VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Вирус – неклеточная форма жизни
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение.
Многие годы ученые всего мира изучали строение вирусов, пытаясь понять как эти формы жизни воздействуют на другие живые организмы и как от них защититься. Вирусы способны к эволюции, что делает их еще более опасными. Вирусы поражают клетки животных, растений, бактерий. По их вине возникают массовые эпидемии, которые вызывают гибель тысяч людей. Заразиться вирусом очень легко, а так как он очень быстро распространяется по организму и не начато своевременное лечение, то это может привести к летальному исходу.
Существует много причин считать вирусы врагами, но в природе каждый организм играет свою определенную роль и вирусы не исключение. Так что эти организмы могут нести не только вред, но и определенную пользу.
Целью работы является: изучение влияния вирусов на организмы, способов защиты и борьбы с ними.
Задачи:
1.Выяснить особенности строения вирусов.
2.Изучить самых ярких представителей царства «Вирусы».
3.Выяснить характер их действия на живые организмы.
4.Выяснить роль вирусов.
5.Изучить способы защиты и борьбы с вирусами.
6.Подбор информации для памятки.
Глава 1.
1. Строение вирусов и их особенности.
Вирусы – это неклеточные формы жизни. Они являются внутриклеточными паразитами и поэтому могут функционировать исключительно внутри клетки. Известно, что вирусы не способны к существованию вне клетки-хозяина.
Вирусы простой организации состоят из нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК) и белковой оболочки (капсида). Капсид защищает вирус от внешних воздействий. При помощи капсида вирус прикрепляется к поверхности клеточной мембраны. Сложные вирусы могут иметь дополнительную оболочку из липопротеина. Некоторые вирусы, такие как бактериофаги, имеют аппарат для транспортировки своего генома в бактерии. После этого капсид остается за пределами клетки. Тело бактериофага имеет сложное строение: головку, хвостик (трубку, через которую геном проталкивается в клетку) и хвостовые отростки. Такая сложная конструкция обеспечивает впрыскивание генетического материала внутрь клетки.
Большинство вирусов имеет форму палочек или правильных многогранников. У вирусов в форме палочек в центре находится спирально закрученная нуклеиновая кислота. Капсид состоит из идентичных субъединиц белка. Подобное строение имеет большинство вирусов, которые поражают растения и бактерии. У большей части вирусов, вызывающих болезни человека и животных, капсид очень часто имеет форму икосаэдра. Скорее всего, вирусы существуют с момента появления первых клеток, так как они найдены везде, где есть жизнь.
Точное происхождение вирусов не установлено, так как не найдено их ископаемых останков и родственные связи можно установить только при помощи молекулярной филогенетики.
2. Классификация вирусов по Балтимору.
Существует несколько видов классификации вирусов, но наибольшее распространение получила классификация вирусов по Балтимору, основанная на механизме образования мРНК.
Эта система включает в себя семь основных групп:
(I) Вирусы, содержащие двухцепочечную ДНК и не имеющие РНК-стадии.
(II) Вирусы, содержащие одноцепочечную молекулу ДНК.
(III) Вирусы, содержащие двухцепочечную РНК.
(IV) Вирусы, содержащие одноцепочечную молекулу РНК положительной полярности.
(V) Вирусы, содержащие одноцепочечную молекулу РНК негативной или двойной полярности.
(VI) Вирусы, содержащие одноцепочечную молекулу РНК положительной полярности и имеющие в своем жизненном цикле стадию синтеза ДНК на матрице РНК- ретровирусы.
(VII) Вирусы, содержащие частично двухцепочечную, частично одноцепочечную ДНК и имеющие в своём жизненном цикле стадию синтеза ДНК на матрице РНК- ретроидные вирусы.
Дальнейшая классификация производится на основе структуры генома, генетическом сходстве с другими вирусами, наличию липидной оболочки, таксономической принадлежности организма-хозяина.
3. Яркие представители царства вирусы.
Наиболее яркими представителями являются:
1. Вирус бешенства.
