Вирусы - на границе живого и неживого

 

 

Реферат

по дисциплине: «Концепции современного естествознания»

на тему: «Вирусы – на границе живого и неживого»

 

 

Содержание:

 

Введение.

1. Свойства вирусов

2. Жизненные циклы вирусов

3. Происхождение вирусов

4. Классификация вирусов

5. Интересные факты о вирусах

Заключение.

Приложения.

Список литературы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

 

 

В 1852 г. русский ботаник Д.И. Ивановский впервые получил инфекционный экстракт из растений табака, пораженных мозаичной болезнью. Когда такой экстракт пропустили через фильтр, задерживающий бактерии, отфильтрованная жидкость все еще сохраняла инфекционные свойства. В 1898 г. голландец Бейеринк придумал новое слово «вирус» (от латинского слова, означающего «яд»), чтобы обозначить этим словом инфекционную природу определенных профильтрованных растительных жидкостей. Хотя удалось достичь значительных успехов в получении высокоочищенных проб вирусов и было установлено, что по химической природе это нуклеопротеины (сложные соединения, состоящие из белков и нуклеиновых кислот), сами частицы все еще оставались неуловимыми и загадочными, потому что они были слишком малы, чтобы их можно было увидеть с помощью светового микроскопа. Именно поэтому вирусы и оказались в числе первых биологических структур, которые были исследованы в электронном микроскопе сразу же после его изобретения в тридцатые годы XX столетия.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Свойства  вирусов

 

 

Вирусы – это мельчайшие живые организмы, размеры которых варьируют в пределах примерно от 20 до 300 мм; в среднем они раз в пятьдесят меньше бактерий. Как уже говорилось, вирусы нельзя увидеть с помощью светового микроскопа (так как их размеры меньше полудлины световой волны), и они проходят через фильтры, которые задерживают бактериальные клетки.

 

Часто задают вопрос: «А являются ли вирусы живыми?» Если живой считать такую структуру, которая обладает генетическим материалом (ДНК или РНК) и которая способна воспроизводить себя, то можно сказать, что вирусы живые. Если же живой считать структуру, обладающую клеточным строением, то ответ должен быть отрицательным. Следует также отметить, что вирусы не способны воспроизводить себя вне клетки-хозяина. Они находятся на самой границе между живым и неживым. И это лишний раз напоминает нам, что существует непрерывный спектр все возрастающей сложности, который начинается с простых молекул и кончается сложнейшими замкнутыми системами клеток.

 

Вирусы могут воспроизводить себя только внутри живой клетки, поэтому они являются облигатными паразитами. Обычно они вызывают явные признаки заболевания. Попав внутрь клетки-хозяина, они «выключают» (инактивируют) хозяйскую ДНК и, используя свою собственную ДНК или РНК, дают клетке команду синтезировать новые копии вируса. Вирусы передаются из клетки в клетку в виде инертных частиц.

 

Вирусы устроены очень просто. Они состоят из фрагмента генетического материала, либо ДНК, либо РНК, составляющей сердцевину вируса, и окружающей эту сердцевину защитной белковой оболочкой, которую называют капсидом. Полностью сформированная инфекционная частица называется вирионом. У некоторых вирусов, таких, как вирусы герпеса или гриппа, есть еще и дополнительная липопротеидная оболочка, которая возникает из плазматической мембраны клетки-хозяина. В отличие от всех остальных организмов вирусы не имеют клеточного строения.

 

Оболочка вирусов часто бывает построена из идентичных повторяющихся субъединиц – капсомеров. Из капсомеров образуются структуры с высокой степенью симметрии, способные кристаллизироваться. Это позволяет получить информацию об их строении как с помощью кристаллографических методов, основанных на применении рентгеновских лучей, так и с помощью электронной микроскопии. Как только в клетке-хозяине появляются субъединицы вируса, они сразу же проявляют способность к самосборке в целый вирус. Самосборка характерна и для многих других биологических структур, она имеет фундаментальное значение в биологических явлениях.

