Poliomielitas, pasiutligė, raupai, pūslelinė, įgytas žmogaus imunodeficito sindromas – visiems žinomos ligos, kurias sukelia labai specifiniai patogenai. Organizmai, stovintys ant ribos tarp gyvų ir negyvų, privalomų (privalomų) ląstelinių parazitų – virusų. Morfologija, fiziologija ir pats jų egzistavimas planetoje šiandien kelia daug klausimų.
Virologija: darbo pradžia
Scena – Rusijos mokslų akademijos Nikitskio botanikos sodo laboratorija, kurioje biologas Dmitrijus Iosifovičius Ivanovskis (1864–1920) tiria paslaptingą tabako mozaikinę ligą. Ligos sukėlėjas augale praeina per mažiausius bakterijų filtrus, neauga maistinėse terpėse ir nesukelia simptomų, kai sveiki augalai užkrečiami sergančių filtratais.
Tuomet, 1892 m., mokslininkas padarė išvadą, kad tai ne bakterijos. Patogeną jis vadina virusais (iš lotyniško žodžio virusas,- aš). Dmitrijus Ivanovskis visą gyvenimą bandė pamatyti virusus, bet mes matėme virusų morfologiją XX amžiaus 30-aisiais, kai buvo išrasti elektroniniai mikroskopai.
Bet ši data laikoma virusologijos mokslo pradžia, o Dmitrijus Ivanovskis yra jo įkūrėjas.
Nuostabi karalystė
Virusų morfologija ir fiziologija yra tokia nuostabi, kad šie organizmai yra išskirti nepriklausomoje Viros karalystėje. Ši paprasčiausia gyvybės forma turi mikroskopinius matmenis (nuo 25 iki 250 nanometrų) ir yra nukleorūgštis su genų rinkiniu, uždarytu apvalkale. Tai parazitai, galintys daugintis tik kitų gyvų organizmų ląstelėse – augalų, grybų, gyvūnų, bakterijų ir net kitų virusų (palydovinių virusų).
Virusų skiriamieji bruožai yra tokie:
- Sudėtyje yra tik vieno tipo nukleino rūgšties (RNR arba DNR).
- Virusų morfologijai trūksta b altymų sintezės ir energijos sistemų.
- Neturite korinio struktūros.
- Virusų parazitizmas realizuojamas genetiniame lygmenyje.
- Praeina per bakterijų filtrus ir nėra auginami dirbtinėje terpėje.
Planetos organinio pasaulio dalis
Virusai, kaip privalomi parazitai, turi aiškų genetinį ryšį su Žemės floros ir faunos atstovais. Be to, naujausių tyrimų duomenimis, 32% žmogaus genomo sudaro į virusą panašūs elementaistruktūros.
Iki šiol buvo aprašyta daugiau nei 6000 virusų, tačiau manoma, kad jų yra daugiau nei šimtas milijonų. Tai pati gausiausia biologinė forma planetoje ir ji yra visose ekosistemose (visur esantis (visur) paplitimas).
Jų išvaizda planetoje šiandien nėra aiški. Vienas dalykas yra žinomas – kai pasirodė pirmosios ląstelių gyvybės formos, virusai jau egzistavo.
Gyvas ir negyvas
Šie nuostabūs organizmai turi dvi savo egzistavimo formas, kurios labai skiriasi viena nuo kitos.
Už ląstelės ribų jų egzistavimo forma yra virionas. Kai jis patenka į ląstelę, jos apvalkalai ištirpsta ir viruso nukleorūgštys įtraukiamos į šeimininko genetinę medžiagą. Štai tada mes kalbame apie virusinę infekciją. Viruso genomas integruojasi į natūralius ląstelės šeimininkės genomo replikacijos mechanizmus ir pradeda reakcijų grandinę, vykdydamas savo parazitinį egzistavimą.
Virion iš esmės yra negyva gyvenimo dalis. O viruso genomas ląstelėje yra gyvasis jos komponentas, nes būtent ten virusai dauginasi.
Virusų morfologija ir ultrastruktūra
Šiame kontekste mes kalbame apie virioną – ekstraląstelinę formą.
Virionų dydis matuojamas nanometrais – 10-9 metrų. Gripo virusai yra vidutinio dydžio – 80–120 nanometrų, o raupų virusas yra milžiniškas, kurio matmenys siekia 400 nanometrų.
Virusų struktūra ir morfologija panaši į astronautų. Kapsido viduje (kartais b altyminis sluoksnisturintys riebalų ir angliavandenių), kaip ir „skafandroje“, yra vertingiausia dalis – nukleino rūgštys, viruso genomas. Be to, šio „kosmonauto“taip pat pateikiamas minimalus kiekis – tik tiesiogiai paveldima medžiaga ir minimalus fermentų kiekis jos replikacijai (kopijavimui).
Išoriškai „kostiumas“gali būti strypo formos, sferinis, kulkos formos, sudėtingo ikosaedro formos arba visai netaisyklingos formos. Tai priklauso nuo specifinių b altymų, atsakingų už viruso prasiskverbimą į ląstelę, kapside.
Kaip patogenas patenka į šeimininko organizmą
Yra daug būdų, kaip prasiskverbti, tačiau dažniausiai pasitaiko oru. Daugybė mažų dalelių į kosmosą išmetami ne tik kosint ar čiaudint, bet ir tiesiog kvėpuojant.
Kitas būdas virionams patekti į organizmą yra užkrečiamas (tiesioginis fizinis kontaktas). Šis metodas būdingas gana nedidelei patogenų grupei, tokiu būdu perduodama pūslelinė, venerinės infekcijos, AIDS.
Užsikrėtimo per vektorių, kuris gali būti įvairių organizmų grupių, būdas yra gana sudėtingas. Vektorius, gavęs patogeną iš infekcijos rezervuaro, tampa vieta virusams daugintis arba progresuoti per vystymosi stadijas. Pasiutligės virusas yra toks patogenas.
Kas vyksta šeimininko kūne
Padedamas išorinių kapsido b altymų, virusas prisitvirtina prie ląstelės membranos ir prasiskverbia per endocitozę. Jie yrapatenka į lizosomas, kur, veikiant fermentams, atsikrato „skafandro“. O patogeno nukleorūgštys patenka į branduolį arba lieka citoplazmoje.
Sukėlėjo nukleorūgštys yra įterpiamos į šeimininko nukleorūgščių grandines ir pradedama paveldimos informacijos replikacijos (kopijavimo) reakcija. Kai ląstelėje susikaupia pakankamas viruso dalelių skaičius, virionai naudoja šeimininko energetinius ir plastinius mechanizmus bei išteklius.
Paskutinis etapas yra virionų išlaisvinimas iš ląstelės. Kai kurie virusai sukelia visišką ląstelių sunaikinimą ir patenka į tarpląstelinę erdvę, kiti patenka į ją egzocitozės arba pumpurų atsiradimo būdu.
Patogenų strategijos
Viruso ir ląstelės-šeimininkės sąveika gali išsivystyti pagal kelis scenarijus. Pagrindinis jo bruožas yra parazito savarankiškumo laipsnis.
Struktūra Virusų morfologija lemia visišką patogeno priklausomybę nuo ląstelės energijos ir b altymų sintezės potencialo, vienintelė sąlyga – ji replikuoja savo nukleino rūgštis pagal savo tvarkaraštį. Tokia sąveika vadinama produktyvia (virusui tai natūralu, ląstelei – ne). Išnaudojęs ląstelės atsargas, virusas miršta.
Kitas bendravimo tipas yra sutarimas. Šiuo atveju viruso genomas, integruotas į šeimininko genomą, kovalentiškai replikuojasi su pačios ląstelės nukleino rūgštimis. Ir tada scenarijaus kūrimas gali vykti dviem kryptimis. Virusas elgiasi tyliai ir nepasireiškia. Jaunieji virionai išeinaląstelė tik tam tikromis sąlygomis. Arba patogeno genai nuolat dirba, gamina daug jaunosios kartos, tačiau ląstelė nemiršta, bet palieka ją egzocitozės būdu.
Taksonomijos sunkumai
Įvairiuose š altiniuose virusų klasifikacija ir morfologija skiriasi. Tuo pačiu metu joms klasifikuoti naudojamos šios savybės:
- Nukleino rūgšties tipas (turintis RNR ir turintis DNR) ir jos replikacijos būdas. Dažniausia virusų klasifikacija, kurią 1971 m. pasiūlė amerikiečių virusologas Davidas B altimore'as.
- Viruso morfologija ir struktūra (viengrandė, dvigrandė, linijinė, apskrita, suskaidyta, nesuskaidyta).
- Matmenys, simetrijos tipas, kapsomerų skaičius.
- Superkapsidės (išorinio apvalkalo) buvimas.
- Antigeninės savybės.
- Genetinės sąveikos tipas.
- Galimų šeimininkų ratas.
- Lokalizacija šeimininko ląstelėje – branduolyje arba citoplazmoje.
Būtent pagrindinio kriterijaus pasirinkimas ir virusų morfologija lemia įvairius virusų klasifikavimo metodus mikrobiologijoje. Tai ne visai lengva. Sunkumas slypi tame, kad viruso morfologiją ir struktūrą pradedame tirti tik tada, kai jie sukelia patologinius procesus.
Išrankus ir ne toks geras
Pagal šeimininko pasirinkimą šie patogenai yra labai įvairūs. Kai kurie puola tik vieną biologinę rūšį – turi labai griežtą „registraciją“. Pavyzdžiui, valgytikačių, kirų, kiaulių gripo virusų, kurie yra visiškai saugūs kitiems gyvūnams. Kartais stebina specializacija – bakteriofago P-17 virusas užkrečia tik vienos E. coli veislės patinus.
Kiti virusai veikia visiškai kitaip. Pavyzdžiui, kulkos formos virusai, kurių morfologija panaši į kulką, sukelia visiškai skirtingas ligas, o kartu ir jų šeimininkų spektras itin platus. Tokie virusai apima pasiutligės virusą, kuriuo užsikrečia visi žinduoliai, arba galvijų vezikulinio stomatito virusą (beje, perneša vabzdžiai).
Yra ir kitų niuansų. Virusai su uodega (virionai) dažniausiai atakuoja bakterijų ląsteles, gijiniai ar spiraliniai yra augalų parazitai, o gyvūnų ląstelėse dažniau parazituoja virusai, turintys sudėtingą kapsidą ir daugialypę viriono formą.
