История исследований

Впервые существование вируса (как нового типа возбудителя болезней) доказал в 1892 году русский учёный Д. И. Ивановский и др . После многолетних исследований заболеваний табачных растений , в работе, датированной 1892 годом, Д. И. Ивановский приходит к выводу, что табачная мозаика вызывается «бактериями, проходящими через фильтр Шамберлана, которые, однако, не способны расти на искусственных субстратах».

Пять лет спустя, при изучении заболеваний крупного рогатого скота, а именно - ящура, был выделен аналогичный фильтрующийся микроорганизм. А в 1898 году, при воспроизведении опытов Д. Ивановского голландским ботаником М. Бейеринком , он назвал такие микроорганизмы «фильтрующимися вирусами». В сокращённом виде, это название и стало обозначать данную группу микроорганизмов.

В последующие годы изучение вирусов сыграло важнейшую роль в развитии эпидемиологии , иммунологии , молекулярной генетики и других разделов биологии. Так, эксперимент Херши - Чейз стал решающим доказательством роли ДНК в передаче наследственных свойств. В разные годы ещё как минимум шесть Нобелевских премий по физиологии и медицине и три Нобелевских премии по химии были вручены за исследования, непосредственно связанные с изучением вирусов.

Строение

Просто организованные вирусы состоят из нуклеиновой кислоты и нескольких белков, образующих вокруг неё оболочку - капсид . Примером таких вирусов является вирус табачной мозаики. Его капсид содержит один вид белка с небольшой молекулярной массой. Сложно организованные вирусы имеют дополнительную оболочку - белковую или липопротеиновую; иногда в наружных оболочках сложных вирусов помимо белков содержатся углеводы . Примером сложно организованных вирусов служат возбудители гриппа и герпеса . Их наружная оболочка - это фрагмент ядерной или цитоплазматической мембраны клетки-хозяина, из которой вирус выходит во внеклеточную среду.

Роль вирусов в биосфере

Вирусы являются одной из самых распространённых форм существования органической материи на планете по численности: воды мирового океана содержат колоссальное количество бактериофагов (около 250 миллионов частиц на миллилитр воды), их общая численность в океане - около 4·10 30 , а численность вирусов (бактериофагов) в донных отложениях океана практически не зависит от глубины и всюду очень высока . В океане обитают сотни тысяч видов (штаммов) вирусов, подавляющее большинство которых не описаны и тем более не изучены . Вирусы играют важную роль в регуляции численности популяций некоторых видов живых организмов (например, вирус дикования с периодом в несколько лет сокращает численность песцов в несколько раз).

Положение вирусов в системе живого

Происхождение вирусов

Вирусы - сборная группа, не имеющая общего предка. В настоящее время существует несколько гипотез, объясняющих происхождение вирусов.

Происхождение некоторых РНК-содержащих вирусов связывают с вироидами . Вироиды представляют собой высокоструктурированные кольцевые фрагменты РНК, реплицируемые клеточной РНК-полимеразой . Считается, что вироиды представляют собой «сбежавшие интроны » - вырезанные в ходе сплайсинга незначащие участки мРНК , которые случайно приобрели способность к репликации . Белков вироиды не кодируют. Считается, что приобретение вироидами кодирующих участков (открытой рамки считывания) и привело к появлению первых РНК-содержащих вирусов. И действительно, известны примеры вирусов, содержащих выраженные вироид-подобные участки (вирус гепатита Дельта).

Примеры структур икосаэдрических вирионов.
А. Вирус, не имеющий липидной оболочки (например, пикорнавирус).
B. Оболочечный вирус (например, герпесвирус).
Цифрами обозначены: (1) капсид, (2) геномная нуклеиновая кислота, (3) капсомер, (4) нуклеокапсид, (5) вирион, (6) липидная оболочка, (7) мембранные белки оболочки.

