Вирусы бывают разными, простыми и сложными, мелкими и крупными, стойкими и не очень, но обобщенно можно сказать, что любой вирус представляет собой наследственную информацию – молекулу ДНК или РНК, упакованную в защитную белковую оболочку, называемую капсидом.
Обратите внимание на то, что вирусы содержат нуклеиновую кислоту одного типа – или ДНК, или РНК. Этим вирусы отличаются от клеточных организмов, которые содержат нуклеиновые кислоты обоих типов и у которых носителем наследственной информации является только ДНК.
Вирусы, не имеют клеточного строения и этим отличаются от всех других организмов.
У вирусов нет органоидов.
У вирусов нет собственного обмена веществ и энергии. Вирусы не способны самостоятельно мобилизовать энергию и синтезировать белки, у них отсутствуют соответствующие системы.
? У вирусов нет запасов питательных веществ.
? У вирусов нет структур, обеспечивающих их размножение.
? Вирусы не способны к росту и бинарному (двоичному) делению.
Вирус – это «матрица в шкатулке», молекула нуклеиновой кислоты в капсиде. И ничего больше (за исключением структур, обеспечивающих внедрение вирусной нуклеиновой кислоты в клетку).
Вирус – не клетка, запомните это раз и навсегда. Но вирус можно называть «микроорганизмом» или «микробом». Разумеется, при условии, что вы считаете вирусы живыми существами.
Вирусы
Вирусы являются абсолютными внутриклеточными паразитами. Ключевое слово «абсолютными». Вне клетки вирус не способен размножаться. Можно сказать, что вирус живет только тогда, когда находится в клетке. Вирус вне клетки – это просто молекула нуклеиновой кислоты в белковой оболочке. Те, кто склонен считать вирусы живыми существами, делают акцент на их внутриклеточном паразитизме, а те, кто считает вирусы комплексами органических молекул, выдвигают на передний план их внеклеточное существование. Или, может, лучше сказать – внеклеточное нахождение?
Знакомо ли вам слово «вирион»? И, если знакомо, то знаете ли вы, что оно означает? В наше время научные термины в моде, в тренде. Зачем говорить «повышение цены снижает объем продаж товара», если можно сказать звучно: «повышение цены отрицательно коррелирует с объемом продаж товара»? Отр-р-рицательно кор-р-релирует! Кр-р-р-р-расота!
В средствах массовой информации и частных беседах можно встретить словосочетания вроде «вирион холеры», «вирусы и вирионы гепатита С» или «вириональная устойчивость».
Запоминайте, если не знаете.
Холерными виБрионами называются бактерии, вызывающие холеру. Вибрион – это бактерия, имеющая вид слегка изогнутой палочки.
А вирионом называется полноценная вирусная частица, состоящая из нуклеиновой кислоты и капсида, и находящаяся вне живой клетки.
Почему полноценная? Потому что с капсидом. Внутри капсида нуклеиновая кислота вируса неактивна, то есть – не служит матрицей для синтеза своих копий. В зависимости от вида вируса, капсид может остаться снаружи, а может разрушиться уже внутри клетки. Но в любом случае внутри клетки он уже не нужен. Клетка защищает вирус лучше, чем любой капсид.
Нужно оговорить вот что.
Вне клетки вирусы существуют в виде вирона – нуклеиновой кислоты, упакованной в капсид (а то и в двойной капсид, но об этом будет сказано позже). В клетке вирус существует в виде свободной нуклеиновой кислоты, которая служит матрицей для синтеза новых вирусов. Новые вирусы образуются «в полном комплекте», в виде вириона – с наличием капсида и всех прочих наворотов, присущих данному виду вирусов. Новые вирионы покидают клетку и отправляются на поиски других клеток-жертв.
Таков цикл размножения вирусов. Но ради простоты мы не будем постоянно уточнять «в виде вириона», «в виде нуклеиновой кислоты», а будем просто говорить о вирусах. Вы же можете самостоятельно понимать, о чем в данном случае идет речь – о вирионе или же о свободной от оков капсида нуклеиновой кислоте.
Вирусы поражают все типы организмов – растения, животных, простейших, грибы, бактерии и археи. Грубо говоря, если существует клетка, то найдется и вирус, способный в ней паразитировать. На сегодняшний день известно несколько тысяч вирусов, но этот перечень далеко не полон, к нему постоянно добавляются новые виды. Есть мнение, что вирусы представляют собой самую многочисленную биологическую форму на нашей планете и счет их видам идет на сотни тысяч, если не на миллионы.
