Η πολιομυελίτιδα, η λύσσα, η ευλογιά, ο έρπης, το σύνδρομο επίκτητης ανθρώπινης ανοσοανεπάρκειας είναι γνωστές σε όλους ασθένειες που προκαλούνται από πολύ συγκεκριμένα παθογόνα. Οργανισμοί που βρίσκονται στα όρια μεταξύ ζώντων και μη, υποχρεωτικών (υποχρεωτικών) κυτταρικών παρασίτων - ιών. Η μορφολογία, η φυσιολογία και η ίδια τους η ύπαρξη στον πλανήτη εγείρει πολλά ερωτήματα σήμερα.
Ιολογία: Ξεκινώντας
Η σκηνή είναι το εργαστήριο του Βοτανικού Κήπου Nikitsky στη Ρωσική Ακαδημία Επιστημών, όπου ο βιολόγος Dmitry Iosifovich Ivanovsky (1864-1920) μελετά τη μυστηριώδη ασθένεια μωσαϊκού του καπνού. Ο αιτιολογικός παράγοντας μιας ασθένειας σε ένα φυτό διέρχεται από τα μικρότερα βακτηριακά φίλτρα, δεν αναπτύσσεται σε θρεπτικά μέσα και δεν δίνει συμπτώματα όταν τα υγιή φυτά μολύνονται με διηθήματα από άρρωστα.
Ήταν τότε, το 1892, που ο επιστήμονας κατέληξε στο συμπέρασμα ότι δεν ήταν βακτήρια. Και αποκαλεί τους παθογόνους ιούς (από τον λατινικό ιό,- ΕΓΩ). Ο Ντμίτρι Ιβανόφσκι προσπάθησε όλη του τη ζωή να δει ιούς, αλλά είδαμε τη μορφολογία των ιών στη δεκαετία του '30 του ΧΧ αιώνα, όταν εφευρέθηκαν τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια.
Αλλά αυτή ακριβώς η ημερομηνία θεωρείται η αρχή της επιστήμης της ιολογίας και ο Ντμίτρι Ιβανόφσκι είναι ο ιδρυτής της.
Καταπληκτικό Βασίλειο
Η μορφολογία και η φυσιολογία των ιών είναι τόσο εκπληκτικές που αυτοί οι οργανισμοί απομονώνονται σε ένα ανεξάρτητο βασίλειο της Vira. Αυτή η απλούστερη μορφή ζωής έχει μικροσκοπικές διαστάσεις (από 25 έως 250 νανόμετρα) και είναι ένα νουκλεϊκό οξύ με ένα σύνολο γονιδίων που περικλείονται σε ένα κέλυφος. Αυτά είναι παράσιτα που μπορούν να αναπαραχθούν μόνο στα κύτταρα άλλων ζωντανών οργανισμών - φυτών, μυκήτων, ζώων, βακτηρίων, ακόμη και άλλων ιών (δορυφορικοί ιοί).
Τα διακριτικά χαρακτηριστικά των ιών είναι τα εξής:
- Περιέχουν μόνο έναν τύπο νουκλεϊκού οξέος (RNA ή DNA).
- Η μορφολογία των ιών στερείται συστημάτων πρωτεϊνοσύνθεσης και ενέργειας.
- Δεν έχουν κυτταρική δομή.
- Ο παρασιτισμός από ιούς πραγματοποιείται σε γενετικό επίπεδο.
- Περνούν μέσα από βακτηριακά φίλτρα και δεν καλλιεργούνται σε τεχνητά μέσα.
Μέρος του οργανικού κόσμου του πλανήτη
Οι ιοί, ως υποχρεωτικά παράσιτα, έχουν σαφή γενετική σύνδεση με εκπροσώπους τόσο της χλωρίδας όσο και της πανίδας της Γης. Επιπλέον, σύμφωνα με πρόσφατες μελέτες, το 32% του ανθρώπινου γονιδιώματος αποτελείται από στοιχεία ενός ιούδομές.
Μέχρι σήμερα έχουν περιγραφεί περισσότεροι από 6.000 ιοί, αλλά υπολογίζεται ότι υπάρχουν περισσότεροι από εκατό εκατομμύρια. Αυτή είναι η πιο πολυάριθμη βιολογική μορφή στον πλανήτη και αντιπροσωπεύεται σε όλα τα οικοσυστήματα (πανταχού παρούσα (πανταχού παρούσα) κατανομή).
Η εμφάνισή τους στον πλανήτη σήμερα δεν είναι ξεκάθαρη. Ένα πράγμα είναι γνωστό - όταν εμφανίστηκαν οι πρώτες μορφές κυτταρικής ζωής, οι ιοί υπήρχαν ήδη.
Ζωντανός και όχι ζωντανός
Αυτοί οι καταπληκτικοί οργανισμοί έχουν δύο μορφές ύπαρξής τους, οι οποίες διαφέρουν σημαντικά μεταξύ τους.
Έξω από το κύτταρο, η μορφή της ύπαρξής τους είναι το virion. Όταν εισέρχεται σε ένα κύτταρο, τα κελύφη του διαλύονται και τα νουκλεϊκά οξέα του ιού ενσωματώνονται στο γενετικό υλικό του ξενιστή. Τότε μιλάμε για ιογενή λοίμωξη. Το γονιδίωμα του ιού ενσωματώνεται στους φυσικούς μηχανισμούς αντιγραφής του γονιδιώματος του κυττάρου ξενιστή και ξεκινά μια αλυσίδα αντιδράσεων, πραγματοποιώντας την παρασιτική του ύπαρξη.
Το Virion είναι ουσιαστικά ένα άψυχο μέρος της ζωής. Και το γονιδίωμα ενός ιού σε ένα κύτταρο είναι το ζωντανό συστατικό του, γιατί εκεί αναπαράγονται οι ιοί.
Μορφολογία και υπερδομή των ιών
Σε αυτό το πλαίσιο, μιλάμε για ένα ιοσωμάτιο - μια εξωκυτταρική μορφή.
Το μέγεθος των ιοσωμάτων μετριέται σε νανόμετρα - 10-9 μέτρα. Οι ιοί της γρίπης είναι μεσαίου μεγέθους - 80-120 νανόμετρα και ο ιός της ευλογιάς είναι ένας γίγαντας με διαστάσεις 400 νανόμετρα.
Η δομή και η μορφολογία των ιών είναι παρόμοια με τους αστροναύτες. Μέσα στο καψίδιο (πρωτεΐνη επίστρωση, μερικές φορέςπου περιέχει λίπη και υδατάνθρακες), όπως σε μια «διαστημική στολή», είναι το πιο πολύτιμο μέρος - τα νουκλεϊκά οξέα, το γονιδίωμα του ιού. Επιπλέον, αυτός ο «κοσμοναύτης» παρουσιάζεται επίσης σε ελάχιστη ποσότητα - μόνο άμεσα κληρονομικό υλικό και ελάχιστα ένζυμα για την αντιγραφή του (αντιγραφή).
Εξωτερικά, το "κοστούμι" μπορεί να έχει σχήμα ράβδου, σφαιρικό, σχήματος σφαίρας, με τη μορφή σύνθετου εικοσάεδρου ή καθόλου κανονικό σχήμα. Εξαρτάται από την παρουσία στο καψίδιο συγκεκριμένων πρωτεϊνών που είναι υπεύθυνες για τη διείσδυση του ιού στο κύτταρο.
Πώς το παθογόνο εισέρχεται στο σώμα του ξενιστή
Υπάρχουν πολλοί τρόποι διείσδυσης, αλλά ο πιο συνηθισμένος είναι ο αερομεταφερόμενος. Μυριάδες μικροσκοπικά σωματίδια εκτοξεύονται στο διάστημα όχι μόνο όταν βήχουμε ή φτερνιζόμαστε, αλλά απλά όταν αναπνέουμε.
