Жизненный цикл ретровирусов — ВИЧ. Грибы. Царство грибов.

Вирусы открыты Д.И.Ивановским (1892 г., вирус табачной мозаики).

Вирусы – это внутриклеточные паразиты, они могут жить и размножаться только в живых клетках. Вирусы паразитируют на клетках организмов всех царств живой природы. Вирусы бактерий называются бактериофаги.

Если вирусы выделить в чистом виде, то они существуют в форме кристаллов (у них нет собственного обмена веществ, размножения и других свойств живого). Из-за этого многие ученые считают вирусы промежуточной стадией между живыми и неживыми объектами.

Вирусы – это неклеточная форма жизни. Вирусные частицы (вирионы) – это не клетки:

  • вирусы гораздо меньше клеток;
  • вирусы гораздо проще клеток по строению – состоят только из нуклеиновой кислоты и белковой оболочки, состоящей из множества одинаковых молекул белка.
  • вирусы содержат либо ДНК, либо РНК.

Синтез компонентов вируса:

  • В нуклеиновой кислоте вируса содержится информация о вирусных белках. Клетка делает эти белки сама, на своих рибосомах.
  • Нуклеиновую кислоту вируса клетка размножает сама, с помощью своих ферментов.
  • Затем происходит самосборка вирусных частиц.

Значение вирусов:

  • вызывают инфекционные заболевания (грипп, герпес, СПИД и т.д.)
  • некоторые вирусы могут встраивать свою ДНК в хромосомы клетки-хозяина, вызывая мутации.

СПИД

Синдром приобретенного иммунного дефицита вызывается вирусом иммунодефицита человека (ВИЧ). ВИЧ паразитирует на белых клетках крови (лейкоцитах лимфоцитах), это приводит к разрушению иммунной системы.

Вирус СПИДа очень нестоек, на воздухе легко разрушается. Заразиться им можно только при половых контактах без презерватива и при переливании зараженной крови.

  • ПОДРОБНЫЕ КОНСПЕКТЫ: Общая характеристика вирусов, Жизнедеятельность вирусов, ВИЧ и СПИД, Происхождение и эволюционное значение вирусов
  • ЗАДАНИЯ ЧАСТИ 2 ЕГЭ ПО ЭТОЙ ТЕМЕ

Задания части1

  1. Выберите один, наиболее правильный вариант. Доклеточные формы жизни изучает наука 1) вирусология2) микология3) бактериология
  2. 4) гистология

Выберите один, наиболее правильный вариант. Клетки каких организмов поражаются бактериофагом? 1) лишайников2) грибов3) прокариот

  • 4) простейших
  • Выберите один, наиболее правильный вариант. Вирус иммунодефицита поражает в первую очередь 1) эритроциты2) тромбоциты3) фагоциты
  • 4) лимфоциты
  • Выберите один, наиболее правильный вариант. В какой среде вирус СПИДа, как правило, погибает 1) в лимфе2) в грудном молоке3) в слюне
  • 4) на воздухе
  • Выберите один, наиболее правильный вариант. Вирусы обладают такими признаками живого, как 1) питание2) рост3) обмен веществ
  • 4) наследственность
  • ВИРУСЫ Выберите три верных ответа из шести и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны. Вирусы: 1) не обладают собственным обменом веществ2) являются внутриклеточными паразитами3) способны размножаться только внутри животных клеток4) не содержат нуклеиновых кислот5) могут быть уничтожены применением антибиотиков
  • 6) не способны к самостоятельному синтезу белка

Жизненный цикл ретровирусов - ВИЧ. Грибы. Царство грибов.
ВИРУС РИС
1. Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. Какие признаки характерны для указанного природного объекта?

1) характерен хемотрофный тип питания
2) образован нуклеиновой кислотой и белками
3) ведет паразитический образ жизни
4) образует споры при неблагоприятных условиях среды
5) отсутствует собственный обмен веществ

6) образует симбиоз с бактериальной клеткой

Жизненный цикл ретровирусов - ВИЧ. Грибы. Царство грибов.
2. Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. Какие признаки характерны для биологического объекта, изображённого на рисунке?
1) генетический материал представлен молекулами РНК
2) клеточная стенка из муреина
3) наличие мелких рибосом
4) наличие клеточного центра
5) является возбудителем СПИДа

6) имеет наружную белково-липидную мембрану

ВИРУС КРОМЕВсе приведенные ниже характеристики, кроме трех, используют для описания вирусов. Определите три характеристики, «выпадающие» из общего списка, и запишите цифры, под которыми они указаны. 1) вызывают ВИЧ, грипп, оспу 2) имеют собственные рибосомы 3) способны кристаллизоваться 4) способны к фагоцитозу 5) ведут только паразитический образ жизни

6) состоят только из нуклеиновой кислоты и капсида

ВИРУС — БАКТЕРИЯ 1. Установите соответствие между особенностями организмов и представителями: 1) Вирус иммунодефицита, 2) Кишечная палочка. Запишите цифры 1 и 2 в правильном порядке. А) Нет клеточной стенкиБ) Наследственный материал заключён в кольцевой ДНКВ) Наследственный материал заключён в РНКГ) Может иметь жгутикД) Внутриклеточный паразит

Е) Симбионт человека

2. Установите соответствие между признаками биологического объекта и объектом, к которому относится данный признак: 1) бактериофаг, 2) кишечная палочка. Запишите цифры 1 и 2 в правильном порядке. А) состоит из нуклеиновой кислоты и капсидаБ) клеточная стенка из муреинаВ) вне организма находится в виде кристалловГ) может находиться в симбиозе с человекомД) имеет рибосомы

Е) имеет хвостовой канал

3. Установите соответствие между признаком организма и группой, для которой он характерен: 1) прокариоты, 2) вирусы. А) клеточное строение телаБ) наличие собственного обмена веществВ) встраивание собственной ДНК в ДНК клетки хозяинаГ) состоит из нуклеиновой кислоты и белковой оболочкиД) размножение делением надвое

Е) способность к обратной транскрипции

4. Установите соответствие между характеристиками и природными объектами: 1) вирусы, 2) бактерии. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам.
А) только паразитический образ жизни
Б) способность к синтезу белковых молекул
В) образование спор для перенесения неблагоприятных условий среды
Г) отсутствие собственного обмена веществ
Д) наличие клеточной стенки

Е) деление клетки надвое

Жизненный цикл ретровирусов - ВИЧ. Грибы. Царство грибов. ВИРУС-БАКТЕРИЯ РИС. 1. Установите соответствие между функциями и организмами, для которых они характерны. Запишите цифры 1 и 2 в правильном порядке. А) имеет оболочку из муреинаБ) является облигатным клеточным паразитомВ) способен к спорообразованиюГ) размножается бинарным делениемД) состоит из ДНК или РНК и капсида

Е) способен кристаллизоваться

Жизненный цикл ретровирусов - ВИЧ. Грибы. Царство грибов. 2. Установите соответствие между характеристиками и формами жизни, изображенными на рисунке. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам. А) при неблагоприятном воздействии образует споры Б) является облигатным внутриклеточным паразитом В) имеет нуклеоид Г) цитоплазматическая мембрана образует мезосомы Д) генетический аппарат представлен молекулами ДНК или РНК

Е) имеет белково-липидную мембрану и капсид

Жизненный цикл ретровирусов - ВИЧ. Грибы. Царство грибов. 3. Установите соответствие между характеристиками и формами жизни, представленными на рисунках. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам. А) не имеет собственного метаболизма Б) поддерживает собственный гомеостаз В) может быть автотрофной и гетеротрофной Г) содержит ДНК или РНК в качестве носителя наследственной информации Д) размножается только внутри клеток хозяина

Е) может самостоятельно передвигаться

Жизненный цикл ретровирусов - ВИЧ. Грибы. Царство грибов. 4. Установите соответствие между характеристиками и формами жизни, представленными на рисунках 1 и 2. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам. А) представляет собой неклеточную форму жизни Б) имеет нуклеоид и рибосомы В) размножается только в живых клетках Г) размножается делением Д) не имеет собственного обмена веществ

Е) неблагоприятные условия переживает в состоянии споры

Жизненный цикл ретровирусов - ВИЧ. Грибы. Царство грибов. 5. Установите соответствие между характеристиками и формами жизни, представленными на рисунках. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам. А) нахождение нуклеиновой кислоты внутри белкового капсида Б) размножение в клетках бактерий В) может быть автотрофом или гетеротрофом Г) не имеет рибосом Д) размножается делением надвое

  1. Е) не имеет собственного обмена веществ
  2. Жизненный цикл ретровирусов - ВИЧ. Грибы. Царство грибов. Каким номером обозначен организм, не имеющий собственного обмена веществ?

Жизненный цикл ретровирусов - ВИЧ. Грибы. Царство грибов. Установите соответствие между признаками и организмами, обозначенными на рисунке цифрами 1-3. Запишите цифры 1-3 в порядке, соответствующем буквам. А) содержит линейные хромосомы Б) имеет белковый капсид В) клеточная стенка из муреина Г) содержит хроматофор Д) способен к обратной транскрипции

Е) мелкие рибосомы 70S типа

ВИРУС В ОТЛ. ОТ БАКТЕРИЙ Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. Вирусы, в отличие от бактерий 1) имеют неоформленное ядро2) размножаются только в других клетках3) не имеют мембранных органоидов4) осуществляют хемосинтез5) способны кристаллизоваться

  • 6) образованы белковой оболочкой и нуклеиновой кислотой
  • СОБИРАЕМ Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. Вирусы, в отличие от бактерий 1) имеют неоформленное ядро 2) образованы белковой оболочкой и нуклеиновой кислотой 3) относятся к свободноживущим формам 4) размножаются только в других клетках

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ 1. Установите правильную последовательность стадий размножения ДНК-содержащих вирусов. Запишите в таблицу соответствующую последовательность цифр. 1) выход вируса в окружающую среду 2) синтез белка вируса в клетке3) внедрение ДНК в клетку4) синтез ДНК вируса в клетке

5) прикрепление вируса к клетке

2. Установите последовательность этапов жизненного цикла бактериофага. Запишите соответствующую последовательность цифр.

1) биосинтез ДНК и белков бактериофага бактериальной клеткой 2) разрыв оболочки бактерии, выход бактериофагов и заражение новых бактериальных клеток 3) проникновение ДНК бактериофага в клетку и встраивание его в кольцевую ДНК бактерии 4) прикрепление бактериофага к оболочке бактериальной клетки

Читайте также:  Синдром Гийена — Барре. Воспалительные полирадикулоневропатии.

