Вируси

Като вземем предвид, че имам настинка, не мога да си представя по-подходяща тема за видео от тази за вирусите. Не искам да е изписано толкова плътно. Вируси. Мисля, че вирусите са може би най-удивителното нещо в биологията, защото размиват границите между неживото и живото. Кое се брои за живо същество? Искам да кажа, че като разглеждаме себе си или живота като цяло, веднага можем да разпознаем кога нещо е живо – Ако видиш нещо, което се ражда, расте и непрестанно се променя, може да се движи, може не, има характерен метаболизъм, възпроизвежда се и после умира. Тогава си казваш – хей, това вероятно е живо. В това влизат повечето неща, които виждаме – включва самите нас, включва бактериите, растенията. Може би осакатявам подредбата на организмите, но идеята ми е, че можем да разпознаваме живите организми, когато ги видим. Вирусите обаче са просто шепа генетична информация, заключена в белтъчна обвивка. В белтъчна капсула. Нека го нарисувам. Генетичната информация може да е кодирана под всякаква форма. Може да е РНК, може да е ДНК, може да е едноверижна РНК, двуверижна РНК. Понякога на мястото на едноверижната можем да означим с две малки букви "ев"(ss) пред веригата. Да предположим, че говорим за двуверижна ДНК бихме поставили "дв"(dd) пред нея. Важното тук е, че вирусите могат да притежават кой да е от тези видове генетична информация, някаква верига нуклеинова киселина във вид на едноверижна или двуверижна РНК или едно- или двуверижна ДНК. Нуклеиновата киселина е обвита с някакъв вид белтъчна обвивка, която се нарича капсид. Обикновено капсидът се представя като т.нар. икасоедър. Да видим дали ще мога да го нарисувам. Изглежда нещо подобно на това. Не всички вируси е задължително да изглеждат по този начин. Има хиляди видове вируси. А ние сме едва в началото на тяхното опознаване и на разбирането как вирусите използват различни способи, за да се умножават по свой начин. Ще говорим за това по-нататък. А предполагам, че всеки възможен начин за репликация вероятно съществува някъде в света на вирусите. Но те съдържат само белтъци, тези белтъчни капсиди, които са съставени от няколко белтъка, свързани заедно. А вътре под обвивката има генетичен материал, който може да бъде ДНК или РНК. Ще нарисувам генетичния материал. Белтъкът не е задължително да е прозрачен, но ако беше щяхме да виждаме генетичния материал вътре. Въпросът е дали това нещо е жив организъм? Не изглежда да е живо. Не расте. Не се променя. Няма метаболизъм. Ако е оставено само на себе си просто ще си стои там, както би стояла книга върху маса, просто ще си е там. Нищо няма да се промени. Обаче, тук възниква въпрос. Може да кажеш: "Хей, когато го описваш по такъв начин, прилича на шепа свързани помежду си молекули. Това не изглежда да е нещо живо." Обаче изведнъж започва да изглежда живо, когато влезе в контакт с нещо, което бихме определили като форма на живот. Т.е това, което правят вирусите – класическият пример е, когато вирус се прикрепи към някоя клетка... Ще го нарисувам по-дребен. Да кажем, че това е моят вирус. Ще го нарисувам като малък шестоъгълник. Това, което прави вирусът, е да се прикрепи към някоя клетка. Може да е всякакъв вид клетка. Може да е клетка на бактерия, на растение, може да е клетка на човек. Ще нарисувам клетката тук. Клетките всъщност са много по-големи от който и да е вирус. В случаите, в които клетките имат мека мембрана, вирусът намира начин да проникне през нея. Понякога може просто да се слее с клетката – не искам да усложнявам нещата, но понякога дори вирусите имат свои малки мембрани. Ще говорим за това след малко, за това откъде си набавят мембраните. Вирусът може да си има собствена мембрана като тази. Тя обгръща капсида. И после тези мембрани ще се слеят, а вирусът ще може да проникне в клетката. Ето това един от методите. Друг метод е – като те рядко го правят по един и същ начин, но да кажем, че друг метод би бил вирусът да заблуди чрез определени белтъчни рецептори върху него или чрез белтъчните рецептори на клетката да бъде пропуснат в нея, това очевидно е вид "троянски кон". Клетката