Виды вирусов, изучаемые на уроках биологии в 6 классе

С неклеточными формами жизни школьники кратко знакомятся на уроках биологии 6 класса. Виды вирусов изучает наука вирусология. По сообщениям специалистов, представители микромира до сих пор мало изучены, поэтому спрогнозировать их влияние на окружающую среду непросто. В работе ученым помогает специальное оборудование, благодаря которому удается описать структуру и поведение исследуемых объектов.

Оглавление:

• Понятие и происхождение
• Главные характеристики
• Вироиды и фаги
• Взаимодействие с окружающей средой
• Защита организма
• Искусственные формы

Понятие и происхождение

Слово вирус переводится с латинского языка как «яд». Это неклеточная форма жизни, способная функционировать при попадании в живые клетки бактерий и эукариотов. Открытие патогенов, которое изменило мир и позволило по-новому взглянуть на природу многих заболеваний, произошло в 1892 году. Оно принадлежит русскому ботанику, физиологу и микробиологу Дмитрию Иосифовичу Ивановскому.

Долгое время представители микромира оставались малоизученными. Разработка электронного микроскопа позволила исследовать их лучше, ведь размеры паразитов ничтожно малы — от 20 до 300 нм. Происхождение вирусов на эволюционном древе неясно. Выделяют три основные версии:

• от плазмид (фрагментов ДНК), высвобожденных из геномов более крупных организмов;
• от бактерий — когда-то структуры паразитировали в виде бактерий, но регрессировали, утратив лишние для паразитического образа жизни гены;
• коэволюция — вирусы возникли так давно, как и первые живые клетки, и с тех пор находятся в прямой зависимости от них.

Главные характеристики

Вирусы относят к многочисленной биологической форме, способной быстро распространяться и существовать в каждой экосистеме мира. Они обладают генетическим материалом, способностью эволюционировать и воспроизводить себе подобных. Однако у структур отсутствуют характеристики, по которым их можно считать частью живого мира. Их описывают как пограничные организмы между неживой и живой природой. В частицах находятся следующие компоненты:

• геном — ДНК или РНК;
• белковая защита (капсид);
• липидная оболочка из мембраны клетки хозяина (не у всех);
• комплекс белков — кодируется только сложноорганизованными патогенами.

Структуры отличаются разнообразием форм, что демонстрируют рисунки с подписью названий.

Они бывают спиральными (герпес, папиллома), сложными (бактериофаги), сферическими (полигидральными или кубическими). Простая форма позволяет некоторым из них кристаллизироваться в неблагоприятных условиях.

Под микроскопом подобные образования имеют вид тесно прижатых друг к другу частиц. Например, кристалл вируса полиомиелита может не один раз заразить тяжелейшим недугом всех жителей Земли.

Жизненный цикл

Вирусы воспроизводятся внутри живых клеток, из которых «выжимают» все необходимое для строения собственных структур. Попав в цитоплазму эукариотов, они теряют белковую оболочку и высвобождают геном, который инактивирует ДНК хозяина и строит свою форму. Сформированная в дальнейшем мельчайшая инфекционная частица называется вирион. Она находится вне живой клетки, состоит из капсида и нуклеиновой кислоты.

Циклы жизни зависят от вида вирусов и могут отличаться. Однако существует 6 основных этапов, которые проходит каждая из форм. Вирусологи выделяют:

1. Прикрепление. Связывание вирусных капсидных белков и рецепторов поверхности клетки.
2. Проникновение в клетку. Происходит путем слияния мембран, проницаемости или рецептор-опоследованного эндоцитоза.
3. Сброс капсида.
4. Паразитирование и репликация (транскрипция).
5. Сборка.
6. Выход из клетки вибриона.

Классификация по Балтимору

Биология детально описывает известные формы патогенов. Распространена их классификация по ICTV и Балтимору. Лауреат Нобелевской премии в своем докладе предложил делить структуры в зависимости от вариантов образования матричной РНК, продуцируемой паразитами из собственных геномов:

1. С двухцепочной молекулой ДНК без стадии РНК. Это герпевирусы, мимивирусы.
2. С одноцепочной полярно положительной ДНК. Представители — парвовирусы.
3. С двухцепочной РНК. Ротавирусы.
4. С одноцепочной положительно полярной РНК. Это пикорнавирусы, флавивирусы.
5. С двухцепочной ДНК и синтезом РНК в ее матрице. Это гепатит В.
6. С одноцепочной РНК двойной или негативной полярности. Разновидность — филовирус.

К настоящему моменту изучена небольшая часть представителей подобных структур. При обследовании человеческого организма выявлено, что около 20% продуцируемых паразитами нуклеиновых кислот не было рассмотрено ранее.

Размножение структур

После освобождения генома от капсида происходит его транскрипция. Процессы репликации зависят от того, какой именно геном содержится в вирусе (РНК, ДНК). Они завершаются синтезом новых белков и генома, которые копируют ранее внедренные. Процесс идет под воздействием ферментов, вырабатываемых в результате экспрессии вирусных генов в инфицированных клетках.

Репликация напоминает непрерывный поток. Готовые копии отпочковываются и переходят в здоровые клетки, разрушая их ДНК и размножаясь. Клетка также может разрываться и высвобождать паразитических агентов. Этот процесс называется лизис. При отмирании большого числа клеток у многоклеточных организмов наблюдаются нарушения в работе органов и систем.

В некоторых случаях вирусы не оказывают вреда, и это явление носит название латентность. Присутствие подобных форм может приносить пользу и вызывать иммунный ответ против других патогенов.

Вироиды и фаги

Наименьшими по размеру из изученных структур являются вироиды — круглые одноцепочные молекулы РНК. Они не кодируют белки капсида, а реплицируются автономно при попадании в растительные клетки. С ними связаны заболевания сельскохозяйственных структур. Например, кокосный агент cadang — cadang приводит к массовой гибели кокосовых пальм, или вироид кожицы яблок, способный испортить их товарный вид.

Бактериофаги — патогены, использующие для существования и размножения бактерии. Они заражают и убивают эти одноклеточные структуры. Вскоре после открытия фаги стали использовать для лечения бактериальных инфекций. Это важный прорыв в медицине, поскольку бактерии могут проявлять устойчивость к воздействию антибиотиков. Заражая клетки-вредители, можно победить тяжелые инфекции, которые они вызывают.

Взаимодействие с окружающей средой

Биология интерпретирует вирусы как низшее, наиболее древнее проявление жизни на Земле. Они поражают клетки растений и животных, вызывают серьезные заболевания у людей. Например, СПИД, птичий грипп, гепатит С, бешенство. У каждого паразитического агента свой механизм воздействия на организм, который приводит к лизису и смерти здоровых клеток. Распространение структур происходит такими путями:

• Воздушно-капельным. Наиболее частый способ, при котором чихание и кашель высвобождает частицы зараженной мокроты. Некоторое время они сохраняют жизнеспособность и могут охватывать большие территории. Возникает опасность массовых эпидемий. Так передаются корь, паротит и другие опасные болезни из списка инфекций.
• Пищевой путь. С продуктами питания и водой вирусы поступают в организм в виде мельчайших кристаллов. Попав в благоприятную среду, они проявляют активность (сальмонеллез, холера, дизентерия).
• Парентеральный способ. Заражение идет через кровь при незащищенных половых связях, использовании нестерильных медицинских инструментов, во время родов от матери к ребенку. Это ВИЧ, хламидиоз, бешенство и многие другие опасные недуги.

Латентные структуры в здоровом организме могут никак не проявлять себя. Однако при ослаблении иммунитета они начинают размножаться, что приводит к заболеваниям (например, вирус герпеса).

Особенности течения вирусных инфекций изучает эпидемиология. Доказано, что скорость передачи патогенов зависит от плотности популяции, погодных условий, числа людей с ослабленным иммунитетом, качества медицины и профилактических мероприятий.

Защита организма

На здоровье людей оказывают влияние множество вирусов. Лучшая защита от них — сильный врожденный иммунитет, в основе которого заложены специальные механизмы неспецифической защиты. Однако он неспособен обеспечить надежную и долгую протекцию, поскольку вирусы весьма агрессивны.

Приобретенный иммунитет позволяет организму вырабатывать антитела, которые присоединяются к вирусам и обезвреживают их. Он вырабатывается после вакцинации или перенесенной инфекции (например, ветряной оспы). Приобретенный иммунитет образуется навсегда. Ученые долгие годы заняты разработкой вакцины от ВИЧ. Меняя аминокислотную последовательность, этот вирус все равно «уходит» от иммунной системы.

В настоящее время посредством вакцинации и приема специальных препаратов, блокирующих распространение инфекций, можно побороть более 30 вирусов, паразитирующих в организме животных и людей. Важное значение играет профилактика, которая заключается в укреплении иммунитета, карантинных мероприятиях, хорошем медицинском обслуживании.

Искусственные формы

Впервые искусственный вирус биоинженеры получили в 2002 году. Открытие привело к пониманию процессов молекулярной генетики, способствовало изучению механизмов мутации паразитов и позволило готовить новые типы вакцин. Возможность создавать штаммы в лабораториях может привести к негативным последствиям.

Вирусы — причина опустошительных эпидемий и пандемий. Эпидемии охватывают территорию города, региона или страны. При этом количество заболевших превышает ожидаемый порог. При пандемии вирус распространяется на обширной территории, поражает жителей нескольких стран и континентов. Массовые заражения связаны с появлением новых штаммов или подтипов. Они могут происходить при быстром распространении паразитарных форм, что произошло во время вспышки чумы в XVII веке.

Пандемии — причина социальных потрясений, проблем в экономике и свободном передвижении жителей планеты. Зная об этом, люди используют вирусы как поражающее биологическое оружие. Пример — созданный в лабораторных условиях штамм испанского гриппа, или оспа, вакцинацию от которой делают военнослужащим и медицинским работникам. Население не привито, поэтому в случае распространения штамма есть риск эпидемии, пандемии.

Многообразие и микроскопические формы внеклеточных агентов затрудняют процесс их изучения. Однако в распоряжении людей все больше необходимых инструментов, накопленного опыта и знаний для борьбы с патогенами.

Вирусы способны приносить не только вред, но и пользу. Они регулируют численность популяций, могут образовывать симбиоз с живыми организмами. Кроме того, структуры регулируют процесс фотосинтеза, поддерживают жизнь на планете.