Вирусы могут вызывать заболевания не только у животных но и у растений

Обновлено: 15.04.2024

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.

Что такое вирус?

Как устроен вирус?

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)

Выход вируса

Скорость распространения вирусной инфекции

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?

Коронавирус

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.

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.

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.

Как известно, вирусы неспособны существовать без чужой клетки. С этим связан их вечный паразитический образ жизни. Причём вирус за время своей жизни существует попеременно в двух формах — 1) внутри клетки в виде вирусного генома и вирусных белков и 2) в виде вириона, который переносится от организма к организму и от клетки к клетке и обеспечивает проникновение вирусного генома и белков в клетку.

Вирус должен, во-первых, уметь распространяться по организму-хозяину, во-вторых, иметь возможность передаваться от одного организма к другому.

Вот, например, как происходит передача вирусов у животных. Основные пути распространения вирусов по организму позвоночных животных — это 1) с током крови (вирус кори, вирус свинки и др.) и 2) по нервной системе (вирус клещевого энцефалита, вирус полиомиелита и др.).

Помимо крови, вирус может распространяться внутри одного организма со всеми возможными физиологическими жидкостями. Например, со слюной и соплями (изо рта в кишечник или из носа в бронхи).

воздушно-капельный (аэрозоль или мелкие капельки, содержащие вирус, попадают на слизистые оболочки);
фекально-оральный (условно говоря, через грязные руки);
половой (со спермой и вагинальными секретами);
контактный (при прямом контакте кожи);
напрямую через кровь (переливание крови и т. п.);
передача от матери ребёнку (например, вирус краснухи, способный преодолевать плацентарный барьер);
при помощи переносчиков (клещи — клещевой энцефалит, комары — жёлтая лихорадка, и т. п.).

Есть и другие способы передачи, и не все они легко укладываются в приведённый выше список: например, вирус бешенства попадает в организм через укус больного животного (причём животное может относиться к тому же виду, а может быть и другого вида, что не позволяет однозначно отнести этот способ передачи к передаче через переносчиков).

Задача

Вирусами болеют не только животные. У растений тоже бывают вирусные инфекции, наносящие немалый вред, например, картофельным полям (резко снижается урожай), табачным плантациям, полям с кукурузой и т. п. Как известно, растение отличается от животного как образом жизни, так и строением клетки. Как вы думаете, каким образом вирусы растений могут передаваться внутри растения и от одного растения к другому? Предложите как можно больше механизмов такой передачи. (Для простоты будем считать, что речь идёт о цветковом растении, таков как картошка, табак, яблоня, кукуруза, финиковая пальма, хмель, виноград, одуванчик и т. п.)

Подсказка 1

Прежде всего, вспомните, чем цветковое растение отличается от позвоночного животного, а чем они похожи. Например, чем одуванчик или дуб отличается от крысы или лягушки. Подумайте, какие из этих отличительных и сходных свойств могут использоваться вирусом для проникновения в растение и распространения внутри растения, и, наоборот, что может представлять для вируса серьезную преграду.

Подсказка 2

Рассмотрите все виды передачи вирусов животных, о которых говорится в условии, и подумайте, какие аналоги этих видов передачи могли бы встречаться у растений.

Решение

Прежде всего, стоит понять, чем же всё-таки отличается растение от животного и чем они похожи (мы рассматриваем позвоночное животное и цветковое растение). Эти отличия и сходства можно будет потом связать с особенностями переноса вирусов.

У высших растений, так же, как и у позвоночных животных, есть системы транспорта питательных веществ, чем-то похожие по своему строению на соответствующие системы у животных (например, транспорт осуществляется по некоторым функциональным аналогам сосудов позвоночных животных). Флоэма — сеть клеток, по которым синтезированные в листьях органические вещества перемещаются по всему растению. Ксилема — сосуды, по которым вода и минеральные вещества поступают от корней к другим органам и тканям растения.
Цветковые растения, так же как и позвоночные животные, способны к половому размножению.

Глобально растительный организм отличается от организма животного значительно меньшей подвижностью.
Растительная клетка отличается от клетки организма животного прежде всего наличием клеточной стенки. То есть каждая клетка помимо липидной мембраны имеет вокруг себя оболочку из сложных углеводов (целлюлоза и т. п.), которая не пропускает внутрь клетки (и, соответственно, внутрь самого растения) излишне крупные молекулы и молекулярные агрегаты вроде вирусов. Напротив, внутри растения возможен транспорт довольно-таки крупных молекул и молекулярных структур, поскольку в клеточной стенке между клетками имеются специальные отверстия — плазмодесмы. Надо учитывать всё же, что плазмодесмы тоже имеют ограничения по своей пропускной способности.
Растение способно размножаться вегетативно, то есть неполовым путем (например, клубника размножается через усы.

