Вирусы как двигатель эволюции

Бесцеремонное вмешательство: Вирус как двигатель эволюции

Результаты исследования подтверждают теорию, выдвинутую в 1950-х годах Барбарой Мак-Клинток. Согласно её гипотезе, мобильные элементы генетического материала (ДНК), называемые транспозонами, могут выступать в роли «контролирующих элементов», влияющих на регуляцию генов. Для этого достаточно однократного включения транспозона в геном. За открытие мобильных генетических элементов Барбара Мак-Клинток была удостоена Нобелевской премии по физиологии и медицине в 1983 г.

Результаты работы группы ученых под руководством Гийома Бурка (Guillaume Bourque), опубликованные в журнале Nature Genetics 6 июня 2010 г, внесли значительный вклад в исследования стволовых клеток и потенциала их использования в регенеративной медицине (например, для лечения лейкоза или болезни Паркинсона).

Используя новую технология секвенирования, ученые исследовали участки генома, соответствующие трем регуляторным белкам (Oct4, NANOG и CTCF) в человеческих и мышиных эмбриональных стволовых клетках (ЭСК). Было обнаружено, в частности, что некоторые специфические типы вирусов, внедрившиеся миллионы лет назад в человеческий геном, коренным образом изменили генные регуляторные сети эмбриональных стволовых клеток.

Исследование представляет доказательство того, что некоторые транспозоны, которые нередко считают просто мусорной ДНК, являются ключевыми компонентами регуляторных последовательностей, лежащих в основе развития человека.

Сравнивая геномы мыши и человека, ученые смогли показать, что связывающие участки для факторов транскрипции в геноме мыши и человека далеко не всегда располагаются в одном и том же месте. Более того, многие из этих участков «привязаны» к транспозонам, которые являются остатками вирусных геномов. Чужеродные транспозоны «перетащили» границы регуляторных последовательностей человеческого генома на новое место. Подобные изменения в регуляции генов не могли не отразиться на организме в целом. Ученые считают, что это сыграло решающую роль в процессе видообразования, и возможно, в эволюции человека от его предшественников.

Сравнение моделей стволовых клеток человека и мыши при изучении генных сетей способствовало более глубокому пониманию того, как стволовые клетки способны дифференцироваться в различные типы клеток организма. Несмотря на преимущества использования ЭСК мыши для изучения генных сетей, дальнейшие исследования будут сосредоточены на стволовых клетках человека. Это связано с трудностями преобразования результатов исследований, проведенных для одного вида, в данные, относящиеся к другому. Необходимо будет выполнить исследования для ЭСК как человека, так и других приматов, чтобы получить результаты, пригодные для использования в клинической практике.

Источниками чужеродных транспозонов в геноме млекопитающих могут служить не только вирусы. О кровососущих «переносчиках генов» читайте в статье «Гены комара: . И паразиты — иногда».

Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова

• Об университете
• Сведения об образовательной организации
• Попечительский совет
• Ректорат
• Сотрудникам
• Ученый совет
• Программа развития опорного вуза
• Подразделения
• Студентам
• Основные документы
• Телефонный справочник
• Фонд целевого капитала
• Рейтинги
• Выпускникам

• Приемная комиссия
• Подготовительные курсы
• Среднее профессиональное образование
• Высшее образование
• Дополнительное образование
• Университетская жизнь
• Государственная аккредитация
• Электронный университет MOODLE ЯрГУ
• Университетский колледж MOODLE ЯрГУ
• ДПО MOODLE ЯрГУ
• Институт цифрового педагогического дизайна

• Сайт «Наука и инновации»
• Новости
• Институты развития
• Диссертационные советы
• Научные журналы
• Фотогалерея

• Главная страница
• ›
• Новости
• ›
• Наука
• ›
• Нина Шеховцова: «Вирус — это двигатель эволюции»

В череде публикаций о COVID-19 много эмоций, фейков, фактов, гипотез. Тем сильнее потребность в спокойном, разумном взгляде учёного на природу явления, с которым приходится соседствовать. Зачем в природе нужны вирусы, как они ведут себя «вне хозяина» и почему им невыгодно нас убивать, мы поговорили с Ниной Валентиновной Шеховцовой, заведующей кафедрой ботаники и микробиологии Демидовского университета (ЯрГУ).

