В чем отличие вирусов от других живых организмов в природе: прокариот и бактерий

Что такое вирус, его структура и особенности

Мир микроорганизмов представлен несколькими отдельными видами, каждый из которых кардинально отличается от других. Вирусы относятся к этой группе, хотя у них есть свои особенности, несвойственные остальным невидимым невооруженным глазом представителей животного и растительного мира. Во-первых, у них нет клеточной структуры и протеинообразующих систем. Во-вторых, они имеют выраженный цитотропизм и внутриклеточный паразитизм.

Ученые, изучающие вирусы, подсчитали, что на Земле более 1039 этих микроорганизмов. У них разные формы, размеры и жизненный цикл, но несколько свойств объединяют все вирусы:

наличие капсида – защитной белковой структуры;
геном, который состоит из ДНК или РНК и находится внутри капсида;
суперкапсид – оболочка, которая покрывает капсид, однако она присутствует не у всех видов вирусов.

При попадании вируса в клетку-носителя, он начинает интенсивно размножаться. В результате возникает множество копий возбудителя заболевания, которые потом поражают другие клетки организма.

Чем выше циркулирование вирусов и чаще выполняется их репликация, тем больше шансов появления новых штаммов.

Подобная мутация способна создать вирусы, которые легче адаптируются к внешней среде, имеют высокую контагиозность, вызывает кардинально другие симптомы и течение заболевания. Этот процесс именуют эволюцией.

Разница между бактериями и вирусами

Зависимость от хозяина для размножения

Бактерии: Бактерии не нуждаются в организме хозяина для размножения.

Вирус: Вирусы реплицируются только внутри хозяина.

Живые Атрибуты

Бактерии: Бактерии – это живые организмы.

Вирус: Вирусы рассматриваются как органические структуры, которые взаимодействуют с живыми организмами, а не с живым организмом.

Размер

Бактерии: Бактерии крупнее, размером около 1000 нм. Они видны под световым микроскопом.

Вирус: Вирусы меньше, около 20-400 нм. Они видны под электронным микроскопом.

Клеточная стена

Бактерии: Бактерии содержат клеточную стенку пептидогликана / липополисахарида.

Вирус: Вирусы не имеют клеточной стенки. Белковое пальто присутствует вместо этого.

Бактерии: Бактерии одноклеточные.

Вирус: Вирусы не имеют клеток.

Бактерии: Присутствует одна круглая хромосома.

Вирус: Нить ДНК / РНК присутствует.

Бактерии: Рибосомы присутствуют.

Вирус: Рибосомы отсутствуют.

Бактерии: Бактерии показывают метаболизм в клетке.

Вирус: Внутри вирусной частицы нет метаболизма.

репродукция

Бактерии: Размножение происходит через бинарное деление и сопряжение.

Вирус: Вирус проникает в клетку-хозяина, создает копии генетического материала и белков и высвобождает новые частицы, разрушая клетку.

Бактерии: Бактерии обладают клеточным механизмом.

Вирус: Вирусу не хватает клеточного оборудования.

Выгоды

Бактерии: Бактерии могут быть полезными или вредными.

Вирус: Вирусы, как правило, вредны, могут быть полезны в генной инженерии.

Бактерии: Бактерии вызывают локальные инфекции.

Вирус: Вирус вызывает системную инфекцию.

Продолжительность болезни

Бактерии: Заболевания, вызванные бактериями, длятся дольше 10 дней.

Вирус: Болезни, вызванные вирусами, длятся от 2 до 10 дней.

Бактерии: Бактерии вызывают лихорадку.

Вирус: Вирусы могут или не могут вызвать лихорадку.

Лечение

Бактерии: Бактериальные инфекции можно предотвратить с помощью антибиотиков.

Вирус: Распространение вирусов можно предотвратить с помощью вакцин.

Примеры

Бактерии: Staphylococcus aureus, Vibrio cholera и др. Являются примерами бактерий.

Вирус: ВИЧ, вирус гепатита А, вирус носорога и т. Д. Являются примерами вирусов.

Болезни / Инфекции

Бактерии: Пищевые отравления, гастриты, язвы, менингиты, пневмонии и т. Д. Вызваны бактериями.

