Морфологія вірусів, структура та особливості класифікації
Опубликованно 04.07.2018 21:16
Поліомієліт, сказ, віспа, герпес, синдром набутого імунодефіциту людини – відомі кожному захворювання, які викликаються досить специфічними збудниками. Організми, які стоять на межі між живим і неживим, облігатні (обов'язкові) клітинні паразити – віруси. Морфологія, фізіологія і саме існування їх на планеті і сьогодні викликає безліч питань.
Вірусологія: початок
Місце дії - лабораторія Нікітського ботанічного саду при Академії наук Росії, де біолог Дмитро Йосипович Івановський (1864-1920) вивчає загадкову мозаїчну хворобу тютюну. Збудник захворювання у рослини проходить через найменші бактеріальні фільтри, не дає росту на живильних середовищах і не дає симптоматики при зараженні здорових рослин фильтратами з хворих.
Саме тоді, в 1892 році, вчений робить висновок – це не бактерії. І називає збудника вірусами (від латинського virus - отрута). Дмитро Івановський все своє життя намагався побачити віруси, але ми побачили морфологію вірусів в 30-х роках XX століття, коли були винайдені електронні мікроскопи.
Але саме ця дата вважається початком науки вірусології, а Дмитро Івановський її засновником.
Дивовижне царство
Морфологія і фізіологія вірусів настільки дивовижні, що ці організми виділені в самостійне царство Vira. Ця найпростіша форма життя має мікроскопічні розміри (від 25 до 250 нанометрів) і являє собою нуклеїнові кислоти з набором генів, укладені в оболонку. Це паразити, які здатні до відтворення лише в клітинах інших живих організмів – рослин, грибів, тварин, бактерій і навіть інших вірусів (віруси-сателіти).
Відмітні ознаки вірусів наступні: Містять тільки один тип нуклеїнових кислот (РНК або ДНК). У морфології вірусів відсутні белоксинтезирующие та енергетичні системи. Не мають клітинної структури. Паразитизм вірусів реалізується на генетичному рівні. Проходять через бактеріальні фільтри і не культивуються на штучних середовищах.
Частина органічного світу планети
Віруси, як облігатні паразити, мають чітку генетичну зв'язок з представниками як флори, так і фауни Землі. Більш того, згідно з останніми дослідженнями, геном людини на 32% складається з елементів вирусоподобной структури.
На сьогоднішній день вже описано понад 6 тисяч вірусів, але передбачається, що їх існує більше ста мільйонів. Це найчисленніша біологічна форма на планеті, і представлена вона у всіх екосистемах (повсюдне (убиквитарное) поширення).
Їх поява на планеті і сьогодні не ясно. Відомо одне – коли з'явилися перші клітинні форми життя, віруси вже були.
Живі й не живі
Ці дивовижні організми мають дві форми свого існування, які суттєво відрізняються один від одного.
Поза клітини форма їх існування – віріон. Коли він проникає в клітину, його оболонки розчиняються, і нуклеїнові кислоти вірусу вбудовуються в генний матеріал господаря. Ось тоді ми і говоримо про вірусної інфекції. Геном вірусу вбудовується в природні механізми реплікації геному клітини-господаря і запускає ланцюг реакцій, здійснюючи своє паразитичне існування.
Віріон по суті це нежива частина життя. А геном вірусу в клітці його жива складова, адже саме там відбувається відтворення вірусів.
Морфологія та ультраструктура вірусів
В даному контексті ми говоримо про віріона – позаклітинної формі.
Розмір віріонів вимірюється в нанометрах - 10-9 метра. Віруси грипу мають середні розміри – 80-120 нанометрів, а вірус віспи – гігант з розмірами в 400 нанометрів.
Будова та морфологія вірусів схожа на космонавтів. Всередині капсиду (білкової оболонки, іноді містить жири і вуглеводи), як у «скафандрі», знаходиться найцінніша частина – нуклеїнові кислоти, геном вірусу. Причому і цей «космонавт» представлений в мінімальній кількості – тільки безпосередньо спадковий матеріал і мінімум ферментів для його тиражування (копіювання).
Зовні «скафандр» може бути палочкообразный, кулястий, пулевидный, у формі складного ікосаедра або взагалі не правильної форми. Це залежить від наявності в капсиде специфічних білків, які відповідають за проникнення вірусу всередину клітини.
Як патоген потрапляє в організм господаря
Способів проникнення багато, але найпоширеніший повітряно-крапельний. Міріади дрібних частинок викидають у простір не тільки при кашлі або чханні, а й просто при диханні.
Інший шлях потрапляння віріонів в організм – контагіозний (безпосередній фізичний контакт). Цей спосіб притаманний досить невеликій групі патогенів, саме так передається герпес, венеричні інфекції, СНІД.
Спосіб зараження через переносника, якими можуть бути різні групи організмів, досить складний. Переносник, отримав патоген з резервуара інфекції, стає місцем, де віруси можуть розмножуватися або проходити стадії розвитку. Вірус сказу - саме такий патоген.
Що відбувається в організмі господаря
За допомогою зовнішніх білків капсиду вірус прикріплюється до клітинної мембрани і проникає всередину допомогою эндоцитоза. Вони потрапляють в лізосоми, де під дією ферментів позбавляються від «скафандра». І нуклеїнові кислоти патогена потрапляють в ядра або ж залишаються в цитоплазмі.
Нуклеїнові кислоти патогена вбудовуються в ланцюжки нуклеїнових кислот господаря, і запускається реакція реплікації (копіювання) спадкової інформації. Коли в клітці накопичиться достатня кількість вірусних частинок, при цьому віріони використовують енергетичний і пластичні механізми і ресурси господаря.
Останній етап – вихід віріонів із клітини. Деякі віруси призводять до повної деструкції клітин і потрапляють у міжклітинний простір, інші виходять в нього за допомогою екзоцитозу або брунькування.
Стратегії патогена
Взаємодія вірусу і клітини-господаря може розвиватися за кількома сценаріями. Головна особливість яких – це ступінь автономності паразита.
Будова морфологія вірусів призводить до повної залежності від патогена енергетичного і білоксинтезуючій потенціалу клітини, єдина умова – він повторює свої нуклеїнові кислоти за власним розкладом. Така взаємодія називається продуктивним (природно для вірусу, але не для клітини). Вичерпавши запас клітини, вірус призводить до її загибелі.
Інший тип взаємодії – соглашательный. У такому разі геном вірусу, вбудований в геном господаря, реплікується ковалентно з власними нуклеїновими кислотами клітин. А далі розвиток сценарію може піти в двох напрямках. Вірус веде себе тихо і не проявляє себе. Молоді віріони покидають клітину тільки при певних умовах. Або гени патогена постійно працюють, продукують велику кількість молодого покоління, але клітина не гине, а вони покидають її шляхом екзоцитозу. Складності систематики
Класифікація і морфологія вірусів різна в різноманітних джерелах. При цьому для їх класифікації використовуються наступні ознаки: Тип нуклеїнової кислоти (РНК – містять і містять ДНК) і спосіб її реплікації. Найпоширеніша класифікація вірусів, запропонована американським вірусологом Девідом Балтимором в 1971 році. Морфологія і структура вірусу (однониткові, двухнитевые, лінійні, кільцеві, фрагментовані, не фрагментовані). Розміри, тип симетрії, кількість капсомерів. Наявність суперкапсида (зовнішньої оболонки). Антигенні властивості. Тип генетичного взаємодії. Коло потенційних господарів. Локалізація в клітині-хазяїні – в ядрі або в цитоплазмі.
Саме вибором головного критерію та морфології вірусів, мікробіології визначаються різні підходи до класифікації вірусів. Це досить не просто. Складність полягає в тому, що вивчати морфологію та будова вірусу ми починаємо тільки тоді, коли вони призводять до патологічних процесів.
Вибагливі і не дуже
За вибором господаря ці патогени надзвичайно різноманітні в своїх перевагах. Деякі нападають виключно на один біологічний вид – мають дуже сувору «прописку». Наприклад, їсть віруси грипу кішок, чайок, свиней, які абсолютно безпечні для інших тварин. Іноді спеціалізація буває дивовижною – вірус бактеріофаг Р-17 вражає тільки чоловічі особини одного різновиду кишкової палички.
Інші віруси поводяться зовсім інакше. Наприклад, пулевидные віруси, морфологія яких схожа на кулю, викликають зовсім різні хвороби і при цьому коло господарів у них надзвичайно широкий. До таких вірусів належать вірус сказу, який вражає всіх ссавців, або вірус везикулярного стоматиту великої рогатої худоби (переданий, до речі, за допомогою комах).
Є й інші нюанси. Віруси з хвостом (віріони) здебільшого атакують бактеріальні клітини, нитеобразный або спіральні – паразити рослин, а в клітинах тварин частіше паразитують віруси зі складним капсидом і багатогранної формою віріона. Автор: Ніколаєва Олена 4 Липня, 2018
Категория: Студентам