Польза и вред для человека – полезные вирусы

Некоторые вирусы хорошо влияют на здоровье

Что мы знаем о вирусах? Процветающие и развивающиеся на протяжении миллиардов лет эти крошечные организмы способны заражать животных, растения и даже бактерий. Вирусы славятся своей агрессивной и инфекционной природой. Большинство из них вызывают разнообразные заболевания, от легкой простуды, до тяжелого острого респираторного синдрома (ТОРС) — более известного как атипичная пневмония.

Как работают вирусы

Чтобы выжить, вирусу необходим хозяин — живой организм, способный дать вирусу все необходимое для продолжения существования. Когда вирус попадает в клетки хозяина, он захватывает ее клеточные механизмы, высвобождая новые вирусные частицы. Эти частицы впоследствии заражают все большее количество клеток и в результате вызывают болезнь.

Но не все вирусы плохие. Некоторые способны фактически убивать бактерии, в то время как другие борются с более опасными вирусами. А в организме человека, как известно, живут защитные бактерии — пробиотики.

Кто нас защищает

Бактериофаги (или «фаги») — это вирусы, которые заражают и уничтожают определенные бактерии. Они обнаружены в слизистой оболочке пищеварительного, дыхательного и репродуктивного трактов.

Слизь — это густой, похожий на желе материал. Основная задача слизи — сделать так, чтобы вредоносные бактерии не попадали внутрь и защитить клетки организма от заражения. Согласно данным недавних исследований, присутствующие в слизи фаги являются частью естественной иммунной системы человека. Они защищают организм от вторжения бактерий.

Сегодня ученые научились генно-модифицировать фаги. Отдельные штаммы фагов тестируются против вредоносных бактерий. Благодаря генно-модифицированным фагам в будущем появятся препараты для лечения разнообразных бактериальных заболеваний. Их можно будет безопасно вводить перорально или наносить непосредственно на раны.

Отметим, что клинические испытания внутривенного введения фагов продолжаются. Кстати, недавно эту тему жарко обсуждали в нашем Telegram-чате.

Хорошие инфекции

Некоторые вирусы, с которыми мы сталкиваемся, защищают нас от заражения опасными патогенами. Например, латентные (скрытые) вирусы герпеса могут помочь естественным клеткам-киллерам человека (особый тип белых кровяных клеток) идентифицировать раковые клетки и клетки, инфицированные другими патогенами.

Есть еще один интересный пример — известно, что норовирусы (например, кишечный грипп) защищают кишечник мышей, когда тем дают антибиотики. Защитные кишечные бактерии, убитые антибиотиками, сделали мышей восприимчивыми к кишечным инфекциям. Но в отсутствие хороших бактерий эти норовирусы смогли защитить своих хозяев.

Благодаря развитию технологий, мы смогли лучше понять как устроен сложный мир микробов. Ученые выяснили, что помимо полезных бактерий в кишечнике, коже и даже крови присутствуют полезные вирусы. Помимо прочего, существует вероятность, что в будущем подобные модифицированные версии вирусов окажутся эффективными в борьбе с раковыми клетками.

Несмотря на то, что микробы являются частью человеческого организма, наше понимание этих удивительных компонентов невероятно мало. В отличие от потенциала для понимания вирусных инфекций и способов борьбы с ними — он огромен: исследования вирусов способны пролить свет на эволюцию человеческого генома, генетические заболевания и развитие генной терапии.

Польза вирусов для человека

На поверхности капсида располагаются молекулы, которые выполняют функцию «отмычки»: если они вступают в реакцию со специфичными белками на внешней оболочке клетки-жертвы, то вирус получает возможность проникнуть внутрь. Именно поэтому многие вирусы используют для размножения отдельные виды организмов, поскольку их «ключи» приспособлены только к определенным «замкам».

Вирусный геном способен к достаточно быстрым изменениям, в результате чего вирусы могут непрерывно мутировать. Это дает захватчикам определенные преимущества: иммунитет распознает врагов по определенным белкам — антигенам, однако мутации в генах вирусов изменяют последовательность аминокислот в белках, и защитные системы организма не успевают научиться распознавать антигены. Самым известным примером быстро мутирующего вируса является ВИЧ. Более того, вирусные инфекции справляются и с лекарствами, поскольку действие противовирусных препаратов основано на реакциях с белками специфической структуры.

Если же в геноме вируса, например, гриппа по каким-то причинам происходят масштабные изменения, то иммунная система большинства людей оказывается неспособной быстро справиться с вирусом. Возникает пандемия — эпидемия глобального характера, которая охватывает территорию целой страны, континента или всего мира.

Иммунная система, как и ее вечные враги, является продуктом постоянного эволюционного развития. В 1973 году биолог-эволюционист Ли ван Вален предложил гипотезу Черной Королевы (англ. Red Queen hypothesis), названную так в честь персонажа — шахматной фигуры из сказки Льюиса Кэрролла «Алиса в Зазеркалье». Согласно гипотезе, вид должен постоянно адаптироваться, чтобы поддерживать свое существование в окружающем мире, поскольку если он не изменяется, то становится легкой добычей для вирусов и других паразитов.

Гипотеза Черной Королевы также предлагает решение одной из самых сложных загадок биологии: почему животные имеют пол. Дело в том, что бесполое размножение дает организмам мощное преимущество. Они могут произвести большое количество потомства, что увеличивает вероятность выживания какого-то числа особей из нового поколения. В этом случае мутации, которые могли бы привести к появлению полового размножения, не смогли бы закрепиться. Однако если окружающая среда очень быстро меняется, то картина становится принципиально другой. Секс позволяет перетасовывать гены, получая новые комбинации, которые могут повышать устойчивость против постоянно мутирующих паразитов. Бесполые организмы на это неспособны.

Поэтому можно сказать, что все, что имеет то или иное отношение к половому размножению человека и животных — сексуальное поведение, привлекательность, создание семей — обязано своим существованием вирусам.

Однако насколько все это действительно соответствует реальности? До сих пор ученые не имели возможности подтвердить, что борьба между паразитами и их хозяевами является движущей силой эволюции. Лишь недавно появились первые свидетельства, подтверждающие эту точку зрения.

В новом исследовании, опубликованном в журнале eLife, специалисты из Стэнфордского университета проанализировали громадное количество данных, чтобы выявить степень воздействия вирусов на эволюцию. Оказалось, что с того момента, как линия наших предков разделилась на две отдельные ветви, одна из которых привела к шимпанзе, а другая — к Homo sapiens, 30 процентов всех изменений в белках было вызвано вирусами.

Множество компонентов иммунной системы являются белками (полипептидами). Это прежде всего антитела или иммуноглобулины — молекулы, присутствующие на поверхности лимфоцитов (клеток гуморального иммунитета) и связывающиеся с конкретными чужеродными веществами — антигенами. Другие белки — интерфероны — выделяются организмом в ответ на инфекцию. Они запускают цепь реакций, которая препятствует размножению вирусов, нарушая сборку их белков и предотвращая их выход из клетки. Кроме того, интерфероны стимулируют всю иммунную систему, поднимая ее на борьбу с врагом.

Естественно предположить, что мутации должны происходить именно в иммунных белках, чтобы они могли эффективно бороться с вирусами. Однако новое исследование показало, что почти каждый полипептид, который входит в контакт с инфекциями, может вносить вклад в общую адаптацию. Молекулы, не участвующие в защитных реакциях, составляли 50 процентов от всего числа белков, измененных вирусами.

Ученые изучили несколько десятков тысяч научных работ, чтобы определить общее число белков, взаимодействующих с вирусами. В список вошли 1300 полипептидов, присутствующих в организмах разных животных. На втором этапе работы исследователи написали алгоритмы для обработки огромных объемов информации, представленных в геномных базах данных, чтобы сравнить эволюцию белков, связанных с вирусами, с изменениями в аминокислотных последовательностях других молекул.

Результаты показали, что вирусы предпочитают взаимодействовать с белками, которые эволюционно ограничены в своих клеточных функциях, однако, несмотря на это, в генах, кодирующих данные полипептиды, произошла треть всех мутационных изменений. Ученые объясняют это тем, что инфекции контактируют со многими молекулами клетки, в том числе с теми, которые отвечают за синтез органических веществ и репликацию ДНК. Вирусы используют их для размножения и распространения, а мутации в клеточных генах препятствуют успешному заражению.

Исследование помогает ответить на некоторые вопросы — например, почему у близкородственных видов животных различные молекулы выполняют идентичные клеточные функции, такие как репликация ДНК или синтез мембран. В целом полученные результаты свидетельствуют о том, что вирусы действительно являются одним из основных факторов эволюционных изменений млекопитающих, в том числе человека.

Вред и польза вирусов

Многие вирусы – причина опасных болезней человека. Кроме СПИДа и онкогенных, вызывающих рак, к ним относятся вирусы оспы, кори, бешенства, полиомиелита, гриппа, острых респираторных заболеваний: ОРЗ, желтой лихорадки, герпеса (говорят: «на губах высыпала лихорадка») и даже вирусы вызывающие рост бородавок.

С вирусными заболеваниями человек боролся, еще не подозревая о существовании этих паразитов. На Востоке с незапамятных времен практиковали защиту от оспы, но она была небезопасна. Лишь в XVIII в. Э. Дженнер установил, что человек, переболевший безобидной коровьей оспой, не заражается оспой черной, или азиатской. Теперь поголовные прививки привели к тому, что оспа на Земле исчезла. Другая великая победа медицины – открытие Л. Пастером прививки от бешенства.

Однако далеко не все болезни, вызываемые вирусами, научились успешно предупреждать и лечить. Лечить и иммунодефицит мы еще не научились, и, как правило, это страшное заболевание через несколько лет приводит к смерти. И совсем нерешенная проблема – раковые заболевания. Научиться успешно, бороться с вирусами, вызывающими злокачественные опухоли, предстоит врачам будущего.

Какая польза может быть от вирусов? Ведь это враги всего живого. Польза может быть, если вирус – враг врага, а это значит, что не во всех случаях действие вируса негативно. Если он атакует одноклеточные организмы, к которым, в частности, относятся бактерии, те погибают. Поэтому с помощью таких вирусов, бактериофагов, можно уничтожать бактерии, вызывающие такие опасные заболевания, как дизентерия, холера, чума.

Способность вируса убивать клетку – хозяина можно использовать при борьбе с отдельными клетками многоклеточных организмов, и прежде всего – раковыми. При этом залог успеха является точная «наводка» вируса на клетку, которую предстоит убить, поскольку сам по себе он готов поразить все чувствительные к нему клетки организма. Для этого и вирус, и специальный белок, антитело, способный селективно связываться с участком поверхности клетки – мишени, прикрепляются к наночастице, выступающей в роли своеобразного транспортного средства. Такой «снаряд» атакует только определенные клетки, разрушая их. Разумеется, нужно позаботиться и о том, чтобы вирус мог покинуть организм, не повредив здоровые клетки. В нанотехнологиях вирусы используют также в качестве «темплата» для создания наноструктурированных систем.

Некоторые вирусы, вызывающие болезни насекомых, используют для борьбы с вредителями сельского и лесного хозяйства. Однако следует признать, что вред, приносимый этими простейшими формами жизни. Во много раз превышает их пользу.

Источники:

http://hi-news.ru/medicina/nekotorye-virusy-xorosho-vliyayut-na-zdorove.html
http://www.sunhome.ru/journal/140858
http://bio.bobrodobro.ru/2188