Narava in izvor virusov. Škoda in koristi virusov

Virusi igrajo pomembno vlogo v človekovem življenju, saj lahko povzročijo bolezni različnih resnosti.

Glede na epidemiološke značilnosti delimo virusne bolezni na antroponoznega, torej obstajajo tisti, ki prizadenejo samo ljudi (na primer otroška paraliza) in zooantroponoza - ki se prenašajo z živali na človeka (na primer steklina).

Glavne poti prenosa virusne okužbe so:

1. Prehranska pot, pri katerih virus vstopi v človeško telo z okuženo hrano in vodo (virusni hepatitis A, E itd.)

2.Parenteralno ( ali preko krvi), v katerih virus vstopi neposredno v kri ali notranje okolje osebe. To se zgodi predvsem pri manipulaciji s kontaminiranimi kirurškimi instrumenti ali brizgami, med nezaščitenim spolnim odnosom in tudi transplacentarno z matere na otroka. Na ta način se prenašajo občutljivi virusi, ki se v okolju hitro razgradijo (virus hepatitisa B, HIV, virus stekline itd.).

3.Dihalni trakt, za katerega je značilen mehanizem prenosa po zraku, pri katerem virus vstopi v človeško telo skupaj z vdihanim zrakom, ki vsebuje delce izpljunka in sluzi, ki jih izloči bolna oseba ali žival. To je najnevarnejša pot prenosa, saj se lahko virus prenaša po zraku na precejšnje razdalje in povzroči celotne epidemije. Tako se prenašajo virusi gripe, parainfluence, mumpsa, noric itd.

Večina virusov ima določeno afiniteto do enega ali drugega organa. Na primer, virusi hepatitisa se razmnožujejo predvsem v jetrnih celicah. Glede na vrsto tarčnih organov, ki so prizadeti ob določeni bolezni, ločimo naslednje vrste virusnih bolezni: črevesne, respiratorne (respiratorne), ki prizadenejo osrednje in periferno živčevje, notranje organe, kožo in sluznice, ožilje, imunski sistem. , itd. Po vrsti kliničnega razvoja ločimo akutne in kronične virusne okužbe. Najbolj pogost akutne virusne bolezni, ki se pojavijo z izrazitimi simptomi lokalnega (poškodba sluznice dihalnih poti, poškodba jetrnega tkiva, poškodba različnih predelov možganov) in splošnega značaja - povišana telesna temperatura, šibkost, bolečine v sklepih in mišicah, spremembe v sestavi krvi itd. Akutna virusna okužba, kot je običajno konča s popolnim okrevanjem telesa. V nekaterih primerih akutna oblika bolezni postane kronična. kronično virusne okužbe potekajo z zamegljeno klinično sliko in jih včasih bolniki sami ne opazijo. Kronične okužbe je težko zdraviti in lahko trajajo dolgo časa ter vodijo do pomembnih morfoloških in funkcionalnih sprememb notranjih organov (na primer kronični hepatitis B lahko povzroči cirozo jeter).

Seveda se sodobne oblike virusov ne morejo primerjati s primarnimi oblikami življenja. Od slednjih se morajo razlikovati zaradi zgodovinskega razvoja, ki so ga prestali, vendar ohraniti splošne tipične značilnosti necelične organizacije.

Z odkritjem virusov leta 1892 s strani D. I. Ivanovskega je bila zapolnjena vrzel v zgodovini razvoja organizmov. Engelsovo stališče o dolgem obdobju zgodovinskega razvoja neceličnih bitij se je konkretiziralo v svetu virusov.

Narava virusov. Virusi zavzemajo poseben položaj v primerjavi z drugimi skupinami mikroorganizmov. So tako rekoč na meji med živo in neživo naravo. Njihova narava je bila skozi zgodovino virologije predmet številnih študij in razprav. Kaj so – bitja ali snovi, bitje z lastnostmi snovi ali obratno? Zastavljanje teh vprašanj kaže na dvojno naravo njihovih lastnosti. Dejansko so v zunanjem okolju virusi, vključno s fagi, popolnoma inertne tvorbe, ki ne kažejo znakov življenja - dihanje, hranjenje, razmnoževanje. Veliko jih je mogoče spremeniti v kristale. V kristalnem ali posušenem stanju se lahko ohranijo več let. Obnašajo se kot kemične spojine. A takoj ko pridejo v občutljive celice, se v njih začnejo kazati vsi znaki življenja – razmnoževanje, dednost, variabilnost, sposobnost prilagajanja, evolucija.

Ugledni ameriški virolog W. M. Stanley meni, da je dvojnost njihove narave značilna lastnost virusov. V svojem prostem stanju je virus preprosto velikanska molekula z vsemi lastnostmi, ki so značilne za vse velike molekule. V živi celici se manifestira kot organizem, se razmnožuje in mutira. Tako je TMV najmanjši organizem ali največja molekula.

Nekateri znanstveniki na podlagi sposobnosti virusov za kristalizacijo in encimov za avtokatalizo, to je katalizo pod vplivom produktov, ki se sproščajo kot posledica same reakcije, uvrščajo viruse med encime. Toda kemična sestava virusov in encimov zavrača njegovo encimsko naravo. Encimi so beljakovinske snovi, virusi pa poleg beljakovin vsebujejo tudi nukleinske kisline, ki usmerjajo sintezo beljakovin. Pojav kristalizacije je odvisen od mase in strukture delcev, ki tvorijo kristalno mrežo. Masa bakterij, rikecij in velikih virusov je prevelika, da bi lahko postali strukturne enote kristalov. Majhni virusi, ki so majhni, lahko kristalizirajo zaradi delovanja medmolekularnih adhezijskih sil in fizikalno-kemijske zgradbe delcev.

Razprava o naravi virusov ni le teoretičnega pomena, ampak tudi velikega praktičnega pomena. Jasno je, da bodo ukrepi za boj proti virusnim boleznim ljudi, živali in rastlin povsem različni glede na to, ali jih povzročajo živi organizmi ali pa nastanejo kot posledica vnosa v telo ali tvorbe nekaterih snovi v njem. . Vsi ukrepi za boj proti virusnim okužbam temeljijo na prepoznavanju žive narave virusov. In praksa je dokazala učinkovitost teh ukrepov.

Sodobne predstave o virusih so se razvijale postopoma. Leta 1892 DI. Ivanovski je opozoril na razširjeno bolezen tobaka, pri kateri so listi pokriti z razpršenimi pikami (mozaična bolezen). Po odkritju virusov Ivanovskega so jih imeli za zelo majhne mikroorganizme, ki ne morejo rasti na umetnih hranilnih gojiščih. Kmalu po odkritju virusa tobačnega mozaika je bila dokazana virusna narava slinavke in parkljevke, nekaj let kasneje pa so bili odkriti bakteriofagi. Tako so odkrili tri glavne skupine virusov, ki okužijo rastline, živali in bakterije. Vendar pa so se te neodvisne veje virologije dolgo časa razvijale ločeno, najkompleksnejši virusi - bakteriofagi - pa dolgo niso veljali za živo snov, ampak za nekaj podobnega encimom. Vendar je konec 20. in v začetku 30. let prejšnjega stoletja postalo jasno, da so virusi živa snov, in približno v istem času so jim dodelili imena filtrirnih virusov ali ultravirusov.

V poznih 30. in zgodnjih 40. letih prejšnjega stoletja je proučevanje virusov tako napredovalo, da so izginili dvomi o njihovi živi naravi in oblikoval se je koncept virusov kot organizmov. Osnova za priznanje virusov kot organizmov so bila dejstva, pridobljena med njihovo študijo, ki so pokazala, da so virusi, tako kot drugi organizmi (živali, rastline, protozoji, glive, bakterije), sposobni razmnoževanja, imajo dednost in variabilnost, prilagodljivost na spreminjajoče se razmere v njihovem okolju in končno dovzetnost za biološko evolucijo, ki jo povzroča naravna ali umetna selekcija. To je najprej interakcija dveh genomov - virusnega in celičnega.

Po tretji so virusi izpeljanke celičnih genetskih struktur, ki so postale relativno avtonomne, vendar ohranjajo svojo odvisnost od celic. Tretja hipoteza 20-30 let se je zdela malo verjetna in je celo dobila ironično ime hipoteze o norih genih. Vendar pa zbrana dejstva dajejo vse več novih argumentov v prid tej hipotezi. Poleg tega se je nabralo veliko dejstev, ki kažejo na obstoj obsežne izmenjave že pripravljenih blokov genetskih informacij v naravi, tudi med predstavniki različnih, evolucijsko oddaljenih virusov. Zaradi takšne izmenjave se lahko dedne lastnosti hitro in nenadoma spremenijo z integracijo tujih genov (izposoja funkcije gena). Nove genetske lastnosti lahko nastanejo tudi zaradi nepričakovane kombinacije lastnih in integriranih genov (nastanek nove funkcije). Nazadnje preprosto povečanje genoma zaradi nedelujočih genov odpira možnost evolucije slednjih (nastanek novih genov).

