Poliomüeliit, marutaudi, rõuged, herpes, inimese omandatud immuunpuudulikkuse sündroom on kõigile teada haigused, mida põhjustavad väga spetsiifilised patogeenid. Organismid, mis seisavad elusa ja eluta piiril, kohustuslikud (kohustuslikud) rakulised parasiidid – viirused. Morfoloogia, füsioloogia ja nende olemasolu planeedil tõstatavad tänapäeval palju küsimusi.
Viroloogia: alustamine
Stseen on Venemaa Teaduste Akadeemia Nikitski botaanikaaia labor, kus bioloog Dmitri Iosifovitš Ivanovski (1864-1920) uurib tubaka salapärast mosaiikhaigust. Taimes esineva haiguse tekitaja läbib väikseimaid bakterifiltreid, ei kasva toitekeskkonnas ega anna sümptomeid, kui terved taimed on nakatunud haigete taimede filtraatidega.
Just siis, aastal 1892, jõudis teadlane järeldusele, et tegu pole bakteritega. Ja ta nimetab patogeeni viirusteks (ladina keelest viirus,- mina). Dmitri Ivanovski proovis terve oma elu viiruseid näha, kuid me nägime viiruste morfoloogiat XX sajandi 30. aastatel, kui leiutati elektronmikroskoobid.
Kuid just seda kuupäeva peetakse viroloogiateaduse alguseks ja Dmitri Ivanovski on selle asutaja.
Imeline Kuningriik
Viiruste morfoloogia ja füsioloogia on nii hämmastavad, et need organismid on isoleeritud iseseisvas Vira kuningriigis. Sellel lihtsaimal eluvormil on mikroskoopilised mõõtmed (25–250 nanomeetrit) ja see on nukleiinhape, mille geenide kogum on ümbritsetud kestaga. Need on parasiidid, mis võivad paljuneda ainult teiste elusorganismide – taimede, seente, loomade, bakterite ja isegi muude viiruste (satelliitviirused) – rakkudes.
Viiruste eristavad tunnused on järgmised:
- Sisaldavad ainult ühte tüüpi nukleiinhapet (RNA või DNA).
- Viiruste morfoloogias puuduvad valkude sünteesi- ja energiasüsteemid.
- Mul pole rakustruktuuri.
- Viirusparasitism realiseerub geneetilisel tasandil.
- Läbivad bakterifiltrid ja neid ei kasvatata kunstlikul söötmel.
Osa planeedi orgaanilisest maailmast
Viirustel kui kohustuslikel parasiitidel on selge geneetiline seos nii Maa floora kui fauna esindajatega. Veelgi enam, hiljutiste uuringute kohaselt koosneb 32% inimese genoomist viirusetaolistest elementideststruktuurid.
Praeguseks on kirjeldatud üle 6000 viiruse, kuid hinnanguliselt on neid üle saja miljoni. See on planeedi kõige arvukam bioloogiline vorm ja see on esindatud kõigis ökosüsteemides (üldlevinud (üldine) levik).
Nende välimus planeedil täna pole selge. Üks on teada – kui ilmusid esimesed rakulised eluvormid, olid viirused juba olemas.
Elus ja mitte elus
Nendel hämmastavatel organismidel on kaks eksisteerimisvormi, mis erinevad üksteisest oluliselt.
Väljaspool rakku on nende olemasolu vorm virion. Kui see siseneb rakku, lahustuvad selle kestad ja viiruse nukleiinhapped liidetakse peremeesorganismi geneetilisse materjali. See on siis, kui me räägime viirusinfektsioonist. Viiruse genoom integreerub peremeesraku genoomi loomulikesse replikatsioonimehhanismidesse ja käivitab reaktsioonide ahela, teostades oma parasiitlikku eksistentsi.
Virion on oma olemuselt elutu osa elust. Ja viiruse genoom rakus on selle elav komponent, sest seal paljunevad viirused.
Viiruste morfoloogia ja ultrastruktuur
Selles kontekstis räägime virionist – rakuvälisest vormist.
Virioonide suurust mõõdetakse nanomeetrites – 10-9 meetrit. Gripiviirused on keskmise suurusega – 80–120 nanomeetrit – ja rõugeviirus on hiiglane, mille mõõtmed on 400 nanomeetrit.
Viiruste ehitus ja morfoloogia on sarnased astronautidele. Kapsiidi sees (valkkate, mõnikordrasvu ja süsivesikuid sisaldav), nagu "skafandris", on kõige väärtuslikum osa - nukleiinhapped, viiruse genoom. Veelgi enam, seda "kosmonauti" esitatakse ka minimaalses koguses – ainult otseselt pärilikkusainet ja minimaalselt ensüüme selle replikatsiooniks (kopeerimiseks).
Väliselt võib “ülikond” olla vardakujuline, sfääriline, kuulikujuline, keerulise ikosaeedri kujul või üldse mitte korrapärase kujuga. See sõltub spetsiifiliste valkude olemasolust kapsiidis, mis vastutavad viiruse rakku tungimise eest.
Kuidas patogeen peremeesorganismi siseneb
Sissetungimiseks on palju viise, kuid kõige levinum on õhus. Kosmosesse paiskub müriaad pisikesi osakesi mitte ainult köhimisel või aevastamisel, vaid ka lihts alt hingamisel.
Teine viis virionide kehasse sisenemiseks on nakkav (otsene füüsiline kontakt). See meetod on omane üsna väikesele patogeenide rühmale, nii kanduvad edasi herpes, suguhaigused ja AIDS.
Nakkusviis vektori kaudu, milleks võivad olla erinevad organismirühmad, on üsna keeruline. Nakkuse reservuaarist patogeeni omandanud vektorist saab viiruste paljunemise või arenguetappide edasiliikumise koht. Marutaudiviirus on just selline patogeen.
Mis toimub peremehe kehas
Kapsiidi väliste valkude abil kinnitub viirus rakumembraanile ja tungib läbi endotsütoosi. Nemad onsatuvad lüsosoomidesse, kus ensüümide toimel vabanevad "skafandrist". Ja patogeeni nukleiinhapped sisenevad tuuma või jäävad tsütoplasmasse.
Patogeeni nukleiinhapped on ehitatud peremeesorganismi nukleiinhapete ahelatesse ja käivitub päriliku teabe replikatsiooni (kopeerimise) reaktsioon. Kui rakku koguneb piisav arv viirusosakesi, kasutavad virionid peremeesorganismi energia- ja plastilisi mehhanisme ja ressursse.
Viimane etapp on virionide vabastamine rakust. Mõned viirused põhjustavad rakkude täielikku hävimist ja sisenevad rakkudevahelisse ruumi, teised aga eksotsütoosi või pungade tekke kaudu.
Patogeenistrateegiad
Viiruse ja peremeesraku vaheline interaktsioon võib areneda mitme stsenaariumi järgi. Mille peamine omadus on parasiidi autonoomia aste.
Struktuur Viiruste morfoloogia viib patogeeni täieliku sõltuvuseni raku energiast ja valkude sünteesipotentsiaalist, ainsaks tingimuseks on, et ta paljundab oma nukleiinhappeid vastav alt oma ajakavale. Sellist interaktsiooni nimetatakse produktiivseks (see on viiruse jaoks loomulik, kuid mitte raku jaoks). Kui rakuvarud on ammendatud, viib viirus selle surma.
Teine suhtlusviis on konsensuslik. Sel juhul replitseerub viiruse genoom, mis on integreeritud peremeesgenoomi, kovalentselt raku enda nukleiinhapetega. Ja siis võib stsenaariumi areng minna kahes suunas. Viirus käitub vaikselt ja ei avaldu. Noored virionid lahkuvadainult teatud tingimustel. Või patogeeni geenid töötavad pidev alt, tekitades suure hulga noori põlvkondi, kuid rakk ei sure, vaid lahkub sellest eksotsütoosi teel.
Taksonoomia raskused
Viiruste klassifikatsioon ja morfoloogia on erinevates allikates erinev. Samal ajal kasutatakse nende klassifitseerimiseks järgmisi funktsioone:
- Nukleiinhappe tüüp (RNA-d sisaldav ja DNA-d sisaldav) ja selle replikatsiooni meetod. Kõige levinum viiruste klassifikatsioon, mille pakkus välja Ameerika viroloog David B altimore 1971. aastal.
- Viiruse morfoloogia ja struktuur (üheahelaline, kaheahelaline, lineaarne, ringikujuline, killustatud, killustamata).
- Mõõtmed, sümmeetria tüüp, kapsomeeride arv.
- Superkapsiidi (väliskest) olemasolu.
- Antigeensed omadused.
- Geneetilise interaktsiooni tüüp.
- Potentsiaalsete võõrustajate ring.
- Lokaliseerimine peremeesrakus – tuumas või tsütoplasmas.
See on põhikriteeriumi valik ja viiruste morfoloogia, mis määrab erinevad lähenemisviisid viiruste klassifitseerimisele mikrobioloogias. See pole päris lihtne. Raskus seisneb selles, et hakkame viiruse morfoloogiat ja struktuuri uurima alles siis, kui need viivad patoloogiliste protsessideni.
Valiv ja mitte nii hea
Peremehe valikul on need patogeenid oma eelistustes äärmiselt mitmekesised. Mõned ründavad ainult ühte bioloogilist liiki – neil on väga range "registreerimine". Näiteks süüakasside, kajakate, sigade gripiviirused, mis on teistele loomadele täiesti ohutud. Mõnikord on spetsialiseerumine üllatav – bakteriofaag P-17 viirus nakatab ainult ühe E. coli sordi isaseid.
Teised viirused käituvad hoopis teisiti. Näiteks kuulikujulised viirused, mille morfoloogia sarnaneb kuuliga, põhjustavad täiesti erinevaid haigusi ja samas on nende peremeeste hulk äärmiselt lai. Selliste viiruste hulka kuuluvad marutaudiviirus, mis nakatab kõiki imetajaid, või veiste vesikulaarse stomatiidi viirus (muide, seda levitavad putukad).
On ka teisi nüansse. Sabaga viirused (virionid) ründavad enamasti bakterirakke, filamentsed või spiraalsed on taimede parasiidid ning loomarakkudes parasiteerivad suurema tõenäosusega keerulise kapsiidi ja mitmetahulise virionivormiga viirused.
