Вирусы вокруг нас
Барышникова Ирина Владимировна,
учитель биологии, ГБОУ школа №129
Красногвардейского района города Санкт-Петербурга
учитель биологии, ГБОУ школа №129
Красногвардейского района города Санкт-Петербурга
Вирусы являются одной из самых распространённых форм существования органической материи на планете по численности: воды мирового океана содержат колоссальное количество бактериофагов (около 250 миллионов частиц на миллилитр воды), их общая численность в океане — около 4×1030, а численность вирусов (бактериофагов) в донных отложениях океана практически не зависит от глубины и всюду очень высока. Вирусы играют важную роль в регуляции численности популяций живых организмов в биосфере. Число видов вирусов приближается к полутора тысячам.
Их объединяют в отдельное Царство живой природы – Царство Vira - «Вирусы» (неклеточные формы жизни). Вирусология - наука, изучающая неклеточные формы организмов - вирусы.
Вирусы представляют собой минимальную форму жизни. Они обладают только самым необходимым набором составляющих, требующихся для паразитического существования и воспроизводства. Вирус (от лат. virus — яд) — простейшая форма жизни на нашей планете, микроскопическая частица, представляющая собой молекулы нуклеиновых кислот, заключённые в защитную белковую оболочку и способная инфицировать живые организмы.
Вирус в клетке хозяина - живой организм, находится во внутриклеточной форме, образует комплекс «вирус – клетка хозяина». Вирус вне клетки хозяина, в покоящейся внеклеточной форме - вирусная частица или вирион, не проявляет признаков живого организма. В отличие от обычных живых клеток вирусы не употребляют пищи и не вырабатывают энергии. Вирус начинает размножаться лишь после того, как он проникнет в клетку определенного типа, что свидетельствует о высокой специфичности этих организмов. Они являются облигатными паразитами. В настоящее время известны вирусы, размножающиеся в клетках растений, животных, грибов и бактерий (последних обычно называют бактериофагами). Обнаружен также вирус, поражающий другие вирусы. Вирусы тоже болеют вирусными заболеваниями.
Ныне существующие вирусы, по мнению ученых, являются продуктами эволюции, как древнейших их предков, так и недавно возникших автономных генетических структур.
Могут существовать в двух формах:
1.Внеклеточной;
2. Внутриклеточной;
Вне клеток вирионы (вирусные частицы) не обнаруживают признаков жизни. Попав в организм, они проникают в чувствительные к ним клетки и переходят из покоящейся формы в размножающуюся.
Первым обнаруженным вирусом человека стал вирус желтой лихорадки Viscerophilus tropicus (проявляющийся лихорадкой и желтухой), обнаруженный американским хирургом У. Ридом в 1901 году. Со временем удалось достичь значительных успехов в получении высокоочищенных проб вирусов. Размножение вирусов происходит особым, ни с чем несравнимым способом. Сначала вирионы проникают внутрь клетки, и освобождаются вирусные нуклеиновые кислоты. Затем заготавливаются детали будущих вирионов. Размножение заканчивается сборкой новых вирионов и выходом их в окружающую среду. В отличие от обычных живых клеток вирусы не употребляют пищи и не вырабатывают энергии. Невозможно выращивать вирусы на искусственных средах. Это свойство вирусов отражает степень паразитизма. Они не растут даже на самых сложных по составу питательных средах и развиваются только в живых организмах.
Вирусы являются постоянными спутниками человека от рождения вплоть до глубокой старости. Считается, что при средней продолжительности жизни 70 лет около 7 лет человек болеет вирусными заболеваниями. По оценкам экспертов ВОЗ до 80% инфекционной заболеваемости в мире связанно с вирусами. Подсчитано, что в среднем человек ежегодно сталкивается с 2 и более вирусными инфекциями, а всего за жизнь вирусы до 200 раз проникают в его организм.
