Какое свойство живых организмов характерно для вирусов

Вирусы – это автономные генетические структуры, которым присущи основные признаки живых организмов: размножение, изменчивость и наследственность. С другой стороны вирусы не имеют важных свойств живого – они не питаются, не растут, нет обмена веществ и не способны к самостоятельному размножению вне клетки хозяина. Отличаются от всех организмов тем, что имеют белковую оболочку – капсид, а внутри саркофага заключена наследственная информация в виде нитей ДНК или РНК.

Классификация вирусов.

Все вирусы условно разделяют на две группы:

1. простые 2. сложные.

Простые состоят из нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК) и покрывающей их белковой оболочки (капсид), например вирус табачной мозаики. Сложные вирусы на поверхности капсида имеют еще внешнюю оболочку – мембрану, содержащую липиды, белки и углеводы, например вирус гриппа и герпеса.

По наличию той или иной нуклеиновой кислоты вирусы называют ДНК-содержащими или РНК-содержащими. ДНК-содержащие – в них присутствует молекула ДНК в виде цепочки или кольца, хранящая наследственную информацию – это вирусы оспы человека, овец, свиней и герпеса. РНК-содержащие – в них находится цепочка РНК хранительница генетической информации. Это вирусы бешенства, энцефалита, краснухи, кори, СПИДА, лейкоза и гриппа. Некоторые вирусы вообще могут не иметь оболочки.

Как же вирусы попадают в клетки и как ведут себя, проникая в клетки других организмов?

Вирусы попадают внутрь клетки вместе с капельками межклеточной жидкости. Каждый вирус способен проникнуть лишь к определенным клеткам, имеющим на своей поверхности специальные рецепторы. Затем начинается проникновение в клетку хозяина. Помогают проникнуть вирусам в клетку механические повреждения клеточной стенки или мембраны, а так же возможен способ пиноцитоза и фагоцитоза. В отличие от клеточных организмов у вирусов отсутствует собственная система, синтезирующая белки. Вирусы попадая в клетку вносят свою генетическую информацию. Проникая в клетку, вирус изменяет в ней обмен веществ, направляя всю деятельность на производство вирусной нуклеиновой кислоты и вирусных белков. Внутри клетки происходит самосборка вирусных частиц из образованных молекул нуклеиновой кислоты и белков. Накопление вирусных частиц приводит к выходу их из клетки путем «взрыва», в результате чего целостность клетки нарушается и она гибнет, а вирусы начинают проникать в другие клетки.

Таким образом, вирусы являются внутриклеточными паразитами на генетическом уровне, как набор генов, бездействуют, пока не найдет себе пристанище в живой клетке.

Вирусы поражают все живые организмы – растения, животных и человека и вызывают заболевания.

В настоящее время описано более 1 000 различных видов вирусов. Вирусы как возбудители заболеваний человека, животных и растений известны с глубокой древности.

В 1916 году канадский бактериолог Феликс Д’Эрелем описал вирусы бактерий – бактериофаги. Они стали важнейшим объектом исследования в молекулярной биологии. Бактериофаги или фаги, способны проникать в клетки бактерий и разрушать их. Вирусы бактерий имеют головку, содержащую ДНК и хвостовую часть с хвостовыми нитями. Бактериофаги напоминают по своему строению шприц. Фаг частично растворяет клеточную стенку и мембрану бактерии, вводит полый стержень в клетку и за счет сократительной реакции впрыскивает свою ДНК в ее клетку. Геном бактериофага попадает в цитоплазму, а оболочка остается снаружи. Молекула ДНК вирусов может встраиваться в геном клетки хозяина и существовать так долгое время.

Встречаются более 500 видов вирусов у животных, вызывающих такие болезни как ящур, чуму свиней и птиц, инфекционную анемию лошадей, птичий и свиной грипп и другие. Вирус ящура распространяется со скоростью цепной реакции, способен разрушить животноводство в масштабе целой страны. Подобная катастрофа наблюдалась в конце 2000 года в Великобритании, когда вирус ящура поразил крупный рогатый скот в этой стране. В настоящее время от вируса птичьего гриппа погибает огромное количество диких и домашних птиц во многих странах мира.

Известно более 300 видов вирусов, вызывающих болезни у растений, такие как мозаичная болезнь табака, томатов, огурцов, скручивание листьев, карликовость и другие.

