§ 6. Віруси та їхня біологічна роль

Дайте означення поняття життя.

За якими ознаками можна відрізнити живе від неживого?

Вам уже відомо, що основними формами життя е організми, які мають клітинну будову. Однак на нашій планеті виявлено й інші форми життя.

Особливості будови та функціонування вірусів. Уперше існування вірусів довів видатний ботанік Дмитро Івановський 1892 року. Досліджуючи захворювання тютюну - листкову мозаїку, він за допомогою керамічних фільтрів намагався виділити збудника цієї хвороби. Але навіть фільтри з найдрібнішим діаметром пор не змогли його затримати, і відфільтрований сік хворої рослини спричинював захворювання здорових. На підставі цього вчений висловив припущення про існування невідомого на той час науці об’єкта (рис. 23). Пізніше було доведено існування аналогічних збудників різних захворювань тварин. Усі ці непомітні у світловий мікроскоп живі об’єкти дістали назву віруси. Але систематичне вивчення вірусів почалося лише в 30-ті роки XX століття після винаходу електронного мікроскопа.

Дослідження показали, що в складі вірусів є органічні молекули - нуклеїнові кислоти та білки. У простих вірусів молекула нуклеїнової кислоти оточена капсидом, що складається з білкових молекул (рис. 24). Складні віруси під час формування віріонів захоплюють частину клітинної плазматичної мембрани, доповнюють її власними білками - утворюється суперкапсид. Геном вірусу може бути утворений як дво-, так й одноланцюговою молекулою ДНК або РНК. Віруси використовують органели клітин-хазяїнів для синтезу нових вірусних частинок - віріонів. Поза клітиною-хазяїном віруси не виявляють ознак життя.

Рис. 23. Рослина, уражена вірусом тютюнової мозаїки (ВТМ)

Рис. 24. Вірус тютюнової мозаїки: a - електронна мікрофотографія; б - модель будови

Молекула РНК-рожева, білки капсиду-синьо-фіолетові.

Існування неклітинних форм життя є предметом наукової суперечки у зв’язку з тим, що однозначного означення поняття «життя» досі немає. Багато вчених вважає, що лише клітинні форми (організми) можна вважати живими. Наприклад, вірусолог Марк ван Редженмортел стверджує: «Найпростішою системою, яку можна назвати живою, є клітина. Віруси... неживі інфекційні об’єкти, про які в крайньому разі можна сказати, що вони ведуть щось на зразок позиченого життя».

Чи згодні ви з таким твердженням?

Чи достатньо у вас знань для обґрунтування власної позиції?

Якщо так - наведіть власні аргументи, якщо ні - уважно опрацюйте зміст параграфа та додаткові джерела інформації.

Життєві цикли різних вірусів відбуваються за загальною схемою, у якій можна виокремити такі стадії: адсорбція вірусу на клітинній мембрані і проникнення вірусу в клітину; експресія і реплікація вірусного геному; збирання вірусів та їх вихід із клітини (рис. 25). Проникнення вірусу в клітину може спричинювати інфекційне захворювання. Розрізняють гострі та хронічні вірусні інфекції. Унаслідок гострої інфекції після утворення нового покоління вірусів клітина зазвичай гине. За хронічної інфекції нові покоління вірусних частинок утворюються в клітині протягом тривалого часу. Інколи материнська клітина може передавати вірусну інфекцію дочірнім. Також вірус може призвести до структурних і функціональних змін у клітині внаслідок механічного пошкодження клітинних структур. У деяких випадках віруси (наприклад, вірус папіломи людини та інші онкогенні віруси) можуть спричинити неконтрольований поділ клітин і перетворення їх на ракові.

Порівнюючи віруси з організмами, можна виявити як ознаки подібності, так і ознаки відмінності. Віруси мають у своєму складі органічні речовини - нуклеїнові кислоти та білки, здатні до розмноження, успадковування ознак, мінливості та адаптації до умов навколишнього середовища. Ознаки, за якими віруси відрізняються від організмів, такі: відсутність клітинної будови, власної білок-синтезувальної системи та обміну речовин; геном вірусу може бути утворений як дво-, так й одноланцюговою молекулою ДНК або РНК; віріон утворюється внаслідок збирання; деякі віруси можуть формувати всередині клітини кристали. Зважаючи на це, можна дати означення поняття вірусу.

Рис. 25. Схема життєвого циклу вірусу

Проаналізуйте схему. Поясніть, чому вірус може відтворюватися лише в клітині.

Підготуйте повідомлення на одну з тем, використовуючи інтернет-джерела:

1. «Особливості життєвого циклу ВІЛ».

2. «Застосування вірусів у генетичній інженерії».

Віруси - неклітинні форми життя, що є автономними генетичними системами, нездатними до самостійного існування поза клітиною хазяїна, тобто внутрішньоклітинними паразитами.

Шляхи проникнення вірусу. Більшість вірусів специфічні: вони вражають лише певні типи клітин хазяїна - багатоклітинних організмів чи окремі види одноклітинних організмів. Існує декілька шляхів проникнення вірусів у клітини бактерій, рослин і тварин. Проникнення в клітину-хазяїна починається із взаємодії вірусної частинки з мембраною клітини, на якій розташовані особливі рецепторні ділянки. Віруси бактерій - бактеріофаги, проникають у клітину шляхом, зумовленим будовою капсиду (рис. 26). Віруси рослин проникають в організм унаслідок руйнування цілісності покривів, а в клітину - через пошкодження клітинних стінок. У багатьох складних вірусів (наприклад, вірус грипу) мембрани вірусної частинки і клітини зливаються. Часто вірусна частинка потрапляє всередину клітини в результаті піноцитозу (вірус поліомієліту). В організм тварин віруси проникають через різні системи органів. Наприклад, повітряно-крапельним шляхом через органи дихання проникають віруси грипу, віспи, кору. Статевим шляхом передаються віруси герпесу, папіломи, ВІЛ. Варто звернути увагу на те, що проникнення вірусу в організм хазяїна можливе й за участі переносників - комах, кліщів тощо.

Походження вірусів та їх роль в екосистемах. Існує декілька гіпотез походження вірусів. Згідно з однією з них, віруси утворилися шляхом спрощення бактерій, що перейшли до внутрішньоклітинного паразитизму. На користь цієї гіпотези свідчать особливості будови багатьох ДНК-вмісних вірусів. Згідно з іншою гіпотезою, віруси утворилися з мобільних генетичних елементів клітини-хазяїна та набули здатності переміщатися не лише в межах одного геному, а й поза батьківською клітиною. На користь цієї гіпотези свідчать особливості будови вірусів-сателітів.

Рис. 26. Бактеріофаг - вірус, що уражає бактерії

Бактеріофаг складається з розширеної головки, що містить ДНК, чохлоподібного відростка з порожнім стрижнем усередині та хвостових ниток. За допомогою цих ниток вірус сполучається з рецепторними ділянками клітини-хазяїна і прикріплюється до її поверхні. Потім чохлоподібний відросток скорочується, унаслідок чого стрижень проходить через оболонку бактерії та впорскує вірусну ДНК всередину клітини, а порожня оболонка бактеріофага залишається назовні.

Віруси мають еволюційне значення. По-перше, вони можуть викликати захворювання, а отже впливати на чисельність видів. По-друге, вони здатні переносити генетичний матеріал між особинами навіть різних видів, що має значення насамперед у прокаріотів. Проте, і в хордових тварин геном містить істотну кількість залишків вірусної ДНК, що також мало еволюційне значення.

Значення вірусів у житті людини. Деякі віруси спричинюють різноманітні, часто масові (епідемічні) та дуже небезпечні захворювання людини, уражаючи органи дихання (грип, аденоінфекції), травну (гастроентерити, гепатити) та нервову (поліомієліт, енцефаліти) системи, шкіру та слизові оболонки (кір, герпес, папіломи, вітряна віспа), пригнічують імунні реакції організму (СНІД), призводять до ракових захворювань (рис. 27, 28). Негативний вплив вірусів на життя людини зумовлений і тим, що вони викликають захворювання свійських тварин та сільськогосподарських рослин.

Проте існує і позитивний ефект від існування вірусів. Так, людина використовує їх у біологічних методах боротьби зі шкідливими видами (личинками кровосисних комарів, шовкопряда-недопарки тощо). Зокрема, за допомогою вірусу вдалося розв’язати проблему масового розмноження кролів в Австралії, що загрожувало виснаженням пасовищ.

Віруси використовують і в генетичній інженерії: за їх допомогою певний ген, виділений з іншого організму або синтезований штучно, можна переносити в клітини бактерій. Так забезпечується синтез речовин, необхідних людині (наприклад, гормону інсуліну для лікування цукрового діабету, захисних білків-інтерферонів).

Рис. 27. Модель будови вірусу грипу

Вірус грипу вражає слизові оболонки дихальних шляхів. Геном утворений вісьма одноланцюговими молекулами РНК.

Рис. 28. Модель будови вірусу імунодефіциту людини

ВІЛ належить до ретровірусів і вражає здебільшого Т-лімфоцити, загибель яких призводить до зниження імунітету. Геном утворений двома однаковими молекулами одноланцюгової РНК.

Проаналізуйте інформацію з інтернет-джерел щодо шляхів зараження, симптомів і впливу на організм зображених вірусів.

Складіть можливий план заходів попередження вірусних захворювань.

1. Дайте означення поняття вірус.

2. Схарактеризуйте особливості будови та функціонування вірусів.

3. Які існують гіпотези походження вірусів?

4. Поясніть роль вірусів в еволюції організмів.

5. Наведіть аргументи щодо користі чи небезпеки вірусів.