Virusi: definicija, zgradba, razmnoževanje, bolezni in zaščita

Virus je mikroskopski parazit, ki lahko okuži žive organizme in povzroči bolezen. V celicah drugih organizmov lahko ustvari svoje kopije tako, da izkorišča celične stroje gostitelja. Virusi so osnovno sestavljeni iz jedra nukleinske kisline in beljakovinskega plašča; običajno vsebujejo RNK, včasih pa DNK. Povzročajo številne vrste bolezni, od blagega prehlada do resnih bolezni, na primer otroške paralize, ebole in hepatitisa. Preučevanje virusov spada v področje virologije.

Zgradba in genom

Virusi so omembe vredno manjši od bakterij in drugih celic; zaradi svoje velikosti so postali vidni šele z razvojem elektronskega mikroskopa. Nimajo notranje celične organizacije, celične stene ali celične membrane kot evkarionti; osnovna strukturna enota je pogosto beljakovinski plašč (kapsid), ki obdaja in ščiti niz nukleinske kisline (RNK ali DNK). Nekateri virusi imajo dodatno zunanjo ovojnico iz lipida in gostiteljske membrane.

  • Glavne značilnosti virusov:
  • so kužni delci, ki povzročajo različne bolezni;
  • vsebujejo jedro nukleinske kisline (RNK ali DNK);
  • so obdani z zaščitno beljakovinsko prevleko (kapsid);
  • pri nekaterih vrstah je prisotna lipidna ovojnica, pridobljena iz gostiteljske celice.

Mehanizem razmnoževanja

Virusi se razmnožujejo tako, da svojo nukleinsko kislino prenesejo v prokarionte ali evkarionte (celice). Postopek vključuje več osnovnih korakov: pritrjevanje na površinske receptorje gostiteljeve celice, vstop ali vbrizg nukleinske kisline, odpakiranje (uncoating), replikacijo genoma z uporabo celičnih ali virusnih encimov, sintezo virusnih beljakovin, sestavljanje novih virusnih delcev in sprostitev z zlomom celice (lizis) ali s postopkom, kjer se virus odcepi iz celice (budding), pri čemer lahko pridobi ovojnico iz celične membrane. Veriga RNK ali DNK prevzame celični mehanizem in vodi do nastajanja novih kopij in beljakovinskega plašča. Celica pogosto poči in razširi novo nastale viruse.

Obstajajo različni replikacijski cikli: litični cikel, kjer hitro pride do proizvodnje novih virusov in lize gostiteljske celice, ter lizogeni ali latentni cikel, kjer virusno genetsko gradivo ostane v celici v neaktivni (latentni) obliki in se lahko aktivira kasneje. Nekateri virusi lahko vzpostavijo kronične ali vztrajne okužbe, kjer se virusi replikirajo v nizkih nivojih ali se periodično reaktivirajo.

Vstop v gostiteljske celice in posebnosti

Pri evkariontskih celicah beljakovinski plašč ali posebni virusni proteini prepoznajo in se vežejo na ciljne receptorje celične membrane, kar omogoči vstop. Pri prokariontskih bakterijskih celicah bakteriofag (fag) pogosto fizično vbrizga verigo nukleinske kisline v gostiteljsko celico, medtem ko ostane kapsid zunaj.

Opozoriti velja na posebne skupine:

  • Bakteriofagi: specializirani za okužbo bakterij in pomembni v naravnih ekosistemih ter v medicine kot potencialna alternativa antibiotikom;
  • Virusi ovojnice: pri repliciranju se prekrijejo z delom membrane gostitelja in pridobijo zunanjo lipidno plast; takšni virusi (npr. virus gripe, HIV) so pogosto občutljivi na topila in temperaturne spremembe, a so lahko tudi težje odstranljivi zaradi mehanizmov vstopa v celico;
  • virusi brez ovojnice: običajno bolj odporni v okolju, prenašajo se drugače kot ovojnati virusi.

Prenos, bolezni in odziv gostitelja

Virusi so povsod v okolju in z njimi se lahko okužijo skoraj vsi organizmi — rastline, glive, bakterije, živali in ljudje. Prenos lahko poteka preko različnih poti: kapljično (dihalnice), kontaktno, fekalno-oralno, krvno (prek igel ali transfuzij), spolno ali preko vektorskih členov (npr. komarji). Virusi povzročajo akutne bolezni, kronične okužbe, latentne okužbe ali subklinične (brez simptomov) okužbe.

