Poliomyelitis, hondsdolheid, pokken, herpes, verworven humaan immunodeficiëntiesyndroom zijn bij iedereen bekend ziekten die worden veroorzaakt door zeer specifieke pathogenen. Organismen die op de grens tussen levend en niet-levend staan, zijn obligate (verplichte) cellulaire parasieten - virussen. Morfologie, fysiologie en hun bestaan op de planeet roept tegenwoordig veel vragen op.
Virologie: aan de slag
Het tafereel is het laboratorium van de Nikitsky Botanische Tuin van de Russische Academie van Wetenschappen, waar de bioloog Dmitry Iosifovich Ivanovsky (1864-1920) de mysterieuze mozaïekziekte van tabak bestudeert. De veroorzaker van een ziekte in een plant gaat door de kleinste bacteriefilters, groeit niet op voedingsbodems en geeft geen symptomen wanneer gezonde planten besmet zijn met filtraten van zieke.
Het was toen, in 1892, dat de wetenschapper concludeerde dat het geen bacteriën waren. En hij noemt de pathogene virussen (van het Latijnse virus,- L). Dmitry Ivanovsky probeerde zijn hele leven om virussen te zien, maar we zagen de morfologie van virussen in de jaren '30 van de twintigste eeuw, toen elektronenmicroscopen werden uitgevonden.
Maar juist deze datum wordt beschouwd als het begin van de wetenschap van de virologie, en Dmitry Ivanovsky is de grondlegger ervan.
Amazing Kingdom
De morfologie en fysiologie van virussen zijn zo verbazingwekkend dat deze organismen geïsoleerd zijn in een onafhankelijk koninkrijk van Vira. Deze eenvoudigste vorm van leven heeft microscopisch kleine afmetingen (van 25 tot 250 nanometer) en is een nucleïnezuur met een reeks genen ingesloten in een omhulsel. Dit zijn parasieten die zich alleen kunnen voortplanten in de cellen van andere levende organismen - planten, schimmels, dieren, bacteriën en zelfs andere virussen (satellietvirussen).
De onderscheidende kenmerken van virussen zijn als volgt:
- Bevat slechts één type nucleïnezuur (RNA of DNA).
- De morfologie van virussen mist eiwitsynthese en energiesystemen.
- Heeft geen cellulaire structuur.
- Virusparasitisme wordt gerealiseerd op genetisch niveau.
- Gaat door bacteriële filters en wordt niet gekweekt op kunstmatige media.
Een deel van de organische wereld van de planeet
Virussen hebben als obligate parasieten een duidelijke genetische band met vertegenwoordigers van zowel de flora als de fauna van de aarde. Bovendien bestaat volgens recente studies 32% van het menselijk genoom uit elementen van een virusachtigestructuren.
Tot op heden zijn er meer dan 6.000 virussen beschreven, maar naar schatting zijn het er meer dan honderd miljoen. Dit is de meest talrijke biologische vorm op de planeet, en het is vertegenwoordigd in alle ecosystemen (alomtegenwoordige (alomtegenwoordige) distributie).
Hun verschijning op de planeet van vandaag is niet duidelijk. Eén ding is bekend: toen de eerste cellulaire levensvormen verschenen, bestonden er al virussen.
Levend en niet levend
Deze verbazingwekkende organismen hebben twee vormen van hun bestaan, die aanzienlijk van elkaar verschillen.
Buiten de cel is de vorm van hun bestaan het virion. Wanneer het een cel binnengaat, lossen de schillen op en worden de nucleïnezuren van het virus opgenomen in het genetische materiaal van de gastheer. Dan hebben we het over een virale infectie. Het virusgenoom integreert in de natuurlijke replicatiemechanismen van het genoom van de gastheercel en zet een reeks reacties op gang, waardoor het zijn parasitaire bestaan voortzet.
Virion is in wezen een levenloos onderdeel van het leven. En het genoom van een virus in een cel is het levende onderdeel ervan, omdat virussen zich daar voortplanten.
Morfologie en ultrastructuur van virussen
In deze context hebben we het over een virion - een extracellulaire vorm.
De grootte van virionen wordt gemeten in nanometers - 10-9 meter. Griepvirussen zijn middelgroot - 80-120 nanometer, en het pokkenvirus is een reus met afmetingen van 400 nanometer.
De structuur en morfologie van virussen is vergelijkbaar met die van astronauten. Binnen de capside (eiwitlaag, somsmet vetten en koolhydraten), zoals in een "ruimtepak", is het meest waardevolle onderdeel - nucleïnezuren, het genoom van het virus. Bovendien wordt deze "kosmonaut" ook in een minimale hoeveelheid gepresenteerd - alleen direct erfelijk materiaal en een minimum aan enzymen voor de replicatie (kopiëren).
Uiterlijk kan het "pak" staafvormig, bolvormig, kogelvormig zijn, in de vorm van een complexe icosaëder, of helemaal niet regelmatig van vorm. Het hangt af van de aanwezigheid in de capside van specifieke eiwitten die verantwoordelijk zijn voor de penetratie van het virus in de cel.
Hoe de ziekteverwekker het gastlichaam binnenkomt
Er zijn veel manieren om binnen te dringen, maar de meest voorkomende is in de lucht. Ontelbare kleine deeltjes worden niet alleen in de ruimte geslingerd bij hoesten of niezen, maar ook gewoon bij het ademen.
Een andere manier waarop virionen het lichaam kunnen binnendringen is besmettelijk (direct fysiek contact). Deze methode is inherent aan een vrij kleine groep ziekteverwekkers, dit is hoe herpes, geslachtsinfecties, aids worden overgedragen.
De methode van infectie via een vector, die verschillende groepen organismen kan zijn, is behoorlijk ingewikkeld. Een vector die een pathogeen uit een infectiereservoir heeft gekregen, wordt een plaats voor virussen om te repliceren of door ontwikkelingsstadia te gaan. Het rabiësvirus is zo'n ziekteverwekker.
Wat gebeurt er in het lichaam van de gastheer
Met behulp van externe eiwitten van de capside hecht het virus zich aan het celmembraan en dringt het door via endocytose. Zij zijnkomen in de lysosomen, waar ze, onder invloed van enzymen, het "ruimtepak" kwijtraken. En de nucleïnezuren van de ziekteverwekker gaan de kern binnen of blijven in het cytoplasma.
Nucleïnezuren van de ziekteverwekker zijn ingebouwd in de ketens van nucleïnezuren van de gastheer, en de reactie van replicatie (kopiëren) van erfelijke informatie wordt gestart. Wanneer een voldoende aantal virale deeltjes zich ophopen in de cel, gebruiken de virionen de energie en plastic mechanismen en hulpbronnen van de gastheer.
De laatste fase is het vrijkomen van virionen uit de cel. Sommige virussen leiden tot volledige vernietiging van cellen en dringen de intercellulaire ruimte binnen, andere komen deze binnen via exocytose of ontluiking.
Pathogen-strategieën
Interactie tussen een virus en een gastheercel kan zich volgens verschillende scenario's ontwikkelen. Het belangrijkste kenmerk hiervan is de mate van autonomie van de parasiet.
Structuur De morfologie van virussen leidt tot de volledige afhankelijkheid van de ziekteverwekker van het energie- en eiwitsynthesepotentieel van de cel, de enige voorwaarde is dat het zijn nucleïnezuren repliceert volgens zijn eigen schema. Zo'n interactie wordt productief genoemd (het is natuurlijk voor een virus, maar niet voor een cel). Nadat de voorraad van de cel is uitgeput, leidt het virus tot zijn dood.
Een ander type interactie is consensus. In dit geval repliceert het virusgenoom, geïntegreerd in het gastheergenoom, covalent met de eigen nucleïnezuren van de cel. En dan kan de ontwikkeling van het scenario twee kanten op. Het virus gedraagt zich stil en manifesteert zich niet. Jonge virions vertrekkencel alleen onder bepaalde voorwaarden. Of de pathogene genen zijn constant aan het werk en produceren een groot aantal jonge generaties, maar de cel sterft niet, maar ze verlaten het door exocytose.
Moeilijkheden in taxonomie
Classificatie en morfologie van virussen is in verschillende bronnen verschillend. Tegelijkertijd worden de volgende kenmerken gebruikt om ze te classificeren:
- Type nucleïnezuur (RNA-bevattend en DNA-bevattend) en de methode van replicatie. De meest voorkomende classificatie van virussen voorgesteld door de Amerikaanse viroloog David B altimore in 1971.
- Morfologie en structuur van het virus (enkelstrengs, dubbelstrengs, lineair, circulair, gefragmenteerd, niet-gefragmenteerd).
- Afmetingen, type symmetrie, aantal capsomeren.
- Aanwezigheid van een supercapside (buitenste schil).
- Antigene eigenschappen.
- Type genetische interactie.
- Cirkel van potentiële hosts.
- Lokalisatie in de gastheercel - in de kern of in het cytoplasma.
Het is de keuze van het hoofdcriterium en de morfologie van virussen die verschillende benaderingen voor de classificatie van virussen in de microbiologie bepalen. Het is niet helemaal gemakkelijk. De moeilijkheid ligt in het feit dat we de morfologie en structuur van het virus pas beginnen te bestuderen als ze leiden tot pathologische processen.
kieskeurig en niet zo goed
Door de keuze van de gastheer zijn deze ziekteverwekkers zeer divers in hun voorkeuren. Sommigen vallen slechts één biologische soort aan - ze hebben een zeer strikte "registratie". Eet bijvoorbeeldgriepvirussen van katten, meeuwen, varkens, die volkomen veilig zijn voor andere dieren. Soms is de specialisatie verrassend - het bacteriofaag P-17-virus infecteert alleen mannen van één variëteit van E. coli.
Andere virussen gedragen zich heel anders. Kogelvormige virussen, waarvan de morfologie vergelijkbaar is met die van een kogel, veroorzaken bijvoorbeeld totaal verschillende ziekten en tegelijkertijd is hun scala aan gastheren extreem breed. Dergelijke virussen omvatten het rabiësvirus, dat alle zoogdieren infecteert, of het boviene vesiculaire stomatitisvirus (overgedragen door insecten, trouwens).
Er zijn andere nuances. Virussen met een staart (virionen) vallen meestal bacteriecellen aan, draadvormige of spiraalvormige zijn parasieten van planten, en in dierlijke cellen hebben virussen met een complexe capside en een veelzijdige virionvorm meer kans om te parasiteren.
