Структура и класификация на вирусите

Вирусите са интересни, защото те са един вид биологични хакери. В това видео ще научим какво ги прави толкова добри биологични хакери. Да помислим какво дефинира вирусите. Ще разгледаме четири техни харектеристики. Първо, те са много, много малки. Значи – размер. Вирусът е приблизително толкова голям. В сравнение с този малък вирус, това е размерът на една типична бактерия. Тя е около 100 пъти по-голяма от един вирус. Опитай се да си представиш този организъм – очевидно не го нарисувах достатъчно голям, но си представи, че тук се побират 100 вируса, а бактерията е 100 пъти по-голяма. Типичната еукариотна клетка, подобно на човешките клетки, определено не би се събрала на този екран. Но можеш да си представиш, че тя е 1000 пъти по-голяма, това би представлявало кръг, който продължава от двете страни на този четвърт кръг, който нарисувах, и се получава пълна окръжност, просто си го представи. Сравнихме размерите на вирусите, бактериите и нашите човешки клетки, но тук трябва да отчетем още един елемент – различията в размерите на самите вируси. Очаквано, някои вируси са по-големи от други, и така можем да различаваме самите вируси. Някои са супер малки, а други са просто малки. Можеше да направя по-големи и по-малки точки, с които да представя вирусите. Друга особеност, по която можем да отличаваме вирусите, е тяхната форма. Представи си, че тези малки организми бъдат увеличени. Ще поговорим затова защо те изглеждат по този начин и какво определя различните форми, които притежават. Всички вируси притежават ето такъв капсид. Той е изграден от протеини и протеиновите частици имат различни, уникални форми. Представи си ги като малки блокчета "Лего". Точно тези малки блокчета, наречени капсомери, определят формата на вируса. Аз ще използвам тези малки мехурчета, които виждаш на скицата ми, и макар че не ги нарисувах особено добре, всъщност те имат почти еднакви размери и еднаква форма в този конкретен вирус. Всяко такова малко блокче се нарича капсомер. Капсомерите изграждат тези наистина красиви триизмерни форми, въпреки че тук изглежда двуизмерно. Представи си шестоъгълник, който е в три измерения... Това е един вид триизмерен диамант с шест страни – това се нарича икосаедър. Всъщност това изглежда – когато го погледнеш – изглежда леко спирално, но не се образува по този начин. Това са много на брой малки мономери, които се групират, един вид като спирала, всъщност повече прилича на цилиндър. Това е така, защото се подреждат по този начин, това се нарича спираловидна структура. Другата възможност е да има сферична форма. Тази сива линия, която направих, всъщност е обвивка, която понякога покрива капсида, като казвам понякога, защото не всички вируси притежават такава обвивка. Това е един вид предимство, за което ще говорим по-късно. Значи всеки един от тези варианти може да е отвътре, и си представи, понеже това е обвивка, тя обвива този протеинов комплекс в нещо подобно на сфера. Това са две от четирите неща, които отличават даден вирус. Сега да видим третата характеристика. Това също е много очевидно. Това е генетичната информация, която се съдържа във вирусите – видът на нуклеиновата им киселина. Вариантите са четири. Вирусите са много интересни, защото могат да съдържат само един вид нуклеинова киселина. Всъщност те съдържат само този вид. Вероятно ти е позната двойноверижната ДНК, която се среща в повечето човешки клетки. Вероятно ти е позната едноверижната РНК, например като информационната РНК, но може би не знаеш за едноверижна ДНК или за двойноверижна РНК, което е уникално при вирусите. Те са специални, тъй като съдържат един от тези видове нуклеинови киселини. Това е друг начин да различаваме вирусите. Даден вирус може да е вирус с едноверижна ДНК или едноверижна РНК. Не може да съдържа и двата вида нуклеинова киселина. Ето защо видът на нуклеиновата киселина е третата им характеристика. По този начин различаваме отделните вируси. Но този генетичен носител не може да плува просто така. Той е един вид опакован, съхранява се в тази белтъчна капсула. Тъй като това се нарича капсид, а това е нуклеиновата киселина, двете заедно изграждат вируса. Ще скицирам опростено тази икосаедрална форма, ще използвам просто един шестоъгълник. Да приемем, че това е вирус с едноверижна РНК. Това се нарича нуклеокапсид. Като тук може да има, а може и да няма обвивка. Вирусът, който нарисувах, няма обвивка, тъй като няма сиви точки около капсида. След като видяхме първите три характеристики, по които отличаваме вирусите – размер, форма и вид