Вірусні хвороби, віроїди і пріони

Віруси — внутрішньоклітинні паразити, тому для зараження вони мусять потрапити всередину клітин-хазяїв. Шляхи проникнення залежать від того, чи йдеться про людину й тварин, чи про рослини, а також від того, які клітини здатний уразити конкретний вірус.

Людина й тварини: основні шляхи зараження

Найпоширеніший шлях — повітряно-крапельний. Під час кашлю, чхання чи розмови хвора людина виділяє дрібні крапельки слизу, у яких містяться вірусні частинки. Здорові люди вдихають ці крапельки, і вірус осідає на слизовій оболонці дихальних шляхів. Так передаються грип, ГРВІ, кір і епідемічний паротит.

Другий шлях — фекально-оральний, тобто через брудні руки, воду й їжу, забруднені виділеннями хворого. Вірус потрапляє з калом у довкілля, а звідти — до рота нової жертви. Цим шляхом передаються поліомієліт і гепатит A.

Третій шлях — через кров і статевий контакт. Вірус потрапляє безпосередньо в кров або на пошкоджені слизові оболонки під час переливання крові, використання нестерильних шприців, медичних інструментів, татуювання, а також під час незахищеного статевого акту. Можлива також передача від матері до дитини під час вагітності, пологів або годування грудьми (вертикальний шлях). Так передаються ВІЛ, гепатити B і C.

Четвертий шлях — через укуси переносників. Іксодові кліщі, напившись крові інфікованої тварини, передають вірус людині під час укусу. Саме так потрапляє в організм збудник кліщового вірусного енцефаліту.

Як віруси потрапляють у рослини

Клітини рослин вкриті щільною целюлозною клітинною стінкою, яку вірус самостійно подолати не може, тому віруси проникають у рослини через:

• механічні пошкодження — під час пасинкування, обрізування, з рук або інструментів, які контактували з хворою рослиною (класичний приклад — вірус тютюнової мозаїки);

• комах із колючо-сисним ротовим апаратом — попелиці, цикадки й інші сисні комахи переносять вірус із хворої рослини на здорову, вводячи його безпосередньо в клітини;

• насіння, бульби, живці — якщо материнська рослина була заражена, вірус може опинитися в її потомстві;

• щеплення — під час перенесення частини хворої рослини на здорову підщепу.

Специфічність: чому вірус уражає лише певні клітини

Вірус не може проникнути в будь-яку клітину. На поверхні віріона є білки, які впізнають певні рецептори на мембрані клітини-хазяїна. Якщо потрібного рецептора немає, вірус не зможе прикріпитися й увійти. Саме тому:

• вірус грипу вражає епітелій дихальних шляхів;

• вірус поліомієліту — рухові нейрони спинного мозку;

• віруси гепатитів — клітини печінки (гепатоцити);

• ВІЛ — клітини імунної системи (Т-лімфоцити-хелпери).

Детальніше про імунну систему й рецептори — у курсі «Людина: системи життєзабезпечення і розмноження».

Наслідки для клітини-хазяїна

Після того як вірус проникнув у клітину й розмножився, можливі різні сценарії:

• загибель клітини під час виходу нових віріонів (лізис) — типово для вірусів без суперкапсиду, наприклад бактеріофагів і вірусу поліомієліту; віруси із суперкапсидом (вірус грипу, ВІЛ) виходять із клітини брунькуванням, отримуючи оболонку з її мембрани;

• тривале приховане існування вірусу в клітині (латентність) — вірус не руйнує клітину, але періодично активується;

• вбудовування вірусного геному в хромосому хазяїна — так діє ВІЛ (ретровірус): фермент зворотна транскриптаза синтезує ДНК-копію його РНК-геному, і ця ДНК вбудовується в геном лімфоцита;

• пухлинне переродження клітини — деякі віруси (наприклад, вірус папіломи людини) можуть спричинити неконтрольований поділ клітини.

Програма НМТ вимагає знати вісім груп вірусних хвороб людини: поліомієліт, грип, СНІД, гепатити, енцефаліт, кір, паротит і ГРВІ. Розгляньмо кожну з них докладно.

