегда возникают неожиданно, но, тем не менее, большинство из них предсказуемы и к ним можно подготовиться заранее. ОБЖ учит нас предвидеть возможные опасности и минимизировать потери от той или иной ситуации. Сегодня мы сталкиваемся с новым видом вирусной опасности COVID-19,о котором поговорим с точки зрения биологии и ОБЖ.

Что такое вирус?

Вирус — это неклеточный инфекционный агент. Сегодня нам известно около 6 тысяч различных вирусов, но их существует несколько миллионов. Вирусы не похожи друг на друга и могут иметь как форму сферы, спирали, так и форму сложного асимметричного сплетения. Размеры вирусов варьируются от 20 нм до 300 нм.

Как устроен вирус?

В центре агента находится генетический материал РНК или ДНК, вокруг которого располагается белковая структура — капсид.
Капсид служит для защиты вируса и помогает при захвате клетки. Некоторые вирусы дополнительно покрыты липидной оболочкой, т.е. жировой структурой, которая защищает их от изменений окружающей среды.

Вирусолог Дэвид Балтимор объединил все вирусы в 8 групп, из которых некоторые группы вирусов содержат 1-2 цепочки ДНК. Другие же содержат 1 цепочку РНК, которая может удваиваться или достраивать на своей матрице ДНК. При этом каждая группа вирусов производит себя в различных органеллах зараженной клетки.

Вирусы имеют определенный диапазон хозяев, т.е. он может быть опасен для одних видов и абсолютно безвреден для других. Например, оспой болеет только человек, а чумкой только некоторые виды плотоядных. Вирус не способен выжить сам по себе, поэтому активируется только в хозяйской клетке, используя ее ресурсы и питательные вещества. Цель вируса — создание множества копий себя, чтобы инфицировать другие клетки!

Как вирус попадает в организм?

через физические повреждения (например, порезы на коже)
путём направленного впрыскивания (к примеру, укус комара)
направленного поражения отдельной поверхности (например, при вдыхании вируса через трахею)

к эпителию слизистых оболочек (это например вирус гриппа)
к нервной ткани (вирус простого герпеса)
к иммунным клеткам (вирус иммунодефицита человека)

Геном вируса встраивается в одну из органелл или цитоплазму и превращает клетку в настоящий вирусный завод. Естественные процессы в клетке нарушаются, и она начинает заниматься производством и сбором белка вируса. Этот процесс называется репликацией. И его основная цель — это захват территории. Во время репликации генетический материал вируса смешивается с генами клетки хозяина — это приводит к активной мутации самого вируса, а также повышает его выживаемость. Когда процесс репликации налажен, вирусная частица отпочковывается и заражает уже новые клетки, в то время как инфицированная ранее клетка продолжает производство.

Выход вируса

Вирус создал множество собственных копий, клетка оказывается изнуренной из-за использования ее ресурсов. Больше вирусу клетка не нужна, поэтому клетка часто погибает и новорожденным вирусам приходится искать нового хозяина. Это и есть заключительная стадию жизненного цикла вируса.

Скорость распространения вирусной инфекции

Размножение вирусов протекает с исключительно высокой скоростью: при попадании в верхние дыхательные пути одной вирусной частицы уже через 8 часов количество инфекционного потомства достигает 10³, а концу первых суток − 10²³.

Вирусная латентность

Как вирус распространяется?

воздушно-капельный (кашель, чихание)
с кожи на кожу (при прикосновениях и рукопожатиях)
с кожи на продукты (при прикосновениях к пище грязными руками вирусы могут попасть в пищеварительную и дыхательную системы)
через жидкие среды организма (кровь, слюну и другие)

Почему с вирусами так тяжело бороться?

Сегодня людям уже удалось победить некоторые вирусы, а некоторые взять под жесткий контроль. Например, Оспа (она же черная оспа). Болезнь вызывается вирусом натуральной оспы, передается от человека к человеку воздушно-капельным путем. Больные покрываются сыпью, переходящей в язвы, как на коже, так и на слизистых внутренних органов. Смертность, в зависимости от штамма вируса, составляет от 10 до 40 (иногда даже 70%), На сегодняшний день вирус полностью истреблен человечеством.

