Հիմնական նյութ
11-րդ դասարան. կենսաբանություն
Դասընթաց․ (11-րդ դասարան. կենսաբանություն) > Բաժին 1
Դաս 1: ՎիրուսներՎիրուսների էվոլյուցիան
Վիրուսների էվոլյուցիան և գենետիկ բազմազանությունը։ Դեղերի հանդեպ կայուն ՄԻԱՎ: Գրիպի վիրուսների վերադասավորումներ։
Հիմնական դրույթներ
- Վիրուսները, բջիջներից կազմված օրգանիզմների նման ևս ենթարկվում են էվոլյուցիայի և բնական ընտրության։ Դրանց հիմնական մասը շատ կտրուկ է զարգանում։
- Եթե երկու վիրուսներ վարակում են միևնույն բջջին, դրանք կարող են փոխանակվել իրենց գենետիկ նյութերով՝ առաջացնելով նոր, <<խառնված>> վիրուսներ, որոնք ունեն յուրօրինակ հատկություններ։ Օրինակ՝ այս մեխանիզմով կարող են առաջանալ գրիպի վիրուսի նոր տեսակներ։
- ՌՆԹ վիրուսներում մուտացիաների հաճախությունը մեծ է, որը հատկապես նպաստում է վիրուսի արագ զարգացմանը։ Նման օրինակ է ՄԻԱՎ-ի վիրուսի՝ դեղորայքի նկատմամբ կայունություն ձեռք բերելը։
Ներածություն
Երբևէ մտածե՞լ ես՝ ինչու է ամեն տարի գրիպի վիրուսի նոր տեսակ հայտնվում։ Կամ ինչպե՞ս է ՁԻԱՀ առաջացնող ՄԻԱՎ վիրուսը կայունություն ձեռք բերել դեղամիջոցների նկատմամբ։
Այս հարցերին տրվող ամենակարճ պատասխանն է՝ վիրուսները զարգանում են։ Սա նշանակում է, որ ժամանակի ընթացքում վիրուսների պոպուլյացիայի գենոֆոնդը կարող է փոփոխվել։ Որոշ դեպքերում պոպուլյացիայում վիրուսները, ինչպես օրինակ՝ աշխարհագրական տարածքում գրիպի բոլոր վիրուսները կամ հիվանդի օրգանիզմում առկա ՄԻԱՎ-ի բոլոր տարբեր մասնիկները, կարող են զարգանալ բնական ընտրության ճանապարհով։ Վիրուսի վերարտադրմանը նպաստող ժառանգական հատկանիշները (ինչպես օրինակ՝ հարբուծի վիրուսի բարձր վարակչությունը կամ ՄԻԱՎ-ի կայունությունը դեղորայքի նկատմամբ) ժամանակի ընթացքում վիրուսների պոպուլյացիայում ավելի հաճախ կհանդիպել։
Այս ամենից զատ, վիրուսները նաև ավելի արագ են զարգանում , քան այն օրգանզմները, որոնց դրանք վարակել են, օրինակ՝ մարդիկ։ Այս փաստերը վիրուսների էվոլյուցիան դարձնում են շատ կարևոր թեմա ոչ միայն վիրուսները ուսումնասիրող կենսաբանների, այլ նաև բուժաշխատողների, առողջապահության ոլորտի աշխատակիցների, ինչպես նաև վիրուսների հետ առնչվող մյուս բոլոր մարդկանց (հուշում՝ բոլորիս) համար։
Վիրուսների վարիացիաները
Բնական ընտրությունը կարող է տեղի ունենալ միայն եթե տրամադրված է համապատասխան սկզբնանյութը՝ գենետիկական վարիացիան։ Գենետիկական վարիացիան նշանակում է, որ պոպուլյացիայում կան որոշ գենետիկական (ժառանգական) տարբերություններ։ Վիրուսների շրջանում վարիացիան առաջանում է երկու հիմնական աղբյուրներիցstart superscript, 1, end superscript․
- Ռեկոմբինացիա․ վիրուսները փոխանակվում են գենետիկական նյութի հատվածներով (ԴՆԹ կամ ՌՆԹ)։
- Պատահական մուտացիաներ․ վիրուսի ԴՆԹ-ի կամ ՌՆԹ-ի հաջորդականության մեջ առաջացող փոփոխություններ։
Մենք կարող ենք մեր շրջապատում ևս տեսնել վիրուսների վարիացիան և էվոլյուցիան, եթե իհարկե գիտենք՝ որտեղ փնտրել, օրինակ՝ յուրաքանչյուր տարի ի հայտ եկող գրիպի վիրուսի նոր տեսակները։
Խառնել․ ռեկոմբինացիա
Նախքան կոնկրետ գրիպի օրինակը քննարկելը, արի ուսումնասիրենք՝ ինչպես են վիրուսները ռեկոմբինացիա կոչվող գործընթացի միջոցով փոխանակվում իրենց ԴՆԹ-ի կամ ՌՆԹ-ի հատվածներով։
