Царство Вирусы

Вирусы — неклеточные формы жизни. Они не способны питаться, дышать или расти, пока находятся в окружающей среде.

Вне клетки вирус представляет собой скопление органических молекул, которое получило название «вирион».

История изучения вирусов началась в 1892 г. Русский учёный Дмитрий Ивановский исследовал заболевание растений, известное как табачная мозаика. Он пропускал сок больных листьев через фильтры, задерживающие бактерии, но отфильтрованная жидкость всё равно заражала здоровые растения. Так Ивановский доказал существование микроскопических возбудителей, которых позже назвали вирусами. Этот исторический факт периодически встречается в заданиях линии по истории биологии.

Отсутствие клетки означает, что у вируса нет цитоплазмы и мембранных органоидов. Строение вириона максимально упрощено.

Центральную часть занимает генетический аппарат, который хранит наследственную информацию. У разных видов он представлен молекулой ДНК или молекулой РНК. Снаружи генетический материал защищает белковая оболочка, которую называют капсидом. Молекула нуклеиновой кислоты в сочетании с капсидом образует полноценную частицу простого вируса.

Сложно устроенные вирусы дополнительно покрыты суперкапсидом — оболочкой, которая состоит из липидов. Эту липидную оболочку возбудитель забирает у клетки-хозяина в момент выхода из неё. Такое строение характерно, например, для вируса иммунодефицита человека (ВИЧ) и вируса гриппа.

У вирусов полностью отсутствует собственный обмен веществ. В их структуре нет рибосом для сборки белков и митохондрий для выработки энергии. Возбудитель использует структурные элементы и ресурсы заражённой клетки для создания собственных копий.

Процесс проникновения и размножения простого вируса состоит из нескольких последовательных этапов:

1. Адсорбция. Вирион прикрепляется к специфическим рецепторам на поверхности клеточной мембраны. Если нужных рецепторов нет, заражения не произойдёт.
2. Проникновение. Генетический материал возбудителя попадает внутрь цитоплазмы хозяина.
3. Сборка. ДНК или РНК вируса встраивается в генетический аппарат клетки. Рибосомы хозяина синтезируют вирусные белки, а ферменты копируют вирусную нуклеиновую кислоту. Из этих компонентов собираются новые вирионы.
4. Выход. Готовые частицы покидают клетку, зачастую разрушая её мембрану.

Среди неклеточных форм выделяют бактериофаги. Это вирусы, которые поражают исключительно бактерий. Их капсид разделён на многогранную головку, внутри которой спрятана молекула ДНК, и полый хвост. На конце хвоста располагается базальная пластинка с шипами, помогающая бактериофагу крепко фиксироваться на клеточной стенке бактерии. После фиксации белковый чехол хвоста сокращается, и ДНК впрыскивается внутрь бактериальной клетки.

Также на экзамене проверяют знания о ретровирусах. Генетический аппарат ретровируса всегда представлен молекулой РНК. Чтобы встроить свою наследственную информацию в ДНК животной клетки, такому вирусу необходим процесс обратной транскрипции. Для этого используется специальный фермент — ревертаза. Ревертаза строит цепочку ДНК на основе матрицы вирусной РНК. Типичный пример ретровируса — ВИЧ.

Для успешной сдачи экзаменов нужно чётко разграничивать вирусные и бактериальные инфекции.

Основные вирусные заболевания, которые попадаются в КИМ:

• грипп и ОРВИ;
• ВИЧ (вызывает развитие СПИДа);
• гепатиты;
• герпес;
• натуральная оспа;
• корь;
• клещевой энцефалит;
• бешенство;
• табачная мозаика (у растений).

Частая ошибка среди учеников возникает при ответе на вопросы о лечении инфекций. Антибиотики действуют исключительно на клеточные структуры микроорганизмов. Препарат разрушает клеточную стенку или собственные рибосомы бактерии. У вируса нет ни клеточной стенки, ни рибосом. Следовательно, лечение вирусных инфекций антибактериальными препаратами абсолютно бессмысленно.

Задания на тему вирусов встречаются в нескольких линиях тестовой части и в задачах с развёрнутым ответом.

Часто встречаются следующие темы:

• Методы биологии. В заданиях проверяют методы выделения вирусных частиц. Подходит центрифугирование, так как вирусы оседают при определённых скоростях вращения. Процессы сборки вируса внутри клетки изучают методом меченых атомов.
• Строение клетки и организмов. В этой линии часто дают схематичное изображение и просят сопоставить признаки бактерии и бактериофага.
• Анализ графиков и таблиц. Нужно уметь распознавать циклы воспроизводства или анализировать графики выживаемости бактерий в присутствии лекарственных препаратов и бактериофагов.
• Биосинтез белка. В задачах высокого уровня сложности в качестве матрицы выступает РНК ретровируса. Для решения нужно провести обратную транскрипцию (перевести РНК в ДНК), а затем перейти к стандартному алгоритму вычисления.

Рассмотрим пример задания на анализ признаков биологического объекта.

Выберите три верных ответа и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны.

Какие признаки относят к изображённой на рисунке форме жизни?

1. Образование молекул аденозинтрифосфата.

2. Формирование спор.

3. Наличие белкового капсида.

4. Паразит.

5. Отсутствие самостоятельного метаболизма.

6. Хемотроф.

Анализируем каждый пункт. На изображении — бактериофаг.

• Пункт 1 не подходит. АТФ синтезируется в процессе клеточного дыхания с помощью ферментов, которых у вируса нет.
• Пункт 2 не подходит. Споры формируют бактерии для пережидания неблагоприятных условий или растения для бесполого размножения.
• Пункт 3 подходит. Головка бактериофага образована белковым капсидом.
• Пункт 4 подходит. Любой вирус проявляет свойства внутриклеточного паразита.
• Пункт 5 подходит. Процессы обмена веществ осуществляются за счёт ресурсов клетки-хозяина.
• Пункт 6 не подходит. Хемотрофы используют энергию химических связей неорганических веществ для синтеза органики, что свойственно исключительно некоторым прокариотам (например, железобактериям или серобактериям).

Ответ: 345.

При решении таких заданий важно не только находить правильный ответ, но и понимать, почему остальные варианты не подходят.

Ниже приведены тренировочные вопросы для закрепления материала. Попробуй решить их самостоятельно.

Задание 1

Выберите три верных ответа и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны.

Какие из перечисленных заболеваний человека вызываются вирусами?

1. Туберкулёз.
2. Клещевой энцефалит.
3. Холера.
4. Столбняк.
5. Гепатит С.
6. Корь.

Задание 2

Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны.

Вирусы, в отличие от бактерий:

1) способны к хемосинтезу;
2) всегда являются клеточными паразитами;
3) не имеют рибосом;
4) не имеют собственного генетического материала;
5) не способны к росту;
6) проявляют изменчивость.

После изучения этого материала можно уверенно решать задания по вирусологии. Теперь ты умеешь:

• отличать признаки неклеточных форм от клеточных организмов;
• определять последовательность этапов жизненного цикла вируса;
• дифференцировать вирусные и бактериальные заболевания;
• применять знания о генетическом аппарате патогенов при анализе биологических задач.

Чтобы лучше закрепить тему, реши несколько заданий из раздела «Многообразие организмов» из тренировочных вариантов.