Будь то коронавирус, атипичная пневмония или вирусное заболевание СПИД, многие люди испытывают страх и ужас. Вирусы должны внедрять свой генетический состав в другие клетки для размножения. Может ли организм бороться с патогенами, ищите новые способы заражения хозяина.
Простая в построении, эффективная в атаке
Вирусы постоянно мутируют и изменяются – организм может реагировать на них только путем выработки новых защитных механизмов. Тем не менее, вирусы всегда на шаг впереди.
"Вирусов не миллионы, а всего несколько сотен тысяч", - говорит врач-эколог Питер Дашак из некоммерческой организации Ecohealth Alliance.
По крайней мере, в царстве млекопитающих.
Как показало исследование, проведенное Дашаком и международной группой исследователей, млекопитающие являются хозяевами около 320 000 видов вирусов по всему миру.
"Учитывая доступные технологии, мы могли бы узнать о каждом таком вирусе в течение нескольких десятилетий", - говорит Дашак. Более двух третей всех вирусных заболеваний человека происходят от животных. По его словам, чтобы подготовиться к будущим пандемиям, важно изучить вирусы.
Однако до сих пор науке еще далеко до изучения мира вирусов. При этом патогены имеют довольно простую структуру: они состоят из белковой оболочки, в которой содержится наследственная информация.
Он может состоять из дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) или рибонуклеиновой кислоты (РНК) в зависимости от типа вируса и может быть одноцепочечным или двухцепочечным. Более мелкие вирусы обладают всего четырьмя генами, более крупные - несколькими сотнями.
Создание вируса "SARS-CoV-2"
У вирусов отсутствует собственный метаболизм. Таким образом, вопрос о том, являются ли вирусы живыми существами, является предметом споров.
Согласно определению, живые существа могут выживать и производить плодовитое потомство без посторонней помощи.
"Вирусы должны поражать клетки, иначе они не смогут размножаться", - говорит вирусолог Стефан Плешка из Института медицинской вирусологии Гиссенского университета. Вирусы зависят от жизненной энергии других – вот почему они так агрессивны.
Враг берет на себя управление
То, как вирусы поражают клетку, можно узнать, только заглянув в нанокосмос. Размер вируса, получившего название "фаг Т 4", составляет, например, всего около 50 нанометров. 20 000 из этих крошечных существ имеют размер один миллиметр.
Фаги, также называемые бактериофагами, поражают бактерии и хорошо изучены. "Фаг Т 4" атакует нашу кишечную бактерию Escherichia Coli (кишечная палочка).
Чтобы размножаться, он чрезвычайно эффективно проникает в центр управления последнего: подобно маленькому лунному модулю, вирус сначала пристыковывается к своей жертве. Он распознает бактерию с помощью нитевидных отростков, называемых хвостовыми волокнами.
При этом вирус прикрепляется к определенным рецепторам клеточной поверхности, как карабин, который зацепляется. Используя белковую ручку, вирус проделывает отверстие в клеточной стенке. Если путь свободен, фаг вставляет свою ДНК в бактерию. Вступление в царство клетки совершено.
Спайковый белок вируса SARS-CoV-2 прикрепляется к рецептору клетки-хозяина
Теперь злоумышленник пробирается через коммутационный центр клетки, ДНК которой он расщепляет. Фаг берет на себя метаболизм и перепрограммирует его так, чтобы клетка производила только фаговые белки. Разрезанную ДНК бактерии фаг использует для создания копий собственного генетического материала.
Внутри клетки накапливаются новые фаги. Затем создаются специальные белки для растворения клеточной стенки кишечной палочки. Бактерия набухает и со временем лопается. Высвобождаются новые фаги – и теперь они атакуют другие клетки.
Фаги разработали еще одну коварную стратегию захвата: как только они проникают в наследственную информацию клетки-хозяина, она не полностью разбивается на отдельные ее части. Вирус встраивает свою наследственную массу в чужеродную клетку. Замаскированный таким образом, вирус размножается с каждым делением клетки-хозяина.
Следуя стратегии бактериофага Т 4, в принципе, все вирусы размножаются.
Но чтобы взломать сложные иммунные системы своих жертв, вирусы животных создали еще более сложные методы размножения.