— Нина Валентиновна, о COVID-19 сейчас много пишут и говорят, приводятся данные, которые разнятся от автора к автору. Помогите разобраться. Почему вирус «теряет свою силу» с увеличением числа зараженных?

— Паразиту, в том числе вирусу, невыгодно убивать хозяина, поэтому в ходе эволюции успешные паразитические виды привели систему «паразит – хозяин» в состояние динамического равновесия. Безусловно, для этого требуется много времени и большое количество переходов от одного хозяина к другому. В череде этих событий вирус может временно и усилить свои заразительные и патогенные свойства. Исход взаимодействия вируса с конкретным хозяином зависит от стечения обстоятельств: состояния микро- и макроорганизмов, сопутствующих факторов окружающей среды.

— Какие условия губительны для вируса?

— Из природных факторов для всех микроорганизмов губительными являются ультрафиолетовое облучение, высокие температуры и высушивание. Почему они губительны, если в природе вирус существует в виде инертной частицы – вириона, и биологической активности не проявляет? Дело в том, что основная задача вириона — найти для себя подходящего хозяина. А подходящим хозяином является любая живая клетка, к которой вирус сможет прикрепиться. Для этого необходимы рецепторы, комплементарные белкам короны вируса, тогда и сможет произойти их сцепка — подобно тому, как соединяются друг с другом вагоны поездов. Кроме того, необходимо, чтобы белки короны вируса сохранили первоначальную жесткость, которой они обладали при выходе вириона из клетки хозяина. Весь вопрос и заключается во времени денатурации вирусного белка в природе, что в свою очередь зависит от конкретных обстоятельств: температуры, влажности, отсутствия или наличия защиты в виде воздушной влаги, мокроты больного, пылевых частиц и т.п.

— Этим и объясняются разные данные о сроке жизни вируса вне хозяина?

— Совершенно верно. Этим же объясняются и разные сроки сохранения вирусом заразительности и патогенности. В чистом виде вирионы долго не живут — часы, сутки — двое. Но если вирусы попадают туда, где их могут защитить другие органические вещества (мокрота больного, слизь, фекалии и т.п.), то сохранение ими заразительности и патогенности может продлеваться на многие месяцы.

— Как ведет себя вирус вне хозяина? Летает в воздухе? Оседает на поверхностях?

— Вне хозяина вирус представлен инертной частицей – вирионом. Вирион коронавирусов является сложным, поскольку помимо белковой оболочки (капсида) он имеет ещё одну – суперкапсид. Это кусочек цитоплазматической мембраны клетки хозяина, модифицированной вирусными белками, которые образуют так называемую «корону». Поэтому вирус ведет себя также как и другие коллоидные частицы: прикрепляется к частицам воздушно-капельной влаги, пыли и т.п. и вместе с более крупными частицами и сам по себе рано или поздно оседает на поверхностях.

— Есть мнение, что коронавирус перешел к человеку от животного. А возможен ли обратный переход — от человека к животному?

— При подходящих условиях преодоление межвидовых барьеров вирусами может происходить в обе стороны. Возможно обнаружение COVID-19 у животных, содержащихся в зоопарках, хотя информации, подтверждающей этот факт, не было.

— Зачем в природе вообще нужны вирусы?