5) сборка новых бактериофагов

3. Установите последовательность этапов проникновения и паразитирования в клетке вирусных частиц. В ответе запишите соответствующую последовательность цифр. 1) прикрепление вируса своими отростками к оболочке клетки 2) проникновение ДНК вируса в клетку 3) растворение оболочки клетки в месте прикрепления вируса 4) синтез вирусной ДНК и белков 5) выход вирусных частиц из клетки-хозяина

6) формирование новых вирионов

4. Установите последовательность процессов, происходящих при заражении человека вирусом иммунодефицита человека (ВИЧ). Запишите соответствующую последовательность цифр. 1) высвобождение РНК из капсида 2) трансляция вирусных белков 3) проникновение вируса в лейкоциты 4) встраивание ДНК в хромосому лейкоцита

5) обратная транскрипция

5. Установите последовательность этапов развития РНК-содержащего вируса иммунодефицита человека (ВИЧ) с момента его проникновения в лимфоцит. Запишите соответствующую последовательность цифр. 1) синтез вирусной ДНК на РНК вируса (обратная транскрипция) 2) проникновение вирусной РНК в цитоплазму лимфоцита 3) синтез иРНК и вирусных белков в лимфоците 4) самосборка вирусных частиц

  1. 5) встраивание вирусной ДНК в хромосому лимфоцита
  2. Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. Обмен веществ как свойство живого характерен для 1) вирусов растений 2) простейших 3) почвенных бактерий 4) вирусов животных
  3. 5) бактериофагов

БОЛЕЗНИ 1. Установите соответствие между инфекционным заболеванием и его возбудителем: 1) бактерии, 2) вирусы, 3) простейшие. Запишите цифры 1-3 в порядке, соответствующем буквам. А) лямблиоз Б) куриная холера В) мозаичная болезнь табака Г) коровья оспа Д) малярия

Е) туберкулез

2. Установите соответствие между заболеванием и его возбудителем: 1) грибы, 2) гельминты, 3) вирусы. Запишите цифры 1-3 в правильном порядке. А) аскаридоз
Б) головня злаков
В) мучнистая роса
Г) ветряная оспа

Д) грипп

Какие из перечисленных симптомов характерны для гриппа? Выберите три верных признака из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. 1) высокая температура
2) воспалённые глаза
3) головная боль
4) выпадение волос
5) повышенный аппетит

6) слабость

© Д.В.Поздняков, 2009-2020

Ретровирусы: «пятая колонна» ДНК • Библиотека

Жизненный цикл ретровирусов - ВИЧ. Грибы. Царство грибов.

Уже много лет между эволюционистами и креационистами продолжается спор о том, как же все-таки произошел человек — путем эволюции или божественного сотворения? К счастью, древние вирусы на протяжении миллионов лет ведут летопись эволюции и записывают ее в нашу ДНК.

Конечно, для любого человека, который более-менее близко знаком с биологией, вопрос «была ли эволюция живых организмов?» просто не существует. Ведь, как справедливо заметил один из выдающихся биологов прошлого века Феодосий Добжанский, «ничто в биологии не имеет смысла, кроме как в свете эволюции».

Но для большинства людей это, конечно же, не так бесспорно. И чтобы наглядно показать очевидность эволюционных процессов, биологи собрали множество весомых аргументов молекулярно-генетического и биохимического свойства.

В качестве одного из главных доказательств эволюции выступили, как это ни покажется удивительным, всем известные вирусы.

Речь идет о реликтовых ретровирусных последовательностях — так называемых эндогенных ретровирусах, тихо сидящих в наших клетках. Эти ретровирусы — следы прошлых встреч живых организмов с вирусами типа ВИЧ и другими. Миллионы лет назад они атаковали клетки живших тогда организмов.

И если организм не погибал, а успешно справлялся с вирусной атакой, то вирусы в «разобранном» (деактивированном) состоянии оставались в клетках, уже потеряв свою способность к инфицированию.

Если вирусом заражались клетки половой линии, то эндогенный ретровирус передавался из поколения в поколение, путешествуя таким образом по геномам иногда миллионы лет.

После расшифровки нуклеотидной последовательности ДНК многих животных, в том числе и человека, стало возможным узнать, где именно в геноме находятся эти остатки древних вирусов.

И взору ученых предстала строгая упорядоченность расположения эндогенных ретровирусов — выяснилось, что все они находятся в геномах в строго определенных местах. Некоторые из них характерны лишь для человека или для кошки и не встречаются у других животных.

Другие же ретровирусы можно обнаружить в одном и том же месте, к примеру, в геномах гориллы, шимпанзе, орангутанга и человека.

Вероятность того, что вирусы атаковали клетки и случайным образом встроились в геномы разных видов на абсолютно одинаковые позиции среди миллиардов других нуклеотидов, чрезвычайно мала.

Это все равно, как если бы несколько миллионов человек взяли в руки «Войну и мир» и, не сговариваясь, указали бы на одно и то же слово на одной и той же странице. Все это говорит в пользу того, что в процессе эволюции обломки вирусов в клетках передавались из поколения в поколение и от одних видов другим.

И то, что ретровирусы находятся у двух или более животных на одной и той же позиции в ДНК, недвусмысленно говорит о том, что эти животные произошли от общего предка.

В 2007 году журнал Nature своей редакционной статьей подвел черту под всеми спорами о происхождении человека, заявив решительно и прямо: «При всем уважении к чувствам верующих идею о том, что человек создан по образу Божию, можно уверенно отбросить. И тело, и разум человека произошли путем эволюции от более ранних приматов».

Одомашненные вирусы

Эндогенные ретровирусы относятся к большому классу мобильных элементов генома — к ретроэлементам.

Эти мобильные элементы используют для своих перемещений механизм, на который указывает приставка «ретро» в названии элемента — она означает «движение вспять, в обратном направлении».

В основе этого механизма лежит процесс обратной транскрипции, открытый в 1970 году двумя нобелевскими лауреатами, американскими учеными Говардом Темином и Дэвидом Балтимором.

Транскрипция — это перенос генетической информации с ДНК на рибонуклеиновую кислоту (РНК), при котором ДНК используется в качестве отправной точки, матрицы. Транскрипцию можно наблюдать всякий раз, когда осуществляется синтез новых белков.

До открытия американцами обратной транскрипции считалось, что движение в направлении от РНК к ДНК невозможно.

