Вирусы

Учитывая, что у меня сейчас простуда, лучше темы для ролика, чем «Вирусы» просто не придумаешь. Итак, возьму карандаш потолще. Вирус. Запишем. Вирус или вирусы. По-моему, вирусы — самые удивительные существа на Земле. Потому что они находятся на грани между неодушевлёнными объектами и живыми организмами. Например, наш или любой другой живой организм обладает набором определённых свойств. Он рождается, растёт, постоянно меняется, может быть, движется или нет, но метаболизирует вещества, он размножается и затем умирает. К живым существам относится множество объектов. Например, мы. К ним относятся бактерии, растения. Я как бы даю классификацию, но обычно мы легко определяем, что перед нами живой организм. Но все вирусы — это просто набор генетической информации внутри белка, внутри белковой капсулы. Сейчас я нарисую. Генетическая информация может быть в любой форме. Это может быть РНК, ДНК, это может быть одноцепочечная или двухцепочечная РНК. Иногда одноцепочечную молекулу обозначают двумя маленькими «оц» — это обозначение одноцепочечной РНК. А перед двухцепочечной пишется «дц». Но общая идея в том, что вирусы — это некая генетическая информация, которая может быть различной формы: нуклеиновая кислота как одноцепочечная или двухцепочечная РНК, либо одноцепочечная или двухцепочечная ДНК, содержащаяся внутри некой белковой структуры, которая называется капсидом. Классическое изображение вируса выглядит, как икосаэдр. Сейчас попробуем его изобразить. Не все вирусы выглядят именно так, существуют тысячи различных типов вирусов. И мы рассмотрим их в общем, чтобы понять, что такое вирусы, как они воспроизводятся и размножаются. Чтобы иметь общее представление. Мы поговорим об этом подробнее. Мне кажется, существует очень много всевозможных способов размножения вирусов. Но все вирусы состоят из белков капсиды, образованной множеством таких вот маленьких белков. Внутри них находится генетический материал, это может быть ДНК или РНК. Я нарисую их генетический материал. Белки не обязательно прозрачны, но если бы были таковыми, можно было бы увидеть внутри них генетический материал. И возникает вопрос: является ли вот этот самый объект живым? Он кажется совсем неодушевлённым. Вирус не растёт, не развивается, не метаболизирует. Генетический материал, расположенный внутри, просто существует, например, как книга, лежащая на столе. Он ничего не изменяет. Но здесь возникают вопросы, ведь определение вируса просто как группы молекул, собранных вместе, не очень совпадает с определением живых организмов. Но вирус вдруг начинает вести себя как живой, когда он вступает в контакт с теми, кого мы обычно считаем живыми существами. Как работает вирус? Классический пример — прикрепление вируса к клетке. Давайте, нарисую его поменьше. Это наш вирус. Нарисую его в виде маленького шестиугольника. И он прикрепляется к клетке. Это может быть любой тип клетки: бактериальная, растительная или клетка человека. Итак, я нарисую здесь клетку. Они обычно намного больше, чем вирус. Если у клетки гибкая мембрана, вирус проникает внутрь клетки. Итак, в случае гибкой мембраны, вирус проникнет внутрь клетки. Иногда вирус может сливаться… Не буду сильно углубляться в это, но иногда у вирусов есть своя собственная небольшая мембрана. Мы ещё поговорим о том, откуда у вируса собственная мембрана. Вирус может иметь вот такую собственную мембрану, которая находится вокруг капсида. Тогда эти две мембраны сольются, и вирус сможет проникнуть в клетку. Это один способ. Другой способ, а они редко бывают одинаковыми… При другом способе, вирус как бы убеждает клетку за счёт белковых рецепторов на поверхности вируса, и белковые рецепторы на поверхности клетки… Такой способ проникновения напоминает историю с Троянским конём. Клетка не хочет, чтоб в неё попал вирус, но он должен как-то убедить клетку, что он не