Теперь давайте еще раз посмотрим на пути передачи и способы распространения вирусов животных и подумаем, какие из них могут использоваться вирусами растений.

Основные способы передачи вирусов у животных:

1. Передача внутри организма по различным транспортным и клеточным системам (кровь, нервная система и т. д.).

2. Передача между организмами:
a. воздушно-капельная;
b. фекально-оральная;
c. половой путь;
d. от матери ребёнку;
e. переливание крови;
f. контактный путь;
g. при помощи переносчиков;
h. более редкие варианты, например через укус.

Теперь можно посмотреть, какие способы распространения вирусов животных подходят для вирусов растений, а какие — нет:

1. Распространение внутри растения:

a. Вирусы животных часто распространяются внутри организма через кровь. Вирусы растений вполне могут воспользоваться аналогичным способом, распространяясь внутри растения при помощи проводящих систем, например, через флоэмный сок.

2. Передача между растениями:

a. Возможен ли воздушно-капельный путь передачи вируса между растениями? Тут сразу встаёт несколько вопросов.

Во-первых, кто-то должен распылять этот аэрозоль или капельки. В случае животных, это делают сами животные — при чихании и кашле. Вы когда-нибудь видели чихающее растение?

Во-вторых, вирус из аэрозоля должен как-то попасть внутрь растения — для этого ему необходимо будет преодолеть клеточную стенку.

Если пыльца заражена, то, скорее всего, будет заражено и семя, получившееся в результате опыления и оплодотворения. Это один из аналогов передачи вируса от матери ребёнку (в данном случае — от отца ребёнку).
Точно также если заражены половые клетки матери в пестике, то после оплодотворения семя тоже будет заражено, и получившееся из семени растение, скорее всего, тоже.
Из способности растений размножаться черенками, усами и т. п. следует, что, если вирус эффективно распространяется внутри родительского растения, ему ничего не стоит заразить дочернее растение, произведённое вегетативным путём из растения-родителя.

e. Аналогом передача вируса при переливании крови в случае растений было бы переливание флоэмного сока. Очевидно, такая возможность есть. Только вот в природе вы вряд ли встретите две берёзки, которые переливают друг дружке флоэмный сок. Скорее, тут возможен вариант, при котором одно повреждённое растение через флоэмный сок передаёт вирус рядом стоящему другому повреждённому растению.

f. Контактная передача вируса растений вполне возможна, например, на одном лугу, где трава очень густо растёт. Тут, опять же, встаёт вопрос, что вирус должен сначала как-то преодолеть покровы (на клеточном уровне — клеточную стенку) одного растения, а потом проникнуть через клеточную стенку второго растения (см. Послесловие). То есть покровы растений при этом способе передачи должны быть повреждены.

g. Переносчики — отличный способ передачи вируса сразу в кровь в случае вирусов животных и во флоэмный сок в случае вирусов растений. Благо, многие насекомые питаются тем самым флоэмным соком. Яркий пример — тли (подробности см. в Послесловии).

h. Растения неподвижны, следовательно тут не пройдёт вариант, при котором вирусы могут полагаться на одно растение, которое, взбесившись, укусит другое. Представьте себе, например, взбесившийся кактус, который нападает на другой кактус.

Подведём итог. Вот краткий список способов передачи вирусов растений, которые реализуются в природе:

по проводящей системе — по всему организму;
через плазмодесмы — между отдельными клетками.

Послесловие

В решении мы рассмотрели возможные способы передачи вируса от животного растению. Теперь давайте обсудим более подробно механизмы, по которым вирусу целесообразно проникнуть внутрь растения и по растению распространяться.

Проникновение вируса внутрь

В любом случае, чтобы попасть в растение, вирусу необходимо каким-то образом снаружи этого растения преодолеть клеточную стенку. Можно при этом сразу постараться попасть в проводящие ткани растения, это облегчит последующее распространения вируса внутри организма.

А теперь — что из этого наиболее реально?

Биться головой об стенку довольно-таки бессмысленное занятие.

Проще всего, если в стене есть дверь — но это не случай растений. Им просто незачем пропускать через клеточную стенку крупные молекулы: органические вещества синтезируются в листьях внутри самого растения, а потом транспортируются к другим клеткам через флоэму и плазмодесмы — отверстия в клеточной стенке.

Следующий вариант — пролезть через дыру. Именно этот метод используются многими вирусами растений. Но откуда берутся дыры? Это могут быть просто механические повреждения тканей растения. Подобные повреждения могут наносить топчущие поле животные, люди, едущий трактор. Таким образом, например, может передаваться вирус табачной мозаики.

Теперь про последний вариант — когда стенку преодолевать не надо, потому что ты внутри. По этому механизму происходит передача вируса потомству растения в результате вегетативного или полового размножения. Вирус может попасть в пыльцевое зерно, так как оно возникло из клетки, которая до этого была связана с остальными клетками растения плазмодесмами.

Снизу, из почвы — через повреждённые корни вирус попадает в ксилему.
Над землёй — через повреждённые ткани листа или цветка вирус попадает во флоэму.

Вирус может даже изменить вкусы того или иного насекомого. Недавние исследования показали, что тли, инфицированные вирусом злаков Barley yellow dwarf virus (BYDV), предпочитают питаться неинфицированными растениями пшеницы, и, наоборот, неинфицированные тли — инфицированными растениями.

Особенности распространения вируса внутри растения

Для распространения внутри растения вирусу необходимо попасть в проводящую систему растения, где он сможет перемещаться по организму вместе с током жидкости (флоэмного сока) или уметь перемещаться от клетки к клетки по плазмодесмам. Заметим, что попасть в проводящую систему можно по тем же плазмодесмам. Так что два вопроса свелись к одному.

С плазмодесмами есть небольшая проблема: они могут оказаться слишком узкими для эффективного распространения большого количества вирусных частиц, и даже настолько узкими, что любая отдельно взятая собранная вирусная частица в них физически не пролезет.

В связи с этим вирусы растений в процессе эволюции разработали два механизма перемещения по плазмодесмам. Чтобы догадаться, что это за механизмы, представьте себе грабителя и дом с открытой форточкой.

Как грабителю залезть в дом, если в форточку он не пролезает?

1) Когда грабителю надо пролезть в форточку, он может запустить туда ребёнка или более мелкого грабителя.

В данном случае переноситься через плазмодесму может не полностью собранная вирусная частица, а только вирусный геном, связанный с каким-нибудь специальным транспортным белком вируса. Такая конструкция значительно менее громоздка, чем собранная вирусная частица, и её гораздо проще протащить через форточку-плазмодесму.

2) Другой вариант действий грабителя — выломать форточку, то есть каким-то образом её расширить, — тоже используется вирусами.

Вирусы способны тем или иным образом модифицировать плазмодесмы, через которые они хотят попасть в соседнюю клетку: они расширяют канал в клеточной стенке за счёт собственных белков. Это больше похоже на ситуацию, как если бы грабитель пытался ограбить резиновый дом с резиновой форточкой. Такую форточку можно было бы растянуть, что, собственно, и делает вирус.

Чем вирусы отличаются от всех остальных живых существ?

Почему существование вирусов не противоречит основным положениям клеточной теории?

Какие вы знаете вирусные заболевания?

В 1892 г. русский ботаник Дмитрий Иосифович Ивановский, изучая мозаичную болезнь растений табака, обнаружил, что при пропускании сока, выделенного из больного растения, через фильтры, задерживающие бактерий, жидкость сохраняла способность вызывать заболевания у здоровых растений. Возбудитель болезни был столь мал, что его и подобные ему структуры, получившие в дальнейшем название вирусы (от лат. virus – яд), стало возможно изучать только после изобретения электронного микроскопа.

Вирусы – это неклеточная форма жизни. Считая признаком живого наличие клеточного строения, большинство учёных тем не менее относят вирусы к живым организмам, потому что их существование неразрывно связано с клеткой. Являясь внутриклеточными паразитами, вне клетки вирусы не способны к самовоспроизведению и осуществлению процессов обмена веществ.

Строение вирусов. Вирусы имеют очень простое строение (рис. 46). Каждый вирус состоит из нуклеиновой кислоты (или ДНК, или РНК) и белка. Нуклеиновая кислота является генетическим материалом вируса. Она окружена защитной белковой оболочкой – капсидом. Внутри капсида могут также находиться собственные вирусные ферменты. Некоторые вирусы, например вирус гриппа и ВИЧ, имеют дополнительную оболочку, которая образуется из клеточной мембраны клетки-хозяина. Капсид вируса, состоящий из многих белковых молекул, обладает высокой степенью симметрии, имея, как правило, спиральную или многогранную форму. Эта особенность строения позволяет отдельным белкам вируса объединяться в полную вирусную частицу путём самосборки.

Рис. 46. Вирусы: строение и разнообразие

Рис. 47. Жизненный цикл вирусов (А) и электронная фотография бактериофага (Б)

Размножение вирусов. Ни один из известных на сегодняшний день вирусов не способен к самостоятельному существованию. Обычно вирус сначала связывается с поверхностью клетки-хозяина, а затем или проникает внутрь целиком (путём эндоцитоза), или с помощью специальных приспособлений вводит в клетку свою нуклеиновую кислоту (рис. 47, 48). Попав в клетку, генетический материал вируса взаимодействует с ДНК хозяина таким образом, что клетка сама начинает синтезировать необходимые вирусу белки. Одновременно происходит копирование наследственного материала паразита, и в цитоплазме заражённой клетки начинается самосборка новых вирусных частиц. Готовые вирусные частицы покидают клетку или постепенно, не вызывая её гибели, но изменяя работоспособность, или одновременно в большом количестве, что приводит к разрушению клетки.

Рис. 48. Бактериофаги на поверхности клетки-хозяина (электронная фотография)

Вирусы как возбудители болезней. Вирусы способны поражать и эукариотические, и прокариотические клетки. Вирусы, инфицирующие бактерий, называют бактериофагами. Вирусы вызывают множество различных заболеваний у животных, растений и грибов, причём каждый из них имеет своего собственного специфического хозяина. Вирус табачной мозаики, например, поражает растения табака, вызывая образование на листьях характерных пятен – это места отмирания тканей. Вирус оспы поражает только эпителиальные клетки, а вирус полиомиелита – клетки нервной ткани. Вирусными заболеваниями человека являются также грипп, корь, краснуха, гепатит, ветряная оспа, бешенство, герпес, СПИД и многие другие.

СПИД. Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ), вызывающий синдром приобретённого иммунодефицита (СПИД), впервые был выделен в США в 1981 г. К 2000 г. число инфицированных этим вирусом уже превысило 30 млн человек. В настоящее время болезнь очень быстро распространяется в Азии, Африке, а также в Центральной и Восточной Европе.

ВИЧ относят к группе ретровирусов, генетическим материалом которых является РНК (рис. 49). Обычно перенос генетической информации в клетке идёт в направлении от ДНК к РНК (транскрипция). У ретровирусов при попадании в клетку-хозяина происходит противоположный процесс, так называемая обратная транскрипция, при которой на основе вирусной РНК синтезируется ДНК, которая затем встраивается в ДНК хозяина.

Рис. 49. Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ): А – модель вируса; Б – схема строения; В – электронная фотография

Рис. 50. Жизненный цикл вируса иммунодефицита человека (ВИЧ)

Обычно ВИЧ передаётся вместе с кровью или спермой. В 90 % случаев заражение происходит при половом контакте, при этом риск заражения увеличивается пропорционально увеличению числа половых партнёров. Многократное использование одного и того же шприца приводит к быстрому распространению вируса среди наркоманов. ВИЧ может попасть в организм человека при контакте с кровью больного, например при обработке ран. Существует вероятность заражения при переливании крови, не прошедшей тестирование на присутствие ВИЧ. От ВИЧ-инфицированной матери вирус может через плаценту попасть в кровь плода или передаться новорождённому при кормлении грудным молоком. Но воздушно-капельным путём и при рукопожатии этот вирус не распространяется.

ВИЧ – это вирус, поэтому антибиотики, которые используют при лечении бактериальных инфекций, в данном случае бессильны. Современная медицина разрабатывает лекарственные средства, которые подавляют репликацию ВИЧ, но их использование имеет много побочных эффектов и перспективы их применения пока неясны. Разработка вакцины против ВИЧ тоже имеет определённые сложности; это связано с особенностями строения данного вируса и тяжестью заболевания, которое он вызывает. На сегодняшний день важным направлением в лечении СПИДа является восстановление иммунной системы инфицированных.

Пока не существует эффективных способов лечения этого заболевания, лучшим способом защиты от СПИДа является соблюдение мер предосторожности:

– следует избегать случайных половых связей, а при половых контактах изолировать себя от спермы и крови партнёра при помощи презерватива;

– в больницах, стоматологических клиниках, поликлиниках и косметических салонах необходимо использовать одноразовые шприцы, а инструменты многоразового применения тщательно стерилизовать, соблюдая все необходимые условия;

– донорскую кровь следует проверять на наличие антител к ВИЧ.

Вирусы как переносчики генетической информации. Существует гипотеза, что вирусы – это генетический материал, некогда покинувший клетку, но сохранивший способность к самовоспроизведению при возвращении в неё. Следовательно, в процессе эволюции вирусы возникли позже появления клеточной формы, а любое вирусное заражение надо рассматривать как получение клеткой некой чужеродной генетической информации.

Многие вирусы способны не только привносить в организм хозяина свою наследственную информацию, но и, встраиваясь в ДНК хозяина, изменять работу клеточных генов. В процессе копирования вирусной ДНК иногда происходит частичное копирование и генетического материала хозяина. В этом случае новые собранные вирусные частицы, покидающие клетку, будут уносить с собой копию некой наследственной информации хозяина. Таким образом вирусы могут переносить гены между организмами разных видов, отрядов и даже классов, скрещивание которых в принципе невозможно. В настоящее время вирусы рассматривают не только как возбудителей инфекционных болезней, но и как переносчиков генов между организмами.

Вопросы для повторения и задания

1. Как устроены вирусы?

2. Каков принцип взаимодействия вируса и клетки?

3. Опишите процесс проникновения вируса в клетку.

4. В чём проявляется действие вирусов на клетку?

5. Используя знания о путях распространения вирусных и бактериальных инфекций, предложите пути предотвращения инфекционных заболеваний.

6. Предложите несколько разных классификаций вирусов. Какие критерии вы положили в основу этих классификаций? Сравните свои классификации и классификации, которые создали ваши одноклассники.

Подумайте! Выполните!

1. Объясните, почему вирус может проявить свойства живого организма, только внедрившись в живую клетку.

2. Почему вирусные заболевания имеют характер эпидемий? Охарактеризуйте меры борьбы с вирусными инфекциями.

3. Выскажите своё мнение о времени появления на Земле вирусов в историческом прошлом, учитывая, что вирусы могут размножаться только в живых клетках.

4. Объясните, почему в середине XX в. вирусы стали одним из главных объектов экспериментальных генетических исследований.

5. Какие сложности возникают при попытках создать вакцину против ВИЧ-инфекции?

6. Объясните, почему перенос вирусами генетического материала от одного организма к другому называют горизонтальным переносом. Как тогда, по вашему мнению, называют передачу генов от родителей детям?

Работа с компьютером

Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал и выполните задания.

Вироиды. В природе обнаружены инфекционные агенты гораздо меньше вирусов – вироиды. Они состоят только из молекулы кольцевой РНК и лишены каких-либо оболочек. Самые малые вироиды имеют длину всего 220 нуклеотидов. Вироиды обнаружены в клетках многих растений. Считается, что они представляют собой вырезанные участки иРНК, которые приобрели способность к репликации. При этом они не работают, как иРНК, и не кодируют белки.

Попадая в клетки растений, вироиды вмешиваются в работу генома клетки-хозяина и вызывают серьёзные заболевания растений. Так погибли миллионы кокосовых пальм на Филиппинах во второй половине XX в. Периодически от вироидов серьёзно страдают посадки картофеля, цитрусовых, огурцов, декоративных цветов и других диких и сельскохозяйственных растений. В животных клетках и у человека вироиды пока не обнаружены.

Вирусы и рак. Многие вирусы способны, проникая в клетки организма, встраивать свой геном в геном клетки, вызывая тем самым серьёзные нарушения в работе генетического аппарата нормальных клеток. В результате может произойти превращение нормальной клетки в раковую.

У многих животных (рыб, амфибий, птиц, млекопитающих) обнаружены десятки вирусов, вызывающих раковые заболевания. У человека обнаружены целые группы онковирусов. Полагают, что около 15 % опухолей человека провоцируются вирусной инфекцией.

Повторите и вспомните!

Человек

Иммунитет. Белки или полисахариды вирусов, попадающих в организм, являются антигенами. Антигены – это любые чужеродные вещества, которые при проникновении в организм воспринимаются как генетически чужеродные и вызывают иммунную реакцию. Иммунитетом называют способность организмов защищаться от болезнетворных микроорганизмов, вирусов и иных чужеродных тел и веществ, сохраняя тем самым постоянство своего состава и свойств.

Существует несколько видов иммунитета. Если иммунитет существует или возникает у человека без каких-либо специальных воздействий, его называют естественным. Иммунитет, полученный путём использования медицинских средств, носит название искусственного.

Естественный врождённый иммунитет одинаков у всех особей вида и передаётся по наследству, т. е. генетически закреплён. Так, человек не болеет многими болезнями, которые встречаются у животных. Например, человек никогда не заболеет собачьей чумкой, так же как собака не заболеет гриппом.

Искусственный пассивный иммунитет возникает при введении человеку лечебной сыворотки, которая уже содержит готовые антитела против возбудителя. Это особенно важно в том случае, если заражение уже произошло. Пассивный иммунитет нестойкий, сохраняется в течение 4–6 недель, на протяжении которых антитела постепенно разрушаются.

Ваша будущая профессия

1. Докажите, что базовые знания о процессах, происходящих на молекулярном и клеточном уровнях организации живого, необходимы не только биологам, но и специалистам в других областях естественных наук.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Глава XIV Как в развитии создается форма

Глава XIV Как в развитии создается форма Форма, возникающая в развитии, — форма целого организма, форма органа или форма клетки — это такой же важный признак организма, как и его биохимические свойства. Ho создание формы — значительно более сложный процесс. Это очевидно

1. Форма клеток

1. Форма клеток Форма клеток зависит от их внутренней структуры и свойств клеточной оболочки и от их окружения — соседних клеток и поверхностей контакта. Так, при культивировании отдельных клеток на поверхности стекла все клетки стремятся распластаться по субстрату.

Активное инструктирование как форма социального обучения

Форма тела рыб

50. Вирус полиомиелита, ЕСНО-вирусы, вирусы Коксаки

50. Вирус полиомиелита, ЕСНО-вирусы, вирусы Коксаки Вирус полиомиелита. Относится к семейству Picornaviridae, роду энтеровирусов.Это относительно небольшие вирусы с икосаэдральной симметрией. Геном образует несегментированная молекула +РНК.Каждая вирусная частица состоит из

2. ЕСНО-вирусы. Вирусы Коксаки

2. ЕСНО-вирусы. Вирусы Коксаки Относятся к семейству Picornaviridae, роду энтеровирусов.Строение вириона такое же, как у вируса полиомиелита.ЕСНО вирусы выделены в особую группу кишечных вирусов вследствие полного отсутствия патогенного действия на лабораторных животных.

Форма тела

Форма тела Самый высокий рост — у суданцев и негров, живущих в районе озера Чад, в Центральной Африке, самый низкий (150 сантиметров) — у пигмеев, тоже живущих в Центральной Африке. Высокие негры живут по соседству с пигмеями, питаются одинаковой с ними пищей, но выше их на

Движение — простейшая форма поведения

Движение — простейшая форма поведения Тропизмы Первое наиболее четкое различие между животными и растениями ясно каждому: растения не могут передвигаться, тогда как животные этим свойством обладают. И тем не менее именно движение растений (поворот к солнцу цветов)

Особая форма познания — игры

Особая форма познания — игры «По мнению У. Торпа, игра… животных всегда связана с элементом познания… У. Торп подчеркивает, что игра может иметь несколько назначений. Она помогает развить „двигательные функции молодого животного“, но игра может „вестись ради самой

2.1 Размер и форма

2.1 Размер и форма Размеры нейронов могут быть от 1 (размер фоторецептора) до 1000 мкм (размер гигантского нейрона у морского моллюска Aplysia) (см. [Сахаров, 1992]). Форма нейронов также исключительно разнообразна. Наиболее ясно форма нейронов видна при приготовлении препарата

Лейкоз — генерализованная форма рака

Глава II. Вирусы в природе и жизни человека

ФОРМА НАУЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ДОМИНАНТЫ

ФОРМА НАУЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ДОМИНАНТЫ К этой форме научения относятся случаи чрезвычайно быстрого образования условнорефлекторной реакции (1—2 сочетания стимула и подкрепления), на базе гипертрофированной, господствующей потребности (доминанты).Явление доминанты было

3.2. Форма и энергия

3.2. Форма и энергия В ньютоновской физике вся причинность рассматривалась на языке энергий, с позиций принципа движения и изменения.Все движущиеся вещи имеют энергию — кинетическую энергию движущихся тел, тепловые колебания и электромагнитное излучение, — и эта

Форма головы собаки и ее области

Форма головы собаки и ее области У различных пород собак имеется определенная форма черепной коробки. Это произошло в процессе выведения большого количества пород того или иного служебного направления. При выведении новых пород собак человек учитывал ряд служебных

Читайте также: