Вирусы

Вирусы — это неклеточные формы жизни, способные проникать в определённые живые клетки и размножаться исключительно внутри них. Они обладают собственным генетическим аппаратом, который кодирует синтез вирусных частиц из биохимических предшественников, находящихся в клетке-хозяине. При этом вирусы используют биосинтетические и энергетические системы этой клетки. Таким образом, вирусы являются внутриклеточными паразитами на генетическом уровне.

  • Открыты Д. И. Ивановским в 1890 году.
  • Термин «вирус» введён в 1899 году М. Бейеринком.

Вирусы поражают все группы живых организмов. На сегодняшний день описано около 500 вирусов теплокровных животных и более 300 вирусов высших растений. Некоторые виды раковых опухолей у животных, растений и, возможно, у человека имеют вирусную природу.

Формы существования и строение

Вирусы существуют в двух формах:

  • Покоящаяся (внеклеточная) — вирионы.
  • Репродуцирующаяся (внутриклеточная) — комплекс «вирус — клетка».

Все вирусы условно делят на простые и сложные.

Простые вирусы состоят из:

Некоторые из них способны кристаллизоваться. Форма вирионов может быть палочковидной, нитевидной или сферической.

Сложные вирусы, помимо капсида и нуклеиновой кислоты, могут содержать:

Основные характеристики:

  • Размер вирионов: 15 — 350 нм. Большинство видимы только в электронный микроскоп.
  • Нуклеиновая кислота: Вирусы обладают только одним её типом (либо ДНК, либо РНК), которая является носителем наследственной информации. Белки капсида защищают нуклеиновую кислоту и обусловливают ферментативные и антигенные свойства вируса.
  • Масса: Масса вирусной ДНК — от 1 × 10⁶ до 200 × 10⁶ дальтон, вирусной РНК — от 10⁶ до 15 × 10⁶ дальтон.
  • Форма нуклеиновых кислот: Многообразна. Наряду с двухцепочечными ДНК и одноцепочечными РНК встречаются одноцепочечные ДНК и двухцепочечные РНК. ДНК могут иметь линейную и кольцевую структуру, РНК, как правило, линейны.

Взаимодействие с клеткой-хозяином

Все активные процессы вируса протекают внутри клеток хозяина. Место размножения зависит от типа вируса: некоторые размножаются в ядре, другие — в цитоплазме, третьи — и в ядре, и в цитоплазме.

Различают три основных типа взаимодействия вируса и клетки:

  1. Продуктивная инфекция: Нуклеиновая кислота вириона индуцирует в заражённой клетке вирус-специфичные синтезы, что приводит к образованию нового поколения инфекционных вирусных частиц.
  2. Абортивная инфекция: Цикл репродукции прерывается на какой-либо промежуточной стадии, и потомство не образуется.
  3. Вирогения (латентная инфекция): Нуклеиновая кислота вируса встроена в геном клетки-хозяина и не способна к автономной репродукции. Частным случаем вирогении является лизогения у бактериофагов.

Цикл проникновения и выхода:

  1. Адсорбция: Начинается с прикрепления вирусной частицы к клеточной поверхности благодаря взаимодействию клеточных и вирусных рецепторов.
  2. Проникновение: Капсид претерпевает изменения, становится чувствительным к клеточным протеазам и разрушается, освобождая нуклеиновую кислоту. Нуклеиновая кислота многих вирусов животных высвобождается после проникновения в клетку путём пиноцитоза. У некоторых бактериофагов в клетку проникает свободная нуклеиновая кислота. Фитопатогенные вирусы проникают через повреждения в клеточной стенке растений.
  3. Сборка: Происходит после синтеза клеткой компонентов вируса. Вирусные частицы собираются спонтанно по типу кристаллизации (самосборка).
  4. Выход: Вирусные частицы могут выходить из клеток одновременно (при её разрушении, лизис) или постепенно (почкование), что приводит к различным патологическим явлениям в тканях организма-хозяина.

Происхождение и классификация

Существует несколько гипотез о происхождении вирусов:

Поскольку для эволюционной классификации вирусов данных недостаточно, их группируют на основании химических и морфологических свойств, выделяя более 70 семейств. Вирусы человека и животных включены в 17 семейств. Виды вирусов, как правило, имеют тривиальные названия: вирус табачной мозаики, вирус полиомиелита, бактериофаг Т4 и так далее.

Значение

Вирусы — ключевой объект молекулярной биологии и молекулярной генетики. Они широко применяются в работах по генетической инженерии и изучению канцерогенеза (процесса возникновения опухолей).

Современный контекст

С момента написания исходного текста вирусология совершила гигантский скачок. Количество описанных вирусов исчисляется тысячами, а их классификация стала более сложной и основанной на геномном анализе. Международный комитет по таксономии вирусов (ICTV) сейчас признаёт сотни родов и десятки порядков вирусов. Открыты гигантские вирусы (мимивирусы, пандоравирусы), размеры которых достигают 1.5 микрометра, что сравнимо с размерами мелких бактерий, и которые имеют сложный геном, кодирующий сотни белков, включая компоненты аппарата трансляции. Это стирает чёткую границу между вирусами и клеточными организмами и заставляет пересматривать гипотезы их происхождения. Кроме того, открытие и детальное изучение ретровирусов, таких как ВИЧ, и онкогенных вирусов (например, вируса папилломы человека) кардинально изменило понимание их роли в хронических заболеваниях и эволюции самого генома хозяина (через эндогенные ретровирусные элементы).