Тема: Загальна характеристика інфекційного процесу, викликаного вірусами. Гіпотези виникнення вірусів. Значення вірусів у процесі еволюції.

Тема: Загальна характеристика інфекційного процесу, викликаного вірусами. Гіпотези виникнення вірусів. Значення вірусів у процесі еволюції.

Інфекційний процес, викликаний вірусами. Кожний вірус має певну специфічну вибірковість хазяїв, що визначається типами клітин, які він може інфікувати. У вірусних інфекцій є інкубаційний період, протягом якого симптоми захворювання відсутні. Зазвичай інкубаційний період триває від декількох днів до декількох тижнів, але в деяких вірусів може тривати місяці або навіть роки (ВІЛ).

Після інкубаційного періоду або одночасно з ним настає період поширення інфекції, під час якого заражений організм є джерелом вірусних частинок. Далі настає власне період захворювання. Віруси спричиняють загибель заражених клітин, від чого страждає весь організм. Вірусні інфекції можуть бути гострими (грип, віспа, сказ, лихоманка Ебола) хронічними (гепатити B і C). Іноді віруси перебувають в організмі в стані спокою (віруси герпесу, оперізуючого лишаю).

Час від часу відбуваються спалахи інфекційних захворювань (зокрема вірусних), під час яких фіксується незвично велика кількість хворих. Якщо спалах відбувається в окремому регіоні, його називають епідемією, якщо захворювання поширюється по всій земній кулі, то його називають пандемією.

Антивірусний імунітет. Організми мають вроджений імунітет проти вірусів, сформований у процесі еволюції. В усіх видів, у тому числі архей, на клітинному рівні існують спеціальні ферментні системи, які руйнують одно- й дволанцюгові вірусні РНК.

Окрім того, у хребетних після контакту з вірусом організм виробляє білок інтерферон, який пригнічує утворення нових вірусів, знищуючи уражені та сусідні клітини. Ще одним видом антивірусного захисту є специфічні антитіла (гуморальний імунітет) — імуноглобуліни, які приєднуються до вірусу і нейтралізують його.

Набутий імунітет формується після перенесеного захворювання або шляхом вакцинації. Він здійснюється імунними клітинами: T-лімфоцити розпізнають вірусні фрагменти,Т-кілери руйнують уражені клітини (клітинний імунітет).

Період стійкості набутого імунітету значно варіюється залежно від виду вірусної інфекції. До деяких інфекцій, наприклад кору, вітряної віспи, паротиту, краснухи, імунітет зазвичай зберігається протягом життя. Повторні захворювання трапляються рідко.

Але імунітет до вірусу грипу зберігається протягом кількох місяців. Повторне захворювання пояснюється тим, що вірус грипу швидко мутує. Його поверхневі гени постійно змінюються та з’являються нові штами вірусу. З точки зору імунної системи, такі модифіковані варіанти виглядають як абсолютно нові інфекції.

Деякі віруси (в тому числі ВІЛ та віруси гепатиту) уникають імунної відповіді та викликають хронічні хвороби. До того ж ВІЛ, потрапляючи в організм людини, вражає імунні клітини — Т-лімфоцити. Це знижує стійкість імунітету до будь-яких інфекцій, у тому числі й до ВІЛ.

Дізнайтеся більше. Пандемія іспанського грипу 1918—1919 років була спричинена вірусом грипу A. Забрала життя 50—100 млн осіб. Епідемія лихоманки Ебола в Західній Африці 2014 року забрала життя близько 8 тис. осіб. Летальність захворювання — від 25 до 90 %.

Відкриття 1987 року антивірусної системи архей CRISPR-Cas9 зумовило прорив у сучасній генній інженерії. Ця система функціонує як бактеріальний імунітет проти вірусів. Було доведено, що її можна використовувати як інструмент для точної корекції геному безпосередньо всередині клітини. Це відкриває потенційні можливості повного лікування спадкових захворювань людини.

Профілактика і лікування вірусних інфекцій. Ефективними методами боротьби з вірусними інфекціями є вакцинація і вживання противірусних препаратів.

Противірусні вакцини використовують з метою профілактики вірусних захворювань. Їх уводять здоровим людям, щоби сформувати імунітет до можливої інфекції. Загальну вакцинацію населення проводять щодо особливо тяжких і смертельних вірусних інфекцій, таких як віспа, кір, поліомієліт. До інших вірусів вакцинацію можна робити за потреби, наприклад перед сезонними спалахами грипу або після укусу тварини з підозрою на сказ.

Всесвітня організація охорони здоров’я оновлює вакцину проти грипу кожні півроку. Це необхідно, оскільки щороку вірус еволюціонує, змінюючи свої антигенні властивості. Висока мінливість ВІЛ також є причиною того, чому складно розробити вакцину до цього вірусу.

Противірусні препарати вживають під час захворювання. Вони переривають життєвий цикл вірусів і пригнічують їх розмноження всередині клітини. Такі препарати можуть блокувати необхідні вірусу ферменти (наприклад, зворотну транскриптазу). Часто противірусні препарати є аналогами нуклеотидів, що вбудовуються в геном вірусу в ході реплікації, але при цьому новосинтезовані ДНК неактивні.

Ще один спосіб профілактики вірусних захворювань — запобігання потраплянню вірусу в організм. Це можливо, якщо відомі шляхи поширення інфекції. Наприклад, для профілактики зараження грипом рекомендують не контактувати з носіями інфекції, уникати місць масового скупчення людей у періоди епідемії. Для профілактики вірусних кишкових інфекцій рекомендують мити руки та продукти харчування. Для профілактики СНІДу слід уникати випадкових статевих контактів, використовувати одноразові медичні інструменти, проводити контроль донорської крові тощо.

Гіпотези походження вірусівІснує кілька гіпотез виникнення вірусів

1. Гіпотеза регресивної еволюції. Віруси є нащадками стародавніх одноклітинних організмів, будова яких спростилася через паразитичний спосіб життя. Гіпотеза ґрунтується на існуванні складних, великих ДНК-вірусів, геноми яких мають сотні генів (наприклад, вірус віспи )Вони могли бути внутрішньоклітинними паразитами і зазнати регресивної (дегенеративної) еволюції.

2. Гіпотеза виникнення з доклітинних форм життя. Віруси є нащадками стародавніх доклітинних форм життя, які перейшли до паразитичного способу існування. Гіпотеза ґрунтується на величезній різноманітності генетичного матеріалу вірусів: у якості нуклеїнових кислот вони мають як ДНК, так і РНК, що можуть бути одно- й дволанцюговими. Вважається, що до виникнення перших клітин як носії спадкової інформації використовувалися різні форми нуклеїнових кислот.

3. Гіпотеза «оскаженілих генів». Віруси — видозмінений генетичний матеріал, що «втік» із клітини. Гіпотеза ґрунтується на схожості вірусів з мобільними генетичними елементами — плазмідами, транспозонами, віроїдами, F-факторами бактерій. Віруси- «втікачі» стали відносно автономними, але певну залежність від клітин зберегли.

Взаємодія вірус — хазяїн. Віруси взаємодіють з клітинами за класичною схемою паразит — хазяїн. Нові інфекції зазвичай перебігають у важкій формі, нерідко зі смертельним результатом, але в процесі еволюції вони стають більш легкими. З часом види-хазяїв набувають імунітету до вірусу. А вірус знижує агресивність, тому що паразиту вигідно не швидко вбивати хазяїна, а тривалий час використовувати його як харчовий ресурс і притулок.

Іноді вірус має двох хазяїв: в одного виду він викликає тяжке захворювання, а іншому не завдає шкоди і «зберігається» в ньому. Наприклад, вірус сказу в природі зберігається в гризунах, віруси енцефаліту переносяться кліщами. Час від часу віруси змінюють хазяїв. Вважається, що натуральна віспа людини з’явилась у результаті еволюції віспи корів, а еволюція вірусу імунодефіциту зелених мавп призвела до виникнення ВІЛ

Роль вірусів у виникненні ДНК-геномівІснує гіпотеза про те, що віруси першими в еволюції використали ДНК для перенесення спадкової інформації. Ця гіпотеза ґрунтується на припущенні, що спочатку всі живі системи використовували тільки РНК для збереження і реалізації спадкової інформації. Найдавніші віруси також були РНК-вмісними. Але згодом вони змінили РНК на ДНК, щоб уникнути дії захисних систем клітин, які знищували молекули вірусної РНК. Відповідно, віруси «розробили» і ферментний апарат для реплікації ДНК. Поступово в усіх живих системах здійснився перехід від РНК- до ДНК-геномів.

Віруси і горизонтальне перенесення генів. В еволюції віруси є важливим «засобом» горизонтального перенесення генів, що забезпечує генетичне різноманіття організмів. Горизонтальне перенесення генів — процес, за якого генетична інформація передається не від батьків до нащадків, а між неспорідненими організмами, які іноді належать навіть до різних біологічних видів.

Фрагменти ДНК вірусів, які заражували різні клітини, у процесі еволюції вбудовувалися в геноми цих клітин, «одомашнювалися» вищими організмами і починали виконувати корисні функції. Ці залишки вірусів є суттєвими елементами геномів сучасних організмів. У людини й ссавців вони складають до половини всіх послідовностей ДНК.

Вивчення функцій цих убудованих елементів дозволило встановити деякі дуже корисні «надбання», отримані завдяки вірусам. Вважають, що за допомогою горизонтального перенесення генів сформувалася система адаптивного імунітету у хребетних, виникла плацента у ссавців, у людини розвинулися більші інтелектуальні здібності порівняно з приматами

Вірусне походження клітинного ядраІснує думка, що віруси зіграли ключову роль на початкових етапах еволюції, ще до поділу організмів на прокаріотів і еукаріотів. 2001 року була запропонована гіпотеза вірусного походження клітинного ядра, згідно з якою ядро сучасних еукаріотів є давнім вірусом, «осілим» у без’ядерній клітині.

У рамках гіпотези запропонована модель еволюції еукаріотів, у якій вірус, схожий із сучасним вірусом віспи, розвинувся в клітинне ядро. Поступово цей вірус став основним сховищем інформації в клітинці, яка зберегла здатність до трансляції генів і життєздатності

На користь гіпотези свідчить те, що клітинне ядро і віруси мають дуже схожу будову: обидва являють собою хромосоми, укладені у білкову капсулу. У деяких порівняно простих організмах, таких як паразитичні червоні водорості, ядро може проникати з клітини в клітину. Цей процес дуже нагадує вірусне інфікування.