Все знают, что в нашем мире основой жизни является клетка. Это основная структурная и функциональная единица всех живых организмов, живая элементарная единица, способная к самовоспроизведению. Живые организмы могут состоять из одной клетки (бактерии, одноклеточные водоросли и одноклеточные животные) или многих клеток.
Тело взрослого человека образуют около ста триллионов клеток. Форма клеток обусловлена их функцией – от круглой (эритроциты - перенос кислорода к клеткам всех тканей) до разветвлённой - древообразной (нервные клетки - проведение нервных импульсов и организация работы организма, как единого целого). Размеры клеток также различны – от 0,1-0,25 мкм (у некоторых бактерий) до 155 мм (яйцо страуса в скорлупе).
Клетки, имеющие сходное строение и выполняющие одинаковые функции объединяются в ткани, которые образуют органы, или заполняют пространство между ними, или покрывают органы снаружи. Клетки погружены в межклеточное вещество, которое обеспечивает клеткам их механическую поддержку и осуществляет транспорт химических веществ, участвующих в пластическом и энергетическом обмене клеток.
Самые короткоживущие клетки (1-2 дня) – это клетки кишечного эпителия. Ежедневно погибает около 70 миллиардов этих клеток. Ещё одним примером короткоживущих клеток являются эритроциты – их ежедневно погибает около 2 миллиардов.
Такие клетки, как нейроны, клетки волокон скелетных мышц, имеют продолжительность жизни, которая соответствует жизни организма. Нервные клетки мозга до конца жизни человека способны поддерживать необходимые связи в нервной системе. Интересно то, что при рождении человека в его мозге уже существует около 14 миллиардов клеток. Их количество не увеличивается до самой смерти, наоборот, постепенно уменьшается. После того, как человеку исполняется 25 лет, ежедневно происходит сокращение количества клеток мозга на 100 тысяч.
Клетка представляет собой сложнейшую биологическую систему, жизнедеятельность которой поддерживается благодаря разнообразным биохимическим процессам, которые происходят под строгим генетическим контролем (ДНК, РНК). Этот контроль в развитии и функционировании клетки осуществляют гены - материальные носители наследственной информации. Они сосредоточены главным образом в ядре клетки, но некоторая их часть находится в других клеточных органоидах (митохондриях, пластидах (имеются у растений), центриолях).
Мы кратко вспомнили о строении клетки и основных процессах её жизнедеятельности для того, чтобы более наглядно представить ту ячейку жизни, которую захватывают внутриклеточные паразиты.
Основные внутриклеточные паразиты - это вирусы, риккетсии и хламидии.
В этой статье мы познакомимся с основными характеристиками вирусов, их особенностями, влиянием на жизнедеятельность клетки-хозяина и на инфицированный организм в целом.
Вирусы были открыты русским учёным Д. И. Ивановским в 1892 году. Они оказались первой обнаруженной бесклеточной формой жизни. Уже в конце 20 века помимо вирусов человечеству были известны и другие неклеточные формы жизни — вироиды и прионы.
Особенностью всех этих представителей является то, что только находясь в клетках, они проявляют свойства живых организмов. Вне клеток все эти свойства теряются.
На сегодня известны следующие неклеточные формы жизни - вирусы, вироиды и прионы.
Предмет наших исследований сегодня - вирусы.
Особенности вирусов
Устроены просто: вирусы состоят из генетического материала, который представлен молекулой РНК или ДНК, и белков, которые образуют капсид - оболочку вируса. Некоторые вирусы имеют ещё суперкапсид - дополнительную оболочку из липопротеинов.
Если к вопросу подойти более углублённо, то вирусы классифицируют:
- по типу генетического материала;
- способам репликации (воспроизведения генетического материала);
- строению и расположению структурных белков - капсидов;
- наличию или отсутствию оболочки.
В зависимости от количества оболочек вирусы подразделяются на 2 типа:
- простые вирусы (просто устроенные, они без оболочек - “голые”), состоят из нуклеиновой кислоты и одной белковой оболочки - капсида;
- сложные вирусы (сложно устроенные, имеют дополнительную оболочку - “одетые”), содержат кроме нуклеиновой кислоты и капсида наружную липопротеиновую оболочку (суперкапсид).
Генетический материал по своей структуре может быть двунитчатым и однонитчатым.
Строение капсидов вирусов.
Вирусная нуклеиновая кислота покрыта белковой оболочкой. Она состоит из повторяющихся единиц - капсомеров, которые могут иметь различные типы симметрии: икосаэдрическую (кубическую) или спиральную. Капсиды вирусов с икосаэдрическим типом симметрии имеют практически сферическую форму.
Спиральный тип симметрии свойствен РНК-вирусам, капсиды которых окружают нуклеиновую кислоту, располагающуюся в виде спирали.
Так как капсид состоит из повторяющихся компонентов - капсомеров, то количество генов, кодирующих его, снижено, что облегчает процесс сборки вируса, находящегося в клетке хозяина.
Оболочка вирусов.
В некоторых случаях нуклеиновая кислота и капсид окружены липидной оболочкой, состоящей из компонентов клетки хозяина или ядерных мембран.
Мембрана клетки хозяина изменяется под действием белков, кодируемых вирусом, или гликопротеинов (гликопротеины – белки, содержащие углеводный компонент), выступающих в роли рецепторов для других клеток хозяина. Покрытые оболочкой вирусы чувствительны к действию веществ, растворяющих липидную мембрану (например, эфиров).
Обобщим полученные сведения о строении вирусов в виде следующей схемы.
Строение вируса рассмотрим на примере вируса герпеса.
Вирус существует в двух формах: покоящейся или внеклеточной (вирион) и репродуцирующейся или внутриклеточной (вирус).
Размеры вирусов.
Большинство изученных вирусов имеют диаметр в пределах от 20 до 300 нм. Некоторые филовирусы имеют длину до 1400 нм, но их диаметр составляет лишь 80 нм.
В 2013 году самым крупным из известных вирусов считался Pandoravirus размерами 1 × 0,5 мкм, однако в 2014 году из многолетней мерзлоты из Сибири был описан Pithovirus, достигающий 1,5 мкм в длину и 0,5 мкм в диаметре.
Размножение вирусов.
Вирусы способны размножаться (реплицироваться) только внутри живых клеток, так как у них нет собственных систем, синтезирующих белок и генерирующих энергию. Оказавшись в клетке, вирус встраивает свою нуклеиновую кислоту в наследственный аппарат клетки. Заражённая таким образом клетка начинает воспроизводить несвойственны ей материал - нуклеиновую кислоту и белки, которые необходимы для сборки вирусных частиц.
Как это происходит? Вирусы, попав в клетку хозяина, распадаются на белок и нуклеиновую кислоту. Это нужно для того, что белковые оболочки, которые ранее защищали нуклеиновую кислоту паразита, внутри клетки становятся для этой нуклеиновой кислоты препятствием, которое мешает воздействовать на структуры заражённой клетки хозяина. Поэтому нуклеиновая кислота вируса освобождается от белковой оболочки.
После этого начинается синтез вирусной нуклеиновой кислоты и вирусного белка в клетке хозяина. Для этого вирусная ДНК или РНК начинает взаимодействовать с генетическим аппаратом клетки таким образом, что поражённая клетка начинает синтезировать белки, свойственные вирусу. Из вновь синтезированной нуклеиновой кислоты и вирусного белка собираются новые вирусы.
Получается, что на некоторых этапах репликации (воспроизведения) невозможно обнаружить зрелые вирусные частицы в клетке хозяина, так как вирус (его покоящаяся форма – вирион) исчезает после попадания в клетку, распадаясь на нуклеиновую кислоту и белок. При этом вирусная нуклеиновая кислота репродуцируется в одних частях клетки, вирусные белки – в других, а сборка целых частиц – в третьих.
Вирусы не растут, не увеличиваются в размерах, их задача - безудержное размножение.
Каждый вирус ищет своего хозяина, то есть клетки строго определенного вида. Например, вирус – возбудитель гепатита (желтуха) проникает и размножается только в клетках печени, а вирус эпидемического паротита (свинка) – только в клетках околоушных слюнных желез человека.
После установления контроля над клеткой хозяина вирус начинает создавать собственные копии, при этом репликация происходит быстро, и образуются миллионы новых вирусов.
Процесс размножения вирусов условно разделяют на следующие стадии:
Для образующихся вирионов (вирусов вне клетки) характерна дизъюнктивная репродукция, это значит, что синтез белков и нуклеиновых кислот происходит разобщённо. Для вирусных компонентов характерно белок-белковое узнавание и белок-нуклеиновое узнавание, в результате которого происходит самосборка вириона.
Сборка может происходить в ядре клетки (аденовирус), либо в цитоплазме (полиовирус). Вирионы, имеющие суперкапсид (липопротеиновую оболочку), формируют его, захватывая часть ядерной мембраны или мембран клетки хозяина.
Вирусные заболевания
Вирусы являются возбудителями таких заболеваний человека, как корь, грипп, оспа, краснуха, энцефалит, свинка, гепатиты, СПИД. Известен также целый ряд заболеваний растений, вызываемых вирусами, например мозаичная болезнь табака, томатов, огурцов или скручивание листьев картофеля.
Всего описано около 500 видов вирусов, поражающих клетки позвоночных животных, и около 300 вирусов растений. Некоторые вирусы участвуют в злокачественном перерождении клеток и тем самым провоцируют онкологические заболевания.
Парентеральный путь заражение вирусами возможен при лечебно-диагностических манипуляциях, сопровождающихся нарушением целостности кожного или слизистого покрова через медицинский, стоматологический, маникюрный и прочий инструментарий, переливании крови и её препаратов.
Алиментарный путь передачи возбудителя - путь, при котором возбудитель болезни проникает в организм с инфицированной пищей, водой, через грязные руки, предметы обихода.
Обычно инфекции вирусного характера человека протекают не тяжело у относительно здоровых людей, но могут быть довольно тяжёлыми для людей с ослабленной иммунной системой. Практически любой вирус может привести к осложнениям, присоединению микробной инфекции. Этим опасны вирусные заболевания.
Разрушая клетку-хозяина, вирусы вызывают заболевания, связанные с вирусной инфекцией.
В отличие от бактериальных инфекций, которые поддаются лечению антибиотиками, вирусные инфекции не так просто лечить. Многие, такие как ОРВИ, проходят своим чередом, поскольку иммунная система атакует вирус, и тело восстанавливается, а другие, например ВИЧ, – нет.
Вирусные заболевания – это чрезвычайно распространенные инфекции. Самый распространенный тип вирусного заболевания – простуда, вызванная вирусной инфекцией верхних дыхательных путей (носа и горла).
Для вирусных инфекций характерна высокая заразность, они передаются от человека к человеку, когда вирус проникает в организм и начинает размножаться. Источником является больной человек (животное) или носители.
Распространенные пути и механизмы передачи вирусов от человека к человеку включают:
- вдыхание переносимых по воздуху капель, зараженных вирусом;
- употребление в пищу или питье воды, зараженной вирусом;
- половой контакт с человеком, инфицированным вирусом, передающимся половым путем;
- непрямая передача от человека к человеку вирусным хозяином, таким как комар, клещ или полевая мышь;
- прикосновение к поверхностям или биологическим жидкостям, зараженным вирусом.
За пределами организма, который является носителем вируса, паразиту не выжить. Он может только сохранять жизнеспособность и инфекционные свойства в виде вирусной частицы-вириона в течение определенного времени.
Например, вирусы гриппа остаются жизнеспособными на поверхностях до четырех суток, а аденовирусы – до 50 дней. Есть и вирусы, которые, находясь в организме, переходят в латентное состояние и могут оставаться в нем годами и десятилетиями, никак себя не проявляя – к таким относятся, например, вирусы герпеса.
Наиболее частые симптомы вирусной инфекции: повышение температуры, слабость, признаки интоксикации (головная боль, ломота в суставах и мышцах), кашель и чихание, боль в горле, тошнота, рвота, боли в животе, увеличение лимфатических узлов, сыпь на коже, необъяснимая потеря веса.
Отличить бактериальную инфекцию от вирусной можно по клинической картине.
Для бактериальной инфекции, в случае ОРЗ, характерны густая желто-зелёная слизь из носа, влажный кашель, подъем температуры до 38°С и меньше. Для вирусной инфекции характерны прозрачная жидкая слизь, сухой кашель и резкий подъем температуры до 38,5°С. Уточняется диагноз результатами лабораторных исследований.
Бывают ситуации, когда на фоне вирусной инфекции начинает развиваться бактериальная. Это довольно опасно, ведь организм фактически дважды попадает под удар. Важно вовремя понять, что инфекция именно вирусно-бактериальная, так как лечение для разных типов инфекции требуется разное. Поэтому нельзя «запускать» респираторные заболевания, ожидая, что все «пройдет само», и необходимо своевременно обращаться за медицинской помощью.
Как же могли возникнуть такие клеточные паразиты, как вирусы?
Было выдвинуто три гипотезы происхождения вирусов:
вирусы - продукт дегенеративной (регрессивной) эволюции бактерий и других одноклеточных организмов, их "упрощённые" потомки;
вирусы - потомки древних доклеточных форм жизни, которые перешли к паразитическому способу существования;
вирусы - производные клеточных генетических структур, ставших относительно автономными, но сохранивших зависимость от клеток.
Не вдаваясь в подробности, просто отметим тот факт, что большинство учёных считают очевидным, что нельзя говорить о каком-то общем происхождении вирусов. Определённо бесспорно, что РНК-содержащие вирусы - более древние, ДНК-геномные - более молодые. Эти группы вирусов произошли разными путями: от разных предковых последовательностей нуклеиновых кислот и в разное время, то есть - на разных этапах эволюции.
Возникнув разными способами на разных этапах эволюции клеток-хозяев, вирусы эволюционировали своим путём, в определённой степени зависимым от эволюции организмов, в которых они репродуцируются.
Немного о бактериофагах
Бактериофаги (или фаги) - это вирусы, заражающие бактериальные клетки. Они имеют очень интересное строение и, скорее, похожи на какое-то искусственное творение (микроробота), чем на естественный вирус, обитающий в бактериальной клетке.
Судите сами. Вот как он выглядит.
Механизм действия бактериофагов
Антибактериальный эффект бактериофагов обусловлен внедрением генома фага в бактериальную клетку, в результате чего происходит его размножение, которое приводит к лизису - растворению инфицированной клетки. Вышедшие во внешнюю среду в результате лизиса бактериофаги повторно инфицируют и лизируют уже другие бактериальные клетки, действуют до полного уничтожения патогенных бактерий в очаге воспаления.
Бактериофаги широко применяются для диагностики, профилактики и лечения ряда инфекционных заболеваний бактериального происхождения - дизентерии, брюшного тифа, холеры, чумы, геморрагической септицемии, стафилококковых, стрептококковых и анаэробных инфекций и других.
Биотехнологи научились создавать медицинские антибактериальные препараты на основе бактериофагов и применять их для лечения пациентов.
Благодарю всех, кто дочитал эту статью до конца, оценил труд, поставив "класс", поделившись информацией, или подписался.