Kaj so necelične oblike življenja?

Grize boleče in žaljivo,

Čeprav včasih tega ne vidite ...

J. Swift

"No, naj naša lepa tujka ostane tujka, dokler nas ima rada,"? je po legendi rekel izjemni mikrobiolog L. Pasteur, ki mu ni uspelo izolirati povzročitelja stekline? strašna bolezen, od katere v 19. stoletju ni bilo odrešitve. Uspelo mu je dobiti cepivo in s tem razumeti naravo povzročitelja okužbe ter rešiti na tisoče človeških življenj. Tega v tistih časih ne bi mogel narediti nihče, saj povzročitelj stekline ni bil mikrob, kot je pričakoval L. Pasteur, ampak virus.

Poleg enoceličnih in večceličnih organizmov obstajajo v naravi tudi druge oblike življenja. To so virusi, ki nimajo celične strukture. Predstavljajo prehodno obliko med živo in neživo snovjo. Virusi so zelo preprosti. Vsak virusni delec je sestavljen iz RNA ali DNA, zaprte v beljakovinsko ovojnico, imenovano kapsida, imenujemo popolnoma oblikovan kužni delec virion. Nekateri virusi (herpes ali gripa) imajo tudi dodatno ovojnico, ki izhaja iz plazemske membrane gostiteljske celice. Virusi lahko živijo in se razmnožujejo le v celicah drugih organizmov. V zunanjem okolju ne kažejo znakov življenja, mnogi imajo obliko kristalov. Velikost virusov se giblje od 20 do 300 nm.

Virus ima precej zapleteno notranjo strukturo. Njegovo jedro (jedro) vsebuje eno (včasih več) molekulo nukleinske kisline (DNA ali RNA). Nukleinske kisline najmanjših virusov vsebujejo 3-4 gene, največji virusi pa imajo do 100 genov. Zunaj je virus prekrit z beljakovinskim "pokrovom", ki ščiti nukleinsko kislino pred škodljivimi vplivi okolja. Oblika virusov je zelo raznolika. Viruse glede na velikost delimo na velike (300-400 nm v premeru), srednje (80-125 nm) in majhne (20-30 nm). Velike viruse lahko vidimo z običajnim mikroskopom, manjše pa preučujemo pod elektronskim mikroskopom.

Univerza: Državna univerza Južni Ural

Leto in mesto: Čeljabinsk 2011

UVOD 4

I Lastnosti virusov. Narava virusov 5

II Zgradba in klasifikacija virusov 7

III Interakcija virusa s celico 10

IV Pomen virusov 12

V Nekatere najbolj znane človeške virusne bolezni 15

VI Ali so virusi živi? 17

VII Za vedno živ 19

ZAKLJUČEK.22

BIBLIOGRAFSKI SEZNAM.23

OPOMBA

Fedorova A.V. "Virusi so prehodna oblika od neživega do živega." - Čeljabinsk: SUSU, EiP - 114, 2011, 23 str., 11 ilustr., 1 tabela, bibliogr. seznam - 9 predmetov.

Ta povzetek obravnava vprašanja, kot so lastnosti in narava virusov. Nekatere lastnosti virusov so: vsebujejo samo eno vrsto nukleinske kisline, nimajo lastnega metabolizma itd. Zgradba in razvrstitev, interakcija virusa s celico (virusi lahko živijo in se razmnožujejo samo v celicah drugih organizmov. Zunaj celic organizmov ne kažejo znakov življenja). Pomen virusov, nekatere virusne bolezni (ošpice, mumps, gripa, otroška paraliza, steklina, črne koze, rumena mrzlica, trahom, encefalitis, nekatere onkološke (tumorske) bolezni, aids). Upošteva se vprašanje "Ali so virusi živi?".

UVOD

Do konca prejšnjega stoletja nihče ni dvomil, da vsako nalezljivo bolezen povzroča svoj mikrob, s katerim se je mogoče uspešno boriti.

"Samo dajte času čas," so rekli bakteriološki znanstveniki, "in kmalu ne bo več nobene bolezni." Toda leta so minevala, obljube pa niso bile izpolnjene. Ljudje so se okužili z ošpicami, slinavko in parkljevko, otroško paralizo, trahomom, črnimi kozami, rumeno mrzlico in gripo. Milijoni ljudi so umrli zaradi strašnih bolezni, a mikrobov, ki so jih povzročili, ni bilo mogoče najti.

Končno leta 1892 Ruski znanstvenik D.I. Ivanovski je bil na pravi poti. Med preučevanjem tobačnega mozaika, bolezni listov tobaka, je prišel do zaključka, da ga ne povzroča mikrob, ampak nekaj manjšega. To »nekaj« prodre skozi najtanjše filtre, ki lahko zadržijo bakterije, se ne razmnožuje v umetnih medijih, umre pri segrevanju in ga ni mogoče videti s svetlobnim mikroskopom. Strup, ki ga je mogoče filtrirati!

To je bil zaključek znanstvenika. Toda strup je snov, povzročitelj bolezni tobaka pa je bilo bitje. Dobro se razmnožuje v listih rastlin. Danski botanik Martin Willem Beirinick je to novo »nekaj« poimenoval virus in dodal, da je virus »tekoča, živa, nalezljiva stvar«. Prevedeno iz latinščine "virus" pomeni "strup".

Nekaj let kasneje sta F. Leffler in P. Frosch odkrila, da povzročitelj slinavke in parkljevke, bolezni, ki jo pogosto najdemo pri živini, prehaja tudi skozi bakterijske filtre. Končno je leta 1917 kanadski bakteriolog F. de Herelle odkril bakteriofag – virus, ki okuži bakterije.

Tako so odkrili viruse rastlin, živali in mikroorganizmov. Ti dogodki so zaznamovali začetek nove znanosti - virologija, ki preučuje necelične oblike življenja.

LASTNOSTI VIRUSOV. NARAVA VIRUSOV

2) nimajo lastnega metabolizma in imajo zelo omejeno število encimov. Za razmnoževanje se uporablja metabolizem gostiteljske celice, njeni encimi in energija;

Virusi se na umetnih hranilnih gojiščih ne razmnožujejo – preveč so izbirčni pri hrani. Običajna mesna juha, ki ustreza večini bakterij, ni primerna za viruse . Potrebujejo žive celice, pa ne katere koli, ampak strogo določene. Tako kot drugi organizmi so tudi virusi sposobni razmnoževanja. Virusi so dedni . Dedne značilnosti virusov lahko upoštevamo glede na obseg prizadetih gostiteljev in simptome povzročenih bolezni ter specifičnost imunskih odzivov naravnih gostiteljev ali umetno imuniziranih poskusnih živali. Vsota teh značilnosti omogoča jasno določitev dednih lastnosti katerega koli virusa in še več - njegovih sort, ki imajo jasne genetske označevalce, na primer: nevrotropizem nekaterih virusov gripe itd. . Variabilnost je druga stran dednosti in v tem pogledu so virusi kot vsi drugi organizmi, ki naseljujejo naš planet. Hkrati lahko pri virusih opazimo tako genetsko variabilnost, povezano s spremembami v dedni snovi, kot fenotipsko variabilnost, povezano z manifestacijo istega genotipa v različnih pogojih.

II ZGRADBA IN RAZVRSTITEV VIRUSOV

Virusov ni mogoče videti z optičnim mikroskopom, ker so njihove velikosti manjše od valovne dolžine svetlobe. Vidimo jih lahko samo z elektronskim mikroskopom.

Virusi so sestavljeni iz naslednjih glavnih komponent.

1. Jedro - genetski material (DNA ali RNA), ki nosi informacije o več vrstah beljakovin, potrebnih za nastanek novega virusa;

2. Beljakovinska lupina, ki se imenuje kapsida (iz latinske besede capsa - škatla). Pogosto je zgrajena iz enakih ponavljajočih se podenot – kapsomer. Kapsomeri tvorijo strukture z visoko stopnjo simetrije;

3. Dodatna lipoproteinska membrana. Nastane iz plazemske membrane gostiteljske celice in ga najdemo le pri razmeroma velikih virusih (gripa, herpes).

Kapside in dodatna lupina imajo zaščitne funkcije, kot da ščitijo nukleinsko kislino. Poleg tega olajšajo prodiranje virusa v celico. Popolnoma oblikovan virus se imenuje virion.