Классификация Балтимора

Нобелевский лауреат, биолог Дэвид Балтимор, предложил свою схему классификации вирусов, основываясь на различиях в механизме продукции мРНК. Эта система включает в себя семь основных групп :

• (I) Вирусы, содержащие двуцепочечную ДНК и не имеющие РНК-стадии (например, герпесвирусы , поксвирусы , паповавирусы, мимивирус).
• (II) Вирусы, содержащие двуцепочечную РНК (например, ротавирусы).
• (III) Вирусы, содержащие одноцепочечную молекулу ДНК (например, парвовирусы).
• (IV) Вирусы, содержащие одноцепочечную молекулу РНК положительной полярности (например, пикорнавирусы , флавивирусы).
• (V) Вирусы, содержащие одноцепочечную молекулу РНК негативной или двойной полярности (например, ортомиксовирусы, филовирусы).
• (VI) Вирусы, содержащие одноцепочечную молекулу РНК и имеющие в своем жизненном цикле стадию синтеза ДНК на матрице РНК, ретровирусы (например, ВИЧ).
• (VII) Вирусы, содержащие двуцепочечную ДНК и имеющие в своём жизненном цикле стадию синтеза ДНК на матрице РНК, ретроидные вирусы (например, вирус гепатита B).

В настоящее время, для классификации вирусов используются обе системы одновременно, как дополняющие друг друга .

Дальнейшее деление производится на основе таких признаков как структура генома (наличие сегментов, кольцевая или линейная молекула), генетическое сходство с другими вирусами, наличие липидной оболочки, таксономическая принадлежность организма-хозяина и так далее.

Вирусы в массовой культуре

В литературе

• S.T.A.L.K.E.R. (фантастический роман)

В кинематографе

• Обитель зла » и его продолжениях.
• В фантастическом фильме ужасов «28 дней спустя » и его продолжениях.
• В сюжете фильма-катастрофы «Эпидемия » присутствует вымышленный вирус «мотаба», описание которого напоминает реальный вирус Эбола .
• В фильме «Добро пожаловать в Зомбилэнд ».
• В фильме «Лиловый шар ».
• В фильме «Носители ».
• В фильме «Я - Легенда ».
• В фильме «Заражение ».
• В фильме «Репортаж ».
• В фильме «Карантин ».
• В фильме «Карантин 2: Терминал ».
• В сериале «Регенезис ».
• В телесериале «Ходячие мертвецы ».
• В телесериале «Закрытая школа ».
• В фильме «Носители ».

В мультипликации

В последние годы вирусы нередко становятся «героями» мультфильмов и мультсериалов, среди которых следует назвать, например, «Осмозис Джонс» (США), 2001), «Оззи и Дрикс» (США , 2002-2004 гг.) и «Вирус атакует » (Италия , 2011).

Примечания

1. На английском языке . В латинском языке вопрос о множественном числе данного слова является спорным. Слово лат. virus принадлежит редкой разновидности II склонения, словам среднего рода на -us: Nom.Acc.Voc. virus, Gen. viri, Dat.Abl. viro. Так же склоняются лат. vulgus и лат. pelagus ; в классической латыни множественное число зафиксировано только у последнего: лат. pelage , форма древнегреческого происхождения, где η<εα.
2. Таксономия вирусов на сайте Международного комитета по таксономии вирусов (ICTV) .
3. (англ.) )
4. Cello J, Paul AV, Wimmer E (2002). «Chemical synthesis of poliovirus cDNA: generation of infectious virus in the absence of natural template». Science 297 (5583): 1016–8. DOI :10.1126/science.1072266 . PMID 12114528 .
5. Bergh O, Børsheim KY, Bratbak G, Heldal M (August 1989). «High abundance of viruses found in aquatic environments». Nature 340 (6233): 467–8. DOI :10.1038/340467a0 . PMID 2755508 .
6. Элементы - новости науки: Разрушая бактериальные клетки, вирусы активно участвуют в круговороте веществ в глубинах океана

Если вирусы выделить в чистом виде, то они существуют в форме кристаллов (у них нет собственного обмена веществ, размножения и других свойств живого). Из-за этого многие ученые считают вирусы промежуточной стадией между живыми и неживыми объектами.

Вирусы – это неклеточная форма жизни. Вирусные частицы (вирионы) – это не клетки:

• вирусы гораздо меньше клеток;
• вирусы гораздо проще клеток по строению – состоят только из нуклеиновой кислоты и белковой оболочки, состоящей из множества одинаковых молекул белка.
• вирусы содержат либо ДНК, либо РНК.

Синтез компонентов вируса:

1. В нуклеиновой кислоте вируса содержится информация о вирусных белках. Клетка делает эти белки сама, на своих рибосомах.
2. Нуклеиновую кислоту вируса клетка размножает сама, с помощью своих ферментов.
3. Затем происходит самосборка вирусных частиц.

