Вирусы относят к хемотрофам

Обновлено: 28.03.2024

Уско­рен­ная под­го­тов­ка к ЕГЭ с ре­пе­ти­то­ра­ми Учи.До­ма. За­пи­сы­вай­тесь на бес­плат­ное за­ня­тие!


-->


Задания Д4 № 14232

К автотрофам относят

1) споровые растения

2) плесневые грибы

3) одноклеточные водоросли

4) хемотрофные бактерии

6) большинство простейших

Автотрофы – организмы, способные синтезировать органические вещества из неорганических, использующие для этого солнечную энергию (фототрофы: все растения, кроме паразитических; цианобактерии) или энергию окисления неорганических веществ (хемотрофы: серобактерии, железобактерии, водородобактерии, нитрифицирующие бактерии).

Гетеротрофы – организмы, не способные синтезировать органические вещества из неорганических веществ (животные, грибы, большинство бактерий).

(1) споровые растения — автотрофы;

(2) плесневые грибы — гетеротрофы;

(3) одноклеточные водоросли — автотрофы;

(4) хемотрофные бактерии — автотрофы;

(5) вирусы — не являются автотрофами.

(6) большинство простейших — гетеротрофы;


Задания Д3 № 1318

Готовыми органическими веществами питаются организмы

Автотрофы делят на хемотрофы и фототрофы, сами синтезируют органические вещества из неорганических, гетеротрофы – используют готовые органические вещества.


Задание 18 № 10607

Установите соответствие между особенностями обмена веществ и организмами, для которых эти особенности характерны.

А) использование энергии солнечного света для синтеза АТФ

Б) использование энергии, заключённой в пище для синтеза АТФ

В) использование только готовых органических веществ

Г) синтез органических веществ из неорганических

Д) выделение кислорода в процессе обмена веществ

Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:

Автотрофы используют энергию солнца для образования органических веществ из неорганических в процессе фотосинтеза, который идет с выделением кислорода. Гетеротрофы используют готовые органические вещества. Эти вещества, разлагаясь до более простых соединений, дают гетеротрофам как материал для построения тела, так и энергию для жизненных процессов.


Задание 18 № 10609

Установите соответствие между особенностями питания организмов и их способами.

А) могут захватывать пищу путем фагоцитоза

Б) используют энергию, освобождающуюся при окислении неорганических веществ

В) получают пищу путем фильтрации воды

Г) синтезируют органические вещества из неорганических на свету

Д) используют энергию солнечного света

Е) используют энергию, заключенную в пище

Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:

Гетеротрофы питаются готовыми органическими веществами, получая из них энергию. Автотрофы сами образуют органические вещества, используя солнечную энергию и энергию окисления неорганических веществ.

гетеротрофы, например грибы не питаются путем фагоцитоза!

"могут". т.е. не обязательно все это делают (захватывают). Но зато у автотрофов точно нет фагоцитоза.


Задание 18 № 22273

Установите соответствие между особенностями и типами питания: к каждой позиции, данной в первом столбце, подберите соответствующую позицию из второго столбца.

А) преобразуют солнечную энергию в энергию органических веществ

Б) питаются за счёт фагоцитоза или осмотрофного способа питания

В) выделяют кислород при фотолизе воды в процессе фотосинтеза

Г) используют готовые органические вещества

Д) способны к хемосинтезу

Е) используют энергию окисления неорганических веществ

Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

1) автотрофы:А) преобразуют солнечную энергию в энергию органических веществ; В) выделяют кислород при фотолизе воды в процессе фотосинтеза; Д) способны к хемосинтезу; Е) используют энергию окисления неорганических веществ

2) гетеротрофы:Б) питаются за счёт фагоцитоза или осмотрофного способа питания; Г) используют готовые органические вещества;


Задания Д9 № 16232

Животные питаются готовыми органическими веществами, по способу питания они

Гетеротрофы — организмы, существующие за счёт использования готовых органических веществ.

К гетеротрофам относятся растительноядные и плотоядные животные, человек, грибы, а также растения и микроорганизмы, не обладающие способностью к фотосинтезу и хемосинтезу – образованию органических веществ за счёт энергии химических реакций.

Аэробы — организмы, способные жить и развиваться только при наличии свободного кислорода, который они используют для дыхания.


