Wirusy.pdf

Wirusy

Wirusy ( łac. virus - trucizna , jad) - skomplikowane cząsteczki

organiczne n ie posiadające struktury komórkowej, zbudowane z białek

i kwasów nukleinowych. Zawierają materiał genetyczny w postaci

RNA ( retrowirusy) lub DNA, wykazują jednak zarówno cechy

komórkowych organizmów żywych, jak i materii nieożywionej.

Czy wirusy są żywe?

Czy należy uznać wirusy za organizmy żywe, zależy od przyjętej przez

nas definicji życia. Wirusy są zazwyczaj uznawane za żywe w

"funkcjonalnych" definicjach życia, nie są zaś - w "strukturalnych".

Wirus Marburg

Funkcjonalne definiowanie życia polega na ustaleniu listy aksjomat ów

nie odwołujących się do jego struktury , które musi spełniać każdy

organizm, żeby można go było uznać za żywy. Musi on (jedna z

możliwych aksjomatyzacji, choć wszystkie one znaczą mniej więcej to

samo):

• być zdolny do powielania się

• wykazywać dziedziczną zmienność wpływającą na możliwości

rozmnożenia się, czyli być zdolny do ewolucji .

A zatem kryształy, priony c zy wirusy komputerowe, choć potrafią się

powielać, nie posiadają żadnych istotnych cech dziedzicznych , zatem

nie są żywe. Wirusy biologiczne, memy , przedkomórkowe życie na

Ziemi i ewentualne obce życie na innych planetach są według tej

definicji ż ywe.

Ilustracja przedstawiająca wirus HIV

Strukturalne definiowanie życia polega na ustaleniu listy kryteriów odwołujących się do struktury organizm u. Są to

m.in.:

• rozmnażanie;

• wzrost;

• metabolizm;

• budowa komórkowa, z rybosoma mi i innymi organellami;

• materiał genetyczny przechowywany w postaci kwasów nukleinowych;

• występowanie białek i kwasów nukleinowych.

W przeciwieństwie do definicji funkcjonalnej, nie ma tu ustalonego zbioru warunków, w większości takich

zestawów wirusy nie spełniają jednak przynajmniej jednego warunku.

Wirusy

Podstawowe właściwości wirusów

Wirusy mają małe rozmiary. Zdecydowana większość przedostaje się przez filtry mikrobiologiczne zatrzymujące

bakterie ( są od nich mniejsze). Największym znanym wirusem jest mimiwirus mający 400 nm, który jest większy od

niektórych bakterii.

Wirusy nie są zdolne do samodzielnego rozmnażania się. W celu powielania własnych genów prowadzą proces

namnażania, wykorzystując do tego procesu aparat kopiujący zawarty w żywych komórkach. Mogą zakażać

wszystkie typy organizmów, od zwierząt i roślin po bakterie i archeony.

Dany gatunek wirusa zawiera tylko jeden rodzaj kwasu nukleinowego (DNA albo RNA), chociaż w trakcie rozwoju

wewnątrz komórki dochodzi zwykle do syntezy drugiego rodzaju kwasu.

Ze względu na pasożytnictwo k omórkowe wirusy posiadają na swojej powierzchni białka, które pozwalają

zaatakować odpowiednie komórki.

Wirusy nie posiadają rybosom ów. Poza komórką nie wykazują żadnego metabolizm u, nie są zdolne do wzrostu a ni

rozmnażania się.

Można je krystalizować.

Budowa wirusów

Zagadnienia dotyczące budowy wirusów dotyczą właściwie tylko stadium zdolnego do zakażenia komórki

gospodarza. Pojedynczą jednostkę wirusa nazywamy wirion em. Każdy wirion wykazuje obecność określonych

elementów, a są nimi kapsyd i kwas nukleinowy :

• kapsyd , czyli płaszcz białkowy, okrywa kwas nukleinowy, zbudowany z białkowych łańcuchów zwanych

kapsomera mi ;

• kwas nukleinowy niesie informację genetyczną niezbędną do replikacji oraz koduje białka strukturalne

(kapsomery) i ewentualnie enzymy ( np. odwrotną transkryptazę ).

Kwas nukleinowy wraz z kapsydem nazywamy nukleokapsydem .

Oprócz tego niektóre wirusy mogą być otoczone dodatkową osłonką lipidową . Dotyczy to tych serotyp ów, które

uwalniają się z komórki przez pączkowanie. Ponieważ błona jest im zwykle potrzebna do kolejnej infekcji, takie

wiriony są wrażliwe na niszczący ją atak dopełniacza .

Istotną cechą systematyczną jest zagadnienie symetrii wirionu. Wyróżnia się trzy jej rodzaje:

• symetrię kubiczną , która charakteryzuje się tym, że wirion ma kształt bryły foremnej; zwykle jest to

dwudziestościan foremny ( ikozaedr), stąd inna nazwa tej symetrii - symetria ikozaedralna;

• symetrię helikalną , którą obserwujemy u wirusów mających śrubowato zawinięty nukleokapsyd;

• symetrię złożoną , która opisuje wirusy nie dające się zaliczyć do dwóch poprzednich rodzajów symetrii.

Symetria wirionu może nie być dostrzegalna na pierwszy rzut oka, co wynika z faktu istnienia osłonek lipidowych,

mogących zakrywać rzeczywisty kształt nukleokapsydu. Jest tak zwłaszcza w przypadku wirusów o symetrii

helikalnej, których otoczka jest dodatkowo wzmocniona warstwą tzw. białka M.

Wirusy

Genetyka wirusów

Budowa genomu wirusowego

Wirusy posiadają tylko jeden rodzaj kwasu nukleinowego, na dodatek wykazującego odpowiednie dla danego

gatunku lub wyższej jednostki taksonomicznej cechy. W związku z tym możemy wyróżnić następujące formy

kwasów nukleinowych stanowiących genom wirusowy i mających znaczenie systematyczne:

• DNA - wirusy zawierające go w wirionie to tzw. wirusy DNA :

• jednoniciowy ( ssDNA );

• częściowo jednoniciowy - charakterystyczny dla hepadnawirusów

• dwuniciowy (dsDNA).

• RNA - wirusy zawierające go w wirionie to tzw. wirusy RNA :

• jednoniciowy;

• o polarności dodatniej - może pełnić funkcje mRNA kodującego białka;

• o polarności ujemnej - RNA musi być najpierw przepisany na mRNA;

• dwuniciowy.

Dla dokładniejszych informacji zobacz: Systematyka wirusów .

Strategie replikacyjne

Namnażanie wirusów jest zależne od rodzaju kwasu nukleinowego, który znajduje się w wirionie.

Wirusy zawierające dsDNA . W tym przypadku wirus po wniknięciu do komórki rozpoczyna najpierw wytworzenie

tzw. "wczesnego mRNA" na matrycy DNA pochodzącego z wirionu. Zwykle jednym z genów zawartych w genomie

wirusa i odczytywanym poprzez wczesne mRNA jest DNA-zależna polimeraza DNA, która dokonuje powielenia

wirusowego DNA. Dopiero z takich powielonych cząsteczek DNA następuje produkcja "późnego mRNA",

kodującego kapsomery oraz inne białka uczestniczące w składaniu wirionów.

Wirusy zawierające ssDNA - mogą one zawierać w kapsydach zarówno DNA o polarności dodatniej, jak i ujemnej.

Charakterystyczną cechą jest pętelka powstała przez zawinięcie końcówki liniowej cząsteczki DNA, która służy jako

starter p odczas replikacji DNA. Sam proces replikacyjny jest stosunkowo skomplikowany i wiąże się z kilkukrotną

replikacją materiału genetycznego, który następnie jest rozdzielany na nici i cięty za pomocą nukleaz .

Wirusy ssRNA o dodatniej polarności - po wniknięciu wirusa do komórki następuje produkcja białek bezpośrednio

z genomowego RNA, który może w tym wypadku pełnić rolę mRNA. W pewnym momencie rozwoju, gdy

wytworzone zostaną odpowiednie białka, następuje powstanie dwuniciowej formy pośredniej RNA, która składa się

zarówno z macierzystej nici o dodatniej polarności, jak i z nici o polarności ujemnej. Ta właśnie nić jest matrycą dla

produkcji wielu kopii genomowego ssRNA(+).

Wirusy ssRNA o ujemnej polarności - w ich przypadku musi najpierw dojść do stworzenia kopii o charakterze

mRNA (czyli RNA o dodatniej polarności), a następnie z tych kopii są produkowane białka. Powstaje też

dwuniciowa forma pośrednia, której nić RNA(+) służy do powstania licznych genomów RNA(-)

Retrowirusy . Synteza kwasów nukleinowych u retrowirusów jest dosyć skomplikowana, ale jej kluczowym etapem

jest zawsze przepisanie wirusowego RNA na DNA za pomocą obecnej w wirionie odwrotnej transkryptazy .

Powstały w ten sposób ssDNA jest uzupełniany o drugą nić, zaś nowo utworzony dsDNA wbudowuje się w genom

gospodarza, stanowiąc tzw. prowirus. DNA prowirusa służy zarówno do wytworzenia mRNA dla białek

wirusowych, jak i dla wytworzenia potomnych genomów RNA.

Wirusy

Infekcja wirusowa

Zakażenie komórki

Zakażenie komórki p rzez wirusy może przebiegać - w zależności od gatunku - na wiele sposobów. Jednakże

niezależnie od występujących różnic, podstawowe procesy zachodzące podczas takiej infekcji są wspólne dla

wszystkich wirusów. Najbardziej ogólny schemat przedstawiony jest na poniższym rysunku:

Znaczenie poszczególnych etapów przedstawia się następująco:

1. Adsorpcja - proces przylegania wirusa do powierzchni komórki - jest oczywiście niezbędnym wstępem do

zakażenia. Opiera się ona na połączeniu ze specyficznym receptore m, z czego z kolei wynika tropizm tkankowy

wirusa. Białko wirusowe, od którego zależy rozpoznanie komórki to tzw. białko wiążące receptor .

2. Penetracja jest procesem wnikania wirusa do komórki po jego uprzednim połączeniu się z receptorem. Może

ono zachodzić na jeden z trzech podstawowych sposobów:

1. fuzja - zachodzi w przypadku wirusów, które są otoczone błoną lipidową z awierającą białko fuzyjne .

Otoczka lipidowa wirusa zlewa się z błoną komórkową , dzięki czemu wirus wnika do wnętrza;

2. wiropeksja j est sposobem polegającym na wykorzystaniu naturalnych mechanizmów komórki, które są

wykorzystywane do pobierania różnych substancji odżywczych i regulacyjnych. Także w tym przypadku wirus

musi posiadać otoczkę, gdyż na jednym z etapów wiropeksji dochodzi do zlewania się błon;

3. "wślizgiwanie się" (endocytoza) polega na bezpośrednim przejściu przez błonę komórki. Zachodzi ono w

przypadku wirusów bezotoczkowych.

3. Odpłaszczenie wirusa polega na uwolnieniu materiału genetycznego wirusa. W przypadku fuzji i wiropeksji

zwykle następuje ono już podczas wnikania, gdyż jest bezpośrednio związane z mechanizmem penetracji.

4. Produkcja białek wczesnych - zanim genom zostanie zreplikowany, często zdarza się, że potrzebne są białka

niezbędne do pewnych czynności z tym związanych oraz inne, odpowiedzialne za zmianę metabolizmu komórki.

5. Replikacja genomu zachodzi w różny sposób, zależnie od charakteru materiału genetycznego, co zostało

przedstawione wcześniej. Tutaj może dojść także do integracji genomu wirusa z genomem gospodarza.

6. Produkcja białek późnych zachodzi z reguły na podstawie kodu genetycznego ze świeżo wyprodukowanych

nowych genomów. Są to zwykle białka strukturalne, wchodzące w skład kapsydu, oraz białka umożliwiające

prawidłowe złożenie wirionów.

