17. Вирусы

Определения и обозначения

Вирус — неклеточная форма жизни, способная размножаться только внутри клетки-хозяина. Вне клетки вирус не производит новые частицы, поэтому его называют внутриклеточным паразитом: он использует ресурсы клетки для собственного воспроизведения. Самостоятельно выполнять все процессы, необходимые для размножения, он не может.

Вирион — зрелая вирусная частица, находящаяся вне клетки. Это форма существования вируса, с помощью которой его генетический материал может попасть к новой клетке-хозяину. Вирион защищён оболочками, но сам по себе не размножается.

Капсид — белковая оболочка, окружающая генетический материал вируса. Она предохраняет его от повреждения и помогает вирусной частице сохранять определённую форму. Белки капсида также могут участвовать в распознавании клетки, которую способен заразить вирус.

Бактериофаг — вирус, поражающий бактерии; его клетка-хозяин — бактериальная клетка. Многие бактериофаги имеют головку с генетическим материалом и хвостовую часть, которая помогает прикрепиться к бактерии и ввести туда этот материал. Такая форма связана с тем, как фаг заражает свою клетку-хозяина.

Как это устроено

Вирус устроен проще клетки: в его составе есть генетический материал и капсид, а у некоторых вирусов — ещё и наружная оболочка. Генетический материал бывает представлен ДНК или РНК, а не обоими типами сразу в одной вирусной частице. Вирусу не нужны цитоплазма, органоиды и многие клеточные структуры, потому что он не выполняет самостоятельно весь набор жизненных процессов. Простое строение не означает, что вирус не способен влиять на клетку: инструкции для создания новых вирусных компонентов записаны в его генетическом материале.

Свойства живого вирус проявляет главным образом внутри клетки-хозяина, потому что у него нет собственного обмена веществ. Он не располагает клеточными структурами, которые самостоятельно производили бы энергию и синтезировали белки. Поэтому вирус не может просто попасть в подходящую среду и начать размножаться. Он использует клеточные системы, которые уже обеспечивают создание молекул и получение энергии.

После проникновения вируса или его генетического материала в клетку начинается использование её ресурсов. Клеточные системы копируют вирусный генетический материал и производят белки, заданные вирусными инструкциями. Затем молекулы собираются в новые частицы, а их выход из клетки может происходить разными способами. Так клетка-хозяин становится местом, где образуются новые вирионы, хотя они не возникают путём деления исходной вирусной частицы.

Вирусы заражают не любые клетки: для начала заражения вирусу нужно распознать подходящую клетку. Белки на поверхности вирусной частицы связываются с определёнными молекулами на клетке-хозяине, как ключ подходит к замку. Если нужной молекулы нет или вирус не может проникнуть внутрь, заражение не происходит. Поэтому конкретный вирус может поражать одни виды организмов или клетки, но не другие.

При размножении вируса не происходит деления на две одинаковые дочерние частицы, как у бактерий. Сначала клетка-хозяин создаёт копии вирусного генетического материала и отдельные белки, а потом из этих частей собираются новые вирионы. Каждый компонент появляется благодаря работе клеточных систем, направленной вирусными инструкциями. Когда сборка завершена, новые частицы могут перейти к следующим клеткам, если им удастся туда попасть.

Сравнение вирусов и бактерий

Сравнивайте признаки по строкам: так легче увидеть, что вирусы и бактерии различаются прежде всего уровнем организации и способом размножения. Для проверки ответа важно не путать наличие генетического материала с наличием клетки: он есть у обеих групп, но клеточное строение — только у бактерий.

Разбор задач

Задача 1. Ученик рассматривает объект, состоящий из молекулы РНК и белковой оболочки, и выясняет, что вне клетки он не размножается. Определите, можно ли считать объект вирусом. Сначала нужно сопоставить состав объекта с устройством вирусной частицы, затем проверить его зависимость от клетки. Эти признаки важнее, чем наличие клеточного строения, которого у вируса как раз нет.

1. Молекула РНК может быть генетическим материалом вируса, а белковая оболочка — его капсидом.
2. Объект не размножается вне клетки, что соответствует зависимости вирусов от клетки-хозяина.
3. Совпали оба признака: характерный состав частицы и невозможность самостоятельного размножения.

Ответ: объект можно считать вирусом: он имеет неклеточное строение и размножается только внутри клетки-хозяина.

Задача 2. Бактериофаг прикрепился к бактериальной клетке. Опишите, какие события должны произойти, чтобы появились новые вирусные частицы. Важно расположить события по порядку: сначала вирус должен доставить генетический материал, затем клетка произведёт компоненты, а после этого произойдёт сборка. Во всех этих этапах ресурсы предоставляет заражённая бактерия.

1. Фаг прикрепляется к бактериальной клетке, после чего его генетический материал проникает внутрь.
2. Клетка использует этот материал как инструкцию: копирует вирусную нуклеиновую кислоту и производит вирусные белки.
3. Из копий генетического материала и белков собираются новые вирионы, которые затем могут выйти из клетки и заражать другие бактерии.

Ответ: прикрепление, проникновение генетического материала, создание вирусных компонентов, сборка новых частиц и их выход. Бактериофаг не делится сам: новые частицы создаются с участием клетки-хозяина.

Задача 3. Вирус заражает клетки одного вида, но не заражает клетки другого. Нужно предложить возможное объяснение с учётом строения вируса и особенностей клеток. Сам факт контакта с клеткой не означает, что заражение обязательно начнётся. Решающее значение имеет распознавание подходящих молекул и возможность проникновения внутрь.

1. Вирусные белки распознают определённые молекулы на поверхности клеток и связываются с ними.
2. У клеток первого вида нужные молекулы могут присутствовать, а у клеток второго вида — отсутствовать или отличаться по строению.
3. Если прикрепление или последующее проникновение невозможно, вирус не заражает клетку, даже если она принадлежит живому организму.

Ответ: вирус обладает специфичностью к клеткам: его белки подходят к молекулам на поверхности клеток одного вида, но не другого.

Типичные ошибки

Ошибка: считать вирус клеткой. Вирусная частица не имеет клеточного строения и собственного обмена веществ, хотя может нести генетическую информацию. Такую ошибку допускают, потому что вирусы размножаются и способны заражать организмы. Проверьте себя: если у объекта нет клетки и самостоятельно он не обменивается веществами, называть его клеткой нельзя.

Ошибка: утверждать, что любой вирус содержит и ДНК, и РНК. Вирусный генетический материал представлен одним из этих типов нуклеиновых кислот. Путаница возникает потому, что и ДНК, и РНК встречаются в живых клетках. Проверяйте формулировку: речь идёт о генетическом материале вирусной частицы, а не о наборе молекул в клетке-хозяине.

Ошибка: считать, что вирус делится вне клетки. Вирусы не размножаются делением: для создания новых частиц им нужна заражённая клетка. Ошибку могут провоцировать слова «копирование вируса», хотя копируются молекулы, а затем частицы собираются. Чтобы проверить себя, спросите, откуда берутся белки и копии генетического материала: их производит клетка-хозяин.

Ошибка: путать вирус и вирион. Вирион — это зрелая вирусная частица вне клетки, а не отдельное название процесса размножения или самой заражённой клетки. Понятия близки, поэтому их легко смешать. Проверка простая: если говорится о готовой частице, передающей генетический материал вне клетки, подходит термин «вирион».

Связь с другими темами

Для понимания вирусов пригодятся знания о строении клетки, функциях ДНК и РНК и роли белков. Эти представления помогают объяснить, как клетка производит вирусные компоненты и почему белки участвуют в распознавании хозяина. Тема связана с иммунитетом, инфекционными заболеваниями и профилактикой: организм распознаёт возбудителей, а профилактические меры помогают уменьшить риск заражения. Вопрос о вирусах также затрагивает эволюцию и происхождение жизни, поскольку их сочетание наследственного материала и зависимости от клетки усложняет границу между живым и неживым.

Что запомнить

• Вирусы не имеют клеточного строения.
• Вирусный генетический материал представлен ДНК или РНК.
• Капсид — белковая оболочка вируса.
• Некоторые вирусы имеют дополнительную наружную оболочку.
• Вирусы размножаются только внутри клеток-хозяев.
• Новые вирусные частицы собираются из компонентов, созданных с использованием ресурсов клетки.
• Бактериофаги — вирусы, заражающие бактерии.