Вирусы. Кругом вирусы!

0 Автор Михаил Макко

Вирусы и их происхождение

Точно сказать, как и откуда возникли вирусы, на нынешнем этапе развития науки пока не может никто. Это связано, в первую очередь, с тем, что вирусы не оставляют после себя никаких следов в истории. Если, например, о древних животных мы можем судить по их ископаемым скелетам и даже составить картину их клеточного строения, то вирусы, закончив свою короткую жизненную программу, в буквальном смысле исчезают в небытие.

Тем не менее, в науке имеются три гипотезы, пытающиеся объяснить происхождение вирусов.

Гипотеза регрессии или редукции. По ней вирусы возникли как независимые организмы, но эволюционировали в паразитов. Со временем они отказались от генов, которые перестали помогать им паразитировать, полностью переселились в клетки и стали целиком от них зависеть.
Гипотеза прогрессии или ускользания. Здесь вирусы сформировались из участков ДНК или РНК, которые «ускользнули» или отделились от генов более крупных организмов, и обрели способность независимо перемещаться между клетками.
Гипотеза о первичном вирусе. Согласно этой гипотезе вирусы произошли из сложных молекул нуклеиновой кислоты и белков либо до, либо вместе с первыми клетками миллиарды лет назад.

Что такое вирусы вообще?

Вирусы – самые распространенные биологические объекты на Земле. По оценкам экспертов их количество достигает около 10 ⁵¹единиц, и если бы все они были выстроены в одну линию, то она протянулась бы от одной стороны нашей галактики до другой.

Это, как бы, природные захватчики, оснащенные своеобразным вооружением для вторжения в клетки других организмов и их порабощения с целью собственного воспроизводства. Подавляющее большинство вирусов безвредны для человека, но некоторые способны вызвать заболевания и даже смерть.

Вирусы – это микроскопические организмы, которые существуют почти повсюду на Земле. Они заражают животных, растения, грибки и даже бактерии. При этом вирус часто оказывает некое действие на один тип организма, но совершенно иное – на другой. Это объясняет то, почему вирус, поражающий, например, кошку, не находит пути вселиться в собаку.

Вирусы: они мертвые или живые?

Ученые до сих пор спорят, живая это субстанция или мертвая. Вирусы имеют признаки и того, и другого. Вирус – это лишь белковая упаковка, содержащая небольшое количество генетического материала. Столь простая структура означает, что вирус многое не может сделать сам по себе. Вирусы не способны перемещаться, питаться и вырабатывать энергию, у них нет механизма самостоятельно воспроизводиться. Поскольку им не хватает всех этих свойств, многие ученые не считают вирусы живыми организмами. Тем не менее, они играют важнейшую роль на нашей планете.

Как действуют вирусы?

Воздействие вирусов – разное, и варьируется от опасного для жизни до практически бессимптомного. Прежде чем попасть в клетку, вирусы существуют в форме, известной как вирионы. На этом этапе они составляют примерно одну сотую размера бактерии и состоят из нескольких отдельных частей:

Генетический материал – ДНК или РНК.
Белковая оболочка или капсид, который защищает генетическую информацию.
Липидная (жировая) оболочка. Имеется не у всех вирусов и иногда присутствует вокруг белковой оболочки, если вирус находится вне клетки.
Шипы из гликопротеина.

Вирусы не содержат рибосомы (или органоиды клетки, вырабатывающие белки), без которых они не способны размножаться. У вируса нет шанса выжить вне захваченной клетки, то есть, без хозяина, поэтому они классифицируются, как паразиты. После контакта с клеткой-хозяином вирус вставляет свой генетический материал в клетку хозяина и берет на себя его функции. После заражения клетки вирус начинает активно воспроизводиться, при этом он производит больше именно своего вирусного белка и генетического материала взамен обычных клеточных продуктов. Вследствие этого клетка вскоре погибает.

Вирусы имеют разные формы и размеры, и их можно разделить на категории по форме.

Спиральные. Вирус табачной мозаики имеет форму спирали.
Икосаэдрические, или почти сферические вирусы. К ним относятся большинство вирусов животных.
Оболочечные. Некоторые вирусы покрывают себя измененным участком клеточной мембраны, создавая защитную липидную оболочку. К ним относятся вирус гриппа и ВИЧ.

Возможны и другие варианты, в том числе нестандартные, сочетающие как спиральные, так и икосаэдрические формы.

С точки зрения эволюции вирус часто идет на компромисс между репликацией и причинением вреда хозяину. Вирус, который бездумно размножается и очень быстро убивает своего хозяина, рискует не успеть перейти к новому по причине смерти прежнего. С другой стороны, вирус, который медленно размножается и причиняет незначительный или малозаметный вред, имеет возможность вполне спокойно сосуществовать со своим хозяином годами.

Передача инфекции

Сущность вируса такова, что он существует только для размножения. Это его природа. В процессе размножения его генетический материал постоянно переносится на новые клетки и новых хозяев.

Особенности строения, форма и состав вируса влияют на его способность распространяться. Обычно это происходит через:

Прикосновение;
Поцелуи, кашель или чихание;
Половой контакт;
Инфицированную еду или воду;
Насекомых-переносчиков.

Некоторые вирусы способны жить на предметах в течение определенного времени, поэтому, если инфицированный человек коснется такого предмета, следующий человек может подхватить вирус, коснувшись того же предмета. Таков, например, COVID-19.

После того, как вирус проник в организм, он начинает в нем размножаться и влиять на хозяина. Для этого требуется определенный период, называемый инкубационным. Затем в организме хозяина уже начинают проявляться симптомы.

Вирусы иногда изменяются

В процессе размножения вирус захватывает часть ДНК своего хозяина и переносит ее в другую клетку или организм. Так происходит его распространение. Если же вирус проникает внутрь ДНК хозяина, он начинает влиять в целом на геном, перемещаясь по хромосоме. Это более опасный процесс, что для человека, в частности, чревато далеко идущими последствиями. А именно: развитие гемофилии и мышечной дистрофии.

Такое взаимодействие с ДНК хозяина часто вызывает изменение самих вирусов. Например, некоторые вирусы поражают только один тип существ, скажем, птиц. Если вирус, который обычно поражает птиц, случайно попадает в человека, и если он при этом улавливает часть человеческой ДНК, то это влечет за собой рождение нового варианта вируса, который с большой вероятностью будет поражать людей в будущем. По этой причине ученых беспокоят редкие типы вирусов, которые иногда передаются от животных к людям.

Вирусные заболевания

Вирусы вызывают множество болезней человека.

Сюда входят: оспа, простуда и разные виды гриппа, корь, эпидемический паротит, краснуха, ветряная оспа и опоясывающий лишай, гепатит, герпес, полиомиелит, бешенство, Эбола и лихорадка Ханта, ВИЧ (вирус, вызывающий СПИД), острый респираторный синдром (ОРВИ), лихорадка денге, вирус Зика и Эпштейн-Барр, новый вирус Ковид-19. Некоторые вирусы, например, вирус папилломы человека (ВПЧ), при отсутствии лечения вызывают рак.

Борьба с вирусами

Когда иммунная система организма обнаруживает вирус, она начинает реагировать, организуя защиту, чтобы клетки могли пережить атаку. В дело включается процесс, называемый интерференцией РНК, который разрушает вирусный генетический материал. Иммунная система вырабатывает специальные антитела, которые выявляют вирусы, связываются с ними и блокируют их. В ответ на агрессию организм выделяет так называемые Т-клетки для уничтожения вируса.

Большинство вирусных инфекций вызывают защитную реакцию иммунной системы, но у некоторых вирусов, например, ВИЧ или нейротропных вирусов, которые поражают нервные клетки, есть способы уклоняться от защиты иммунной системы. Они вызывают такие болезни, как полиомиелит, бешенство, свинка и корь. Эти вирусы обладают способностью влиять на структуру центральной нервной системы (ЦНС) с отсроченными и прогрессирующими последствиями.

Как и чем лечить вирусные инфекции

Бактериальные инфекции обычно лечатся антибиотиками, но при вирусных инфекциях они бесполезны. Здесь требуется либо вакцинация, чтобы прервать цепочку заражений, либо применение противовирусных препаратов. Иногда единственно возможное лечение – это облегчение симптомов и проявлений болезни.

Наряду с вакцинами в таких случаях применяются и противовирусные препараты. Они были разработаны в основном в ответ на пандемию СПИДа. Эти препараты не уничтожают возбудителя, но тормозят его размножение, и тем самым замедляют прогрессирование болезни. Доступны и эффективны противовирусные препараты для лечения вируса простого герпеса, гепатита B, гепатита C, гриппа, опоясывающего лишая и ветряной оспы.

Вакцинация

Вакцинация, как правило, является самым дешевым и эффективным способом остановки распространения инфекций и предотвращения эпидемий. Некоторые вакцины помогают и вовсе избавить человечество от болезней, таких как оспа.

Обычно вакцины содержат в себе следующие материалы:

ослабленную форму вируса;
вирусные белки, называемые антигенами, которые стимулируют организм вырабатывать антитела против прививаемого вируса;
живые аттенуированные вирусы, такие, как вакцина от полиомиелита.

Живые аттенуированные вакцины несут в себе риск вызвать исходное заболевание у людей со слабой иммунной системой.

В настоящее время широко используются прививки от полиомиелита, кори, эпидемического паротита и краснухи. Применение вакцин резко снизило распространенность этих болезней. Например, две дозы вакцины против кори обеспечивают практически 100-процентную защиту от этого заболевания.

При этом вакцинация должна охватывать не менее 95% населения для выработки так называемого «коллективного иммунитета». Если процент привитых будет меньше, то возможна вспышка заболевания вплоть до эпидемии. В зоне риска находятся люди, которые по какой-то причине не имеют возможности получить вакцину, например, с ослабленной иммунной системой.

Что такое COVID-19?

В конце 2019 года в Китае вспыхнула эпидемия нового для человека вируса – коронавируса COVID-19. Она начала очень быстро распространяться по миру, и вскоре ВОЗ признала ее пандемией.

Что же такое коронавирус? Вирусы этого типа известны и изучаются с середины 1960-х годов. Эти вирусы типичны для летучих мышей, но в некоторый исторический момент инфекция от летучей мыши перешла к человеку и приспособилась к структуре его клеточных белков, через которые она проникает в организм. С тех пор инфекция стала передаваться от человека человеку.

Структурно этот вирус похож на все остальные, но для своей защиты во внешней среде он имеет внешнюю оболочку из липидов, которые представляют собой жирные органические молекулы. Коронавирус, вызывающий COVID-19, является одним из таких «оболочечных» вирусов. Самое обыкновенное мыло легко растворяет его жировую оболочку, что ведет к разрушению всей вирусной частицы. Это одна из причин, по которой мытье рук с мылом так эффективно!

Коронавирус не способен проникнуть в любую клетку организма просто так. Для этого один из его белков должен уметь связываться с белком клетки-жертвы – аналогично подходящему ключу, вставленному в замок, – что затем позволяет вирусу захватить эту клетку. Во время нынешней вспышки так называемый спайковый белок коронавируса лучше всего «подошел» к белковым «замкам», которые несут на себе клетки легких человека. Поэтому COVID-19 и вызываемое им заболевание, в основном является респираторной инфекцией. Особенно большое число белковых «замков» содержится в легких людей старше 60 лет, поэтому они находятся в группе риска.

Когда иммунная система, наконец, срабатывает, она начинает действовать с перегрузкой, вызывая так называемый цитокиновый шторм, который, как считают вирусологи, является источником самых серьезных эксцессов коронавируса. Непоправимый ущерб организму может быть вызван очень сильным и быстрым иммунным ответом, когда организм сопротивляется и, как бы, бросает все, что у него есть, на борьбу с вирусом.

У коронавируса есть одна особенность. Он долго скрывается от обнаружения, находясь уже в организме и ведя свою разрушительную деятельность. Это – одна из причин, по которой его трудно лечить.

Почему большинство вирусов неизлечимы?

Как правило до сих пор для прямой атаки на большинство вирусов нет никаких действенных лекарств. Иммунная система человека выступает один на один с грозным врагом.

Основная трудность заключается в том, что вирусы технически не являются живыми, а их размножение зависит от механизма воспроизводства уже внутри человеческих клеток. То есть, навредить вирусу, не навредив при этом пациенту, практически невозможно. Лекарство, нацеленное на любую часть паразитарного цикла, параллельно разрушает организм пациента в процессе такого лечения, поскольку вирус тесно связывается с клеточными структурами человека. Нужно точно знать, что лечение будет нацелено только на вирус.

Некоторые из ферментов вирусов, например, ВИЧ достаточно отличаются от человеческих структур, поэтому на них можно воздействовать, не нанося вреда пациенту. Но даже в этом случае такие лекарства не уничтожают вирус, а лишь держат его под контролем. Еще одна причина, по которой вирусы так трудно лечить лекарствами, заключается в их большом разнообразии.

С другой стороны, некоторые классы вирусов фундаментально отличаются друг от друга. Некоторые используют РНК в качестве своего генетического кода, в то время как другие используют ДНК. Одни заключены в конверт, другие нет. Это тоже создает огромные проблемы для разработчиков и производителей лекарств против вирусов.

Противовирусные препараты уменьшают продолжительность болезни, но только в том случае, если их назначить на ранней стадии заболевания. К тому времени, когда у человека развиваются серьезные симптомы, от противовирусных препаратов уже мало пользы.

Бывают и полезные вирусы

Многие люди, слышащие слово «вирус», думают только об опасных патогенах. Однако подавляющее большинство вирусов на нашей планете паразитируют на бактериях. Эти «пожиратели бактерий» известны как бактериофаги или бактериальные вирусы. Бактериофаги представляют собой небольшие вирусы, которые живут только внутри бактериального хозяина.

Таким образом, бактериофаги обладают способностью уничтожать бактерии и держать их популяции под контролем. Природа использует бактериофаги в качестве биологического средства борьбы с бактериями, что предотвращает общее заражение природы.

Каждый из нас полон вирусов

То же самое происходит и с вашим собственным телом. Каждый носит в себе огромное количество микробов, известных как микробиом человека. Микробиом состоит примерно из 100 тысяч миллиардов микробов, что больше, чем все клетки человеческого тела. Большинство этих микробов являются бактериями, и они жизненно важны для вашего здоровья. Тем не менее, эти бактерии также необходимо держать под контролем. Вот почему бактериофагов в вашем организме в 10 раз больше, чем бактерий. Другими словами, вы не смогли бы выжить, если бы в вашем организме не было своей доли вирусов. Хотя многие люди хотели бы быть свободными от вирусов, на самом деле это было бы губительно для них. Без вирусов люди бы вымерли.

Применение с пользой

Эти вирусы важны не только для вашего здоровья. Бактериофаги – это в определенном смысле альтернатива антибиотикам. Для людей, инфицированных мультирезистентными бактериями, бактериофаги могут стать идеальным решением. Их также можно использовать в сельском хозяйстве. С бактериальными патогенами фруктов или растений можно бороться с помощью бактериофагов вместо химических средств борьбы. Это не только лучше для окружающей среды, но и более эффективно.

Наконец, вирусы также становятся все более важными в медицинских исследованиях, например, как возможный метод лечения генетических заболеваний. Это известно как генная терапия.

Экстренная разработка вакцин против коронавируса в мире

Сейчас в мире находятся в разработке находится более 130 вакцин. Обычно этот процесс занимает от 5 до 10 лет. Но по причине особой агрессивности COVID-19, мировое сообщество задалось целью создать вакцину за один год.

Обычно перед запуском вакцины в оборот, она должна пройти три фазы испытаний с возрастающим на каждой из них количеством испытуемых. Все это необходимо для подтверждения эффективности и безопасности новой вакцины.

Существуют пять различных типов вакцин.

Живые аттенуированные вакцины. Они основаны на ослабленных версиях вируса.
Инактивированные вакцины. Такие вакцины содержат убитые вирусы или их фрагменты.
Субъединичные вакцины. В них содержатся лишь определенные части вируса, которые распознает иммунная система.
ДНК и РНК вакцины. Основаны на присоединении генетического материала ( ДНК и РНК) вирусов к специфическим иммунным клеткам человеческого организма. Относится к новейшим технологиям медицины.
Векторные вакцины. Здесь используется комбинации двух вирусов. Оболочка безопасного для человека аденовируса является вектором, или проводником, и в нее помещается участок генома коронавируса.

Человечеству остается лишь надеяться на более или менее благополучный выход из этой неожиданно возникшей ситуации с коронавирусом. Но нет никаких гарантий, что природа или сам человек не выпустят вскоре на свободу что-нибудь еще более зловещее, и тогда нынешние невзгоды покажутся нам «цветочками».

РубрикаНаука