Vírus

Vo vírusoch existuje mnoho genomických štruktúr. Ako skupina majú väčšiu štrukturálnu genomickú diverzitu ako rastliny, živočíchy, archeá alebo baktérie. Existujú milióny rôznych typov vírusov, ale len asi 5 000 z nich bolo podrobne opísaných. ⁴⁹

Vírus má gény RNA alebo DNA a nazýva sa RNA vírus alebo DNA vírus. Prevažná väčšina vírusov má RNA genóm. Rastlinné vírusy majú zvyčajne jednoreťazcové RNA genómy a bakteriofágy majú zvyčajne dvojreťazcové DNA genómy. ^96/99

Vírusové populácie nerastú delením buniek, pretože nemajú bunky. Namiesto toho využívajú mechanizmus a metabolizmus hostiteľskej bunky na produkciu mnohých svojich kópií a v bunke sa zhromažďujú (skladajú).

Životný cyklus vírusov sa medzi jednotlivými druhmi veľmi líši, ale existuje šesť základných štádií životného cyklu vírusov:^75/91

• Pripojenie je špecifická väzba medzi proteínmi vírusového kapsidu a špecifickými receptormi na povrchu hostiteľskej bunky.
• Prienik nasleduje po pripojení: Virióny (jednotlivé vírusové častice) vstupujú do hostiteľskej bunky prostredníctvom receptorom sprostredkovanej endocytózy alebo fúzie membrán. Tento proces sa často nazýva vstup vírusu.
  Infekcia rastlinných a hubových buniek sa líši od infekcie živočíšnych buniek. Rastliny majú pevnú bunkovú stenu z celulózy a huby z chitínu. To znamená, že väčšina vírusov sa do týchto buniek môže dostať len násilím. ⁷⁰ Príkladom môže byť: vírus cestuje na hmyzom vektore, ktorý sa živí rastlinnou šťavou. Poškodenie bunkových stien by umožnilo vírusu dostať sa dovnútra.
  Baktérie, podobne ako rastliny, majú silné bunkové steny, cez ktoré sa vírus musí dostať, aby infikoval bunku. Bakteriálne bunkové steny sú však oveľa tenšie ako steny rastlinných buniek a niektoré vírusy majú mechanizmy, ktoré vpravujú svoj genóm do bakteriálnej bunky cez bunkovú stenu, zatiaľ čo vírusová kapsida zostáva vonku. ⁷¹
• Odstraňovanie povlaku je proces, pri ktorom sa odstráni vírusový kapsid: Môže to byť degradáciou vírusovými enzýmami alebo enzýmami hostiteľa alebo jednoduchou disociáciou; konečným výsledkom je uvoľnenie vírusovej nukleovej kyseliny.
• Replikácia vírusov zahŕňa rozmnožovanie genómu. To si zvyčajne vyžaduje produkciu vírusovej messengerovej RNA (mRNA) z "raných" génov. V prípade komplexných vírusov s väčšími genómami môže nasledovať jedno alebo viacero ďalších kôl syntézy mRNA: "neskorá" expresia génov je expresia štrukturálnych alebo viriónových proteínov.
• Po štruktúrou sprostredkovanom samousporiadaní vírusových častíc často dochádza k určitej modifikácii proteínov. U vírusov, ako je HIV, dochádza k tejto modifikácii (niekedy nazývanej dozrievanie) po uvoľnení vírusu z hostiteľskej bunky.
• Vírusy sa môžu z hostiteľskej bunky uvoľniť lýzou, čo je proces, pri ktorom dôjde k usmrteniu bunky prasknutím jej membrány a bunkovej steny. To je vlastnosť mnohých bakteriálnych a niektorých živočíšnych vírusov.
  V niektorých vírusoch sa vírusový genóm umiestňuje genetickou rekombináciou na špecifické miesto v chromozóme hostiteľa. Vírusový genóm sa potom nazýva "provirus" alebo v prípade bakteriofágov "profág". ⁶⁰
  Pri každom delení hostiteľa sa replikuje aj vírusový genóm. Vírusový genóm je v hostiteľovi väčšinou nemý; v určitom okamihu však môže provirus alebo profág dať vzniknúť aktívnemu vírusu, ktorý môže lyzovať hostiteľské bunky. ^{kapitola 15}
  Obalené vírusy (napr. HIV) sa zvyčajne uvoľňujú z hostiteľskej bunky po tom, ako vírus získa svoj obal. Obal je modifikovaná časť plazmatickej membrány hostiteľa. ^185/7

Genetický materiál a replikácia

Genetický materiál vo vírusových časticiach a spôsob, akým sa tento materiál replikuje, sa medzi jednotlivými typmi vírusov značne líši.

RNA vírusy

Replikácia zvyčajne prebieha v cytoplazme. RNA vírusy možno zaradiť do štyroch rôznych skupín v závislosti od spôsobu ich replikácie. Všetky RNA vírusy používajú na vytváranie kópií svojich genómov vlastné enzýmy RNA replikázy. ⁷⁹

DNA vírusy

Replikácia genómu väčšiny DNA vírusov prebieha v jadre bunky. Väčšina DNA vírusov je úplne závislá od mechanizmov hostiteľskej bunky na syntézu DNA a RNA a mechanizmov na spracovanie RNA. Vírusy s väčšími genómami môžu väčšinu týchto mechanizmov kódovať samy. V eukaryotoch musí vírusový genóm prekonať jadrovú membránu bunky, aby sa dostal k tomuto mechanizmu, zatiaľ čo v baktériách mu stačí vstúpiť do bunky. ⁵⁴⁷⁸

Reverzná transkripcia vírusov

Reverzne prepisujúce vírusy s genómom RNA (retrovírusy) používajú na replikáciu medziprodukt DNA. Tie s genómami DNA (pararetrovírusy) používajú pri replikácii genómu medziprodukt RNA. Sú citlivé na antivírusové lieky, ktoré inhibujú enzým reverznej transkriptázy. Príkladom prvého typu je HIV, ktorý je retrovírusom. Príkladom druhého typu sú Hepadnaviridae, medzi ktoré patrí vírus hepatitídy B. ^88/9

Vrodený imunitný systém

Prvou obrannou líniou organizmu proti vírusom je vrodený imunitný systém. Ten má bunky a iné mechanizmy, ktoré bránia hostiteľa pred akoukoľvek infekciou. Bunky vrodeného systému rozpoznávajú patogény a reagujú na ne všeobecným spôsobom.

Interferencia RNA je dôležitou vrodenou obranou proti vírusom. Mnohé vírusy majú replikačnú stratégiu, ktorá zahŕňa dvojvláknovú RNA (dsRNA). Keď takýto vírus infikuje bunku, uvoľní svoju molekulu RNA. Prilepí sa na ňu proteínový komplex nazývaný dicer a rozseká RNA na kúsky. Potom sa spustí biochemická dráha nazývaná komplex RISC. Ten napadne vírusovú mRNA a bunka infekciu prežije.

Rotavírusy sa tomu vyhýbajú tým, že sa v bunke úplne nerozbalia a uvoľňujú novovytvorenú mRNA cez póry vo vnútornej kapside častice. Genómová dsRNA zostáva chránená vo vnútri jadra viriónu.

Produkcia interferónu je dôležitým obranným mechanizmom hostiteľa. Ide o hormón, ktorý telo produkuje pri výskyte vírusov. Jeho úloha v imunite je komplexná; v konečnom dôsledku zastavuje rozmnožovanie vírusov tým, že zabíja infikovanú bunku a jej blízke susedné bunky.

Adaptívny imunitný systém

Stavovce majú druhý, špecifickejší imunitný systém. Nazýva sa adaptívny imunitnýsystém. Keď sa stretne s vírusom, produkuje špecifické protilátky, ktoré sa viažu na vírus a spôsobujú, že vírus nie je infekčný. Dôležité sú dva typy protilátok.

Prvý z nich, nazývaný IgM, je veľmi účinný pri neutralizácii vírusov, ale bunky imunitného systému ho produkujú len niekoľko týždňov. Druhý, nazývaný IgG, sa produkuje neobmedzene dlho. Prítomnosť IgM v krvi hostiteľa sa používa na testovanie akútnej infekcie, zatiaľ čo IgG poukazuje na infekciu niekedy v minulosti. Pri testoch na imunitu sa merajú protilátky IgG.

Ďalšou obranou stavovcov proti vírusom je bunkami sprostredkovaná imunita. Tá zahŕňa imunitné bunky známe ako T-bunky. Bunky tela neustále zobrazujú krátke fragmenty svojich proteínov na povrchu bunky, a ak tam T-bunka rozpozná podozrivý vírusový fragment, hostiteľská bunka je zničená zabíjajúcimi T-bunkami a vírusovo špecifické T-bunky sa rozmnožia. Bunky ako makrofágy sú špecialistami na túto prezentáciu antigénu.

Vyhýbanie sa imunitnému systému

Nie všetky vírusové infekcie vyvolávajú ochrannú imunitnú odpoveď. Tieto perzistentné vírusy sa vyhýbajú imunitnej kontrole sekvestráciou (ukrývaním sa), blokovaním prezentácie antigénu, rezistenciou voči cytokínom, vyhýbaním sa aktivite prirodzených zabíjačských buniek, únikom pred apoptózou (bunkovou smrťou) a antigénnym posunom (zmenou povrchových proteínov). HIV sa vyhýba imunitnému systému neustálou zmenou aminokyselinovej sekvencie proteínov na povrchu viriónu. Iné vírusy, tzv. neurotropné vírusy, sa pohybujú po nervoch na miesta, kam sa imunitný systém nedostane.

Vírusy nepatria do žiadnej zo šiestich ríš. Nespĺňajú všetky požiadavky na zaradenie medzi živé organizmy, pretože sú aktívne až v momente infekcie. To je však len slovná pripomienka.

Je zrejmé, že ich štruktúra a spôsob fungovania znamená, že sa vyvinuli z iných živých organizmov, a k strate normálnej štruktúry dochádza u mnohých endoparazitov. Pôvod vírusov v evolučnej histórii života je nejasný: niektoré sa mohli vyvinúť z plazmidov - kúskov DNA, ktoré sa môžu presúvať medzi bunkami - zatiaľ čo iné sa mohli vyvinúť z baktérií. V evolúcii sú vírusy dôležitým prostriedkom horizontálneho prenosu génov, ktorý zvyšuje genetickú rozmanitosť.

Nedávny projekt objavil takmer 1500 nových RNA vírusov na základe odberu vzoriek od viac ako 200 druhov bezstavovcov. "Výskumný tím... extrahoval ich RNA a pomocou sekvenovania novej generácie rozlúštil sekvenciu ohromujúcich 6 biliónov písmen prítomných v knižniciach RNA bezstavovcov". Výskum ukázal, že vírusy menili kúsky svojej RNA rôznymi genetickými mechanizmami. "Virom bezstavovcov [vykazuje] pozoruhodnú genomickú flexibilitu, ktorá zahŕňa častú rekombináciu, laterálny prenos génov medzi vírusmi a hostiteľmi, získavanie a stratu génov a komplexné genomické preskupenia".

Skupina veľkých vírusov infikuje améby. Najväčším z nich je pithovirus. Ďalšie v poradí podľa veľkosti sú Pandoravirus, potom Megavirus a potom Mimivirus. Sú väčšie ako niektoré baktérie a sú viditeľné pod svetelným mikroskopom.

Vírusy sa široko používajú v bunkovej biológii. Genetici často používajú vírusy ako vektory na zavedenie génov do buniek, ktoré skúmajú. Je to užitočné na to, aby bunka produkovala cudzorodú látku, alebo na štúdium účinku zavedenia nového génu do genómu. Východoeurópski vedci už nejaký čas používajú fágovú terapiu ako alternatívu k antibiotikám a záujem o tento prístup sa zvyšuje vzhľadom na vysokú úroveň rezistencie voči antibiotikám, ktorá sa v súčasnosti vyskytuje u niektorých patogénnych baktérií.