Вирус: СПИД, простуда, грипп, ветряная оспа и т. Д. Вызваны вирусами.

Заключение

Бактерии и вирусы являются микроскопическими микробами. Оба они могут вызывать заболевания у растений и животных. Оба этих типа микробов содержат ферменты, необходимые для репликации ДНК и синтеза белка. Но вирусы нуждаются в организме хозяина для производства вирусных белков оболочки. Таким образом, они должны вторгнуться во второй организм для их репликации. С другой стороны, бактерии могут размножаться независимо путем двойного деления. Оба микроба состоят из огромного разнообразия по сравнению с другими формами жизни. Основное различие между бактериями и вирусами заключается в рассмотрении каждой формы как живого или неживого организма.

Ссылка:1.“

Все немного сложнее

В общем-то да. По крайней мере можно предположить, что грань между живым и неживым может быть немного размытой.

Известно, что некоторые вирусы имеют части молекулярного механизма, необходимого для самовоспроизводства. Например, это гигантский мимивирус. Он настолько большой, что его изначально приняли за бактерию. Этот вирус имеет геном крупнее, чем даже у некоторых бактерий. И этот геном содержит гены, которые позволяют вирусу производить аминокислоты и другие белки, необходимые для воспроизводства. Однако мимивирусу все же не хватает рибосомальной ДНК, которая кодирует сборку белков. Именно ее присутствие обеспечивает процесс воспроизводства.

Еще одним признаком нечетких границ между живым и неживым является то, что большая часть генов вирусов и живых клеток – это один и тот же набор.

В 2015 году было проведено исследование белковых структур, которые почти не изменились в ходе эволюции. Их образцы взяли из тысяч живых организмов и вирусов. Было выявлено 442 структуры, общие для всех. И только 66 из них были специфичны лишь для вирусов.

Такие результаты показывают, что вирусы вполне могли эволюционировать вместе с самыми первыми «живыми» клетками…

Поэтому очевидно, что для ответа на поставленный вопрос – почему вирусы не считаются живыми – нам нужно будет расширить наше понимание, что же такое на самом деле жизнь…

Версия что вирусы не живые

Выдвинута точка зрения: вирусы не могут считаться живыми из-за их неспособности размножаться без клеточного хозяина.

Другая точка зрения, безусловно, отражает отдельные, важные особенности вирусов: они сочетают в себе “одушевленные” (размножение и последующая эволюция) и “неживые” черты (отсутствие автономии, существование инертного состояния). Эта дихотомия подпитывает вечную дискуссию ”жизнь против не-жизни» среди исследователей, а тем среди научных журналистов и заинтересованных представителей общественности.

Конечно, ответ на вопрос » вирус живой или неживой?» — зависит от определения жизни или от “состояния бытия живым”. Хотя этот вопрос долго обсуждался на протяжении веков, общепринятого определения «живости» не существует и утверждается, что такие определения неосуществимы.

Простые примеры из различных областей биологии показывают, что резкая граница между живыми и неживыми (или одушевленными и неодушевленными) сущностями-это всего лишь иллюзия. Интересные факты природы это подтверждают.

Вредные бактерии

Несмотря на наличие многие полезных свойств, некоторые бактерии могут быть патогенными, то есть вызывать заболевания и болезни. Например, именно бактерии вызвали чуму: чумная палочка Yersinia pestis убила более 100 миллионов человек. Именно бактерии ответственны за стафилококковые инфекции. Причем они отличаются способностью вырабатывать устойчивость к антибиотикам. Так что бактерии, вызывающие сибирскую язву, пневмонию, менингит, холеру, сальмонеллез, ангину и прочие болезни всегда представляют опасность для нас.

Большинство вредных бактерий удается уничтожить с помощью антибиотиков, однако если прервать лечение раньше времени, те бактерии, которые выживут, выработают устойчивость к лекарству и останутся, дожидаясь следующего шанса. Поэтому врачи рекомендуют завершать курс антибиотиков до конца.

Бактерии также можно использовать как биологическое оружие. Например, именно с их помощью в одно время искусственно устраивали эпидемии сибирской язвы. Поэтому не стоит недооценивать эти одноклеточные организмы. На самом деле мы целиком в их власти.

А какая же функция у экзосом?

Экзосома — это механизм координации и взаимопомощи клеток организма т.е. часть иммуной системы.

Необходимым условием жизнедеятельности многоклеточного организма являются межклеточные взаимосвязи, позволяющие скоординировать биохимические процессы, протекающие в его клетках. Такая коммуникация даёт возможность контролировать и направлять развитие и работу организма. Например, развитие эмбриона требует сложнейшей регуляции: необходимо, чтобы все клетки правильно посылали сигналы о себе и правильно реагировали на сигналы, полученные извне. Неадекватная реакция на такой сигнал может привести к аномалиям развития или к таким заболеваниям как рак. Сигналы передаются с помощью гормонов, цитокинов и хемокинов, факторов роста, нейромедиаторов, метаболитов, ионов и проч. Передача сигналов может осуществляться как путем секреции во внеклеточное пространство, так и через щелевые контакты напрямую между клетками . Однако эти способы передачи сигнала предполагают либо тесный контакт между клетками, либо слишком просты для того, чтобы обмениваться комплексной информацией на расстоянии.

Как недавно выяснилось, есть еще один способ передачи информации между клетками — крошечные внеклеточные пузырьки, выделяемые клетками в окружающую среду и разносимые кровотоком по всему организму . С момента открытия и до начала XXI века никто ими особенно не интересовался. Потом выяснилось, что они обладают способностью регулировать иммунные реакции организма. Когда же в 2007 году в них были обнаружены нуклеиновые кислоты, стало ясно, что это пока недостаточно изученный механизм координации и «взаимопомощи» клеток организма .

Благодаря тому, что эти пузырьки несут белки, липиды и нуклеиновые кислоты, они способны воздействовать на клетку-адресата гораздо более сложным способом, чем отдельные растворенные вещества. Дополнительное удобство здесь в том, что содержимое пузырька окружено мембраной, которая предохраняет его от воздействия среды. Рецепторы на поверхности мембраны обеспечивают доставку точно по адресу. Путешествуют такие «посылки» наиболее экономичным «водным транспортом» — с жидкостью, циркулирующей по кровеносным и лимфатическим сосудам. Таким образом обеспечивается обмен информацией между удаленными клетками в самых разных органах и частях тела.

Помимо переноса информации внеклеточные везикулы могут участвовать и в механизмах «взаимопомощи» — доставлять готовые белки, необходимые «адресату». Например, внеклеточные пузырьки, называемые экзосомами, переправляют от нейронов к мышечным клеткам мембранный белок синаптотагмин-4. Он нужен для формирования нервно-мышечного соединения (синапса), через которое передаются электрические сигналы от нейронов к мышечным клеткам. Производится этот белок в нервных клетках, а используется в мышечных, так что без пересылки тут не обойтись.

Только 2013 году работы по изучению везикулярного транспорта были удостоены Нобелевской премии: «Нобелевская премия по физиологии и медицине (2013): везикулярный транспорт».

Получается полноценное представление об экзосомах у нас есть только с 2013 года официально, другое исследование, говорит, что вирусы это и есть экзосомы, а значит они наши помошники и с ними не то, что бороться нужно, а наоборот им нужно помогать развивая и усиливая свой иммунитет на свежем воздухе, здоровой пищей и гармоничными отношениями в полноценных семьях.Вывод: До этих исследований все представления о природе вирусов их патогенности и целебности вакцин просто напросто были ошибочны. Нужно пересматривать все вирусные парадигмы в свете новых открытий, которые, как ни странно сильно не афишируются.

Представители царства грибов

По типу питания грибы подразделяются на шляпочные, плесневелые и паразитические. По этому определению прослеживаются популярные представители царства грибов.

Шляпочные широко известны в виде груздей, подосиновиков, мухоморов, сыроежек, белых грибов, лисичек. Их шляпки имеют ярко выраженный цвет, а тела хорошо и отчётливо сформированы.

Плесневелая разновидность известна пенициллом и мукором, не редки дрожжи в виде одноклеточных грибов. Чаще всего они развиваются в остаточной органике. Свойства этих грибов используются в лечении бактериальных болезней и хлебопечении.