Но, как оказалось, этот генетический метод активно используется в живой природе, в том числе и такими опасными ее представителями, как вирусы (среди которых и самый опасный для человека — ВИЧ).

Реликты, доставшиеся нам от ископаемых вирусов, атаковавших на заре эволюции наших предков, пришли в полную «негодность» и утратили свою былую силу. Хотя при некоторых условиях они все-таки могут «тряхнуть стариной» и показать свою губительную мощь.

Несколько лет назад было обнаружено, что внутренние (эндогенные) ретровирусы человека могут взаимодействовать с внешними вирусами, такими как ВИЧ.

Со стороны это выглядит как дружеская кооперация: «домашние» вирусы могут поставлять в случае нужды вирусам, проникшим извне, необходимые «комплектующие» (белковые структуры) для эффективного внедрения последних в геном человека.

Это было доказано в 2009 году группой ученых из Канады, Франции, Швейцарии и США под руководством Ханса Хенгартнера.

Исследователи проследили, как внешний РНК-вирус lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV) получал помощь от эндогенного ретровируса intracisternal A-type particle (IAP), тихо сидевшего внутри клетки.

«Домашний» ретровирус IAP предоставлял попавшему в организм чужаку LCMV свою транскриптазу — фермент, необходимый для внедрения вируса в ДНК животного. Причем ученые ставили эксперименты с геномами разных животных, в том числе и человека, и везде результат был один — вирусы помогали друг другу.

Можно наблюдать и другие случаи удивительной взаимопомощи между вирусами: эндогенные ретровирусы человека могут отдавать свои ферменты, протеиназы, вирусу иммунодефицита. Именно таким поразительным образом ВИЧ успешно противостоит попыткам людей победить его: некоторые современные лекарства против ВИЧ рассчитаны на подавление протеиназы.

Не случайно академик РАН Евгений Свердлов, много лет посвятивший изучению вирусов, сравнил эндогенные ретровирусы с «пятой колонной» ВИЧ. Кроме этого, с ВИЧ-инфекцией ассоциировано сразу несколько разных вирусов, которые взаимно усиливают пагубное действие друг друга.

От таких фактов даже у опытных ученых захватывает дух: вирусы объединяются против человека!

Двигатель прогресса

Еще в конце 1980-х годов можно было встретить утверждение о том, что ретровирусы не способны вызывать эпидемический процесс. И отсюда — бесплодные попытки ученых создать вакцину против ВИЧ.

Ретровирусы и сегодня не утратили своей способности вызвать большую пандемию. Однако ретровирусы, по мнению ученых, могут быть полезными.

Предполагается, и не без оснований, что они сослужили нам хорошую службу в процессе эволюции, передав человеку и другим живым организмам свои структурные элементы, ставшие впоследствии нашими генами.

Сегодня уже точно известен целый ряд важных генов, берущих свое начало от ретроэлементов. Прежде всего это некоторые гены, участвующие во внутриутробном развитии плода. Несколько лет назад появились данные, что ретровирусы могли сыграть весомую роль в эволюции плацентарных животных.

Появление у древних организмов плаценты — важный этап их эволюционного развития в сторону усложнения. Плацента позволила предкам человека продлить внутриутробное развитие.

Именно с этим сегодня связывают кардинальные изменения у млекопитающих, живших около 60 млн лет назад, — увеличение размеров мозга и постепенное развитие умственных способностей.

Исследователи из Токийского медицинского университета изучили влияние гена Peg10 на развитие плаценты у мышей.

Они обнаружили, что мышиные эмбрионы, у которых ген Peg10 был деактивирован, погибали на десятый день после зачатия из-за явного нарушения развития плаценты. Ген Peg10 имеет структуру, схожую с ретротранспозоном Sushi-ichi.

Предполагается, что этот транспозон внедрился в геном древних млекопитающих, а затем в процессе эволюции «одомашнился» и стал в качестве одного из генов выполнять важные функции в развитии плаценты.

Читайте также:  Подготовка к обработке геморроидального узла на трех часах.

В 2008 году группа датских генетиков, Андерс Кельдберг и его коллеги, описали еще одну группу генов, которые достались нам в результате «молекулярного одомашнивания». Вирусы имеют в своем составе ген env, ответственный за синтез белков вирусной оболочки.

Датские ученые обнаружили, что некоторые из генов env, а именно ENVV1 и ENVV2, оставшиеся от реликтовых вирусов возрастом 50−70 млн лет, в ходе эволюции превратились в «полезную» часть ДНК. Теперь эти гены работают в клетках плаценты человека и обезьян.

Предполагается, что они могут управлять слиянием клеток в ходе формирования наружного слоя плаценты и защищать эмбрион от иммунной системы матери. Также возможно, что эти вирусные гены защищают эмбрион от других ретровирусов.

В 2013 году большая группа российских ученых из нескольких лабораторий (А.А. Буздин и его коллеги) обнаружили еще один эндогенный ретровирус, подвергшийся «молекулярному одомашниванию».

Они исследовали большую группу ретровирусов, характерных исключительно для человеческого генома, — human-specific endogenous retroviruses (hsERV).

Таких ретровирусов, по приблизительным подсчетам, в нашей ДНК имеется более ста копий.

Основной целью российских биологов был поиск ретровирусов hsERV, которые осуществляют функции энхансеров (усилителей).

Энхансеры — это нуклеотидная последовательность с регуляторными функциями, которая обычно находится вблизи (или внутри) генов и повышает их экспрессию.

Из всех обнаруженных на сегодня hsERV лишь шесть копий находились в районах обычного расположения энхансеров. Изучив эти шесть ретровирусов, исследователи смогли выявить один hsERV, расположенный вблизи важного гена PRODH.

Ген PRODH кодирует фермент пролиндегидрогеназу, связанный с синтезом глутамата, одного из нейромедиаторов, стимулирующего передачу сигналов возбуждения в нервной системе.

У шимпанзе аналогичный ген во всех местах его расположения (в гиппокампе, префронтальной коре и хвостатом ядре) не имеет рядом с собой участка ДНК с эндогенными ретровирусами и менее активен по сравнению с человеческим.

Есть основания полагать, что внедрение ретровируса вблизи этого гена сыграло весомую роль в развитии умственных способностей человека.

Хозяева Земли

Интересная гипотеза о роли ретроэлементов в эволюции была предложена несколько лет назад микробиологом Михаилом Супотницким, который рассматривает вирусы не как случайную прихоть природы, а как сложный эволюционный инструмент. Им было введено новое понятие — «ретровирусная эволюция».

По мнению Супотницкого, именно ретровирусы (и ретроэлементы) — настоящие хозяева Земли. Они возникли раньше нас в процессе эволюции, принимали активное участие в создании сложных организмов и вполне способны ради большего разнообразия видов сгубить все человечество.

Как следует из гипотезы, иммунная система многоклеточных была создана ретроэлементами и может выполнять роль естественного резервуара для ретровирусов. Количество же ретровирусов время от времени достигает в популяциях «критической массы», вследствие чего происходит вымирание большей части живых организмов и приобретение выжившими устойчивости к вирусам.

Автор выражает большую благодарностьд. б. н. А. А. Буздину (Институт биоорганической химии РАН)

за помощь при написании статьи.

ИММУНОДЕФИЦИ́ТА ЧЕЛОВЕ́КА ВИ́РУСЫ

Авторы: Э. В. Карамов

ИММУНОДЕФИЦИ́ТА ЧЕЛОВЕ́КА ВИ́РУ­СЫ (ВИЧ), от­но­сят­ся к сем. рет­ро­ви­ру­сов, ро­ду лен­ти­ви­ру­сы (Lentivirus). Вы­зы­ва­ют ВИЧ-ин­фек­цию, по­след­ней ста­ди­ей раз­ви­тия ко­то­рой яв­ля­ет­ся СПИД. Опи­са­но два ти­па ви­ру­сов: ВИЧ-1, вы­звав­ший все­мир­ную эпи­де­мию во 2-й пол. 20 в.

, и сход­ный с ним (40% го­моло­гии), но ме­нее па­то­ген­ный ВИЧ-2 (рас­про­стра­нён пре­им. в Зап. Аф­ри­ке). До­ка­за­но, что к че­ло­ве­ку ви­рус по­пал в ре­зуль­та­те меж­ви­до­вой транс­мис­сии от обезь­ян: ВИЧ-1 от шим­пан­зе, ВИЧ-2 от ман­го­беев. Осн. пу­ти пе­ре­да­чи ВИЧ – по­ло­вой, че­рез кровь, от за­ра­жён­ной ма­те­ри ре­бён­ку.

ВИЧ ха­рак­те­ри­зу­ют­ся чрез­вы­чай­но вы­со­кой из­мен­чи­во­стью ге­но­ма. Ис­хо­дя из осо­бен­но­стей струк­ту­ры ге­не­тич. ма­те­риа­ла, ВИЧ-1 под­раз­де­ля­ет­ся на груп­пы N, O и M. Имен­но ви­ру­сы M-груп­пы иг­ра­ют гл.

роль в эпи­де­мии; они, в свою оче­редь, де­лят­ся на 9 суб­ти­пов (A–D, F–H, J и K) и 36 ре­ком­би­нант­ных форм (CRF 01–36). В Рос­сии до­ми­ни­рую­щим суб­ти­пом яв­ля­ет­ся A1.

Ви­ри­он ВИЧ име­ет сфе­рич. фор­му, ок. 100 нм в диа­мет­ре; ок­ру­жён ли­по­про­теи­но­вой обо­лоч­кой (фор­ми­ру­ет­ся на ос­но­ве мем­бра­ны клет­ки-хо­зяи­на). На по­верх­но­сти ви­рио­на рас­по­ло­же­ны 72 гли­ко­про­теи­но­вых вы­пя­чи­ва­ния, ко­то­рые свя­за­ны с бел­ко­вым мат­рик­сом, рас­по­ло­жен­ным не­по­сред­ст­вен­но под ли­пид­ной обо­лоч­кой. В центр.

час­ти ви­рио­на на­хо­дит­ся ко­ну­со­об­раз­ный кап­сид (об­ра­зо­ван мо­но­ме­ра­ми кап­сид­но­го бел­ка), в ко­то­рый за­клю­чён ге­ном ви­ру­са – 2 оди­на­ко­вые од­но­це­по­чеч­ные мо­ле­ку­лы РНК (со­сто­ят из 9300 нук­лео­ти­дов ка­ж­дая, син­те­зи­ру­ют­ся при уча­стии кле­точ­ной РНК-по­ли­ме­ра­зы II). С мо­ле­ку­ла­ми РНК свя­зан нук­лео­кап­сид­ный бе­лок.

В со­став кап­си­да вхо­дит так­же т. н. по­ли­ме­раз­ный ком­плекс, вклю­чаю­щий фер­мен­ты об­рат­ную транс­крип­та­зу, ин­те­гра­зу и про­теа­зу (уча­ст­ву­ет в со­зре­ва­нии ви­рио­на). Все­го ге­ны ВИЧ кон­тро­ли­ру­ют син­тез 9 струк­тур­ных и 6 ре­гу­ля­тор­ных бел­ков; часть ге­нов об­ла­да­ет эк­зон-ин­трон­ной струк­ту­рой.

Кро­ме то­го, в со­став ви­рио­на вхо­дит кле­точ­ный бе­лок цик­ло­фи­лин и не­ко­то­рые дру­гие.

