Poliomielīts, trakumsērga, bakas, herpes, iegūtais cilvēka imūndeficīta sindroms ir visiem zināmas slimības, kuras izraisa ļoti specifiski patogēni. Organismi, kas stāv uz robežas starp dzīviem un nedzīviem, obligātie (obligātie) šūnu parazīti - vīrusi. Morfoloģija, fizioloģija un pati to eksistence uz planētas mūsdienās rada daudz jautājumu.
Viroloģija: darba sākšana
Aina ir Krievijas Zinātņu akadēmijas Ņikitska botāniskā dārza laboratorija, kurā biologs Dmitrijs Iosifovičs Ivanovskis (1864-1920) pēta noslēpumaino tabakas mozaīkas slimību. Slimības izraisītājs augā iziet cauri mazākajiem baktēriju filtriem, neaug uz barības vielu barotnēm un neizraisa simptomus, ja veseli augi tiek inficēti ar slimu augu filtrātiem.
Toreiz, 1892. gadā, zinātnieks secināja, ka tās nav baktērijas. Un viņš patogēnu sauc par vīrusiem (no latīņu valodas vīruss,- es). Dmitrijs Ivanovskis visu mūžu mēģināja redzēt vīrusus, bet mēs redzējām vīrusu morfoloģiju XX gadsimta 30. gados, kad tika izgudroti elektronu mikroskopi.
Bet tieši šis datums tiek uzskatīts par virusoloģijas zinātnes sākumu, un Dmitrijs Ivanovskis ir tās dibinātājs.
Apbrīnojamā Karaliste
Vīrusu morfoloģija un fizioloģija ir tik pārsteidzoša, ka šie organismi ir izolēti neatkarīgā Vira valstībā. Šī vienkāršākā dzīvības forma ir ar mikroskopiskiem izmēriem (no 25 līdz 250 nanometriem), un tā ir nukleīnskābe ar gēnu komplektu, kas ir ietverts apvalkā. Tie ir parazīti, kas var vairoties tikai citu dzīvo organismu šūnās – augu, sēnīšu, dzīvnieku, baktēriju un pat citu vīrusu (satelītvīrusu) šūnās.
Vīrusu atšķirīgās iezīmes ir šādas:
- Satur tikai viena veida nukleīnskābes (RNS vai DNS).
- Vīrusu morfoloģijā trūkst proteīnu sintēzes un enerģijas sistēmu.
- Nav šūnu struktūras.
- Vīrusu parazītisms tiek realizēts ģenētiskā līmenī.
- Iziet cauri baktēriju filtriem un netiek kultivēti mākslīgā barotnē.
Daļa no planētas organiskās pasaules
Vīrusiem kā obligātajiem parazītiem ir skaidra ģenētiska saikne gan ar Zemes floras, gan faunas pārstāvjiem. Turklāt saskaņā ar jaunākajiem pētījumiem 32% cilvēka genoma sastāv no vīrusam līdzīgiem elementiemstruktūras.
Līdz šim ir aprakstīti vairāk nekā 6000 vīrusu, taču tiek lēsts, ka to ir vairāk nekā simts miljonu. Šī ir visizplatītākā bioloģiskā forma uz planētas, un tā ir pārstāvēta visās ekosistēmās (visuresošs (visuresošs) izplatījums).
Viņu izskats uz planētas šodien nav skaidrs. Ir zināms viens – kad parādījās pirmās šūnu dzīvības formas, vīrusi jau pastāvēja.
Dzīvs un nedzīvs
Šiem apbrīnojamajiem organismiem ir divas pastāvēšanas formas, kas būtiski atšķiras viena no otras.
Ārpus šūnas to eksistences forma ir virions. Kad tas nonāk šūnā, tā čaumalas izšķīst un vīrusa nukleīnskābes tiek iekļautas saimnieka ģenētiskajā materiālā. Tieši tad mēs runājam par vīrusu infekciju. Vīrusa genoms integrējas saimniekšūnas genoma dabiskajos replikācijas mehānismos un uzsāk reakciju ķēdi, veicot savu parazitāro eksistenci.
Virion būtībā ir nedzīva dzīves sastāvdaļa. Un vīrusa genoms šūnā ir tās dzīvā sastāvdaļa, jo tieši tur vīrusi vairojas.
Vīrusu morfoloģija un ultrastruktūra
Šajā kontekstā mēs runājam par virionu - ekstracelulāru formu.
Virionu izmēru mēra nanometros - 10-9 metri. Gripas vīrusi ir vidēji lieli - 80–120 nanometri, un baku vīruss ir milzis, kura izmēri ir 400 nanometri.
Vīrusu struktūra un morfoloģija ir līdzīga astronautiem. Kapsīda iekšpusē (dažreiz proteīna apvalkskas satur taukus un ogļhidrātus), kā jau “skafandē”, ir visvērtīgākā daļa – nukleīnskābes, vīrusa genoms. Turklāt šis "kosmonauts" arī tiek pasniegts minimālā daudzumā - tikai tieši iedzimts materiāls un minimāls fermentu daudzums tā replikācijai (kopēšanai).
Ārēji “uzvalks” var būt stieņveida, sfērisks, lodes formas, sarežģīta ikosaedra formā vai arī nebūt neregulāras formas. Tas ir atkarīgs no specifisku proteīnu klātbūtnes kapsīdā, kas ir atbildīgi par vīrusa iekļūšanu šūnā.
Kā patogēns iekļūst saimniekorganismā
Ir daudzi veidi, kā iekļūt, bet visizplatītākais ir pa gaisu. Neskaitāmas sīkas daļiņas tiek izmestas kosmosā ne tikai klepojot vai šķaudot, bet arī vienkārši elpojot.
Vēl viens veids, kā virioni iekļūt organismā, ir lipīgs (tiešs fizisks kontakts). Šī metode ir raksturīga diezgan nelielai patogēnu grupai, šādi tiek pārnestas herpes, veneriskās infekcijas, AIDS.
Inficēšanās metode caur vektoru, kas var būt dažādas organismu grupas, ir diezgan sarežģīta. Vektors, kas ir ieguvis patogēnu no infekcijas rezervuāra, kļūst par vietu, kur vīrusi var replicēties vai progresēt attīstības stadijās. Trakumsērgas vīruss ir tieši tāds patogēns.
Kas notiek saimnieka ķermenī
Ar ārējo kapsīda proteīnu palīdzību vīruss piestiprinās pie šūnas membrānas un iekļūst caur endocitozi. Viņi irnokļūst lizosomās, kur enzīmu iedarbībā atbrīvojas no "skafandra". Un patogēna nukleīnskābes nonāk kodolā vai paliek citoplazmā.
Patogēna nukleīnskābes tiek iebūvētas saimniekorganisma nukleīnskābju ķēdēs, un tiek uzsākta iedzimtas informācijas replikācijas (kopēšanas) reakcija. Kad šūnā uzkrājas pietiekams skaits vīrusu daļiņu, virioni izmanto saimnieka enerģijas un plastmasas mehānismus un resursus.
Pēdējais posms ir virionu atbrīvošanās no šūnas. Daži vīrusi noved pie pilnīgas šūnu iznīcināšanas un nonāk starpšūnu telpā, citi tajā iekļūst eksocitozes vai pumpuru veidošanās ceļā.
Patogēnu stratēģijas
Mijiedarbība starp vīrusu un saimniekšūnu var attīstīties saskaņā ar vairākiem scenārijiem. Kuru galvenā iezīme ir parazīta autonomijas pakāpe.
Struktūra Vīrusu morfoloģija noved pie pilnīgas patogēna atkarības no šūnas enerģijas un proteīnu sintēzes potenciāla, vienīgais nosacījums ir tas, ka tā atkārto savas nukleīnskābes atbilstoši savam grafikam. Šādu mijiedarbību sauc par produktīvu (tas ir dabiski vīrusam, bet ne šūnai). Kad šūnas krājumi ir izsmelti, vīruss noved pie tās nāves.
Cits mijiedarbības veids ir vienprātīga. Šajā gadījumā vīrusa genoms, integrēts saimniekgenomā, kovalenti replikējas ar pašas šūnas nukleīnskābēm. Un tad scenārija attīstība var virzīties divos virzienos. Vīruss uzvedas klusi un neizpaužas. Jaunie virioni aiziettikai noteiktos apstākļos. Vai arī patogēnu gēni pastāvīgi strādā, veidojot lielu skaitu jaunās paaudzes, bet šūna nemirst, bet atstāj to eksocitozes ceļā.
Grūtības taksonomijā
Vīrusu klasifikācija un morfoloģija dažādos avotos ir atšķirīga. Tajā pašā laikā to klasificēšanai tiek izmantotas šādas pazīmes:
- Nukleīnskābes veids (RNS saturošs un DNS saturošs) un tā replikācijas metode. Visizplatītākā vīrusu klasifikācija, ko ierosināja amerikāņu virusologs Deivids B altimors 1971. gadā.
- Vīrusa morfoloģija un struktūra (vienpavedienu, divpavedienu, lineāra, apļveida, sadrumstalota, nesadrumstalota).
- Izmēri, simetrijas veids, kapsomēru skaits.
- Superkapsīda (ārējā apvalka) klātbūtne.
- Antigēnas īpašības.
- Ģenētiskās mijiedarbības veids.
- Potenciālo saimnieku loks.
- Lokalizācija saimniekšūnā - kodolā vai citoplazmā.
Tieši galvenā kritērija izvēle un vīrusu morfoloģija nosaka dažādas pieejas vīrusu klasifikācijai mikrobioloģijā. Tas nav gluži viegli. Grūtības slēpjas faktā, ka mēs sākam pētīt vīrusa morfoloģiju un struktūru tikai tad, kad tie noved pie patoloģiskiem procesiem.
Izvēlīgs un ne tik labs
Pēc saimnieka izvēles šiem patogēniem ir ļoti dažādas izvēles. Daži uzbrūk tikai vienai bioloģiskai sugai - viņiem ir ļoti stingra "reģistrācija". Piemēram, ēstkaķu, kaiju, cūku gripas vīrusi, kas ir pilnīgi droši citiem dzīvniekiem. Dažkārt specializācija ir pārsteidzoša – bakteriofāga P-17 vīruss inficē tikai vienas E. coli šķirnes tēviņus.
Citi vīrusi darbojas pavisam savādāk. Piemēram, lodes formas vīrusi, kuru morfoloģija ir līdzīga lodei, izraisa pavisam citas slimības un tajā pašā laikā to saimnieku loks ir ārkārtīgi plašs. Pie šādiem vīrusiem pieder trakumsērgas vīruss, kas inficē visus zīdītājus, vai liellopu vezikulārā stomatīta vīruss (starp citu, to pārnēsā kukaiņi).
Ir arī citas nianses. Vīrusi ar asti (virioni) pārsvarā uzbrūk baktēriju šūnām, pavedienveida vai spirālveida ir augu parazīti, un dzīvnieku šūnās biežāk parazitē vīrusi ar sarežģītu kapsīdu un daudzšķautņainu virionu formu.
