Про природу і походження вірусів

Видео: Zombie Starfish - Nature's Weirdest Events: Series 4 Episode 3 Preview - BBC Two

На підставі встановлених фактів про фізичну структуру, хімічний склад, механізми репродукції вірусів з`явилася можливість освітити питання про природу і походження їх. Ясно, що в міру подальшого заглибленого вивчення вірусів розуміння, що нижче приводяться, неминуче деякою мірою будуть змінюватися й уточнюватися. Представлення про природу вірусів і їх походження перетерпіли значні зміни протягом останніх 20 років.

Після відкриття Д. И. Івановським (1892) світу вірусів вивчення вірусів рослин, тварин і бактерій йшло ізольованими шляхами. Однак у 30-і роки зазначені три групи вірусів стали визнавати подібними сутностями, відмінними від рослинного і тваринного світу. Узагальнивши накопичені на той час дані, F. M. Burnet (1947) визначив віруси як організми. У поняття «вірус» включають як його позаклітинну форм-вірусну частку, чи віріон, так і внутрішньоклітинну стадію його репродукції. Найважливішим елементом вірусу є його геном. Звичайно вірусний геном кодує білки, необхідні для його реплікації, а також білки, необхідні для формування віріону — структури, що забезпечує перенос вірусної генетичної інформації від однієї клітини до іншої, від одного організму до іншого. У складі віріону вірусний геном інертний, у клітині вірус існує у виді функціонуючого генома.

Репродукція вірусу - це по суті результат взаємодії двох генетичних систем — вірусної і клітинної. Тільки обидві системи разом забезпечують синтез макромолекул, необхідних для утворення повноцінного віріону. Отже, вірус функціонально залежить від клітини. У той же час здатність вірусу переходити від клітини до клітини забезпечує йому можливість самостійної еволюції, щодо незалежної від еволюції клітини. У цьому відношенні віруси еволюційно більш самостійні, чим будь-які генетичні елементи клітини (хромосоми, гени) і навіть окремі клітини багатоклітинного організму.

По варіабельності розмірів, форми і структури віріону світ відомих у даний час вірусів різко поступається світу тварин і рослин: існує усього кілька десятків морфологічних типів віріонів, в основі будови яких звичайно лежить один із двох видів структур: 1) ікосаедральний капсид (білковий чохол) з нуклеїновою чи кислотою нуклеопротеїдом- 2) нуклеокапсид із спіральною симетрією - нуклеїнова кислота (РНК), тісно зв`язана з білковими субодиницями, розташованими по спіралі. Лише деякі віруси (фаги й особливо віруси групи віспи) мають більш складну структуру віріону. У той же час світ вірусів відрізняється дивною «розкутістю» щодо стратегії генома в реплікації. Для клітинних організмів відомий один план стратегії в реалізації генетичної інформації: ДНК РНК білок. ДНК клітини є матрицею для синтезу мРНК, а остання транслюється рибосомою з утворенням поліпептиду. Віруси здатні реалізувати свою генетичну інформацію з різних стратегічних планів:

1) ±ДНК РНК білок (усі віруси, геном яких являє собою двоспіральну ДНК)-

2) +ДНК ± ДНК РНК білок (віруси з односпіральною +ДНК)-

3) +РНКДНК+РНК білок (ретровіруси- при реплікації цих вірусів спочатку синтезується ДНК- провірус, а потім уже з цієї ДНК зчитується РНК віріону)-

4) +РНК —РНК +РНК білок (віруси, що містять +РНК, наприклад пікорнавіруси, коронавіруси)-

5) —РНК +РНК білок (віруси, що містять —РНК, наприклад рабдо-, параміксовіруси)-

6) ±РНК +РНК білок (віруси з двоспіральною РНК). Тут +РНК- односпіральна, ідентична інформаційній- -РНК - РНК, комплементарна інформаційній- + і – ДНК - дві комплементарні нитки ДНК- ±ДНК чи РНК - двоспіральна молекула.

Таким чином, віруси як генетичні системи відрізняються великою розмаїтістю. Ця розмаїтість виявляється й у структурі їх генома. Геном вірусів може бути лінійним чи кільцевим, цілим чи фрагментованим. Існують віруси з розділеним геномом, у яких окремі частини генома локалізовані в різних віріонах.

Віруси мають основні атрибути життям - здатністю до відтворення (розмноженню), спадковістю, мінливістю і пристосуванням до умов зовнішнього середовища.

Однак на відміну від усіх рослинних і тварин форм, у яких геном представлений двоспіральною ДНК, а реалізація його опосередкована декількома формами РНК (рибосомною, транспортною, матричною), у вірусів геном різноманітний: ДНК чи РНК, одно - і двоспіральна, циркулярна, лінійна і фрагментарна. Разом з тим генетичний код є універсальним — загальним для бактерій, грибів, найпростіших тварин, рослин і вірусів.

Перша істотна особливість вірусів - їх здатність здійснювати автономну реплікацію в клітині-хазяїні. Облігатний паразитизм вірусів обумовлений відсутністю в них двох важливих систем: систем власного енергозабезпечення і білок синтезуючого апарата. Друга особливість - диз`юнктивний шлях їх репродукції: окремі компоненти синтезуються незалежно один від одного і потім поєднуються, формуючи зрілий віріон.

Віруси можна розглядати як агенти, що володіють облігатним внутрішньоклітинним паразитизмом, здатні до автономної реплікації свого генома і передаватися від клітини до клітини. Нові факти по молекулярній біології вірусів дозволили по-новому подивитися на їх природу і сутність процесів, які вони викликають. Представлення про те, що просто організовані віруси складаються з однієї молекули нуклеїнової кислоти, упакованої у футляр з білкових молекул, і те що вони у своєму складі містять один вид нуклеїнової кислоти і не мають власних ферментів, уже втратило визначальне значення. Виявилося, що Рнк-вмістними віруси у ході їх репродукції в клітині синтезують РНК, а деякі віруси (ретровіруси) синтезують ДНК. Тому наявність одного виду нуклеїнової кислоти не є кардинальною властивістю вірусів, що відрізняють їх від всіх інших організмів.

Також помилковим виявилося представлення про відсутність у вірусів власних ферментативних систем. Виявляється, усі віруси в ході репродукції в клітині синтезують власні високоспецифічні ферменти, що забезпечують їх реплікацію- у багатьох вірусів ці ферменти є в складі віріонів.

Єдина ознака, що не перетерпіла змін, це та, що віруси не мають власних білок синтезуючих систем, а використовують клітинні системи. Відсутність власних білок синтезуючих систем характеризує крайній ступінь паразитизму вірусів, що визначається навіть не як внутрішньоклітинний, а як паразитизм на генному рівні.

Прогрес вірусології зобов`язаний введенню нових методів і техніки і вірусологічні дослідження. Спочатку для виділення вірусів використовувалися природно сприйнятливі і лабораторні тварини і коло виділених вірусів було невеликим. Використання для цієї мети курячих ембріонів значно розширило це коло, а з введенням методу культур клітин виникли широкі можливості для виділення вірусів, невідомих раніше науці, і глибокого вивчення їх на молекулярно-біологічному рівні.

Таким чином, природа вірусів двоїста. З одного боку, віруси володіють такими специфічними особливостями, як наявність одного типу нуклеїнової кислоти, диз`юнктивний тип розмноження й інші, котрі не властиві ніяким живим істотам. Саме тому віруси виділені в особливе царство Vira. З іншого боку, вірусам властиві всі основні ознаки живого: спадковість і мінливість, єдність із середовищем, добір у популяції, мутаційний процес і т.д. Звідси і погляд на віруси як на повноцінні живі об`єкти.

Походження вірусів. Наші представлення про походження вірусів перетерпіли за останні роки значну елюцію. Основні гіпотези про походження вірусів зводяться до альтернативи: 1) віруси є нащадками первісних форм життя- 2) віруси мають ендогенне походження і є генами, що відокремилися, чи іншими клітинними структурами, які стали автономними і 3) від бактерій .

Відповідно до першої гіпотези (автори: радянські вірусологи А.Смородінцев, А.Кривицький, В.Жданов, 1953), віруси є нащадками первісних протобіонтів, що пристосувалися до паразитичного способу життя в первісних клітинних формах, які з’явилися пізніше. Згідно цієї гіпотези, віруси є нащадками древніх до клітинних форм життя - протобіонтів, які збереглися до наших днів як примітивні організми і навіть прогресують внаслідок переходу до паразитичного існування. Протобіонти дали початок, з одного боку, клітинам, а з другого - вірусам, котрі з часом поселилися в клітинах і пристосувалися до існування в них. Очевидно, РНК-вмістні віруси є найдревнішими, а ДНК-вмістні - утворилися пізніше. Майже всі віруси рослин містять РНК, а рослини, як відомо, з’явилися на Землі раніше ніж тварини. В подальшому віруси еволюціонували разом із своїми господарями або змінювали їх. Цим і пояснюється різноманітність відомих сьогодні вірусів, а також їх пристосованість до паразитування в організмах певних видів. На всіх етапах еволюції органічного світу був можливий обмін вірусами між різними таксономічними групами організмів, включаючи рослин і тварин. Тому існують групи близьких вірусів, які вражають філогенетично далеких господарів. Наприклад, арбовіруси здатні розмножуватися в організмі як хребетних, так і безхребетних тварин (членистоногих). Такі родини вірусів тварин, як рабдо- і реовіруси, містять в своєму складі представників, що вражають рослин.

Такий спосіб життя міг продовжуватися протягом тривалих періодів, і сучасні віруси являють собою нащадки багатьох первісних форм життя. Подальша еволюція їх відбувалася по двох шляхах відповідно двом напрямкам розвитку органічного світу (прокаріоти, еукаріоти). Поява одноклітинних, а пізніше багатоклітинних рослин супроводжувалося пристосуванням найдавніших, вірусів до внутрішньоклітинного паразитування в них, і віддаленими нащадками їх є віруси вищих рослин. Поява одноклітинних, а потім багатоклітинних тварин супроводжувалося еволюцією їх вірусів, нащадками яких є нині існуючі віруси тварин. Окреме розгалуження - віруси прокаріот (фаги).

На всіх етапах еволюції органічного світу був можливий обмін вірусами як між близькими, так і між далеко віддаленими таксономічними групами, включаючи обмін вірусами між рослинами і тваринами. Цим пояснюється існування груп подібних вірусів, що уражають філогенетично далеких хазяїнів, наприклад реовіруси тварин і віруси пухлин рослин. Однак це гіпотеза залишає багато питань. Вона не дозволяє пояснити причини розмаїтості генетичного матеріалу у вірусів.

Гіпотезу ендогенного походження вірусів розділяють більшість вірусологів у зв`язку з нагромадженням фактів про архітектуру і репродукцію вірусів. Вона була висловлена Лурія і Дарнелом (1967) і говорить про те, що віруси - компоненти клітини, які якимось чином відокремилися від компонентів клітини, зокрема генів або клітинних органел, що набули відносної автономності і стали внутрішньоклітинними паразитами. Ця гіпотеза допускає, що деякі ДНК-вмістимі віруси цілком могли виникнути з епісом у результаті придбання генетичної інформації, необхідної для побудови біологічного чохла. Свіфт і Уолтенхоум (1969) вважають, що деякі віруси могли виникнути з таких клітинних органел, як хлоропласти і мітохондрії, що, імовірно, самі пішли від бактерій. Дрібні віруси, можливо, пішли з компонентів клітин хребетних, у той час як герпес-, покс- і, імовірно, аденовіруси мають інше походження. Ця гіпотеза, котру назвали гіпотезою “блукаючих або оскаженілих генів”, має найбільше прихильників. Різні віруси могли утворитися від нуклеїнових кислот, епісом, хлоропластів, мітохондрій. Але вони виникали і еволюціонували разом з клітинними формами життя. Будучи, з одного боку, автономними генетичними структурами, а з другого - нездатними розмножуватися поза клітинами, віруси протягом біологічної еволюції пройшли настільки різноманітними шляхами свого розвитку, що існуючі в наш час різні групи вірусів поліфілогенетичного походження, тобто не мають єдиного спільного предка. Проте універсальність генетичного коду поширюється і на віруси. Це свідчить, що віруси є породженням органічного світу Землі.

Згідно третьої гіпотези, віруси є нащадками бактерій, які зазнали регресивної еволюції: бактерія фільтрівна форма бактерії фільтрівний вірус. Розмножуючись у клітинах господаря і дістаючи готове живильне середовище, бактерії спрощували свою організацію і втрачали як непотрібні окремі ферментні системи та здатність до самостійного обміну речовин. Звільнившись від оболонки, котра перешкоджала подальшій еволюції, утворений вірус міг вільно приєднувати компоненти клітини-господаря і використовувати її ферменти для синтезу потрібних речовин. Рикетсії та хламідії, будучи внутрішньоклітинними паразитами, становлять перехідну ланку між бактеріями і вірусами.

Розуміння природи вірусів як автономних генетичних структур зближує гіпотези їх походження і дає можливість зробити два важливі висновки. По-перше, вірусам належить суттєва роль факторів еволюції органічного світу. Долаючи видові бар’єри, віруси можуть переносити окремі гени або групи генів та інтегруватися з геномом клітини. По-друге, є всі підстави визнати не тільки продовження еволюції вже існуючих груп вірусів, але й допустити можливість виникнення в наш час або в усякому разі в недалекому історичному минулому нових груп вірусів. Це мимоволі спадає на думку при дослідженні таких вірусних інфекцій, як грип, гепатит В, СНІД, Ебола, губкоподібні енцефалопатії. Проблема природи, походження та еволюції вірусів, будучи фундаментальною проблемою теоретичної біології, є водночас прикладною проблемою, оскільки з різним її розумінням пов’язаний вибір стратегії і тактики боротьби з вірусними інфекціями тварин і людини.

Різні групи вірусів нерівномірно розподілені в органічному світі. Віруси воістину убіквітарні (повсюдні), і, імовірно, немає жодного біологічного виду, починаючи з мікоплазм і амеб і кінчаючи квітковими рослинами і приматами, які б не були заражені вірусами.<< ПредыдушаяСледующая >>
Внимание, только СЕГОДНЯ!