Вы узнали об особенностях строения и жизнедеятельности вирусов, а также об их отличиях от клеточных форм жизни. К неклеточным формам жизни относятся также вироиды и прионы, устроенные еще проще, чем вирусы. Эти инфекционные частицы способны к самовоспроизведению. Что же отличает вироиды и прионы от обычных вирусов?

• Вироиды открыл в 1971 г. Теодор Диннер, который изучал инфекционное заболевание картофеля, известное под названием «веретеновидность клубней» (рис. 34.1). К удивлению исследователя, во время биохимического анализа очищенного возбудителя не обнаружили никаких признаков белка. Выяснилось, что инфекцию вызвала одноцепочная молекула РНК. Последующие детальные исследования позволили установить, что она имеет форму замкнутой цепи и состоит всего из 375 нуклеотидов (рис. 34.2). Эта РНК не кодирует ни одного белка, поскольку самовоспроизводится в клетке хозяина. Следовательно, вироиды - это инфекционные частицы, которые представляют собой низкомолекулярные одноцепочные молекулы РНК, не кодирующие собственных белков.

Рис. 34.1. Симптомы инфекции, вызванные вироидом веретеновидности клубней картофеля: на подземной (1) и на надземной (2) части картофеля

Рис. 34.2. Схема строения молекулы вироида: 1 - комплементарные участки одноцепочной молекулы РНК; 2 - некомплементарные участки одноцепочной молекулы РНК

Теперь известно уже много разных заболеваний растений (экзокортис цитрусовых, «каданг-каданг» кокосовых пальм, «солнечный ожог» авокадо и др.), вызванных вироидами. Интересно, что вироиды найдены исключительно у растений: у человека, животных и бактерий подобных возбудителей не обнаружено. Вироиды передаются от растения к растению при механическом повреждении. В инфицированной клетке эта частица попадает в ядро или хлоропласт, где использует клеточный фермент РНК-полимеразу для воспроизведения собственных молекул. Симптомы заболевания возникают в результате активного воспроизведения молекул РНК вироида, что вызывгет патологический процесс в инфицированной клетке.

• Прионы (от англ. proteinaceous infectious particle - инфекционные белковые частицы) - белковые частицы, способные вызывать заболевание нервной системы человека и животных. Прионные (или медленные) инфекции характеризуются медленным, но неуклонным развитием симптомов и завершаются гибелью хозяина.

Медленные инфекционные заболевания животных известны человечеству свыше 300 лет; это, например, заболевание овец под названием «скрейпи». Открытие медленных инфекций у человека связано с именем Карлтона Гайдучека, который в 60-х годах XX ст. исследовал местную болезнь «куру» у представителей племени Форе в Новой Гвинее («куру» в переводе из местного диалекта - «смеющаяся смерть»). Эта болезнь имеет очень продолжительный латентный период - от нескольких месяцев до десятков лет. К. Гайдучек доказал, что возбудитель этой инфекционной болезни передается при ритуальном каннибализме, в частности поедании мозга погибшего человека. У больных людей и овец обнаружили особенный белок, получивший название «прион». Оказалось, что заболевание возникает при попадании этого инфекционного белка в организм.

Прионы в организме могут появляться в результате инфицирования или унаследования или возникать самопроизвольно без каких-либо причин. В организме человека и животных найден близкий к прионному белок, закодированный в ДНК. Таким образом, прион - это особая форма естественного белка. На рисунке 34.3 показано, как образуется прионный белок. При попадании в другую клетку прион превращает нормальный подобный ему белок в инфекционную форму. Интересно, что при этом аминокислотная последовательность клеточного белка остается прежней, а изменяется лишь его третичная структура. Прионная форма белка может накапливаться в клетке в виде кристаллов и нитей - фибрилл, которые и вызывают патологические изменения. В первую очередь это происходит в нейронах головного мозга - так развивается заболевание под названием «губковидная энцефалопатия».

Рис. 34.3. 1. Превращение нормального клеточного белка (светлый цвет) в прионный (темный цвет) с образованием особых нитей (фибрилл). 2. Фибриллы

На сегодняшний день у различных видов млекопитающих и птиц найден лишь один белок, который имеет прионные свойства. У человека прионы вызывают ряд медленных инфекций, а именно: куру, болезнь Крейтцфельдта-Якоба, синдром Герстмана-Штрауслера и т. п. У животных описаны скрейпи овец и коз, губковидная энцефалопатия (бешенство коров), заболевания головного мозга кур, кошек, оленей и др.

Рис. 34.4. Одна из цепочек передачи возбудителя болезни Крейтцфельдта-Якоба: 1 - с пищей к корове; 2 - от животного животному при поедании экскрементов; 3 - с пищей к человеку; 4 - поражение полушарий головного мозга

Для человека наиболее опасной считают болезнь Крейтцфельдта-Якоба, на примере которой можно проследить возможности передачи прионной инфекции. Существуют несколько вариантов этой болезни. Семейный вариант обусловливают изменения в гене, кодирующем естественный белок; поэтому прион передается по наследству - отсюда и название. При ятрогенной форме заболевания инфицирование происходит вследствие пересадки пациенту тканей или органов инфицированного человека. Спорадическая (от греч. спорадикос - рассеянный, отдельный) форма обусловлена спонтанными превращениями нормального белка в прионный. Еще один вариант болезни характеризуется тем, что человек инфицируется, поедая мозг зараженных прионами коров (рис. 34.4).

Прионные белки открыты также у дрожжей.

Ключевые термины и понятия. Вироиды, прионы.

Кратко о главном

• Вирусология, кроме вирусов, изучает также другие инфекционные неклеточные формы живого - вироиды и прионы.
• Вироиды - инфекционные частицы, представляющие собой кольцевые одноцепочные молекулы РНК, не кодирующие белки. Они вызывают инфекционные заболевания растений, которые передаются при механических повреждениях хозяев. В инфицированной клетке вироид внутри ядра или хлоропласта использует клеточный фермент РНК-полимеразу для воспроизведения собственных молекул.
• Прионы — инфекционные белковые частицы, вызывающие долговременные инфекционные заболевания нервной системы, оканчивающиеся гибелью хозяина.
• Прионы в организме могут появляться в результате инфицирования, наследования или возникать без всяких причин.
• В организмах человека и животных найден близкий к прионному закодированный в ДНК белок. Следовательно, прион - это особая форма естественного белка.

Вопросы для самоконтроля

1. Что собой представляют вироиды? В организмах видов какого царства живой природы они паразитируют? 2. Что общего и отличительного в строении РНК эукариот и вироидов? 3. Как вироиды проникают в организм растения? 4. Что представляют собой прионы? 5. Какие причины возникновения прионных заболеваний? 6. В организмах каких видов паразитируют прионы? 7. Какие пути распространения прионных инфекций?

Подумайте

Какие общие и отличительные черты вироидов, прионов и вирусов

Задание для занятия в группах

Используя разнообразные источники информации, основательно ознакомьтесь с жизненными циклами таких распространенных вирусных заболеваний, как грипп и ВИЧ/СПИД. Закрепите знания относительно профилактики ВИЧ/СПИДа и других вирусных болезней, обсудив свои исследования в группе.

ТЕСТ НА ЗАКРЕПЛЕНИЕ ЗНАНИЙ

I. ВЫБЕРИТЕ ИЗ ПРЕДЛОЖЕННЫХ ОТВЕТОВ ПРАВИЛЬНЫЙ

1 Определите, как называют науку, изучающую строение и свойства вирусов, пути их передачи от одного хозяина к другому, способы лечения и профилактики вирусных инфекций: а) биотехнология; б) цитология; в) биохимия; г) вирусология.

2. Назовите соединения, входящие в состав простых вирусов: а) белок и нуклеиновая кислота; б) только нуклеиновая кислота; в) белок, нуклеиновая кислота и липиды; г) белок, нуклеиновая кислота и углеводы.

3. Укажите, как размножаются вирусы: а) партеногенезом; б) половым путем; в) самосборкой; г) почкованием.

4. Назовите фамилию ученого, открывшего вирусы: а) Э. Дженнер; б) Л. Пастер; в) Д. Ивановский; г) Д. Уотсон.

5. Укажите свойства, по которым вирусы относят к живому: а) отсутствие собственных систем, способных синтезировать белки; б) возможность кристаллизации; в) наличие собственного наследственного материала; г) наличие органелл.

6. Назовите, что входит в состав вирусных частиц: а) только ДНК; б) только РНК; в) или ДНК, или РНК; г) одновременно и ДНК, и РНК.

II. ВЫБЕРИТЕ ИЗ ПРЕДЛОЖЕННЫХ ОТВЕТОВ ДВА ПРАВИЛЬНЫХ

1. Определите вирусы, относящиеся к ДНК-содержащим: а) бактериофаг Т4; б) вирус табачной мозаики; в) вирус иммунодефицита человека; г) вирус герпеса.

2. Назовите вирусы, относящиеся к сложным: а) вирус гриппа А; б) вирус табачной мозаики; в) вирус полиомиелита; г) вирус иммунодефицита человека.

3. Отметьте вирусы, в распространении которых участвуют животные (насекомые, клещи или круглые черви): а) вирус гриппа; б) вирус табачной мозаики; в) вирус клещевого энцефалита; г) вирус герпеса.

4. Отметьте неклеточные формы жизни, которые состоят лишь из белка или молекулы нуклеиновой кислоты: а) бактериофаги; б) вироиды; в) прионы; г) парвовирусы.

5. Назовите вирусы-паразиты клеток человека: а) вирус огуречной мозаики; б) вирус клещевого энцефалита; в) вирус табачной мозаики; г) вирус герпеса.

6. Назовите соединения, которые могут входить в состав оболочки сложных вирусов: а) ДНК; б) липиды; в) РНК; г) углеводы.

III. ЗАДАНИЯ НА УСТАНОВЛЕНИЕ СООТВЕТСТВИЯ

1. Сравните признаки, присущие прионам, вирусам, клеткам прокариот и эукариот.

2. Сравните особенности организации прионов, вироидов, простых и сложных

IV. ВОПРОСЫ ПОВЫШЕННОЙ СЛОЖНОСТИ

1. Могли ли вирусы быть первыми формами живой материи, которые появились на нашей планете? Ответ обоснуйте.

2. Почему размножение вирусов возможно лишь в клетке-хозяине?

3. Почему против многих вирусных инфекций не удается создать эффективные вакцины?

4. Каковы возможные последствия паразитирования в одной клетке двух или больше видов вирусов?

5. Почему прионные болезни характеризуются длительным скрытым (латентным) периодом?

6. Могли ли вироиды возникнуть в результате упрощения строения вирусных частиц?

7. Какие мероприятия могут обеспечить полную ликвидацию ВИЧ на планете? Возможно ли это вообще?