Строение вирусов
Вирусы (от лат. virus — яд) в отличие от всех других организмов не имеют клеточного строения. Они способны жить и размножаться исключительно в клетках других организмов и за их пределами жизнедеятельности не проявляют. Вирусы были открыты русским ученым Д. И. Ивановским в 1892 г. при изучении причин мозаичной болезни листьев табака. Поэтому первый известный вирус был назван вирусом табачной мозаики.
Находясь в клетке-хозяине, вирус представляет собой молекулу нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК). Исходя из этого вирусы делят на ДНК-содержащие и РНК-содержащие. В свободном состоянии полностью сформированная вирусная частица, способная инфицировать клетки-хозяина, находится в форме вириона. Вирион, кроме нуклеиновой кислоты, имеет защитную белковую оболочку (капсид). У некоторых вирусов, таких как вирусы герпеса или гриппа, присутствует еще и дополнительная липопротеидная оболочка (суперкапсид). Суперкапсид формируется из цитоплазматической мембраны клетки-хозяина. Размеры вирусов колеблются от 20 до 500 нм. Большинство вирусов имеет кристаллическую форму.
Проникновение вирусов в клетку-хозяина
Как уже отмечалось, вирусы способны размножаться, только проникнув в клетки бактерий, растений и животных. При этом они используют биосинтетическую и энергетическую системы клетки-хозяина. Важным условием для проникновения вирусной частицы в клетку является наличие на поверхности клетки специфического белка-рецептора. Этот белок-рецептор обеспечивает присоединение вируса к клеточной мембране. В свою очередь специфические белки, входящие в состав белковой оболочки вируса (капсида), также выполняют рецепторную роль. Они распознают специфические структуры на поверхности клетки-хозяина. Если распознавание произошло успешно, вирусная частица связывается с рецепторами клетки-мишени посредством химических связей. Поэтому определенные вирусы опасны для одних организмов и абсолютно безвредны для других. Такой процесс рецепторного взаимодействия вируса с клеткой-хозяином называется абсорбцией вируса.
Далее происходит слияние вирусной оболочки с клеточной мембраной, и генетический материал вируса проникает внутрь клетки-хозяина. Попав в клетку, вирус теряет белковую оболочку. Генетический материал (геном) вируса, представленный ДНК либо РНК, содержит от нескольких генов у простых до трехсот генов у сложных вирусов. Гены вирусного генома способны кодировать белки с различными функциями, например структурные белки, белки-ферменты. Генетический материал вируса очень активен и после проникновения в клетку достаточно быстро встраивается в ее геном.
После этого вирус переходит в фазу провируса (латентную фазу). Фаза провируса — это состояние, когда клетка-хозяин заражена, а размножение вируса и какие-либо видимые повреждения в клетке отсутствуют. Латентная фаза длится от нескольких часов (у вируса гриппа) до нескольких лет (у вируса иммунодефицита человека). Вслед за латентной фазой следует фаза видимых проявлений заболевания. Она связана с активацией вирусного генетического материала и началом размножения вируса, что приводит к гибели клетки.
Размножение вирусов
Вирус синтезирует собственные белки и нуклеиновые кислоты за счет ресурсов зараженной клетки. У ДНК-содержащих вирусов одним из первых синтезируется фермент РНК-полимераза, которая строит на нити ДНК вируса и-РНК. Данная и-РНК попадает на рибосомы клетки-хозяина, где и протекает биосинтез других белков вирусной частицы.
На следующем этапе в цитоплазме клетки-хозяина происходит объединение вновь синтезированных белков и нуклеиновой кислоты вируса. При этом образуются новые вирусные частицы — вирионы. Они разрывают цитоплазматическую мембрану, попадают в межклеточное пространство или кровь и заражают другие клетки.
Многие РНК-содержащие вирусы синтезируют фермент полимеразу, участвующую в синтезе новых частиц вирусной РНК. Эта РНК переходит на рибосомы и контролирует синтез белков вирусной оболочки — капсида. Таким вирусам для размножения и передачи генетической информации ДНК не требуется.
Проникая в клетки живых организмов, вирусы являются причиной ряда опасных заболеваний растений, животных и человека. Поражая сельскохозяйственные растения, вирусы существенно снижают их урожай и ухудшают его качество.
Многие вирусы, к которым чувствителен человек, не поражают животных и наоборот. Например, некоторые животные могут быть переносчиками вирусов человека и при этом сами не болеют. Так, птицы переносят различные формы вируса гриппа, к которым чувствителен человек.