ВИРУСЫ (от лат. virus — яд), неклеточные формы жизни, способные проникать в определённые живые клетки и размножаться только внутри этих клеток. Подобно всем другим организмам вирусы обладают собственным генетическим аппаратом, который кодирует синтез вирусных частиц из биохимических предшественников, находящихся в клетке-хозяине; при этом используются биосинтетические и энергетические системы этой клетки. Таким образом, вирусы являются внутриклеточными паразитами на генетическом уровне. Открыты (вирус табачной мозаики) Д. И. Ивановским в 1892. Термин «Вирусы» введён в 1899 М. Бейеринком. Вирусы распространены в природе повсеместно. Поражают все группы живых организмов. Описано около 500 вирусов, поражающих теплокровных позвоночных, и более 300 вирусов, поражающих высшие растения. Некоторые виды раковых опухолей у животных и, возможно, у человека имеют вирусную природу.
Вирусы существуют в 2 формах: покоящейся, или внеклеточной (вирусные частицы, или вирионы), и репродуцирующейся, или внутриклеточной (комплекс вирус-клетка). Все вирусы условно разделяют на простые и сложные. Простые вирусы состоят из нуклеиновой кислоты и белковой оболочки — капсида; некоторые кристаллизуются; форма палочковидная, нитевидная и сферическая. Сложные вирусы помимо белков капсида и нуклеиновой кислоты могут содержать липопротеидную мембрану, углеводы и неструктурные белки — ферменты. Размер вирионов 15-350 нм (длина некоторых нитевидных вирусов достигает 2000 нм); большинство видимы только в электронный микроскоп. В вирусах присутствует всегда один тип нуклеиновой кислоты (либо ДНК, либо РНК, поэтому все вирусы делят также на ДНК-содержащие и РНК-содержащие), которая является носителем наследственной информации. Белки защищают нуклеиновую кислоту и обусловливают ферментативные и антигенные свойства вирусов. Молекулярная масса вирусных ДНК несколько более 106 — около 200х106, вирусных РНК — от 106 до 15х106. Формы нуклеиновых кислот многообразны: наряду с двухцепочечными ДНК и одноцепочечным и РНК встречаются одноцепочечные ДНК и двухцепочечные РНК; ДНК могут иметь линейную и кольцевую структуры, РНК, как правило, линейны и у некоторых вирусов могут быть представлены набором фрагментов (каждый фрагмент несёт определённую часть генетической информации, необходимой для репродукции вируса). Все активные процессы вирусов протекают в клетках-хозяевах, причём одни вирусы размножаются в их ядре, другие — в цитоплазме, третьи — и в ядре, и в цитоплазме. Различают 3 основных типа взаимодействия вируса и клетки: продуктивную инфекцию (нуклеиновая кислота вириона индуцирует в заражённой клетке вирусспецифические синтезы, что приводит к образованию нового поколения инфекционных вирусных частиц), абортивную инфекцию (цикл репродукции прерывается на какой-либо промежуточной стадии и потомство не образуется) и вирогению (нуклеиновая кислота вируса встроена в геном клетки-хозяина и не способна к автономной репродукции), частным случаем которой является лизогения).
Проникновение вирусной частицы в клетку начинается с её адсорбции на клеточной поверхности (благодаря взаимодействию клеточных и вирусных рецепторов). Капсид претерпевает изменения, приобретает чувствительность к клеточным протеазам, разрушается, освобождая нуклеиновую кислоту. Нуклеиновая кислота многих вирусов животных высвобождается после проникновения вируса в клетку путём пиноцитоза, у некоторых бактериофагов в клетку проникает свободная нуклеиновая кислота. Фитопатогенные вирусы проникают через повреждения в клеточной стенке, после чего адсорбируются на внутренних клеточных рецепторах и высвобождают нуклеиновую кислоту. Последующие стадии репродукции вируса — синтез вирусспецифических белков с участием информационных РНК (у одних вирусов они входят в состав вирионов, а у других синтезируются в заражённых клетках на матрице вирионной РНК или ДНК) и репликация вирусных нуклеиновых кислот. Сборка вирусных частиц у некоторых простых вирусов происходит в результате спонтанной агрегации макромолекул по типу кристаллизации. Самосборка некоторых вирусов осуществлена в искусственных условиях. Из клеток вирусные частицы выходят одновременно (при разрушении клеток) или постепенно (без разрушения клеток). При продуктивном взаимодействии вируса и клетки могут происходить различные патологические изменения-угнетение синтеза клеточных макромолекул, повреждение клеточных структур и т. д. Известны также защитные реакции клетки (образование интерферона). В природе вирусы могут распространяться с помощью переносчиков или механически.
Пути и механизмы эволюции вирусов окончательно не установлены. О происхождении вирусов существует множество гипотез. Основные из них:
- Вирусы возникли из микроорганизмов в результате их паразитической дегенерации по схеме бактерии —> риккетсии —> хламидозоа —> вирусы.
- Вирусы развились из органоидов клеток — митохондрий, хлоропластов, эписом.
- Вирусы — часть генома нормальных клеток.
Поскольку для филогенетической классификации вирусов нет достаточных данных, их группируют на основании химических и морфологических свойств и особенностей репродукции. Вирусы объединяют в роды и семейства, для обозначения которых применяют латинизированные названия с окончаниями virus для рода (например, Enterovirus) и viridae для семейств (например, Poxviridae). Виды вирусов, как правило, имеют тривиальные названия, например, вирус табачной мозаики, вирус полиомиелита, бактериофаг Х-174 и др. (бинарные латинизированные наименования, применяемые для обозначения всех видов живых организмов, для вирусов не привились). Свойства вирусов описываются криптограммой. Вирусы резко отличаются от всех других форм жизни. По строению и организации они представляют собой нуклеопротеидные частицы, по способу репродукции являются внутриклеточными паразитами. Будучи автономными генетические структурами, они обладают рядом атрибутов жизни, в том числе таким важным, как способность к эволюции. Иногда вирусы выделяют в особое царство живой природы — Vira.
Вирусы — объект молекулярной биологии. Они используются при изучении генетической функций нуклеиновых кислот, расшифровке генетического кода и др., принципов и механизмов работы генетического аппарата. Вирусы широко применяются в работах по генетической инженерии, канцерогенезу.
Форма и относительные размеры вирусов животных
Структура и самосборка частицы вируса табачной мозаики
из белковых субъединиц и молекул РНК
ДНК-содержащие вирусы:
1 — поксвирус, 2 — иридовирус, 3 — герпесвирус, 4 — аденовирус, 5 — паповавирус;
РНК-содержащие вирусы:
6 — парамиксовирус, 7 — ортомиксовирус, 8 — коронавирус, 9 — аренавирус, 10 — лейковирус, 11 — реовирус, 12 — рабдовирус, 13 — тогавирус.
См. также: Бактериофаги