Вирусы человека вызывают огромное количество опасных заболеваний, среди которых СПИД, птичий грипп, натуральная (так называемая «черная») оспа, атипичная пневмония (тяжелый острый респираторный синдром) и такие «рядовые» заболевания, как грипп, простуда, краснуха. Некоторые вирусы гриппа, например, пройдя через живые клетки, меняют свои антигенные свойства, примерно, один раз в 8—10 лет, и никто пока не знает, как это происходит. Вот почему с этими коварными возбудителями болезней трудно бороться. Однако многие вирусы вне живых клеток быстро погибают, особенно под воздействием солнечных лучей. Вирус полиомиелита, например, может жить только в нервных клетках человека или таких высокоорганизованных животных, как обезьяны. Известно также несколько вирусов животных, способных инфицировать человека.
Заражение вирусами иногда сравнивают с взятием пиратами на абордаж торгового корабля. Вирус - «пират» берёт на абордаж чужое судно (клетку), меняет его «курс». По его «команде» клетка начинает производить новые вирусы. Пираты часто убивают захваченных ими матросов и топят судно. Точно так же «порабощённая» вирусом клетка в конце концов обычно погибает, породив перед этим новые легионы «оккупантов».
Рецепторный механизм проникновения вируса в клетку обеспечивает специфичность инфекционного процесса. Так, вирус гепатита А. или В. проникает и размножается только в клетках печени, аденовирусы и вирус гриппа - в клетках эпителия слизистой оболочки верхних дыхательных путей, вирус, вызывающий воспаление головного мозга, - в нервных клетках, вирус эпидемического паротита (свинка) – в клетках околоушных слюнных желез.
Условно процесс вирусного инфицирования в масштабах одной клетки можно разбить на несколько взаимо перекрывающихся этапов:
1. Присоединение вируса к клеточной мембране клетки – хозяина. Причем каждый вирион способен прикрепляться лишь к определенным клеткам, имеющие специальные рецепторы. На одной клетке могут адсорбироваться десятки и даже сотни вирионов.
2. Проникновение вируса в клетку, которое осуществляет она сама. Этот процесс называется виропексисом. Клетка как бы «втягивает» прикрепившихся вирионов внутрь.
3. Перепрограммирование клетки: производство вирусной нуклеиновой кислоты и вирусных белков. Например, более просто устроенные бактерии не способны сами захватывать вирионы из окружающей среды. Этим и можно объяснить у поражающих их вирусов сложного и совершенного аппарата, подобно шприцу, впрыскивающего нуклеиновые кислоты.
4. Самосборка вирусной частицы: «заготавливаются» детали будущих вирионов.
5. Созревание вирионов и выход их из клетки.
Почему с вирусами – возбудителями заболеваний трудно вести борьбу и полностью их уничтожить?
1. Маленькие размеры.
2. Быстро приспосабливаются.
3. Встраиваются в чужие клетки и полностью их подчиняют, (клетки начинают синтезировать генетический материал вируса).
4. Изменчивы, быстро меняются, способны мутировать.
Основные группы вирусов человека и виды вирусной инфекции.
В настоящее время известно более 450 вирусов, патогенных для человека. В организме человека они живут в огромном количестве. Еще не родившемуся плоду человека грозят два вируса: краснухи и цитомегалии ("поцелуйная болезнь"; цитомегалия - вирусное заболевание, с появлением в тканях и органах своеобразных гигантских клеток.), которые передаются внутриутробно и очень опасны. Новорожденные грудные младенцы еще более уязвимы: им угрожают вирусы герпеса 1 и 2 типа и вирус гепатита. Также подстерегают их новые опасности: грипп, различные ОРЗ, полиомиелит, острые гастроэнтериты. Подсчитано, что в среднем человек ежегодно сталкивается с 2 и более вирусными инфекциями, а всего за жизнь вирусы до 200 раз проникают в его организм. Действиям вируса подвержен ослабленный организм.
Непреодолимой преградой для многих болезнетворных вирусов является слизистая оболочка носовой полости и дыхательных путей. В желудке паразиты буквально тонут и захлебываются в кислом желудочном соке. Мощный слой поверхностных эпителиальных клеток кожи также имеет кислотную среду и эффективно расправляется с паразитами. В тех случаях, когда вирусам все-таки удается проникнуть в организм, вступает в действие иммунная система человека, уничтожающая болезнетворные существа
Диапазон патологических процессов, вызываемых вирусами, очень широк. Здесь и так называемые генерализованные инфекции (при которой возбудители распространились преимущественно лимфогематогенным путем по всему макроорганизму, например, грипп, корь, бешенство, свинка, оспа и другие), и местные поражения кожи и слизистых оболочек (герпес, бородавки), и болезни отдельных органов и тканей (миокардиты, гепатиты, лейкозы), и, наконец, злокачественные образования (рак, саркома у животных). Какова вероятность встречи с вирусами? С возбудителями гриппа, кори, свинки, герпеса, цитомегалии, гастроэнтерита и различных ОРЗ контакты практически неизбежны (90%), с вирусами вызывающими гепатит, краснуху, бешенство, везикулярный стоматит, полиомиелит, миокардиты, встреч можно избежать. Так или иначе, но человек на протяжении всей жизни подвергается опасности заразиться и заболеть вирусной инфекцией, хотя существует определенная возрастная чувствительность к вирусам.
Основные группы вирусов включают:
- 170 респираторных вирусов;
- 90 кишечных вирусов;
- около100 арбовирусов;
- возбудители гепатитов А, В, С, В, Д, Е, F, G;
- ВИЧ-1; ВИЧ-2;
- более 100 вирусов папилломы человека;
- 8 герпесвирусов человека;
- парвовирусы, хантавирусы, аденовирусы и другие.
Механизмы заражения.
В зависимости от длительности пребывания вируса в клетке и характера изменения ее функционирования различают три типа вирусной инфекции:
1. Литическая (растворение, разрушение) – если образующиеся вирусы одновременно покидают клетку, - она разрывается и гибнет. Вышедшие из нее вирусы поражают новые клетки.
2. Персистентная (стойкая) – новые вирусы покидают клетку хозяина постепенно. Клетка продолжает жить и делиться, производя новые вирусы, хотя функционирование ее может измениться.
3. Латентная (скрытая) – генетический материал вируса встраивается в хромосомы клетки и при ее делении воспроизводиться и передается дочерним клеткам. При определенных условиях в некоторых из зараженных клеток латентный вирус активируется, размножается и его потомки покидают клетки. Инфекция развивается по литическому или персистентному типу.
Основные пути заражения:
-воздушно-капельный, аэрогенный, воздушно-пылевой;
-фекально-оральный, алиментарный (обусловленная передачей возбудителя через корм и воду обусловленная передачей возбудителя через корм и воду), водный;
-биологический (трансмиссивный);
-гематогенный: при переливании крови и ее компонентов;
-трансплантационный;
-при внутривенном введении наркотиков;
-при фитотерапии;
-половой (при вагинальных, анальных, оральных контактах, при искусственном осеменении женщин через инфицированную сперму).
Известно также несколько вирусов животных, способных инфицировать человека. Некоторые вирусы могут приобрести такую способность при определенных обстоятельствах, - например, ставший широко известным в последнее время вирус птичьего гриппа H5N1.
Вирусы, благодаря мутированию и способности быстро размножаться внутри клеток, становятся устойчивыми к действию лекарств, и это обстоятельство затрудняет лечение таких вирусных заболеваний, как грипп, гепатит, ангина и другие различные простудные заболевания. На замаскированные вирусы не действуют лекарства, под влиянием которых они изменились. Такая маскировка может длиться годами, и при благоприятных условиях вирусы опять приобретают первоначальную форму.
Вирусы вызывают поражения различных органов и систем:
1. ИМУННОДЕПРЕССИВНОЕ влияние вирусных инфекций приводит к развитию тяжелых осложнений. Регистрируют развитие иммунодефицита, подавление специфического и неспецифического клеточного и гуморального иммунитета.
3. ИММУНОПАТОЛОГИЧЕСКИЕ реакции сопровождаются длительным пребыванием вируса в организме. Возникают условия для формирования аутоиммунного воспаления.
4. АЛЛЕРГИЧЕСКИЕ реакции при вирусных инфекциях основаны на возникновении особого типа иммунного ответа в виде синтеза аллергических антител. Примером такой реакции является зуд, жжение, покраснение, отек на месте развития рецидивирующих герпетических высыпаний.
Некоторые вирусы, такие как вирусы оспы и краснухи, способны вызывать заболевание только один раз, а переболевший этими болезнями или привитый от них человек больше никогда не заболевает. Следует заметить, что не во всех случаях вирусного заражения в организме хозяина вырабатываются специфические антитела.
Многие вирусы изменяют белки своей оболочки, что делает невозможным их узнавание клетками иммунной системы и приводит к развитию заболевания при повторных попаданиях вируса в организм. Например, оболочка вируса гриппа содержит два характерных белка. За счет этих белков происходит связывание вируса с клеткой-мишенью и по этим же белкам его узнают антитела. Изменения данных белков делают вирусы неузнаваемыми для антител, и вирусы беспрепятственно инфицируют клетки-мишени, в результате чего развивается заболевание. Постоянная изменчивость вируса гриппа неоднократно приводила к пандемиям (эпидемиям мирового масштаба) гриппа: «испанке» начала XX века, пандемиям 1957 и 1968 годов.
Штаммы, вызывающие пандемии, называют по типам ключевых белков вирусной оболочки: H0N1, H2N2, H3N2 и представляющий в настоящее время опасность для человека штамм птичьего гриппа H5N1.
Изменчивость вирусов является основным препятствием на пути к созданию эффективных противовирусных вакцин и лекарств. На внутриклеточном уровне бороться с вирусом помогают особые белки - интерфероны, которые активируют системы иммунитета и подавляют синтез вирусных белков, таким образом, препятствуя размножению вируса. На способности организма вырабатывать специфические антитела в ответ на проникновение в него возбудителя основан метод защиты населения от массовых инфекций - вакцинация, искусственно стимулирующая выработку антител против конкретного возбудителя. Так, путем массовой вакцинации, во всем мире было практически ликвидировано заболевание натуральной «черной» оспой. Победа над черной оспой была достигнута благодаря повсеместному применению прививок против нее во всех странах мира. Всеобщая вакцинация населения против черной оспы началась в 1967 году под эгидой Международной организации здравоохранения.
Разновидности патологических вирусов:
- энцефалиты: арбовирусы, вирусы бешенства, ВПГ-1, ВПГ2, ЦМВ, ВВ-ГЗ, ВЭБ, вирусы краснухи, кори, аденовирусы, ВИЧ, энтеровирусы;
- менингиты: арбовирусы (клещевой энцефалит, японский энцефалит), энтеровирусы (коксаки А, В, ЭСНО), вирусы гриппа, паротита, кори, ВПГ, ЦМВ, ВВ-ГЗ, ВЭБ;
-полиомиелит: полиовирусы 1, 2 и 3 типов; энтеровирусов коксаки А, В.
-рассеянный склероз: вирус кори, ВЭБ, вирус герпеса человека 6 типа;
-эпилепсия Кожевникова: вирус клещевого энцефалита;
-гепатиты: вирусы гепатитов А, В, С, D, E, F, G, ЦМВ, ВПГ, ВЭБ, вирус желтой лихорадки, Эбола, Марбург, Ласса, возможно, вирусы ТТВ-ДНК, SEN;
-заболевания ЖКТ: ротавирусы, калицивирусы, астровирусы, агент Норфолка, параротавирурусы, торовирусы, энтеральные коронавирусы, кишечные аденовирусы, реовирусы, энтеровирусы.
-поражения сердца: энтеровирусы коксаки В, ЦМВ, вирус гриппа;
-заболевания почек и мочевыводящих путей: вирус ГЛПС, ЦМВ, ВПГ, аденовирус, вирусы Марбург, Эбола, Ласса;
-поражения зрительного анализатора (кератиты, коньюнктивиты, увеиты, иридоциклиты, ретинит): ВПГ-1,ЦМВ, ВВ-ГЗ, энтеровирусы, аденовирусы, ВБН;
-заболевания слизистой полости рта (стоматиты, гингивостоматиты, глосситы, герпангина): ВПГ, ВВ-ГЗ, Коксаки, ЕСНО, ВВС, ВЭБ, ЦМВ, ВПЧ, вирусы ящура, краснухи, кори, паротита;
-заболевания органов дыхательной системы (риниты, бронхиты, трахеиты, ларингиты, пневмонии, грипп, бронхиты): вирусы гриппа, парагриппа РС-вирус, риновирусы, аденовирусы, коронавирусы, реовирусы, ЦМВ, энторовирусы;
-диабет: энтеровирусы коксаки В, вирусы паротита, краснухи;
-сыпные инфекции (экзантемы): энтеровирусы, реовирусы, вирус краснухи, ВВ-ГЗ, ВЭБ, лихорадки Денге, ВГВ, вирус натуральной оспы, вакцины, оспы коров;
-анемии: парвовирус В-19;
-артриты: парвовирус RA-1, ЦМВ, вирусы паротита, кори, краснухи, гриппа, ВВ-ГЗ, аденовирусы;
-стерильность мужчин: вирус паротита;
Лечение вирусных инфекций.
Существует три основных способа борьбы с вирусными заболеваниями: Каждый из них действует по своему: вакцины включают систему иммунитета, интерферон подавляет размножение вирусов, проникших внутрь клеток, а химиопрепараты вступают с вирусами в единоборство и приостанавливают начавшееся заболевание.
Каждый из них действует по своему: вакцины включают систему иммунитета, интерферон подавляет размножение вирусов, проникших внутрь клеток, а химиопрепараты вступают с вирусами в единоборство и приостанавливают начавшееся заболевание.
И так, вакцинация. Суть ее сводится к простой формуле: «Бей врага его же оружием». Вирус здесь вступает против вируса. После открытия вирусов вакцины из убитых или ослабленных вирусов стали производиться в промышленном масштабе. При введении в организм такие вирусы не вызывают заболевания, но создают активный иммунитет к данному вирусу.
Химиотерапия – ее конечной целью является не предупреждение, а лечение. Основная трудность заключается в том, что вирусы размножаются внутри клеток, используя их системы, в силу чего любое воздействие на синтез вирусов приводит к нарушению обмена веществ клеток. В связи с этим большинство препаратов, подавляющих размножение вирусов, параллельно угнетают жизнедеятельность клетки хозяина. Поэтому широко известные антибиотики и антиметаболиты, обладающие выраженной способностью подавлять развитие вирусов в пробирке, малоэффективны в условиях организма.
Третий способ – интерферон. В отличие от вакцинации и от химиопрепаратов, он обладает универсально широким спектром действия и активен практически против всех вирусов. Интерферон действует по принципу стоп сигнала и подавляет размножение вирусов, уже проникших внутрь клеток. Ряд факторов показывает, что если интерферон вырабатывается организмом плохо, вирусные заболевания протекают тяжелее. Клинические испытания показали, что он активен при ОРЗ, особенно вызываемых риновирусами, то есть как раз в тех случаях, когда вакцинация мало перспективна.
Практически всегда вирусные инфекции сопровождаются общим дисбиозом (кишечника, урогенитальной системы и др.), что еще раз подтверждает развитие иммуннодепрессивных состояний, симбиоза патогенной микрофлоры, и конкуренции патогенных и условнопатогенных микроорганизмов.
Генная инженерия и вирусы
Генетическая инженерия — совокупность приёмов, методов и технологий получения рекомбинантных РНК и ДНК, выделения генов из организма, осуществления манипуляций с генами и введения их в другие организмы. Генно-инженерная технология использует всё разнообразие сложных и тонких методов современной генетики, позволяющих работать с ничтожными количествами генетического материала.
После того как в начале 70-х гг. 20 века был разработан метод получения рекомбинантных ДНК, чужеродные гены стали вводить в клетки бактерий, растений и животных. Такие организмы получили название трансгенных.
Основные этапы и операции генной инженерии включают: выделение из клеток ДНК, содержащей нужный ген; разрезание ДНК на мелкие фрагменты с помощью специальных ферментов; соединение фрагментов ДНК с т. н. векторами, обеспечивающими проникновение в клетку; клонирование (размножение) нужного гена; создание рекомбинантной (гибридной) ДНК из участков ДНК (генов) разного происхождения; введение (микроинъекция) генетического материала в культивируемые клетки организма-хозяина или в его яйцеклетку.
В настоящее время вирусы широко используют в генетической инженерии: с их помощью определенный ген, выделенный из другого организма или синтезированный искусственно, можно переносить в клетки бактерий. Так обеспечивается синтез веществ, необходимых человеку (например, гормона инсулина для лечения сахарного диабета, защитных белков-интерферонов).
Эти полезные вирусы…
Одна из первых попыток использования вирусов в определённых целях была предпринята в Австралии в середине XX века, когда там с помощью специально завезённой болезни (кроличьего миксоматоза) попытались истребить чрезмерно расплодившихся кроликов. Вирус быстро уничтожил 988 кроликов из каждой тысячи, но выжившие длинноухие быстро восполнили сократившееся поголовье. Вторая эпизоотия привела к гибели только половины поголовья кроликов, а третья им почти не повредила. И сам вирус стал менее смертоносным, «сжился» с кроликами.
Их можно применять при борьбе с насекомыми – вредителями. Химия, конечно, дешевле, но она опасна для человека. Тем временем существуют вирусы, которые убивают только один конкретный вид насекомых. Это касается и животных.
Любопытное применение вирусам, поражающим тюльпаны, нашли некоторые цветоводы. Цветки, поражённых этим вирусом тюльпанов, имеют полоски другой окраски, и их даже порой выдают за особые сорта.
Некоторые учёные высказывают мнение, что вирусы — столь же необходимая и полезная часть природы, как и растения, животные, грибы, бактерии. Ведь гораздо чаще вирус не убивает клетку, а «встраивается» в неё, «сживается» с ней. Возможно, вирусы оказывают на клетки и определённое положительное воздействие, помогают им приспосабливаться к изменениям окружающей среды.
В будущем вирусы, вероятно, найдут широкое применение в биологии и медицине, непосредственно, в генетической инженерии.
Искусственные вирусы смогут, например, уничтожать больные клетки, не поражая при этом здоровые, или излечивать их, «впрыскивая» необходимый ген. Будут обеспечивать синтез веществ, необходимых человеку (например, гормона инсулина для лечения сахарного диабета, защитных белков-интерферонов). После открытия вирусов вакцины из убитых или ослабленных вирусов стали производиться в промышленном масштабе. При введении в организм такие вирусы не вызывают заболевания, но создают активный иммунитет к данному вирусу.
Появляется огромное множество новых фагов - вирусов, способных растворить бактериальную клетку. Бактериофаги вошли в арсенал средств борьбы с заразными болезнями. Их применяют при лечении дизентерии, брюшного тифа, холеры. В настоящее время найдены бактериофаги против многих видов бактерий, и примечательно то, что они обладают способностью растворять только те бактерии, в которых они образовались и размножаются.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ (ИСТОЧНИКИ).
1. Википедия: [электронный ресурс]/ вирусы-URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%B8%D1%80%D1%83%D1%81%D1%8B (дата обращения: 19.12.2014)
2. Научно-Образовательный портал «Вся биология»: [электронный ресурс]/ Биологический словарь-URL: http://sbio.info/page.php?id=10811 (дата обращения: 19.12.2014)
3. ДомМедика.com: [электронный ресурс]/ современная медицина -URL: http://dommedika.com/virusologia/171.html (дата обращения: 10.01.2014)
4. Кольман Ян, Рем Клаус-Генрих «Наглядная БИОХИМИЯ». Вирусы: [электронный ресурс]/URL: http://www.chem.msu.su/rus/teaching/kolman/390.htm (дата обращения: 19.01.2014)
5. Микробиология: [электронный ресурс]/URL: http://microbiology.ucoz.org/index/virusy/0-15 (дата обращения: 21.01.2014)
6. "BiologyLib.ru: Библиотека по биологии": [электронный ресурс]/URL: http://biologylib.ru/books/item/f00/s00/z0000000/st050.shtml (дата обращения: 21.01.2014)
7. Студент Медик: [электронный ресурс]/URL: http://studentmedic.ru/referats.php?view=204 (дата обращения: 25.01.2014)
8. Интернет журнал «Коммерческая биология»: [электронный ресурс]/Вирусы человека или "Почему мы продолжаем болеть вирусными инфекциями?"-URL: http://cbio.ru/page/51/id/3774/ (дата обращения: 28.01.2014)
9. Аксиома: [электронный ресурс]/ популяции вирусов-URL: http://aksioma.eu/populyacii-virusov-2/ (дата обращения: 28.01.2014)
10. Здоровье.майл.ру [электронный ресурс]/ Герпес (кожи и слизистых оболочек)-URL: http://health.mail.ru/disease/gerpes_koji_i_slizistyh_obolochek/ (дата обращения: 29.01.2014)
