Какое строение имеют вирусы

Что такое вирус

Не может реплицироваться самостоятельно; вместо этого он должен заражать клетки и использовать компоненты клетки-хозяина для создания своих копий. Небольшие вирусы, например вирус полиомиелита и вирус табачной мозаики, могут даже кристаллизоваться. Часто вирус убивает клетку-хозяина, нанося вред организму-хозяину. Известные примеры вирусов, вызывающих заболевания человека, включают СПИД, COVID-19, корь и оспу. Вирусы, заражающие человека, — это лишь малая часть всех вирусов, которые встречаются в мире. Наибольшее количество вирусов — это те, которые заражают бактерии и иногда называются фагами. У них много общих свойств, но они гораздо более многочисленны.

Вирусы распространяются (передаются) различными способами. Они могут быть:

1. Проглочены.
2. Вдыхаемыми.
3. Распространяться через укусы насекомых, таких как комары, некоторые кусачие мухи или клещи.
4. Распространяется при переливании зараженной крови.
5. Распространяться половым путем (при инфекциях, передающихся половым путем).
6. Распространяются врожденно во время беременности.
7. Новые человеческие вирусы иногда развиваются из вирусов, которые обычно поражают животных (например, SARS-CoV и SARS-CoV-2). Это происходит, когда инфицированное животное-хозяин вступает в тесный контакт с восприимчивым человеком.

Многие вирусы, которые раньше были распространены лишь в нескольких частях света, теперь могут находиться повсеместно. К ним относятся вирус чикунгуньи, вирус геморрагической лихорадки Крым-Конго, вирус японского энцефалита, вирус лихорадки долины Рифт, вирус лихорадки Западного Нила, вирус реки Росс, вирус Зика и вирус лупинговой болезни. Эти вирусы распространяются отчасти потому, что в результате изменения климата стало больше мест, где могут обитать комары или клещи, распространяющие эти вирусы. Кроме того, путешественники могут заразиться, затем вернуться домой и быть укушенными комарами, которые передают вирус другим людям.

Вирусы используются в биотехнологических исследованиях, поскольку они обладают свойствами живых и неживых организмов. Они могут быть как полезными, так и вредными. Бактериофаг можно использовать для консервирования воды, поскольку он способен уничтожать микробы и сохранять свежесть жидкости.

Особенности строения

Все вирусы слишком малы, чтобы увидеть их без сильного микроскопа. Если измерить их под микроскопом, то большинство из них имеют размер от 20 до 400 нанометров. Для сравнения: самые маленькие вирусы примерно в 2000 раз меньше песчинки. Они примерно в 100-1000 раз меньше клеток человеческого тела. Примерно 500 миллионов риновирусов (которые вызывают простуду) могут уместиться на булавке. Но их размеры могут сильно варьироваться. Например, вирус кори примерно в пять раз больше вируса Зика. Вирусы также имеют разную массу (молекулярный вес).

Эти агенты могут сильно отличаться друг от друга. Ученые часто описывают их по форме. Типы форм вирусов включают:

1. Икосаэдрическая или многогранная. Это геометрическая форма с множеством сторон, похожая на футбольный мяч. Большинство вирусов, заражающих людей, имеют икосаэдрическую форму.
2. Спиралевидная форма вируса похожа на цилиндр. Его генетическая информация свернута внутри, как пружина.
3. Сферические — это спиралевидные или многогранные вирусы, которые имеют оболочку вокруг себя. По форме они напоминают шар.
4. Сложные сочетают в себе более одной формы. Вирусы, заражающие бактерии, имеют многогранную головку, соединенную со спиралевидным телом.

Простые вирусы

Источник: oborudka.ru

Полностью собранный инфекционный вирус называется вирионом. Простейшие вирионы состоят из двух основных компонентов:

• генома — нуклеиновой кислоты (одно- или двухцепочечной РНК или ДНК);
• белковой оболочки — капсида, который служит оболочкой для защиты вирусного генома от нуклеаз и прикрепляет вирион к специфическим рецепторам, расположенным на клетке потенциального хозяина.

Капсидные белки кодируются геномом вируса. Из-за своего ограниченного размера геном кодирует лишь несколько структурных белков (помимо неструктурных регуляторных белков, участвующих в репликации вируса). Капсиды формируются в виде одно- или двухбелковых оболочек и состоят только из одного или нескольких видов структурных белков. Поэтому для формирования непрерывной трехмерной капсидной структуры требуется самосборка нескольких белковых копий.

Самосборка вирусных капсидов происходит по двум основным схемам: спиральная симметрия, при которой белковые субъединицы и нуклеиновая кислота располагаются в виде спирали, и икосаэдрическая симметрия, при которой белковые субъединицы собираются в симметричную оболочку, покрывающую содержащее нуклеиновую кислоту ядро.

Сложные вирусы

Имеют помимо генома и капсида дополнительную оболочку, называемую суперкапсидом, которая обычно частично происходит от модифицированных мембран клеток-хозяев.

Вирусные оболочки состоят из липидного бислоя, который плотно окружает оболочку из закодированных вирусом мембранно-ассоциированных белков. Внешняя часть бислоя усеяна закодированными вирусом гликозилированными (транс-) мембранными белками. Поэтому оболочечные вирусы часто имеют бахрому из гликопротеиновых шипов или бугорков, также называемых пепломерами. У вирусов, которые приобретают свою оболочку путем прорастания через плазматическую или другую внутриклеточную мембрану, липидный состав вирусной оболочки в точности отражает состав мембраны конкретного хозяина.

Внешний капсид и белки оболочки вирусов гликозилированы и играют важную роль в определении круга хозяев и антигенного состава вириона. Помимо белков оболочки, специфичных для вирусов, почкующиеся вирусы несут также некоторые белки клетки хозяина в качестве неотъемлемых компонентов вирусной оболочки. Вирусные оболочки можно рассматривать как дополнительный защитный слой. Крупные вирусы часто имеют сложную архитектуру, состоящую как из спиральных, так и изометрических симметрий, присущих различным структурным компонентам. Малые вирусы, например, вирус гепатита В или представители семейства пикорнавирусов или парвовирусов, на порядки более устойчивы, чем более крупные сложные вирусы, например, представители семейств герпеса или ретровирусов.

Схемы

 

Источник: biomolecula.ru

Жизненный цикл вируса можно разделить на следующие этапы: прикрепление, проникновение, снятие оболочки, экспрессия генов и репликация, сборка и высвобождение. Вирусный капсид (синий) и геном (красный).

Источник: old.bigenc.ru

РНК-содержащие вирусы: 1 – гиповирус; 2 – реовирус; 3 – рабдовирус; 4 – парамиксовирус; 5 – клостеровирус; 6 – коронавирус; 7 – ретровирус. ДНК-содержащие вирусы: 8 – плазмавирус; 9 – миовирус; 10 – иридовирус; 11 – бакуловирус; 12 – асковирус; 13 – поксвирус; 14 – аденовирус; 15 – иновирус.

Спиральная структура жесткого стержня вируса табачной мозаики

Источник: ncbi.nlm.nih.gov

При репликации вирусов со спиральной симметрией идентичные белковые субъединицы (протомеры) самособираются в спиральный массив, окружающий нуклеиновую кислоту, которая движется по аналогичной спирали. Такие нуклеокапсиды образуют жесткие, сильно вытянутые стержни или гибкие нити; в любом случае детали капсидной структуры часто различимы при электронной микроскопии. Помимо классификации на гибкие и жесткие, а также на голые и оболочечные, спиральные нуклеокапсиды характеризуются длиной, шириной, шагом спирали и количеством протомеров на виток спирали.

Аденовирус после электронной микроскопии с отрицательным пятном (слева)

 

Источник: ncbi.nlm.nih.gov

Икосаэдр — это многогранник с 20 равносторонними треугольными гранями и 12 вершинами. Линии, проходящие через противоположные вершины, определяют оси пятикратной вращательной симметрии: все структурные особенности многогранника повторяются пять раз в течение каждых 360° вращения вокруг любой из пяти осей. Линии, проходящие через центры противоположных треугольных граней, образуют оси трехкратной вращательной симметрии; оси двукратной вращательной симметрии образуются линиями, проходящими через середины противоположных граней.