Молекуля́рная биоло́гия — наука, академическая дисциплина, раздел биологии, изучающий структуру, взаимодействие молекул и макромолекулярных систем, участвующих в биологических процессах живых организмов, молекулярные основы наследственности и синтеза белка.
Бактериофа́ги, или фа́ги (от др.-греч. φᾰ́γω — «пожираю»), — вирусы, заражающие бактериальные клетки. Ранее бактериофагами называли и вирусы архей, однако в настоящее время этот термин принято относить исключительно к бактериальным вирусам. Бактериофаги, как и любые иные вирусы, размножаются внутри клетки хозяина. Высвобождение потомства большинства бактериофагов происходит путём лизиса инфицированной бактериальной клетки, однако при размножении бактериофагов некоторых групп, например, нитчатых фагов, выход вирусных частиц происходит без разрушения клетки, которая сохраняет свою жизнеспособность. Вирусная частица или вирион бактериофага состоит из оболочки, как правило белковой, и генетического материала — одноцепочечной или двуцепочечной нуклеиновой кислоты (ДНК или, реже, РНК). Общая численность бактериофагов в большинстве природных местообитаний примерно равна численности бактерий или превышает ее в 2—10 раз, при этом общее количество фаговых частиц в биосфере Земли составляет 1030—1032 частиц. Бактериофаги активно участвуют в круговороте химических веществ и энергии, оказывают заметное влияние на состав, динамику и активность микробных сообществ, влияют на эволюцию микробов, на их взаимодействия между собой и с многоклеточными организмами и даже участвуют в контроле экспрессии собственных генов микроорганизмов. У бактерий существует также большое число генетических элементов и кодируемых ими молекулярных структур, имеющих общее происхождение с бактериофагами, «приспособленных» микробами для тех или иных собственных нужд: дефектные профаги, бактериоцины типов R и F, AFP-профаги (от англ. antifeeding prophage — профаги, препятствующие питанию), системы секреции VI типа (T6SS), сократимые системы, ассоциированные с метаморфозом (MAC), агенты переноса генов (GTA — gene tranfer agents) и другие. Бактериофаги, а также антивирусные (противофаговые) системы бактерий послужили источником большей части инструментария современной генетической инженерии и ряда других технологий.
Ви́рус — неклеточный инфекционный агент, который может воспроизводиться только внутри клеток. Вирусы поражают все типы организмов, от растений и животных до бактерий и архей. Обнаружены также вирусы, способные реплицироваться только в присутствии других вирусов (вирусы-сателлиты).
Капси́д — внутренняя оболочка вируса, состоящая из белков. Структурной субъединицей капсида является капсомер. Капсид выполняет несколько функций:
- защита генетического материала вируса от механических, физических и химических повреждений. Так, капсид защищает геном вируса от значительных перепадов pH и воздействия нуклеолитических энзимов. От характеристик капсида зависит и устойчивость вируса к воздействию жёсткого излучения и температуры;
- определение потенциала к заражению клетки;
- на начальных стадиях заражения клетки — прикрепление к клеточной мембране, разрыв мембраны и внедрение в клетку генетического материала вируса.
Рекомбинация — перераспределение генетического материала путём разрыва и соединения разных молекул, приводящее к появлению новых комбинаций генов или других нуклеотидных последовательностей. В широком смысле слова включает в себя не только рекомбинацию между молекулами ДНК, но и перекомбинацию (сортировку) генетического материала на уровне целых хромосом или ядер, а также обмен плазмидами между клетками.
Эксперимент Херши—Чейз — классический эксперимент в истории биологии, который доказал, что генетическая информация находится в ДНК. Эксперимент состоял из серии опытов, которые были проведены в 1952 году американскими генетиками Алфредом Херши и Мартой Чейз. Хотя ДНК была известна ещё с 1869 года, ко времени эксперимента многие учёные считали, что наследственная информация находится в белках.
Herpesvirales — порядок вирусов, представители которого имеют сходное строение, крупный линейный геном, представленный двуцепочечной ДНК, находится внутри икосаэдрического капсида (T=16) покрытого белковым тегументом и липидной оболочкой, в которой расположены мембранные белки.
Caudovirales — порядок ДНК-содержащих вирусов-бактериофагов, вирионы которых имеют икосаэдрическую форму головки и спиральный хвост.
Миовирусы — нетаксономическая группа бактериофагов класса Caudoviricetes со сходной морфологией. Исторически рассматривалась как семейство. Размножение этих вирусов происходит в клетках бактерий и архей.
РНК-зависимая РНК-полимераза, или РНК репликаза — фермент, катализирующий репликацию РНК. Использование РНК в качестве матрицы принципиально отличает РНК репликазу от более распространенной среди современных живых организмов ДНК-зависимой РНК-полимеразы, которая катализирует транскрипцию.
