Вирусы - классификация, характеристика и особенности строения

Некоторые вирусы обладают сверхпаразитизмом, то есть для их развития необходимы другие агенты.

Антибиотики неспособны противостоять вредителю, а для их уничтожения существуют противовирусные лекарственные средства.

История изучения

При исследовании инфекционных заболеваний любых организмов ученые пришли к выводу, что не все они провоцируются микроорганизмами способными вызвать патологию у живого существа.

В то время к патогенам относили:

• бактерии;
• протисты;
• микроскопические грибки.

Так, у химика и микробиолога из Франции Пастера не получилось обнаружить агента, который приводит к возникновению бешенства. Но он предположил, что патоген очень мал, чтобы его обнаружить в микроскоп. В восьмидесятых годах XIX века французский бактериолог и химик Шарль Эдуард Шамберлан придумал фильтр с ячейками, которые по размеру были меньше бактерий.

Такой фильтр помогал полностью очистить раствор от микроорганизмов. В конце XIX века биолог из России Ивановский применил его для исследования вируса, которым было заражено табачное растение и заметил, что даже после фильтрации оно сохранило инфекционные свойства. Ученый выдвинул версию, что патология происходит из-за токсина, который выделяют бактерии, но ему так и не удалось воплотить свою идею в жизнь.

В тот период учеными было принято положение, которое гласило, что любой вирус можно отобрать на фильтре и вырастить его в питательной среде. Ивановский с помощью оптического микроскопа обнаружил в инфекционных клетках тела, похожие на кристаллы, которые в действительности были скоплениями вирусов.

Когда микробиолог из Голландии Бейеринк повторил опыты Ивановского, то он кратко описал, что прошедший через фильтр зараженный материал преобразуется в новую форму инфекционных агентов. Кроме того, он установил, что паразиты размножались только в делящихся клетках. Бейеринк стал называть этих агентов вирусами.

Он предполагал жидкую форму их существования, но чуть позже американский вирусолог Стэнли доказал, что они представляют собой частицы. Буквально сразу же Леффлер и Фрош открыли возбудитель ящура у животных, который стал первым вирусом. Ученый из Англии Туорт обнаружил группу неклеточных агентов, которые инфицировали бактерии (сейчас их называют бактериофагами).

В конце двадцатых годов XX века ученые вывели вирус осповакцины на измельченных куриных почках, а в конце тридцатых был выращен агент гриппа в куриных яйцах. Когда изобрели электронный микроскоп, то специалистам удалось получить первое изображение неклеточных частиц.

Гипотезы происхождения

До сих пор нет достоверных фактов появления агентов. Они могли сформироваться из малых молекул ДНК, которым свойственны переходы между клетками. В естественном процессе развития природы паразиты имеют огромное значение при передаче генетического материала организму-непотомку, который приводит к многообразию популяций.

Ученые утверждают, что агенты — это особая форма жизни, так как они обладают генетическим материалом.

У вирусов нет клеточной структуры, поэтому их нельзя причислить к живому миру, но они обитают практически везде, где есть жизнь.

Изучением этих агентов занимается наука вирусология, которая входит в микробиологию.

Каждая частица обладает несколькими элементами:

• генетическими показателями (РНК или ДНК);
• оболочкой из белка, защищающей вирус.

Сейчас многие ученые утверждают, что неклеточные агенты относятся к древним организмам, которые возникли еще до разделения клеточной жизни на три надцарства. Подтверждение этого факта основывается на различии белков вируса и бактерий.

Существует список гипотез появления агентов:

1. Регрессивная — предполагает, что раньше вирусы в качестве маленьких клеток развивались в более больших. Постепенно у них исчезли гены, которые практически содержать нет необходимости. Ученые пришли к этой гипотезе, наблюдая за бактериями риккетсии и хламидии, которые, как и вирусы, паразитируют в других клетках.
2. Гипотеза происхождения клеток — агенты могли возникнуть из элементов ДНК или РНК, которые поступили из наследственных элементов организма. Они могут появиться из плазмид или транспозонов, которые показывают пример передвижных генетических компонентов. Транспозоны впервые были обнаружены в кукурузе.
3. Коэволюция — подразумевает, что вирусы появились из белков и нуклеиновых кислот одновременно с живыми клетками организмов. В природе есть еще неклеточные формы жизни, но их не относят к вирусам, так как не обладают белковой оболочкой. Они носят название субвирусных частиц, так как часть свойств все-таки совпадает.

У этих гипотез есть слабые места, например, регрессивная не может объяснить, почему самые маленькие клетки непохожи на вирусы. Вторая гипотеза не поясняет, откуда появляется капсид и другие элементы вирусной частицы, а коэволюция противоречит определению агентов как неклеточных частиц.

Структура вирусов

Особенностью строения вирусов считается большая разновидность конфигураций и размеров. Исследованные агенты обладают диаметром в диапазоне от 20 до 300 нм. Ряд филовирусов при диаметре всего 80 нм достигают в длину до 1400 нм. Совсем недавно были обнаружены самые большие экземпляры, которые достигают до 1,5 мкм в длину и 0,5 мкм в диаметре.

Для изучения вирионов специалисты используют только современные электронные микроскопы, так как в простой прибор их не видно. Кроме того, обязательно используются специальные красители. Обычно применяются растворы солей вольфрама, рассеивающие отрицательно заряженные частицы на покрытой ими плоскости.

Зрелый вирион состоит из ДНК или РНК и оболочки из белка, которая называется капсидом. Оболочка образовывается из однотипных элементов белка (капсомеров). Вирус может защищать липидное покрытие, которое возникает из мембраны хозяйской клетки.

Капсид состоит из белков, которые кодируются геномом вириона, а его характеристика определяет классификацию агентов по морфологическому признаку.

Неклеточные агенты, обладающие сложной структурой, кодируют особые белки, которые помогают образовывать капсид. Его форму и самого вириона можно изучать с помощью сканирующего атомно-силового микроскопа.

Морфологическая классификация

Микробиология довольно детально описывает царство вирусов. Лауреат Нобелевской премии Д. Балтимор составил классификацию вирионов, которая с успехом применяется и сейчас. В ней типы вирусов распределены по способу образования матричной рибонуклеиновой кислоты (мРНК). Существует еще классификация капсидов по морфологическим признакам.

Всего выделено четыре вида:

1. Спиральный — оболочка представляет собой один вид капсомеров, которые расположены по спирали. В середине этого строения находится канал или полость. Таким способом образуются палочковидные и нитевидные вирионы, которые могут быть короткими и несгибаемыми или длинными и пластичными. В этом случае генетика является одноцепочечной РНК, где ионы удерживаются зарядами на кислотах и белках.
2. Икосаэдрический — чаще всего такая форма встречается у животных. Правильный икосаэдр считается идеальной формой для закрытого капсида, собранного из одинаковых капсомеров. Минимальное их количество — 12, а каждый состоит из пяти элементов. Например, у ротавируса более 12 капсомеров, поэтому они имеют круглую форму, но сохраняют икосаэдрическую симметрию.
3. Продолговатый — это икосаэдрические капсиды, которые расположены вдоль оси симметрии. Такая структура встречается у головок бактериофагов.
4. Комплексный — конфигурация капсидов частично спиральная и одновременно икосаэдрическая. Кроме того, могут наблюдаться вспомогательные структурные построения: белковые отростки, сложные наружные стенки. Некоторые виды бактериофагов обладают икосаэдрической головкой и спиральным хвостом, имеющим шестигранное основание с отходящими нитями, через которые вирус впрыскивает генетический материал.

Классификация вирусов по Балтимору: двуцепочечная ДНК, а РНК отсутствует, одноцепочечная ДНК с положительной полярностью, двуцепочечная РНК, одноцепочечная РНК с положительной полярностью, одноцепочечная РНК двойной полярности, одноцепочечная РНК с положительной полярностью и синтезом ДНК на матрице РНК, двуцепочечная ДНК с синтезом ее на матрице РНК.

Жизненный период и заболевания человека

Хотя вирусов насчитывается довольно большое количество и встречаются они практически везде, но у всех жизненный цикл проходит одинаково. Так как они не имеют клеточной структуры, то размножение вирусов происходит внутри клетки хозяина.

Агенты внутри клетки воспроизводят большое количество своих копий. Полный жизненный цикл делится на несколько этапов, которые перекрывают друг друга. Сначала агент образует связь между своими белками и рецепторами хозяйской клетки.

Затем он попадает внутрь для передачи генетического материала, а некоторые виды переносят и белки. Неклеточная частица освобождается от капсида и нуклеиновой кислоты. Далее, происходит группировка вирусных частиц и модифицируется белок. В конце агент покидает клетку, разрушая ее или продолжая в ней жить.

Самое простое и часто происходящее вирусное заболевание — это простуда. Но эти паразиты могут вызывать и серьезные патологии — СПИД или птичий грипп. У каждого вида свой механизм воздействия на человека, при котором происходит разрушение клеток и весь организм перестает функционировать нормально.

В некоторых случаях частицы могут и не наносить вреда здоровью, специалисты называют такую ситуацию латентностью. Эти виды могут приносить и пользу для организма, а их присутствие развивает иммунитет против вредных бактерий.

Некоторые инфекции бывают хроническими и могут протекать всю жизнь, несмотря на защиту организма.