Віруси. Усі чули про такі особливі біологічні субстанції — віруси (від грец. вірус — отрута). Вони займають унікальне місце — межу між живим та неживим. Чому так? Віруси — це особлива неклітинна форма життя (вони не мають клітинної будови). Це молекула нуклеїнової кислоти (ДНК або РНК), що оточена білковою оболонкою, а інколи ще й ліпідами. Віруси не містять води, не мають органел та власного метаболізму. Тому вірус — це не живий організм, а лише складно організована речовина — нуклеопротеїд. Невипадково віруси, що виділені з клітин, здатні до кристалізації (іл. 47.1). Ще одна особливість вірусів — надзвичайно малі розміри. Окремі віруси неможливо, так само як і молекули нуклеїнових кислот чи білків, роздивитися у світловий мікроскоп.

Відкриття вірусів. Парадоксально, але віруси були виявлені саме завдяки своїм унікально малим розмірам. У 1892 р. їх відкрив російський ботанік Дмитро Йосипович Івановський, який досліджував мозаїчну хворобу тютюну.

Було відомо, що в багатьох рослин, зокрема тютюну, листки за певних обставин набувають біло-строкатого забарвлення (іл. 47.2).

З'ясували, що хлоропласти в клітинах на певних ділянках листкової пластинки руйнуються під дією якогось невідомого фактора. Щоб виявити природу збудника, Д. Івановський пропустив сік листків ураженої рослини крізь фільтри, у яких осідають найдрібніші бактерії. Проте профільтрований сік не позбувся своїх інфекційних властивостей.

Учений дійшов висновку, що патогеном (від грец. патос — страждання і генезис — походження), який викликає цю хворобу, є якась інша біологічна субстанція дуже дрібного розміру. Згодом її назвали вірусом.

Будова вірусів. Окремі віруси, що містяться поза межами клітини, можна побачити лише в електронний мікроскоп. Вони мають форму кульки, палички або довгої нитки. Будь-який вірус містить центральний стрижень, що складається з молекули нуклеїнової кислоти (ДНК або РНК) та білкової оболонки, утвореної кількома білками (іл. 47.3), а у складних вірусів — ще й ліпідами. Білкова оболонка слугує для захисту спадкової інформації, що зберігається в молекулах ДНК або РНК, а також для проникнення вірусу до клітини. Нуклеїнові кислоти вірусів містять гени, у яких закодовано інформацію про білки, що утворюють оболонку. Оскільки віруси не мають власного метаболізму, то постає питання: у який спосіб віруси підтримують своє існування? Виявляється, ці процеси здійснюють клітини, у яких оселяються віруси.

Іл. 47.1. Схема будови вірусу грипу

Іл. 47.2. Мозаїчна хвороба тютюну

Іл. 47.3. Будова вірусу тютюнової мозаїки: червоний колір — РНК, жовтий колір — білки капсиду

«Життєвий цикл» і розмноження вірусів. «Життєвий цикл» вірусів складається із двох етапів: існуванням за межами клітини у вигляді окремих частинок нуклеопротеїдів та всередині клітини, коли вони стають складовою генетичного апарату клітини (іл. 47.4).

47.4. «Життєвий цикл» віруса, що містить ДНК

Оскільки у вірусів, що містяться поза межами клітини, не відбуваються хімічні реакції, то в цьому стані деякі віруси здатні перебувати впродовж тривалого періоду.

Для того щоб потрапити всередину клітини, вони імітують необхідні клітині речовини, і тваринні клітини самі захоплюють вірусні частинки, затягуючи їх до цитоплазми. Стосовно рослинних клітин, то вірус до них потрапляє через порушення клітинної оболонки, а потім від клітини до клітини мігрує через плазмодесми. Потрапивши до цитоплазми, вірус використовує речовини клітини, які допомагають йому позбутися білкової оболонки. Унаслідок цього вивільняється вірусна ДНК. Вона проникає в ядро, вбудовується у вигляді невеликої ділянки в ДНК клітини і починає копіюватися у значній кількості. На цих копіях починають синтезуватися іРНК, які слугують матрицями для синтезу білків оболонки вірусу. Далі відбувається самозбирання вірусів. Кожна молекула ДНК обгортається білками і виходить з клітини. Якщо вірус залишає клітину живою, то він від неї ніби відбруньковується. Однак більша частина вірусів вбиває клітину, яка мовби вибухає, залишаючи замість себе десятки вірусних частин, що згодом проникають у сусідні клітини.

Отже, вірус використовує клітину у власних інтересах — подібно до того, як паразит використовує організм господаря. Саме тому вбудований вірус називають генетичним паразитом.

Зворотна транскрипція. Чимало вірусів містять не ДНК, а РНК. Як ці віруси потрапляють до генетичного апарату клітини? У найпростішому випадку молекули вірусної РНК просто взаємодіють з рибосомами, здійснюючи синтез своїх білків. У більш складному випадку вірусна РНК використовується як матриця для синтезу вірусної ДНК, яка вже вбудовується в генетичний апарат клітини. Далі відбувається синтез вірусних РНК і білків вірусної оболонки, з яких і формуються нові вірусні частки. Це явище отримало назву зворотна транскрипція, а першим його описав український учений Сергій Михайлович Гершензон.

Іл. 47.5. Бактеріофаги на клітинній стінці бактерії

Бактеріофаги. Особливу групу становлять віруси бактерій — бактеріофагії (дослівно «пожирачі бактерій»). Їх ще скорочено називають фагами. У більшості фагів геном складається з молекули ДНК. Бактеріофагам властива складна структура. Фаг, який «пожирає» бактерію кишкову паличку, складається з головки, що містить ДНК, і хвостової частини, у якій зосереджені ферменти, призначені для розчинення клітинної стінки бактерій (іл. 47.5).

Спочатку цей бактеріофаг прикріплюється хвостовою частиною до оболонки й у цьому місці за допомогою спеціального ферменту розчиняє її, а потім завдяки скороченню білкових молекул впорскує вміст головки до цитоплазми. За деякий час ДНК фага підкорює собі метаболізм бактерії, унаслідок чого клітина починає синтезувати білки оболонки та молекули фагової ДНК. На певному етапі бактерія руйнується, і з неї виходять від 30 до 200 частинок фага.

Хвороби, викликані вірусами. Віруси вражають усі живі істоти без винятку. Зараз хвороби, викликані вірусами, стали настільки масовими, що їх стали вважати загрозою існуванню людства, адже вони здатні викликати пандемії (від грец. пандемія — весь народ) — швидко заразити мільйони людей, поширюючись на цілі континенти. Деякі з вірусних хвороб є невиліковними. Якщо за допомогою антибіотиків можна побороти будь-яку бактеріальну інфекцію, то винайти препарати, які б так само швидко й ефективно вбивали віруси, неможливо. І це цілком природно: адже віруси не живі організми, до того ж у певний період свого «життя» вони стають компонентами генетичного апарату атакованої клітини, а отже, надійно заховані всередині клітини від дії ліків та впливу імунної системи. Крім того, віруси швидко еволюціонують. Майже кожен рік з'являються нові патогенні віруси, які спричиняють нові хвороби.

Найпоширенішими вірусними хворобами людини є гострі респіраторні захворювання (ГРЗ). Із 500 вірусів, які викликають інфекційні хвороби в людини, понад 200 є збудниками респіраторних захворювань, причому віруси грипу спричинюють лише половину випадків захворювань, а решту — група гострих респіраторних вірусних інфекцій (ГРВІ), які належать до вірусів, що містять ДНК або РНК. Саме до останніх належить вірус грипу. Віруси грипу або ГРВІ вбивають клітини, що вистеляють верхні дихальні шляхи, унаслідок чого розвивається запалення, адже віруси й токсичні продукти розпаду клітин, потрапляючи в кров, отруюють організм і провокують алергійні реакції, що спричинює нездужання й пропасницю. Крім того, ослаблений вірусами грипу організм не здатний протистояти інфікуванню бактеріями і людина, хвора на ГРВІ, може захворіти ще й на ангіну або запалення легенів.

Дуже небезпечною для людини хворобою є сказ м'ясоїдних, який передається зі слиною під час укусів або просто контакту з хворими тваринами — найчастіше хижими котами і собаками, вовками, лисицями, єнотоподібними собаками, борсуками. Потрапивши в організм і поширюючись по нервових шляхах, вірус досягає слинних залоз і клітин кори головного мозку, вражає їх та викликає незворотні порушення в роботі нервової системи. Сказ невиліковний. Тому єдиний шанс — це щеплення, причому відразу ж після контакту з хворою твариною.

У 1980 р. було виявлено хворобу, причиною якої стала нестача імунітету, яку нічим не можна було пояснити. Такий стан організму отримав назву синдром набутого імунного дефіциту (СНІД). Уже через кілька років з тіла хворих було виділено вірус, який назвали вірус імунодефіциту людини (ВІЛ) (іл. 47.6).

Іл. 47.6. Модель вірусу імунодефіциту людини

Характерною ознакою цього вірусу є однониткова РНК, що слугує матрицею для синтезу ДНК. Молекули ДНК вбудовуються в геном клітини, викликаючи синтез вірусних РНК. ВІЛ вражає одну з форм лімфоцитів, унаслідок чого порушується злагоджена робота клітин, які забезпечують імунну відповідь, а це значно знижує стійкість організму до різних захворювань. На перший стадії хвороба ніяк себе не проявляє. Вважають, що здорова людина може бути носієм вірусів кілька десятків років, хоча зазвичай цей строк менший. Лише коли віруси спричинюють значне порушення імунної системи, настає стадія імунодефіциту.

Неабиякої шкоди завдають віруси, що є збудниками хвороб у сільськогосподарських та свійських тварин (чума м’ясоїдних і свиней; ящур телят і поросят; краснуха коропа).

Масово вражають віруси і культурні рослини, причому кожному виду рослин притаманний певний набір специфічних хвороб і, відповідно, вірусів (карликовість помідорів, мозаїчність тютюну, скручування листків персика, строкатість листків тюльпанів).

Боротьба організму людини з вірусами. Віруси є чужорідними для організму субстанціями, а тому, якщо в людини виробляються специфічні до кожного вірусу антитіла, згодом може сформуватися стійкий імунітет. Крім того, кожна заражена вірусом клітина починає синтезувати особливий білок — інтерферон, що запобігає утворенню вірусних білків у клітині хазяїна та згодом робить клітини несприйнятливими до вірусів. Інтерферону властива специфічність: якщо він синтезований у клітинах людини, то й вражає віруси людини. Зараз препарати інтерферону широко використовують у лікуванні вірусних хвороб.

Віруси — неклітинна форма живого. Це хімічні речовини — нуклеопротеїди. Віруси складаються з кількох молекул білка та однієї нуклеїнової кислоти (ДНК або РНК), не містять води. Їм не властивий метаболізм. Віруси здатні існувати у формі частинок поза межами клітини або вбудованими в генетичний апарат клітини. Віруси викликають багато хвороб людини, тварин та рослин, серед яких найбільш масові — грип, ОРВІ та невиліковні — СНІД, сказ м’ясоїдних.