Неклеточные организмы — вирусы

Понятие о вирусах

Клеточная форма организации живого, возникнув однажды в виде элементарной живой системы (биосистемы), стала основой всего дальнейшего развития органического мира. В то же время существуют формы примитивного строения, занимающие промежуточное положение между живой и неживой материей, – вирусы (от лат. virus – яд). По своему строению и организации вирусы представляют собой нуклеопротеидные частицы, содержащие только один тип нуклеиновой кислоты – либо ДНК, либо РНК. У них отсутствует цитоплазматическая мембрана и цитоплазма с органоидами, нет собственного обмена веществ и энергии (метаболизма).

Однако им также присущи свойства живого: способность размножаться, приспосабливаться к условиям окружающей среды, наследственность и изменчивость. Это позволяет отнести вирусы к неклеточной форме жизни.

Вирусы не имеют клеточного строения. Этим вирусы отличаются от всех других организмов живого мира.

Вирусы проявляют признаки жизни только в клетке-хозяине. Они размножаются за счет клеточных материалов и структур клетки-хозяина. Причем паразитизм вирусов осуществляется на генетическом уровне, поскольку для синтеза своих белков они используют белоксинтезирующую систему клетки-хозяина, программируя этот процесс с помощью своего генетического материала (ДНК или РНК).

Вирусы (вирус мозаики табака) были открыты в 1892 году русским ученым-ботаником Дмитрием Иосифовичем Ивановским.

В конце XIX века на юг России, в Крым, где обширные плантации табака были поражены мозаичной болезнью, от Департамента земледелия были направлены молодые петербургские ученые-биологи Д.И. Ивановский и В.В. Половцов. В 1890 году они опубликовали совместную работу о результатах полевых исследований по оценке состояния табачных плантаций. А в 1892 году на основе своих экспериментов Ивановский опубликовал самостоятельную работу «О двух болезнях табака», положившую начало знаниям о вирусах. Этот год стал рождением новой науки – вирусологии, а Ивановский – одним из ее основоположников. Ученый обнаружил в клетках и соке зараженных растений кристаллические тельца, столь мелкие, что они проходили, в отличие от бактерий, сквозь очень тонкие фильтры. Гениальной догадкой исследователя было его предположение о том, что именно эти кристаллические тельца, а не бактерии, как полагали раньше, являются возбудителями болезни растений табака. В 1898 году нидерландский ботаники микробиолог М. Бейеринк подтвердил открытие русского ученого и предложил термин «вирус» для обозначения этого фильтрующегося инфекционного начала. Кристаллические тельца, обнаруженные в клетках зараженного табака, позже назвали «кристаллами Ивановского».

С тех пор выявлено более 1000 различных видов вирусов. Виды объединяют в роды и семейства. Всех их выделяют в особое царство живой природы – Вирусы – как неклеточную форму жизни. Вирусы поражают все имеющиеся на Земле живые организмы: бактерии, грибы, растения, животных и человека. Более 500 видов вирусов вызывают разнообразные инфекционные заболевания человека, более 700 видов обнаружено у растений, более 500 – у теплокровных животных. По оценкам ученых, множество вирусов еще не открыто.

Размеры вирусов

Размеры вирусов принято выражать в нанометрах (нм), 1 нм = 10-9 м. Они намного мельче бактерий – их размеры колеблются от 20 до 1500 нм. Например, вирус полимиелита достигает 20 нм, вирус ящура – 20–30 нм, вирус табачной мозаики – 300 нм, вирус желтухи свеклы – 1500 нм. Клетку бактерии могут заселить одновременно от десяти до сотни вирусов.

Схема строения вируса табачной мозаики: 1 – РНК; 2 – белковые субъединицы (капсомеры; ширина – 18 нм, длина – 300 нм)

Вирус – паразит бактерий был впервые описан в 1915 году английским микробиологом Фредериком Туортом, а в 1917 году канадский ученый Феликс де Эрелль предложил для обозначения этих вирусов термин бактериофаг (от бактерия и phagos – пожирающий). Бактериофаг в длину достигает приблизительно 100 нм, а в ширину (в области головки) – 50–60 нм.

