Загальні відомості про віруси та їх роль у природі

 

Рис.1.4. Вірус  грипу

 

 

3. Паличкоподібні — віруси тютюнової мозаїки (ВТМ), штрихуватої мозаїки ячменю та багато інших.

 

Рис.1.5. Паличкоподібні віруси (бацили)

 

4. Кубоідальні — віруси вісповакцини, натуральної віспи, аденовіруси, ентеровіруси, реовіруси, віруси папіломи людини і тварин тощо.

 

Рис. 1.6. Віруси папіломи людини

 

5. Булавовидні — віруси бактерій (бактеріофаги).

 

Рис. 1.7. Бактеріофаги та їхня будова

Форми вібріонів  визначаються будовою білкової оболонки, в середині якої міститься нуклеїнова кислота (ДНК або РНК). Оболонку вібріонів  називають капсидом, а структуру, яка містить нуклеїнову кислоту і капсид, — нуклеокапсидом.

     Капсид — зовнішня білкова оболонка віруса. Капсид виконує декілька функцій:

• Захист генетичного матеріалу (ДНК або РНК) вірусу від механічних і хімічних пошкоджень.
• Визначення потенціалу до зараження клітини.
• На початкових стадіях зараження клітки капсид виконує прикріплення до клітинної мембрани, розриває мембрану і впроваджує в клітину генетичний матеріал вірусу.

     Капсиди вірусів утворені з білкових субодиниць, що стереотипно повторюються в структурі та хімічній будові віріона. Згідно з кристалографічними закономірностями, майже всі віруси за структурою капсиду (типом симетрії) поділяються на три великі групи: спіральні, поліедричні, що являють собою ікосаедри - правильні багатогранники, і віруси з комбінованим типом симетрії.

1.3. Хімічний  склад вірусів

     Для вивчення хімічного складу різних вірусів насамперед потрібно мати чисті препарати. Більшість методів очистки вірусів включає ультрацентрифугування, хроматографію (хроматографія – високоефективний фізико-хімічний метод розділення і аналізу, в якому речовина розподіляється між двома фазами: рухомою і нерухомою) тощо. Кінцева мета очистки — одержати препарати, що містять тільки інфекційні вірусні частинки, які можна використати для вивчення як структури, так і хімічного складу вірусів. Очищені препарати багатьох вірусів можуть кристалізуватися.

Д.Й. Івановський  першим спостерігав у листках  тютюну, ураженого мозаїчною хворобою, включення, які тепер називають  кристалами Івановського.

Елементарний  склад вірусних частинок такий (%):

вуглець — 50; кисень — 20; водень — 7; азот — 16; фосфор — 0,4—0,5; сірка — 0,1-0,2; зольні елементи — 2,5.

      Незважаючи на значні відмінності в будові та хімічному складі різних вірусів, усі вони мають два основні компоненти: нуклеїнову кислоту і білковий капсид (оболонку). У деяких вірусів нуклеокапсид може бути оточеним другою зовнішньою оболонкою, яка має ліпідну, ліпопротеїдну або гліколіпопротеїдну природу. Таку оболонку прийнято позначати терміном «суперкапсид». У складніше організованих вірусів окрім суперкапсида є ще одна проміжна оболонка — білкова мембрана, що оточує розміщений в центрі нуклеокапсид, який утворює структуру так званого нуклеоїда. Крім названих компонентів, до складу всіх вірусів входять катіони металів.

Вірусний білок, зокрема багатьох паличкоподібних вірусів, має здатність до самозбирання (упорядкованої агрегації), тобто, зруйнований до субодиниць за певних умов, він може знову відновлюватися до вихідного стану. Пояснити це можна тим, що впорядкований агрегат білка (капсид) має найменшу вільну енергію порівняно з мономерними пептидними ланцюгами. Тому самозбирання капсидів, як і будь-який процес, що веде до зменшення вільної енергії системи, може відбуватися спонтанно.

Вірусні білки як компонент вібріону виконують захисну, адресну і регуляторну функції. С. Лурія і Дж. Дарнелл (1970) розрізняють серед білків, що утворюються під час вірусної інфекції, три групи: 1) білки, які можуть каталізувати реплікацію нуклеїнової кислоти вірусу; 2) білки структурні, що входять до складу нових вібріонів; 3) білки, які можуть змінювати деякі функції або структури клітин хазяїна.

Основним компонентом  вірусів є також нуклеїнові кислоти (РНК або ДНК). Більшість вірусів  рослин містять одноланцюгову лінійну  РНК. В одних видів тваринних  вірусів знайдено ДНК, в інших — РНК. Бактеріофаги містять ДНК.