не иска вируси. Затова вирусът трябва да я убеди, че не е чуждо тяло. Можем да направим стотици видеа как са устроени механизмите на вирусите и това продължава да е тема на изследвания. Понякога някой вирус може да бъде погълнат от клетката. Вероятно клетката си мисли, че вирусът е нещо, което трябва да бъде изядено. Затова клетката го обгръща по този начин. А тези две страни накрая ще се съединят и вирусът ще попадне в клетката. Това се нарича ендоцитоза. Ще говорим за нея. Клетката внася нещо в цитоплазмата си. Това не се случва само с вирусите, но това е един начин те да проникнат в клетката. В случаите, в които конкретната клетка – например в случая с бактерията – ако клетката има много плътна обвивка – ще го нарисувам в друг цвят. Да кажем, че това е бактерия ето тук. И има плътна обвивка. Тогава вирусите дори не проникват в клетката. Просто стоят извън клетката, ето така. Не го рисувам в реален мащаб. И всъщност инжектират генетичния си материал в клетката. Така че има огромен набор от начини, по които вирусите проникват в клетките. Но това ни отклонява от темата. Важното е, че вирусите проникват в клетката, а веднъж влезли вътре, те освобождават своя генетичен материал вътре в клетката. Така генетичният им материал се носи наоколо. Ако генетичният материал поначало е във вид на РНК – а вече казахме, че вирусите могат да съществуват в природата по всички възможни начини, които можем да си представим, просто не сме ги открили. Тези, които вече сме открили, обаче като цяло правят това по всеки възможен начин. Та, ако имат РНК-а, тази РНК-а може незабавно да започне да бъде използвана за – ако това е, да кажем, ядрото на клетката, в него обикновено има ДНК, която изглежда ето така. Може би ще нарисувам ДНК в друг цвят. Но обикновено ДНК-то се презаписва в РНК. Така че в една нормално функционираща клетка РНК напуска ядрото, отива в рибозомите, а след това от информационната РНК в комбинация с транспортната РНК се синтезират белтъците. РНК съдържа информация за последователността на аминокиселините на различни белтъци. Ще говоря за това в друго видео. Когато се синтезират тези белтъци, те формират различните структури вътре в клетката. Това, което прави вирусът, е да конфискува процесите в клетката за себе си. Открадва механизмите. Неговата РНК прави това, което и РНК на клетката-гостоприемник би правила сама. И започва да кара клетката да синтезира белтъците на вируса. Очевидно вирусът не синтезира същите неща, които иначе биха били синтезирани. Всъщност първите белтъци, които синтезира вирусната РНК, започват да унищожават ДНК и РНК-молекулите, които биха му пречили. И така, вирусът синтезира своите белтъци, а после тези белтъци започват да изграждат още вирусни обвивки. Образуват се още вирусни белтъчни обвивки. Междувременно вирусната РНК се репликира. Използва механизмите на самата клетка. Оставен сам на себе си, вирусът просто би бил в покой. Но веднъж влязъл в клетката, неговата РНК ползва всички налични ресурси на клетката, за да се копира. Това е удивително, дори само биохимията в тези процеси е удивителна. После тези молекули РНК се връщат обратно в капсидите. След като има синтезирани достатъчно вируси и клетката е намалила или изчерпала ресурсите си, вирусите, тези самостоятелни нови вируси, които са били произведени, използвайки всички клетъчни механизми, ще намерят начин да напуснат клетката. Повечето – не искам да казвам обикновено, защото още не сме открили всички различните видове вируси, които съществуват, но онова, което е характерно за повечето от тях, е, че когато има достатъчно от тези, те ще освободят белтъци или ще синтезират белтъци, тъй като не могат да произведат собствени белтъци. Това е причината клетката или да умре, или мембраната ѝ да се разпадне. Мембраната се разпада. Клетката се разпада, лизира се. Нека запиша това. Клетката лизира. Лизира значи, че клетъчната мембрана просто изчезва. И всички вируси могат да излязат от клетката. Преди малко казах, че някои вируси имат своя собствена мембрана. Как са се сдобили с нея, тази мембрана, изградена от двоен