Что такое неклеточная форма жизни
Вирусы
Вирусы способны размножаться только внутри живых клеток, до проникновения в них вирусы не имеют признаков жизни: пассивно перемещаются во внешней среде, ожидая встречи с клеткой-мишенью.
В 1892 году Ивановский Д.И. в ходе изучения мозаичной болезни табака обнаружил, что болезнь вызывается мельчайшими субстанциями, которые проходят через бактериальный фильтр, то есть были меньше бактерий. Вирусы впервые увидели в электронный микроскоп в 1939 году (спустя 19 лет со смерти Ивановского), однако считается, что именно Ивановский положил начало вирусологии как науке.
У вирусов отсутствует обмен веществ с внешней средой (метаболизм).
Не имеют клеточной мембраны, ограничивающих их от внешней среды, и, соответственно, клеточного строения.
У вирусов отсутствует половое размножение и деление. Попав в живую клетку, вирус встраивает свою нуклеиновую кислоту (РНК/ДНК) в наследственный материал клетки-мишени. В результате клетка начинает синтезировать вирусные белки (новые вирусы): так увеличивается численность вирусов.
Носителем наследственной информации у вирусов может быть ДНК, РНК. В связи с этим все вирусы подразделяются на ДНК- и РНК-содержащие.
Взаимодействие вируса с клеткой
Найдя клетку, на поверхности которой есть подходящий рецептор, вирус взаимодействует с ним и прикрепляется к мембране клетки. Путем эндоцитоза (образование вакуоли) вирус проникает внутрь клетки, выходит из вакуоли в цитоплазму. Наследственный материал (ДНК/РНК) вируса реализуется по схеме: ДНК ↔ РНК → белок.
Образовавшиеся белки объединяются в вирусные частицы, которые могут выходить из клетки разными путями. Вирионы вирусов гепатита C выходят из клетки путем почкования (экзоцитозом), при таком варианте клетка долгое время остается живой и служит для продукции новых вирионов.
Известен и другой механизм выхода вирионов из клетки: взрывной, при котором оболочка клетки разрывается, и тысячи вирионов отправляются инфицировать новые клетки. Такой способ характерен для аденовирусов, ротавирусов.
Бактериофаги («бактерия» + греч. phag(os) — пожирающий)
Ниже вы можете видеть типичное строение бактериофага. Бактериофаг напоминает шприц, который протыкает стенку бактерии и впрыскивает внутрь нее свою нуклеиновую кислоту.
Бактериофаги успешно применяются в медицине для лечения многих заболеваний. Это высокоэффективные, дорогостоящие препараты, которые помогают, например, нормализовать микрофлору кишечника при бактериальных инфекциях.
Вирусные инфекции
Вирусы вызывают множество заболеваний человека и животных. Некоторые из них неизлечимы даже на современном этапе развития медицины, например бешенство. К вирусным инфекциям относятся грипп, корь, свинка, СПИД (вызванный ВИЧ), полиомиелит, желтая лихорадка, онковирусы.
Такая группа, как онковирусы, потенцируют развитие опухолей в организме. К ВИЧ и онкогенным вирусам не существует специфических антител, что затрудняет процесс создания вакцины. В то же время против ряда вирусных инфекций: корь, ветряная оспа созданы вакцины, создающие стойкий пожизненный иммунитет.
Риск заражения ВИЧ присутствует при гемотрансфузии (переливании крови), половом акте. Инфекция также может быть передана от ВИЧ инфицированной матери к плоду.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Что мы знаем о вирусах и методах защиты от них?
Что такое вирус?
Как устроен вирус?
В центре агента находится генетический материал РНК или ДНК, вокруг которого располагается белковая структура — капсид.
Капсид служит для защиты вируса и помогает при захвате клетки. Некоторые вирусы дополнительно покрыты липидной оболочкой, т.е. жировой структурой, которая защищает их от изменений окружающей среды.
Вирусолог Дэвид Балтимор объединил все вирусы в 8 групп, из которых некоторые группы вирусов содержат 1-2 цепочки ДНК. Другие же содержат 1 цепочку РНК, которая может удваиваться или достраивать на своей матрице ДНК. При этом каждая группа вирусов производит себя в различных органеллах зараженной клетки.
Вирусы имеют определенный диапазон хозяев, т.е. он может быть опасен для одних видов и абсолютно безвреден для других. Например, оспой болеет только человек, а чумкой только некоторые виды плотоядных. Вирус не способен выжить сам по себе, поэтому активируется только в хозяйской клетке, используя ее ресурсы и питательные вещества. Цель вируса — создание множества копий себя, чтобы инфицировать другие клетки!
Вирусы. Цикл развития бактериофага. Скачать наглядное пособие в большом разрешении можно здесь.
Как вирус попадает в организм?
Геном вируса встраивается в одну из органелл или цитоплазму и превращает клетку в настоящий вирусный завод. Естественные процессы в клетке нарушаются, и она начинает заниматься производством и сбором белка вируса. Этот процесс называется репликацией. И его основная цель — это захват территории. Во время репликации генетический материал вируса смешивается с генами клетки хозяина — это приводит к активной мутации самого вируса, а также повышает его выживаемость. Когда процесс репликации налажен, вирусная частица отпочковывается и заражает уже новые клетки, в то время как инфицированная ранее клетка продолжает производство.
«Для проникновения в клетку белки поверхности вируса связываются со специфическими поверхностными белками клетки. Прикрепление, или адсорбция, происходит между вирусной частицей и клеточной мембраной. В мембране образуется дырка, и вирусная частица или только генетический материал попадают внутрь клетки, где будет происходить размножение вируса. Сегодня ученые всего мира сделали важное открытие о том, что заражение коронавирусом людей преклонного возраста объясняется тем, что у пожилых людей накапливается специфический белок, который помогает COVID-19 проникать внутрь клетки эпителия».
Выход вируса
Скорость распространения вирусной инфекции
Вирусная латентность
Как вирус распространяется?
Почему с вирусами так тяжело бороться?
Сегодня людям уже удалось победить некоторые вирусы, а некоторые взять под жесткий контроль. Например, Оспа (она же черная оспа). Болезнь вызывается вирусом натуральной оспы, передается от человека к человеку воздушно-капельным путем. Больные покрываются сыпью, переходящей в язвы, как на коже, так и на слизистых внутренних органов. Смертность, в зависимости от штамма вируса, составляет от 10 до 40 (иногда даже 70%), На сегодняшний день вирус полностью истреблен человечеством.
Кроме того, взяты под контроль такие заболевания, как бешенство, корь и полиомиелит. Но помимо этих вирусов существует масса других, которые требуют разработок или открытия новых вакцин.
Коронавирус
К наиболее распространенным симптомам COVID-19 относятся повышение температуры тела, сухой кашель и утомляемость. К более редким симптомам относятся боли в суставах и мышцах, заложенность носа, головная боль, конъюнктивит, боль в горле, диарея, потеря вкусовых ощущений или обоняния, сыпь и изменение цвета кожи на пальцах рук и ног. Как правило, эти симптомы развиваются постепенно и носят слабо выраженный характер. У некоторых инфицированных лиц болезнь сопровождается очень легкими симптомами.
Поскольку пока не изобретено вакцины от COVID-19, в целях защиты от инфекции самым важным для нас является соблюдение гигиены.
Гигиена — раздел медицины, изучающий влияние жизни и труда на здоровье человека и разрабатывающая меры (санитарные нормы и правила), направленные на предупреждение заболеваний, обеспечение оптимальных условий существования, укрепление здоровья и продление жизни.
Сегодня следует соблюдать определенные правила гигиены:
«Мы пытались рассказать Вам не только о существующих научных фактах о вирусах, но и показать, что определенные знания помогают нам в нынешней практической ситуации сохранить свое здоровье и здоровье своих близких. Мы понимаем, что сегодня коронавирус может находиться практически везде: на поверхностях любых предметов, в окружающей среде и т.д. Поэтому самоизоляция – это один из важнейших способов защиты от инфекции. Находясь дома, вы защищаете не только свое здоровье, но и помогаете медикам и ученым, которые сражаются с этим вирусов и день и ночь. Ведь, чем меньше шансов у нас с вами заболеть, тем больше шансов появляется у них, чтобы победить коронавирус. Пожалуйста, оставайтесь дома и соблюдайте режим самоизоляции и нормы гигиены».
Общая информация
Вирусы (от латинского определения «vira» — яд) — это микроскопические неклеточные частицы, патогены. Они виновники многих болезней у людей, животных и растений. Происхождение и их эволюционирование не изучено до конца. Исследователи предполагают, что они являются фрагментами клеток, которые, приспосабливаясь к паразитному образу жизни, потеряли, эволюционируя, все лишнее (функции, без которых организм способен выжить). Остался только нуклеиновый ингредиент и защитная белковая оболочка. Их открыл в 1892 году русский ученый Д. И. Ивановский, микробиолог, который изучал болезни табака.
Болезнями, которые провоцируют вирусы для человека являются корь, бешенство, грипп, ВИЧ и многие другие. Заболевания животных — ящур, бруцеллез, чума у свиней и птиц. А болезни растений, вызванные этим паразитом — табачная мозаика, огуречная мозаика и другие. Наросты и капы на деревья тоже представляют собой продукт вирусного происхождения.
Считается, что эта форма находится на границе живой и неживой материи. К живым их можно отнести, потому что они, как другие организмы имеют генетический материал и способны размножаются. А близость к неживым обуславливает отсутствие клеточной структуры. Размером вирусы очень малы — от 20 до 300 нм длиной, поэтому их не увидеть в оптический микроскоп.
Они могут иметь разный вид — сферический, нитевидный, палочковидный и т. д. А еще ввиду своего малого размера запросто проходят те фильтры, которые задерживают бактерии.
Жизнь вирусов
Ввиду особого строения, их существование тоже особенное. Оно представлено двумя формами:
Все вирусы еще отличаются от клеточных организмов тем, что имеют один из видов нуклеиновых кислот — ДНК или РНК, поэтому они неспособны самостоятельно синтезировать белок. А еще в них не идут обменные процессы и они не растут. Именно это является причиной того, что эти маленькие захватчики стремятся найти себе организм для использования ферментативных систем его клеток. Прикрепляясь к стенке или проникая внутрь клетки хозяина, этот паразит изменяет ее обмен веществ так, что клетка сама начинает создавать новые вирусные частицы. Клетка, как правило, погибает, а множество новых частиц вырываются на свободу.
В настоящее время известно о вирусах, которые размножаются, используя клетки растений, животных, грибов, бактерий. Тех что используют растения еще называют бактериофагами. Считается, что их открыл в начале ХХ века французско-канадский ученый-биолог Ф. Дерелль.
Вирусы, являясь паразитами, могут нанести непоправимый вред клетке-хозяину и вызвать ряд серьезных заболеваний. Такие заболевания плохо поддаются лечению, поскольку антибиотики на них не действуют — у этих возбудителей нет обмена веществ, который можно было бы подавить. Вакцины могут быть не всегда эффективны, поскольку вирус изменяется и приспосабливается. Химическая терапия, конечно, их угнетает, но может повредить и саму клетку.
Устройство патогенов
В устройство каждого вируса входят нуклеиновая кислота (РНК или ДНК) и белок. Заключено все это в белковую оболочку, называемую капсидом. Есть вирусы, которые обладают еще одной дополнительной оболочкой, образованной из «материала» хозяина, например, ВИЧ. Белковая оболочка-капсид очень симметрична и имеет красивую многогранную или спиральную форму.
Вирусные заболевания
Вирусы могут поражать живые организмы, вызывая различные заболевания и даже генные мутации. Тот, что вызывает ВИЧ, выводит из строя клетки, отвечающие за иммунитет организма, — лейкоциты. После того как он проникает в клетку, в ней образуется вирусная ДНК и встраивается в ДНК хозяина. Перепрограммированная клетка начинает делиться и количество зараженных лимфоцитов увеличивается. Поэтому для больных ВИЧ страшна любая инфекция.
Есть группа вирусов, которые, вживаясь в клетки организма, встраиваются в геном клетки и вызывают нарушения в генетике нормальных клеток. В результате здоровая клетка может переродиться в раковую. Наука предполагает, что примерно 15% опухолей у человека провоцируется вирусом.
Способы борьбы
Иммунитет — способность организма противостоять вирусам, болезнетворным организмам и чужеродным телам. Различают три вида иммунитета:
Функция иммунитета — защищать организмы от воздействия окружающей среды. Если иммунитет «отключится» на некоторое время, организм погибнет, «съеденный» различными патогенными клеточными и неклеточными организмами.
По численности вирусы являются одной из самых распространенных и самых старых органических материй на Земле. Они старше и многочисленней человечества. Число их таково, что подавляющее большинство видов не описано и не изучено, хотя микробиология активно этим занимается. О них пишут книги и снимают фильмы.
С вирусами тяжело бороться, потому что их эволюция происходит прямо на наших глазах. Мутируя, они становятся неуязвимы, и от этого возникают новые эпидемии и пандемии. Людям удалось уже победить некоторые вирусы, например, черную оспу, но на этом все не заканчивается.
Неклеточные формы жизни. Вирусы и бактериофаги
Урок 20. Общая биология 10 класс (ФГОС)
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Неклеточные формы жизни. Вирусы и бактериофаги»
Вирусы самые мелкие частицы в природе. Они занимают промежуточное положение между живыми организмами и органическими веществами.
Вирусы были открыты в конце 19 века в 1892 году Дмитрием Иосифовичем Ивановским при выяснении причины заболевания растений табака.
На листьях табака появлялись желтоватые и белёсые пятна, которые в дальнейшем превращались в некрозные пятна, приводящие к деформации листьев.
Ивановский решил выяснить причину данного заболевания. Он надеялся обнаружить бактерию, которая его вызывает. Поэтому пропускал препарат больных растений через фильтр, задерживающий бактерии.
И только после появления первых электронных микроскопов в 1939 году удалось рассмотреть эти тогда неизвестные формы жизни. Таким образом Ивановский не видел вирусы, но обнаружил их.
Название вирус было предложено в 1895 году голланским ботаником Мартином Бейеринком. Изучавшим болезни растений, вызываемые вирусами.
На сегодняшний день вирусы являются самыми маленькими формами жизни. Ведь их размеры составляют десятитысячную долю миллиметра.
У вирусов нет репродуктивных органов и самовоспроизводиться они не могут. Не могут они и самостоятельно передвигаться. Единственное на что вирусы способны так это вредить всему живому.
Изучим строение вируса на примере вируса иммунодефици́та челове́ка, который вызывает медленно прогрессирующее заболевание — ВИЧ-инфекцию.
Зрелая сформированная вирусная частица называется вирионом.
Вирионы ВИЧ имеют вид сферических частиц, диаметр которых составляет около 100-120 нанометров. Это приблизительно в 60 раз меньше диаметра эритроцита.
Генетический материал вируса может быть представлен либо ДНК, либо РНК, соответственно, вирусы подразделяют на ДНК-содержащие и РНК-содержащие. Подавляющее большинство вирусов являются РНК-содержащими. Вирусы растений чаще всего содержат одноцепочечную РНК. У вирусов животных геном представлен либо ДНК либо РНК. Однако каждый вирус имеет генетический материал только одного типа.
Нуклеиновую кислоту окружает белковая оболочка – этот комплекс называется нуклеокапсидом. Капсид защищает генетический материал вируса от механических и химических повреждений. Капсид складывается из одинаковых белковых субъединиц, называемых капсомерами.
У вируса табачной мозаики капсид состоит из 2130 капсомеров – идентичных молекул белка. Они расположены по винтовой линии и образуют полый цилиндр.
Составные части капсида формируют цилиндр из уложенных по спирали белковых глобул, внутри которого находится РНК − генетический материал вируса.
На начальных стадиях заражения клетки капсид осуществляет прикрепление к клеточной мембране, разрыв мембраны и внедрение в клетку генетического материала вируса.
Вирусы различаются геометрическими формами. Вирус табачной мозаики имеет палочковидную форму.
Структурный анализ основных типов капсидов используется в классификации вирусов. Большинство из них имеет сферическую, кубическую, палочкоподобную форму. Сверху над капсидом у некоторых вирусов находиться белковый матрикс.
У сложноорганизованных вирусов (например, вирус гриппа или вирус иммунодефицита человека) имеется дополнительная липидная мембрана. Этот дополнительный билипидный слой называется суперкапсидом.
Суперкапсид формируется за счёт фрагментов цитоплазматической мембраны клеток-хозяев в момент сборки и выхода вируса из них.
На поверхности мембраны располагаются гликопротеиновые рецепторы − белковые молекулы, которые образуют выступы, обеспечивающие связывание вируса с клеткой.
Также вирусы в своём составе имеют белки, которые необходимы им для воспроизведения.
Вирусы размножаются в животных, растительных и даже бактериальных клетках… соответственно они есть ничто иное как паразиты.
Они не размножаются в прямом смысле, а воспроизводятся – репродуцируются в чувствительных к ним клетках, которые вирусологи называют клетки-хозяева.
Вирусы не способны размножаться вне живой клетки.
Репродукция вирусов в клетках-хозяевах происходит поэтапно.
1-й этап: это Прикрепление вируса.
2-й этап. Проникновение вируса в клетку-хозяина.
3-й этап. Лишение оболочки вируса.
4-й этап. Репликация генетического материала.
5-й этап. Самосборка вируса.
6-й этап. Выход вируса из клетки.
Если специфические («узнающие») рецепторы на поверхности клетки отсутствуют, то клетка не чувствительна к вирусной инфекции: вирус в нее не проникает. Происходит адсорбция (прикрепление) вируса на поверхности клеток-хозяев.
На следующем этапе вирусу необходимо доставить внутрь клетки свой генетический материал. Вирус проникает в клетку-хозяина путём пиноцитоза. Мембрана клетки хозяина впячивается внутрь, затем ее края смыкаются. Образуется пищеварительная вакуоль, которая сливается с лизосомами.
На третей стадии происходит лишение оболочек вируса. Данный процесс представляет собой процесс потери капсида. Это достигается при помощи вирусных ферментов или ферментов клетки-хозяина. В конечном счёте вирусная геномная нуклеиновая кислота освобождается.
Четвертая стадия – репродуктивная. Она начинается с того что специальный фермент вируса запускает процесс обратной транскрипции РНК. На этом ферменте одинарная спираль вирусной РНК транскрибируется в двойную спираль РНК-ДНК.
То есть происходит образование двуцепочечной ДНК на основании информации в одноцепочечной РНК. Ещё один фермент обеспечивает встраивание образованной ДНК в геном клетки-хозяина. Теперь геном клетки хозяина содержит как свой, так и вирусный геном.
Матричная РНК списывает уже новую информацию, и переносит её в цитоплазму. Где на рибосомах происходит синтез белков для строительства нового вируса.
Клетка начинает копировать и множить новую генетическую информацию, которую внедрил вирус. Это коварная ловушка вируса превращает клетку в фабрику по производству собственного врага.
Все активные процессы вирусной инфекции происходят в клетках-хозяевах, причём одни вирусы репродуцируются в их ядре, другие в цитоплазме, третьи в ядре и цитоплазме.
Пятая стадия – самосброска вириона. Синтезированные порознь в разных структурах клетки вирусные нуклеиновые кислоты и вирусные белки собираются в вирусные частицы.
При достаточной концентрации вирусных компонентов и после их взаимного узнавания происходит самосброска этих компонентов.
У простых вирусов белковые субъединицы в строгом порядке укладываются вокруг витков спирали нуклеиновой кислоты.
У сложноорганизованных вирусов в процессе сборки вирионов принимают участие и клеточные структуры, например ядерные структуры (ядерная мембрана) или мембраны эндоплазматического ретикулума.
Например при выходе из ядра вирус герпеса в виде «голых» частиц увлекает и ядерную мембрану клетки-хозяина.
Шестая стадия – выход вирусов из клеток-хозяев. У разных вирусов выход осуществляется по-разному.
Например, выход ДНК-геномных простых вирусов происходит при полном лизисе (то есть разрушении) клеток-хозяев.
Сложные вирусы выходят из клетки путём почкования (при участии цитоплазматической мембраны клеток-хозяев) и приобретают суперкапсид.
Вновь сформированные вирионы способны заражать здоровые клетки хозяева….
Вирусы весьма избирательны. Это значит, что вирус забирается внутрь только специально выбранной клетки. Например, вирус гепатита Б вызывает поражение только клеток печени, которое может привести к тяжёлым последствиям – циррозу и раку.
Попав в кровоток или другую жидкость организма, он движется с самыми разными клетками, но не одну из них он не поражает. Однако стоит ему попасть в печень как он тут же поражает печёночные клетки. Поражённая клетка уже не способна к нормальной жизнедеятельности и постепенно разрушается.
На проникновение вируса реагирует иммунная система организма. Она бросает против него целую армию белков. Так называемых антител.
Антитела являются особым классом гликопротеинов, имеющихся на поверхности B-лимфоцитов в виде мембраносвязанных рецепторов и в сыворотке крови.
При помощи антиген-связывающих участков антитела присоединяются к вирусам и бактериям, препятствуя их размножению.
Когда антитела сталкиваются с вирусами проявляются главные симптомы болезни. Обычно антитела побеждают и организм выздоравливает, но увы не всегда.
Например, при борьбе с вирусом СПИДа.
Так как вирус иммунодефицита поражает именно иммунные клетки организма: Т-хелперы, моноциты, макрофаги, клетки Лангерганса, дендритные клетки, клетки микроглИи. В результате работа иммунной системы угнетается и развивается синдром приобретённого иммунного дефицита.
Организму свойственна иммунологическая память. Это означает что при повторном контакте одного и того же вируса, организм способен вызывать иммунный ответ более быстро и эффективно.
Например, если человек перенёс атаку определённого вируса, например, ветряной оспы, тот уже не сможет спровоцировать болезнь повторно. Потому как в организме накопилось немало антител для того что бы немедленно изгнать старого гостя. Вот почему такие болезни как ветряная оспа, или эпидемический паратит (свинка) обычно возникают только один раз в жизни.
Грипп тоже вирусная инфекция, но человек может заболеть гриппом несколько раз, а все потому что этот вирус всякий раз видоизменяется.
Вирусы распространяются многими способами: вирусы растений часто передаются от растения к растению насекомыми, питающимися растительными соками, к примеру, тлями; вирусы животных могут распространяться кровососущими насекомыми, такие организмы известны как переносчики. Вирус гриппа распространяется воздушно-капельным путём при кашле и чихании.
Однако не все вирусы приносят вред. Есть вирусы, которые поражают бактериальные клетки и тем самым уничтожают их. Они не дают бактериям размножаться бесконтрольно. Эти вирусы называют бактериофагами.
Бактериофаги выполняют важную роль в контроле численности микробных популяций. Выглядят они не совсем так как обычные вирусы.
Хвост, или отросток, представляет собой белковую трубку (чехол) — продолжение белковой головки.
Фибриллы хвоста и шипы, необходимы бактериофагу для прикрепления вируса к бактериальной клетке.
Бактериофаги, как и все вирусы, являются абсолютными внутриклеточными паразитами.
Они проникают в бактериальную клетку за счёт фагового лизоцима. Лизоцим — это фермент класса гидролаз, разрушающий клеточные стенки бактерий путём гидролиза пептидогликана клеточной стенки бактерий муреина.
Когда бактериофаг садиться на бактериальную клетку происходит частичный лизис клеточной стенки хозяина. Что обеспечивает проникновение нуклеиновой кислоты из головки фага в цитоплазму клетки. Бактериофаг как шприц внедряет свой генетический материал в бактериальную клетку. А белковая оболочка фага остаётся снаружи клетки-хозяина.
В цитоплазме начинается репликация генетического материала фага, синтез его белков, построение капсида и сборка новых фагов. Уже через 10 мин после заражения в бактерии формируются новые фаги, а через полчаса бактериальная клетка разрушается, и из неё выходит около 200 заново сформированных вирусов – фагов, способных заражать другие бактериальные клетки.