Вирусология

 

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО  ПО ОБРАЗОВАНИЮ 

 

ГОУ ВПО ВСЕРОССИЙСКИЙ  ЗАОЧНЫЙ ФИНАНСОВО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

 

 

Факультет      Менеджмента и маркетинга

 

по дисциплине     Концепции современного                           

                                                                       естествознания

 

 

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

 

Тема: Вирусология

 

 

 

 

 

Студент (Ф.И.О.)      Грингерш Д.В.

 

курс        ФНО, 3 поток, 1 группа

 

специальность      менеджмент организации

 

форма обучения      заочная

 

Руководитель      Баранов Г.В.                                               

 

 

 

 

Омск – 2009

 

 

 

 

Содержание:

 

Введение  
1 История вирусологии  
2 Периоды развития вирусологии  
4 Роль вирусов в эволюции  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 
Проблема вирусов в наше время  очень актуальна. Она привлекает внимание всё большего числа учёных. С каждым днём появляется всё больше вирусов. Когда вирусы впервые были открыты, никто и не подозревал, что  они будут так опасны и им посвятят целую науку. Сейчас тысячи людей заражены такими опасными вирусными заболеваниями как СПИД, рак, но и не только же люди болеют вирусными инфекциями, а и растения,                                           и животные, и об этом надо говорить. 
Развитие естествознания необычайно расширило представления человека об окружающем его мире. Мир невидимых живых существ – микроорганизмов, хранит ещё много тайн, познать которые очень важно для человечества.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

История вирусологии

 
История вирусологии довольна необычна. Первая вакцина для предупреждения вирусной инфекции – оспы была предложена английским врачом Э. Дженнером в 1796 г., почти за сто лет до открытия вирусов, вторая вакцина – антирабическая была предложена основателем микробиологии      Л.Пастером в 1885 г. – за семь лет до открытия вирусов.  
Честь открытия вирусов принадлежит нашему соотечественнику                   Д. И. Ивановскому, который впервые в 1892 г. доказал существование нового типа возбудителя болезней на примере мозаичной болезни табака. Будучи студентом Петербургского университета, он выезжал на Украину и в Бессарабию для изучения причин болезни табака, а затем, после окончания университета, продолжал исследования в Никитинском ботаническом саду под Ялтой. В содержимом пораженного листа он не обнаружил бактерий, однако сок больного растения вызывал поражения здоровых листьев.         Д.И.Ивановский профильтровал сок больного растения через свечу Шамберлена, поры которой задерживали мельчайшие бактерии. В результате он обнаружил, что возбудитель проходит даже через такие поры, так как фильтрат продолжал вызывать заболевание листьев табака. Культивирование его на искусственных питательных средах, оказалось невозможным.               Д.И.Ивановский приходит к выводу, что возбудитель имеет необычную природу: он фильтруется через бактериальные фильтры и не способен расти на искусственных питательных средах. Он назвал                                           новый тип возбудителя «фильтрующиеся бактерии». 
Опыты Д.И.Ивановского в 1898 г. повторил голландский ученый                   М.В.Бейеринк, придя, однако, к выводу, что возбудитель табачной мозаики – жидкий живой контагий. Д.И.Ивановский с этим выводом не согласился.         К этому времени были опубликованы работы Ф.Леффлера и П.Фроша, показавших, что возбудитель ящура также проходит через бактериальные фильтры. Д.И.Ивановский, анализируя эти данные, пришел к выводу, что агенты ящура и табачной мозаики принципиально сходны.                              В споре с М.В.Бейеринком прав оказался Д.И.Ивановский. 
Опыты Д.И.Ивановского были положены в основу его диссертации «О двух болезнях табака», представленной в 1888 г., и изложены в книге того же названия, вышедшей в 1892 г. Этот год и считается годом открытия вирусов. 
Д.И.Ивановский открыл вирус растений. Ф.Леффлер и П.Фрош открыли вирус, поражающий животных. Наконец, в 1917 г. Ф.д’Эррель открыл бактериофаг – вирус, поражающий бактерии. Таким образом, вирусы вызывают болезни растений, животных бактерий. 
Слово «вирус» означает яд, оно применялось еще Л.Пастером для обозначения заразного начала. Позже стали применять название «ультравирус» и «фильтрующийся вирус», затем определение отбросили и укоренился термин «вирус».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Периоды развития вирусологии

 
Быстрый прогресс в области вирусологических знаний, основанный в значительной мере на достижениях смежных естественных наук, обусловил возможность углубленного познания природы вирусов. Как ни в одной другой науке, в вирусологии прослеживается быстрая и четкая смена уровней познания — от уровня организма до субмолекулярного.