Задания Д3 № 1308

Готовыми органическими веществами питаются

Б,В,Г –растения, автотрофы, в процессе фотосинтеза сами производят органические вещества из неорганических в процессе фотосинтеза, а грибы – гетеротрофы, хлоропластов не имеют, питаются готовыми органическими веществами.


Задания Д3 № 1312

К автотрофным организмам относят

Автотрофы сами создают органические вещества из неорганических, эта группа делится на фототрофы, и хемотрофы. Фототрофы используют энергию солнечного света, а хемотрофы – энергию окисления неорганических веществ в клетке.

Разве животные не автотрофы.

нет! животные, практически все гетеротрофы, есть исключения - миксотрофы, но автотрофов среди животных нет.


Задания Д12 № 1316

Выберите простейшее, которое может питаться как растение

Зеленая эвглена по типу питания – миксотроф,в темноте она гетеротроф, как животные, а на свету – автотроф, как растения.

Цианобактерии также миксотрофы, но они относятся не к Простейшим, а к Бактериям.


Задания Д3 № 1317

Способность к хемоавтотрофному питанию характерна для

Животные и грибы – гетеротрофы, растения –автотрофы, часть бактерий – хемоавтотрофы.


Задания Д3 № 1323

К автотрофным организмам относят

Автотрофы – это растения, из перечисленных организмов к ним относится хлорелла, остальные организмы – грибы, относятся к гетеротрофам.

Но еще существуют хемоавтотрофные бактерии.

Вам нужно выбирать из конкретных организмов.


Задания Д3 № 2603

Все живые организмы в процессе жизнедеятельности используют энергию, которая запасается в органических веществах, созданных из неорганических

Органические вещества из неорганических способны создавать автотрофы, к ним относятся в первую очередь растения, т. к. имеют хлорофилл в хлоропластах, который является главным участником процесса фотосинтеза.


Задания Д3 № 11629

Биологический смысл гетеротрофного питания заключается в

Гетеротрофы — организмы, существующие за счёт использования готовых органических веществ, синтезированных автотрофами. Эти вещества, разлагаясь до более простых соединений, дают гетеротрофам как материал для построения тела, так и энергию для жизненных процессов.


Задания Д25 № 12581

Верны ли следующие суждения о характере питания разных организмов?

А. Организмы, неспособные сами синтезировать органические соединения из неорганических, относят к гетеротрофам.

Б. Организмы, способные к синтезу органических веществ за счёт энергии, выделяющейся при окислении неорганических веществ, относят к группе хемотрофов.

Оба суждения верные.

Гетеротрофы — организмы, использующие для питания исключительно или преимущественно органические вещества, произведенные другими видами (автотрофами), и неспособные синтезировать вещества своего тела из неорганических веществ.

Хемотрофы — организмы, получающие энергию в результате окислительно-восстановительных реакций, окисляя химические соединения, богатые энергией — хемосинтеза.

скорректируйте задание, сапротрофы (редуценты) тоже не способны син­те­зи­ро­вать ор­га­ни­че­ские со­еди­не­ния из не­ор­га­ни­че­ских

сапротрофы являются гетеротрофами

Но существуют такие протисты , как эвглена зелёная , которая способна к фотосинтезу , но в тоже время является гетеротрофом.

Эвглена зелёная по способу питания называется — миксотроф.


Задания Д24 C2 № 17375

Укажите основные способы пищевых отношений, в которые вступают бактерии в биоценозах.

Бактерии - сапрофиты - разлагают органику; бактерии - паразиты - питаются за счет живых организмов, наносят вред; бактериии- симбионты - питаются живой органикой, помогая организму.

и хемотрофы и фотосинтетики - как продуценты, могут быть начальным звеном в цепи питания, т. к. продуцируют органическое вещество.

интересно, про симбионтов наверное надо добавить, как именно они помогают орагнизму? не поедая же их органику?

Иногда и "их" органику поедать могут. При этом пользы всё равно больше приносят, чем наносят вреда

Скажите,пожалуйста, а не правильнее ли в ответе распределять по группам: продуценты, консументы, редуценты? Ведь вопрос о пищевых отношениях, а не о способах питания( или это одно и то же?)

Пищевые отношения: паразиты, симбионты.

Довольно странное пояснение. Всё же говорят про отношения. Мой ответ: 1.Симбиоз

3.Конкуренция и так далее. Не ясно почему в ответе говорится о том, кто и как питается.


Задание 24 № 18353

Найдите три ошибки в приведённом тексте. Укажите номера предложений, в которых сделаны ошибки, исправьте их.

1. Среди автотрофных организмов большое количество растений. 2. Наряду с автотрофным питанием существует гетеротрофное. 3. К гетеротрофам относят паразитические и сорные растения. 4. Сорные растения конкурируют с культурными за свет, воду, минеральные соли, . 5. Часто культурные растения не выдерживают конкуренции. 6. Растения-паразиты поглощают и из организмов растений, на которых паразитируют. 7. Они имеют многочисленные приспособления к паразитизму, например: корни-присоски

ошибки допущены в предложениях:

1) 3 – сорные растения относят к автотрофам;

2) 4 – сорные растения не конкурируют с культурными за ; или 4. Сорные растения конкурируют с культурными за свет, воду, минеральные соли,

3) 6 – растения-паразиты поглощают органические вещества из организмов растений, на которых паразитируют

Уско­рен­ная под­го­тов­ка к ЕГЭ с ре­пе­ти­то­ра­ми Учи.До­ма. За­пи­сы­вай­тесь на бес­плат­ное за­ня­тие!


-->

К какой группе относят растения, состоящие из клеток, недифференцированных на ткани

Животных относят к группе эукариотов, так как их клетки имеют

Организмы с гетеротрофным способом питания, которые не могут передвигаться, относятся к царству

Для животных, в отличие от растений, характерно

Большинство бактерий относится к группе организмов

К эукариотам относится

Обмен веществ отсутствует у

К прокариотам относятся

Организмы, клетки которых имеют хлоропласты, относят к царству

К организмам-симбионтам относят

Эукариоты с автотрофным способом питания относятся к царству

Организмы, клетки которых не имеют оформленного ядра, митохондрий, аппарата Гольджи, относят к группе

Какой организм относят к царству бактерий

Какая группа бактерий живет в содружестве с другими организмами

Заболевание туберкулезом легких у человека вызывает

Клетки животных относят к группе эукариотных, так как они имеют

Сходство строения клеток автотрофных и гетеро трофных организмов заключается в наличии

Растения, грибы, животные – это эукариоты, так как их клетки

Грибы, клетки которых имеют оболочку, ядро, цитоплазму с органоидами, относят к группе организмов

Организмы, которым для нормальной жизнедеятельности необходимо наличие кислорода в среде обитания, называют

Вирусы отличаются от растений, животных, грибов или бактерий тем, что они

К неклеточным формам жизни относятся

На рисунке изображен

Неклеточное строение имеют

Основное отличие в строении вируса оспы от дифтерийной палочки заключается в отсутствии у вируса

Самые маленькие размеры имеют

Не имеют клеточного строения

Вирусы могут размножаться только в

Капсид — это оболочка

Из белка и нуклеиновой кислоты состоят

Энергию окисления неорганических соединений используют для своей жизнедеятельности

Всегда являются паразитами

Какая группа организмов способна к фотосинтезу?

Бактерии сибирской язвы могут длительное время находиться в скотомогильниках в виде

К сапротрофам относят

Грибы, которые питаются органическими остатками растений и животных, относят к группе

В клетках большинства автотрофных организмов, в отличие от клеток гетеротрофов, происходит

Вирусы, в отличие от растений и животных, относят к

Из нуклеиновой кислоты, окружённой белковой капсулой, состоит

К эукариотам относятся

Какие организмы преобразуют энергию окисления неорганических веществ в макроэргические связи АТФ?

Плесневые грибы по способу питания относят к

Вирусы, как и некоторые бактерии и низшие грибы,

Хемотрофное питание характерно для

Из нуклеиновой кислоты и белковой капсулы состоит

Что из перечисленного изображено на рисунке?

Какой из перечисленных организмов относится к членистоногим?

Что из перечисленного изображено на рисунке?

Какой из перечисленных организмов относится к иглокожим?

Укажите пример гетеротрофного организма.

Укажите пример автотрофного организма.

Животные питаются готовыми органическими веществами, по способу питания они

Что является инфекционным началом вируса?

Установите соответствие между процессами, происходящими у представителей разных царств, и царством, для представителей которого данные процессы характерны.

Рис.1. Мумия Рамзеса V

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

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

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

Рис. 6. Маленькие вирусы-спутники внутри гигантского мимивируса

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.


Обзор

У вирусов архей семейства Bicaudaviridae вирионы имеют крайне необычную морфологию: к одному или двум концам заостренного капсида прикрепляются белковые хвосты, длина которых может варьировать.

Автор
Редактор

Вирусы заражают все клеточные формы жизни, и археи — не исключение. Хотя сейчас известно гораздо меньше вирусов архей, чем вирусов бактерий и эукариот, разнообразие устройства их вирионов и используемых молекулярных механизмов поражает воображение: некоторые из них имеют вирионы в форме бутылки, у других генетический материал в вирионе хранится в форме А-ДНК, третьи обзавелись уникальным типом биологических мембран или используют для выхода из зараженной археи ранее неизвестные клеточные структуры. Наша статья посвящена этим пока еще малоизученным, но удивительно самобытным генетическим элементам.

Давно прошли те времена, когда археи считались обитателями исключительно тех мест, где никакая другая клеточная жизнь существовать не может, например, горячих источников. В действительности, архей можно найти везде, даже в желудочно-кишечном тракте человека, однако наиболее многочисленны они на глубоководьях морей и океанов. Так, показано, что археи, окисляющие ионы аммония до нитрата (они относятся к типу Thaumarchaeota) являются одной из самых многочисленных клеточных форм жизни в океанах. Неудивительно, что и вирусы архей также очень многочисленны: метагеномный анализ показал, что в некоторых зонах на долю вирусов архей приходится около 10% самых распространенных там вирусов. Объемы клеток архей, которые погибают из-за вирусов, тоже впечатляют: установлено, что в верхних 50 см океанического донного грунта клетки архей, лизированные вирусами, составляют до трети всей ежегодной биомассы погибших микробов, что соответствует 0,3–0,5 гигатоннам углерода ежегодно [1].

Все известные на данный момент вирусы архей имеют геномы, представленные ДНК: одноцепочечной или двухцепочечной, кольцевой или линейной. Недавно, однако, в горячих источниках Йеллоустонского национального парка, которые населены почти исключительно археей Sulfolobus solfataricus, с помощью метагеномики обнаружили вирусный РНК-геном, отдаленно напоминающий эукариотические РНК-вирусы, поэтому, возможно, существуют и РНК-содержащие вирусы архей.

Пока вирусы архей представлены 17 семействами. Стоит отметить, что вирусы архей, вообще-то, составляют две сильно различающиеся группы. К первой относят вирусы, которые структурно и генетически близки к вирусам бактерий и эукариот, а ко второй — вирусы, уникальные для архей и мало похожие на вирусы других клеточных форм. Практически все специфические для архей вирусы поражают представителей типа Crenarchaeota, а вирусы, близкие к бактериофагам и вирусам эукариот, чаще всего паразитируют на археях типа Euryarchaeota [1].

Строение вирусных частиц

Вирусы, специфичные для архей, нередко имеют вирионы необычной формы (рис. 1а).

Так, представители семейства Ampullaviridae имеют вирионы в виде бутылок из-под шампанского, причем поверх белков капсида они обтянуты липидной оболочкой. А у членов семейства Spiraviridae вирионы в виде спиралей. Столь необычная форма вирионов у вирусов этих двух семейств связана с особым способом упаковки генома при помощи белков капсида [1].

Морфология вирионов вирусов, специфичных для архей

Рисунок 1а. Морфология вирионов вирусов, специфичных для архей. Просвечивающая электронная микроскопия.

Морфология вирионов некоторых вирусов архей и бактерий

Рисунок 1б. Морфология вирионов некоторых вирусов архей и бактерий

Некоторые специфичные для архей вирусы имеют веретеновидные капсиды. Среди них у вирусов семейства Fuselloviridae на одном из заостренных концов капсида находится пучок белковых филаментов, а у членов семейства Bicaudaviridae на одном или двух концах капсида — одиночные придатки в виде хвостов. Не менее удивительна морфология вирионов Guttaviridae: у этих вирусов вирионы тоже похожи на веретено, однако один их конец закруглен и имеет каплевидную форму [1].

У многих специфичных для архей вирусов нитчатые вирионы, которые могут нести специальные придатки, предназначенные для распознавания клеток архей. Иногда, как у вирусов семейства Tristromaviridae, капсид сформирован не одним, а тремя типами белков [1].

