Вирусы

ВИРУСЫ (от латинского virus — яд) — неклеточные формы жизни, способные проникать в определённые живые клетки и размножаться только внутри них. Как и все другие организмы, вирусы обладают собственным генетическим аппаратом. Он кодирует синтез вирусных частиц из биохимических предшественников, находящихся в клетке-хозяине, используя её биосинтетические и энергетические системы. Таким образом, вирусы являются внутриклеточными паразитами на генетическом уровне.

Вирус табачной мозаики был открыт Д. И. Ивановским в 1892 году. Сам термин «вирусы» ввёл в 1899 году М. Бейеринк. Вирусы распространены в природе повсеместно и поражают все группы живых организмов. Описано около 500 вирусов, поражающих теплокровных позвоночных, и более 300 вирусов, поражающих высшие растения. Некоторые виды раковых опухолей у животных и, возможно, у человека имеют вирусную природу.

Формы существования и строение

Вирусы существуют в двух формах:

  • Покоящейся (внеклеточной): вирусные частицы, или вирионы.
  • Репродуцирующейся (внутриклеточной): комплекс «вирус–клетка».

Все вирусы условно делят на простые и сложные.

  • Простые вирусы состоят из нуклеиновой кислоты и белковой оболочки — капсида. Некоторые способны кристаллизоваться. Их форма может быть палочковидной, нитевидной или сферической.
  • Сложные вирусы, помимо капсида и нуклеиновой кислоты, могут содержать липопротеидную мембрану, углеводы и неструктурные белки-ферменты.

Размеры вирионов — от 15 до 350 нм (длина некоторых нитевидных вирусов растений достигает 2000 нм). Большинство видно только в электронный микроскоп.

Генетический материал:

  • Вирусы содержат всегда только один тип нуклеиновой кислоты — либо ДНК, либо РНК. Соответственно, их делят на ДНК-содержащие и РНК-содержащие.
  • Нуклеиновая кислота является носителем наследственной информации. Белки капсида защищают её и обусловливают ферментативные и антигенные свойства вируса.
  • Формы нуклеиновых кислот многообразны: встречаются как двухцепочечные, так и одноцепочечные ДНК и РНК. ДНК могут иметь линейную или кольцевую структуру, РНК, как правило, линейны. У некоторых вирусов РНК представлена набором фрагментов, каждый из которых несёт часть генетической информации.

Взаимодействие с клеткой

Все активные процессы вирусов протекают в клетках-хозяевах. Одни вирусы размножаются в ядре клетки, другие — в цитоплазме, третьи — и там, и там.

Выделяют три основных типа взаимодействия вируса и клетки:

  1. Продуктивная инфекция: нуклеиновая кислота вириона индуцирует в заражённой клетке вирус-специфические синтезы, что приводит к образованию нового поколения инфекционных частиц.
  2. Абортивная инфекция: цикл репродукции прерывается на промежуточной стадии, и потомство не образуется.
  3. Вирогения (лизогения): нуклеиновая кислота вируса встраивается в геном клетки-хозяина и не способна к автономной репродукции на данном этапе.

Цикл репродукции:

  1. Адсорбция: вирусная частица прикрепляется к поверхности клетки благодаря взаимодействию специфических рецепторов.
  2. Проникновение и «раздевание»: вирус попадает в клетку (часто путём пиноцитоза у животных вирусов или через повреждения в клеточной стенке у растений). Капсид разрушается, освобождая нуклеиновую кислоту.
  3. Синтез вирусных компонентов: на матрице вирусной нуклеиновой кислоты синтезируются вирус-специфические белки и происходит репликация (копирование) генетического материала вируса.
  4. Сборка (морфогенез): новые нуклеиновые кислоты и белки спонтанно собираются в зрелые вирионы. Этот процесс у некоторых простых вирусов удалось воспроизвести в искусственных условиях.
  5. Выход: вирусные частицы покидают клетку либо одновременно (при её разрушении — лизис), либо постепенно (почкование через мембрану без немедленной гибели клетки).

При продуктивном взаимодействии могут происходить патологические изменения в клетке: угнетение синтеза её собственных макромолекул, повреждение структур. Известны и защитные реакции клетки, например, образование интерферона.

Происхождение, классификация и значение

Пути эволюции вирусов окончательно не установлены. Существует несколько основных гипотез об их происхождении:

Классификация вирусов, из-за отсутствия данных об их филогении, строится на основе химических, морфологических свойств и особенностей репродукции. Вирусы объединяют в роды (окончание -virus, например, Enterovirus) и семейства (окончание -viridae, например, Poxviridae). Виды вирусов, как правило, имеют тривиальные названия (вирус табачной мозаики, вирус полиомиелита). Бинарная латинская номенклатура для них не прижилась.

Вирусы резко отличаются от всех других форм жизни. По строению — это нуклеопротеидные частицы, по способу существования — облигатные внутриклеточные паразиты. Будучи автономными генетическими структурами, они обладают ключевыми атрибутами жизни, включая способность к эволюции. Иногда их выделяют в особое царство живой природы — Vira.

Значение: Вирусы — важнейший объект молекулярной и генетической биологии. Их изучение помогло расшифровать генетический код, принципы работы генетического аппарата. Вирусы широко применяются в генетической инженерии и исследованиях канцерогенеза (развития рака).

Современный контекст

С момента написания исходной статьи знания о вирусах значительно расширились. Описаны многие тысячи новых вирусов, в том числе гигантские вирусы (мимивирусы, пандоравирусы), размеры и геномная сложность которых стирают границу между вирусами и клеточными организмами. Установлено, что вирусы играют ключевую роль в глобальных биогеохимических циклах, регулируя численность микробных сообществ в океанах. Развитие метагеномики позволило открыть огромное разнообразие вирусов в любых экосистемах, включая организм человека (виром). Современная таксономия, управляемая Международным комитетом по таксономии вирусов (ICTV), выделяет более 180 семейств вирусов, а их классификация всё больше учитывает данные геномного анализа и эволюционной истории.