WIRUSOLOGIA: HISTORIA, CZYM SIĘ BADA, RODZAJE WIRUSÓW, PRZYKŁADY - BIOLOGIA - 2026

Wirusologii jest gałęzią biologii badająca pochodzenie, ewolucja, klasyfikację, patologii i biomedycznych i biotechnologicznych zastosowań wirusów. Wirusy to małe cząstki o wielkości 0,01–1 µm, których informacja genetyczna służy wyłącznie do ich własnej replikacji.

Geny wirusów są dekodowane przez maszynerię molekularną zakażonej komórki w celu namnażania. Dlatego wirusy są bezwzględnie pasożytami wewnątrzkomórkowymi zależnymi od funkcji metabolicznych żywych komórek.

Źródło: Zdjęcie Źródło: Cynthia Goldsmith Dostawcy treści: CDC / Dr. Erskine. L. Palmer; Dr ML Martin

Najbardziej obfity materiał genetyczny na planecie odpowiada wirusom. Zarażają inne wirusy i wszystkie żywe istoty. Systemy odpornościowe nie zawsze skutecznie chronią się przed wirusami: niektóre z najbardziej wyniszczających chorób ludzi i zwierząt są wywoływane przez wirusy.

Ludzkie choroby wirusowe obejmują żółtą febrę, polio, grypę, AIDS, ospę i odrę. Wirusy są zaangażowane w około 20% przypadków raka u ludzi. Każdego roku wirusowe infekcje dróg oddechowych i jelit zabijają miliony dzieci w krajach rozwijających się.

Niektóre wirusy są przydatne do typowania bakterii, jako źródła enzymów, do zwalczania szkodników, jako środki przeciwbakteryjne, do walki z rakiem i jako wektory genowe.

Historia

Pod koniec XIX wieku Martinus Beijerinck i Dmitri Ivanovski niezależnie ustalili, że wolne od bakterii filtraty z chorych roślin tytoniu zawierają czynnik zdolny do zakażenia zdrowych roślin. Beijerinck nazwał tego agenta zakażeniem żyjącym płynem.

Teraz wiemy, że filtraty Beijerinck i Ivanovski zawierały wirusa mozaiki tytoniu. Również w XIX wieku Friedrich Loeffler i Paul Frosch doszli do wniosku, że pryszczyca u bydła jest wywoływana przez czynnik niebakteryjny.

W pierwszej dekadzie XX wieku Vilhelm Ellerman i Olaf Bang zademonstrowali przenoszenie białaczki u kurczaków, stosując filtraty bezkomórkowe. Eksperymenty te pozwoliły stwierdzić, że istnieją wirusy zwierzęce, które mogą powodować raka.

W drugiej dekadzie XX wieku Frederick Twort obserwował lizę mikrokoków na płytkach agarowych, na których próbował wyhodować wirusa ospy, zakładając, że ta liza była spowodowana przez wirusa lub enzymy bakterii. Ze swojej strony Felix d'Hérelle odkrył, że prątki wywołujące czerwonkę ulegają lizie przez wirusy, które nazwał bakteriofagami.

W 1960 roku Peter Medawar otrzymał Nagrodę Nobla za odkrycie, że wirusy zawierają materiał genetyczny (DNA lub RNA).

Typy wirusów

Wirusy są klasyfikowane zgodnie z posiadanymi cechami. Są to morfologia, genom i interakcja z żywicielem.

Klasyfikacja oparta na interakcji wirusa z żywicielem opiera się na czterech kryteriach: 1) wytworzeniu zakaźnego potomstwa; 2) czy wirus zabija gospodarza; 3) jeśli występują objawy kliniczne; 4) czas trwania infekcji.

Układ odpornościowy odgrywa ważną rolę w interakcji między wirusem a żywicielem, ponieważ determinuje rozwój infekcji. Zatem infekcja może być ostra i subkliniczna (wirus jest usuwany z organizmu) lub trwała i przewlekła (wirus nie jest usuwany z organizmu).

