Poliomyelitis, wścieklizna, ospa, opryszczka, zespół nabytego niedoboru odporności są znane każdemu z chorób wywoływanych przez bardzo specyficzne patogeny. Organizmy, które stoją na granicy między żywymi i nieożywionymi, obligatoryjnymi (obowiązkowymi) pasożytami komórkowymi - wirusami. Morfologia, fizjologia i samo ich istnienie na planecie rodzi dziś wiele pytań.
Wirusologia: Pierwsze kroki
Ta scena to laboratorium Nikitskiego Ogrodu Botanicznego Rosyjskiej Akademii Nauk, gdzie biolog Dmitrij Iosifowicz Iwanowski (1864-1920) bada tajemniczą mozaikową chorobę tytoniu. Czynnik chorobotwórczy w roślinie przechodzi przez najmniejsze filtry bakteryjne, nie rośnie na pożywkach i nie daje objawów, gdy zdrowe rośliny są zakażone przesączami z chorych.
Wtedy, w 1892 roku, naukowiec doszedł do wniosku, że to nie bakteria. I nazywa wirusy patogenu (od łacińskiego wirusa,- I). Dmitry Ivanovsky całe życie próbował zobaczyć wirusy, ale morfologię wirusów widzieliśmy w latach 30. XX wieku, kiedy wynaleziono mikroskopy elektronowe.
Ale ta właśnie data jest uważana za początek nauki o wirusologii, a jej założycielem jest Dmitrij Iwanowski.
Niesamowite królestwo
Morfologia i fizjologia wirusów są tak niesamowite, że organizmy te są izolowane w niezależnym królestwie Vira. Ta najprostsza forma życia ma mikroskopijne rozmiary (od 25 do 250 nanometrów) i jest kwasem nukleinowym z zestawem genów zamkniętych w powłoce. Są to pasożyty, które mogą rozmnażać się tylko w komórkach innych żywych organizmów – roślin, grzybów, zwierząt, bakterii, a nawet innych wirusów (wirusów satelitarnych).
Cechy wyróżniające wirusy są następujące:
- Zawierają tylko jeden rodzaj kwasu nukleinowego (RNA lub DNA).
- W morfologii wirusów brakuje systemów syntezy białek i energii.
- Nie mają struktury komórkowej.
- Pasożytnictwo wirusowe jest realizowane na poziomie genetycznym.
- Przechodzą przez filtry bakteryjne i nie są hodowane na sztucznym podłożu.
Część organicznego świata planety
Wirusy, jako obowiązkowe pasożyty, mają wyraźny związek genetyczny z przedstawicielami zarówno flory, jak i fauny Ziemi. Co więcej, według ostatnich badań, 32% ludzkiego genomu składa się z elementów wirusopodobnychstruktury.
Do tej pory opisano ponad 6000 wirusów, ale szacuje się, że jest ich ponad sto milionów. Jest to najliczniejsza forma biologiczna na planecie i jest reprezentowana we wszystkich ekosystemach (rozmieszczenie wszechobecne (wszechobecne)).
Ich wygląd na dzisiejszej planecie nie jest jasny. Jedno wiadomo - kiedy pojawiły się pierwsze formy życia komórkowego, wirusy już istniały.
Żyje i nie żyje
Te niesamowite organizmy mają dwie formy swojego istnienia, które znacznie różnią się od siebie.
Poza komórką formą ich istnienia jest wirion. Kiedy wnika do komórki, jego otoczki rozpuszczają się, a kwasy nukleinowe wirusa są włączane do materiału genetycznego żywiciela. Wtedy mówimy o infekcji wirusowej. Genom wirusa integruje się z naturalnymi mechanizmami replikacji genomu komórki gospodarza i rozpoczyna łańcuch reakcji, które prowadzą do jego pasożytniczego istnienia.
Wirion jest zasadniczo nieożywioną częścią życia. A genom wirusa w komórce jest jego żywym składnikiem, ponieważ to tam wirusy się rozmnażają.
Morfologia i ultrastruktura wirusów
W tym kontekście mówimy o wirionie – formie pozakomórkowej.
Wielkość wirionów jest mierzona w nanometrach - 10-9 metrów. Wirusy grypy są średniej wielkości - 80-120 nanometrów, a wirus ospy to olbrzym o wymiarach 400 nanometrów.
Struktura i morfologia wirusów są podobne do astronautów. Wewnątrz kapsydu (czasami płaszcz białkowy)zawierające tłuszcze i węglowodany), jak w „skafandrze kosmicznym”, to najcenniejsza część - kwasy nukleinowe, genom wirusa. Co więcej, ten „kosmonauta” jest również prezentowany w minimalnej ilości - tylko bezpośrednio dziedziczny materiał i minimum enzymów do jego replikacji (kopiowania).
Zewnętrznie „kombinezon” może mieć kształt pręta, kuli, kuli, złożonego dwudziestościanu lub w ogóle nie mieć regularnego kształtu. Zależy to od obecności w kapsydzie określonych białek odpowiedzialnych za wnikanie wirusa do komórki.
Jak patogen dostaje się do organizmu żywiciela
Istnieje wiele sposobów penetracji, ale najczęstszym jest w powietrzu. Miriady maleńkich cząsteczek są wyrzucane w kosmos nie tylko podczas kaszlu czy kichania, ale po prostu podczas oddychania.
Inny sposób, w jaki wiriony wnikają do organizmu, jest zaraźliwy (bezpośredni kontakt fizyczny). Ta metoda jest nieodłączna dla dość małej grupy patogenów, w ten sposób przenoszona jest opryszczka, infekcje weneryczne, AIDS.
Metoda infekcji przez wektor, którym mogą być różne grupy organizmów, jest dość skomplikowana. Wektor, który nabył patogen z rezerwuaru infekcji, staje się miejscem replikacji wirusów lub przechodzenia przez stadia rozwojowe. Wirus wścieklizny jest właśnie takim patogenem.
Co dzieje się w ciele gospodarza
Za pomocą zewnętrznych białek kapsydu wirus przyczepia się do błony komórkowej i przenika przez endocytozę. Oni sądostają się do lizosomów, gdzie pod wpływem enzymów pozbywają się „skafandra kosmicznego”. A kwasy nukleinowe patogenu wchodzą do jądra lub pozostają w cytoplazmie.
Kwasy nukleinowe patogenu są wbudowane w łańcuchy kwasów nukleinowych gospodarza i rozpoczyna się reakcja replikacji (kopiowania) informacji dziedzicznych. Gdy w komórce zgromadzi się wystarczająca liczba cząsteczek wirusa, wiriony wykorzystują mechanizmy i zasoby energetyczne i plastyczne oraz zasoby gospodarza.
Ostatnim etapem jest uwolnienie wirionów z komórki. Niektóre wirusy prowadzą do całkowitego zniszczenia komórek i przedostają się do przestrzeni międzykomórkowej, inne wnikają do niej poprzez egzocytozę lub pączkowanie.
Strategie patogenów
Interakcja między wirusem a komórką gospodarza może rozwijać się według kilku scenariuszy. Główną cechą której jest stopień autonomii pasożyta.
Struktura Morfologia wirusów prowadzi do całkowitej zależności patogenu od potencjału energetycznego i syntezy białek w komórce, jedynym warunkiem jest to, że replikuje ona swoje kwasy nukleinowe zgodnie z własnym harmonogramem. Taka interakcja nazywana jest produktywną (jest naturalna dla wirusa, ale nie dla komórki). Po wyczerpaniu zapasu komórki wirus prowadzi do jej śmierci.
Inny rodzaj interakcji jest zgodny. W tym przypadku genom wirusa, zintegrowany z genomem gospodarza, replikuje się kowalencyjnie z własnymi kwasami nukleinowymi komórki. A potem rozwój scenariusza może iść w dwóch kierunkach. Wirus zachowuje się cicho i nie objawia się. Młode wiriony odchodząkomórka tylko pod pewnymi warunkami. Albo geny patogenów stale pracują, wytwarzając dużą liczbę młodego pokolenia, ale komórka nie umiera, ale opuszcza ją przez egzocytozę.
Trudności w taksonomii
Klasyfikacja i morfologia wirusów jest różna w różnych źródłach. Jednocześnie do ich klasyfikacji wykorzystywane są następujące cechy:
- Rodzaj kwasu nukleinowego (zawierający RNA i zawierający DNA) oraz sposób jego replikacji. Najpopularniejsza klasyfikacja wirusów zaproponowana przez amerykańskiego wirusologa Davida B altimore'a w 1971 roku.
- Morfologia i struktura wirusa (jednoniciowy, dwuniciowy, liniowy, kołowy, pofragmentowany, niefragmentowany).
- Wymiary, typ symetrii, liczba kapsomerów.
- Obecność superkapsydu (zewnętrzna powłoka).
- Właściwości antygeniczne.
- Rodzaj interakcji genetycznej.
- Krąg potencjalnych gospodarzy.
- Lokalizacja w komórce gospodarza - w jądrze lub cytoplazmie.
To wybór głównego kryterium i morfologii wirusów determinuje różne podejścia do klasyfikacji wirusów w mikrobiologii. Nie jest to łatwe. Trudność polega na tym, że zaczynamy badać morfologię i strukturę wirusa tylko wtedy, gdy prowadzą one do procesów patologicznych.
Wybredny i niezbyt dobry
Z wyboru gospodarza te patogeny są niezwykle zróżnicowane pod względem preferencji. Niektórzy atakują tylko jeden gatunek biologiczny - mają bardzo ścisłą "rejestrację". Na przykład jedzwirusy grypy kotów, mew, świń, które są całkowicie bezpieczne dla innych zwierząt. Czasami specjalizacja jest zaskakująca – wirus bakteriofaga P-17 infekuje tylko samce jednej odmiany E. coli.
Inne wirusy zachowują się zupełnie inaczej. Na przykład wirusy w kształcie kuli, których morfologia jest podobna do kuli, wywołują zupełnie inne choroby, a jednocześnie ich wachlarz żywicieli jest niezwykle szeroki. Do takich wirusów należy wirus wścieklizny, który zaraża wszystkie ssaki, lub wirus pęcherzykowego zapalenia jamy ustnej bydła (przenoszony przez owady).
Istnieją inne niuanse. Wirusy z ogonem (wiriony) najczęściej atakują komórki bakteryjne, nitkowate lub spiralne są pasożytami roślin, a w komórkach zwierzęcych wirusy o złożonej kapsydzie i wieloaspektowej formie wirionów częściej pasożytują.