— Вирусы – двигатели эволюции. В частности, наш геном состоит из «прирученных» вирусов в том числе. Жизненный цикл вирусов состоит из внеклеточной фазы, когда вирус представлен инертным вирионом, и внутриклеточной фазы, за время которой вирус должен после проникновения в клетку подчинить ее метаболизм под свои задачи (это делает нуклеиновая кислота) и направить его на производство своего генома и белковых компонентов оболочки. Задача вируса, как и всех других организмов, – произвести потомство. COVID-19 – новый вид, ему самому необходимо время, чтобы встроиться в существующую систему живого мира, обрести стабильные свойства и найти динамическое равновесие во взаимодействии с хозяином, а «…в возникновении большинства вирусных заболеваний виноваты мы сами – все дело в нищете, антисанитарии, мобильности и наших привычках» (Карин Мёллинг)*.

*Карин Мёллинг – немецкий вирусолог с 40-летним стажем, бывший директор Института медицинской вирусологии в Университете Цюриха, почетный профессор клиники «Шарите», автор более 250 научных статей, лауреат множества премий, в частности SwissAward.

Разработка урока по биологии «Неклеточные формы жизни. Вирусы» (проблемный урок в 10 классе)

«Неклеточные формы жизни. Вирусы» (проблемный урок в 10 классе)

Выполнила: Карп О.Г. учитель биологии I категории

ГО Богданович 2012 — 2013 учебный год

• Создать условия для расширения и углубления знаний учащихся о неклеточных формах жизни — вирусах и бактериофагах;

• Обеспечить условия для изучения особенности строения вирусов, механизма их взаимодействия с клеткой.

• Обеспечить условия для развития познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей в процессе проведения исследовательской работы с различными источниками информации.

• Создать условия для формирования ответственного отношения к своему здоровью, как к ценности;

• Обеспечить условия формирования культуры здоровья для профилактики вирусных заболеваний;

• Создать условия для формирования навыков работы в группе.

Оборудование: раздаточный материал (алгоритмы подготовки сообщений по заданной теме), учебник «Общая биология» для 10-11 классов под редакцией В.Б. Захарова, учебник «Общая биологии, компьютер, мультимедийный проектор, экран, слайд-фильм «Вирусы» для демонстрации.

1. Организационный момент.

2. Подготовка к активному восприятию новой темы. Вступительное слово учителя: Задумывались ли вы над тем, что с самого начала существования человечества нашему здоровью угрожали серьезные враги. Являлись они неожиданно. Враги разили без промаха и часто сеяли смерть. Их жертвами стали миллионы людей, погибших от оспы, гриппа, энцефалита, СПИДа и других болезней. О чем же мы будем говорить с вами сегодня на уроке? (О вирусах). Откуда же появились вирусы, какое они имеют строение, где обитают, как размножаются и какие еще готовят сюрпризы? Так, кто такие вирусы? А самое главное, почему с вирусами — возбудителями заболеваний трудно вести борьбу и полностью их уничтожить? Поэтому целью нашего урока является рассмотрение особенностей строения и жизнедеятельности вирусов, а также изучение роли вирусов в жизни человека. Чтобы ответить на эти вопросы, необходимо рассмотреть следующее. Обратимся к плану урока. План урока: 1. Общие сведения о вирусах 2. История открытия вирусов

3. Строение вирусов и их биологические особенности на доске 4. Репродукция вирусов 5. Вирусные инфекции и их профилактика. 3. Изучение нового материала.

