Vírus: meghatározás, szerkezet, életciklus és védekezés
Ismerje meg a vírusok meghatározását, szerkezetét, életciklusát és gyakorlati védekezési módszereket tudományos, mégis közérthető útmutatóban.
A vírus egy mikroszkopikus parazita, amely képes megfertőzni élő szervezeteket és betegséget okozni. Képes másolatot készíteni magáról egy másik szervezet sejtjeiben. A vírusok alapvetően nukleinsavból és egy körülvevő fehérjeburokból (kapszid) állnak; a nukleinsav lehet RNS vagy ritkábban DNS. Számos betegségtípust okozhatnak, például gyermekbénulást, ebolát és hepatitiszt. A vírusok tanulmányozásával foglalkozó tudomány a virológia a.
Szerkezet és genetikai anyag
A vírusok egyszerű felépítésűek: nincs belső sejtszerkezetük, nem rendelkeznek sejtalkotókkal, például sejtfallal vagy teljes értékű sejtmembránnal — a genetikai anyagot egy védő fehérjeburok (kapszid) veszi körül. Egyes vírusok továbbá egy külső lipidréteggel, az úgynevezett burokkal rendelkeznek, amelyet többnyire a gazdasejt membránjából szereznek meg.
- Genetikai anyag: RNS vagy DNS, egyszálú vagy kétszálú formában, lineáris vagy körkörös szerkezetben.
- Kapszid: fehérjéből álló héj, amely egységekből (kapzomer) épül fel, és meghatározza a vírus alakját (hexaéderes, szálas, komplex stb.).
- Burok: egyes vírusok membránnal borítottak (pl. influenza, HIV); ez segíti a bejutást a gazdasejtbe, de érzékenyebbé teszi a környezeti hatásokra.
- Méret: a vírusok jóval kisebbek a baktériumoknál, és csak elektronmikroszkóp segítségével láthatók.
Életciklus — hogyan szaporodnak a vírusok
A vírusok nem képesek önálló anyagcserére; csak gazdasejten belül tudnak szaporodni. Általános életciklusuk a következő fő lépésekből áll:
- Megkötődés (adszorpció): a vírus a kapszidján vagy burokban lévő fehérjék (például tüskefehérjék) segítségével specifikus receptorokhoz kötődik a gazdasejt felszínén.
- Bejutás (penetráció): eukarióta sejteknél a vírus beléphet endocitózissal vagy membránfúzióval; prokarióta baktériumok esetén sok bakteriofág fizikailag befecskendezi nukleinsavát a sejtbe. (Lásd: bakteriofág.)
- Uncoating (kibontás): a kapszid részben vagy teljesen leépül, és a vírus genetikai anyaga hozzáférhetővé válik a gazdasejt transzlációs/transzkripciós gépezete számára.
- Replikáció és fehérjeszintézis: a vírus átveszi a gazdasejt molekuláris gépezetét, hogy másolatokat készítsen genetikai anyagáról és vírusfehérjéiről.
- Assemblálódás: az új vírusgenomok és kapszidfehérjék összeállnak új virionná.
- Kilépés (release): az új virionok elhagyják a gazdasejtet lízissel (a sejt szétesik) vagy kiléphetnek kifelé burokátvétele mellett (budding). A lizoszomális szétesés során a sejt anyagai felszabadulnak, és a vírusok továbbterjednek.
Egyes vírusoknál (például bakteriofágoknál) létezik litykus és lizogén ciklus: a liszteres ciklusban gyorsan szaporodnak és elpusztítják a sejtet; a lizogén ciklusban a vírus genetikai anyaga beépül a gazdasejt genomba és hosszabb ideig „tünetmentesen” öröklődik.
Fajok és specializáció
A vírusok rendkívül változatosak és általában nagyon specifikusak a gazdaszervezetre és a célsejttípusra nézve. Vannak olyan vírusok, amelyek csak baktériumokat (bakteriofágok), mások csak növényi sejteket vagy állati/eukarióta sejteket fertőznek. A burokvírusok például gyakran használják a gazdasejt membránjának egy módosított részét a saját külső lipidrétegük kialakításához; ilyen stratégiát követ több nehezen kezelhető kórokozó, például az influenza és a HIV.
Tünetek, betegségmechanizmus és immunválasz
A vírusfertőzések tünetei nagyban függnek a vírus típusától és a fertőzött szövettől: egyes vírusok lokális betegséget okoznak (pl. légúti tünetek), mások szisztémás fertőzést vagy krónikus gyulladást idézhetnek elő. A szervezet immunrendszere felismeri és gyakran elpusztítja a fertőző vírusokat; ezt a választ segítik elő a természetes immunmechanizmusok és a specifikus ellenanyagok, valamint a sejtes immunválaszok.
A vakcinák mesterségesen kiváltott immunválaszt hoznak létre, és így szerzett védettséget biztosítanak egyes vírusokkal szemben. Fontos megjegyezni, hogy az antibiotikumok nem hatnak a vírusokra; a vírusfertőzések kezelésére vírusellenes gyógyszereket (antivirális szerek) használnak, amelyek a vírus egyes életciklus-lépéseit gátolják.
Diagnosztika és megelőzés
A vírusfertőzéseket laboratóriumi módszerekkel lehet kimutatni: molekuláris technikákkal (pl. PCR), antigén- vagy antitest-alapú tesztekkel (ELISA), illetve vírusizolálással sejteken. A megelőzésben és a járványügyi védekezésben fontos szerepe van a védőoltásoknak, a fertőzéskontrollnak (kézmosás, légúti higiéné, izoláció), valamint a környezeti és élelmiszer-biztonsági intézkedéseknek.
Ökológiai és gyakorlati jelentőség
A vírusok nemcsak kórokozók: ökológiai szerepük is jelentős. Szabályozzák populációkat (például algavírusok a tengeri ökoszisztémákban), részt vesznek horizontális géntranszferben és evolúciós hatásuk is nagy. Orvosi és biotechnológiai alkalmazásokban bakteriofágokat és vírusokat használnak génterápiához, vakcinafejlesztéshez és kutatási eszközként.
Példák és különleges csoportok
Néhány különleges vírust érdemes megemlíteni: a bakteriofágok a baktériumokra specializálódott vírusok, amelyek képesek fizikailag befecskendezni a nukleinsavat a gazdasejtbe. A burokvírusok a gazdasejt membránjából veszik át a külső lipidréteget, ami segíti a bejutást, de érzékenyebbé teszi őket a környezeti hatásokra. Sok ismert, emberi egészséget súlyosan érintő vírus, mint az influenza vagy a HIV, használ ilyen stratégiákat.
Összefoglalás
A vírusok egyedülálló, gazdasejt-függő életmódjuk és egyszerű szerkezetük miatt alapvető szereplői az élő rendszereknek: képesek betegségeket okozni, ugyanakkor fontosak az ökoszisztémák működésében és a biotechnológiai alkalmazásokban is. A megelőzésben a védőoltások, a járványügyi intézkedések és a megfelelő diagnosztika a leghatékonyabb eszközök; a gyógykezelésben antivirális gyógyszerek játszanak szerepet, míg az antibiotikumok nem hatnak rájuk.
A virológia folyamatosan fejlődik: új vírusok felfedezése, járványok felderítése és hatékonyabb vakcinák, antivirális szerek fejlesztése áll a kutatás középpontjában.
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.
Keres