Крім білків і нуклеїнових кислот, до складу вірусних частинок можуть входити ліпіди, вуглеводи та інші речовини. Ліпіди виявлені у складно організованих  вірусів. Вони містяться переважно  в складі ліпопротеїдної оболонки (суперкапсида) і формують її ліпідний бімолекулярний шар, в якому містяться суперкапсидні білки. Вважають, що ліпідний компонент стабілізує структуру вібріону. Характерним для вірусів, які містять ліпіди, є те, що без винятку всі ліпіди у них не кодуються геномом, а мають клітинне походження.  Вуглеводи у вірусів входять до складу глюкопротеїдів. Кількість їх може становити понад 10 % у перерахунку на масу вібріону. Вуглеводний компонент глюкопротеїдів вірусу відіграє істотну роль у структурі та функції білка. Він є каркасом для локальних ділянок глюкопротеїду, забезпечуючи збереження конформації білкової молекули, і зумовлює її захист від ферментів.

1.4. Репродукція  вірусів

Віруси не здатні самостійно синтезувати нуклеїнові кислоти і білки, з яких вони складаються. Розмноження вірусів (Додаток 2) можливе лише в разі використання ферментних систем клітин. Потрапивши у клітину, віруси змінюють і перебудовують обмін речовин у ній, внаслідок чого клітина починає синтезувати молекули нових вірусних часточок. Поза клітинами віруси переходять у кристалічний стан, що сприяє їх збереженню. У житті вірусів можна виділити такі етапи: прикріплення вірусу до клітини, вторгнення вірусу в клітину, латентну стадію, утворення нового покоління вірусів, вихід віріонів. У латентну стадію вірус ніби зникає. Його не вдається виявити або виділити з клітини, але в цей період уся клітина синтезує необхідні для вірусу білки і нуклеїнові кислоти, в результаті чого утворюється нове покоління віріонів.

Проникнення вірусу в клітину організму хазяїна розпочинається із взаємодії вірусної часточки з поверхнею клітини, на якій є особливі рецепторні ділянки. Оболонка часточки вірусу має відповідні прикріпні білки, які "впізнають" ці ділянки. Саме цим зумовлена висока специфічність вірусів стосовно клітин-хазяїв: часто віруси уражують лише певний тип клітин якогось виду організмів.

Так, вірус поліомієліту (дитячий спинномозковий параліч, характеризується переважною патологією центральної нервової системи) уражує лише нервові клітини людини, а вірус тютюнової мозаїки — клітини листків тютюну.

Якщо часточка вірусу прикріплюється не до рецепторних  ділянок, а до інших місць на поверхні клітини-хазяїна, то зараження може і не відбутися. Отже, наявність рецепторних ділянок на поверхні клітини означає її чутливість до того чи іншого виду вірусів.

Усередину клітини-хазяїна вірус може проникнути різними шляхами. Часом оболонки вірусних часточок зливаються з клітинною мембраною (як у вірусу грипу), і ДНК виявляється у цитоплазмі клітини, іноді вірусна часточка потрапляє в клітину шляхом піноцитозу (поглинання клітиною речовин шляхом їх проникнення в розчиненому чи дрібнодисперсному стані в краплині рідини, оточеній відокремлюючою частиною клітинної мембрани), після чого ферменти клітини-хазяїна розщеплюють її оболонку і вивільняють нуклеїнову кислоту (вірус поліомієліту тварин). У рослинні клітини віруси можуть проникати крізь пошкоджені ділянки клітинної стінки.

1.5.Шляхи поширення вірусів у природі

Поширення вірусів  у довкіллі залежить від їх властивостей та наявності чутливих до них клітин. Тому розрізняють кілька шляхів.

1. Повітряно-краплинний шлях поширення характерний для більшості вірусів, які викликають респіраторні захворювання, зокрема грип, кір, віспу, паратиф.

2. Харчовий, або аліментарний, шлях характерний для ентеровірусів, аденовірусів, реовірусів.

3. Трансмісивний характерний для арбовірусів, більшості вірусів рослин. Віруси проникають в клітину, організм за участю комах.

4. Статевий шлях передачі характерний для вірусів герпесу, ВІЛ тощо.

5. Проникнення вірусів в організм здійснюється і крізь пошкоджену шкіру. Такий спосіб властивий рабдовірусам, міксовірусам.

6. Парентеральний – віруси поширюються завдяки маніпуляціям, які пов’язані з переливанням крові та її препаратів. Це характерно для вірусів гепатиту В-типу, ВІЛ.

7. Вертикальний спосіб поширення характерний для онковірусів та більшості інтегративних вірусів. Віруси передаються від матері дитині під час внутрішньопорожнинного розвитку.

8. Механічний спосіб поширення вірусів пов’язаний з пошкодженням цілісності клітин різними способами (механічна інокуляція комахами). В такий спосіб поширюються більшість вірусів рослин.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РОЗДІЛ 2. Циркуляція вірусів у природі. Найбільш поширені вірусні хвороби і заходи боротьби.

2.1. Циркуляція  вірусів у природі

Віруси не можуть самостійно поширюватись у природі. Допомагають  їм у цьому насамперед комахи-переносники (віроформні комахи). Фітопатогенні  віруси найчастіше переносять попелиці, трипси, цикади, кліщі й деякі  листогризучі комахи (Додаток 1). Наприклад, відомо понад 200 видів попелиць — переносників 160 видів вірусів.

Розрізняють два способи  перенесення вірусів комахами: механічний і біологічний. При першому способі  в ротовий апарат комахи під час  живлення разом з поживними речовинами з клітин листя потрапляють і віруси, які вона переносить на здорові рослини. Біологічний спосіб дещо складніший. Після того як вірус через ротовий апарат потрапив до організму комахи, він проходить там інкубаційний період, розмножується і лише після цього комаха протягом тривалого часу може заражати здорові рослини.

Для багатьох вірусів рослин характерний ґрунтовий спосіб поширення, їх поширюють нематоди, які пошкоджують  кореневі системи хворих і здорових рослин, а також гриби. Чимало вірусів передається насінням, бульбами, коренями, цибулинами тощо. Виявлено також, що біля 50 вірусів можуть переноситись повитицею, коли цей бур'ян-паразит перекидається з хворої рослини на здорову.

 Слід додати, що сама людина сприяє поширенню багатьох вірусів. Це відбувається під час проведення різноманітних агротехнічних заходів: щепленні та обрізуванні дерев, пікіруванні розсади, пасинкуванні рослин тощо, коли сік з випадково поранених хворих рослин потрапляє на руки, одяг або знаряддя праці робітників і переноситься у такий спосіб на поранені здорові рослини. Нарешті, віруси звичайної мозаїки квасолі та мозаїки в'яза можуть поширюватись разом з пилком.

 Віруси тварин  і людини часто поширюються  як крапельна інфекція. Наприклад, вірус грипу найчастіше передається від хворих до здорових людей під час розмови, кашляння, чхання. Вірус сказу передається зі слиною хворих тварин при укусах. Арбовіруси, що спричинюють жовту гарячку, і вірус кліщового енцефаліту поширюються через укуси кровосисних комах (комарів, кліщів тощо).

Віруси заражають  як вищі, так і нижчі рослини. Відомостей про вірусні хвороби нижчих рослин ще дуже мало. Проте потреба у  широких дослідженнях з цього  напряму зростає. Дослідження вірусів водоростей і грибів сприятиме розробці біологічних методів боротьби із заростанням (цвітінням) штучних водоймищ, боротьбі з грибними хворобами рослин тощо.

У літературі описано  близько 700 вірусних захворювань рослин. Серед збудників цих хвороб добре  вивчено понад 150. В Україні зареєстровано понад 115 вірусів рослин.

2.2. Вірусні  хвороби рослин. Боротьба із вірусними  захворюваннями рослин

Вірусні хвороби  рослин поділяють на дві великі групи — мозаїки і жовтяниці:

 1. Мозаїки — хлоротично-плямисті захворювання рослин; концентрація вірусів у їхньому соку досить висока. Віруси мозаїки репродукуються переважно в паренхімних клітинах (паренхіма — тканина внутрішнього середовища багатоклітинних організмів, що складається з приблизно однакових неполяризованих клітин. Також використовується для опори. Тканини, що класифікуються як паренхіматозні, зустрічаються у судинних рослин і у представників ряду груп багатоклітинних тварин і губок), передаються механічним способом і комахами.

Рис. 2.8. Мозаїка  картоплі

2. Жовтяниці — вірусні хвороби з характерною великозональною, а інколи загальною некротизацією листків. Концентрація вірусів в соку незначна, локалізація й репродукція вірусів пов'язана з клітинами флоеми (флоема — головна провідна тканина судинних рослин, що проводить органічні речовини у низхідному напрямку).  

Рис.2.9. Хвороба  жовтяниці

Найпоширенішим  симптомом вірусних хвороб є зміна забарвлення листків та інших зелених органів рослин. На ураженій тканині листка чергуються темно-зелені, світло-зелені або жовті плями. Часто спостерігається хлороз, некротизація і деформація листків та інших органів. Серед мозаїчних хвороб найкраще вивчені звичайна мозаїка тютюну, мозаїки картоплі, буряків, капусти, томатів, злакових і бобових культур.

Вірусні хвороби злакових рослин. Великої шкоди завдають вірусні хвороби злаковим культурам. В Україні відомо їх понад 10, а всього в літературі описано близько 60 вірусних хвороб злаків. Найбільшої шкоди зерновому господарству завдають смугаста мозаїка пшениці, мозаїка озимої пшениці, штрихувата мозаїка ячменю, мозаїка кукурудзи тощо. Щороку вони призводять до значних втрат урожаю, а в окремі роки, коли спостерігаються масові епіфітотії, втрачаються тисячі тонн зерна.