Bio-Lessons

Образовательный сайт по биологии

Вирусы. Бактериофаги. Вирусные заболевания.

Вирусы. Бактериофаги. Вирусные заболевания.

Вирусы (от лат. вирус — яд) – представляют собой мельчайшие неклеточные формы жизни. Вирусы имеют размеры 2-5*10 -7 см, что значительно меньше, чем бактериальная клетка (от 0,2 до 10 мкм). Рассмотреть вирусы возможно только с помощью электронного микроскопа, увеличивающий в 100 тысяч и более раз. Вирусы относятся к отдельному царству.

Вирусология – наука изучающая вирусы. Становление вирусологии как науки начинается с 30-х годов 20 века.

История открытия вирусов

Впервые вирус табачной мозаики (рис.1) был открыт русским ученым Д.И.Ивановским (1892г.) (рис.2).

Рис.1 Листья табака (слева) пораженные вирусом табачной мозаики (справа)

Студент Петербургского университета Дмитрий Ивановский выезжал на Украину и в Бессарабию для определения причин болезни табака. В листьях табака будущий ученый не обнаружил клеток бактерий, однако было замечено, что сок зараженного растения поражал здоровые листья. Используя свечу Шамберлана Ивановский профильтровал сок больного растения, тем самым исключив прохождение через фильтр мелких бактерий. Полученный фильтрат все равно вызывал заражение листьев табака. Это еще раз доказывало «невиновность» бактерий. Д.И.Ивановский попробовал культивировать возбудителя на питательной среде, однако это не дало результата. После проведенных опытов Дмитрий Иосифович пришел к выводу, что возбудитель является необычной природы и имеет размеры в разы меньше чем клетка бактерии. В последствие возбудитель был назван «фильтрующиеся бактерии».

Рис.2 Д.И.Ивановский — первооткрыватель вирусов

Свои выводы ученый изложил в труде «О двух болезнях табака» в 1892 году. Именно этот год считается годом открытия вирусов.

Наряду с Д.И.Ивановским изучением вирусов занимался голландский микробиолог Мартин Бейеринк, который в 1898 году повторив опыты русского ученого, назвал вирусный раствор – «заразной живой жидкостью» или «жидкий живой контагий».

Первый вирус животных (вирус ящура) был описан в 1897 году Лёффером и Фрошем. В 1901 году вирус желтой лихорадки был открыт англичанами У. Ридом и Д. Кэрроллом.

В 1917 году Ф.д’Эррелем был открыт бактериофаг – вирус, поражающий бактерии.

Удивительно то, что первая вакцина от оспы была предложена за 100 лет до открытия вирусов, в 1796 году английским врачом Э.Дженнером. Второй по открытию стала – антирабическая вакцина, представленная французским ученым микробиологом Л.Пастером в 1885 году.

Названия «ультравирус» и «фильтрующий вирус» использовались в науке до укоренившегося ныне краткого термина — «вирус», который впервые применил Л.Пастер.

Строение и формы вирусов

Вирусы — неклеточные частицы, состоящие из белковой оболочки (капсид) и собственного генетического материала в виде нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК) (рис.3).

Рис.3 Строение вируса иммунодефицита человека (ВИЧ)

Вирусы могут обладать разнообразными формами: шаровидные, овальные, палочковидные, нитевидные, цилиндры, тетраэдры, октаэдры и др.(рис.4).

Рис.4 Разнообразные формы и виды вирусов

Более сложные вирусы имеют в своем составе дополнительные белковые или липопротеидные оболочки. Вирусы гриппа и герпеса кроме белковой оболочки могут содержать и углеводы.

ДНК-содержащие вирусы	РНК-содержащие вирусы
оспы	бешенства
герпеса	кори
бактериофаги Т-группы	СПИДа и лейкоза
гепатита В	гепатита А
паповавирусы	гриппа
аденовирусы	полимиелита
цитомегаловирус	ОРЗ
Эпштейн-Бара	желтой лихорадки
и др.	краснухи и др.

Геном вирусов может быть представлен однонитчатыми и двунитчатыми молекулами ДНК (вирус оспы человека, овец, свиней, аденовирус человека) и РНК (матрица для вирусов насекомых и других животных). Вирусы с однонитчатой молекулой РНК (энцефалит, краснуха, корь, бешенство, грипп и др.).

Вне живой клетки вирус не питается, не передвигается, не растет, не размножается и не проявляет других свойств живого.

Размножение вирусов

Вирусы способны размножаться только внутри живой клетки. Вирус проникает внутрь клетки путем связывания его с особым протеином – рецептором, расположенным на поверхности клетки. На поверхности чувствительной клетки происходит связывание с рецептором, после чего присоединившейся участок погружается в цитоплазму и превращается в вакуоль. Стенки вакуоли, состоящей из цитоплазматической мембраны способны сливаться с другими вакуолями или даже ядром. В результате вирус достигает любой участок клетки.

Основные этапы заражения вирусом:
1.Присоединение вируса к мембране клетки-хозяина.
2.Впрыскивание своей нуклеиновой кислоты (НК) в цитоплазму клетки-хозяина. Капсид остается снаружи.
3. ДНК вируса у эукариотической клетки проникает в ядро клетки и встраивается в ДНК хозяина. В бактериальной клетке ДНК вируса встраивается в ДНК бактерии. РНК содержащие вирусы вначале делают из нее копию в виде ДНК, а затем полученную ДНК встраивают в хромосому или нуклеотид клетки-хозяина.
4. Генетический материал клетки хозяина перестает функционировать. В ядре осуществляется синтез копий вирусной НК, а в цитоплазме на рибосомах – синтез копий вирусного капсида.
5. Образуются функциональные вирусы. НК «одевается» в капсид, происходит сборка вирусных частиц.
6. Образовавшиеся вирусы выходят из клетки-хозяина, так как первая исчерпала свои ресурсы. Вирусы продолжают проникать в новые клетки, расположенные поблизости.

Описанные этапы характерны для литических (от греч. «лизис» — растворение, разрушение, распад) вирусов, вызывающие разрушение или гибель клетки. Существует так же второй вид, так называемых «умеренных» вирусов. Они встраиваю свою нуклеиновую кислоту в ДНК клетки.

Паразитируя на генетическом уровне живой клетки, они встраиваются в ее геном. Внедрив свой генетический код в молекулу ДНК, вирус становится частью живой клетки. В такой форме он может не проявлять себя неопределенно долгое время. В какой-то момент вирусные частицы ДНК «включаются» одновременно во всех зараженных клетках, вызывая их гибель.

Данный процесс до конца не изучен, и возможно именно он мог бы решить вопрос возникновения онкологических заболеваний.

Быстрая способность адаптироваться и видоизменяться, подстраиваясь к геному клетки, делает некоторые вирусные заболевания практически неизлечимыми. Таким образом, вирусы представляют паразитизм на генетическом уровне (рис.5).

Рис.5 Размножение вируса гриппа

Совсем по-другому проникает в клетку вирус бактерий – бактериофаг (от греч. фагос – «пожирающий»)(рис.6).

Рис.6 Строение бактериофага

Бактериофаг состоит из головки, хвостика и нескольких хвостовых отростков (белковых нитей). Наружная часть головки покрыта белковой оболочкой. Во внутренней части головки расположена ДНК, а внутри хвоста проходит центральный канал. Из-за толстых клеточных стенок бактерий белок-рецептор бактериофага не может погрузиться в цитоплазму.

Удерживаясь на поверхности клетки за счет шипов, расположенных под базальной мембраной, бактериофаг пронзает стенку бактерии и вводит внутрь полый стержень. По этому стержню в цитоплазму поступает ДНК (или РНК). Геном бактериофага проникает внутрь клетки, а оболочка остается снаружи. Спустя время, сформировавшиеся зрелые фаговые частицы разрушают бактерию изнутри и выходят наружу (рис.7).

Рис.7 Размножение бактериофага

Обладая способностью полного уничтожения бактериальной клетки, бактериофаги могут быть использованы для лечения разнообразных бактериальных заболеваний (холеры, дизентерии, брюшного тифа и др.).

Отмечено, что отделение от вирусной частицы нуклеиновой кислоты приводит к потере инфекционной способности к репродукции. Это говорит о том, что нуклеиновая кислота играет важную роль в размножении вируса.

При благоприятных условиях вирус очень быстро размножается. Так, за 30 минут в одной клетке появляются сотни новых вирусов.

Вирусы могут продолжительно сохраняться в почве, воде и другим средах. Некоторые представители устойчивы к высоким температурам (свыше +100С) и высушиванию.

Виды вирусных заболеваний

В настоящее время известно около 400 видов вирусов растений и около 500 видов вирусов животных.Вирусы растений вызывают поражение листьев и других органов, вызывая появление разноцветных или бесцветных пятен и полосок. Вирусы вызывают замедление роста растений, изменяет их форму и снижает урожайность.

Наиболее опасными для человека являются вирусы гепатита – А, В, С. Вирус способен сильно повреждать ткани печени, вызвав необратимые последствия.

ВИЧ.СПИД

Более опасную для человечества форму представляет вирус иммунодефицита человека или сокращенно ВИЧ (HIV). Попав в кровь, ВИЧ, поражает иммунную систему человека, приводя к развитию болезни под названием СПИД (синдром приобретенного иммунодефицита человека). РНК-содержащий ВИЧ атакует белые кровяные клетки – лимфоциты, отвечающие за иммунитет, делая человека уязвимым для других болезней.

Внедренный в лимфоциты РНК вирус начинает синтезировать фермент – ревертазу. Этот фермент служит матрицей для последующего синтеза молекулы ДНК. Синтезированная вирусная ДНК встраивается в хромосому лимфоцита. После чего вирус долгое время может не проявлять себя. Это может длиться от 1 до 2 лет, а иногда и более. Спустя время вирусная ДНК начинает проявлять себя, синтезируя сотни тысяч вирусов, что в итоге приводит к разрушению лимфоцита.

Вероятность заражения ВИЧ увеличивается при прямом контакте с кровью больного человека. Распространенные пути передачи вируса; незащищенный половой контакт с инфицированным человеком, инъекции шприцом, переливание крови. ВИЧ не передается воздушно-капельным путем, через укусы насекомых, посуду, при рукопожатиях и пользовании общественными местами (туалеты, бассейны, бани и т.п.).
В настоящее время вакцины против СПИДа нет, но существуют медицинские препараты на основе азотимидина и ингибиторов протеаз, способные подавить синтез вирусной ДНК. Это облегчает течение болезни и значительно удлиняет жизнь человека.

Хочется отметить, что ВИЧ инфицированный человек, вовремя обратившийся в центр СПИДа, может контролировать развитие этой тяжелой болезни и в принципе жить полноценной жизнью с соблюдением определенных мер. При отсутствии строгого контроля и лечения, стадия инфицирования переходит в стадию СПИДа, которая неминуемо ведет к гибели. Человек на стадии СПИДа, из-за «иммунной беспомощности», может погибнуть от ряда инфекционных болезней.

Симптомами СПИДа является температура, постоянный озноб, легкая простужаемость, резкое похудение.

Чтобы предупредить СПИД необходимо соблюдать следующие правила;
— избегать прямого контакта с кровью неизвестного человека (зараженными так же могут быть лимфа, сперма, влагалищные выделения, грудное молоко и др.);
— избегать случайные половые связи;
— использовать презервативы;
— пользоваться одноразовыми шприцами;
— пользоваться личными бритвенными приборами, при этом не разрешать пользоваться своими.

Природным очагом СПИДа по мнению ученых считается Центральная Африка, а носителем вируса являются зеленые мартышки.

Грипп

Всем известный вирус гриппа не менее опасный, наряду с корью, гепатитом и полиомиелитом.

Грипп – болезнь, угрожающая человеческой жизни. В 1918-1919 годах весь земной шар трижды был охвачен волнами гриппа, во время которых погибли 20 млн человек. В США в зиму 1968-1969 годов 50 млн человек перенесли грипп, 70 тыс. из них скончались.

Наиболее распространенные вирусные инфекции, пути заражения и меры профилактики

либо инфекции, вызываемые как бактериями так и вирусами

Эпидемия — прогрессируемое во времени и пространстве инфекционное заболевание.

Пандемия — инфекционное заболевание захватывающее большие территории (мирового значения). В настоящее время к ряду таких заболеваний относится коронавирусная инфекция (COVID-19) вызванная коронавирусом (SARS-CoV-2).

Профилактика и методы борьбы с вирусами

Основные методы борьбы с вирусными инфекциями — профилактические прививки (вакцины), Ослабленные возбудители болезни, введенные в организм, позволяют выработать иммунитет. Благодаря вакцинам исчезло такое опасное вирусное заболевание, как оспа. Следует помнить, что без оболочки (капсида) вирусная НК сама попасть в клетку не может. Поэтому дезинфекция, вызывающая разрушение белков оболочки вируса (кипячение, хлорирование, обработка карболовой кислотой и др.), — эффективное профилактическое мероприятие. Наш организм тоже обладает защитными механизмами. Так, иммунный белок интерферон способен защищать организм человека от проникновения вирусов гриппа. В целях профилактики воздушно-капельных вирусных инфекций эффективно обрабатывать защитными средствами носовую полость.

Кроме того, сейчас создано несколько видов антивирусных препаратов как на основе неорганических веществ (ремантадин), так и на основе синтетических антител (виферон, биферон и т. д.). Несмотря на то что фармакология и вирусология ведут постоянные успешные исследования, не надо забывать, что соблюдение мер личной гигиены является надежным методом профилактики вирусных инфекций.

Происхождение вирусов

Ученые полагают, что вирусы и бактериофаги представляют собой обособившиеся генетические элементы клеток, подвергшиеся эволюции вместе с клеточными формами жизни.

https://bio-lessons.ru/virusy-bakteriofagi-virusnye-zabolevanija/