Вирусы — неклеточные формы жизни¶
Вирусы — неклеточные инфекционные агенты, способные размножаться только внутри клеток-хозяев, используя их биохимический аппарат. Особенностью вирусов является то, что они не относятся ни к живым организмам, ни к неживым объектам в строгом смысле: вне клетки вирус представляет собой нуклеиновую кислоту (ДНК или РНК), заключённую в белковую оболочку (капсид), и не проявляет признаков жизнедеятельности, а внутри клетки приобретает способность к самовоспроизведению.
¶Структура и состав
Вирусная частица (вирион) состоит из двух основных компонентов:
- Геном — молекула ДНК или РНК, содержащая генетическую информацию. Геном может быть одно- или двухцепочечным, линейным или кольцевым.
- Капсид — белковая оболочка, защищающая нуклеиновую кислоту и обеспечивающая её транспорт к клетке-хозяину. Капсиды бывают икосаэдрическими, спиральными и сложными.
У ряда вирусов (например, у герпесвирусов и вирусов гриппа) дополнительно присутствует липидная оболочка, полученная от клеточной мембраны хозяина. На поверхности оболочки находятся гликопротеиновые шипы, определяющие тропность вируса — способность поражать определённые типы клеток.
Размеры вирусов составляют от 20 нм (пикорнавирусы) до 300 нм (пандоравирусы), что делает их невидимыми в обычный оптический микроскоп и требует использования электронной микроскопии.
¶Классификация
Вирусы классифицируются по нескольким признакам:
| Признак | Варианты |
|---|---|
| Тип нуклеиновой кислоты | ДНК-содержащие, РНК-содержащие |
| Строение капсида | Икосаэдрические, спиральные, сложные |
| Наличие липидной оболочки | Оболочечные, безоболочечные |
| Хозяин | Вирусы животных, растений, бактерий (бактериофаги), архей |
Современная таксономия вирусов основана на системе ICTV (Международного комитета по таксономии вирусов), которая группирует их в отдельное царство Riboviria и ряд других высших таксонов на основе строения генома и механизмов репликации.
¶Размножение
Ключевой особенностью вирусов является их обязательный паразитизм — вне клетки вирус не способен синтезировать белок, производить энергию или размножаться. Цикл репликации включает следующие этапы:
- Прикрепление (адсорбция) — вирус связывается с рецепторами на поверхности клетки.
- Проникновение (пенетрация) — геном вводится в клетку (через слияние оболочки с мембраной, эндоцитоз или инъекцию).
- Репликация и синтез белка — вирусные гены направляют аппарат клетки на производство вирусных компонентов.
- Сборка (матурация) — новые вирионы формируются из синтезированных компонентов.
- Выход из клетки — происходит либо путём лизиса клетки, либо budding (почкования) через мембрану.
Некоторые вирусы (например, ретровирусы) используют фермент обратную транскриптазу для синтеза ДНК на матрице РНК, а лямбдофаги и вирусы герпеса способны встраивать свой геном в хромосому хозяина, существуя в форме профага и переходя к активной репликации при определённых условиях.
¶Вирулентность и патогенность
Патогенность вируса — его способность вызывать заболевание — определяется рядом факторов: тропизмом к определённым тканям, механизмом подавления иммунного ответа, скоростью репликации и токсичностью вирусных белков. Многие вирусы вызывают персистентные (хронические) инфекции: вирус гепатита B, ВИЧ, вирус герпеса человека 8 типа.
Особый интерес представляет интеграция — встраивание вирусной ДНК в геном клетки-хозяина. Этот процесс лежит в основе онкогенного действия ряда вирусов (вирус папилломы человека, вирус Эпштейна — Барр), а также является механизмом, делающим эрадикацию вируса из организма крайне затруднительной.
¶Роль в природе и эволюции
Вирусы — наиболее многочисленные биологические объекты на Земле: их общая масса в океане оценивается в сотни миллионов тонн. Бактериофаги ежедневно уничтожают значительную часть морских бактерий, что существенно влияет на глобальный углеродный цикл. Считается, что вирусы сыграли важную роль в эволюции клеточных организмов, включая возникновение эукариот и горизонтальный перенос генов.
¶Применение
Несмотря на патогенную роль ряда вирусов, они широко используются в биотехнологии и медицине:
- Генная инженерия — вирусные векторы применяются для доставки генов в клетки.
- Вакцины — ослабленные или инактивированные вирусы (или их компоненты) используются для формирования иммунитета.
- Фаготерапия — применение бактериофагов для лечения бактериальных инфекций, устойчивых к антибиотикам.
- Биологическая борьба с вредителями — вирусы насекомых применяются в сельском хозяйстве.
¶История открытия
Вирусы были открыты в конце XIX века. В 1892 году русский учёный Дмитрий Иосифович Ивановский обнаружил, что возбудитель табачной мозаики проходит через бактериальные фильтры, задерживающие бактерии. Этот результат был подтверждён Мартинусом Бейеринком в 1898 году, который ввёл термин «фильтруемый вирус». Работы Ивановского считаются началом вирусологии как научной дисциплины.
¶Источники
- Лукашов Е. В. Вирусология: учебное пособие.
- Медведева Н. И. Вирусы и вирусные инфекции человека.
- Доклады Международного комитета по таксономии вирусов (ICTV).
- Фробишер М. Фундаментальная микробиология.