Poliomijelitis, bjesnilo, male boginje, herpes, sindrom stečene ljudske imunodeficijencije svima su poznate bolesti koje su uzrokovane vrlo specifičnim patogenima. Organizmi koji stoje na granici između živog i neživog, obavezni (obavezni) ćelijski paraziti - virusi. Morfologija, fiziologija i samo njihovo postojanje na planeti postavlja mnoga pitanja danas.
Virologija: Početak rada
Scena je laboratorija Nikitske botaničke bašte pri Ruskoj akademiji nauka, gde biolog Dmitrij Josifovič Ivanovski (1864-1920) proučava misterioznu mozaičnu bolest duvana. Uzročnik bolesti u biljci prolazi kroz najmanje bakterijske filtere, ne raste na hranljivim podlogama i ne daje simptome kada su zdrave biljke zaražene filtratima iz bolesnih.
Tada je, 1892. godine, naučnik zaključio da to nije bakterija. A patogene naziva virusima (od latinskog virusa,- I). Dmitrij Ivanovski je čitavog života pokušavao da vidi viruse, ali smo videli morfologiju virusa 30-ih godina XX veka, kada su izmišljeni elektronski mikroskopi.
Ali upravo se ovaj datum smatra početkom nauke virologije, a Dmitrij Ivanovski je njen osnivač.
Amazing Kingdom
Morfologija i fiziologija virusa su toliko neverovatne da su ovi organizmi izolovani u nezavisnom kraljevstvu Vira. Ovaj najjednostavniji oblik života ima mikroskopske dimenzije (od 25 do 250 nanometara) i predstavlja nukleinsku kiselinu sa skupom gena zatvorenih u ljusci. To su paraziti koji se mogu razmnožavati samo u ćelijama drugih živih organizama - biljaka, gljiva, životinja, bakterija, pa čak i drugih virusa (satelitski virusi).
Odlike virusa su sljedeće:
- Sadrži samo jednu vrstu nukleinske kiseline (RNA ili DNK).
- Morfologiji virusa nedostaje sistem za sintezu proteina i energetski sistem.
- Nemaju ćelijsku strukturu.
- Virusni parazitizam se ostvaruje na genetskom nivou.
- Prolazi kroz bakterijske filtere i ne uzgaja se na umjetnim podlogama.
Dio organskog svijeta planete
Virusi, kao obavezni paraziti, imaju jasnu genetsku vezu sa predstavnicima flore i faune Zemlje. Štaviše, prema nedavnim studijama, 32% ljudskog genoma se sastoji od elemenata sličnih virusustrukture.
Do danas je opisano više od 6.000 virusa, ali se procjenjuje da ih ima više od sto miliona. Ovo je najbrojniji biološki oblik na planeti, a zastupljen je u svim ekosistemima (sveprisutna (sveprisutna) rasprostranjenost).
Njihov izgled na planeti danas nije jasan. Jedno je poznato - kada su se pojavili prvi ćelijski oblici života, virusi su već postojali.
Živ i neživ
Ovi neverovatni organizmi imaju dva oblika svog postojanja, koji se međusobno značajno razlikuju.
Izvan ćelije, oblik njihovog postojanja je virion. Kada uđe u ćeliju, njegove ljuske se rastvaraju i nukleinske kiseline virusa se ugrađuju u genetski materijal domaćina. Tada govorimo o virusnoj infekciji. Genom virusa se integriše u prirodne mehanizme replikacije genoma ćelije domaćina i pokreće lanac reakcija, provodeći svoje parazitsko postojanje.
Virion je u suštini neživi dio života. A genom virusa u ćeliji je njena živa komponenta, jer se tamo virusi razmnožavaju.
Morfologija i ultrastruktura virusa
U ovom kontekstu, govorimo o virionu - ekstracelularnoj formi.
Veličina viriona se mjeri u nanometrima - 10-9 metara. Virusi gripa su srednje veličine - 80-120 nanometara, a virus velikih boginja je gigant dimenzija 400 nanometara.
Struktura i morfologija virusa je slična astronautima. Unutar kapside (proteinski omotač, ponekadkoji sadrži masti i ugljikohidrate), kao u "svemirskom odijelu", nalazi se najvredniji dio - nukleinske kiseline, genom virusa. Štaviše, ovaj "kosmonaut" je takođe predstavljen u minimalnoj količini - samo direktno nasledni materijal i minimum enzima za njegovu replikaciju (kopiranje).
Izvana, “odelo” može biti štapićasto, sferno, u obliku metka, u obliku složenog ikosaedra, ili uopšte ne pravilnog oblika. Zavisi od prisustva u kapsidu specifičnih proteina koji su odgovorni za prodor virusa u ćeliju.
