Вирусологический ликбез. Что такое вирусы, их базовые характеристики, терминология, классификация
Сразу вынесу за скобки живые ли вирусы или нет, организмы ли они. По этому поводу было много жарких споров в ту пору, когда вирусы, во-многом, оставались «вещью в себе» - болезнетворным агентом, беспрепятственно проходящим через бактериальные фильтры и способным размножаться в живых клетках. В 1940-50гг в биологии произошла революция, связанная, прежде всего, с рождением и быстрым развитием молекулярной биологии (в чем важную роль сыграли вирусы бактерий - бактериофаги). Параллельно произошла революция и в вирусологии. Стало возможным вирусы рассматривать (электронный микроскоп), «выращивать» in vitro, очищать, анализировать их состав и многое другое. Довольно быстро стало понятным, что вирусы это особая категория природных микроскопических (сейчас бы, наверное, сказали бы «наноскопических») объектов, размножение которых происходит по тем же «законам», что и синтез белков в клетках - те же гены, тот же механизм синтеза, но не свой, а «заимствованный» у клетки. Последнее породило одно из образных определений вируса - «клеточные паразиты» (или облигатные, т.е. обязательные, клеточные паразиты). Вирусы также образно можно назвать «путешествующими генами/наборами генов/генными семейками», которые перемещаются от клетки к клетке, но воспроизвести себя могут только во время «остановок» в живых клетках. Чем больше узнавали о вирусах конкретно, тем слабее были споры о том, живые они или неживые. С одной стороны живые (те же гены, те же принципы «реализации» генов), а с другой - неживые (метаболизма нет, воспроизвести себя без помощи живой клетки не могут, в геноме есть информация только о белках, нет информации о других важных «био-игроках»). Формально вирусы в классификацию живых организмов не включены, хотя, возможно, жизнь началась именно с вирусоподобных «существ» (самовоспроизводящихся РНК). Впрочем, погружение в такую древность даёт благодатную почву для фантазий, но их реальность невозможно проверить. Теперь о вирусах поконкретней.
Термин вирус применяется в двух контекстах - широком (все что относится к его воспроизводству) и узком (вирусные частицы). Последние появляются на той стадия «жизненного» цикла вируса (репликативного цикла), когда он существует, как отдельный объект, способный какое-то время «перебиться» вне живой клетки, в затем «осчастливить» своим присутствием новую клетку и в ней «развернуться по полной» - воспроизвести потомство. Вирусные частицы также называют вирионами. Для того, чтобы состоялся репликативный цикл нужен полноценный вирион и чувствительная живая клетка. Далее происходит следующее:
1) Вирион «швартуется» на поверхности клетки. Для этого на поверхности клетки должен быть рецептор для данного вируса
2) Вирион проникает внутрь клетки, при этом «раздевается» («сбрасывает» всё, что «обволакивает» вирусный геном). После раздевания, вирус, как вирион и как инфекционный агент, на время исчезает. Начинается фаза репликативного цикла которая называется эклипс (затмение)
3) Во время эклипс-фазы вирус «заставляет» клетку работать на синтез компонентов, из которых будут «собрано» новое поколение вирионов (белки и нуклеиновые кислоты - ДНК или РНК)
4) Когда «компонентная база» готова, внутри клетки собираются новые вирионы, иногда поначалу «незрелые»
5) Они доставляются к поверхности клетки и тем или иным способом из клетки «выбираются». При этом незрелые вирионы «дозревают». Иногда это дозревание происходит во время «самостоятельной жизни» вирионов вне клетки
Эта схема очень общая. У репликативных циклов конкретных вирусов есть много особенностей. Но для понимания принципов репликативного цикла достаточно.
Я упоминал вирусный геном, но без конкретики. А конкретика оказалось очень интересной. У клеток геном это всегда двухнитчатая ДНК (знаменитая двойная спираль). А у вирусов геномом может быть и РНК (РНК-содержащие вирусы, коротко РНКовые). В клетке есть несколько типов РНК и все они это однонитчатые молекулы. А геном вирусов может состоять как из «обычной» т.е. однонитчатой РНК, так и из «необычной», двухнитчатой РНК. Аналогичным образов обстоят дела у вирусов с ДНК геномами (ДНК-содержащие вирусы, коротко ДНКовые). У большинство из них это «обычная» ДНК, но есть и такие у которых геномная ДНК однонитчатая.
Геномы вирусов могут быть линейными и кольцевыми, непрерывными и фрагментированными. Однонитчатые геномы РНКовых вирусов есть двух типов - плюс-полярность (фактически это мРНК, кодирующая вирусные белки, может считываться напрямую) и минус-полярность (геном комплементарен мРНК, кодирующей вирусные белки, не может считываться напрямую). Как вы догадываетесь, механизмы репликации этих двух категорий РНКовых вирусов сильно отличаются.
«Минимальный» вирион состоит из геномной нуклеиновой кислоты и «окутывающих» её белков - капсида. Капсид вместе с геномом называется нуклеокапсидом. Капсиды вирусов «собраны» из структурных единиц - капсомеров. Капсиды это квазикристаллические структуры, имеющие кубическую или спиральную симметрию (исключение - вирусы оспы). Многие вирионы по форме являются икосаэдром - правильным многогранником с 20-ю гранями. Картинки не даю, но их легко найти.
Классификация вирусов, как и классификация «обычных» организмов, это иерархия групп (таксонов). С практической точки зрения наибольший интерес представляют три «нижних» уровня (сверху вниз): Семейство (окончание -viridae) - Род (окончание -virus) -Вид (название вируса). У этих главных таксонов могут быть подразделения - например, подрод. Классификационные названия пишутся курсивом. «Повседневные» названия вирусов происходят от названий семейства, рода или вида в зависимости от традиции, благозвучия и легкости запоминания.
Например, всем хорошо известный SARS-CoV-2 по классификационной принадлежности Coronaviridae/ Betacoronavirus/Sarbecovirus. Если не используют сокращенное название, то его все называют коронавирусом, а могли бы называть сарбековирусом. Это даже было бы точнее, но коронавирус лучше запоминается, да и благозвучнее.
Помимо официальной классификации есть масса неофициальных классификаций, которые широко используются врачами и эпидемиологами, да и вирусологами тоже (вирусы гепатита, респираторные вирусы, арбовирусы и т.д. и т.п.).
Для первого «урока», думаю, достаточно. Я не знаком с современной школьной программой. Надеюсь, всё это там есть, а в старших классах, с бОльшей конкретикой.
Проф_АФВ