Более 500 видов вирусов могут вызывать разнообразные инфекционные заболевания человека, такие как грипп, свинку, полиомиелит, бешенство, корь, СПИД и многие другие. В прошлые века вирусные инфекции носили характер опустошительных эпидемий и пандемий, охватывающих огромные территории. В Москве в XIII веке оспа уничтожила почти 80% населения. Вирусы герпеса поражают кожные покровы человека. Чаще всего он проявляется при простуде на губах. В состоянии покоя вирус герпеса может долго находиться в клетках и ждать своего часа. Заболевания вирусной природы распространены и в настоящее время.

Поселяясь в клетках живых организмов, вирусы вызывают многие опасные заболевания. Многие успехи вирусологии достигнуты в борьбе с конкретными болезнями – оспой, клещевым энцефалитом, бешенством, желтой лихорадкой и другими болезнями. Перед человечеством стоит множество вирусологических проблем и для их решения требуется знания разнообразных свойств и «повадок» вирусов.

Вирусные заболевания передаются двумя путями: при непосредственном контакте (контагиозный) и воздушно – капельным путем. В результате непосредственного физического контакта с больными людьми или животными передаются немногие болезни. К таким вирусным болезням относят, например трахому – болезнь глаз, очень распространенную в тропических странах, обычные бородавки и обыкновенный герпес.

Капельная инфекция – самый обычный способ распространение респираторных заболеваний. При кашле или чихании в воздух выбрасываются миллионы маленьких капелек слюны и слизи. Эти капли вместе с находящимися в них живыми микроорганизмами могут вдохнуть другие люди и заболеть. Гигиенические требования для защиты от капельной инфекции – пользование носовым платком и повязкой, а так же соблюдение санитарной чистоты.

Некоторые микроорганизмы, такие как вирус оспы, очень устойчивы к высыханию и сохраняются в пыли, содержащей высохшие остатки капель.

Некоторые опасные вирусы получили свое распространение в последние годы, такие как СПИД, грипп и разные его разновидности.

СПИД

В 1981 году появилось новое, ранее не известное науке заболевание, получившее название – синдром приобретенного иммунодефицита человека – сокращенно СПИД. Возбудитель СПИДа является вирус иммунодефицита человека – ВИЧ. Он имеет сферическую форму, диаметром от 100 – 150 нм. Наружная оболочка вируса состоит из мембраны, образованной из клеточной мембраны клетки-хозяина. В мембрану встроены рецепторные образования, напоминающие по внешнему виду грибы. Под наружной оболочкой располагается капсид вируса, образованный особыми белками, внутри которого находятся две молекулы вирусной РНК. Каждая молекула РНК содержит 9 генов ВИЧ и фермент, синтезирующий ДНК с молекулы вирусной РНК.

В первую очередь ВИЧ поражает Т – лимфоциты крови (хелперы), на поверхности которых есть рецепторы, способные связываться с белками ВИЧ. Т-лимфоциты крови обеспечивают человеку клеточный и гуморальный иммунитет. ВИЧ проникает в клетки центральной нервной системы, кишечника, клетки нейроны. В результате организм человека утрачивает свои защитные свойства и оказывается не в состоянии противостоять возбудителям разных инфекций. Средняя продолжительность жизни инфицированного человека составляет 7 – 10 лет.

Источником заражения СПИДом является человек – носитель вируса иммунодефицита. Это может быть больной с различными проявлениями болезни или бессимптомный вирусоноситель. СПИД передается только от человека к человеку такими способами: 1. половым путем 2. через кровь и ткани, содержащие вирус 3. от матери к плоду. ВИЧ может попасть в организм при сексуальном контакте с больным человеком, при введении внутривенно наркотиков, при переливании крови от зараженного донора. Известны случаи заражения детей во время родов и через молоко больной матери.

Несмотря на то, что вирус СПИДа обнаруживается в секретах человеческого тела (в слюне, слезе, молоке), однако нет доказательств передачи его при бытовом контакте.

В последние годы наблюдается рост количества ВИЧ – инфицированных людей в России. Преобладающее их число составляет молодежь. Проблема борьбы со СПИДом остается одной из главных для общества, для здравоохранения.

Все сейчас говорят о вирусах: коронавирус, грипп, ВИЧ, гепатит, ВПЧ, оспа и т.д. В мире существует более тысячи видов вирусов, способных поражать различные живые клетки, да практически все виды клеток. А что же такое вирусы и с чем их едят (в прямом и переносном смысле)? Где они живут, как попадают к нам в организм, что там делают и есть ли лекарства против них? Статей и постов в интернете много, в том числе, антинаучных и дилетантских. Поэтому ТИА обратилось за информацией в Тверской медуниверситет, к профессору кафедры микробиологии и вирусологии, доктору медицинских наук, декану фармацевтического факультета Юлии Червинец.  

Что такое вирус и в чём отличие от бактерий?

Название “вирус” произошло от латинского слово virus и переводится как “яд”. По сути, это мельчайшие внутриклеточные микробы-паразиты, потому что живут и размножаются они только внутри хозяина – практически во всех живых организмах (бактериях, грибах, растениях, животных и человеке). Несмотря на своё “коварство”, все вирусы имеют примитивное строение: одна нуклеиновая кислота (ДНК или РНК), окруженная одной или несколькими оболочками. Различают просто устроенные вирусы (безоболочечные) и сложно устроенные вирусы (оболочечные). К простым вирусам относят: вирусы полиомиелита, гепатита А, аденовирусы. Примеры сложных вирусов: гепатит В, грипп, парагрипп, корь, ВИЧ, герпес. Различаются вирусы и по форме:

• палочковидная (вирус табачной мозаики)
• пулевидная (вирус бешенства)
• сферическая (вирусы полиомиелита, ВИЧ)
• нитевидная (филовирусы)
• в виде сперматозоида (многие бактериофаги).

Размеры вирусов настолько малы (18-400 нм), что увидеть их можно только с помощью электронного микроскопа. Единицы измерения – нанометры, в отличие от бактерий (микрометры, мкм). Кстати, вирусы приблизительно в 100 раз меньше бактерий. Наиболее мелкими вирусами являются вирус полиомиелита (20 нм), гепатита А (30 нм), гепатита С (50 нм), вирус бешенства (170 нм), наиболее крупным — вирус натуральной оспы (350 нм).

От бактерий вирусы отличаются не только размерами, но и количеством генов (минимальное у вирусов от 4 до сотни, у бактерий – от 3000); нуклеиновыми кислотами (вирусы содержат только одну – ДНК или РНК, а бактерии – обе); количеством ферментов и, конечно же, самой формой жизни: вирусы размножаются только внутри живых существ, а бактерии – свободноживущие. 

Интересный факт: первооткрыватель вирусов и основоположник вирусологии – русский ученый Д.И. Ивановский. В 1892 году описал необычные свойства возбудителей болезни табака (табачной мозаики), которые проходили через бактериальные фильтры и были названы “фильтрующимися частицами”.  

Жизненный цикл вирусов состоит из нескольких этапов:

1. Вирус прикрепляется к поверхности чувствительной клетки. Для каждого вируса есть свои чувствительные клетки, например, для гепатита – клетки печени, для гриппа – клетки дыхательных путей и т.д. 
2. Проникновение вируса в клетку: либо его оболочка сливается с мембраной клетки или клетка сама его захватывает и поглощает.
3. Далее в клетке идёт процесс как бы “раздевания” вируса от всех его оболочек и активация его нуклеиновой кислоты. 
4. Начинается синтез нуклеиновых кислот и белков вируса, т.е. вирус подчиняет системы клетки хозяина и заставляет их работать на своё воспроизводство. 
5. Сборка вируса — многоступенчатый процесс, включающий в себя соединение всех компонентов.
6. Последний этап – выход вирусных частиц из клетки взрывным путем или почкованием. Полный цикл размножения вирусов завершается через 5-6 ч (вирус гриппа) или через несколько суток (вирус кори). Из погибающей клетки, которая длительное время может сохранять жизнеспособность, одновременно выходит большое количество вирусов. В результате пораженные вирусом клетки в основном погибают от истощения, а новые вирусы завоевывают и разрушают другие клетки. Но возможна и так называемая онкогенная трансформация клетки: тогда в организме появляется и начинает расти из мутированных клеток раковая опухоль. 

 Сколько вирус может жить вне организма хозяина и где?

Как правило, большинство вирусов малоустойчивы во внешней среде: они становятся инертны и погибают от многих причин, если снова не попадут в чувствительную клетку. Некоторые вирусы во внешней среде могут образовывать кристаллы, что свойственно только неживой материи. 

Вирусы быстро погибают под действием солнечных лучей, ультрафиолета, стандартных веществ для дезинфекции. В воздухе помещений вирусы могут сохраняться несколько часов. При кипячении полностью инактивируются в течение нескольких минут. 

Однако вирусы устойчивы к низким температурам: сохраняют свою жизнеспособность при t +4°С в течение нескольких недель, а при замораживании – в течение нескольких месяцев, а иногда и лет (особенно супернизких температурах). 

Устойчивость вируса на различных поверхностях различна и зависит от температуры. На бумаге вирус разрушается за 3 часа, на банкнотах – за 4 дня, на дереве и одежде – за 2 дня, на стекле – за 4 дня, на металле и пластике – за 7 дней. Кстати, на внутреннем слое использованной маски они могут жить 7 дней, а на внешней поверхности маски – даже более недели (данные соответствуют условиям при температуре +22 °С и влажности 65 %).

Есть и исключения. Некоторые вирусы обладают значительной устойчивостью при комнатной температуре: вирус гепатита В сохраняет жизнеспособность в течение трех месяцев, гепатита А – в течение нескольких недель. ВИЧ сохраняется в высохшей крови до двух недель, в донорской крови вирус остается жизнеспособным в течение нескольких лет.

Что такое штаммы и почему вирусы мутируют?

Штамм (от нем. Stamm – “ствол,род”) — чистая культура вирусов, изолированная в определённое время и в определённом месте. Один и тот же штамм не может быть выделен второй раз из того же источника в другое время. В зависимости от среды обитания – почва, вода, воздух, время года, чувствительный организм (человек, животные, птицы) – вирусы подразделяют на штаммы. Например, водный штамм, весенний, птичий, свиной и т.п. Во внешней среде геном вируса подвержен различным воздействиям, например, ультрафиолетовое облучение, солнечная радиация, химические вещества, что приводит к различного рода мутациям, т.е. изменениям в структуре нуклеиновой кислоты. В зависимости от характера мутаций вирусы могут изменять свои свойства, скажем, сменить хозяина. Так, вирус гриппа, который поражал только птиц, стал поражать и людей.

Как часто происходит в мировом научном сообществе открытие нового вируса? 

Ученые каждый год открывают новые вирусы. Так, в 1972 г. открыт вирус Эбола, 1980-1989 гг. – вирусы иммунодефицита человека, гепатита Е и С, коронавирус человека впервые был выделен в 1965 году от больных ОРВИ.  В Китае 2002—2003 годах была зафиксирована вспышка атипичной пневмонии или тяжелого острого респираторного синдрома (ТОРС, SARS). Заболевание было вызвано штаммом коронавируса SARS-CoV. В результате болезнь распространилась на другие страны, всего заболело 8273 человека, 775 умерло (летальность 9,6 %). И вот в 2019 году появился новый штамм коронавируса CoViD 19, который вызвал пандемию. 

Так откуда берутся вирусы? 

Вопрос риторический. Пока ответа у науки нет. Может быть, они были привнесены из космоса на космических телах. Ведь при низких температурах они могут сохраняться неопределенно долгое время. 

Как они попадают в организм человека/животного и т.д.? 

Разными путями: воздушно-капельным (корь, грипп, ветряная оспа), половым (ВИЧ, вирус простого герпеса 2 типа), через кровь (гепатит В,С, ВИЧ), через инфицированные продукты (гепатит А, Е) или через членистоногих (скажем, клещей). Различают вирусы, вызывающие инфекции с преимущественным поражением органов дыхания (респираторные), кишечника (ротавирусы), печени (вирус гепатита), иммунной (ВИЧ) или нервной системы (бешенство, энцефалит). 

Как организм реагирует на вирус?

 Частицы самого вируса, а также биологически активные вещества, выделяющиеся при разрушении наших клеток, могут вызвать повышение температуры тела, тошноту, рвоту, сильную слабость, головокружение вплоть до потери сознания, нарушение работы сердечно-сосудистой системы и др. На фоне нарушения функционирования различных органов и систем к вирусной инфекции может присоединиться бактериальная (стафилококки, стрептококки, кишечные бактерии) и грибковая (дрожжевые грибы), усугубив воспалительный процесс с тяжелыми последствиями вплоть до летального исхода. 

Как наш организм борется? 

Однако организм человека не простая мишень для атаки болезнетворных микроорганизмов, он активно борется, и в этом нам помогает иммунная система. Вырабатываются специфические, нейтрализующие данный вирус антитела, формируются клетки-“убийцы” или Т-лимфоциты, которые уничтожают как поражённые, инфицированные клетки, так и сам вирус. Но иммунной системе нужно время, чтобы вычислить “чужака”, “вирусного преступника”, который не просто прячется внутри наших клеток, но и старается обмануть иммунную систему. Например, новое или мутировавшее поколение вируса наша иммунная система поначалу не видит. Конечно же, со временем все вирусные клетки распознаются, но к сожалению, с потерей драгоценного времени для нашего организма. 

Возможно ли повторное заражение одним и тем же вирусом?

Наше здоровье зависит напрямую от активности и лабильности иммунной системы. Если она работает со сбоями и не справляется с негативным воздействием патогенов, заболевание может перейти в хроническую форму вплоть до смертельного исхода. Поэтому повторное заражение этим же вирусом возможно. Другая причина появления рецидива заболевания – мутации вируса. Если вирус стабилен, то наша иммунная система запоминает его и, как правило, повторных случаев инфицирования не бывает. Но если вирус подвергается изменчивости, то попав в организм человека, он воспринимается уже как новый вирус.

Есть ли лекарственные препараты для лечения вируса? Что может убить вирус? 

Да есть, но не против всех вирусов. Антибиотики, применяемые при лечении бактериальных инфекций, здесь совершенно не работают, т.к. они воздействуют на структуры клетки только бактерий. В случае вирусной инфекции нужны препараты, которые блокируют различные этапы размножения вируса в клетке. Таким неспецифическим веществом является интерферон, который вырабатывается клетками организма человека (кишечника, печени).

Если выработка интерферона недостаточна, то можно применить индукторы интерферона, например: ламовакс, курантил, дибазол, адаптогены растительного (элиутерококк, оралия) и животного происхождения (вытяжка из мидий). Активно действуют при респираторных вирусных заболеваниях препараты интерферона – виферон, амиксин и др. Подавляют активность вируса гриппа на ранних стадиях ремантадин, амантадин, арбидол. Герпес подавляет ацикловир (зовиракс) и т.п. Однако пока точно неизвестны препараты, подавляющие репродукцию коронавируса. К специфическому лечению от коронавируса относится введение плазмы от переболевших людей, которая содержит антитела, но этот метод находит ограниченное применение. 

Зачем нужна вакцинация? Как и из чего делают вакцины? 

По сути, вакцины – это препараты для создания искусственного активного иммунитета. Термин “вакцина” произошел от французского vacca – “корова”. Его ввел Л. Пастер в честь Дженнера, применившего вирус коровьей оспы для иммунизации людей против натуральной оспы человека. Вакцины – это препараты, содержащие сами микроорганизмы (убитые или живые ослабленные), части микроорганизмов, а также анатоксины (токсин, лишенный своих ядовитых свойств, но сохранивший свойства активировать иммунный ответ). После введения вакцины вырабатываются специфические антитела, которые нейтрализуют, прежде всего, поверхностные рецепторы вируса, с помощью которых он проникает в клетку. Таким образом блокируется основной механизм проникновения вируса в клетку. Многие вакцины создают пожизненный иммунитет у человека, например, вакцина от гепатита В, кори, краснухи, полиомиелита, эпидемического паротита.  

Сколько времени уходит на создание вакцины? 

На создание вакцины уходит 1-2 года, в течение которого должны пройти многочисленные проверки на эффективность и безопасность препарата, испытания на животных, потом на людях-добровольцах, а после – наладить массовое фармацевтическое производство. 

Что представляют собой тесты на вирус? Как в лабораториях выявляют положительные результаты анализов? 

Диагностика вируса основана на определении структуры вируса (специфических рецепторов и нуклеиновой кислоты), а также противовирусных антител у переболевших людей. Используются различные реакции: иммуноферментный анализ (ИФА), полимеразная цепная реакция (ПЦР). Время диагностики зависит от производителя тестов – от нескольких часов до 1 суток. 

Несколько примеров самых массовых с убийственных с точки зрения эпидемий вирусов в истории человечества 

Вирусы гриппа постоянно циркулируют среди населения, вызывая сезонные подъемы заболевания, периодически приобретающие характер эпидемий и даже пандемий. Эпидемии гриппа наносят огромный экономический ущерб, приводят к людским потерям. Это, прежде всего, относится к вирусам типа А, который каждые 2-3 года вызывает эпидемии, а несколько раз в столетие – пандемии с числом заболевших 1-2 млрд. человек. Эпидемии, вызываемые вирусом типа В, повторяются через 3-6 лет.

Пандемии гриппа, вызванные мутированными вирусами, против которых у людей нет иммунитета, возникают 2-3 раза в 100 лет. Пандемия гриппа 1918—1919 (“испанка”, штамм H1N1) унесла жизни 40-50 миллионов человек. Предполагают, что вирус “испанки” возник в результате рекомбинации генов вирусов гриппа птиц и человека. В 1957—1958 была пандемия “азиатского гриппа”, вызванная штаммом H2N2; в 1968—1969 –  пандемия “гонконгского гриппа” (H3N2). 

С 2009 появилось новое заболевание людей и животных, вызываемое штаммами вируса гриппа А/H1N1, А/H1N2, А/H3N1, А/H3N2 и А/H2N3,  известных под общим названием “вирус свиного гриппа”. Он распространён среди домашних свиней, а также может циркулировать в среде людей, птиц и др. видов; этот процесс сопровождается его мутациями. 

Как уберечься от вирусов? Существуют ли действенные меры профилактики и гигиены? 

Выделяют специфические и неспецифические способы профилактики вирусных инфекций. Специфические заключаются в использовании вакцин, при их наличии. При их введении у человека формируется как правило пожизненный иммунитет (вакцина от кори, краснухи, эпидемического паротита, ветряной оспы, гепатита В). Существует также экстренная профилактика. Ее проводят во время эпидемического подъема заболеваемости. Для экстренной профилактики, например, гриппа применяют противовирусные химиопрепараты: ремантадин (активен только против вирусов типа А), арбидол, амиксин, оксалиновую мазь и др. Используют также интерферон, дибазол, различные индукторы интерферона (например, элеутерококк, продигиозан). 

Против многих вирусных инфекций вакцин не существует. В этом случае помогает неспецифическая профилактика. Существуют ряд общих правил:

– соблюдать личную гигиену (мойте руки перед приемом пищи, после использования туалета; не трогайте грязными, немытыми руками нос, глаза, рот).
– обязательно поддерживать здоровый образ жизни с помощью сбалансированного питания, занятий физкультурой, прогулок на свежем воздухе и многое другое.

Но для каждого вируса неспецифическая профилактика своя. Если речь идет о вирусах, передающихся воздушно-капельным путем, то необходимо придерживаться следующих правил:

– надевать маски, причем на больного человека, чтобы исключить попадание в пространство крупных частиц слюны при кашле и чихании, мелкие же частицы она не задерживает;
– тщательно убирать помещения, так как вирус любит теплые и пыльные помещения, поэтому стоит уделить время влажной уборке и проветриванию;

– избегать массовых скоплений людей и воздержаться от походов в общественные места.

Если вирус передается с помощью фекально-орального механизма, например, вирус гепатита А, то необходимо соблюдать следующее:

– употреблять чистую или кипяченую воду;
– мыть фрукты, ягоды, овощи кипяченой водой:
– поливать свой сад и огород проточной водой.

Если вирус передается через кровь, например, вирус гепатита В,С, ВИЧ, то необходимы:

– дезинфекция, стерилизация медицинских изделий;
– обследование доноров крови;
– не употреблять наркотики;
– использовать индивидуальные предметы личной гигиены;
– быть осторожными с маникюром, пирсингом и татуировками, делать это только в профессиональном салоне. 

Если вирус передается половым путем, например, ВИЧ, то нужно:

– исключить незащищенные половые контакты, если вы не уверены в своём партнёре;
– использовать барьерные средства контрацепции, если вы не знаете статус своего партнера.