Часть 5. Вирусы

Определения и обозначения

Вирус — неклеточная форма жизни, способная размножаться только внутри клетки хозяина. У него нет клетки и самостоятельного обмена веществ, поэтому он не может вести себя как обычный клеточный организм. Это определение помогает отличать вирусы от бактерий и других организмов, состоящих из клеток.

Вирион — отдельная вирусная частица вне клетки. В её основе находится наследственный материал — ДНК или РНК, а вокруг него располагается белковая оболочка; у некоторых вирусов имеется и дополнительная оболочка. Понятие «вирион» удобно, когда речь идёт о частице, которая переносится между клетками и может начать заражение.

Капсид — белковая оболочка вируса, окружающая и защищающая его наследственный материал. Он также придаёт вирусной частице форму и помогает ей сохраняться вне клетки. Зная этот термин, проще описывать строение вируса, не называя его оболочку самой клеткой.

Бактериофаг — вирус, заражающий бактерии. У такого вируса может быть сложное строение: например, головка с наследственным материалом и отросток, с помощью которого он прикрепляется к бактерии и вводит в неё этот материал. Бактериофаг показывает, что вирусы могут иметь разную форму и способы проникновения в клетку.

Как это устроено

Вирусы считают неклеточными формами жизни, потому что у них нет клеточных частей, которые выполняют разные задачи, и нет собственного обмена веществ. Клетка получает и использует вещества, чтобы поддерживать свою работу, а вирус вне клетки этого делать не может. Поэтому вирусную частицу нельзя считать маленькой клеткой: её устройство гораздо проще.

Основу вирусной частицы составляет наследственный материал — ДНК или РНК, а снаружи его закрывает капсид. Наследственный материал содержит информацию, необходимую для образования вирусных компонентов, а белковая оболочка защищает его. У некоторых вирусов есть ещё одна, дополнительная оболочка, полученная при выходе из клетки; она помогает частице взаимодействовать с новой клеткой.

Самостоятельно размножаться вирус не может, потому что у него нет собственных клеточных механизмов, которые производят необходимые вещества и копируют наследственный материал. Вместо этого он использует ресурсы живой клетки: её вещества и механизмы работы. Без подходящей клетки вирус не создаёт новых вирионов, даже если его наследственный материал и капсид уже сформированы.

Заражение начинается с контакта вируса с клеткой, к которой он способен прикрепиться. Особенности вирусной частицы и клетки должны подходить друг другу, поэтому вирус не может проникнуть в любую клетку. После прикрепления он либо проникает внутрь целиком, либо вводит в клетку свой наследственный материал; у бактериофага часто происходит второй вариант.

Попавший в клетку наследственный материал направляет её работу так, чтобы появились вирусные компоненты. Клетка производит копии вирусного материала и белки, из которых затем собираются новые вирионы. Когда частицы выходят из клетки, они могут заражать другие подходящие клетки; выход может повредить или разрушить клетку, но детали зависят от вируса.

Сравнение вирусов и бактерий

Сравнивайте объекты по строкам: сначала выясните, есть ли клеточное строение и собственный обмен веществ, затем посмотрите на размножение. Не делайте вывод только по одному признаку: важна совокупность особенностей. Размеры вирусов обычно меньше размеров бактерий, и большинство вирусов нельзя увидеть в обычный школьный световой микроскоп.

Разбор задач

Условие: объект состоит из наследственного материала и белковой оболочки, а размножается только внутри клетки. Нужно определить, вирус ли это. Сопоставим описание с признаками вируса и проверим, нет ли в условии противоречий.

1. Выделяем состав объекта: наследственный материал и белковая оболочка соответствуют строению вирусной частицы.
2. Проверяем способ размножения: зависимость от клетки хозяина — характерный признак вирусов.
3. Объединяем признаки: оба указания согласуются с определением вируса, а признаков клеточного строения не дано.

Ответ: да, описан вирус. Отдельную частицу вне клетки точнее называют вирионом. Именно сочетание состава и зависимости от клетки позволяет сделать вывод, а не один признак сам по себе.

Условие: вирус заражает клетки только одного вида организма. Нужно объяснить, почему он не размножается в любых клетках. Для ответа важно связать прикрепление вируса с его зависимостью от клетки-хозяина.

1. Чтобы начать заражение, вирус должен прикрепиться к клетке и проникнуть в неё или ввести в неё свой наследственный материал.
2. Особенности вируса подходят не ко всем клеткам, поэтому прикрепление и проникновение возможны лишь в подходящие клетки.
3. Даже проникнув внутрь, вирусу нужны клеточные вещества и механизмы, которые могут обеспечить образование его компонентов.

Ответ: вирус заражает не любые клетки, потому что ему нужна подходящая клетка для проникновения и дальнейшего размножения. Если клетка не подходит, вирус не сможет использовать её для производства новых частиц. Избирательность связана и с возможностью прикрепиться, и с условиями внутри клетки.

Условие: вирус проник в клетку, после чего в ней появились его наследственный материал и белки. Нужно объяснить, как эти компоненты могут дать начало новым частицам. Проследим, что делает клетка после заражения.

1. Клетка использует свои вещества и механизмы для образования вирусных компонентов, в том числе наследственного материала и белков.
2. Когда компонентов становится достаточно, копии наследственного материала окружаются белковыми оболочками.
3. Так собираются новые вирионы; после выхода из клетки они могут заражать другие подходящие клетки.

Ответ: новые вирусные частицы образуются при сборке компонентов, произведённых с помощью клетки. Наследственный материал оказывается внутри капсида, и формируется вирион. Одного появления вирусных белков недостаточно: для полноценной частицы нужны и оболочка, и наследственный материал.

Типичные ошибки

Ошибка: называть вирус клеткой. Так могут говорить из-за того, что вирус заражает клетку и содержит наследственный материал, но у самого вируса клеточного строения нет. Проверьте себя вопросом: есть ли у объекта клетка с собственным обменом веществ? Если нет, называть вирус клеткой нельзя.

Ошибка: считать, что вирус размножается самостоятельно. Иногда наличие наследственного материала ошибочно принимают за способность самому создавать новые частицы. Но вирус использует для этого живую клетку, а не производит компоненты собственными силами. Проверка простая: выясните, может ли он образовать вирионы вне клетки-хозяина; вирус не может.

Ошибка: утверждать, что все вирусы содержат только ДНК или только РНК. Это обобщение появляется, когда свойства одного вируса переносят на все остальные. Наследственным материалом вируса может быть ДНК или РНК, то есть возможны оба варианта. Чтобы проверить формулировку, ищите слово «или», а не утверждение об одном универсальном типе.

Ошибка: смешивать понятия «вирус» и «вирион». В разговоре их нередко используют как полные синонимы, хотя вирион — отдельная частица вне клетки, а вирус — более широкое понятие. Проверяйте, о чём говорится: о частице или о форме жизни, которая взаимодействует с клетками и размножается внутри них.

Связь с другими темами

Чтобы понять, как вирус использует клетку, нужно знать, что в клетке есть наследственный материал, управляющий её работой. Сравнение с бактериями и другими микроорганизмами помогает увидеть различие между клеточными организмами и вирусами. Знание о вирусах пригодится при изучении инфекционных заболеваний, иммунитета и профилактики заражения. Оно объясняет, почему для предупреждения инфекции важно не допускать передачи вируса и соблюдать подходящие меры защиты.

Что запомнить

• Вирусы не имеют клеточного строения.
• Вирусная частица содержит наследственный материал и белковую оболочку.
• Наследственный материал вируса представлен ДНК или РНК.
• Вне клетки хозяина вирус не размножается.
• Для образования новых вирусных частиц используются ресурсы клетки.
• Многие вирусы заражают только определённые виды клеток или организмов.