Сигнализация системы защиты
Вирусные атаки приводят организм в состояние повышенной готовности. Защитная система высвобождает питательные клетки, которые набрасываются на клетки, пораженные вирусами, и уничтожают их.
Если организм пережил инфекцию, то в будущем он будет невосприимчив к вирусу: его защиту сформировали клетки памяти, которые отныне будут узнавать врага.
Поэтому человек заболевает такими заболеваниями, как эпидемический паротит и корь, только один раз в жизни. Медицинские работники используют этот механизм при вакцинации пациента: они вводят в организм ослабленные вирусы.
Вакцинация активирует иммунную систему
Таким образом, он может развить защитные силы без вспышки болезни.
Если вакцинированный впоследствии заражается нужным патогеном, иммунная система может немедленно отреагировать.
Один вирус, от которого даже прививки пока не приносят никакой пользы, - это вирус ВИЧ. Он поражает все защитные клетки и вызывает иммунное заболевание, называемое СПИДом. Защита организма ослаблена до такой степени, что организм оказывается беспомощным во власти микробов.
Поэтому те, кто болеет СПИДом, очень чувствительны к инфекциям.
Мутировавший вирус часто остается незамеченным
Вирусы очень легко адаптируются – поэтому от них может исходить такая большая опасность. Их структура проста, в них отсутствуют многие регуляторные механизмы, присущие более высокоразвитым живым существам.
Их генетический состав постоянно меняется в результате мутаций.
Вирусы изменяют свою поверхность, по которой они распознают защитные системы организма. Таким образом, вы перехитрите ранее сформированные антитела, которые отныне не смогут стыковаться с новой поверхностью, чтобы атаковать вирус.
"Таким образом, для ежегодной волны гриппа нам также необходимо регулярно разрабатывать новые вакцины, адаптированные к мутировавшим вирусам", - объясняет вирусолог Стефан Плешка.
В Университете Гиссена Стефан Плешка изучает потенциал вирусов к изменениям. По его словам, вирусы могут не только перехитрить защитные силы организма. Таким образом, они также могут переходить от одного вида к другому, например, от животного к человеку, чтобы размножаться на новом хозяине.
Антитела прикрепляются к вирусу гриппа
Такой новый вирус особенно опасен для организма, потому что существующие защитные силы в значительной степени неэффективны против него.
Кроме того, если он по-прежнему очень заразен, он передается от человека к человеку, как лесной пожар. Испанский грипп, птичий грипп или свиной грипп являются такими же примерами, как и коронавирус.
"Для того чтобы вирус животного происхождения мог размножаться и в организме человека, одной простой мутации гена недостаточно", - говорит Плешка.
Чаще всего для этого требуется смешение двух разных вирусов.
Затем обмениваются целые сегменты генетического материала.
Исследователи называют это мутацией гена или антигенным сдвигом соответственно.
Опасно: прыжок с животного на человека
"Мы наблюдали, что для конкретного птичьего вируса необходимо заменить только один сегмент гена, и он уже может воспроизводиться у других животных и у людей", - говорит Плешка.
Однако, поскольку скрещивание вирусов происходит случайным образом и без правил, по его словам, маловероятно, что именно этот сегмент будет заменен. Однако риск антигенного сдвига очень высок, особенно когда животные и люди живут в замкнутом пространстве. Это облегчает распространение вирусов и их смешивание друг с другом.
Чтобы снизить опасность пандемии, сегодня многие вирусные заболевания подлежат регистрации. Если инфекция распространяется эпидемическим путем, защитные механизмы государственных учреждений, таких как Департамент здравоохранения или Институт Роберта Коха, подвергаются нападению.
Это могут быть массовые прививки или карантин.
Вирусы всегда на шаг впереди исследователей
"Всегда будет существовать риск новых пандемий", - говорит Ян Феликс Дрекслер, который изучает происхождение новых вирусов на факультете вирусологии Боннского университета. По его словам, благодаря своей чрезвычайной изменчивости и способности адаптироваться вирусы всегда будут на шаг впереди исследователей.
"Но, возможно, в будущем мы будем лучше подготовлены к более быстрому реагированию", - говорит Дрекслер. Для ученого было бы уже успехом иметь возможность оценить потенциальную опасность новых патогенов, по крайней мере, в отдельных случаях, до того, как они распространятся через границы стран.
34.1к
