Какое значение имеют вирусы в природе и жизни человека?

Содержание:

Ключевая разница:

С другой стороны, вирус — это мобильный генетический материал, который заключен в протеин или жировую оболочку. Они меньше, чем бактерии, размером от (0,1 до 0,3 микрона). Они были обнаружены незадолго до 1900 года и были известны как фильтруемые вирусы из-за их небольшого размера. Спорный вопрос касается их статуса как живого или неживого. Это связано с тем, что они состоят только из нуклеиновой кислоты, которая завернута в слой белка.

Характеристики перечислены ниже:

Изображения предоставлены: assignmentpoint.com

КЛАССИФИКАЦИЯ ВИРУСОВ

Если вирусы действительно являются мобильными генетическими элементами, получившими «автономию» (независимость) от генетического аппарата их хозяев (разных типов клеток), то разные группы вирусов (с разным геномом, строением и репликацией) должны были возникнуть независимо друг от друга. Поэтому построить для всех вирусов единую родословную, связывающую их на основе эволюционных взаимоотношений, невозможно. Принципы «естественной» классификации, используемые в систематике животных, не подходят для вирусов.

Тем не менее система классификации вирусов необходима в практической работе, и попытки ее создания предпринимались неоднократно. Наиболее продуктивным оказался подход, основанный на структурно-функциональной характеристике вирусов: чтобы отличить разные группы вирусов друг от друга, описывают тип их нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК, каждая из которых может быть одноцепочечной или двухцепочечной), ее размеры (число нуклеотидов в цепочке нуклеиновой кислоты), число молекул нуклеиновой кислоты в одном вирионе, геометрию вириона и особенности строения капсида и наружной оболочки вириона, тип хозяина (растения, бактерии, насекомые, млекопитающие и т.д.), особенности вызываемой вирусами патологии (симптомы и характер заболевания), антигенные свойства вирусных белков и особенности реакции иммунной системы организма на внедрение вируса.

В систему классификации вирусов не вполне укладывается группа микроскопических возбудителей болезней, называемая вироидами (т.е. вирусоподобными частицами). Вироиды вызывают многие распространенные среди растений болезни. Это мельчайшие инфекционные агенты, лишенные даже простейшего белкового чехла (имеющегося у всех вирусов); они состоят только из замкнутой в кольцо одноцепочечной РНК.

Роль вирусов в природе

Вирусы значительно осложняют жизнь человека, являясь причиной многих заболеваний. Также часто приводят они и к гибели. Впрочем, вредят они не только людям, но и животным, значительно сокращая их численность. Но, как не хотелось бы это признавать, эти паразиты необходимы нашему миру, поскольку выполняют очень важные функции.

Так, вирусы выполняют регуляцию водных экосистем. Например, они способствуют росту водорослей, убивают различные микроорганизмы водоёмов, и могут прекращать цветение воды. А регулируя процесс фотосинтеза в водоёмах, вирусы уменьшают содержание углекислого газа в атмосфере.
Помимо этого, являются они переносчиками генов между различными видами, благодаря чему направляют эволюцию. А ещё они регулируют численность живых существ. Численность людей, к сожалению, или к счастью — тоже.

Вообще говоря, как мне кажется, вирусы обладают слишком уж большим количеством регуляторных функций. Ну посудите сами: регулируют экосистемы, в которых мы живём; регулируют состав кислорода, которым мы дышим; регулируют численность живых организмов на планете; и даже участвуют в направлении эволюции живых существ. Если бы кто-то мог контролировать все вирусы, то он мог бы контролировать жизнь на Земле, и направлять её так, как ему вздумается. Разумеется, это невозможно, ввиду слишком уж большого их разнообразия и количества. Но заставляет задуматься о значении этих мелких паразитов.

Вклад вирусов в исследование эволюции

Как говорил выдающийся биолог прошлого века Феодосий Добжанский: «Ничто в биологии не имеет смысла, кроме как в свете эволюции». В отношении вирусов это высказывание справедливо, как нигде больше. Объяснение этого выглядит немного витиевато, но попробую дать его покороче.

В этой цепочке можно найти следы вирусов.

Сотни, тысячи и миллионы лет назад живые организмы тоже подвергались воздействию вирусов. Кроме того, что это способствовало естественному отбору, позволяло “почистить” популяцию и помогало живым организмам развиваться, это накладывало отпечаток, который сейчас позволяет проводить исследования происхождения видов и последовательностей эволюционных цепочек.

Дело в том, что вирусы, которые попадали в организм древних животных могли их убить. Если они их не убивали, то оставались в организмах в виде безопасного вируса, который утрачивал свои свойства. Он становился чем-то вроде солдата в отставке. Если такие ретровирусы оказывались в половой системе, они могли передаваться новым поколениям и менять их ДНК. Тем самым они не просто попадали в организм, но и блуждали по его потомкам в течение миллионов лет.

Когда человечество смогло расшифровать ДНК, выяснилось, что такие следы, вне зависимости от вида живого организма, находились в одном месте. В итоге это привело к тому, что находя связи между животными по этому признаку, можно сделать вывод, что эти животные имели общего предка. Вероятность случайного совпадения такой записи в ДНК является ничтожно малой. Настолько, что ей можно пренебречь.

Таким образом ученые биологи получили еще один способ доказательства существования эволюции и общего происхождения видов. Как говорится, “откуда не ждали”.

[править] Вирус как живой организм

То, можно ли вирусы считать живыми, зависит от принятого определения жизни. Обычно вирусы считаются живыми за «функциональным» определением жизни, однако не за «структурным».

Функциональное определение жизни заключается в формировании списка аксиом, не отталкиваются от его структуры, должен выполнять каждый организм, чтобы его можно было признать живым. Он должен (одна из возможных аксиоматизаций, хотя все они означают примерно то же):

• быть способным к размножению;
• высказывать наследственную изменчивость, которая влияет на возможности размножения, то есть быть способным к эволюции.

Следовательно кристаллы, прионы или компьютерные вирусы, хотя и способны размножаться, не обладают никакими существенными наследственными чертами, так что не являются живыми. Биологические вирусы согласно этому определению, являются живыми.

Структурное определение жизни заключается в установлении списка критериев, отталкиваются от структуры организма. Это, в частности:

• размножение
• рост
• обмен веществ
• клеточная строение, с рибосомами и другими органеллами
• генетический материал, который хранится в виде нуклеиновых кислот
• наличие белка и нуклеиновых кислот
• движение

В отличие от функционального определения, здесь не имеет определенного набора условий, в большинстве таких наборов вирусы не удовлетворяют хотя бы одно из таких условий.

Живая ли материя — вирус?

Отличают два определения форм жизни вирусов. Согласно первому, внеклеточные агенты являются совокупностью органических молекул. Второе определение утверждает, что вирусы – специальная форма жизни. Ответить на вопрос, какие существуют вирусы, конкретно и окончательно невозможно, поскольку биология предполагает постоянное появление новых видов. Они похожи на живые клетки тем, что обладают специальным комплектом генов и эволюционируют согласно способу естественного набора. Для существования им требуется клетка-хозяин. Отсутствие собственного метаболизма не дает возможности размножаться без посторонней помощи.

Современная наука разработала версию, согласно которой у определенных бактериофагов имеется собственный иммунитет, способный к адаптации. Это является доказательством того, что вирусы – это форма жизни.

Жизненный период

Примеры вирусов в биологии встречаются едва ли не на каждом шагу. Но у всех жизненный цикл протекает практически одинаково. Не имея клеточного строения, размножаться методом деления они не могут. Поэтому и используют материалы, находящиеся внутри клетки своего хозяина. Таким образом, они воспроизводят большое количество копий самих себя.

Цикл вируса состоит из нескольких этапов, которые являются взаимоперекрывающимися.

На первом этапе вирус прикрепляется, то есть образовывает специфическую связь между своими белками и рецепторами клетки-хозяина. Далее нужно проникнуть в саму клетку и передать ей свой генетический материал. Некоторые виды переносят еще и белки. После этого происходит потеря капсида, и геномная нуклеиновая кислота высвобождается.

После того как паразит попадает внутрь клетки, начинается сборка вирусных частиц и модификация белка. И в итоге вирус выходит из клетки. Даже если он продолжает активно развиваться, то может и не убивать клетку, а продолжать в ней жить.

Версия, что вирус живой?

В последнее время некоторые биологи утверждают, что с 2003 года был сделан ряд новых открытий.

В первую очередь открытие растущего числа “гигантских” вирусов видимых под световым микроскопом, часто с большим двухцепочечным ДНК-геномом и большим содержанием генов. Эти относительно большие неклеточные инфекционные агенты радикально изменяют наши представления о живом или неживом статусе. Главным образом потому, что стало очень трудно провести границу между некоторыми клеточными организмами, сильно зависящими от своего хозяина и имеющими менее минимального генома, и гигантскими, которые кодируют многие гены и проявляют некоторую степень автономии.

Понятие организма

Проблема состоит в том, чтобы определить, в какой степени вирусы могут рассматриваться как организмы (с мыслью, что все организмы являются живыми существами, но не все живые существа являются организмами). Ответ на этот вопрос, естественно, будет зависеть от определения организма, которое мы принимаем. Многие биологи по ряду причин, упомянутых выше, таких как зависимость от хозяина и отсутствие автономного метаболизма, считают, что вирусы не являются организмами.

Понятие организма обычно рассматривается как более точное понятие живого существа, поскольку оно связано с идеей очень высокой степени функциональной организации и сотрудничества с сильными взаимодействиями между составными частями.

С этой точки зрения предположение о том, что вирусы все-таки могут принадлежать к категории организмов не имеет обоснования. Для некоторые людей согласившихся что вирусы не являются организмами, начали сомневаться, что вопрос «являются ли вирусы живыми» имеет значение.

Те, кто рассматривает жизнь прежде всего как метаболический процесс (преобразование питательных веществ), склонны исключать вирусы из живого мира, в то время как те, кто рассматривает жизнь прежде всего как эволюционный процесс, гораздо более склонны говорить, что вирусы принадлежат к живому миру.

Однако даже те, кто скептически относится к вопросу о живом статусе вирусов, обычно считают, что более широкий вопрос о месте вирусов в биологическом мире заслуживает внимания.
Действительно, независимо от их включения или исключения из категории живых существ, вирусы обязательно выступают в качестве основных биологических объектов с нескольких ключевых точек зрения.

Вирусы являются Дарвиновскими сущностями, самовоспроизводящимися и подверженными эволюционным процессам, таким как естественный отбор и дрейф, в то же время оказывая избирательное давление на своих хозяев.

Все это говорит о том, что вопрос о том, что делают вирусы (различные эволюционные, экологические и физиологические явления, в которые они вовлечены), на самом деле не менее важен, чем вопрос о том, что они собой представляют (то есть вирус живой или неживой).

Таким образом, изучение вирусов поднимает фундаментальные вопросы, связанные с определением жизни, биологической индивидуальности и идентичности, понятием организма и онтологией живых существ или процессов.

В этом контексте философам биологии – и, возможно, даже всем философам-кажется крайне важным начать обращать внимание на вирусы которые могут изменить мир

Вирусы

Вирусы представляют собой неклеточную форму жизни. Они намного мельче бактерий, поэтому их удалось обнаружить лишь в конце XIX в. Вирусы состоят из нуклеиновой кислоты (РНК или ДНК), покрытой оболочкой, у них нет собственного обмена веществ, вне клеток других организмов они безжизненны. Однако, встретившись с восприимчивой к вирусу клеткой, вирус проникает через ее оболочку и подчиняет себе ее обмен веществ, заставляя продуцировать новые вирусные частицы. Очень скоро зараженная клетка погибает, а размножившиеся вирусы разносятся по всему организму, поражая всё новые клетки.

Так выглядит под микроскопом вирус мозаичной болезни табака

Известно более 400 вирусов, вызывающих заболевания растений, животных и человека, среди которых ветряная оспа, краснуха, бешенство, полиомиелит. Вирусы определенной разновидности поражают определенные организмы и органы. Не все вирусы одинаково опасны, некоторые из них заражают только животных, но безвредны для человека, и наоборот. Как все организмы, вирусы могут претерпевать мутации, в результате которых образуются новые формы, устойчивые к реакциям организма. Ярким примером является вирус гриппа: известно несколько десятков его разновидностей, появляющихся каждый год и вызывающих эпидемии.

Клетки иммунной системы человека вырабатывают антитела против вирусов и интерферон — белок, подавляющий их размножение. Некоторые вирусные заболевания можно предотвратить с помощью вакцинации: в здоровый организм вводится вакцина (препарат, содержащий небольшую дозу вирусов, безопасную для организма) и иммунная система начинает вырабатывать антитела. Оставаясь в крови, антитела препятствуют повторному заболеванию. Однако в мире распространены и такие вирусы, против которых до сих пор не найдены эффективные лекарства. Среди них — ВИЧ (вирус иммунодефицита человека), вирусы атипичной пневмонии, птичьего гриппа и т. д.

Дмитрий Иосифович Ивановский (1864—1920) — русский физиолог растений и микробиолог, первооткрыватель вирусов. Занимаясь поисками возбудителя мозаичной болезни табака, он прокачивал сок из листьев больного растения через специальные фильтры, не пропускающие бактерий. Однако и этот сок заражал другие растения табака. Так было установлено существование инфекционных агентов, меньших, чем бактерии. Впоследствии их назвали вирусами (от лат. «вирус» — «яд»), но увидеть их удалось только после изобретения электронного микроскопа.

Поделиться ссылкой

Система выращивания клеток

Системы выращивания или культивирования клеток являются незаменимой основой для вирусных исследований.
Трудоемкие эксперименты изначально были единственным способом доказать существование вирусов, поэтому искали более простые методы.

Одним из способов было наблюдение так называемых тел включения в инфицированных вирусом тканях, которые вскоре были оценены как признак возбудителя. Как мы теперь знаем, тела включения представляют собой скопление вирусных белков и частиц в цитоплазме или ядре.

Первые инклюзивные (включенные) тела были обнаружены российским ученым Дмитрием Ивановским в 1892 году.

В то же время другие ученые обнаружили подобные отложения в клетках зараженных вирусом оспы. Ученые обнаруживали также тела включения в клетки бешеных животных.

Таким образом, существовали, по крайней мере, простые методы обнаружения красителей при некоторых вирусных заболеваниях. Однако методы культивирования вирусов стали доступны позже. В 1930-х годах было установлено, что эмбрионированные куриные яйца пригодны для размножения некоторых видов вирусов.

Дальнейшее развитие вирусного культивирования обеспечило метод заключающийся в добавлении к тканевым культурам индикаторных клеток, которые указывают на вирусную репликацию путем возникновения дегенеративных изменений в клетках.

Разнообразие вирусов

По своему строению вирусы очень разнообразны. Это могут быть мельчайшие вирусные частицы, оболочка которых состоит из одного типа белков, и невероятно сложные и крупные вирусы, чья оболочка состоит из 50 и более видов белков. Просто устроенные вирусы состоят из нуклеиновой кислоты и капсида — оболочки. В составе сложно устроенных вирусов присутствует и липопротеиновая оболочка.  

По своему строению вирусы бывают палочковидными (вирус табачной мозаики), могут напоминать пулю (вирус бешенства), быть похожими на сферу (вирусы полиомиелита и ВИЧ), на нить (филовирусы) и сперматозоид (многие бактериофаги). Самые известные представители сложных по своему строению вирусов — бактериофаги. Они поражают бактериальные клетки и клетки архей. Бактериофаги бывают очень разных форм, например сферической или лимоновидной. Типичный бактериофаг состоит из головки и хвоста, причем хвост, как правило, может быть в несколько раз больше головки. Головка бактериофага может быть округлой, гексагональной или палочковидной формы. А отросток может быть коротким и длинным — в виде трубки или нитей — или не существовать вовсе.  

Кроме классических вирусов существуют прионы — инфекционные белковые частицы. Формально они не являются вирусами, но по своему воздействию сходны с ними. Например, прион, поражающий прионовый протеин млекопитающих (PrPC), меняет его форму, превращая его в третичную или четвертичную структуру, а это, в свою очередь, вызывает прионные заболевания куру, болезнь Крейтцфельда — Якоба и многие другие.   

Другая разновидность инфекционных агентов — вироиды. Они состоят из кольцевой РНК и вызывают различные заболевания растений. Науке известно около 30 возбудителей этой группы, часть которых поражают плоды картофеля, томата, баклажана и огурца. Экономические потери от вироидов велики. Например, от заболевания пальм вида кадаг-кадаг в Филиппинах ежегодно экономика теряет около 16,6 миллиона долларов в год.  

НЕКЛЕТОЧНЫЕ ФОРМЫ ЖИЗНИ. Вирусы и фаги (бактериофаги)

Ключевые слова конспекта: неклеточные формы жизни, царство вирусы, фаги (бактериофаги)

Вирусы являются неклеточной формой жизни и занимают пограничное положение между неживой и живой матерней. Вирусы — внутриклеточные паразиты и могут проявлять свойства живых opганизмов, только попав внутрь клетки.

Отличия вирусов от неживой природы:

1.  способность к размножению;
2.  наследственность и изменчивость

Отличия вирусов от клеточных организмов:

1.  не имеют клеточного строения;
2.  не проявляют обмена веществ и энергии (метаболизма);
3.  могут существовать только как внутриклеточные паразиты;
4.  не увеличиваются в размерах (не растут);
5.  имеют особый способ размножения;
6. имеют только одну нуклеиновую кислоту — либо ДНК, либо РНК.

Вирусы существуют в двух формах:

• покоящейся (внеклеточной), когда их свойства как живых систем не проявляются,
• внутриклеточной, когда осуществляется размножение вирусов.

Простые вирусы (например, вирус табачной мозаики) состоят из молекулы нуклеиновой кислоты и белковой оболочки капсида. Некоторые более сложные вирусы (гриппа, герпеса и др.) помимо белков капсида и нуклеиновой кислоты могут содержать липопротеиновую мембрану, углеводы и ряд ферментов. Белки защищают нуклеиновую кислоту и обусловливают ферментативные и антигенные свойства вирусов. Форма капсида может быть палочковидной, нитевидной, сферической и др.

В зависимости от присутствующей в вирусе нуклеиновой кислоты различают РНК-содержащие и ДНК-содержащие вирусы. Нуклеиновая кислота содержит генетическую информацию, обычно о строении белков капсида. Она может быть линейная или кольцевидная, в виде одно- или двуцепочечной ДНК, одно- или двуцепочечной РНК.

Проникновение в клетку

При проникновении вируса внутрь клетки специальные белки вирусной частицы связываются с белками-рецепторами клеточной оболочки. В животную клетку вирус может проникать при процессах пино- и фагоцитоза, в растительную клетку — при различных повреждениях клеточной стенки.

Вирус подавляет существующие в клетке процессы транскрипции и трансляции. Он использует их для синтеза собственных нуклеиновой кислоты и белка, из которых собираются новые вирусы. После этого клеточные оболочки разрушаются и новообразованные вирусы покидают клетку, которая при этом погибает.

Бактериофаги (вирусы, паразитирующие на бактериях), как правило, не попадают внутрь клетки, так как этому препятствуют толстые клеточные стенки бактерий. Внутрь клетки проникает только нуклеиновая кислота вируса.

Полагают, что происхождение вирусов связано с эволюцией каких-то клеточных форм, которые в ходе приспособления к паразитическому образу жизни вторично утратили клеточное строение.

Вирусы — возбудители заболеваний

Вирусы способны поражать различные живые организмы. Первым открытым вирусом был вирус табачной мозаики, поражающий растения. Вирусную природу имеют такие заболевания животных и человека, как натуральная оспа, бешенство, энцефалиты, лихорадки, инфекционные гепатиты, грипп, корь, бородавки, многие злокачественные опухоли, СПИД и др. Кроме того, вирусы способны вызывать генные мутации.

Вирус, вызывающий заболевание СПИДом (синдром приобретённого иммунодефицита), поражает клетки крови, обеспечивающие иммунитет организма. В результате больной СПИДом может погибнуть от любой инфекции. Вирусы СПИДа могут проникнуть в организм человека во время половых сношений, во время инъекций или операций при несоблюдении условий стерилизации. Профилактика СПИДа заключается в избегании случайных половых связей, использовании презервативов, применении одноразовых шприцев.

Это конспект по теме «НЕКЛЕТОЧНЫЕ. Вирусы и фаги». Выберите дальнейшие действия:

• Перейти к следующему конспекту: Прокариоты: ЦАРСТВО БАКТЕРИИ
• Вернуться к списку конспектов по Биологии.
• Проверить знания по Биологии.

Вирусные заболевания – что такое?

Заболевания, вызванные вирусами, в основном проявляются в результате ослабления иммунной системы и повышения температуры, когда образуется благоприятное состояние, чтобы вирусные болезни человека получили дальнейшее развитие после проникновения патогенных микроэлементов. Заболевания развиваются в результате проникновения в клетки организма человека вирусов, когда они начинают активно размножатся, паразитируя на разных зонах тела, используя их как питательный субстрат. Вирусы в итоге своей жизнедеятельности, вызывают гибель клеток, что предшествует проявлению клинической симптоматики заболевания.