Природа і походження вірусів - студопедія

Природа, походження та структура вірусів.

Комплексна мета модуля полягає в необхідності дати студентам уявлення про основні властивості вірусів: про їх природу, походження, архітектурі і морфології вірусних частинок, про типах симетрії, про хімічні властивості вірусів. Ці відомості повинні стати теоретичною основою для подальшого розуміння біологічної сутності вірусів, яка виражається в процесах репродукції і вірусного патогенезу. Модуль складається з трьох лекцій, матеріал яких дозволяє вирішити поставлену мету.

З часу відкриття вірусів по теперішній час уявлення про природу вірусів зазнали значних змін.

Д. І. Івановський і інші дослідники того часу підкреслювали дві властивості вірусів, що дозволили виділити їх із загальної маси мікроорганізмів: фільтрованість і нездатність розмножуватися на всіх штучних пі-тательних середовищах. Пізніше з'ясувалося, що ці властивості не абсолютні, так як були виявлені фільтрівні форми бактерій і мікоплазми, що ростуть на спокуса-ських поживних середовищах, за розмірами наближаю-щіеся до найбільш великим вірусам (віруси віспи чоло-століття і тварин).

Внутрішньоклітинний паразитизм вірусів також виявився не абсолютним критерієм, відмежовують їх від ос-тальних мікроорганізмів. Внутрішньоклітинними паразитами є не тільки віруси, але і деякі бактерії (го-нококкі, менінгококи) і найпростіші (малярійний плазмодій). З розвитком знань про віруси були знайдені більш надійні критерії, наприклад існування у вірусів тільки однієї з двох нуклеїнових кислот, в той час як у всіх інших мікроорганізмів є обидві нуклеїнові кислоти - дезоксирибонуклеїнова (ДНК) і рибонуклеїнова (РНК).

Іншим унікальним властивістю вірусів є відсутність у них власних белоксінтезірующіх систем. Синтез вірусних білків здійснюється білоксинтезуюча апаратом клітини - клітинними рибосомами, ко-торие зв'язуються з вірусними іРНК. Віруси вводять в клітину лише свою генетичну інформацію, яка успішно конкурує з клітинної інформацією, незважаючи на мізерно малі розміри вірусних геномів (на 5-6 порядків менших за молекулярними масам, ніж геном еукаріотичної клітини). Тому і рівень паразитизму у вірусів інший, ніж у бактерій або найпростіших. На відміну від внутрішньоклітинного паразитизму останніх паразитизм вірусів визначається як генетичний паразитизм, а ви-руси розглядаються як генетичні паразити. Яскравим прикладом генетичного паразитизму є здатність ряду вірусів інтегрувати (об'єднуватися) з клітинним геномом. В цьому випадку вірусні гени перетворюються в групу клітинних генів і позначаються як провірус. Стадія інтеграції, крім помірних ДНК-містять фагів, характерна для онкогенних ДНК-вірусів і вірусу гепатиту В. Ця стадія є обов'язковою для великої групи РНК-вірусів - ретро-вірусів.

Однак і в тому випадку, коли інтеграцію не відбувається із-дит і вірусний геном знаходиться в автономному перебуваючи-ванні, виникнення інфекції обумовлено конкуренцією вірусного і клітинного геномів.

До унікальним властивостям вірусу відноситься його спосіб розмноження, який різко відрізняється від способів розмноження всіх інших клітин і організмів (бінарне поділ, брунькування, утворення спор). Віруси не ростуть, і їх розмноження позначається як діс'юнктівная (роз'єднана) репродукція, що підкреслює роз'єднаний-ність в просторі (на території клітини) і часу синтезу вірусних компонентів (нуклеїнових кислот і білків) з наступною збіркою і формуванням віріонів.

У зв'язку з вищевикладеним не раз виникали дискус-сі з приводу того, що ж таке віруси - живе чи не жива, організми або не організмом. Безумовно, віруси мають основними властивостями всіх інших форм жит-ні - здатністю розмножуватися, спадковістю, мінливістю, пристосовуваністю до умов зовнішнього середовища; вони займають певну екологічну нішу, на них поширюються закони еволюції органічного світу на землі. Тому до середини 40-х років склади-лось уявлення про віруси яка про найбільш простих мікроорганізмах. Логічним розвитком цих поглядів було введення терміну «віріон», так називали внекле-точний вірусний індивідуум. Однак з розвитком дослі-джень з молекулярної біології вірусів стали накап-Ліван факти, що суперечать уявленню про виру-сах як організмах.

Відсутність власних білок-які синтезують систем, діс'юнктівний спосіб репродукції, інтеграція з клеточ-ним геномом, існування вірусів сателітів і дефект-них вірусів, феноменів множинної реактивації та комплементации - все це мало вкладається в представ-ня про віруси яка організмах. Подання це ще більш втрачає сенс, коли ми звернемося до вірусоподоб-структурам - плазміди, віроїди і агентам типу збудника скрепі.

Плазміди (інші назви - епісоми, епівіруси) представляють двунитчатую кільцеві ДНК з молекулярну-ної масою в кілька мільйонів, реплицируемой кліть-кою. Вони спочатку були виявлені у прокаріотів, і з їх існуванням пов'язані різні властивості бактерій, наприклад стійкість до антибіотиків. Оскільки плазми-МЗС зазвичай не пов'язані з бактеріальної хромосомою (хоча багато з них здатні до інтеграції), їх вважають екстрахромосомнимі факторами спадковості.

Плазміди були виявлені і у еукаріотів (дріжджів і інших грибів), більш того, звичайні віруси вищих тварин також можуть існувати у вигляді плазмід, т. Е. Кільцевих ДНК, позбавлених власних білків і реплицируемой клітинними ферментами синтезу ДНК. У част-ності, у вигляді плазмід можуть існувати віруси папил-ломи корів, мавпячий вірус 40 (SV-40). При персистенції вірусу герпесу в культурі клітин можуть утворюватися плазміди - кільцеві ДНК, що становлять лише частина генома цього вірусу.

До вірусів примикають віроїди - агенти, відкриті Т. О. дайнеру в 1972 р викликають захворювання неко-торих рослин і здатні передаватися як звичайні інфекційні віруси. При їх вивченні виявилося, що це порівняно невеликі за розмірами молекули коли-цевой суперспіралізованной РНК, що складаються з небагатьох-тьох, 300-400 нуклеотидів. Механізм реплікації віроідов не цілком ясний.

Нарешті, слід згадати про агента скрепі - воз-будителів підгострій трансмісивною губкообразной Енці-фалопатіі овець. Ймовірно, подібні агенти викликають і інші форми губкообразних енцефалопатії тварин і людини, в основі яких лежить прогресуюче руйнування нервових клітин, в результаті чого мозок при-знаходить губчасту (спонгіформними) структуру. Агент скрепі має білкову природу і навіть отримав спеці-ально назву - пріон (від слів proteinaceous infectious particle - білкова інфекційна частка). Предполага-ється, що цей білок є одночасно і індуктором і продуктом якогось клітинного гена, який став авто-автономних і вислизнув від регуляції ( «скажений ген»).

Всі віруси, включаючи сателіти та дефектні віруси, плазміди, віроїди і навіть агенти скрепі (їх гени), име-ют щось спільне, що їх об'єднує. Всі вони є автономними генетичними структурами, здатними функціонувати і репродукуватися в сприйнятливих до них клітинах тварин, рослин, найпростіших, грибів, бактерій. Мабуть, це найбільш загальне визначення, що дозволяє окреслити царство вірусів. На підставі сформульованого визначення віруси, не будучи орга-нізм, проте є своєрідною формою життя і тому підкоряються законам еволюції орга-ного світу на землі.

Згідно з другою гіпотезою віруси є нащадками древніх, доклітинних форм життя - протобионтов, пред-простувати появи клітинних форм життя, з ко-торих і почалася біологічна еволюція. Ця гіпотеза також не поділяється в даний час більшістю вірусологів, так як вона не пояснює тих же пи-сов, дозволити які виявилася безсилою перша гіпотеза.

Третя гіпотеза припускає, що віруси походять від генетичних елементів клітин, які стали автономними, хоча не ясно, які з цих елементів дали початок настільки великій різноманітності генетичного матеріалу у виру-сов. Ця гіпотеза, яку іронічно назвали гіпотезою «оскаженілих генів», знаходить найбільше число прихильників, однак не в тому первісному вигляді, в якому вона була висловлена, так як і вона не пояснює наявність у вірусів форм генетичного матеріалу (однонитчатим ДНК, двунитчатая РНК), відсутніх в клітинах, обра-тання капсида, існування двох форм симетрії і т. п.

Ймовірно, віруси дійсно є дериватами генетичних елементів клітин, але вони виникали і Евола ціоніровалі разом з виникненням і еволюцією клеточ-них форм життя. Природа як би випробувала на віруси всі можливі форми генетичного матеріалу (різні види РНК і ДНК), перш ніж остаточно зупинила свій вибір на канонічній його формі - двунитчатой ​​ДНК, загальною для всіх клітинних форм організмів, починаючи від бактерії і закінчуючи людиною. Будучи, з одного боку, автономними генетичними структурами, з дру-гой боку, нездатними розвиватися поза клітинами, виру-си протягом мільярдів років біологічної Евола-ції виконали настільки різноманітні шляхи розвитку, що окремі їх групи не мають спадкоємного зв'язку між собою. Мабуть, різні групи вірусів мож-ника в історично різні часи з різних генетичних елементів клітин і тому існуючі в на-варте час різні групи вірусів мають поліфілії-тическое походження, т. Е. Не мають єдиного спільного предка. Проте, універсальність генетичного коду поширюється і на віруси, бо свідчить тим самим, що і вони є породженням органічного світу землі.

Віруси зазвичай розглядаються як паразити - воз-будителі інфекційних хвороб, що завдають шкоди челове-ку, тваринам, рослинам. Однак такий підхід не можна визнати правильним. В.М.Ждановим в 1974 р була висловлена ​​гіпотеза, згідно з якою віруси є важ-ним фактором еволюції органічного світу. Подолавши-вая видові бар'єри, віруси можуть переносити окремі гени або групи генів, а інтеграція вірусної ДНК з хромосомами клітин може призводити до того, що вірус-ні гени стають клітинними генами, які виконують важливі функції.

Оскільки віруси, будучи особливими формами життя, не є мікроорганізмами, то і вірусологія є не розділом мікробіології, а самостійної наукової дисципліною, що має свій об'єкт вивчення і свої методи дослідження.