2.Морфология и систематика вирусов

Вирусами называются возбудители инфекционных бо­лезней человека, животных, растений и микроорганизмов, характеризующиеся следующими особенностями и отличающими их от других микроорганизмов:

• обладают малыми размерами тела, измеряемыми десятками или сотнями миллимикронов.

• не имеют клеточного строения;

• не способны к росту и бинарному делению;

• не имеют собственных систем метаболизма;

• содержат нуклеиновые кислоты только одного типа — ДНК или РНК;

• используют рибосомы клетки-хозяина для образования собственных белков;

• не размножаются на искусственных питательных средах и мо­гут существовать только в организме восприимчивого к ним хозяина.

Обычно вирусы существуют в двух формах — внеклеточной в виде так называемого вириона и внутриклеточной, называемой реп­родуцирующимся, или вегетативным, вирусом. У вириона отсутствует обмен веществ, он не растет и не размножается. Внутриклеточная форма представляет собой активный агент, который, попав в клетку хозяина (растения, животного, микроорганизма), использует ее био­синтетический и энергетический аппарат для репродукции новых вирусов, а впоследствии может вызвать и гибель самой клетки. Сле­довательно, только в клетке хозяина вирус способен функциониро­вать и репродуцироваться, приобретая свойства живого организма.

Химический состав вирусов довольно прост. Вирусы пред­ставляют собой нуклеопротеиды и состоят из нуклеиновой кислоты и нескольких кодируемых ею белков.

Как известно, в состав клеток входят ДНК и РНК, в то время как вирусы содержат только один тип нуклеиновой кислоты — ДНК или РНК. Поэтому все вирусы подразделяют на две группы — ДНК-геномные и РНК-геномные. Обычно вирусы растений содер­жат РНК-геномы, вирусы человека и животных как ДНК-, так и РНК-геномы. Почти все бактериофаги ДНК-геномны.

Сложно организованные вирусы (вирусы животных и человека) сложны по химическому составу и содержат дополнительные белковые или липопротеидные оболочки. Кроме нуклеиновой кислоты и белков, они содержат липиды в наружных оболочках и углеводы в составе бел­ков наружных оболочек (гликопротеидов). Некоторое количество липидов есть у бактериофагов и ряда крупных вирусов растений. У неко­торых сложных вирусов выявлены ферменты. У бактериофагов также обнаружены ферменты — лизоцим и аденозинтрифосфатаза.

Изучение вирусов под электронным микроскопом показало, что они разнообразны по форме и имеют довольно сложное стро­ение. Различают следующие формы вирусов: палочковидную, при ко­торой вирус имеет вид прямого цилиндра (вирус табачной мозаики); нитевидную, представляющую эластичные изгибающиеся нити (не­которые вирусы растений и бактерий); сферическую, сходную с много­гранниками (вирусы животных и человека); кубовидную, по виду на­поминающую параллелепипед с закругленными краями (вирусы жи­вотных и человека); булавовидную, характеризующуюся наличием головки и отростка (вирусы бактерий и актиномицетов).

Внеклеточная форма сущест­вования вируса, вирион, состоит из нуклеиновой кислоты и белковой оболочкой. Нуклеиновая кислота уложена в ви­де спирали и окружена белковой обо­лочкой, которая называется капсидом. По­следний образован большим числом субъединиц белка — капсомеров, ко­торые, в свою очередь, представлены одной или несколькими молекула­ми белка. Белковый капсид, объ­единенный с нуклеиновой кисло­той (ДНК или РНК), носит назва­ние нуклеокапсида. По способу укладки капсомеров выделяют капсиды, построенные по спиральному и кубическому типам симметрии. В первом случае капсид имеет ци­линдрическую форму, во втором — форму многогранника. К вирусам со спиральным типом симметрии относят вирус табачной мозаики.

Нуклеиновые кислоты представ­ляют собой необходимый элемент живой материи, главное назначение которого — сохранять и переносить наследствен­ную, или генетическую, информацию. Нуклеиновая кислота состоит из большого числа структурных единиц — нуклеотидов. Каждый нуклеотид состоит из трех основных частей: молекулы фосфорной кислоты, молекулы сахара и молеку­лы органического основания.

Для многих вирусов бактерий, или фагов, характерен так называе­мый сложный тип симметрии: головка фага имеет форму многогранника (кубическая симметрия), хвосто­вой отросток — форму цилиндра (спиральная симметрия).

Вирусы специфичны, они паразитируют только на определен­ных хозяевах — растениях, животных или микроорганизмах. Это обусловливает распределение вирусов на группы на основе типа хо­зяев. При классификации вирусов принимают во внимание их строение, чувствительность к внешним факторам и т. д. Выделяют группы вирусов, патогенных для растений, животных и для микроорганизмов. Вирусы бактерий и актиномицетов называют соответственно бактериофагами и актинофагами. Извест­ны субмикроскопические агенты — микофаги, поражающие грибы, и цианофаги, паразитирующие на цианобактериях.

Вирусы не размножаются в почве, но могут долго сохраняться в ней. Так сохраняются вирусы мозаичной болезни пшеницы, овса и табака, кольцевой пят­нистости картофеля и др. Некоторые вирусы человека и животных, попадая в почву, остаются инфекционными в течение нескольких месяцев.

Фаги — облигатные паразиты микроорганизмов — открыли независимо друг от друга в 1915 г. Ф. Туорт и в 1917 г. Ф. Д. Эррелъ. Состоят из головки фага и отростка. Призматическая головка фага покрыта оболочкой из упорядоченно расположенных капсомеров. Внутри головки находится одна или две нити ДНК.

Отросток представляет собой белковый стержень, покрытый сверху чехлом из спирально расположенных капсомеров, способных к сокращению. Обычно отросток оканчивается базальной пластин­кой с пятью-шестью выростами. От пластинки отходят тонкие нити — органы адсорбции. Через отросток из головки фага ДНК пе­реходит в клетку микроорганизма.

Механизм проникновения бактериофага: обычно фаг адсорбируется чувствительной к нему клет­кой бактерии. Затем содержимое головки (ДНК) переходит в бакте­рию, а оболочка остается снаружи. После нападения фага бактерия утрачивает способность к делению, перестает двигаться. Метабо­лизм бактериальной клетки перестраивается под влиянием ДНК фа­га, и клетка начинает производить продукты не собственного обме­на, а бактериофага, и в результате в ней происходит интенсивное образование частиц бактериофага. Затем клеточная стенка бактерии растворяется, и из нее выходят зрелые бактериофаги. Одна клетка бактерии становится источником нескольких сотен и даже тысяч бактериофагов.

Растворять (лизировать) данный вид бактерий способен толь­ко вирулентный к нему фаг. Нередко бактериальная клетка инфи­цируется фагом, который может в ней существовать, не вызывая ли­зиса. При размножении бактерии инфекционное начало переходит в дочерние клетки. Бактериофаги такого характера называют уме­ренными, а бактерий — передатчиков данных фагов — лизогенными. При определенных условиях лизогенные культуры бактерий могут быть лизированы находящимся в них фагом. Каждый фаг способен поражать бактерий одного вида или группы близких видов.

Исследовано большое число фагов, поражающих различных микроорганизмов. Известны фаги, лизирующие бактерии родов Pseudomonas, Bacillus, Rhizobium, Streptococcus, Staphylococcus; актиномицеты рода Streptomyces; микобактерии рода Mycobacterium и др. Фа­ги встречаются в воде, почве и других природных объектах. Некото­рых фагов используют в медицине для профилактики заболеваний.

Сходство и различие бактерий и вирусов. От бактерий вирусы отличаются простотой строения. Они состоят из нуклеиновой кислоты и белковой оболочки, кото­рая называется «капсид». Нуклеиновая кислота состоит из большого числа структурных единиц — нуклеотидов. Каждый нуклеотид состоит из трех основных частей: молекулы фосфорной кислоты, молекулы сахара и молеку­лы органического основания. Органические основания пред­ставлены следующими веществами: цитозином, тимином, урацилом, аденином и гуанином. По типу сахара, содержа­щегося в нуклеиновых кислотах, различают два вида кис­лот. В одной из них нуклеотиды содержат рибозу, и тогда кислота называется рибонуклеиновой (РНК), а в другой — дезоксирибозу и кислота называется дезоксирибонуклеиновой (ДНК). Вирусы всегда содержат лишь одну из двух кис­лот: либо РНК, либо ДНК. В бактериях и других живых клетках ДНК в основном содержится в ядре, а РНК локали­зуется в цитоплазме и ядрышке клетки. Нуклеиновые кис­лоты вирусов состоят из одной или двух спиралей.