Какое значение имеют вирусы в природе и жизни человека?

Мы часто слышим, особенно в последнее время, слово вирус. А сейчас вирус буквально превратился в какого-то монстра, который до сегодняшнего дня был где-то далеко и не с нами. Некоторые люди, слыша слово вирус, вздрагивают. И это очень печально видеть, так как страх, как правило, всегда имеет в своей основе незнание. Мы все в школе изучали такой предмет, как биология и наверняка, мало кто из нас помнит определение вируса.

Давайте вместе пробежимся по просторам науки и определимся, так, что же такое вирус простыми словами? В природе вирусы распространены повсюду. Они поражают все живые организмы. На данный момент вирусологами описано более 500 видов вирусной частицы, которые поражают теплокровных позвоночных и более 300 видов, поражающие высокоразвитые растения, а сколько их всего…больше миллионов миллиардов. Мы живем с ними бесконечно долго, а они существуют с начала сотворения мира!

Определение вируса кратко

Вирус — это частица, обладающая неклеточной формой жизни, которая содержит молекулы нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК) и белки.

В состав вируса входит генетический материал (ДНК или РНК), окруженный защитной оболочкой, состоящей из белков, а у некоторых вирусов — мембранной оболочкой, которая позволяет ему выживать между очередными внедрениями в клетки организмов.

Эти частицы характеризуются своей простой организацией и уникальным способом репликации.

Репликация — размножение вирусов — это процесс, в котором вирусная частица воспроизводит подобное себе потомство или размножается, используя генетический материал, принадлежащий только ей и системные механизмы функционирования клетки-хозяина, в которую она внедрилась.

Другими словами можно сказать, что вирусы являются внутриклеточными паразитами, которые функционируют на генетическом уровне.

Они имеют способность проникать в живые клетки и размножаться внутри их, имеют собственный генетический аппарат (ДНК или РНК), кодируют синтез новых вирусных частиц, используя энергетические и биосинтетические системы клеток.

Вирусы были открыты русским ученым Дмитрием Ивановским в 1892 г., а термин «вирус» в 1899 г. предложил ботаник и микробиолог Мартин Бейеринк из Нидерландов.

Структура, строение и функционирование вируса

В отличие от клеточных организмов, вирусные частицы не содержат всех биохимических механизмов для своей собственной репликации. Увидеть их можно только через электронный микроскоп. Они настолько малы, что могут проходить через бактериальные фильтры.

В природе существует огромное количество вирусов с различными структурами.

Самый маленький составляет всего 17 нанометров, что едва превышает средний размер белка. Самый крупный имеет почти в тысячу раз больший размер — 1500 нанометров. Действительно это очень мало. Человеческий волос имеет приблизительно 20 000 нанометров в поперечном сечении.

Это означает, что большинство вирусных частиц находятся далеко за пределами возможностей обычного светового микроскопа. Кроме того, они являются облигатными паразитами на клетках животных или растений, то есть сущностями, не способными к жизни вне организма хозяина.

Структура вируса проста. Они не нуждаются ни в пище, ни в воздухе, ни в воде, в отличие от других живых организмов. Они не имеют специфического рождения или смерти и являются просто частицами, реплицирующимися (размножающиеся) в клетках-хозяевах.

Структура вируса зависит от того, какой вид служит его хозяином. Вирус, который реплицируется в клетках млекопитающих, будет иметь белковую оболочку, которая позволяет ему прикрепляться к клеткам млекопитающих и проникать в них. Форма, структура и функции этих белков изменяются в зависимости от вида вируса.

Несмотря на свою простоту строения, они все  всеми признаками жизни:

• способностью размножаться;
• наследственностью;
• изменчивостью;
• приспособляемостью к условиям окружающей среды;
• они занимают определенную экологическую нишу в природе;
• на них распространяются законы эволюции органического мира.

Однако организмами их назвать нельзя, так как они не обладают своими собственными системами, которые синтезируют белок.

Нуклеиновая кислота образует центр вирусной частицы. Обычно это ДНК — у животных вирусов и бактериофагов, РНК — в вирусе, поражающим растения. Эта нуклеиновая кислота, образующая центральную часть, окружена белковой оболочкой, называемой капсидом.

Кроме размножения, у вирусов нет других физиологических процессов.

Размножение (репликация) вируса происходит после того, как он внедряется, или заражает совместимую клетку, то есть когда РНК вируса атакует клетку растения, а ДНК-содержащий вирус заражает клетку животного. Размножение или весь жизненный цикл вирусных частиц происходит в четыре этапа:

1. Фаза заражения: здесь вирусная частица прикрепляется к клетке, вводит вирусный геном в клетку-хозяина.
2. Фаза затмения: здесь вирусная ДНК берет под контроль хромосомный механизм клетки и направляет его на производство различных частей вирусной частицы.
3. Вегетативная фаза: на этой стадии образующиеся компоненты вируса собираются вместе, образуя новые вирусы с ДНК в качестве их ядра и окружающей его белковой капсулой.
4. Литическая фаза: новые вирусные частицы инициируют разрушение клетки бактерии и таким образом высвобождаются из нее.

Когда полная вирусная частица (вирион) входит в контакт с клеткой-хозяином, капсид разрушается, и в клетку входит только вирусная нуклеиновая кислота (ДНК или РНК) а, в случаях с некоторыми другими вирусами, вводятся несколько ферментов.

Вирусы также могут обладать дополнительными компонентами, причем наиболее распространенным из них является дополнительный мембранный слой, окружающий нуклеокапсид, называемый оболочкой. Оболочка фактически приобретается из ядерной или плазматической мембраны инфицированной клетки-хозяина, а затем модифицируется вирусными белками, называемыми пепломерами. Некоторые вирусы содержат вирусные ферменты, которые необходимы для инфицирования клетки-хозяина. Они кодируются в вирусном геноме.

Полный вирус, содержащий все компоненты, необходимые для репликации, называется вирионом.

Итак, вирион — это целая вирусная частица, которая состоит из внешней белковой оболочки (капсида) и внутреннего ядра, которое и является нуклеиновой кислотой (РНК или ДНК).

Ядро вириона — его инфекционность (информативность), а капсид — специфичность. Некоторые вирионы имеют капсид, который дополнительно имеет жировую мембрану, и в этом случае вирион может быть разрушен жирными растворителями.

Многие вирионы имеют форму сферы, а некоторые имеют форму сложных геометрических фигур, и нуклеиновая кислота плотно свернута внутри их. Другие типы вирионов имеют капсид, поверхность которого состоит из шипов, а нуклеиновая кислота свободно свернута внутри. Вирионы, контактирующие с множеством представителей растительного мира, представляют собой палочковидную форму. В таком случае, капсид — голый цилиндр, а нуклеиновая кислота представляется в виде прямого или спирального стержня.

Хотя многие вирусные частицы имеют простую форму, подобную приведенной выше, некоторые из них гораздо сложнее.

Что такое бактериофаги кратко

Бактериофаг, также называемый фагом или бактериальным вирусом — это вирус, который поражает клетку бактерии. Фаги размножаются внутри самой бактерии и в конечном итоге вызывают ее лизис.

Лизис — это процесс растворения или исчезновения клеток, даже целых систем, а также и микроорганизмов путем влияния на них различных агентов, в том числе и бактериофагов.

Численность фагов примерно приравнивается к численности бактерий. Вирусы-фаги активно участвуют в эволюции микроорганизмов.

Бактериофаги были открыты Ф. Туортом (Англия) в 1915 году и Ф. Д'Эррелем (Франция) в 1917 году. Д'Эррель ввел термин бактериофаг, что означает «пожиратель бактерий». Бактериофаги также заражают одноклеточные организмы, известные как археи.

На приведенном выше рисунке показан фаг, тип вируса, который размножается в бактериальных клетках. Белковая оболочка фага достаточно сложная и имеет множество специализированных частей. Головная часть содержит вирусный геном. Воротник, оболочка, опорная (базальная) пластина и хвостовые волокна (фибриллы) являются частью сложной системы, которая прикрепляется и вводит геном в бактериальную клетку. Хвостовые волокна захватывают бактериальную клетку, подтягивая опорную пластину к клеточной стенке или мембране. Оболочка и воротник сжимаются, прокалывают клетку и помещают в нее вирусный геном.

Некоторые вирусные молекулы вообще не имеют белковой оболочки или никогда не были идентифицированы. У некоторых таких видов вирус передается от клетки к клетке внутри растения. Когда семена создаются внутри растения, вирус распространяется и на семена. Таким образом, вирус может жить в клетках все свое существование, и никогда не нуждаться в белковой оболочке, чтобы защитить себя в окружающей среде.

Характеристика бактериофагов

Существуют огромное множество разновидностей фагов. Каждый из них имеет свое предназначение, которое заключается в заражении только одного типа или нескольких специфических схожих типов одноклеточных организмов (архей) или бактерий.

Фаги — это простые вирусные частицы, состоящие, как и все вирусы, из ядра генома (нуклеиновой кислоты) и белкового капсида, который служит оболочкой. Вирусологи разделили бактериофаги на три основные структурные формы:

1. икосаэдрическая (20-сторонняя) головка с хвостом;
2. икосаэдрическая головка без хвоста;
3. нитевидная форма.

Жизненный цикл бактериофагов

Во время заражения бактериофаг прикрепляется к бактерии, затем вводит в нее генетический материал. Далее фаг обычно действует одному из двух циклов его жизни:

1. литическому (вирулентному);
2. лизогенному (умеренному).

При литическом цикле фаги берут на себя механизмы работы клетки, чтобы произвести свои собственные компоненты и собрать их. Затем следует разрушение клетки или лизис, после которого высвобождаются новые бактериофаги. При лизогенном цикле фаги свою нуклеиновую кислоту вводят в хромосому клетки-хозяина и размножаются, не разрушая клетку, становясь с ней единым целым.

В течение длительного временного периода при некоторых хронических инфекциях новые частицы фагов образуются непрерывно, но при этом не уничтожают клетки.

Примеры вирусов

Вирус полиомиелита

Вирус полиомиелита, искалечивший президента Франклина Рузвельта, поражает костную систему организма человека. Интересно, что вирус полиомиелита был смертельным, пока люди не научились обеззараживать воду. До хлорированной воды полиомиелит сохранялся в большинстве водных источников. Таким образом, большинство младенцев сразу же подвергались воздействию полиомиелита.

Однако болезнь не была искоренена после хлорирования воды. Многие люди в зрелом возрасте подвергались воздействию очагов полиомиелита, которые все еще сохранялись. Эти люди сильно страдали от болезни, так как иммунная система недостаточно быстро реагировала на вирус. К счастью, была произведена вакцина от полиомиелита, одна из первых в мире. Ее легко изготовили из живого вируса полиомиелита, убитого теплом. Мертвые белковые оболочки позволяют организму вырабатывать иммунитет к вирусу, не заражая клетки. До сегодняшнего дня прививка от полиомиелита входит в обязательный список.

Коронавирус

Вирус бешенства

Вирус бешенства представляет собой вирус с пуле-образной белковой оболочкой. Геном вируса бешенства кодирует пять белков из 12 000 нуклеотидов. Интересно, что симптомы бешенства у многих животных включают повышенную агрессию. Эта особенность, вызванная тем, где вирус атакует, и какой ущерб он наносит, заставляет животных кусать других животных чаще, чем они обычно это делают. Собранные частицы вируса бешенства накапливаются в слюне. Таким образом, когда зараженное животное кусает другое, вирус передается новому животному.

Вирус бешенства почти всегда смертелен для человека, если его не лечить немедленно. Ежегодно проводится около 15 миллионов постконтактных прививок от бешенства. С помощью вакцины в организм вводится мертвый вирус, тем самым вызывая сильны иммунный ответ против вируса. Это может остановить вирус, прежде чем он будет внедрен в клетки. Если произойдет заражение, шансов на выздоровление будет очень мало. Собак обычно вакцинируют перед обучением, что обеспечивает общую защиту их владельцам на случай укуса животного, зараженного вирусом.

Вирус Эбола

Здесь можно увидеть только белковую оболочку вируса Эбола. Каждый вирус похож на маленького изогнутого червячка. Однако это не клетки. Внутри белковой оболочки находится тщательно свернутая молекула вирусного генома, которая содержит информацию, необходимую для репликации белковой оболочки, молекулы вируса и компонентов, необходимых для захвата естественных процессов клетки-хозяина.

Вирусы, опасные для человека

В настоящее время вирусы уносят бесчисленное количество жизней, вот некоторые из самых опасных:

• вирус Марбурга и вирус Эбола (острая геморрагическая лихорадка с тяжелыми последствиями, на данный момент существует пять идентифицированных штаммов вируса Эбола, уровень смертности 90%);
• хантавирус (этот вирус фактически включает в себя несколько типов вирусов, который может привести к заболеваниям легких, почечной недостаточности и лихорадке);
• некоторые штаммы птичьего гриппа, вирус Ласса (острое инфекционное заболевание);
• вирус Хунина (аргентинская геморрагическая лихорадка);
• вирус лихорадки Крым-Конго (общая интоксикация, тяжелое течение, передается клещами и сходен по своим последствиям с Эболой и Маргбургом),
• вирус Мачупо (боливийская геморрагическая лихорадка, переносится мышами),
• вирус лихорадки Денге (передается комарами, с очень высоким уровнем смертности; лихорадка Денге распространена в популярных туристических местах, таких как Таиланд, Индия и Филиппины, поражая от 50 до 100 миллионов человек в год).

Важно! Собираясь в туристическую поездку в страны Африки, Азии, Южной Америки, поинтересуйтесь об эпидемиологической обстановке в этих местах, не рискуйте своими жизнями. Может быть, стоит привиться перед выездом?! Выбор всегда за нами!

Важная роль, которую играют вирусы в эволюции жизни на планете

Жизнь постоянно эволюционирует, и вирусы являются важным фактором этого процесса. Ученые давно указывают на связь между патогенами и эволюцией. Доказано, что вирусы оказывают мощное воздействие на то, как адаптируются человеческие существа. Исследователи обнаружили, что адаптация происходит в три раза чаще в белках, которые взаимодействуют с вирусами, чем в других белках.

Благодаря этому исследованию ученые теперь могут определить, какие части клетки успешно побеждали вирусы в прошлом. Различия в форме и составе белков в ответ на эти угрозы могут помочь ученым найти новые способы борьбы с самыми мощными вирусными угрозами, с которыми в настоящее время сталкивается человек.

Когда организм сталкивается с вирусом, белки реагируют по всему организму, а не только те, которые связаны с иммунитетом. Исследователи обнаружили, что адаптация происходит как вне иммунной системы, так и внутри нее. Вирусы воздействуют на нас во всех отношениях, затрагивая все части наших клеток. Белки делают возможным множество важных клеточных функций, поэтому анализ тонкостей и различий может дать ученым жизненно важные подсказки о том, как противостоять будущим угрозам.

Когда происходят пандемии и эпидемии, популяции либо адаптируются, либо рискуют вымереть, и есть надежда, что наблюдаемые изменения в белках помогут ученым найти новые способы помочь организму в борьбе с инфекциями.

Есть гипотеза, что вирусы хранят жизненно важные секреты относительно того, как эволюционировали различные виды.

Разрушительные вирусы, подобные ВИЧ, например, поражали людей и животных на многих этапах их долгой истории. Наблюдение за тем, как клетки реагируют на вирусы этого типа, может помочь ученым лучше понять, как работают вирусы, и, возможно, привести к открытию того, как мы можем победить болезнетворные вирусы навсегда, что приведет к улучшению здоровья и увеличению продолжительности жизни человечества и других видов.

Заключение

Будущее вирусологии и медицины — это способность человека фактически манипулировать функцией клеток, а не просто реагировать на симптомы инфекции, вызванной вирусом. И в этом продвижении, как говорят последние исследования, помогут именно вирусы.

Надеюсь, эта статья кратко ответила на вопрос: Что такое вирус простыми словами? И теперь, когда мы имеем представление о вирусе, его строении, его функциональности, его опасности и помощи человеку в борьбе с инфекциями, легко представить основные механизмы, связанные с работой иммунитета, вакцинации и некоторых препаратов.

Вам также будет интересно!

Общие понятия об иммунитете

Виды иммунитета человека

Из чего состоит иммунная система

Что такое иммунные клетки

Как узнать какой у меня иммунитет

8 продуктов для поддержания иммунитета осенью и зимой