Poliomijelitis, bjesnoća, velike boginje, herpes, sindrom stečene ljudske imunodeficijencije svima su poznate bolesti koje su uzrokovane vrlo specifičnim uzročnicima. Organizmi koji stoje na granici između živog i neživog, obvezni (obavezni) stanični paraziti – virusi. Morfologija, fiziologija i samo njihovo postojanje na planeti danas postavljaju mnoga pitanja.
Virologija: Početak rada
Scena je laboratorij Nikitskog botaničkog vrta pri Ruskoj akademiji znanosti, gdje biolog Dmitrij Iosifović Ivanovski (1864-1920) proučava tajanstvenu mozaičnu bolest duhana. Uzročnik bolesti u biljci prolazi kroz najmanje bakterijske filtere, ne raste na hranjivim podlogama i ne daje simptome kada su zdrave biljke zaražene filtratima iz bolesnih.
Tada je, 1892. godine, znanstvenik zaključio da to nije bakterija. A patogene naziva virusima (od latinskog virusa,- ja). Dmitrij Ivanovski je cijeli život pokušavao vidjeti viruse, ali smo vidjeli morfologiju virusa 30-ih godina XX stoljeća, kada su izumljeni elektronski mikroskopi.
Ali upravo se ovaj datum smatra početkom znanosti virologije, a Dmitrij Ivanovski je njezin osnivač.
Amazing Kingdom
Morfologija i fiziologija virusa su toliko nevjerojatni da su ti organizmi izolirani u neovisnom kraljevstvu Vira. Ovaj najjednostavniji oblik života ima mikroskopske dimenzije (od 25 do 250 nanometara) i nukleinska je kiselina sa skupom gena zatvorenih u ljusci. To su paraziti koji se mogu razmnožavati samo u stanicama drugih živih organizama - biljaka, gljiva, životinja, bakterija, pa čak i drugih virusa (satelitski virusi).
Prepoznatljive karakteristike virusa su sljedeće:
- Sadrži samo jednu vrstu nukleinske kiseline (RNA ili DNK).
- Morfologiji virusa nedostaju sustavi za sintezu proteina i energetski sustav.
- Nemaju staničnu strukturu.
- Virusni parazitizam ostvaruje se na genetskoj razini.
- Prolazi kroz bakterijske filtere i ne uzgaja se na umjetnim podlogama.
Dio organskog svijeta planeta
Virusi, kao obvezni paraziti, imaju jasnu genetsku povezanost s predstavnicima flore i faune Zemlje. Štoviše, prema nedavnim studijama, 32% ljudskog genoma sastoji se od elemenata sličnih virusustrukture.
Do danas je opisano više od 6000 virusa, ali se procjenjuje da ih ima više od sto milijuna. Ovo je najbrojniji biološki oblik na planeti, a zastupljen je u svim ekosustavima (sveprisutna (sveprisutna) rasprostranjenost).
Njihov izgled na planeti danas nije jasan. Jedno je poznato - kada su se pojavili prvi stanični oblici života, virusi su već postojali.
Živ i neživ
Ovi nevjerojatni organizmi imaju dva oblika svog postojanja, koji se međusobno značajno razlikuju.
Izvan ćelije, oblik njihovog postojanja je virion. Kada uđe u stanicu, njegove se ljuske otapaju i nukleinske kiseline virusa se ugrađuju u genetski materijal domaćina. Tada govorimo o virusnoj infekciji. Genom virusa integrira se u prirodne mehanizme replikacije genoma stanice domaćina i pokreće lanac reakcija, provodeći svoje parazitsko postojanje.
Virion je u biti neživi dio života. A genom virusa u stanici je njegova živa komponenta, jer se tamo virusi razmnožavaju.
Morfologija i ultrastruktura virusa
U ovom kontekstu, govorimo o virionu - izvanstaničnom obliku.
Veličina viriona se mjeri u nanometrima - 10-9 metara. Virusi gripe su srednje veličine - 80-120 nanometara, a virus velikih boginja je div s dimenzijama od 400 nanometara.
Struktura i morfologija virusa slična je astronautima. Unutar kapside (proteinski omotač, ponekadkoji sadrži masti i ugljikohidrate), kao u "svemirskom odijelu", je najvrjedniji dio - nukleinske kiseline, genom virusa. Štoviše, ovaj "kozmonaut" je također predstavljen u minimalnoj količini - samo izravno nasljedni materijal i minimum enzima za njegovu replikaciju (kopiranje).
Izvana, “odijelo” može biti u obliku štapa, sfernog, u obliku metka, u obliku složenog ikosaedra, ili uopće ne pravilnog oblika. Ovisi o prisutnosti u kapsidu specifičnih proteina koji su odgovorni za prodor virusa u stanicu.
Kako patogen ulazi u tijelo domaćina
Postoji mnogo načina za prodiranje, ali najčešći je zračni. Mirijade sićušnih čestica bacaju se u svemir ne samo prilikom kašljanja ili kihanja, već jednostavno prilikom disanja.
Drugi način da virioni uđu u tijelo je zarazan (izravni fizički kontakt). Ova metoda je svojstvena prilično maloj skupini patogena, tako se prenose herpes, venerične infekcije, AIDS.
Metoda zaraze putem vektora, koji mogu biti različite skupine organizama, prilično je komplicirana. Vektor koji je preuzeo patogen iz rezervoara infekcije postaje mjesto za replikaciju virusa ili napredovanje kroz razvojne faze. Virus bjesnoće je upravo takav patogen.
Što se događa u tijelu domaćina
Uz pomoć vanjskih proteina kapsida, virus se veže na staničnu membranu i prodire kroz endocitozu. Oni suulaze u lizosome, gdje se pod djelovanjem enzima oslobađaju "svemirskog odijela". A nukleinske kiseline patogena ulaze u jezgru ili ostaju u citoplazmi.
Nukleinske kiseline uzročnika ugrađuju se u lance nukleinskih kiselina domaćina i pokreće se reakcija replikacije (kopiranja) nasljedne informacije. Kada se u stanici nakupi dovoljan broj virusnih čestica, virioni koriste energetske i plastične mehanizme i resurse domaćina.
Posljednja faza je oslobađanje viriona iz stanice. Neki virusi dovode do potpunog uništenja stanica i ulaze u međustanični prostor, drugi u njega ulaze putem egzocitoze ili pupanja.
Strategije patogena
Interakcija između virusa i stanice domaćina može se razviti prema nekoliko scenarija. Glavna karakteristika je stupanj autonomije parazita.
Struktura Morfologija virusa dovodi do potpune ovisnosti patogena o energetskom i proteinskom potencijalu stanice, jedini uvjet je da replicira svoje nukleinske kiseline prema vlastitom rasporedu. Takva interakcija naziva se produktivnom (prirodna je za virus, ali ne i za stanicu). Nakon što je iscrpio zalihe stanice, virus dovodi do njezine smrti.
Druga vrsta interakcije je sporazumna. U ovom slučaju, genom virusa, integriran u genom domaćina, replicira se kovalentno s vlastitim nukleinskim kiselinama stanice. I tada razvoj scenarija može ići u dva smjera. Virus se ponaša tiho i ne manifestira se. Mladi virioni odlazestanica samo pod određenim uvjetima. Ili geni patogena neprestano rade, stvarajući veliki broj mladih generacija, ali stanica ne umire, već je napušta egzocitozom.
Poteškoće u taksonomiji
Klasifikacija i morfologija virusa različita je u različitim izvorima. Istovremeno se za njihovu klasifikaciju koriste sljedeće značajke:
- Vrsta nukleinske kiseline (koja sadrži RNA i DNA) i način njezine replikacije. Najčešća klasifikacija virusa koju je predložio američki virolog David B altimore 1971.
- Morfologija i struktura virusa (jednolančani, dvolančani, linearni, kružni, fragmentirani, nefragmentirani).
- Dimenzije, vrsta simetrije, broj kapsomera.
- Prisutnost superkapsida (vanjske ljuske).
- Antigenska svojstva.
- Vrsta genetske interakcije.
- Krug potencijalnih domaćina.
- Lokalizacija u stanici domaćinu - u jezgri ili u citoplazmi.
Odabir glavnog kriterija i morfologije virusa određuje različite pristupe klasifikaciji virusa u mikrobiologiji. Nije baš lako. Poteškoća je u tome što počinjemo proučavati morfologiju i strukturu virusa tek kada dovedu do patoloških procesa.
Izbirljiv i ne tako dobar
Po izboru domaćina, ovi su patogeni iznimno raznoliki u svojim preferencijama. Neki napadaju samo jednu biološku vrstu - imaju vrlo strogu "registraciju". Na primjer, jestivirusi gripe mačaka, galebova, svinja, koji su potpuno sigurni za druge životinje. Ponekad je specijalizacija iznenađujuća - virus bakteriofaga P-17 inficira samo mužjake jedne vrste E. coli.
Drugi virusi se ponašaju sasvim drugačije. Primjerice, virusi u obliku metka, čija je morfologija slična metku, uzrokuju potpuno različite bolesti, a pritom je njihov raspon domaćina iznimno širok. Takvi virusi uključuju virus bjesnoće, koji inficira sve sisavce, ili virus vezikularnog stomatitisa goveda (usput, prenosi ga insekti).
Ima i drugih nijansi. Virusi s repom (virioni) uglavnom napadaju bakterijske stanice, filamentozni ili spiralni su paraziti biljaka, a u životinjskim stanicama vjerojatnije je da parazitiraju virusi sa složenim kapsidom i višestrukim virionskim oblikom.