Грип і ГРВІ

Грип і ГРВІ (гострі респіраторні вірусні інфекції) — це хвороби, які вражають дихальні шляхи й передаються повітряно-крапельним шляхом. ГРВІ спричиняють різні віруси: риновіруси, аденовіруси, коронавіруси, респіраторно-синцитіальний вірус та інші. Вірус грипу (Orthomyxoviridae) відрізняється тим, що швидко змінює свої поверхневі білки — гемаглютинін і нейрамінідазу. Саме тому склад вакцини проти грипу оновлюють щосезону: імунітет, набутий минулого року, може не захистити від нового штаму.

Кір і епідемічний паротит («свинка»)

Обидві хвороби дуже заразні й передаються повітряно-крапельним шляхом. Кір супроводжується характерним висипом, ураженням дихальних шляхів, високою температурою. Небезпечні ускладнення — запалення легень (пневмонія) і запалення мозку (енцефаліт). Епідемічний паротит проявляється запаленням привушних слинних залоз, що спричиняє характерну припухлість щоки. У хлопців можливе запалення яєчок (орхіт), яке в окремих випадках призводить до безпліддя. Від обох хвороб захищає комбінована вакцина КПК (кір, паротит, краснуха), яку вводять у дитинстві.

Поліомієліт («дитячий параліч»)

Поліомієліт спричиняє вірус, який передається фекально-оральним шляхом — через брудні руки, воду й їжу. У більшості випадків інфекція перебігає безсимптомно або як легке нездужання. Однак у невеликої частки хворих (приблизно 1 із 200) вірус проникає в рухові нейрони спинного мозку й спричиняє незворотні паралічі кінцівок. Захист забезпечують дві вакцини: інактивована (Джонас Солк, 1955) і жива оральна (Альберт Себін). Завдяки глобальній вакцинації поліомієліт майже ліквідовано у світі, але він ще трапляється в кількох країнах.

Вірусні гепатити

Гепатити — це запалення печінки, спричинене різними вірусами. Жовтяниця (пожовтіння шкіри й склер) буває не завжди, тому хвороба може довго залишатися непоміченою. Шляхи передачі різняться:

Гепатити B і C можуть переходити в хронічну форму, яка роками руйнує печінку й підвищує ризик цирозу та раку печінки.

Кліщовий вірусний енцефаліт

Це запалення головного мозку, яке спричиняє вірус, що передається через укуси іксодових кліщів. Кліщі живуть у лісах і на луках, найактивніші навесні та влітку. Можливе також зараження через сире молоко інфікованих кіз. Профілактика включає закритий одяг і репеленти під час прогулянок у лісі, ретельний огляд тіла після повернення, а також вакцинацію для людей, які живуть у регіонах, де поширений кліщовий енцефаліт.

СНІД (синдром набутого імунодефіциту)

СНІД — це пізня стадія ВІЛ-інфекції, коли імунна система людини вже сильно ослаблена. ВІЛ (вірус імунодефіциту людини) передається через кров (нестерильні шприци, переливання), статевим шляхом і від матері до дитини під час вагітності, пологів або годування грудьми. Важливо знати, що ВІЛ не передається через рукостискання, спільний посуд, повітря, воду, укуси комарів чи побутові контакти. Сучасне лікування — антиретровірусні препарати — стримує розмноження вірусу, запобігає розвитку СНІДу й дає змогу людині жити повноцінним життям. Вакцини проти ВІЛ поки що не існує.

Боротьба з вірусними хворобами має дві головні лінії: профілактика (запобігання зараженню) і лікування (пригнічення розмноження вірусу після інфікування). Розгляньмо обидві.

Вакцинація — найпотужніша зброя

Вакцинація формує імунну пам’ять: після введення вакцини організм запам’ятовує збудника й при зустрічі з ним швидко його знешкоджує. Вакцини можуть містити ослаблений живий вірус, інактивований (убитий) вірус, окремі антигени вірусу або генетичну інструкцію (мРНК) для утворення антигену в клітинах людини.

Першу вакцину — проти натуральної віспи — створив Едвард Дженнер 1796 року. Він помітив, що доярки, які перехворіли на коров’ячу віспу, не хворіють на натуральну. З того часу вакцинація врятувала сотні мільйонів життів.

