Підручник з Біології і екології (рівень стандарту). 10 клас. Задорожний - Нова програма

§ 6. Життєвий цикл вірусів. Значення вірусів у природі й житті людини

Що таке життєвий цикл організму? Чим віруси відрізняються від бактерій? Що таке ендоцитоз? Що таке перенос генів? Що таке цитоскелет?

Життєвий цикл вірусів

Життєвий цикл вірусів складається з кількох етапів (мал. 6.1).

Етап 1. Розпізнавання клітини-хазяїна і проникнення в неї. Потрібні клітини віріон розпізнає за допомогою специфічних рецепторів, які розміщені на його поверхні. Саме тому віруси уражають зазвичай не весь організм, а конкретні тканини й органи. Наприклад, вірус гепатиту А уражає клітини печінки, а вірус сказу — клітини мозку.

Після розпізнавання клітини вірус контактує з її мембраною. Він може проколоти її і ввести свою нуклеїнову кислоту в клітину (так роблять бактеріофаги), а може замаскуватися під харчову частинку і проникнути в клітину під час ендоцитозу (мал. 6.2).

Мал. 6.1. Життєвий цикл вірусу

Мал. 6.2. Способи проникнення вірусів у клітину

Важче вірусам проникати у клітини рослин і грибів, які мають товсту і міцну клітинну стінку. У таких випадках вони проникають у клітину через пошкоджені ділянки (наприклад, за допомогою кровосисних комах) або поширюються через плазмодесми (канали, які з’єднують клітини між собою).

Етап 2. Уведення нуклеїнової кислоти у цитоплазму клітини-хазяїна. На цьому етапі циклу вірус позбувається своєї білкової оболонки і вивільняє нуклеїнову кислоту в цитоплазму клітини, якщо він не позбувся її на першому етапі під час проникнення в клітину, як, наприклад, роблять бактеріофаги.

Етап 3. Взаємодія вірусу з генетичним апаратом клітини. Вірус може блокувати роботу генетичного апарата клітини, а може самостійно виробляти нуклеїнові кислоти та білки. У деяких випадках він убудовується в ДНК клітини.

На цьому етапі утворюється провірус (для бактеріофагів використовують термін профаз). Провірус може тривалий час існувати в клітині без зовнішніх проявів. Під час поділу клітин він розмножується разом з геномом клітини за рахунок роботи її ферментів. Але під впливом певних факторів (наприклад, послаблення імунітету організму) провірус активізується і перетворюється на активний вірус.

Етап 4. Синтез білків і нуклеїнових кислот вірусу. Цей етап відбувається в клітині-хазяїні. Синтезовані компоненти самозбираються у нові віріони.

Етап 5. Вихід вірусів із клітини. Часто цей етап пов’язаний з лізисом (повним руйнуванням клітини). Але так звані помірні фаги після вбудовування в ДНК клітини-хазяїна не викликають відразу лізис клітини. Їхня ДНК може залишатися в ДНК бактерії тривалий час. І лише у деяких випадках, під впливом факторів зовнішнього середовища (наприклад, УФ-випромінення), вірус активується і викликає лізис клітини. Існують також віруси, які не вбивають клітину. Вони в ній розмножуються, а окремі віріони поступово виходять назовні крізь клітинну мембрану.

Мал. 6.3. Гусінь, уражена вірусом

Біологічні методи боротьби зі шкідливими видами

Як ви вже знаєте, віруси є внутрішньоклітинними паразитами. Однією з їхніх характерних рис є висока видоспецифічність, тобто здатність заражати тільки певні види організмів. Це пов’язано з тим, що рецептори на поверхні віріонів дуже точно розпізнають рецептори клітин, до яких вони приєднуються.

Тому віруси можна використовувати як зручний засіб боротьби з організмами, які завдають шкоди людині. Це і збудники захворювань (наприклад, кишкових), і шкідники, які завдають шкоди культурним рослинам (мал. 6.3) або свійським тваринам.

Віруси уражають тільки певні види організмів, що вигідно відрізняє їх від інших засобів боротьби. Так, антибіотики зазвичай мають широкий вплив і знищують не тільки хвороботворні бактерії, але й корисну мікробіоту кишечника. А бактеріофаги вбивають тільки збудника захворювання. Така фагова терапія дозволяє лікувати захворювання, які викликають стрептококи, стафілококи, збудники бактеріальної дизентерії та інші мікроорганізми (мал. 6.4).

Мал. 6.4. Дія фагової терапії — атака бактеріофагами хвороботворної бактерії

Віруси як інструмент еволюції

Віруси відіграють важливу роль в еволюції живих організмів, але не всі, а деякі з них, які не мають чіткої спеціалізації і можуть заражати різні види організмів. Такі віруси можуть переносити гени від одних видів організмів до інших, здійснюючи так званий горизонтальний перенос генів. Саме таким чином предки еукаріотів отримали від бактерій ген для синтезу ферментів гліколізу.

Клітини мають кілька механізмів, які захищають їх від ураження вірусами. Так, клітина може заблокувати вірус після його вбудовування в її геном. А деякі віруси організм може потім використати на свою користь (так зване явище «одомашнення» вірусів). Саме таким шляхом плацентарні ссавці отримали від ретровірусів гени, які дозволяють їхній плаценті маскувати зародок від імунної системи організму матері.

Ще одна роль вірусів в еволюції — відбір організмів на стійкість до захворювань. Так, завдяки відбору і загибелі частини населення Європи сучасні європейці набули достатньої стійкості до дії вірусів кору та вітряної віспи.

Бактерії та археї мають оригінальну систему захисту від вірусів, яка носить назву CRISPR. Якщо напад бактеріофага на клітину закінчився невдачею, то фрагменти ДНК бактеріофага вбудовуються в геном (CRISPR-систему) клітини-хазяїна. І ці ділянки вбудованої ДНК бактеріофага стають для прокаріотичної клітини зразком, за яким вона впізнає та знищує вірус.

Отже, тепер ви знаєте

1. З яких етапів складається життєвий цикл вірусів? 2. Як віруси проникають у клітини? 3. Яким чином вірус взаємодіє з клітиною-хазяїном? 4. Як людина використовує віруси в боротьбі зі шкідниками і хворобами? 5. Яке значення має діяльність вірусів для процесів еволюції? 6*. Які переваги мають віруси, що не вбивають клітину-хазяїна?

Запитання та завдання

7. Чому існування у формі провірусу може бути вигідним для вірусів? 8*. Боротьба зі шкідниками за допомогою вірусів має беззаперечні переваги перед хімічними заходами боротьби. А які недоліки можуть бути притаманні цьому способу?