 

Спиральная симметрия. Лучшей иллюстрацией спиральной симметрии может служить вирус табачной мозаики (ВТМ), содержащий РНК. 2130 одинаковых белковых субъединиц составляют вместе с РНК единую целостную структуру – нуклеокапсид. У некоторых вирусов, например у вирусов свинки и гриппа, нуклеокапсид окружен оболочкой.

 

Бактериофаги. Вирусы, которые нападают на бактерий, образуют группу так называемых бактериофагов. У некоторых бактериофагов имеется явно выраженная икосаэдрическая головка, а хвост обладает спиральной симметрией.

 

Сложные вирусы. Некоторые вирусы, например, рабдовирусы и вирусы оспы, имеют сложное строение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Жизненные  циклы вирусов

 

 

Жизненные циклы большинства вирусов, вероятно, схожи. А вот в клетку они, по-видимому, проникают по-разному, поскольку в отличие от вирусов животных бактериальным и растительным вирусам приходится проникать еще и через клеточную стенку. Проникновение в клетку не всегда происходит путем инъекции, и не всегда белковая оболочка вируса остается на внешней поверхности клетки.

 

Попав внутрь клетки-хозяина, некоторые фаги не реплицируются. Вместо этого их нуклеиновая кислота включается в ДНК хозяина. Здесь эта нуклеиновая кислота может оставаться в течение нескольких поколений, реплицируясь вместе с собственной ДНК хозяина. Такие фаги известны под названием умеренных фагов, а бактерии, в которых они затаились, называются лизогенными. Это означает, что бактерия потенциально может лизироваться, но лизиса клеток не наблюдается до тех пор, пока фаг не возобновит свою деятельность. Такой неактивный фаг называется профагом или провирусом.

 

 

 

 

 

3. Происхождение вирусов

 

Вирусы — сборная группа, не имеющая общего предка. В настоящее время существует несколько гипотез, объясняющих происхождение вирусов.

ДНК-содержащие бактериофаги и некоторые ДНК-содержащие вирусы эукариот, возможно, происходят от мобильных элементов и плазмид — более простых автономных генетических элементов, участков ДНК, способных к самостоятельной репликации в клетке.

Происхождение некоторых РНК-содержащих вирусов связывают с вироидами. Вироиды представляют собой высокоструктурированные кольцевые фрагменты РНК, реплицируемые клеточной РНК-полимеразой. Считается, что вироиды представляют собой «сбежавшие интроны» — вырезанные в ходе сплайсинга незначащие участки мРНК, которые случайно приобрели способность крепликации. Белков вироиды не кодируют. Считается, что приобретение вироидами кодирующих участков (открытой рамки считывания) и привело к появлению первых РНК-содержащих вирусов. И действительно, известны примеры вирусов, содержащих выраженные вироид-подобные участки (вирус гепатита Дельта).

Исторически существует гипотеза, что крупные ДНК-содержащие вирусы происходят от более сложных (и, возможно, клеточных, таких как современные микоплазмы и риккетсии), внутриклеточных паразитов, утративших значительную часть своего генома. И действительно, некоторые крупные ДНК-содержащие вирусы (мимивирус, вирус оспы) кодируют функционально избыточные, на первый взгляд, ферменты, по мнению сторонников гипотезы, оставшиеся им в наследство от более сложных форм существования. Однако эта гипотеза не подтверждается данными молекулярной биологии: против этой гипотезы свидетельствует генетическая близость данных вирусов инфицируемому организму и отсутствие хоть какого-либо структурного сходства с внутриклеточными организмами — бактериями или простейшими. Это полностью опровергает данную гипотезу как правило, но не исключает каких-либо не известных или малоизученных исключений. Следует также отметить, что некоторые вирусные белки не обнаруживают гомологии с белками бактерий, архей и эукариот, что свидетельствует о сравнительно давнем обособлении этой группы.

