Чем вирусы отличаются от других организмов?

Главное отличие вирусов от других организмов состоит в том, что вирусы не имеют клеточного строения. У вирусов нет клеточной мембраны и цитоплазмы с органоидами, нет собственного обмена веществ, а есть только упакованный в капсид генетический материал – матрица для синтеза новых вирусов. Вирус «подчиняет» себе клетку и только внутри неё он может жить «полноценной жизнью». Вне клетки вирус неактивен.

Сколько видов вирусов существует?

На сегодняшний день известно несколько тысяч вирусов, но этот «список» далеко не полон, к нему постоянно добавляются новые виды. Учёные предполагают, что вирусы представляют собой самую многочисленную биологическую форму на нашей планете и что счет их видам идет на миллионы.

Какие вирусы самые сложные?

Наиболее сложные вирусы – паразитирующие на бактериях бактериофаги. Они имеют аппарат для транспортировки своего генетического материала в бактерии. Тело бактериофага имеет головку, в которой находится нуклеиновая кислота, хвост – белковую трубку, являющуюся продолжением белковой оболочки головки, и хвостовые отростки. Посредством хвоста происходит проталкивание генетического материала вируса, содержащегося в головке бактериофага, в клетку-хозяина. Этот процесс называют инъекцией, и он в самом деле напоминает медицинскую инъекцию, производимую при помощи шприца.

Какого размера вирус?

Размеры вирусов очень малы, их выражают в нанометрах. «Мелкий» вирус полиомиелита имеет размер около двадцати нанометров, а «гигантский» вирус желтухи свеклы вымахал до полутора тысяч нанометров. Бактериофаги в среднем длиной около ста нанометров. Благодаря столь малым размерам, в одной клетке могут одновременно жить несколько десятков вирусов одного и того же вида, места всем хватает.

Кого поражают вирусы?

Вирусы поражают все живое – животных, растения, микроорганизмы. Паразитируя в клетках, вирусы нарушают нормальную жизнедеятельность организмов, вызывая болезни. Грипп, различные гепатиты, СПИД – это все вирусные заболевания. Каждый вирус имеет строго определенный круг хозяев, организмы которых являются для него окружающей средой. Есть бактериофаги-«привереды», паразитирующие только на одном виде бактерий, а вот вирус бешенства поражает всех млекопитающих (и человека в том числе) без исключения.

Все ли болезни, вызываемые вирусами, излечимы?

Вирусные заболевания с трудом поддаются лечению, а некоторые на сегодняшний день считаются неизлечимыми. Разрушить вирус очень сложно – он мелок и увёртлив. Вдобавок борьбу с вирусами сильно осложняет то обстоятельство, что они обитают внутри клеток и надо действовать на них таким образом, чтобы не нанести дополнительного вреда клеткам. Современные противовирусные препараты по принципу действия подразделяются на две группы: стимулирующие иммунную систему для борьбы с вирусами и поражающие вирусы напрямую (препятствующие проникновению вируса в клетку, размножению вируса в пораженной клетке и выходу копий вируса из клетки).

Почему о вирусах говорят: «они живые, но не совсем»?

Одни биологи относят вирусы к живым существам с оговоркой, что это неклеточная форма жизни. Вирусы способны размножаться? Способны! Вирусы способны приспосабливаться к условиям окружающей среды? Способны! Вирусы обладают наследственностью? Обладают! Все, точка! Значит, они живые и их можно отнести к микроорганизмам.

Оппоненты возражают – ну какие же они живые? Вирусы – это не форма жизни, а комплексы органических молекул, взаимодействующие с живыми организмами. Самостоятельно, без использования чужих ресурсов, вирусы воспроизводиться не могут? Не могут! Собственного обмена веществ и энергии не имеют? Не имеют! Значит, живыми их считать нельзя! Хорошо подходит к вирусам поэтичное определение «организмы на краю жизни».

Виды компьютерных вирусов

Виды компьютерных вирусов

Фарминг – вредоносная программа, осуществляющая контроль над браузером пользователя и направляющая его на фальшивые сайты злоумышленника. Во «внутренности» браузера эти паразиты попадают при помощи троянов и червей. При этом будут отображаться только фальшивые сайты, даже если адрес был введен правильно.

Что такое вирусы? | Живая наука

Вирусы — это микроскопические паразиты, обычно намного меньше бактерий. Им не хватает способности процветать и размножаться вне организма хозяина.

Преимущественно, вирусы имеют репутацию причины заражения. Широко распространенные события болезни и смерти, несомненно, укрепили такую ​​репутацию. Вспышка Эболы в Западной Африке в 2014 году и пандемия гриппа h2N1 / свиного гриппа 2009 года (широко распространенная глобальная вспышка), вероятно, приходят на ум.В то время как такие вирусы, безусловно, являются коварными противниками для ученых и медицинских работников, другие подобные им полезны в качестве инструментов исследования; углубление понимания основных клеточных процессов, таких как механика синтеза белка и самих вирусов.

Discovery

Насколько меньше вирусов по сравнению с бактериями? Немного. Вирус кори диаметром 220 нм примерно в 8 раз меньше, чем бактерий E.coli .При 45 нм вирус гепатита примерно в 40 раз меньше, чем E.coli . Чтобы понять, насколько это мало, Дэвид Р. Весснер, профессор биологии в Колледже Дэвидсона, приводит аналогию в статье 2010 года, опубликованной в журнале Nature Education: вирус полиомиелита, 30 нм в поперечнике, примерно в 10 000 раз меньше, чем крупица соли. Такие различия в размерах между вирусами и бактериями предоставили первый ключ к существованию первого.

К концу 19-го века представление о том, что микроорганизмы, особенно бактерии, могут вызывать болезни, было хорошо известно.Тем не менее, исследователи, изучающие вызывающую тревогу болезнь в табаке — болезнь табачной мозаики — были несколько озадачены ее причиной.

В 1886 году в исследовательской работе под названием «О мозаичной болезни табака» немецкий специалист по химии и сельскому хозяйству Адольф Майер опубликовал результаты своих обширных экспериментов. В частности, Майер обнаружил, что когда он раздавливал зараженные листья и вводил ядовитый сок в вены здоровых табачных листьев, это приводило к желтоватым крапинкам и обесцвечиванию, характерным для болезни.Майер правильно предположил, что все, что вызывало табачную мозаику, было в листовом соке. Однако более конкретные результаты ускользнули от него. Майер был уверен, что причиной болезни было бактериальное происхождение, но он не смог выделить возбудителя болезни или идентифицировать его под микроскопом. Он также не мог воссоздать болезнь, вводя здоровым растениям целый ряд известных бактерий.

В 1892 году русский студент по имени Дмитрий Ивановский, по сути, повторил эксперименты Майера по приготовлению сока, но с небольшим поворотом.Согласно статье 1972 года, опубликованной в журнале «Бактериологические обзоры», Ивановский пропускал сок из зараженных листьев через фильтр Чемберленда, достаточно тонкий для захвата бактерий и других известных микроорганизмов. Несмотря на просеивание, жидкий фильтрат оставался заразным, предлагая новую часть головоломки; все, что вызывало болезнь, было достаточно маленьким, чтобы пройти через фильтр. Тем не менее, Ивановский также пришел к выводу, что причина табачной мозаики была бактериальной, предполагая, что фильтрат «содержит либо бактерии, либо растворимый токсин.Лишь в 1898 году было признано наличие вирусов. Голландский ученый Мартинус Бейринк, подтверждая результаты Ивановского, предположил, что причиной болезни табачной мозаики является не бактериальный, а «живой жидкий вирус», ссылаясь на это ныне устаревшим термином «фильтрующийся вирус».

Эксперименты Ивановского, Бейеринка и других, которые последовали за этим, только указывали на существование вирусов. Пройдет еще несколько десятилетий, прежде чем кто-нибудь увидит вирус. Согласно статье за ​​2009 год, опубликованной в журнале Clinical Microbiology Reviews, когда в 1931 году немецкими учеными Эрнстом Руска и Максом Ноллом был разработан электронный микроскоп, первый вирус можно было визуализировать с помощью новой технологии высокого разрешения.Эти первые снимки, сделанные Ruska и его коллегами в 1939 году, были сделаны из вируса табачной мозаики. Таким образом, открытие вирусов прошло полный круг.

Структура

Вирусы колеблются на границах того, что считается жизнью.С одной стороны, они содержат ключевые элементы, которые составляют все живые организмы: нуклеиновые кислоты, ДНК или РНК (любой данный вирус может иметь только один или другой). С другой стороны, вирусы не способны независимо читать и воздействовать на информацию, содержащуюся в этих нуклеиновых кислотах.

«Минимальный вирус — это паразит, который требует репликации (создания большего количества своих копий) в клетке-хозяине», — сказал Жаклин Дадли, профессор молекулярных биологических наук в Техасском университете в Остине.«Вирус не может размножаться вне организма-хозяина, потому что ему не хватает сложного механизма, которым обладает клетка-хозяин». Клеточный механизм хозяина позволяет вирусам производить РНК из своей ДНК (процесс, называемый транскрипцией) и создавать белки на основе инструкций, закодированных в их РНК (процесс, называемый трансляцией).

Когда вирус полностью собран и способен к заражению, он называется вирионом. По мнению авторов «Медицинской микробиологии 4-е изд.» (Медицинский филиал Техасского университета в Галвестоне, 1996), структура простого вириона состоит из внутреннего ядра нуклеиновой кислоты, окруженного внешней оболочкой из белков, известной как капсид.Капсиды защищают вирусные нуклеиновые кислоты от разжевывания и разрушения специальными ферментами клеток-хозяев, называемыми нуклеазами. У некоторых вирусов есть второй защитный слой, известный как оболочка. Этот слой обычно происходит из клеточной мембраны хозяина; маленькие украденные кусочки, которые модифицируются и перераспределяются для использования вирусом.

ДНК или РНК, обнаруженные в ядре вируса, могут быть одноцепочечными или двухцепочечными. Он представляет собой геном или общую сумму генетической информации вируса.Вирусные геномы, как правило, имеют небольшой размер и кодируют только необходимые белки, такие как капсидные белки, ферменты и белки, необходимые для репликации в клетке-хозяине.

Функция

Основная роль вируса или вириона заключается в том, чтобы «доставлять свой геном ДНК или РНК в клетку-хозяина, чтобы геном мог экспрессироваться (транскрибироваться и транслироваться) клеткой-хозяином», согласно «Медицинской микробиологии». »

Во-первых, вирусы должны получить доступ к внутренней части тела хоста. Дыхательные пути и открытые раны могут служить воротами для вирусов.Иногда насекомые обеспечивают способ проникновения. Некоторые вирусы могут попасть в слюну насекомого и проникнуть в организм хозяина после укуса насекомого. По мнению авторов «Молекулярной биологии клетки, 4-е издание» (Garland Science, 2002), такие вирусы могут размножаться как в клетках насекомых, так и в клетках-хозяевах, обеспечивая плавный переход от одной к другой. Примеры включают вирусы, которые вызывают желтую лихорадку и лихорадку денге.

Вирусы затем прикрепятся к поверхностям клеток хозяина.Они делают это, распознавая и связываясь с рецепторами клеточной поверхности, как две взаимосвязанные части головоломки. Многие разные вирусы могут связываться с одним и тем же рецептором, и один вирус может связывать разные рецепторы на клеточной поверхности. В то время как вирусы используют их в своих интересах, рецепторы клеточной поверхности фактически предназначены для обслуживания клетки.

После того, как вирус связывается с поверхностью клетки-хозяина, он может начать перемещаться через внешнее покрытие или мембрану клетки-хозяина. Есть много разных режимов входа.ВИЧ, вирус с оболочкой, сливается с мембраной и проталкивается. Еще один вирус в оболочке, вирус гриппа, поглощается клеткой. Некоторые вирусы без оболочки, такие как вирус полиомиелита, создают пористый канал проникновения и проникают через мембрану.

Попав внутрь, вирусы высвобождают свои геномы, а также разрушают или захватывают различные части клеточного оборудования. Вирусные геномы направляют клетки-хозяева, чтобы в конечном итоге продуцировать вирусные белки (много раз останавливая синтез любой РНК и белков, которые клетка-хозяин может использовать).В конечном счете, вирусы складывают колоду в свою пользу, как внутри клетки-хозяина, так и внутри самого хоста, создавая условия, которые позволяют им распространяться. Например, когда страдает от простуды, одно чихание испускает 20000 капель, содержащих частицы риновируса или коронавируса, согласно «Молекулярной биологии клетки». Прикосновение или вдыхание этих капелек — это все, что требуется для распространения простуды.

Новые открытия

Понимание взаимосвязи между вирусами началось с того, что были отмечены сходства по размеру и форме, независимо от того, содержали ли вирусы ДНК или РНК и в какой форме.Благодаря более совершенным методам секвенирования и сравнения вирусных геномов и постоянному притоку новых научных данных все, что мы знаем о вирусах и их истории, постоянно совершенствуется.

До 1992 года само собой разумеющимся считалось, что вирусы были намного меньше бактерий с крошечными геномами. В том же году, по словам Весснера, ученые обнаружили в некоторых амебах похожую на бактерии структуру в водяной градирне. Оказывается, они обнаружили не бактериальный вид, а очень большой вирус, который они назвали мимивирусом.Вирус имеет размер около 750 нм и может иметь те же окрашивающие свойства, что и грамположительные бактерии. За этим последовало открытие других крупных вирусов, таких как Mamavirus и Megavirus.

«Неизвестно, как развивались эти крупные вирусы», — сказал Дадли, называя их «слонами» вирусного мира. «Они могут быть дегенеративными клетками, которые стали паразитами других клеток (Mimiviruses заражают амебу), или они могут быть более типичными вирусами, которые продолжают приобретать дополнительные гены хозяина», добавила она.Мимивирусы требуют клеточного аппарата хозяина для производства белков, как и другие более мелкие вирусы. Однако их геном все еще содержит много остатков генов, связанных с процессом трансляции. Возможно, что Мимивирусы когда-то были независимыми клетками. Или они могли просто приобрести и накопить некоторые гены-хозяева, писал Весснер.

Такие открытия поднимают новые вопросы и открывают новые возможности для исследований. В будущем эти исследования могут дать ответы на фундаментальные вопросы о происхождении вирусов, о том, как они достигли своего нынешнего паразитического состояния, и следует ли включать вирусы в древо жизни.

Дополнительные ресурсы

Что они и что они делают?

Вирусы — это микроскопические организмы, которые существуют почти повсюду на Земле. Они могут заразить животных, растения, грибки и даже бактерии.

Иногда вирус может вызвать смертельное заболевание, которое может привести к летальному исходу. Другие вирусные инфекции не вызывают заметной реакции.

Вирус также может оказывать одно воздействие на один тип организма, но различное влияние на другой. Это объясняет, как вирус, который поражает кошку, может не повлиять на собаку.

Вирусы различаются по сложности.Они состоят из генетического материала, РНК или ДНК, окруженного слоем белка, липида (жира) или гликопротеина. Вирусы не могут реплицироваться без хозяина, поэтому они классифицируются как паразитические.

Они считаются самой распространенной биологической сущностью на планете.

Быстрые факты о вирусах

• Вирусы — это живые организмы, которые не могут размножаться без клетки-хозяина.
• Они считаются самой распространенной биологической сущностью на планете.
• Заболевания, вызванные вирусами, включают бешенство, герпес и лихорадку Эбола.
• Существует не лекарство от вируса, но вакцинация может предотвратить их распространение.

Почти каждая экосистема на Земле содержит вирусы.

Прежде чем попасть в клетку, вирусы существуют в форме, известной как вирионы.

Во время этой фазы они примерно в одну сотую размера бактерии и состоят из двух или трех отдельных частей:

• генетического материала, либо ДНК, либо РНК
• белковой оболочки, либо капсида, который защищает генетическую информацию
• Липидная оболочка иногда присутствует вокруг белковой оболочки, когда вирус находится за пределами клетки

Вирусы не содержат рибосомы, поэтому они не могут производить белки.Это делает их полностью зависимыми от своего хозяина. Они являются единственным типом микроорганизмов, которые не могут размножаться без клетки-хозяина.

После контакта с клеткой-хозяином вирус вставит генетический материал в хозяина и возьмет на себя функции этого хозяина.

После заражения клетки вирус продолжает размножаться, но он производит больше вирусного белка и генетического материала вместо обычных клеточных продуктов.

Именно этот процесс зарабатывает вирусы по классификации паразитов.

Вирусы имеют разные формы и размеры, и их можно классифицировать по их формам.

Это могут быть:

• Спираль: вирус табачной мозаики имеет форму спирали.
• Икосаэдрические, почти сферические вирусы: большинство вирусов животных похожи на это.
• Конверт: Некоторые вирусы покрывают себя модифицированным участком клеточной мембраны, создавая защитную липидную оболочку. К ним относятся вирус гриппа и ВИЧ.

Возможны другие формы, в том числе нестандартные формы, сочетающие в себе как спиральную, так и икосаэдрическую формы.

Вирусы не оставляют ископаемых останков, поэтому их трудно отследить во времени. Молекулярные методы используются для сравнения ДНК и РНК вирусов и выяснения того, откуда они берутся.

Три конкурирующие теории пытаются объяснить происхождение вирусов.

• Гипотеза регрессии, или сокращения: Вирусы начинались как независимые организмы, которые стали паразитами. Со временем они выделяют гены, которые не помогают им паразитировать, и они становятся полностью зависимыми от клеток, в которых они обитают.
• Прогрессивная гипотеза, или избегание: Вирусы развились из участков ДНК или РНК, которые «сбежали» из генов более крупных организмов. Таким образом, они получили способность становиться независимыми и перемещаться между клетками.
• Первая гипотеза вируса: Вирусы произошли от сложных молекул нуклеиновой кислоты и белков либо до, либо одновременно с появлением на Земле первых клеток, миллиарды лет назад

Вирус существует только для размножения. Когда он размножается, его потомство распространяется на новые клетки и новые хозяева.

Состав вируса влияет на его способность к распространению.

Вирусы могут передаваться от человека к человеку и от матери к ребенку во время беременности или родов.

Они могут распространяться через:

• касаться
• обменов слюны, кашля или чихания
• сексуальных контактов
• загрязненных продуктов питания или воды
• насекомых, которые переносят их от одного человека к другому

Некоторые вирусы могут жить на объект в течение некоторого времени, поэтому, если человек касается предмета с вирусом на руках, следующий человек может подхватить этот вирус, коснувшись того же объекта.Объект известен как фомит.

По мере того, как вирус размножается в организме, он начинает влиять на хост. После периода, известного как инкубационный период, симптомы могут начать проявляться.

Что происходит, если вирусы меняются?

Когда вирус распространяется, он может взять часть ДНК своего хозяина и перенести ее в другую клетку или организм.

Если вирус попадает в ДНК хозяина, он может воздействовать на более широкий геном, перемещаясь по хромосоме или к новой хромосоме.

Это может иметь долгосрочные последствия для человека.У людей это может объяснить развитие гемофилии и мышечной дистрофии.

Это взаимодействие с ДНК хозяина также может привести к изменению вирусов.

Некоторые вирусы поражают только один тип существ, скажем, птиц. Если вирус, который обычно поражает птиц, случайно попадает в человека, и если он захватывает некоторую человеческую ДНК, это может привести к появлению нового типа вируса, который может с большей вероятностью повлиять на людей в будущем.

Вот почему ученые обеспокоены редкими вирусами, которые передаются от животных к людям.

Вирусы вызывают много болезней человека.

К ним относятся:

Некоторые вирусы, такие как вирус папилломы человека (ВПЧ), могут привести к раку.

Что такое дружественные вирусы?

Подобно тому, как в нашем кишечнике существуют дружественные бактерии, которые помогают нам переваривать пищу, так и люди могут нести дружественные вирусы, которые помогают защитить от опасных бактерий, в том числе Escherichia coli (E. coli) .

Когда иммунная система организма обнаруживает вирус, он начинает реагировать, чтобы позволить клеткам пережить атаку.

Процесс под названием РНК-интерференция разрушает вирусный генетический материал.

Иммунная система вырабатывает специальные антитела, которые могут связываться с вирусами, делая их неинфекционными. Тело посылает Т-клетки, чтобы уничтожить вирус.

Большинство вирусных инфекций вызывают защитную реакцию со стороны иммунной системы, но такие вирусы, как ВИЧ и нейротропные вирусы, могут обойти защитные механизмы иммунной системы.

Нейротропные вирусы поражают нервные клетки. Они ответственны за такие заболевания, как полиомиелит, бешенство, эпидемический паротит и корь.

Они могут влиять на структуру центральной нервной системы (ЦНС) с отсроченными и прогрессирующими последствиями, которые могут быть серьезными.

Лечение и лекарства

Бактериальные инфекции можно лечить с помощью антибиотиков, но вирусные инфекции требуют либо прививок для их предотвращения, либо противовирусных препаратов для их лечения.

Иногда единственное возможное лечение — это облегчение симптомов.

Противовирусные препараты были разработаны в основном в ответ на пандемию СПИДа. Эти препараты не разрушают возбудителя, но тормозят их развитие и замедляют развитие болезни.

Также доступны противовирусные препараты для лечения инфекции вирусом простого герпеса, гепатитом B, гепатитом C, гриппом, черепицей и ветряной оспой.

Вакцины

Вакцинация, как правило, самый дешевый и эффективный способ предотвращения вирусов. Некоторым вакцинам удалось устранить такие заболевания, как оспа.

Вирусная вакцинация состоит из:

• ослабленной формы вируса
• вирусных белков, называемых антигенами, которые стимулируют организм к образованию антител, которые будут бороться с будущими инфекциями тем же вирусом
• живыми ослабленными вирусами, такими как иммунизация для полиомиелита

Живые ослабленные вакцины несут в себе риск возникновения первоначального заболевания у людей со слабой иммунной системой.

В настоящее время существуют вакцинации от полиомиелита, кори, эпидемического паротита и краснухи, среди прочих.Широкое использование этих вакцин значительно сократило их распространенность.

Например, две дозы вакцины против кори обеспечивают 97-процентную защиту от этой болезни.

В США вакцина против кори достигла 99-процентного снижения заболеваемости корью. Если есть вспышка, это обычно затрагивает людей, которые не привиты.

Некоторые люди предпочитают не вакцинировать своих детей, и, поскольку большинство людей вокруг них делают прививки, риск заболеть корью низок.

Однако, если вакцину получают менее 92-95% людей, сообщество может потерять свой «иммунитет», и может произойти вспышка. Риск заболевания резко возрастает.

В словах CDC:

«Противораксаторы помогают вдохнуть новую жизнь в старые болезни».

Это также может повлиять на уязвимых людей, которые по какой-то причине не могут получить вакцину, таких как ослабленная иммунная система.

Вирусные инфекции обычно проходят без лечения, но лекарства могут облегчить такие симптомы, как боль, лихорадка и кашель.

вирус | Определение, структура и факты

Вирус , инфекционный агент небольшого размера и простого состава, который может размножаться только в живых клетках животных, растений или бактерий. Название происходит от латинского слова, означающего «слизистая жидкость» или «яд».

Основные вопросы

Что такое вирус?

Вирус — это инфекционный агент небольшого размера и простого состава, который может размножаться только в живых клетках животных, растений или бактерий.

Из чего сделаны вирусы?

Вирусная частица состоит из генетического материала, размещенного внутри белковой оболочки или капсида. Генетический материал или геном вируса может состоять из одноцепочечной или двухцепочечной ДНК или РНК и может иметь линейную или круглую форму.

Какого размера вирусы?

Большинство вирусов имеют диаметр от 20 нанометров (нм; 0,0000008 дюйма) до 250–400 нм. Самые крупные вирусы имеют диаметр около 500 нм и длину около 700–1000 нм.

Все вирусы сферической формы?

Формы вирусов преимущественно двух видов: палочки (или филаменты), так называемые из-за линейного массива нуклеиновой кислоты и белковых субъединиц, и сферы, которые на самом деле являются 20-сторонними (икосаэдрическими) полигонами.

Почему некоторые вирусы опасны?

Когда некоторые болезнетворные вирусы проникают в клетки-хозяева, они очень быстро начинают копировать себя, часто опережая выработку защитными антителами иммунной системы.Быстрое производство вируса может привести к гибели клеток и распространению вируса на соседние клетки. Некоторые вирусы размножаются путем интеграции в геном клетки-хозяина, что может привести к хроническому заболеванию или злокачественной трансформации и раку.

Самые ранние признаки биологической природы вирусов были получены в 1892 году исследованиями русского ученого Дмитрия Ивановича и в 1898 году голландского ученого Мартенуса В. Бейеринка. Бейеринк впервые предположил, что исследуемый вирус представляет собой новый тип инфекционного агента, который он назвал контагиум вивум флюум , что означает, что это был живой, воспроизводящий организм, который отличался от других организмов.Оба исследователя обнаружили, что болезнь растений табака может передаваться агентом, позже названным вирусом табачной мозаики, проходящим через мельчайший фильтр, который не позволяет проникать бактериям. Этот вирус и впоследствии выделенные не будут расти на искусственной среде и не будут видны под световым микроскопом. В независимых исследованиях, проведенных в 1915 году британским исследователем Фредериком У. Твортом и в 1917 году французским канадским ученым Феликсом Х. д’Эрелем, были обнаружены повреждения в культурах бактерий, которые приписывают агенту, называемому бактериофагом («пожиратель бактерий»), В настоящее время известны вирусы, которые специфически заражают бактерии.

Уникальная природа этих агентов означала, что для их изучения и классификации необходимо было разработать новые методы и альтернативные модели. Однако изучение вирусов, предназначенных исключительно или в основном для людей, поставило сложную проблему нахождения восприимчивого животного-хозяина. В 1933 году британские исследователи Уилсон Смит, Кристофер Х. Эндрюс и Патрик П. Лейдлоу смогли передать грипп хорькам, и вирус гриппа впоследствии был адаптирован для мышей. В 1941 году американский ученый Джордж К.Херст обнаружил, что вирус гриппа, выращенный в тканях куриного эмбриона, можно обнаружить по его способности агглютинировать (сближать) эритроциты.

Значительный прогресс был достигнут американскими учеными Джоном Эндерсом, Томасом Уэллером и Фредериком Роббинсом, которые в 1949 году разработали технику культивирования клеток на стеклянных поверхностях; Затем клетки могут быть заражены вирусами, которые вызывают полиомиелит (полиовирус) и другие заболевания. (До этого времени полиовирус можно было выращивать только в мозге шимпанзе или в спинном мозге обезьян.Культивирование клеток на стеклянных поверхностях открыло путь для выявления болезней, вызываемых вирусами, по их воздействию на клетки (цитопатогенный эффект) и наличию антител к ним в крови. Затем клеточная культура привела к разработке и производству вакцин (препаратов, используемых для выявления иммунитета против заболевания), таких как полиовирусная вакцина.

Ученые вскоре смогли обнаружить количество бактериальных вирусов в культуральном сосуде, измерив их способность разбивать (лизировать) соседние бактерии в области бактерий (газон), покрытой инертным желатиновым веществом, называемым агаром — вирусное действие, которое приводило к очистка, или «доска.Американский ученый Ренато Дульбекко в 1952 году применил эту методику для измерения количества вирусов животных, которые могут образовывать бляшки в слоях соседних клеток животных, покрытых агаром. В 1940-х годах разработка электронного микроскопа позволила впервые увидеть отдельные вирусные частицы, что привело к классификации вирусов и дало представление об их структуре.

Достижения в области химии, физики и молекулярной биологии с 1960-х годов произвели революцию в изучении вирусов.Например, электрофорез на гелевых субстратах дал более глубокое понимание состава белков и нуклеиновых кислот вирусов. Более сложные иммунологические процедуры, включая использование моноклональных антител, направленных на специфические антигенные участки белков, позволили лучше понять структуру и функцию вирусных белков. Прогресс, достигнутый в физике кристаллов, которые можно было изучить методом рентгеновской дифракции, обеспечил высокое разрешение, необходимое для обнаружения основной структуры мельчайших вирусов.Применение новых знаний о клеточной биологии и биохимии помогло определить, как вирусы используют свои клетки-хозяева для синтеза вирусных нуклеиновых кислот и белков.

Революция, произошедшая в области молекулярной биологии, позволила изучить генетическую информацию, закодированную в нуклеиновых кислотах вирусов, которая позволяет вирусам размножаться, синтезировать уникальные белки и изменять клеточные функции. Фактически, химическая и физическая простота вирусов сделала их резким экспериментальным инструментом для исследования молекулярных событий, вовлеченных в определенные жизненные процессы.Их потенциальная экологическая значимость была осознана в начале 21-го века после открытия гигантских вирусов в водной среде в разных частях света.

В этой статье обсуждается фундаментальная природа вирусов: что это такое, как они вызывают инфекцию и как они могут в конечном итоге вызвать заболевание или привести к гибели клеток-хозяев. Для более детального лечения конкретных вирусных заболеваний см. инфекции.

Общие характеристики

Определение

Вирусы занимают особое таксономическое положение: они не являются растениями, животными или прокариотическими бактериями (одноклеточные организмы без определенных ядер) и, как правило, находятся в своем собственном королевстве.Фактически, вирусы не должны даже рассматриваться как организмы, в самом строгом смысле, потому что они не являются свободноживущими, то есть они не могут размножаться и осуществлять метаболические процессы без клетки-хозяина.

Все настоящие вирусы содержат нуклеиновую кислоту — либо ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота), либо РНК (рибонуклеиновая кислота) — и белок. Нуклеиновая кислота кодирует генетическую информацию, уникальную для каждого вируса. Инфекционная, внеклеточная (вне клетки) форма вируса называется вирионом. Он содержит по крайней мере один уникальный белок, синтезируемый специфическими генами в нуклеиновой кислоте этого вируса.Практически во всех вирусах, по крайней мере, один из этих белков образует оболочку (называемую капсид) вокруг нуклеиновой кислоты. У некоторых вирусов также есть другие белки, внутренние для капсида; некоторые из этих белков действуют как ферменты, часто во время синтеза вирусных нуклеиновых кислот. Вироиды (что означает «вирусоподобный») являются болезнетворными организмами, которые содержат только нуклеиновую кислоту и не имеют структурных белков. Другие вирусоподобные частицы, называемые прионами, состоят в основном из белка, тесно связанного с небольшой молекулой нуклеиновой кислоты.Прионы очень устойчивы к инактивации и, по-видимому, вызывают дегенеративные заболевания головного мозга у млекопитающих, включая людей.

Вирусы — типичные паразиты; они зависят от клетки-хозяина почти во всех их жизненно важных функциях. В отличие от настоящих организмов, вирусы не могут синтезировать белки, потому что им не хватает рибосом (клеточных органелл) для трансляции РНК вирусного мессенджера (мРНК; комплементарная копия нуклеиновой кислоты ядра, которая связывается с рибосомами и направляет синтез белка) в белки.Вирусы должны использовать рибосомы клеток-хозяев для трансляции вирусной мРНК в вирусные белки.

Вирусы также являются энергетическими паразитами; в отличие от клеток, они не могут генерировать или накапливать энергию в форме аденозинтрифосфата (АТФ). Вирус получает энергию, а также все другие метаболические функции от клетки-хозяина. Вирусный вирус использует нуклеотиды и аминокислоты клетки-хозяина для синтеза ее нуклеиновых кислот и белков соответственно. Некоторые вирусы используют липиды и сахарные цепи клетки-хозяина для образования своих мембран и гликопротеинов (белков, связанных с короткими полимерами, состоящими из нескольких сахаров).

Истинной инфекционной частью любого вируса является его нуклеиновая кислота, либо ДНК, либо РНК, но никогда не то и другое. Во многих вирусах, но не во всех, одна нуклеиновая кислота, лишенная капсида, может инфицировать (трансфицировать) клетки, хотя и значительно менее эффективно, чем интактные вирионы.

Капсид вириона выполняет три функции: (1) защищать вирусную нуклеиновую кислоту от переваривания определенными ферментами (нуклеазами), (2) создавать на ее поверхности участки, которые распознают и присоединяют (адсорбируют) вирион к рецепторам на поверхности. клетки-хозяина, и, в некоторых вирусах, (3) для обеспечения белков, которые образуют часть специализированного компонента, который позволяет вириону проникать через мембрану клеточной поверхности или, в особых случаях, вводить инфекционную нуклеиновую кислоту внутрь клетки-хозяина.

Диапазон и распределение хостов

Логика изначально диктовала, что вирусы должны быть идентифицированы на основе хоста, который они заражают. Это оправдано во многих случаях, но не в других, и спектр хозяев и распространение вирусов являются лишь одним из критериев их классификации. Все еще традиционно делить вирусы на три категории: те, которые заражают животных, растения или бактерии.

Практически все растительные вирусы передаются насекомыми или другими организмами (переносчиками), которые питаются растениями.Хозяева вирусов животных варьируются от простейших (одноклеточных животных организмов) до людей. Многие вирусы заражают либо беспозвоночных животных, либо позвоночных, а некоторые заражают обоих. Некоторые вирусы, вызывающие серьезные заболевания животных и человека, переносятся членистоногими. Эти трансмиссивные вирусы размножаются как в векторе беспозвоночных, так и в хозяине позвоночного.

Некоторые вирусы ограничены в своем диапазоне хозяев различными категориями позвоночных. Некоторые вирусы, по-видимому, адаптированы к росту только у экзотермических позвоночных (животных, обычно называемых хладнокровными, таких как рыбы и рептилии), возможно, потому, что они могут размножаться только при низких температурах.Другие вирусы ограничены в своем диапазоне хозяев эндотермическими позвоночными (животные, обычно называемые теплокровными, такие как млекопитающие).

Что такое вирус? — Как работают вирусы

Если вы читали, как работают клетки, вы знаете, как работают клетки бактерий и клетки вашего тела. Клетка — это отдельное живое существо, способное питаться, расти и размножаться. Вирусы не такие. Если бы вы могли взглянуть на вирус, вы бы увидели, что вирус — это крошечная частица. Частицы вируса имеют длину около одной миллионной дюйма (от 17 до 1000 нанометров) [источник: Майло и Филлипс].

Большинство вирусов во много раз меньше бактерий, хотя гигантские вирусы, впервые обнаруженные в 2003 году, имеют примерно одинаковый размер [источник: Pennisi].Бактерии, в свою очередь, намного меньше, чем большинство клеток человека. Вирусы настолько малы, что большинство из них нельзя увидеть с помощью светового микроскопа, но их необходимо наблюдать с помощью электронного микроскопа.

Вирусная частица или вирион состоит из следующего:

• Нуклеиновая кислота — набор генетических инструкций, будь то ДНК или РНК, одноцепочечная или двухцепочечная (подробности о ДНК и РНК см. В разделе Как клетки работают)
• Пальто из белка — окружает ДНК или РНК для его защиты
• Lipid мембрана — окружает белковое покрытие (встречается только у некоторых вирусов, включая грипп; эти типы вирусов называются оболочечными вирусами, а не обнаженными вирусами)

Вирусы сильно различаются по форме и сложности.Некоторые выглядят как круглые шарики для попкорна, в то время как другие имеют сложную форму, похожую на паука или лунную шлюпку Аполлона.

В отличие от человеческих клеток или бактерий, вирусы не содержат химических механизмов (ферментов), необходимых для проведения химических реакций на протяжении всей жизни. Вместо этого вирусы несут только один или два фермента, которые декодируют их генетические инструкции. Таким образом, вирус должен иметь клеток-хозяев (бактерий, растений или животных), в которых можно жить и производить больше вирусов. Вне клетки-хозяина вирусы не могут функционировать.По этой причине вирусы идут по тонкой грани, отделяющей живые существа от неживых. Большинство ученых сходятся во мнении, что вирусы живы из-за того, что происходит, когда они заражают клетку-хозяина.