Схематическое изображение бактериофага — вируса бактерии

Естественно, что из-за микроскопических размеров с помощью светового микроскопа морфология вирусов не могла быть детально изучена. Только появление в середине XX века на вооружении ученых электронного микроскопа, обеспечивающего даже 1000000-кратное увеличение (что приблизительно в 500 раз превышает предел увеличения лучших оптических микроскопов), позволило изучить их внешний вид и внутреннее строение. Одновременно с этим было открыто множество новых видов вирусов. Если в 1935 году их насчитывалось около 250 видов, то к 1980 году – уже более 600, а в настоящее время – более 1200. Большая часть из них – болезнетворные организмы. За исследование природы и свойств вирусов группа японских ученых в 2008 году получила Нобелевскую премию.

Является ли вирус живым организмом?

Когда вирус в клетке-хозяине воспроизводит себе подобных – он организм, и очень активный. Вне клетки хозяина он не имеет признаков живого организма и может находиться в кристаллическом виде. Внеклеточная покоящаяся форма вируса называется вирионом или вирусной частицей.

Исключительная простота организации вирусов, отсутствие цитоплазмы и рибосом, а также собственного обмена веществ, маленькая молекулярная масса – все это отличает их от организмов, имеющих клеточное строение, и дает основание для обсуждения вопроса: что же такое вирус – существо или вещество, живое или неживое? Научные споры на эту тему продолжались долго. Однако сейчас благодаря детальному исследованию свойств огромного числа видов вирусов установлено, что вирус – особая неклеточная, очень примитивная форма жизни. Структура вируса, представленная взаимодействующими между собой его основными составляющими (нуклеиновой кислотой и белками), определенность формы (сердцевина и белковая оболочка – капсид), поддержание им своей конфигурации позволяют рассматривать вирус как особую живую систему, или биосистему организменного уровня.

Свойства живого организма у вируса

Существенной характеристикой вируса как живого организма является его способность к размножению – воспроизведению потомства, сходного с родительской формой. Другим важным свойством является передача наследственных признаков. Наследственным материалом служит присутствующая у вируса нуклеиновая кислота– РНК или ДНК.

Кроме того, вирусу, как и прочим организмам, свойственна изменчивость. Примером тому может служить вирус гриппа A. Каждая пандемия гриппа A в XX веке вызывалась новой разновидностью этого вируса: A0 (испанка) – в 1918 году, A1 (Сингапур) – в 1947-м, A2 (Гонконг) – в 1968-м, A3 (Виктория) – в 1972-м. Каждая из названных вариаций вируса гриппа А отличалась некоторой сменой белков в капсиде. Наличие изменчивости обеспечивает процесс эволюции вирусов.

Вирусы, как и все другие организмы, обладают приспособляемостью к изменяющимся условиям окружающей среды. Следует только помнить, что средой для них является организм хозяина. Каждый вирус имеет строго определенный круг хозяев. Этот круг может быть очень узким, например у группы бактериофагов, паразитирующих только на кишечной палочке, или очень широким, как у вируса бешенства, поражающего всех млекопитающих животных и человека. Кроме того, проявляя свою активность и размножаясь в ядре или в цитоплазме клеток-хозяев (растений, животных или бактерий), вирусы занимают различные экологические ниши, что свойственно живому миру.

Размножение вирусов

В отличие от всех клеточных организмов, вирусы не способны размножаться бинарным делением, то есть делиться надвое. Вирусы не имеют собственных механизмов обмена веществ, и поэтому они используют для воспроизводства (репродукции) соответствующие системы клетки-хозяина, в том числе ее белоксинтезирующую систему. Этот процесс уникален, так как вирус своей нуклеиновой кислотой «управляет» клеточными механизмами хозяина и программирует синтез вирусного материала из его (хозяина) веществ. Иными словами, попадая в клетку, нуклеиновая кислота вируса «заставляет» клетку синтезировать компоненты вируса из ее (клеточных) материалов. Вслед за репликацией нуклеиновых кислот происходит сборка дочерних частиц-вирионов. По завершении сборки образовавшиеся многочисленные особи вируса (сотни и даже сотни тысяч) выходят из клетки в окружающую среду.

Таким образом, вирусы являются уникальной (неклеточной) формой жизни. С одной стороны, вирусы – дискретные (автономные) генетические структуры, которым присущи основные критерии живых организмов: размножение, изменчивость, адаптация и способность к эволюции. С другой стороны, вирусы не имеют таких важнейших свойств живого организма, как метаболизм (обмен веществ и энергии) и способность к самостоятельной репродукции своей наследственной информации вне клетки-хозяина. Весь цикл репродукции вирусов и их размножение происходят в клетке-хозяине и за счет его метаболических систем. Вне клетки вирус неактивен и находится в покоящемся состоянии.

Биология: