К какой группе организмов относятся вирусы
Издаётся с 1924 года. В интернете с 1995 года.
Рубрики
Зарплата учителя
Опрос
В каком формате вам бы хотелось, чтобы проходил педсовет?
Свой вариант (напишите в комментариях)
Всего проголосовало: 5
Текущий номер
Учитель - это профессия, которая всегда с тобой
номер 15, от 14 апреля 2020
У педагогов на карантине выходных нет. Они не сидят без дела в соцсетях, не читают хронику эпидемии, не смотрят фильмы, которые рекламируются для скрашивания досуга. Они заняты освоением платформ и составлением видеоуроков, подбором дистанционных заданий, налаживанием каналов обратной связи. И несмотря на загруженность, они с тревогой думают о будущем. Когда и каким будет первый недистанционный урок? Какими вернутся дети? Сможет ли школа выйти из кризиса без потерь?
"Если человек имеет высшее образование как элемент общей культуры, хочет работать в школе и готов потратить время на подготовку к сдаче экзамена на профстандарт, его вполне можно допустить к преподаванию даже авансом при наличии обязательства, скажем, в течение года пройти соответствующие курсы без отрыва от производства", – считает академик РАО Виктор Болотов. Сложностям профстандарта посвящена его авторская колонка в новом номере.
Российские вузы вот уже несколько недель находятся на дистанционном обучении. Что думают о новом формате студенты? Страдает ли качество обучения при удаленной работе? Появилось ли больше времени для личной жизни и дополнительной подготовки? Читайте мнения ребят из разных регионов страны в рубрике "Студсовет"!
В самоизоляции у многих появилось появилось больше времени для чтения. Чтобы перевести внимание, прикованное к пандемии, в более конструктивное русло, представляем авторский обзор книг об эпидемиях, написанных в разное время. Невозможно не заметить, насколько обстоятельства и реалии эпидемий прошлых эпох перекликаются с днем сегодняшним.
Наши приложения
| 1 марта 2012 года в 21:55 |
Урок биологии на тему: "Неклеточные формы жизни. Вирусы"
Ирина Месникова
Грипп, ОРЗ, СПИД, ящур, атипичная пневмония, бешенство, краснуха, корь, энцефалит, детский паралич.
Список можно продолжить. Наверняка каждый из нас неоднократно слышал об этих заболеваниях. Что у них общего? Каким образом они возникают?
1) История открытия и развития знаний о вирусах:
. Его имя в науке о вирусах следует рассматривать почти в том же свете, как имена Пастера и Коха в бактериологии. Имеются все основания считать Ивановского отцом новой науки - вирусологии.
В 1887 году в Крыму плантации табака поразила неизвестная болезнь: листья растений покрывались абстрактным рисунком, растекавшимся по листу, словно красочная мозаика, переливающаяся с одного листа на другой, от одного растения к другому. Сельское хозяйство несло большие убытки.
На место происшествия был направлен молодой ученый, выпускник Санкт-Петербургского университета Дмитрий Ивановский. Сделано бессчетное количество опытов и исследований по изучению возбудителя.
И вот в 1892 году мир науки сотрясла новость - обнаружена новая, неизвестная ранее форма жизни, открыты необычайно микроскопические организмы, проходящие сквозь самые узкие отверстия фильтров.
За открытием Ивановского последовали новые открытия вирусов и вирусных заболеваний растений, животных и человека: грипп, ящур, оспа, чума, герпес - и, наконец, открыт вирус СПИДа.
Открытие вирусов принесло мировую славу отечественному ученому - Дмитрию Иосифовичу Ивановскому.
Какую форму жизни открыл Д.И.Ивановский?
Прежде чем ответить на этот вопрос, давайте вспомним уровни клеточной организации живых организмов.
Ответ: Уровни организации живых организмов
Клеточные организмы Неклеточные организмы
2) Вирусы - неклеточная форма жизни: особенности строения, химической организации и классификации вирусов.
Естествознание так ясно показывает, что самое таинственное, самое волшебное протекает необыкновенно просто, открыто и без всякой магии.
Вирусы - это неклеточная форма жизни. Они являются внутриклеточными облигатными паразитами. Вне клетки-хозяина вирусы не проявляют никаких свойств живого организма.
Вирусы - мельчайшие организмы. Их размеры меньше половины длины световой волны, поэтому их размеры измеряют в нанометрах (1 нм = 10-9 м). Размеры вирусов колеблются в пределах от 20 до 300 нм. Форма вирусных частиц бывает самой разнообразной.
Вне зависимости от типа инфекции и характера вызываемого заболевания все вирусы можно рассматривать как генетические элементы, одетые в защитную белковую оболочку и способные переходить из одной клетки в другую.
Вирусы довольно просто устроены. Отдельная вирусная частица называется вирионом. Вирион представляет собой симметричное тело, состоящее из повторяющихся элементов. В сердцевине вириона находится генетический материал, представленный молекулами нуклеиновых кислот.
Какие виды нуклеиновых кислот вам известны и каково строение их макромолекул?
ДНК - две спирально закрученные нити, состоящие из отдельных дезоксинуклеотидов;
РНК - линейный одноцепочечный полимер, состоящий из рибонуклеотидов.
Генетический материал вирусов, называемый геномом, состоит из молекул ДНК или РНК, никогда обе кислоты не встречаются в вирионе одного вируса.
На этом основании все вирусы делятся на две большие группы:
I. ДНК-содержащие вирусы - дезоксивирусы;
II. РНК-содержащие вирусы - рибовирусы.
Капсид защищает вирус от действия ультрафиолета и других разрушающих веществ.
Многие вирусы помимо белкового капсида имеют внешнюю мембрану, состоящую из белков, липидов и полисахаридов. Такая внешняя оболочка называется суперкапсидом.
Модель вируса табачной мозаики: 1 - белковая оболочка, 2 - РНК.
Таким образом, подводя итоги строения и химической организации, мы можем выделить химические вещества, входящие в состав вирусов:
Размножение вирусов принципиально отличается от размножения других организмов.
Оно происходит только внутри клетки-хозяина и включает три этапа:
1. Вирусная нуклеиновая размножается путем репликации.
2. Синтезируются белки капсида.
3. Происходит сборка вириона (формирование вирусный частицы).
В результате в одной клетке образуется большое количество вирусных частиц, а клетки хозяина погибают. Возникает инфекционный процесс.
Вирусы вызывают различные заболевания растений, животных и человека. О некоторых вирусных инфекциях человека нам расскажут специалисты.
Выступления учащихся с докладами:
2. Атипичная пневмония
Давайте подведем итоги.
Являются ли вирусы представителями живой природы?
Чтобы ответить на этот вопрос, давайте вспомним критерии живого вещества (признаки живых организмов).
Для живого характерны следующие критерии:
1. Единство химического состава.
2. Обмен веществ и энергии.
3. Способность к самовоспроизведению.
6. Способность к росту и развитию.
Лишь весь этот комплекс критериев можно считать достаточным и необходимым для определения живого. Если тело не отвечает хотя бы одному критерию, то его живым считать нельзя.
Теперь давайте вспомним характеристики вирусов:
1. Химический состав представлен только органическими веществами, а такие важные неорганические компоненты, как вода и минеральные соли, отсутствуют.
2. Вирусы не вырабатывают энергии, не потребляют пищу.
3. Вирусы не растут и не имеют обмена веществ.
Но - они способны:
1. Воспроизводить себе подобных (размножаться).
2. Обладают наследственностью и изменчивостью, т.к. обладают генетическим материалом.
Какой вывод можно сделать, вирусы - живые или неживые организмы?
Вирусы относятся к живым организмам, т.к. обладают рядом свойств живого организма.
Отличия вирусов от организмов с клеточной организацией:
1. Не имеют структурных составляющих.
2. Могут существовать только как внутриклеточные паразиты и не могут размножаться вне клеток тех организмов, в которых паразитируют.
3. Содержат лишь один из типов нуклеиновых кислот - либо ДНК, либо РНК (все клеточные организмы содержат и ДНК, и РНК одновременно).
4. Для размножения вирусов нужна только нуклеиновая кислота.
5. Не имеют собственных систем метаболизма.
Ответьте на вопросы:
1. Вирусы вызывают различные заболевания растений, животных и человека. Трудно ли с ними бороться? (Ответ мотивируйте).
2. Грипп и СПИД - заболевания, вызываемые вирусами. Почему грипп почти всегда излечим, а СПИД - смертелен?
В 1901 американский военный хирург У.Рид и его коллеги установили, что возбудитель желтой лихорадки также является фильтрующимся вирусом. Желтая лихорадка была первым заболеванием человека, опознанным как вирусное, однако потребовалось еще 26 лет, чтобы ее вирусное происхождение было окончательно доказано.
Свойства и происхождение вирусов.
Наиболее просто устроенные вирусы состоят из нуклеиновой кислоты, являющейся генетическим материалом (геномом) вируса, и покрывающего нуклеиновую кислоту белкового чехла. В состав некоторых вирусов входят также углеводы и жиры (липиды). Таким образом, вирусы можно рассматривать просто как мобильные наборы генетической информации. Вирусы лишены некоторых ферментов, необходимых для репродукции, и могут размножаться только внутри живой клетки, метаболизм которой после заражения перестраивается на воспроизводство вирусных, а не клеточных компонентов. Это свойство вирусов позволяет отнести их к облигатным (обязательным) клеточным паразитам. После синтеза отдельных компонентов формируются новые вирусные частицы. Симптомы вирусного заболевания развиваются как следствие повреждения вирусами отдельных клеток.
Принято считать, что вирусы произошли в результате обособления (автономизации) отдельных генетических элементов клетки, получивших, кроме того, способность передаваться от организма к организму. В нормальной клетке происходят перемещения нескольких типов генетических структур, например матричной, или информационной, РНК (мРНК), транспозонов, интронов, плазмид. Такие мобильные элементы, возможно, были предшественниками, или прародителями, вирусов.
Являются ли вирусы живыми организмами?
В 1935 американский биохимик У.Стэнли выделил в кристаллической форме вирус табачной мозаики, доказав тем самым его молекулярную природу. Полученные результаты вызвали бурные дискуссии о природе вирусов: являются ли они живыми организмами или просто активированными молекулами? Действительно, внутри зараженной клетки вирусы проявляют себя как интегральные компоненты более сложных живых систем, но вне клетки представляют собой метаболически инертные нуклеопротеины. Вирусы содержат генетическую информацию, но не могут самостоятельно реализовать ее, не обладая собственным механизмом синтеза белка. Когда особенности строения и репродукции вирусов оказались выясненными, вопрос о том, являются ли они живыми, постепенно утратил свое значение.
Размеры вирусов.
Величина вирусов варьирует от 20 до 300 нм (1 нм = 10 -9 м). Практически все вирусы по своим размерам мельче, чем бактерии (см. БАКТЕРИИ). Однако наиболее крупные вирусы, например вирус коровьей оспы, имеют такие же размеры, как и наиболее мелкие бактерии (хламидии и риккетсии), которые тоже являются облигатными паразитами и размножаются только в живых клетках. Поэтому отличительными чертами вирусов по сравнению с другими микроскопическими возбудителями инфекций служат не размеры или обязательный паразитизм, а особенности строения и уникальные механизмы репликации (воспроизведения самих себя).
СТРОЕНИЕ ВИРУСОВ
Вирионы со спиральным типом симметрии, как у вируса табачной мозаики, имеют форму удлиненного цилиндра; внутри белкового чехла, состоящего из отдельных субъединиц – капсомеров, находится свернутая спираль нуклеиновой кислоты (РНК). Вирионы с икосаэдрическим типом симметрии (от греч. eikosi – двадцать, hedra – поверхность), как у полиовируса, имеют сферическую, а точнее, многогранную форму; их капсиды построены из 20 правильных треугольных фасеток (поверхностей) и похожи на геодезический купол.
Встречаются вирусы с еще более сложным строением. Вирионы поксвирусов (вирусы группы оспы) не имеют правильного, типичного капсида: между сердцевиной и наружной оболочкой у них располагаются трубчатые и мембранные структуры.
РЕПЛИКАЦИЯ ВИРУСОВ
ДНК обычно существует в виде двухцепочечных структур: две полинуклеотидные цепочки соединены водородными связями и закручены таким образом, что образуется двойная спираль. РНК, напротив, обычно существует в виде одноцепочечных структур. Однако геном отдельных вирусов представляет собой одноцепочечную ДНК или двухцепочечную РНК. Нити (цепочки) вирусной нуклеиновой кислоты, двойные или одинарные, могут иметь линейную форму или замыкаться в кольцо.
У некоторых ДНК-содержащих вирусов сам цикл репродукции в клетке не связан с немедленной репликацией вирусной ДНК; вместо этого вирусная ДНК встраивается (интегрируется) в ДНК клетки-хозяина. На этой стадии вирус как единое структурное образование исчезает: его геном становится частью генетического аппарата клетки и даже реплицируется в составе клеточной ДНК во время деления клетки. Однако впоследствии, иногда через много лет, вирус может появиться вновь – запускается механизм синтеза вирусных белков, которые, объединяясь с вирусной ДНК, формируют новые вирионы.
Так называемые ретровирусы содержат в качестве генома РНК и имеют необычный способ транскрипции генетического материала: вместо транскрипции ДНК в РНК, как это происходит в клетке и характерно для ДНК-содержащих вирусов, их РНК транскрибируется в ДНК. Двухцепочечная ДНК вируса затем встраивается в хромосомную ДНК клетки. На матрице такой вирусной ДНК синтезируется новая вирусная РНК, которая, как и другие, определяет синтез вирусных белков. См. также РЕТРОВИРУСЫ.
КЛАССИФИКАЦИЯ 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.
ВИРУСНЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ
Хотя вирусы не являются полноценными живыми организмами, их эволюционное развитие имеет много общего с эволюцией других патогенных организмов. Для того чтобы сохраниться как вид, ни один паразит не может быть слишком опасным для своего основного хозяина, в котором размножается. В противном случае это привело бы к полному исчезновению хозяина как биологического вида, а вместе с ним и самого возбудителя. В то же время любой патогенный организм не сможет существовать как биологический вид, если у его основного хозяина слишком быстро и эффективно развивается иммунитет, позволяющий подавлять репродукцию возбудителя. Поэтому вирус, вызывающий острое и тяжелое заболевание у какого-либо вида животных, обычно имеет еще и другого хозяина. Размножаясь в последнем, вирус не наносит ему (как виду) существенного вреда, однако такое относительно безвредное сосуществование поддерживает циркуляцию вируса в природе. Так, например, вирус бешенства в природе сохраняется среди грызунов, для которых заражение этим вирусом не является смертельным.
Природным резервуаром для вирусов лошадиных энцефалитов, особо опасных для лошадей и в несколько меньшей степени для человека, являются птицы. Эти вирусы переносятся кровососущими комарами, в которых вирус размножается без существенного вреда для комара. Иногда вирусы могут передаваться насекомыми пассивно (без размножения в них), однако чаще всего они репродуцируются в переносчиках.
Для многих вирусов, например кори, герпеса и отчасти гриппа, основным природным резервуаром является человек. Передача этих вирусов происходит воздушно-капельным или контактным путем.
Распространение некоторых вирусных заболеваний, как и других инфекций, полно неожиданностей. Например, в группах людей, проживающих в антисанитарных условиях, практически все дети в раннем возрасте переносят полиомиелит, обычно протекающий в легкой форме, и приобретают иммунитет. Если же условия жизни в этих группах улучшаются, дети младшего возраста обычно полиомиелитом не болеют, но заболевание может возникнуть в более старшем возрасте, и тогда оно часто протекает в тяжелой форме.
Возбудители некоторых болезней, в том числе очень тяжелых, не укладываются ни в одну из вышеперечисленных категорий. К особой группе медленных вирусных инфекций еще недавно относили, например, болезнь Крейтцфельда – Якоба и куру – дегенеративные заболевания головного мозга, имеющие очень продолжительный инкубационный период. Однако оказалось, что они вызываются не вирусами, а мельчайшими инфекционными агентами белковой природы – прионами (см. ПРИОН).
Репродукция вирусов тесно переплетается с механизмами синтеза белка и нуклеиновых кислот клетки в зараженном организме. Поэтому создать лекарства, избирательно подавляющие вирус, но не наносящие вреда организму, – задача чрезвычайно трудная. Все же оказалось, что у наиболее крупных вирусов герпеса и оспы геномные ДНК кодируют большое число ферментов, отличающихся по свойствам от сходных клеточных ферментов, и это послужило основой для разработки противовирусных препаратов. Действительно, создано несколько препаратов, механизм действия которых основан на подавлении синтеза вирусных ДНК. Некоторые соединения, слишком токсичные для общего применения (внутривенно или через рот), годятся для местного использования, например при поражении глаз вирусом герпеса.
Известно, что в организме человека вырабатываются особые белки – интерфероны. Они подавляют трансляцию вирусных нуклеиновых кислот и таким образом угнетают размножение вируса. Благодаря генной инженерии стали доступны и проходят проверку в медицинской практике интерфероны, производимые бактериями (см. ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ).
К самым действенным элементам естественной защиты организма относятся специфические антитела (специальные белки, вырабатываемые иммунной системой), которые взаимодействуют с соответствующим вирусом и тем самым эффективно препятствуют развитию болезни; однако они не могут нейтрализовать вирус, уже проникший в клетку. Примером может служить герпетическая инфекция: вирус герпеса сохраняется в клетках нервных узлов (ганглиев), где антитела не могут его достичь. Время от времени вирус активируется и вызывает рецидивы заболевания.
Обычно специфические антитела образуются в организме в результате проникновения в него возбудителя инфекции. Организму можно помочь, усиливая выработку антител искусственно, в том числе создавая иммунитет заранее, с помощью вакцинации. Именно таким способом, путем массовой вакцинации, заболевание натуральной оспой было практически ликвидировано во всем мире. См. также ВАКЦИНАЦИЯ И ИММУНИЗАЦИЯ.
Для приготовления вакцинных препаратов необходимо накопить вирус. С этой целью часто используют развивающиеся куриные эмбрионы, которых заражают данным вирусом. После инкубирования зараженных эмбрионов в течение определенного времени накопившийся в них вследствие размножения вирус собирают, очищают (центрифугированием или другим способом) и, если нужно, инактивируют. Очень важно удалить из препаратов вируса все балластные примеси, которые могут вызывать серьезные осложнения при вакцинации. Конечно, не менее важно убедиться, что в препаратах не осталось неинактивированного патогенного вируса. В последние годы для накопления вирусов широко используют различные типы клеточных культур.
МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ВИРУСОВ
Работы с бактериофагами способствовали расширению методического арсенала в изучении вирусов животных. До этого исследования вирусов позвоночных выполнялись в основном на лабораторных животных; такие опыты были очень трудоемки, дороги и не очень информативны. Впоследствии появились новые методы, основанные на применении тканевых культур; бактериальные клетки, использовавшиеся в экспериментах с фагами, были заменены на клетки позвоночных. Однако для изучения механизмов развития вирусных заболеваний эксперименты на лабораторных животных очень важны и продолжают проводиться в настоящее время.
Отличие живой природы от неживой природы
Отличительными признаками живой природы являются:
- рост и развитие;
- дыхание;
- питание;
- размножение;
- восприятие и реагирование на воздействия из окружающей среды.
Однако отличить живые организмы от неживой природы не так просто. Дело в том, что по своему химическому составу многие объекты схожи. Так, например, кристаллы соли могут расти. А, например, семена растений, которые относятся к живой природе, долгое время находятся в состоянии покоя.
Все живые организмы делятся на два вида: неклеточные (вирусы) и клеточные, которые состоят из клеток.
В отличие от всех существующих живых организмов, вирусы не имеют клеток. Они селятся внутри клетки, вызывая тем самым различные заболевания.
Также характерным признаком всего живого является схожесть внутренних химических соединений. Важным фактором является обмен веществ с окружающей средой, а также реагирование на воздействия из внешней среды.
Царства живых организмов
Вся живая природа имеет свою классификацию. Царства, типы, классы живых организмов являются основой биологической систематики. Клеточные организмы состоят из двух надцарств: прокариоты и эукариоты. Каждая из них делится на отдельные царства, ступени иерархии научной классификации всех существующих биологических видов. В отдельные царства учёные объединяют бактерии, растения, грибы и животных.
Рис. 1. Царства живых организмов.
Человеческий организм относится к царству животных.
Бактерии
Данные организмы относятся к прокариотам, так как они не имеют ядерной оболочки. Внутри клетки отсутствуют органеллы, ДНК располагается непосредственно в цитоплазме. Обитают они повсеместно, их можно встретить в глубинах земной поверхности, и на горных вершинах.
Ещё одним видом прокариотов являются археи, которые обитают в экстремальных условиях. Их можно встретить в горячих источниках, водах мёртвого моря, кишечнике животных, почве.
Грибы
Эта группа живой природы достаточно разнообразна. Они делятся на:
- шляпочные грибы (снаружи имеют ножку и шляпку, которые крепятся на поверхности грунта с помощью грибницы);
- дрожжи;
- мукор– одноклеточный гриб микроскопических размеров. При его наличии образуется пушистый сероватый налёт, чернеющий со временем.
Растения
Внутри растительной клетки находятся органеллы, например, хлоропласты, способные проводить процесс фотосинтеза. Клетки растений окружены прочной стенкой, основой которых является целлюлоза. Внутри клетки находится ядро, цитоплазма с органоидами.
Рис. 2. Строение растительной клетки.
Животные
Животная клетка не имеет прочной стенки, как у растений, поэтому некоторые из них способны сокращаться, например, клетки мышечной системы. Животные активно двигаются, имеют опорно-двигательный аппарат. Внутри тела животного имеются целые системы органов, которые регулируют работу всего организма.
Рис. 3. Строение животной клетки.
Что мы узнали?
Из темы по биологии (5 класс) мы узнали, что вся живая природа на нашей планете распределена по царствам живых организмов. Основными являются пять царств: вирусы, бактерии, грибы, растения и животные. У каждого из них есть свои особенности в строении и способе жизнедеятельности. Однако все они имеют признаки живого организма.
Вирусы могут перемещаться на сотни тысяч километров вместе с частичками пыли и каплями влаги. Означает ли это, что в любой момент смертоносные инфекции могут обрушиться нам на голову прямо с неба?
Величественный хребет Сьерра-Невада расположен в Андалусии, на юге Пиренейского полуострова. В этих горах — самый южный горнолыжный курорт в Европе, но еще больше они славятся тем, что здесь проходит так называемый глобальный пояс пыли — ветра доносят сюда шлейф из самых пыльных областей Восточного полушария: западного побережья Северной Африки, Ближнего Востока, Центральной и Южной Азии, даже из Китая.
На высоте примерно 3 тысяч метров на пике Велета ученые из Университета Британской Колумбии (Канада) установили анализаторы — ловушки для пыли и аэрозоля — смеси газа, частичек пыли и пара. Их целью было посмотреть, в каком виде живые организмы — бактерии, грибы и вирусы — способны преодолевать большие расстояния "верхом" на пылевых частицах. Каково же было удивление ученых, когда они нашли не мертвых, а вполне себе живых и бодрых микробов. За день в сборник попали миллионы бактерий и примерно миллиард вирусов.
— Свыше 20 лет мы пытались понять, каким образом вирусы с одного континента перемещаются на другой,— говорит автор исследования Кертис Саттл.— Мы находили генетически идентичные вирусы в самых разных уголках планеты, и вот теперь загадка разгадана.
По словам соавтора исследования, специалиста по экологии микроорганизмов из Гранадского университета в Испании Исабель Рече, со временем это глобальное переселение микроорганизмов будет все более интенсивным: из-за изменения климата усиливается эрозия почв, растет количество ураганов.
Пока ученые не могут сказать, какие именно вирусы попали к ним в "сети" в горах Испании, но, по предварительным оценкам, подавляющее большинство этой биомассы — бактериофаги, вирусы, которые разрушают бактерии. Но что, если среди них окажутся болезнетворные вирусы, способные вызвать эпидемии?
— Вопрос в том, выживет вирус в новых условиях или нет,— говорит Кертис Саттл.— Чаще всего это зависит от того, найдет ли он себе "хозяина" на новом месте.
Подозрение, однако, существует давно. Уже в 2001 году некоторые ученые объясняли вспышку ящура в Великобритании гигантской бурей на севере Африки, которая перенесла пыль, а вместе с ней и вирус ящура на тысячи миль к северу. Буря произошла всего за неделю до того, как были выявлены первые случаи заболевания в Британии.
А совсем недавно, осенью прошлого года, во время вспышки коронавируса MERS-CoV в Саудовской Аравии, врачи предупреждали, что инфекция может переноситься с порывами ветра: вирус разносят летучие мыши и крыланы, которые заражают верблюдов. Их испражнения впитываются в песок и пыль, а затем разносятся ветром. По этой причине россияне, которые планируют отправиться в эту страну, должны были проявлять бдительность, особенно оказавшись на природе.
— Могут ли переноситься патогенные вирусы на большие расстояния — вопрос абстрактный,— пояснил "Огоньку" завкафедрой инфекционных болезней и эпидемиологии РНИМУ им. Н.И. Пирогова, главный инфекционист ФМБА России Владимир Никифоров.— Все зависит от вида вируса и его жизнестойкости. Большинство быстро погибает вне организма, как, например, тот же вирус гриппа. Но есть и такие, которые могут выживать в течение нескольких дней и месяцев. К этим долгоживущим инфекциям относятся вирус гепатита В и вирус бешенства. В целом, однако, нынешнее исследование зарубежных коллег не должно вызывать паники, потому что доля патогенных вирусов в общем числе вирусов, путешествующих в атмосфере, составляет не более одной тысячной процента.
Стоит отметить, что диапазон жизнестойкости у микроорганизмов чрезвычайно широк. Так, бактерии сибирской язвы чрезвычайно опасны для человека именно потому, что их споры могут жить в земле столетиями. При этом есть бактерии, которые погибают, едва выпав из привычных условий обитания (к таким, например, относится бактерия хеликобактер, которая вызывает язву желудка).
Вирусы в этом отношении — более хрупкие, что в первую очередь связно с их строением. Вирус состоит всего из одной молекулы нуклеиновой кислоты, которая хранит генетическую информацию. У него нет аппарата для самовоспроизведения, поэтому он размножается, только паразитируя на клетках зараженного организма. Зато, покидая своего "хозяина", вирусы, как правило, быстро утрачивают жизнестойкость: перегреваются, высыхают и теряют способность заражать. При этом именно перегрев для вирусов — один из наиболее губительных факторов. Скажем, при температуре 37 градусов они еще "чувствуют" себя вполне сносно. А вот при жаре, когда температура тела поднимается до 38-39 градусов, вирусы погибают. Это, кстати, и объясняет, почему не надо сбивать не очень высокую температуру — нужно дать вирусам погибнуть, а не создавать комфортные условия для размножения.
Зато даже при низких температурах они неплохо выживают, и это дает ответ на другой популярный вопрос: почему зимой к нам привязывается то вирус гриппа, то герпеса.
— Все вирусы лучше хранятся при максимально низких температурах,— рассказывает "Огоньку" профессор Николай Львов, руководитель лаборатории герпес-вирусов Института микробиологии и эпидемиологии им. Гамалеи, в прошлом хранитель коллекции вирусов.— Не случайно люди, которые страдают от неизлечимой болезни и мечтают воскреснуть, когда эти болезни научатся лечить, просят поместить их в жидкий азот — в этом материале клетки могут храниться миллионы лет. Даже в расхожих триллерах про инопланетян есть доля правды. Мы не знаем, что происходило на Земле тысячи лет назад. Не исключено, что и во льдах Антарктики могут скрываться некие инфекции, которые останутся жизнеспособны, когда их высвободит таяние льдов.
Вместе с тем способность вирусов к размножению после попадания в новый организм зависит не только от переохлаждения, но и от злоупотребления антибиотиками, которые подавляют иммунитет, а еще от стрессов, смены часовых поясов, переездов с места на место.
"Каждая капелька океана действительно содержит огромное количество вирусов, не способных вызвать заболевание человека,— комментирует работу испанских и канадских микробиологов заведующий лабораторией эпидемиологии природно-очаговых инфекций ЦНИИ эпидемиологии Роспотребнадзора Александр Платонов.— Ветром брызги воды уносятся на сотни километров, вместе с микроорганизмами — это логично. Но с точки зрения эпидемиологии это значения не имеет. Если морской воздух перелетит горы, то ничего болезненного он с собой не потащит. Но вот если больной человек закашляет, то вокруг него образуется облачко вирусов, которое осядет на ближайшее окружение. Однако никакой ветер ни в Испанию, ни в Америку это облачко не унесет.
Намного опаснее, с точки зрения ученых, традиционные способы миграции вирусов — в организмах носителей, которые в условиях глобального мира перестают поддаваться контролю.
— Вот представьте, что человек болеет, скажем, герпесом губ,— рассуждает Николай Львов.— Он лечит его специальной противовирусной мазью, но назавтра должен лететь на другой конец земли, допустим, в Новую Зеландию. Там он активно общается с людьми, а известно, что капельки слюны при разговоре разлетаются на метр, при кашле — уже на 2 метра. И пожалуйста, контактировавшие с ним заразились герпесом, а поскольку он применял мазь, то еще и устойчивым вирусом герпеса. Вот в этом случае мы можем говорить про миграцию вируса — через человека.
Высокая мобильность людей и потрясающая скученность населения — вот основные козыри вирусов. Например, каждый вирус гриппа несет в себе 9-10 фрагментов генома и может обмениваться ими с другими вирусами. Таким образом, получается астрономическое число фрагментов генома вирусов гриппа. И именно потому так трудно создать вакцину против этого заболевания. При этом вирусы могут заимствовать генетическую информацию как у человека, так и у птиц и животных, что делает их фактически неуязвимыми для современных лекарств.
— Обычно грипп существует как зоонозная (передающаяся от животного к животному) инфекция, в местах больших скоплений птиц,— объясняет Александр Платонов.— Птицы мигрируют, летят через горы, через моря в другие страны, заражают других птиц, иногда млекопитающих. В результате мутационного процесса образуются новые варианты вируса гриппа, способные заражать и человека, причем к ним у нас пока нет иммунитета. Люди контактируют с ними, заболевают и становятся сами источником инфекции. И чем населеннее местность, тем больше вероятность заболеваний. Разных, не только гриппа.
Традиционно свой поход грипп всегда начинал из Юго-Восточной Азии — именно здесь больше всего птиц — разносчиков этого вируса. И именно через Азию проходят пути перелетных птиц. Так называемый свиной грипп тоже начал свой путь оттуда же. Его, кстати, правильнее назвать калифорнийским, чтобы не вводить в заблуждение. По словам профессора Платонова, в принципе, все вирусы гриппа можно считать свиными, поскольку, прежде чем "перекинуться" от птиц к млекопитающим — человеку, они сначала "обживаются" на свиньях. Пожив в них, мутируют и приобретают способность заражать людей.
Победить зоонозные инфекции практически невозможно, в отличие от тех, что передаются от человека к человеку. Например, когда мы прививаемся от полиомиелита или кори, то одной прививкой защищаем не только себя, но и других людей, которых могли бы заразить. Но если вирус живет в животном, то вакцинация уже не столь эффективна, потому что не будешь же прививать всех мышей, обезьян, свиней, кур и клещей.
Сейчас ученые ВОЗ создают карты перемещения инфекций, пытаясь найти новые закономерности распространения заразы. Источником все новых и новых разновидностей обычного человеческого гриппа долгое время, как отмечалось выше, оставалась Азия, откуда инфекция волнами распространялась по планете и примерно через год затухала в Южной Америке. Сегодня традиционная картинка миграции вирусов уже не столь четкая, что, возможно, тоже связано с глобальным изменением климата.
— Мы собрали более 30 тысяч единиц хранения в государственной российской коллекции вирусов,— с гордостью отмечает Николай Львов из НИИ вирусологии им. Гамалеи.— И это одно из лучших подобных собраний в мире, с которым может поспорить разве только коллекция США. Вирусы, еще в советское время, собирались в Прибалтике, на Украине, Таджикистане — в общем, на всем пространстве СССР. Много вирусов мы выделяли из образцов самостоятельно, часть получали благодаря официальному обмену с другими странами.
Хранят спящие вирусы самыми удивительными способами: в мозге зараженных мышей, в виде замороженных концентратов или клеточных культур. Работа государственной коллекции заключается в том, чтобы спустя годы и десятилетия поднимать вирусы из анабиоза, определять степень их сохранности и создавать оптимальные для хранения условия. Помимо чисто научных целей коллекция вирусов нужна, чтобы сохранить разнообразие этих микроорганизмов.
— В природе существует огромное количество вирусов, которые не предоставляют опасности для человека, говорит Александр Платонов из ЦНИИ эпидемиологии Роспотребнадзора.— Они нужны прежде всего для экологического равновесия. Например, от тех вирусов, которые живут в морях, зависит состояние планктона. А эти водоросли производят огромное количество кислорода.
Ученые предлагают рассматривать как своего рода "банк семян" микроорганизмов и те группы вирусов, которые обитают в атмосфере.
— Я считаю, что атмосфера — это большая трасса в буквальном смысле,— говорит Кертис Саттл из Университета Британской Колумбии.— Она дает возможность экосистемам, расположенным в тысячах километрах друг от друга, обмениваться микроорганизмами и, на мой взгляд, это имеет гораздо более серьезные экологические последствия, чем мы думаем.
Дело за малым: остается выяснить, как научиться хранить это биоразнообразие, не давая ему выйти из-под контроля.
Государственная коллекция вирусов НИИ вирусологии им. Ивановского включает огромное количество микроэкспонатов. И патогенные микробы — лишь небольшая часть из них. Этот банк данных помогает создавать инновационные лекарства, бороться с бактериями, изучать эволюцию. А вообще, аргументов в пользу того, чтобы считать вирусы не только источником заболеваний, довольно много
Удивительно, но многие фрагменты человеческого генетического кода происходят от вирусов, которые на ранних стадиях эволюции встроились в организм теплокровных. Предполагают, что бывшие вирусы или размножившиеся вирусоподобные объекты занимают 40-45 процентов генома человека. Именно они, по-видимому, сыграли важную роль в развитии иммунной системы.
На страже урожая
В некоторых странах вирусы, паразитирующие на насекомых, с успехом используются в борьбе против вредителей, атакующих сельхозкультуры. Например, вирусы ядерного полиэдроза можно успешно применять в борьбе с гусеницами совок, репной белянки и американской белой бабочки.
С помощью вирусов были получены многие сорта цветов, чья пестрая окраска — результат вирусной инфекции, передающейся от поколения к поколению. Например, знаменитую и чрезвычайно ценную пестролепестность тюльпанов вызывает вирус, переносимый тлей. А недавно было установлено, что растение джут (источник грубых волокон для канатов и мешков) дает больший урожай, когда поражен вирусным заболеванием,— некротической мозаикой риса.
Онколитические вирусы — большая группа микробов, которые способны бороться с раковыми клетками. Например, сейчас проходят клинические испытания генно-инженерного штамма герпес-вируса для лечения больных с тяжелой формой рака кожи.
Бактериофаги — это вирусы, которые избирательно поражают бактериальные клетки. В СССР активно разрабатывали препараты на их основе, которые составляли конкуренцию традиционным антибиотикам. Сегодня применяются в случаях, когда лечение антибиотиками невозможно или недейственно.
В России разрабатывалась новая живая вакцина от гриппа. Она оказалась малоэффективной, зато на ее основе сейчас создают новую вакцину против туберкулеза, где вирус гриппа используется как вектор. То есть в него генно-инженерным путем введены компоненты, которые формируют иммунитет против туберкулеза.
Читайте также:
