Как нарисовать вирусы по биологии

Класс: 10

Презентация к уроку

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

Цель урока: познакомить учащихся с неклеточными формами жизни – вирусами, раскрыть особенности их строения и жизнедеятельности.

Образовательные:

• Познакомить учащихся с историей открытия вирусов;
• Изучить строение и классификацию вирусов;
• Познакомить с особенностями жизнедеятельности вирусов их значением;

Развивающие:

• Формировать умение учащихся работать с учебником и компьютерными средствами;
• Развитие коммуникативных умений учащихся;
• продолжить развитие памяти через работу с новыми понятиями;
• Развитие логического мышления через построение умозаключений, умения сравнивать, анализировать, делать выводы, подводить итоги.

Воспитательные:

• Создать условия для формирования ответственного отношения к своему здоровью, как к ценности;
• Обеспечить условия формирования культуры здоровья для профилактики вирусных заболеваний;
• Создать условия для формирования навыков работы в группе;
• Научить учащихся выражать своё собственное мнение по определённому вопросу;
• Воспитание культуры общения учащихся.

Тип урока: урок изучение нового материала

Технология обучения: ИКТ - технология,

Ключевые понятия: вирус, вирусология, генетический материал (ДНК или РНК),капсид, бактериофаг, ВИЧ, гепетит, оспа, корь и др.

Оборудование: компьютер, мультимедийный проектор, экран; презентация к уроку, таблицы по теме “Вирусы”, дидактический раздаточный материал.

Задумывались ли вы над тем, что человечеству с самого начала его существования угрожали серьезные враги. Являлись они неожиданно, коварно, не бряцая оружием. Враги разили без промаха и часто сеяли смерть. Их жертвами стали миллионы людей, погибших от оспы, гриппа, энцефалита, кори, атипичной пневмонии, СПИДа и других болезней.

Почему с вирусами – возбудителями заболеваний трудно вести борьбу и полностью их уничтожить?

Когда же впервые стало известно об этих организмах? Откуда же свалилась такая напасть на голову не только человечества, но и всего живого мира?

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. Открытые организмы Ивановский назвал “фильтрующимися бактериями”, это название использовалось в научных кругах несколько лет, пока в 1899 году голландский ученый Мартин Бейеринк не применил понятие “вирусы”, что в переводе с латинского (vira) означает “яд”. За открытием Ивановского последовали новые открытия вирусов и вирусных заболеваний растений, животных и человека: грипп, ящур, оспа, чума, герпес, и, наконец, открыт вирус СПИДа. Все эти открытия не только укрепили позиции новой области биологии, но и позволили появиться новой самостоятельной науке – вирусологии (“vira” - яд, “logos” - учение). Открытие вирусов принесло мировую славу отечественному ученому – Дмитрию Иосифовичу Ивановскому.

В переводе с латинского "вирус" означает "яд". Он представляет собой особую форму жизни. Наука, которая изучает вирусы называется вирусология.

Вирусы устроены очень просто. Они состоят из фрагментов генетического материала, либо ДНК, либо РНК, составляющей сердцевину вируса, и окружающей эту сердцевину защитной белковой оболочки, которую называют капсидом. Полностью сформированная инфекционная частица называется вирионом. У некоторых вирусов, таких, как вирусы герпеса или гриппа, есть еще и дополнительная липопротеидная оболочка, которая возникает из плазматической мембраны клетки- хозяина. В отличие от всех остальных организмов вирусы не имеют клеточного строения. В зависимости от того какой нуклеиновой кислотой представлена их генетическая информация они подразделяются на РНК и ДНК содержащие.

Вирусы избирательны. Они проникают внутрь совершенно определенной клетки, и именно эта зараженная клетка превращается в “завод” по производству вирусов. Для клетки вирус-это не что иное, как плохая новость в белковой оболочке.

Вирусы являются самой распространенной формой существования органической материи на планете по численности своей популяции, и, по-видимому, одной из самых распространенных по биомассе: воды мирового океана содержат колоссальное количество бактериофагов.

Согласно последним исследованиям, геном человека более чем на 30% состоит из информации, кодируемой вирусоподобными элементами.

“Вирус – способ размножения”.

Этап 1. Прикрепление вируса к клетке. На поверхности клеток имеются специальные рецепторы, с которыми бактериофаг связывается хвостовыми нитями. Этим объясняется строгая “прописка” вирусов в тех или иных клетках. (Например, грипп – эпителиальные клетки верхних дыхательных путей, гепатит – печень, ВИЧ – лимфоциты).

Этап 2. Проникновение вируса в клетку. Вирус работает как своеобразный генетический шприц.

Этап 3. Размножение вируса, т.е. редупликация вирусного генома. Проникнув внутрь клетки, вирусная ДНК встраивается в ДНК клетки хозяина.

Этап 4. Синтез вирусных белков и самосборка капсида. Клетка, сама того не желая, начинает синтезировать вирусные белки вместо собственных. При этом используются структуры и энергия самой клетки. Из этих вирусных белков и образуются новые вирусные оболочки – капсиды. Этот процесс размножения не сравним с размножением других биологических видов. “Происходит смерть ради жизни” - при попадании в клетку вирус сначала разрушается. Но ему достаточно одной нуклеиновой кислоты, чтобы через 10 минут внутри клетки хозяина образовалось сотни новых вирусных частиц.

Этап 5. Выход вирусов из клетки. А что происходит с самой клеткой? Она гибнет. А вирусные частицы уже готовы к очередной атаке, готовы разрушить сотни других клеток.

“Любая форма жизни является уникальной, требует к себе уважения, независимо от ее ценности для человека”.

Класс: 9

Презентация к уроку

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

Сегодня Федеральный государственный образовательный стандарт устанавливает требования к личностным, предметным и метапредметным результатам освоения обучающимися образовательной программы [1]. Это невольно заставляет задуматься над тем, какие условия необходимо создать для развития у школьников системы ценностных отношений к себе, другим участникам образовательного процесса; как помочь ему осознать важность образования и самообразования; как зародить и поддержать в нём стремление осваивать различные способы познания окружающего мира, творческого преобразования его.

Основной и главной формой организации учебного процесса по-прежнему остаётся урок. Согласно Стандартам второго поколения, его элементарной структурной единицей становится учебная ситуация, то есть особая единица учебного процесса, в которой дети с помощью учителя обнаруживают предмет своего действия, исследуют его, совершая разнообразные учебные действия, преобразуют, частично – запоминают [1]. На мой взгляд, это и есть верное средство достижения указанных результатов обучения, это веер возможностей для современного педагога, который позволяет сделать сегодняшний урок не таким, каков он был вчера и будет завтра.

Хочу поделиться собственным опытом создания на уроке учебных ситуаций: предлагаю вниманию коллег конспект урока по биологии в 9 классе “Вирусы – империя зла”.

Цель урока: создать условия для осмысления школьниками информации о вирусах, как неклеточной форме жизни.

Задачи урока:

• Создать условия для достижения следующих предметных результатов: понимания значения биологических терминов - “вирион”, “капсид”, “бактериофаг”, “активная вирусная частица”, “внутриклеточный паразитизм”; умения находить и обозначать части вирусной частицы на рисунках; сравнивать особенности организации разных вирусов.
• Способствовать достижению метапредметных результатов обучения: развитию умений выдвигать гипотезы, отвечая на проблемные вопросы, работая в паре совместно приходить к общему решению; работать с различными источниками информации: текстом, схемой, рисунками, голосовой информацией, изменять форму предоставления информации, лаконично выражать информацию, выделяя в ней самое главное.
• Создать условия для достижения личностных результатов обучения: понимания необходимости профилактических мероприятий по предотвращению вирусных инфекций, важности соблюдения правил личной гигиены; понимание идеи познаваемости окружающего мира.

Используемые педагогические технологии: технология проблемного обучения, технология развития критического мышления.

Оборудование: компьютер, мультимедийный проектор, компьютерная презентация (Презентация), раздаточный материал: рабочие листы по количеству учащихся (Приложение 1), задания для работы в группах (Приложение 2); электронное учебное издание “Мультимедийное приложение к учебнику “Общая биология 10–11 класс” В.И. Сивоглазова, И.Б. Агафоновой, Е.Т. Захаровой” (Дрофа 2011).

Ход урока

Учитель: На протяжении нескольких предыдущих уроков мы изучали особенности организации клеток: познакомились с планом строения клеток эукариотических и прокариотических организмов (слайд 1). Вспомните, какие организмы называются прокариотами? Приведите примеры прокариот.

- Перечислите отличительные особенности клеток прокариот.

- Бактериология – наука, изучающая бактерий. С чем связано появление и интенсивное развитие этой науки (почему одноклеточные сравнительно просто организованные создания являются объектом пристального внимания учёных?)

Учитель: К концу 19 века бактериология достигла больших успехов. В этот период учёными были открыты возбудители чумы, холеры, туберкулёза и других широко распространённых болезней. Однако что-то явно оставалось за гранью познания, болезни продолжали уносить жизни людей. Внимание на экран (слайд 2, демонстрируется видеофрагмент).

“Её называли божьей карой, ядом из материнской груди, чёрным мором. В науке она известна как натуральная оспа. Более шести тысячелетий оспа смертельным вихрем носилась по планете. Миллионы людей, заболев, погибали, а те, которые выживали, оставались обезображенными. Самые страшные эпидемии бушевали в 17-18 веках в Европе, когда ежегодно болело около 10 миллионов человек, полтора миллиона – погибали.

За несколько тысячелетия до нашей эры было известно заболевание полимиелит, эпидемии которого в разные годы в разных странах уносили многие тысячи преимущественно детских жизней. Из числа заболевших около 10% погибали, а еще 40% становились инвалидами.

Возбудители этих и других заболеваний долгое время оставались неизвестными. И только в 1892 года трудами отечественного учёного Дмитрия Иосифовича Ивановского было обнаружено болезнетворное начало.

Его называют веществом со свойствами существа, существом с признаками вещества, плохими новостями в белковой оболочке. Какое бы название ни было они – целая империя – империя зла”.

Учитель: Как вы думаете, о каких возбудителях болезней шла речь в видеофрагменте, и что мы будем изучать сегодня на уроке?

Учащиеся высказывают своё мнение

Учитель: Вы абсолютно правы. Тему я сформулировала так “Вирусы: империя зла” (слайд 3). В течение урока вам предстоит заполнить рабочий лист (Приложение 1). Запишите на нём сейчас число и тему. Вы можете записать формулировку, которую предложила я, можете написать просто “Вирусы”, а в конце урока предложить творческий вариат темы.

В настоящее время о вирусах известно многое, учёные остроумно дают им такие описания: существа с признаками веществ, вещества со свойствами существ, плохие новости в белковой упаковке, империя зла (слайд 4). Посоветуйтесь в течение полминуты со своими соседом по парте и объясните одну из предложенных характеристик.

Организуется работа в парах (0,5 мин.) с последующими объяснениями учеников.

Спасибо за ваши предположения, я предлагаю сегодня на уроке убедиться в их правильности и составить истинную характеристику вирусов. Как вы думаете, что для этого о вирусах нам необходимо узнать?

Учащиеся предлагают план изучения вирусов: узнать о строении, образе жизни, значении.

Учитель: Изучая живые организмы, мы, прежде всего, обращали внимание на особенности их строения, не будем делать искулючений и познакомимся для начала с особенностями организации вирусов.

Учёными установлено, что вирусы не имеют клеточного строения, их организацию можно схематично представить следующим образом (демонстрируется схема – слайд 5).

Пользуясь этой схемой, составьте, пожалуйста, рассказ о строении вирусов, обратите внимание на компоненты вирусной частицы, предположите, какие функции они могут выполнять. Вы можете работать самостоятельно или в паре со своим соседом по парте. На работу вам 1 минута.

Организуется работа в парах.

Учитель: О каких особенностях строения вирусов вы узнали из этой схемы? Предлагаю учащимся, сидящим за партами первого ряда друг за другом озвучить по одному предложению из вашего рассказа.

В случае затруднения организуется беседа по вопросам:

- Из каких компонентов состоит вирусная частица? (вирусная частица состоит из нуклеиновой кислоты и капсида)

- Выделяют ДНК и РНКсодержащие вирусы. На чём основана данная классификация? (вирусная частица содержит молекулу ДНК или РНК)

- Какова структура молекулы вирусной нуклеиновй кислоты? (это может быть двухцепочечная или одноцепочечная молекула)

- Какую функцию выполняет молекула нуклеиновой кислоты? (в ней хранится наследственная информация вируса)

- Что такое капсид? Какими структурными единицами он образован?

- Каковы функции капсида? (Капсид защищает наследственную информацию, способствует прикреплению вируса к мембране клетке, разрушению мембраны, обеспечивает проникновение вируса в клетку)

Учитель: Подобный план строения имеет вирус табачной мозаики (демонстрация рисунка – слайд 6). Но существуют и более сложноорганизованные вирусы. Обратите внимание на экран (слайд 7): перед вами схематический рисунок ВИЧ. В чём отличие этого вируса от вируса табачной мозаики?

Ученик: В отличие от вируса табачной мозаики ВИЧ кроме молекулы РНК и капсида имеет ещё и внешнюю мембрану, которая образована молекулами сложных липидов, углеводов и белков.

Учитель: Совершенно верно. Вирус СПИДа имеет более сложное строение и относится к сложноорганизованным вирусам. Несколько иной план строения имеет бактериофаг. Ознакомьтесь с текстом информационного листа (Приложение 2) и выясните, каковы особенности строения бактериофага (слайд 8).

Организуется самостоятельная работа с текстом с последующей беседой.

Учитель: О каких особенностях организации бактериофагов вы узнали?

Выполните задание № 1 на рабочем листе, озвучте ваши решения.

На рабочем листе с помощью ключевых слов опишите особенности строения вирусной частицы, выполняя задание № 2.

Учитель: Как нам известно, особенности строения всегда связаны с образом жизни того или иного организма. Что вы знаете об образе жизни вирусов?

Ученик: Вирусы – это только паразичиские формы.

Учитель: Действительно, вирусы – это внутриклеточные паразиты (слайд 9). Какие особенности строения вирусов предопределили именно такой образ жизни? Почему вирусы не способны к самостоятельному существованию?

В случае затруднения уместны следующие наводящие вопросы:

- Вспомните, какие организмы называются паразитами? (организмы, питающиеся готовыми органическими веществами других живых организмов)

- Почему вирусы не могут самостоятельно синтезировать нужные им вещества? (нет соответствующих структур)

Учитель: У вирусов нет собственного обмена веществ, в соответствии с этим у них различают две жизненные формы: покоящаяся внеклеточная - вирион и активно размножающаяся внутриклеточная форма. Вирионы демонстрируют отменную жизнеспособность. В частности, они выдерживают давление до 6000 атмосфер и переносят высокие дозы радиации, однако погибают при высокой температуре, облучении ультрафиолетовыми лучами, а также воздействии кислот и дезинфицирующих веществ.

У вирионов есть собственная наследственная информация, но реализовать её они не могут самостоятельно, у них нет собственного обмена веществ, именно поэтому вирусы обречены природой быть внутриклеточными паразитами.

Как же складывается взаимодействие вирусной частицы и клетки жертвы? Обратимся к информации цифрового образовательного ресурса: пользуясь анимационным фрагментом, постарайтесь выявить основные стадии жизненного цикла вируса и выполнить задание № 3 на рабочем листе.

Организуется просмотр анимационного фрагмента “Бактериофаг” (Мультимедийное приложение к учебнику В.И. Сивоглазова Общая биология. 10-11 класс), выполнение задания на рабочем листе.

Учитель: О каких этапах жизненного цикла вируса вы узнали? Чтобы ещё раз проверить себя и письменно выполнить задание на рабочем листе, предлагаю снова обратиться к цифровому ресурсу и выполнить интерактивное задание.

Организуется выполнение интерактивного задания “Жизненный цикл бактериофага” (Мультимедийное приложение к учебнику В.И. Сивоглазова Общая биология. 10-11 класс), проверка выполнения задания № 3 на рабочем листе.

В случае отсутствия мультимедийного приложения демонстрируется слайд 10, с последующей проверкой задания – слайд 11.

Ученик: Этапы развития вируса (бактериофага):

1. Бактериофаг присоединяется к клетке и вводит в неё полый стержень
2. Бактериофаг вводит в клетку свой генетический материал
3. ДНК бактериофага встраивается в ДНК клетки и блокирует её
4. Самовоспроизведение (репликация) ДНК вируса
5. В цитоплазме клетки начинается синтез белков вируса
6. Самосборка вирусных частиц бактериофага
7. Бактериальная клетка гибнет, новые бактериофаги выходят наружу.

Учитель: Активно размножающаяся внутриклеточная форма представляет собой адскую машину, которая продуцирует гигантское число вирусов (слайд 12). Каждая инфицированная одним вирусом клетка производит около 2 тыс. новых вирусов. Небольшая группа клеток (11) произведет примерно 22 тыс. вирионов, способных атаковать соответственно 22 тыс. здоровых клеток. В свою очередь эти клетки дадут 44 млн новых убийц. Во время следующего цикла размножения число вирусов возрастет уже до 88 млрд, каждый из которых может убить здоровую клетку. Впечатляющая цифра!

К каким последствиям приведёт эта атака, мы уже слышали – страшные эпидемии, волновавшие человечество на протяжении многовековой истории.

Сейчас я предлагаю вам поработать в группах и узнать о вирусных заболеваниях (слайд 13). Для этого ребята, сидящие за нечётными партами (1,3,5) развернутся к тем, кто сидит за нечётными партами. У каждой группы на столе есть текстовая информация (Приложение 3). Ваша задача изучить её и подготовить лаконичное сообщение для одноклассников в виде биологической СМС с максимальным количеством слов – 12. На работу вам 3 минуты.

Организуется работа в группах.

Учитель: Пришло время отчитаться о проделанной работе. Зачитайте тексты ваших СМС.

Представители групп зачитывают свои СМС, демонстрируются слайды 14 – 17, если необходимо звучат комментарии учителя.

Учитель: Выполните задание № 4 рабочего листа: перечислите заболевания вирусной природы, о которых вы получили информацию.

Учитель: В начале урока прозвучала информация о том, что вирусы – это: существа с признаками веществ, вещества со свойствами существ, плохие новости в белковой упаковке, империя зла, были высказаны предположения (слайд18). Удалось ли вам убедиться в их правильности или объяснить названия по-другому?

Учитель: Есть ли у вас желание изменить формулировку темы? Моя формулировка верна, но не вся информация о вирусах прозвучала на уроке, поэтому я всё-таки внесу некоторые изменения: “Вирусы – империя зла?” (слайд 19).

Всегда ли вирусы – это только зла и болезни? Я предлагаю вам дома найти ответ на этот вопрос.

Домашнее задание (одно – на выбор учащихся): пользуясь дополнительными источниками информации:

• Подобрать информация для оформления уголка безопасности на тему “Осторожно, грипп!”
• Подготовить сообщение на тему “Способны ли вирусы на добрые дела?”
• Составить информационный буклет “Вирусы”, посвятив его вирусам, поражающим не только человека, но и других живых организмов (слайд 20).

Источники информации

1. Федеральный государственный образовательный стандарт основного общего образования (5–9 класс).

← Предыдущая глава	Глава 1.6	Следующая глава →
Вирусы — неклеточные формы жизни

Ви́рус (от лат. virus — яд) — микроскопическая частица, состоящая из белков и нуклеиновых кислот и способная инфицировать клетки живых организмов. Вирусы являются облигатными паразитами — они не способны размножаться вне клетки. В настоящее время известны вирусы, размножающиеся в клетках растений, животных, грибов и бактерий (последних обычно называют бактериофагами). Обнаружен также вирус, поражающий другие вирусы (Вирусы тоже болеют вирусными заболеваниями).

Вирусы представляют собой молекулы нуклеиновых кислот (ДНК или РНК), заключённые в защитную белковую оболочку (капсид). Наличие капсида отличает вирусы от других инфекционных агентов, вироидов. Вирусы содержат только один тип нуклеиновой кислоты: либо ДНК, либо РНК. Ранее к вирусам также ошибочно относили прионы, однако впоследствии оказалось, что эти возбудители представляют собой особые белки и не содержат нуклеиновых кислот.

Роль вирусов в биосфере

Вирусы являются одной из самых распространённых форм существования органической материи на планете по численности: воды мирового океана содержат колоссальное количество бактериофагов (около 10 11 частиц на миллилитр воды), их общая численность в океане — около 4 х 10 30 , а численность вирусов (бактериофагов) в донных отложениях океана практически не зависит от глубины и всюду очень высока [1]. В океане обитают сотни тысяч видов (штаммов) вирусов, подавляющее большинство которых не описаны и тем более не изучены [2][3]. Вирусы играют важную роль в регуляции численности популяций животных.

Вирусные частицы (вирио́ны) представляют собой белковую капсулу — капсид, содержащую геном вируса, представленный одной или несколькими молекулами ДНК или РНК. Капсид построен из капсомеров — белковых комплексов, состоящих в свою очередь из протомеров. Нуклеиновая кислота в комплексе с белками обозначается термином нуклеокапсид. Некоторые вирусы имеют также внешнюю липидную оболочку. Размеры различных вирусов колеблются от 20 нм (пикорнавирусы) до 500 нм (мимивирусы). Вирионы часто имеют правильную геометрическую форму (икосаэдр, цилиндр). Такая структура капсида предусматривает идентичность связей между составляющими её белками, и, следовательно, может быть построена из стандартных белков одного или нескольких видов, что позволяет вирусу экономить место в геноме.

Фазы вирусной инфекции [ править ]

Условно процесс вирусного инфицирования в масштабах одной клетки можно разбить на несколько взаимоперекрывающихся этапов:

Классификация Балтимора и жизненные циклы вирусов [ править ]

Нобелевский лауреат, биолог Дэвид Балтимор, предложил свою схему классификации вирусов, основываясь на различиях в механизме продукции мРНК и связанных с этим особенностях жизненного цикла вирусов. .Эта система включает в себя семь основных групп:

• (I) Вирусы, содержащие двуцепочечную ДНК и не имеющие РНК-стадии (например, герпесвирусы, поксвирусы, паповавирусы, мимивирус).

• (II) Вирусы, содержащие двуцепочечную РНК (например, ротавирусы).

• (III) Вирусы, содержащие одноцепочечную молекулу ДНК (например, парвовирусы).

• (IV) Вирусы, содержащие одноцепочечную молекулу РНК положительной полярности (например, пикорнавирусы, флавивирусы).

• (V) Вирусы, содержащие одноцепочечную молекулу РНК негативной или двойной полярности (например, ортомиксовирусы, филовирусы).

• (VI) Вирусы, содержащие одноцепочечную молекулу РНК и имеющие в своем жизненном цикле стадию синтеза ДНК на матрице РНК, ретровирусы (например, ВИЧ).

• (VII) Вирусы, содержащие двуцепочечную ДНК и имеющие в своем жизненном цикле стадию синтеза ДНК на матрице РНК, ретроидные вирусы (например, вирус гепатита B).

История изучения вирусов [ править ]

В 1901 г. было обнаружено первое вирусное заболевание человека — жёлтая лихорадка. Это открытие было сделано американским военным хирургом У. Ридом и его коллегами.

В 1911 г. Фрэнсис Раус доказал вирусную природу рака — саркомы Рауса (лишь в 1966 г, спустя 55 лет, ему была вручена за это открытие Нобелевская премия по физиологии и медицине).

В последующие годы изучение вирусов сыграло важнейшую роль в развитии эпидемиологии, иммунологии, молекулярной генетики и других разделов биологии. Так, эксперимент Херши-Чейз стал решающих доказательством роли ДНК в передаче наследственных свойств. В разные годы еще как минимум шесть Нобелевских премий по физиологии и медицине и три Нобелевских премии по химии были вручены за исследования, непосредственно связанные с изучением вирусов.

В 2002 году, в университете Нью-Йорка был создан первый синтетический вирус (вирус полиомиелита).

Если мы говорим о том, что живой организм должен содержать генетический материал, то вирус — живой организм. Если мы говорим, что живой организм это то, что способно к размножению, то возникают споры, к чему относить вирусы: сам по себе вирус размножаться не может, всегда нужен носитель.

Впервые вирусы были обнаружены русским физиологом растений и микробиологом Дмитрием Ивановским в конце XIX века. Он исследовал табачную мозаику, болезнь листьев табака, и пытался классифицировать все организмы, которые способны вызывать заболевания растений и в частности заболевания табака. Среди тех организмов, которые он обнаружил, были и грибковой природы и бактериальной, а также некая субстанция, которая проходит через бактериальный фильтр: она меньше бактерии, она фильтруется. Субстанция не может сама расти в культуре, но при этом она действительно инфицирует листья, вызывает заболевания, другие известные на тот момент организмы подобных заболеваний не вызывают. Эти образования были названы фильтрующимися бактериями, позже появилось понятие вирус, от латинского яд — яд неизвестной природы, но который достаточно патогенен.

Размышления о том, что же такое вирусы идут до сих пор, потому что есть несколько гипотез, откуда взялись хитрые паразиты, которые не могут сами размножаться, им всегда нужен носитель. Они производят себе подобных, но цель непонятна: это не живая система, которая потребляет питательные вещества, пытается встроиться в среду обитания. У вируса ничего нет: это очень редуцированная, очень простая система. Разберем несколько гипотез о том, откуда вирусы появились, и что это такое.

Первая — редукционная гипотеза. Вирусы — это либо древние бактерии, либо доклеточные протоорганизмы, которые такие образом существовали, жили в древние времена. Вторая — это какой-то элемент эволюции, либо протоклетки, либо бактерии, которые очень упростили свой арсенал органелл, оставив минимально необходимое количество. Третья гипотеза — это некий, очень хитрый механизм общения между древними организмами, который сохранился до сих пор.

Существует гипотеза, что переход от изначальной РНКовой жизни к ДНКовой произошел благодаря вирусам, потому что в них были захвачены первые молекулы ДНК, а ДНК более стабильно, чем РНК, стабильно к температурам и к разным агрессивным воздействиям, и поэтому лучше генетическую информацию кодировать именно в ДНК чем в РНК. Возможно, именно вирусы первыми начали переносить появившиеся молекулы ДНК, за счет чего распространили их среди тех организмов, которые в то время существовали.

Ещё одна гипотеза заключается в том, что есть вирусы, которые инфицируют клетку, достраивают свой генетический материал к ДНК этой клетки, фактически, они меняют организм. Это очень смелая идея предполагают, что вирусы — двигатели эволюции, они не просто сообщали, что условия плохие, они позволяли изменять следующие организмы, для того чтобы они могли выжить в этих условиях.

Если говорить на языке структурной биологии, вирусы можно разделить на оболочечные и безоболочечные. Безоболочечные вирусы — это те, у которых вокруг их генома есть только белковый каркас, который защищает, как скорлупа. Оболочечные вирусы вокруг белкового каркаса имеют липидную мембрану, которую они взяли у инфицированной клетки, когда из нее выходили, забрали кусок ее плазматической мембраны — внешней оболочки.

В клетке процессы слияния сферических частиц с мембранами и процессы выброса подобных частиц достаточно сложные и требуют очень много белковых молекул, которые должны в определенном порядке собраться, активироваться, потребить энергию для этого, но вирус не может затрачивать энергию: у него нет АТФ, нет комплекса для синтеза энергетических молекул. Соответственно все должно быть очень просто и эффективно: вирусы, в отличие от клетки, имеют один, два, три белка, которые ответственны за их проникновение внутрь клетки.

Механизмы проникновения могут быть разные. Вирусы могут связываться с наружной мембраной клетки и сразу запускать процесс слияния: поверхностные белки атакуют клеточную мембрану, впиваются в нее и сводят клеточную и вирусную мембрану, для того чтобы образовать некое отверстие, куда может выйти генетический материал. Генетический материал тоже имеет минимальный набор белков, который отвечает за то, чтобы транспортировать материал к ядру, а дальше запускаются процессы либо достройки ДНК, либо, если это РНКовые вирусы, обратная транскрипция. Сначала строится молекула ДНК, потом она достраивается, и клетка начинает нарабатывать новые вирусы. Делает она это эффективно: если вирус заразил клетку, клетка практически полностью переключается только на производство вирусов, в этом заключается эволюционный плюс всех вирусов.

Второй механизм проникновения — вирусы используют систему питания клетки. Существует процесс эндоцитоза, когда на клетку что-то попало, и она пытается условно это съесть: ее наружная мембрана начинает изгибаться, захватывает некие крупные частицы, которые на нее сели. После этого часть мембраны с неким содержимым идет в клеточные эндосомы, аналоги человеческого желудка. В них содержатся ферменты, которые должны все разделить, переварить и использовать для дальнейшей успешной жизни клетки. Вирус на этом механизме отчасти и паразитирует.

Чтобы ферменты не портили жизнь клетки, когда все хорошо и ничего постороннего клетка не скушала, они должны быть неактивны, поэтому их надо запускать в нужный момент. Это происходит за счет понижения PH среды: внутри эндосомы PH падает, а вирусы подстраиваются под этот механизм и атакуют мембрану при понижении PH, то есть при повышении кислотности. Вирусы атаковали мембрану, произошел процесс слияния, и вышел генетический материал. Для этого вирусные белки должны сделать некий конформационный переход: впиваться в мембрану-мишень после того, как изменилась кислотность среды.

Белки, которые формируют каркас вируса, очень интересны, потому что они многофункциональны, их обычно называют матриксными. Они должны сохранять структуру вируса: когда грипп путешествует из Гонконга в Москву, он не должен разрушиться. После того как он попал в клетку, чтобы генетический материал вышел, этот каркас должен разрушиться, чтобы геном мог свободно выйти — при взаимодействии либо с компонентами клеточной цитоплазмы, либо за счет понижения PH среды. Еще одна их функция заключается в том, что, когда мы хотим продуцировать новые вирусы внутри клетки, эти белки опять должны собраться, причем в строго определенном месте, провзаимодействовать со всеми остальными компонентами и запустить производство дочернего вируса. На мой взгляд, это одна из самых интересных сторон жизни вируса, самоорганизация его каркаса.

Главное, матриксные белки не взаимодействуют с антителами иммунной системы: они всегда внутри вируса или клетки, на них нет антител. Если мы делаем вакцины, они действуют на поверхностные белки, а эти — внутри, и они практически не мутируют. Поиск препаратов, которые воздействовали бы на этот каркас, — интересная и перспективная задача, потому что существуют быстро мутирующие вирусы, например вирус иммунодефицита человека (ВИЧ). Поверхностные белки быстро мутируют, а матриксные — нет, им это и не нужно, потому что их никто не атакует. С точки зрения структуры вирусов процесс самоорганизации — один из ключевых моментов в понимании того, как вирусы функционируют и как с ними бороться. Мы знаем, что эволюционно вирусы, может, были нужны, полезны и хороши. Но сейчас, к сожалению, мы с ними должны бороться.