Shematska struktura virusa, ki vsebuje RNA, s spiralno vrsto simetrije in dodatno lipoproteinsko ovojnico je prikazana na levi na sliki 1; povečan prečni prerez je prikazan na desni.

Slika 1. Shematska struktura virusa: 1 - jedro (enoverižna RNA); 2 - beljakovinska lupina (kapsida); 3 - dodatna lipoproteinska membrana; 4 - Kapsomeri (strukturni deli kapside)

Število kapsomer in način njihovega zlaganja sta pri vsaki vrsti virusa strogo konstantna. Na primer, polio virus vsebuje 32 kapsomer, adenovirus pa 252.

Ker so osnova vseh živih bitij genetske strukture, viruse danes razvrščamo glede na značilnosti njihove dedne snovi – nukleinskih kislin. Vsi virusi so razdeljeni v dve veliki skupini : DNK virusi(deoksivirusi) in RNA virusi(ribovirusi). Vsako od teh skupin nato razdelimo na dvoverižne in enoverižne viruse nukleinske kisline. Naslednje merilo je vrsta simetrije virionov (odvisno od načina polaganja kapsomerov), prisotnost ali odsotnost zunanjih lupin, glede na celice - gostitelja. Poleg teh klasifikacij obstaja še veliko drugih. Na primer glede na vrsto prenosa okužbe z enega organizma na drugega.

Slika 2. Shematski prikaz razporeditve kapsomer v virusni kapsidi. Virus gripe ima spiralni tip simetrije. Kubična vrsta simetrije pri virusih: herpes - b, adenovirus - c, poliomelitis - d

ŠKOLJKA.

Virusi z ovojnico za razliko od normalnih celic nimajo sposobnosti obnavljanja poškodovanih lipidnih membran. Sistem komplementa lahko izkoristi to slabost, saj bo najmanjša poškodba zunanje membrane povzročila njeno zlom in s tem izgubo nalezljivih lastnosti virusa. Jasno je, da ima sistem komplementa, ki je del prirojenega imunskega sistema, ključno vlogo v boju proti virusnim okužbam. Vendar pa je MPC lahko učinkovit samo proti patogenom, ki imajo zunanjo lipidno membrano. Gram-pozitivne bakterije ali kvasovke, ki imajo dodatno celično steno, so neranljive za komplement.

Slika 3-DNA-Struktura virusov
a) virus črnih koz
b) herpes - virusi
Enoverižna RNA
c) virusi ošpic in mumpsa
d) virusi stekline

e) virusi levkemije in aidsa
BREZ LUPINE

Dvoverižna DNA
e) irido - virusi
g) adenovirusi

III INTERAKCIJA VIRUSA S CELICO

Virusi lahko živijo in se razmnožujejo le v celicah drugih organizmov. Zunaj celic organizmov ne kažejo nobenih znakov življenja. V zvezi s tem so virusi zunajcelična mirujoča oblika (varion) ali znotrajcelična razmnoževalna - vegetativna. Različice kažejo odlično sposobnost preživetja. Zlasti lahko prenesejo pritisk do 6000 atm. in prenašajo visoke odmerke sevanja, vendar poginejo pri visokih temperaturah, obsevanju z UV žarki ter izpostavljenosti kislinam in razkužilom.

Interakcija virusa s celico poteka skozi več zaporednih stopenj.

1. Prva stopnja je adsorpcija variant na površini tarčne celice, ki mora imeti za ta namen ustrezne površinske receptorje. Z njimi virusni delci specifično interagirajo, nakar so trdno vezani, zato celice niso dovzetne za vse viruse. To pojasnjuje strogo določenost poti prodiranja virusov. Na primer, celice v sluznici dihalnih poti imajo receptorje za virus influence, kožne celice pa ne. Zato gripe ne morete prenesti skozi kožo - virusne delce je treba vdihniti z zrakom, virus hepatitisa A ali B prodre in se razmnožuje samo v jetrnih celicah, virus mumpsa (mumps) pa v celicah parotidne žleze slinavke. itd.

2. Druga stopnja je sestavljena iz penetracija celotno različico ali njeno nukleinsko kislino v gostiteljsko celico.

3. Tretja stopnja se imenuje deproteinizacija. Med tem procesom se sprosti nosilec genetske informacije virusa, njegova nukleinska kislina.

4. V četrti fazi, ki temelji na virusni nukleinski kislini, sinteza spojin, potrebnih za virus.

5. V peti fazi se pojavi sinteza komponent virusnih delcev- nukleinska kislina in kapsidni proteini, vse komponente pa se sintetizirajo večkrat.

6. V šesti fazi iz predhodno sintetiziranih številnih kopij nukleinske kisline in beljakovin novi virioni nastanejo s samozdruževanjem

7. Zadnja - sedma stopnja - predstavlja sproščanje na novo sestavljenih virusnih delcev iz gostiteljske celice. Ta proces poteka različno pri različnih virusih. Pri nekaterih virusih to spremlja celična smrt zaradi sproščanja litičnih encimov v lizosomih - celična liza. V drugih različice zapustijo živo celico z brstenjem, vendar tudi v tem primeru celica sčasoma odmre.

IV POMEN VIRUSOV

Znanost pozna viruse bakterij, rastlin, žuželk, živali in ljudi. Teh je več kot 1000. Razmnoževanje virusov, povezano z uničenjem celic, vodi v pojav bolečih stanj v telesu. Virusi povzročajo številne človeške bolezni: ošpice, mumps, gripo, otroško paralizo, steklino, črne koze, rumeno mrzlico, trahom, encefalitis, nekatere onkološke (tumorske) bolezni, AIDS. Ni nenavadno, da se ljudem začnejo gojiti bradavice. Vsi vedo, kako po prehladu pogosto "pometajo" ustnice in krila nosu. To so tudi vse virusne bolezni. Znanstveniki so ugotovili, da v človeškem telesu živi veliko virusov, vendar se ne manifestirajo vedno. Samo oslabljeno telo je dovzetno za učinke patogenega virusa. Poti okužbe z virusi so zelo različne: preko kože z ugrizi žuželk in klopov; skozi slino, sluz in druge izločke bolnika; po zraku; s hrano; spolno in drugi.

Kapljična okužba je najpogostejši način širjenja bolezni dihal. Pri kašljanju in kihanju se v zrak sprostijo milijoni drobnih kapljic tekočine (sluzi in sline). Te kapljice, skupaj z živimi mikroorganizmi, ki jih vsebujejo, lahko drugi ljudje vdihavajo. Pri živalih virusi povzročajo slinavko in parkljevko, kugo in steklino; pri žuželkah - poliedroza, granulomatoza; pri rastlinah - mozaične ali druge spremembe barve listov ali cvetov, zvijanje listov in druge spremembe oblike, pritlikavost; končno, v bakterijah - njihov razpad. Ideja o virusih kot »uničevalcih«, ki se ne ustavijo pred ničemer, se je ohranila v študiji posebne skupine virusov, ki okužijo bakterije. Govorimo o bakteriofagih. Sposobnost fagov, da uničijo bakterije, se lahko uporabi za zdravljenje nekaterih bolezni, ki jih povzročajo te bakterije. Fagi so dejansko postali prva skupina virusov, ki so jih ljudje "ukrotili". Hitro in neusmiljeno so obračunali s svojimi najbližjimi sosedi v mikrokozmosu. Vibriji kuge, tifusa, dizenterije in kolere so se po srečanju s temi virusi dobesedno "stopili" pred našimi očmi. Začeli so jih uporabljati za preprečevanje in zdravljenje številnih nalezljivih bolezni, a žal so prvim uspehom sledili neuspehi. To je bilo posledica dejstva, da v človeškem telesu fagi niso napadali bakterij tako aktivno kot v epruveti. Poleg tega so se bakterije izkazale za "bolj zvite" od svojih sovražnikov: zelo hitro so se prilagodile fagom in postale neobčutljive na njihovo delovanje.

Po odkritju antibiotikov so se fagi kot zdravilo umaknili v ozadje, a se še vedno uspešno uporabljajo za prepoznavanje bakterij. Dejstvo je, da lahko fagi zelo natančno najdejo "svoje bakterije" in jih hitro raztopijo. Podobne lastnosti fagov so bile osnova za terapevtsko diagnostiko. To se običajno naredi takole: bakterije, izolirane iz pacientovega telesa, se gojijo na trdnem hranilnem mediju, nato pa se na nastalo "trato" nanesejo različni fagi, na primer dizenterija in tifus. Po enem dnevu posode pregledamo pod svetlobo in ugotovimo, kateri fag je povzročil razpad bakterij. Če je imel takšen učinek fag dizenterije, so iz bolnikovega telesa izolirali bakterijo dizenterije, pri tifusu pa bakterijo tifusa.

