Доклеточные, или неклеточные, формы жизни представлены вирусами и бактериофагами (фагами). Вирусы впервые были описаны Д.И. Ивановским (1892 г.). По размеру они меньше бактерий и различимы только в электронный микроскоп. К настоящему времени описано около 3 тыс. вирусов, поражающих клетки тканей растений, животных и человека. Вирусы распространены в природе повсеместно. Они являются внутриклеточными паразитами. У вирусов нет структур, присущих типичной клетке. Наука о вирусах получила название вирусологии.
По форме вирусы могут быть палочковидными, сферическими или гексагональными (рис. 1). Они лишены основных признаков, свойственных всему живому, не имеют систем энергообеспечения и не могут размножаться в изолированном виде. Описаны две формы существования вируса: покоящаяся (внеклеточная) и репродуцирующаяся (внутриклеточная). Одно из свойств живого - размножение - проявляется у вирусов при попадании в клетку хозяина. Они могут размножаться в цитоплазме или ядре клетки либо и в цитоплазме, и в ядре. Вирусы представляют собой, вероятно, обособившиеся генетические элементы клеток, которые приспособились к внутриклеточному паразитированию.
Рис. 1. Формы вирусов: а- вирус телячьей оспы; б - вирус паротита (свинки); в - вирус СПИДа; г - аденовирус (респираторный вирус); д - риновирус; е - поливирус
Строение типичного вируса следующее. Сердцевина содержит генетический аппарат вируса - ДНК или РНК. Молекулы нуклеиновых кислот могут быть одно- или двухцепочечными, линейными, а молекула ДНК иногда может быть и кольцевой. Белковая капсула (капсид) покрывает сердцевину вируса, защищает генетический аппарат и обусловливает ферментативные и антигенные свойства вируса. Капсид часто состоит из идентичных повторяющихся субъединиц - капсомеров. ДНК вируса не связана с белками (рис. 2).
Генетический аппарат вирусов при попадании их в клетку кодирует синтез вирусных частиц из биохимических предшественников клетки хозяина, используя биосинтетические и энергетические системы хозяина.
Существуют два основных типа взаимодействия вируса с клетками:
+ вирус проникает в клетку, изменяет ее функции и использует для воспроизведения огромного числа себе подобных вирусов, вызывая гибель клетки;
+ вирус проникает в клетку и встраивает свой геном в генетический аппарат клетки; клетка изменяется, но не погибает.
Бактериофаги (фаги, «пожиратели бактерий») - вирусы, паразитирующие только на бактериях. Впервые описаны Ф. Туортом (1915 г.). Фаги по структуре сходны с собственно вирусами и характеризуются структурным и химическим разнообразием. Они живут за счет бактерий, размножаются внутри бактериальных клеток и иногда способны разрушать клетки, в которых происходило их размножение.
Некоторые бактериофаги имеют головку и хвост. Головка содержит генетический аппарат фага и покрыта капсидом. Хвост имеет полую сердцевину (стержень), окруженную чехлом из спирального белка, и хвостовые нити на конце (рис. 2).
Обычно фаг прикрепляется к бактериальной клетке и впрыскивает в нее одиночную нить нуклеиновой кислоты. Белковая оболочка фага остается за пределами клетки хозяина. По «команде» ДНК фага вещества бактериальной клетки начинают расходоваться на синтез вирусной ДНК и белка (для построения капсида), и в конце концов бактериальная клетка погибает. Оболочка клетки разрушается, и из нее выходят сотни образовавшихся фагов. Каждый из них способен снова поражать бактерию и повторять жизненный цикл.
Рис. 2. Схема строения вируса (а) и бактериофага (б): 1 - капсид (белковая капсула); 2 - капсомеры; 3 - нуклеиновая кислота; 4 - головка; 5 - хвост; 6 - хвостовые нити
Значение вирусов и бактериофагов. Вирусы являются возбудителями болезней растений (например, вирус табачной мозаики), животных (вирус бешенства) и человека. Более 75% известных инфекционных заболеваний человека вызываются вирусами (например, вирус иммунодефицита человека - ВИЧ, гриппа, гепатита, кори и др.). Вирусы поражают клетки избирательно: вирус полиомиелита размножается только в нервных клетках человека, гепатита - в клетках печени. Вирусы являются удобным объектом при расшифровке генетического кода и широко используются в работах по генной инженерии.
Бактериофаги иногда используются для лечения инфекционных заболеваний, вызываемых бактериями (например, дизентерии). Однако значение бактериофагов для микробиологической промышленности отрицательно: они подавляют развитие полезных микроорганизмов (например, при производстве антибиотиков).