Սովորաբար ռեկոմբինացիան իրականանում է, երբ երկու վիրուսներ միաժամանակ վարակում են միևնույն բջջին։ Եվ քանի որ երկու վիրուսներն էլ կօգտագործեն բջիջը վիրուսային նոր մասնիկներ առաջացնելու համար, ապա բջջում կգոյանան վիրուսների մեծաքանակ հատվածներ՝ ներառյալ նաև նոր առաջացած գենոմներով, որոնք միաժամանակ կտեղակայվեն միևնույն բջջում։
Այս պայմաններում, ռեկոմբինացիան կարող է տեղի ունենալ երկու տարբեր եղանակներով։ Առաջինը՝ վիրուսային գենոմների միանման հատվածները կարող են կազմել զույգեր և փոխանակվել իրենց հատվածներով՝ ֆիզիկապես առանցնացնելով և վերամիացնելով ԴՆԹ-ի կամ ՌՆԹ-ի տվյալ հատվածները։ Երկրորդ՝ նուկլեինաթթվի միմյանցից տարբերվող հատվածներ պարունակող վիրուսները (փոքրիկ քրոմոսոմների նման) կարող են <<վերադասավորում>> կոչվող գործընթացի միջոցով փոխանավկել այդ հատվածներից որոշներով։
Ռեկոմբինացիան և հարբուխը (<<գրիպը>>)
Հարբուխ (<<գրիպ>>) առաջացնող վիրուսները վերադասավորման վերապետներ են։ Դրանք պարունակում են ՌՆԹ-ի 8 հատվածներ, որոնցից յուրաքանչյուրը կրում է մեկ կամ մի քանի գեներ։start superscript, 4, end superscript
Երբ հարբուխի երկու վիրուսները միաժամանակ վարակում են միևնույն բջջին, դրանում առաջացած նոր վիրուսների մի մասը կարող է կրել հատվածների խառնուրդ (օրինակ՝ Ա տեսակի վիրուսից ստացել է 1-4, իսկ Բ տեսակի վիրուսից՝ 5-8 հատվածները)։
Խոզերը հայտնի են որպես հարբուխի վիրուսների համար <<խառնիչ անոթներ>>։start superscript, 5, end superscript Եվ՛ մարդկանց, և՛ թռչուններին (ինչպես նաև խոզերին) վարակող վիրուսները կարող են ճանաչել, հետևաբար նաև վարակել խոզի բջիջները։start superscript, 6, end superscript Եթե խոզի բջիջներից մեկին միաժամանակ վարակեն երկու տեսակների վիրուսները, ապա այդ բջջում կարող են առաջանալ նոր վիրուսներ, որոնք կպարունակեն մարդու և թռչունների վիրուսների գենետիկական նյութ։
Այսպիսի փոխանակությունը բնության մեջ շատ տարածված է հարբուխի վիրուսների շրջանում։ Օրինակ՝ հիշու՞մ ես 2009 թվականին պանդեմիայի պատճառ դարձած H1N1 (<<խոզի գրիպ>>) վիրուսը։ H1N1 -ը կրում էր մարդու և թռչնի, ինչպես նաև և՛ Հյուսիսային Ամերիկայից, և՛ Ասիայից խոզերի վիրուսների ՌՆԹ-ի հատվածներ։ Այս հավաքածուն քայլ առ քայլ արտացոլում է տարիների ընթացքում տեղի ունեցած վերադասավորությունները, որոնք հանգեցրել են H1N1 վիրուսի առաջացմանը։start superscript, 5, comma, 7, end superscript
Վիրուսային մուտացիաները
Մենք քննարկեցինք, թե ինչպես կարող է ռեկոմբինացիան ազդել վիրուսների էվոլյուցիայի վրա, իսկ ի՞նչ կասես մուտացիաների մասին։ Մուտացիան վիրուսի գենետիկական նյութում (ԴՆԹ-ում կամ ՌՆԹ-ում) մշտական փոփոխությունների առաջացումն է։ Մուտացիան կարող է առաջանալ, եթե վիրուսի ՌՆԹ-ն կամ ԴՆԹ-ն պատճենելիս առաջացել են սխալներ։
Որոշ վիրուսներ ունեն մուտացիաների մեծ հաճախություն, ինչը սովորականից շողում է։ Ընդհանուր առմամբ, ՌՆԹ վիրուսները ունեն մուտացիաների ավելի բարձր հաճախություն, իսկ ԴՆԹ վիրուսները՝ հակառակը։start superscript, 8, end superscript