 

 

4. Классификация вирусов

 

Вирусы – это мельчайшие живые организмы, размеры которых варьируют в пределах примерно от 20 до 300 мм; в среднем они раз в пятьдесят меньше бактерий. Как уже говорилось, вирусы нельзя увидеть с помощью светового микроскопа (так как их размеры меньше полудлины световой волны), и они проходят через фильтры, которые задерживают бактериальные клетки. 
 
Часто задают вопрос: «А являются ли вирусы живыми?» Если живой считать такую структуру, которая обладает генетическим материалом (ДНК или РНК) и которая способна воспроизводить себя, то можно сказать, что вирусы живые. Если же живой считать структуру, обладающую клеточным строением, то ответ должен быть отрицательным. “Следует также отметить, что вирусы не способны воспроизводить себя вне клетки-хозяина. Они находятся на самой границе между живым и неживым”. (Горелов А. А. «Концепции современного естествознания». М. – 1999 г., стр. 176)  И это лишний раз напоминает нам, что существует непрерывный спектр все возрастающей сложности, который начинается с простых молекул и кончается сложнейшими замкнутыми системами клеток.

 

“Вирусы могут воспроизводить себя только внутри живой клетки, поэтому они являются облигатными паразитами. Обычно они вызывают явные признаки заболевания”. (Мотылева С. А., Скоробогатов В. А., Судариков А. М. «Концепции современного естествознания» СПб. – 2000 г. стр. 158)

Попав внутрь клетки-хозяина, они «выключают» (инактивируют) хозяйскую ДНК и, используя свою собственную ДНК или РНК, дают клетке команду синтезировать новые копии вируса. Вирусы передаются из клетки в клетку в виде инертных частиц. 
 
Если вирусы действительно являются мобильными генетическими элементами, получившими «автономию» (независимость) от генетического аппарата их хозяев (разных типов клеток), то разные группы вирусов (с разным геномом, строением и репликацией) должны были возникнуть независимо друг от друга. Поэтому построить для всех вирусов единую родословную, связывающую их на основе эволюционных взаимоотношений, невозможно. Принципы «естественной» классификации, используемые в систематике животных, не подходят для вирусов.  
 
Система классификации вирусов необходима в практической работе, и попытки ее создания предпринимались неоднократно. Наиболее продуктивным оказался подход, основанный на структурно-функциональной характеристике вирусов: чтобы отличить разные группы вирусов друг от друга, описывают тип их нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК, каждая из которых может быть одноцепочечной или двухцепочечной), ее размеры (число нуклеотидов в цепочке нуклеиновой кислоты), число молекул нуклеиновой кислоты в одном вирионе, геометрию вириона и особенности строения капсида и наружной оболочки вириона, тип хозяина (растения, бактерии, насекомые, млекопитающие и т.д.), особенности вызываемой вирусами патологии (симптомы и характер заболевания), антигенные свойства вирусных белков и особенности реакции иммунной системы организма на внедрение вируса.  
 
В систему классификации вирусов не вполне укладывается группа микроскопических возбудителей болезней, называемая вироидами (т.е. вирусоподобными частицами). Вироиды вызывают многие распространенные среди растений болезни. “Это мельчайшие инфекционные агенты, лишенные даже простейшего белкового чехла (имеющегося у всех вирусов); они состоят только из замкнутой в кольцо одноцепочечной РНК”. (Е. Ф. Солопов «Концепции современного естествознания». М., - 1998 г. стр. 123)

 

 

 

 

 

 

5. Интересные факты о вирусах

 

 

Вначале вирусы считали ядовитыми веществами, затем – одной из форм жизни, потом – биохимическими соединениями. Сегодня предполагают, что они существуют между живым и неживым мирами и являются основными участниками эволюции. Вирусы – это паразиты, которые почти целиком зависят от клетки-хозяина. Они используют его энергию, необходимую для синтеза нуклеиновых кислот и белков, для дальнейших видоизменений этих белков и их адресной доставки. Без этого вирусы не могли бы размножаться в среде. И тогда напрашивается вполне резонный вывод: несмотря на то, что все процессы в клетке после инфицирования регулируются вирусом, сам он – неживой объект, паразитирующий на живых системах с автономным метаболизмом.  
 
У вирусов есть своя, очень длинная эволюционная история, восходящая к истокам возникновения одноклеточных организмов. Тем не менее, большинство специалистов в области эволюционной биологии считают вирусы неживыми объектами и не принимают их во внимание при исследовании эволюционных процессов.   
 
Биологи не отрицают, что вирусы играли какую-то роль в эволюции. Но, считая их неживой материей, они ставят их в один ряд с такими факторами, как климатические условия.  
 
Исследования в природе показали, что практически у всех живых существ есть свои «ручные» вирусы. Мало того, характерные вирусные последовательности нашлись в хромосомах растений и животных, получить от которых соответствующие вирусы не удалось.   “Судя по всему, жить в геноме и неспешно размножаться – это еще не самое удивительное. Высший класс – это не размножаться совсем. При этом вирусы все равно будут переданы по наследству потомству хозяина, к которому вместе с необходимыми генами перейдут и странные нуклеотидные последовательности, не кодирующие никакие белки”. («Вокруг света» - 2006, № 11., Б. Жуков «Идеальные паразиты» стр.216)

Большим сюрпризом для врачей и биологов – эволюционистов стало то, что большая часть вирусов оказалась вполне безобидными созданиями, не связанными ни с какими болезнями. “…они спокойно дремлют внутри клеток-хозяев или используют их аппарат для своего неспешного воспроизведения без всякого ущерба для клетки”. («В мире науки» - 2005, № 3., Л. Вилляреал «Вирус: существо или вещество?» стр. 64) 
 
Паразитические организмы, к каким бы разновидностям живого они не принадлежали, всегда устроены проще, чем их свободно живущие родственники. Растения паразиты могут утратить зеленый цвет, способность к фотосинтезу, а животные – потерять органы чувств, конечности, иногда даже пищеварительную систему и все равно будут жить. А вот вирусы обошли в этом вопросе всех: у них нет почти ничего своего. Вне зараженной клетки вирус представляет собой капсулу, внутри которой находится несколько генов иногда даже не соединенных вместе. 
 
Что касается борьбы с вирусами как возбудителями заболеваний, то совершенно ясно, что каждый из них требует индивидуального подхода. Их патогенность никак не связана с формой, размером или способом размножения, что осложняет лечение пациентов. Ведь даже вирусы, сходные между собой, могут стать причиной различных заболеваний.  
 
Вирусы влияют абсолютно на все формы жизни на Земле, а часто определяют их судьбу. При этом они тоже эволюционируют. Прямым доказательством служит появление новых вирусов, таких как иммунодефицита человека (ВИЧ), вызывающий СПИД. Ученые еще не вполне ясно представляют себе ключевые события заражения человека этим смертельным заболеванием, но то, что уже известно, поражает воображение. Попов в организм, ВИЧ оказывается в лимфатических узлах, где его захватывают специальные клетки, задача которых удержать любого чужака до прихода полномочных «блюстителей». Вслед за тем появляются поднятые по тревоге В-лимфоциты – рядовые иммунной системы. Когда они во всю работают, прибывают Т-лимфоциты. И вот тут происходит невероятное: вирус, уже обнаруженный, зафиксированный о облепленный антителами, ухитряется внедриться в Т-лимфоцит и начинает в нем размножаться. Пораженная клетка теряет способность выполнять свои обязанности, зато щедро раздает копии вируса своим собратьям. Не получая команд от Т-лимфоцитов, пораженные иммунные клетки не могут справиться с вирусами, и в конце концов вся иммунная система рушится. 
 
Вирусы постоянно видоизменяют границу между биологическим и химическим мирами. Наиболее эффективным методом борьбы с вирусами является вакцинация.