Неживой клеточный инфекционный агент, способный размножаться только в других клетках. По своему составу вирусы более близки биополимерам и вне клетки ведут себя именно так, не проявляя признаков живого. К классу живой природы они не относятся. Вирусы доставляют людям массу неудобств – существует целый класс опасных и досадных вирусных заболеваний, от герпеса до ВИЧ, которые не лечатся антибиотиками в принципе. Вирус (от лат. «яд») – это отдельный домен биологической природы, «организмы на грани живого». Исследование вирусов может пролить свет на другие возможные типы полуживых организмов, которые могут встретиться нам на просторах исследуемых галактик.

Вирусы – это мелкие частицы, которые не имеют своего уникального строения клеток и системы для белкового синтеза. Несмотря на это, они имеют возможность воспроизводить формы жизни. Вирусы могут инфицировать не только растения, но и людей, а также другие живые организмы. Для них характерны особые признаки и свойства, которые, собственно, и позволяют отличить их от других простейших форм жизни.

Вирусы, что это такое, и какие признаки их структуры:
в вирусах нет рибосом и цитоплазматических органелл. – за их создание отвечает клетка-хозяин;
вирусный геном может преобразить процессы внутри этой клетки так, что она перестанет распознавать свой генетический код и начнет действовать по генетической программе развития вируса – именно поэтому последние считаются паразитирующими на клетках;
вирусы всегда имеют внутри нуклеиновую кислоту – при этом, она может быть только одного типа: РНК или ДНК;
генматериал вируса имеет различные структуры: линейные или кольцевые, двух- или однонитчатые и т.д.).

Похожими по природе на вирусы являются такие образования, как вироиды и вирусоиды. Первые – это небольшие молекулы, которые не имеют белка, но обладают кольцевой РНК. Именно вироиды часто являются возбудителями болезней растений. Вирусоиды же отличаются лишь своей зависимостью от «вспомагательного» вируса. Также они не могут кодировать синтез своих белков.

Отдельным типом вирусного микроорганизма являются прионы. Прион – это образование, не имеющее в составе нуклеиновой кислоты, но обладающее белковой природой. Характерной его чертой является то, что он может вызывать энцефалопатию человека или животного. Как следствие – постепенное разрушение нервных клеток.

Несмотря на все эти отличия, вирусы и его остальные вышеупомянутые подвиды имеют что-то общее. И именно – все они являются автономными генетическими структурами; все могут развиваться в инфицированных ими клетках живых существ. Несмотря на то, что вирус по своей природе очень прост, он имеет все признаки живого микроорганизма: наследует; изменяется; размножается; привыкает к разным условиям жизни; эволюционирует по стандартным законам органического мира. Но вирусы никогда нельзя назвать полноценными организмами, ведь системы по синтезу белка в них отсутствуют. Они, как известно, становятся причинами многих заболеваний, которые даже имеют общее название «вирусных инфекций». В зависимости от вида воздействия различают такие вирусы: аденовирусы, гриппа и парагриппа, тогавирусы, рео-, рино-, корона-, калици-, астровирусы, кишечные и т.д. За время эволюции появилось очень много форм этих микроорганизмов. Каждый день открываются новые и новые их проявления, поэтому перечислить все – просто невозможно.

Грипп, атипичная пневмония, эбола, ВИЧ, простуда – эти названия нам всем знакомы. Это вирусы – небольшие кусочки генетического материала (ДНК или РНК), упакованные в белковую оболочку. Но мы до сих пор не знаем, являются ли вирусы живыми организмами или нет. Новое исследование американских учёных, результаты которого были опубликованы вчера, может изменить наше мнение о вирусах. Разработав надёжный способ изучения длинной эволюции вирусов, исследователи нашли доказательства того, что вирусы на самом деле являются живыми.

В течение долгого времени учёные считали, что вирусы не живые, что они – всего лишь «оторванные» от других клеток части ДНК и РНК. И на самом деле, вирус не подпадает под определение жизни, какой мы её понимаем сейчас. Существует много жизненно важных процессов, например способность к метаболизму, которыми вирусы не обладают. Вирусы осуществляют лишь один жизненный процесс – размножение, но и для этого им необходимо захватить другую клетку и воспользоваться её генетическими инструментами. Но за последние десять лет стали всплывать доказательства, говорящие, что вирусы могут быть живыми. Одним из них стало открытие мимивирусов – гигантских вирусов с огромными геномными библиотеками, которые могут быть больше, чем у некоторых бактерий. Для сравнения, у вируса Эболы всего лишь семь генов.

Несмотря на эти открытия, главным вопросом продолжала оставаться эволюционная история вирусов. Учёные из Иллинойского университета и института Карла Вёзе взяли на себя амбициозную задачу проследить эволюцию вирусов. Вирусы определённо эволюционируют – спросите об этом любого врача – и обладают огромным разнообразием (на сегодня описано менее 4900 видов, но их количество оценивается в несколько миллионов).

Поскольку маленькие РНК и ДНК в процессе репликации частично смешиваются с ДНК клетки-носителя, при делении вирусов часто возникают мутации. Это значительно усложняет изучение их эволюционной истории. Для решения этой проблемы учёные обратили внимания на белковые цепи – уникальные формы белков, которые позволяют вирусам и клеткам выполнять их основные функции. Формы этих цепей закодированы в генах и не меняются с течением времени, в отличие от ДНК и РНК вирусов, что позволяет заглянуть в их прошлое.

Исследователи проанализировали белковые цепи 5080 организмов – 3460 вирусов и 1620 клеток, представляющих все ветки дерева жизни. В результате выяснилось, что 442 белковые цепи были общими для вирусов и клеток, и лишь 66 – уникальны для вирусов. Это позволяет предположить, что вирусы обладали однажды схожими с клетками функциями (и, таким образом, были живыми), а затем эволюционировали. Такой процесс, в результате которого организмы упрощаются, называется «редуктивная эволюция».

Вирусы существовали в виде примитивных клеток. Древние клетки, в которых существовали первобытные вирусы, являлись последним общим предком, который предшествовал диверсификации жизни около 2,45 миллиардов лет назад. В какой-то момент геномы этих древних вирусных клеток редуцировались, в результате чего последние превратились в вирусы, какими мы их знаем сегодня. Современные вирусы восстанавливают своё «клеточное» существование, когда захватывают любую клетку. Таким образом, в начале вирус и клетка существовали как единое целое. Сегодня они разделены, но могут восстановить свою взаимосвязь путём вирусного заражения клетки. Учёные надеются, что их открытие заставит мировое научное сообщество включить вирусы в картину клеточной эволюции.

Существует онлайн-головоломка Foldit, где задачей игрока является оптимальный фолдинг белка, то есть сворачивание полипептидной цепи в пространственную структуру. Игроки выполняют задания не только для набора очков – лучшие варианты анализируются биологами и зачастую становятся решением реальных научных проблем. Например, в 2011 году благодаря проекту за 10 дней удалось расшифровать структуру вируса, вызывающего СПИД у обезьян, хотя учёные не могли сделать это на протяжении 15 лет.

Куры породы араукана родом из Южной Америки несут голубые или зеленоватые яйца. Причина этого – заражённость данных кур определённым ретровирусом, который встраивает в ДНК хозяина ген, приводящий к повышенному содержанию в скорлупе желчного пигмента биливердина. Это обстоятельство совершенно не влияет на качество самих яиц и не делает их более вредными или полезными по сравнению с привычными белыми или коричневыми яйцами.

В 1859 году австралийский фермер завёз из Англии кроликов, чтобы создать небольшую популяцию и охотиться на них. Отсутствие естественных врагов и идеальные условия для жизни и размножения круглый год стали причиной для неконтролируемого роста популяции кроликов, что привело к исчезновению многих видов местных растений. С кроликами пробовали бороться отстрелом, взрывом нор, ядами, строительством сетчатых заграждений, но всё бесполезно. Наконец, в середине 20 века среди них распространили вирус миксоматоза, что снизило популяцию с 600 миллионов до 100 миллионов. Однако выжившие особи приобрели генетическую устойчивость к вирусу и снова начали активно размножаться.

Вирусы не являются живыми существами. У них нет клеток, они не умеют преобразовывать пищу в энергию, и без «хозяина» это всего лишь небольшие сгустки химических веществ. Вирусы, наоборот, не являются мертвыми – у них есть гены, они размножаются, для них действуют процессы естественного отбора.

Ученые путались обнаружить вирусы до 1892 года, когда русский микробиолог Дмитрий Ивановский доказал, что заражение табачных растений происходит с помощью существ, намного меньших чем бактерии. Эти существа оказались вирусом, а конкретно – вирусом табачной мозаики.

Американский биохимик Вендель Стэнли выделил вышеуказанный табачный вирус в чистом виде как игольчатые протеиновые кристаллы, за что получил Нобелевскую премию в 1946 году в области химии. Некоторые вирусы внедряют свою ДНК в бактерию через полые волоски, которые присутствуют у многих бактерий.

В 1992 году ученые проследили путь источник пневмонии, вспыхнувшей в Англии – оказалось, что это вирус, скрывавшийся внутри амебы, живущей в башнях градирни (охладительной башни). Он был настолько крупным, что вначале ученые приняли его за бактерию.

Так называемый мимивирус назван так из-за того, что имитирует поведение и строение бактерии. Некоторые специалисты считают, что он является промежуточным звеном между бактериями и вирусами, другие уверены, что это отдельная форма жизни. Данный вирус характеризуется наиболее объемным и сложным набором ДНК среди всех вирусов. В теле мимивируса более 900 генов, которые кодируют протеины, не использующиеся в других вирусах. Его геном в два раза больше, чем у других известным вирусов и даже бактерий. Есть еще более крупные вирусы под названием мамавирус. Их размеры больше, чем у некоторых бактерий, и эти вирусы также обладают вирусами-спутниками, которые так и называются – Sputnik.

Амебы для вирусов являются своеобразными песочницами и бесплатными столовыми – они поглощают крупные объекты в пределах своей досягаемости и являются источником питательных веществ для бактерий, которые внутри амебы обмениваются генами с другими бактериями и вирусами.

Вирусы умеют заражать животных, растения, грибки, одноклеточные организмы и бактерии. Мамавирусы вместе со спутником заражают также другие вирусы.

Мы все, возможно – результат работы вирусов, так как значительная часть нашего генома содержит «осколки» и целые части вирусов, которые внедрились в наших предков миллионы лет назад, и были «одомашнены». Многие из образований в наших клетках являются на первый взгляд бесполезными, что объясняется в том числе тем, что это – вирусы, которые благополучно прижились внутри нас на разных этапах эволюции.

Большинство из внедренных в наш геном древних вирусов не существуют в природе в наше время. В 2005 году французские ученые начали работу по «воскрешению» одного из таких вирусов. Один из воскрешенных таким образом вирусов под кодовым названием Феникс, оказался нежизнеспособным. Видимо, не все так просто.

Некоторые вирусные осколки в нашем геноме, видимо, ответственны за работы автоимунной системы и развитие раковых заболеваний. Самой своей жизнью мы обязаны вирусам – часть из протеинов, закодированных вирусной ДНК в организме матери, «корректируют» имунную систему организма, чтобы она не атаковала эмбрион во время развития.

Мы все на Земле являемся дальними родственниками Ученые имеют основания считать, что миллиард лет назад один из вирусов внедрился в клетку бактерии и из этого получилось клеточное ядро, которое впоследствии привело к образованию многообразия флоры и фауны, включая нас с вами.

Паразиты, бактерии и вирусы были бичом человечества на протяжении всей его истории, но также изменили ее и повлияли на нашу эволюцию. Паразиты помогли нашей иммунной системе обрести необходимый стимул и заработать, а смиренные бактерии целиком и полностью определили правила жизни на этой планете. Иногда кажется, что мы, люди, просто игрушки в их руках. Есть мнение, что пришельцы из далеких миров могут не понять, кто на этой планете настоящий хозяин. В любом случае микроорганизмы делают невероятные вещи, чтобы помочь человечеству.

Благодаря науке, вирусной молекулярной генетике, мы теперь немного знаем о тех, кто инфицировал нас на нашем эволюционном пути, а также то, что эти автостопщики постоянно нам помогали. К примеру, то эволюционное давление, которое они оказывали на нашу иммунную систему, сделало нас такими устойчивыми, как сегодня. Кроме того, вирусы могли сыграть роль в потере специфических рецепторов, которые некогда располагались на поверхности наших клеток; за них могли цепляться инфекционные агенты и использовать их с целью вызова заболевания. Избавив человеческое тело от этого источника заболеваний, вирусы создали более безопасные условия для себя. Выиграли все.

Кроме того, они, возможно, сыграли роль в том, что среди конкурирующих видов гоминид именно Homo sapiens вышли на первое место. В то время как наш вид развивался, разного рода заболевания и паразиты нападали на генетическое разнообразие и отсеивали непригодные модели. Как только первый Homo sapiens покинул континент, он привез с собой свои инфекционные колонии и паразитов.

Вирусные паразиты распространились на других гоминид типа Homo neanderthalensis (неандертальцев), у которых не было заранее выработанной системы защиты от новых заболеваний и структура носа, которая была менее эффективной при фильтрации воздуха и удерживании новых вирусов. Другие виды гоминид вымерли, поскольку не были приспособлены к выживанию в условиях, в которых могли выживать вредные микроорганизмы. Моделирование показало, что если у неандертальцев уровень смертности был хотя бы на 2% выше, чем у людей, этого было бы достаточно, чтобы они вымерли спустя 1000 лет конкуренции. Хотя заболевания, конечно, не были единственным фактором, они сыграли большую роль.

Большинство моделей эволюции человеческих заболеваний утверждают, что их основная часть развивалась в течение эпохи неолита, после того как человек перебрался из Африки и население увеличилось. Таким образом, есть некоторые доказательства этого избирательного вирусного давления. Многие из этих ранних вирусов были так успешны, что их гены буквально стали частью нашей ДНК. К примеру, человеческий геном содержит борнавирус, который стал его частью около 40 миллионов лет назад. В общей сложности ученые выделили около 100000 элементов человеческой ДНК, которые могли быть частью вирусов, так называемая мусорная ДНК. Вирусы, которые составляют большую часть нашей мусорной ДНК, называются эндогенными ретровирусами.

Одной из самых интересных и перспективных отраслей медицины в последние десятилетия является виротерапия, биотехнологическая техника перепрограммирования вирусов для лечения болезней. В 2005 году исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе объявили, что превратили одного из злейших врагов человека в убийцу рака, когда перепрограммировали модифицированный штамм ВИЧ для выслеживания и уничтожения раковых клеток. Примерно в то же время исследователи из клиники Майо в Рочестере, штат Миннесота, модифицировали вирус кори, чтобы тот делал то же самое.

Методика аналогична той, которая используется для выведения генно-модифицированных растений, только в качестве носителя гена используется вирус. Он уже давно признан в качестве наиболее эффективного средства переноса генов. Эта система используется для производства полезных белков в генной терапии и имеет большой потенциал для лечения иммунологических заболеваний, таких как гепатит и ВИЧ.

Еще в 1950-х годах стало известно, что у вирусов есть потенциал для лечения рака, но появление химиотерапии замедлило прогресс в этом направлении. Сегодня виротерапия на поверку оказывается весьма эффективным средством борьбы против опухолей, поскольку не повреждает здоровые клетки вокруг нее. Клинические испытания онколитической виротерапии показали низкую токсичность и перспективные признаки эффективности. В 2013 году препарат под названием TVEC стал первым лекарством на основе вируса для борьбы с опухолями на поздней стадии. Одной из самых больших проблем, стоящих перед исследователями, остается вопрос доставки вируса туда, где он будет работать лучше всего, прежде чем тело распознает в нем нарушителя и «поднимет войска».

Бактериофаги – это вирусы, которые охотятся за бактериями. Впервые обнаруженные Фредериком Твортом в 1915 году и Феликсом Д’Эрелем два года спустя, они использовались для изучения многих аспектов вирусов с 1930-х годов. Особенно они распространены в почве, которую многие бактерии выбирают своим домом. Поскольку фаги нарушают метаболизм бактерий и уничтожают их, уже давно признано, что они могут играть определенную роль в лечении широкого спектра бактериальных заболеваний. Но из-за инноваций в сфере антибиотиков, фаготерапию снова положили на полку, пока рост резистентных к антибиотикам бактерий не вызвал повышенный интерес в этой области.

Отдельные виды фагов, как правило, эффективны только против небольшого диапазона бактерий или даже одного конкретного вида (основного хозяина), что изначально рассматривалось как недостаток. Но поскольку мы узнали больше о полезных аспектах нашей природной флоры, недостаток превратился в преимущество. В отличие от антибиотиков, которые, как правило, убивают бактерии без разбора, бактериофаги могут атаковать вызывающие заболевание организмы, не нанося вред нашей естественной флоре. В то время как бактерии могут вырабатывать устойчивость как к антибиотикам, так и к фагам, разработка новых штаммов фагов займет всего несколько недель, а не лет. Фаги также могут проникать в тело, находить цель, а когда бактерии будут уничтожены, прекращать воспроизводство и вскоре вымирать.

Начиная с 1790-х годов, когда Эдвард Дженнер разработал первую в мире вакцину против оспы, используя менее вирулентный штамм коровьей оспы, чтобы привить пациентов, эта вакцина спасла жизни многих миллионов людей. С тех пор, однако, были разработаны многие другие вакцины. Ослабленные или «живые» вакцины используют живые вирусы, которые были ослаблены или изменены так, что не могут вызывать болезнь, в то время как неактивные или «убитые» вакцины содержат мертвые микроорганизмы или токсины, которые обычно используются против бактериальных инфекций. Некоторые вакцины, включая субъединицы и сопряженные вакцины, а также рекомбинантные и генно-модифицированные вакцины, используют только сегмент инфекционного агента.

Когда вакцина вводится, возбудитель начинает работать, что недостаточно, чтобы размножиться в таком размере, чтобы вызвать заболевание. Тело производит иммунный ответ, убивает возбудителя или разрушая токсин, ответственный за болезнь. Иммунная система организма теперь знает, как бороться с болезнью и будет помнить, если возбудитель снова проникнет в тело. Другими словами, ученые выяснили, как заставить возбудитель помочь своей цели защититься от него. Они даже сделали несколько шагов к разработке вакцин для нескольких форм рака и вируса гепатита B (который вызывает рак печени), вируса папилломы человека типа 16 и 18 (который вызывает рак шейки матки) и метастатический рак предстательной железы у некоторых мужчин.

Благодаря вакцинам, несколько заболеваний были вынуждены виртуально исчезнуть. Оспа остается наиболее известным примером, но полиомиелит, который хоть и не полностью уничтожен, стоит на втором месте. Несколько других заболеваний могут уйти хоть сейчас, если бы вакцины не было так трудно доставить в слаборазвитые страны.

Самые опасные вирусы, известные науке

Грипп

Да, привычный нам грипп на данный момент является чуть ли не самым опасным вирусом в мире. Дело в том, что болезнь умеет эволюционировать, постоянно изобретая новые способы борьбы с лекарствами. Штаммы H1N1, H2N2, H3N2 считаются наиболее опасными для человека, а всего за год в мире гибнет до полумиллиона людей.

Холера

Не стоит думать, что холера так и осталась пугалом Средневековья. Только в 2010 году на Гаити умерли 3000 человек, хотя медикам давно известны способы полноценного лечения этого страшного заболевания. Лишь 20% людей сталкиваются с тяжелой формой холеры, что означает практически гарантированный билет на тот свет.

ВИЧ

До конца XX века никто никогда не слышал о вирусе иммунодефицита человека, а сейчас ВИЧ является одной из страшнейших болезней мира. Всего за тридцать лет существования вирус появился у 40 миллионов людей. Врачами зафиксировано более четырех миллионов смертей, а врачи только сейчас понимают, как следует лечить эту заразу.

Бешенство

Мало кто знает, насколько распространен вирус бешенства (Rabies virus) в Африке и некоторых районах Азии. Между тем в этих регионах ежегодно гибнут десятки тысяч людей просто потому, что мировой общественности плевать на эти «далекие» проблемы.

Туляремия

Так называемая «Оленья болезнь» вызывается грамотрицательной палочкой Francisella tularensis. Клещи, комары, пища и контакт с больным человеком гарантируют 100% передачу этого вируса. Симптомы этой болезни весьма напоминают средневековую чуму, а бактериологи социальных служб уверены, что именно на основе туляремии военные вполне могут вывести новое, смертельно опасное бактериологическое оружие.

Теперь вы знаете какие бывают вирусы и что это такое.