Віруси — класифікація, характеристика, особливості будови

Віруси в біології – це дрібні інфекційні агенти, які не мають своєї клітинної структури, які можуть розмножуватися тільки всередині живих клітин. Вони можуть потрапити в будь-який організм, від рослин і тварин до бактерій і архей.

Деякі віруси мають надпаразитизм, тобто для їх розвитку необхідні інші агенти.

Антибіотики нездатні протистояти шкіднику, а для їх знищення існують противірусні лікарські засоби.

Історія вивчення вірусів

При дослідженні інфекційних захворювань будь-яких організмів вчені прийшли до висновку, що не всі вони провокуються мікроорганізмами здатними викликати патологію у живої істоти.

У той час до патогенів відносили:

• бактерія;
• протисти;
• мікроскопічні грибки.

Так, у хіміка і мікробіолога з Франції Пастера не вийшло виявити агента, який призводить до виникнення сказу. Але він припустив, що патоген дуже малий, щоб його виявити в мікроскоп. У вісімдесятих роках XIX століття французький бактеріолог і хімік Шарль Едуард Шамберлан придумав фільтр з осередками, які за розміром були менше бактерій.

Такий фільтр допомагав повністю очистити розчин від мікроорганізмів. В кінці XIX століття біолог з Росії Іванівський застосував його для дослідження вірусу, яким було заражено тютюнову рослину і помітив, що навіть після фільтрації воно зберегло інфекційні властивості. Вчений висунув версію, що патологія відбувається через токсин, який виділяють бактерії, але йому так і не вдалося втілити свою ідею в життя.

Розмноження вірусів

У той період вченими було прийнято положення, яке свідчило, що будь-який вірус можна відібрати на фільтрі і виростити його в живильному середовищі. Іванівський за допомогою оптичного мікроскопа виявив в інфекційних клітинах тіла, схожі на кристали, які насправді були скупченнями вірусів.

Коли мікробіолог з Голландії Бейерінк повторив досліди Івановського, то він коротко описав, що минулий через фільтр заражений матеріал перетворюється в нову форму інфекційних агентів.

Крім того, він встановив, що паразити розмножувалися тільки в клітинах, які діляться. Бейерінк став називати цих агентів вірусами.

Він передбачав рідку форму їх існування, але трохи пізніше Американський Вірусолог Стенлі довів, що вони являють собою частинки. Буквально відразу ж Леффлер і Фрош відкрили збудник ящура у тварин, який став першим вірусом. Вчений з Англії Туорт виявив групу неклітинних агентів, які інфікували бактерії (зараз їх називають бактеріофагами).

В кінці двадцятих років XX століття вчені вивели вірус вісповакцини на подрібнених курячих нирках, а в кінці тридцятих був вирощений агент грипу в курячих яйцях. Коли винайшли електронний мікроскоп, то фахівцям вдалося отримати перше зображення неклітинних частинок.

Гіпотези походження

Досі немає достовірних фактів появи агентів. Вони могли сформуватися з малих молекул ДНК, яким властиві переходи між клітинами. У природному процесі розвитку природи паразити мають величезне значення при передачі генетичного матеріалу організму-непотомку, який призводить до різноманіття популяцій.

Вчені стверджують, що агенти — це особлива форма життя, так як вони володіють генетичним матеріалом.

У вірусів немає клітинної структури, тому їх не можна зарахувати до живого світу, але вони живуть практично скрізь, де є життя.

Вивченням цих агентів займається наука вірусологія, яка входить в мікробіологію.

Кожна частинка володіє декількома елементами:

• генетичними показниками (РНК або ДНК);
• оболонкою з білка, що захищає вірус.

Зараз багато вчених стверджують, що неклітинні агенти відносяться до стародавніх організмів, які виникли ще до поділу клітинного життя на три надцарства. Підтвердження цього факту ґрунтується на відмінності білків вірусу і бактерій.

Існує список гіпотез появи агентів:

• Регресивна – припускає, що раніше віруси в якості маленьких клітин розвивалися в більш великих. Поступово у них зникли гени. Вчені прийшли до цієї гіпотези, спостерігаючи за бактеріями рикетсії і хламідії, які, як і віруси, паразитують в інших клітинах.
• Гіпотеза походження клітин – агенти могли виникнути з елементів ДНК або РНК, які надійшли зі спадкових елементів організму. Вони можуть з’явитися з плазмід або транспозонів, які показують приклад пересувних генетичних компонентів. Транспозони вперше були виявлені в кукурудзі.
• Коеволюція – має на увазі, що віруси з’явилися з білків і нуклеїнових кислот одночасно з живими клітинами організмів. У природі є ще неклітинні форми життя, але їх не відносять до вірусів, оскільки не володіють білковою оболонкою. Вони мають назву субвірусних частинок, оскільки частина властивостей все-таки збігається.

У цих гіпотез є слабкі місця, наприклад, регресивна не може пояснити, чому найменші клітини несхожі на віруси.

Друга гіпотеза не пояснює, звідки з’являється капсид та інші елементи вірусної частинки, а коеволюція суперечить визначенню агентів як неклітинних частинок.

Структура вірусів

Особливістю будови вірусів вважається великий різновид конфігурацій і розмірів. Досліджені агенти мають діаметр в діапазоні від 20 до 300 нм. Ряд філовірусів при діаметрі всього 80 нм досягають в довжину до 1400 нм. Зовсім недавно були виявлені найбільші екземпляри, які досягають до 1,5 мкм в довжину і 0,5 мкм в діаметрі.

Для вивчення віріонів фахівці використовують тільки сучасні електронні мікроскопи, оскільки в простій прилад їх не видно. Крім того, обов’язково використовуються спеціальні барвники. Зазвичай застосовуються розчини солей вольфраму, що розсіюють негативно заряджені частинки на покритій ними площині.

Зрілий віріон складається з ДНК або РНК і оболонки з білка, яка називається капсидом.

Оболонка утворюється з однотипних елементів білка (капсомерів). Вірус може захищати ліпідне покриття, яке виникає з мембрани хазяйської клітини.

Капсид складається з білків, які кодуються геномом віріона, а його характеристика визначає класифікацію агентів за морфологічною ознакою.

Неклітинні агенти, що володіють складною структурою, кодують особливі білки, які допомагають утворювати капсид. Його форму і самого віріона можна вивчати за допомогою скануючого атомно-силового мікроскопа.

Морфологічна класифікація

Мікробіологія досить детально описує царство вірусів. Лауреат Нобелівської премії Д. Балтімор склав класифікацію віріонів, яка з успіхом застосовується і зараз. У ній типи вірусів розподілені за способом утворення матричної рибонуклеїнової кислоти (мРНК). Існує ще Класифікація капсидів за морфологічними ознаками.

Всього виділено чотири види:

Спіральний – оболонка являє собою один вид капсомерів, які розташовані по спіралі. В середині цієї будови знаходиться канал або порожнину. Таким способом утворюються паличкоподібні і ниткоподібні віріони, які можуть бути короткими і непохитними або довгими і пластичними. У цьому випадку генетика є одноланцюговим РНК, де іони утримуються зарядами на кислотах і білках.

• Ікосаедричний – найчастіше така форма зустрічається у тварин. Правильний ікосаедр вважається ідеальною формою для закритого капсида, зібраного з однакових капсомеров. Мінімальна їх кількість – 12, а кожен складається з п’яти елементів. Наприклад, у ротавірусу понад 12 капсомерів, тому вони мають круглу форму, але зберігають ікосаедричну симетрію.
• Довгастий – це ікосаедричні капсиди, які розташовані вздовж осі симетрії. Така структура зустрічається у головок бактеріофагів.
• Комплексний – конфігурація капсидів частково спіральна і одночасно ікосаедрична. Крім того, можуть спостерігатися допоміжні структурні побудови: білкові відростки, складні зовнішні стінки.

Деякі види бактеріофагів мають ікосаєдричною головкою і спіральним хвостом, що мають шестигранну основу з нитками, через які вірус впорскує генетичний матеріал.

Класифікація вірусів по Балтімору: дволанцюгова ДНК, а РНК відсутня, одноланцюгова ДНК з позитивною полярністю, дволанцюгова РНК, одноланцюгова РНК з позитивною полярністю, одноланцюгова РНК подвійної полярності, одноланцюгова РНК з позитивною полярністю і синтезом ДНК на матриці РНК, дволанцюгова ДНК з синтезом її на матриці РНК.

Життєвий період і захворювання людини

Хоча вірусів налічується досить велика кількість і зустрічаються вони практично скрізь, але у всіх життєвий цикл проходить однаково. Оскільки вони не мають клітинної структури, то розмноження вірусів відбувається всередині клітини господаря.

Агенти всередині клітини відтворюють велику кількість своїх копій. Повний життєвий цикл ділиться на кілька етапів, які перекривають один одного. Спочатку агент утворює зв’язок між своїми білками і рецепторами хазяйської клітини.

Потім він потрапляє всередину для передачі генетичного матеріалу, а деякі види переносять і білки. Неклітинна частка звільняється від капсида і нуклеїнової кислоти. Далі, відбувається угруповання вірусних частинок і модифікується білок. В кінці агент залишає клітку, руйнуючи її або продовжуючи в ній жити.

Найпростіше вірусне захворювання яке часто відбувається – це застуда. Але ці паразити можуть викликати й серйозні патології — СНІД або пташиний грип.

У кожного виду свій механізм впливу на людину, при якому відбувається руйнування клітин і весь організм перестає функціонувати нормально.

У деяких випадках частинки можуть і не завдавати шкоди здоров’ю, фахівці називають таку ситуацію латентністю. Ці види можуть приносити і користь для організму, а їх присутність розвиває імунітет проти шкідливих бактерій.

Деякі інфекції бувають хронічними та можуть протікати все життя, попри захист організму.