Včasih na pomoč ljudem priskočijo virusi, ki okužijo živali in žuželke. Pred več kot dvajsetimi leti je v Avstraliji postal akuten problem boja proti divjim zajcem. Število teh glodavcev je doseglo zaskrbljujoče razsežnosti. Uničili so pridelke hitreje kot kobilice in postali prava narodna katastrofa. Običajne metode boja z njimi so se izkazale za neučinkovite. In potem so znanstveniki izdali poseben virus za boj proti kuncem, ki lahko uniči skoraj vse okužene živali. Toda kako razširiti to bolezen med plašnimi in previdnimi zajci? Komarji so pomagali. Igrali so vlogo "letečih igel" in širili virus od zajca do zajca. Ob tem so komarji ostali popolnoma zdravi.

Obstajajo tudi drugi primeri uspešne uporabe virusov za ubijanje škodljivcev. Vsi poznajo škodo, ki jo povzročajo gosenice in žagice. Prvi jedo liste koristnih rastlin, drugi okužijo drevesa v vrtovih in gozdovih. Z njimi se borita tako imenovana virusa poliedroze in granuloze, ki ju na majhnih površinah škropijo z atomizerji, za tretiranje velikih površin pa uporabljajo letala. To so storili v ZDA pri boju z gosenicami, ki okužijo polja lucerne, in v Kanadi pri uničevanju borovega žaga.

Kaj se zgodi s celico, če ni okužena z enim, ampak z dvema virusoma? Če ste se odločili, da se bo v tem primeru bolezen celice poslabšala in njena smrt pospešila, ste se zmotili. Izkazalo se je, da prisotnost enega virusa v celici pogosto zanesljivo ščiti pred uničujočimi učinki drugega. Ta pojav so znanstveniki poimenovali virusna interferenca. Povezan je s proizvodnjo posebnega proteina - interferona, ki v celicah aktivira zaščitni mehanizem, ki lahko razlikuje virusno od nevirusnega in selektivno zavira virusno. Interferon zavira razmnoževanje večine virusov v celicah. Interferon, proizveden kot terapevtsko zdravilo, se zdaj uporablja za zdravljenje in preprečevanje številnih virusnih bolezni.

V NEKATERE NAJBOLJ ZNANIH ČLOVEŠKIH VIRUSNIH BOLEZNI

Gripa ostaja »kralj« epidemij. Nobena bolezen ne more v kratkem času doseči več sto milijonov ljudi, med pandemijo pa za gripo zboli več kot milijarda ljudi! Tako ni bilo le med nepozabno pandemijo leta 1918, ampak relativno nedavno - leta 1957, ko je izbruhnila pandemija "azijske" gripe, in leta 1968, ko se je pojavila "hongkonška" gripa. Poznamo več različic virusa gripe - A, B, C itd. Pod vplivom okoljskih dejavnikov se lahko njihovo število poveča. Ker je imunost na gripo kratkotrajna in specifična, je možna ponovna bolezen v eni sezoni. Po statističnih podatkih vsako leto za gripo zboli povprečno 20-35% prebivalstva.

Črne koze so ena najstarejših bolezni. Opis črnih koz je bil najden v egipčanskem papirusu Amenofisa I., sestavljenem 4000 pr. Poškodbe črnih koz so se ohranile na koži mumije, pokopane v Egiptu 3000 pr. Omemba črnih koz, ki so jih Kitajci imenovali "strup iz materinih prsi", je v najstarejšem kitajskem viru - razpravi "Cheu-Cheufa" (1120 pr. n. št.). Prvi klasični opis črnih koz je podal arabski zdravnik Rhazes.

Tabela 1-Značilnosti bolezni

AIDS je nova nalezljiva bolezen, ki jo strokovnjaki prepoznavajo kot prvo resnično globalno epidemijo v znani človeški zgodovini. Niti kuga, niti črne koze niti kolera niso precedens, saj je aids izrazito drugačen od nobene od teh in drugih znanih človeških bolezni.

Ime bolezni	Patogen	Prizadeta področja telesa	Metoda distribucije	Vrsta cepljenja
	Miksovirus ene od treh vrst - A, B in C - z različnimi stopnjami virulence	Dihalni trakt: epitelij, ki obdaja sapnik in bronhije	Kapljična okužba	Uničen virus: sev uničenega virusa se mora ujemati s sevom virusa, ki ga povzroča Nadaljevanje tabele 1 bolezen
hladno	Različni virusi, najpogosteje rinovirusi (RNA-vsebujoči virusi)	Dihalne poti: običajno samo zgornje	Kapljična okužba	Živ ali inaktiviran virus se daje z intramuskularno injekcijo; Cepljenje ni zelo učinkovito, saj obstaja veliko različnih sevov rinovirusov
	Variola virus (virus, ki vsebuje DNA), eden od virusov črnih koz	Dihalne poti, nato koža	Kapljična okužba (možen prenos okužbe preko kožnih ran).	Živ oslabljen (oslabljen) virus se vnese v prasko na koži; trenutno ni uporabljeno.
mumps (paratitis)		Dihalni trakt, nato generalizirana okužba po telesu skozi kri; prizadete so predvsem žleze slinavke, pri odraslih moških pa tudi moda	Kapljična okužba (ali nalezljiv oralni prenos s kužno slino)	Živi oslabljeni virus
	Paramiksovirus (virus, ki vsebuje RNA)	Dihalna pot (od ustne votline do bronhijev), nato preide na kožo in črevesje.	Kapljična okužba	Živi oslabljeni virus
Ošpice rdečke (rdečke)	Virus rdečk	Dihalne poti, vratne bezgavke, oči in koža	Kapljična okužba	Živi oslabljeni virus
Poliomielitis (otroška paraliza)	Poliovirus (pikornavirus; virus, ki vsebuje RNA, znani so trije sevi)	Grlo in črevesje, nato kri; včasih motorični nevroni hrbtenjače, potem lahko pride do paralize	Okužba kapljična ali preko človeških iztrebkov	Živ oslabljeni virus se daje peroralno, običajno na kocki sladkorja

VI ALI VIRUSI ŽIVIJO?

Upoštevani sta dve stališči:

če upoštevamo živo strukturo, ki vsebuje nukleinske kisline in se lahko razmnožuje, potem lahko sprejmemo stališče, da so virusi živi;
Če predpostavimo, da je živa samo struktura, ki ima celično strukturo, potem so virusi neživa oblika snovi (polimeri).

A. Lehninger v "Biokemiji" obravnava viruse kot strukture, ki stojijo na pragu življenja in predstavljajo stabilne supramolekularne komplekse, ki vsebujejo molekulo nukleinske kisline in veliko število beljakovinskih podenot, ki so razvrščene v določenem vrstnem redu in tvorijo specifično tridimenzionalno strukturo. Med najpomembnejšimi lastnostmi virusov ugotavlja:

nezmožnost samoreprodukcije v obliki čistih zdravil;
sposobnost nadzora njegove replikacije (okužene celice);
velike razlike med virusi v velikosti, obliki in kemični sestavi.

Virusi se nahajajo na sami meji med živim in neživim. To kaže na obstoj neprekinjenega spektra vse bolj kompleksnega organskega sveta, ki se začne s preprostimi molekulami in konča z najkompleksnejšimi sistemi celic.

Kamen, pa tudi kapljica tekočine, v kateri potekajo presnovni procesi, ki pa ne vsebuje genetskega materiala in ni sposobna samoreprodukcije, je nedvomno neživ predmet. Bakterija je živ organizem in čeprav je sestavljena iz samo ene celice, lahko proizvaja energijo in sintetizira snovi, ki zagotavljajo njen obstoj in razmnoževanje. Kaj lahko v tem kontekstu rečemo o semenu? Vsako seme ne kaže znakov življenja. Vendar pa v mirovanju vsebuje potencial, ki ga je prejel od nedvomno žive snovi in ki se pod določenimi pogoji lahko uresniči. Hkrati se lahko seme nepovratno uniči in takrat bo potencial ostal neuresničen. V tem pogledu virus bolj spominja na seme kot na živo celico: ima določene sposobnosti, ki se morda ne uresničijo, nima pa sposobnosti samostojnega obstoja.

Niti celični niti virusni geni ali proteini sami po sebi ne služijo kot živa snov, celica brez jedra pa je podobna obglavljeni osebi v tem, da nima kritične stopnje kompleksnosti. Tudi virus ni sposoben doseči te stopnje. Življenje je torej mogoče definirati kot nekakšno zapleteno nastajajoče stanje, vključno z istimi temeljnimi "gradniki", ki jih ima virus. Če sledimo tej logiki, potem virusov, ki niso živi objekti v strogem pomenu besede, vseeno ne moremo uvrstiti med inertne sisteme: so na meji med živim in neživim.

