Вирус — одно из самых популярных слов в последние полтора года. Все мы знаем, что от него надо защищаться, а еще помним, что вокруг много и других микроорганизмов — например, бактерий. Кстати, чем они отличаются от вирусов? От чего на самом деле помогают антибиотики, и почему от гриппа надо прививаться каждую осень? Вирусы и бактерии — единственные представители микромира? Возможно ли создать универсальное лекарство, чтобы раз и навсегда избавиться от опасных микроорганизмов? Чтобы ответить на эти вопросы и знать, как от них защищаться, нужно понимать, что собой представляют эти невидимые существа. В этой статье мы выясним, что такое микроорганизмы, вирусы и бактерии, и почему универсальное оружие от них никогда не появится.
Вирусы, микробы, бактерии – что это такое?
Вирусы
Говоря строго, вирусы — это не совсем существа: ученые называют их неклеточной формой жизни или даже организмами на границе живого.
Все потому, что вирусы1 не обладают важным свойством живого — клеточным строением, которое есть у всех животных, растений, грибов и бактерий. Они не имеют собственного обмена веществ, поэтому не могут жить сами по себе.
Для существования им всегда нужен другой организм, по сути, вирусы являются внутриклеточными паразитами.
Размеры вирусов колеблются от 20 до 350 нм (нанометр – одна миллионная миллиметра). Самые мелкие — парвовирусы, которые вызывают заболевания животных: всего 18 нм в диаметре.
Вирусы гриппа побольше: 80–120 нм.
А возбудители оспы и трахомы совсем «великаны»: достигают 300 нм, и их даже можно рассмотреть в обычный световой микроскоп (а чтобы увидеть более мелкие вирусы, необходим уже электронный).
Хотя вирусные заболевания преследовали людей во все времена, сами вирусы открыты совсем недавно по историческим меркам: их существование подтвердил в 1892 году русский микробиолог Дмитрий Ивановский. В студенчестве он изучал болезни растений и заинтересовался природой мозаичной болезни табака.
Через несколько лет опытов Ивановский сумел разглядеть в световой микроскоп скопления возбудителя этой болезни, после чего он рассказал о своих изысканий в статье. А первого возбудителя вирусного заболевания человека — желтой лихорадки — обнаружили только в 1901 году.
И только в 1937-м получилось разработать вакцину от нее, а ведь эта болезнь убивала людей несколько веков! С момента открытия вирусы активно изучаются, но большая их часть все еще даже не систематизирована.
А ведь регулярно появляются новые вирусы! При этом даже нет единой гипотезы, как произошли вирусы, с которой были бы согласны все вирусологи. Одни считают их потомками доклеточных форм жизни, другие — «сбежавшими» генетическими структурами, которые отвоевали себе немного независимости от клеток.
Зато уже подсчитано количество всех вирусов на планете: 10 в 39 степени — это больше, чем звезд во Вселенной. Прежде чем получить такое число, ученые выяснили,2 что каждый день на квадратном метре нижнего слоя земной атмосферы скапливается более 800 млн вирусов.
Вирусы устроены очень лаконично — из-за этого ученые когда-то считали их инертными кристаллами. Эти «кристаллы» по-разному выглядят внешне — могут быть шарообразными, спиралевидными, продолговатыми. Но, по сути, любые вирусы — это просто оболочка, внутри которой находится генетический материал в виде молекул ДНК или РНК.
Это «или» — важное отличие вируса от нас, живых существ: в наших клетках всегда имеется и то, и другое: и ДНК, и РНК. А вот что у нас с вирусом общее, так это стремление размножить свой генетический материал. Для этого вирусы и должны попасть в живую клетку. Бывает, что вирусный геном просто встраивается в хозяйскую ДНК, и могут пройти годы, прежде чем вирус «проснется».
А если вирус попал в половые клетки и интегрировался в хромосомы, то он будет передаваться и потомкам хозяина. В человеческом геноме очень много таких включений (примерно 8%), полученных миллионы лет назад в ходе эволюции. Некоторые из них постепенно разрушаются, а другие оказались полезными для нас и участвуют в физиологических процессах.
Например, в 2018 году ученые выяснили,3 что важнейшую роль в формировании нашей долговременной памяти играет ген вирусного происхождения.
Но что, если вирус прятаться не хочет, а жаждет деятельности? Тогда его генетический материал фактически перехватывает командование в живой клетке: заставляет множить свои копии, которые проникают во все новые и новые ткани и органы. И во время этой «штамповки» происходит процесс, благодаря которому вирусы и приобрели репутацию коварных убийц.
Новые вирусы не получаются 100-процентными копиями — какая-нибудь да выходит с «ошибкой», т. е. слегка измененным геномом. Это вирусные мутации, которые помогают микроорганизму выживать, несмотря на усилия организма, который активно сражается с инфекцией.
Из-за мутаций вирусы могут выглядеть иначе и обманывать иммунную систему — ей приходится заново с ним знакомиться и разрабатывать стратегию борьбы. Такой уловкой активно пользуются вирусы гриппа, которые мутируют непрерывно и каждый год приходят к нам в виде новых штаммов.
Но самая удачная ситуация для вируса — оказаться в одной клетке со своими «коллегами» другого вида: например, когда встречаются вирусы человека, птицы и обезьяны.
Тогда они могут обменяться целыми кусками генома, и в результате получится принципиально новый штамм, мощный и опасный мутант, которого не остановят даже межвидовые барьеры — он сможет сначала заразить животное, а потом человека. Такие вирусные эксперименты, как правило, случаются в жарких перенаселенных странах, где все не очень хорошо с санитарией, а люди чаще контактируют с дикими и сельскохозяйственными животными. Поэтому мы так часто слышим, что в Юго-Восточной Азии вспыхнула новая инфекция.
Бактерии
В отличие от вирусов, бактерии — самые что ни на есть живые организмы, хотя и тоже очень маленькие (длиной до 10 мкм, то есть одной сотой метра).
Они одноклеточные, но одна эта клетка может имеет разные формы: бактерии бывают круглыми, в виде палочек, звездочек или кубиков, есть даже гофрированные и С-образной формы.
По строению бактерии сложнее, чем вирусы — у них есть клеточная стенка, внутриклеточные структуры, органеллы, жгутики для передвижения. Они самостоятельно живут и размножаются (с помощью простого деления).
Бактерии — одни из первых обитателей Земли, и они же самые вездесущие — их находят даже там, где вообще никому не выжить. Бактериям не страшен ни холод, ни кислые источники, где температура воды почти 100° С. Они живут и в Мертвом море, и в нижнем слое стратосферы, и в Марианской впадине, и даже в радиоактивных отходах.
Учеными описано примерно 10 тыс. видов бактерий, но на самом деле их гораздо больше. Первым бактерии увидел голландский ученый Антони ван Левенгук в 1676 году. Он хотел выяснить, почему жгучий перец раздражает язык, и решил изучить перечную настойку под микроскопом.
Каково же было удивление натуралиста, когда в крошечной капле он увидел движущихся существ! Левенгук назвал их «анимакули» и стал искать повсюду: в дождевой воде, на одежде, в соскобе с собственных зубов. О своих наблюдениях он рассказал в письме к Лондонскому королевскому обществу по развитию знаний о природе.
Но настоящий интерес к открытию Левенгука проснулся гораздо позже, ближе к середине XIX века, когда начала развиваться клеточная теория.
Микробы
Когда вы говорите ребенку, что вокруг полно микробов, вы не ошибаетесь. Микробы, или микроорганизмы — это собирательное название всего живого, что меньше 0,1 мм и не видно невооруженным глазом.
К ним относят простейших (микроскопических одноклеточных животных), бактерий и крошечные грибки, а также вирусы (с этим согласны не все ученые, т. к. вирусы — все же не живые организмы). В термине «микроб» объединились греческое μικρό (маленький) и βίος — жизнь.
Большинство микробов состоят из одной клетки, но есть среди них и многоклеточные.
Что опаснее — вирусы или бактерии?
А вот на этот вопрос ответить невозможно: вирусы и бактерии могут быть и опасными, и безвредными в зависимости от ситуации.
Большинство людей спокойно переносят сезонный грипп — ежегодные вирусные заболевания, но в начале ХХ века испанский грипп унес, по разным оценкам, 3-5% населения Земли.
Страшные эпидемии прошлого — чума, холера, оспа — вызывались бактериями, но мы спокойно контактируем с миллионами других бактерий каждый день.
Новая коронавирусная инфекция к началу июля 2021 года охватила уже более 182 млн человек во всем мире, при этом практика показывает, что, будучи по началу высокопатогенными, новые вирусы со временем становятся менее опасными. Как видите, опасность, которую несут вирусы или бактерии, зависит от их «видовых» характеристик. Что же касается противостояния вирусам и бактериям, в обоих случаях есть сложности.
Если вирус уже проник в клетку, его невозможно убить — можно только ждать, что организм с ним справится. Поэтому лучший способ борьбы с инфекцией — не допустить заражения. Для этого существует вакцинация: во время прививки иммунитет знакомится с вирусом и заранее разрабатывает стратегию борьбы.
Именно с помощью вакцин люди победили вирусные болезни, от которых когда-то не было спасения. Если сегодня мы вдруг начнем массово отказываться от прививок, то рискуем вернуться в прошлое — нас снова начнут поражать почти забытые заболевания: оспа, корь, столбняк и т. д. Однако в случае с часто мутирующими вирусами прививки помогают не всегда.
Вакцина может быть эффективна против одного штамма, но бесполезна против другого, нового. Именно поэтому ученые обратили свое внимание на возможности иммунитета. Его главное оружие в борьбе с вирусами — белки интерфероны, которые организм вырабатывает в ответ на вторжение.
Они обладают неспецифическим действием, то есть действуют на широкий спектр вирусов. Интерфероны были созданы в процессе эволюции, на настоящий момент являясь неотъемлемой частью противовирусного иммунитета.
Однако интерферона может быть недостаточно, это происходит по разным причинам: детский и пожилой возраст, наличие сопутствующих заболеваний, беременность и другие. Именно в таких случаях специалисты могут рекомендовать препараты на основе интерферона, такие как Виферон.
Бороться с опасными бактериями люди тоже давно научились — с помощью антибиотиков (обратите внимание: на вирусы они не действуют, поскольку разработаны для совершенно иной формы жизни!). Но тут другая проблема: к ним у бактерий со временем вырабатывается устойчивость.
И чем чаще мы их используем, тем больше становится бактерий, которые к ним совсем не чувствительны. Например, к пенициллину, с которого когда-то и началась история антибиотиков, сегодня бактерии уже равнодушны. А прошло все 80 лет с момента его первого применения.
Новые антибиотики тоже разрабатываются, но это очень долгий и дорогой процесс, поэтому чаще модифицируются уже имеющиеся лекарства.
Какие болезни вызываются вирусами?
Среди всех изученных вирусов (а это около 6000), болезнетворна совсем небольшая часть. Вирусные болезни человека — грипп, корь, оспа, полиомиелит, свинка, краснуха, герпес, инфекционный мононуклеоз, гепатит, энцефалит, СПИД и т. д. У животных — ящур, чума, бешенство. У растений — различные мозаичные болезни и желтухи.
В основном же вирусы не приносят вреда или приносят пользу. Среди них для нас самые важные — вирусы, которые поражают только бактерии: их называют бактериофагами, то есть «пожирателями бактерий». Их используют в сельском хозяйстве — для защиты животных и растений от бактериальных болезней.
Также есть предположение, что вирусы помогают жвачным животным превращать целлюлозу в сахара, которые затем становятся молоком или участвуют в наборе массы. Еще одна заслуга фагов — регуляция количества бактерий в океане. Микроорганизмы, которые там обитают, производят почти половину земного кислорода.
Если какой-то один вид бактерий вдруг начнет бесконтрольно размножаться, нарушится вся пищевая цепочка, и множество видов просто не выживет. Некоторые вирусы стали важным компонентом симбиотических систем — природных «партнерств», в которых организмы разных видов помогают друг другу.
Например, на горячей почве вблизи гейзеров в Йеллоустонском национальном парке (США) растет трава,4 которая выживает в экстремальных условиях только благодаря грибу, зараженному определенным вирусом.
А есть вирусы, которые замедляют развитие опасных болезней у человека: например, у людей, зараженных гепатитом G, легче протекает другая инфекция — лихорадка Эбола, тоже вирусное заболевание. И от бактериальных инфекций вирусы тоже можно применять: в СССР это практиковали еще в 1920-х годах.
Сегодня бактериофагов «дрессируют» даже на уничтожение рака — это называется онколитическая вирусная терапия. Как видите, уничтожать вирусы подчистую — плохая идея с учетом пользы, которую они приносят. Кроме того, это невозможно даже теоретически: чтобы разработать универсальный вирусный яд, надо прежде изучить абсолютно все вирусы. В ближайшей перспективе это невозможно.
Какие болезни вызываются бактериями?
Как и вирусы, бактерии5 могут быть безопасными для живых организмов или болезнетворными. Такие бактерии-паразиты попадают в организм и начинают питаться за его счет, активно размножаются, повреждая клетки и отравляя их продуктами своей жизнедеятельности. Так и начинается заболевание.
У человека бактерии вызывают туберкулез, коклюш, менингит, чуму, тиф, столбняк, холеру, дифтерию, фурункулез, стрептококковую ангину. У животных — бруцеллез, сибирскую язву. У растений подобная инфекция вызывает гнили, ожоги, пятнистости, увядание. Но полезных бактерий все-таки тоже гораздо больше.
Например, миллионы бактерий населяют наш кишечник, кожу, даже дыхательные пути. Они называются микробиотой, и ее баланс очень важен для сохранения здоровья: она создает условия, в которых вредные микроорганизмы жить не смогут.
Две группы таких бактерий вы точно знаете: это бифидо- и лактобактерии, которые живут в кишечнике.
Как уберечься от вирусов и бактерий?
Мир населен огромным количеством бактерий и вирусов, и избавиться от них полностью невозможно, да и неразумно — ведь без них не сможем существовать и мы сами. Но предотвратить вирусное или бактериальное заболевание в повседневной жизни возможно. Надо только придерживаться правил:
- соблюдать гигиену, почаще мыть руки с мылом и пореже трогать руками лицо;
- вакцинироваться;
- в высокий эпидемический сезон заболеваемости ОРВИ и гриппом, использовать противовирусные препараты, например, Виферон гель;
- носить медицинские маски в людных местах;
- избегать поездок в экзотические страны;
- обеспечить себе доступ к медицинской помощи;
- не злоупотреблять антибиотиками;
- пить чистую воду;
- тщательно мыть овощи, фрукты и зелень, термически обрабатывать мясо.
Справочно-информационный материал
Автор статьи
Шамшева Дарья Сергеевна
Врач-терапевт, кардиолог, к.м.н.
Источники:
1 https://postnauka.ru/
2 https://news.ubc.ca/
3 https://www.nature.com/
4 https://elementy.ru/
5 https://ru.wikipedia.org/
Фаги и вирусы как основные неклеточные формы жизни и их специфика
На нашей планете существуют не только одноклеточные и многоклеточные организмы, но и такие организмы, у которых вообще нет клеток. К ним относятся вирусы, которые считаются переходной формой между живой и неживой природой.
Начало вирусологии было положено российским ботаником Д. И. Ивановским, который в 1852 году впервые получил экстракт из растений табака: они были поражены мозаичной болезнью. После того как экстракт был пропущен через фильтр, задерживающий бактерий, получили отфильтрованную жидкость — она сохранила инфекционные свойства.
Замечание 1
Само слово «вирус» было введено в научный обиход голландским исследователем Бейерингом в 1898 году — в переводе с латинского вирус означает «яд».
В ходе дальнейших исследований ученые пришли к выводу, что с учетом химической природы вирусы можно считать нуклеопротеидами. Но так как размеры вирусов были слишком маленькие, то их нельзя было увидеть в световой микроскоп. По этой причине вирусы начали изучать систематически только в 30-е годы 20 века — это было связано с изобретением электронного микроскопа.
Вирусы отличаются простотой строения. Каждая вирусная частица включает РНК или ДНК, которые являются сердцевиной вируса и содержат наследственную информацию о вирусном строении, а также такого компонента как защитная белковая оболочка (капсида).
Определение 1
Вирион — это полностью сформированная инфекционная частичка.
У отдельных вирусов, таких как вирус герпеса или гриппа, есть дополнительная оболочка, образованная с помощью плазматической мембраны клетки-хозяина.
Еще одна особенность вирусов заключается в способности жить и размножаться только в клетках других организмов. Вне клеток других организмов вирусы жить не могут.
Замечание 2
У большинства вирусов внешняя форма напоминает кристалл. Размеры вирусов варьируются от 20 до 300 нм.
Наилучшим образом изучен вирус табачной мозаики. Он отличается палочкообразной формой и является пустотелым цилиндром.
Стенки этого вируса образованы при помощи белковых молекул, а внутри находится спираль молекулы РНК.
Белковая оболочка выполняет защитную функцию — она защищает нуклеиновую кислоту от неблагоприятного внешнего воздействия и препятствует проникновению ферментов клетки-хозяина к РНК для ее расщепления.
Молекулы вирусной РНК могут самовоспроизводиться. Хотя в основном этот процесс свойственен ДНК. РНК вируса — источник генетической информации, поэтому выполняет и функции иРНК.
В результате в зараженной клетке по программе нуклеиновой кислоты вируса рибосома клетки-хозяина осуществляет синтез специфических вирусных белков. Затем вирусные белки и нуклеиновая кислота самостоятельно собираются в новые вирусные частицы. Происходит истощение и гибель клетки.
Бактериофаги
Определение 2
Вирусы бактерий или бактериофаги — особая группа вирусов, представители которых могут проникать внутрь бактериальной клетки и приводить к ее разрушению.
Нужна помощь преподавателя? Опиши задание — и наши эксперты тебе помогут!
Тело фага кишечной палочки образует головка: от нее отходит полый стержень, окруженный чехлом в виде сократительного белка. На конце стержня находится базальная пластинка, на которой размещается 6 нитей. В головке содержится ДНК.
К поверхности кишечной палочки бактериофаг прикрепляется за счет отростков. В том месте, где он с этой поверхностью соединяется, он растворяет клеточную оболочку бактерии при помощи фермента. Благодаря тому, что головка сокращается, молекула ДНК проходит через канал стержня в клетку.
Под влиянием ДНК всего через 10-15 минут происходит перестройка метаболизма бактериальной клетки. В результате начинается синтез ДНК бактериофага, а не ДНК клетки. Кроме того, также осуществляется синтез фагового белка. В итоге образуется от 200 до 1000 новых фаговых частиц, а клетка бактерии погибает.
Отдельные фаги не реплицируются в клетке хозяина. Этот процесс заменяется образованием единой молекулы при помощи встраивания нуклеиновой кислоты фагов в ДНК хозяина. Такие фаги называют умеренными.
Значение вирусов
Вирусы, проникающие в клетки живых организмов, становятся причинами различных опасных заболеваний. Это касается и сельскохозяйственных растений и животных, и обитающих в дикой природе.
К таким болезням относятся:
- у растений — мозаическая болезнь томатов, табака, огурцов; скручивание листьев, желтуха, карликовость и др;
- у животных — чума птиц и свиней, бешенство, ящур инфекционная анемия лошадей и др.
Результатом таких болезней являются снижение урожайности культур и гибель животных.
Замечание 3
У человека вирусы также вызывают различные опасные заболевания: грипп, корь, оспу, бешенство, полиомиелит, гепатит, паротит и др.
В число опасных заболеваний, вызванных вирусами, входит также СПИД — синдром приобретенного иммунодефицита. Это заболевание является эпидемическим, поражающим по большей части иммунную систему человека, основная функция которой — защита организма от различных болезнетворных агентов.
В результате поражения системы клеточного иммунитета развиваются прогрессирующие инфекционные заболевания и злокачественные новообразования. Микроорганизмы, которые раньше не вызывали никаких заболеваний, становятся опасными.
В 1983 году ученые выяснили, что вирус СПИДа (ВИЧ) относится к семейству ретровирусов. Он состоит из только ему свойственного фермента, а именно — оборотной транскрпптазы (РНК-зависимая ДНК-полимераза или ревертаза). Все представители ретровирусов имеют в своем составе этот фермент. Открытие этого вируса считается революционным в биологии.
Замечание 4
Важно, что передача генетической информации может осуществляться не только по стандартной схеме ДНК-РНК-белок, но и при помощи обратной транскрипции от РНК к ДНК.
Урок 7: Неклеточные формы жизни
- План урока:
- Вирусы
- Вирус иммунодефицита человека
- Бактериофаги
Вирусы
История открытия и изучения вирусов начинается с 1852 года, когда впервые было доказано их существование.Открытие вирусов принадлежит ботанику Д.И.Ивановскому.
Из растений табака, зараженных мозаичной болезнью, им был изготовлен инфекционный экстракт. Эту жидкость он пропустил через фильтр, удерживающий бактерии, однако раствор все равно хранил свои заразные свойства.
Ивановский сделал вывод, что помимо бактерий есть еще организмы, способные вызывать различные инфекции.
Голландский ученый М.В. Бейеринк в 1898 году открыл вирус табачной мозаики, повторив эксперименты русского ботаника. Эти возбудители болезней получили название вирусы.
Спустя ряд лет был выявлен возбудитель ящура, который также не удерживался бактериальным фильтром. Открытие вируса ящера у животных в 1897 г принадлежит бактериологам Ф. Леффлеру и П. Фрошу.
На данное время эти существа объединяют в отдельное царство – Вирусы. Установлено свыше 400 представителей этого царства у различных организмов.
Вирусы очень мелкие, невидимые без светового микроскопа, размеры их могут быть 30-250 нм. Соответственно с целью изучения строения организма вируса применяется метод электронной микроскопии. Такие необычные формы живых существ как вирусы, имеют неклеточное строение. Однако, способны осуществлять свою жизнедеятельность исключительно в живых клетках.
По особенностям строения вирусы подразделяются на 2 группы: простые и сложные.
1. Простые вирусы имеют элементарное строение: белковая оболочка и капсид[1] с генетическим материалом. Наследственную информацию несет нуклеиновая кислота. Отдельные вирусы имеют РНК, а другие – ДНК. Зрелая частица вируса именуется вирион.
Самым первым стал известен вирус табачной мозаики, поэтому его структура исследована наиболее хорошо. Эта разновидность вируса имеет палочковидную пустотелую конфигурацию.
Стенка построена из белка, а в полости есть молекула РНК в виде спирали. Верхняя мембрана предохраняет ее от воздействия плохих условий. Не дает она проникнуть также ферментам к нуклеиновой кислоте.
Иначе произошел бы ее распад.
2. Сложное строение вируса обусловлено наличием добавочной липопротеидной оболочки, которая образуется из плазматической мембраны хозяйской клетки(т.е. он как бы встраивается внутрь клетки и использует материал мембраны для образования своей оболочки). Такая структура встречается у вирусов гриппа, герпеса, иммунодефицита человека, коронавируса.
Пока вирус не попал в клетку, он не имеет никаких проявлений активности жизненных процессов. Часто эти организмы могут встречаться в форме кристаллов, но, попав в живую структуру,тут же начинают активный процесс жизнедеятельности.
Цикл жизни многих вирусов идентичен. Начинается он с прикрепления к поверхности хозяина. Далее чужеродный организм внедряется в цитоплазму, трансформируясь в вакуоль, в этом виде он может доставляться к любым частям клетки. Именно с этого момента начинается размножение вируса в клетке.
Дальнейший процесс сопровождается освобождение нуклеиновый кислоты от оболочки и внедрение ее в генный аппарат клетки-хозяина. Вирусный геном удваивается, начинается синтез белковых структур для образования капсида и происходит сборка нового вируса.
После размножения РНК покрывается белковой оболочкой и становится новым вирусным элементом.Сложно устроенные вирусы должны приобрести еще дополнительную оболочку. Для этого они прикрепляются своей поверхностью к плазматической мембране клетки, которую они инфицировали, и используют ее материал для построения добавочной оболочки.
Только после этого их жизненный цикл считается завершенным.При накоплении вирусов они активизируются и покидают инфицированную клетку.
Причем по окончании процесса размножения отдельные вирусы выходят из клетки полностью, ее разрушая, а иные отделяются при помощи почкования.
После этого начинается скрытый период жизни вируса – он будто пропадает. Его не удается увидеть либо обнаружить в клеточной структуре, однако в этот момент вся клетка производит нужные для вируса соединения, вследствие чего создается новое поколение вироспор.
Происхождение вирусов не совсем понятно.Одни исследователи представляют их первичными примитивными организмами, стоящими у истоков жизни. Однако мы знаем, что существовать вне клеточной структуры они не способны, поэтому и появиться раньше них не могли.
По другим версиям, вирусы происходят от организмов, имевших более высокую организацию, но сильно упростившихся в связи с паразитированием. К примеру, некоторые одноклеточные организмы являются паразитами человека. Предположили, что в процессе эволюции отдельные экземпляры утратили свою клеточную структуру и приспособились к жизни в виде таких форм как вирусы.
Наконец, существует и третья точка зрения, что вирусы являются группами генов или фрагментами других структур, обретших независимость существования.
Вирусы играют негативную роль в жизни всех организмов.Селясь в клетках живых созданий, они стимулируют развитие многих серьезных болезней.
К примеру, у растений вирусы способствуют задержке роста, изменчивости листьев, возникновению полосок на лепестках цветов отдельных сортов тюльпанов.
Пестролистность снижает декоративность тюльпанов, при этом уменьшается размер цветка, и растение через несколько лет может погибнуть.У сельскохозяйственных растений вирусные заболевания снижают урожайность и приводят к их гибели.
У животных и человека вирусы вызывают серьезные заболевания, которые нередко приводят к тяжелым последствиям.
Вирус иммунодефицита человека
Наиболее страшным считается вирусом иммунодефицита человека, вызывающий ВИЧ-инфекцию.
Завершающей стадией ВИЧ-инфекции считается СПИД – синдром приобретенного иммунодефицита человека. Инфекция, вызываемая вирусом иммунодефицита человека, поражает иммунную систему. При этом организм становится незащищенным от микроорганизмов, которые в обычных условиях не способствуют развитию болезни.
Изначально СПИД был отмечен на территории США в 1981г. Позднее, в 1983г., получилось обосновать, что он вызывается неведомым людским вирусом. На протяжении последующих лет вирус подробно изучался в лабораториях США и Франции.Открытие вируса иммунодефицита человека принадлежит ученым Люку Монтанье и Франсуазе Барр-Синусси.
Вирус иммунодефицита человека имеет сложное строение. Вирусная частица круглой формы покрыта внешней фосфолипидной оболочкой и внутренней – белковой мембраной. Внутри есть РНК, а также своеобразный фермент – обратная транскриптаза, позволяющий преобразовывать вирусную РНК в вирусную ДНК.
Жизненный цикл ВИЧ во многом схож с другими вирусами. Проникнув в клеточную структуру, вирионы ВИЧ распадаются. При этом высвобождается его РНК и фермент обратная транскриптаза. Данный фермент, используя вирусную РНК в качестве матрицы, синтезирует по ее подобию вирусную ДНК.
Подобная ДНК-копия проникает в ядро, встраивается в ее генетический аппарат и заставляет производить новые вирусные частицы. Объектом поражения вируса иммунодефицита человека являются лимфоциты – клетки иммунной системы.
Вирус иммунодефицита человека относится к ретровирусам и обладает значительной изменчивостью. Это не дает решить вопрос получения вакцины, а также препятствует осуществлению профилактики СПИДа.
Однако вирион не при всех условиях способен выживать. Гибель вируса наступает при повышении температуры до 560С в течение 40 минут, а также при кипячении – в течение 2-6 минут. Воздействие дезинфекторов также приводит к гибели вириона. А вот ультрафиолетовые лучи и ионизирующая радиация никакой вред ему не причиняют.
До сих пор многие ученые задаются вопросом о происхождении инфекции вируса иммунодефицита человека. Хотя в современном мире известно, что источником инфекции бывает заболевший человек или вирусоноситель, не имеющий симптомов.
Заражение вирусом иммунодефицита человека происходит тремя путями. Познакомимся на рисунке.
Болезнь, вызванная вирусом иммунодефицита человека характеризуется продолжительным развитием в организме. Симптомы заболевания у взрослых могут не проявляться в течение 4 лет.
Существует версия, что ВИЧ способен оставаться в организме человека навсегда. Соответственно, больной человек может заражать других. Для того, чтобы избежать заражения ВИЧ-инфекцией, следует соблюдать основные меры профилактики.
Бактериофаги
Следует отметить вирусы бактерий – фаги, или бактериофаги. Эти вирусы приспособились к паразитированию в теле бактерий.
Обратимся к истории открытия этих вирусов.
В 1917 году французский ученый Ф. Д’Эреллем выращивал культуру бактерий и обратил внимание, что кто-то их разрушает. Они буквально на глазах набухали и лопались. Ученый исследовал «невидимого врага» и назвал его бактериофагом, то есть «пожирателем бактерий».
По своему строению бактериофаги сложнее вирусных форм.
Бактериофаги имеют головастикообразную форму, состоят из головки и хвоста. В составе головки бактериофага выделяется ДНК. Хвост представляет собой пустотелый цилиндр, покрытый оболочкой из сократительного белка. Завершается он пластинкой с шестью нитями, с помощью которых он прикрепляется к бактерии.
Жизненный цикл бактериофага начинается с прикрепления к клетки бактерий с помощью белковых нитей. Причем каждый бактериофаг проникает только в определенный тип бактериальных клеток. В зоне соприкосновения фаг растворяет клеточную оболочку, используя ферменты.
Затем головка сокращается, и молекула ДНК впрыскивается в клетку. В течение 15-20 минут после взаимодействия бактериофага с клеткой ее структура перестраивается. В результате бактерия начинает производить вирусную ДНК, а не свою. Завершается этот процесс появлением большого числа фаговых частиц и гибелью бактерии.
Иногда проникновение бактериофага не влечет за собой уничтожение клетки, при этом ДНК фага встраивается в наследственный материал бактерии и переходит ее потомкам. Этот процесс способен длиться значительное время, в течение множества поколений. Данный вид бактерий получили обозначение лизогенные.
Однако под влиянием внешних факторов, особенно лучистой энергии, фаг в таких бактериях активизируется и начинает уничтожать клетку. Такие типы бактерий используют для изучения наследственности на молекулярном уровне. Поэтому бактериофаги являются объектом изучения молекулярной биологии.
Цикл развития бактериофагов нашел применение для борьбы с болезнетворными бактериями. Из бактериофагов в 1930 году начали производить лекарственные препараты, которые эффективно применялись для лечения дизентерии и холеры.
Однако не всегда лечение бактериофагами оказывалось эффективным. Ученые сразу обратили внимание, что бактериофаги чувствительны каждый к своему виду бактерий. Поэтому для производства препарата сначала необходимо было определить возбудителя болезни.
С появлением антибиотиков бактериофаги утратили свое значение. Однако в настоящее время, с развитием молекулярной биологии, вновь начали проводить лечение бактериальных заболеваний с использованием фагов. Причем, появились бактерии, устойчивые к антибиотикам и лечение бактериофагами все чаще стало применяться в медицине.
Словарь
Капсид – это оболочка вируса, построенная из белковых молекул.
Урок "Вирусы – неклеточные формы жизни"
- Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение
- Новохоперского муниципального района Воронежской области
- «Бороздиновская средняя общеобразовательная школа»
- Урок по биологии
- в 10 классе
- «ВИРУСЫ – НЕКЛЕТОЧНЫЕ ФОРМЫ ЖИЗНИ»
- Подготовила:
- учитель химии и биологии
- I квалификационной категории
- Грачева Жанна Петровна
- 2013-2014 учебный год
- Цель: сформировать у учащихся знания о неклеточных формах жизни – вирусах – на основе решения проблемной ситуации.
- Задачи:
- Образовательные: раскрыть особенности внутриклеточного паразитизма вирусов; охарактеризовать особенности строения и жизнедеятельности вирусов; описать механизм проникновения вирусов в клетку; рассмотреть особенности размножения вирусов; сообщить об опасных вирусных инфекциях и о профилактике заболеваний;
- Развивающие: продолжить формирование навыков работы с учебником и научной литературой;
- Воспитательные: формировать понимание ценности жизни человека.
- Тип урока: изучение нового материала.
- Форма проведения урока: комбинированный урок с использованием презентации.
- Форма организации учебной деятельности: фронтальная.
- Методы обучения: объяснительно-иллюстративный, проблемное изложение, частично поисковый.
- Продолжительность: 45 минут.
- Оборудование: таблицы «Строение вирусов», «Бактериофаги», научно-популярная литература о вирусах, мультимедийная презентация, компьютер, проектор, экран.
- Вирусы – это «плохие новости» в упаковке из белка.
- П.Медавар
- ХОД УРОКА
- I. ОРГАНИЗАЦИОННЫЙ МОМЕНТ
Здравствуйте ребята, садитесь. Основа каждого урока – это труд. Получать знания, научиться их применять – это очень большой труд. Так настройте себя на то, чтобы почерпнуть сегодня из урока много нового и интересного.
II. АКТУАЛИЗАЦИЯ ЗНАНИЙ
Учитель. Все мы уже, к сожалению, понимаем, что страшная болезнь под названием СПИД прочно вошла с нами в XXI век. В мире от этого страшного заболевания умирает все больше и больше людей. Обратимся к данным о его распространении.
Впервые о неизвестной болезни сообщил «Еженедельный вестник заболеваемости» (США) в 1981 году. Уже к концу года упоминалось о 166 случаях этого заболевания.
Через 4 года в Атланте состоялась первая Всемирная конференция по СПИДу, на которой царил «явный и безусловный шок». Это страшное заболевание унесло и продолжает уносить миллионы жизней.
В этом году сотни известных имен, таких как Рудольф Нуриев, Фреди Меркьюри…
Заболевание СПИДом развивается медленно. В течение нескольких лет единственным признаком болезни может быть увеличение некоторых лимфатических узлов.
Затем начинаются подъемы температуры, длительные расстройства желудка, потливость, похудание. В дальнейшем возникают воспаление легких, поражение кожи, заражение крови, злокачественные опухоли. Все это приводит к смерти человека.
Самое обидное то, что чаще всего погибают молодые люди в полном расцвете сил.
- Какие организмы вызывают заболевание СПИД? (Ученики должны ответить на проблемный вопрос в конце урока.)
Вспомним с вами материал по теме «Клетка».
- Что такое клетка? Все живые организмы имеют клеточное строение.
- На какие две группы делятся клеточные организмы?
- Что значит «прокариоты»?
- Какие организмы относятся к прокариотам?
- Что значит «эукариоты»?
- Какие организмы относятся к прокариотам?
Но есть организмы, которые не имеют клеточного строения. Какие это организмы, мы узнаем на уроке.
Тема урока – «Вирусы − неклеточные формы жизни». Сегодня на уроке мы познакомимся с вами с уникальными организмами – вирусами, которые являются неклеточными формами жизни.
Рассмотрим особенности вирусов, строение этих организмов, этапы жизнедеятельности.
Раскроем особенности внутриклеточного паразитизма вирусов, изучим механизм проникновения вирусов в клетку, а также вы узнаете об опасных вирусных инфекциях и о профилактике заболеваний. (Демонстрация слайда)
План урока (Демонстрация слайда)
- Открытие вирусов.
- Строение и жизнедеятельность вирусов.
- Многообразие вирусов.
- Механизм проникновения вирусов в клетку.
- Вирусные инфекции и профилактика заболеваний.
III. ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА
Сообщение 1-го учащегося
В 1892 году русский ученый, ботаник Дмитрий Иосифович Ивановский (демонстрация слайда) обратил внимание на широко распространенную болезнь растения табака, при которой листья покрываются россыпью пятен (мозаичная болезнь). Он выжал из этих листьев сок и профильтровал его через пористый фильтр из обожженной глины. Отверстия в фильтре были настолько малы, что задерживали даже бактерии. Однако профильтрованный сок не утратил заразных свойств.
Д.И. Ивановский назвал открытые организмы «фильтрующимися вирусами» и выявил два основных свойства вирусов: они очень малы, и их невозможно, в отличие от клеток, выращивать на искусственных питательных средах.
Через 7 лет (в 1899 году) микробиолог М. Бейеринк (демонстрация слайда) ввел термин «вирус» в научный обиход. В переводе с латинского «вирус» − яд. Вирусы отравляют живые организмы и являются внутриклеточными паразитами.
Через несколько лет Ф. Леффлер и П. Фрош (демонстрация слайда) обнаружили, что болезнь, встречающаяся у домашних животных, − ящур, вызывается возбудителем, который также проходит через бактериальный фильтр, то есть является вирусом.
В 1917 году канадский бактериолог Феликс де Эрелль (демонстрация слайда) открыл бактериофаг – вирус, поражающий бактерии.
Учитель.
- Итак, вирусы поражают все живые организмы – бактерии, грибы, растения, животных.
- Рассмотрим строение вирусов.
- − Прочитайте в учебнике статью «Химический состав вирусов».
- − Выполните задание на карточке №1.
- (Ответы учащихся)
Обобщение учителя. Вирус состоит из двух частей: сердцевины, в которой содержится нуклеиновая кислота, и капсида, состоящего из белка (демонстрация слайда). С латинского capsa – вместилище, ящик, футляр.
Капсид защищает генетический материал вируса от действия ферментов (нуклеаз), разрушающих нуклеиновые кислоты, и от воздействия ультрафиолетового излучения.
Капсид также обеспечивает прикрепление вируса к поверхности клеточной мембраны.
Вирусы делят на простые и сложные (демонстрация слайда). Простые вирусы содержат нуклеиновую кислоту и капсид, сложные вирусы содержат еще дополнителную оболочку, белковую или липопротеиновую, − суперкапсид.
Вирусы по генетическому материалу делят на РНК-содержащие и ДНК-содержащие (демонстрация слайда).
В настоящее время описано более 1000 различных видов вирусов (демонстрация слайда). Их выделяют в особое царство живой природы – Вирусы (неклеточные формы жизни). Наука, изучающая вирусы, называется вирусологией.
Вирусы меньше бактерий в 50 раз, поэтому они свободно проходят через фильтр. Их размеры равны 20-300 нм. Вирусы удалось увидеть только с помощью электронного микроскопа в 30-е годы XX века.
Вирусы – это особая и уникальная форма жизни, хотя и очень примитивная.
Вирусам присущи основные признаки живых организмов: изменчивость, наследственность. С другой стороны, вирусы не имеют таких важнейших признаков жизни, как метаболизм, и не способны к самостоятельной репродукции вне клетки хозяина.
Механизм проникновения вирусов в клетку
Учитель. Основной путь проникновения вируса в клетку хозяина – рецепторный эндоцитоз (демонстрация слайда). Вирусы попадают внутрь клетки вместе с капельками межклеточной жидкости. Процесс проникновения вируса в клетку хозяина включает несколько этапов:
- Прикрепление вируса к клеточным рецепторам, проникновение нуклеиновой кислоты с капсидом в капельке жидкости внутрь клетки.
- После проникновения вируса в клетку капсид разрушается, освобождая РНК.
- Осуществляется синтез вирусной ДНК с молекулы вирусной РНК.
- Синтезированная вирусная ДНК проникает в ядро клетки хозяина и встраивается в его геном.
- С ДНК происходит синтез вирусной иРНК.
- Вспомните, как называется этот процесс? Что такое транскрипция?
- иРНК выходит в цитоплазму, где осуществляется синтез вирусных белков.
- Как называется этот процесс? Что такое трансляция?
- Для размножения вирусы используют энергетические и ферментные системы клетки хозяина, поскольку не имеют собственных. Нуклеиновая кислота вирусов перестраивает работу синтетического аппарата клетки, заставляя ее работать на себя.
- Иной путь проникновения в клетку характерен для вирусов бактерий – бактериофагов.
- Чтобы об этом узнать:
- − Прочитайте текст учебника.
- − Выполните задание на карточке №2.
- (Ответы учащихся)
- Итак, существует два пути проникновения вирусов в клетку.
Вирусы – постоянные спутники человека с момента рождения и до глубокой старости. Считается, что при средней продолжительности жизни 70 лет человек болеет вирусными заболеваниями около 7 лет.
Подсчитано, что в среднем человек ежегодно сталкивается с двумя и более вирусными инфекциями, а за всю жизнь вирусы до 200 раз проникают в его организм.
С вирусными инфекциями и профилактикой заболеваний мы познакомимся, прослушав следующие сообщение.
Сообщение 2-го учащегося
Вирусы, как возбудители заболеваний человека, животных, растений и микроорганизмов, известны со времен глубокой древности. Найден папирус с описанием оспы, бушевавшей в Древнем Египте около 4000 лет до нашей эры (демонстрация слайда).
В истории нашей страны не раз случались повальные эпидемии оспы. В XIII веке в Москве оспа уничтожила почти 80% населения. В средние века в одной только Европе ежегодно заболевало оспой 10 млн и умирало до 2 млн человек. Об искоренении оспы было объявлено только в 1980 г.
на Ассамблее Всемирной организации здравоохранения.
Заболевания вирусной природы широко распространены и в настоящее время. Среди детских болезней частой является корь. В мире от кори ежегодно погибает около 2 млн детей. В странах с жарким климатом наиболее массовой причиной смерти детей первого года жизни являются вирусные желудочно-кишечные заболевания.
Характер эпидемий, повторяющихся из года в год, носит такое заболевание вирусной природы, как грипп (демонстрация слайда).
Вирусную природу имеет и заболевание герпес. Говорят: «на губах высыпала лихорадка» (демонстрация слайда).
Вирусы вызывают у человека гепатит, краснуху, свинку, полиомиелит, клещевой энцефалит и др.
Вирусы не только вызывают инфекционные болезни, но и могут быть причиной доброкачественных и злокачественных опухолей, а также заболеваний крови (лейкозов).
Вирусные заболевания встречаются не только у людей, но и у животных и растений. Это ящур и лейкоз у крупного рогатого скота, рожистое воспаление у свиней, чума у птиц и свиней и др. У растений вирусное заражение вызывает опухолевые разрастания, задержку роста, морщинистость и карликовость побегов и листьев, нарушение окраски цветков (демонстрация слайда).
Сообщение 3-го ученика
СПИД – синдром приобретенного иммунодефицита (демонстрация слайда). При этой болезни человек теряет ту часть иммунной системы организма, которая связана с Т-лимфоцитами крови, обеспечивающими клеточный и гуморальный иммунитет.
В результате человек становится практически беззащитным перед разнообразными микроорганизмами. Болезнь начинается постепенно и незаметно. Для нее характерна общая слабость, недомогание, снижение работоспособности, истощение организма, а также разнообразные проявления воспалительного характера.
Возбудителем является вирус, названный ВИЧ (вирус иммунодефицита человека) (демонстрация слайда). Вирус ВИЧ относится к группе ретровирусов. Это РНК-содержащий вирус. Эндемический очаг этого заболевания находится в Америке.
Ранее близкий по свойствам вирус находили в организме зеленых мартышек. Недоказанным до настоящего времени путем он проник в организм человека, где стал размножаться и передаваться от человека к человеку.
Первоначально из стран Африки вирус попал на Гаити, а затем в США.
ВИЧ привносится в организм с кровью преимущественно путем сексуальных контактов с больными людьми, а также при введении внутривенно наркотиков и нарушении санитарных норм во время переливания крови.
В настоящее время происходит массовое увеличение числа ВИЧ-инфицированных людей на планете. Проблема борьбы с вирусом СПИДа остается одной из главных для общества, для здравоохранения и науки вирусологии.
IV. ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА
- Вопрос к учащимся (поставленный в начале урока)
- Какие организмы вызывают заболевание СПИД?
- Итак, вирусы – неклеточные формы жизни – вызывают различные заболевания. Необходимо защищать свой организм от вирусов. Как сказал П. Медавар, «вирусы – это «плохие новости» в упаковке из белка». Согласны ли вы с этим утверждением? Аргументируйте свой ответ.
- Тест «Вирусы» (Демонстрация слайда)
- Вирусы были открыты в 1892 году:
а) Д.И. Ивановским;
б) И.М. Сеченовым;
в) И.П. Павловым.
- Термин «вирус» (с латинского «яд») был введен:
а) М. Бейеринком;
б) И.М. Сеченовым;
в) И.П. Павловым.
- Бактериофаг состоит из таких частей:
- а) нуклеиновой кислоты и капсида;
- б) нуклеиновой кислоты и суперкапсида;
- в) нуклеиновой кислоты, капсида и суперкапсида.
- Бактериофаг содержит нуклеиновую кислоту:
- а) в головке;
- б) в хвосте;
- в) в шипах.
- Размер вирусов колеблется:
- а) от 20 до 300 нм;
- б) от 20 до 30 нм;
- в) от 200 до 400 нм.
- а) метаболизм;
- б) наследственность;
- в) изменчивость.
- Основной путь проникновения вируса в клетку:
- а) эндоцитоз;
- б) экзоцитоз;
- в) пиноцитоз.
- Вирус вызывает заболевание:
- а) оспу;
- б) холеру;
- в) туберкулез.
- Какой вирус вызывает заболевание СПИД?
- а) иммунодефицита;
- б) герпеса;
- в) оспы.
- «Вирусы – это «плохие новости» в упаковке из белка». Это высказывание:
а) П. Медавара;
б) М. Бейеринка;
в) И.М. Сеченова.
- Вопросы к учащимся (беседа) (Демонстрация слайда)
- Какие формы жизни существуют на Земле?
- Какие организмы относятся к неклеточным формам жизни?
- Назовите признаки живого организма, характерные для вирусов.
- Какое важное свойство живых организмов для вирусов не характерно?
- На какие две группы делятся вирусы по строению?
- Какое строение имеет простой вирус?
- Чем сложный вирус отличается от простого?
- Чем вирусы отличаются от бактерий?
- Назовите два пути проникновения вирусов в клетку.
- Что использует вирус при синтезе своих белков?
- Какие заболевания вызывают вирусы?
- Назовите меры профилактики заболевания СПИД.
- V. ПОДВЕДЕНИЕ ИТОГОВ УРОКА
- Оценка активности учащихся на уроке.
- VI. ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ
- Используя записи, параграф учебника по данной теме, изучить строение, размножение вирусов, их практическое значение.
Всем спасибо за работу. До свидания.
Литература:
- Агол В. И. «Уловки вирусов». Биология в школе – М.: Школа-Пресс, 2003, №7.
- Алексин А.Г. и др. Что такое? Кто такой? – М.: Просвещение, 1985.
- Галло, Роберт К. Вирус синдрома приобретенного иммунного дефицита. // В мире науки – №3, 1987.
- Зверева И.В. Биология. 10 класс. – Волгоград: Корифей, 2008.
- Каменский А.А. Криксунов Е.А. Пасечник В.В. Биология. Введение в общую биологию и экологию, – М., Дрофа, 2005.
- Кулев А.В. Общая биология. 11 класс: Методическое пособие – Санкт-Петербург: Паритет, 2001.
- Учебник биологии для учащихся 11 класса общеобразовательных учреждений./ Под редакцией проф. И.Н. Пономаревой. – М.: Вентана-Граф, 2005.
- Учебник биологии для 10-11 классов общеобразовательных учебных учреждений. В.Б. Захаров, С.Г. Мамонтова, И.Н. Сонин, стериотип. – М.: Дрофа, 2002.
- Учебник для общеобразовательных учреждений/ А.А. Каменский, Е.А. Крикунов, В.В. Пасечник. Общая биология 10-11 класс. – М.: Дрофа, 2005.
- Фасевич И.Н. Биология. 6 – 11 классы. Конспекты уроков: семинары, конференции, формирование ключевых компетенций, – Волгогдад, Учитель, 2009.
- Хэзелтайн, Уильям А., Вонг-Стааль, Флосси. Молекулярная биология вируса СПИДа. // В мире науки – №12, 1988.
Загрузка...