Значение вирусов:

• вызывают инфекционные заболевания (грипп, герпес, СПИД и т.д.)
• некоторые вирусы могут встраивать свою ДНК в хромосомы клетки-хозяина, вызывая мутации.

Вирусы: исторические сведения

Вирусы впервые были открыты в 1892 г. выдающимся русским биологом Д.И. Ивановским, который стал основателем новой биологической дисциплины - вирусологии. Вирусология сегодня - одна из наиболее быстро развивающихся отраслей биологии. Не исключено, что в будущем царство вирусов будет разделено на несколько царств.

О существовании вирусов человечество узнало 110 лет назад. 12 февраля 1892 г. на заседании Российской академии наук Д.И. Ивановский сообщил о своем открытии: возбудителем мозаичной болезни табака является организм, способный проходить через фильтры, которые задерживают бактерии. Леффлер и Фрош в 1898 году показали, что болезнь крупного рогатого скота - ящур - передается от одного животного другому неким агентом, проходящим через фильтры, которые задерживают даже самые мелкие бактерии. Термин "вирус" был предложен М. Бейеринком в 1899 г. Выяснилось, что вирусы вызывают заболевания не только растений, но и бактерий, насекомых, водорослей, грибов, животных и человека.

Выяснить структуру вирусов удалось после изобретения электронного микроскопа. По своим размерам вирусы занимают место между самыми мелкими бактериальными клетками и самыми крупными органическими молекулами - от 0,02 до 0,3 мкм. Для сравнения размеры клеток человека - от 3 до 30 мкм.

Долгие годы продолжался спор: вирусы - это живые существа или часть неживой природы . Невозможность существования и размножения вирусов вне клетки, их способность к самосборке и кристаллизации говорили о том, что вирус ведет себя как "неживая" материя. После установления природы гена и обнаружения в вирусах генетического материала, присущего живым организмам, вирусы стали относить к живой природе.

Согласно современным представлениям, вирусы лежат на границе "живого" и "неживого", это внеклеточные формы жизни, способные проникать в определенные живые клетки и размножаться только внутри них.

Генетический аппарат вирусов представлен различными формами нуклеиновых кислот, такого разнообразия нет ни у одной из других форм жизни. У всех живых организмов, кроме вирусов, генетический аппарат состоит из двунитевой молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), а рибонуклеиновая кислота (РНК), выполняющая в клетках роль переносчика информации, всегда однонитевая. У вирусов же существуют все возможные варианты устройства генетического аппарата: одно- и двунитевая РНК, одно- и двунитевая ДНК. При этом и вирусная РНК, и вирусная ДНК могут быть либо линейными, либо замкнутыми в кольцо.

К началу XXI века было исследовано свыше 1000 разнообразных вирусов, вызывающих такие заболевания, как грипп, герпес, гепатит, оспа, полиомиелит, цитомегаловирусная инфекция, энцефалит, корь и др. В целом около 80% инфекционных заболеваний, регистрируемых в настоящее время, вызывают вирусы. Первые места по массовости поражения занимают острые респираторные заболевания, грипп, вирусный гепатит, теперь к ним прибавился и СПИД. Широко распространены вирусные заболевания и у животных. Хорошо известны эпидемии вирусов у птиц, овец, коров. В результате эпидемии вируса висны в 30-40-е годы прошлого века исландцы были вынуждены забить более ста пятидесяти тысяч животных. Вирус лейкоза птиц причинил убыток птицеводству США в 1955 году в размере свыше 60 млн долларов. Известна широкая пораженность крупного рогатого скота вирусом лейкоза. В некоторых странах мира им заражено свыше 80% коров и быков.

Представителями неклеточной формы жизни являются вирусы - мельчайшие частицы, внедряющиеся внутрь клетки. Раздел микробиологии, изучающий вирусы, называется вирусологией.

Общее описание

Вирусы находятся в атмосфере, почве, воде. Различают вирусы растений, животных, грибов, бактерий. Вирусы, поражающие бактерии, называются бактериофагами. Существуют сателлиты, которые попадают в клетку только при наличии в ней дополнительного вируса.

Рис. 1. Бактериофаг.

Большинство вирусов вызывает инфекции, некоторые виды не оказывают видимого влияния. Одним из интересных фактов является наличие остатков вирусов в ДНК человека.

Вирусы имеют разнообразную форму (шары, спирали, палочки) и мельчайшие размеры - 20-300 нм (в 1 мм 1 млн. нм). Самые крупные вирусы - мимивирусы, имеющие диаметр в 500 нм. Они имитируют строение и жизнедеятельность бактерий, и некоторые учёные считают мимивирусы переходной формой от вирусов к бактериям.

Рис. 2. Мимивирусы.

Кратко о вирусах и их отличиях от живой и неживой материи представлено в таблице.

ТОП-4 статьи которые читают вместе с этой

Вирусы выделяются в отдельное царство и классифицируются по пяти таксонам. Большинство вирусов ещё не изучено и не классифицировано.
Современная классификация включает:

• 9 отрядов;
• 127 семейств;
• 44 подсемейств;
• 782 рода;
• 4686 видов.

Биолог Дейвид Балтимор в 1971 году разработал альтернативную классификацию вирусов по особенностям генетической информации. Балтимор разграничил, какие бывают вирусы по содержанию РНК или ДНК.
Его классификацию можно объединить в три крупные группы:

• ДНК-вирусы;
• РНК-вирусы;
• Вирусы, превращающие РНК в ДНК.

Основные виды вирусов в биологии по Балтимору представлены в таблице.

Вирусы - структуры, меняющие ДНК клетки, в результате чего клетка производит новые вирусы. Когда вирусов становится слишком много, они разрывают клеточную мембрану, выходят наружу и поражают новые клетки. Иногда не убивают клетку, а отпочковываются от неё.

Рис. 3. Вирус, внедряющийся в клетку.

Что мы узнали?

Из доклада 5-6 класса узнали о строении, особенностях, классификации вирусов. Их нельзя отнести ни к живой природе, ни к неживой материи. По структуре вирусы - белки, несущие наследственную информацию, которая встраивается в живую клетку. Биолог Балтимор выделил семь классов вирусов в зависимости от особенностей строения генетического материала.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.6 . Всего получено оценок: 1097.

Все вирусы объединены в царство Vira. Вирусы — это уникальная группа инфекционных агентов.

Полная вирусная частица — вирион — содержит одну или более молекул ДНК или РНК, окружена белковой оболочкой, иногда другими слоями. Эти дополнительные слои могут быть сложными и содержать углеводы, липиды, дополнительные белки и тому подобное.

Вирусы могут существовать в двух формах: внеклеточной и внутриклеточной. Вирион, внеклеточная форма, имеет немного или ни одного фермента и не может размножаться без живой клетки. Внутриклеточная форма вируса имеет вид нуклеиновой кислоты, которая способна реплицироваться и заставлять метаболизм клетки-хозяина образовывать компоненты вирионов.

Общие свойства вирусов, которые отличают их от других живых организмов:

• 1. Отсутствие клеточного строения.
• 2. Неспособность к самостоятельному росту и делению.
• 3. Отсутствие собственных метаболических систем.
• 4. Содержат нуклеиновую кислоту только одного типа — РНК или ДНК.
• 5. Для размножения вирусов необходима только нуклеиновая кислота.
• 6. Не размножаются вне клеток организма-хозяина.

Фитопатогенные вирусы (вирусы растений) вызывают различные болезни растений: мозаику табака, пшеницы, овса, сои; кольцевую пятнистость картофеля; карликовость кустов томата и др.

Зоопатогенные вирусы. У человека и животных вирусы вызывают такие заболевания как оспа, энцефалит, бешенство, полиомиелит, грипп, насморк, ящур, синдром приобретенного иммунодефицита (СПИД). Они передаются при непосредственном контакте с больным, воздушно-капельным путем, через насекомых и животных, через кровь.

Бактериофаги. Вирусы микроорганизмов поражают бактерии, актиномицеты, грибы и водоросли. Вряд ли существуют бактерии, для которых при достаточно добросовестных поисках нельзя было бы найти подходящий фаг. Ученые пытались использовать фаги для борьбы с бактериальными заболеваниями, в частности для лечения дизентерии и стафилококковых инфекций, однако попытки не дали желаемого результата. В присутствии крови, гноя или фекалий бактериофаги были неактивными.