Кроме того, взяты под контроль такие заболевания, как бешенство, корь и полиомиелит. Но помимо этих вирусов существует масса других, которые требуют разработок или открытия новых вакцин.

Коронавирус

Виновником эпидемии, распространяющейся сегодня по миру, стал коронавирус, вирусная частица в 0,1 микрона. Свое название он получил благодаря наростам на своей структуре, своеобразным шипам. Внутри вируса спрятан яд, с помощью которого он подчиняет себе зараженный организм. Этот вирус воздействует не только на человека, но и на птиц, свиней, собак и летучих мышей. В настоящий момент выделяют от 30 до 39 разновидностей коронавирусной инфекции. Но для человека патогенно всего 6. И как любой другой вирус COVID-19 мутирует.

К наиболее распространенным симптомам COVID-19 относятся повышение температуры тела, сухой кашель и утомляемость. К более редким симптомам относятся боли в суставах и мышцах, заложенность носа, головная боль, конъюнктивит, боль в горле, диарея, потеря вкусовых ощущений или обоняния, сыпь и изменение цвета кожи на пальцах рук и ног. Как правило, эти симптомы развиваются постепенно и носят слабо выраженный характер. У некоторых инфицированных лиц болезнь сопровождается очень легкими симптомами.

Сколько же может жить этот вирус вне организма? Все зависит от типа вируса и от той поверхности, на которую вирусы попали. В качестве примера было рассмотрено 3 вируса, по которым велись исследования. Изучали время, на которое может задерживаться вирус на различных поверхностях. Данные приведены в таблице.

Поскольку пока не изобретено вакцины от COVID-19, в целях защиты от инфекции самым важным для нас является соблюдение гигиены.

Гигиена — раздел медицины, изучающий влияние жизни и труда на здоровье человека и разрабатывающая меры (санитарные нормы и правила), направленные на предупреждение заболеваний, обеспечение оптимальных условий существования, укрепление здоровья и продление жизни.

Сегодня следует соблюдать определенные правила гигиены:

Соблюдение режима труда и отдыха, не допускающего развития утомления и переутомления.
Выполнение условий, обеспечивающих здоровый и полноценный сон (свежий воздух, отсутствие шума, удобная постель, оптимальная продолжительность).
Правильное здоровое питание в соответствии с потребностями организма.
Комфортный микроклимат в жилище (температура, влажность и подвижность воздуха, естественная и искусственная освещенность помещений).
Содержание в чистоте тела и тщательный уход за зубами.
Спокойное и корректное поведение в конфликтных ситуациях.

Вирусы. Вирион. Морфология вирусов. Размеры вирусов. Нуклеиновые кислоты вирусов.

Вирусы [от лат. virus, яд] — наименьшие по размерам агенты, имеющие геном, окружённый белковой оболочкой. Вирусы не воспроизводятся самостоятельно, они — облигатные внутриклеточные паразиты, репродуцирующиеся только в живых клетках. Все вирусы существуют в двух формах. В настоящее время известны вирусы бактерий (бактериофаги), грибов, растений и животных.

Внеклеточная форма — вирион — включает в себя все составные элементы (капсид, нуклеиновую кислоту, структурные белки, ферменты и др.). Внутриклеточная форма — вирус — может быть представлена лишь одной молекулой нуклеиновой кислоты, так как, попадая в клетку, вирион распадается на составные элементы.

Морфология вирусов. Размеры вирусов.

Несмотря на внутриклеточный паразитизм, среди вирусов имеются крупные виды, соизмеримые по размерам с микоплазмами и хламидиями. Например, вирус натуральной оспы достигает 400 нм и вполне сравним с риккетсиями (300-500 нм) и хламидиями (300-400 нм). По морфологии выделяют вирусы палочковидные (например, возбудитель лихорадки Эбола), пуле-видные (вирус бешенства), сферические (герпесвирусы), овальные (вирус оспы), а также бактериофаги, имеющие сложную форму (рис. 2-1). При всём разнообразии конфигураций, размеров и функциональных характеристик вирусам присущи некоторые общие признаки. В общем виде зрелая вирусная частица (вирион) состоит из нуклеиновой кислоты, белков и липидов, либо в его состав входят только нуклеиновые кислоты и белки.