на нуклеиновата киселина – сега можем да се върнем на въпроса защо сравних вирусите с биологични хакери. Това ще ни даде четвъртата характеристика, по която да различаваме вирусите. Ще го запиша ето тук – биологични хакери. Ако се върнем към това, което току-що разгледахме – вирусите са много малки, изградени са от протеини и един вид нуклеинова киселина, те нямат органели, а това означава, че те не могат сами да синтезират АТФ и да си осигуряват енергия. Те не могат да се реплицират самостоятелно, защото нямат органели. Това е проблем, защото всички живи организми притежават метаболизъм. Тук идва биологичното хакерство. Вирусите се промъкват в по-големи клетки, които имат органели, те ги превземат и произвеждат свои копия. Официалният термин за биологичния хакер е облигатен организъм – който задължително трябва да попадне в клетка – облигатен вътреклетъчен паразит. Вирусът паразитира (хаква) в други клетки, за да оцелее, и тъй като това е задължително условие, вероятно се досещаш вече, че четвъртият признак, по който различаваме вирусите, е по вида на гостоприемника. Хората често се интересуват: "Бактериофагът вирус ли е?" Да, така наричаме вирусите, които инфектират бактерии, а вирусите, които инфектират еукариотни клетки, например човешки клетки, притежават различни харектеристики – размер, форма, вид нуклеинова киселина. Заболяванията, които те причиняват, са добре познати и стават част от наименованията им – например вирус на едрата шарка, херпесен вирус, парвовирус (животински) и много други. Тези биологични хакери проникват в клетките, като използват някои специални методи, за които още не съм споменавала. Те са свързани с някои адаптации на формата, което е логично, тъй като външната повърхност на вируса влиза в контакт с клетката. Ако вирусът не се справя добре с проникването в клетката, той няма да произведе свои копия, затова тези биологични хакери трябва "да вземат специални мерки", за да проникнат в клетките. При бактериофагите това е тяхната сложна форма. Те не са просто икосаедрични или спирални. Те може да имат този нуклеокапсид на върха, чиято лицева част да съдържа нуклеинова киселина, но също така имат и "жило", което е остро като игла, през което може да се "инжектира" нуклеиновата киселина, и имат опашка, която се прикрепва към бактерията-гостоприемник, и въпреки че го нарисувах по този начин, си представи, че той всъщност се прикрепва към бактерията по този начин, защото опашката я обгръща и действа наистина като игла, която инжектира бактерията. Ще използвам тази еукариотна клетка като пример, за да покажа другия хитър трик, чрез който вирусите нахлуват, защото тази еукариотна клетка, която съм нарисувала тук, е толкова голяма и притежава тази гигантска мембрана, която съм нарисувала. Когато вирусът не може да инжектира генетичния си материал като този сложен вирус, тогава вирусът се промъква вътре, и използвам точно този глагол – промъкване, защото всяка клетка има рецептори на повърхността си, като обикновено това са обикновени рецептори, които клетката използва за двустранна комуникация, а вирусите се възползват от тях. Тези рецептори не различават нормалните сигнали или нормалните клетки от вирусната клетка, така че този вирус с икосаедърна или спирална форма идва тук и сигнализира тези рецептори, като ги заблуждава да оформят тази вдлъбнатина, която в крайна сметка пъпкува и образува ендозома, която щастливо се отправя вътре в клетката, промъква се в нея, вероятно познаваш процеса на ендоцитоза – при него нещата навлизат в клетката, това специално име – ендоцитоза – означава просто, че нещо влиза в клетката чрез рецептори – рецепторно медиирана ендоцитоза. Рецептори и ендозоми. "Коварната" причина някои вируси да имат тези сиви обвивки, които споменах по-рано, е за да придобият тази сферична форма, която им дава допълнително предимство за влизане, така че могат да влезат в клетката и чрез рецепторно медиирана ендоцитоза. Затова просто ще нарисувам една сива прекъсната линия около тази област, така че да можеш да си представиш, че тук има обвивка и затова вирусът може да влезе и по този начин. Той има допълнителна възможност, тъй като има това мехурче, така че може да сигнализира на мембраната: "Хей, аз просто ще се слея с теб. Ще стана част от теб и ще влезна вътре." Биолозите са измислили още едно интересно име – тъй като вирусът се слива директно с мембраната, за да влезе в клетката, това се нарича "директно сливане". Вече имаш обща представа как различаваме вирусите и какво ги прави биологичните хакери в света на микробиологията.