Біологія. 10 клас. Балан

Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.

§ 32. Роль вірусів у природі та житті людини. Вірусні інфекції людини і тварин

Пригадайте: що таке паразитизм та інфекція? Які способи зараження збудниками захворювань вам відомі? Що таке переносники? Які організми слугують переносниками вірусних інфекцій?

• Особливості поширення вірусів у біосфері. Ми вже знаємо, що віруси є внутрішньоклітинними паразитами різноманітних видів прокаріотів та еукаріотів. Тому поширення вірусів у біосфері визначене ареалами чутливих до них організмів.

Певні види вірусів завжди мають певну сукупність (коло) видів хазяїв. Цікаво, що віруси рослин не інфікують людину, тварин і бактерії, віруси бактерій - відповідно рослини і тварини, віруси людини і тварин - рослини і бактерії.

З іншого боку, організми одного виду (наприклад, людина) можуть уражатися вірусами багатьох видів, які паразитують у клітинах різних тканин та органів (як-от: вірусні інфекції дихальних шляхів, органів травлення, нервової системи, шкіри тощо). Деякі вірусні інфекції характерні тільки для людини (наприклад, гепатит В, ВІЛ) або лише певних видів тварин (ящур, чума собак), рослин, грибів чи бактерій. Відомі віруси з широким колом хазяїв, наприклад спільні для людини та різних видів диких або свійських тварин (кліщового енцефаліту, сказу, жовтої пропасниці).

Пристосування вірусів до паразитизму проявляються в різноманітності способів ефективного зараження хазяїв. Розглянемо шляхи передачі вірусів на прикладі людини. Віріони збудників захворювань органів дихання потрапляють до хазяїв повітряно-крапельним шляхом (грип); органів травлення - з їжею та водою (гепатит1 А); покривів тіла - через слизові оболонки (герпес, віспа, папілома).

Переносниками віріонів часто слугують різні членистоногі, зокрема кровосисні комарі (жовта пропасниця, лихоманка Західного Нілу) та кліщі (тайговий, або кліщовий, енцефаліт). Зараження можливе також при недотриманні санітарних норм під час переливання крові або хірургічних операцій (віруси гепатиту В, імунодефіциту людини). Для деяких вірусів встановлена можливість передачі при статевих контактах (герпес, імунодефіцит людини, гепатит С).

Не завжди потрапляння вірусу до організму призводить до розвитку хвороби. Це залежить від чутливості хазяїна, стану його імунної системи, концентрації вірусних частинок та їхньої патогенності (здатності спричиняти патологічний процес).

Досить часто виникають сприятливі умови для поширення вірусів, що призводить до спалахів епідемій інфекційних захворювань (грипу, кору, СНІДу). Нагадаємо: епідемією (від грец. епідемія - поширена в народі хвороба) називають масове поширення в певній місцевості того чи іншого захворювання.

Слід відмітити, що в переліку значних катастрофічних подій, які спіткали людство за всю його історію, одне з чільних місць посідає епідемія вірусу грипу 1918 року, так звана іспанка. Ця епідемія забрала понад 50 млн життів (порівняйте - у Другій світовій війні за 6 років загинуло близько 50 млн людей).

Науку, яка вивчає закономірності перебігу епідемій, тобто досліджує причини виникнення і поширення інфекційних хвороб та застосовує отримані знання для боротьби з ними, називають епідеміологією (від грец. епідемія та логос - наука). Значний внесок у розвиток цієї науки зробив відомий український учений Д.К. Заболотний. Головне положення епідеміології говорить про те, що епідемічний процес виникає і підтримується тільки за умови спільних дій таких первинних чинників: наявності джерела збудника; здійснення механізму його передачі; високого ступеня сприйнятливості популяції хазяїв до інфекції. Якщо вилучити хоча б один із цих чинників, епідемічний процес припиняється. Саме на цьому ґрунтуються засоби попередження (профілактики) інфекційних захворювань.

Для здійснення профілактичних заходів необхідно правильно визначити (діагностувати) збудника захворювання. Така діагностика дає змогу зрозуміти біологію вірусу: шляхи його передачі, здатність уражати ті чи інші клітини та органи, а також правильно застосовувати засоби профілактики. Докладніше розглянемо розвиток епідемічного процесу на двох конкретних прикладах вірусів, які значно відрізняються за своїми властивостями: грипу та імунодефіциту людини.

• Вірус грипу, як ми вже знаємо, належить до складних вірусів (пригадайте, які ознаки їм притаманні). Його генетична інформація закодована у вісьмох одноланцюгових молекулах РНК (мал. 32.1).

1 Гепатити (від грец. гепа - печінка) - група захворювань, які проявляються запаленням печінки. Розрізняють інфекційні та токсичні (унаслідок отруєння) гепатити.

Мал. 32.1. Схематична будова вірусу грипу: NA та НА - різні поверхневі білки

Вірус грипу передається повітряно-крапельним шляхом, уражуючи слизові оболонки верхніх дихальних шляхів. Приєднавшись за допомогою рецепторних молекул (знайдіть їх на малюнку 32.1) до клітин епітелію, вірусна РНК проникає через цитоплазму до ядра клітини. У клітині відбувається самозбирання вірусних частинок, яке супроводжується руйнуванням клітинних структур і виходом віріонів у міжклітинний простір (мал. 32.2). Коли таких клітин в епітеліальній тканині виявиться багато, спостерігають симптоми інфекції. Накопичення решток зруйнованих клітин в організмі викликає кашель, підвищення температури. Вірусні частинки під час кашлю зі слиною хворого потрапляють на слизові оболонки здорових людей. Так може розпочатися епідемія грипу. Найчастіше це відбувається восени та взимку (поміркуйте, чому).

Чому майже щороку люди хворіють на грип? Адже імунна система повинна була б забезпечити несприйнятливість організму до цього вірусу. Відповідь проста: щоразу, коли починається епідемія, ми маємо справу з новим вірусом, генетична інформація якого змінилася (відбулася мутація). Саме тому наша імунна система не може його знешкодити.

Як виникають віруси-мутанти зі зміненою генетичною інформацією? Насамперед РНК вірусу здатна змінюватися сама по собі (унаслідок помилок під час перезапису генетичної інформації). Але головна причина в іншому - віруси грипу людини за будовою та властивостями подібні до вірусів - збудників схожих на грип захворювань диких птахів і свиней. Існує гіпотеза про те, що вірус грипу потрапив до людської популяції саме від птахів. Це підтверджує той факт, що в оболонці віріонів пташиного грипу виявлено 25 різновидів поверхневих білків, а у збудника свинячого та людського грипу - лише деякі з них. Занепокоєність світової спільноти можливим розвитком епідемії «пташиного грипу» серед людей пов’язують з тим, що в оболонці віріонів цього захворювання знайдений білок, який раніше не виявляли в оболонці вірусів людини - H5N1.

Мал. 32.2. Життєвий цикл вірусу грипу: 1 - приєднання вірусу до чутливої клітини; 2 - утворення ендосоми (пухирця) з вірусом; 3 - злиття мембран і потрапляння РНК вірусу в цитоплазму; 4 - проникнення РНК вірусу до ядра клітини; 5 - транскрипція і реплікація вірусної РНК; 6 - синтез вірусних структурних білків та збирання віріонів; 7 - «вихід» віріонів з клітини

Мал. 32.3. Обмін ділянками молекул РНК між різними штамами вірусу грипу: 8 червоних і 8 жовтих смужок - елементи РНК двох різних штамів

Як вірус набуває нових ознак? Часто в одну клітину потрапляють не один, а два чи більше різновидів (штамів) вірусів, між якими можливий обмін однією або декількома ділянками РНК (мал. 32.3). У такий спосіб виникають нові віруси з раніше невідомими властивостями. Вважають, що саме в такий спосіб з’явився вірус грипу, який спричинив епідемію «іспанки» 1918 року (мал. 32.4).

• Вірус імунодефіциту людини (ВІЛ) призводить до розвитку смертельно небезпечного захворювання - синдрому набутого імунодефіциту, тобто СНІДу. (СНІД можуть викликати і деякі інші причини, пов’язані з відмовою імунної системи реагувати на збудників тих чи інших захворювань.) ВІЛ був відкритий 1983 року вченими Пастерівського інституту (Париж) Л. Монтанье та Ф. Барре-Синуссі, за що вони 2008 року отримали Нобелівську премію в галузі медицини.

Ви вже знаєте про основні біологічні властивості ВІЛ, тому розглянемо епідеміологічні проблеми СНІДу. Зараження ВІЛ відбувається під час статевих контактів із ВІЛ-інфікованими, у разі порушень санітарних правил переливання крові, ін’єкцій лікарських препаратів і наркотиків за допомогою шприца, який перед тим використовувала інфікована людина. Крім того, вірус може надходити від матері до дитини під час вагітності, пологів або вигодовування молоком. ВІЛ не передається повітряно-крапельним шляхом, з їжею, через укуси кровосисних комах та кліщів, через речі та при рукостисканні.

Мал. 32.4. Послідовні штами (еволюція) вірусу грипу людини

З моменту проникнення вірусу в чутливу клітину починається прихований період ВІЛ-інфекції - вірусоносійство, який може тривати 7-10 років і більше. У цей час інфікована людина почувається цілком здоровою. Рано чи пізно починається саме захворювання - СНІД, що триває зазвичай 1-3 роки та завжди закінчується смертю. До цього часу не зареєстровано жодного випадку одужання ВІЛ-інфікованої людини. Це пов’язано з тим, що ВІЛ вбудовує свою генетичну інформацію у вигляді дволанцюгової ДНК у хромосому клітини, яка (а відповідно й організм) довічно стає носієм вірусу. Оскільки вірус вражає клітини імунної системи, зокрема Т-лімфоцити та макрофаги, у разі розвитку СНІДу інфіковані клітини масово гинуть. Імунна система перестає знешкоджувати збудників різних хвороб. Тому хворий гине не від вірусу імунодефіциту, а внаслідок інших інфекцій, збудників яких в нормі наша імунна система активно пригнічує (наприклад, молочниці, яку спричиняє паразитичний грибок). Вірус імунодефіциту людини за останні 25 років значно поширився серед населення різних країн, серед яких і Україна, а СНІД набув характеру пандемії (від грец. пандемія - весь народ) - епідемії, що охоплює більшість країн на нашій планеті.

Пандемія СНІДу - унікальне явище в історії людства за швидкістю розповсюдження, масштабами та глибиною наслідків. Починаючи з 1981 року, коли був зареєстрований перший випадок захворювання, від СНІДу вже померло 20 млн людей, і ще близько 44 млн у всьому світі живуть з ВІЛ-інфекцією. Зростання захворюваності на СНІД часто буває не прогнозованим, оскільки шляхи передачі вірусу міняються місцями. Наприклад, раніше в Україні основним шляхом передачі ВІЛ був ін’єкційний, а останнім часом почав переважати гетеросексуальний. Якщо на початку епідемії кількість ВІЛ-інфікованих чоловіків значно переважала кількість інфікованих жінок, то тепер жінки становлять близько 50 % заражених людей, а половина нових випадків інфікування ВІЛ у світі припадає на вікову групу 15-24 роки. Протягом останніх років понад 6 тисяч молодих людей щодня заражуються цим небезпечним вірусом.

За цей час людство навчилось ефективно протистояти епідемії завдяки впровадженню лікувальних препаратів і профілактиці розповсюдження вірусу. Широка поінформованість суспільства та інтенсивні профілактичні засоби дали змогу деяким країнам знизити рівень передачі ВІЛ-інфекції. Але загалом у світі кількість інфікованих людей щорічно зростає.

Підсумовуючи проблему поширення вірусів та епідеміології вірусних захворювань, слід відзначити провідну роль людини в появі нових і збільшенні патогенності давно відомих вірусних інфекцій. Такі чинники, як широкомасштабні транспортні перевезення людей, їхніх продуктів харчування тощо, забруднення повітря, нищення лісів, міграції диких тварин унаслідок руйнування середовищ їхнього мешкання, розширення ареалів (інтродукція) свійських тварин і культурних рослин, тривале вирощування на певній території одних і тих самих культур, порушення правил переливання крові, випадкові статеві контакти, вживання наркотиків, неконтрольований ріст великих міст призводять до поширення інфекцій серед людських популяцій і спадкових змін самих вірусів.

Ключові терміни та поняття. Патогенність, епідеміологія, пандемія.

Коротко про головне

  • Поширення вірусів як внутрішньоклітинних паразитів у біосфері визначене ареалами чутливих до них організмів. Певні види вірусів завжди мають певну сукупність (коло) видів хазяїв; зокрема, віруси рослин не інфікують людину, тварин і бактерії, віруси бактерій - відповідно рослини і тварини тощо.
  • В організмах одного виду можуть мешкати різні види вірусів, які паразитують у клітинах різних тканин та органів. Деякі вірусні інфекції характерні тільки для людини або певних видів тварин, рослин, грибів чи бактерій. Інші віруси мають широке коло хазяїв, наприклад, спільні для людини та різних видів диких або свійських тварин (кліщовий енцефаліт, сказ, жовта лихоманка).
  • Пристосування вірусів до внутрішньоклітинного паразитизму проявляються в різноманітності способів ефективного зараження хазяїв. Віріони збудників захворювань органів дихання потрапляють до хазяїв повітряно-крапельним шляхом (грип); травлення - з їжею та питтям (гепатит А); покривів тіла - через слизові оболонки (герпес, віспа, папілома). Переносниками віріонів часто слугують різні членистоногі, зокрема кровосисні комарі (жовта пропасниця) та кліщі (кліщовий енцефаліт). Зараження можливе також при недотриманні санітарних норм під час переливання крові або хірургічних операцій (гепатит В, ВІЛ). Для деяких вірусів встановлена можливість передачі при статевих контактах (герпес, ВІЛ, гепатит С).
  • Науку, яка вивчає причини виникнення й поширення інфекційних хвороб та застосовує отримані знання для боротьби з ними, називають епідеміологією.
  • Віруси здатні до спадкових змін шляхом мутацій або обміну ділянками РНК між різними видами. Ця їхня властивість сприяє виникненню нових вірусних частинок та інфекційних захворювань, наприклад вірусу імунодефіциту людини (ВІЛ), який спричинює смертельну хворобу - синдром набутого імунодефіциту (СНІД).

Завдання для самоконтролю

1. Які ви знаєте шляхи передачі збудників вірусних інфекцій людини, тварин і рослин у природі? 2. Які ви знаєте способи запобігання вірусним інфекціям? 3. Що таке епідемічний процес? 4. Які основні характеристики вірусів грипу та ВІЛ?

Поміркуйте

Чому найбільше ВІЛ-інфікованих людей реєструють у бідних країнах?