Підручник з Біології і екології. 10 клас. Соболь - Нова програма

Істоти на межі хімії та життя.

О. М. Шкроб

§ 7. НЕКЛІТИННІ ФОРМИ ЖИТТЯ. ВІРУСИ

Основні поняття й ключові терміни: Неклітинні форми життя. Віроїди. Пріони. ВІРУСИ.

Пригадайте! Що таке молекулярний рівень організації життя?

Поміркуйте!

На Землі є такі макромолекули й системи молекул, що перебувають на межі між неживою й живою природою. Вони, як і всі інші тіла неживої природи, утворені з атомів й простих молекул. А які ж ознаки поєднують їх із живою природою?

ЗМІСТ

Які особливості організації та функціонування неклітинних форм життя?

Неклітинні форми життя — це автономні структури на молекулярному рівні організації життя, до яких відносять віроїди, пріони та віруси. Спільними ознаками цих форм життя є: а) субмікроскопічні розміри; б) відсутність клітинної будови; в) внутрішньоклітинний паразитизм; в) здатність зберігати свої ознаки та змінюватися під упливом умов; г) здатність до самовідтворення.

Віроїди — неклітинні форми життя у вигляді одноланцюгової кільцеподібної РНК, що не кодує білків. Віроїди було відкрито в 1971 р. американським біологом Т. О. Дінером. Ці субмікроскопічні частинки захисної білкової оболонки не мають, їхня РНК містить 250—375 нуклеотидів і має масу від 86—130 кДа. Віроїди потрапляють у клітини організму хазяїна під час його вегетативного розмноження, за допомогою комах або механічним шляхом у разі пошкодження. Віроїди можуть завдавати значних збитків рослинництву, оскільки спричиняють віроїдні захворювання рослин (веретеноподібність бульб картоплі, карликовість хризантем, каданг-каданг кокосових пальм, хвороба жовтих плям рису та ін.).

Пріони — неклітинні форми життя, що є білковими частинками без нуклеїнової кислоти. Пріони складаються із особливого білка, який існує у вигляді двох форм: нормальний білок масою близько 25 400 а. о. м. та аномальний, що відрізняється вторинною структурою і здатний перетворювати нормальний білок на собі подібний (іл. 10). Особливостями пріонів є відсутність власного геному, висока стійкість до температури, ультрафіолету, радіації. Пріони не розпізнаються імунною системою як чужорідні білки й не провокують імунної відповіді. Відкрив пріони в 1982 р. американський біохімік С. Прузінер. На сьогодні пріони знайдено в клітинах бактерій, дріжджів й ссавців. Описано понад 10 небезпечних пріонних хвороб тварин й людини (коров’ячий сказ, скрейпі овець, губчаста енцефалопатія котячих, фатальне сімейне безсоння, хвороба куру та ін.).

Іл. 10. Форма пріонів: 1 — нормальна форма білка; 2 — аномальна форма білка

ВІРУСИ (лат. Virus — отрута) — це неклітинні форми життя, які є внутрішньоклітинними абсолютними паразитами (іл. 11). Наразі близько 5 000 видів вірусів ідентифіковано, тоді як вчені вважають, що існує понад мільйон видів вірусів. Відкрито віруси в 1892 р. російським ботаніком Д. Івановським (1864—1920). Розміри більшості вірусів — у межах від 20 до 300 нм, хоча є серед них й справжні велетні серед неклітинних форм життя. Це мега- й мімівіруси з розмірами близько 600 нм.

Іл. 11. Вірусні частинки: 1 — герпесу; 2 — грипу; 3 — тютюнової мозаїки; 4 — бактеріофаг

Віруси мають капсид з білкових частинок — капсомерів і нуклеїнову кислоту — серцевину. Структуру, що містить нуклеїнову кислоту і капсид, називають нуклеокапсидом. Повністю сформована інфекційна вірусна частинка називається віріоном. Унікальна властивість вірусів — різноманітність організації генетичного матеріалу. Вірусна нуклеїнова кислота може бути представлена одно- або дволанцюговими молекулами ДНК (ДНК-вмісні віруси) чи РНК (РНК-вмісні віруси). Для вірусів характерна специфічність, що полягає в можливості взаємодії вірусів лише з певними рецепторами клітинних мембран.

Віруси є внутрішньоклітинними паразитами архей, бактерій й еукаріотів і поза клітинами жодних ознак життя не виявляють. Для свого відтворення віруси використовують ресурси клітини-хазяїна, чим спричиняють вірусні захворювання. Основними систематичними одиницями для вірусів є порядок, родина, рід та вид. Категорії царства та відділів, бінарна номенклатура для вірусів не застосовуються.

Отже, неклітинні форми життя є складовою частиною біосфери, оскільки побудовані з органічних речовин, мають біотичні взаємовідносини, їм притаманні спадковість, мінливість, вони здатні до самовідтворення та ін.

Яке походження вірусів?

Шляхи й механізми еволюції вірусів ще не достатньо вивчено. Існує декілька гіпотез походження вірусів: гіпотеза регресивної еволюції (віруси виникли шляхом спрощення клітин паразитичних бактерій), гіпотеза паралельної еволюції (віруси виникли незалежно від клітин, використовуючи їхні можливості), гіпотеза «скажених генів» (віруси — це «збіглі» частини геному клітин-хазяїв).

Найбільші зміни у поглядах щодо походження вірусів сталися внаслідок відкриття велетенських вірусів, як-то мімівіруси, мамавіруси, мегавіруси та ін. (іл. 12). Мегавірус чілійський має найбільший з-поміж вірусів ДНК-геном, який налічує 1 259 197 пар нуклеотидів й містить інформацію про 1120 білків, що сумірно з багатьма паразитичними бактеріями. У велетенських вірусів виявлено гени білків, що їх раніше ніколи не виявляли в жодного з вірусів. Але й це ще не все: у мамавірусів виявлено суперпаразити — вірофаги-супутники. І зовсім нещодавно, у квітні 2017 р., в журналі Science було опубліковано повідомлення про новий велетенський вірус, що названий «клоснойвірус» (Klosneuvirus, KNV) на честь невеличкого містечка Клостернойбург в Австрії. Вірус містить майже повний набір із 19 ферментів-синтетаз для вбудовування 20 типів амінокислот у процесі біосинтезу білків.

Іл. 12. Одні з найбільших вірусів: 1 — мегавірус; 2 — мімівірус

Філогенетичні дослідження протеомів (усієї сукупності білків) нововідкритих велетенських вірусів можуть свідчити на користь гіпотези регресивної еволюції, згідно з якою віруси виникли від клітинних істот шляхом спрощення і є, таким чином, найдавнішими істотами на Землі. Або, можливо, велетенські віруси пішли від менших ДНК-вірусів шляхом поступового накопичення додаткових генів.

Порівняння геномів велетенських вірусів з аналогами в доменах Бактерій, Археїв та Еукаріотів свідчать на користь гіпотези про те, що віруси — це живі істоти, які можуть становити окремий домен органічного світу. Їх протеоми схожі на такі самі у багатьох бактерій, однак у вірусів наявні білки, що їх немає у клітинних організмів, а це свідчить про особливість їхньої еволюції.

Отже, на сучасному етапі розвитку науки не існує єдиного погляду щодо виникнення вірусів. Натомість поширені погляди, що різні віруси виникали незалежно на різних етапах розвитку життя на Землі.

Як віруси взаємодіють з клітинами?

Віруси не можуть самостійно поширюватись у природі, й допомагають їм у цьому насамперед живі організми: комахи (наприклад, попелиці переносять близько 160 різних арбовірусів), кліщі, ґрунтові нематоди, рослини-паразити (наприклад, повитиця переносить близько 50 вірусів рослин), людина (для вірусів грипу).

Шляхи проникнення вірусів до організму хазяїна бувають різними. Це: 1) повітряно-краплинний шлях (віруси грипу, вітряної віспи, кору); 2) з їжею та водою (вірус ящуру з молоком ураженої корови, гепатит А); 3) крізь покриви тіла (віруси герпесу, сказу, папіломи); 4) під час переливання крові та хірургічних операцій (вірус гепатиту В); 5) статевим шляхом (вірус герпесу, СНІДу); 6) за участі переносників (кліщів — вірус тайгового енцефаліту, комарів — вірус лихоманки Зіка); 7) з пилком рослин (віруси мозаїки картоплі).

Залежно від властивостей вірусу і клітини-хазяїна, а також умов середовища розрізняють такі основні типи взаємодії вірусів із клітиною: а) продуктивна інфекція — розмноження вірусу призводить до руйнування і загибелі клітини; б) абортивна інфекція — взаємодія, за якої клітини залишаються живими, а дозрілі віріони не утворюються; в) вірогенія — геном вірусу поєднується з генетичним апаратом клітини і під час поділу клітини може тривалий час передаватися дочірнім клітинам; через деякий час за певних умов починає розмножуватися і спричиняє загибель клітини.

Отже, взаємодії вірусів із клітинами мають різноманітний та складний характер.

ДІЯЛЬНІСТЬ

Завдання на порівняння

За допомогою таблиці порівняйте неклітинні форми життя. Укажіть спільні й відмінні ознаки.

Таблиця. ПОРІВНЯЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА НЕКЛІТИННИХ ФОРМ ЖИТТЯ

Ознака

Віроїди

Пріони

Віруси

Відкриття

Розміри

Хімічний склад

Особливості

Хвороби

Біологія + Медицина. Вірусні захворювання

Майже 95 % відомих інфекційних захворювань спричиняють або віруси, або бактерії. Бактеріальні хвороби сучасна медицина лікує ефективно за допомогою великої кількості різних антибіотиків. А ось з вірусними хворобами медицина поки що справитися не може. Нині описано понад 500 вірусів, що спричиняють інфекційні захворювання людини і тварин, серед яких найнебезпечнішими є геморагічна лихоманка Ебола, геморагічна лихоманка Марбург, СНІД, близькосхідний респіраторний синдром (MERS), важкий гострий респіраторний синдром (SARS) та ін. Чим віруси відрізняються від бактерій? На вашу думку, чому сучасній медицині важко перемогти вірусні інфекції?

Вірус Ебола

СТАВЛЕННЯ

Біологія + Біорізноманіття. Віруси вірусів

У 2008 р. всередині мімівірусів, що паразитують у клітинах акантамеби всеїдної (Acanthamoeba polyphaga), було відкрито паразити вірусів, що їх назвали вірофагами. Власний геном вірофагів є дивовижним: він містить гени, запозичені у мімівірусів, архей, бактеріофагів і вірусів еукаріотів. А чи можна їх використати для боротьби з вірусними інфекціями? Обґрунтуйте свої судження.

Вірофаги всередині мімівірусів

РЕЗУЛЬТАТ

Оцінка

Завдання для самоконтролю

1—6

1. Що таке неклітинні форми життя? 2. Назвіть неклітинні форми життя. 3. Що таке віруси? 4. Наведіть приклади вірусів. 5. Назвіть гіпотези походження вірусів. 6. Назвіть основні типи взаємодії вірусів із клітинами.

7—9

7. Які особливості організації та функціонування неклітинних форм життя? 8. Яке походження вірусів? 9. Як віруси взаємодіють з клітинами?

10—12

10. Що є спільного й відмінного між вірусами, пріонами й віроїдами?