Грибы-паразиты существуют только за счёт более сильных организмов. В сельском хозяйстве они активно используются в качестве формирования почвы и очистки воды.

Что считается «живым»?

К настоящему времени наука еще не представила всеми единодушно принятого определения, что такое жизнь. Однако несколько основных вопросов, позволяющих различать живое и неживое, сформулировать можно.

Первый: есть ли у претендента на статус «живой» собственный биологический «механизм» для воспроизведения самого себя? Второй: размножается ли этот претендент посредством клеточного деления? И третий: есть ли у него метаболизм?

На все эти вопросы вирусы понуро отвечают – «нет». И молча, сжав кулаки и задумав страшную месть, уходят от ворот царства жизни, куда воображаемая биологическая стража перекрыла им дорогу.

Вирусные структуры

Вирусы – это неживые микробы они не являются клетками и поэтому не являются ни прокариотами, ни эукариотами . Это означает, что для размножения им нужен какой-то носитель, так как сами по себе они этого делать не могут. Однако у них есть генетический материал – ДНК или РНК. Они вводят ДНК или РНК в клетку-хозяина. Затем клетка манипулирует, заставляя ее производить части вируса, после чего она обычно погибает.

Вирусы состоят из меньшего количества компонентов, чем клетки. Основными компонентами являются:

Генетический материал (ДНК или РНК)
Начальные белки, помогающие вторжению в организм хозяина. Ретровирусы также несут обратную транскриптазу.
Капсид (белковая капсула, которая окружает генетический материал)
Липидная мембрана, окружающая капсид (присутствует не всегда)

У вирусов нет органелл, поэтому они не могут производить собственные белки; у них нет рибосом. Вирусы намного меньше клеток, и их почти никогда нельзя увидеть в световой микроскоп.

Третьи стороны: роль и образцы; влияние

Что такое вирус

Но если бактерии могут быть такими опасными, почему мы больше боимся вирусов, чем бактерий? В отличие от бактерий, вирусы могут поражать не только сложные живые организмы, но и… сами бактерии.

Вирус — неклеточный инфекционный организм, который может жить только внутри живых клеток.

Вирусы могут поразить все организмы, от растений и животных до бактерий и архей. В то же время это паразиты, то есть они не могут выживать сами по себе, в отличие от бактерий. Вирусы используют клетки (человека, растений, животных), чтобы жить. Если вирус оказывается вне клетки, он существует в виде вирусной частицы, но тоже может быть опасен: любой контакт с живой клеткой может активизировать его, дать ему пищу. При этом размножаться клеточным методом вирус не может — свои копии он создает только с помощью живых клеток.

Когда вирус оказывается около клетки, он прикрепляется к ней, создавая связь между белками вирусной оболочки и рецепторами на поверхности живой клетки. С помощью этой связи вирус проникает внутрь клетки и высвобождает свой генетический материал. А там дело за малым — создавать свои копии и заселять таким же образом новые клетки.

Версия, что вирус живой?

В последнее время некоторые биологи утверждают, что с 2003 года был сделан ряд новых открытий.

В первую очередь открытие растущего числа “гигантских” вирусов видимых под световым микроскопом, часто с большим двухцепочечным ДНК-геномом и большим содержанием генов. Эти относительно большие неклеточные инфекционные агенты радикально изменяют наши представления о живом или неживом статусе. Главным образом потому, что стало очень трудно провести границу между некоторыми клеточными организмами, сильно зависящими от своего хозяина и имеющими менее минимального генома, и гигантскими, которые кодируют многие гены и проявляют некоторую степень автономии.

Понятие организма

Проблема состоит в том, чтобы определить, в какой степени вирусы могут рассматриваться как организмы (с мыслью, что все организмы являются живыми существами, но не все живые существа являются организмами). Ответ на этот вопрос, естественно, будет зависеть от определения организма, которое мы принимаем. Многие биологи по ряду причин, упомянутых выше, таких как зависимость от хозяина и отсутствие автономного метаболизма, считают, что вирусы не являются организмами.

Понятие организма обычно рассматривается как более точное понятие живого существа, поскольку оно связано с идеей очень высокой степени функциональной организации и сотрудничества с сильными взаимодействиями между составными частями.

С этой точки зрения предположение о том, что вирусы все-таки могут принадлежать к категории организмов не имеет обоснования. Для некоторые людей согласившихся что вирусы не являются организмами, начали сомневаться, что вопрос «являются ли вирусы живыми» имеет значение.

Те, кто рассматривает жизнь прежде всего как метаболический процесс (преобразование питательных веществ), склонны исключать вирусы из живого мира, в то время как те, кто рассматривает жизнь прежде всего как эволюционный процесс, гораздо более склонны говорить, что вирусы принадлежат к живому миру.

Однако даже те, кто скептически относится к вопросу о живом статусе вирусов, обычно считают, что более широкий вопрос о месте вирусов в биологическом мире заслуживает внимания.
Действительно, независимо от их включения или исключения из категории живых существ, вирусы обязательно выступают в качестве основных биологических объектов с нескольких ключевых точек зрения.

Вирусы являются Дарвиновскими сущностями, самовоспроизводящимися и подверженными эволюционным процессам, таким как естественный отбор и дрейф, в то же время оказывая избирательное давление на своих хозяев.

Все это говорит о том, что вопрос о том, что делают вирусы (различные эволюционные, экологические и физиологические явления, в которые они вовлечены), на самом деле не менее важен, чем вопрос о том, что они собой представляют (то есть вирус живой или неживой).

Таким образом, изучение вирусов поднимает фундаментальные вопросы, связанные с определением жизни, биологической индивидуальности и идентичности, понятием организма и онтологией живых существ или процессов.

В этом контексте философам биологии – и, возможно, даже всем философам-кажется крайне важным начать обращать внимание на вирусы которые могут изменить мир

Клеточная теория

Открытие и изучение клетки стало возможным благодаря изобретению микроскопа и усовершенствованию методов микроскопических исследований. Первое описание клетки было сделано в 1665 г. англичанином Р. Гуком. Позже стало ясно, что он открыл не клетки (в современном понимании этого термина), а только наружные оболочки растительных клеток.

История открытия

Прогресс в изучении клетки связан с развитием микроскопирования в XIX в. К этому времени изменились представления о строении клеток: главным в организации клетки стала считаться не клеточная стенка, а собственно ее содержимое, протоплазма. В протоплазме был открыт постоянный компонент клетки — ядро. Накопленные многочисленные наблюдения о тончайшем строении и развитии тканей и клеток позволили подойти к обобщениям, которые были сделаны впервые в 1839 г. немецким биологом Т. Шванном в виде сформулированной им клеточной теории. Он показал, что клетки растений и животных принципиально сходны между собой. Дальнейшее развитие и обобщение эти представления получили в работах немецкого патолога Р. Вирхова.

Клеточная теория

Значение в науке

Создание клеточной теории стало важнейшим событием в биологии, одним из решающих доказательств единства всей живой природы. Клеточная теория оказала значительное влияние на развитие эмбриологии, гистологии и физиологии. Она дала основу для материалистического понимания жизни, для объяснения эволюционной взаимосвязи организмов, для понимания индивидуального развития.

«Главный факт, революционизировавший всю физиологию и впервые сделавший возможной сравнительную физиологию, это — открытие клеток» — так охарактеризовал Ф. Энгельс это событие, сравнивая открытие клетки с открытием закона сохранения энергии и эволюционной теории Дарвина.

Основные положения клеточной теории сохранили свое значение на сегодняшний день, хотя более чем за 100 лет были получены новые сведения о структуре, жизнедеятельности и развитии клеток.

Основные положения

В настоящее время клеточная теория постулирует:

Клетка — элементарная единица живого;
клетки разных организмов гомологичны по своему строению;
размножение клеток происходит путем деления исходной клетки;
многоклеточные организмы представляют собой сложные ансамбли клеток, объединенные в целостные, интегрированные системы тканей и органов, подчиненных и связанных между собой межклеточными, гуморальными и нервными формами регуляции.

Отличия бактерий и вирусов

Бактерии — микроорганизмы, обычно 1-клеточные, которые имеют неоформленное ядро и более простое строение по сравнению с клетками животных и растений.

Вирусы — соединения белка и нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК), способные размножаться только в пораженной клетке.

РАЗМЕРЫ

В среднем бактерии имеют длину в несколько микрометров (1 мкм = 0.001 мм = 10−6 м ), поэтому они видны в световой микроскоп. Минимальный объект, который можно различить в световой микроcкоп, равен 1 мкм, поэтому на микробиологии на 2-м курсе студенты сидят с микроскопами, окрашивают препараты и ищут в них бактерии.

Вирусы намного меньше бактерий и имеют размеры от 0.02 мкм до 0.3 мкм. В световой микроскоп они не видны, поэтому изучаются с помощью электронного микроскопа.

Любопытно, что самые крупные вирусы (например, вирус коровьей оспы — 0.3 мкм) крупнее самых мелких бактерий (микоплазмы — 0,1–0,15 мкм; меньше быть не может, потому что нужные молекулы не поместятся в клетку). Самые крупные бактерии вполне можно увидеть невооруженным глазом. Например, бактерия Тиомаргарита (Thiomargarita namibiensis) достигает размера в 750 мкм (0.75 мм). Бактерия Тиомаргарита была впервые обнаружена на дне моря возле Намибии в 1997 году. Из физики известно, что с расстояния 20-25 см можно можно чётко увидеть точку размером 0.05 мм, но для различения объектов друг от друга их размер должен составлять около 0.2 мм.

СТРОЕНИЕ

Бактерии — это настоящие клетки, хотя и примитивные по сравнению с клетками растений и животных. Все бактерии имеют цитоплазму и клеточную облочку с поверхностными структурами (капсулы, жгутики, микроворсинки). Оформленного ядра (т. е. с ядерной мембраной) у бактерий нет, а ДНК в виде клубка просто лежит в цитоплазме. Большинства клеточных органелл тоже нет. Есть только рибосомы (для синтеза белка) и запасные гранулы. Также в клетке находится РНК.

Строение бактерии

Вирусы — это всегда внутриклеточные паразиты. Они способны размножаться только в чужой клетке, потому что сами состоят только из одного типа нуклеиновой киcлоты (ДНК или РНК, обе сразу не бывает) и белковой или белково-липидной оболочки. Вне живых клеток вирусы неактивны.

Строение ВИЧ.Обратная транскриптаза служит для синтеза ДНК по образцу РНК.

ОБМЕН ВЕЩЕСТВ

Поскольку бактерии — клетки, они имеют собственный обмен веществ и живут полноценной жизнью, растут, ~~ходят в кино, женятся~~, размножаются делением пополам. Бактерии способны расщеплять углеводы и другие вещества.

Вирусы собственного обмена веществ не имеют. Они внедряются в клетку (не в любую, а только куда смогут попасть с помощью клеточных рецепторов) и заставляют ее изготавливать копии вируса. Как на настоящем заводе, идет производство копий нуклеиновой кислоты и копий вирусных белков, из которых в конце собирается новая вирусная частица. В каждой клетке образуется от нескольких десятков до нескольких тысяч копий вируса. При этом клетка чаще всего гибнет из-за прекращения продукции собственных белков, накопления токсических вирусных компонентов и повреждения клеточных лизосом. Реже клетка остается жить, а нуклеиновая кислота вируса просто встраивается в ее геном, иногда активизируясь, например, у герпетической или ВИЧ-инфекции. Иногда вирус вызывает хроническое персистирующее (англ. persist — упорствовать) течение без гибели клеток, особенно у больных с иммунодефицитами; пример — вирусы гепатита B и C.

Вирусы неплохо устроились: они поражают любые клетки — человека, животных, растений, грибов и бактерий. Вирусы, поражающие бактерии, назваются бактериофагами. На греческом «фаго» — глотаю, поэтому «бактериофаг» можно перевести как «пожиратель бактерий». А слово «саркофаг» означает «пожиратель мяса». В аптеках иногда продается «cтафилококовый бактериофаг». Теперь точно будете знать, для чего он.

Стафилококовый бактериофаг.Биологическое оружие против стафилококка

Версия что вирусы не живые

Как работают вирусы и чем они опасны

В организм человека вирус попадает через кровь, слизистую рта и носа, пищевод, микротравмы на поверхности кожи.

Как происходит заражение? Генетический материал вируса встраивается внутрь клетки и затрагивает самые важные ее фрагменты. Естественные процессы в клетке нарушаются, и она превращается в «вирусную фабрику». Этот процесс биологи называют репликацией. Во время репликации генетический материал вируса смешивается с генами клетки хозяина. В результате вирус мутирует и повышает свою выживаемость. Когда процесс репликации налажен, то есть инфицированная клетка производит геном вируса, сама вирусная частица отпочковывается и идет заражать новые клетки.

Индустрия 4.0

Бактериофаги: как вирусы бактерий могут стать лекарствами будущего

Большинство вирусов выбирают определенную мишень в живом организме. Вирус гепатита прикрепляется к клеткам печени. Вирус полиомиелита поражает двигательные нейроны спинного мозга. Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) избирает целый ряд клеток иммунной системы. Против него наша иммунная система не может выстоять в 100% случаев заражения. Вместо того чтобы вырабатывать антитела, иммунная система начинает помогать вирусу. Пока у ученых нет точного ответа, почему так происходит. Есть версия, что этот феномен связан с тем, что в нашем геноме есть эндогенные ретровирусы. Это последовательности ДНК, полученные от вирусов, которые заражали наших древних предков. Эти генетические элементы составляют около 8% нашего генома и произошли от предков современных ретровирусов, таких как ВИЧ. Ретровирусы — это класс вирусов, которые превращают в своем геноме РНК в ДНК, а обычные клетки наоборот — из ДНК в РНК.

Вирусы быстро меняются. Любая их мутация сохраняется в геноме, что помогает им быстро эволюционировать. К тому же вирусы имеют короткий жизненный цикл. Эти факторы мешают анализировать геном вирусов, а значит затрудняют борьбу с ними.

Врага нужно знать в лицо

Системы CRISPR-Cas являются уникальным примером адаптивного иммунитета бактерий. При проникновении в клетку ДНК фага специальные белки Cas встраивают фрагменты вирусной ДНК длиной 25—40 нуклеотидов в определенный участок генома бактерии (Barrangou et al., 2007). Такие фрагменты называются спейсерами (от англ. spacer – промежуток), участок, где происходит встраивание, – CRISPR-кассета (от англ. Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats), а сам процесс приобретения спейсеров – адаптацией.

Чтобы использовать спейсеры в борьбе с фаговой инфекцией, в клетке должен происходить еще один процесс, управляемый белками Cas, названный интерференцией. Суть его в том, что в ходе транскрипции CRISPR-кассеты образуется длинная молекула РНК, которая разрезается белками Cas на короткие фрагменты – защитные криспрРНК (крРНК), каждая из которых содержит один спейсер. Белки Cas вместе с молекулой крРНК образуют эффекторный комплекс, который сканирует всю ДНК клетки на наличие последовательностей, идентичных спейсеру (протоспейсеров). Найденные протоспейсеры расщепляются белками Cas (Westra et al., 2012; Jinek et al., 2012).

Системы CRISPR-Cas обнаружены у большинства прокариот – бактерий и архей. Хотя общий принцип действия всех известных систем CRISPR-Cas одинаков, механизмы их работы могут существенно отличаться в деталях. Наибольшие различия проявляются в строении и функционировании эффекторного комплекса, в связи с чем системы CRISPR-Cas делят на несколько типов. На сегодняшний день описаны шесть типов таких неродственных друг другу систем (Makarova et al., 2015; Shmakov et al., 2015).

Наиболее изученной является система CRISPR-Cas I типа, которой обладает излюбленный объект молекулярно-биологических исследований – бактерия кишечная палочка (Esсherichia coli). Эффекторный комплекс в этой системе состоит из нескольких небольших белков Cas, каждый из которых отвечает за разные функции: разрезание длинной некодирующей CRISPR РНК, связывание коротких крРНК, поиск, а затем разрезание ДНК-мишени.

В системах II типа эффекторный комплекс образован единственным большим белком Cas9, который в одиночку справляется со всеми задачами. Именно простота и относительная компактность таких систем послужили основой для разработки технологии редактирования ДНК. Согласно этому методу, в клетки эукариот (например, человека) доставляют бактериальный белок Сas9 и крРНК, которую называют гидовой (гРНК). Вместо спейсера вирусного происхождения такая гРНК содержит целевую последовательность, соответствующую интересному для исследователя участку генома, например, где есть мутация, вызывающая какую-то болезнь. Получить же гРНК «на любой вкус» совсем несложно.

Эффекторный комплекс Cas9-гРНК вносит двуцепочечный разрыв в последовательность ДНК, точно соответствующую «гидовой» РНК. Если вместе с Cas9 и гРНК внести в клетку и последовательность ДНК, не содержащую мутацию, то место разрыва будет восстановлено по матрице «правильной» копии!

Таким образом, используя разные гРНК, можно исправлять нежелательные мутации или вводить направленные изменения в гены-мишени. Высокая точность программируемого узнавания мишеней комплексом Cas9-гРНК и простота метода привели к лавинообразному росту работ по редактированию геномов клеток животных и растений (Jiang & Marraffini, 2015).

Разница между бактериями и вирусами

тема	Бактерии	вирус
Определение	Бактерии – это тип клеток, которые составляют большую домен of прокариотическая клетка.	Вирус — это небольшой инфекционный организм, который размножается только внутри клетки других организмов.
Размер	Бактерии крупнее вируса (0.3–3 ед.)	Вирусы меньше бактерий (0.02–0.3 ед.)
номер ячейки	Бактерии одноклеточный	Они не считаются клеткой, поэтому они не являются ни одноклеточными, ни многоклеточными.
Воспроизводство методы	Бактерии размножаются бинарным делением.	Вторгается в клетку-хозяин и захватывает клетку, заставляя ее делать копии вирусной ДНК/РНК. Уничтожение клетки-хозяина, высвобождающей новые вирусы.
рибосома	Представить	отсутствующий
Нуклеиновая кислота	ДНК и РНК плавают в цитоплазме	ДНК или РНК, заключенные в оболочку белок.
Клеточная стена	пептидогликан или липополисахарид	Нет клеточной стенки. вместо нее присутствует белковая оболочка.
Живой/Неживой	Живой организм	Между живым и неживым.
Инфекция	Локализованный	Систематический
игры	Способна воспроизводить сама	Нужна живая клетка для размножения.
Восприимчивость к наркотикам	Большинство из них могут быть уничтожены или ингибированы антибиотиками.	Антибиотики не могут убить Некоторые из них можно подавить противовирусными препаратами.
Условия жизни	Большинство из них могут выживать и размножаться вне хозяина.	Нужна клетка-хозяин, чтобы размножаться и выживать.
Ферменты	Представить	Присутствует в некоторых.
Микроскоп	Видно под световым микроскопом.	нужен электронный микроскоп для визуализации.
Генетический материал	Присутствует одна кольцевая хромосома.	Цепь ДНК/РНК присутствует.
Клеточная техника	Бактерии обладают клеточным механизмом.	Вирусу не хватает клеточного механизма.
метаболизм	Бактерии показывают метаболизм внутри клетки.	Метаболизм внутри вирусной частицы отсутствует.
Преимущества	Бактерии могут быть как полезными, так и вредными.	Вирусы обычно вредны, но могут быть полезны в генная инженерия.
Продолжительность болезни	Болезни, вызванные бактериями, длятся дольше 10 дней.	Заболевания, вызванные вирусами, длятся от 2 до 10 дней.
Лихорадка	Бактерии вызывают лихорадку.	Вирусы могут вызывать лихорадку, а могут и не вызывать.
Болезни/ инфекции	Пищевое отравление, гастрит, язва, менингит, пневмония и др. вызываются бактериями.	СПИД, насморк, грипп, ветряная оспа и т. д. вызываются вирусами.
Примеры	Золотистый стафилококк, холерный вибрион и т. д. являются примерами бактерий.	ВИЧ, вирус гепатита А, вирус носорога и т. д. являются примерами вирусов.