Как выглядит вирус — морфология и структура¶
Вирус — это неклеточная инфекционная частица (вирион), состоящая из нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК), заключённой в белковую оболочку — капсид, а у части вирусов — в липидную мембрану, полученную от клетки хозяина. Размеры вирусов измеряются в нанометрах: от ~20 нм (парвовирусы) до ~1500 нм (пандоравирусы), что делает их невидимыми в обычный оптический микроскоп. Внешний вид вирусов чрезвычайно разнообразен и включает сферические, палочковидные, икосаэдрические и сложные формы.
¶Размеры и масштаб
Вирусы — одни из самых мельчайших биологических объектов. Бактерии имеют размеры 1–10 мкм, тогда как большинство вирусов находится в диапазоне 20–300 нм. Для сравнения: диаметр человеческого эритроцита около 7 мкм, что примерно в 30–500 раз больше типичного вируса. Из-за таких размеров вирусы видны только с помощью электронного микроскопа — световой микроскоп даёт разрешение около 200 нм, что недостаточно для детального изучения вирусных частиц.
¶Основные формы вирусов
¶Икосаэдрические
Наиболее распространённая форма — икосаэдр (20-гранник), построенная по принципу трёхмерного тетраэдрального повторения. Капсид состоит из повторяющихся субъединиц — капсомеров, обычно из 60 или кратного ему числа белковых молекул. Такую форму имеют аденовирусы, вирусы герпеса, полиомиелита, ротавирусы. Визуально под электронным микроскопом они выглядят как правильные многогранники с чёткими гранями.
¶Спиральные (цилиндрические)
Нуклеокапсид вируса свёрнут в спираль, формируя вытянутую палочковидную структуру. Пример — табачная мозаика, первый открытый вирус (1892 год, Дмитрий Ивановский). Вирус гриппа и вирус бешенства также имеют спиральный нуклеокапсид, заключённый в оболочку, из-за чего приобретают овоидную или «грибовидную» форму.
¶Сложные (бактериофаги)
Самые известные сложные формы — у бактериофагов, вирусов бактерий. Они состоят из икосаэдрической головки (где упакована ДНК), цилиндрического хвоста и базальной пластинки с длинными волокнами-«ножками», служащими для прикрепления к клетке. Внешне напоминают лунный посадочный модуль. Такое строение было впервые детально описано электронной микроскопией в 1940–1950-х годах.
¶Оболочечные вирусы
Часть вирусов окружена липидной мембраной (суперкапсидом), полученной от клетки хозяина при выходе вируса из клетки. На мембране расположены гликопroteinовые шипы (спайки), придающие вирусу вид «шарика с иголками». Так выглядят вирусы гриппа, ВИЧ, коронавирусы, герпес-вирусы. Шипы отвечают за связывание с рецепторами клетки и являются главными мишенями иммунного ответа.
¶Строение вирусной частицы
| Компонент | Описание |
|---|---|
| Геном | ДНК или РНК, линейная или кольцевая, одно- или двухцепочечная |
| Капсид | Белковая оболочка, защищающая нуклеиновую кислоту |
| Суперкапсид | Липидная мембрана (не у всех вирусов) |
| Спайки | Гликопротеиновые выросты на поверхности |
| Ферменты | Полимеразы, обратная транскриптаза, нейраминидаза и др. |
¶Как вирусы выглядят под электронным микроскопом
При электронной микроскопии вирусы визуализируются в двух основных режимах: теневое напыление (частицы платины или золота наносятся сбоку, создавая тень) и отрицательное контрастирование (раствор уранила ацетата заполняет пространство вокруг частицы, делая её светлой на тёмном фоне). Микрофотографии вирусов гриппа, ВИЧ и бактериофагов стали одними из самых узнаваемых изображений в биологии.
¶Примеры конкретных вирусов
- Вирус гриппа — сферическая частица 80–120 нм с шипами гемагглютинина и нейраминидазы на поверхности.
- SARS-CoV-2 — сферический вирус диаметром 60–140 нм с характерными «коронными» шипами белка S.
- ВИЧ — сферическая оболочечная частица 100–120 нм с конусообразным нуклеокапсидом внутри.
- Бактериофаг Т4 — сложная структура с головкой 90×50 нм и хвостом длиной 100 нм.
- Вирус табачной мозаики — жёсткая палочка 300×18 нм, состоящая из спирально уложенных капсомеров.
¶Видимость невооружённым глазом
Невооружённым глазом вирусы не видны ни при каких условиях. Однако при очень высокой концентрации вирусные частицы могут образовывать агрегаты, различимые как мутность раствора или налёт на поверхности бактериальных колоний (бляшки). Молекулярные модели вирусов, построенные по данным криоэлектронной микроскопии, широко используются в научной литературе и публичной коммуникации.
Источники:
- Медведева Н. И. «Общая вирусология»
- Флекенштейн А., Бьёрк Д. «Вирусы человека»
- Flint S. J. et al. «Principles of Virology»
- Дуус П., Фишер М., Хансен Р. «Вирусы и болезни»