Virusas
Virusas yra mikroskopinis parazitas, kuris gali užkrėsti gyvus organizmus ir sukelti ligą. Jis gali sukurti savo kopijas kito organizmo ląstelėse. Virusai sudaryti iš nukleorūgšties ir baltyminio apvalkalo. Paprastai nukleorūgštis yra RNR, kartais - DNR. Virusai gali sukelti daugybę ligų, pavyzdžiui, poliomielitą, ebolą ir hepatitą. Virusologija - tai mokslas apie virusus.
Virusai dauginasi patekdami į prokariotą arba eukariotą (ląstelę), į kurią patenka jų nukleorūgšties grandinė. Tada RNR arba DNR grandinė perima ląstelės mechanizmą, kad atgamintų savo ir baltyminio apvalkalo kopijas. Tuomet ląstelė plyšta ir išplatina naujai sukurtus virusus. Taip dauginasi visi virusai, o laisvai gyvenančių virusų nėra. Virusų yra visur aplinkoje ir jais gali užsikrėsti visi organizmai.
Virusai yra daug mažesni už bakterijas. Jų nebuvo galima pastebėti, kol nebuvo išrastas elektroninis mikroskopas. Viruso struktūra paprasta, jis neturi vidinės ląstelės struktūros, ląstelės sienelės ar membranos, tik baltyminį apvalkalą, kuris laiko nukleino rūgšties virtinę.
Į eukariotines ląsteles viruso baltyminis apvalkalas gali patekti per tam tikrus ląstelių membranos receptorius. Prokariotų bakterijų ląstelėse bakteriofagas fiziškai įterpia nukleorūgšties grandinę į ląstelę šeimininkę.
Virusai pasižymi šiomis savybėmis:
- Infekcinės dalelės, sukeliančios daugelio rūšių ligas;
- Turi nukleino rūgšties branduolį RNR arba DNR;
- Apsuptas apsauginiu baltyminiu apvalkalu;
Kai ląstelė šeimininkė baigia gaminti daugiau virusų, ji lizės arba suyra. Virusai išsilaisvina ir gali užkrėsti kitas ląsteles. Virusai gali ilgai išlikti nepažeisti ir užkrėsti ląsteles, kai tam yra tinkamas laikas ir sąlygos.
Verta atkreipti dėmesį į kai kuriuos ypatingus virusus. Bakteriofagai išsivystė tam, kad patektų į bakterijų ląsteles, kurių ląstelės sienelės tipas skiriasi nuo eukariotų ląstelių membranų. Daugindamiesi apvalkaliniai virusai pasidengia modifikuota ląstelės šeimininkės membrana, taip įgydami išorinį lipidų sluoksnį, kuris padeda patekti į organizmą. Šį metodą naudoja kai kurie sunkiausiai įveikiami virusai, pavyzdžiui, gripo ir ŽIV.
Gyvūnų virusinės infekcijos sukelia imuninį atsaką, kuris paprastai sunaikina užkrečiantį virusą. Vakcinos taip pat gali sukelti imuninį atsaką. Jos suteikia dirbtinai įgytą imunitetą konkrečiai virusinei infekcijai. Tačiau kai kurie virusai (įskaitant AIDS ir virusinį hepatitą sukeliančius virusus) išvengia šių imuninių reakcijų ir sukelia lėtines infekcijas. Antibiotikai neveikia virusų, tačiau yra kai kurių kitų vaistų nuo virusų.
Genomas
| Virusų genominė įvairovė | |
| Nuosavybė | Parametrai |
| Nukleino rūgštis |
|
| Forma |
|
| Strandedness |
|
| Prasmė |
|
Virusuose yra daug genominių struktūrų. Jų grupė pasižymi didesne struktūrine genomų įvairove nei augalai, gyvūnai, archėjos ar bakterijos. Egzistuoja milijonai skirtingų virusų tipų, tačiau išsamiai aprašyta tik apie 5 000 iš jų. 49
Virusas turi RNR arba DNR genus ir vadinamas atitinkamai RNR arba DNR virusu. Didžioji dauguma virusų turi RNR genomus. Augalų virusai paprastai turi vienos grandinės RNR genomus, o bakteriofagai - dvigubos grandinės DNR genomus. 96/99
Viruso replikacijos ciklas: 1-Prisijungimas, 2-Penetracija, 3-Naudojimas, 4-Sintezė (4a-Transkripcija, 4b-Transliacija, 4c-Genomo replikacija), 5-Surinkimas, 6-Paleidimas.
