Неклеточные формы жизни. Вирусы

1892 г.: Дмитрий Ивановский опубликовал статью о неизвестном патогене небактериальной природы, который поражает листья табака и проходит через мельчайшие поры фильтра, непроницаемые для бактерий.
1898 г.: Мартин Бейеринк независимо от Ивановского провел те же эксперименты по фильтрации экстрактов из зараженных растений табака. В дальнейшем он показал, что патоген способен репродуцироваться и распространяться в клетках хозяина, но не может быть культивирован в питательной среде подобно бактериям.
1935 г.: Уэнделл Стэнли получил первый очищенный кристаллический препарат ВТМ из зараженного растения табака
1939 г.: появились первые электронные микрофотографии ВТМ
Немного истории
ВТМ

Классификации вирусов
1. По группам организмов, клетки которых они заселяют
2. По структуре генома
ДНК-вирусы
РНК-вирусы
оцДНК
(ssDNA)
дцДНК
(dsDNA)
дцРНК
(dsRNA)
оцРНК
(ssRNA)
+оцРНК
ретро-вирусы
Вирусы растений
Вирусы животных
Вирусы бактерий
= фаги
-оцРНК
(ssRNA)
+оцРНК
(ssRNA)

— это паразитические нуклеопротеидные комплексы.
Наиболее простые вирусы имеют в своем составе одну или несколько молекул нуклеиновой кислоты: ДНК или РНК (но НЕ обе вместе) и оболочку из молекул белка – капсид. Более сложные вирусы поверх капсида покрыты липопротеиновой мембраной, сходной с мембранами клеток
Что собой представляют вирусы?
Фаг лямбда
Вирус клещевого энцефалита
С точки зрения молекулярной биологии, вирусы – это репликаторы, которые
в современном мире способны реплицировать (размножать) свой геном только внутри клеток.
Чтобы лучше понять, как они это делают, нужно вспомнить некоторые «азы» процессов матричного синтеза, проходящих в клетке

Передача генетической информации в клетке
Белок
Репликация ДНК
Трансляция
Транскрипция
Обратная транскрипция
(Фермент: ДНК-зависимая-ДНК-полимераза)
РНК
ДНК
(Фермент: ДНК-зависимая-РНК-полимераза)
(Фермент:
РНК-зависимая-ДНК-полимераза,
или обратная транскриптаза)
(Фермент: рРНК)

Передача генетической информации у вирусов
Белок
Репликация ДНК
Репликация РНК (у большинства РНК-вирусов)
Трансляция
Транскрипция
Обратная транскрипция
(Фермент: ДНК-зависимая-ДНК-полимераза)
РНК
ДНК
(Фермент: ДНК-зависимая-РНК-полимераза)
(Фермент: РНК-зависимая-РНК-полимераза,
или репликаза)
(Фермент:
РНК-зависимая-ДНК-полимераза,
или обратная транскриптаза)
(Фермент: рРНК)

Сырьё: 4 вида нуклеотидов
Энергия: нуклеотиды должны быть энергетически активированы (иметь на 5'-конце три фосфата с макроэргическими связями)
Катализаторы: белки-ферменты, т.к. без них процесс идет крайне медленно
Живая клетка – это специальная система, возникшая для создания условий репликации ДНК. В ходе обмена веществ клетка производит нуклеотиды, добывает энергию и синтезирует ферменты. Всё это делается с помощью различных белков, строение которых закодировано в генах самой молекулы-репликатора – ДНК.
По сути, клетки (и многоклеточные организмы) – это лишь аппараты, обслуживающие репликацию своей ДНК
Для размножения (репликации) ДНК, как и для синтеза РНК, необходимы:
У вирусов, в отличие от клеток, нет ничего (или почти ничего), что могло бы обеспечить их размножение: ни сырья, ни энергии, ни (за редким исключением) необходимых ферментов. Всё это вирусы получают из «приютившей» их клетки

Вирусы – живые существа или неживые саморазмножающиеся молекулы?
Чтобы ответить на этот вопрос, надо прежде всего определить, какие системы мы относим к живым.
Если считать живой систему, состоящую из биополимеров (белков и нуклеиновых кислот), способную к репликации своего генома и эволюционирующую путем мутаций и отбора – то вирусы, безусловно, живые.
Если же считать живыми только те системы, которые, наряду с перечисленным, сами способны обеспечить размножение своих геномов, добывая для этого вещества и энергию – то вирусы нельзя считать живыми существами. Как, например, мы не относим к живым системам молекулы ДНК или РНК, размножающиеся в пробирке

+оцРНК
= мРНК
Вирусы с +оцРНК-геномами – примеры:
полиовирус, вир. клещ. энцефалита, коронавирусы, ВТМ
Проникнов. в клетку
Синтез фермента РНК-завис. РНК-полимеразы (репликазы)
Репликация –РНК, а с неё обратно +РНК
Параллельно – синтез вирусных белков для капсида и оболочки
Общая схема размножения +оцРНК-вирусов
Вирусы с РНК-геномами. Варианты: +оцРНК, -оцРНК, дцРНК
Фермент репликаза закодирован в геноме вируса

Коронавирусы: строение и проникновение в клетку
S-белок наружной мембраны
S-белки
АСЕ-2 – рецептор для S-белка
Проникновение вируса в клетку путем рецептор-опосредованного эндоцитоза
оцРНК + N-белки = нуклеокапсид
Наиболее значимые для человека коронавирусы (геномы (+)ssRNA ):
SARS-CoV, вызывающ. тяжелый острый респираторный синдром (Severe acute respiratory syndrome). Эпидемия 2002–2004
MERS-CoV, вызывающ. Ближневосточный респираторный синдром (Middle East respiratory syndrome). 2012-2015
SARS-CoV-2 – сейчас. Вызывает COVID-19.

Размножение коронавирусов
4. Трансляция длинного вирусного белка на рибосомах клетки по мРНК
1. Адгезия на клет. мембране с помощью S-белка «короны»
5. Разрезание (протеолиз) длинного белка. Один из кусочков – репликаза
3. Выход мРНК из капсида
2. Проникновение вируса в клетку
(эндоцитоз)
7. Трансляция белков вируса
6. Транкрипция РНК для белков капсида
6. Репликация мРНК
вируса
8. Сборка новых вирионов
9. Выход из клетки

Вирусы с РНК-геномами, вариант +оцРНК- ретровирусы
Пример: ВИЧ
Фермент обратную транскриптазу вирус уже имеет при себе
Схема размножения включает обратную транскрипцию
1 – липопротеиновая оболочка; 2 – белковый матрикс;
3 – гликопротеин;
4 – капсид;
5 – молекула РНК, окружённая нуклеокапсидным белком;
6 – обратная транскриптаза
6
5
4
3
2
1

Вирусы с геномом дцДНК
Примеры: вирус герпеса, оспы
Особенности цикла размножения:
У эукариот происходит в ядре клетки
Фермент – ДНК-полимераза; используется либо клеточная, либо вирусная (у разных по-разному)
Строение вируса герпеса

Литический и лизогенный циклы существования вирусов
Вирулентный фаг
Умеренный фаг
Аналогичные типы стратегий размножения встречаются не только у фагов, но и у вирусов высших организмов

Три основные гипотезы:
Клеточное происхождение: вирусы – это «сбежавшие гены», которые «выпали» из клеточного генома и переключились на паразитический образ жизни
Регрессивная гипотеза: вирусы – это дегенерировавшие одноклеточные паразиты
Гипотеза доклеточного происхождения: вирусы возникли еще в РНК-мире, до появления клеток, и именно они впервые «ввели в употребление» ДНК-геном вместо РНК
Разработка гипотезы о «мире РНК», открытие новых форм вирусов и успехи в геномике делают наименее популярную в прошлом гипотезу доклеточного происхождения все более весомой. И то, что некоторые вирусные белки не обнаруживают гомологии с белками бактерий, архей и эукариот, свидетельствует об очень давнем обособлении этой группы
Происхождение вирусов