чужеродная частица. Можно создать сотни роликов о том, как работает вирус, и эта область исследований продолжает развиваться. Иногда вирус просто поглощается клеткой. Когда она принимает его за частицу, которую нужно поглотить. Клетка огибается вокруг вируса. Эти стороны сливаются, и вирус поглощается клеткой. Это называется эндоцитоз. Как я уже сказал, при этом вирус попадает в цитоплазму клетки. Так происходит не только с вирусами, но это один из механизмов попадания вируса внутрь. Когда проникнуть в клетку трудно, если у клетки очень твёрдая оболочка, как у клетки бактерии. Давайте нарисуем отдельно. Скажем, это бактерия с твёрдой оболочкой. Вирусы не могут проникнуть в клетку, они находятся снаружи, вот так. Я не рисую оболочку. И они вводят свой генетический материал. Есть много разнообразных путей проникновения вируса в клетку, но мы сейчас не об этом. Нам интересен сам факт проникновения в клетку. Как только это произошло, они высвобождают свой генетический материал внутрь клетки. Он будет находится внутри. Если их генетический материал уже в форме РНК… Можно сказать, что существует огромное количество способов функционирования вируса в природе. Просто мы их ещё не все обнаружили. Но известно, что вариантов функционирования вирусов масса. Итак, у вируса есть РНК, и она может сразу использоваться. Пусть это будет, скажем, ядро клетки. Нарисуем его. Это у нас ядро клетки, и в нём содержится ДНК, вот так. Обычно ДНК транскрибируется в РНК. Обычно в нормально работающей клетке РНК выходит из ядра, движется к рибосомам и РНК начинает работать вместе с тРНК, производя белки. РНК кодирует различные белки. Я рассказывал об этом в другом ролике. Формируются белки, которые могут образовывать различные структуры в клетке. Но что же делает вирус? Он берёт под контроль этот процесс, весь этот механизм. Эта РНК перемещается и начинает выполнять функции собственной РНК клетки. Она начинает кодировать собственные белки вируса. Очевидно, код белков будет отличаться. И что происходит: одни из первых белков, которые она кодирует, зачастую разрушают ДНК и РНК клетки, которые могут сопротивляться действиям вируса. Она кодирует собственные белки вируса. И белки начинают производить оболочки вируса. Эти белки формируют всё больше и больше оболочек вируса. Одновременно, эта РНК реплицируется. Она использует собственный механизм клетки. Если бы РНК использовала только свои механизмы, то просто находилась бы в своей оболочке вируса. Но при попадании в клетку у неё появляется замечательная способность использовать механизмы самой клетки для саморепликации. Удивительно, как это работает на биохимическом уровне. Как эти молекулы РНК снова оказываются в капсидах. И когда вирус выполнил свою работу, и все ресурсы клетки исчерпаны, новые самостоятельные вирусы, которые образовалась с помощью механизмов клетки, начинают искать выход из клетки. Итак, все они начинают поиски выхода из клетки. Все эти самостоятельные вирусы. Чаще всего, я не говорю «обычно», потому что мы даже не открыли все возможные типы вирусов в природе, но один из способов, когда новых вирусов становится довольно много, — формирование определённых белков, точнее их высвобождение, потому что они не производят собственные белки. Это вызывает самоубийство клетки либо растворение её мембраны. Итак, мембрана растворяется, и происходит лизис клетки. Лизис означает, что клеточная мембрана исчезает, и тогда все вирусы могут выйти наружу. Клетка лизируется. Я упоминал, что у некоторых вирусов есть собственная мембрана. Откуда у них появляется эта двухслойная липидная мембрана? Так функционируют некоторые из них: после репликации они существуют внутри клетки, при этом необязательно подвергая её лизису. Всё, о чём я говорил, — специфический случай работы вирусов. Но они удивительны: почти для каждого типа вируса существует своя комбинация вариантов репликации, кодирования белков и выхода из клетки. Некоторые из них почкуются. И когда это происходит, они оказывают давление на клеточную стенку или мембрану. Точнее на внешнюю мембрану клеток. И при давлении на неё они забирают с собой часть мембраны. Так продолжается, пока все вирусы не выйдут наружу и не заберут часть мембраны вместе с собой. Представьте, каким преимуществом они теперь обладают. Потому что теперь, когда у них есть мембрана, они выглядят, как клетка. И теперь, когда они тем же способом будут инфицировать другую клетку, они уже не будут выглядеть, как инородная частица. Это отличный способ выдать себя за того, кем они не являются. Жутковатая тема, правда? Контроль ДНК организма и другие ужасы. Вирусы могут даже изменить ДНК организма. Один из наиболее распространенных примеров — вирус ВИЧ. Итак, вирус иммунодефицита человека. Он относится к семейству ретровирусов, что просто замечательно. Как же он работает? Итак, ВИЧ содержит РНК. Когда он попадет в клетку… Допустим, что он попал в клетку. Вирус находится внутри клетки. Он приносит с собой белок. И каждый раз возникает вопрос: откуда он берёт этот белок? Всё это из других клеток. Он использует аминокислоты и рибосомы другой клетки, а также нуклеиновые кислоты и не только для построения самого себя. Так что все белки, входящие в его состав, изначально принадлежали другим клеткам. Но с вирусом в клетку попадает также белок обратная транскриптаза. Он кодирует РНК вируса в ДНК. От РНК к ДНК. Когда обратная транскриптаза впервые была открыта, люди думали, что процесс всегда идёт от ДНК к РНК, но это открытие дало иное представление. Этот фермент кодирует от РНК к ДНК. И если всё пойдёт как нужно, вирус включает эту ДНК в ДНК клетки-хозяина. ДНК включается в ДНК клетки-хозяина. Пусть жёлтым будет ДНК клетки-хозяина. А это ядро клетки. Получается, что ДНК вируса смешивается с генетическим материалом заражённой клетки. Когда я делал ролики о бактериях, то говорил, что на каждую клетку человека приходится двадцать клеток бактерий. И они сосуществуют с нами, полезны для нас, являются частью нас и составляют 10% нашего сухого веса. Но бактерии как бы не «нарушают права», они не изменяют вашу суть. Но эти ретровирусы, фактически меняют наше генетическое строение. А я говорю, что очень дорожу своими генами: они определяют, кто я есть. Но эти штуковины берут и меняют моё генетическое строение. И когда они становятся частью ДНК, результатом естественного процесса перехода от ДНК к РНК и к белку будет кодирование белков вируса, которые им необходимы. Иногда они находятся в покое и не выполняют никаких функций. А иногда, если, например, сработает некий запускающий механизм, они опять начнут кодировать себя и самовоспроизводиться. Но они самовоспроизводятся, используя непосредственно ДНК клеток организма. Они становятся частью организма. По-моему, невозможно представить себе способ быть ближе к организму, чем стать частью его ДНК. Сложно представить себе другой способ определения организма, чем ДНК. У вас уже бегут мурашки по коже? От самой идеи, что вирус становится частью ДНК организма. Такой вирус называется провирус. Давайте запишем это название: провирус. Он становится частью ДНК организма. Может быть, этот случай не такой страшный, то есть вирус инфицирует клетку в носу или клетку руки, после митоза этой клетки все её дочерние клетки будут генетически идентичны — во всех них будет эта ДНК вируса, что не так плохо, ведь этого вируса не будет у моих детей. То есть, по крайней мере, он не станет частью моего вида. Но вирус необязательно инфицирует только соматические клетки, он может инфицировать и половые клетки. И половые клетки, как мы уже знаем, производят гаметы: у мужчин — сперматозоиды, у женщин — яйцеклетки. Представьте себе, что после инфицирования половых клеток, после того, как вирус однажды стал частью ДНК половых клеток, эта вирусная ДНК передаётся моему сыну или дочери. А они передадут её своим детям. И это звучит, мягко говоря, жутко. И по оценкам учёных от 5 до 8% генома человека (что заставляет нас задуматься о том, что мы представляем из себя, как человеческий род)… Итак, когда я говорил о бактериях, я говорил о том, что они всюду сопровождают нас. Но по текущей оценке, которую я нашёл (где-то я нашёл 8%, где-то — 5%, всё это предположение; предположения делают, основываясь на оценке ДНК и её сходстве с ДНК других организмов). Но по этой оценке 5—8% генома человека происходит от древних ретровирусов, которые внедрились в половые клетки человека, в ДНК человека. Они называются эндогенные ретровирусы. Эндогенные ретровирусы. И это поражает моё воображение, потому что они не просто нас сопровождают, они полезны или вредны для нас. Получается, что 5—8% нашей ДНК происходит от вирусов. И это подтверждает генетическую изменчивость. Потому что вирусы изменяют… Я имею ввиду то, что называется горизонтальным переносом ДНК. И можно себе представить, когда вирус перемещается от одного вида к другому, от вида А к виду Б, если вирус мутирует, приобретая способность попадать в клетки, он может взять часть имеющейся ДНК вместе с собой. Но иногда при кодировании для других вирусов… Пусть это у нас будет провирус. Голубая часть — это сам вирус, а жёлтым обозначена «историческая» часть ДНК организма. Иногда при кодировании вирус захватывает часть ДНК организма. Возможно, большая часть этого была вирусная ДНК, а когда вирус осуществлял транскрипцию и трансляцию, он мог захватить небольшую часть. Или когда он осуществлял трансляцию или реплицировался, он мог захватить небольшую часть ДНК предыдущего организма. Он вырезает часть ДНК из одного организма и приносит её в другой. Берёт её у одного представителя вида и переносит другому. Определённо, он может перемещаться между видами. Получается, что ДНК может перемещаться между видами. И просто невозможно не поразиться тем, как связаны между собой виды. Мы считаем, что наш вид сам по себе, размножаемся друг с другом и поддерживаем генетическое разнообразие в пределах популяции. Но вирусы осуществляют горизонтальный перенос через трансдукцию. Трансдукцию. Что такое горизонтальная трансдукция? Когда вирус реплицируется, он может захватить небольшую часть организма, на котором паразитирует, взять небольшую часть его ДНК с собой и внедрить ДНК в следующий организм. Эта ДНК путешествует от организма к организму. Таким образом унифицируя все формы жизни, основанные на ДНК, то есть все организмы, существующие на планете. И если этой жути вам мало… Хотя нет, лучше приберегу самую жуткую часть напоследок. В целом существуют различные классы вирусов, и я познакомлю вас с некоторой терминологией. Если вирус атакует бактерию (а это происходит довольно часто и этот процесс интенсивно исследуется, потому что вирусы могут стать достойным заменителем антибиотикам, потому что убивают бактерии, хотя иногда, правда, бактерия намного опаснее для вируса), то такой вирус называется бактериофаг. Я уже рассказывал вам, как они внедряют ДНК, так как у бактерий твёрдые стенки, они просто вводят ДНК внутрь бактерии. Если мы говорим о ДНК, вспоминаем также провирус. Провирус. То, каким образом вирус осуществляет лизис, называется литическим циклом. Это терминология, которую полезно знать, если вы собираетесь сдавать экзамен по биологии на эту тему. Период, когда вирус встраивается в ДНК и находится в покое, встраивается в ДНК организма хозяина и находится в состоянии покоя какое-то время, это называется лизогенным циклом. И обычно провирус обязательно проходит лизогенный цикл в эукариотах, в организмах, у которых есть ядерная мембрана. Когда говорят о лизогенном цикле, обычно имеют в виду вирусную ДНК, находящуюся в состоянии