Вирусы и фаги как неклеточные организмы: их особенности и значение

Вирусы и фаги как неклеточные формы жизни

Вирусы

На нашей планете существуют не только одноклеточные и многоклеточные организмы, но и такие организмы, у которых вообще нет клеток. К ним относятся вирусы, которые считаются переходной формой между живой и неживой природой.

Начало вирусологии было положено российским ботаником Д. И. Ивановским, который в 1852 году впервые получил экстракт из растений табака: они были поражены мозаичной болезнью. После того как экстракт был пропущен через фильтр, задерживающий бактерий, получили отфильтрованную жидкость — она сохранила инфекционные свойства.

В ходе дальнейших исследований ученые пришли к выводу, что с учетом химической природы вирусы можно считать нуклеопротеидами. Но так как размеры вирусов были слишком маленькие, то их нельзя было увидеть в световой микроскоп. По этой причине вирусы начали изучать систематически только в 30-е годы 20 века — это было связано с изобретением электронного микроскопа.

Вирусы отличаются простотой строения. Каждая вирусная частица включает РНК или ДНК, которые являются сердцевиной вируса и содержат наследственную информацию о вирусном строении, а также такого компонента как защитная белковая оболочка (капсида).

У отдельных вирусов, таких как вирус герпеса или гриппа, есть дополнительная оболочка, образованная с помощью плазматической мембраны клетки-хозяина.

Еще одна особенность вирусов заключается в способности жить и размножаться только в клетках других организмов. Вне клеток других организмов вирусы жить не могут.

Наилучшим образом изучен вирус табачной мозаики. Он отличается палочкообразной формой и является пустотелым цилиндром. Стенки этого вируса образованы при помощи белковых молекул, а внутри находится спираль молекулы РНК. Белковая оболочка выполняет защитную функцию — она защищает нуклеиновую кислоту от неблагоприятного внешнего воздействия и препятствует проникновению ферментов клетки-хозяина к РНК для ее расщепления.

Молекулы вирусной РНК могут самовоспроизводиться. Хотя в основном этот процесс свойственен ДНК. РНК вируса — источник генетической информации, поэтому выполняет и функции иРНК.

В результате в зараженной клетке по программе нуклеиновой кислоты вируса рибосома клетки-хозяина осуществляет синтез специфических вирусных белков. Затем вирусные белки и нуклеиновая кислота самостоятельно собираются в новые вирусные частицы. Происходит истощение и гибель клетки.

Бактериофаги

Тело фага кишечной палочки образует головка: от нее отходит полый стержень, окруженный чехлом в виде сократительного белка. На конце стержня находится базальная пластинка, на которой размещается 6 нитей. В головке содержится ДНК.

К поверхности кишечной палочки бактериофаг прикрепляется за счет отростков. В том месте, где он с этой поверхностью соединяется, он растворяет клеточную оболочку бактерии при помощи фермента. Благодаря тому, что головка сокращается, молекула ДНК проходит через канал стержня в клетку.

Под влиянием ДНК всего через 10-15 минут происходит перестройка метаболизма бактериальной клетки. В результате начинается синтез ДНК бактериофага, а не ДНК клетки. Кроме того, также осуществляется синтез фагового белка. В итоге образуется от 200 до 1000 новых фаговых частиц, а клетка бактерии погибает.

Отдельные фаги не реплицируются в клетке хозяина. Этот процесс заменяется образованием единой молекулы при помощи встраивания нуклеиновой кислоты фагов в ДНК хозяина. Такие фаги называют умеренными.

Значение вирусов

Вирусы, проникающие в клетки живых организмов, становятся причинами различных опасных заболеваний. Это касается и сельскохозяйственных растений и животных, и обитающих в дикой природе.

К таким болезням относятся:

• у растений — мозаическая болезнь томатов, табака, огурцов; скручивание листьев, желтуха, карликовость и др;
• у животных — чума птиц и свиней, бешенство, ящур инфекционная анемия лошадей и др.

Результатом таких болезней являются снижение урожайности культур и гибель животных.

В число опасных заболеваний, вызванных вирусами, входит также СПИД — синдром приобретенного иммунодефицита. Это заболевание является эпидемическим, поражающим по большей части иммунную систему человека, основная функция которой — защита организма от различных болезнетворных агентов.

В результате поражения системы клеточного иммунитета развиваются прогрессирующие инфекционные заболевания и злокачественные новообразования. Микроорганизмы, которые раньше не вызывали никаких заболеваний, становятся опасными.

В 1983 году ученые выяснили, что вирус СПИДа (ВИЧ) относится к семейству ретровирусов. Он состоит из только ему свойственного фермента, а именно — оборотной транскрпптазы (РНК-зависимая ДНК-полимераза или ревертаза). Все представители ретровирусов имеют в своем составе этот фермент. Открытие этого вируса считается революционным в биологии.