Приведенные периоды  развития вирусологии отражают те уровни, которые являлись доминирующими  в течение одного — двух десятилетий.

Уровень организма (30-40-е годы XX века). Основной экспериментальной моделью являются лабораторные животные (белые мыши, крысы, кролики, хомяки и т. д.), основным модельным вирусом — вирус гриппа.

В 40-е годы в вирусологию  в качестве экспериментальной модели прочно входят куриные эмбрионы в связи с их высокой чувствительностью к вирусам гриппа, оспы и некоторым другим. Использование этой модели стало возможным благодаря исследованиям австралийского вирусолога и иммунолога Ф.М.Бернета, автора пособия по вирусологии «Вирус как организм».

Открытие американским вирусологом Херстом феномена гемагглютинации немало способствовало изучению взаимодействия вируса с клеткой на модели вируса гриппа и эритроцитов.

 
Уровень клетки (50-е годы) происходит значительное событие в истории вирусологии — открытие возможности культивировать клетки в искусственных условиях. В.Дж.Эндерс, Т.Уэллер, Ф.Роббинс получили Нобелевскую премию за разработку метода культуры клеток. Использование культуры клеток в вирусологии явилось подлинно революционным событием, послужившим основой для выделения многочисленных новых вирусов, их идентификации, клонирования, изучения их взаимодействия с клеткой. Появилась возможность получения культуральных вакцин. Эта возможность была доказана на примере вакцины против полиомиелита. В содружестве с американскими вирусологами Дж.Солком и А.Сейбином, советскими вирусологами М.П.Чумаковым, А.А.Смородинцевым и др. была разработана технология производства, апробирована и внедрена в практику убитая и живая вакцины против полиомиелита. Была проведена массовая иммунизация детского населения в СССР (около 15 млн.) живой полиомиелитной вакциной, в результате резко снизилась заболеваемость полиомиелитом и практически исчезли паралитические формы заболевания. За разработку и внедрение в практику живой полиомиелитной вакцины М.П.Чумакову и А.А.Смородинцеву была присуждена Ленинская премия. Другим важным приложением техники выращивания вирусов явилось получение Дж.Эндерсом и А.А.Смородинцевым живой коревой вакцины, широкое применение которой обусловило значительное снижение заболеваемости корью и является основой для искоренения этой инфекции.

Широко внедрялись в  практику и другие культуральные  вакцины — энцефалитная, ящурная, антирабическая и т. д.

 
Молекулярный уровень (60-е  годы). В вирусологии широко стали использовать методы молекулярной биологии, а вирусы благодаря простой организации их генома стали распространенной моделью для молекулярной биологии. Ни одно открытие молекулярной биологии не обходится без вирусной модели, включая генетический код, весь механизм внутриклеточной экспрессии генома, репликацию ДНК, процессинг (созревание) информационных РНК и т. д. В свою очередь использование молекулярных методов в вирусологии позволило установить принципы строения (архитектуры) вирусных индивидуумов — вирионов (термин, введенный французским микробиологом А. Львовом), способы проникновения вирусов в клетку и их репродукции.

 
Субмолекулярный уровень (70-е  годы). Стремительное развитие молекулярной биологии открывает возможности изучения первичной структуры нуклеиновых кислот и белков. Появляются методы секвенирования ДНК, определения аминокислотных последовательностей белка. Получают первые генетические карты геномов ДНК-содержащих вирусов.

Д.Балтимором и одновременно Г.Теминым и С.Мизутани была открыта обратная транскриптаза в составе РНК-содержащих онкогенных вирусов, фермент, переписывающий РНК на ДНК. Становится реальным синтез гена с помощью этого фермента на матрице, выделенной из полисом и РНК. Появляется возможность переписать РНК в ДНК и провести ее секвенирование.

Возникает новый раздел молекулярной биологии — генная инженерия. В этом году публикуется сообщение П.Берга в США о создании рекомбинантной молекулы ДНК, которое положило начало эре генной инженерии. Появляется возможность получения большого количества нуклеиновых кислот и белков путем введения рекомбинантных ДНК в состав генома прокариот и простых эукариот. Одним из основных практических приложений нового метода является получение дешевых препаратов белков, имеющих значение в медицине (инсулин, интерферон) и сельском хозяйстве (дешевые белковые корма для скота). Этот период характеризуется важными открытиями в области медицинской вирусологии. В фокусе изучения — три наиболее массовых болезни, наносящих огромный ущерб здоровью            людей ,— грипп, рак, гепатит.

Установлены причины  регулярно повторяющихся пандемий гриппа. Детально изучены вирусы рака животных (птиц, грызунов), установлена структура их генома и идентифицирован ген, ответственный за злокачественную трансформацию клеток — онкоген. Установлено, что причиной гепатитов А и В являются разные вирусы: гепатит А вызывает РНК-содержащий вирус, отнесенный к семейству пикорнавирусов, а гепатит В — ДНК-содержащий вирус, отнесенный к семейству гепаднавирусов.                    Г.Бламберг, исследуя антигены крови у аборигенов Австралии, обнаружил так называемый австралийский антиген, который он принял за один из антигенов крови. Позже было выявлено, что этот антиген является антигеном гепатита В, носительство которого распространено во всех странах мира. За открытие австралийского антигена Г.Бламбергу была присуждена Нобелевская премия. Другая Нобелевская премия присуждена американскому ученому К.Гаидушеку, который установил вирусную этиологию, одной из медленных инфекций человека — куру, наблюдающейся в одном из туземных племен на острове Новая Гвинея и связанной с ритуальным обрядом — поеданием зараженного мозга умерших родственников. Благодаря усилиям К.Гайдушека, поселившегося на острове Новая Гвинея, эта традиция была искоренена и число больных резко сократилось.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Роль вирусологии  в эволюции

Любой классический учебник  по вирусологии неизменно начинается с рассуждения о том, являются ли вирусы объектами живой или  неживой природы. Очевидно, разрешить  этот спор невозможно, ибо дискуссия в конечном счете сводится к определению понятия «жизнь», которое вирусологией не рассматривается. В значительно большей степени ученых увлекает процесс перехода от неживой материи к живой. И тут, кажется, сама природа вирусов, существ на грани химии и жизни, требует поместить их непосредственно в гущу событий. Пусть гипотезы о том, что вирусы могли появиться даже раньше, чем клетки, на которых им положено паразитировать, кажутся парадоксальными, все же они                            слишком любопытны, чтобы остаться без внимания.   
То, что мы можем считать живым уже безоговорочно, безо всякой оглядки на философию, появилось не мгновенно. Между «маленьким теплым прудом», как называл место возникновения жизни Чарльз Дарвин, и даже самой примитивной клеткой лежит огромная пропасть, мост над которой строят друг другу навстречу химики и биологи, пытающиеся установить, что же происходило на Земле задолго до нашего на ней появления.  
Вероятно, правильней всего было бы создать в пробирке или даже на какой-нибудь небольшой планете условия, напоминающие те, что были на Земле миллиарды лет назад, запастись терпением и ждать появления жизни. Вместо этого ученым приходится довольствоваться в основном косвенными свидетельствами и отдельными экспериментальными фактами, относящимися прежде всего к области химии. Разумеется, результаты каждого такого опыта идут на вес золота (возьмем, например, блестящую работу группы Джона Сазерленда из университета Манчестера по абиогенному синтезу рибонуклеотидов). Пытаясь воссоздать картину появления жизни, биологи анализируют множество самых разных организмов, населяющих нашу планету сейчас. В качестве инструмента они выбрали универсальный метод — изучение геномов. Сравнивая характерные участки геномов ребенка и предполагаемого родителя, можно установить отцовство. Сравнивая геномы разных живых существ, можно выяснить степень родства между ними. Обнаруженные сходные черты говорят о том, каким мог быть общий предок, а различия — о том, когда и как пути разных групп могли разойтись. Какие же гены лучше выбрать для сравнения, если мы хотим исследовать самые ранние события в эволюции? Логично взять гены, отвечающие за самые основные, первостепенные задачи, такие, как синтез ДНК или белка. Сравнение генов, имеющих отношение к синтезу белка (трансляции), позволило значительно продвинуться в изучении эволюции. Именно так в 1977 году группа Карла Вёзе открыла новый домен живого, скрывавшийся до этого в тени бактерий, — археи. Большинство людей об археях никогда не слышало, что удивительно, если учесть, что биомасса архей на Земле по оценкам превышает суммарную биомассу всех остальных организмов. Археи распространены по всей планете, ведь они способны выживать в самых немыслимых условиях: при температуре ниже нуля и при температуре выше 100°С, в кислотах и щелочах, при огромном давлении и в отсутствие воды. Пусть, наблюдая архей в микроскоп, вы не отличите их от бактерий, на молекулярном уровне археи так далеко отстоят и от бактерий, и от эукариот, что их пришлось вынести в отдельную группу. Несмотря на то что эукариоты, археи и бактерии успели за время эволюции далеко разойтись друг от друга, все они должны происходить из одного корня, ведь в самой своей основе они устроены одинаково (к примеру, используют один и тот же носитель и способ кодирования генетической информации).

В своем глазу бревна не замечаешь. Долгое время ученые спорили о том, что возникло раньше, что было первой «молекулой жизни»: белок или ДНК? Находились достаточно убедительные доводы и в пользу белка, обладателя каталитических свойств, и в пользу ДНК, носителя генетической информации. РНК при этом оставалась как-то за рамками дискуссии. В то время считалось, что предназначение РНК в клетке ограничивается ролью посредника между геном и белком. Само собой подразумевалось, что РНК вторична и по отношению к белкам, и по отношению к ДНК: в рамках этих представлений отсутствие того или другого делало бы существование РНК бессмысленным. Лишь сопоставив результаты опытов, демонстрирующих способность РНК выступать в качестве катализатора, с тем, что РНК может выполнять роль носителя информации у некоторых вирусов (например, у вирусов гриппа, полиомиелита, гепатитов А, В и С и др.), ученые смогли поставить некую точку в этих дебатах, признав лидерство за бывшим аутсайдером. Теория так называемого РНК-мира, с которого началась жизнь на Земле, — мира, населенного различными  каталитическими молекулами РНК, — теперь стала практически общепризнанной.  А что, если подобная ситуация складывается и в споре о том, кто из ныне живущих организмов появился раньше: бактерии, археи или эукариоты? Количество гипотез на этот счет фактически ограничивается правилами комбинаторики: одни считают, что эукариоты появились от симбиоза бактерий и архей, другие — что первыми от двух других групп отделились бактерии, третьи — что эукариоты, и так далее. Вирусы же традиционно оставались в этом споре за бортом, как нечто, к жизни не относящееся. В самом деле, если думать о вирусах как о бездушных паразитах, эксплуатирующих все живое, трудно предположить, что они могли появиться на свет раньше своих жертв. Но может быть, вынося вирусы за скобки, мы упускаем что-то очень значительное? Насчет происхождения вирусов существует три гипотезы. Две из них говорят о том, что вирусы так или иначе происходят от живых организмов и представляют собой деградировавшие клетки или «сбежавшие» гены. Но если бы вирусы происходили от клеток, то, по крайней мере, большая часть их генов должна быть гомологична генам клетки, однако на деле это не так. Существует огромное количество вирус-специфических белков. Например, многие вирусы имеют отличную от клеточной ДНК-полимеразу. Эти данные говорят в пользу третьей теории — независимого происхождения вирусов.  Допустим, вирусы образовались сами по себе. Ведут ли они свое начало из одного или из нескольких корней? Вирусы — очень разнородная группа: среди них есть такие, чей геном представлен одноцепочечной или двуцепочечной РНК, одноцепочечной или двуцепочечной ДНК. Существуют вирусы, заражающие бактерий, эукариот, архей. Есть ли у них хоть что-то общее? Оказывается, да. Белок внешней оболочки (капсида) у всех, за немногим исключением, вирусов содержит одно и то же характерное сочетание аминокислот. Эта последовательность специфична для вирусов, она не встречается в геномах клеток. Самое удивительное, что этот фрагмент имеется у вирусов, относящихся к совершенно разным группам, с РНК- и ДНК-геномами. Неужели все это разнообразие организмов может происходить от одного корня? Если общий корень существовал, то сколько же времени могло потребоваться на то, чтобы отдельные ветви разошлись до такой степени? И если вирусы такие древние, могли ли они повлиять на появление клеток?  Чем больше накапливается данных о вирусных геномах, тем яснее становится, что вне зависимости от того, считаем ли мы вирусы относящимися к жизни или нет, исключить их из рассмотрения, когда речь идет о зарождении жизни, нельзя. Рассмотрим две интересные теории, которые включают вирусы в общую схему эволюции. Одна из них кажется значительно более спорной, чем вторая, но истина и рождается в споре.