Replikavimo ciklas
Virusų populiacijos neauga dalydamosi ląstelėmis, nes jos neturi ląstelių. Vietoj to jos naudojasi ląstelės šeimininkės mechanizmu ir medžiagų apykaita, kad pagamintų daugybę savo kopijų, ir susijungia (susijungia) ląstelėje.
Virusų gyvavimo ciklas labai skiriasi priklausomai nuo rūšies, tačiau yra šeši pagrindiniai virusų gyvavimo ciklo etapai:75/91
- Prisijungimas - tai specifinis viruso kapsidės baltymų ir specifinių receptorių, esančių šeimininko ląstelės paviršiuje, susijungimas.
- Įsiskverbimas seka po prisirišimo: Virusai (pavienės viruso dalelės) patenka į ląstelę šeimininkę per receptorių valdomą endocitozę arba membranų susiliejimą. Tai dažnai vadinama viruso patekimu.
Augalų ir grybų ląstelių infekcija skiriasi nuo gyvūnų ląstelių infekcijos. Augalai turi standžią ląstelės sienelę iš celiuliozės, o grybai - iš chitino. Tai reiškia, kad dauguma virusų į šių ląstelių vidų gali patekti tik jėga. 70 Pavyzdys būtų toks: virusas keliauja su vabzdžiu pernešėju, kuris minta augalų sultimis. Pažeidus ląstelių sieneles, virusas galėtų patekti į vidų.
Bakterijos, kaip ir augalai, turi tvirtas ląstelių sieneles, pro kurias virusas turi prasiskverbti, kad užkrėstų ląstelę. Tačiau bakterijų ląstelių sienelės yra daug plonesnės nei augalų ląstelių sienelės, o kai kurie virusai turi mechanizmus, kurie įleidžia jų genomą į bakterijos ląstelę per ląstelės sienelę, o viruso kapsidė lieka išorėje. 71 - Dangos pašalinimas - tai procesas, kurio metu pašalinama viruso kapsidė: Tai gali būti viruso fermentų ar šeimininko fermentų ardymas arba paprasta disociacija; galiausiai išsiskiria viruso nukleino rūgštis.
- Virusų replikacija apima genomo dauginimąsi. Tam paprastai reikia, kad iš "ankstyvųjų" genų būtų pagaminta viruso pasiuntinių RNR (mRNA). Sudėtingų virusų, turinčių didesnius genomus, atveju po to gali sekti vienas ar daugiau tolesnių mRNR sintezės raundų: "vėlyvieji" genai išreiškia struktūrinius arba viriono baltymus.
- Po to, kai viruso dalelės savaime susiformuoja pagal struktūrą, baltymai dažnai modifikuojami. Tokių virusų kaip ŽIV atveju ši modifikacija (kartais vadinama brendimu) įvyksta virusui išsiskyrus iš ląstelės šeimininkės.
- Virusai gali išsilaisvinti iš ląstelės šeimininkės lizės būdu, kai ląstelė žūsta suardžius jos membraną ir ląstelės sienelę. Tai būdinga daugeliui bakterijų ir kai kurių gyvūnų virusų.
Kai kurių virusų viruso genomas genetinės rekombinacijos
būdu įterpiamas į tam tikrą vietą šeimininko chromosomoje. Tada viruso genomas vadinamas provirusu arba, bakteriofagų atveju, profagu. 60
Kai šeimininkas dalijasi, viruso genomas taip pat replikuojasi. Viruso genomas šeimininko ląstelėje dažniausiai yra nebylus, tačiau tam tikru momentu provirusas arba profagas gali sukelti aktyvų virusą, kuris gali suardyti šeimininko ląsteles. 15 skyrius
Virusai su apvalkalu (pvz., ŽIV) paprastai išsilaisvina iš šeimininko ląstelės po to, kai virusas įgyja apvalkalą. Apvalkalas yra modifikuota šeimininko plazminės membranos dalis. 185/7
Genetinė medžiaga ir replikacija
Viruso dalelių genetinė medžiaga ir jos replikacijos būdas labai skiriasi tarp skirtingų virusų tipų.
