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

Віруси — такий самий компонент довкілля, як вода чи повітря.

Основи системної біології

§ 8. РОЛЬ ВІРУСІВ У ПРИРОДІ Й ЖИТТІ ЛЮДИНИ

Основні поняття й ключові терміни: ВІРУСИ. Біологічний метод боротьби зі шкідниками.

Пригадайте! Що таке віруси?

Новини науки

Віруси є найчисленнішою й найрізноманітнішою формою життя на планеті Земля. Так, у 1 мл океанічної води лише вірусів-бактеріофагів міститься близько 5 • 107. Віруси регулюють кількість мікроорганізмів і впливають таким чином на фотосинтез, кругообіг речовин, процеси мінералізації у біосфері та ін. Як розмножуються і яка роль вірусів у біологічній еволюції?

ЗМІСТ

Які особливості життєвого циклу вірусів?

У життєвому циклі вірусів чергуються дві фази — позаклітинна (віріон) і внутрішньоклітинна (іл. 13). Фаза віріона характеризується відсутністю будь-яких проявів життя, а упродовж внутрішньоклітинної фази життєвого циклу виявляються властивості вірусів, що закодовані в їхньому геномі, й відбувається їхнє відтворення. Незалежно від типу генетичного матеріалу віруси мають подібні загальні стадії життєвого циклу.

Іл. 13. Життєвий цикл фагів: 1 — адсорбція бактеріофага; 2 — впорскування ДНК у клітину; 3 — синтез вірусних ДНК і білків; 4 — збирання вірусних частинок; 5 — вихід із клітини

Адсорбція вірусів — це прикріплення віріонів до поверхневого апарату клітини-хазяїна. Між білками вірусів й рецепторами клітини виникають електростатичні взаємодії, що забезпечують тимчасове нестійке приєднання віріонів.

Проникнення в клітину в різних вірусів здійснюється різними шляхами: а) ендоцитозу (віропексису) з утворенням внутрішньоклітинних вакуолей; б) злиттям плазматичної мембрани з оболонкою вірусу; в) шляхом впорскування (наприклад, у бактеріофагів) тощо.

«Роздягання» вірусів у клітині забезпечує звільнення нуклеїнової кислоти вірусу від захисної білкової оболонки для наступної реалізації вірусного геному. У фагів цієї стадії немає, оскільки білкова оболонка залишається на поверхні бактеріальної клітини.

Відтворення компонентів вірусних частинок забезпечують три процеси: транскрипція, трансляція й реплікація. Транскрипція полягає в переписуванні інформації з вірусних ДНК чи РНК та утворенні іРНК, що відбувається в ядрі (нуклеоїді). Трансляцією називається процес переведення інформації іРНК у послідовність амінокислот молекул білків. Відбувається трансляція на рибосомах за допомогою тРНК й ферментів. Реплікація — синтез молекул нуклеїнової кислоти, що каталізується переважно клітинними ферментами. Таким чином, відтворення вірусів відбувається відокремлено, неодночасно і в різних частинах клітини. Такий спосіб розмноження вірусів називають роз’єднаним (диз’юнктивним).

Збирання віріонів відбувається усередині клітин або шляхом відбруньковування в зовнішнє середовище. Вихід вірусів із клітин може супроводжуватися збереженням життєдіяльності клітини або її руйнуванням і загибеллю.

Отже, найзагальнішими особливостями життєвого циклу вірусів є наявність двох фаз, використання ресурсів клітини та роз’єднаний спосіб розмноження.

Яка роль вірусів в еволюції організмів?

Все живе на Землі насичено різними вірусами, що свідчить про їхні необхідність у живій природі та важливі функції у біосфері. Віруси відіграють ключову біологічну роль на всіх рівнях організації життя. Вони визначають еволюцію організмів завдяки своїй патогенності, здатності до антагоністичних і симбіотичних відносин та участі в горизонтальному перенесенні генів.

Патогенні віруси є рушійною силою еволюції імунної системи. Кожен живий організм, від кишкової палички, хлорели, дріжджів до синього кита чи секвої, може інфікуватися принаймні одним, а зазвичай кількома вірусами. Вірусними захворюваннями рослин є жовтяниця, мозаїчні хвороби, строкатолистість, готика та ін. (іл. 14). У людини віруси спричиняють гепатит В, простий герпес, папілому, натуральну віспу (ДНК-вмісні вірусні інфекції), грип, гепатит А, енцефаліт, кір, свинку, поліомієліт, сказ, СНІД (РНК-вмісні вірусні інфекції) та ін. Найпоширенішими вірусними захворюваннями тварин є ящур, чумка собак, чумка курей та ін.

Іл. 14. Жовтяниця буряка (1) і мозаїка томатів (2)

Вірусна інфекція є потужною силою, котра формує механізми захисту хазяїв. Наприклад, модифікації поверхні клітин з метою запобігання проникненню бактеріофага, система CRISPR бактерій та архей, гуморальний й клітинний імунітет людини тощо. У процесі еволюції віруси виробляють свої способи захисту від імунної системи. Наприклад, вони здатні блокувати роботу NK-кілерів, інтерферону, Т-лімфоцитів.

Завдяки патогенності віруси регулюють чисельність своїх хазяїв (наприклад, ДНК-віруси морських водойм регулюють кількість бактерій) і впливають на процес фотосинтезу в Світовому океані, кругообіг Карбону і навіть на погоду. Так, біогенні сульфуровмісні гази вивільняються через те, що віруси вбивають певні види водоростей. Потім в атмосфері внаслідок окиснення утворюються кислотні краплинки, що слугують ядрами конденсації для хмар.

За допомогою вірусів відбувається горизонтальне перенесення генів, тобто передача генетичної інформації між особинами різних видів. Фрагменти ДНК вірусів багатьма видами організмів часто «приручаються» й починають виконувати корисні функції. Це явище настільки поширено, що науковці запропонували спеціальний термін — «молекулярне одомашнення». Так, ендогенні ретровіруси, що їх людина успадкувала мільйони років тому, здатні впливати на гени, які відповідають за функціонування плаценти. Ці віруси відіграють важливу роль в ембріогенезі, допомагаючи боротися з інфекційними вірусами, у створенні нейронних мереж головного мозку людини тощо.

У процесі еволюції сформувалися не лише антагоністичні, а й симбіотичні відносини вірусів з іншими організмами. Так, мутуалізм вірусу й гриба дає змогу просу витримувати високі температури. Вірус виткого закручування тютюну збільшує плодовитість й тривалість життя комах-білокрилок у 12 та 6 разів відповідно, якщо вони живляться на заражених вірусом рослинах тютюну.

Отже, віруси є потужним еволюційним чинником, і кожна форма життя на Землі зазнавала і зазнає впливу вірусів у минулому й теперішньому часі.

Як віруси використовуються у біологічних методах боротьби зі шкідливими видами?

Біологічні методи боротьби — це використання вірусів, організмів або продуктів їхньої життєдіяльності для запобігання або зменшення шкоди, що її завдають шкідники. Метою біологічних методів боротьби є не повне винищення виду, а утримання його кількості на оптимальному рівні. Вперше біологічний метод боротьби з використанням вірусів застосували для боротьби з кроликами в Австралії. Популяцію цих тварин заразили вірусом міксоматозу. Хвороба швидко поширилась і призвела до загибелі 99,8 % кролів, що на певний термін знизило їхню чисельність. У кроликів, які вижили, сформувався імунітет проти міксоматозу. Для боротьби з цими тваринами дещо пізніше почали застосовувати вірус геморагічної лихоманки кролів.

Найчастіше використовують віруси для боротьби з комахами-шкідниками. Наприклад, представники бакуловірусів можуть спричиняти поліедрози і гранульози у таких комах, як непарний та кільчастий шовкопряди, американський білий метелик, соснова совка, пильщики та ін. (іл. 15). Так, в Канаді, в провінції Онтаріо, для боротьби з ялиновим пильщиком використали вірусний препарат поліедрозу. Хвороба різко знизила чисельність шкідника, і було збережено великі площі лісів.

Іл. 15. Кільчастий шовкопряд: 1 — гусениця; 2 — доросла комаха

З метою збільшення патогеності вірусів у їхній генетичний матеріал вбудовують чужорідні гени. Наприклад, у геном вірусів поміщали ген отрути скорпіонів, гени гормонів, що порушують нормальний розвиток комах.

Отже, використання вірусів для боротьби зі шкідниками є перспективним напрямом у застосуванні біологічних методів.

ДІЯЛЬНІСТЬ

Самостійна робота з таблицею

Віруси і бактерії — найменші об’єкти живої природи, що можна побачити лише за допомогою потужного мікроскопа. Заповніть таблицю і визначте відмінності між вірусами й бактеріями.

Таблиця. ПОРІВНЯЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ВІРУСІВ Й БАКТЕРІЙ

Ознаки

Віруси

Бактерії

Розміри

Генетичний апарат

Особливості будови

Особливості життєдіяльності

Особливості поведінки

Розмноження

Біологія + Медицина. Вірусні захворювання

Розпізнайте на ілюстраціях за зовнішніми ознаками вірусні захворювання: 1 — кір; 2 — герпес. Підготуйте повідомлення про ці вірусні хвороби.

СТАВЛЕННЯ

Біологія + Геометрія. Ікосаедрична форма

У багатьох видів вірусів (аденовіруси, віруси поліомієліту, герпесу, папіломи) віріони мають правильний багатогранний капсид у вигляді ікосаедра, всередині якого міститься нуклеїнова кислота. Що таке ікосаедр? Чому ікосаедрична форма є «вигідною» природною структурою?

РЕЗУЛЬТАТ

Оцінка

Завдання для самоконтролю

1—6

1. Що таке життєвий цикл вірусів? 2. Назвіть основні стадії життєвого циклу вірусів. 3. Наведіть приклади вірусних захворювань рослин, тварин й людини. 4. Які властивості вірусів визначають їхню роль в еволюції? 5. Що таке біологічний метод боротьби зі шкідниками? 6. Наведіть приклади використання вірусів для біологічної боротьби зі шкідниками.

7—9

7. Які особливості життєвого циклу вірусів? 8. Яка роль вірусів у еволюції організмів? 9. Які віруси використовують у біологічному методі боротьби зі шкідниками?

10—12

10. Чим віруси відрізняються від бактерій?