Ένας άλλος τρόπος για να εισέλθουν τα ιοσωμάτια στο σώμα είναι ο μεταδοτικός (άμεση σωματική επαφή). Αυτή η μέθοδος είναι εγγενής σε μια αρκετά μικρή ομάδα παθογόνων, έτσι μεταδίδονται ο έρπης, οι αφροδίσιες λοιμώξεις, το AIDS.
Η μέθοδος μόλυνσης μέσω ενός φορέα, που μπορεί να είναι διαφορετικές ομάδες οργανισμών, είναι αρκετά περίπλοκη. Ένας φορέας που έχει αποκτήσει ένα παθογόνο από μια δεξαμενή μόλυνσης γίνεται μια θέση αναπαραγωγής ή προόδου των ιών στα αναπτυξιακά στάδια. Ο ιός της λύσσας είναι ακριβώς ένα τέτοιο παθογόνο.
Τι συμβαίνει στο σώμα του οικοδεσπότη
Με τη βοήθεια εξωτερικών πρωτεϊνών του καψιδίου, ο ιός προσκολλάται στην κυτταρική μεμβράνη και διεισδύει μέσω της ενδοκυττάρωσης. Αυτοί είναιμπαίνουν στα λυσοσώματα, όπου, υπό τη δράση των ενζύμων, απαλλάσσονται από τη «διαστημική στολή». Και τα νουκλεϊκά οξέα του παθογόνου εισέρχονται στον πυρήνα ή παραμένουν στο κυτταρόπλασμα.
Τα νουκλεϊκά οξέα του παθογόνου είναι ενσωματωμένα στις αλυσίδες των νουκλεϊκών οξέων του ξενιστή και ξεκινά η αντίδραση αντιγραφής (αντιγραφής) κληρονομικών πληροφοριών. Όταν ένας επαρκής αριθμός ιικών σωματιδίων συσσωρεύεται στο κύτταρο, τα ιοσωμάτια χρησιμοποιούν την ενέργεια και τους πλαστικούς μηχανισμούς και πόρους του ξενιστή.
Το τελευταίο στάδιο είναι η απελευθέρωση ιοσωμάτων από το κύτταρο. Ορισμένοι ιοί οδηγούν σε πλήρη καταστροφή των κυττάρων και εισέρχονται στον μεσοκυττάριο χώρο, άλλοι εισέρχονται σε αυτόν μέσω εξωκυττάρωσης ή εκβλάστησης.
Στρατηγικές παθογόνων
Η αλληλεπίδραση μεταξύ ενός ιού και ενός κυττάρου ξενιστή μπορεί να αναπτυχθεί σύμφωνα με διάφορα σενάρια. Το κύριο χαρακτηριστικό του οποίου είναι ο βαθμός αυτονομίας του παρασίτου.
Δομή Η μορφολογία των ιών οδηγεί στην πλήρη εξάρτηση του παθογόνου από την ενέργεια και το δυναμικό πρωτεϊνοσύνθεσης του κυττάρου, η μόνη προϋπόθεση είναι να αναπαράγει τα νουκλεϊκά οξέα του σύμφωνα με το δικό του πρόγραμμα. Μια τέτοια αλληλεπίδραση ονομάζεται παραγωγική (είναι φυσικό για έναν ιό, αλλά όχι για ένα κύτταρο). Έχοντας εξαντλήσει την παροχή του κυττάρου, ο ιός οδηγεί στο θάνατό του.
Ένας άλλος τύπος αλληλεπίδρασης είναι η συναινετική. Σε αυτή την περίπτωση, το γονιδίωμα του ιού, ενσωματωμένο στο γονιδίωμα του ξενιστή, αντιγράφεται ομοιοπολικά με τα νουκλεϊκά οξέα του ίδιου του κυττάρου. Και τότε η εξέλιξη του σεναρίου μπορεί να πάει σε δύο κατευθύνσεις. Ο ιός συμπεριφέρεται αθόρυβα και δεν εκδηλώνεται. Φεύγουν νέοι βιριόνκύτταρο μόνο υπό ορισμένες προϋποθέσεις. Ή τα γονίδια του παθογόνου λειτουργούν συνεχώς, παράγοντας μεγάλο αριθμό νέων γενεών, αλλά το κύτταρο δεν πεθαίνει, αλλά το αφήνουν μέσω εξωκυττάρωσης.
Δυσκολίες στην ταξινόμηση
Η ταξινόμηση και η μορφολογία των ιών είναι διαφορετική σε διάφορες πηγές. Ταυτόχρονα, χρησιμοποιούνται τα ακόλουθα χαρακτηριστικά για την ταξινόμησή τους:
- Τύπος νουκλεϊκού οξέος (που περιέχει RNA και περιέχει DNA) και η μέθοδος αντιγραφής του. Η πιο κοινή ταξινόμηση των ιών που προτάθηκε από τον Αμερικανό ιολόγο David B altimore το 1971.
- Μορφολογία και δομή του ιού (μονόκλωνος, δίκλωνος, γραμμικός, κυκλικός, κατακερματισμένος, μη κατακερματισμένος).
- Διαστάσεις, τύπος συμμετρίας, αριθμός καψομερών.
- Παρουσία υπερκαψιδίου (εξωτερικό κέλυφος).
- Αντιγονικές ιδιότητες.
- Τύπος γενετικής αλληλεπίδρασης.
- Κύκλος πιθανών οικοδεσποτών.
- Εντοπισμός στο κύτταρο ξενιστή - στον πυρήνα ή στο κυτταρόπλασμα.
Είναι η επιλογή του κύριου κριτηρίου και της μορφολογίας των ιών που καθορίζει διάφορες προσεγγίσεις για την ταξινόμηση των ιών στη μικροβιολογία. Δεν είναι αρκετά εύκολο. Η δυσκολία έγκειται στο γεγονός ότι αρχίζουμε να μελετάμε τη μορφολογία και τη δομή του ιού μόνο όταν οδηγούν σε παθολογικές διεργασίες.
Επιλεκτικό και όχι τόσο καλό
Από επιλογή ξενιστή, αυτά τα παθογόνα είναι εξαιρετικά διαφορετικά στις προτιμήσεις τους. Κάποιοι επιτίθενται μόνο σε ένα βιολογικό είδος – έχουν πολύ αυστηρή «καταγραφή». Για παράδειγμα, φάτειούς γρίπης γατών, γλάρων, χοίρων, που είναι απολύτως ασφαλείς για άλλα ζώα. Μερικές φορές η εξειδίκευση προκαλεί έκπληξη - ο ιός βακτηριοφάγου P-17 μολύνει μόνο τα αρσενικά μιας ποικιλίας E. coli.
Άλλοι ιοί συμπεριφέρονται αρκετά διαφορετικά. Για παράδειγμα, οι ιοί σε σχήμα σφαίρας, των οποίων η μορφολογία είναι παρόμοια με μια σφαίρα, προκαλούν εντελώς διαφορετικές ασθένειες και, ταυτόχρονα, το εύρος των ξενιστών τους είναι εξαιρετικά ευρύ. Τέτοιοι ιοί περιλαμβάνουν τον ιό της λύσσας, ο οποίος μολύνει όλα τα θηλαστικά ή τον ιό της φυσαλιδώδους στοματίτιδας των βοοειδών (που μεταδίδεται από τα έντομα, παρεμπιπτόντως).
Υπάρχουν και άλλες αποχρώσεις. Οι ιοί με ουρά (virions) προσβάλλουν κυρίως βακτηριακά κύτταρα, οι νηματοειδείς ή οι σπειροειδείς είναι παράσιτα των φυτών και στα ζωικά κύτταρα οι ιοί με πολύπλοκο καψίδιο και πολύπλευρη μορφή ιοσωμάτων είναι πιο πιθανό να παρασιτούν.