покоя в ДНК бактерии. Или ДНК бактериофага, находящуюся в состоянии покоя в ДНК бактерии. Но чтобы вы лучше поняли, покажу наглядно вот здесь. Итак, посмотрим, что я нашел в Википедии. У меня есть две картинки оттуда. Одна из Центра контроля и профилактики заболеваний. Вот, смотрите. Маленькие зелёные точки здесь, на поверхности этого большого объекта, который является белой клеткой крови, а так же частью иммунной системы человека. Итак, это белая клетка крови. Вот так она выглядит. Белая клетка крови. И то, что вы видите выходящим на её поверхность в виде капелек, выступающих на поверхности белой клетки крови (вы также понимаете соотношение размеров) — это вирусы ВИЧ-1. И вы знакомы с терминологией, ВИЧ — это вирус, инфицирующий белые клетки крови. Итак, вирус иммунодефицита человека — это вирус, который инфицирует белые клетки крови. СПИД — это синдром, который организм получает, когда иммунная система ослабевает до определённой степени вследствие инфицирования ВИЧ. И потом организм страдает от инфекций, от которых не страдают люди с сильной иммунной системой. Это жутко. Вирусы попали внутрь этой большой клетки, использовали её механизм для воспроизводства собственной ДНК или РНК и белковых капсидов. Затем они отпочковываются от клетки и забирают небольшую часть мембраны с собой. Они даже могут оставить часть своей ДНК в собственной ДНК клетки. Они изменяют клетку. Это другое жуткое изображение. Это бактериофаги. Давайте я подпишу. И это доказывает то, что сегодня я вам говорил. Это бактерия. Это клеточная стенка, и она твёрдая. Она слишком тверда для того, чтобы просто проникнуть в неё или слиться с мембраной этой клетки. Поэтому вирусы свисают снаружи этой бактерии. И они вводят свой генетический материал в саму бактерию. Обратите внимание на их размер. Посмотрите, это клетка, и она выглядит, как целая планета. Или эта бактерия, а вирусы намного меньше. Приблизительно 1/100 бактерии. А эти вирусы намного меньше, чем 1/100 этой клетки, о которой мы говорим. Их чрезвычайно трудно отфильтровать, чтобы не допустить их проникновения внутрь. Потому что это маленькие частицы. Если вы думаете, что такие экзотические особенности характерны только для ВИЧ, Эбола или атипичной пневмонии, то вы правы. Но есть также и общие особенности. Я уже сказал в начале ролика, что у меня простуда. У меня простуда, потому что какой-то вирус инфицировал ткани моей носовой полости, что вызывает насморк и другие симптомы. Вирусы также являются возбудителями ветрянки. Вирус простого герпеса вызывает заболеванием герпесом. Они всюду вокруг нас. Я почти гарантирую, что сейчас рядом с вами находится какой-то вирус. И возникают уже философские вопросы, приводящие в замешательство. Я начал с того, являются ли вирусы живыми? Когда я показал их вам, казалось что это просто белок с молекулой нуклеиновой кислоты внутри. И вирус не функционирует как живой организм. И для меня это не является формой жизни: он не двигается, у него отсутствует метаболизм, он не питается, он не размножается. Но вдруг он начинает использовать клетку для размножения. Это как фраза из бизнес-терминологии… Ему не нужны собственные ресурсы для самопроизводства, он использует чужие. И его уже хочется назвать разумной формой жизни. Потому что он не подвергает себя заботам, присущим любой другой форме жизни. Это заставляет нас задуматься над тем, что такое жизнь и кто такие мы. Мы носители ДНК или только транспортируем её для более важных организмов? А вирусные инфекции — это просто борьба между разными формами ДНК и РНК? И многими другими вопросами. В любом случае я не буду углубляться в философию. Надеюсь, вы поняли, что такое вирусы и почему, в моем понимании, они самые удивительные псевдоорганизмы на всей нашей планете. Надеюсь, что вам было интересно. Увидимся с вами в следующих видео. Subtitles by the Amara.org community