Իսկ ինչու՞ է դա այդպես։ Հիմնական տարբերությունը կայանում է պատճենման մեխանիզմում։ ԴՆԹ վիրուսների մեծ մասը պատճենում է իր գենետիկական նյութը՝ տեր բջջի ԴՆԹ պոլիմերսղ ֆերմնենտները օգտագործելով, որոնք <<սրբագրում>> են կատարված աշխատանքը (ընթանալով շղթայի վրայով գտնվւմ և շտկում են սխալներ)։ ՌՆԹ վիրուսները փոխարենը, օգտագործում են ՌՆԹ պոլիմերազ կոչվող ֆերմենտներ, որոնք սրբագրում չեն իրականացնում և հետևաբար շատ ավելի շատ սխալներ են թույլ տալիս։start superscript, 9, end superscript
Դեպքի ուսումնասիրում․ ՄԻԱՎ-ի կայունությունը դեղորայի նկատմամբ
Մարդու իմունային անբավարարության վիրուսը (ՄԻԱՎ) ձեռքբերովի իմունային անբավարարության համախտանիշը (ՁԻԱՀ) առաջացնող վիրուսն է։ ՄԻԱՎ-ը ՌՆԹ վիրուս է՝ մուտացիաների բարձր հաճախությամբ, որը արագ և կտրուկ է զարգանում՝ հանգեցնելով դեղորայքի նկատմամբ կայուն տեսակների առաջացման։
ՄԻԱՎ-ի մուտացիայի բարձր հաճախությունը
Քանի որ ՄԻԱՎ-ի նման ՌՆԹ վիրուսները ունեն մուտացիաների բարձր հաճախություն, ՄԻԱՎ-ով վարակված հիվանդի օրգանիզմի ՄԻԱՎ պոպուլյացիայում կհայտնաբերվի մեծ քանակով գենետիկական վարիացիա։ Մուտացիաների մեծ մասը վնասական կլինի և մուտանտ վիրուսները պարզապես <<կմահանան>> (չեն կարողանա վերարտադրվել)։ Այնուամենայնիվ, որոշ մուտացիաներ օգնում են վիրուսներին վերարտադրվել յուրահատուկ պայմաններում։ Օրինակ՝ մուտացիայի արդյունքում կարող է առաջանալ կայունություն դեղանյութի նկատմամբ։start superscript, 10, end superscript
ՄԻԱՎ-ի դեղորայքի նկատմամբ կայունության զարգացումը
Որոշ դեղամիջոցներ կարող են խափանել ՄԻԱՎ վիրուսի ռեպլիկացիան՝ առանցքային վիրուսային ֆերմենտները արգելակելով։ Այսպիսի դեղամիջոցներ օգտագործելով սկզբում հիվանդի օրգանիզմում վիրուսների քանակը կկրճատվի։ Բայց որոշ ժամանակ անց ՄԻԱՎ վիրուսները սովորաբար <<վերադառնում>> են և կրկին հանգեցնում վիրուսային մասնիկների քանակի աճին, չնայած որ դեղանյութը դեռևս առկա է օրգանիզմում։ Այլ կերպ ասած՝ առաջանում է վիրուսի՝ դեղորայքի նկատմամբ կայուն տեսակ։
Որպեսզի հասկանանք՝ ինչու է դա տեղի ունենում, արի ուսումնասիրենք հակավիրուսային դեղամիջոցի հստակ տեսակ՝ հետադարձ տրանսկրիպտազ ֆերմենտի արգելակիչը։ Այսպիսի արգելակիչները, ինչպես օրինակ՝ ստորև տրամագրում ներկայացված նեվիրապինը, ամրանում է հետադարձ տրանսկրիպտազ կոչվող վիրուսային ֆերմենտին (կարմիր-շագանակագույն կառուցվածք)։ Այս դեղանյութը թույլ չի տալիս, որպեսզի ֆերմենտը իրականացնի իր աշխատանքը՝ ՄԻԱՎ վիրուսի ՌՆԹ-ի վերածումը ԴՆԹ-ի։ Եթե այս ֆերմենտը ինակտիվացվի, վիրուսը չի կարողանա անդարձելիորեն վարակել բջջին։
ՄԻԱՎ վիրուսների հիմնական մասը նեվիրապինի ազդեցությամբ դադարում են գործել։ Բայց ՄԻԱՎ-ի պոպուլյացիայի շատ փոքր մասը (պատահականության սկզբունքով) կարող է ունենալ հետադարձ տրանսկրիպտազ ֆերմենտը կոդավորող գենի մուտացիա, որը կհանգեցնի դեղորայքի նկատմամբ կայունության առաջացման։ Օրինակ՝ այն կարող է կրել գենետիկական փոփոխություն, որը կփոխի ֆերմենտի վրա դեղամիջոցի ամրացման մակերեսի կառուցվածքը։ Հետևաբար դեղանյութը այլևս չի կարողանա ամրանալ ֆերմենտին և աևգելակել դրան։
Այս կայունության մուտացիան ունեցող վիրուսները կվերարտադրվեն, չնայած որ օրգանիզմում առկա է դեղանյութը։ Այս տեսակը ժամանակի ընթացքում իր սերունդներով կարող է վերականգնել նախքան դեղանյութի օգտագործումը օրգանիզմում գոյություն ունեցող վիրուսների քանակը։ Բացի դրանից վիրուսների ամբողջ պոպուլյացիան այժմ կայունություն կունենա դեղանյութի նկատմամբ։
ԲԱՀՌԹ կայունությունը դեղանյութերի նկատամամբ
Եթե ՄԻԱՎ-ը կարող է նույնիսկ շրջանցել դեղորայքին, ապա ինչպես կարող ենք կանգնեցնել այդ վիրուսին։ Կարծես թե լավագույնս գործում է կոմբինացված մոտեցումը՝ երբ միաժամանակ հիվանդը ընդունում է երեք կամ ավելի դեղամիջոցներ։ Բուժման այս մոտեցումը կոչվում է Բարձր ակտիվությամբ հակառետրովիրուսային թերապիա կամ կարճ՝ ԲԱՀՌԹ։ ԲԱՀՌՏ <<կոկտեյլի>> շրջանակներում նշանակված դեղերը սովորաբար թիրախավորում են ՄԻԱՎ-ի կենսացիկլի տարբեր մասերը։ start superscript, 12, comma, 13, end superscript
ԲԱՀՌԹ մոտեցումը դրական ազդեցություն է ունենում, քանի որ քիչ հավանական է, որ կգտնվի մի վիրուս, որը միաժամանակ կունենա երեք տարբեր մուտացիաներ, որոնք ձևավորում են կայունություն բոլոր երեք դեղամիջոցների նկատմամբ։ Չնայած, որ ի վերջո միևնույն է առաջանում են բազմակի դեղորայքի նկատամամբ կայունություն ունեցող վիրուսային մասնիկներ, միևնույն է բազմակի դեղորայքով կոմպլեքսը անհամեմատ դանդաղեցնում է կայունության զարգացումը։start superscript, 10, end superscript
ՄԻԱՎ-ի կենսաբանության բնութագի մասին ավելին սովորելու համար, կարող եք ուսումնասիրել վիրուսի կենսացիկլեր հոդվածը։ ՄԻԱՎ-ի և ՁԻԱՀ-ի ախտանշնների, բուժման և կանխարգելման մասին ավելին սովորելու համար կարող եք ուսումնասիրել ՄԻԱՎ և ՁԻԱՀ հոդվածի առողջապահության և բժշկության բաժինները։
Ինչու՞ են վիրուսները այդքան արագ զարգանում
Վիրուսները ավելի արագ են զարգանում, քան մարդիկ։ Ինչու՞ է դա այդպես։
Ինչպես մենք տեսանք ՄԻԱՎ-ի օրինակով որոշ վիրուսներ ունեն մուտացիաների ավելի բարձր հաճախություն, որը օգնում է դրանց ավելի արագ զարգանալ՝ սկզբնական նյութի ավելի շատ վարիացիաներ ապահովելով։ Վիրուսների արագ զարգացմանը նպաստող մյուս երկու գործոններն են պոպուլյացիայի մեծ չափսերը և կյանքի կտրուկ, արագ ընթացող ցիկլը։start superscript, 14, end superscript
Որքան մեծ է պոպուլյացիան, այդքան ավելի մեծ է հավանականությունը, որ այն կկրի որևէ հստակ մուտացիա ունեցող վիրուսային մասնիկ (օրինակ՝ դեղորայքի նկատմամբ կայունության առաջացումը կամ վարակման բարձր մակարդակը), որի միջոցով կարող է գործել նաև բնական ընտրությունը։ Նաև, վիրուսները բավականին արագ են բազմանում, հետևաբար դրանց սերունդները ավելի քիչ ժամանակամիջոցում են զարգանում, քան վարակած օրգանիզմի սերունդները։ Օրինակ՝ ՄԻԱՎ վիրուսը իրականացնում է իր կենսացիկլը 52 ժամվա ընթացքում, որը անհամեմատ քիչ է մարդկանց կենսացիկլի երկար 20 տարիների հետ։start superscript, 15, end superscript
Իսկ ի՞նչ <<զենքեր>> մենք պետք է օգտագործենք արագ զարգացող վիրուսների դեմ պայքարում։ Վարակի տարածման կանխումը, հիվանդության բուժման համար նոր դեղամիջոցների հայտնաբերումը , ինչպես նաև պատվաստանյութերի հայտնաբերումն ու կիրառումը շատ կարևոր ռազմաբարություներ են։
Ուզո՞ւմ ես միանալ խոսակցությանը։
Առայժմ հրապարակումներ չկան։