Нуклеиновые кислоты вирусов

Вирусы содержат только один тип нуклеиновой кислоты, ДИК или РНК, но не оба типа одновременно. Например, вирусы оспы, простого герпеса, Эпстайна-Барр — ДНК-содержащие, а тогавирусы, пикорнавирусы — РНК-содержащие. Геном вирусной частицы гаплоидный. Наиболее простой вирусный геном кодирует 3-4 белка, наиболее сложный — более 50 полипептидов. Нуклеиновые кислоты представлены однонитевыми молекулами РНК (исключая реовиру-сы, у которых геном образован двумя нитями РНК) или двухнитевыми молекулами ДНК (исключая парвовирусы, у которых геном образован одной нитью ДНК). У вируса гепатита В нити двухнитевой молекулы ДНК неодинаковы по длине.

Вирусные ДНК образуют циркулярные, ковалентно-сцёпленные суперспирализованные (например, у паповавирусов) или линейные двухнитевые структуры (например, у герпес- и аденовирусов). Их молекулярная масса в 10-100 раз меньше массы бактериальных ДНК. Транскрипция вирусной ДНК (синтез мРНК) осуществляется в ядре заражённой вирусом клетки. В вирусной ДНК на концах молекулы имеются прямые или инвертированные (развёрнутые на 180") повторяющиеся нуклеотидные последовательности. Их наличие обеспечивает способность молекулы ДНК замыкаться в кольцо. Эти последовательности, присутствующие в одно- и двух-нитевых молекулах ДНК, — своеобразные маркёры вирусной ДНК.

Рис. 2-1. Размеры и морфология основных возбудителей вирусных инфекций человека.

Вирусные РНК представлены одно- или двухнитевыми молекулами. Однонитевые молекулы могут быть сегментированными — от 2 сегментов у ареновирусов до 11 — у ротавирусов. Наличие сегментов ведёт к увеличению кодирующей ёмкости генома. Вирусные РНК подразделяют на следующие группы: плюс-нити РНК (+РНК), минус-нити РНК (-РНК). У различных вирусов геном могут образовывать нити +РНК либо -РНК, а также двойные нити, одна из которых -РНК, другая (комплементарная ей) — +РНК.

Инфекционность нуклеиновых кислот вирусов

Многие вирусные нуклеиновые кислоты инфекционны сами по себе, так как содержат всю генетическую информацию, необходимую для синтеза новых вирусных частиц. Эта информация реализуется после проникновения вириона в чувствительную клетку. Инфекционные свойства проявляют нуклеиновые кислоты большинства +РНК- и ДНК-содержащих вирусов. Двухнитевые РНК и большинство -РНК не проявляют инфекционных свойств.

Информация на сайте подлежит консультации лечащим врачом и не заменяет очной консультации с ним.
См. подробнее в пользовательском соглашении.

Типы инфицирования клеток вирусами. Репродуктивный цикл вирусов. Основные этапы репродукции вирусов. Адсорбция вириона к клетке.

По характеру взаимодействия генома вируса с геномом клетки выделяют автономное (геном вируса не интегрирован в геном клетки) и интеграционное (геном вируса интегрирован в геном клетки) инфицирование. Особую форму составляют латентное и персистирующее инфицирование.

Персистирующее инфицирование клеток вирусам. Некоторые РНК-вирусы могут вызывать персистиру-ющие инфекции, проявляющиеся образованием дочерних популяций возбудителя после завершения острой фазы болезни. При этом происходит постепенное выделение вирусных частиц, но инфицированная клетка не лизируется. Нередко дочерние популяции вирионов дефектны (часто наблюдают у лиц с иммунодефицитами). Иногда такие хронические поражения протекают без клинических проявлений. В частности, вирус гепатита В способен вызывать персистирующее поражение гепатоцитов с развитием хронического гепатита; в дальнейшем возможна малигнизация клеток.

Репродуктивный цикл вирусов

Изображённые на рис. 2-3 этапы репродукции (от адсорбции вирионов до высвобождения дочерней популяции) происходят при продуктивном взаимодействии вируса с клеткой.

Рис. 2-3. Основные этапы репродукции вирусов.

Адсорбция вириона к клетке

• Процесс адсорбции не зависит от температуры (то есть не требует энергетических затрат) и протекает в две фазы; фаза ионного притяжения обусловлена неспецифическим взаимодействием, фаза прикрепления происходит благодаря структурной гомологии либо комплемен-тарности взаимодействующих молекул.

Как может быть вирус таким маленьким и таким вредным — уму непостижимо. Налицо наполеоновский комплекс коротышки. Возможно, крохи-вирусы убили динозавров, с людьми тем более справятся: мы еще глупее. Поэтому читай умные статьи о вирусах. Или эту.

Коронавирус, испоганивший человечеству весну и лето 2020-го года, а также всех его ближних и дальних родственников нужно знать в лицо. Хотя, строго говоря, никакого лица у них и нет. У вирусов вообще много чего нет, но, к сожалению, много чего и есть.

Что такое вирус

Чтобы понять, что такое вирус, можно представить себе, например, организм, состоящий из глаза, одной почки и кусочка кишечника, при том что больше у него ничего нет. Понятно, что такого красавца не пустили бы даже в метро, не говоря уже о ночном клубе. Вот и вирус не очень охотно допускается в мир живого, потому что у него нет основы жизни — клетки. Даже у самых крошечных бактерий есть хотя бы одна клетка. Но для вируса собственная клетка — это слишком большая роскошь, он обычно намного меньше самой ничтожной бактерии и представляет собой несколько цепочек белковых молекул — ДНК или РНК, белковую оболочку и иногда дополнительно упакован в тонкую жировую оболочку*.

Чем занимается вирион?

Ничем. Именно из-за того, что вирионы не затрачивают энергии, не потребляют ее, ничем не питаются и никак не движутся, им отказывают в праве называться живыми в полном смысле этого слова. Жизни в них не больше, чем в градинах или каплях дождя, — сплошное повиновение законам химии и физики без малейшей инициативы. При этом и ученый, смотрящий на кипучую деятельность вирусов в электронный микроскоп, и фермер, мрачно наблюдающий за веселым танцем градин в его любимой кукурузе, с трудом отделываются от ощущения, что все это безобразие еще какое живое и энергичное!

Одни вирусы могут существовать только внутри живых организмов, другие — прекрасно путешествуют по миру в слюне, соке, пыльце, слезах, фекалиях и прочих временных ковчегах, которые эти организмы оставляют после себя. Есть и вирусы, способные почти бесконечно долго существовать посреди пустынь и полярных айсбергов. Огромное количество вирусов обитает в воде, прежде всего морской; в одной чайной ложке морской воды, взятой с поверхности, будет плескаться не менее миллиона вирионов. (Это не повод отныне заходить в море только в скафандре: тамошние вирусы специализируются в основном по бактериям, водорослям и вообще по планктону, а твои клетки им до лампочки.) Как и было сказано, вирус вне клеток хозяина ничего не делает, просто ждет своего часа. Этот час наступает, когда вирус оказывается рядом с подходящей ему клеткой. Обычно он покрыт разнообразными шипами, крючками и наростиками из разных типов белков, которые умеют определять близость правильной клетки и цепляться к ней. Дальше вирусы действуют по-разному: либо они пробираются внутрь клетки, либо прирастают к ней, либо просто впрыскивают свой генетический материал в клетку. Отныне эта клетка будет продуцировать копии вируса по предоставленным схемам, используя для этого свою энергию и свой строительный материал. Продуцировать — и выпускать в мир. Иногда клеткам и организму эта деятельность никак не мешает. Иногда ему даже полезна. А иногда она его убивает.

Вне клеток вирусы размножаться не умеют. Тем не менее вирусы существуют, и вполне успешно: это самая распространенная форма жизни-нежизни на Земле. Человек пока не очень хорошо изучил эту форму, мы умеем более или менее точно определять лишь около 6000 видов вирусов. Но считается, что их гораздо больше совокупного количества видов всех живых существ на Земле: и бактерий, и других животных, и растений. И нет ни одного живого существа, в котором бы эти вирусы не были расквартированы буквально повсюду. Есть даже такие, которые паразитируют на других вирусах, их называют вирусами-сателлитами и вирофагами.

Откуда они взялись

Существует два типа гипотез о происхождении вирусов (на самом деле гипотез больше, но все они тяготеют к тому или иному типу).

Вирусы сбежали из клеток. То есть раньше они были частью каких-то клеток, откуда их либо выкинули за ненужностью, либо они были клетками-паразитами, выяснившими в процессе эволюции, что быть такими громоздкими и сложными вовсе не обязательно, куда эффективнее избавиться от всего лишнего и размножаться лишь самой своей сутью — геномом.

Вирусы зародились точно так же, как и клетки. После того как в первичном бульоне возникли первые репликаторы — молекулы, умеющие копировать самих себя, — там шла жесткая конкуренция за свободные блоки для самопроизводства. Некоторые репликаторы брали мощностью и сложностью — так появились клетки. А другие так и остались в более простом варианте, решив, что ни к чему возиться и отращивать себе всякие ядра и митохондрии, лучше затормозить на более примитивном уровне и паразитировать на этих богатеях-гигантах.

В любом случае в эволюционном смысле роль вирусов оказалось огромной. Видимо, именно они миллиарды лет занимались горизонтальным переносом генов от одних организмов к другим, бесконечно усложняя и делая все разнообразнее мир органической жизни, что способствовало появлению все новых и новых видов бактерий, грибов, ну и других вирусов тоже. Эти организмы были вынуждены становиться все более защищенными, высокоорганизованными и многофункциональными. В общем, если бы не вирусы, нас бы тут, наверное, не было.

Хотя, как мы понимаем, сослагательного наклонения не терпит не только история, но и микробиология.

Как организмы с вирусами борются

Надо сказать, что миллиард лет сосуществования не заставил клеточные организмы смотреть на вирусы с любовью и всепрощением. Этим организмам категорически не нравится, когда кто-то поселяется в них без приглашения, тратит с таким трудом добытые энергию и белки на репродукцию себя, любимого, портит и часто уничтожает клетки или заставляет их бунтовать против хозяина. Поэтому любое живое существо на нашей планете на данный момент является неприступной крепостью, полицейским государством, апофеозом военщины и химической фабрикой. Все, что может помочь в немедленном распознавании и уничтожении агрессора, горячо приветствуется и идет в дело. Вирусы в наших телах уничтожаются чаще всего двумя способами.

Гуморальный иммунитет работает, когда организм уже сталкивался с данным вирусом, или память о его преступлениях записана в нашем геноме, или мы всосали ее с молоком матери, или нам ее вкололи большим шприцем. Факт, что в нашей крови циркулируют белки-антитела, нацеленные, как служебные собаки, этот вирус распознавать, вынюхивать и атаковать. Антитела отлично вооружены против того вируса, с которым работают, они повисают на нем, цепляют его крючьями, утяжеляют, замедляют, разрушают его оболочку и в конечном счете убивают.

Насколько они паразиты и вредители

Конечно, на примитивном уровне возникает соблазн сразу отнести вирусы к однозначным вредителям. Однако в реальности, как всегда, все сложнее и запутаннее, и вражда Монтекки с Капулетти — это детский сад по сравнению со сложной многоуровневой системой борьбы и сотрудничества в микробиологии. Например, в нашем организме, прежде всего в слизистых и кишечнике, живут наши безусловные друзья — вирусы-бактериофаги. Они и не думают поражать наши клетки, так как не специализируются на гомо сапиенс, им подавай клетки всяких сальмонелл, кишечных палочек и стафилококков. Как только кто-то из перечисленных попадает в цепкие лапы вирусов-бактериофагов, начинается избиение младенцев. Поэтому одни люди едят сырые яйца и целуются с бомжами и при этом прекрасно себя чувствуют, а другие попадают в реанимацию после не слишком хорошо приготовленного крем-брюле.

Кроме того, существуют вирусы, которые паразитируют на опасных вирусах и при этом легко находятся Т-лимфоцитами, в отличие от хорошо замаскированных опасных хозяев. Уже лет десять идут опыты по борьбе с некоторыми видами опухолей при помощи модифицированного вируса герпеса, который перенацелили прицепляться именно к клеткам опухолей, после чего эти клетки уничтожались самим организмом. Об успехах таких экспериментов, например в Королевской больнице Марсден (Великобритания), рапортовал медицинский журнал Clinical Cancer Research.

Читайте также: