Jak se virus objevil?

24. ledna 2020, Hessen, Marburg: Virolog Sandro Halbe se dívá na elektronový mikroskop koronaviru MERS, blízkého příbuzného nového koronaviru, na počítačovém monitoru ve výzkumné laboratoři Institutu virologie na Philipps University of Marburg . Koronavirus zaměstnává také hesenské vědce. Virologové z univerzity v Marburgu se podílejí na vývoji vakcíny proti plicnímu patogenu. Foto: Arne Dedert/dpa

24. ledna 2020, Hesensko, Marburg: Virolog Sandro Halbe si prohlíží elektronový mikroskopický snímek koronaviru MERS, blízkého příbuzného nového koronaviru, na počítačovém monitoru ve výzkumné laboratoři Institutu virologie na Philipps University v Marburgu, kde vyvíjí vakcínu proti plicnímu patogenu. Foto: Arne Dedert/dpa

Živý tvor podobný programu

Virus je nebuněčná forma života, říkají biologové. Podle jiné verze, mezi vědci méně populární, je virus souborem genetických informací nebo programem obklopeným ochranným obalem.

Přítomnost genomu, dědičnost a schopnost vyvíjet se činí virus podobným tvorům sestávajícím z buněk. Ale na rozdíl od bakterií, které jsou buněčnými organismy, viry nemohou syntetizovat proteiny ani ukládat či využívat energii.

Mohou se množit pouze v hostitelské buňce s využitím jejích bílkovin a energetických zdrojů. Virus se nemůže množit sám, mimo cizí buňku.

Způsob reprodukce navíc odlišuje viry od všech ostatních živých organismů na planetě. Buňky se dělí a virus prochází „sestavením“ nebo „samoorganizací“. Když virový genom vstoupí do buňky, protein a nukleová kyselina pro novou virovou částici se vytvoří odděleně a poté se spojí.

Spontánní „sestavení“ virionů (plnohodnotných, „dospělých“ virových částic) z proteinů a RNA objevili americký biochemik Heinz Frenkel-Konrath a virolog Robley Williams. Tento proces předvedli vědecké komunitě v roce 1955.

Některé viry dokonce vstupují do buňky ve formě samostatných částic, které obsahují fragmenty genomu, uvedl virolog Viktor Ždanov ve své knize „Evoluce virů“. Takový virus projevuje své infekční vlastnosti pouze tehdy, když celá sada jeho částic vstoupí do buňky. Navíc počet těchto částic může dosáhnout až 28, jako u některých virů, které infikují hmyz.

Viry objevené díky tabáku

Buněčný model viru slintavky a kulhavky. Foto: Gennadij Popov/TASS Photo Chronicle

Za zakladatele virologie je považován ruský vědec Dmitrij Ivanovskij. V roce 1892 publikoval článek v němčině, kde hovořil o svých experimentech.

Ve snaze zjistit příčinu onemocnění tabákem filtroval šťávu z napadených rostlin přes keramický filtr určený pro bakterie. Vědec, který tímto způsobem nenašel patogenní mikroorganismy, předpokládal, že má co do činění s drobným infekčním agens, který není viditelný ve světelném mikroskopu a prochází bakteriálním filtrem.

Koncem 1898. – počátkem 1901. století se potvrdila hypotéza Dmitrije Ivanovského a následně jedna po druhé zvířecí viry (slintavka a kulhavka, 1915), lidé (žlutá zimnice, XNUMX) a bakterie ( v roce XNUMX) byly objeveny.

Viry se ale biologům podařilo spatřit až v roce 1939, a to díky elektronovému mikroskopu.

Klasifikace virů, která se ve velké míře používá dodnes, byla vyvinuta v roce 1971 americkým biologem a nositelem Nobelovy ceny Davidem Baltimorem.

Doslova za posledních 20 let učinili virologové důležité nové objevy. Středem pozornosti vědců byl zejména virom (souhrn veškerého virového genetického materiálu v určitém environmentálním objektu, například v kilogramu mořských sedimentů).

“Obří genetická síť” a “temná hmota” z virů

„Záře“ viru pod elektronovým mikroskopem. Foto: Yuri Artemenko/YAY/TASS

„Studium viromů přineslo velká překvapení,“ píše biolog Evgeniy Kunin, vedoucí výzkumník v Národním centru pro biotechnologické informace Národní lékařské knihovny USA. – První byla samotná koncentrace virových částic. Překvapivě se alespoň v mořském prostředí ukázaly viry. jako nejčastější biologická forma.“

“Druhým velkým překvapením je obrovská genetická rozmanitost viromů,” dodává. Ukázalo se, že biologický materiál odebraný vědci pro výzkum sestával hlavně ze „vzácných a jedinečných genů“ a v „nepředvídaných složeních“.

Za posledních sto let existovaly tři hlavní hypotézy o původu virů: 1) z určitých „primárních“ genetických prvků; 2) v důsledku buněčné degenerace; 3) v důsledku „úniku“ jednotlivých genových kompozic z buněk.

Na začátku XNUMX. století biologové zjistili, že většina virů obsahuje geny, které v buněčných organismech chybí. To zpochybnilo hypotézy, podle kterých viry „unikly“ z buněk nebo vznikly v důsledku jejich „degenerace“.

V posledních letech se objevil koncept „světa RNA“ nebo „virového světa“, který předcházel „světu buněk“. Odpůrci této myšlenky si kladou otázku: jak se mohl parazit objevit před hostitelem? Ale podle hypotézy Evgeniy Kunina se první viry objevily v anorganických „náhradních“ buňkách.

„Svět virů“ je gigantická genetická síť, ve které se geny vzájemně mísí a „upravují“, což vede k virovým genomům, píše vědec ve své knize „Logika náhody“. O povaze a původu biologické evoluce.“

Genetické fragmenty neznámé povahy, početně převažující ve viromech, jsou některými autory nazývány „temná hmota“. Toto je materiál pro další evoluci buněčných organismů, navrhl Vadim Agol, člen korespondenta Ruské akademie věd a Ruské akademie lékařských věd, hlavní výzkumný pracovník Institutu dětské obrny a virové encefalitidy pojmenovaného po. M.P.Chumáková.

„Geny řas získal mořský slimák“

SSSR. Moskva. června 1962 ředitel Virologického ústavu pojmenovaného po D.I. Ivanovského akademie lékařských věd SSSR Viktor Michajlovič Ždanov. Foto: Lev Porter/TASS

„Cestováním“ z jednoho hostitele na druhého jsou viry schopny přenášet genetické informace mezi zcela nepříbuznými tvory. „Díky virovému přenosu získal jeden mořský slimák geny řas a nyní, celý zelený, žije fotosyntézou,“ řekl Andrej Zhuravlev, profesor Biologické fakulty Moskevské státní univerzity, v rozhovoru pro Komsomolskaja Pravda.

Horizontální přenos genů (když je genetický materiál předán ne-potomkům) byl poprvé popsán v roce 1959. Poté vědci prokázali přenos rezistence na antibiotika mezi různými druhy bakterií, uvádí článek na populárně vědeckém webu Biomolecule.

Výměna hotových bloků genetické informace probíhá v přírodě „ve velkém“, není to nic vzácného nebo výjimečného, ​​píše Viktor Ždanov.

V tomto případě viry nejen „sdílejí“ geny mezi sebou a se svými hostiteli, ale také si vypůjčují genetickou informaci z buněk, což je typické zejména pro velké bakteriofágy.

Ale bez ohledu na to, jak intenzivně si parazit a buňka vyměňují genetickou informaci, viry vždy pocházejí z virů.

A v důsledku výměny „náhradních dílů“ mezi různými typy virů mohou vznikat nové nebezpečné formy patogenů.

Virus „učí“ mšice jíst „správný“ ječmen

Laboratorní studie komárů rodu Aedes přenášejících virus Zika. Foto: Felipe Dana/AP/TASS

„Vztahy“ virů s jejich hostiteli mohou být velmi mnohostranné. Někdy jsou paraziti dokonce prospěšní. Například existuje tráva, která roste v horkém podnebí, která se stává obzvláště odolnou vůči vysokým teplotám, pokud je infikována určitým virem.

Někdy může virus nějak ovlivnit chování svého hostitele. Mšice, které přenášejí virus žlutého zakrslíka ječmene, se raději živí infikovanými rostlinami, pokud již tento virus v těle nemají.

A pokud je virus již přítomen, pak se mšice živí zdravým ječmenem. Ukazuje se, že parazit „učí“ mšice jíst ty rostliny, které jsou potřebné pro její reprodukci.

Dlouhodobá koexistence viru s konkrétním hostitelem vede ke snížení jeho patogenity. A přechod na jiný druh by mohl virus učinit nebezpečnějším.

„Například virus chřipky je zcela neškodný pro volně žijící ptáky, koronavirus pro netopýry a HIV pro opice,“ poznamenal Vadim Agol během otevřené přednášky na Moskevské státní univerzitě v roce 2013.

Obecně neexistuje jediný živý tvor, který by unikl infekci. Dokonce bylo zjištěno, že dinosauři mají zhutnění kostí způsobené virovým onemocněním.

“Pátý sloupec” uvnitř lidské DNA

17.03.2020. Rusko. Moskva. Vzorky DNA během přípravy na výzkum – hledání patogenních mutací – v laboratoři DNA diagnostiky Centra lékařského genetického výzkumu pojmenované po akademikovi N.P. Bochková. Foto: Ivan Yudin/TASS

„Lidský genom se skládá z 9 % složek, které jsme získali z virů,“ řekl Andrei Zhuravlev. Podle jiných odhadů je více než polovina genomu savců virového původu.

“Do genomu byly integrovány pouze ty viry, které měly mechanismus reverzní transkripce, to znamená, že dokázaly vyrobit DNA z RNA,” vysvětlil vedoucí laboratoře genomového inženýrství MIPT, virolog Pavel Volchkov v rozhovoru pro RIA Novosti.

To znamená, že virus obsahující RNA pronikl do buňky, vytvořil částici obsahující DNA, která byla integrována do genomu a zůstala tam po staletí. Viry schopné takové transformace se nazývají retroviry.

Dánští vědci zjistili, že součástí retrovirů, které kdysi „zakořenily“ v lidském těle, jsou geny ENVV1 a ENVV2. Řídí fúzi buněk při tvorbě placenty, chrání embryo před imunitním systémem matky a před „cizími“ retroviry.

Další retrovirus zabudovaný do lidské DNA, jak zjistili ruští vědci, reguluje aktivitu genu PRODH, který je nezbytný pro normální fungování centrálního nervového systému. Mutace v tomto genu „souvisejí s rizikem rozvoje schizofrenie a dalších duševních poruch,“ píše autorka studie Maria Suntsova.

Retroviry umístěné uvnitř lidské DNA však nejsou vždy „přátelské“. V případě „invaze“ dalších retrovirů jim mohou poskytnout enzymy nezbytné pro životní cyklus, dospěli v roce 2008 k tomuto závěru vědci z Harvard Medical School a Howard Hughes Institute.

A pokud se HIV dostane do lidského těla, imunitní systém „pomůže“ patogenu vstoupit do buňky, místo aby ji napadl.

Podle mikrobiologa Michaila Supotnitského vznikly retroviry z retroprvků, které se „podílely“ na tvorbě ochranných mechanismů obratlovců. Proto imunitní systém, „ze staré paměti“, vnímá podobné viry jako „své vlastní“. (Názor vědce je uveden v článku na webu Biomolecule)

Rozdíl je jako mezi slonem a E. coli

Fotografie viru COVID-19 pořízená americkým Národním institutem pro alergie a infekční nemoci v Marylandu. Foto: ZumaTASS

Nejjednodušší virus se skládá z nukleové kyseliny, ve které je otištěn genom, a proteinového obalu, který jej obklopuje.

Viry se dělí na dva velké typy podle toho, jaký druh nukleové kyseliny obsahují: DNA nebo RNA. Jejich chemické složení je velmi složité. Například virus dětské obrny obsahuje několik set tisíc atomů uhlíku, vodíku, dusíku a kyslíku a také několik tisíc atomů fosforu.

„Svět virů“ je velmi rozmanitý. Podle Viktora Ždanova nejsou rozdíly mezi patogenem pravých neštovic a některým bakteriofágem „neméně významné než například mezi E. coli a slonem“.

Mezi RNA viry jsou největší a nejsložitější koronaviry.

Patogenita mikroorganismu do značné míry závisí na jeho chemickém složení. „Na povrchu chřipkového viru jsou dva hlavní proteiny: hamaglutinin (H) a neuraminidáza (N). Právě kombinace těchto dvou proteinů je pojmenována viry jako H5N1,“ vysvětlil virolog Richard Webby v rozhovoru pro magazín Nature.

„Pravděpodobnost pandemie s virem H5N1 je výrazně nižší než u jakéhokoli jiného viru chřipky – H1, H2 nebo H3 – protože H5 není pro člověka tak infekční. Ale pokud pojmenujeme virus, který bychom u lidí neradi viděli, byl by to H5 kvůli jeho vysoké letalitě,“ dodal vědec.

Každý virus má zpravidla v buněčném těle specifický „cíl“. Jedná se o specifický receptor na povrchu buňky, ke kterému se může připojit. Proto jsou jaterní buňky „vhodné“ pro virus hepatitidy a neurony jsou „vhodné“ pro virus obrny.

Zabijáci milionů

Foto: Anto Magzan/Zuma/TASS

Celkem je asi 1000 známých onemocnění virové povahy. Zde je jen několik příkladů. Pravé neštovice, které sužují Evropu již od římských dob, byly způsobeny virem, který vznikl ve východní Africe před 3000 až 4000 lety.

V roce 1905 začala ve Švédsku první velká epidemie obrny, po které se virus rozšířil do dalších zemí. Právě tato nemoc upoutala v roce 1921 budoucího amerického prezidenta Franklina Roosevelta na invalidní vozík. V roce 1952 zemřelo ve Spojených státech na dětskou obrnu 3145 lidí a více než 20 tisíc zůstalo ochrnutých, píše vědecký portál Hi-News.ru.

Příčinou pandemie španělské chřipky v letech 1918-1919 byl virus chřipky H1N1. Pak onemocnělo více než 500 milionů lidí a asi 50 milionů zemřelo.

V letech 1957-1958 vedl virus H2N2 k pandemii, poté onemocnělo 20 % až 50 % světové populace a zemřely až 4 miliony lidí. Další patogen chřipky, H3N2, způsobila pandemii v letech 1968-1969, která také zabila až 4 miliony lidí, píše TASS.

Virus Ebola byl poprvé objeven v roce 1976 v Zairu (nyní Demokratická republika Kongo). Úmrtnost na toto onemocnění dosahuje 90%. Epidemie 2013-2016 vedl ke smrti 11,3 tisíce lidí v Guineji, Sieře Leone a Libérii.

„Závody ve zbrojení“ na buněčné úrovni

Mikrobiologický model viru AIDS. Foto: YAYTASS

Když se viry dostanou do těla, již ve sliznici (například v nose), některé z nich jsou absorbovány imunitními buňkami, makrofágy. Ty viry, kterým se podaří proniknout do krve, jsou napadány jinými imunitními buňkami – B-lymfocyty. Některé z buněk zasažených virem jsou zničeny jiným typem „bojovníků“ imunitního systému – zabijáckými T-buňkami.

Současně další infikované buňky produkují speciální proteiny – interferony, které blokují práci cizích nukleových kyselin a zabraňují množení parazita.

Ať je to jakkoli, hostitelské buňky mohou s virem bojovat pouze narušením vlastního metabolismu nebo struktury. “Všechny ochranné reakce buňky vedou k sebepoškozování,” zdůraznil Vadim Adol.

V reakci na reakci těla se podobná aktivita zvyšuje ve viru, také namířená proti buňce. Výsledek této destruktivní aktivity viru je v mnohém podobný působení vrozené imunity – zejména je inhibována syntéza bílkovin.

Někteří biologové přirovnávají konfrontaci mezi virem a imunitním systémem k „závodům ve zbrojení“.

“Vícenásobné, vícevrstvé obranné systémy tvoří významnou část genomů všech buněčných organismů. na druhé straně je prolomení obrany jednou z hlavních funkcí genů u virů s velkými genomy,” poznamenal Evgeniy Kunin.

Systém hostitel-parazit se neustále vyvíjí, protože imunitní systém vyvíjí nové obranné mechanismy a virus vyvíjí způsoby, jak je „hacknout“, dodal.

Žádáme vás, abyste se přihlásili k malé, ale pravidelné platbě ve prospěch našich stránek. Mercy.ru funguje díky dobrovolným darům našich čtenářů. Finanční prostředky jsou potřeba na služební cesty, natáčení, platy redaktorů, novinářů a technickou podporu webu.

Virus je pravděpodobně nejzáhadnějším mikroorganismem biosystému, jehož existence není v žádném případě v souladu s obecně přijímanými formami života na Zemi. A přesto nejen úspěšně funguje, ale také se vyvíjí mílovými kroky, doslova za běhu pod vlivem vnějších hrozeb přebudovává svou genetickou strukturu.

Jak tyto organismy fungují, na čem je založena léčba virů, se dočtete na portálu MedAboutMe.

Sprej s azelastinem: lék v boji proti alergiím

Trápí vás sezónní alergie a nic jiného nepomáhá? Odborníci MedAboutMe podrobně popisují nejnovější sprej k léčbě alergií u dětí a dospělých

Co je virus

Virus je jedním z nejvíce neprobádaných jevů v biologii. Předpokládá se, že vznikla přibližně ve stejném období jako první živá buňka a ve svém vývoji tvořila paralelní větev evoluce. Proč paralelně? Protože jak povaha, tak způsob existence jsou radikálně odlišné od buněčných mikroorganismů.

Někteří vědci se domnívají, že virus je zvláštní formou života, jiná část vědců jej považuje za soubor organických molekul, které interagují s živými organismy, třetí skupina jej nazývá „organismem balancujícím na hranici živého“. Vědci se navíc pokusili odpovědět na otázku o nebuněčné struktuře viru. Možná, že kdysi byly viry relativně obrovské, což znamená, že obsahovaly mnohem větší množství genetické informace než nyní. Proto může být nebuněčná struktura výsledkem práce přirozeného mechanismu zjednodušování od složitého k jednoduchému.

Podobnost virů s živými bytostmi spočívá v přítomnosti sady genů a schopnosti reprodukce. Obtížnost při identifikaci viru spočívá v tom, že má nebuněčnou strukturu, a to je základní charakteristika veškerého života na Zemi. Viry mají genetický materiál, ale nemají vlastní metabolismus, takže životně potřebují hostitelskou buňku, ze které doslova vysávají všechny šťávy a aktivně se klonují. Život na Zemi začal z buňky, která se rozmnožovala dělením, a tento princip zůstal nezměněn i po miliardách let. Virus se ale sám produkuje jinak: prostřednictvím takzvaného samouspořádání výhradně v hostitelské buňce (mimochodem, tato vlastnost dala impuls k rozvoji teorie o výskytu života na planetě ve formě organických molekul s funkcí vlastní montáže).

Na základě výše uvedeného můžeme dojít k závěru: virus je nebuněčné infekční agens, které může infikovat všechny typy živých organismů od bakterií až po člověka. K tomu má ty nejmocnější nástroje, které překonávají jakékoli biologické bariéry vztyčené hostitelskou buňkou. Tak široké možnosti ve spojení se schopností donekonečna mutovat naznačují, že viry by možná mohly stát u zrodu všeho života, pouze pod vlivem neznámých podmínek se proměnily ve stroj na ničení.

Proteiny ve struktuře viru

Je známo, že proteiny obsahují důležité a jedinečné informace, které určují typ proteinu. Tyto poznatky byly základem pro studii biologů z University of Illinois, kteří věří, že viry žijí. Tato hypotéza byla založena na studiu proteinových molekul viru.

Proteinové struktury jsou neměnné konstanty (na rozdíl od genetického kódu s jeho nekonečnou variabilitou), takže mohou poskytnout nejúplnější a nejspolehlivější obraz o evolučním vývoji virů a buněk.

Po studiu proteinů virů a buněk našli vědci mnoho podobných bodů, což naznačuje existenci společného předka (protovirobuňky), ze kterého tyto dvě větve evoluce pocházejí. S největší pravděpodobností měly protovirové buňky segmentovaný genom RNA a tyto segmenty si viry vypůjčily a skryly je pod proteinovým obalem.

Proteinový obal, také známý jako kapsida, chrání nukleovou kyselinu (RNA nebo DNA) a je složen z identických proteinových kapsomerů zašifrovaných virovým genomem. Někdy na vrcholu kapsidy může být superkapsida, lipidový obal vytvořený z membrány zachycené buňky. Virus však nedisponuje žádným aparátem syntetizujícím bílkovinu, takže využívá všech funkčních a technických možností buňky, na kterou působí. Vědci tomuto způsobu přežití říkají obligátní parazitismus – a taková životní strategie může být jednou z možností vývoje protobuněk. Ve skutečnosti, pokud by se protobuňky mohly vyvíjet miliony let díky svému vlastnímu rozdělení, pak by se mohly současně vyvíjet na úkor zdrojů jiných lidí. Je možné, že viry jsou jen degenerativním typem buněk, které si zvolily cestu parazitismu.

Léčba virů

Je známo, že nejlepším lékem proti bakteriálním infekcím je antibiotikum. Nabízí se otázka: proč není schopen léčit viry? Celý bod je opět rozdíl v povaze viru a bakterií. Antibiotika jsou silné léky, ale jejich spektrum účinku je omezeno na mikroby, nikoli viry.

Léčba virů ve většině případů nevyžaduje a nemá specializovaný přístup: nejlepším lékem proti nim je samotný imunitní systém. Obvykle stačí pár dní, aby se nemocný člověk uzdravil (nemluvíme o složitých případech, jako je HIV, virus hepatitidy atd.). Pokud neexistují žádné lékařské zákazy, můžete použít antipyretika a léky proti bolesti. To pomůže zmírnit stav a přenést virové onemocnění s minimálním nepohodlí.

Jiná věc je, že virová infekce je někdy překryta bakteriální a v tomto případě musí lékař předepsat antibiotickou terapii. Teprve poté lze použít antibakteriální lék. Taková přísnost při jeho používání je dána objektivními důvody. Nevhodné užívání antibiotik vede ke vzrůstající míře rezistence bakterií na léky, a to výrazně komplikuje léčebný režim nemocného pacienta. Aby se mikroby v těle zničily šokovou dávkou, je nutné kombinovat různé léky. Ale pro imunitní systém není takový objem léků tak neškodný. Dokonce i starověcí léčitelé říkali, že jakýkoli lék ve velké dávce je jed. A antibiotika nejsou výjimkou.