Вирусы, их строение
Термин «вирус», virus , происходит от латинского слова «яд». Вирусы — инфекционные агенты, не существующие самостоятельно. Они встраиваются в клетку и воспроизводят в ней свои гены, переключая ее на производство вирусных белков. Поэтому мы говорим, что вирусы — это неклеточная форма жизни, облигатные паразиты, которые функционируют только внутри организма, а в открытой среде рано или поздно погибают.
В 1892 году отец вирусологии Д. И. Ивановский опубликовал труд, посвященный вирусам. Но и сегодня открытия в этой области продолжаются. Вирусы чрезвычайно малы, их размеры колеблются в интервале от 20 до 300 нм. Они не выращиваются, как бактерии, на искусственных средах, что затрудняет исследования.
Вирусные инфекции делятся на три типа в зависимости от того, как долго вирус находится в клетке, и какие с ней при этом происходят изменения.
1. Литическая (от греч. лизис — разрушение) инфекция — пораженная клетка гибнет, вирусы покидают ее и «нападают» на другие клетки.
2. Персистентная (стойкая) инфекция — вирусы оставляют клетку постепенно, клетка живет, но ее функционирование изменено.
3. Латентная (скрытая) инфекция — гены вируса встраиваются в хромосомы хозяйской клетки и передаются дочерним клеткам. Вирусы никуда не мигрируют, могут не активизироваться годами. Однако латентная инфекция может перейти в персистентную или литическую при активизации, размножении и выходе вируса из клетки. В связи с этим вирусы переносят гены от одного организма к другому, копируя части генов разных организмов.
1. Вирусы — генетические элементы, одетые в белковую оболочку и переходящие из одной клетки в другую.
2. У вирусов два основных вида симметрии, спиральная и кубическая.
3. Вирион — отдельная вирусная частица с генетическим материалом в виде ДНК или РНК. Имеет симметричное строение.
4. Капсид — главная белковая оболочка, защищающая вирус от ультрафиолета и действия ферментов нуклеаз, которые разрушают нуклеиновые кислоты. Капсиды имеют многие цепи одного или нескольких типов белков. В состав капсида могут входить не только белки, но и гликопротеины — белки, связанные с углеводами.
5. У некоторых вирусов имеется внешняя оболочка — из липидов, заимствованных из плазмалеммы хозяина. Вирус гриппа имеет наружную оболочку кубического типа симметрии, но при этом спиральный вирион.
На чем основана современная классификация вирусов?
1. Вид и форма нуклеиновой кислоты (РНК — ДНК, линейная — кольцевая, одноцепочечная — двуцепочечная).
2. Тип симметрии — кубическая или спиральная.
3. Присутствие или отсутствие наружной оболочки.
Варианты вирусов по наличию ДНК или РНК
Вирусы с двухцепочечной ДНК.
Вирусы с одноцепочечной ДНК.
Вирусы с одноцепочечной РНК.
Вирусы с двухцепочечной РНК.
Вирусы с двумя идентичными одноцепочечными РНК.
ДНК могут быть кольцевой или линейной формы (двухцепочечные более разнообразные).
Такие вирусы могут иметь только кольцевую ДНК.
Некоторые онкогенные (опухолеродные) вирусы (капсид у них кубический).
Бактериофаг Т4, вирус оспы имеют двухцепочечную линейную молекулу ДНК. Кстати, вирус оспы самый крупный и содержит 240 генов! Обезьяний вирус SV 40 содержит двухцепочечную кольцевую ДНК.
Пример — фаг М13, паразитирующий в клетках E . coli .
Онкогенные ретровирусы имеют внешнюю оболочку.
Вирус ВИЧ имеет такое же строение.
Источник
Как вирусы заражают растение?
Как известно, вирусы неспособны существовать без чужой клетки. С этим связан их вечный паразитический образ жизни. Причём вирус за время своей жизни существует попеременно в двух формах — 1) внутри клетки в виде вирусного генома и вирусных белков и 2) в виде вириона, который переносится от организма к организму и от клетки к клетке и обеспечивает проникновение вирусного генома и белков в клетку.
Вирус должен, во-первых, уметь распространяться по организму-хозяину, во-вторых, иметь возможность передаваться от одного организма к другому.
Вирусы животных, в том числе человека, научились использовать для своего распространения все возможные «входы» и «выходы».
Вот, например, как происходит передача вирусов у животных. Основные пути распространения вирусов по организму позвоночных животных — это 1) с током крови (вирус кори, вирус свинки и др.) и 2) по нервной системе (вирус клещевого энцефалита, вирус полиомиелита и др.).
Помимо крови, вирус может распространяться внутри одного организма со всеми возможными физиологическими жидкостями. Например, со слюной и соплями (изо рта в кишечник или из носа в бронхи).
- воздушно-капельный (аэрозоль или мелкие капельки, содержащие вирус, попадают на слизистые оболочки);
- фекально-оральный (условно говоря, через грязные руки);
- половой (со спермой и вагинальными секретами);
- контактный (при прямом контакте кожи);
- напрямую через кровь (переливание крови и т. п.);
- передача от матери ребёнку (например, вирус краснухи, способный преодолевать плацентарный барьер);
- при помощи переносчиков (клещи — клещевой энцефалит, комары — жёлтая лихорадка, и т. п.).
Задача
Вирусами болеют не только животные. У растений тоже бывают вирусные инфекции, наносящие немалый вред, например, картофельным полям (резко снижается урожай), табачным плантациям, полям с кукурузой и т. п. Как известно, растение отличается от животного как образом жизни, так и строением клетки. Как вы думаете, каким образом вирусы растений могут передаваться внутри растения и от одного растения к другому? Предложите как можно больше механизмов такой передачи. (Для простоты будем считать, что речь идёт о цветковом растении, таков как картошка, табак, яблоня, кукуруза, финиковая пальма, хмель, виноград, одуванчик и т. п.)
Подсказка 1
Прежде всего, вспомните, чем цветковое растение отличается от позвоночного животного, а чем они похожи. Например, чем одуванчик или дуб отличается от крысы или лягушки. Подумайте, какие из этих отличительных и сходных свойств могут использоваться вирусом для проникновения в растение и распространения внутри растения, и, наоборот, что может представлять для вируса серьезную преграду.
Подсказка 2
Рассмотрите все виды передачи вирусов животных, о которых говорится в условии, и подумайте, какие аналоги этих видов передачи могли бы встречаться у растений.
Решение
- У высших растений, так же, как и у позвоночных животных, есть системы транспорта питательных веществ, чем-то похожие по своему строению на соответствующие системы у животных (например, транспорт осуществляется по некоторым функциональным аналогам сосудов позвоночных животных). Флоэма — сеть клеток, по которым синтезированные в листьях органические вещества перемещаются по всему растению. Ксилема — сосуды, по которым вода и минеральные вещества поступают от корней к другим органам и тканям растения.
- Цветковые растения, так же как и позвоночные животные, способны к половому размножению.
- Глобально растительный организм отличается от организма животного значительно меньшей подвижностью.
- Растительная клетка отличается от клетки организма животного прежде всего наличием клеточной стенки. То есть каждая клетка помимо липидной мембраны имеет вокруг себя оболочку из сложных углеводов (целлюлоза и т. п.), которая не пропускает внутрь клетки (и, соответственно, внутрь самого растения) излишне крупные молекулы и молекулярные агрегаты вроде вирусов. Напротив, внутри растения возможен транспорт довольно-таки крупных молекул и молекулярных структур, поскольку в клеточной стенке между клетками имеются специальные отверстия — плазмодесмы. Надо учитывать всё же, что плазмодесмы тоже имеют ограничения по своей пропускной способности.
- Растение способно размножаться вегетативно, то есть неполовым путем (например, клубника размножается через усы.
- Если пыльца заражена, то, скорее всего, будет заражено и семя, получившееся в результате опыления и оплодотворения. Это один из аналогов передачи вируса от матери ребёнку (в данном случае — от отца ребёнку).
- Точно также если заражены половые клетки матери в пестике, то после оплодотворения семя тоже будет заражено, и получившееся из семени растение, скорее всего, тоже.
- Из способности растений размножаться черенками, усами и т. п. следует, что, если вирус эффективно распространяется внутри родительского растения, ему ничего не стоит заразить дочернее растение, произведённое вегетативным путём из растения-родителя.
- по проводящей системе — по всему организму;
- через плазмодесмы — между отдельными клетками.
- через механические повреждения;
- при помощи переносчика, «вкалывающего» вирус во флоэму;
- потомству либо при вегетативном размножении, либо через пыльцу.
Послесловие
В решении мы рассмотрели возможные способы передачи вируса от животного растению. Теперь давайте обсудим более подробно механизмы, по которым вирусу целесообразно проникнуть внутрь растения и по растению распространяться.
Проникновение вируса внутрь
- Биться головой об стенку (под «головой» подразумевается нечто менее прочное, чем стенка).
- Активно пробивать стенку каким-нибудь аналогом тарана (таран — это что-то более прочное, чем стена).
- Найти дверь, если она имеется (дверь — это отверстие достаточного размера, чтобы его можно было использовать для попадания внутрь).
- Пролезть через щель или дыру, если стенка повреждена (опять же, щель или дыра должна иметь определённый минимальный размер).
- Если ты внутри, то стенку уже преодолевать не надо.
- Снизу, из почвы — через повреждённые корни вирус попадает в ксилему.
- Над землёй — через повреждённые ткани листа или цветка вирус попадает во флоэму.
Особенности распространения вируса внутри растения
Для распространения внутри растения вирусу необходимо попасть в проводящую систему растения, где он сможет перемещаться по организму вместе с током жидкости (флоэмного сока) или уметь перемещаться от клетки к клетки по плазмодесмам. Заметим, что попасть в проводящую систему можно по тем же плазмодесмам. Так что два вопроса свелись к одному. С плазмодесмами есть небольшая проблема: они могут оказаться слишком узкими для эффективного распространения большого количества вирусных частиц, и даже настолько узкими, что любая отдельно взятая собранная вирусная частица в них физически не пролезет. В связи с этим вирусы растений в процессе эволюции разработали два механизма перемещения по плазмодесмам. Чтобы догадаться, что это за механизмы, представьте себе грабителя и дом с открытой форточкой. Как грабителю залезть в дом, если в форточку он не пролезает? 1) Когда грабителю надо пролезть в форточку, он может запустить туда ребёнка или более мелкого грабителя. В данном случае переноситься через плазмодесму может не полностью собранная вирусная частица, а только вирусный геном, связанный с каким-нибудь специальным транспортным белком вируса. Такая конструкция значительно менее громоздка, чем собранная вирусная частица, и её гораздо проще протащить через форточку-плазмодесму. 2) Другой вариант действий грабителя — выломать форточку, то есть каким-то образом её расширить, — тоже используется вирусами. Вирусы способны тем или иным образом модифицировать плазмодесмы, через которые они хотят попасть в соседнюю клетку: они расширяют канал в клеточной стенке за счёт собственных белков. Это больше похоже на ситуацию, как если бы грабитель пытался ограбить резиновый дом с резиновой форточкой. Такую форточку можно было бы растянуть, что, собственно, и делает вирус.
Источник