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:
- Нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК).
- Белковой оболочки — капсида.
Некоторые из них способны кристаллизоваться. Форма вирионов может быть палочковидной, нитевидной или сферической.
Сложные вирусы, помимо капсида и нуклеиновой кислоты, могут содержать:
- Липопротеидную мембрану (суперкапсид).
- Углеводы.
- Неструктурные белки — ферменты.
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:
- Продуктивная инфекция: Нуклеиновая кислота вириона индуцирует в заражённой клетке вирус-специфичные синтезы, что приводит к образованию нового поколения инфекционных вирусных частиц.
- Абортивная инфекция: Цикл репродукции прерывается на какой-либо промежуточной стадии, и потомство не образуется.
- 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:
- Адсорбция: Начинается с прикрепления вирусной частицы к клеточной поверхности благодаря взаимодействию клеточных и вирусных рецепторов.
- 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.
- Сборка: Происходит после синтеза клеткой компонентов вируса. Вирусные частицы собираются спонтанно по типу кристаллизации (самосборка).
- 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:
- Вирусы — потомки древних доклеточных форм жизни, основанных на РНК как носителе наследственности.
- Вирусы возникли из микроорганизмов в результате их паразитической дегенерации.
- Вирусы развились из клеточных органоидов (митохондрий, хлоропластов) или генетических элементов (эписом).
- Вирусы — часть генома нормальных клеток, получившая автономию.
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).