Okužba sproži imunski odziv gostitelja, ki običajno omeji ali uniči virus. Imunski sistem uporablja tako nespecifične (innate) kot specifične (pridobljene) mehanizme: interferone, celice ubijalke, protitelesa in T-celice. Cepiva posnemajo naravno okužbo in povzročijo varen imunski odziv, s čimer pridobimo umetno pridobljeno imunost na določeno virusno okužbo. Vendar pa nekateri virusi (npr. povzročitelji aidsa in nekateri vzroki virusnega hepatitisa) lahko uidejo imunskemu nadzoru in povzročajo dolgotrajne ali kronične okužbe.

Preprečevanje, diagnoza in zdravljenje

Za preprečevanje virusnih okužb so ključni:

  • vcepljanje z ustreznimi cepivi (živahno oslabele, inaktivirane, subjedrne, rekombinantne ali novejše tehnologije kot mRNA in vektorska cepiva);
  • higiena rok, uporaba zaščitnih mask pri dihalnih prenosih, varne prakse pri ravnanju s krijo in telesnimi tekočinami;
  • kontrola vektorjev in varovanje živil pri fekalno-oralnem prenosu.

Diagnoza se izvaja z metodami kot so serološki testi (protitelesa), molekularne metode (PCR za odkrivanje virusne RNK ali DNK), izolacija v celicah in s elektronskim mikroskopom za morfologijo.

Na viruse antibiotiki ne učinkujejo; to je pomembno opozorilo — antibiotiki delujejo proti bakterijam, ne proti virusom. Vendar obstajajo številna protivirusna zdravila z različnimi mehanizmi delovanja: inhibicija vnosa virusa v celico, zaviranje virusnih polimeraz (npr. inhibitorji RNA-odvisne polimeraze), proteazni inhibitorji, zaviralci neuraminidaze pri gripi in drugi. Protivirusna terapija je pogosto specifična za določene vire in se razvija z razumevanjem virusne biologije.

Klasifikacija in vloga v naravi

Viruse razvrščamo po tipih nukleinske kisline, načinu replikacije, prisotnosti ovojnice in morfologiji; eden pogostih sistemov razvrstitve je Baltimorejeva klasifikacija (glede na tip genoma in način sinteze mRNA). Virusi imajo pomembno vlogo v ekologiji in evoluciji: prenašajo gene med organizmi (horizontalni prenos), vplivajo na populacije gostiteljev in nastavljanje genetske raznovrstnosti.

Posebni pomen bakteriofagov in raziskav

Bakteriofagi so pomembni v raziskavah, biotehnologiji in potencialno v medicini kot terapevtska alternativa antibiotikom (fagoterapija). Razumevanje njihovega cikla okužbe in interakcije z bakterijami je tudi ključno za spremljanje odpornosti in za razvoj novih pristopov k obvladovanju bakterijskih okužb.

Na koncu je pomembno poudariti, da so virusi raznolika in dinamična skupina bioloških entitet. Njihovo preučevanje (virologija) pripomore k boljšemu razumevanju bolezni, razvoju cepiv, zdravil in strategij javnega zdravja za preprečevanje izbruhov.

Genom

Genomska raznolikost med virusi

Lastnina

Parametri

Nukleinska kislina

  • RNK
  • DNK
  • RNK in DNK (v različnih fazah življenjskega cikla)

Oblika

  • Linearno
  • Krožni
  • Segmentiran

Obtičanje na cesti

  • Enovijačni
  • Dvojna veriga
  • Dvojnovijačni z enoverižnimi območji

Sense

  • Pozitivni občutek (+)
  • Negativni smisel (-)
  • Ambisense (+/-)

Virusi imajo veliko genomskih struktur. Kot skupina imajo večjo strukturno genomsko raznolikost kot rastline, živali, arheje ali bakterije. Obstaja na milijone različnih vrst virusov, vendar jih je podrobno opisanih le približno 5 000. 49

Virusi imajo gene RNK ali DNK in se imenujejo virusi RNK oziroma DNK. Velika večina virusov ima genome RNK. Rastlinski virusi imajo običajno enoverižne genome RNK, bakteriofagi pa dvoverižne genome DNK. 96/99

Cikel replikacije virusa: 1-priključitev, 2-penetracija, 3-prebalitev, 4-sinteza (4a-transkripcija, 4b-translacija, 4c-replikacija genoma), 5-sestavljanje, 6-praznjenjeZoom
Cikel replikacije virusa: 1-priključitev, 2-penetracija, 3-prebalitev, 4-sinteza (4a-transkripcija, 4b-translacija, 4c-replikacija genoma), 5-sestavljanje, 6-praznjenje

Cikel replikacije

Virusne populacije ne rastejo z delitvijo celic, ker nimajo celic. Namesto tega uporabljajo mehanizme in presnovo gostiteljske celice, da proizvedejo veliko svojih kopij in se sestavijo (sestavijo skupaj) v celici.

Življenjski cikel virusov se med vrstami zelo razlikuje, vendar obstaja šest osnovnih stopenj življenjskega cikla virusov:75/91

  • Pritrditev je specifična vezava virusnih kapsidnih beljakovin in specifičnih receptorjev na gostiteljevi celični površini.
  • Prodor sledi pritrditvi: Virusi (posamezni delci virusa) vstopijo v gostiteljsko celico z receptorsko posredovano endocitozo ali zlitjem z membrano. To se pogosto imenuje virusni vstop.
    Okužba rastlinskih in glivičnih celic se razlikuje od okužbe živalskih celic. Rastline imajo togo celično steno iz
    celuloze, glive pa iz hitina. To pomeni, da lahko večina virusov v te celice vstopi le s silo. 70 Primer: virus potuje na žuželčjem prenašalcu, ki se hrani z rastlinskimi sokovi. Poškodbe celičnih sten omogočijo virusu vstop v notranjost.
    Bakterije imajo tako kot rastline močne celične stene, skozi katere se mora virus prebiti, da okuži celico. Vendar so celične stene bakterij veliko tanjše od rastlinskih, zato imajo nekateri virusi mehanizme, s katerimi vbrizgajo svoj genom v bakterijsko celico prek celične stene, medtem ko virusna kapsida ostane zunaj. 71
  • Odstranjevanje prevleke je postopek, pri katerem se odstrani virusni kapsid: Pri tem lahko pride do razgradnje z virusnimi ali gostiteljskimi encimi ali do preproste disociacije; končni rezultat je sprostitev virusne nukleinske kisline.
  • Replikacija virusov vključuje razmnoževanje genoma. Za to je običajno potrebna proizvodnja virusne sporočilne RNA (mRNA) iz "zgodnjih" genov. Pri kompleksnih virusih z večjimi genomi lahko temu sledi še en ali več krogov sinteze mRNA: "pozno" izražanje genov je izražanje strukturnih ali virionskih beljakovin.
  • Po strukturno posredovanem samosestavljanju virusnih delcev pogosto pride do nekaterih modifikacij proteinov. Pri virusih, kot je HIV, se ta sprememba (včasih imenovana zorenje) pojavi, ko se virus sprosti iz gostiteljske celice.
  • Virusi se lahko iz gostiteljske celice sprostijo z lizo, ki uniči celico tako, da razpoči njeno membrano in celično steno. To je značilnost številnih bakterijskih in nekaterih živalskih virusov.
    Pri nekaterih virusih se virusni genom z
    gensko rekombinacijo
    postavi na določeno mesto v gostiteljevem kromosomu. Virusni genom je nato znan kot "provirus" ali v primeru bakteriofagov "profag". 60
    Ob vsaki delitvi gostitelja se replicira tudi virusni genom. Virusni genom v gostitelju večinoma molči, vendar lahko provirus ali profag na neki točki povzroči nastanek aktivnega virusa, ki lahko razjeda gostiteljeve celice. poglavje 15
    Virusi z ovojnico (npr. HIV) se običajno sprostijo iz gostiteljske celice, ko virus pridobi ovojnico. Ovojnica je spremenjen del gostiteljeve plazemske membrane. 185/7

Genetski material in replikacija

Genetski material v virusnih delcih in način replikacije tega materiala se med različnimi vrstami virusov zelo razlikujeta.

virusi RNK

Replikacija običajno poteka v citoplazmi. Viruse RNK lahko glede na način replikacije razdelimo v štiri različne skupine. Vsi virusi RNK za ustvarjanje kopij svojih genomov uporabljajo lastne encime replikaze RNK. 79

virusi DNK

Replikacija genoma večine virusov DNK poteka v celičnem jedru. Večina virusov DNK je popolnoma odvisna od gostiteljeve celice, ki ima mehanizme za sintezo DNK in RNK ter mehanizme za obdelavo RNK. Virusi z večjimi genomi lahko večino teh mehanizmov kodirajo sami. Pri evkariontih mora virusni genom prečkati celično jedrno membrano, da lahko dostopa do teh strojev, pri bakterijah pa mora le vstopiti v celico. 5478

Virusi za obratno prepisovanje

Virusi z RNA genomom (retrovirusi), ki se razmnožujejo s povratno transkripcijo, uporabljajo vmesni člen DNK. Tisti z genomi DNK (pararetrovirusi) pri replikaciji genoma uporabljajo vmesni člen RNK. Občutljivi so na protivirusna zdravila, ki zavirajo encim reverzno transkriptazo. Primer prve vrste je HIV, ki je retrovirus. Primeri druge vrste so Hepadnaviridae, kamor spada virus hepatitisa B. 88/9

Na tej lažno obarvani transmisijski elektronski mikrografiji so prikazane ultrastrukturne podrobnosti delca virusa gripe ali "viriona". Virus gripe je enoverižna RNK.Zoom
Na tej lažno obarvani transmisijski elektronski mikrografiji so prikazane ultrastrukturne podrobnosti delca virusa gripe ali "viriona". Virus gripe je enoverižna RNK.

Obrambni mehanizmi gostitelja

Prirojeni imunski sistem

Prva obrambna linija telesa pred virusi je prirojeni imunski sistem. Ta ima celice in druge mehanizme, ki gostitelja branijo pred vsako okužbo. Celice prirojenega sistema na splošno prepoznavajo patogene in se nanje odzivajo.

Interferenca RNK je pomembna prirojena obramba pred virusi. Številni virusi imajo strategijo replikacije, ki vključuje dvoverižno RNA (dsRNA). Ko takšen virus okuži celico, sprosti svojo molekulo RNK. Nanjo se prilepi beljakovinski kompleks, imenovan dicer, in RNA razkosa na koščke. Nato se sproži biokemična pot, imenovana kompleks RISC. Ta napade virusno mRNA in celica preživi okužbo.

Rotavirusi se temu izognejo tako, da se v celici ne razkrijejo v celoti in da skozi pore v notranji kapsidi delca sproščajo novo proizvedeno mRNA. Genomska dsRNA ostane zaščitena v jedru viriona.

Proizvodnja interferona je pomemben obrambni mehanizem gostitelja. To je hormon, ki ga telo proizvaja ob prisotnosti virusov. Njegova vloga v imuniteti je kompleksna; sčasoma ustavi razmnoževanje virusov tako, da uniči okuženo celico in njene bližnje sosede.

Adaptivni imunski sistem

Vretenčarji imajo drugi, bolj specifičen imunski sistem. Imenuje se prilagodljivi imunskisistem. Ko se sreča z virusom, proizvede specifična protitelesa, ki se vežejo na virus in ga naredijo neinfektivnega. Pomembni sta dve vrsti protiteles.

Prvi, imenovan IgM, je zelo učinkovit pri nevtralizaciji virusov, vendar ga celice imunskega sistema proizvajajo le nekaj tednov. Drugi, imenovan IgG, se proizvaja neomejeno dolgo. Prisotnost IgM v krvi gostitelja se uporablja za testiranje akutne okužbe, medtem ko IgG kaže na okužbo v preteklosti. Protitelesa IgG se merijo pri testiranju imunosti.

Druga obramba vretenčarjev pred virusi je celično posredovana imunost. Vključuje imunske celice, znane kot celice T. Telesne celice nenehno prikazujejo kratke fragmente svojih beljakovin na površini celice, in če celica T tam prepozna sumljiv virusni fragment, celice T ubijalke uničijo gostiteljsko celico, za virus specifične celice T pa se razmnožijo. Celice, kot so makrofagi, so specialisti za to predstavitev antigenov.

Izogibanje imunskemu sistemu

Vse virusne okužbe ne povzročijo zaščitnega imunskega odziva. Ti trdovratni virusi se izogibajo imunskemu nadzoru s sekvestracijo (skrivanjem), blokiranjem predstavitve antigenov, odpornostjo na citokine, izogibanjem aktivnosti naravnih celic ubijalk, pobegom pred apoptozo (celično smrtjo) in antigenskim premikom (spreminjanje površinskih beljakovin). HIV se izogne imunskemu sistemu z nenehnim spreminjanjem aminokislinskega zaporedja beljakovin na površini viriona. Drugi virusi, imenovani nevrotropni virusi, se po živcih premikajo na mesta, ki jih imunski sistem ne more doseči.

Dva rotavirusa: desni je prevlečen s protitelesi, ki mu preprečujejo, da bi se pritrdil na celice in jih okužil.Zoom
Dva rotavirusa: desni je prevlečen s protitelesi, ki mu preprečujejo, da bi se pritrdil na celice in jih okužil.

Evolucija

Virusi ne spadajo v nobeno od šestih kraljestev. Ne izpolnjujejo vseh zahtev za uvrstitev med žive organizme, saj do trenutka okužbe niso aktivni. Vendar je to le besedna točka.

Njihova struktura in način delovanja očitno pomenita, da so se razvili iz drugih živih bitij, pri mnogih endoparazitih pa pride do izgube normalne strukture. Izvor virusov v evolucijski zgodovini življenja je nejasen: nekateri so se morda razvili iz plazmidov - koščkov DNK, ki se lahko premikajo med celicami - drugi pa so se morda razvili iz bakterij. V evoluciji so virusi pomemben način horizontalnega prenosa genov, ki povečuje genetsko raznolikost.

Nedavna odkritja

Nedavni projekt je z vzorčenjem več kot 200 vrst nevretenčarjev odkril skoraj 1500 novih virusov RNK. "Raziskovalna skupina ... je ekstrahirala njihovo RNA in s sekvenciranjem naslednje generacije razvozlala zaporedje osupljivih 6 bilijonov črk, prisotnih v knjižnicah RNA nevretenčarjev". Raziskava je pokazala, da so virusi spreminjali koščke svoje RNK z različnimi genetskimi mehanizmi. "Virus nevretenčarjev [kaže] izjemno genomsko prožnost, ki vključuje pogosto rekombinacijo, lateralni prenos genov med virusi in gostitelji, pridobivanje in izgubo genov ter zapletene genomske preureditve".

Največji virus

Skupina velikih virusov okuži amebe. Največji je pithovirus. Drugi po velikosti so Pandoravirus, nato Megavirus in nato Mimivirus. Večji so od nekaterih bakterij in so vidni pod svetlobnim mikroskopom.

Uporablja

Virusi se pogosto uporabljajo v celični biologiji. Genetiki pogosto uporabljajo viruse kot vektorje za vnos genov v celice, ki jih preučujejo. To je koristno, če želimo, da celica proizvaja tujo snov, ali če želimo preučiti učinek vnosa novega gena v genom. Vzhodnoevropski znanstveniki že nekaj časa uporabljajo fagoterapijo kot alternativo antibiotikom, zanimanje za ta pristop pa narašča zaradi visoke stopnje odpornosti proti antibiotikom, ki jo zdaj najdemo pri nekaterih patogenih bakterijah.

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je virus?


O: Virus je majhen parazit, ki ga lahko vidimo le pod elektronskim mikroskopom. Sestavljen je iz beljakovinskega plašča, ki prekriva niz nukleinskih kislin, običajno RNK ali DNK.

V: Kaj preučuje virologija?


O: Virologija preučuje viruse in njihove učinke na žive organizme.

V: Kako se razmnožujejo virusi?


O: Virusi se razmnožujejo tako, da svoj niz nukleinske kisline prenesejo v celico prokarionta ali evkarionta. Veriga RNK ali DNK nato prevzame celični mehanizem in razmnožuje svoje kopije in beljakovinski plašč, nato pa se razpoči in razširi novo nastale viruse.

V: Ali obstajajo prosto živeči virusi?


O: Ne, vsi virusi so paraziti, ki morajo za razmnoževanje živeti v drugih živih bitjih.

V: Katere vrste bolezni lahko povzročijo virusi?


O: Virusi lahko povzročijo številne vrste bolezni, kot so otroška paraliza, ebola in hepatitis.

V: Kako cepiva delujejo proti virusnim okužbam?


O: Cepiva dajejo umetno pridobljeno imunost na določeno virusno okužbo, vendar nekateri virusi (vključno s tistimi, ki povzročajo aids in virusni hepatitis) uidejo tem imunskim odzivom in povzročajo kronične okužbe.

V: Ali lahko proti virusom uporabljamo antibiotike?


O: Ne, antibiotiki ne delujejo na viruse, vendar obstajajo nekatera druga zdravila, ki jih je mogoče uporabiti proti njim.

AlegsaOnline.com - 2020 / 2025 - License CC3