Ученые долго стремились раскрыть структуру и функции вирусов . Вирусы уникальны тем, что они были классифицированы как живые и неживые в разные моменты истории биологии . Вирусы - это не клетки, а неживые инфекционные частицы. Они способны вызывать ряд заболеваний, включая рак у различных организмов.
Вирусные патогены поражают не только людей и животных , но также растения , бактерии, простейшие и археи. Эти чрезвычайно мелкие частицы примерно в 1000 раз меньше бактерий и могут быть найдены практически в любой среде. Вирусы не могут существовать независимо от других организмов, поскольку они должны захватить живую клетку, чтобы размножаться.
Вирусная анатомия и структура
Вирусная частица, также известная как вирион, представляет собой по существу нуклеиновую кислоту (ДНК или РНК), заключенную в оболочку белка. Вирусы чрезвычайно малы, около 20 - 400 нанометров в диаметре. Самый большой вирус, известный как Мимивирус, может иметь диаметр до 500 нанометров. Для сравнения: диаметр эритроцитов человека составляет от 6000 до 8000 нанометров.
В дополнение к различным размерам, вирусы также имеют различные формы. Подобно бактериям, некоторые вирусы имеют сферическую или палочковидную форму. Другие вирусы являются (многогранник с 20 гранями) спиральной формы. Форма вируса определяется белковой оболочкой, которая окружает и защищает вирусный геном.
Вирусный генетический материал
Вирусы могут иметь двухцепочечную ДНК, двухцепочечную РНК, одноцепочечную ДНК или одноцепочечную РНК. Тип генетического материала, обнаруженного в конкретном вирусе, зависит от природы и функции конкретного вируса. Генетический материал обычно не подвергается воздействию, но покрыт белковой оболочкой, известной как капсид. Вирусный геном может состоять из очень небольшого количества генов или до сотен генов в зависимости от типа вируса. Обратите внимание, что геном обычно организован в виде длинной молекулы, которая обычно является прямой или круглой.
Вирусный капсид
Белковая оболочка, которое упаковывает вирусный генетический материал известен как капсид. Капсид состоит из белковых субъединиц, называемых капсомерами. Капсиды могут иметь несколько форм: многогранные, стержневые или сложные. Капсиды защищают вирусный генетический материал от повреждений.
В дополнение к белковой оболочке, некоторые вирусы имеют специализированные структуры. Например, вирус гриппа имеет оболочку в виде мембраны вокруг капсида. Эти вирусы известны как вирусы с оболочкой. Оболочка содержит как клетку-хозяина, так и вирусные компоненты и помогает вирусу заразить своего хозяина. Капсидные добавки также обнаружены в бактериофагах. Например, бактериофаги могут иметь белковый «хвост», прикрепленный к капсиду, который используется для заражения бактерий-хозяев.
Вирус может оставаться неактивным в хосте в течение многих лет
Вирусы проходят жизненный цикл с несколькими фазами. Вирус сначала прикрепляется к хозяину через специфические белки на поверхности клетки. Эти белки обычно являются рецепторами, которые различаются в зависимости от типа вируса, нацеленного на клетку. После прикрепления вирус попадает в клетку путем эндоцитоза или слияния. Механизмы хозяина используются для репликации ДНК или РНК вируса, а также важных белков. После того, как эти новые вирусы созревают, хозяин лизируется, чтобы позволить новым вирусам повторить цикл.
Дополнительная фаза перед репликацией, известная как лизогенная или дремлющая фаза, происходит только в избранном количестве вирусов. На этом этапе вирус может оставаться внутри хозяина в течение продолжительных периодов времени, не вызывая каких-либо видимых изменений в клетке хозяина. Однако после активации эти вирусы могут немедленно войти в литическую фазу, в которой могут происходить репликация, созревание и высвобождение. Например, ВИЧ может оставаться в состоянии покоя в течение 10 лет.
Вирусные заболевания
Вирусы могут инфицировать бактериальные и эукариотические клетки . Наиболее распространенными эукариотическими вирусами являются вирусы животных , но вирусы также могут инфицировать растения . Эти растительные вирусы обычно нуждаются в помощи насекомых или бактерий для проникновения в клеточную стенку растения . Как только растение заражено, вирус может вызывать несколько заболеваний, которые обычно не убивают растение, но вызывают деформацию роста и развития растения.
Вирус, который заражает бактерии , известен как бактериофаги или фаги. Бактериофаги следуют тому же жизненному циклу, что и эукариотические вирусы, и могут вызывать заболевания у бактерий, а также уничтожать их путем лизиса. Фактически, эти вирусы размножаются настолько эффективно, что целые колонии бактерий могут быть быстро уничтожены. Бактериофаги использовались в диагностике и лечении инфекций от бактерий, таких как кишечная палочка и сальмонелла .
Вирусы вызывают ряд заболеваний у организмов, которых они заражают. Человеческие инфекции и заболевания, вызываемые вирусами, включают лихорадку Эбола , ветряную оспу, корь, грипп, ВИЧ / СПИД и герпес. Вакцины были эффективны для предотвращения некоторых типов вирусных инфекций, таких как оспа, у людей. Они работают, помогая организму построить иммунную реакцию против определенных вирусов.
Ретровирусы используются в клонировании и генной терапии
Ретровирус - это тип вируса, который содержит РНК и реплицирует свой геном с использованием фермента, известного как обратная транскриптаза. Этот фермент преобразует вирусную РНК в ДНК, которая может быть интегрирована в ДНК хозяина. Затем хозяин использует свои собственные ферменты для трансляции вирусной ДНК в вирусную РНК, используемую для репликации вируса. Ретровирусы обладают уникальной способностью вставлять гены в хромосомы человека . Эти специальные вирусы были использованы в качестве важных инструментов в научных открытиях. Ученые разработали множество методов после ретровирусов, включая клонирование, секвенирование и некоторые подходы генной терапии.
Репликация вирусов
Вирусы не способны реплицировать свои гены сами по себе. Они должны полагаться на клетку-хозяина для размножения. Для того чтобы вирусная репликация произошла, вирус должен сначала заразить клетку-хозяина. Вирус вводит свой генетический материал в клетку и использует клеточные органеллы для репликации. После репликации достаточного количества вирусов вновь образованные вирусы лизируются или разрушают клетку-хозяина и переходят к заражению других клеток. Этот тип вирусной репликации известен как литический цикл.
Некоторые вирусы могут размножаться по лизогенному циклу. В этом процессе вирусная ДНК вставляется в ДНК клетки-хозяина. В этот момент вирусный геном известен как профаг и входит в состояние покоя. Геном профага реплицируется вместе с бактериальным геномом, когда бактерии делятся, и передается каждой бактериальной дочерней клетке . При запуске в результате изменения условий окружающей среды ДНК профага может стать литической и начать репликацию вирусных компонентов в клетке-хозяине. Вирусы без оболочки высвобождаются из клетки путем лизиса или экзоцитоза . Оболочечные вирусы обычно высвобождаются зародышами.
