Вступ

Відомо тисячі видів різноманітних вірусів людини, тварин, комах, рослин, бактерій. Вони відіграють надзвичайно велику роль у природі: виступають як фактор, що об’єднує складні живі системи органічного світу, служать переносниками генетичної інформації. Саме за допомогою вірусів зроблені фундаментальні відкриття з розшифрування структури нуклеїнових кислот, механізмів реплікації ДНК та синтезу білка. Фундаментальне вивчення вірусів та бактеріофагів увінчалося грандіозними успіхами генної інженерії. Отже, вони дають ключ до розуміння функціонування нуклеїнових кислот і сутності життя.

Понад 500 вірусів викликають різноманітні захворювання людини. Грип, інфекційні гепатити, жовта гарячка, геморагічні гарячки Ебола та Ласса, сказ, поліомієліт, СНІД.

Віруси – неклітинні форми живих істот, які характеризуються малими розмірами, відсутністю власних білоксинтезуючих та енергієгенеруючих систем, а також облігатним внутрішньоклітинним паразитизмом.

За ступенем небезпеки для людини віруси поділяють на чотири групи. До першої групи належать збудники гарячки Ебола, Ласса, Марбурга, Мачупо, натуральної віспи, до другої входять арбо- і аренавіруси, віруси сказу, гепатитів А і В, ВІЛ. До третьої групи належать віруси грипу, поліомієліту, енцефаломіокардиту, вісповакцини. Четверта група представлена адено-, корона-, герпес-, рео- та онковірусами. Цей поділ певною мірою умовний, так як внаслідок генетичної мінливості можуть з’являтися штами вірусів з підвищеною вірулентністю.

1. Віруси, їх будова та життєві цикли

Клітина — це елементарна структурно-функціональна одиниця живого. Але є форми життя, які розмножуються тільки всередині живих клітин і, не маючи власного обміну речовин, виявляють такі властивості живого, як спадковість, мінливість. Такі форми жит­тя вчені назвали неклітинними формами життя. До них належать віруси.

За своєю природою віруси є обов’язковими внутрішньоклітинними паразитами.

Крім вірусів, є й інші структури, які демонструють окремі властивості живого і можуть спричинити захворювання в різних групах організмів, наприклад віроїди, вірусоїди і пріони.

Віроїди — це позбавлені оболонки невеликі молекули кільцевої, зазвичай одноланцюгової, РНК, що спричиняють захворювання рослин.

Вірусоїди схожі на віроїди, але включені у структуру вірусу- помічника і реплікуються лише з його допомогою.

Пріони — це особливий клас інфекційних агентів, винятково білкових, які не містять нуклеїнових кислот, вони спричиняють тяжкі захворювання центральної нервової системи в людини та деяких вищих тварин.

Віруси розпізнаються за наслідками свого розвитку в клітинах хазяїна. Вони руйнують цілі комплекси клітин, спричиняють ураження тканин, що призводить до різних захворювань.

Уперше віруси (від латин, virus — отрута) були описані ботаніком Д. Івановським у 1892 р. Учений виявив, що збудник тютюнової мозаїки проходить крізь фільтр, що затримує бактерії. Він показав, що профільтрований крізь такий фільтр екстракт рослин тютюну, заражених тютюновою мозаїкою, зберігає здатність спричиняти захворювання у здорових рослин. Збудник ящуру великої рогатої худоби, який фільтрується, був виявлений у 1897 р. німецьким бактеріологом Ф. Лефлером. Першим виявленим вірусом людини був вірус жовтої пропасниці, відкритий американським хірургом У. Рідом у 1901 р.

Існує кілька гіпотез, що пояснюють походження вірусів.

По-перше, вчені припускають, що великі ДНК-вмісні віруси походять від більш складних внутрішньоклітинних паразитів, що втратили значну частину свого геному. І справді, великі ДНК-вмісні віруси, наприклад вірус віспи, можуть мати надлишкову інформацію.

Інші дослідники вважають, що деякі ДНК-вмісні віруси еукаріотів, імовірно, походять від мобільних (рухливих) елементів — ділянок ДНК, які можуть здійснювати самостійну реплікацію в клітині.

Походження деяких РНК-вмісних вірусів пов’язують із віроїдами. Вважається, що віроїди є частиною іРНК — «втікачкою», яка випад­ково набула здатності до реплікації. Білків віроїди не кодують. Відомі приклади вірусів, які містять виражені віроїдоподібні ділянки, наприклад вірус гепатиту Дельта.

У цілому вважається, що віруси виникли внаслідок відокремлення певних генетичних елементів клітини, які набули здатності передаватися від організму до організму.

Віруси тривалий час залишалися недослідженими через те, що були дуже дрібними (від 20 до 300 нм). Тільки поява електронного мікроскопа дозволила вивчити їхню будову.

Зріла вірусна частинка (або віріон) складається з нуклеїнової кислоти (ДНК або РНК), оточеної білковою оболонкою (капсидом) одного або кількох типів. Деякі віруси мають також зовнішню оболонку, яка містить ліпіди. Жодних інших структур віруси не мають, у них немає власного обміну речовин, вони можуть розмножуватися тільки всередині клітин, використовуючи їхній білоксинтезуючий апарат, речовини і енергетичні ресурси.

Усередині капсиду можуть бути необхідні для реплікації вірусу білки, такі як фермент зворотна транскриптаза, характерний для РНК- ретровірусів і необхідний для утворення молекули вірусної ДНК.

Віруси відрізняються від мікроорганізмів такими особливостями:

• вони містять нуклеїнову кислоту лише одного тину — або ДНК, або РНК;
• для їх репродукції необхідна тільки вірусна нуклеїнова кислота;
• вони не можуть розмножуватися поза живою клітиною;
• поза живою клітиною вони не виявляють жодних властивостей живого.

Бактеріофаги складаються з головки з молекулою ДНК або РНК всередині, що прилягає до стрижня, на кінці якого є основна пластинка з хвостовими відростками.

Життєві цикли можуть дуже відрізнятися у різних вірусів. Найбільш типовий процес потрапляння вірусу до клітини починається із приєднання вірусного капсиду до специфічного для даного вірусу ре­цептора, який є на поверхні мембрани клітини-мішені. Проникнення до клітини приєднаного до мембрани вірусу відбувається за рахунок ендоцитозу або злиття клітинної мембрани й оболонки вірусу.

Усередині клітини-хазяїна вірусний капсид руйнується під впливом клітинних ферментів, вивільняючи вірусний генетичний матеріал, на основі якого синтезуються вірусні іРНК і починається утворення вірусних білків та реплікація вірусного геному.

Потім відбувається самозбирання вірусних частинок. Вихід готових віріонів із зараженої клітини часто супроводжується її руйну­ванням. Можна виділити три стадії вірусної інфекції:

• адсорбція вірусу на клітинній мембрані і проникнення вірусу в клітину;
• експресія і реплікація вірусного геному;
• збирання вірусів і їх вихід із клітини.

У багатьох вірусів тварин розвиваються спеціальні пристосування для проникнення у клітину. Наприклад, клітини, що вистилають дихальні шляхи, вкриті захисним шаром слизу, але вірус грипу розріджує цей слиз і проникає до мембрани клітини.

Бактеріофаги проникають у клітини бактерій за допомогою своєї незвичайної будови. Вони являють собою «живий шприц», який впорскує свою нуклеїнову кислоту в клітину хазяїна. Порожня оболонка віріону залишається зовні — вона вже не потрібна, оскільки виконала свою функцію.

Експресія і реплікація вірусного геному.

Після проникнення вірусів у клітину і «роздягання» вірусний геном і зв’язані з ним вірусні білки опиняються у цитоплазмі. Всередині зараженої клітини відбувається реплікація вірусного геному і синтез структурних вірусних білків, із яких збираються нові віруси.

Існує певний порядок транскрипції вірусних ІРНК, які потім транслюються з утворенням білка. Реплікація вірусного геному більшості РНК-вмісних вірусів відбувається в цитоплазмі, а більшості ДНК-вмісних вірусів — у ядрі.

Заражаючись вірусом, клітина активує спеціальні механізми противірусного захисту, відбувається перепрограмування клітини. Вона починає синтезувати сигнальні молекули — інтерферони, що активують системи імунітету. Пошкодження, спричинені розмноженням вірусу в клітині, виявляються системами внутрішнього клітинного контролю, і така клітина сама себе вбиває під час апоптозу, або програмованої клітинної смерті.

Деякі віруси можуть переходити в латентний (прихований) стан і активуватися лише за певних умов. При цьому вірус успадковується дочірніми клітинами і нерідко включається у клітинний геном. Якщо клітини потрапляють у несприятливе середовище, то вірус стає активним і починає розмножуватися.

Як тільки вірусні нуклеїнові кислоти і вірусні білки синтезовані в достатній кількості, починається збирання вірусів. Включення нуклеїнових кислот у вірусні капсиди у РНК-вмісних вірусів відбувається у цитоплазмі, а у ДНК-вмісних вірусів — у ядрі.

Вірус, що активно розмножується, не завжди вбиває клітину- хазяїна. Багато вірусів виходять із клітини шляхом відбрунькування від клітинної мембрани, набуваючи при цьому зовнішньої оболонки. У цьому випадку клітина може продовжувати жити і продукувати вірус.

Життєві цикли вірусів можуть відрізнятися в різних видів, але відбуваються за загальною схемою. Можна виділити три стадії вірус­ної інфекції: адсорбція вірусу на клітинній мембрані і проникнення вірусу в клітину; експресія і реплікація вірусного геному; збирання вірусів та їх вихід із клітини.

2. Хімічний склад вірусів

Віруси містять лише один тип нуклеїнової кислоти (ДНК або РНК), яка становить від 1 до 40 % маси віріона. Вірусні геноми містять інформацію, достатню для синтезу лише декількох білків. Їх маса сягає 10-15 мг, що в 1 млн разів менше, ніж у клітини, а довжина – до 0,093 мм. Число нуклеотидних пар коливається від 3150 (вірус гепатиту В) до 230000 (вірус натуральної віспи). Віруси характеризуються надзвичайним розмаїттям форм геному. Він може бути представлений як односпіральними, так і двоспіральними молекулами, бути лінійним, циркулярним або фрагментованим.

Білки вірусів (70-90 % маси віріона) поділяються на структурні та неструктурні. Структурними називають такі білки, які входять до складу зрілих позаклітинних віріонів. Вони виконують ряд важливих функцій: захищають нуклеїнову кислоту від зовнішнього пошкодження, взаємодіють з мембранами чутливих клітин, і забезпечують проникнення вірусу в клітину, мають РНК- і ДНК-полімеразну активність та ін. Неструктурні білки не входять до складу зрілих віріонів, однак утворюються під час їх репродукції. Вони забезпечують регуляцію експресії вірусного геному, є попередниками вірусних білків, здатні пригнічувати клітинний біосинтез. Залежно від розташування у віріоні, білки поділяються на капсидні, суперкапсидні, матриксні, білки серцевини та асоційовані з нуклеїновою кислотою.

Ліпіди містяться в складних вірусах і входять до складу суперкапсидної оболонки, утворюючи її подвійний ліпідний шар. Вони стабілізують вірусну оболонку, забезпечують захист внутрішніх шарів віріонів від гідрофільних речовин зовнішнього середовища. Віруси мають до 15-35 % ліпідів. Ліпопротеїди – комплекс вірусних суперкапсидних білків та ліпідів клітинної мембрани яких віруси набувають при виділенні з клітини під час репродукції.

Молекули вуглеводів входять до складу глікопротеїнів, гліколіпідів, сягаючи 3,5-9 %. Вони відіграють важливу роль, забезпечуючи захист відповідних молекул від дії клітинних протеаз.

Різні групи вірусів мають неоднакову стійкість до дії факторів зовнішнього середовища. Найчутливіші до них віруси, що мають ліпопротеїнову оболонку. Наприклад, віруси грипу, парагрипу, епідемічного паротиту інактивуються на поверхнях за декілька годин, проте аденовіруси зберігають інфекційні властивості декілька днів. Чутливість вірусів до дії рентгенівського та ультрафіолетового опромінення залежить від величини геному вірусів: чим менший геном, тим резистентніший вірус до опромінення. Віруси, які мають ліпопротеїдну оболонку, чутливі до ефіру, хлороформу та дезоксихолату натрію, інших жиророзчинників і детергентів.

Важливою особливістю вірусів є їх чутливість до концентрації водневих іонів. Частина з них стійка до кислих значень рН (2,2-3,0). До них належать віруси, які викликають кишкові інфекції, проникаючи в організм аліментарним шляхом (віруси поліомієліту, Коксакі, ЕСНО). Віруси, які потрапляють в організм через верхні дихальні шляхи (риновіруси, віруси грипу та ін.), чутливі до кислих значень рН.

3. Роль вірусів у природі й житті людини

Механізми проникнення вірусів у клітини людини, тварин, рослин, бактерій відрізняються своїми особливостями.

Віруси поширені у природі повсюдно. Вони уражають усі групи живих організмів. Описано приблизно 500 вірусів, які уражають теплокровних хребетних, і понад 300 вірусів, що уражають вищі рослини. Деякі види ракових пухлин у тварин і людини мають вірусну природу.

Для багатьох вірусів, наприклад кору, герпесу, основним природним резервуаром є людина. Передавання цих вірусів відбувається повітряно-краплинним шляхом.

У житті людини віруси відіграють переважно негативну роль.

Вони спричиняють багато різноманітних захворювань людини, свійських тварин і культурних рослин. У людини віруси вражають органи дихання (наприклад, грип), травлення (гастроентерити, гепатити), нервову (поліомієліти, енцефаліти, сказ) систему, шкіру і слизові оболонки (герпес, кір, вітряна віспа), клітини різних систем органів (віспа, жовта пропасниця), пригнічують імунні реакції (СНІД), призводять до деяких видів ракових захворювань. У свійських тварин вони спричинюють ящур парнокопитних, ентерит і чумку собак, чуму курей та інші захворювання, деякі з них (ящур та ін.) небезпечні й для людини.

Репродукція вірусів у природі підтримується різними організмами: бактеріями, грибами, найпростішими, рослинами, тваринами. Наприклад, комахи часто страждають від вірусів, які накопичуються в їхніх клітинах у вигляді великих кристалів. Рослини нерідко уражаються дрібними і просто побудованими РНК-вмісними вірусами. Ці віруси навіть не мають спеціальних механізмів для про­никнення у клітину. Вони переносяться комахами (які живляться клітинним соком), круглими червами і контактним способом, зара­жаючи рослину внаслідок її механічного ушкодження.

Віруси є збудниками багатьох небезпечних хвороб тварин і людини. Вони передаються під час безпосереднього фізичного контакту, повітряно-краплинним шляхом та іншими способами. Віруси можуть також поширюватися організмами-переносниками. Наприклад, вірус сказу переносять собаки й кажани.

Понад десять основних груп вірусів можуть спричиняти інфекційні захворювання у людини. ДНК-вмісні віруси спричиняють, наприклад, натуральну віспу, герпес, гепатит В, а РНК-вмісні віруси — поліомієліт, гепатит А, гострі застудні захворювання, різні форми грипу, кору та епідемічного паротиту (свинки).

У наш час вірусні інфекції становлять переважну частину інфекційної патології людини. Найпоширенішими серед них’є гострі респіраторні (ГРВІ) та інші вірусні інфекції, що передаються повітряно-краплинним шляхом, збудники яких належать до зовсім різних родин, найчастіше це РНК-вмісні віруси (вірус грипу А, В, С, вірус епідемічного паротиту, віруси парагрипу, кору, риновіруси та ін.).

Не менш поширені й кишкові вірусні інфекційні захворювання, які спричиняють віруси, що також належать до різних родин РНК- та ДНК-вмісних вірусів.

Дуже поширені в усьому світі такі вірусні інфекційні захворювання, як вірусні гепатити, особливо гепатит В, що передається транс­місивним і статевим шляхом. Їх збудники — віруси гепатиту А, В, С, Б, Е, в, ТТ — мають різні механізми передачі, але вони можуть потрапляти в клітини печінки.

Доведена роль вірусів і в розвитку деяких пухлин тварин і людини (онкогенні, або онковіруси). Серед відомих вірусів, які виявляють онкогенну дію, є представники як ДНК-вмісних, так і РНК-вмісних вірусів.

Для уникнення зараження вірусами потрібно дотримуватись правил особистої гігієни, не пити сиру воду, не споживати немиті овочі та фрукти, недостатньо кулінарно оброблене м’ясо і рибу, застосовувати заходи захисту проти укусів кровосисних комах і кліщів. Відомо, що безладні статеві зв’язки і наркоманія, коли декілька людей вводять собі наркотик одним і тим самим шприцом, — основні шляхи поширення СНІДу.

Хворих на інфекційні хвороби людей і тварин слід ізолювати від здорових до повного одужання (карантин) і лікувати за допомогою антивірусних препаратів. Слід також знищувати кровосисних членистоногих -переносників вірусних інфекцій.

Особливе значення для боротьби з вірусними захворюваннями має профілактичне щеплення, внаслідок якого в організмі виробляється імунітет до збудника певного захворювання. Саме завдяки профілактичному щепленню вдалося перемогти смертельно небезпечні захворювання — віспу і поліомієліт. Профілактичне щеплення роблять і тваринам.

Висновки

Віруси — неклітинні форми життя, які є внутрішньоклітинними абсолютними паразитами.

Відкриття цих форм життя належить Д.І.Івановському. Віруси належать до імперії Доклітинних і складають окреме царство живої природи — царство Віра.

Шляхи виникнення вірусів невідомі і тому існують різні погляди щодо їх походження:

• віруси виникли шляхом спрощення паразитичних бактерій;
• віруси — це змінені органели, які мали власний геном;
• віруси — це «збіглі» частини геному клітин-хазяїв.

Форма вірусів може бути найрізноманітнішою: паличкоподібна (віруси мозаїчної хвороби тютюну), кулеподібна (віруси сказу), сферична (віруси грипу, папіломи), кубоїдальна (віруси натуральної віспи), головчаста або сперматозоїдна (бактеріофаги), ниткоподібна (віруси ебола, віруси бактерій). На рис  представлені основні форми і структури найпоширеніших РНК- і ДНК-геномних вірусів.

Розмноження вірусів включає в себе такі процеси, як (на прикладі бактеріофага Т-4):

1) прикріплення фага до поверхні бактеріальної клітини;

2) введення ДНК у клітину бактерії;

3) передача з ДНК фага спадкової інформації про білки в білоксинтезуючий апарат клітини;

4) розщеплення ДНК хазяїна і підпорядкування білоксинтєзуючого апарату клітини;

5) реплікація ДНК фага;

6) утворення нових частинок бактеріофагів;

7) руйнування клітини хазяїна і звільнення нових фагів.

Список використаної літератури

1. Балан П.Г., Вервес Ю.Г., Поліщук В.П. Біологія: підручник для 10 класу (рівень стандарт, академ) . – 2010 р.
2. Довідник з біології. За ред.. акад.. АН УРСР К.М. Ситника. — К., «Наук. думка», 1978.- 400 с.
3. Загальна біологія: Підручник для учнів 10-11 кл. серед. загальноосвіт. шл../ М.Є. Кучеренко, Ю.Г. Вервес, П.Г. Балан та ін..-К.: Генеза, 2000.-464с.
4. Медична мікробіологія, вірусологія та імунологія / за ред. В.П. Широбокова. — Вінниця: Нова Книга, 2011. — 952 с.