По­пав в ор­га­низм, ви­рус по­ра­жа­ет ши­ро­кий круг кле­ток им­мун­ной сис­те­мы (им­му­но­ци­тов), в т. ч. Т-лим­фо­ци­ты, мак­ро­фа­ги, NK-клет­ки, а так­же ден­д­рит­ные клет­ки, ти­мо­ци­ты, мик­ро­глию (гли­аль­ные мак­ро­фа­ги) и клет­ки сли­зи­стой эпи­те­лия и лим­фо­ид­ной тка­ни же­лу­доч­но-ки­шеч­но­го трак­та.

Для это­го он ну­ж­да­ет­ся в ре­цеп­то­ре СD4 и до­пол­нит. ко­ре­цеп­то­рах (хе­мо­ки­но­вых, ин­тег­ри­но­вых и др.). Гли­ко­про­теи­ны ви­ру­са рас­по­зна­ют ре­цеп­то­ры кле­ток-ми­ше­ней, по­сле че­го про­ис­хо­дит слия­ние ви­рус­ной и кле­точ­ной мем­бран (фу­зия) и про­ник­но­ве­ние кап­си­да внутрь клет­ки.

Уже на ран­ней ста­дии ин­фек­ции вири­он­ная РНК с по­мо­щью об­рат­ной транс­крип­та­зы (РНК-за­ви­си­мой ДНК-по­ли­ме­ра­зы) пе­ре­пи­сы­ва­ет­ся в мо­ле­ку­лу двух­це­по­чеч­ной ДНК. Вновь син­те­зи­ро­ван­ная ДНК транс­пор­ти­ру­ет­ся в яд­ро ин­фи­ци­ров.

клет­ки и при уча­стии ин­те­гра­зы встраи­ва­ет­ся в хро­мо­сом­ную ДНК, ста­но­вясь ча­стью кле­точ­но­го ге­но­ма (про­ви­ру­сом). Т. о. ВИЧ мо­жет су­ще­ст­во­вать в ви­де двух форм: ви­ри­он­ной од­но­це­по­чеч­ной РНК и внут­ри­кле­точ­ной двух­це­по­чеч­ной ДНК. В со­стоя­нии про­ви­ру­са ви­рус не­ак­ти­вен до тех пор, по­ка ла­тент­но ин­фи­ци­ров.

клет­ка не бу­дет ак­ти­ви­ро­ва­на, напр., ка­ки­ми-то мик­роб­ны­ми ан­ти­ге­на­ми или др. ви­ру­са­ми. В ре­зуль­та­те ак­ти­ва­ции на­чи­на­ет­ся син­тез ви­рус­ных РНК и бел­ков, фор­ми­ру­ют­ся ви­рио­ны, рас­про­стра­няю­щие­ся в за­ра­жён­ном ор­га­низ­ме.

Под дей­ст­ви­ем ВИЧ ко­ли­че­ст­во СD4+Т-лим­фо­ци­тов сни­жа­ет­ся на­столь­ко, что ор­га­низм ста­но­вит­ся вос­при­им­чи­вым да­же к ус­лов­но-па­то­ген­ным (оп­пор­ту­ни­сти­че­ским) ин­фек­ци­ям, ко­то­рые не опас­ны (или ма­ло опас­ны) для лю­дей с нор­маль­ной им­мун­ной сис­те­мой.

Де­ле­ция Δ32 уча­ст­ка в об­лас­ти ге­на CCP5, ко­ди­рую­ще­го хе­мо­ки­но­вый ре­цеп­тор, при­во­дит к не­вос­при­им­чи­во­сти её но­си­те­ля к ВИЧ (счи­та­ет­ся, что к ВИЧ ус­той­чив при­мер­но 1% ев­ро­пей­цев). От­кры­ты ге­не­тич. ло­ку­сы и фак­то­ры вро­ж­дён­но­го им­му­ни­те­та, при­даю­щие ус­той­чи­вость и чув­ст­ви­тель­ность к ВИЧ.

Ретровирусы: «пятая колонна» ДНК

Конечно, для любого человека, который более-менее близко знаком с биологией, вопрос «была ли эволюция живых организмов?» просто не существует. Ведь, как справедливо заметил один из выдающихся биологов прошлого века Феодосий Добжанский, «ничто в биологии не имеет смысла, кроме как в свете эволюции». Но для большинства людей это, конечно же, не так бесспорно. И чтобы наглядно показать очевидность эволюционных процессов, биологи собрали множество весомых аргументов молекулярно-генетического и биохимического свойства. В качестве одного из главных доказательств эволюции выступили, как это ни покажется удивительным, всем известные вирусы.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Речь идет о реликтовых ретровирусных последовательностях — так называемых эндогенных ретровирусах, тихо сидящих в наших клетках. Эти рет­ро­вирусы — следы прошлых встреч живых организмов с вирусами типа ВИЧ и другими. Миллионы лет назад они атаковали клетки живших тогда организмов.

И если организм не погибал, а успешно справлялся с вирусной атакой, то вирусы в «разобранном» (деактивированном) состоянии оставались в клетках, уже потеряв свою способность к инфицированию.

Если вирусом заражались клетки половой линии, то эндогенный ретровирус передавался из поколения в поколение, путешествуя таким образом по геномам иногда миллионы лет.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Почти половина генома

У разных ретротранспозонов (транспозон — мобильный элемент ДНК) процесс обратной транскрипции имеет свои особенности. У ретротранспозонов с длинными концевыми повторами (LTR-ретропозоны) обратная транскрипция происходит не в ядре, а в цитоплазме.

Так как по своему строению и механизму перемещения LTR-ретропозоны имеют большое сходство с вирусами, данный класс подвижных элементов называют ретровирусоподобными. Их содержание в геноме человека — около 8% всей последовательности нуклеотидов.

Ко второму классу ретротранспозонов, без длинных концевых повторов (non-LTR), относятся элементы LINE (Long Interspersed Elements — длинные перемежающиеся элементы) и SINE (Short Interspersed Elements — короткие перемежающиеся элементы). Перемещение и встраивание ДНК-копии этих элементов происходит не в цитоплазме, а в ядре.

Элементы LINE — самые многочисленные из подвижных структур человека: они занимают в ДНК пятую часть (около 20%) от всей последовательности нуклеотидов. И они же единственные из мобильных генов человека, сохранившие до сих пор свою самостоятельную способность к перемещению.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

После расшифровки нуклеотидной последовательности ДНК многих животных, в том числе и человека, стало возможным узнать, где именно в геноме находятся эти остатки древних вирусов.

И взору ученых предстала строгая упорядоченность расположения эндогенных ретровирусов — выяснилось, что все они находятся в геномах в строго определенных местах. Некоторые из них характерны лишь для человека или для кошки и не встречаются у других животных.

Другие же ретровирусы можно обнаружить в одном и том же месте, к примеру, в геномах гориллы, шимпанзе, орангутанга и человека.

Читайте также:  Первичный герпетический гингивостоматит. Рецидивирующий простой герпес.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Вероятность того, что вирусы атаковали клетки и случайным образом встроились в геномы разных видов на абсолютно одинаковые позиции среди миллиардов других нуклеотидов, чрезвычайно мала.

Это все равно, как если бы несколько миллионов человек взяли в руки «Войну и мир» и, не сговариваясь, указали бы на одно и то же слово на одной и той же странице. Все это говорит в пользу того, что в процессе эволюции обломки вирусов в клетках передавались из поколения в поколение и от одних видов другим.

И то, что ретровирусы находятся у двух или более животных на одной и той же позиции в ДНК, недвусмысленно говорит о том, что эти животные произошли от общего предка.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

В 2007 году журнал Nature своей редакционной статьей подвел черту под всеми спорами о происхождении человека, заявив решительно и прямо: «При всем уважении к чувствам верующих идею о том, что человек создан по образу Божию, можно уверенно отбросить. И тело, и разум человека произошли путем эволюции от более ранних приматов».

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Одомашненные вирусы

Эндогенные ретровирусы относятся к большому классу мобильных элементов генома — к ретроэлементам.

Эти мобильные элементы используют для своих перемещений механизм, на который указывает приставка «ретро» в названии элемента — она означает «движение вспять, в обратном направлении».

В основе этого механизма лежит процесс обратной транскрипции, открытый в 1970 году двумя нобелевскими лауреатами, американскими учеными Говардом Темином и Дэвидом Балтимором.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Транскрипция — это перенос генетической информации с ДНК на рибонуклеиновую кислоту (РНК), при котором ДНК используется в качестве отправной точки, матрицы. Транскрипцию можно наблюдать всякий раз, когда осуществляется синтез новых белков.

До открытия американцами обратной транскрипции считалось, что движение в направлении от РНК к ДНК невозможно.

Но, как оказалось, этот генетический метод активно используется в живой природе, в том числе и такими опасными ее представителями, как вирусы (среди которых и самый опасный для человека — ВИЧ).

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Реликты, доставшиеся нам от ископаемых вирусов, атаковавших на заре эволюции наших предков, пришли в полную «негодность» и утратили свою былую силу. Хотя при некоторых условиях они все-таки могут «тряхнуть стариной» и показать свою губительную мощь.

Несколько лет назад было обнаружено, что внутренние (эндогенные) ретровирусы человека могут взаимодействовать с внешними вирусами, такими как ВИЧ.

Со стороны это выглядит как дружеская кооперация: «домашние» вирусы могут поставлять в случае нужды вирусам, проникшим извне, необходимые «комплектующие» (белковые структуры) для эффективного внедрения последних в геном человека.

Жизненный цикл ретровируса

Вирус прикрепляется к строго определенным клеткам хозяина благодаря образованию связей белков капсида и рецепторов на поверхности клетки. После проникновения в клетку собственные ферменты или ферменты клетки хозяина разбирают капсид.

Вирусная РНК высвобождается и подвергается обратной транскрипции: обратная транскриптаза формирует по матрице РНК цепочки ДНК, а интеграза инициирует проникновение провирусной ДНК в ядро и включение ее в геном хозяина. В ядре происходит процесс репликации (повторной сборки) вирусной РНК, который уже стал неотъемлемой функцией генома хозяина.

В хозяйской цитоплазме вирусная РНК обзаводится капсидом. Отпочковываясь от клетки, обновленный вирус прихватывает с собой часть мембраны хозяина, используя ее в качестве собственной оболочки.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Это было доказано в 2009 году группой ученых из Канады, Франции, Швейцарии и США под руководством Ханса Хенгартнера.

Исследователи проследили, как внешний РНК-вирус lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV) получал помощь от эндогенного ретровируса intracisternal A-type particle (IAP), тихо сидевшего внутри клетки.

«Домашний» ретровирус IAP предоставлял попавшему в организм чужаку LCMV свою транскриптазу — фермент, необходимый для внедрения вируса в ДНК животного. Причем ученые ставили эксперименты с геномами разных животных, в том числе и человека, и везде результат был один — вирусы помогали друг другу.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Можно наблюдать и другие случаи удивительной взаимопомощи между вирусами: эндогенные ретровирусы человека могут отдавать свои ферменты, протеиназы, вирусу иммунодефицита. Именно таким поразительным образом ВИЧ успешно противостоит попыткам людей победить его: некоторые современные лекарства против ВИЧ рассчитаны на подавление протеиназы.

Не случайно академик РАН Евгений Свердлов, много лет посвятивший изучению вирусов, сравнил эндогенные ретровирусы с «пятой колонной» ВИЧ. Кроме этого, с ВИЧ-инфекцией ассоциировано сразу несколько разных вирусов, которые взаимно усиливают пагубное действие друг друга.

От таких фактов даже у опытных ученых захватывает дух: вирусы объединяются против человека!

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Устройство вириона

РНК ретровируса располагается в белковой оболочке под названием капсид. Наружная липидная оболочка покрыта ворсинками длиной 8−10 нм. Вирион имеет форму икосаэдра (двадцатигранника) и диаметр 80−100 нм.

Двигатель прогресса

Еще в конце 1980-х годов можно было встретить утвер­ждение о том, что ретровирусы не способны вызывать эпидемический процесс. И отсюда — бесплодные попытки ученых создать вакцину против ВИЧ.

Ретровирусы и сегодня не утратили своей способности вызвать большую пандемию. Однако ретровирусы, по мнению ученых, могут быть полезными.

Предполагается, и не без оснований, что они сослужили нам хорошую службу в процессе эволюции, передав человеку и другим живым организмам свои структурные элементы, ставшие впоследствии нашими генами.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Сегодня уже точно известен целый ряд важных генов, берущих свое начало от ретроэлементов. Прежде всего это некоторые гены, участвующие во внутри­утроб­ном развитии плода. Несколько лет назад появились данные, что ретровирусы могли сыграть весомую роль в эволюции плацентарных животных. Появление у древних организмов плаценты — важный этап их эволюционного развития в сторону усложнения.

Плацента позволила предкам человека продлить внутриутробное развитие. Именно с этим сегодня связывают кардинальные изменения у млекопитающих, живших около 60 млн лет назад, — увеличение размеров мозга и постепенное развитие умственных способностей. Исследователи из Токийского медицинского университета изучили влияние гена Peg10 на развитие плаценты у мышей.

Они обнаружили, что мышиные эмбрионы, у которых ген Peg10 был деактивирован, погибали на десятый день после зачатия из-за явного нарушения развития плаценты. Ген Peg10 имеет структуру, схожую с ретротранспозоном Sushi-ichi.

Предполагается, что этот транспозон внедрился в геном древних млекопитающих, а затем в процессе эволюции «одомашнился» и стал в качестве одного из генов выполнять важные функции в развитии плаценты.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

В 2008 году группа датских генетиков, Андерс Кельдберг и его коллеги, описали еще одну группу генов, которые достались нам в результате «молекулярного одомашнивания». Вирусы имеют в своем составе ген env, ответственный за синтез белков вирусной оболочки.

Датские ученые обнаружили, что некоторые из генов env, а именно ENVV1 и ENVV2, оставшиеся от реликтовых вирусов возрастом 50−70 млн лет, в ходе эволюции превратились в «полезную» часть ДНК. Теперь эти гены работают в клетках плаценты человека и обезьян.

Предполагается, что они могут управлять слиянием клеток в ходе формирования наружного слоя плаценты и защищать эмбрион от иммунной системы матери. Также возможно, что эти вирусные гены защищают эмбрион от других ретровирусов.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

В 2013 году большая группа российских ученых из нескольких лабораторий (А.А. Буздин и его коллеги) обнаружили еще один эндогенный ретровирус, подвергшийся «молекулярному одомашниванию».

Они исследовали большую группу ретровирусов, характерных исключительно для человеческого генома, — human-specific endogenous retroviruses (hsERV).

Таких ретровирусов, по приблизительным подсчетам, в нашей ДНК имеется более ста копий.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Основной целью российских биологов был поиск ретровирусов hsERV, которые осуществляют функции энхансеров (усилителей).

Энхансеры — это нуклеотидная последовательность с регуляторными функциями, которая обычно находится вблизи (или внутри) генов и повышает их экспрессию.

Из всех обнаруженных на сегодня hsERV лишь шесть копий находились в районах обычного расположения энхансеров. Изучив эти шесть ретровирусов, исследователи смогли выявить один hsERV, расположенный вблизи важного гена PRODH.

Ген PRODH кодирует фермент пролиндегидрогеназу, связанный с синтезом глутамата, одного из нейромедиаторов, стимулирующего передачу сигналов возбуждения в нервной системе.

У шимпанзе аналогичный ген во всех местах его расположения (в гиппокампе, префронтальной коре и хвостатом ядре) не имеет рядом с собой участка ДНК с эндогенными ретровирусами и менее активен по сравнению с человеческим.

Есть основания полагать, что внедрение ретровируса вблизи этого гена сыграло весомую роль в развитии умственных способностей человека.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Хозяева Земли

Интересная гипотеза о роли ретроэлементов в эволюции была предложена несколько лет назад микро­био­ло­гом Михаилом Супотницким, который рассматривает вирусы не как случайную прихоть природы, а как сложный эволюционный инструмент.

Им было введено новое понятие — «ретровирусная эволюция». По мнению Супотницкого, именно ретровирусы (и ретроэлементы) — настоящие хозяева Земли.

Они возникли раньше нас в процессе эволюции, принимали активное участие в создании сложных организмов и вполне способны ради большего разнообразия видов сгубить все человечество.

Как следует из гипотезы, иммунная система многоклеточных была создана ретроэлементами и может выполнять роль естественного резервуара для ретровирусов. Количество же ретровирусов время от времени достигает в популяциях «критической массы», вследствие чего происходит вымирание большей части живых организмов и приобретение выжившими устойчивости к вирусам.

Автор выражает большую благодарность д. б. н. А.А. Буздину (Институт биоорганической химии РАН) за помощь при написании статьи.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector