Vírus
A vírus egy mikroszkopikus parazita, amely képes megfertőzni élő szervezeteket és betegséget okozni. Képes másolatot készíteni magáról egy másik szervezet sejtjeiben. A vírusok nukleinsavból és fehérjeburkolatból állnak. A nukleinsav általában RNS; néha DNS. A vírusok sokféle betegséget képesek okozni, például gyermekbénulást, ebolát és hepatitiszt. A virológia a vírusok tanulmányozása.
A vírusok úgy szaporodnak, hogy nukleinsavszáluk bejut egy prokarióta vagy eukarióta (sejt) szervezetbe. Az RNS- vagy DNS-szál ezután átveszi a sejt gépezetét, hogy saját magának és a fehérjeburoknak a másolatát reprodukálja. A sejt ezután felrobban, és az újonnan létrehozott vírusok szétterjednek. Minden vírus így szaporodik, és nincsenek szabadon élő vírusok. A vírusok mindenütt jelen vannak a környezetben, és minden élőlényt megfertőzhetnek.
A vírusok sokkal kisebbek, mint a baktériumok. Az elektronmikroszkóp feltalálásáig nem voltak láthatóak. A vírus egyszerű felépítésű, nincs belső sejtszerkezete, se sejtfal, se sejtmembrán, csak a fehérjeburok, amely a nukleinsavfüzért tartja.
Az eukarióta sejtek esetében a vírus fehérjeburkolata bizonyos sejtmembrán-receptorokon keresztül képes bejutni a célsejtekbe. Prokarióta baktériumsejtek esetében a bakteriofág fizikailag juttatja be a nukleinsavszálat a gazdasejtbe.
A vírusok a következő jellemzőkkel rendelkeznek:
- Fertőző részecskék, amelyek számos betegségtípust okoznak;
- Nukleinsavmagot, RNS-t vagy DNS-t tartalmaznak;
- Védő fehérjeburokkal körülvéve;
Amikor a gazdasejt befejezte a további vírusok előállítását, lízisre kerül, vagyis szétesik. A vírusok felszabadulnak, és ezután képesek más sejteket megfertőzni. A vírusok hosszú ideig sértetlenek maradhatnak, és megfertőzik a sejteket, ha az idő és a körülmények megfelelőek.
Néhány különleges vírust érdemes megemlíteni. A bakteriofágok úgy fejlődtek ki, hogy be tudjanak hatolni a baktériumsejtekbe, amelyek sejtfalának típusa eltér az eukarióta sejtmembránokétól. A burokvírusok szaporodásuk során a gazdasejt membránjának egy módosított formájával borítják be magukat, így egy külső lipidréteget kapnak, amely segíti a bejutást. A legnehezebben leküzdhető vírusaink közül néhány, mint például az influenza és a HIV, ezt a módszert használja.
A vírusfertőzések az állatokban immunválaszt váltanak ki, amely általában elpusztítja a fertőző vírust. A vakcinák is kiválthatnak immunválaszt. Ezek mesterségesen szerzett immunitást adnak az adott vírusfertőzéssel szemben. Egyes vírusok (köztük az AIDS-et és a vírusos hepatitiszt okozó vírusok) azonban kikerülnek ezekből az immunválaszokból, és krónikus fertőzéseket okoznak. Az antibiotikumok nem hatnak a vírusokra, de van néhány egyéb vírusellenes gyógyszer.
Genom
| Genomikai sokféleség a vírusok között | |
| Ingatlan | Paraméterek |
| Nukleinsav |
|
| Shape |
|
| Strandedness |
|
| Érzékelés |
|
A vírusokban számos genomiális struktúra található. Csoportonként több szerkezeti genomikai változatossággal rendelkeznek, mint a növények, állatok, archaea vagy baktériumok. A vírusoknak több millió különböző típusa létezik, de közülük csak körülbelül 5000-et írtak le részletesen. 49
A vírusnak vagy RNS- vagy DNS-génjei vannak, ezért RNS-vírusnak vagy DNS-vírusnak nevezzük. A vírusok túlnyomó többségének RNS-genomja van. A növényi vírusok általában egyszálú RNS genommal rendelkeznek, a bakteriofágok pedig általában kétszálú DNS genommal. 96/99
A vírus replikációs ciklusa: 1-Acsatlakozás, 2-Penetráció, 3-Bevonat, 4-Szintézis (4a-transzkripció, 4b-transzláció, 4c-Genom replikáció), 5-Asszemináció, 6-Kibocsátás.
Replikációs ciklus
A víruspopulációk nem növekednek sejtosztódás útján, mivel nincsenek sejtjeik. Ehelyett a gazdasejt gépezetét és anyagcseréjét használják arra, hogy sok másolatot készítsenek magukból, és a sejtben összeálljanak (összeálljanak).
A vírusok életciklusa fajonként nagyon eltérő, de a vírusok életciklusának hat alapvető szakasza van:75/91
- A kötődés a víruskapszid fehérjék és a gazdasejtek felszínén lévő specifikus receptorok közötti specifikus kötődés.
A behatolás a kötődést követi: A vírusok (egyes vírusrészecskék) receptorok által közvetített endocitózissal vagy membránfúzióval jutnak be a gazdasejtbe. Ezt gyakran nevezik vírusbehatolásnak.
A növényi és gombasejtek fertőzése eltér az állati sejtekétől. A növények sejtfala merev, cellulózból, a gombáké pedig kitinből
áll. Ez azt jelenti, hogy a legtöbb vírus csak erőszakkal tud bejutni ezekbe a sejtekbe. 70 Egy példa: egy vírus egy rovar vektoron utazik, amely növényi nedvvel táplálkozik. A sejtfalak károsodása lehetővé tenné a vírus bejutását.
A baktériumoknak, akárcsak a növényeknek, erős sejtfaluk van, amelyen a vírusnak át kell jutnia ahhoz, hogy megfertőzze a sejtet. A baktériumok sejtfalai azonban sokkal vékonyabbak, mint a növényi sejtfalak, és egyes vírusok olyan mechanizmusokkal rendelkeznek, amelyek genomjukat a sejtfalon keresztül
juttatják be a baktériumsejtbe, miközben a víruskapszid kívül marad. 71- A bevonat eltávolítása olyan folyamat, amelynek során a víruskapszidot eltávolítják: Ez történhet vírusenzimek vagy a gazdaszervezet enzimei általi lebontással vagy egyszerű disszociációval; a végeredmény a vírus nukleinsav felszabadulása.
- A vírusok replikációja a genom szaporodását jelenti. Ehhez általában a "korai" génekből származó vírus messenger RNS (mRNS) előállítására van szükség. Ezt a nagyobb genommal rendelkező komplex vírusok esetében egy vagy több további mRNS-szintézis követheti: a "késői" gének a szerkezeti vagy virionfehérjék kifejeződése.
- A vírusrészecskék szerkezet által közvetített önszerveződését követően gyakran előfordul a fehérjék bizonyos mértékű módosulása. Az olyan vírusoknál, mint a HIV, ez a módosítás (néha érésnek nevezik) azután következik be, hogy a vírus kiszabadult a gazdasejtből.
A vírusok a gazdasejtből lízis útján szabadulhatnak ki, amely folyamat a sejtet a membrán és a sejtfal felszakadásával elpusztítja. Ez számos bakteriális és néhány állati vírus jellemzője.
Egyes vírusoknál a vírusgenom genetikai rekombinációval
kerül a gazdaszervezet kromoszómájának egy meghatározott helyére. A vírusgenomot ekkor "provírusnak" vagy a bakteriofágok esetében "profágnak" nevezik. 60
Amikor a gazdaszervezet osztódik, a vírusgenom is replikálódik. A vírusgenom többnyire néma a gazdasejtben; egy bizonyos ponton azonban a provírus vagy a profág aktív vírust hozhat létre, amely lízisre készteti a gazdasejteket. 15. fejezet A
burkolt vírusok (pl. HIV) jellemzően a vírus burkának megszerzése után szabadulnak ki a gazdasejtből. A burok a gazdaszervezet plazmamembránjának egy módosított darabja. 185/7
Genetikai anyag és replikáció
A vírusrészecskékben található genetikai anyag és az anyag replikációjának módja jelentősen eltér a különböző vírustípusok között.
RNS-vírusok
A replikáció általában a citoplazmában zajlik. Az RNS-vírusok négy különböző csoportba sorolhatók a replikációs módjuk alapján. Minden RNS-vírus saját RNS-replikáz enzimeket használ genomja másolatainak létrehozásához. 79
DNS-vírusok
A legtöbb DNS-vírus genomjának replikációja a sejtmagban zajlik. A legtöbb DNS-vírus teljes mértékben függ a gazdasejt DNS- és RNS-szintetizáló gépezetétől, valamint az RNS-feldolgozó gépezettől. A nagyobb genommal rendelkező vírusok e gépek nagy részét maguk is kódolhatják. Eukariótákban a vírusgenomnak át kell jutnia a sejtmagmembránon, hogy hozzáférjen ehhez a gépezethez, míg a baktériumokban csak be kell jutnia a sejtbe. 5478
Visszaíró vírusok
Az RNS genommal rendelkező, fordított átírású vírusok (retrovírusok) DNS-középsőt használnak a szaporodáshoz. A DNS-genommal rendelkező vírusok (pararetrovírusok) RNS-intermediátort használnak a genom replikációja során. Ezek érzékenyek a reverz transzkriptáz enzimet gátló vírusellenes gyógyszerekre. Az első típusra példa a HIV, amely egy retrovírus. A második típusra példa a Hepadnaviridae, amelybe a Hepatitis B vírus is tartozik. 88/9
Ez a hamis színű transzmissziós elektronmikroszkópos felvétel az influenzavírus részecskéjének, azaz a "virionnak" az ultrastrukturális részleteit ábrázolja. Az influenzavírus egy egyszálú RNS organizmus.
A gazdaszervezet védelmi mechanizmusai
Veleszületett immunrendszer
A szervezet első védelmi vonala a vírusokkal szemben a veleszületett immunrendszer. Ez olyan sejtekkel és egyéb mechanizmusokkal rendelkezik, amelyek megvédik a gazdaszervezetet minden fertőzéstől. A veleszületett rendszer sejtjei általánosságban felismerik a kórokozókat, és reagálnak rájuk.
Az RNS-interferencia fontos veleszületett védekező mechanizmus a vírusok ellen. Sok vírus szaporodási stratégiája kettős szálú RNS-t (dsRNS) tartalmaz. Amikor egy ilyen vírus megfertőz egy sejtet, felszabadítja RNS-molekuláját. Egy dicer nevű fehérjekomplexum rátapad és darabokra vágja az RNS-t. Ezután beindul egy RISC-komplexnek nevezett biokémiai útvonal. Ez megtámadja a vírus mRNS-ét, és a sejt túléli a fertőzést.
A rotavírusok ezt úgy kerülik el, hogy a sejt belsejében nem bontják le teljesen a bevonatot, és a részecske belső kapszidjában lévő pórusokon keresztül újonnan termelt mRNS-t bocsátanak ki. A genomiális dsRNS védve marad a virion magjában.
Az interferontermelés a gazdaszervezet fontos védelmi mechanizmusa. Ez egy hormon, amelyet a szervezet termel, amikor vírusok vannak jelen. Az immunitásban betöltött szerepe összetett; végül a vírusok szaporodását a fertőzött sejt és közeli szomszédai elpusztításával akadályozza meg.
Adaptív immunrendszer
A gerincesek rendelkeznek egy második, specifikusabb immunrendszerrel. Ezt nevezzük adaptív immunrendszernek. Amikor találkozik egy vírussal, specifikus antitesteket termel, amelyek megkötik a vírust, és nem teszik azt fertőzőképessé. Az antitestek két típusa fontos.
Az első, az úgynevezett IgM rendkívül hatékonyan semlegesíti a vírusokat, de az immunrendszer sejtjei csak néhány hétig termelik. A második, az úgynevezett IgG, korlátlan ideig termelődik. Az IgM jelenlétét a gazdatest vérében akut fertőzés vizsgálatára használják, míg az IgG valamikor a múltban történt fertőzést jelez. Az IgG antitestet az immunitás vizsgálatakor mérik.
A vírusokkal szembeni másik gerinces védekezés a sejtközvetített immunitás. Ez a T-sejtek néven ismert immunsejteket foglalja magában. A test sejtjei folyamatosan rövid fehérjetöredékeket jelenítenek meg a sejtfelszínen, és ha egy T-sejt ott felismeri a gyanús vírusdarabot, akkor a gazdasejtet a gyilkos T-sejtek elpusztítják, a vírusspecifikus T-sejtek pedig elszaporodnak. Az olyan sejtek, mint a makrofágok, specialistái ennek az antigénbemutatásnak.
Az immunrendszer kijátszása
Nem minden vírusfertőzés vált ki védő immunválaszt. Ezek a perzisztens vírusok kikerülik az immunellenőrzést a szekvenció (elrejtőzés), az antigénprezentáció blokkolása, a citokinrezisztencia, a természetes ölősejtek aktivitásának kijátszása, az apoptózis (sejthalál) elől való menekülés és az antigéneltolódás (a felszíni fehérjék megváltozása) révén. A HIV úgy kerüli meg az immunrendszert, hogy folyamatosan változtatja a virion felszínén lévő fehérjék aminosavsorrendjét. Más vírusok, az úgynevezett neurotróp vírusok az idegek mentén jutnak el olyan helyekre, ahová az immunrendszer nem tud eljutni.
Két rotavírus: a jobb oldali vírus antitestekkel van bevonva, amelyek megakadályozzák, hogy a sejtekhez kapcsolódjon és megfertőzze azokat.
Evolúció
A vírusok nem tartoznak a hat birodalom egyikébe sem. Nem felelnek meg az élő szervezetként való besorolás minden követelményének, mivel a fertőzésig nem aktívak. Ez azonban csak egy szóbeli pont.
Nyilvánvaló, hogy szerkezetük és működési módjuk azt jelenti, hogy más élőlényekből fejlődtek ki, és a normális szerkezet elvesztése sok endoparazitánál előfordul. A vírusok eredete az élet evolúciós történetében nem világos: egyesek plazmidokból - a sejtek között mozogni képes DNS-darabokból -, míg mások baktériumokból fejlődhettek ki. Az evolúcióban a vírusok a horizontális génátvitel fontos eszközei, ami növeli a genetikai sokféleséget.
Újabb felfedezések
Egy nemrégiben végzett projekt során több mint 200 gerinctelen állatfaj mintavételével közel 1500 új RNS-vírust fedeztek fel. "A kutatócsoport... kivonta az RNS-üket, és újgenerációs szekvenálással megfejtette a gerinctelen RNS-könyvtárakban jelen lévő elképesztő 6 trillió betű szekvenciáját". A kutatás kimutatta, hogy a vírusok különböző genetikai mechanizmusok révén változtatták meg RNS-ük darabkáit. "A gerinctelen virom [figyelemre méltó genomikai rugalmasságot mutat], amely magában foglalja a gyakori rekombinációt, a vírusok és a gazdaszervezetek közötti laterális géntranszfert, a génnyereséget és -vesztést, valamint a komplex genomiális átrendeződéseket".
Legnagyobb vírus
A nagyméretű vírusok egy csoportja amőbákat fertőz. A legnagyobb a Pithovírus. A többi méret szerinti sorrendben a Pandoravírus, majd a Megavírus, végül a Mimivírus. Nagyobbak, mint egyes baktériumok, és fénymikroszkóp alatt láthatóak.
Használja a
A vírusokat széles körben használják a sejtbiológiában. A genetikusok gyakran használnak vírusokat vektorokként, hogy géneket juttassanak be az általuk vizsgált sejtekbe. Ez hasznos, ha a sejtet idegen anyag előállítására akarják rávenni, vagy ha egy új gén genomba való bevitelének hatását akarják tanulmányozni. Kelet-európai tudósok már jó ideje használják a fágterápiát az antibiotikumok alternatívájaként, és az érdeklődés e megközelítés iránt egyre nő, mivel egyes patogén baktériumok ma már nagymértékben rezisztensek az antibiotikumokkal szemben.
Kérdések és válaszok
K: Mi az a vírus?
V: A vírus egy apró parazita, amely csak elektronmikroszkóp alatt látható. Egy fehérjeburokból áll, amely egy nukleinsavból, általában RNS-ből vagy DNS-ből álló szálat fed.
K: Mit tanulmányoz a virológia?
V: A virológia a vírusokat és azok élő szervezetekre gyakorolt hatásait tanulmányozza.
K: Hogyan szaporodnak a vírusok?
V: A vírusok úgy szaporodnak, hogy nukleinsavszálukat bejuttatják egy prokarióta vagy eukarióta sejtbe. Az RNS- vagy DNS-szál ezután átveszi a sejt gépezetét, hogy reprodukálja saját magának és a fehérjeburoknak a másolatait, majd felrobban és terjeszti az újonnan létrehozott vírusokat.
K: Vannak szabadon élő vírusok?
V: Nem, minden vírus parazita, amelyeknek más élőlényekben kell élniük ahhoz, hogy szaporodni tudjanak.
K: Milyen típusú betegségeket okozhatnak vírusok?
V: A vírusok számos betegségtípust okozhatnak, például gyermekbénulást, ebolát és hepatitiszt.
K: Hogyan hatnak a vakcinák a vírusfertőzések ellen?
V: A vakcinák mesterségesen szerzett immunitást adnak az adott vírusfertőzéssel szemben, azonban egyes vírusok (beleértve az AIDS-et és a vírusos hepatitiszt okozó vírusokat) kikerülnek ezekből az immunválaszokból, és krónikus fertőzéseket okoznak.
K: Antibiotikumok használhatók vírusok ellen?
V: Nem, az antibiotikumok nem hatnak a vírusokra, de van néhány más gyógyszer, amely alkalmazható ellenük.