В Україні календар щеплень охоплює вакцинацію проти поліомієліту, кору, паротиту, гепатиту B та інших інфекцій. Детальніше про механізм формування імунітету — у курсі «Людина: системи життєзабезпечення і розмноження».

Глобальний контроль вірусних інфекцій

Завдяки масовій вакцинації під керівництвом Всесвітньої організації охорони здоров’я (ВООЗ) натуральну віспу оголошено ліквідованою 1980 року — це єдина хвороба людини, яку вдалося повністю знищити (2011 року так само ліквідовано чуму великої рогатої худоби). Нині триває глобальна програма ліквідації поліомієліту. Крім того, ВООЗ координує стеження за новими штамами грипу, запроваджує карантинні заходи й сприяє обміну даними між країнами під час спалахів.

Неспецифічна профілактика

Це заходи, які знижують ризик зараження незалежно від того, який саме вірус загрожує:

• миття рук із милом після вулиці й перед їжею;

• вживання кип’яченої або бутильованої води;

• провітрювання приміщень;

• носіння масок і зменшення контактів під час епідемій;

• використання одноразових шприців і стерильних медичних інструментів;

• безпечна статева поведінка (презервативи);

• захист від кліщів (закритий одяг, репеленти, огляд тіла).

Чому антибіотики не діють на віруси

Антибіотики — це речовини, які вбивають бактерії або припиняють їхнє розмноження. Вони діють на клітинну стінку бактерій, їхні рибосоми, ферменти реплікації ДНК — тобто на структури, яких у вірусів немає. Віруси не мають клітинної стінки, власних рибосом і не розмножуються самостійно. Тому антибіотики на віруси не діють.

Для лікування вірусних інфекцій застосовують:

• противірусні препарати, які пригнічують окремі етапи відтворення вірусу — наприклад, інгібітори зворотної транскрипції (для ВІЛ) або інгібітори нейрамінідази (для грипу);

• інтерферони — білки, які клітини виділяють у відповідь на вірусну інфекцію; вони роблять ще не заражені клітини стійкими до вірусу, пригнічуючи його розмноження в них.

Боротьба з вірусами рослин

Оскільки рослини не можна «пролікувати» противірусними препаратами, заходи профілактики тут особливо важливі:

• знищення уражених рослин, щоб вірус не поширювався далі;

• боротьба з попелицями, цикадками та іншими комахами-переносниками;

• використання здорового садивного матеріалу (насіння, бульб, живців);

• знезараження садових інструментів після роботи з хворими рослинами;

• виведення стійких сортів, які не уражуються певними вірусами.

Віруси — не єдині інфекційні агенти, менші за клітину. Існують ще віроїди та пріони — збудники, які влаштовані набагато простіше, але здатні спричиняти тяжкі хвороби.

Віроїди — РНК без капсиду

Віроїди — найменші відомі збудники інфекційних хвороб. Вони являють собою коротку кільцеву одноланцюгову молекулу РНК завдовжки приблизно 250–400 нуклеотидів. На відміну від вірусів, у віроїдів немає білкового капсиду. Віроїдна РНК не кодує жодних білків — вона спричиняє хворобу, втручаючись у роботу клітинних механізмів рослини-хазяїна.

Перший віроїд відкрив Теодор Дінер 1971 року — це збудник веретеноподібності бульб картоплі. Відтоді віроїди виявлено в цитрусових, хризантемах, огірках, авокадо та інших рослинах. Усі відомі віроїди уражають саме рослини; віроїдних хвороб людини чи тварин наразі не описано.

Пріони — інфекційні білки

Пріони — це інфекційні білки, які не містять жодної нуклеїнової кислоти. Вони є неправильно згорнутою формою нормального білка, який природно міститься на поверхні нервових клітин. Коли такий неправильно згорнутий пріон потрапляє в організм, він «заражає» нормальні молекули того самого білка, змушуючи їх теж набувати неправильної форми. Накопичуючись у мозку, пріони утворюють агрегати, і нервова тканина набуває губчастої будови — звідси назва «губчаста енцефалопатія».

