Вирус — это крошечный инфекционный агент , который размножается внутри клеток живых хозяев . При заражении клетка-хозяин вынуждена быстро производить тысячи идентичных копий исходного вируса. В отличие от большинства живых существ , вирусы не имеют клеток, которые делятся; новые вирусы собираются в инфицированной клетке-хозяине. Но в отличие от более простых инфекционных агентов, таких как прионы , они содержат гены , которые позволяют им мутировать и развиваться. Из миллионов видов вирусов, существующих в окружающей среде, было подробно описано более 4800. Их происхождение неясно : некоторые, возможно, произошли от плазмид — фрагментов ДНК, которые могут перемещаться между клетками, — в то время как другие, возможно, произошли от бактерий .
Вирусы состоят из двух или трех частей. Все включают гены . Эти гены содержат закодированную биологическую информацию вируса и построены либо из ДНК , либо из РНК . Все вирусы также покрыты белковой оболочкой для защиты генов. Некоторые вирусы также могут иметь оболочку из жироподобного вещества , которая покрывает белковую оболочку и делает их уязвимыми для мыла. Вирус с этой «вирусной оболочкой» использует ее — вместе со специфическими рецепторами — для проникновения в новую клетку-хозяина. Вирусы различаются по форме от простой спиральной и икосаэдрической до более сложных структур. Размер вирусов варьируется от 20 до 300 нанометров ; для того, чтобы растянуться до 1 сантиметра (0,4 дюйма), потребуется от 33 000 до 500 000 таких вирусов, расположенных бок о бок.
Вирусы распространяются многими способами. Хотя многие из них очень специфичны в отношении того, какой вид хозяина или ткань они атакуют, каждый вид вируса полагается на определенный метод для своего копирования. Вирусы растений часто распространяются от растения к растению насекомыми и другими организмами , известными как векторы . Некоторые вирусы людей и других животных распространяются через контакт с инфицированными жидкостями организма. Вирусы, такие как грипп, распространяются по воздуху через капельки влаги, когда люди кашляют или чихают. Вирусы, такие как норовирус, передаются фекально-оральным путем , что подразумевает загрязнение рук, пищи и воды. Ротавирус часто распространяется при прямом контакте с инфицированными детьми. Вирус иммунодефицита человека, ВИЧ , передается через жидкости организма, передаваемые во время секса. Другие, такие как вирус денге , распространяются кровососущими насекомыми .
Вирусы, особенно те, которые состоят из РНК, могут быстро мутировать , давая начало новым типам. Хозяева могут иметь слабую защиту от таких новых форм. Например, вирус гриппа часто меняется, поэтому каждый год требуется новая вакцина . Серьезные изменения могут вызывать пандемии , как в случае со свиным гриппом 2009 года , который распространился на большинство стран. Часто эти мутации происходят, когда вирус впервые заражает других животных-хозяев. Некоторые примеры таких «зоонозных» заболеваний включают коронавирус у летучих мышей и грипп у свиней и птиц до того, как эти вирусы были переданы людям .
Вирусные инфекции могут вызывать заболевания у людей, животных и растений. У здоровых людей и животных инфекции обычно устраняются иммунной системой , которая может обеспечить хозяину пожизненный иммунитет к этому вирусу. Антибиотики , которые действуют против бактерий, не оказывают никакого воздействия, но противовирусные препараты могут лечить опасные для жизни инфекции. Те вакцины, которые вырабатывают пожизненный иммунитет, могут предотвратить некоторые инфекции.
Вирусный глоссарий |
---|
В 1884 году французский микробиолог Шарль Шамберлан изобрел фильтр Шамберлана (или фильтр Шамберлана–Пастера), который содержит поры меньше, чем бактерии . Затем он мог пропускать раствор, содержащий бактерии, через фильтр и полностью удалять их. В начале 1890-х годов русский биолог Дмитрий Ивановский использовал этот метод для изучения того, что стало известно как вирус табачной мозаики . Его эксперименты показали, что экстракты из измельченных листьев зараженных растений табака остаются инфекционными после фильтрации. [2]
В то же время несколько других ученых показали, что, хотя эти агенты (позже названные вирусами) отличались от бактерий и были примерно в сто раз меньше, они все равно могли вызывать заболевания. В 1899 году голландский микробиолог Мартинус Бейеринк заметил, что агент размножался только в делящихся клетках . Он назвал его «заразной живой жидкостью» ( лат . contagium vivum fluidum ) — или «растворимым живым микробом», потому что не смог найти никаких частиц, похожих на микробы. [3] В начале 20-го века английский бактериолог Фредерик Творт открыл вирусы, которые заражают бактерии, [4] а франко-канадский микробиолог Феликс д'Эрелль описал вирусы, которые при добавлении к бактериям, растущим на агаре , приводили к образованию целых областей мертвых бактерий. Подсчет этих мертвых областей позволил ему подсчитать количество вирусов в суспензии. [5]
Изобретение электронного микроскопа в 1931 году принесло первые изображения вирусов. [6] В 1935 году американский биохимик и вирусолог Уэнделл Мередит Стэнли исследовал вирус табачной мозаики (ВТМ) и обнаружил, что он в основном состоит из белка . [7] Вскоре было показано, что этот вирус состоит из белка и РНК . [8] Розалинд Франклин разработала рентгеновские кристаллографические изображения и определила полную структуру ВТМ в 1955 году. [9] Франклин подтвердила, что вирусные белки образуют спиральную полую трубку, обернутую РНК, а также показала, что вирусная РНК представляет собой одну цепь, а не двойную спираль, как ДНК. [10]
Проблема для ранних ученых заключалась в том, что они не знали, как выращивать вирусы без использования живых животных. Прорыв произошел в 1931 году, когда американские патологи Эрнест Уильям Гудпасчер и Элис Майлз Вудрафф вырастили грипп и несколько других вирусов в оплодотворенных куриных яйцах. [11] Некоторые вирусы невозможно было выращивать в куриных яйцах. Эта проблема была решена в 1949 году, когда Джон Франклин Эндерс , Томас Хакль Уэллер и Фредерик Чепмен Роббинс вырастили вирус полиомиелита в культурах живых животных клеток. [12] Более 4800 видов вирусов были подробно описаны . [1]
Вирусы сосуществуют с жизнью, где бы она ни встречалась. Вероятно, они существовали с тех пор, как впервые появились живые клетки. Их происхождение остается неясным, поскольку они не окаменевают , поэтому молекулярные методы были лучшим способом выдвинуть гипотезу о том, как они возникли. Эти методы основаны на наличии древней вирусной ДНК или РНК, но большинство вирусов, которые были сохранены и хранятся в лабораториях, имеют возраст менее 90 лет. [13] [14] Молекулярные методы были успешны только в отслеживании происхождения вирусов, которые эволюционировали в 20 веке. [15] Новые группы вирусов могли неоднократно появляться на всех этапах эволюции жизни. [16] Существует три основные теории о происхождении вирусов: [16] [17]
Все эти теории имеют свои проблемы. Регрессивная гипотеза не объясняет, почему даже самые маленькие из клеточных паразитов не похожи на вирусы. Гипотеза побега или клеточного происхождения не объясняет наличие уникальных структур у вирусов, которые не появляются в клетках. Коэволюция, или гипотеза «сначала вирус», противоречит определению вирусов, поскольку вирусы зависят от клеток-хозяев. [20] [21] Кроме того, вирусы признаны древними и имеют происхождение, которое предшествует расхождению жизни на три домена . [22] Это открытие заставило современных вирусологов пересмотреть и переоценить эти три классические гипотезы. [16] [22]
Вирусная частица, также называемая вирионом , состоит из генов, созданных из ДНК или РНК, которые окружены защитной оболочкой белка, называемой капсидом . [23] Капсид состоит из множества более мелких, идентичных белковых молекул, называемых капсомерами . Расположение капсомеров может быть икосаэдрическим (20-гранным), спиральным или более сложным. Вокруг ДНК или РНК есть внутренняя оболочка, называемая нуклеокапсидом , состоящая из белков. Некоторые вирусы окружены пузырьком липида (жира), называемым оболочкой , что делает их уязвимыми для мыла и спирта. [24]
Вирусы являются одними из самых маленьких инфекционных агентов и слишком малы, чтобы их можно было увидеть с помощью светового микроскопа ; большинство из них можно увидеть только с помощью электронного микроскопа . Их размеры варьируются от 20 до 300 нанометров ; потребовалось бы от 30 000 до 500 000 из них, расположенных бок о бок, чтобы растянуться до одного сантиметра (0,4 дюйма). [23] Для сравнения, бактерии обычно имеют диаметр около 1000 нанометров (1 микрометр), а клетки-хозяева высших организмов обычно имеют диаметр в несколько десятков микрометров . Некоторые вирусы, такие как мегавирусы и пандоравирусы, являются относительно крупными вирусами. Эти вирусы, поражающие амебы , размером около 1000 нанометров были обнаружены в 2003 и 2013 годах. [25] [26] Они примерно в десять раз шире (и, следовательно, в тысячу раз больше по объему), чем вирусы гриппа , и открытие этих «гигантских» вирусов поразило ученых. [27]
Гены вирусов состоят из ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты) и, во многих вирусах, из РНК (рибонуклеиновой кислоты). Биологическая информация, содержащаяся в организме, закодирована в его ДНК или РНК. Большинство организмов используют ДНК, но многие вирусы имеют РНК в качестве своего генетического материала. ДНК или РНК вирусов состоят либо из одной нити, либо из двойной спирали. [28]
Вирусы могут быстро размножаться, поскольку у них относительно мало генов. Например, у вируса гриппа всего восемь генов, а у ротавируса — одиннадцать. Для сравнения, у людей их 20 000–25 000. Некоторые вирусные гены содержат код для создания структурных белков, которые формируют вирусную частицу. Другие гены создают неструктурные белки, которые находятся только в клетках, инфицированных вирусом. [29] [30]
Все клетки и многие вирусы производят белки, которые являются ферментами , управляющими химическими реакциями. Некоторые из этих ферментов, называемые ДНК-полимеразой и РНК-полимеразой , создают новые копии ДНК и РНК. Ферменты полимеразы вируса часто гораздо более эффективны в создании ДНК и РНК, чем эквивалентные ферменты клеток-хозяев, [31] но вирусные ферменты РНК-полимеразы подвержены ошибкам, заставляя РНК-вирусы мутировать и формировать новые штаммы. [32]
У некоторых видов РНК-вирусов гены не находятся на непрерывной молекуле РНК, а разделены. Например, вирус гриппа имеет восемь отдельных генов, состоящих из РНК. Когда два разных штамма вируса гриппа заражают одну и ту же клетку, эти гены могут смешиваться и производить новые штаммы вируса в процессе, называемом реассортацией . [33]
Белки необходимы для жизни. Клетки производят новые молекулы белка из аминокислотных строительных блоков на основе информации, закодированной в ДНК. Каждый тип белка является специалистом, который обычно выполняет только одну функцию, поэтому, если клетке нужно сделать что-то новое, она должна создать новый белок. Вирусы заставляют клетку создавать новые белки, которые клетке не нужны, но необходимы для размножения вируса. Синтез белка состоит из двух основных этапов: транскрипции и трансляции . [34]
Транскрипция — это процесс, в котором информация в ДНК, называемая генетическим кодом , используется для создания копий РНК, называемых матричной РНК (мРНК). Они мигрируют по клетке и переносят код в рибосомы , где он используется для создания белков. Это называется трансляцией, потому что аминокислотная структура белка определяется кодом мРНК. Таким образом, информация переводится с языка нуклеиновых кислот на язык аминокислот. [34]
Некоторые нуклеиновые кислоты РНК-вирусов функционируют непосредственно как мРНК без дальнейшей модификации. По этой причине эти вирусы называются вирусами РНК с положительным смыслом. [35] В других РНК-вирусах РНК является дополнительной копией мРНК, и эти вирусы полагаются на фермент клетки или свой собственный фермент для создания мРНК. Их называют вирусами РНК с отрицательным смыслом . У вирусов, созданных из ДНК, метод производства мРНК аналогичен методу производства клетки. Виды вирусов, называемые ретровирусами, ведут себя совершенно иначе: у них есть РНК, но внутри клетки-хозяина ДНК-копия их РНК создается с помощью фермента обратной транскриптазы . Затем эта ДНК включается в собственную ДНК хозяина и копируется в мРНК обычными путями клетки. [36]
Когда вирус заражает клетку, он заставляет ее производить еще тысячи вирусов. Он делает это, заставляя клетку копировать ДНК или РНК вируса, создавая вирусные белки, которые все собираются вместе, чтобы сформировать новые вирусные частицы. [37]
Жизненный цикл вирусов в живых клетках состоит из шести основных, перекрывающихся стадий: [38]
Вирусы оказывают широкий спектр структурных и биохимических эффектов на клетку-хозяина. [39] Они называются цитопатическими эффектами . [40] Большинство вирусных инфекций в конечном итоге приводят к смерти клетки-хозяина. Причинами смерти являются лизис клетки (разрыв), изменения поверхностной мембраны клетки и апоптоз («самоубийство» клетки). [41] Часто смерть клетки вызвана прекращением ее нормальной активности из-за белков, продуцируемых вирусом, не все из которых являются компонентами вирусной частицы. [42]
Некоторые вирусы не вызывают видимых изменений в инфицированной клетке. Клетки, в которых вирус находится в латентном (неактивном) состоянии, проявляют мало признаков инфекции и часто функционируют нормально. [43] Это вызывает постоянные инфекции, и вирус часто находится в состоянии покоя в течение многих месяцев или лет. Это часто случается с вирусами герпеса . [44] [45]
Некоторые вирусы, такие как вирус Эпштейна-Барр , часто заставляют клетки размножаться, не вызывая злокачественных новообразований ; [46] но некоторые другие вирусы, такие как вирус папилломы , являются установленной причиной рака. [47] Когда ДНК клетки повреждается вирусом таким образом, что клетка не может восстановить себя, это часто запускает апоптоз. Одним из результатов апоптоза является разрушение поврежденной ДНК самой клеткой. У некоторых вирусов есть механизмы, ограничивающие апоптоз, так что клетка-хозяин не умирает до того, как будут произведены вирусы-потомки; ВИЧ , например, делает это. [48]
Существует много способов, которыми вирусы распространяются от хозяина к хозяину, но каждый вид вируса использует только один или два. Многие вирусы, которые заражают растения, переносятся организмами ; такие организмы называются векторами . Некоторые вирусы, которые заражают животных, включая людей, также распространяются векторами, обычно кровососущими насекомыми, но прямая передача встречается чаще. Некоторые вирусные инфекции, такие как норовирус и ротавирус , распространяются через зараженную пищу и воду, руки и общественные предметы , а также через интимный контакт с другим инфицированным человеком, в то время как другие, такие как вирусы SARS-CoV-2 и гриппа, передаются воздушно-капельным путем. Такие вирусы, как ВИЧ, гепатит В и гепатит С, часто передаются через незащищенный секс или зараженные иглы для подкожных инъекций . Чтобы предотвратить инфекции и эпидемии, важно знать, как распространяется каждый отдельный вид вируса. [49]
Распространенные заболевания человека, вызываемые вирусами, включают простуду , грипп , ветряную оспу и герпес . Серьезные заболевания, такие как лихорадка Эбола и СПИД, также вызываются вирусами. [50] Многие вирусы вызывают мало или вообще не вызывают заболеваний и считаются «доброкачественными». Более вредные вирусы описываются как вирулентные . [51] Вирусы вызывают различные заболевания в зависимости от типов клеток, которые они заражают. Некоторые вирусы могут вызывать пожизненные или хронические инфекции, при которых вирусы продолжают размножаться в организме, несмотря на защитные механизмы хозяина. [52] Это распространено при инфекциях вируса гепатита В и вируса гепатита С. Люди, хронически инфицированные вирусом, известны как носители. Они служат важными резервуарами вируса. [53] [54]
Если доля носителей в данной популяции достигает определенного порога, то заболевание считается эндемичным . [55] До появления вакцинации вирусные инфекции были обычным явлением, и вспышки происходили регулярно. В странах с умеренным климатом вирусные заболевания обычно носят сезонный характер. Полиомиелит , вызываемый полиовирусом , часто возникал в летние месяцы. [56] Напротив, простуда, грипп и ротавирусные инфекции обычно являются проблемой в зимние месяцы. [57] [58] Другие вирусы, такие как вирус кори , регулярно вызывали вспышки каждые три года. [59] В развивающихся странах вирусы, вызывающие респираторные и кишечные инфекции, распространены в течение всего года. Вирусы, переносимые насекомыми, являются частой причиной заболеваний в этих условиях. Например, вирусы Зика и денге передаются самками комаров Aedes, которые кусают людей, особенно в сезон размножения комаров. [60]
Хотя вирусные пандемии — редкие события, ВИЧ, который произошел от вирусов, обнаруженных у обезьян и шимпанзе, стал пандемией по крайней мере с 1980-х годов. [62] В течение 20-го века было четыре пандемии, вызванные вирусом гриппа, и те, что произошли в 1918, 1957 и 1968 годах, были серьезными. [63] До ее искоренения оспа была причиной пандемий более 3000 лет. [64] На протяжении всей истории миграция людей способствовала распространению пандемических инфекций: сначала по морю, а в наше время также по воздуху. [65]
За исключением оспы, большинство пандемий вызваны недавно возникшими вирусами. Эти «возникшие» вирусы обычно являются мутантами менее вредоносных вирусов, которые ранее циркулировали либо среди людей, либо среди других животных. [66]
Тяжелый острый респираторный синдром (ТОРС) и ближневосточный респираторный синдром (MERS) вызваны новыми типами коронавирусов . Известно, что другие коронавирусы вызывают легкие инфекции у людей, [67] поэтому вирулентность и быстрое распространение инфекций ТОРС, которые к июлю 2003 года стали причиной около 8000 случаев и 800 смертей, были неожиданными, и большинство стран не были готовы. [68]
Родственный коронавирус появился в Ухане , Китай, в ноябре 2019 года и быстро распространился по всему миру. Считается, что он возник у летучих мышей и впоследствии назван тяжелым острым респираторным синдромом коронавируса 2 , инфекции этим вирусом вызывают заболевание под названием COVID-19 , которое варьируется по степени тяжести от легкого до смертельного, [69] и привело к пандемии в 2020 году . [61] [70] [71] Были введены беспрецедентные в мирное время ограничения на международные поездки, [72] а также введен комендантский час в нескольких крупных городах по всему миру. [73]
Существует много типов вирусов растений , но часто они вызывают только снижение урожайности , и экономически невыгодно пытаться контролировать их. Вирусы растений часто распространяются от растения к растению организмами, называемыми « переносчиками ». Обычно это насекомые, но некоторые грибы , нематоды и одноклеточные организмы также являются переносчиками. Когда контроль за инфекциями вирусов растений считается экономически выгодным (например, многолетние фрукты), усилия концентрируются на уничтожении переносчиков и удалении альтернативных хозяев, таких как сорняки. [74] Вирусы растений безвредны для людей и других животных, поскольку они могут размножаться только в живых клетках растений. [75]
Бактериофаги — это вирусы, которые заражают бактерии и археи . [76] Они важны в морской экологии : когда инфицированные бактерии взрываются, углеродные соединения высвобождаются обратно в окружающую среду, что стимулирует новый органический рост. Бактериофаги полезны в научных исследованиях, поскольку они безвредны для человека и могут быть легко изучены. Эти вирусы могут быть проблемой в отраслях, которые производят продукты питания и лекарства путем ферментации и зависят от здоровых бактерий. Некоторые бактериальные инфекции становится трудно контролировать с помощью антибиотиков, поэтому растет интерес к использованию бактериофагов для лечения инфекций у людей. [77]
Животные, включая людей, имеют множество естественных защит от вирусов. Некоторые из них неспецифичны и защищают от многих вирусов независимо от типа. Этот врожденный иммунитет не улучшается при повторном воздействии вирусов и не сохраняет «память» об инфекции. Кожа животных, особенно ее поверхность, которая состоит из мертвых клеток, предотвращает заражение хозяина многими типами вирусов. Кислотность содержимого желудка уничтожает многие проглоченные вирусы. Когда вирус преодолевает эти барьеры и попадает в хозяина, другие врожденные защиты предотвращают распространение инфекции в организме. Специальный гормон, называемый интерфероном, вырабатывается организмом при наличии вирусов, и это останавливает размножение вирусов, убивая инфицированные клетки и их ближайших соседей. Внутри клеток находятся ферменты, которые разрушают РНК вирусов. Это называется РНК-интерференцией . Некоторые клетки крови поглощают и уничтожают другие инфицированные вирусом клетки. [78]
Специфический иммунитет к вирусам развивается со временем, и белые кровяные клетки, называемые лимфоцитами, играют центральную роль. Лимфоциты сохраняют «память» о вирусных инфекциях и производят множество специальных молекул, называемых антителами . Эти антитела прикрепляются к вирусам и не дают вирусу заражать клетки. Антитела очень избирательны и атакуют только один тип вируса. Организм вырабатывает много различных антител, особенно во время первоначальной инфекции. После того, как инфекция стихает, некоторые антитела остаются и продолжают вырабатываться, обычно давая хозяину пожизненный иммунитет к вирусу. [79]
Растения обладают сложными и эффективными механизмами защиты от вирусов. Одним из наиболее эффективных является наличие так называемых генов устойчивости (R) . Каждый ген R придает устойчивость к определенному вирусу, вызывая локализованные области гибели клеток вокруг инфицированной клетки, которые часто можно увидеть невооруженным глазом в виде больших пятен. Это останавливает распространение инфекции. [80] РНК-интерференция также является эффективной защитой у растений. [81] Когда они инфицированы, растения часто вырабатывают естественные дезинфицирующие вещества, которые уничтожают вирусы, такие как салициловая кислота , оксид азота и реактивные молекулы кислорода . [82]
Основной способ защиты бактерий от бактериофагов — это выработка ферментов, которые разрушают чужеродную ДНК. Эти ферменты, называемые эндонуклеазами рестрикции , разрезают вирусную ДНК, которую бактериофаги вводят в бактериальные клетки. [83]
Вакцины имитируют естественную инфекцию и связанный с ней иммунный ответ, но не вызывают заболевание. Их использование привело к искоренению оспы и резкому снижению заболеваемости и смертности, вызванных такими инфекциями, как полиомиелит , корь , свинка и краснуха . [84] Существуют вакцины для предотвращения более четырнадцати вирусных инфекций у людей [85] и еще больше вакцин используются для предотвращения вирусных инфекций у животных. [86] Вакцины могут состоять как из живых, так и из убитых вирусов. [87] Живые вакцины содержат ослабленные формы вируса, но эти вакцины могут быть опасны, если их вводить людям со слабым иммунитетом . У этих людей ослабленный вирус может вызвать исходное заболевание. [88] Биотехнологии и методы генной инженерии используются для производства «дизайнерских» вакцин, которые содержат только капсидные белки вируса. Вакцина против гепатита В является примером этого типа вакцины. [89] Эти вакцины безопаснее, потому что они никогда не могут вызвать заболевание. [87]
С середины 1980-х годов разработка противовирусных препаратов быстро возросла, в основном из-за пандемии СПИДа. Противовирусные препараты часто являются аналогами нуклеозидов , которые маскируются под строительные блоки ДНК ( нуклеозиды ). Когда начинается репликация вирусной ДНК, некоторые из поддельных строительных блоков используются. Это предотвращает репликацию ДНК, поскольку у препаратов отсутствуют основные характеристики, которые позволяют формировать цепочку ДНК. Когда производство ДНК прекращается, вирус больше не может размножаться. [90] Примерами аналогов нуклеозидов являются ацикловир для лечения инфекций вируса герпеса и ламивудин для лечения инфекций вируса ВИЧ и гепатита В. Ацикловир является одним из старейших и наиболее часто назначаемых противовирусных препаратов. [91]
Другие противовирусные препараты нацелены на различные стадии жизненного цикла вируса. ВИЧ зависит от фермента, называемого протеазой ВИЧ-1 , чтобы вирус стал инфекционным. Существует класс препаратов, называемых ингибиторами протеазы , которые связываются с этим ферментом и останавливают его функционирование. [92]
Гепатит С вызывается РНК-вирусом. У 80% инфицированных болезнь становится хронической , и они остаются заразными до конца своей жизни, если их не лечить. Существуют эффективные методы лечения, использующие противовирусные препараты прямого действия . [93] Методы лечения хронических носителей вируса гепатита В были разработаны по аналогичной стратегии с использованием ламивудина и других противовирусных препаратов. При обоих заболеваниях препараты останавливают размножение вируса, а интерферон убивает все оставшиеся инфицированные клетки. [94]
ВИЧ-инфекции обычно лечатся комбинацией противовирусных препаратов, каждый из которых нацелен на определенную стадию жизненного цикла вируса. Есть препараты, которые не дают вирусу прикрепляться к клеткам, другие являются аналогами нуклеозидов, а некоторые отравляют ферменты вируса, необходимые ему для размножения. Успех этих препаратов является доказательством важности знания того, как размножаются вирусы. [92]
Вирусы являются наиболее распространенной биологической сущностью в водной среде; [95] одна чайная ложка морской воды содержит около десяти миллионов вирусов, [96] и они необходимы для регулирования соленой и пресноводной экосистемы. [97] Большинство из них являются бактериофагами, [98] которые безвредны для растений и животных. Они заражают и уничтожают бактерии в водных микробных сообществах, и это самый важный механизм рециркуляции углерода в морской среде. Органические молекулы, высвобождаемые вирусами из бактериальных клеток, стимулируют новый рост бактерий и водорослей. [99]
Микроорганизмы составляют более 90% биомассы в море. По оценкам, вирусы убивают около 20% этой биомассы каждый день, и в океанах вирусов в пятнадцать раз больше, чем бактерий и архей. Они в основном ответственны за быстрое уничтожение вредоносного цветения водорослей , [100] которое часто убивает другие морские организмы. [101] Количество вирусов в океанах уменьшается дальше от берега и глубже в воду, где меньше организмов-хозяев. [102]
Их воздействие имеет далеко идущие последствия: увеличивая объем дыхания в океанах, вирусы косвенно ответственны за сокращение количества углекислого газа в атмосфере примерно на 3 гигатонны углерода в год. [102]
Морские млекопитающие также подвержены вирусным инфекциям. В 1988 и 2002 годах тысячи тюленей погибли в Европе от вируса чумы плотоядных . [103] Многие другие вирусы, включая калицивирусы, герпесвирусы, аденовирусы и парвовирусы, циркулируют в популяциях морских млекопитающих. [102]
Вирусы также могут служить альтернативным источником пищи для микроорганизмов, которые занимаются виротворчеством , поставляя нуклеиновые кислоты, азот и фосфор посредством их потребления. [104] [105]