RNR virusai
Replikacija paprastai vyksta citoplazmoje. RNR virusus galima suskirstyti į keturias skirtingas grupes, atsižvelgiant į jų replikacijos būdus. Visi RNR virusai savo genomo kopijoms kurti naudoja savo RNR replikazės fermentus. 79
DNR virusai
Daugumos DNR virusų genomo replikacija vyksta ląstelės branduolyje. Dauguma DNR virusų yra visiškai priklausomi nuo ląstelės šeimininkės DNR ir RNR sintezės ir RNR apdorojimo mechanizmų. Didesnius genomus turintys virusai gali patys koduoti didžiąją dalį šių mechanizmų. Eukariotuose viruso genomas turi kirsti ląstelės branduolio membraną, kad patektų į šį mechanizmą, o bakterijose jam tereikia patekti į ląstelę. 5478
Atvirkštinis virusų transkribavimas
Atvirkštinės transkripcijos virusai, turintys RNR genomą (retrovirusai), replikacijai naudoja tarpinę DNR medžiagą. DNR genomus turintys virusai (pararetrovirusai) genomo replikacijos metu naudoja tarpinę RNR medžiagą. Jie jautrūs antivirusiniams vaistams, slopinantiems atvirkštinės transkriptazės fermentą. Pirmojo tipo pavyzdys yra ŽIV, kuris yra retrovirusas. Antrojo tipo pavyzdžiai yra Hepadnaviridae, kuriems priklauso hepatito B virusas. 88/9
Šioje klaidingai nuspalvintoje elektronų mikrografijoje pavaizduotos gripo viruso dalelės, arba viriono, ultrastruktūrinės detalės. Gripo virusas yra vienos grandinės RNR organizmas
Šeimininko gynybos mechanizmai
Įgimtoji imuninė sistema
Pirmoji organizmo gynybos nuo virusų linija yra įgimta imuninė sistema. Ji turi ląsteles ir kitus mechanizmus, kurie gina šeimininką nuo bet kokios infekcijos. Įgimtosios sistemos ląstelės atpažįsta patogenus ir reaguoja į juos bendrais bruožais.
RNR interferencija yra svarbi įgimta apsauga nuo virusų. Daugelio virusų replikacijos strategija yra dvigrandė RNR (dsRNA). Kai toks virusas užkrečia ląstelę, jis išskiria savo RNR molekulę. Prie jos prilimpa baltymų kompleksas, vadinamas diceriu, ir susmulkina RNR į gabalėlius. Tada prasideda biocheminis kelias, vadinamas RISC kompleksu. Jis atakuoja viruso mRNA, ir ląstelė išgyvena infekciją.
Rotavirusai to išvengia, nes ląstelėje visiškai neišsiskleidžia ir pro vidinės dalelės kapsidės poras išleidžia naujai pagamintą mRNR. Genominė dsRNA lieka apsaugota viriono šerdyje.
Interferono gamyba yra svarbus šeimininko gynybos mechanizmas. Tai yra hormonas, kurį organizmas gamina, kai yra virusų. Jo vaidmuo imunitete yra sudėtingas; galiausiai jis sustabdo virusų dauginimąsi, sunaikindamas užkrėstą ląstelę ir artimas jos kaimynes.
Adaptyvioji imuninė sistema
Stuburiniai turi antrą, specifiškesnę imuninę sistemą. Ji vadinama adaptyviąja imuninesistema. Susidūrusi su virusu, ji gamina specifinius antikūnus, kurie prisijungia prie viruso ir padaro jį neužkrečiamą. Svarbūs yra dviejų tipų antikūnai.
Pirmasis, vadinamas IgM, labai veiksmingai neutralizuoja virusus, tačiau imuninės sistemos ląstelės jį gamina tik kelias savaites. Antrasis, vadinamas IgG, gaminamas neribotą laiką. IgM buvimas šeimininko kraujyje naudojamas ūminei infekcijai nustatyti, o IgG rodo kažkada praeityje buvusią infekciją. IgG antikūnai matuojami atliekant imuniteto tyrimus.
Kita stuburinių apsauga nuo virusų yra ląstelinis imunitetas. Jame dalyvauja imuninės ląstelės, vadinamos T ląstelėmis. Organizmo ląstelės nuolat rodo trumpus savo baltymų fragmentus ląstelės paviršiuje, ir jei T ląstelė ten atpažįsta įtartiną viruso fragmentą, T ląstelės žudikės sunaikina ląstelę šeimininkę, o virusui specifinės T ląstelės dauginasi. Tokios ląstelės kaip makrofagai yra šio antigeno pateikimo specialistai.
Imuninės sistemos apėjimas
Ne visos virusinės infekcijos sukelia apsauginį imuninį atsaką. Šie patvarūs virusai išvengia imuninės kontrolės sekvestruodami (pasislėpdami), blokuodami antigeno pateikimą, sukeldami atsparumą citokinams, išvengdami natūralių ląstelių žudikių aktyvumo, išvengdami apoptozės (ląstelių žūties) ir antigeninio pokyčio (paviršiaus baltymų pasikeitimo). ŽIV išvengia imuninės sistemos nuolat keisdamas viriono paviršiuje esančių baltymų aminorūgščių seką. Kiti virusai, vadinamieji neurotropiniai virusai, keliauja nervais į vietas, kurių imuninė sistema negali pasiekti.
Du rotavirusai: dešinėje esantis virusas padengtas antikūnais, kurie neleidžia jam prisitvirtinti prie ląstelių ir jas užkrėsti.
Evoliucija
Virusai nepriklauso nė vienai iš šešių karalysčių. Jie neatitinka visų reikalavimų, kad būtų priskirti gyviems organizmams, nes iki užsikrėtimo momento jie nėra aktyvūs. Tačiau tai tik žodinis punktas.
Akivaizdu, kad dėl savo struktūros ir veikimo būdo jie išsivystė iš kitų gyvų būtybių, o įprastos struktūros praradimas būdingas daugeliui endoparazitų. Virusų kilmė gyvybės evoliucijos istorijoje neaiški: kai kurie galėjo išsivystyti iš plazmidžių - DNR gabalėlių, galinčių judėti tarp ląstelių, o kiti - iš bakterijų. Evoliucijoje virusai yra svarbi horizontalaus genų perdavimo priemonė, didinanti genetinę įvairovę.
Naujausi atradimai
Neseniai vykdyto projekto metu paėmus daugiau kaip 200 bestuburių rūšių mėginius buvo aptikta beveik 1500 naujų RNR virusų. "Tyrėjų komanda... išskyrė jų RNR ir, naudodama naujos kartos sekoskaitą, iššifravo stulbinančią 6 trilijonų raidžių, esančių bestuburių RNR bibliotekose, seką". Tyrimas parodė, kad virusai keitė savo RNR gabalėlius įvairiais genetiniais mechanizmais. "Bestuburių virusas [pasižymi] nepaprastu genomo lankstumu, kuris apima dažną rekombinaciją, šoninį genų perdavimą tarp virusų ir šeimininkų, genų įgijimą ir praradimą bei sudėtingus genomo pertvarkymus".
Didžiausias virusas
Grupė didelių virusų užkrečia amebas. Didžiausias iš jų yra pithovirusas. Kiti pagal dydį yra šie: Pandoravirus, Megavirus ir Mimivirus. Jie yra didesni už kai kurias bakterijas ir matomi per šviesos mikroskopą.
Naudoja
Virusai plačiai naudojami ląstelių biologijoje. Genetikai dažnai naudoja virusus kaip vektorius, kad galėtų įvesti genus į tiriamas ląsteles. Tai naudinga norint priversti ląstelę gaminti svetimą medžiagą arba norint ištirti naujo geno įvedimo į genomą poveikį. Rytų Europos mokslininkai jau kurį laiką taiko fagoterapiją kaip alternatyvą antibiotikams, ir susidomėjimas šiuo metodu didėja, nes kai kurios patogeninės bakterijos yra labai atsparios antibiotikams.
Klausimai ir atsakymai
K: Kas yra virusas?
A: Virusas yra mažas parazitas, kurį galima pamatyti tik per elektroninį mikroskopą. Jį sudaro baltyminis apvalkalas, dengiantis nukleino rūgšties, dažniausiai RNR arba DNR, grandinę.
K: Ką tiria virusologija?
A: Virologija tiria virusus ir jų poveikį gyviems organizmams.
K: Kaip virusai dauginasi?
A: Virusai dauginasi patekdami į prokariotų arba eukariotų ląstelę. Tada RNR arba DNR grandinė perima ląstelės mechanizmą, kad atgamintų savo kopijas ir baltyminį apvalkalą, o po to sprogsta ir išplatina naujai sukurtus virusus.
Klausimas: Ar yra laisvai gyvenančių virusų?
Atsakymas: Ne, visi virusai yra parazitai, kurie, norėdami daugintis, turi gyventi kitose gyvose būtybėse.
K: Kokias ligas gali sukelti virusai?
A: Virusai gali sukelti daugybę ligų, pavyzdžiui, poliomielitą, ebolą ir hepatitą.
K: Kaip vakcinos veikia nuo virusinių infekcijų?
A: Vakcinos suteikia dirbtinai įgytą imunitetą konkrečiai virusinei infekcijai, tačiau kai kurie virusai (įskaitant sukeliančius AIDS ir virusinį hepatitą) išvengia šių imuninių reakcijų ir sukelia lėtines infekcijas.
K: Ar antibiotikai gali būti naudojami prieš virusus?
A: Ne, antibiotikai virusų neveikia, tačiau yra kai kurių kitų vaistų, kuriuos galima naudoti prieš virusus.