липиден слой? Някои от тях, това което правят, е, че щом се размножат в клетката, излизат от нея, без да я убиват – те не се нуждаят от лизиране. Всичко, за което говоря в момента, са специфични начини, по които действа един вирус. Но интересното при различните видове вируси е, че използват почти всяка възможна комбинация, която можем да си представим за репликиране и кодиране на протеини и за напускане на клетката. Някои просто набъбват. А когато набъбнат, можем да си ги представим как оказват натиск върху клетъчната стена или клетъчната мембрана. Не трябваше да казвам "клетъчна стена". Това е външната мембрана на клетката. Когато натискат тази мембрана, те взимат част от нея със себе си. Докато накрая клетката не... когато това продължи достатъчно дълго – няколко излизат заедно и взимат част от мембраната със себе си. Можем да си представим защо е полезно да я имат за себе си. По този начин сега, като вече имат мембрана, един вид ще изглеждат като клетката. И когато искат да заразят друга клетка като тази, вече няма да изглеждат като чужда частица. Това е много полезен начин да изглеждаш като нещо, което не си. И ако не смяташ, че това е достатъчно зловещо – да използваш ДНК-машинарията на един организъм, то вирусите могат също и да изменят ДНК-то на един организъм. И един от най-честите примери за това е вирусът на ХИВ. Ще го запиша тук. ХИВ е вид ретровирус, който е изумителен. Защото това, което ретровирусите правят – те съдържат РНК в себе си, и когато проникнат в клетката, да речем, че проникват в клетката. Вече са вътре в клетка ето така. Те всъщност донасят белтъчни молекули със себе си. И всеки път се питаме откъде са си набавили този протеин? Всичко това идва от различна клетка. Те ползват нечия друга клетка за аминокиселините и рибозомите и нуклеиновите киселини и всичко друго, за да се синтезират. Затова, каквито и белтъци да носят със себе си, те са от друга клетка. Но те носят със себе си и този белтък, наречен обратна транскриптаза. Обратната транскриптаза взима вирусната РНК и я презаписва в ДНК. Така преминава от РНК в ДНК. Когато било открито за първи път, хората смятали, че процесът винаги върви от ДНК към РНК, но това променило цялата парадигма. Вирусите превръщат РНК-а в ДНК-а. Ако това не е достатъчно лошо, вирусът ще вгради това ДНК-а в ДНК-то на клетката-гостоприемник. Така това ДНК ще се вгради в ДНК-а на клетката. Да кажем, че жълтото е ДНК-то на клетката-гостоприемник, а това нейното ядро. Вирусът разбърква генетичния код на това, което е инфектирал. Когато правих видеата за бактериите, казах, че на всяка една човешка клетка се падат 20 бактериални клетки и че те живеят с нас и са полезни, че са част от нас и са около 10% от сухото вещество в нас и пр. Бактериите съществуват заедно с нас. Те не ни променят. Тези ретровируси обаче ни променят, променят генетичния ни код. Искам да кажа, че приемам гените си много лично. Те определят кой съм. Но тези вируси всъщност биха променили генетичния ми код. След това, когато станат част от ДНК, естественият процес, който върви от ДНК към РНК към белтъци, ще включи техните вирусните белтъци. Или пък – понякога – вирусите остават в покой непокътнати и не правят нищо. Понякога, да речем, че има нещо в околната среда, което ги кара да започнат да се синтезират отново. И те започват да синтезират още вируси. Те използват директно ДНК-то на организма, на клетката-гостоприемник. Те стават част от организма. Не мога да си представя по-тясна връзка между организми от това да станеш част от обща ДНК. Не мога да си представя друг начин да влияеш на това какво е даден организъм. И ако това не е достатъчно потискащо – само за информация, когато един вирус става част от ДНК-то на друг организъм, това се нарича провирус. Но ако и това не ти стига, е изчислено, че ако вирусът инфектира клетка в носа или ръката ми, когато клетката минава през цикъла на митозата, т.е. потомството ѝ е генетично идентично - то ще има вирусна ДНК. Това си има и добри страни – поне децата ми няма да са заразени. Поне няма да се предаде на потомството ми. Само че тези вируси могат да инфектират не само соматичните клетки, а и гаметите или половите клетки. Така че вирусът влиза в половата клетка, а половите клетки, както вече знаем, те произвеждат гамети. Тези клетки са сперматозоидите при мъжете и яйцеклетките при жените. Ако си представим, че веднъж заразената клетка, след като вирусната ДНК стане част от ДНК на половата клетка, аз ще предам това вирусно ДНК на сина си или дъщеря си. Те от своя страна пък ще я предадат на своите деца. Дори само идеята, поне на мен, ми се струва плашеща. Смята се, че от 5-8% – а това е доста неточно, и те кара да се замислиш какво сме ние хората всъщност, но средната стойност е около 5-8% от човешкия геном. Когато говорих за бактериите, говорех единствено за организмите, които съжителствуват с нас. Но засега този процент е неясен, макар че прегледах доста материали. На едни места намерих 8%, на други пък 5%. Всичко е само предположение. Хората предполагат въз основа на наблюденията им за ДНК и колко е сходна с ДНК на други организми. Приблизителните оценки са, че 5-8% от човешкия геном е дошъл от вируси, от древни ретровируси, които са се вградили в човешката зародишна клетъчна линия и оттам в човешкото ДНК. Те се наричат ендогенни ретровируси. Което е разтърсващо лично за мен, защото не само значи, че че тези неща просто съжителстват с нас, те също така може да ни помагат или да ни разболяват. Това значи, че 5-8% от нашето ДНК идва от вируси. А това е друго нещо, което говори за генетичното разнообразие. Защото вирусите правят нещо, наречено хоризонтален трансфер на ДНК. Представи си, че докато един вирус преминава от един вид към друг, когато преминава от вид А към вид Б, той мутира, за да може да проникне в клетките на новия вид и взима част от ДНК, което вече има, и я пренася със себе си. Понякога, когато започне да синтезира някои от тези тук, да кажем, че това е провирус. А синята част е оригиналният вирус. Жълтата част е историческата ДНК на организма. Понякога докато кодира, вирусът взима малки части от ДНК-то на другия организъм. Затова може част от онези проценти да е вирусна ДНК, но след процесите транскрипция и транслация да е взела част или поне след репликацията да е взела малка част от ДНК-то на организма- гостоприемник. Всъщност това е да отрежеш част от ДНК от един организъм и да ги внесеш в друг. Да пренесеш ДНК от един организъм в друг. Вирусите със сигурност могат да преминават от един вид на друг. Затова ми идва идеята, че това ДНК може да премине от един вид на друг. Наистина е...не знам, кара ме да оценя колко взаимосвързани сме като вид, а си мислим, че сме сами и можем да се възпроизвеждаме помежду си и да имаме генетични вариации само в рамките на една популация. Вирусите въвеждат идеята за хоризонталния трансфер чрез трансдукция. Хоризонталната трансдукция е просто какво се случва – когато се възпроизвежда този вирус, той взима малка част от ДНК -то на организма, който е използвал, взима малко от ДНК-то му със себе си. А след това инфектира с това ДНК следващия организъм. И така това ДНК прескача от един организъм в друг. Това по някакъв начин обединява всички форми на живот, базирани на ДНК. Което включва всички форми на живот на планетата. И ако всичко това все още не ти се вижда зловещо – може би ще запазя най-зловещата част за накрая. Като цяло, можем да разгледаме различните видове и класове вируси. Но, само за да се запознаем с част от терминологията, когато един вирус атакува бактерия, което се случва често и това се изучава най-усилено, защото могат да се окажат добър заместник на антибиотиците. Защото вирусите, които атакуват бактериите може – но някои бактерии са много по-лоши за вирусите – като тези вируси се наричат бактериофаги. Вече говорихме как точно получават своята ДНК. Тъй като бактериите имат твърди мембрани, вирусите просто инжектират ДНК в бактерията. Като казахме ДНК, това е вид провирус. Когато един вирус лизира по този начин, това се нарича литичен цикъл. Това е терминология, която е добре да знаеш, ако ще се явяваш на изпит по биология на подобна тема. Когато вирусът вгради своето ДНК в това на бактерията, той остава в покой, вгражда се в ДНК-то на организма-гостоприемник и остава в покой за известно време, това се нарича лизогенен цикъл. По принцип, един провирус преминава през лизогенен цикъл в еукариоти, в организми, които имат клетъчна мембрана. Когато говорим за лизогенен цикъл, обикновено става дума за вирусна ДНК в покой в бактериална ДНК. Или ДНК-то на бактериофага в покой в бактериалната ДНК. Само за да добиеш представа за това как изглежда това, имам тези две снимки от Уикипедия едната е от центъра за превенция и контрол на болестите. Тези дребни зелени нещица, които виждаш, са по цялата повърхност, а това голямо нещо тук е бяло кръвно телце – част от имунната система на човека. Това е бяло кръвно телце. А това, което виждаш да излиза от повърхността, всъщност набъбващо от повърхността на бялото кръвно телце – като това ни дава представа за мащабите също така – това са вируси на ХИВ. Запознахме се с терминологията, и сега да кажем, че вирусът на ХИВ е вирус, който инфектира белите кръвни телца. Синдромът на придобитата имунна недостатъчност се получава, когато имунната ти система отслабне до определена степен. Тогава много хора страдат от инфекции, които не влияят на хора с по-здрава имунна система. А това е зловещо. Тези вируси са проникнали вътре в огромната клетка, използвали са клетъчните механизми, за да възпроизведат своето ДНК или РНК и техните белтъчни капсиди. След това набъбват и се отделят от клетката, като взимат малки части от мембраната ѝ със себе си. Дори оставят част от своята ДНК в тази на клетката. Така те наистина променят цялата клетка. Това е друга зловеща снимка. Това са бактериофаги. А тази картинка показва онова, за което говорих по-рано. Това ето тук е бактерия. Това е клетъчната ѝ стена. Тя е твърда. Затова е трудно просто да проникнеш през нея. Или пък да слееш двете мембрани. Затова бактериофагът просто стои отвън на бактерията и всъщност инжектира генетичния си материал в самата бактерия. Представи си, като гледаш размерите на тези неща. Това е клетка, а изглежда като цяла планета. Това е бактерия, а вирусите са много по-малки. С размер около 1/100 от този на бактерията. А те са по-малки от 1/100 от клетката, за която говорим. Изключително трудно е да бъдат филтрирани. Да се държат надалеч. Понеже са толкова дребни, дребни частички. Ако си мислиш, че това са някакви екзотични неща, съществуващи единствено при вируса на ХИВ, или на САРС, или на Ебола, които причиняват, имаш право. Но има и по-често срещани от тях. В началото на видеото ти споделих, че имам настинка. А съм настинал, защото вируси са инфектирали тъканта на назалните ми пътища и предизвикват хремата ми и какво или още не. Вирусите са причината и за варицелата. Вирусът на Херпес симплекс предизвиква херпесите. Така че са навсякъде. Почти съм сигурен, че има някой и друг вирус в теб дори в този момент. Те са навсякъде около нас. Но това е много озадачаващ философски въпрос. Тъй като започнах с въпроса дали вирусите са живи, в началото, когато ти ги показах, изглеждаха като белтъчни капсули с нуклеинови киселини в тях. Не правят нищо. Затова не ми изглеждат живи. Не се движат. Нямат метаболизъм. Не ядат. Не се възпроизвеждат. Тогава изведнъж, ако се замислиш, какво се случва, когато вирусът попадне в клетка и я използва, за да се възпроизведе – ако използвам бизнес термини – това си е споделяне на активите. Вирусът няма нужда от всички неща, защото може да ползва чужди, за да се възпроизведе. Можем да гледаме на вирусите като на по-интелигентна форма на живот. Защото няма проблемите, които имат всички други форми на живот. Това те кара да се зачудиш какво е животът и дори какво сме ние. Дали сме неща, които просто съдържат ДНК или просто сме транспортни механизми за ДНК? Това са по-важните неща. А вирусните инфекции са просто битки между различни форми на ДНК и РНК и какво ли още не. Както и да е, не искам да философствам чак толкова. Но се надявам, че поне придоби представа какво са вирусите и защо според мен те са най-удивителният псевдоорганизъм в биологията.