Віруси. Матеріал для учнів 10 класу.

  

                                  Віруси

Після того як Роберт Кох виявив залежність між деяким видом бактерій і захворюваністю на туберкульоз, багато які вчені взялися до мікроскопування тканин хворих тварин і рослин. У 1892 році російський ботанік і мікробіолог Дмитро Йосипович Івановський вивчав мозаїчну хворобу тютюну. За допомогою фільтра він намагався виділити збудника цієї хвороби. На думку вченого, це могли бути бактерії. Проте навіть каолінові фільтри, з найдрібнішими порами, не змогли затримати паразитів. На підставі цього зробили припущення, що існує невідома доки науці група організмів, яку стали називати «вірусами, що фільтруються» (від лат. virus — отрута), а згодом — просто вірусами.

	Дмитро Йосипович Івановський (1864–1920)

Зазвичай віруси є такими малими, що їх не видно навіть у потужний світловий мікроскоп. Для вивчення вірусів використовують електронні мікроскопи. За їх допомогою було з’ясовано, що віруси мають різноманітні форми та розміри (рис. 4). Вони є збудниками хвороб не тільки рослин, але й тварин і навіть бактерій. Віруси спричинюють багато захворювань людини: кір, епідемічний паротит (свинку), віспу, грип, сказ, тайговий енцефаліт, поліомієліт (дитячий параліч), бородавки, деякі форми гепатиту, ряду онкологічних захворювань, СНІДу (рис. 5). Віруси, що паразитують на бактеріях, називають бактеріофагами.

	Рис.4. Віруси різних форм

	Рис.5. Будова вірусу імунодефіциту людини

Очевидно, бактеріофаги існують для бактерій кожного з відомих видів. Як правило, бактеріофаги мають складнішу будову, ніж інші віруси. Найбільш вивчено бактеріофаги E. coli (їх називають коліфагами) серії Т. Ці бактеріофаги мають «голівку»розміром близько 100 нм, що складається з капсомерів, і «хвіст» такої самої довжини, тобто схожі на крихітні місяцеходи (рис. 6, 7). Усередині «голівки» міститься ДНК фага. «Хвіст» має базальну пластинку зі специфічними шипами, що відіграють ключову роль у впізнаванні клітини-хазяїна, а також скоротний стрижень, покритий порожнистим чохлом. Після адсорбції на клітині-хазяїнові стрижень скорочується. При цьому ДНК фага вводиться в клітину бактерії подібно до ліків, що вводять за допомогою шприца в кров’яне русло.

	Рис. 6. Схема будови бактеріофага

	Рис. 7. Мікрофотографія бактеріофагів, що напали на бактерію

Жоден з відомих вірусів не проявляє ознак життя, перебуваючи поза організмом-хазяїном, і не може жити, подібно до бактерій, на спеціально приготованому культуральному середовищі. Виникає питання: чи є віруси живими організмами або все ж таки дуже складно влаштованими молекулами? Один з видатних вірусологів У. М. Стенлі висловив таку думку: вірус — це істота, що має властивості речовини, і водночас речовина, що має властивості істоти. Про те, що віруси живі, свідчать дві найважливіші характеристики їх життєдіяльності. По-перше, це здатність до розмноження, а по-друге, це здатність до змінення спадкового матеріалу, тобто здатність еволюціонувати. Як уже зазначалося, вірус не може існувати поза організмом-хазяїном, точніше, поза клітиною-хазяїном, і його здатність до розмноження відрізняється від такої у бактерій, рослин, тварин або будь-яких інших організмів. Для розмноження бактеріофаг, наприклад, має потрапити в клітину бактерії та використати її білоксинтезувальний апарат для утворення власних молекул. Приблизно через півгодини бактеріальна клітина розривається, і з неї виходить майже 200 нових бактеріофагів.

Про те, що віруси неживі, свідчить дивний факт, описаний Стенлі в 1935 році. Учений експериментував із вірусом тютюнової мозаїки (тим самим, який відкрив Івановський) і виявив, що він здатний кристалізуватися подібно до молекул білка або сахарози з їхніх розчинів. Вірус, що кристалізується, може зберігатися невизначено довго, не проявляючи ознак життя, але якщо ввести його в лист тютюну, він відразу починає розмножуватися! Таким чином, віруси можна вважати своєрідним містком між живою і неживою природою (рис. 8, 9, 10).

	Рис. 8. Мікрофотографія вірусу тютюнової мозаїки

	Рис. 9. Рослина тютюну, уражена вірусом тютюнової мозаїки

	Рис. 10. Схема будови вірусу тютюнової мозаїки

Віруси не мають клітинної будови, істотно відрізняючись цим від представників усіх царств живої природи. Крім того, віруси містять лише один вид нуклеїнових кислот: або ДНК, або РНК. У зв’язку з цим розрізняють віруси, що містять ДНК, і віруси, що містять РНК. Крім нуклеїнової кислоти до складу вірусів входять білки. Білкові молекули утворюють капсид — оболонку вірусу. Вірусну частинку, що складається з нуклеїнової кислоти, оточеної білковим капсидом, називають нуклеокапсидом. Він може бути «голим» або оточеним оболонкою. У популяції вірусів певного виду всі вони мають однакові капсиди. Електронно-мікроскопічними дослідженнями було встановлено, що існують два види капсидів: спіральні й кубічні (квазісферичні та ізометричні). У деяких вірусів капсиди покрито зверху ще однією оболонкою, що утворюється на останній стадії росту вірусу.

До спіральних вірусів належать переважно паразити рослин (фітопатогенні віруси): вірус тютюнової мозаїки, Х-вірус картоплі, вірус жовтяниці буряка. Для цих вірусів характерне проникнення в клітину-хазяїна лише через пошкоджені ділянки, а не шляхом спеціального механізму, як це зазвичай буває в інших паразитів. Фітопатогенні віруси часто мають переносників. Найчастіше це є комахи-фітофаги. Ряд вірусів переноситься безпосередньо комахами за допомогою ротового апарата. Такі віруси не мають спеціального інкубаційного періоду. Їх називають неперсистентними вірусами. Інші віруси — персистентні — здатні до зараження хазяїна лише після деякого інкубаційного періоду, що проходить, як правило, у шлунково-кишковому тракті комахи-переносника. Інколи переносниками фітопатогенних вірусів є рослини-паразити, наприклад повитиця. найчастіше генетичним матеріалом описаних вірусів є РНК. Віруси рослин завдають величезної шкоди сільському господарству, уражаючи культурні рослини та знижуючи їх урожайність.

Кубічні віруси на перший погляд здаються округлими, але під час детального вивчення виявляється, що вони мають вигляд правильних многогранників (октаедрів, тетраедрів, ікосаедрів). Серед них трапляються суцільні й порожнисті, гладенькі та з відростками. Приклади вірусів з ізометричними капсидами: вірус жовтої мозаїки турнепсу, вірус герпесу, аденовірус. Існують віруси, що мають і складнішу форму. Наприклад, вірус мозаїки люцерни має вигляд зменшених бацил. Віруси грипу й парагрипу мають спіральну серцевину. Гігантами серед вірусів є віруси віспи та віруси контактного дерматиту. Кубічні віруси паразитують головним чином на тваринних організмах, у тому числі й на людині. Подібно до фітопатогенних вірусів, віруси тварин проникають в організм хазяїна або контактним способом, або за допомогою переносників (комах, кліщів, гризунів, птахів тощо).

Проникнення вірусу в клітину-хазяїна починається із взаємодії вірусу з рецептором на клітинній мембрані. Капсид вірусу має відповідні ділянки, що впізнають рецептори на плазмолемі. У цьому полягає специфічність дії вірусів: часто вони вражають лише певний вид клітин багатоклітинного організму. Безпосереднє проникнення вірусу в клітину може відбуватися по-різному. Його оболонка може зливатися з клітиною-хазяїном, як у вірусу грипу; а може відбуватися й піноцитоз (див. далі).