Все известные на данный момент ви́русы архе́й имеют геномы, представленные ДНК: одноцепочечной или двухцепочечной, кольцевой или линейной. Недавно, однако, в горячих источниках Йеллоустонского национального парка, которые населены почти исключительно видом архей Sulfolobus solfataricus, с помощью метагеномики обнаружили вирусный РНК-геном, отдалённо напоминающий эукариотические РНК-содержащие вирусы, поэтому, возможно, существуют и РНК-содержащие вирусы архей.
РНК-содержащие вирусы — вирусы, геном которых представлен рибонуклеиновой кислотой. Обычно она одноцепочечная (оцРНК), но может быть и двуцепочечной (дцРНК). Наиболее серьёзными заболеваниями человека, вызываемыми РНК-вирусами, являются геморрагическая лихорадка Эбола, ТОРС, COVID-19, бешенство, простуда, грипп, гепатит C, гепатит E, лихорадка Западного Нила, полиомиелит и корь.
Duplodnaviria (лат.) — реалм ДНК-содержащих вирусов, по состоянию на 2023 год включающий единственное царство Heunggongvirae. Выделение данного реалма было предложено в 2019 году.
Monodnaviria (лат.) — реалм ДНК-содержащих вирусов. Геном большинства членов реалма представлен кольцевой одноцепочечной ДНК, которая реплицируется по типу катящегося кольца, причём инициация репликации обеспечивается эндонуклеазой из суперсемейства HUH, закодированной в геномах Monodnaviria. В состав реалма также включаются вирусы, произошедшие от «типичных» Monodnaviria и имеющих либо линейный геном, представленный одноцепочечной ДНК, либо геном в виде кольцевой двуцепочечной ДНК.
Adnaviria (лат.) — реалм ДНК-содержащих вирусов, на июль 2020 года включающий единственный класс Tokiviricetes.
Zobellviridae — семейство преимущественно морских бактериофагов с подовирусной морфологией.
Finnlakeviridae (лат.) — семейство ДНК-содержащих бактериофагов неясного систематического положения. По состоянию на 2022 год в семейство входит единственный род Finnlakevirus, представленный единственным видом Flavobacterium phage FLiP. Этот вирус был описан в 2010 году и стал первым известным вирусом с геномом в виде одноцепочечной ДНК (оцДНК), который имеет внутреннюю мембрану. Длина генома Finnlakevirus составляет около 9,2 тысяч нуклеотидов. По геномной последовательности Finnlakevirus не демонстрирует сходства с какими-либо другими описанными вирусами.
В вирусологии реалм — это высший таксономический ранг, созданный для вирусов Международным комитетом по таксономии вирусов, который курирует работу над таксономией вирусов. Примерно соответствует рангу домена клеточных организмов. По состоянию на 2023 год признаны шесть реалмов вирусов, они объединены специфическими высококонсервативными признаками:
- Adnaviria, который содержит архейные нитчатые вирусы с геномами двухцепочечной ДНК A-формы, кодирующей уникальный альфа-спиральный главный капсидный белок;
- Duplodnaviria, который содержит все вирусы с двухцепочечной ДНК, кодирующие главный капсидный белок HK97-fold;
- Monodnaviria, который содержит все вирусы с одноцепочечной ДНК (оцДНК), кодирующие эндонуклеазу суперсемейства HUH, и её потомков;
- Riboviria, в который включены все РНК-содержащие вирусы, кодирующие РНК-зависимую РНК-полимеразу, и все вирусы, кодирующие обратную транскриптазу;
- Ribozyviria, который содержит дельта-подобные вирусы гепатита с кольцевыми геномами negative-sense ssRNA;
- Varidnaviria, который содержит все вирусы с двухцепочечной ДНК, которые кодируют основной капсидный белок с вертикальным желеобразным рулетом.
Ortervirales — это отряд, который включает все общепринятые виды одноцепочечных РНК-вирусов, которые реплицируются через промежуточное звено ДНК, и все принятые виды двухцепочечных ДНК-вирусов, которые реплицируются через промежуточное звено РНК. Название происходит от реверса слова ретро.
Pararnavirae — царство вирусов, созданное Международным Комитетом по таксономии вирусов, которое включает в себя все ретротранскрибируемые вирусы. Он включает в себя группы VI и VII по Балтиморской классификации. они могут содержать ДНК или РНК, но их репликация происходит с использованием обратной транскриптазы, то есть через промежуточную цепь генетического материала, отличного от того, из которого они состоят. Царство включает в себя два порядка и шесть семейств.