Klasyfikacja oparta na różnicach genomu (system Baltimore) i klasyfikacja taksonomiczna, która bierze pod uwagę wszystkie cechy wirusów, to systemy najczęściej używane obecnie do katalogowania wirusów.

Klasyfikacja oparta na morfologii

Aby zrozumieć tę klasyfikację, konieczne jest poznanie części, z których składa się wirus. Wirusy składają się z genomu i kapsydu i mogą mieć otoczkę lub nie. Genom może być DNA lub RNA, jedno- lub dwuniciowy, liniowy lub kolisty.

Kapsyd jest złożoną strukturą składającą się z wielu identycznych podjednostek białek wirusa, zwanych kapsomerami. Jego główną funkcją jest ochrona genomu. Służy również do rozpoznawania i wiązania się z komórką gospodarza oraz do zapewnienia transportu genomu do komórki.

Otoczka to błona złożona z lipidów i glikoprotein, która otacza kapsyd. Pochodzi z komórki gospodarza. Różni się znacznie pod względem wielkości, morfologii i złożoności. Obecność lub brak otoczek służy jako kryterium klasyfikacji wirusów.

Rozróżnia się trzy kategorie wirusów bezotoczkowych: 1) izometryczne, w przybliżeniu kuliste (dwudziestościany lub icosadeltaedry); 2) nitkowate, o prostym kształcie spirali; 3) złożone, bez poprzednich form. Niektóre wirusy, takie jak bakteriofag T2, łączą formę izometryczną i nitkowatą.

Jeśli wirus jest otoczony otoczką, można je również przypisać do kategorii morfologicznych w oparciu o charakterystykę nukleokapsydu w błonie.

Klasyfikacja oparta na genomie: system Baltimore

Klasyfikacja ta, zaproponowana przez Davida Baltimore'a, uwzględnia naturę genomu wirusa w kontekście mechanizmu, którego używa do replikacji kwasu nukleinowego i transkrypcji informacyjnego RNA (mRNA) do biosyntezy białek.

W systemie Baltimore wirusy, których genom RNA ma taki sam sens jak mRNA nazywane są wirusami z dodatnim sensem RNA (+), podczas gdy wirusy, których genom ma odwrotny sens (komplementarny) do mRNA nazywane są wirusami o RNA o ujemnym sensie (-). Wirusy dwuniciowego genomu działają w obie strony.

Wadą tej klasyfikacji jest to, że wirusy o podobnych mechanizmach replikacji niekoniecznie mają inne cechy.

Klasy systemu Baltimore

Klasa I. Wirus z genomem dwuniciowego DNA. Transkrypcja podobna do transkrypcji komórki gospodarza.

Klasa II. Wirusy z genomem jednoniciowego DNA. DNA może mieć biegunowość (+) i (-). Konwertowany do dwuniciowego przed syntezą mRNA.

Klasa III. Wirusy z dwuniciowym genomem RNA (dsRNA). Z segmentowanym genomem i mRNA syntetyzowanym z każdego segmentu matrycy DNA. Enzymy uczestniczące w transkrypcji kodowanej przez genom wirusa.

Klasa IV. Wirusy z jednoniciowym genomem RNA (ssRNA), polaryzacją (+). Synteza mRNA poprzedzona syntezą nici komplementarnej. Transkrypcja jest podobna do tej z klasy 3.

Klasa V. Wirus z genomem ssRNA o sensie przeciwnym do sensownego mRNA (-). Synteza mRNA wymagająca enzymów kodowanych przez wirusy. Wytwarzanie nowych generacji wirusa wymaga syntezy pośredniego dsRNA.

Klasa VI. Wirus z genomem ssRNA, który przed replikacją wytwarza pośredni dsDNA. Wykorzystuje enzymy przenoszone przez wirusa.

Klasa VII. Wirusy, które replikują swoje dsDNA poprzez pośredni ssRNA.

Klasyfikacja taksonomiczna

Międzynarodowy Komitet Taksonomii Wirusów ustanowił system taksonomiczny do klasyfikowania wirusów. Ten system wykorzystuje kolejność podziałów, rodzinę, podrodzinę i płeć. Nadal toczy się debata na temat zastosowania koncepcji gatunku do wirusów.

