Выскажи мнение Первые организмы на Земле были гетеротрофами.

Проводим исследование Лабораторная работа. Изучение строения клеток растений, животных и бактерий под микроскопом на готовых микропрепаратах и их описание.

§ 12. ВИРУСЫ — НЕКЛЕТОЧНАЯ ФОРМА ЖИЗНИ

• Назовите свойства, характерные для любой живой системы. •• Каково происхождение вирусов?

Как уже говорилось ранее, на Земле обитают клеточные формы жизни. Однако на рубеже XIX и XX вв. были открыты вирусы, которые не имеют клеточного строения. Размер вирусов — от 10 до 400 нм, т. е. они представляют собой наночастицы. В полном смысле к живым организмам вирусы отнести нельзя, так как они не обладают всеми признаками живого и живут только внутри клетки-хозяина, являясь внутриклеточными паразитами.

Открыты вирусы российским исследователем Дмитрием Иосифовичем Ивановским при изучении мозаичной болезни табака. Он заметил, что возбудители этой болезни проходят через самые мелкие фильтры, которые задерживают даже мельчайшие бактерии, и назвал эти болезнетворные частицы фильтрующимися вирусами. Произошло это в 1892 г., и до 30-х гг. XX в. вирусы принимали за очень мелкие бактерии.

В настоящее время описано более 5 тыс. разновидностей вирусов (рис. 33), но вирусологи полагают, что на самом деле их во много раз больше.

Основные признаки вирусов

1. Вирусы не имеют клеточного строения.
2. Вирусы — внутриклеточные паразиты.
3. Вирусы специфично поражают клетки животных, растений, грибов, бактерий; многие вирусы вызывают заболевания.
4. У вирусов нет собственного аппарата обмена веществ, и они могут существовать и размножаться только внутри клеток.

[Рисунок: два изображения вирусов; подпись «Рис. 33. Многообразие вирусов»]

51

5. Вирусы обладают наследственностью. Носителями наследственной информации у вирусов служат ДНК и РНК.
6. Вирусы обладают изменчивостью. Строение вирусов. Вирусы имеют общий план строения (рис. 34) и представляют собой молекулу ДНК или РНК, защищённую белковой оболочкой, которая называется капсидом. Внутри капсида, кроме нуклеиновой кислоты, находятся ферменты, обеспечивающие жизненные процессы вирусов. Капсид образован из повторяющихся белковых субъединиц, чаще располагающихся симметрично. Некоторые вирусы, покидая хозяйскую клетку, могут использовать часть мембраны этой клетки для создания себе дополнительной оболочки (вирусы гриппа, герпеса). У многих вирусов, например у бактериофагов — вирусов, поражающих бактериальные клетки, имеются специальные приспособления для введения своего генетического материала в клетку (рис. 35).

Размножение вирусов. Вирусы проникают в клетки различными путём. Например, у бактериофагов ДНК вводится в хозяйскую клетку при помощи специального приспособления, похожего на шприц, вирусы животных способны сливаться с мембраной клетки, после чего нуклеиновая кислота вируса проникает внутрь.

Попав внутрь клетки, вирус перестраивает работу генетического аппарата клетки таким образом, чтобы клетка за счёт своих материальных и энергетических ресурсов начала производить большее количество новых вирусных частиц (рис. 36). Реплицируется вирусная нуклеиновая кислота, синтезируются белки капсида, происходит сборка новых вирусов. Очень часто поражённая клетка погибает, и из неё выходит огромное количество вирусных частиц. Так действуют очень многие вирусы. Но вирусу более выгодно, чтобы клетка-хозяин жила как можно дольше.

Иногда заражённые вирусом клетки включают механизм запрограммированной смерти (апоптоз) и погибают, чтобы не дать вирусу возможность заражать новые клетки организма. Очень часто клетки иммунной системы организма опознают поражённые вирусом клетки и быстро уничтожают их. Но в любом случае в результате атаки вирусов погибает много клеток, что не может не вредить организму.

Известен целый ряд болезней культурных и диких растений, вызываемых вирусами. Таких вирусов выявлено около 500. Ещё больше известно вирусов, поражающих животных и людей.

[Рисунок: схема вируса гриппа; подписи «Молекула РНК», «Капсид», «Нуклеокапсид», «Суперкапсид (мембрана клетки-хозяина)»; подпись «Рис. 34. Строение вируса гриппа»] [Рисунок: схема бактериофага; подписи «Нуклеиновая кислота», «Белковая оболочка», «Хвостовой отросток»; подпись «Рис. 35. Строение бактериофага»] [Справа по краю частично видно: «Рис. 36. Жизненны...» — обрезано]

52

[Рисунок: схема жизненного цикла бактериофага; подписи «Бактерия», «Бактериофаг», «ДНК бактериофага», «Синтез капсидов», «Разрушение бактерии и выход бактериофагов»; подпись «Рис. 36. Жизненный цикл бактериофага»]

Существуют вирусы, которые паразитируют на клетках определённого типа. К примеру, вирусы, поражающие растения, для животных не опасны. Вирус гепатита паразитирует только в клетках печени, вирус оспы — в эпителиальных клетках и т. д.

Каково же происхождение вирусов? Полагают, что вирусы возникли на Земле более 3 млрд лет тому назад, когда уже сформировались основные царства прокариот и эукариот. Видимо, в клетках отделилась часть генома, которая «научилась» удваиваться внутри клетки и приобрела собственную белковую оболочку. Вполне вероятно, что вирусы могут образовываться и в настоящее время. По одной из гипотез, вирус иммунодефицита человека (рис. 37) появился в начале XX в.

Вирусы и человек. Человечество несёт очень большие потери из-за вирусов, которые поражают сельскохозяйственных животных и растения. Но гораздо страшнее то, что многие вирусы поражают организм людей, вирусные эпидемии неоднократно приводили к чудовищным жертвам. Трудно сказать, сколько жизней жителей Европы унесла в Средние века оспа. А эпидемия гриппа, охватившая множество стран в 1918—1920 гг., привела к гибели более 20 млн человек, т. е. больше, чем в Первую мировую войну. Этот грипп был назван «испанка», современные его разновидности тоже очень опасны.

Вирусные инфекции опасны ещё и тем, что некоторые вирусы способствуют злокачественному перерождению клеток, например, так поступает вирус гепатита В.

[Рисунок: схема строения вируса иммунодефицита человека; подпись «Рис. 37. Схема строения вируса иммунодефицита»]

53

Большое внимание учёных и врачей привлекает вирус иммунодефицита человека (ВИЧ), относящийся к РНК-ретровирусам (см. рис. 37). Считается, что это молодой вирус, возникший в результате мутации из вируса иммунодефицита мартышек. Диаметр ВИЧ — около 100 нм, капсид содержит две молекулы РНК. Он специфически связывается со многими клетками человека, в основном поражая иммунную систему, причём инфицирование происходит очень быстро — через минуты после попадания вируса во внутреннюю среду человека.

Основные пути заражения ВИЧ:

1. половые контакты с инфицированным;
2. многократное использование одного и того же шприца;
3. переливание крови от инфицированного;
4. передача ребёнку через молоко матери или эмбриону через плаценту;
5. при попадании крови инфицированного на открытую ранку.

Период до появления симптомов заболевания — от шести недель до многих лет, но всё это время инфицированный человек, сам того не зная, заразен. Когда болезнь переходит в активную стадию, происходит массовая наработка вирусных частиц и гибель клеток, главным образом Т-лимфоцитов. Иммунитет значительно снижается, и человека поражают многочисленные заболевания: туберкулёз, пневмония, опухоли, различные инфекции. После развития болезни за два года 90% больных погибает. Вакцин и надёжных лекарств для борьбы с ВИЧ пока не разработано, но развитие болезни научились несколько сдерживать.

Что делать, чтобы не заразиться ВИЧ?

1. Отказаться от употребления наркотиков;
2. отказаться от случайных половых связей;
3. использовать только одноразовые стерильные медицинские инструменты.

Как же защититься от вирусных инфекций? Самое надёжное мероприятие — вакцинация, тем более что для большинства вирусных инфекций вакцины уже разработаны.

Впервые вакцинацию применил английский врач Эдвард Дженнер. В 1796 г. он привил мальчику вирус коровьей оспы, который вызывает у человека лёгкое недомогание. Через месяц Дженнер ввёл этому человеку содержимое оспенных пузырьков больного натуральной оспой, и мальчик не заболел. Огромный вклад в развитие методов вакцинации внёс великий французский учёный, химик по образованию, Луи Пастер, создавший вакцины против бешенства, холеры, сибирской язвы. При вакцинации человеку вводят ослабленные или убитые антигены (вирусы, бактерии), и организм вырабатывает антитела, связывающие эти антигены. Иммунная память способствует тому, что при любом повторном заражении В- и Т-лимфоциты очень быстро реагируют на это заражение, уничтожая чужеродные агенты.

Создание вакцины — дело очень дорогое и трудное, но предупреждение инфекций путём вакцинации спасло многие миллионы жизней, главным образом детских. Вакцинация позволила резко снизить заболеваемость коклюшем, столбняком, дифтерией, корью, оспой, свинкой, полиомиелитом. Некоторые родители опасаются вакцинации и отказываются от неё. На самом деле при соблюдении всех правил введение качественной вакцины не может нанести вреда.

Ключевые слова: вирусы, капсид, бактериофаг, вакцинация, антигены, антитела.

[Справа по краю частично видно: «ВЫВОД», «Дум...», «Пров...», «1. К...» — обрезано]

54