почему вирус можно считать формой жизни
Что мы знаем о вирусах и методах защиты от них?
Что такое вирус?
Как устроен вирус?
В центре агента находится генетический материал РНК или ДНК, вокруг которого располагается белковая структура — капсид.
Капсид служит для защиты вируса и помогает при захвате клетки. Некоторые вирусы дополнительно покрыты липидной оболочкой, т.е. жировой структурой, которая защищает их от изменений окружающей среды.
Вирусолог Дэвид Балтимор объединил все вирусы в 8 групп, из которых некоторые группы вирусов содержат 1-2 цепочки ДНК. Другие же содержат 1 цепочку РНК, которая может удваиваться или достраивать на своей матрице ДНК. При этом каждая группа вирусов производит себя в различных органеллах зараженной клетки.
Вирусы имеют определенный диапазон хозяев, т.е. он может быть опасен для одних видов и абсолютно безвреден для других. Например, оспой болеет только человек, а чумкой только некоторые виды плотоядных. Вирус не способен выжить сам по себе, поэтому активируется только в хозяйской клетке, используя ее ресурсы и питательные вещества. Цель вируса — создание множества копий себя, чтобы инфицировать другие клетки!
Вирусы. Цикл развития бактериофага. Скачать наглядное пособие в большом разрешении можно здесь.
Как вирус попадает в организм?
Геном вируса встраивается в одну из органелл или цитоплазму и превращает клетку в настоящий вирусный завод. Естественные процессы в клетке нарушаются, и она начинает заниматься производством и сбором белка вируса. Этот процесс называется репликацией. И его основная цель — это захват территории. Во время репликации генетический материал вируса смешивается с генами клетки хозяина — это приводит к активной мутации самого вируса, а также повышает его выживаемость. Когда процесс репликации налажен, вирусная частица отпочковывается и заражает уже новые клетки, в то время как инфицированная ранее клетка продолжает производство.
«Для проникновения в клетку белки поверхности вируса связываются со специфическими поверхностными белками клетки. Прикрепление, или адсорбция, происходит между вирусной частицей и клеточной мембраной. В мембране образуется дырка, и вирусная частица или только генетический материал попадают внутрь клетки, где будет происходить размножение вируса. Сегодня ученые всего мира сделали важное открытие о том, что заражение коронавирусом людей преклонного возраста объясняется тем, что у пожилых людей накапливается специфический белок, который помогает COVID-19 проникать внутрь клетки эпителия».
Выход вируса
Скорость распространения вирусной инфекции
Вирусная латентность
Как вирус распространяется?
Почему с вирусами так тяжело бороться?
Сегодня людям уже удалось победить некоторые вирусы, а некоторые взять под жесткий контроль. Например, Оспа (она же черная оспа). Болезнь вызывается вирусом натуральной оспы, передается от человека к человеку воздушно-капельным путем. Больные покрываются сыпью, переходящей в язвы, как на коже, так и на слизистых внутренних органов. Смертность, в зависимости от штамма вируса, составляет от 10 до 40 (иногда даже 70%), На сегодняшний день вирус полностью истреблен человечеством.
Кроме того, взяты под контроль такие заболевания, как бешенство, корь и полиомиелит. Но помимо этих вирусов существует масса других, которые требуют разработок или открытия новых вакцин.
Коронавирус
К наиболее распространенным симптомам COVID-19 относятся повышение температуры тела, сухой кашель и утомляемость. К более редким симптомам относятся боли в суставах и мышцах, заложенность носа, головная боль, конъюнктивит, боль в горле, диарея, потеря вкусовых ощущений или обоняния, сыпь и изменение цвета кожи на пальцах рук и ног. Как правило, эти симптомы развиваются постепенно и носят слабо выраженный характер. У некоторых инфицированных лиц болезнь сопровождается очень легкими симптомами.
Поскольку пока не изобретено вакцины от COVID-19, в целях защиты от инфекции самым важным для нас является соблюдение гигиены.
Гигиена — раздел медицины, изучающий влияние жизни и труда на здоровье человека и разрабатывающая меры (санитарные нормы и правила), направленные на предупреждение заболеваний, обеспечение оптимальных условий существования, укрепление здоровья и продление жизни.
Сегодня следует соблюдать определенные правила гигиены:
«Мы пытались рассказать Вам не только о существующих научных фактах о вирусах, но и показать, что определенные знания помогают нам в нынешней практической ситуации сохранить свое здоровье и здоровье своих близких. Мы понимаем, что сегодня коронавирус может находиться практически везде: на поверхностях любых предметов, в окружающей среде и т.д. Поэтому самоизоляция – это один из важнейших способов защиты от инфекции. Находясь дома, вы защищаете не только свое здоровье, но и помогаете медикам и ученым, которые сражаются с этим вирусов и день и ночь. Ведь, чем меньше шансов у нас с вами заболеть, тем больше шансов появляется у них, чтобы победить коронавирус. Пожалуйста, оставайтесь дома и соблюдайте режим самоизоляции и нормы гигиены».
Почему вирус можно считать формой жизни
Подробное решение параграф § 16 по биологии для учащихся 10 класса, авторов Пасечник В.В., Каменский А.А., Рубцов A.M. Углубленный уровень 2019
Вопрос 1. Какие организмы относят к паразитам?
Вопрос 2. Что представляют собой вирусы?
Пространственная организация вирусов очень разнообразна. Они часто имеют правильную геометрическую форму — палочки, нити или шара.
Белки вирусов формируют оболочку, защищающую нуклеиновую кислоту. Они также отвечают за антигенные свойства вирусной частицы, а также могут выполнять функции ферментов.
Сложные вирусы окружены мембраной, содержащей липиды и сложные белки — гликопротеины, соединённые с углеводными компонентами. Однако эта мембрана не синтезируется ими самими, она является «позаимствованной» при выходе вируса частью мембраны той клетки, где была «собрана» данная вирусная частица.
Например, вирус табачной мозаики имеет палочковидную форму и представляет собой полый цилиндр. Стенка цилиндра образована молекулами белка, а в полости расположена спираль РНК. Белковая оболочка защищает нуклеиновую кислоту от неблагоприятных условий внешней среды, а также препятствует проникновению ферментов клеток к РНК и ее расщеплению.
Тело бактериофага кишечной палочки состоит из головки, от которой отходит полый стержень, окруженный чехлом из сократительного белка. Стержень заканчивается базальной пластинкой, на которой закреплены 6 нитей. Внутри головки находится ДНК.
Вопрос 3. Какие вирусы вам известны?
Вирус табачной мозаики, бактериофаг, аденовирусы, вирусы гриппа, герпеса, полиомиелита, оспы, бешенства, чумы, ВИЧ и др.
Вопрос 4. Почему вирусы можно считать внутриклеточными паразитами?
Они способны проникать в живые клетки и размножаться только внутри них, используя для этой цели биосинтетические и энергетические клеточные системы хозяина. Пока вирус не проник в клетку хозяина, он не проявляет свойств живого организма, т. е. в нём не протекает никаких биохимических реакций, он не может размножаться и т. д. Учитывая данные обстоятельства, можно утверждать, что вирусы являются внутриклеточными паразитами.
Вопрос 5. Почему вирусы считают неклеточной формой жизни?
Любая клетка состоит из ядра и цитоплазмы, в которой происходят все биохимические процессы. Вирусы в отличие от всех других организмов не имеют клеточного строения. Вирус же — это всего лишь часть ДНК или РНК и несколько оболочек (белковая и липопротеиновая). Также вирусы способны жить и размножаться исключительно в клетках других организмов и за их пределами жизнедеятельности не проявляют. Таким образом, вирусы можно рассматривать как неклеточную форму жизни.
Вопрос 6. Каковы особенности строения вирусов? Расскажите об этом на конкретных примерах.
Здесь подходит ответ на вопрос 2 из этого параграфа. Можно еще добавить строение вируса гриппа. Это РНК — содержащий вирус, капсид которого снаружи покрыт остатками клеточных мембран, содержащих белки — гликопротеины. Гены этих белков часто мутируют, что приводит к появлению новых штаммов (локальных разновидностей) вируса.
Вопрос 7. Каковы основные пути заражения вирусами? Приведите примеры.
Человек заражается вирусами разными путями, в принципе так же, как бактериями и другими прокариотами.
1.Алиментарный путь — пища, вода. В воду, как правило, вирусы попадают вместе со сточными водами, в пищу заносятся грязными руками.
2.Воздушно — капельный — вирусы острых респираторный заболеваний; другие — попадают непосредственно от одного человека другому на слизистые носа, глотки, то есть верхних дыхательных путей.
3.Половой — при половом контакте вирусы попадают на слизистую половых путей.
4.Трансмиссивный — при укусе кровососущих членистоногих (клещи, комары) вирусы попадают непосредственно в кровь. Вирус бешенства заносится в кровь при укусе зараженными животными.
5.Трансплантационный путь — при переливании зараженной крови, пересадке тканей от зараженных людей.
6.Инструментальный путь — при пользовании грязными шприцами, другими медицинскими инструментами во время различных медицинских манипуляций.
Вопрос 8. Каковы основные меры профилактики вирусных заболеваний?
Во — первых, имеет смысл стимулировать иммунную систему путём неспецифической активации иммунитета. Для этого применяют закаливание, проводят общее укрепление организма или принимают некоторые препараты (например, белок интерферон, который помогает клеткам справляться с вирусами).
Во — вторых, можно делать прививки, вводя человеку вирусные белки, фрагменты этих белков или вирусные частицы с разрушенными нуклеиновыми кислотами. Введение такого препарата (он называется вакцина) вызывает образование в организме человека специфических белков — антител, которые распознают белки — антигены данного вируса и запоминают их. Поэтому, когда в организм попадает настоящий вирус, иммунная система быстро с ним справляется, поскольку помнит, по каким белкам его можно распознать.
И, в — третьих, если по каким — то причинам невозможно провести вакцинацию, а вирус проник в организм, человеку вводят уже готовые антитела, выделенные из сыворотки крови животных (такой препарат называют иммунной сывороткой). Так поступают, например, после укуса человека бешеным животным для нейтрализации вируса бешенства.
Вопрос 9. Какие особенности отличают вирусы от других живых организмов? Представьте ответ на вопрос в форме таблицы.
Вопрос 10. Используя дополнительные источники информации, подготовьте короткое сообщение в виде презентации о сходстве СПИДа и вирусного гепатита В.
Вопрос 11. Какие распространённые заболевания, вызываемые вирусами, вы знаете? Предложите правила профилактики вирусных заболеваний.
Самыми известными и распространенными являются следующие вирусные заболевания.
Грипп и простуда. Их признаками являются: слабость, повышенная температура, боль в горле. Используются противовирусные препараты, при присоединении бактерий дополнительно назначают антибиотики.
Свинка. Поражаются дыхательные пути, в редких случаях у мужчин поражаются семенники.
Желтая лихорадка. Вредит печени и кровеносным сосудам.
Корь. Опасна детям, затрагивает кишечник, дыхательные пути и кожу.
Ларингит. Нередко возникает на фоне других проблем.
Полиомиелит. Проникает в кровь через кишечник и дыхание, при поражении головного мозга наступает паралич.
Ангина. Существует несколько видов, характерны головная боль, высокая температура, сильная боль в горле и озноб.
Гепатит. Любая разновидность вызывает желтизну кожи, потемнение мочи и бесцветность кала, что говорит о нарушении нескольких функций организма.
Тиф. Редок в современном мире, поражает кровеносную систему, может привести к тромбозу.
Сифилис. После поражения половых органов возбудитель попадает в суставы и глаза, распространяется дальше. Долго не имеет симптомов, поэтому важны периодические обследования.
Энцефалит. Поражается головной мозг, гарантировать излечение нельзя, высок риск смерти.
К профилактике вирусных заболеваний относят: исключение контактов с больными людьми, исключение незащищенных случайных половых связей, закаливание, проводят общее укрепление организма или принимают некоторые препараты (например, белок интерферон, который помогает клеткам справляться с вирусами). Также можно делать прививки, а если по каким — то причинам невозможно провести вакцинацию, а вирус проник в организм, человеку вводят уже готовые антитела, выделенные из сыворотки крови животных (такой препарат называют иммунной сывороткой). Так поступают, например, после укуса человека бешеным животным для нейтрализации вируса бешенства.
Вопрос 12. Выполните задание в тетради.
1) Вирусы размножаются: а) самостоятельно вне клетки хозяина; б) только в клетке хозяина; в) только в воде; г) в присутствии солнечного света.
Правильный ответ: б) только в клетке хозяина.
2) Капсид — это: а) цитоплазма вируса; б) ДНК вируса; в) оболочка вируса; г) ферменты вируса.
Правильный ответ: в) оболочка вируса.
3) Вирусы относят к доклеточным организмам, потому что они: а) не содержат ядра; б) не способны к самостоятельному обмену веществ; в) являются паразитами; г) не способны размножаться.
Правильный ответ: б) не способны к самостоятельному обмену веществ;
Вопрос 13. На основании чего вирусы относят к живым организмам?
Вирусы похожи на живые организмы в том, что они имеют свой набор генов и эволюционируют путем естественного отбора, а также в том, что способны размножаться, создавая собственные копии путем самосборки.
Вопрос 14. Используя доступные информационные источники, изучите и обсудите с учителем и одноклассниками проблему происхождения вирусов.
Происхождение вирусов — вопрос, который на протяжении многих лет составлял предмет дискуссий, поэтому происхождение вирусов в процессе эволюции пока неясно. Было выдвинуто три гипотезы происхождения вирусов:
1. Вирусы — потомки бактерий и других одноклеточных организмов, претерпевших дегенеративную (регрессивную) эволюцию.
2. Вирусы — потомки древних доклеточных форм жизни, перешедших к паразитическому способу существования.
3. Вирусы — дериваты (производные) клеточных генетических структур, ставших относительно автономными, но сохранивших зависимость от клеток.
Можно отметить, что зависимость вирусов от других организмов, в клетках которых они могут расти и размножаться, дает основание считать, что они не могли появиться раньше клеточных организмов. Предполагается, что вирусы представляют собой сильно дегенерировавшие клетки или их фрагменты, которые в процессе приспособления к паразитизму вторично утратили клеточное строение.
Некоторые ученые полагают, что вирусы и бактериофаги — обособившиеся генетические элементы клеток, которые эволюционировали вместе с клеточными формами жизни.
Также можно предположить, что вирусы появились (и появляются и поныне) как результат воздействий (прежде всего неблагоприятных) на биологическую клетку. И в том числе как отклик на неблагоприятное воздействие от других клеток, клеток другого вида. «Предполагается, что вирусы, не являясь самостоятельными живыми существами, представляют собой информационное средство в системе всебиологической борьбы за существование».
Паразиты: какова природа вирусов и почему они возникают все чаще
Коронавирус становится поводом пошутить над незнакомцем, ему посвящают мемы, о нем слагают песни. Вирус проникает не только в организмы живых существ, но и в поп-культуру. Однако пройдет время, и о нем все забудут, как когда-то перестали говорить о вирусе Эбола, атипичной пневмонии и оспе.
Север Туркмении, 1980-е годы. В Средней Азии возникла вспышка ранее неизвестного вируса. Обстановка сложная и напряженная. Вирус передается через зараженную воду. Из-за ее употребления количество заболевших резко растет. В большинстве случаев болезнь протекает относительно благополучно, но ужас в том, что умирают в основном женщины в третьем триместре беременности.
Начались всесторонние исследования, во время которых был открыт вирус гепатита Е. Его основное проявление — «желтуха». Сейчас появилась вакцина и различные методы профилактики этой инфекции. Тогда в эпицентре событий работал эпидемиолог Михаил Фаворов.
Михаил Фаворов,
эпидемиолог, доктор медицинских наук
Сегодня Михаил Фаворов живет в США, занимает пост президента компании DiaPrep System Inc и продолжает активно работать в области диагностики, контроля и профилактики инфекционных заболеваний.
Вирус — простейшая форма жизни. Принято считать, что если он находится внутри человека или животного, то становится живым существом — размножается и обменивается информацией. Но когда вирус находится вне организма, он считается неживым. О вирусах мы узнали сравнительно недавно, около 100 лет назад. М икробиолог Дмитрий Ивановский опубликовал исследование о существовании некой субстанции, которая проходит через фильтры, задерживающие бактерии, и назвал ее вирусом. В то время как чума человечеству известна многие тысячелетия, у нее другая природа — она вызывается бактериями, которые являются более сложным и крупным организмом. Ее распространение было связано с низким уровнем жизни и плохой гигиеной. Процент летальности достигал 25%, то есть при легочной форме погибал каждый четвертый.
Среди вирусных инфекций самой страшной была оспа, которая затронула все страны мира. Вызывалась она вирусом натуральной оспы. Вакцину удалось изобрести благодаря случайному знакомству с коровьей оспой. Вирус животных, которые выступали переносчиками, вводили в организм человека, но вакцинированные не заболевали человеческой формой болезни: организм защищали антитела введенного вируса. Уникальность натуральной оспы в том, что это антропонозный вирус — им болели только люди. Поэтому, когда произвели вакцину, оспу удалось искоренить. В 1950-х годах в Африке были вакцинированы последние контактировавшие с больными, а с 1978 года вирус был полностью ликвидирован. Оспа исчезает, когда у последнего заболевшего появляются антитела, — он выздоравливает и перестает быть переносчиком.
Другое дело, что основная часть вирусов зоонозна, то есть переносится от животных к людям, и полностью искоренить такой вирус вряд ли удастся. Первая его передача от животного к человеку называется кроссвидовым переходом. Так, всем известный вирус гриппа сначала переносили птицы, и только во время Первой мировой войны случился переход на человеческую популяцию, вызвавший эпидемию «испанки», в результате которой умерли десятки миллионов людей.
За последние 20 лет мы наблюдаем уже третью попытку перехода коронавируса на человека. Вакцина, конечно, будет найдена, считает Михаил Фаворов, но не стоит ждать, что «переходы» коронавируса и других зоонозных инфекций прекратятся даже при совершенствовании медицины.
Рецепты с летучей мышью
«Взять одну летучую мышь, варить в кипящем кокосовом молоке около 15 минут с зеленым луком, морковью и специями» — так звучит рецепт апокалиптичного супа, одного из множества китайских деликатесов. Летучие мыши в Китае продаются засушенными и используются в качестве средства альтернативной медицины. Именно эти существа стали причиной возникновения вспышки эпидемии SARS (атипичной пневмонии) в 2003-м, лихорадки вируса Эбола в 2014-м и коронавируса COVID-19. Фильм Стивена Содерберга «Заражение» прекрасно проиллюстрировал цепочку случайностей, которая привела к эпидемии, похожей на вспышку смертельного вируса Нипах в Малайзии в конце 1990-х годов. Все началось также с летучей мыши, вирус перешел на свиней, а затем на человека.
По уровню плотности населения Китай и Индия превосходят все остальные регионы планеты, а разнообразие видов животных в Африке настолько велико, что большинство из нас вряд ли догадываются о существовании некоторых из них, например окапи, виверр, руконожек. Как редкие животные, так и плотность населения становятся дополнительными стимулами высокой скорости распространения заражения. Вирусы не поражают отдельно китайцев или представителей других наций, вирусы аполитичны и не имеют вероисповедания. Они умеют приспосабливаться к любым изменениям среды не хуже человека. Все, что им нужно, — тепло наших тел и, возможно, определенные рецепторы.
Коронавирус можно назвать в некотором роде эйджистским — болезнь в единичных случаях затрагивает детей, а умирают в основном пожилые люди. Одна из теорий, выдвинутая экспертами, говорит о том, что существует некий рецептор, который появляется только у взрослых. Этот «предательский» рецептор помогает вирусам прикрепиться к клетке в большом объеме. Но это пока только гипотеза, и, чтобы подтвердить ее, нужно проделать огромную работу по изучению вирусов. Их структура сложна и многообразна. Вирусы различаются по форме, по механизму репликации (поражения организма), но самая большая разница в том, что часть вирусов обладает основной нуклеиновой кислотой — ДНК, а другая часть содержит РНК. Это две разные «природы», и разница между ними гораздо больше, чем между слонами и бактериями — и те и другие хотя бы имеют клетки, которые содержат ДНК.
Вспышка эпидемий — это не просто случайность, а стечение обстоятельств.
Каждый вирус обладает своей особенностью, которую он использует для паразитирования на живом существе, и от этого взаимодействия зависит, к чему приведет заболевание. Если вирус «наш», антропонозный, то глобальных эпидемий он, как правило, не вызывает (за редким исключением той же оспы). Он вызывает болезнь, которая приводит, например, к хроническому заболеванию, как в случае гепатита B и ВИЧ. Если вирус зоонозный, то он так или иначе приводит к вспышке эпидемии.
Все закрыто: рынки, магазины, метро. Остановки общественного транспорта абсолютно пусты. По тротуарам проплывает только мусор, гонимый ветром, исчезающий в желтоватой дымке. Странно, если учесть, что в городе проживают миллионы человек. Изредка на улице появляются люди в респираторных масках, некоторые сделаны из подручных средств. Однажды увидев такую картину, вряд ли возможно спутать с чем-то эпицентр распространения респираторного заболевания, и защищаться надо незамедлительно.
Чтобы обезопасить себя и свою семью во время респираторной эпидемии, главное — находиться на расстоянии не ближе 2 м от заболевшего, чихающего или кашляющего человека, мыть руки каждые два часа, проветривать помещения, минимально контактировать с людьми.
«Респираторная маска вполне может защитить, но проблема в том, что надежна она всего 20 минут», — напоминает Фаворов.
История человечества насчитывает десятки тысяч кровавых войн, но самые страшные по потерям, пожалуй, — войны с паразитами. По некоторым данным, от чумы умерло больше людей, чем в результате всех войн, вместе взятых, — около 186 млн человек. От одной Юстиниановой чумы, первой зарегистрированной в истории, погибли 100 млн человек. Разработка защиты от биологической угрозы требует больших затрат, поэтому вакцины создаются только для тех вирусов, которые представляют реальную опасность. Более того, к некоторым вакцинам вирусы привыкают, становятся устойчивыми и меняют свою структуру, поэтому человечеству приходится постоянно быть начеку и придумывать что-то новое.
Респираторная маска вполне может защитить, но проблема в том, что надежна она всего 20 минут.
В микробиологии это называют гонкой вооружений между вирусом и человеком — когда вирус привыкает, а человек разрабатывает более изощренный вид вакцины. Это можно отнести к вирусу гриппа, способному постоянно изменять свои антигенные структуры, ускользая от иммунитета или вакцины. Например, изначально был грипп А, от которого была изобретена вакцина. Но микроскопические существа, точнее их нуклеиновые кислоты, подобрали ключ к существованию в организме. Так появился грипп типа В. Но далеко не все вирусы могут «декодировать» вакцину. Например, вирус кори, к которому есть вакцина, не меняется столетиями и не может выжить в организме при наличии антител.
На уроках биологии нам говорили, что жизнь — это способ существования нуклеиновых кислот. Один из вариантов существования нуклеиновых кислот — это вирусы, которые живут на других организмах. Они совершенно не заботятся о нашем благополучии, они пытаются приспособиться, как и все живые существа на планете. Единственное, за что стоит их благодарить, — эволюционное совершенство иммунной системы человека. Веками, когда появлялось какое-либо заражение, организм человека вырабатывал антитела и формировал клеточный иммунитет. Все знают, что если держать человека в стерильной среде, а потом выпустить на улицу, он вскоре умрет, потому что у него не будет механизма выработки защиты. Но это не цель существования вирусов, скорее побочный эффект.
Прогнозировать возникновение вспышек вирусов еще сложнее, чем рассуждать о высших смыслах. Это всегда уникальная ситуация, которая происходит в результате изменения состояния окружающей среды, при которой человек попадает в новые условия взаимодействия с другими видами животных. А сегодня антропогенное воздействие на окружающую среду достигло абсолютно несопоставимых масштабов по сравнению с предыдущими поколениями, к тому же человек как вид постоянно растет. У ученых есть возможность наблюдать за попытками вирусов совершить кроссвидовой переход благодаря лабораторным методам слежения. Врачи ликвидировали оспу и почти победили вирус полиомиелита — это внушает надежду, что с новым вирусом можно будет хотя бы договориться. Как бы ни сложились эти взаимоотношения, стоит помнить: пока человек будет существовать как вид, всегда найдутся те, кто захочет на нем паразитировать.
Как защититься от коронавируса? Узнайте здесь.