1. Общие сведения о вирусах (рассказ учителя, во время которого учащиеся делают краткие записи в тетрадях). • Вирус (от лат. virus-яд) — микроскопическая частица, способная инфицировать клетки живых организмов • Вирусы неклеточные формы жизни, т.е. имеют неклеточную природу • Вирусы являются облигатными внутриклеточными паразитами (ведут только паразитический образ жизни и не выживают без связи с хозяином) • Вирусы избирательны. Они проникают внутрь совершенно определенной клетки, и именно эта зараженная клетка превращается в «завод» по производству вирусов. Для клетки вирус-это не что иное, как плохая новость в белковой оболочке. • Вирусы являются самой распространенной формой существования органической материи на планете по численности своей популяции, и, по-видимому, одной из самых распространенных по биомассе: воды мирового океана содержат колоссальное количество бактериофагов (около 1011 частиц на миллилитр воды) (показываем пробирку с водой). • Согласно последним исследованиям, геном человека более чем на 30% состоит из информации, кодируемой вирусоподобными элементами. Учитель: Откуда же свалилась такая напасть на голову не только человечества, но и всего живого мира? Расскажет нам об этом Бублис Анна , пожалуйста, тебе слово. 2. «История открытия вирусов» сообщение учащегося В 1887 году в Крыму плантации табака поразила неизвестная болезнь: листья растений покрывались абстрактным рисунком, растекавшимся по листу, словно красочная мозаика, переливающаяся с одного листа на другой, от одного растения к другому. Сельское хозяйство несло большие убытки. На место происшествия был направлен молодой ученый, выпускник Санкт-Петербургского университета Дмитрий Ивановский. Сделано бессчетное количество опытов и исследований по изучению возбудителя. И вот в 1892 году мир науки сотрясла новость — обнаружена новая, неизвестная ранее форма жизни, открыты необычайно микроскопические организмы, проходящие сквозь самые узкие отверстия фильтров. Открытые организмы Ивановский назвал «фильтрующимися бактериями», это название использовалось в научных кругах несколько лет, пока в 1899 году голландский ученый Мартин Бейеринк не применил понятие «вирусы», что в переводе с латинского (vira) означает «яд». За открытием Ивановского последовали новые открытия вирусов и вирусных заболеваний растений, животных и человека: грипп, ящур, оспа, чума, герпес, и, наконец, открыт вирус СПИДа. Все эти открытия не только укрепили позиции новой области биологии, но и позволили появиться новой самостоятельной науке — вирусологии («vira» — яд, «logos» — учение). Открытие вирусов принесло мировую славу отечественному ученому — Дмитрию Иосифовичу Ивановскому. Учитель: Спасибо, присаживайся. А сейчас вы будете работать в группах. Цель работы: изучить строение вирусов их биологические особенности, а также репродукцию виусов. Строение вирусов и их биологические особенности, а также репродукция вирусов разбираются учащимися в ходе самостоятельной работы в группах. Каждая группа получает задание в виде алгоритма действий, выполняет его. Первая группа, внимание. По остроумному определению Питера Медавара, нобелевского лауреата в области физиологии и медицины: «Вирусы — это плохие новости в хорошей упаковке из белка». Так ли это вам и предстоит выяснить в ходе вашей работы. Вторая группа будет работать с афоризмом: «Вирусы — самозванные диктаторы и двигатели эволюции» и либо подтвердит его, либо опровергнет. Задания лежат у вас на партах. На работу вам отводится 10 минут, можете приступать. Задание для 1 группы. «Вирусы — это плохие новости в хорошей упаковке из белка» Внимательно изучите текст по учебнику «Общая биологи на стр., 181 — 1839( до взаимодействие вируса с клеткой) Ответьте на вопросы: • Что такое вирусы? • Какие группы вирусов известны? • Какие виды инфекций различают? • Почему вирусы называют паразитами на генетическом уровне? Задание для 2 группы. «Вирусы — самозванные диктаторы и двигатели эволюции» В одной из работ (автор В.З. Солоухин) можно прочесть о том, что на планете есть три природных очага сосредоточения возбудителей гриппа — это биоценоз, водоплавающие птицы, млекопитающие, а также кровососущие насекомые северных морей и тундры, водоемов умеренного и тропического поясов. Используя рисунок и сведения текста, выделите этапы заражения вирусом клетки? Внимательно прочитайте текст учебника «Общая биология» под редакцией В.Б. Захарова, стр.183 о взаимодействии вирусов с клеткой, изучите рис., 5.25. После завершения работы группы готовятся к выступлению. Выступление каждой группы заканчивается формулировкой вывода по рассмотренному вопросу и фиксированием его в тетрадях учащихся. Ключ для проверки группы № 1: на слайде рисунок строения вируса, схема «Группы вирусов», схема «Виды инфекций». Ключ для проверки группы №2: на слайде этапы проникновения вируса в клетку. Учитель: Когда в организм человека проникает вирус, то организм начинает с ним бороться, вначале на уровне иммунитета, затем появляются антитела, которые нейтрализуют вирус и болезнь заканчивается. Но. В одних случаях, пока вырабатываются антитела, вирус успевает натворить такое, что у человека появляются тяжелейшие последствия или его вообще невозможно спасти. В других случаях вирус заражает клетку и прекращает свое действие до тех пор, пока не ослабнет иммунитет человека. Обратимся к словам японского писателя Акутагава Рюноскэ. «Человеческая жизнь похожа на коробку спичек. Обращаться несерьезно — опасно». Вирусных заболеваний человека очень много. Большинство из них у нас на слуху: полиомиелит, бешенство, ОРВИ, ветрянка, герпес, гепатит, грипп, ВИЧ — инфекция. И сегодня, я не могу не сказать об одном вирусе, который известен человечеству уже более 20 лет. Но ученые до сих пор не нашли лекарств против этого вируса. Что это за вирус? (Вирус иммунодефицита человека). В 1981 году появилось новое, ранее не известное науке заболевание, получившее название СПИД. В 1983 году был открыт вирус, названный ВИЧ, вызывающий это заболевание — А что вы знаете о ВИЧ- инфекции?

Учитель: ВИЧ — вирус иммунодефицита человека, вызывающее заболевание СПИД — синдром приобретенного иммунодефицита. При этом заболевании происходит повреждение системы клеточного иммунитета — развиваются инфекционные заболевания и злокачественные новообразования, организм становится совершенно беззащитным перед микробами. Вирус, вызывающий СПИД, содержит 2 молекулы РНК. Он специфически связывается с клетками крови — лейкоцитами, вследствие чего снижается их функциональная активность.

Итак, вирусы являются постоянными спутниками человека от рождения вплоть до глубокой старости. Считается, что при средней продолжительности жизни 70 лет около 7 лет человек болеет вирусными заболеваниями. Какие способы борьбы с вирусными инфекциями существуют? Дать краткую консультацию по этому вопросу я попросила Калугина Дениса выбравшего медицину своей будущей специальностью. Учащийся: Существует три основных способа борьбы с вирусными заболеваниями: каждый из них действует по-своему.: • Первый способ — вакцинация. Суть его сводится к простой формуле «Бей врага его же оружием». Вирус здесь выступает против вируса. Вакцины включают систему иммунитета. В 1885 году французский ученый Луи Пастер изобрел вакцину против бешенства. При введении в организм такие вирусы не вызывают заболевания, но создается активный иммунитет к данному вирусу. • Второй способ — химиотерапия. Это воздействие химических препаратов на вирусы. Трудность состоит в том, что вирусы размножаются внутри клеток, используя их системы, в силу чего, воздействия на вирусы приводит к нарушению обмена веществ клеток. • Третий способ — интерферон. Это защитный белок, вырабатываемый клетками в ответ на заражение их вирусами. Он действует по принципу стоп-сигнала и подавляет размножение вирусов уже проникших в клетку. Опыт показывает, что если интерферон вырабатывается слабо, то вирусные заболевания протекают тяжелее. Учитель: А теперь проверим ваши знания, полученные на сегодняшнем уроке. Итак, наш урок подходит к концу. Мы осветили все вопросы, которые запланировали. И теперь, я думаю, вы сможете ответить на главный вопрос, почему с вирусами — возбудителями заболеваний трудно вести борьбу и полностью их уничтожить? (Ответы учащихся: — Вирусы микроскопичны — Вирусы — неклеточные формы жизни -Вирусы очень быстро и спонтанно приспосабливаются к новым условиям, т.е. мутируют -Могут долгое время находится в скрытой форме.) 4. Домашнее задание по выбору: 1. Собрать материал о вирусном заболевании и оформить информацию в виде презентации. 2. Написать памятки учащимся о профилактике различных видах вирусных заболеваний. 3. Провести мини-исследование по вопросу: почему то, что поражает компьютерные программы, тоже назвали вирусом? 5. Рефлексия И в завершении нашего урока выскажите свое мнение о нем, о своем самочувствии на уроке, о своих товарищах и работе с ними. Можно воспользоваться подсказками:

Я желаю вам здоровья, спасибо за активную работу.