Kako patogen ulazi u tijelo domaćina
Postoji mnogo načina za prodiranje, ali najčešći je vazdušni. Mirijade sićušnih čestica se bacaju u svemir ne samo pri kašljanju ili kijanju, već jednostavno pri disanju.
Drugi način da virioni uđu u tijelo je zarazan (direktan fizički kontakt). Ova metoda je svojstvena prilično maloj grupi patogena, tako se prenose herpes, venerične infekcije, AIDS.
Metoda zaraze putem vektora, koji mogu biti različite grupe organizama, prilično je komplikovana. Vektor koji je preuzeo patogen iz rezervoara infekcije postaje mjesto za replikaciju virusa ili napredovanje kroz razvojne faze. Virus bjesnila je upravo takav patogen.
Šta se dešava u tijelu domaćina
Uz pomoć vanjskih proteina kapsida, virus se vezuje za ćelijsku membranu i prodire kroz endocitozu. Oni suulaze u lizozome, gde se pod dejstvom enzima oslobađaju "svemirskog odela". I nukleinske kiseline patogena ulaze u jezgro ili ostaju u citoplazmi.
Nukleinske kiseline patogena se ugrađuju u lance nukleinskih kiselina domaćina i pokreće se reakcija replikacije (kopiranja) nasljedne informacije. Kada se dovoljan broj virusnih čestica akumulira u ćeliji, virioni koriste energetske i plastične mehanizme i resurse domaćina.
Posljednja faza je oslobađanje viriona iz ćelije. Neki virusi dovode do potpunog uništenja ćelija i ulaze u međućelijski prostor, drugi u njega ulaze putem egzocitoze ili pupanja.
Strategije patogena
Interakcija između virusa i ćelije domaćina može se razviti prema nekoliko scenarija. Glavna karakteristika je stepen autonomije parazita.
Struktura Morfologija virusa dovodi do potpune zavisnosti patogena od energije i potencijala ćelije za sintezu proteina, jedini uslov je da replicira svoje nukleinske kiseline prema sopstvenom rasporedu. Takva interakcija se naziva produktivnom (prirodna je za virus, ali ne i za ćeliju). Nakon što je iscrpio zalihe ćelije, virus dovodi do njene smrti.
Druga vrsta interakcije je sporazumna. U ovom slučaju, genom virusa, integrisan u genom domaćina, replicira se kovalentno sa sopstvenim nukleinskim kiselinama ćelije. A onda razvoj scenarija može ići u dva smjera. Virus se ponaša tiho i ne manifestira se. Mladi virioni odlazećelije samo pod određenim uslovima. Ili geni patogena stalno rade, stvarajući veliki broj mladih generacija, ali ćelija ne umire, već je napušta egzocitozom.
Poteškoće u taksonomiji
Klasifikacija i morfologija virusa je različita u različitim izvorima. Istovremeno, za njihovu klasifikaciju koriste se sljedeće karakteristike:
- Vrsta nukleinske kiseline (koja sadrži RNK i DNK) i način njene replikacije. Najčešća klasifikacija virusa koju je predložio američki virolog David B altimore 1971.
- Morfologija i struktura virusa (jednolančani, dvolančani, linearni, kružni, fragmentirani, nefragmentirani).
- Dimenzije, vrsta simetrije, broj kapsomera.
- Prisutnost superkapsida (spoljna školjka).
- Antigenska svojstva.
- Vrsta genetske interakcije.
- Krug potencijalnih domaćina.
- Lokalizacija u ćeliji domaćinu - u jezgru ili u citoplazmi.
Odabir glavnog kriterija i morfologije virusa određuje različite pristupe klasifikaciji virusa u mikrobiologiji. Nije baš lako. Poteškoća je u tome što počinjemo proučavati morfologiju i strukturu virusa tek kada dovode do patoloških procesa.
Izbirljiv i ne tako dobar
Po izboru domaćina, ovi patogeni su izuzetno raznoliki u svojim preferencijama. Neki napadaju samo jednu biološku vrstu - imaju vrlo strogu "registraciju". Na primjer, jestivirusi gripa mačaka, galebova, svinja, koji su potpuno sigurni za druge životinje. Ponekad je specijalizacija iznenađujuća - virus bakteriofaga P-17 inficira samo mužjake jedne vrste E. coli.
Drugi virusi se ponašaju sasvim drugačije. Na primjer, virusi u obliku metka, čija je morfologija slična metku, uzrokuju potpuno različite bolesti, a pritom je njihov raspon domaćina izuzetno širok. Takvi virusi uključuju virus bjesnila, koji inficira sve sisare, ili virus vezikularnog stomatitisa goveda (usput, prenose ga insekti).
Postoje i druge nijanse. Virusi sa repom (virioni) uglavnom napadaju bakterijske ćelije, filamentozni ili spiralni su paraziti biljaka, au životinjskim ćelijama češće parazitiraju virusi sa složenim kapsidom i višestrukim virionskim oblikom.
