Неклеточные формы жизни
В 1892 году русский ботаник Д.И. Ивановский получил инфекционный экстракт из растений табака, пораженных мозаичной болезнью. Пропустив такой экстракт через фильтры, способные задерживать бактерии, он выявил, что отфильтрованная жидкость сохраняла свои инфекционные свойства. Через несколько лет был открыт возбудитель ящура, который также проходил через бактериальный фильтр. В 1898 году голландский ученый Бейеринк назвал возбудителей этих болезней вирусами. В 1917 году Ф. Д. Эррелем были описаны вирусы, паразитирующие у бактерий – бактериофаги.
В настоящее время их выделили в самостоятельное царство – Вирусы, относящиеся к империи Неклеточные. Известно более 400 вирусов растений, животных и бактерий.
Вирусы – это мельчайшие, невидимые с помощью светового микроскопа, не имеющие клеточного строения организмы. Их размеры составляют 20-300 нм. Они могут воспроизводить себя только в живых клетках, т.е. являются облигатными (обязательными) паразитами на генетическом уровне. Из клетки в клетку они передаются в виде инертных частиц, могут мутировать.
Просто организованные вирусы, например, вирусы табачной мозаики, состоят из фрагмента генетического материала, окруженного белковой оболочкой – капсидом. (рис.1, 2).
Полностью сформированная инфекционная частица называется вирионом. У сложно организованных вирусов, таких как вирус герпеса, гриппа, есть еще и дополнительная липопротеидная оболочка, которая возникает из плазматической мембраны клетки-хозяина. Оболочка вируса часто бывает построена из идентичных повторяющихся субъединиц – капсомеров (рис.3).
Геном вирусов может быть представлен молекулой ДНК или молекулами РНК. Так, ДНК встречается у вирусов оспы, аденовирусов, а РНК – у вирусов энцефалита, кори, гриппа.
На рис. 4 показаны строение и жизненный цикл одного из типичных бактериофагов.
Жизненные циклы большинства вирусов, вероятно, схожи, но в клетку они проникают по-разному. Клетки бактерий и растений имеют клеточную стенку, которая не позволяет проникать в цитоплазму белковой оболочке вируса. Поэтому генетический материал вируса попадает в клетку путем "инъекции", а капсид остается снаружи. Способ проникновения вируса в животную клетку иной. На поверхности вирусной частицы имеются специальные белки, которые связываются с соответствующими белками-рецепторами на поверхности животной клетки. Участок клетки, к которому присоединился вирус, погружается в цитоплазму и превращается в вакуоль. Вакуоль может сливаться с другими вакуолями или с ядром. Так вирус доставляется в любой участок клетки, где начинает размножаться. При этом происходит освобождение нуклеиновой кислоты от оболочки, встраивание ее в геном клетки-хозяина, редупликация вирусного генома, синтез белков капсида и его самосборка. После образования новой молекулы вирусной нуклеиновой кислоты она одевается оболочкой. Накопление вирусных частиц приводит к выходу их из клетки-хозяина. Для некоторых вирусов выход происходит путем разрушения клетки. Другие вирусы выделяются способом, напоминающим почкование.
Попав внутрь клетки-хозяина, некоторые вирусы не реплицируются. Их нуклеиновая кислота включается в ДНК хозяина и может оставаться в ней в течение нескольких поколений, реплицируясь с ДНК хозяина. Такие вирусы были названы умеренными (провирусами), а бактерии, в которых они затаились, – лизогенными.
Вопрос о происхождении вирусов не ясен. Согласно мнению одних ученых, вирусы – древнейшие организмы Земли. Однако вирусы не могут жить вне клеток, поэтому не могли возникнуть раньше клеточных форм жизни. Согласно другой точки зрения, вирусы – потомки доядерных организмов (сине-зеленых водорослей и бактерий), испытавших сильное упрощение в связи с переходом к внутриклеточному паразитированию. Существует и третья точка зрения. Вирусы рассматривают как "заблудившиеся" или "одичавшие" гены.
Вирусы играют большую роль в жизни растений, животных и человека. Являясь паразитами, они вызывают серьезные заболевания: ящур у крупного рогатого скота, чуму у свиней; грипп, оспу, бешенство, полиомиелит, СПИД и другие – у человека. У растений вирусы вызывают задержку роста, морщинистость и карликовость листьев, появление полосок на лепестках цветов некоторых сортов тюльпанов. Бактериофаги применяются при лечении некоторых заболеваний, но могут наносить и ущерб. В частности, микробиологической промышленности при производстве антибиотиков, молочнокислом брожении.
СПИД (синдром приобретенного иммунодефицита) является последней стадией ВИЧ-инфекции – заболевания, вызываемого вирусом иммунодефицита человека.
ВИЧ – только РНК-содержащий вирус, относящийся к семейству ретровирусов. В настоящее время известны два типа вируса иммунодефицита человека, имеющие некоторые антигенные различия – ВИЧ-1 и ВИЧ-2, последний встречается преимущественно в Западной Африке.
Вирусная частица сферической формы имеет наружную фосфолипидную оболочку, включающую гликопротеины, и внутреннюю, представленную белками. Кроме РНК, она содержит особый фермент – обратную транскриптазу, который позволяет ей преобразовать вирусную РНК в вирусную ДНК. Вирус, имеющий генетический материал в виде ДНК, способен встраиваться в ДНК клетки хозяина. Такая форма существования ВИЧ называется провирусом. Как только вирусу удается взять контроль над репродуктивной способностью клетки хозяина, он начинает эффективно создавать свои копии.
Как и все ретровирусы, ВИЧ характеризуется высокой изменчивостью. Считают, что в организме человека по мере прогрессирования инфекции происходит эволюция вируса от менее вирулентного к более вирулентному варианту.
ВИЧ не стоек во внешней среде. Он погибает при нагревании до 56 ОС в течение 30 минут и при кипячении – в течение 1-5 минут, а также под воздействием дизенфекторов в концентрациях, обычно используемых в практике (3% перекись водорода, 5% лизол, 20% этанол, эфир, ацетон). Вирус относительно устойчив к ультрафиолетовым лучам и ионизирующей радиации.
По настоящее время никто не знает точно о происхождении ВИЧ-инфекции. В наши дни источником заболевания является больной человек или бессимптомный вирусоноситель. ВИЧ обнаружен в крови, сперме, слюне, грудном молоке, слезной жидкости, вагинальном секрете, моче, в биоптатах различных тканей и спинномозговой жидкости больных людей и вирусоносителей.
Инфекция передается тремя путями: половым, от матери к плоду и парентерально.
При парентеральной передаче ВИЧ наибольшую опасность представляет переливание крови, нативной плазмы или концентратов свертывающих факторов. Описаны случаи инфицирования ВИЧ при пересадке почечных трансплантатов, через инфицированный медицинский инструмент, при искусственном оплодотворении спермой доноров.
Передача вируса воздушно-капельным путем, через слюну и укусы насекомых не доказана.
ВИЧ поражает у человека иммунную и нервную системы, приводя его к гибели.