CXCIX. Богиня случая. Кратчайшее описание всех вирусов
Каждый знает о существовании вирусов. Думаю, некоторые читатели даже знают, как они устроены и какие бывают. Так как их разнообразие поражает воображение, давайте бегло посмотрим что бывает в этой группе, даже не знаю кого (не все их признают за живых).
Откуда есть пошла вирусня
Как говорится в классике кинематографа: «науке это пока не известно». И маловероятно, что станет известно. Слишком давно появились вирусы, методы биологии очень плохо умеют заглядывать так далеко в прошлое. Но можно утверждать, что неизвестно то время, когда существовала клеточная жизнь, и не было вирусов.
©
В очень древних остатках клеток находят структуры похожие на вирусы, хотя там такая сохранность, что однозначно невозможно утверждать, какая именно это была клетка. Кто-то считает, что вирусы произошли при упрощении паразитических клеток, кто-то — что вирусы появились раньше клеток, что они представители неклеточной жизни. А многие не считают их живыми. Не будем углубляться в эти тонкости терминологии, они нам не важны. Есть, кажется, только одно в чем сходится большинство ученых: вирусы не имели единого общего предка, а появлялись много раз независимо.
Нам сейчас не так важно как они появились, главное, что они есть везде. Стоит получше изучить любой вид — там обязательно найдётся вирус (нет здоровых людей, есть недообследованные). Не только на человеке паразитируют вирусы, не только на всех млекопитающих или на всех позвоночных. Они есть у всех эукариот (животные, растения, грибы, простейшие). Более того, они есть у прокариот — бактерий и архей. А ещё есть вирусы, которые не могут самостоятельно размножаться, они для этого используют другие вирусы. Практически суперпаразитизм.
Симбиотические и паразитические системы вообще поразительны и заслуживают отдельного рассказа, здесь приведу только один пример из своей научной области. Все со школьных лет помнят инфузорию-туфельку — это одноклеточный эукариот, весьма крупная клетка удобная для наблюдения. В этой клетке часто встречаются симбиотические бактерии, их бывает несколько десятков на одну бедную инфузорию. В некоторых бактериях обнаруживаются вирусы. Вирус, живущий в бактерии, живущей в инфузории, живущей в пробирке.
Строение вирусов
Так же, как вирусы бывают везде, вирусы бывают практически любые. Простые и сложные. Маленькие и большие, причём большой не означает сложный. Чтобы все хотя бы перечислить, нужно с полдюжины постов, не меньше. Потому я лишь кратко опишу основные характеристики, остальное довольно легко найти в интернете.
Типичный вирус состоит из двух обязательных компонентов: информационного и защитно-транспортного. Информационный — это ДНК или РНК. ДНК всегда двух цепочечная, а РНК вирусов может быть как одно-, так и двух цепочечная. Она может быть короткой, содержать несколько генов и кодировать самый минимум белков. Может быть длинной — у вирусов всё бывает. Какие гены и белки нужны вирусам? Немного ферментов и белки капсида — защитно-транспортного компонента. В зависимости от типа вируса требуется разное количество ферментов, белков капсида. Ещё раз: у вирусов бывает по-всякому, практически как угодно.
Защитно-транспортный комплект тоже бывает очень разный. Прежде всего, это капсид — белковая упаковка, в которой содержится РНК или ДНК (или то и другое), может быть небольшое количество ферментов. Вокруг этого бывает ещё одна оболочка — на основе липидов, схожая по составу с мембраной клетки. Вирусы бывают красивой и неожиданной, строго геометрической, формы. Эти оболочки защищают нуклеиновые кислоты вне клеток, во время путешествия до нового места для размножения, и осуществляют проникновение внутрь клетки.
Благодаря плотной упаковке, малому содержанию воды, вирусы могут сохраняться долгое время. В благоприятных условиях — многие года, а в многолетней мерзлоте — сотни и тысячи лет.
Перемещение и проникновение
Как перемещается вирус? Пассивно. Вне клетки они никак не функционируют, у них нет никаких работающих систем до контакта с клеткой. Чаще всего вирусы переносятся с водой: воздушно-капельным, половым путём, с питьевой водой, дождевой, речной, морской водой. В почве есть вирусы. Как всегда про вирусы — где их только нет. Скорее всего, их, как и бактерий, уже занесли на Луну, а может быть и на Марс.
Хотя вирусы и перемещаются только пассивным образом, благодаря малым размерам (у большинства вирусов) они легко распространяются на большие расстояния токами воды и воздуха. Интересным способом вирусы могут заражать растения. В них довольно сложно проникнуть: они не двигаются, ничего не проглатывают, имеют толстую клеточную стенку, через которую не просочиться. Потому вирусы проникают через повреждения: трётся дерево о дерево веткой — вирус проникает; кабан подрыл и повредил корни — вирус тут как тут, но самый распространённый путь — через растительноядных насекомых, которые во множестве нарушают механическую защиту растений. Везде, где есть хоть какая-нибудь жизнь, есть и вирусы.
Все организмы имеют защиту от проникновения, в том числе стараются защититься от вирусов, но результаты в этой гонке вооружений всегда относительные. Действует принцип то ли Чёрной, то ли Красной Королевы (в зависимости от перевода английской Red Queen из книги «Алиса в Зазеркалье»): надо быстро бежать, чтобы оставаться на месте. Как только клетки находят способ защититься, вирусы начинают искать обходные пути. И, наоборот, как только вирусы находят путь внутрь клетки, организмы начинают искать защиту. Конечно, это всё иносказательно, никто не ищет, а просто идёт эволюционный отбор, но так проще говорить.
Вирусы, с помощью белков капсида, присоединяются к мембране клетки, к определенным белкам, а затем происходит процесс выведения нуклеиновых кислот (ДНК, РНК) и имеющихся белков в цитоплазму клетки, где и происходит стадия активного существования вируса, использование ресурсов клетки для размножения.
Жизнь вируса
Если и можно сказать, что вирус живой, то наиболее живой он именно внутри клетки, когда начинают работать его ферменты, дуплицироваться наследственная информация. Опять и снова: в зависимости от типа вируса процесс размножения сильно различается. Содержащие ДНК и РНК вирусы вынуждены совершенно разными путями строить свои копии. Нас будут интересовать несколько аспектов.
Очень хорошо изучено поведение бактериофагов — вирусов, живущих в бактериях. У них можно выделить две стратегии: долгую и мощную. При первой стратегии вирус не убивает бактерию, а не торопясь в ней живет, размножается и постепенно выводит свои новосинтезированные копии. При второй стратегии вирус размножается быстро и очень сильно, до тех пор пока не убивает клетку, и только после этого огромное количество его копий выходит из остатков бактерии в поисках других жертв.
Однако, может быть такая вариация мощной стратегии: вирус проникает в клетку, встраивается в бактериальную ДНК и замирает. Может пройти довольно долгое время, прежде чем какой-то сигнал вызовет активацию вируса и начнётся разрушение клетки. Вирус может пережить целый ряд делений бактерии, что приведет к размножению и вируса.
В многоклеточных организмах стратегии могут более сложными. Вспомните вирус герпеса, который сначала проникает в нервные клетки, где живёт долгое время, лишь изредка вылезая. Довольно сложное поведение, если про вирус можно сказать «поведение».
С вирусами очень сложно бороться, так как они используют базовые системы самого организма — если вы их заблокируете, то будет плохо всем клеткам. У бактерий есть специфические ферменты и реакции, которые можно блокировать без вреда для эукариотических клеток, что сильно облегчает лечение, позволяет создать антибиотики — агенты, воздействующие на бактерии, но не на вирусы, у которых нет своих специфических метаболических путей.
«Жизнь» вируса заканчивается, когда его информационный компонент забирается в капсид и покидает клетку. Это, опять же происходит разными путями: внутри клетки, на внешней мембране, с использованием внешней мембраны, если образуется не только капсид, но и вторая оболочка.
Есть ли польза от вирусов?
Может сложиться впечатление, что вирусы только вредят. Однако, это не так. Они играют важнейшую регуляторную роль во всех сообществах. При повышении плотности популяции (привет, люди!) количество заболеваний, как бактериальных, так и вирусных, сильно возрастает — это один из природных методов регуляции численности. И механизм отбора наиболее устойчивых к болезням.
С другой стороны, чем больше разнообразие видов, тем больше устойчивость экосистемы — вирусов существует огромное количество видов, что сильно повышает устойчивость.
Ещё одна важная роль вирусов — участие в горизонтальном переносе генов. Мы привыкли, что гены переносятся вертикально, от родителей детям, но бывает и не так. Вирус может перенести кусочек хозяйской ДНК из одного организма в другой, причём эти организмы не обязательно одного вида, из-за чего часто приводит к появлению у организма нового гена или новой регуляции какого процесса. Что в дальнейшем может дать новый вид. Такое явление, горизонтальный перенос генов, очень часто наблюдается у бактерий, правда, не только с помощью вирусов. У эукариотов и, особенно, у многоклеточных это значительно более редкий процесс, но наше ДНК хранит в себе память нескольких подобных прецедентов.
Автор: @benken
Контакты
Чат Легиона Хаоса в телеграм: Scintillam
Личка в телеграм: varwar, lumia, dajana
Тег: chaos-legion