7. Składanie wirionów to proces, w którym dochodzi do wytworzenia nukleokapsydów.

8. Uwalnianie wirionów z komórki następuje po ich złożeniu. Wirusy bezotoczkowe zwykle uwalniają się po

śmierci komórki i jej rozpadzie, natomiast wirusy otoczkowe pączkują z powierzchni komórki. Otoczka lipidowa

wirusa to zwykle pozyskany na tym etapie fragment błony komórkowej gospodarza.

Wirusy

Zakażenie o rganizmu

Mimo wciąż nieznanych w szczegółach mechanizmów zakażeń wirusowych na poziomie organizmu, przy obecnym

stanie wiedzy można wyróżnić dwa główne rodzaje zakażeń, oparte na miejscu występowania wirusa:

• Zakażenia miejscowe - wirusy występują w określonym narządz ie lub tkance i nie rozprzestrzeniają się na cały

organizm; przykładem może być krowianka, która dotyczy tylko skóry , albo grypa, w przypadku której

atakowana jest błona śluzowa gardła.

• Zakażenie uogólnione - dotyczy zwłaszcza chorób gorączkowych; przebiega ono według następującego

schematu:

1. wirusy przenikają przez nabłonek i podlegają wstępnej replikacji (mogą także powielać się w samym nabłonku);

2. po wstępnej replikacji dochodzi do przedostania się wirionów do krwi i chłonki; efektem jest powstanie

pierwotnej wiremii , której towarzyszy pierwszy rzut gorączki ;

3. wirusy atakują układ siateczkowo-śródbłonkowy, gdzie dochodzi do ponownej replikacji;

4. wiriony po raz drugi dostają się do krążenia, wywołując wiremię wtórną, której także towarzyszy gorączka ;

5. w wyniku tropizmu tkankowego zajmowane są narządy docelowe, czego wynikiem jest powstanie mniej lub

bardziej charakterystycznych objawów chorobowych. Najważniejsze narządy docelowe to skóra, wątroba , płuca,

układ nerwowy i nerki.

Schemat zakażenia uogólnionego został opracowany przez Fennera.

Znaczenie medyczne

Według medycyny akademickiej wirusy wywołują niektóre choroby. Leczenie infekcji wirusowej jest trudne, gdyż

nie posiadają własnego metabolizm u, który można by zablokować, jak to robią antybiotyki w przypadku bakterii.

Większość metod polega na ograniczeniu dalszego rozwoju infekcji, co przekształca chorobę wirusową w chorobę

przewlekłą. Sytuację komplikuje fakt, iż zakażeniom wirusowym mogą towarzyszyć infekcje bakteryjne. Zakażenia

mogą nawracać ( latencja ) lub też ujawniać się po bardzo długim czasie, doprowadzając nawet do śmierci .

Wiele chorób wirusowych jest nadal nieuleczalnych (np. wścieklizna l ub AIDS ), mogą także wywoływać choroby

nowotworowe.

Leki przeciwwirusowe można podzielić na:

• substancje wzmacniające układ odpornościowy w walce z wirusami - np. interferon w leczeniu wirusowego

zapalenia wątroby;

• substancje blokujące rozwój wirusa, np. poprzez blokadę białek wirusowych;

• substancje blokujące białka receptorowe, uniemożliwiające przyłączanie wirusów do błony komórkowej.

Jedną z metod walki z chorobami wirusowymi są szczepienia.

Filogeneza

Pochodzenie wirusów jest nieznane. Jest na nie kilka teorii, m.in.:

• są to wtórnie uproszczone organizm y pasożytn icze, być może podobne do riketsji;

• są to pozostałości pierwotnych, bardzo prostych organizmów;

• powstały w wyniku mutacji genomu o rganizmu, który później stanie się ich gospodarzem. Komórki w jej wyniku

zaczęły produkować wirusa. Można powiedzieć że wirusy wg tej teorii to rodzaj zaraźliwego nowotworu.

• według alternatywnych n auk wirusy podobnie jak bakterie są symbiontami i mają na celu naprawę uszkodzonych

komórek.

Dość duże grupy wirusów dają się łączyć w monofiletyczne takson y, jednak nie ma na razie dowodów, żeby

wszystkie one pochodziły od jednego pra-wirusa.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: