5.1 Отличительные признаки вирусов

Вирусы были открыты русским ботаником Д.И. Ивановским в 1892 г. при изучении болезни табака – табачной мозаики. Было показано, что эта болезнь передается организмами, проходящими через бактериальные фильтры. Эти организмы получили название «фильтрующие вирусы», а затем просто «вирусы». Вирусы обладают следующими характерными особенностями, отличающими их от других организмов:

1. Имеют малые размеры, не задерживаются биологическими фильтрами. Размеры вирусов измеряются в нм (1 нм = 10^-9 м). В зависимости от вида вируса имеют размеры от 15 до 2000 нм.

2. Не имеют клеточного строения.

3. Не могут расти на питательных средах и осуществлять бинарное деление.

4. Не имеют собственных метаболических систем.

5. Содержат только одну нуклеиновую кислоту: РНК или ДНК.

6. Репродукция (воспроизводство) вирусов осуществляется только в клетках хозяина.

Одним из основных свойств вирусов является их специфичность по отношению к клетке хозяина. Вне живой клетки вирусы ведут себя, как объекты неживой природы, например, способны кристаллизоваться.

Таким образом, вирусы – это такие биологические образования, у которых отсутствуют клеточное строение и собственный обмен веществ. Внутриклеточные паразиты. Они совмещают в себе признаки существа и вещества: неактивны (метаболически) вне живых клеток и в то же время проявляют признаки жизни (репродуцируются) внутри них, обладают наследственностью и изменчивостью, благодаря чему сохраняются в биосфере Земли.

5.2 Строение, размеры, формы, химический состав вирусов. Клас-

сификация вирусов формы, химический состав вирусов и фагов. Классификация вирусов Вирусная частица (вирион) состоит из спирально закрученной нуклеиновой кислоты – ДНК или РНК, покрытой снаружи белковой оболочкой (капсидом). Капсид состоит из отдельных субъединиц – капсомеров, которые идентичны друг другу.

Рис. 5.2.1 Схематическое строение вируса 1 - сердцевина (однонитчатая РНК); 2 - белковая оболочка (капсид); 3 - дополнительная липопротеидная оболочка; 4 - капсомеры (структурные части капсида).

Содержание нуклеиновой кислоты и белка у разных вирусов неодина-

ковое. Так, у вируса гриппа на долю нуклеиновой кислоты приходится 1 % (по массе), у вируса полиомиелита –25%, у бактериофагов – 50–60% белка.

При исследовании вирусов под электронным микроскопом обнаружены следующие формы вирусов:

• палочковидная (вид прямого цилиндра). Такую форму имеет вирус табачной мозаики;
• нитевидная (изгибающиеся эластичные нити). Эту форму имеют вирусы некоторых растений (потивирус);
• сферическая. Такую форму имеет вирус гриппа, герпеса, бромовирусы;
• октаэндрическая (форма многогранника). Это вирус полиомиелита, вирус полиомы, аденовирусы;
• булавовидная (головастикообразная, сперматозоидная). Такую форму имеют вирусы бактерий –бактериофаги(рис. 5.2.2).

Рис. 5.2.2 Строение бактериофага Классификация вирусов Вирусы относятся к царству Virа (ацитов). Исходя из представления о природе вирусов как живых существ, возникает необходимость их систематики. Однако до настоящего времени эта задача не решена, хотя предложено много различных принципов классификации вирусов: по форме; по химическому составу (РНК- и ДНК-вирусы), в зависимости от того, на какие клетки вирусы действуют (вирусы растений, вирусы животных, вирусы человека, вирусы микроорганизмов). Однако все эти признаки не являются стойкими и надежными критериями для разработки классификации вирусов по принципу бинарной номенклатуры.

5.3 Репродукция вирусов. Развитие вирулентного и умеренного фа-

гов. Понятие о лизогенной культуре Взаимодействие вируса с клеткой хозяина рассмотрим на примере взаимодействия бактериофага с бактериальной клеткой (рис. 5.3.1).

Процесс взаимодействия состоит из нескольких стадий:

1. Адсорбция. На этой стадии происходит прикрепление вируса к по-

верхности клетки. И у вируса и у клетки хозяина есть рецептор, контакт осуществляется по типу комплементарности. На одной клетке может адсорбироваться несколько сотен вирусов.

2. Инъекция (проникновение вируса в клетку). Внутрь клетки проникает лишь нуклеиновая кислота. Белковая оболочка остается снаружи (вирус «раздевается»). У бактерий происходит механический ввод нуклеиновой кислоты после прокалывания фагом клеточной стенки.

3. Внутриклеточное развитие вируса. Инъецированная нуклеиновая кислота фага прежде всего вызывает полную перестройку метаболизма зараженной клетки. Прекращается синтез бактериальной ДНК, а также РНК и бактериальных белков. Начинается синтез нуклеиновой кислоты фага, а в рибосомах – синтез белковых оболочек фагов.

4.Сборка вирусных частиц.

5. Выход фагов из клетки. Клеточная стенка при этом растворяется, и из нее выходят зрелые или вирулентные фаги.

Рис. 5.3.1 Развитие бактериофага: А – развитие вирулентного фага; Б – лизогенный бактериальный цикл развития.

1 – бактериальная клетка; 2 – адсорбция фага; 3 – инъекция ДНКфага в клетку; 4 – образование вегетативных фагов; 5 – сборка вирусных частиц в клетке; 6 – лизис клетки, выход бактериофага; 7 – свободные фа-

ги; 8 – превращение в профаг; 9 – одновременное деление фага и клетки; 10 – возможность образования вирулентного фага Иногда клетка инфицируется недостаточно активным фагом, который в клетке не размножается и не вызывает лизиса. Клетка способна размножаться, причем «инфекционное начало» переходит в дочерние клетки. Такие бактериофаги называются умеренными, а бактериальные клетки – передатчики этих фагов – лизогенными культурами.

Цикл развития профага называется лизогенным циклом. Существенных различий в морфологии умеренных и вирулентных фагов не установлено. При определенных условиях (например, при облучении лизогенной культуры) умеренные фаги могут превратиться в вирулентные и вызвать лизис клетки.

5.4 Распространение

и роль вирусов в природе, в пищевой промышленности Вирусы широко распространены в природе. Это возбудители инфекционных заболеваний человека, животных, растений. Бактериофаги (вирусы бактерий) встречаются везде, где есть микроорганизмы, в которых они паразитируют: в молоке и молочных продуктах, овощах и фруктах, в почве, водоемах, сточных водах, выделениях людей и животных и т.д.

Бактериофаги нередко приносят вред: в производстве антибиотиков фаги могут вызвать лизис микроорганизмов-продуцентов; в производстве кисломолочных продуктов – лизис полезной микрофлоры (молочнокислых стрептококков).

Использование бактериофагов:

1. Применяются в медицине для лечения инфекционных заболеваний, вызываемых патогенными микроорганизмами.

2. С помощью специфических фагов можно идентифицировать микроорганизмы, что используется при диагностике инфекционных заболеваний.

3. Лизогенные культуры бактерий используются в качестве детекторов

радиации, под влиянием которой умеренный фаг переходит в вирулентную форму.

Вопросы для самопроверки

1. Перечислите основные свойства вирусов.

2. Каково строение вирусной частицы?

3. Что такое «капсид» и из чего он состоит?

4. Какие бывают формы вирусов? Привести примеры.

5. Как классифицируют вирусы?

6. Что такое вирулентные фаги?

7. Как осуществляется взаимодействие вирулентного фага с бактериальной клеткой?

8. Что такое умеренные фаги?

9. Каким образом осуществляется лизогенный бактериальный цикл развития?

10. При каких условиях умеренные фаги могут превратиться в вирулентные?

11. Что такое «лизогенная культура»?

12. Каково значение бактериофагов в природе, в пищевой промышленности?

13. Где используются бактериофаги?

14. Охарактеризуйте процесс внутриклеточного развития вирулентного фага.

15. Какую форму имеют бактериофаги?