Восемь причин, по которым стоит полюбить вирусы

Вирусы не любят свет, но это не значит, что они все опасные. На самом деле, человечество, скорее всего, просто бы не существовало бы без них. И это не единственная причина, чтобы их полюбить или хотя бы, относится к ним с уважением. Рассмотрим все по порядку.

1. Причина появления сложных организмов

Величайшее изобретение эволюции – клеточное ядро – предположительно появилось благодаря вирусам. Клеточное ядро и вирусы имеют на удивление сходное строение: оба представляют собой хромосомы заключенные в белковую капсулу. В некоторых, сравнительно простых организмах, таких как красная водоросль, ядро может проникать из клетки в клетку. Этот процесс очень напоминает вирусное инфицирование.

2. Среди них есть свои «Шварцнеггеры»

Мимивирус – самый крупный представитель вирусов. Он – один из опаснейших, так как практически не уязвим. Мимивирус в 30 раз больше, чем вирус обычного гриппа. Его считают недостающим звеном между вирусами и бактериями. Милашка, не правда ли?

3. Часть нашей ДНК позаимствована у вирусов

Около 8% нашей ДНК имеет неоспоримое вирусное происхождение. 40 – 50% очень схоже с вирусной природой, в то время как остальная часть наших генов функционируют как гены вирусов, воспроизводя себя точно таким же способом. Похоже, что мы просто являемся продуктом вирусной активности.

4. Их потенциал ещё не изучен

Этот факт может быть весьма полезным для здоровья: по предварительным подсчётам, в биосфере находится намного больше видов убивающих бактерий вирусов, чем все формы жизни вместе взятые.

5. Они сводят учёных с ума

Никто не может с точностью сказать, являются ли вирусы биологическими или химическими паразитами на биологической основе. У них есть генетический материал, но они зависят от других существ, чтобы его производить. Все ещё больше усложняется, если принять во внимание тот факт, что у вируса намного больше генетического материала, чем у любой бактерии, а бактерия – это уже живой организм.

6. Они не всегда были паразитами

Анализируя ДНК вирусов, ученые всё больше приходят к мнению, что когда-то вирусы были автономными организмами. Генетическая эволюция вирусов предполагает, что они появились намного раньше, чем эволюция пошла путём развития клеточного ядра, в связи с чем был сделан вывод, что иждивенческие качества вирусов развились намного позже.

7. Двигатель эволюции

Их способность расчленять и соединять нити ДНК породило биологическое многообразие жизни на земле посредством естественного отбора. Многие вирусы не просто воспроизводят себя и убивают своего хозяина, но внедряются в его ДНК и размножаются только при делении клеток. Генетический анализ всех живых организмов подтвердил наличие вирусной ДНК, при этом она является ещё и полезной информацией для самой клетки. Если так продолжится дальше, вирусная ДНК может радикально изменить весь организм, создав новый вид.

8. Они убивают бактерии

Уже более столетия медицине известно о способности вирусов убивать бактерии, но с открытием антибиотиков для борьбы с ними, вирусы были незаслуженно отодвинуты на задний план. Науке ещё подлинно не известно, способны ли бактерии вырабатывать антитела на вирусы, при этом успешно сопротивляясь антибиотикам.

Теперь вы знаете, что вирусы не только опасны и коварны, но и несут большую пользу.

Мы будем рады, если вы поделитесь с нами своими мыслями в комментариях. Вы можете сохранить понравившуюся статью или поделиться ею, нажав на одну из кнопочек.

Жми «Нравится» и получай только лучшие посты в Facebook ↓