Полиомиелит, бяс, едра шарка, херпес, синдром на придобита човешка имунна недостатъчност са известни на всички заболявания, които се причиняват от много специфични патогени. Организми, които стоят на границата между живи и неживи, задължителни (задължителни) клетъчни паразити - вируси. Морфологията, физиологията и самото им съществуване на планетата повдигат много въпроси днес.
Вирология: Първи стъпки
Сцената е лабораторията на Никитската ботаническа градина към Руската академия на науките, където биологът Дмитрий Йосифович Ивановски (1864-1920) изучава мистериозната мозаечна болест на тютюна. Причинителят на заболяването в растението преминава през най-малките бактериални филтри, не се развива върху хранителни среди и не дава симптоми, когато здравите растения са заразени с филтрати от болните.
Тогава, през 1892 г., ученият заключи, че това не е бактерия. И той нарича патогена вируси (от латински вирус,- аз). Дмитрий Ивановски се опитва цял живот да види вируси, но видяхме морфологията на вирусите през 30-те години на XX век, когато бяха изобретени електронните микроскопи.
Но точно тази дата се счита за началото на науката вирусология, а Дмитрий Ивановски е нейният основател.
Удивително кралство
Морфологията и физиологията на вирусите са толкова невероятни, че тези организми са изолирани в независимо царство Вира. Тази най-проста форма на живот има микроскопични размери (от 25 до 250 нанометра) и представлява нуклеинова киселина с набор от гени, затворени в обвивка. Това са паразити, които могат да се възпроизвеждат само в клетките на други живи организми - растения, гъби, животни, бактерии и дори други вируси (сателитни вируси).
Отличителните черти на вирусите са както следва:
- Съдържа само един вид нуклеинова киселина (РНК или ДНК).
- В морфологията на вирусите липсват протеин-синтезиращи и енергийни системи.
- Няма клетъчна структура.
- Вирусният паразитизъм се реализира на генетично ниво.
- Преминават през бактериални филтри и не се култивират върху изкуствена среда.
Част от органичния свят на планетата
Вирусите, като задължителни паразити, имат ясна генетична връзка с представители както на флората, така и на фауната на Земята. Освен това, според последните проучвания, 32% от човешкия геном се състои от елементи, подобни на вирусструктури.
До днешна дата са описани повече от 6000 вируса, но се смята, че има повече от сто милиона. Това е най-многобройната биологична форма на планетата и е представена във всички екосистеми (повсеместно (вездесъщо) разпространение).
Появата им на планетата днес не е ясна. Едно нещо е известно - когато се появиха първите клетъчни форми на живот, вирусите вече съществуваха.
Жив и нежив
Тези невероятни организми имат две форми на своето съществуване, които се различават значително една от друга.
Извън клетката, формата на тяхното съществуване е вирионът. Когато влезе в клетката, нейните черупки се разтварят и нуклеиновите киселини на вируса се включват в генетичния материал на гостоприемника. Точно тогава говорим за вирусна инфекция. Геномът на вируса се интегрира в естествените механизми за репликация на генома на клетката гостоприемник и започва верига от реакции, осъществявайки своето паразитно съществуване.
Вирион по същество е неодушевена част от живота. А геномът на вируса в клетката е нейният жив компонент, защото именно там вирусите се възпроизвеждат.
Морфология и ултраструктура на вирусите
В този контекст говорим за вирион - извънклетъчна форма.
Размерът на вирионите се измерва в нанометри - 10-9 метра. Грипните вируси са средни по размер - 80-120 нанометра, а вирусът на едра шарка е гигант с размери 400 нанометра.
Структурата и морфологията на вирусите са подобни на астронавтите. Вътре в капсида (протеиновата обвивка, понякогасъдържащи мазнини и въглехидрати), като в "скафандър", е най-ценната част - нуклеинови киселини, генома на вируса. Освен това този „космонавт“също е представен в минимално количество - само пряко наследствен материал и минимум ензими за неговото възпроизвеждане (копиране).
Външно „костюмът” може да бъде пръчковиден, сферичен, с форма на куршум, под формата на сложен икосаедър или изобщо да не е правилна. Зависи от наличието в капсида на специфични протеини, които са отговорни за проникването на вируса в клетката.
Как патогенът навлиза в тялото на гостоприемника
Има много начини за проникване, но най-често срещаният е по въздух. Мириади от малки частици се хвърлят в космоса не само при кашляне или кихане, но просто при дишане.
Друг начин вирионите да влязат в тялото е заразен (директен физически контакт). Този метод е присъщ на доста малка група патогени, така се предават херпес, венерически инфекции, СПИН.
Методът на заразяване чрез вектор, който може да бъде различни групи организми, е доста сложен. Вектор, който е придобил патоген от резервоар на инфекция, се превръща в място за репликиране на вируси или преминаване през етапи на развитие. Вирусът на бяс е точно такъв патоген.
Какво се случва в тялото на домакина
С помощта на външни протеини на капсида вирусът се прикрепя към клетъчната мембрана и прониква чрез ендоцитоза. Те сапопадат в лизозомите, където под действието на ензими се освобождават от "скафандъра". И нуклеиновите киселини на патогена влизат в ядрото или остават в цитоплазмата.
Нуклеиновите киселини на патогена се вграждат във веригите на нуклеиновите киселини на гостоприемника и се стартира реакцията на репликация (копиране) на наследствена информация. Когато в клетката се натрупат достатъчен брой вирусни частици, вирионите използват енергийните и пластични механизми и ресурси на гостоприемника.
Последният етап е освобождаването на вириони от клетката. Някои вируси водят до пълно унищожаване на клетките и навлизат в междуклетъчното пространство, други влизат в него чрез екзоцитоза или пъпкуване.
Стратегии за патогени
Взаимодействието между вирус и клетка гостоприемник може да се развие според няколко сценария. Основната характеристика на което е степента на автономност на паразита.
Структура Морфологията на вирусите води до пълна зависимост на патогена от енергийния и протеин-синтезиращ потенциал на клетката, единственото условие е тя да репликира своите нуклеинови киселини по свой собствен график. Такова взаимодействие се нарича продуктивно (естествено е за вирус, но не и за клетка). След като е изчерпал запасите на клетката, вирусът води до нейната смърт.
Друг тип взаимодействие е по взаимно съгласие. В този случай геномът на вируса, интегриран в генома на гостоприемника, се репликира ковалентно със собствените нуклеинови киселини на клетката. И тогава развитието на сценария може да върви в две посоки. Вирусът се държи тихо и не се проявява. Младите вириони напускатклетка само при определени условия. Или гените на патогена работят непрекъснато, произвеждайки голям брой млади поколения, но клетката не умира, а я напуска чрез екзоцитоза.
Трудности в таксономията
Класификацията и морфологията на вирусите е различна в различните източници. В същото време за класифицирането им се използват следните характеристики:
- Вид нуклеинова киселина (РНК-съдържаща и ДНК-съдържаща) и методът на нейната репликация. Най-често срещаната класификация на вирусите, предложена от американския вирусолог Дейвид Балтимор през 1971 г.
- Морфология и структура на вируса (едноверижни, двуверижни, линейни, кръгови, фрагментирани, нефрагментирани).
- Размери, вид симетрия, брой капсомери.
- Наличие на суперкапсид (външна обвивка).
- Антигенни свойства.
- Вид генетично взаимодействие.
- Кръг от потенциални домакини.
- Локализация в клетката гостоприемник - в ядрото или в цитоплазмата.
Изборът на основния критерий и морфологията на вирусите определя различните подходи към класификацията на вирусите в микробиологията. Не е съвсем лесно. Трудността се крие във факта, че започваме да изучаваме морфологията и структурата на вируса едва когато те доведат до патологични процеси.
Придирчив и не толкова добър
По избор на гостоприемник, тези патогени са изключително разнообразни в своите предпочитания. Някои атакуват само един биологичен вид - имат много строга "регистрация". Например яжтегрипни вируси на котки, чайки, прасета, които са напълно безопасни за други животни. Понякога специализацията е изненадваща - вирусът бактериофаг P-17 заразява само мъжки от един вид E. coli.
Другите вируси се държат съвсем различно. Например, вирусите с форма на куршум, чиято морфология е подобна на куршум, причиняват напълно различни заболявания и в същото време обхватът им от гостоприемници е изключително широк. Такива вируси включват вируса на бяс, който заразява всички бозайници, или вируса на везикуларен стоматит по говедата (пренасян от насекоми, между другото).
Има и други нюанси. Вирусите с опашка (вириони) атакуват предимно бактериални клетки, нишковидните или спиралните са паразити на растенията, а в животинските клетки вирусите със сложен капсид и многостранна вирионна форма са по-склонни да паразитират.