В биологии паразитом называется организм, использующий другой организм (который называется хозяином) в качестве источника питания и среды обитания. Паразит всегда наносит вред своему хозяину, поскольку в лучшем случае крадет у него часть питательных ресурсов. А в худшем случае паразит может отравлять организм хозяина продуктами своей жизнедеятельности или разрушать клетки, в которых он паразитирует, как это делают вирусы.
Вся вредоносность вирусов заключается в том, что паразитируя в клетке, они используют клеточные ресурсы для самокопирования, а такая эксплуатация обычно приводит к гибели клетки. Если же пораженная вирусом клетка не гибнет, что случается относительно редко, то нормально функционировать она не может. Куда ни кинь, а все клин – в результате поражения клеток вирусами развиваются различные заболевания.
Кстати говоря, разбираетесь ли вы в тонкостях взаимоотношений между организмами?
Форма взаимно полезного сожительства, когда наличие партнера становится обязательным условием существования каждой из сторон, называется мутуализмом. Так, например, в пищеварительном тракте коров и других жвачных животных обитают микроорганизмы, способные переваривать целлюлозу. Пищеварительная система хозяев на такие подвиги не способна, целлюлозу разрушают микробы-квартиранты. Жвачные животные не могут жить без этих микробов, потому что тогда они не смогут полноценно питаться, а микробы не могут жить вне организма своих хозяев. Коровы и разрушающие целлюлозу микробы навеки связаны одной цепью и от этой связи обоим видам нет ничего, кроме пользы.
Взаимная польза – это мутуализм. Ты – мне, я – тебе.
Односторонняя польза без причинения вреда другой стороне – это комменсализм. Примером комменсализма могут служить рыбы-прилипалы, которые прикрепляются к крупным морским животным и совершают вместе с ними длительные миграции, не нанося никакого вреда своим хозяевам.
Ты мне приносишь пользу, а я тебе не делаю плохого – это комменсализм.
Если же один вид в течение определенного времени использует другой вид в качестве источника питания и среды обитания, то такие отношения называются паразитизмом.
Я тебя использую и причиняю тебе ущерб – это паразитизм.
Межвидовые отношения, вредные представителю одного вида, но безразличные представителю другого вида, называются аменсализмом. Аменсализм можно назвать «бескорыстным паразитизмом». Да, представьте, в природе встречается и такое. Примером аменсализма могут служить отношения деревьев с травами и мхами, растущими под сенью их крон. Кроны деревьев заслоняют находящиеся под ними растения от солнечного света. Вред налицо, но никакой пользы от нанесения этого вреда деревья не получают – им безразлично, что растет внизу и вообще растет ли там хоть что-нибудь.
В целом же взаимоотношения между организмами разных видов, при которых хотя бы один из них получает для себя пользу, называются симбиозом, что в переводе с греческого означает «совместная жизнь».
Вирусы можно называть не просто «паразитами», а «суперпаразитами».
Проникнув в клетку, вирус полностью подчиняет жизнедеятельность клетки своим интересам и осуществляет собственное воспроизводство с помощью синтезирующей системы клетки и ее запасов энергии. «Простые» паразиты, такие, например, как гельминты, хотя бы размножаются самостоятельно, не привлекая к этому процессу своих хозяев.
Размеры вирусов очень малы, их выражают в нанометрах (один нанометр это 10
метра). «Мелкий» вирус полимиелита имеет размер около двадцати нанометров, а «гигантский» вирус желтухи свеклы вымахал до полутора тысяч нанометров. Благодаря столь малым размерам, в одной клетке могут одновременно жить несколько десятков вирусов одного и того же вида, места всем хватит, ведь размеры большинства клеток варьируют от 0,5 до 100 микрометров, а микрометр, если кто забыл, в тысячу раз больше нанометра.
Даже совершенно далекие от медицины люди знают о том, что вирусные заболевания с трудом поддаются лечению, а многие из них на сегодняшний день считаются неизлечимыми. Казалось бы, парадокс налицо. По логике избавить организм от столь просто устроенных вредителей должно быть очень легко. Но у природы своя логика. Вирусы очень малы и имеют простейшее строение, поэтому очень трудно вызвать их гибель. Вне клетки вирус находится в неактивном состоянии, в нем не происходит никаких биологических процессов. А что представляют собой те же антибиотики? Вещества, нарушающие нормальное течение жизненно важных процессов у бактерий или других одноклеточных микроорганизмов. Нарушение важного процесса приводит к гибели организма. А что можно нарушить у вируса? И разрушить его очень сложно – мелок вирус, да крепок. Вдобавок борьбу с вирусами сильно осложняет то обстоятельство, что они обитают внутри клеток, которые служат им защитой. Некоторые вирусы настолько коварны, что не оставляют снаружи никаких следов своего проникновения в клетку – ни капсида, ни остатков его (отдельных белковых молекул) и подавляют сигналы опасности, которые клетка может отправлять своим соседкам. В таком случае иммунная система не будет уничтожать пораженную вирусом клетку, поскольку клетка будет считаться нормальной.
Первоначальное знакомство с вирусами состоялось. Прежде, чем вы примете решение относительно того, считать их живыми организмами или нет, автор считает нужным высказать свою собственную точку зрения.
Автор целиком и полностью разделяет мнение тех биологов, которые считают вирусы особой формой жизни, а не комплексом органических молекул, взаимодействующих с живыми организмами. «Комплекс органических молекул» – понятие расплывчатое. Бульон – это тоже комплекс органических молекул и когда вы едите бульон, он взаимодействует с вашим организмом. Разве не так?
Как ни крути, с какой стороны не гляди, а главной особенностью всего живого является способность к размножению, пусть даже и внутри клеток-хозяев. Если нечто обладает способностью к размножению, то оно заслуживает почетного звания живого организма.
Глава вторая
Крестные отцы и их приспешники, или О типах вирусных инфекций
«Опасность не всегда бывает реальна, но реальность всегда опасна.»
Лао-цзы
Дайте, пожалуйста, свое определение вирусной инфекции, желательно краткое. Вирусная инфекция, это…
…Пауза для размышления…
Если в вашем определении были слова «болезнь» или «заболевание», то оно неверное. Инфекцией называется заражение организма-хозяина инфекционным агентом, в нашем случае – вирусом. Только заражение! Заражение может привести к развитию болезни, а может и не привести. О бессимптомном носительстве все слышали?
Взаимодействие вируса с клеткой может протекать по-разному и вызывать различные клинические проявления. Видный советский микробиолог и эпидемиолог Владимир Тимаков считал, что «состояние вирусного носительства является, пожалуй, наиболее распространенной и общей формой взаимодействия вируса с клеткой, а острое вирусное заболевание – лишь проявлением нарушения этого характерного равновесия».
А теперь давайте займемся биологическим крючкотворством. Не одним же юристам можно к словам придираться да уточнений по любому поводу требовать. Биологи тоже не лыком шиты, отнюдь.
Как по-вашему, «латентная инфекция» и «бессимптомная инфекция» – это синонимы?
Тот, кто ответил «да», – прав.
Тот, кто ответил «нет», – абсолютно прав.
Дело в том, что бессимптомная инфекция или бессимптомное носительство может наблюдаться как при непродолжительном, так и длительном пребывании вируса в организме. «Латентной» называется бессимптомная длительная инфекция. Нельзя говорить о латентной острой респираторной вирусной инфекции, это будет неграмотно. А вот о латентной туберкулезной инфекции – можно. А бессимптомные острые вирусные инфекции, которые отличаются от хронических недолгим пребыванием вируса в организме, называют инаппарантными вирусными инфекциями. Обратите внимание – «инаппараНТНыми», а не «инаппараТНыми». В переводе с латыни слово «инаппарантный» означает «неочевидный».
Латентные инфекции протекают бессимптомно, но вирусы при этом могут вести себя двояким образом. Они могут размножаться в организме, который при этом внешне выглядит здоровым, с разрушением клеток и…
Напрашивается вопрос – как такое может происходить? Почему разрушение клеток проходит бессимптомно?
Все дело в количествах. Если гибель клеток не носит массового характера, то процесс может пройти незаметным. Обязанности погибших вирусом клеток возьмут на себя другие, и в целом, для организма, ничего не произойдет, ну разве что некоторые клетки будут работать с повышенной нагрузкой. Но если поражение примет массовый характер, то последствия не замедлят заявить о себе – разовьется инфекционное (вирусное) заболевание.
Если же образующиеся новые вирусы покидают клетку-хозяина «деликатно», не вызывая ее гибели, то такая вирусная инфекция может вообще никак не ощущаться организмом. Клетка быстро восполнит ресурсы, которые забрали у нее размножающиеся вирусы и продолжит функционировать в нормальном режиме.
Деликатный выход из клетки совершается посредством отпочковывания. Вирус подходит к клеточной мембране и давит на нее, формируя выпячивание. В конечном итоге от мембраны отделяется «пузырек», внутри которого находится вирус. Оболочка из клеточной мембраны может служить вирусу дополнительной защитой.
Крючкотворствуем дальше!
От латентных инфекций следует отличать медленные инфекции. Этим термином обозначают вирусные заболевания, характеризующихся продолжительным (зачастую и многолетним) инкубационным периодом, длительным прогрессирующим течением болезни и плохим концом – тяжелыми расстройствами здоровья или же смертью.
Типичным примером медленной инфекции является инфицирование организма вирусом иммунодефицита человека. НО медленные инфекции могут вызывать и вирусы, обычно вызывающие острые инфекции, например – вирус кори, который помимо кори способен вызывать такое тяжелое медленно прогрессирующее инфекционное заболевание, как подострый склерозирующий панэнцефалит.
Расшифровываем!
Энцефалит – заболевание, характеризующееся воспалением головного мозга.
Приставка «пан-», в переводе с греческого означающая «весь», свидетельствует о тотальности процесса (например, «пандемией», называют эпидемию, охватившую целые континенты или всю планету). Панэнцефалит – это воспаление всего головного мозга, а не отдельного участка его.
Склерозом по-научному называется не то, о чем вы сейчас подумали, а замещение рабочих, функционально активных клеток различных органов плотной (и не активной) соединительной тканью, проще говоря – волокнами белков коллагена и эластина.[7 - Снижение памяти по-научному называется гипомнезией, а полное отсутствие памяти – амнезией.]
Подострым называется заболевание, которое прогрессирует быстрее, чем хроническое, но при этом не переходит в острую форму. Подострое – это нечто среднее между острым и хроническим.
Подострый склерозирующий панэнцефалит – это общее воспаление головного мозга, имеющее более активное течение, чем хронический процесс и вызывающее замещение нервных клеток соединительной тканью. Проще говоря – это тяжелое заболевание с крайне неприятными последствиями.
Для хронических вирусных инфекций и вообще для всех хронических заболеваний характерно чередование обострений и ремиссий (периодов существенного ослабления или полного исчезновения симптомов заболевания).
Графически хронические, медленные и латентные инфекции можно представить следующим образом:
На вертикали обозначить «Активность процесса», а на горизонтали – «Время».
С хроническими и медленными инфекциями все более-менее ясно. Медленная инфекция постепенно набирает обороты, наращивая сопротивление иммунной системе организма-хозяина. Хроническая инфекция то атакует, то переходит в оборону. В обоих случаях наличествует противоборство инфекционного агента с иммунной системой, бдительно охраняющей организм от чужаков. Но взаимоотношения агента и иммунной системы при латентных инфекциях при помощи логики объяснить невозможно. У войны не на жизнь, а на смерть (а ведь именно так воюет с возбудителями заболеваний иммунная система) есть два варианта исхода – победа одной или другой стороны. Перемирие может быть только временным вроде периода ремиссии при хроническом течении инфекционного процесса. А латентный период представляет собой длительное мирное сосуществование… Как так может быть? Почему иммунная система не уничтожает затаившийся в организме вирус? Ведь если он не способен вызывать заболевание, значит – он слаб, не так ли?
Латентные инфекции
Медленные инфекции
Хронические инфекции
Способность болезнетворных микроорганизмов к длительному выживанию (переживанию) в организме хозяина называется персистенцией. Хронические, медленные и латентные инфекции относятся к персистирующим инфекциям.
Ключевое слово – «затаившийся». При латентных инфекциях вирусы не привлекают внимания иммунной системы точно так же, как не привлекают к себе внимания шпионы. Иначе иммунная система начнет вырабатывать против вируса антитела (в свое время мы поговорим об этом).
Бывает так, что вирус находится в организме в измененном, можно сказать – дефектном состоянии, при котором он не способен активно размножаться, а также не способен вызывать иммунный ответ – реакцию иммунной системы на присутствие чужеродного агента. Присутствует в организме какой-то чужак, но вреда от него нет никакого, в том числе и потенциального, ни на одного из опасных агентов он не похож. Какой смысл с ним бороться, тратить на это средства? Пускай себе живет. Это один вариант, или, если точнее, механизм латентного носительства.
Вирус может коварно укрыться в клетке в виде свободной от оболочки молекулы нуклеиновой кислоты. У иммунной системы есть один существенный недостаток, который в то же время можно считать и достоинством – она не способна бороться с вирусными нуклеиновыми кислотами, проникшими в клетки организма. Иммунная система может вырабатывать белки-антитела против вирусных белков, которые образуют оболочку вируса или же служат инструментом для проникновения в клетку. Но как только вирусная ДНК или РНК попала в клетку и полностью освободилась от капсида, она становится неуязвимой для иммунной системы. Иммунная система может только стоять на страже у ворот и пытаться уничтожать новые вирусы, выходящие из клетки.
Почему этот недостаток можно считать достоинством? Да потому что если бы иммунная система могла бы уничтожать молекулы нуклеиновых кислот, то в случае каких-либо сбоев она начинала бы борьбу с собственными ДНК и РНК организма, подобно тому, как при аутоиммунных заболеваниях она борется с собственными белками. Страшно представить, что в таком случае могло бы происходить… Нет, лучше даже и не пытайтесь представить!
Затаившаяся, а если точнее, то «заснувшая» в клетке вирусная нуклеиновая кислота в любой момент может «проснуться» и запустить процесс самокопирования. Латентные инфекции потенциально опасны.
Особо коварные вирусы не просто прячутся в клетке в виде нуклеиновой кислоты, а встраиваются в молекулу (одну из молекул) клеточной ДНК. Клетка живет, дышит, питается, делится и не знает, бедная, что в ней заложена бомба… Перед делением клетки молекулы ее ДНК удваиваются для того, чтобы каждая дочерняя клетка получила от материнской по полному комплекту наследственной информации. При копировании молекулы со встроенным вирусным фрагментом копируется и фрагмент, иначе говоря, зараженная вирусом клетка при делении передает вирус дочерним клеткам. Но никто этого не замечает, до определенного момента. А когда этот момент настанет, с вирусного фрагмента кислоты скопируются РНК-матрицы, на которых начнется массовое производство новых вирусов – бомба взрывается, клетка погибает.[8 - Исключение составляет процесс образования половых клеток, на второй стадии которого клетки делятся без удваивания молекул ДНК так как в половых клетках – яйцеклетках и сперматозоидах, содержится половинный набор ДНК. Но перед первой стадией данного процесса происходит удвоение молекул ДНК.]
Что дает вирусу способность встраиваться в ДНК клетки-хозяина?
Бессмертие! Или что-то в этом роде. Вирус, ставший частью ДНК хозяйского организма, будет жить, пока жив организм и будет передан потомству. Если какому-то вирусу удастся заразить значительную часть особей какого-то биологического вида, то этот вирус будет существовать столько же, сколько просуществует данный вид. А биологические виды потенциально бессмертны. Смертны только отдельные представители видов. Но если вид в целом будет хорошо приспосабливаться к постоянно изменяющимся условиям внешней среды, то он будет существовать вечно. Вполне возможно, что даже сможет пережить конец Солнечной системы, когда Солнце сначала сожжет все окружающие его планеты, а затем погаснет. Как можно пережить такое? Да очень просто – переселиться заранее на другие планеты в других планетных системах.[9 - Если вы сейчас напряглись, то расслабьтесь. По расчетам ученых, Солнце останется таким, каким мы его знаем, не менее пяти миллиардов лет. Это слишком большой срок для того, чтобы переживать на тему «ах, что же будет потом?». К тому же за столь длительный период человечество явно успеет разработать способы переселения на другие планеты.]
Вирусная нуклеиновая кислота (геном вируса), встроенная в молекулу ДНК клетки-хозяина, называется провирусом. Это название можно перевести как «будущий вирус» или «изначальный вирус». Стадию провируса имеет в жизненном цикле вирус иммунодефицита человека. Этот вирус – первый кандидат в Великие Бессмертные Вирусы.
