Гиганты вирусного мира

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.

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.

Убийственные карлики

Сегодня открыто около двух тысяч видов вирусов. Предполагается, что это лишь очень небольшая их часть. Вирусы постоянно мутируют, откуда-то возникают новые разновидности, иногда вызывающие смертельно опасные болезни типа коровьего бешенства, птичьего гриппа, лихорадки Эбола, СПИДа и других. Эти безжалостные убийцы клеток кажутся настолько чуждыми всему земному, что многие изучающие их исследователи вполне серьёзно утверждают: вирусы явились на Землю из дальнего космоса. Действия их и правда похожи на эпизоды из фильмов ужасов о нападении представителей внеземной цивилизации. Чудовищного вида карлик впивается в гигантскую, ничего не подозревающую клетку, растворяет её оболочку и ввинчивает в неё «пружину» своего ДНК. Эта «пружина» задаёт клетке собственную программу, изменяя тем самым всю её работу. Несчастная поражённая клетка забывает о своих исконных обязанностях и начинает штамповать с полученной матрицы все новые и новые вирусы, несущие смерть соседним клеткам. Представители одной из разновидностей вирусов — бактериофаги (пожиратели бактерий) — даже внешне похожи на космический модуль, созданный для высадки на чужую планету с целью взятия проб грунта. Бактериофаг выпускает своеобразные «стойки опоры», которыми намертво прикрепляется к жертве, а затем вонзает в неё свой бур. Пища вирусам не нужна. Они не потребляют и не усваивают её. Как признают учёные, по своему устройству вирусы больше похожи на примитивные механизмы, которые преследуют одну-единственную цель: искать живые клетки и встраиваться в них. Но кем, когда и для чего поставлена перед ними такая задача? Специалисты не решаются даже задуматься над этим вопросом.

Что такое бактерии

Бактерии бывают не только «плохие», которые вызывают инфекции и последующие за ними болезни. Многие бактерии являются неотъемлемой частью жизни человека, без них мы просто не смогли бы жизнь. Например, в этот момент, когда вы читаете этот текст, получаете пользу от работы бактерий. От кислорода, который вы вдыхаете, до питательных веществ, которые извлекает желудок из еды, вам нужно благодарить бактерии за процветание на этой планете. В нашем организме микроорганизмов, включая бактерий, больше, чем наших собственных клетках примерно в десять раз.

Из-за этого многие шутят, что мы, наверное, больше микробы, чем люди. И в определенной степени это действительно так.

Лактобактерий помогает пищеварительным процессам в кишечнике

Чем бактерии так уникальны? Все в мире состоит из клеток — это строительные кирпичики жизни, из них состоят ткани нашего тела, лапка вашего кота и дерево, которое растет за окном. Такие клетки обладают ядром и называются эукариотами. Бактерии же не имеют ядер, и их генетический материал (ДНК) свободно плавает внутри клетки. Они обладают другими методами воспроизводства и передачи генетического материала. Бактерии считаются прокариотами.

Общее понятие архитектуры процессора ПК

Под понятием архитектуры процессора подразумеваются важные с точки зрения построения и функциональности особенности чипа, которые связаны как с его программной моделью, так и с физической конструкцией.

Архитектура набора команд (ISA) – это набор инструкций процессора и других его функций (например, система и нумерация регистров или режимы адресации памяти), имеющих программную часть ядра, которые не зависят от внутренней реализации.

В свою очередь, физическое построение системы называется микроархитектурой (uarch). Это детальная реализация программной модели, которая связана с фактическим выполнением операций. Микроархитектура представляет собой конфигурацию, определяющую отдельные элементы, например, логические блоки, а также связи между ними.

Стоит отметить, что ЦП, выполняющие одинаковую программную модель, могут значительно отличаться друг от друга микроархитектурой – например, устройства от фирм AMD и Intel. Современные чипы имеют идентичную программную архитектуру x86, но абсолютно разную микроархитектуру.

Гипотезы происхождения вирусов

Никто не может достоверно сказать, откуда взялись вирусы. Полагают, что существуют они с момента появления живых клеток, но это лишь предположение.
Выдвинуто немало гипотез их происхождения, но основными, наиболее вероятными, признаны лишь 3 из них:

Согласно регрессивной гипотезе, эти паразиты раньше являлись очень маленькими клетками, паразитирующими в клетках живых организмов. Но, за ненадобностью, утратили ряд генов, из-за чего существенно изменились. Только остаётся неясным, почему же эти деградировавшие клетки совершенно не похожи на живые клетки.

Гипотеза клеточного происхождения предполагает, что вирусы возникли в результате высвобождения фрагмента ДНК или РНК из генома клетки живого организма, и последующего его изменения. Но не найдено объяснение тому, как паразиты приняли свой нынешний вид. А в частности, откуда взялась та же капсида (белковая оболочка), а также липидные оболочки.

А вот сторонники гипотезы коэволюции считают, что инфекционные агенты образовались вместе с живыми клетками, и имели примерно такое же строение, какое имеют и сейчас. Но, в таком случае, они видятся как независимые неклеточные формы жизни, а это не так. Паразиты не могут существовать без клеток живых организмов.

Классификация

Вирусы выделяются в отдельное царство и классифицируются по пяти таксонам. Большинство вирусов ещё не изучено и не классифицировано.Современная классификация включает:

• 9 отрядов;
• 127 семейств;
• 44 подсемейств;
• 782 рода;
• 4686 видов.

Биолог Дейвид Балтимор в 1971 году разработал альтернативную классификацию вирусов по особенностям генетической информации. Балтимор разграничил, какие бывают вирусы по содержанию РНК или ДНК.Его классификацию можно объединить в три крупные группы:

• ДНК-вирусы;
• РНК-вирусы;
• Вирусы, превращающие РНК в ДНК.

Основные виды вирусов в биологии по Балтимору представлены в таблице.

Вирусы – структуры, меняющие ДНК клетки, в результате чего клетка производит новые вирусы. Когда вирусов становится слишком много, они разрывают клеточную мембрану, выходят наружу и поражают новые клетки. Иногда не убивают клетку, а отпочковываются от неё.

Рис. 3. Вирус, внедряющийся в клетку.

Что мы узнали?

Из доклада 5-6 класса узнали о строении, особенностях, классификации вирусов. Их нельзя отнести ни к живой природе, ни к неживой материи. По структуре вирусы – белки, несущие наследственную информацию, которая встраивается в живую клетку. Биолог Балтимор выделил семь классов вирусов в зависимости от особенностей строения генетического материала.

Тест по теме

1. Вопрос 1 из 10

   Что значит «облигатные паразиты»?

   • Могут размножаться и жить только в клетке
   • Могут жить и размножаться только во внешней среде
   • Способны к жизнедеятельности в клетке и во внешней среде
   • Проводят жизнедеятельность в клетке, но размножаются во внешней среде

Начать тест(новая вкладка)

Зачем вирусу попадать в организм человека

С помощью шипиков вирус пытается попасть внутрь клетки организма, как флешка пытается подключиться к компьютеру. Если все получилось, вирус забирается внутрь, раздевается и начинает диверсию .

Если у вируса внутри ДНК, он контрабандой доставляет ее в ядро, запускает копирование этой ДНК, создание РНК и далее по порядку. Если это РНК, он просто подменяет родную РНК клетки на свою .

В обоих случаях клетка делает белки не для себя, а для новеньких вирусов.

Когда клетка изжила весь свой ресурс, она лопается. Оттуда прут детки-вирусы, которые с помощью своих шипиков проникают в другие клетки, и процесс повторяется , .

История открытия вакцины против бешенства

На аналогичной основе, то есть без точного знания природы возбудителя, Луи Пастер разработал вакцину против бешенства в Париже в 1885 году. Он передал болезнь внутримозговым путем кроликам в 1882 году видя возбудителя скорее в неизвестных и невидимых микробах. Как он продемонстрировал, патоген потерял свои болезнетворные свойства в результате непрерывной передачи инфекции этим животным.

Таким образом, именно Луи Пастер создал основу для вакцинного вируса, который, в отличие от возбудителя дикого типа, характеризовался постоянным инкубационным периодом.

Натертый и высушенный спинной мозг привитых кроликов больше не был инфекционным, но вызывал (первоначально у собак) защиту против бешенства. Впервые, в 1885 году, Пастер привил этот материал 9-летнему мальчику. Мальчик был укушен бешеной собакой 2 дня назад и в конце концов выжил благодаря защитному эффекту, вызванному вакциной.

Что такое бактериофаги кратко

Численность фагов примерно приравнивается к численности бактерий. Вирусы-фаги активно участвуют в эволюции микроорганизмов.

Бактериофаги были открыты Ф. Туортом (Англия) в 1915 году и Ф. Д’Эррелем (Франция) в 1917 году. Д’Эррель ввел термин бактериофаг, что означает «пожиратель бактерий». Бактериофаги также заражают одноклеточные организмы, известные как археи.

На приведенном выше рисунке показан фаг, тип вируса, который размножается в бактериальных клетках. Белковая оболочка фага достаточно сложная и имеет множество специализированных частей. Головная часть содержит вирусный геном. Воротник, оболочка, опорная (базальная) пластина и хвостовые волокна (фибриллы) являются частью сложной системы, которая прикрепляется и вводит геном в бактериальную клетку. Хвостовые волокна захватывают бактериальную клетку, подтягивая опорную пластину к клеточной стенке или мембране. Оболочка и воротник сжимаются, прокалывают клетку и помещают в нее вирусный геном.

Некоторые вирусные молекулы вообще не имеют белковой оболочки или никогда не были идентифицированы. У некоторых таких видов вирус передается от клетки к клетке внутри растения. Когда семена создаются внутри растения, вирус распространяется и на семена. Таким образом, вирус может жить в клетках все свое существование, и никогда не нуждаться в белковой оболочке, чтобы защитить себя в окружающей среде.

Характеристика бактериофагов

Фаги — это простые вирусные частицы, состоящие, как и все вирусы, из ядра генома (нуклеиновой кислоты) и белкового капсида, который служит оболочкой. Вирусологи разделили бактериофаги на три основные структурные формы:

1. икосаэдрическая (20-сторонняя) головка с хвостом;
2. икосаэдрическая головка без хвоста;
3. нитевидная форма.

Жизненный цикл бактериофагов

Во время заражения бактериофаг прикрепляется к бактерии, затем вводит в нее генетический материал. Далее фаг обычно действует одному из двух циклов его жизни:

1. литическому (вирулентному);
2. лизогенному (умеренному).

При литическом цикле фаги берут на себя механизмы работы клетки, чтобы произвести свои собственные компоненты и собрать их. Затем следует разрушение клетки или лизис, после которого высвобождаются новые бактериофаги. При лизогенном цикле фаги свою нуклеиновую кислоту вводят в хромосому клетки-хозяина и размножаются, не разрушая клетку, становясь с ней единым целым.

В течение длительного временного периода при некоторых хронических инфекциях новые частицы фагов образуются непрерывно, но при этом не уничтожают клетки.

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.

Вирусы как форма жизни

Существует два определения формы жизни вирусов. Согласно первому, внеклеточные агенты — это комплекс органических молекул. Второе определение сообщает о том, что вирусы являются особой формой жизни.

Вирусы (биология подразумевает появление многих новых видов вирусов) характеризуются как организмы на границе живого. Они похожи на живые клетки тем, что имеют свой неповторимый набор генов и эволюционируют исходя из метода естественного отбора. Также они могут размножаться, создавая при этом собственные копии. Так как вирусы не имеют клеточного строения, ученые не рассматривают их как живую материю.

Для того чтобы синтезировать собственные молекулы, внеклеточным агентам нужна клетка-хозяин. Отсутствие собственного обмена веществ не позволяет им размножаться без посторонней помощи.

Однако в 2013 году была опубликована научная статья о том, что у некоторых бактериофагов есть собственная иммунная система, способная к адаптации. А это лишнее доказательство того, что вирусы – это форма жизни.

Что такое потоки и на что влияет их количество

Потоки – это виртуальный компонент или код, который разделяет физическое ядро процессора на несколько ядер. Одно ядро имеет до 2 потоков.

Например, если процессор двухъядерный, то он будет иметь 4 потока, а если восьмиядерный – 16 потоков.

Поток создается активным процессом. Каждый раз, когда открывается приложение, оно само создает поток, который будет обрабатывать задачи этого конкретного приложения. Поэтому, чем больше приложений будет открыто, тем больше потоков будет создано.

Существует один поток (код того ядра, выполняющий вычисления, также известный как основной поток) на ядре, который, когда получает информацию от пользователя, создает другой поток и выделяет ему задачу. Аналогично, если он получает другую инструкцию, он формирует второй поток и выделяет ему задачу, создавая таким образом многопоточность.

Единственный факт, который ограничивает создание потоков, – количество основных потоков, предоставляемых физическим процессором. А их количество зависит от ядер.

Потоки стали жизненно важной частью вычислительной мощности, поскольку они позволяют выполнять несколько задач одновременно. Это повышает производительность компьютера, а также позволяет сделать его способным к многозадачности

Благодаря этой технологии становится возможно просматривать веб-страницы, слушать музыку и скачивать файлы в фоновом режиме одновременно.

Проникновение вирусов в клетку-хозяина

Капсид в основном защищает нуклеиновую кислоту от действия клеточного нуклеазного фермента. Но некоторые белки капсида способствуют связыванию вируса с поверхностью клеток-хозяев, и работают, как ключики, вставляемые в нужные замочки. Другие поверхностные белки действуют как ферменты, они растворяют поверхностный слой клетки-хозяина и таким образом помогают проникновению нуклеиновой кислоты вируса в клетку-хозяина.

Вирусные популяции используют механизмы и метаболизм клетки-хозяина, чтобы произвести множество своих копий, которые собираются в клетке, пока не «выжмут из нее все соки», а затем выходят из погибшей клетки. Это наиболее частый сценарий, но не единственный.

Жизненный цикл вирусов сильно отличается у разных видов, но существует шесть основных этапов жизненного цикла вирусов:

1. Прикрепление
2. Проникновение
3. Сброс капсида («раздевание»)
4. Репликация
5. Сборка
6. Выход из клетки

Присоединение к клетке-хозяину представляет собой специфическое связывание между вирусными капсидными белками и рецепторами на клеточной поверхности. Эта специфика определяет хозяина вируса.

Проникновение следует за прикреплением: вирионы проникают в клетку-хозяина через рецептор-опосредованный эндоцитоз или слияние мембран. Это часто называют вирусной записью.

Проникновение вирусов в клетку достигается за счет:

• Образования пор
• Слияния мембран
• Ретракции пилуса
• Выброса
• Проницаемости
• Механизмов эндоцитоза

Мембраны растительных и грибковых клеток отличаются от мембран животных клеток. Растения имеют жесткую клеточную стенку из целлюлозы, а грибы – из хитина, поэтому большинство вирусов могут проникать внутрь этих клеток только после травмы («пробивания») клеточной стенки. Бактерии, как и растения, имеют прочные клеточные стенки, которые вирус должен разрушить, чтобы заразить клетку. Учитывая, что бактериальные клеточные стенки намного тоньше стенок растительных клеток из-за их гораздо меньшего размера, некоторые вирусы выработали механизмы ввода своего генома в бактериальную клетку через клеточную стенку, оставляя вирусный капсид снаружи. У прокариот происходит слияние мембран, образование пор через прокалывающее устройство.

Общие характеристики

Вирусы являются очень многочисленной биологической формой, так как существуют в каждой экосистеме на планете Земля. Их изучением занимается такая наука, как вирусология – раздел микробиологии.

Каждая вирусная частица имеет несколько компонентов:

— генетические данные (РНК или ДНК);

— капсид (белковая оболочка) – выполняет защитную функцию;

Вирусы имеют достаточно разнообразную форму, начиная от самой простой спиральной и заканчивая икосаэдрической. Стандартные размеры составляют около одной сотой размера небольшой бактерии. Однако большая часть экземпляров такие маленькие, что их даже не видно под световым микроскопом.

По своей природе вирусы являются паразитами и не могут размножаться за пределами живой клетки. А вот находясь вне клетки, перестают проявлять живые признаки.

Распространяются несколькими способами: вирусы, живущие в растениях, перемещаются с помощью насекомых, питающихся травяными соками; животные вирусы переносят кровососущие насекомые. У людей вирусы передаются большим количеством способов: воздушно-капельным или половым путем, а также посредством переливания крови.

Откуда взялся вирус

Многих интересует вопрос, откуда вообще взялись вирусы, то есть, как они появились и откуда пошли. На этот вопрос нет однозначного мнения, но есть три основные гипотезы.

Первая гипотеза называется регрессивной (также ее называют гипотезой редукции или дегенерации). Согласно ей сначала были небольшие клетки, которые паразитировали на более крупных живых организмах. Позже эти бактерии упростились, лишившись функций, которые не нужны для паразитирующего образа жизни. Доказательством этой гипотезы является существование риккетсий и хламидий. Они являются бактериями по сути, но ведут себя как вирусы, размножаясь только внутри живой клетки с ее белковыми структурами.

Вторая гипотеза называется гипотезой клеточного происхождения. Согласно ей вирусы вышли из генома более крупного организма. Не вдаваясь в подробности, в ДНК есть молекулы, которые могут перемещаться от клетки к клетке или внутри генома. Именно эта молекула и могла мутировать и выделится в то, что стало вирусом.

Присмотритесь, возможно тут есть вирус.

Третья гипотеза заключается в том, что вирусы появились на заре существования жизни, то есть примерно в одно время с зарождением клеточной жизни. При этом именно к этой теории склоняются многие исследователи. Хотя, споры не утихают и до сих пор однозначного ответа на вопрос, откуда взялся вирус, пока нет.

Как медицина может помочь иммунитету, если сам он не справляется

На каком этапе иммунной реакции человек может вмешаться?

Начнем с этапа, когда вирус пытается взломать клетку. У коронавируса есть ключики от слизистых: можно потрогать зараженный объект руками и перенести заразу себе, прикоснувшись к лицу. Носители могут чихнуть или кашлянуть на вас. Капельки слюны распыляются, когда вы разговариваете или смеетесь .

С руками все просто: можно смыть верхний слой кожного жира, на котором остаются вирусные частицы. А вот клетки слизистых надо как-то отгородить, например, маской . Но она не защищает глаза. Вирусы, попадая на маску, никуда не исчезают — они там копятся

Важно не занести их, когда вы будете поправлять или снимать маску. А самодельные тканевые маски могут быть бесполезны, если у них широкие поры

Поможет ли молитва? Нет, клетки устроены одинаково и у церковнослужителя, и у бабули, и у знаменитости.

Поможет ли водка от вируса? Нет. Когда вы пьете алкоголь, вы не дезинфицируете организм, а ослабляете его. Так иммунным клеткам придется даже сложнее .

Чеснок, имбирь и другие чудеса народной медицины не работают антисептиком . Чтобы разрушить вирусную частицу, нужен раствор с содержанием спирта не менее 60%, например, специальный антисептик для рук. Им логично протирать руки, поручни, дверные ручки и мобильные телефоны.

Допустим, попадание вируса в организм предотвратить не удалось. Начинается месиво: фагоциты и T-киллеры не справляются, B-лимфоциты стараются делать антитела и клетки памяти, пока вирус вовсю использует наши клетки. За это время человеку может стать очень плохо.

Можно ли помочь B-лимфоцитам? Да, можно еще до заражения ввести мертвый вирус, кусок вируса или подобие вируса, чтобы B-лимфоциты потренировались и заранее сделали антитела. Такой метод называется прививкой .

Еще можно поставить антитела «из-за рубежа». Когда B-лимфоциты не справляются, можно ввести в организм чужие антитела . В некоторых больницах уже переливают плазму крови от тех, кто переболел, — пока это неофициальный метод («офф-лейбл») .

Создание лекарств занимает годы. Нужно найти действующее вещество, способ доставлять его в клетки, сделать из него препарат, который не испортится при хранении и не убьет побочными эффектами .

Сайт-агрегатор отчетов по клиническим исследованиям — .

Если человеку стало очень плохо, нужно поддержать его организм, чтобы он выжил, пока побеждает вирус. Для этого людям нужны койки в больницах, аппараты ИВЛ и врачи. Но если инфекция быстро распространяется, много людей одновременно нуждаются в помощи.

Напомним, что ивазивная ИВЛ травматична и сама по себе опасна: например, тем, что может повлечь за собой заражение пациента дополнительной внутрибольничной инфекцией. — Ред.

Чтобы люди не умирали без помощи медиков, нужно искусственно замедлить скорость распространения вируса — сидеть дома. Чем больше людей игнорируют карантин, тем больше тех, кому не хватит медицинской помощи, а значит, будет больше смертей .

Если организм справился с инфекцией, у него появляются клетки памяти, поэтому он не будет носителем и не заразит других людей. Если клетки памяти будут у большинства, появится коллективный иммунитет. В таких условиях человек из группы риска вряд ли встретит носителя. Когда все носители переболеют, вирус среди людей не будет встречаться.

Некоторые страны уже снимают карантин. Но еще не понятно, есть ли коллективный иммунитет и не вызовет ли это новую волну заражений. В случае с коронавирусом пока неизвестно, сколько живут клетки памяти .

В России все еще каждый день заболевает по 8–10 тысяч человек. Возможно, в вашем регионе пандемия только набирает обороты . А значит, любой человек на улице может оказаться носителем.

Что же делать людям в борьбе с вирусом?

Защищаться мытьем рук и антисептиками? Искать вакцину или лекарство? Ждать, когда появится коллективный иммунитет? Или замедлять социальную активность, чтобы одновременно не заболело много людей? Сейчас мы делаем всё сразу.