VII VEČNO ŽIVETI

Virusi, ki zasedajo vmesni položaj med živimi in neživimi, kažejo nepričakovane lastnosti. Tukaj je eden od njih. Običajno se virusi razmnožujejo samo v živih celicah, lahko pa rastejo tudi v mrtvih celicah in jih včasih celo oživijo. Presenetljivo je, da se lahko nekateri virusi, ko so uničeni, ponovno rodijo za »posojeno življenje«.

Celica, katere jedrska DNK je bila uničena, je resnično »mrtva«: prikrajšana je za genetski material z navodili za delovanje. Toda virus lahko za svojo replikacijo uporabi preostale intaktne celične komponente in citoplazmo. Podredi si celični aparat in ga prisili, da uporablja virusne gene kot vir navodil za sintezo virusnih proteinov in replikacijo virusnega genoma. Edinstvena sposobnost virusov, da se razvijejo v mrtvih celicah, se najbolj jasno pokaže, ko so gostitelji enocelični organizmi, predvsem tisti, ki živijo v oceanih.

Slika 4. Virus tobačnega mozaika

Bakterije, fotosintetske cianobakterije in alge, potencialni gostitelji morskih virusov, pogosto uniči ultravijolično sevanje, ki uniči njihov DNK. Hkrati nekateri virusi (»prebivalci« organizmov) vklopijo mehanizem za sintezo encimov, ki obnovijo poškodovane molekule gostiteljske celice in jo oživijo. Na primer, cianobakterije vsebujejo encim, ki je vključen v fotosintezo, in ko je izpostavljen prekomerni svetlobi, se včasih uniči, kar povzroči celično smrt. In potem virusi, imenovani cianofagi, »vklopijo« sintezo analoga bakterijskega fotosintetskega encima, ki je bolj odporen na UV sevanje. Če tak virus okuži na novo odmrlo celico, jo lahko fotosintetski encim vrne v življenje. Tako ima virus vlogo "genskega oživčevalca".

Prekomerni odmerki UV-sevanja lahko povzročijo smrt cianofagov, včasih pa se s pomočjo večkratnih popravil vrnejo v življenje. Običajno je v vsaki gostiteljski celici prisotnih več virusov in če so poškodovani, lahko delček za delčkom sestavljajo virusni genom. Različni deli genoma lahko služijo kot dobavitelji posameznih genov, ki bodo skupaj z drugimi geni obnovili funkcije genoma v celoti, ne da bi ustvarili cel virus. Virusi so edini živi organizmi, ki se lahko, tako kot ptica feniks, ponovno rodijo iz pepela.

Skupaj s kolegi na Inštitutu za cepiva in gensko terapijo zdravstvenih ved Univerze v Oregonu predlagamo, da obstaja tretja pot: geni so sprva izvirali iz virusov, nato pa so kolonizirali člane dveh različnih rodov organizmov, kot so bakterije in vretenčarji. Gen, s katerim je bakterija obdarila človeštvo, bi se lahko prenesel na obe liniji, ki ju omenja virus.

Slika 5. Virus modrikastega jezika

Poleg tega smo prepričani, da je samo celično jedro virusnega izvora. Pojav jedra ni mogoče pojasniti s postopnim prilagajanjem prokariontskih organizmov na spreminjajoče se razmere. Lahko bi nastala na podlagi že obstoječe visokomolekularne virusne DNK, ki si je v prokariontski celici zgradila trajni »dom«. To potrjuje dejstvo, da je gen za DNA polimerazo faga T4 (fagi so virusi, ki okužijo bakterije) po svojem nukleotidnem zaporedju blizu genom za DNA polimerazo tako evkariontov kot virusov, ki jih okužijo. Poleg tega je Patrick Fortere z University of Paris South, ki je proučeval encime, ki sodelujejo pri replikaciji DNK, prišel do zaključka, da so geni, ki določajo njihovo sintezo pri evkariontih, virusnega izvora.

Virusi vplivajo na absolutno vse oblike življenja na Zemlji in pogosto določajo njihovo usodo. Hkrati se tudi razvijajo. Neposredni dokazi izhajajo iz pojava novih virusov, kot je virus humane imunske pomanjkljivosti (HIV), ki povzroča AIDS.

Virusi nenehno spreminjajo mejo med biološkim in biokemičnim svetom. Bolj kot napredujemo pri proučevanju genomov različnih organizmov, več dokazov bomo našli o prisotnosti genov iz dinamičnega, zelo starodavnega bazena. Dobitnik Nobelove nagrade Salvador Luria je leta 1969 govoril o vplivu virusov na evolucijo: »Morda so bili virusi s svojo sposobnostjo vstopa in izstopa iz celičnega genoma aktivni udeleženci v procesu optimizacije genetskega materiala vseh živih bitij med evolucijo. Nismo opazili." Ne glede na to, kateremu svetu - živemu ali neživemu - pripisujemo viruse, je prišel čas, da jih ne obravnavamo ločeno, temveč ob upoštevanju njihove stalne povezanosti z živimi organizmi.

ZAKLJUČEK

Boj proti virusnim okužbam je povezan s številnimi težavami, med katerimi je treba posebej opozoriti na imunost virusov na antibiotike. Virusi aktivno mutirajo in redno se pojavljajo novi sevi, proti katerim še niso našli "orožja". V prvi vrsti to velja za viruse RNA, katerih genom je običajno večji in zato manj stabilen. Do danes se boj proti številnim virusnim okužbam razvija v korist ljudi, predvsem zaradi splošnega cepljenja prebivalstva v preventivne namene. Takšni dogodki so na koncu pripeljali do tega, da je po mnenju strokovnjakov virus črnih koz zdaj izginil iz narave. Zaradi vsesplošnega cepljenja pri nas je leta 1961. Epidemija otroške paralize je bila izkoreninjena. Vendar pa narava še vedno občasno preizkuša ljudi in predstavlja presenečenja v obliki novih virusov, ki povzročajo strašne bolezni. Najbolj osupljiv primer je virus človeške imunske pomanjkljivosti, boj proti kateremu ljudje še vedno izgubljamo. Njegovo širjenje je že skladno s pandemijo.

Pomembno! Vsi predstavljeni povzetki za brezplačen prenos so namenjeni izdelavi načrta ali podlage za lastna znanstvena dela.

prijatelji! Imate edinstveno priložnost, da pomagate študentom, kot ste vi! Če vam je naše spletno mesto pomagalo najti službo, ki jo potrebujete, potem zagotovo razumete, kako lahko zaposlitev, ki jo dodate, olajša delo drugim.

Če je po vašem mnenju povzetek slabe kakovosti ali ste to delo že videli, nas prosim obvestite.

Menijo, da virusi (iz lat. virus- strup) - nekaj grdega, kar prinaša le težave. Toda to je huda napaka. Virusi so ključni kreatorji žive narave in motorji njene evolucije.

Eden glavnih argumentov proti hipotezi, da so virusi »pobegnili« iz celic, je dejstvo, da so virusni genetski sistemi veliko bolj raznoliki od celičnih. Kot je znano, imajo celični organizmi le dvoverižne - linearne ali krožne - genome DNK. In genom virusa je lahko predstavljen z eno- in dvoverižnimi molekulami RNA ali DNA, linearnimi ali krožnimi. Obstajajo tudi sistemi, ki uporabljajo obratno transkripcijo. Tako se pri retrovirusih (na primer nekateri onkovirusi, HIV) in pararetrovirusih (virusi hepatitisa B, cvetačni mozaik itd.) ena od verig genomske DNA sintetizira na matrici RNA. Virusi za razliko od celičnih organizmov izvajajo vse teoretično možne načine shranjevanja in izražanja genetske informacije.

Drugi pomemben argument proti temu, da virusi izvirajo iz celic, je, da obstaja veliko virusnih genov, ki ne obstajajo v celičnih organizmih. Celični organizmi se niso le razvili iz virusov, ampak so od njih tudi podedovali (in še vedno dedujejo) pomemben del svojega genskega materiala. Pri tem so še posebej zanimivi endogeni virusi (deli genoma virusov RNA ali DNA, vgrajeni v genom celice), med katerimi prevladujejo geni, pridobljeni iz retrovirusov. Menijo, da so sesalci več kot polovico svojega genoma podedovali od virusov in njihovih najbližjih sorodnikov - "sebičnih" genetskih elementov, na primer plazmidov in transpozonov. Tako so virusi sostarši človeka. Pogosto so genska zaporedja endogenih virusov, ki jih najdemo v velikem številu v človeškem genomu, spremenjena in ne kodirajo več beljakovin. Obstaja dober razlog za domnevo, da so takšne sekvence vključene v regulacijo celičnih genov, čeprav so njihove specifične biološke funkcije pogosto neznane. Vemo pa nekaj pomembnega: na primer, protein sincitin, ki ga kodira gen za ovojnico enega endogenega retrovirusa, je nujen za zlitje celic med nastajanjem posteljice. To pomeni, da se brez tega endogenega virusa ne bi mogli roditi niti ljudje niti živali s placento. Obstaja še en pomemben primer. Izkazalo se je, da komponenta genoma enega od endogenih virusov nadzoruje izražanje prolin dehidrogenaze v nekaterih predelih centralnega živčnega sistema. Ta encim je morda igral pomembno vlogo pri razvoju človeških možganov. Če je izražanje tega encima zaradi mutacij moteno, se pojavijo duševne bolezni, tudi shizofrenija. Virusi in njihovi sorodniki imajo pomembno vlogo tudi pri horizontalnem prenosu celičnih genov – iz enega organizma v drugega.

Kljub ključni vlogi v evoluciji pa so virusi najbolj znani kot povzročitelji bolezni ljudi, živali in rastlin (mimogrede, zato so bili prvi odkriti). In potem bomo govorili o naravi virusne patogenosti. Virusi (zlasti evkariontski virusi) nimajo posebne »želje« poškodovati gostitelja, še manj pa ga ubiti. In v mnogih primerih virusi sobivajo precej mirno in prijateljsko s celicami. Zakaj je toliko virusov tako škodljivih? Običajna razlaga je, da je patologija okužene celice posledica »ropanja« njenih virov (materialnih in strukturnih), ki jih virus usmeri v lastne potrebe razmnoževanja. Največjo škodo pa lahko povzroči nepremišljeno zaščitno delovanje gostiteljev in zaščitno delovanje virusov, ki ni neposredno povezano z njihovim razmnoževanjem.

Mehanizmi zaščite in protiobrambe

Kateri so glavni obrambni mehanizmi okužene celice? To so komponente prirojene imunosti: razgradnja RNA (virusne in celične), zaviranje sinteze beljakovin (tako virusne kot celične), samouničenje (apoptoza in druge vrste programirane smrti) in nazadnje vnetje. Pravzaprav je veliko virusov odkrilo svoj obstoj na ta način – zaradi vnetij, ki jih povzročajo (encefalitis, pljučnica itd.). Celica se proti virusu bori tako, da poruši lastno presnovo in/ali strukturo, njeni obrambni mehanizmi pa so običajno samopoškodovalni. Lahko bi rekli, da se je oseba, ki umre zaradi otroške paralize (in umre manj kot 1%), med bojem proti okužbi ubila.

Kot odziv na celično obrambo se virusi razvijejo, da razvijejo obrambo, med virusom in celico pa poteka oboroževalna tekma. Ta zdravila so usmerjena predvsem proti splošnim presnovnim procesom, ki so osnova obrambnih reakcij celice. To je spet zaviranje sinteze celične RNA in beljakovin, motnje znotrajcelične infrastrukture in celičnega transporta, zaviranje ali obratno zagon apoptoze in drugih mehanizmov, ki povzročajo programirano celično smrt. Tako je obrambna strategija virusa v marsičem podobna obrambnemu obnašanju celice. Figurativno povedano, rokoborci uporabljajo enake tehnike in dosegajo iste cilje. Na primer, celica, ki zavira sintezo virusnih beljakovin, uporablja interferon in za zaviranje njegovega nastajanja virus po drugi strani zavira sintezo beljakovin v celici. Odvisno od okoliščin ima korist ena ali druga stran. Izkazalo se je, da glavni prispevek k patologiji ni razmnoževanje virusa kot takega, temveč soočenje med celično in virusno obrambo. V rastlinski patologiji že dolgo obstaja koncept "tolerance": patogeni virus se lahko aktivno razmnožuje v okuženi rastlini, ne da bi povzročil boleče simptome.

V nadaljevanju bomo govorili predvsem o RNA virusih (to je enostavnejši primer). Kako virus RNK, ko vstopi v celico, razkrije svojo prisotnost? In kako celica ve, da je vanjo vstopil virus? Glavna značilnost, zaradi katere celica to »razume«, je virusna dvoverižna RNA, ki načeloma lahko nastane v neokuženi celici, vendar ne v takih količinah in na takih mestih. V nekaterih primerih celica prepozna tudi virusno enoverižno RNA, včasih (veliko redkeje) pa tudi virusne proteine. Pomembno je, da je prepoznavanje virusne RNA nespecifično: celica lahko, ko "zazna" dvoverižno RNA, "misli", da je vanjo vstopil virus, vendar ne ve, kateri. RNK zajameta dve vrsti senzorjev: toll-like (iz angl. toll-like in od njega. cestnina- izjemni) receptorji in specializirane RNA helikaze. Vključujejo številne zaščitne mehanizme na transkripcijski ravni, vključno s tvorbo interferona. Poleg tega virusne RNA prepoznajo "izvajalci" - dvoverižna RNA-odvisna proteinska kinaza PKR, ki fosforilira nekatere faktorje iniciacije prevajanja in s tem zavira sintezo beljakovin; oligoadenilat sintetaza (OAS), ki aktivira RNazo L, ki cepi RNA; RNA interferenčni sistem, ki vodi do razgradnje RNA in motnje njenega prevajanja.

Ker je virus prepoznan kot nekaj nespecifičnega, celica ne more vedeti njegovih »namerov«. In na splošno bi bilo nemogoče izdelati individualni prirojeni obrambni sistem za morebiten virus. To pomeni, da se lahko celica proti virusu bori le s standardnimi tehnikami. In zato so njegovi obrambni ukrepi pogosto nesorazmerni z obstoječo grožnjo. Če pa so obrambne reakcije celice tako nespecifične, zakaj različni virusi še vedno povzročajo različne bolezni? Prvič, vsak virus lahko okuži le določen tip celice v določenem organizmu. To je posledica dejstva, da mora za prodreti v celico komunicirati s celičnimi receptorji, ki so zanj »primerni«. Poleg tega je za razmnoževanje virusov potrebno določeno znotrajcelično okolje (pogosto so potrebni specifični celični proteini). Drugič, medtem ko so obrambne reakcije celice standardne, je obramba virusa večinoma individualna, čeprav je usmerjena proti standardnim celičnim mehanizmom.

V rastlinah ima interferenca RNA zelo pomembno vlogo protivirusnega mehanizma. Dvoverižna RNA nastane iz virusne RNA (pomemben dejavnik, s katerim celica izve o prisotnosti virusa). S sodelovanjem komponent interferenčnega sistema RNA - encima Dicer, ki razreže to dvoverižno RNA na fragmente dolžine 21-25 nukleotidnih parov, nato pa kompleks RISC RNA-protein - na koncu nastanejo enoverižni kratki fragmenti RNA. oblikovana. S hibridizacijo z virusno RNA povzročijo njeno razgradnjo ali zaviranje njenega prevajanja. Ta zaščitni mehanizem je učinkovit, vendar lahko poškoduje samo celico, kot se jasno vidi na primeru viroidov. To so rastlinski patogeni, kratke (več sto nukleotidov) krožne enoverižne molekule RNA, ki niso prekrite z beljakovinsko ovojnico. Viroidi ne kodirajo beljakovin, lahko pa povzročijo hude simptome pri okuženi rastlini. To se zgodi, ker se celica ščiti. Nastala viroidna dvoverižna RNA je izpostavljena vsem komponentam interferenčnega sistema RNA, kar povzroči nastanek enoverižnih fragmentov RNA, ki hibridizirajo ne z virusno RNA, ampak s celično RNA. To vodi do njegove razgradnje in razvoja simptomov bolezni. Vendar številni rastlinski virusi kodirajo različne proteine, ki motijo interferenco RNA ( virusni zaviralci utišanja RNA - VSR). Zavirajo prepoznavanje in cepitev virusnih RNA ali pa zavirajo tvorbo in delovanje kompleksa RISC. Zato lahko ti proteini VSR zmotijo fiziološko pomembne (nevirusne) interferenčne mehanizme RNA, kar povzroči patološke simptome.

Varnostni proteini

Obramba virusov, zlasti pikornavirusov, majhnih patogenov, ki vsebujejo RNK, je v veliki meri odvisna od delovanja takšnih proteinov. V to veliko skupino sodijo zlasti povzročitelji poliomielitisa, hepatitisa A, slinavke in parkljevke itd. Posebnost teh virusov je, da se njihove beljakovine z redkimi izjemami sintetizirajo v obliki enega samega poliproteina, iz katere posamezne zrele beljakovine nato nastanejo. Med njimi lahko ločimo tri skupine. Prvo sestavljajo ključni proteini - vitalni, s fiksnimi funkcijami, ki neposredno zagotavljajo razmnoževanje virusa: RNA-odvisne RNA polimeraze, potrebne za replikacijo virusnega genoma; kapsidni proteini, ki tvorijo beljakovinsko lupino virusa; proteaze, vključene v proces pretvorbe poliproteinov v zrele proteine; VPg beljakovine ( vezan na virusni proteinski genom- virusni protein, povezan z genomom), ki služi kot primer za sintezo molekul RNA; Helikaza je zelo dragocen encim, ki ga imajo vsi pikornavirusi, vendar igra vlogo, ki ni povsem jasna. Druga skupina vključuje tudi vitalne beljakovine, vendar tiste, ki opravljajo "pomožno" delo - hidrofobne "vodilne" beljakovine 2B in 3A. Ključne beljakovine usmerjajo na cilj in pomagajo ustvariti optimalno znotrajcelično okolje za razmnoževanje virusov. V tretjo skupino spadata vodilni protein L, ki smo ga v našem laboratoriju odkrili pred 30 leti, in protein 2A; imenovali smo jih "varnostni" proteini ( varnost- varnost). To je specializirano protiobrambno "orožje" pikornavirusov. Na splošno se lahko vsi trije razredi beljakovin borijo proti obrambnim mehanizmom celice. Toda ključni proteini in vodilni proteini opravljajo to delo s krajšim delovnim časom, ker imajo druge pomembne odgovornosti, ki jih morata upoštevati njihova struktura in funkcija. Posledično so njihove obrambne sposobnosti omejene s potrebo po opravljanju osnovnega dela. Toda "varnostne" veverice delajo s polnim delovnim časom v svoji specialnosti - evolucija jih je "najela" posebej za "varnost" (kasneje so se nekateri "naučili" delati nekaj drugega). Za opravljanje svojih dolžnosti imajo lahko kakršno koli potrebno strukturo.

Ena najpomembnejših funkcij varnostnih proteinov je, da sodelujejo pri določanju usode okužene celice. Obstaja veliko različnih možnosti za njegovo smrt, vendar sta dva glavna, najbolj znana mehanizma nekroza in apoptoza, ki se razlikujeta po morfoloških in biokemičnih značilnostih. Med nekrozo se celica lizira, njena vsebina pa se izlije v medceličnino. Med apoptozo se na njeni površini oblikujejo jasno vidne izbokline, njena DNK se razgradi na nukleosomske fragmente in na koncu se celica razdrobi na posamezna apoptotična telesa, omejena na plazemsko membrano. Zelo pomembno je, kako natančno celica odmre. Pri nekrozi se razvije zaščitno vnetje, vendar virus zapusti celico in se širi. Z apoptozo je širjenje virusa omejeno in običajno ni vnetne reakcije. Smrt okužene celice je praviloma dejanje samopožrtvovanja, ki omejuje razmnoževanje virusa.

Ugotovili smo, da okužba s pikornavirusi, zlasti poliovirusom (poliovirus), sproži apoptotični program celic. To se zgodi po eni od klasičnih poti, ko se citokrom sprosti iz mitohondrijev c in aktivira se kaskada proteolitičnih encimov, kaspaz. Toda po drugi strani se je izkazalo, da imajo virusi anti-apoptotični mehanizem - sposobnost zatiranja apoptotične reakcije celice. Tako celice HeLa, okužene s poliovirusom ali virusom encefalomiokarditisa (tudi pikornavirus), odmrejo z znaki nekroze. Toda če izklopite anti-apoptotično "orožje" (zavira sintezo virusnih proteinov), celica umre zaradi apoptoze (samopožrtvovalnost). V obeh virusih "varnostni" proteini služijo kot takšno orožje. Toda pri virusu encefalomiokarditisa to vlogo igra protein L, pri poliovirusu pa protein 2A. Vodilni protein nima encimske aktivnosti, medtem ko je protein 2A proteaza. Niti strukturno niti biokemično nimata nič skupnega, vendar imata oba antiapoptotična učinka, ki temeljijo na različnih molekularnih mehanizmih.

Drug protizaščitni mehanizem varnostnih proteinov pikornavirusa je motnja jedrsko-citoplazemskega transporta [10–12]. Pokazali smo, da se pri okužbi s temi virusi poveča prepustnost jedrske membrane in je motena aktivna izmenjava makromolekul med citoplazmo in jedrom. In če je celična struktura poškodovana, potem ne more vklopiti svojih regulativnih mehanizmov za boj proti virusu. Pri poliovirusu varnostni protein 2A moti jedrsko-citoplazmatski transport s hidrolizacijo nukleoporinov, komponent jedrnih por. In vodilni protein virusa encefalomiokarditisa deluje - vpliva na celično kaskado fosforilacije nukleoporinov [,].

Protizaščitna funkcija "varnostnih" beljakovin se lahko kaže na druge načine. Tako L-proteini kardiovirusov (vključno z virusom encefalomiokarditisa) in 2A-proteini enterovirusov (vključno s poliovirusom) zavirajo tvorbo interferona. In njegovo delovanje zavirata L-protein virusa slinavke in parkljevke ter protein 2A poliovirusa. Vendar "varnostni" proteini pikornavirusov niso ključni. Oba varuha je mogoče odstraniti ali povzročiti velike delecije v njiju (kot v primeru proteina L kardiovirusov, proteinov 2A virusa hepatitisa A in kardiovirusov), ne da bi virus postal sposoben preživetja.

Vzajemna razorožitev

Kakšne bodo posledice inaktivacije virusnih »varnostnih« proteinov za celico? Po eni strani se bo povečala občutljivost virusov na zaščitne mehanizme prirojene celične imunosti. Toda po drugi strani se bo povečala tudi njegova samopoškodovalna, samomorilna aktivnost. Kaj se zgodi, če hkrati izklopimo obrambne mehanizme celice in virusa? To situacijo smo proučevali na primeru interakcije med mengovirusom (sev virusa encefalomiokarditisa) in celicami HeLa. Okuženi z virusom divjega tipa hitro umrejo zaradi nekroze. In če je virus delno razorožen (voditeljski protein je inaktiviran), celice HeLa živijo malo dlje in ne umrejo zaradi nekroze, ampak zaradi apoptoze. Ko je medsebojna obramba zmanjšana (apoptozo v celici izklopi kemična spojina, ki zavira kaspaze, in virusni vodilni protein se inaktivira), se celice tudi po dvakrat daljšem času počutijo bistveno bolje kot tiste, ki niso bile. razorožen. In razmnoževanje virusa (tako dinamika kot žetev) je potekalo popolnoma enako, ne glede na to, ali je bila izklopljena samo njegova obramba ali pa je bila hkrati odstranjena tudi celična obramba. Izkazalo se je, da lahko v celicah, ki še nimajo resne patološke poškodbe (tako imenovani citopatski učinek), že nastane veliko virusnih delcev. Tako poškodba celice ni potrebna za razmnoževanje virusa. Zato je lahko učinkovita strategija protivirusne terapije za lajšanje simptomov bolezni hkratno zatiranje tako virusne kot celične obrambe.

Programirana smrt

Ta serija naših poskusov je tudi ponudila priložnost, da prodremo globlje v naravo nekrotične smrti, ki jo povzroča virus. Kaj je to - ubijanje celice z virusom ali njen samomor (samožrtvovanje), ko se ta odloči, da je zaradi skupnega dobrega bolj smotrno umreti? Naslednje so podvržene nekrotičnim lezijam:

plazemska membrana (njena prepustnost se poveča, nastanejo "mehurji"),
citoplazma (spremenijo se mikrotubuli in mikrofilamenti),
jedro (krči se, deformira, kondenzira kromatin),
presnovna aktivnost (od NADH odvisne redukcijske reakcije, sprememba viabilnosti).

Ko je apoptoza izklopljena (dodatek kemičnega inhibitorja kaspaze), so različne nekrotične spremembe odvisne od tega, ali virusni vodilni protein deluje ali ne. Na primer, če je inaktiviran, se prepustnost celične membrane ne spremeni, ne pojavijo se "mehurji", povezani z neravnovesjem v osmotskem ravnovesju, in ne pride do številnih drugih nekrotičnih lezij. Ena od možnih razlag za ta učinek je, da L protein deluje na več tarč v različnih celičnih predelih. Toda ker je beljakovina majhna in nima encimske aktivnosti, je bolj verjetno, da so njene neposredne tarče veliko manjše. Predvidevamo, da vodilni protein deluje na enega ali več ključnih celičnih elementov, ki nadzorujejo usodo celice, posledično pa se sproži njen nekrotični program, ki je odgovoren za večino naštetih patoloških sprememb. Posledično ni virus tisti, ki nekrotično ubije celice, ampak celica sama naredi samomor (izvede dejanje samožrtvovanja). To stališče je skladno z novimi idejami, po katerih poleg apoptoze obstaja še vrsta drugih fiziološko pomembnih vrst programirane (kodirane v celičnem genomu) celične smrti, vključno z nekroptozo, ki je podobna nekrozi.

Tako se samožrtvovanje celic med virusno okužbo lahko kaže kot nekroptoza ali apoptoza. Nekroptoza je lahko zaščitna reakcija celice na virusno okužbo, pa ne le pri pikornavirusih. Kateri mehanizem je bolj koristen za virus, je odvisno od pogojev. Vidimo, da se njegov protizaščitni učinek lahko kaže v obliki »preusmerjanja« mehanizmov, kodiranih v celičnem genomu. To je pomemben (čeprav ne edini) način obrambe in eden glavnih mehanizmov patogenosti virusov. Programi apoptoze in nekroze, ki jih povzroči virus, tekmujejo med seboj. Pokazali smo, da se pri okužbi celic HeLa s poliovirusom apoptoza najprej aktivira, nato pa se zavre in sproži nekrotična pot. Tako okužba celice z virusom aktivira vrsto zaščitnih dejanj v njej, med katerimi sta dva samomorilna mehanizma programirane smrti - apoptotični in nekrotični. In potem pride do tekmovanja med temi potmi: zatiranje ene od njih aktivira drugo in obratno. In vse to uravnavajo celične beljakovine, virusne beljakovine (predvsem »varnostne« beljakovine), pa tudi zunanji dejavniki.

Tekma z orožjem

Ker imajo celice obrambne mehanizme in virusi obrambne mehanizme, med njimi seveda poteka oboroževalna tekma. Nekonzervativna narava varnostnih proteinov nakazuje, da so prilagojeni za preprečevanje obrambnih mehanizmov določenega gostitelja. In zato lahko njegovo spremembo spremlja izguba "varnostne" proteinske funkcije in posledično povečanje obrambnih reakcij gostitelja. To lahko pojasni posebno patogenost "novega" ( na novo nastajajoče- nastajajočih) virusov. Tako je virus gripe nizkopatogen, skoraj neškodljiv črevesni virus divjih ptic. Ko se okuži človek, se lahko pojavi španska gripa, ptičja gripa ali prašičja gripa. Virus SARS je razmeroma varen za netopirje, pri ljudeh pa povzroča hud akutni respiratorni sindrom, ki ga spremlja visoka smrtnost. Nazadnje, HIV (natančneje, njegov prednik) je za opice praktično neškodljiv, pri ljudeh pa povzroča aids. Zelo pomembno je, da ti virusi pri prehodu na novega gostitelja ne razvijejo novih dejavnikov patogenosti (preprosto zaradi več mutacij, ki zagotavljajo prodor v celico, pridobijo sposobnost okužbe ljudi). Drug možen mehanizem za neravnovesje med virusom in gostiteljem ter nastanek novih patogenov je lahko sprememba virusnega obrambnega orožja, na primer izguba starega ali pridobitev novega »varnostnega« proteina.

Dolgotrajna koevolucija gostitelja in virusa pa naj bi povzročila zmanjšanje patogenosti slednjega (vzajemno koristna razorožitev). Klasičen primer je virus miksoma/fibroma. Sredi 19. stol. Evropske kunce so pripeljali v Avstralijo, hitro so se namnožili in postali resna grožnja kmetijstvu. 100 let pozneje so za nadzor njihove populacije začeli uporabljati patogeni virus fibroma/miksoma (iz družine poksvirusov, ki vključuje virus črnih koz). Različni kunci različno reagirajo na ta virus. Pri brazilskih kuncih tri tedne po okužbi povzroči benigni tumor - fibrom (lokaliziran vozlič na koži). Toda evropski kunci, občutljivi na ta virus, razvijejo generalizirano smrtno bolezen v 10 dneh po okužbi.

Virus, ki je bil vnesen v Avstralijo, je povzročil poletne epidemije, ki jih prenašajo komarji, v katerih je več kot 99 % okuženih kuncev poginilo v manj kot dveh tednih. Manj virulentne različice virusa so imele večjo verjetnost, da bodo preživele zimo, kar je vodilo k izbiri oslabljenih (oslabljenih) sevov. In po približno 10 letih se je stopnja umrljivosti evropskih kuncev zaradi razvitega virusa prepolovila. Istočasno so bili izbrani odporni kunci: njihova umrljivost zaradi prvotnega virusa se je zmanjšala za približno štirikrat. V samo desetletju (zanemarljivo obdobje v evolucijskem smislu) se je odnos med patogenom in gostiteljem izboljšal približno 10-krat. To je seveda nekoliko poenostavljena shema, saj se oboroževalna tekma ne ustavi: kot odgovor na povečano odpornost pri kuncih se lahko poveča tudi virulentnost virusa. Vendar je to osupljiv primer vloge medsebojnega delovanja virusov in celičnih organizmov v evoluciji obeh. Virusi in celice se »učijo« drug drugega, pridobljeno »znanje« pa se deduje. Leta 2013 sta dva diplomanta Oddelka za virologijo Moskovske državne univerze, Evgeny Kunin in Valeryan Dolya, objavila članek o "virocentričnem" pogledu na evolucijo, po katerem je odpornost in sodelovanje virusov in celičnih organizmov glavni dejavnik pri njihov razvoj.

Moja zgodba ne izčrpa teme: veliko več je znanega o naravi patogenosti virusov. Veliko tega, kar zdaj vemo, smo se naučili v zadnjih letih in z vsemi razlogi pričakujemo nova presenečenja. Viruse lahko in moramo kriviti za hude bolezni in se je treba z njimi boriti, a virusom moramo biti hvaležni za obstoj in pestrost žive narave, tudi obstoja človeka.

Avtor se zahvaljuje svojim kolegom za znanstveno sodelovanje - osebju Inštituta za poliomielitis in virusni encefalitis poimenovan po. M. P. Chumakov RAMS, Moskovska državna univerza. M. V. Lomonosov, Inštitut za beljakovine RAS (Pushchino, Moskovska regija), Univerza v Baslu (Švica), Univerza v Wisconsinu (ZDA), Univerza v Nijmegenu. Radboda (Nizozemska).

Članek temelji na predavanju na šoli "Sodobna biologija in biotehnologije prihodnosti" (Zvenigorod, 26. januar - 1. februar 2014).

. Belov G. A., Lidsky P. V., Mikitas O. V. et al. Dvosmerno povečanje prepustnosti jedrne ovojnice po okužbi s poliovirusom in spremljajočimi spremembami jedrnih por // J. Virol. 2004. V. 78. P. 10166–10177. doi:10.1128/JVI.78.18.10166-10177.2004
. Lidsky P. V., Hato S., Bardina M. V. et al. Motnja nukleocitoplazemskega prometa, ki jo povzročajo kardiovirusi // J. Virol. 2006. V. 80. P. 2705–2717. doi:10.1128/JVI.80.6.2705-2717.2006
. Bardina M. V., Lidsky P. V., Sheval E. V. et al. Z mengovirusom povzročena preureditev kompleksa jedrskih por: ugrabitev mehanizma celične fosforilacije // J. Virol. 2009. V. 83. P. 3150–3161. doi:10.1128/JVI.01456-08
. Mikitas O. V., Ivin Y. Y., Golyshev S. A. et al. Zatiranje poškodb, ki jih povzroča litični RNA virus (mengovirus) in njihovo ločevanje od razmnoževanja virusa z medsebojno razorožitvijo celice/virusa // J. Virol. 2012. V. 86. P. 5574–5583. doi:10.1128/JVI.07214-11
. Agol V. I., Belov G. A., Bienz K. et al. Konkurenčni programi smrti v celicah, okuženih s poliovirusom: preklop zavezanosti sredi infekcijskega cikla // J. Virol. 2000. V. 74. P. 5534–5541. doi:10.1128/JVI.74.12.5534-5541.2000
. Agol V. I. Citopatski učinki: virusno modulirane manifestacije prirojene imunosti? // Trends Microbiol. 2012. V. 20. Str. 570–576. doi:10.1016/j.tim.2012.09.003
. Koonin E. V., Dolja V. V. Virocentrični pogled na razvoj življenja // Curr. Opin. Virol. 2013. V. 3. P. 546–557. doi:10.1016/j.coviro.2013.06.008