Некоторые вирусы, специфичные для архей, имеют сферические вирионы, причем иногда поверх капсида находятся липидная мембрана и еще один слой белков, из-за чего частицы принимают икосаэдрическую форму [1].

Вирионы Pleolipoviridae по строению похожи на везикулы, которые образуют многие археи: голая геномная ДНК находится внутри мембранного пузырька, который пронизан белками двух типов. Такие пузырьки могут содержать как одноцепочечную, так и двухцепочечную ДНК линейной или кольцевой формы [1].

Морфология вирионов вирусов архей, родственных бактериофагам и вирусам эукариот

Рисунок 2. Морфология вирионов вирусов архей, родственных бактериофагам и вирусам эукариот. Просвечивающая электронная микроскопия.

Чем можно объяснить столь необычную морфологию вирусов архей? Вирионы некоторых из них удалось не только рассмотреть под электронным микроскопом, но и детально изучить с помощью криоэлектронной микроскопии. Так ученые выяснили, что геномы некоторых вирусов архей в капсидах находятся в А-форме! Это первый известный случай, когда А-форма ДНК присутствует в живых организмах в нормальных условиях. Один из вирусов с геномом в виде А-ДНК, AFV1, имеет очень тонкую липидную оболочку с необычным химическим составом — главным ее компонентом является липид глицеролдибифитанилглицеролтетраэфир (GDGT-0), имеющий необычную U-образную конфигурацию (рис. 3). В мембране, состоящей их таких липидов, их гидрофильные головки обращены наружу, а гидрофобные дуги — внутрь. Наряду с фосфолипидным бислоем и монослоем архей такое строение можно считать третьим из известных типов биологических мембран [1].

GDGT-0

Рисунок 3. Химическая структура GDGT-0 (вверху), его схематическое представление (внизу слева; красным цветом показаны гидрофильные головки) и модель (внизу справа) в U-образной конформации подпись

Геномы

Все выделенные на данный момент вирусы архей имеют ДНК-геномы (хотя, как отмечалось выше, в горячих источниках Йеллоустона с помощью метагеномики удалось найти РНК-геном возможного вируса архей). В большинстве случаев геном представлен двухцепочечной молекулой ДНК, и лишь у членов семейств Spiraviridae и Pleolipoviridae геномы состоят из одноцепочечной ДНК. Размеры геномов архейных вирусов варьируют от 5300 пар нуклеотидов (п.н.) у клававируса APBV1 (это один из мельчайших известных геномов ДНК-содержащих вирусов) до 143 800 п.н. у миовируса HGTV-1. Как правило, вирусы, специфичные для архей, имеют меньшие геномы, чем вирусы архей, родственные бактериофагам и вирусам эукариот [2].

Механизмы репликации геномов вирусов архей экспериментально изучены лишь для небольшого числа вирусов. Известно, что ДНК представителей порядка Caudovirales (которые, кстати, имеют самые большие геномы среди архейных вирусов) кодирует часть или даже все компоненты аппарата репликации ДНК: ДНК-полимеразы, белки скользящего зажима (PCNA), праймазы и хеликазы. Имеющие более скромные размеры геномов вирусы архей, как правило, кодируют белки, которые необходимы для привлечения аппарата репликации клетки-хозяина. Стоит, однако, отметить, что в геномах многих вирусов, специфичных для архей, не удалось найти белки, связанные с репликацией ДНК, так что они либо полностью зависимы от аппарата репликации клетки-хозяина, либо используют уникальные, пока еще не изученные механизмы репликации ДНК. Например, удалось показать, что и инициация, и терминация репликации генома липотриксвируса AFV1 связаны с рекомбинационными процессами [1].

Механизмы упаковки генома в капсид у вирусов архей детально не изучены. Тем не менее известно, что члены порядка Caudovirales имеют гомологи терминазы, которая упаковывает геномную ДНК в пустой капсид. Механизм формирования вирионов с использованием терминазы используют также вирусы бактерий и эукариот. Можно предположить, что упаковка генома в капсид у вирусов архей протекает так же, как и у бактериофагов и вирусов эукариот, а вот в плане репликации ДНК вирусы архей или целиком зависят от клетки-хозяина, либо используют уникальные, пока еще не изученные механизмы [1].

Взаимодействие с клеткой-хозяином

Выход зрелых вирионов из клетки архей во многих случаях напоминает отпочковывание от эукариотической клетки-хозяина у вируса гриппа, ВИЧ и вируса Эбола. Когда вирион покидает клетку археи, он забирает с собой фрагмент ее мембраны, который становится дополнительной оболочкой поверх капсида. У некоторых вирусов архей финальные стадии созревания вирионов происходят уже после выхода из клетки, когда капсид претерпевает морфологические перестройки [1].

У некоторых вирусов архей (а именно, представителей семейств Rudiviridae и Turriviridae) все стадии созревания вириона проходят в цитоплазме клетки. Новые вирусные частицы покидают клетку через специальные структуры с семиосевой симметрией на их поверхности, которые получили название вирусассоциированных пирамид (virus-associated pyramids, VAP). VAP образуются на внутренней поверхности мембраны зараженной клетки, проходят сквозь ее поверхностный S-слой и открываются на финальных этапах инфекции, давая возможность вирионам выйти из клетки (рис. 4) [1].

Вирусассоциированная пирамида

Рисунок 4. Вирусассоциированная пирамида. а и б — Пирамида на поверхности клетки археи Pyrobaculum oguniense в закрытой (а) и открытой (б) конформациях. в и г — Открытая пирамида вируса SIRV2 на поверхности Sulfolobus islandicus. а–в — Визуализация с помощью трансмиссионной электронной микроскопии. г — С помощью электронной криотомографии (CryoET).

Выход некоторых вирусов архей из клетки сопровождается ее лизисом. К их числу относятся вирусы семейства Tristromaviridae, которые, хотя и развиваются целиком в цитоплазме, каким-то образом ухитряются приобрести липидную оболочку. Примечательно, что сифовирус ψM2 кодирует фермент псевдомуреинэндоизопептидазу, который разрушает псевдомуреиновую клеточную стенку археи [1].

Эволюция и родственные связи

Вирусы, специфичные для архей, как правило, заражают только представителей типа Crenarchaeota. Они отличаются от всех других вирусов не только нестандартной морфологией вирионов, но и генетически: около 90% их генов не имеет гомологов в существующих базах данных. В геномах некоторых архейных вирусов не удалось найти ни одного белка, для которого существовал бы функционально охарактеризованный белок-гомолог.

Иногда, если гомологию не удается установить по нуклеотидным или аминокислотным последовательностям, на помощь приходят пространственные структуры. Действительно, для различных белков вирусов архей получили пространственные структуры, но ситуация от этого не стала яснее: оказалось, что во многих из них содержатся совершенно уникальные структурные мотивы. Более того, функции многих генов вирусов архей совершенно непонятны: так, оказалось, что фузелловирус SSV1 может спокойно обойтись без половины своих генов. Можно предположить, что такие неохарактеризованные гены-сироты кодируют белки, участвующие во взаимодействии вируса с клеткой архей, например, противодействующие системам CRISPR-Cas [1].

Впрочем, многие вирусы архей родственны некоторым бактериофагам и вирусам эукариот. Однако вирусы, специфичные для архей, стоят особняком среди всех ДНК-содержащих вирусов. Более того, различные группы вирусов, специфичных для архей, неродственны друг другу и эволюционируют независимо друг от друга. Высказывается предположение, что некоторые группы специфичных для архей вирусов появились на заре эволюции клеточной жизни и были впоследствии утрачены бактериями и эукариотами. Другие группы специфичных архейных вирусов могли появиться в момент обособления домена архей или даже позже, в отдельных группах архей [1].

Любопытно, что некоторые вирусы архей родственны лишенным капсидов мобильным генетическим элементам (например, плазмидам) . Эти вирусы, так же как и мобильные генетические элементы, имеют родственные гены основных белков репликативного аппарата [1], [2].

Несмотря на то, что мы только-только начинаем приподнимать завесу тайны над вирусами архей, многие уже известные особенности их морфологии или генетического аппарата поражают воображение. Несомненно, дальнейшее изучение вирусов архей при помощи метагеномики и других подходов подарит нам множество сюрпризов.


Обзор

Автор
Редакторы

Обратите внимание!

Спонсоры конкурса: Лаборатория биотехнологических исследований 3D Bioprinting Solutions и Студия научной графики, анимации и моделирования Visual Science.

Эволюция и происхождение вирусов

В 2007 году сотрудники биологического факультета МГУ Л. Нефедова и А. Ким описали, как мог появиться один из видов вирусов — ретровирусы. Они провели сравнительный анализ геномов дрозофилы D. melanogaster и ее эндосимбионта (микроорганизма, живущего внутри дрозофилы) — бактерии Wolbachia pipientis. Полученные данные показали, что эндогенные ретровирусы группы gypsy могли произойти от мобильных элементов генома — ретротранспозонов. Причиной этому стало появление у ретротранспозонов одного нового гена — env, — который и превратил их в вирусы. Этот ген позволяет вирусам передаваться горизонтально, от клетки к клетке и от носителя к носителю, чего ретротранспозоны делать не могли. Именно так, как показал анализ, ретровирус gypsy передался из генома дрозофилы ее симбионту — вольбахии [7]. Это открытие упомянуто здесь не случайно. Оно нам понадобится для того, чтобы понять, чем вызваны трудности борьбы с вирусами.

Из давних письменных источников, оставленных историком Фукидидом и знахарем Галеном, нам известно о первых вирусных эпидемиях, возникших в Древней Греции в 430 году до н.э. и в Риме в 166 году. Часть вирусологов предполагает, что в Риме могла произойти первая зафиксированная в источниках эпидемия оспы. Тогда от неизвестного смертоносного вируса по всей Римской империи погибло несколько миллионов человек [8]. И с того времени европейский континент уже регулярно подвергался опустошающим нашествиям всевозможных эпидемий — в первую очередь, чумы, холеры и натуральной оспы. Эпидемии внезапно приходили одна за другой вместе с перемещавшимися на дальние расстояния людьми и опустошали целые города. И так же внезапно прекращались, ничем не проявляя себя сотни лет.

Вирус натуральной оспы стал первым инфекционным носителем, который представлял действительную угрозу для человечества и от которого погибало большое количество людей. Свирепствовавшая в средние века оспа буквально выкашивала целые города, оставляя после себя огромные кладбища погибших. В 2007 году в журнале Национальной академии наук США (PNAS) вышла работа группы американских ученых — И. Дэймона и его коллег, — которым на основе геномного анализа удалось установить предположительное время возникновения вируса натуральной оспы: более 16 тысяч лет назад. Интересно, что в этой же статье ученые недоумевают по поводу своего открытия: как так случилось, что, несмотря на древний возраст вируса, эпидемии оспы не упоминаются в Библии, а также в книгах древних римлян и греков [9]?

Строение вирусов и иммунный ответ организма

Дмитрий Ивановский и Эдвард Дженнер

Рисунок 1. Первооткрыватель вирусов Д.И. Ивановский (1864–1920) (слева) и английский врач Эдвард Дженнер (справа).

Строение ВИЧ

Почти все известные науке вирусы имеют свою специфическую мишень в живом организме — определенный рецептор на поверхности клетки, к которому и прикрепляется вирус. Этот вирусный механизм и предопределяет, какие именно клетки пострадают от инфекции. К примеру, вирус полиомиелита может прикрепляться лишь к нейронам и потому поражает именно их, в то время как вирусы гепатита поражают только клетки печени. Некоторые вирусы — например, вирус гриппа А-типа и риновирус — прикрепляются к рецепторам гликофорин А и ICAM-1, которые характерны для нескольких видов клеток. Вирус иммунодефицита избирает в качестве мишеней целый ряд клеток: в первую очередь, клетки иммунной системы (Т-хелперы, макрофаги), а также эозинофилы, тимоциты, дендритные клетки, астроциты и другие, несущие на своей мембране специфический рецептор СD-4 и CXCR4-корецептор [13–15].

Генетическая организация ВИЧ-1

Одновременно с этим в организме реализуется еще один, молекулярный, защитный механизм: пораженные вирусом клетки начинают производить специальные белки — интерфероны, — о которых многие слышали в связи с гриппозной инфекцией. Существует три основных вида интерферонов. Синтез интерферона-альфа (ИФ-α) стимулируют лейкоциты. Он участвует в борьбе с вирусами и обладает противоопухолевым действием. Интерферон-бета (ИФ-β) производят клетки соединительной ткани, фибробласты. Он обладает таким же действием, как и ИФ-α, только с уклоном в противоопухолевый эффект. Интерферон-гамма (ИФ-γ) синтезируют Т-клетки (Т-хелперы и (СD8+) Т-лимфоциты), что придает ему свойства иммуномодулятора, усиливающего или ослабляющего иммунитет. Как именно интерфероны борются с вирусами? Они могут, в частности, блокировать работу чужеродных нуклеиновых кислот, не давая вирусу возможности реплицироваться (размножаться).

Вирус Эбола

Причины поражений в борьбе с ВИЧ

Тем не менее нельзя сказать, что ничего не делается в борьбе с ВИЧ и нет никаких подвижек в этом вопросе. Сегодня уже определены перспективные направления в исследованиях, главные из которых: использование антисмысловых молекул (антисмысловых РНК), РНК-интерференция, аптамерная и химерная технологии [12]. Но пока эти антивирусные методы — дело научных институтов, а не широкой клинической практики*. И потому более миллиона человек, по официальным данным ВОЗ, погибают ежегодно от причин, связанных с ВИЧ и СПИДом.

Схема развития феномена ADE

Подобный вирусный механизм характерен не только для ВИЧ. Он описан и при инфицировании некоторыми другими опасными вирусами: такими, как вирусы Денге и Эбола. Но при ВИЧ антителозависимое усиление инфекции сопровождается еще несколькими факторами, делая его опасным и почти неуязвимым. Так, в 1991 году американские клеточные биологи из Мэриленда (Дж. Гудсмит с коллегами), изучая иммунный ответ на ВИЧ-вакцину, обнаружили так называемый феномен антигенного импринтинга [23]. Он был описан еще в далеком 1953 году при изучении вируса гриппа. Оказалось, что иммунная система запоминает самый первый вариант вируса ВИЧ и вырабатывает к нему специфические антитела. Когда вирус видоизменяется в результате точечных мутаций, а это происходит часто и быстро, иммунная система почему-то не реагирует на эти изменения, продолжая производить антитела к самому первому варианту вируса. Именно этот феномен, как считает ряд ученых, стоит препятствием перед созданием эффективной вакцины против ВИЧ.

Макрофаг, инфицированный ВИЧ-1

Открытие биологов из МГУ — Нефёдовой и Кима, — о котором упоминалось в самом начале, также говорит в пользу этой, эволюционной, версии.

Мембрана макрофага и ВИЧ

Сегодня не только ВИЧ представляет опасность для человечества, хотя он, конечно, самый главный наш вирусный враг. Так сложилось, что СМИ уделяют внимание, в основном, молниеносным инфекциям, вроде атипичной пневмонии или МЕRS, которыми быстро заражается сравнительно большое количество людей (и немало гибнет). Из-за этого в тени остаются медленно текущие инфекции, которые сегодня гораздо опаснее и коварнее коронавирусов* и даже вируса Эбола. К примеру, мало кто знает о мировой эпидемии гепатита С, вирус которого был открыт в 1989 году**. А ведь по всему миру сейчас насчитывается 150 млн человек — носителей вируса гепатита С! И, по данным ВОЗ, каждый год от этой инфекции умирает 350-500 тысяч человек [33]. Для сравнения — от лихорадки Эбола в 2014-2015 гг. (на состояние по июнь 2015 г.) погибли 11 184 человека [34].

* — Коронавирусы — РНК-содержащие вирусы, поверхность которых покрыта булавовидными отростками, придающими им форму короны. Коронавирусы поражают альвеолярный эпителий (выстилку легочных альвеол), повышая проницаемость клеток, что приводит к нарушению водно-электролитного баланса и развитию пневмонии.

Воссозданный вирус H1N1

Рисунок 8. Электронная микрофотография воссозданного вируса H1N1, вызвавшего эпидемию в 1918 г. Рисунок с сайта phil.cdc.gov.

Почему же вдруг сложилась такая ситуация, что буквально каждый год появляются новые, всё более опасные формы вирусов? По мнению ученых, главные причины — это сомкнутость популяции, когда происходит тесный контакт людей при их большом количестве, и снижение иммунитета вследствие загрязнения среды обитания и стрессов. Научный и технический прогресс создал такие возможности и средства передвижения, что носитель опасной инфекции уже через несколько суток может добраться с одного континента на другой, преодолев тысячи километров.

Читайте также: