ВИ́РУСЫ

ВИ́РУСЫ (от лат. virus – яд), мель­чай­шие био­ло­гич. объ­ек­ты (обыч­но раз­ме­ром от со­тых до де­ся­тых до­лей мкм). Важ­ней­шая осо­бен­ность В. – их не­спо­соб­ность к са­мо­стоя­тель­но­му раз­мно­же­нию, что свя­за­но с от­сут­ст­ви­ем у них ме­ха­низ­мов для син­те­за бел­ков и про­изводства энер­гии. Ра­нее счи­та­лось, что В. мо­гут раз­мно­жать­ся толь­ко в жи­вых клет­ках (что обыч­но и име­ет ме­сто), и это свой­ст­во вхо­ди­ло в их на­уч. оп­ре­де­ле­ние. Сей­час до­ка­за­на прин­ци­пи­аль­ная воз­мож­ность раз­мно­же­ния не­ко­то­рых В. и в раз­ру­шен­ных клет­ках, но, не­смот­ря на это, счи­та­ет­ся, что В. – об­ли­гат­ные (без­ус­лов­ные) внут­ри­кле­точ­ные па­ра­зи­ты.

Строение вирусов

Схемы строения представителей некоторых семейств вирусов. РНК-содержащие вирусы: 1 – гиповирус; 2 – реовирус; 3 – рабдовирус; 4 – парамиксовирус; 5 – клостеровирус; 6 &nd...

Ви­рус­ные час­ти­цы, или ви­рио­ны, мо­гут иметь сфе­ри­че­скую, ни­те­вид­ную, па­лоч­ко­вид­ную и бо­лее слож­ные фор­мы. Од­ни В. (их ино­гда на­зы­ва­ют про­сты­ми) пред­став­ле­ны толь­ко нук­лео­кап­си­дом – ге­но­мом В., за­клю­чён­ным в бел­ко­вую обо­лоч­ку (кап­сид), обыч­но по­стро­ен­ную из мно­же­ст­ва мо­ле­кул бел­ка од­но­го и то­го же или раз­ных ти­пов, уло­жен­ных по за­ко­но­мер­но­стям ку­би­че­ской или спи­раль­ной сим­мет­рии. У дру­гих (слож­ных) В. нук­лео­кап­сид ок­ру­жён на­руж­ной обо­лоч­кой (мем­бра­ной), обыч­но со­стоя­щей из ли­пи­дов с вкра­п­ле­ния­ми бел­ков и гли­ко­про­теи­нов. Ге­ном В. пред­став­лен ли­бо мо­ле­ку­лой ДНК (ДНК-со­дер­жа­щие В.), ли­бо од­ной или не­сколь­ки­ми мо­ле­ку­ла­ми РНК (РНК-со­дер­жа­щие В.), при­чём у раз­ных В. эти мо­ле­ку­лы мо­гут быть од­но­ни­те­вы­ми или дву­ни­те­вы­ми, ли­ней­ны­ми или коль­це­вы­ми. Раз­ме­ры ге­но­ма варь­и­ру­ют обыч­но от не­сколь­ких ты­сяч до 30 тыс. нук­лео­ти­дов у РНК-со­дер­жа­щих В. и до не­сколь­ких со­тен ты­сяч нук­лео­ти­дов у ДНК-со­дер­жа­щих. Са­мые мел­кие ге­но­мы име­ют все­го неск. ге­нов, ко­то­рые ко­ди­ру­ют бе­лок (бел­ки) ви­рус­ной обо­лоч­ки и не­ко­то­рые фер­мен­ты, при­ни­маю­щие уча­стие в син­те­зе ви­рус­ных нук­леи­но­вых ки­слот. В бо­лее круп­ных ге­но­мах (осо­бен­но у ДНК-со­дер­жа­щих В.) за­ко­ди­ро­ва­на до­пол­ни­тель­ная ин­фор­ма­ция, не все­гда обя­за­тель­ная для со­хра­не­ния жиз­не­спо­соб­но­сти В., но обес­пе­чи­ваю­щая их бо­лее эф­фек­тив­ное и не­за­ви­си­мое от внут­ри­кле­точ­ных ус­ло­вий раз­мно­же­ние. Напр., в ДНК-ге­но­ме ми­ми­ви­ру­са, по­ра­жаю­ще­го амёб, за­клю­че­но ок. 1200 ге­нов, т. е. боль­ше, чем в ДНК не­ко­то­рых па­ра­зи­тич. мик­ро­ор­га­низ­мов. Су­ще­ст­ву­ют т. н. дефектные В. (напр., В. ге­па­ти­та дель­та), ко­то­рых на­зы­ва­ют па­ра­зи­та­ми «вдвой­не»; у них на­ру­ше­ны те или иные сис­те­мы ре­про­дук­ции, по­это­му для об­ра­зо­ва­ния по­том­ст­ва им тре­бу­ет­ся не толь­ко внут­ри­кле­точ­ная сре­да, но и по­мощь со сто­ро­ны др. пол­но­цен­но­го В. (в дан­ном слу­чае – В. ге­па­ти­та B). Для не­ко­то­рых пар­во­ви­ру­сов в ка­че­ст­ве по­мощ­ни­ка вы­сту­па­ют аде­но­ви­ру­сы. В. мо­гут по­ра­жать все жи­вые ор­га­низ­мы. В. бак­те­рий на­зы­ва­ют бак­те­рио­фа­га­ми (фа­га­ми). Опи­са­но неск. ты­сяч В. Их от­но­сят к де­сят­кам се­мейств, сре­ди ко­то­рых вы­де­ля­ют ро­ды и ви­ды.

Размножение вирусов

Раз­мно­же­ние ви­ру­сов про­те­ка­ет в неск. ста­дий. Сна­ча­ла В. при­кре­п­ля­ет­ся к клет­ке, что обыч­но тре­бу­ет на­ли­чия хи­мич. срод­ст­ва ме­ж­ду по­верх­но­стью ви­рус­ной час­ти­цы и тем или иным ком­по­нен­том кле­точ­ной по­верх­но­сти (ре­цеп­то­ром). Это взаи­мо­дей­ст­вие весь­ма спе­ци­фич­но, что яв­ля­ет­ся од­ной из при­чин вы­со­кой из­би­ра­тель­но­сти взаи­мо­дей­ст­вия В. с клет­кой (напр., В. по­лио­мие­ли­та или В. им­му­но­де­фи­ци­та че­ло­ве­ка – ВИЧ в ес­теств. ус­ло­ви­ях ин­фек­ци­он­ны толь­ко для че­ло­ве­ка). Но есть В. и с ши­ро­ким спек­тром хо­зя­ев, за­ра­жаю­щие, напр., мле­ко­пи­таю­щих и на­се­ко­мых (так, В. кле­ще­во­го эн­це­фа­ли­та раз­мно­жа­ет­ся в ор­га­низ­ме че­ло­ве­ка и кле­ща). В клет­ки рас­те­ний В. мо­жет про­ни­кать толь­ко по­сле ме­ха­нич. по­вре­ж­де­ния (напр., на­се­ко­мы­ми) кле­точ­ной стен­ки, т. к. она слу­жит для них не­пре­одо­ли­мым барь­е­ром. По­сле взаи­мо­дей­ст­вия В. с ре­цеп­то­ром его ге­ном (в сво­бод­ном ви­де или в ком­плек­се с бел­ка­ми) про­ни­ка­ет внутрь клет­ки, где на­чи­на­ет­ся син­тез ви­рус­ных нук­леи­но­вых ки­слот и бел­ков (струк­тур­ных ком­по­нен­тов ви­рио­на, а так­же ви­рус­ных фер­мен­тов и др. мо­ле­кул, спо­соб­ст­вую­щих эф­фек­тив­но­му раз­мно­же­нию ви­ру­са бла­го­да­ря их взаи­мо­дей­ст­вию с ви­рус­ны­ми или кле­точ­ны­ми мак­ро­мо­ле­ку­ла­ми). По­сле­до­ва­тель­ность об­ра­зо­ва­ния этих двух ти­пов мо­ле­кул у раз­ных В. варь­и­ру­ет. Од­на­ко все­гда син­тез ви­рус­ных бел­ков на­прав­ля­ет­ся ви­рус­ны­ми нук­леи­но­вы­ми ки­сло­та­ми и про­ис­хо­дит на ри­бо­со­мах клет­ки. Син­тез же ви­рус­ных нук­леи­но­вых ки­слот осу­ще­ст­в­ля­ет­ся при уча­стии ли­бо ви­рус­ных, ли­бо кле­точ­ных фер­мен­тов, не­ред­ко и тех и дру­гих. За­тем ви­рус­ные нук­леи­но­вые ки­сло­ты и струк­тур­ные бел­ки объ­е­ди­ня­ют­ся с об­ра­зо­ва­ни­ем до­чер­них ви­рио­нов, ко­то­рые по­ки­да­ют клет­ку, раз­ру­шая её или со­хра­няя це­ло­ст­ность. Кле­точ­ная плаз­ма­ти­че­ская мем­бра­на со­хра­ня­ет­ся, напр., ес­ли В. по­ки­да­ет клет­ку пу­тём т. н. поч­ко­ва­ния: «не­зре­лый» ви­ри­он сна­ча­ла об­во­ла­ки­ва­ет­ся кле­точ­ной мем­бра­ной, вклю­чаю­щей не­ко­то­рые из ви­рус­ных бел­ков, за­тем «от­шну­ро­вы­ва­ет­ся», а це­ло­ст­ность кле­точ­ной мем­бра­ны вос­ста­нав­ли­ва­ет­ся. Т. о., для по­строе­ния обо­лоч­ки В. мо­гут ис­поль­зо­вать­ся кле­точ­ные ли­пи­ды и уг­ле­во­ды. Ин­фекц. про­цесс, ини­ции­ро­ван­ный од­ним ви­рио­ном, мо­жет при­во­дить к об­ра­зо­ва­нию до 10³–10⁵ до­чер­них ви­рус­ных час­тиц.

Вы­де­ля­ют неск. осн. ти­пов взаи­мо­дей­ст­вия В. и клет­ки. При про­дук­тив­ной ли­ти­че­ской ин­фек­ции за­ра­жён­ная клет­ка по­сле об­ра­зо­ва­ния ви­рус­но­го по­том­ст­ва гиб­нет. В слу­чае хро­ни­че­ской пер­си­стент­ной (стой­кой) ин­фек­ции за­ра­жён­ная клет­ка про­дол­жа­ет жить и де­лить­ся, по­сто­ян­но под­дер­жи­вая раз­мно­же­ние В., хо­тя её функ­ции мо­гут пре­тер­пе­вать не­ко­то­рые из­ме­не­ния. Та­кая ин­фек­ция мо­жет про­дол­жать­ся дли­тель­ное вре­мя без за­мет­ных внеш­них про­яв­ле­ний, не вы­зы­вая при­зна­ков за­бо­ле­ва­ния, хо­тя мо­гут иметь ме­сто оп­ре­де­лён­ные из­ме­не­ния ре­гу­ля­ции кле­точ­ных про­цес­сов. Осо­бый тип взаи­мо­дей­ст­вия с клет­кой на­блю­да­ет­ся у т. н. уме­рен­ных В., к чис­лу ко­то­рых от­но­сят­ся бак­те­рио­фаг лям­бда и ряд В. че­ло­ве­ка и жи­вот­ных (напр., ВИЧ). Их ге­ном ко­ва­лент­но встраи­ва­ет­ся (ин­тег­ри­ру­ет­ся) в кле­точ­ную хро­мо­со­му, пре­вра­ща­ясь в эле­мент кле­точ­но­го ге­но­ма, и те­ря­ет спо­соб­ность к ав­то­ном­ной ре­п­ли­ка­ции. В та­ком со­стоя­нии В. на­зы­ва­ют про­ви­ру­сом, а бак­те­рио­фаг – про­фа­гом. У уме­рен­ных РНК-со­дер­жа­щих ви­ру­сов (рет­ро­ви­ру­сы) ге­ном пред­ва­ри­тель­но пе­ре­хо­дит в ДНК-фор­му. Экс­прес­сия ви­рус­ных ге­нов про­ис­хо­дит так же, как и у ге­нов клет­ки, а ко­ди­руе­мые ими бел­ки мо­гут вли­ять на свой­ст­ва клет­ки, напр. на ре­гу­ля­цию её де­ле­ния. В не­ко­то­рых слу­ча­ях встраи­ва­ние ви­рус­но­го ге­но­ма в ге­ном клет­ки мо­жет при­во­дить к поч­ти пол­но­му уг­нете­нию экс­прес­сии кле­точ­ных ге­нов. При этом клет­ка со­хра­ня­ет жиз­не­спо­соб­ность, но её свой­ст­ва мо­гут су­ще­ст­вен­но ме­нять­ся (напр., мо­жет про­изой­ти её зло­ка­че­ст­вен­ная транс­фор­ма­ция). Па­то­ло­гич. из­ме­не­ния клет­ки мо­гут быть так­же свя­за­ны с уг­не­те­ни­ем син­те­за РНК и кле­точ­ных бел­ков, на­ру­ше­ни­ем мем­бран­ной про­ни­цае­мо­сти и др. про­цес­са­ми, за­кан­чи­ваю­щи­ми­ся во мн. слу­ча­ях смер­тью клет­ки (ци­то­па­ти­че­ский эф­фект).

В клет­ке и в це­лом ор­га­низ­ме су­ще­ст­ву­ют ме­ха­низ­мы, пре­пят­ст­вую­щие раз­мно­же­нию В. и раз­ви­тию ви­рус-ин­ду­ци­ро­ван­ной па­то­ло­гии, в т. ч. вро­ж­дён­ный (напр., ин­дук­ция ин­тер­фе­ро­нов) и при­об­ре­тён­ный (напр., об­ра­зо­ва­ние анти­тел) им­му­ни­тет. В свою оче­редь, мн. В. рас­по­ла­га­ют ме­ха­низ­ма­ми, про­ти­во­дей­ст­вую­щи­ми кле­точ­ной за­щи­те. Так, не­ко­то­рые В. по­дав­ля­ют сек­ре­цию ин­тер­фе­ро­на за­ра­жён­ной клет­кой, об­лег­чая тем са­мым за­ра­же­ние со­сед­них кле­ток ви­рус­ным по­том­ст­вом. Ис­ход ин­фек­ции и судь­ба за­ра­жён­ной клет­ки и ор­га­низ­ма за­ви­сят от ба­лан­са про­ти­во­по­лож­но на­прав­лен­ных ак­тив­но­стей В. и клет­ки. По­ра­же­ние кле­ток в за­ра­жён­ном ор­га­низ­ме ве­дёт к на­ру­ше­нию ра­бо­ты со­от­вет­ст­вую­щих ор­га­нов и тка­ней, про­яв­ляю­щих­ся в ви­де ви­рус­ных за­бо­ле­ва­ний. Не­ко­то­рые из них име­ют ха­рак­тер мас­со­вых эпи­де­мий и да­же пан­де­мий и мо­гут со­про­во­ж­дать­ся зна­чи­тель­ной смерт­но­стью (в т. ч. СПИД, грипп, ящур и др.). Важ­ней­шим сред­ст­вом про­фи­лак­ти­ки ви­рус­ных за­бо­ле­ва­ний яв­ля­ет­ся спе­ци­фи­че­ская вак­ци­на­ция.

Генетическая изменчивость вирусов, их эволюция

Из­мен­чи­вость В. объ­яс­ня­ет их спо­соб­ность «ухо­дить» от им­мун­но­го от­ве­та за­ра­жён­но­го им ор­га­низ­ма (напр., в слу­чае В. грип­па) и лег­ко об­ра­зо­вы­вать ва­ри­ан­ты, ре­зи­стент­ные к ле­кар­ст­вен­ным пре­па­ра­там. Ре­зуль­та­том из­мен­чи­во­сти мо­жет быть так­же при­об­ре­те­ние спо­соб­но­сти вы­зы­вать за­бо­ле­ва­ния че­ло­ве­ка В., ра­нее па­то­ген­ны­ми толь­ко для жи­вот­ных. Не­ред­ко об­на­ру­жи­ва­ет­ся яв­ное род­ст­во ме­ж­ду отд. бел­ка­ми (напр., фер­мен­та­ми, осу­ще­ст­вляю­щи­ми син­тез нук­леи­но­вых ки­слот) у В., ко­то­рые, на пер­вый взгляд, не име­ют ме­ж­ду со­бой ни­че­го об­ще­го. В ря­де слу­ча­ев за­мет­но сход­ст­во ме­ж­ду ви­рус­ны­ми и кле­точ­ны­ми бел­ка­ми. Из это­го сле­ду­ет, что в хо­де эво­лю­ции про­ис­хо­дил (и, по-ви­ди­мо­му, про­ис­хо­дит) об­мен ге­не­тич. ин­фор­ма­ци­ей как ме­ж­ду раз­ны­ми В., так и ме­ж­ду В. и кле­точ­ны­ми ор­га­низ­ма­ми. Яр­ким при­ме­ром яв­ле­ния транс­дук­ции – спо­соб­но­сти В. пе­ре­но­сить ге­ны или их фраг­мен­ты от од­но­го ор­га­низ­ма к дру­го­му – мо­жет слу­жить бак­те­рия диф­те­рий­ная па­лоч­ка, ко­то­рая на­чи­на­ет вы­ра­ба­ты­вать то­ксин толь­ко по­сле за­ра­же­ния её оп­ре­де­лён­ным фа­гом. Та­кой пе­ре­нос ге­нов (его на­зы­ва­ют го­ри­зон­таль­ным) пы­та­ют­ся ис­поль­зо­вать для ген­ной те­ра­пии пу­тём соз­да­ния на ос­но­ве В. ис­кусств. кон­струк­ций – век­то­ров, спо­соб­ных вво­дить в за­ра­жае­мую клет­ку здо­ро­вые или кор­рек­ти­рую­щие ге­ны.

Осо­бую ка­те­го­рию со­став­ля­ют т. н. эн­до­ген­ные В. Их ге­ном в ви­де дву­ни­те­вой ДНК, со­от­вет­ст­вую­щей ге­но­му рет­ро­ви­ру­сов, по­сто­ян­но на­хо­дит­ся в со­ста­ве кле­точ­ной хро­мо­со­мы и функ­цио­ни­ру­ет как на­бор кле­точ­ных ге­нов. Эн­до­ген­ные В. мо­гут быть пол­но­цен­ны­ми, и то­гда их экс­прес­сия при­во­дит к об­ра­зо­ва­нию В., спо­соб­но­го за­ра­жать др. клет­ки (напр., В. ра­ка мо­лоч­ных же­лёз мы­шей). В боль­шин­ст­ве слу­ча­ев, од­на­ко, эн­до­ген­ные В. име­ют де­фект­ный ге­ном, в ко­то­ром не­ко­то­рые ви­рус­ные ге­ны от­сут­ст­ву­ют или по­вре­ж­де­ны. Ге­не­тич. ма­те­ри­ал раз­но­об­раз­ных эн­до­ген­ных В. со­став­ля­ет весь­ма зна­чи­тель­ную до­лю хро­мо­сом­ной ДНК жи­вот­ных, в т. ч. че­ло­ве­ка. Они об­на­ру­же­ны и у рас­те­ний. Счи­та­ет­ся, что эн­до­ген­ные В. воз­ник­ли в ре­зуль­та­те за­ра­же­ния по­ло­вых кле­ток и по­сле­дую­щей ин­те­гра­ции ви­рус­ной и кле­точ­ной ДНК. Та­кое за­ра­же­ние в про­цес­се эво­лю­ции мог­ло про­ис­хо­дить мно­го­крат­но, и мно­гие эн­до­ген­ные В. счи­та­ют­ся весь­ма древ­ни­ми.

Вви­ду ог­ром­но­го раз­но­об­ра­зия В. по­строе­ние их эво­лю­ци­он­но­го «дре­ва» весь­ма за­труд­не­но. Сре­ди мн. пред­по­ло­же­ний о про­ис­хо­ж­де­нии В. наи­боль­ше­го вни­ма­ния за­слу­жи­ва­ют два: или они воз­ник­ли из обо­со­бив­ших­ся («оди­чав­ших») эле­мен­тов кле­точ­но­го ге­но­ма, или в ка­кой-то фор­ме су­ще­ст­во­ва­ли уже на до­кле­точ­ной ста­дии био­ло­гич. эво­лю­ции.

В. сыг­ра­ли и про­дол­жа­ют иг­рать вы­даю­щую­ся роль как удоб­ные мо­дель­ные объ­ек­ты для изу­че­ния об­щих за­ко­но­мер­но­стей мо­ле­ку­ляр­ной био­ло­гии. Имен­но при изу­че­нии В. бы­ли рас­шиф­ро­ва­ны важ­ней­шие за­ко­но­мер­но­сти син­те­за бел­ков и нук­леи­но­вых ки­слот и ре­гу­ля­ции этих про­цес­сов, сфор­му­ли­ро­ва­ны мн. по­ня­тия мо­ле­ку­ляр­ной био­ло­гии и мо­ле­ку­ляр­ной ге­не­ти­ки. См. так­же ст. Ви­ру­со­ло­гия и лит. при ней.