Вирус бешенства— это возбудитель бешенства у человека и животных. Вирус относится к виду рода Lyssavirus семейства рабдовирусов (Rhabdoviridae). Капсид имеет заостренную вытянутую форму длиной около 180 нм и диаметром около 75 нм. Один конец закруглён или имеет коническую форму, а другой конец имеет плоскую или вогнутую форму. Капсид содержит в себе липопротеины, состоящие из гликопротеина G. Под оболочкой имеется мембрана или матрица слоя белка. В ядре вируса находятся спирально расположенные рибонуклеопротеиды (комплексы нуклеиновых кислот с белками).
Передача вируса осуществляется при укусе больного животного (с его слюной). Вирус распространяется по нервным путям, достигает слюнных желёз, нервных клеток коры головного мозга, гиппокампа, бульбарных центров и, поражая их, вызывает тяжёлые нарушения, которые приводят к гибели. Вирус плохо устойчив к внешней среде — погибает при нагревании до 56 °C за 15 минут, при кипячении — за 2 минуты. Вирус бешенства погибает при ультрафиолетовом свете и при попадании прямых солнечных лучей, этанола и множества дезинфицирующих веществ. Но устойчив к низким температурам и фенолу. Инкубационный период данного вируса составляет от 10 дней до 3—4 (чаще всего 1—3) месяцев, в редких случаях — до одного года.
При размножении вируса в нервных клетках образуются тельца Бабеша-Негри. Вирионы переносятся через аксоны нейронов достаточно быстро - со скоростью приблизительно 3 мм в час. При достижении спинного и головного мозга, они вызывают менингоэнцефалит. Из за этого вируса в нервной системе происходят воспалительные, дистрофические и некротические изменения. Вследствие удушения и остановки сердца, для организма наступает летальный исход.
Болезнь проходит в три стадии:
Продромальный (ранняя стадия).
Длится от 1 до 3 дней. Характерные симптомы: повышение температуры до 37,2 — 37,3 °C, угнетённое состояние, плохой сон, бессонницей, беспокойством больного. Ощущается боль в месте укуса.
Стадия разгара (агрессия).
Длится от 1 до 4 дней. У больного повышается чувствительность к малейшим раздражениям органов чувств. Из за яркого света, различных звуков и шума происходят судороги мышц конечностей. Появляются водобоязнь, аэрофобия, галлюцинации, бред, чувство страха, повышается слюноотделение, возникает повышенная агрессия.
Период параличей (мнимого благополучия).
Наступает паралич глазных мышц, нижних конечностей, а также скуловых мышц (отвисшая челюсть).
Появляется «извращённый аппетит» (больной начинает поглощать несъедобное, опасное для желудка).
На этом этапе личности уже не существует.
Паралич дыхательных мышц вызывает смерть вследствие удушения.
Общая продолжительность болезни составляет 5 — 8 дней, изредка 10 — 12. Продолжительности заболевания не всегда может зависеть от источника заражения, места укуса и длительности инкубационного периода.
В ряде случаев болезнь протекает атипично, симптомы могут отсутствовать или быть нечётко выражены. К примеру, возбуждения, гидро- и аэрофобии может не быть, болезнь начнётся сразу с развития параличей. Такую форму бешенства трудно диагностировать, поэтому окончательно диагноз удаётся поставить лишь после посмертного исследования.
Луи Пастер в 1881 году, изучая иммунологию, получил вакцину против бешенства путём многократного перевивания вируса кроликам. А в 1885 году он провёл опыт на мальчике, укушенном больной собакой. Мальчик не заболел и выжил.
В наши дни вакцины вводятся по определенной схеме , 6 раз: первое введение производится в день обращения к врачу (0-й день), а затем на 3, 7, 14, 30 и 90 день. В случае если животное , которое укусило человека в течении 10 суток осталось живым и здоровым, то дальнейшее лечение прекращается. Необходимо ограничить употребление в пищу продуктов, способных вызвать у пациента аллергическую реакцию в период вакцинации.
Вирус табачной мозаики.
Вирус табачной мозаики (ВТМ, англ. Tobaccomosaicvirus, TMV) — палочковидный РНК-содержащий вирус растений, инфицирующий растения семейства Паслёновые. Капсид вируса представлен спиралью, которая состоит из 130 витков. Спираль состоит из 2130 идентичных молекул белка, содержащих по 158 аминокислотных остатков. Генетический материал вируса табачной мозаики - одноцепочечная РНК. Молекула РНК глубоко погружена в белок.
Вирус табачной мозаики был открыт в 1892 году при фильтрации препарата больных растений через фильтр, который задерживает бактерии. Выяснилось, что полученный раствор после фильтрации сохранял способность заражать здоровые растения. В 1939 году были сделаны первые электронные микрофотографии вируса. Он отличается своей высокой жизнестойкостью, способностью сохраняться в почве до 4-х лет.
Впервые действие вируса было изучено на табаке, который является представителем семейства пасленовых. Сегодня болезнь поражает более 350 видов различных овощных, садовых, декоративных растений, а также однолетние и многолетние сорняки.
Прежде всего, вирус поражает слабые клетки листьев, в которых низкое содержание глюкозы и органических кислот. Из-за этого происходят изменения в процессе фотосинтеза и начинается разрушение хлорофилла. Пораженные листья покрываются мозаичными разводами и бугорками. На листьях появляются темно-зеленые, бежевые, светло-зеленые и желтые пятна, которые чередуются между собой. Вирус табачной мозаики можно спутать с борным голоданием, при котором проявляются похожие признаки. В результате поражения вирусом растение слабеет, истощается и не может противостоять проникновению других бактерий. Вирус снижает урожайность и ухудшает товарный вид плодов.
Главными переносчиками вируса являются различные насекомые-вредители: тля, цикадки, клещи, трипсы, червецы, нематоды. При питании соком растений и высасывании питательной жидкости из заболевших растений, насекомые приобретают вирус и становятся переносчиками. Сохраняясь в насекомом в течение нескольких часов, он попадает на здоровое растение при переходе насекомого-вредителя к новому источнику питания.
Кроме насекомых-вредителей вирус способен разноситься через пыльцу, семена, растительные остатки и сорняки.
Способствовать распространению вируса, используя вегетативное размножение растений (луковицы, клубни, черенки, подвои и привои), может и сам человек. Даже при неудачной прививке инфекция успевает попасть в здоровые ткани. Ученые заметили, что заражение происходит быстрее на травянистых растениях, чем на деревьях, и легче на молодых, чем на старых экземплярах.
Когда садоводы игнорируют дезинфекцию садового инвентаря- прививочного ножа, секатора и ножниц при проведении обрезки, может происходить распространение вируса.
Инфицированные растения спасти невозможно. На сегодняшний день нет средств, уничтожающих вирус навсегда.
Все меры являются лишь предупредительными. Так как заражаются, прежде всего, самые слабые растения, то главная задача садовода – укрепить защитные силы растений. В данном случае большое значение имеет и борьба с вредителями-переносчиками вируса.
Вирус Денге.
Вирусы-возбудители лихорадки денге относятся к арбовирусам, семейству Flaviviridae рода Flavivirus (арбовирусы антигенной группы В).Лихорадка Денге (костоломная лихорадка, суставная лихорадка, лихорадка жирафов, пятидневная лихорадка, семидневная лихорадка, финиковая болезнь) — острое трансмиссивное вирусное заболевание.
Источником распространения вируса может служить больной человек, обезьяны и летучие мыши. Через комаров происходит передача инфекции от больного человека. Основными местами размножения комаров являются глиняные сосуды, металлические бочки и бетонные цистерны, используемые для хранения домашних запасов воды, а также выброшенные пластиковые контейнеры для пищевых продуктов.
Инкубационный период развития вируса составляет от 3 до 14 дней (чаще 5–7 дней).
Заболевание характеризуется появлением следующих симптомов: лихорадка, интоксикацией, миалгия, артралгия, сыпью и увеличением лимфатических узлов. В некоторых случаях может происходить развитие геморрагического синдрома. Восстановление после болезни чаще всего занимает от двух до семи дней. В некоторых случаях может произойти осложнение, и заболевание переходит в тяжелую лихорадку денге, более известную как «геморрагическая лихорадка денге», приводящую к кровотечению, низкому уровню тромбоцитов и «потери» плазмы крови, или синдрому шока денге, в таком случае сильно падает давление крови.
Классическая лихорадка денге, то есть человек заболевает при первичном инфицировании, сопровождается:
повышением температуры до 39–40°С (к концу третьих суток температура резко снижается, а через 1–3 дня вновь повышается, далее опять снижается через 2–3 дня)
учащением пульса в начале заболевания, а через 2–3 дня он сильно уряжается
ознобм
болями в костях (чаще в позвоночнике)
болями в суставах (особенно в коленных суставах)
болями в мышцах
анорексией (отказ от еды из-за отсутствия аппетита)
резкий упадок сил
тошнотой
головокружением
бессонницей
покраснением и отёчностью лица
покраснением глаз
покраснением горла
различной зудящей сыпью. Сыпь появляется на туловище, затем происходит распространение на конечности. Сохраняется 3–7 дней:
петехиальная сыпь — точечные кровоизлияния
скарлатиноподобная сыпь — покраснение кожи, на фоне которого определяются пятнышки величиной с просяное зерно.
Уртикарная сыпь — возвышающиеся над поверхностью кожи отёчные волдыри ярко-розового цвета размером от 0,5 до нескольких сантиметров, сильно зудящие.
При появлении первых симптомах больных госпитализируют.
Для лечения заболевания используют:
болеутоляющие препараты
витамины
антигистаминные препараты
Больному необходимо соблюдать строгий постельный режим и обильное питьё: не менее 200 гр. каждые 2 часа, или более 2 литров в день. Лучше не употреблять только воду, так как это может привести к сдвигу электролитического баланса. Рекомендуют свежевыжатые соки, молоко. Предпочтительно употреблять витамины С, К, B.
4. Характер действия вирусов.
Распространение вирусов осуществляется множеством живых организмов. В клетку вирусы попадают вместе с пиноцитозными пузырьками или путем погружения части оболочки клетки с приклеившимся к ней вирусом в цитоплазму, а также путем растворения оболочки клетки. Каждый вирус обладает своей спецификой – поражение только определенных клеток. Круг клеток-хозяев может быть широким или узким, в зависимости от вида вируса.
Процесс проникновения вируса в клетку:
1. Прикрепление к клетке. Сначала образуется специфичная связь между белками вирусного капсида и рецепторами на поверхности клетки-хозяина. Благодаря этой связи определяется круг хозяев вируса. Например, ВИЧ поражает только определённый тип человеческих лейкоцитов. Этот механизм обеспечивает инфицирование вирусом только тех клеток, которые способны осуществить его репликацию.
2. Проникновение в клетку. На этом этапе вирус доставляет внутрь клетки свой генетический материал. Некоторые из вирусов также переносят внутрь клетки собственные белки, необходимые для репликации. Обычно это характерно для вирусов, которые содержат негативные РНК. Различные вирусы по-разному проникают в клетку. Процесс инфицирования вирусами клеток грибов и растений отличается от инфицирования клеток животных. Растения имеют прочную клеточную стенку, состоящую из целлюлозы, у грибов она состоит из хитина, так что большинство вирусов могут проникнуть в них только после её повреждения. Но многие вирусы растений (включая вирус табачной мозаики) могут перемещаться из клетки в клетку в форме одноцепочечных нуклеопротеиновых комплексов. Бактерии так же имеют крепкую клеточную стенку, которую вирусу нужно повредить для дальнейшего проникновения. Но из-за того, что клеточная стенка бактерий более тонкая, нежели у растений, некоторые вирусы просто впрыскивают свой геном в бактериальную клетку через клеточную стенку, а капсид остаётся снаружи.
3. Лишение оболочек. Это процесс потери капсида вирусом. Этот процесс происходит при помощи вирусных ферментов или ферментов клетки-хозяина, но может быть и результатом простой диссоциации. В итоге, вирусная нуклеиновая кислота освобождается.
4. Репликация вируса. Она включает в себя синтез мРНК ранних генов вируса (исключение составляют вирусы с положительной РНК), синтез вирусных белков, иногда сборку сложных белков и репликацию вирусного генома. У сложных вирусов с крупными геномами за этим может последовать ещё один или несколько кругов дополнительного синтеза мРНК: «поздняя» экспрессия генов приводит к синтезу структурных или вирионных белков.
5. Сборка. На этом этапе происходит сборка вирусных частиц, далее происходят определённые модификации белков. У вирусов, таких как ВИЧ, такая модификация происходит после выхода вируса из клетки-хозяина.
6. Выход из клетки. После лизиса (растворения клеток и их систем) процесса вирусы покидают клетку-хозяина. После этого процесса клетка погибает из-за разрыва мембраны и клеточной стенки (при наличии таковой). Эта особенность есть у многих бактериальных и некоторых животных вирусов.
Вирусный геном удваивается при делении клетки. В пределах клетки вирус чаще всего не проявляет себя. Активация вируса может быть вызвана в определённый момент провирусом (геном вируса, встроенный в ДНК клетки хозяина) или профагом (геном фага, интегрированный в хромосомную ДНК бактериальных клеток), вследствие этого может произойти лизис клеток-хозяев.
Если вирус размножается активно, то он не всегда убивает клетку-хозяина. Оболочечные вирусы, в том числе ВИЧ, обычно отделяются от клетки при помощи отпочковывания. В итоге этого процесса вирус приобретает свою оболочку, которая состоит из модифицированного фрагмента клеточной мембраны хозяина или другой внутренней мембраны. Таким образом, клетка может продолжать жить и продуцировать вирус. Некоторые вирусы не вызывают никаких видимых изменений в заражённой клетке. Такие клетки имеют мало признаков инфекции и продолжают нормально функционировать. Вирус может не проявлять себя несколько месяцев или лет, что может служить причиной хронических инфекций.
Глава 2.
1. Роль вирусов в природе и жизни человека.
У человечества есть много причин считать вирусы врагами. Но в природе каждый организм играет свою определенную роль. Так что эти организмы могут нести не только вред, но и определенную пользу. Рассмотрим некоторые положительные стороны:
1. Вирус-санитар.
Вирусы регулируют численность популяций некоторых видов живых организмов (например, вирус дикования с периодом в несколько лет сокращает численность песцов в несколько раз).
2. Вирус-оружие.
Используется как биологический метод борьбы с вредными видами (например, вирус миксоматоза для борьбы с массовым размножением кроликов в Австралии).
3. Вирус-помощник.
Получил свое применение в генной инженерии (например, для переноса генов в клетки бактерий). Изучение и использование вирусов дало ценную информацию о различных аспектах клеточной биологии. Из-за своих размеров, формы и хорошо изученной химической структуры вирусы использовали как шаблоны для организации материалов на наноуровне.
Вирусы используются для распознавания и лечения бактериальных заболеваний (так как многие формы патогенных бактерий становятся устойчивыми к определенным лекарствам).
Вирусы являются важным естественным средством переноса генов между различными видами, что вызывает генетическое разнообразие и направляет эволюцию. Считается, что вирусы сыграли центральную роль в ранней эволюции, ещё до расхождения бактерий, архей и эукариот, во времена последнего универсального общего предка жизни на Земле. Вирусы и по сей день остаются одним из крупнейших живых хранилищ неисследованного генетического разнообразия на Земле.
2. Способы защиты и борьбы с вирусами.
Так как вирусы используют для размножения клетки-хозяева, их сложно уничтожить без применения препаратов, токсичных для самих клеток-хозяев. Наиболее эффективными медицинскими мерами против вирусных инфекций являются вакцинации, способствующие возникновению иммунитета к инфекции и противовирусные препараты.
Вакцины.
Лучше всего сделать прививку, чем переболеть. Вакцинация - самый дешёвый и эффективный способ для предотвращения вирусных инфекций. Вакцины используют из-за тяжёлого перенесения и высокой смертности от вирусных инфекций, таких как полиомиелит, корь, свинка и краснуха. Вакцины могут включать в себя ослабленные и убитые вирусы, а также вирусные белки (антигены). Живые вакцины содержат ослабленные формы вирусов, которые не вызывают болезни, но заставляют работать иммунитет человека. Ослабленные вирусы называются аттенуированными. Живые вакцины могут представлять опасность для людей со слабым иммунитетом, ведь даже из за ослабленного вируса они могут сильно заболеть.
Противовирусные препараты.
Они встраиваются в геном вируса в процессе репликации, и на этом жизненный цикл вируса останавливается, поскольку новосинтезированная ДНК является неактивной. Противовирусные препараты подразделяются на две группы: стимулирующие иммунную систему атаковать вирусы и атакующие вирусы напрямую. Препараты второй группы различаются по этапу жизненного цикла вируса, на котором они активны: одни препятствуют проникновению вируса в клетку, другие препятствуют размножению вируса внутри клетки, и препятствующие выходу копий вируса из клетки.
Заключение.
В ходе работы сделаны следующие выводы:
1. Вирусы имеют достаточно простое строение, так как являются внутриклеточными паразитами. К самостоятельному существованию они не способны.
2. Вирусы поражают клетки не только человека, но и растений, и бактерий, вызывая развитие различных заболеваний. Некоторые заболевания носят летальный характер и опасны для живых организмов.
3. В природе вирусы играют не только отрицательную роль, но и положительную.
4. Наиболее эффективными мерами по защите от вирусных инфекций являются вакцинации, которые создают иммунитет к инфекции, противовирусные препараты.
5. Предупредить заражение вирусами человек сможет, соблюдая ряд рекомендаций (приложение 1).
Литература.
1. https://www.yaklass.ru/materiali?mode=cht&chtid=59
2.Академический школьный учебник по биологии 10-11 класс (Д.К.Беляев, П.М.Бородин, Н.Н.Воронцов и др.)
3.https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%B8%D1%80%D1%83%D1%81%D1%8B
4.https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%B8%D1%80%D1%83%D1%81_%D0%B1%D0%B5%D1%88%D0%B5%D0%BD%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B0
5.https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%B5%D1%88%D0%B5%D0%BD%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE
6.https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%B8%D1%80%D1%83%D1%81_%D1%82%D0%B0%D0%B1%D0%B0%D1%87%D0%BD%D0%BE%D0%B9_%D0%BC%D0%BE%D0%B7%D0%B0%D0%B8%D0%BA%D0%B8
7.https://sad6sotok.ru/%D1%82%D0%B0%D0%B1%D0%B0%D1%87%D0%BD%D0%B0%D1%8F-%D0%BC%D0%BE%D0%B7%D0%B0%D0%B8%D0%BA%D0%B0.html
8.https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D0%B8%D1%85%D0%BE%D1%80%D0%B0%D0%B4%D0%BA%D0%B0_%D0%B4%D0%B5%D0%BD%D0%B3%D0%B5
9.https://studbooks.net/77243/estestvoznanie/rol_virusov_prirode_zhizni_cheloveka
10.https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%80%D0%BE%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BE%D0%B2%D0%B8%D1%80%D1%83%D1%81%D0%BD%D1%8B%D0%B5_%D0%BF%D1%80%D0%B5%D0%BF%D0%B0%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%8B#Принцип_действия_противовирусных_препаратов
Приложения.
Памятка: «Как не заразиться и как бороться с вирусами».
1. Во время вспышки вирусных заболеваний стараться меньше контактировать с зараженными людьми.
2. Принимать витамины. Особенно осенью и весной, когда иммунитет ослаблен. Витамины содержатся в овощах и фруктах. Также можно использовать комплекс витаминов.
3. Производить своевременную вакцинацию.
4. Необходимо чаще мыть руки. Особенно после посещения общественных мест.
5. Чаще проветривать помещение.
6. Применять средства для профилактики сезонных заболеваний (грипп, ОРВИ).
А если заражение уже произошло, то:
1. Лучше всего взять больничный лист и остаться дома, чтобы не заразить других людей.
2. Обратиться к врачу для получения рекомендаций по лечению (желательно при первых признаках заражения, ведь тогда можно будет гораздо быстрее вылечиться).
3. Если же все-таки нужно выйти из дома, то следует надеть тканевую маску (не забывайте периодически менять их).
4. Ни в коем случае не заниматься самолечением! Так как если использовать неправильные методы, то ситуация только усугубится.