Пріони відкрив Стенлі Прузінер, за що 1997 року отримав Нобелівську премію. До його відкриття вчені не могли пояснити, як збудник, позбавлений генетичного матеріалу, може розмножуватися.

Пріонні хвороби

Пріони спричиняють смертельні нейродегенеративні хвороби:

• губчаста енцефалопатія великої рогатої худоби (ВРХ) — «коров’ячий сказ»;

• скрейпі — хвороба овець і кіз;

• хвороба Кройцфельдта — Якоба в людей: більшість класичних випадків спорадичні (виникають без видимої причини), бувають спадкові форми (через мутацію гена білка) і набуті (через медичні процедури або вживання інфікованих продуктів ВРХ — варіантна форма).

Пріони надзвичайно стійкі: звичайне кип’ятіння їх не знищує. Для знезараження потрібна обробка при температурі понад 130 °C під тиском або спеціальні хімічні реагенти.

Порівняння: вірус, віроїд, пріон

Розгляньмо типові завдання НМТ на тему вірусних хвороб, віроїдів і пріонів.

Приклад 1. Логічні пари: хвороба — шлях зараження

Установіть відповідність між вірусною хворобою (1–4) і шляхом зараження (А–Д).

1 кліщовий енцефаліт 2 поліомієліт 3 СНІД 4 кір

А укус іксодового кліща Б вода й їжа, забруднені виділеннями хворого В кров і статевий контакт Г повітряно-крапельний шлях Д укус комара

Розв’язання:

• Кліщовий енцефаліт (1) передається через укус іксодового кліща — відповідь А.

• Поліомієліт (2) передається фекально-оральним шляхом — через брудні руки, воду й їжу — відповідь Б.

• СНІД (3) — пізня стадія ВІЛ-інфекції, вірус передається через кров і статевий контакт — відповідь В.

• Кір (4) передається повітряно-крапельним шляхом — відповідь Г.

• Варіант Д (укус комара) — зайвий, бо жодна з перелічених хвороб так не передається.

Відповідь: 1 → А, 2 → Б, 3 → В, 4 → Г.

Приклад 2. Яка хвороба НЕ є вірусною?

Виберіть хворобу, яка НЕ належить до вірусних:

• А грип

• Б туберкульоз

• В епідемічний паротит

• Г гепатит B

Розв’язання: Грип спричиняє вірус грипу (Orthomyxoviridae). Епідемічний паротит спричиняє вірус паротиту (Paramyxoviridae). Гепатит B спричиняє вірус гепатиту B (Hepadnaviridae). Туберкульоз спричиняє бактерія Mycobacterium tuberculosis — це бактеріальна, а не вірусна хвороба.

Відповідь: Б (туберкульоз).

Приклад 3. Два твердження про віроїди й пріони

Оцініть два твердження:

I. Віроїд — це молекула РНК без білкового капсиду. II. Пріони містять ДНК, тому їх знищує кип’ятіння.

Виберіть правильний варіант:

• А правильне лише I

• Б правильне лише II

• В обидва правильні

• Г обидва неправильні

Розв’язання: Твердження I правильне — віроїд справді є кільцевою молекулою РНК без капсиду. Твердження II хибне з двох причин: по-перше, пріони не містять нуклеїнової кислоти (вони складаються лише з білка); по-друге, пріони стійкі до кип’ятіння — звичайне кип’ятіння їх не знищує.

Відповідь: А (правильне лише I).

Приклад 4. Антибіотик при грипі?

Підліток захворів на грип і просить у батьків антибіотик. Яке твердження правильне?

• А Антибіотик знищить вірус грипу за добу.

• Б Антибіотик замінює вакцину, тому після нього щеплення не потрібне.

• В Антибіотик потрібен при будь-якій температурі, незалежно від збудника.

• Г Антибіотики на віруси не діють, бо у вірусів немає клітинної стінки й рибосом.

Розв’язання: Антибіотики діють на бактеріальні мішені — клітинну стінку, рибосоми, ферменти синтезу ДНК. У вірусів цих структур немає, тому антибіотики на віруси не діють. Варіанти А, Б і В містять хибні уявлення про дію антибіотиків.

Відповідь: Г.

• Лікують вірусні хвороби антибіотиками. Насправді антибіотики діють на бактерії, а у вірусів немає клітинної стінки, рибосом та інших мішеней для антибіотиків. Противірусні препарати й інтерферони — ось що справді застосовують.

• Відносять туберкульоз, дифтерію чи стрептококову ангіну до вірусних хвороб, а грип і кір — до бактеріальних. Туберкульоз спричиняє бактерія Mycobacterium tuberculosis, дифтерію — Corynebacterium diphtheriae, ангіну — стрептококи. Натомість грип, кір, паротит — вірусні хвороби.

• Вважають, що ВІЛ передається через рукостискання, спільний посуд, повітря чи укуси комарів. Насправді ВІЛ передається лише через кров, статевим шляхом і від матері до дитини. У побуті, через повітря чи комарів він не передається.

• Плутають гепатит A (фекально-оральний шлях — брудні руки, вода, їжа) з гепатитами B і C (кров, статевий шлях). Гепатит A не стає хронічним, а B і C — можуть.

• Вважають віроїд маленьким вірусом із капсидом або приписують пріонам нуклеїнову кислоту. Віроїд — це лише кільцева РНК без капсиду. Пріон — це лише білок без нуклеїнової кислоти.

• Вважають профілактичну вакцину лікуванням гострої інфекції. Вакцинацію проводять заздалегідь, щоб сформувати імунітет. Вона знижує ризик хвороби та тяжких наслідків, але не завжди повністю блокує зараження.

Тема 3.2 програми НМТ з біології вимагає знати вірусні хвороби поліомієліт, грип, СНІД, гепатити, енцефаліт, кір, паротит, ГРВІ, шляхи проникнення вірусів в організми рослин, тварин і людини та обґрунтовувати профілактику й глобальний контроль вірусних інфекцій. Віроїди й пріони також названо в змісті теми.

У демоваріанті НМТ-2026 завдання з основною темою 3.2 немає, але це не означає, що тема не трапиться на іспиті. Офіційного розподілу тем за формами завдань немає, тож тема може трапитися в будь-якій формі:

• завдання з вибором однієї відповіді з чотирьох (номери 1–24, 0 або 1 бал);

• логічні пари (номери 25–28, 1–4 → А–Д, одна буква зайва, 1 бал за кожну правильно встановлену пару);

• як частина комплексного завдання «три групи» (номери 29–30).

Стратегія для логічних пар на кшталт «хвороба → збудник чи шлях зараження»: спершу з’єднай пари, у яких упевнений, а зайву букву визнач методом виключення. Навіть дві-три правильні пари дають бали, тому не залишай завдання без відповіді.

• Вірусні хвороби, які треба знати для НМТ: поліомієліт, грип, СНІД, гепатити (A, B, C), кліщовий енцефаліт, кір, паротит, ГРВІ.

• Шляхи зараження: повітряно-крапельний (грип, ГРВІ, кір, паротит), фекально-оральний — через брудні руки, воду й їжу (поліомієліт, гепатит A), через кров і статевий контакт (ВІЛ, гепатити B і C), через укуси іксодових кліщів (кліщовий енцефаліт).

• Антибіотики на віруси не діють, бо у вірусів немає клітинної стінки, рибосом та інших мішеней. Для лікування застосовують противірусні препарати та інтерферони.

• Профілактика: вакцинація (формує імунну пам’ять), неспецифічні заходи (миття рук, кип’ячена вода, маски, одноразові шприци, безпечний секс, захист від кліщів).

• Натуральну віспу ліквідовано завдяки глобальній вакцинації (1980). Триває програма ліквідації поліомієліту.

• Віроїд — кільцева одноланцюгова РНК (250–400 нуклеотидів) без білкового капсиду. Спричиняє хвороби рослин (веретеноподібність бульб картоплі).

• Пріон — інфекційний білок без нуклеїнової кислоти. Спричиняє губчасту енцефалопатію (хвороба Кройцфельдта — Якоба, губчаста енцефалопатія ВРХ, скрейпі). Стійкий до кип’ятіння.