Kryteria stosowane do klasyfikacji taksonomicznej to zakres żywicieli, cechy morfologiczne i charakter genomu. Ponadto brane są pod uwagę inne kryteria, takie jak długość ogona faga (wirusa, który infekuje bakterie), obecność lub brak niektórych genów w genomach oraz związki filogenetyczne między wirusami.

Przykładem takiej klasyfikacji jest: order Mononegavirales; rodzina Paramyxoviridae; Podrodzina Paramyxovirinae, rodzaj Morbillivirus; gatunek, wirus odry.

Nazwy rodzin, podrodzin i rodzajów są inspirowane miejscem pochodzenia, żywicielem lub objawami choroby wywoływanej przez wirusa. Na przykład rzeka Ebola w Zairze nadaje nazwę rodzajowi Ebola; mozaika tytoniowa daje nazwę rodzajowi Tomabovirus.

Wiele nazw grup wirusów to słowa pochodzenia łacińskiego lub greckiego. Na przykład Podoviridae pochodzi od greckiego podos, co oznacza stopę. Ta nazwa odnosi się do fagów o krótkich ogonach.

Przykłady wirusów

Wirus grypy

Zarażają ptaki i ssaki. Mają zróżnicowaną morfologię, z kopertą. Genom jednoniciowego RNA. Należą do klasy V Baltimore i do rodziny Orthomyxoviridae.

Wirusy grypy należą do tej rodziny. Większość przypadków grypy jest wywoływana przez wirusy grypy A. Epidemie wywoływane przez wirusy grypy B występują co 2–3 lata. Te wytwarzane przez wirusy grypy C są rzadsze.

Wirus grypy A wywołał cztery pandemie: 1) grypę hiszpańską (1918–1919), podtyp wirusa H1N1 o nieznanym pochodzeniu; 2) grypa azjatycka (1957–1958), podtyp H2N2, pochodzenia ptasiego; 3) grypa hongkońska (1968–1969), podtyp H3N3, pochodzenia ptasiego; 4) świńska grypa (2009–2010), podtyp H1N1, pochodzenia świńskiego.

Najbardziej niszczycielską znaną pandemią była grypa hiszpańska. Zabił więcej ludzi niż pierwsza wojna światowa.

Litery H i N pochodzą odpowiednio z glikoprotein błonowych, hemaglutyniny i neuraminidazy. Te glikoproteiny są obecne w wielu różnych formach antygenowych i są zaangażowane w nowe warianty.

Retrowirus

Infekują ssaki, ptaki i inne kręgowce. Morfologia kulista z kopertą. Genom jednoniciowego RNA. Należą do VI klasy Baltimore i rodziny Retroviridae.

Ludzki wirus niedoboru odporności (HIV), rodzaj lentiwirus, należy do tej rodziny. Wirus ten powoduje uszkodzenie układu odpornościowego zakażonej osoby, czyniąc go podatnym na zakażenie bakteriami, wirusami, grzybami i pierwotniakami. Choroba wywoływana przez HIV jest znana jako zespół nabytego niedoboru odporności (AIDS).

Inne rodzaje należące do Retroviridae również powodują poważne choroby. Na przykład: Spumawirus (małpi puszysty wirus); Epsilonretrovirus (wirus mięsaka skóry Walleye); Gammaretrowirus (wirus mysiej białaczki, wirus białaczki kotów); Betaretrowirus (mysi wirus raka sutka); i Alpharetrovirus (wirus mięsaka Rousa).

Wirus opryszczki

Zaraża zimnokrwiste ssaki, ptaki i kręgowce. Morfologia wirusa: ikozaedryczna torebka z otoczką. Genom dwuniciowego DNA. Należą do klasy I Baltimore i do rzędu Herpesviral.

Niektórzy członkowie to: wirus opryszczki pospolitej 2 (powoduje opryszczkę narządów płciowych); ludzki wirus cytomegalii (powoduje wady wrodzone); Mięsak Herpesvirus KaposiB ^™ (powoduje mięsaka Kaposiego); Wirus EpsteinBƂBarr lub EBV (powoduje gorączkę gruczołową i guzy).

Wirusy wywołujące polio i inne pokrewne wirusy

Zaraża ssaki i ptaki. Morfologia wirusa: izometryczna lub ikosaedryczna. Genom jednoniciowego RNA. Należą do IV klasy Baltimore i rodziny Picornaviridae.

Niektóre rodzaje z tej rodziny to: Hepatovirus (powoduje wirusowe zapalenie wątroby typu A); Enterowirus (powoduje poliomyelitis); Afthovirus (powoduje pryszczycę).

Wirusy wywołujące wściekliznę i pokrewne wirusy

Infekują ssaki, ryby, owady i rośliny. Spiralna morfologia z kopertą. Genom jednoniciowego RNA. Należą do klasy V Baltimore i rodziny Rhabdoviridae.

Wirusy wywołujące choroby, takie jak wścieklizna, wywoływane przez rodzaj Lyssavirus, należą do tej rodziny; pęcherzykowe zapalenie jamy ustnej wywołane przez rodzaj Vesiculovirus; i żółtego karłowatego ziemniaka, wywołanego przez rodzaj Novirirhabdovirus.

Wirus wywołujący zakaźny erythrema

Infekuje ssaki, ptaki i owady. Symetryczna morfologia ikosaedryczna. Genom jednoniciowego DNA. Należą do klasy II Baltimore i do rodziny Parvoviridae.

Jednym z członków tej rodziny jest wirus B19, należący do rodzaju Erithrovirus, który wywołuje u ludzi zakaźny erytrocyt, który zwykle nie daje objawów. Wirus B19 infekuje komórki prekursorowe czerwonych krwinek.

Niektórzy przedstawiciele Parvoviridae są wykorzystywani jako wektory genów.

Aplikacje antywirusowe

Wirusy można wykorzystywać z korzyścią dla człowieka, konstruując wirusy rekombinowane. Mają genom zmodyfikowany technikami biologii molekularnej.

Rekombinowane wirusy są potencjalnie użyteczne w terapii genowej, której celem jest leczenie określonych chorób lub produkcja szczepionek.

HIV zastosowano do skonstruowania wektorów genowych (wektorów lentiwirusowych) do terapii genowej. Wykazano, że wektory te są skuteczne w zwierzęcych modelach chorób nabłonka barwnikowego siatkówki, takich jak barwnikowe zwyrodnienie siatkówki spowodowane dziedziczeniem autosomalnym recesywnym lub mutacjami.

Wirusy użyte jako wektory szczepionek powinny mieć niski potencjał chorobotwórczy. Jest to weryfikowane za pomocą modeli zwierzęcych. Dotyczy to opracowanych lub opracowywanych szczepionek przeciwko wirusom ospy prawdziwej, pęcherzykowemu zapaleniu jamy ustnej i Eboli.

Bibliografia

1. Carter, JB, Saunders, VA 2013. Wirusologia: zasady i zastosowania. Wiley, Chichester.
2. Dimmock, NJ, Easton, AJ, Leppard, KN 2007. Wprowadzenie do współczesnej wirusologii. Blackwell Malden.
3. Flint, J., Racaniello, VR, Rall, GF, Skalka, AM, Enquist, LW 2015. Zasady wirusologii. American Society for Microbiology, Waszyngton.
4. Hull, R. 2009. Porównawcza wirusologia roślin. Elsevier, Amsterdam.
5. Louten, J. 2016. Podstawowa wirusologia człowieka. Elsevier, Amsterdam.
6. Richman, DD, Whitley, RJ, Hayden, FG 2017. Wirusologia kliniczna. American Society for Microbiology, Waszyngton.
7. Voevodin, AF, Marx, PA, Jr. 2009. Simian virology. Wiley-Blackwell, Ames.
8. Wagner, EK, Hewlett, MJ, Bloom, DC, Camerini, D. 2008. Basic virology. Blackwell Malden.