Вирусы

Вирус не имеет клеточного строения, но может размножаться только внутри клетки. Во внешней среде он не проявляет биологических свойств живого. Но при проникновении в клетку начинает воспроизводить себе подобных, разрушая клетки, нарушая работу органов и вызывая заболевания. Поэтому их называют облигатными (т.е. постоянными) внутриклеточными паразитами.

Вирусные частицы состоят из нуклеиновой кислоты и белковой оболочки (капсида). Белки капсида могут образовывать кристаллическую решетку различной формы: спиральная (табачной мозаики, гриппа), икосаэдрический (герпес) и сложный (бактериофаг). Иногда эти внутриклеточные паразиты могут содержать снаружи не один капсид, но и дополнительный липидный слой. Внутрь клетки проникает только генетический материал, все остальные компоненты необходимы для защиты от воздействия внешней среды. Определенные фрагменты оболочки также могут иметь значение для связывания с клетками-мишенями и взаимодействия с иммунной системой в случае сложных организмов.

Вирусы существуют в трех формах: во внеклеточной среде в виде покоящегося вириона (с капсидом), внутриклеточная форма (генетический материал) и встроенный в геном клетки-хозяина (провирус).

Вирусы могут вызывать заболевания человека, животных, растений, а также поражать бактерий (их называют бактериофагами). Процесс заражения и передачи возбудителя может происходить разными способами: воздушно-капельным или половым путем, с помощью организмов-переносчиков, с зараженной пищей или водой, через кровь. Примерами инфекционных вирусных заболеваний человека являются герпес, гепатит, грипп, ветряная оспа, СПИД (синдром приобретенного иммунодефицита человека), ОРВИ (острая респираторная вирусная инфекция), краснуха. Они поражают разные клетки, например, ВИЧ (иммунодефицит человека) проникает внутрь иммунных клеток, функция которых состоит в борьбе с чужеродными организмами (иммунитет). Иммунные клетки разрушаются и возникает дефицит иммунитета: организм становится более подвержен другим инфекциям и злокачественным новообразованиям.

Изучением этих внутриклеточных паразитов занимается наука вирусология, представляющая раздел микробиологии. Эти организмы не видны невооруженным глазом, поэтому для их исследования используют высокотехнологичные молекулярные методы. Эпидемиология изучает возникновение и распространение заболеваний, в том числе вирусных.

У всех клеточных организмов генетический материал это двухцепочечная молекула ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота). Именно двойная спираль стала универсальной молекулярной структурой носителя наследственной информации в царствах животных, растений, бактерий. У вирусов же геном может представлять любые варианты ДНК (двухцепочечная молекула или одна цепь) и даже РНК в качестве единственного носителя генетической информации. РНК отличается от ДНК заменой нуклеотида Ц (цитозин) на У (урацил). По этому признаку их можно разделить на ДНК- или РНК-содержащие вирусы. Генетическая информация также лежит в основе классификации внутри этих подразделов.

Эта группа неклеточных форм жизни стала площадкой для экспериментов природы, на ней были опробованы разные варианты носителя самой главной информации. Поэтому их называют «игровой площадкой природы». А уже более сложные организмы возникли на основе выбранного наиболее эффективного варианта — последовательность нуклеотидов А,Т, Г, Ц и двухцепочечная молекула ДНК. У растений, животных, бактерий закодирована наследственная информация в молекулы ДНК. У эукариот генетический материал присутствует не только в ядре, но и в некоторых полуавтономных органеллах (митохондриях и хлоропластах).

Молекулярные методы исследования вирусов показали, что размер генома варьирует: от 2000 нуклеотидов до 1,2 миллиона оснований. В состав РНК-содержащих видов может входить как одноцепочечная РНК, так и двухцепочечная. От этого зависит тип репликации (образование копий генома) у таких организмов. Некоторые РНК-содержащие ретровирусы способны к процессу обратной транскрипции, при которой с одноцепочечной РНК синтезируется двухцепочечная молекула ДНК вируса. Некоторые из этих внутриклеточных паразитов обладают высокой частотой возникновения мутаций: одна или более мутация за один раунд репликации. Это позволяет быстро приспосабливаться к изменениям окружающей среды, в том числе и к иммунному ответу организмов.

Двухцепочечный участок молекулы ДНК вируса встраивается в геном клетки хозяина, переключая работу клетки на синтез и сборку новых инфекционных частиц. После этого дочерние вирионы выходят через мембрану и способны заражать новые клетки. Способность этих организмов встраиваться в геном используют ученые для доставки целевых молекул: например, работающих копий генов при генной терапии наследственных заболеваний.

Ученые изучают возбудителей заболеваний, чтобы разобраться в их способности вызывать инфекции, а также провоцировать или избегать иммунного ответа организма, который направлен на уничтожение инфекционного агента. Такое исследование вируса помогает разрабатывать эффективные методы лечения, профилактики (вакцины) и диагностики (лабораторные исследования вирусов) болезней.

Методы лабораторных исследований вирусов позволяют определить их наличие в крови человека, идентифицировать вид, количество и оценить титр антител. Для этого применяются ПЦР (полимеразная цепная реакция), иммунофлуоресцентный метод, ДНК(РНК)-зонды. От количества и разновидности инфекционного агента зависит дальнейшее лечение: назначение конкретного препарата в определенной дозировке. Исследование ДНК вирусов или РНК позволяет количественно определить нагрузку на организм человека и рассчитать подходящую дозу лекарства.