СОВРЕМЕННАЯ БОТАНИКА - П. РЕЙВН - 1990

РАЗДЕЛ IV. РАЗНООБРАЗИЕ

ГЛАВА 12. ВИРУСЫ

Вирус в основном состоит из геномной нуклеиновой кислоты, которая реплицируется в клетке-хозяине, используя ее ферментативные системы для синтеза вирусспецифических нуклеиновых кислот и белков (рис. 12-1). Поскольку вирус сам по себе не может расти и размножаться, нельзя считать его «живым» организмом в обычном понимании. В состав вирусов входит либо ДНК, либо РНК, образованная одной или двумя цепями, в зависимости от типа вируса. Все вирусы имеют белковую оболочку (капсид), внутри которой заключена нуклеиновая кислота; у некоторых обнаружена дополнительная, богатая липидами, оболочка, окружающая капсид. Белковая или липопротеиновая оболочка «узнает» поверхность, на которой адсорбируется вирус, и защищает нуклеиновую кислоту в составе вириона.

Рис. 12-1. Бактериофаг Т2, инфицирующий клетку Escherichia coli. В результате внедрения вирусной ДНК бактериальная клетка подверглась лизису

Вирусы имеют важное значение, поскольку широко распространены у растений и других организмов, часто при этом являясь причиной болезни. У человека вирусы вызывают множество заболеваний, включая оспу, ветряную оспу, корь, свинку, грипп, респираторные заболевания (часто осложненные вторичной бактериальной инфекцией), инфекционный гепатит, желтую лихорадку, полиомиелит, бешенство, герпес и СПИД (синдром приобретенного иммунодефицита). Иногда вирусы одной группы могут поражать и растения, и животных. К болезни приводит резкое нарушение процессов жизнедеятельности зараженной клетки. Многие вирусные заболевания у животных можно предупредить путем иммунизации, эффективность которой против оспы была впервые продемонстрирована в 1790-х годах английским врачом Эдуардом Дженнером. Однако, как уже установлено, вирусные заболевания с трудом поддаются лечению, поскольку вирусы не чувствительны к антибиотикам. К счастью, во многих случаях иммунная система ограничивает дальнейшее распространение инфекции.

Клетки живого организма одновременно могут быть инфицированы различными вирусами. Иногда вирус, выделенный от одного хозяина, может заражать клетки другого хозяина. Поэтому трудно сделать вывод, сколько видов вирусов существует на сегодняшний день; описано по меньшей мере 400 вирусов растений, которые можно подразделить на 25 групп. Вирусы поражают не только эукариотические организмы, но и бактерии. Вирусы бактерий называются бактериофагами («пожиратели бактерий») или просто фагами. Фаги — это очень важный инструмент современной молекулярной биологии; исследуя взаимодействие фагов и бактерий, мы узнали много нового о механизме синтеза белка и организации генов. Вирусы широко используются для исследований репликации ДНК, регуляции генов, транскрипции, трансляции, процессинга РНК и природы раковых заболеваний. Они представляют собой, по сути, естественные переносчики генетической информации и именно поэтому незаменимы в современной биотехнологии. На их основе получены векторы для переноса генов в бактериальные, животные и растительные клетки. Использование вирусов в генной инженерии растений будет в ближайшее время несомненно расширяться и окажет значительное влияние на ботанические и сельскохозяйственные исследования. Кроме того, ученые полагают, что наряду с бактериями вирусы можно использовать для стимулирования в клетках процессов синтеза полезных и нужных нам веществ.

Сейчас изучаются разнообразные формы вирусов, инфицирующих насекомых, с целью разработки нового биологического способа борьбы с вредителями. Уже наметились некоторые успехи, например, в США с хлопковой совкой (Heliothis zeae) эффективно борются с помощью вируса. Данные методы борьбы практически безвредны по сравнению с многократным использованием химических пестицидов; более того, вирус имеет высокую специфичность по отношению к паразитам, что немаловажно.

Природа вирусов

Существование вирусов было впервые установлено при изучении мозаичной болезни табака. Оказалось, что возбудитель этой болезни может проходить через фарфоровый фильтр, обычно используемый для улавливания бактерий. Размер вирусов колеблется от 17 до 300 нм в диаметре. Таким образом, по величине они сравнимы с молекулами, например, атом водорода имеет диаметр около 0,1 нм, а размер молекулы белка в среднем равен десяткам нанометрам.

Как уже упоминалось выше, вирусы размножаются только в живых клетках; многие из них высокоспецифичны по отношению к типу инфицируемых клеток. Они радикально изменяют биосинтетические процессы клетки-хозяина; при этом нуклеиновая кислота вируса переключает клетку на синтез вирусспецифических структур, конкурируя, таким образом, с ее генетическим аппаратом (см. рис. 8-3). Например, респираторные вирусы размножаются в клетках слизистой оболочки дыхательных путей, вызывая характерные симптомы простуды. Чаще всего вирусы имеют узкий круг хозяев; одним из быстрых методов идентификации неизвестных бактерий может служить использование специфических бактериофагов, разрушающих определенные бактериальные клетки (рис. 12-1). И наоборот, реакция некоторых видов растений на неизвестный вирус может быть использована (в совокупности с другими методами) для идентификации данного вируса.

До 1930-х гг. вирусы рассматривались как мельчайшие бактерии. В 1933 г. эта точка зрения была опровергнута. Уэнделл Стэнли, работавший в Рокфеллеровском институте, получил экстракт вируса табачной мозаики из инфицированных растений и очистил его. Очищенный вирус осаждался в виде кристаллов. Кристаллизация — это один из главных тестов на присутствие химически чистого соединения, не содержащего примеси; таким образом, стало ясно, что с

химической точки зрения вирус намного проще живого организма. Когда Стэнли растворил игловидные кристаллы и нанес на лист табака, то характерные симптомы мозаичной болезни появились вновь. Тем самым было показано, что вирус сохраняет инфекционность после кристаллизации и ресуспендирования.

Большинство вирусов растений, подобно вирусу табачной мозаики, содержат только РНК, в то время как другие вирусы — только ДНК. В отличие от вирусов все клеточные организмы содержат оба типа нуклеиновых кислот. Вирусы лишены рибосом, а также ферментов, необходимых для синтеза белка и генерирования энергии. В этом отношении вирусы принципиально отличаются от организмов, имеющих клеточную организацию.