VIROLOGIJA: ZGODOVINA, KAJ PREUČUJE, VRSTE VIRUSOV, PRIMERI - BIOLOGIJA - 2025

Virologija je veja biologije, ki preučuje izvor, razvoj, razvrstitev, patologijo in biomedicinskih in biotehnoloških aplikacij virusov. Virusi so majhni delci, 0,01–1 µm, katerih genetski podatki so izključno za njihovo lastno razmnoževanje.

Gene virusov dekodirajo molekularni stroji okužene celice za razmnoževanje. Zato so virusi obligacijski znotrajcelični paraziti, odvisni od presnovnih funkcij živih celic.

Vir: Fotografska izdaja: Cynthia Goldsmith Ponudniki vsebin: CDC / Dr. Erskine. L. Palmer; Dr. ML Martin

Najpogostejši genetski material na planetu ustreza materialu virusov. Okužijo druge viruse in vsa živa bitja. Imunski sistemi se ne zaščitijo vedno uspešno pred virusi: nekatere najbolj uničujoče bolezni ljudi in živali povzročajo virusi.

Človeške virusne bolezni vključujejo rumeno vročino, polio, gripo, AIDS, male strupe in ošpice. Virusi sodelujejo pri približno 20% človeških rakavih obolenj. Vsako leto virusne okužbe dihal in črevesja ubijejo milijone otrok v državah v razvoju.

Nekateri virusi so uporabni za tipizacijo bakterij, kot virov encimov, za zatiranje škodljivcev, kot antibakterijska sredstva, za boj proti raku in kot genske prenašalce.

Zgodovina

V poznem 19. stoletju sta Martinus Beijerinck in Dmitri Ivanovski neodvisno ugotovila, da filtrati brez bakterij iz obolelih tobačnih rastlin vsebujejo sredstvo, ki lahko okuži zdrave rastline. Beijerinck je to sredstvo imenoval contagium vivum fluidum.

Zdaj vemo, da sta filtrata Beijerinck in Ivanovski vsebovala virus tobačnega mozaika. Tudi v 19. stoletju sta Friedrich Loeffler in Paul Frosch ugotovila, da FMD pri govedu povzroča nebakterijsko sredstvo.

V prvem desetletju 20. stoletja sta Vilhelm Ellerman in Olaf Bang dokazala prenos levkemije pri piščancih z uporabo filtratov brez celic. S temi poskusi je bilo mogoče sklepati, da obstajajo živalski virusi, ki lahko povzročijo raka.

V drugem desetletju 20. stoletja je Frederick Twort opazil lizo mikrokokov na ploščicah z agarji, v katerih je poskušal gojiti virus malih strupov, ob predpostavki, da je to lizo povzročil virus ali encimi bakterij. Felix d'Hérelle je odkril, da so bacile, ki povzročajo dizenterijo, lizirali virusi, ki jih je poimenoval bakteriofagi.

Leta 1960 je Peter Medawar prejel Nobelovo nagrado za odkritje, da virusi vsebujejo genetski material (DNK ali RNA).

Vrste virusov

Virusi so razvrščeni glede na lastnosti, ki jih imajo. To so morfologija, genom in interakcija z gostiteljem.

Razvrstitev, ki temelji na interakciji virusa z gostiteljem, temelji na štirih merilih: 1) proizvodnja nalezljivega potomstva; 2) ali virus ubije gostitelja ali ne; 3) če obstajajo klinični simptomi; 4) trajanje okužbe.

Imunski sistem ima pomembno vlogo pri interakciji med virusom in gostiteljem, ker določa razvoj okužbe. Tako je okužba lahko akutna in subklinična (virus se izloči iz telesa) ali trajna in kronična (virus se ne izloči iz telesa).

Razvrstitev, ki temelji na razlikah v genomih (sistem Baltimore) in taksonomska klasifikacija, ki upošteva vse značilnosti virusov, sta danes najbolj uporabljena sistema za katalogizacijo virusov.

Razvrstitev na podlagi morfologije

Za razumevanje te klasifikacije je treba poznati dele, ki sestavljajo virus. Virusi so sestavljeni iz genoma in kapsida ter imajo lahko ali ne. Genom je lahko DNK ali RNK, enojna ali dvo verižna, linearna ali krožna.

Kapsid je zapletena struktura, sestavljena iz številnih identičnih podenot virusnih beljakovin, imenovanih kapsometri. Njegova glavna funkcija je zaščita genoma. Služi tudi za prepoznavanje in vezanje na gostiteljsko celico ter za zagotovitev prenosa genoma v celico.

Ovojnica je membrana, sestavljena iz lipidov in glikoproteinov, ki obdaja kapsid. Izhaja iz gostiteljske celice. Veliko se razlikuje po velikosti, morfologiji in zahtevnosti. Prisotnost ali odsotnost ovojnic služi kot merilo za razvrstitev virusa.

Prepoznamo tri kategorije virusov brez ovojnice: 1) izometrične, približno sferične oblike (ikozaedri ali icosadeltaedri); 2) nitaste, s preprosto vijačno obliko; 3) zapleteno, brez predhodnih oblik. Nekateri virusi, kot je bakteriofag T2, združujejo izometrične in nitaste oblike.

Če je virus ovoj, ga lahko dodelimo tudi morfološkim kategorijam na podlagi značilnosti nukleokapsida znotraj membrane.

Razvrstitev na osnovi genoma: sistem Baltimore

Ta razvrstitev, ki jo je predlagal David Baltimore, upošteva naravo genskega genoma v smislu mehanizma, ki ga uporablja za kopiranje nukleinske kisline in prepisovanje selitvene RNA (mRNA) za biosintezo beljakovin.

V sistemu Baltimore virusi, katerih gen za RNA ima enak smisel kot mRNA, imenujemo virusi s pozitivnim občutkom RNA (+), medtem ko virusi, katerih genom ima nasproten smisel (komplementarni) do mRNA, imenujemo virusi z Negativni občutek RNA (-). Dvocemenski virusi genoma gredo v obe smeri.

Pomanjkljivost te klasifikacije je, da virusi, ki imajo podobne mehanizme razmnoževanja, nimajo nujno drugih lastnosti.

Baltimorski sistemski razredi

Razred I. Virus z dvojnim verigom DNK. Prepisovanje, podobno kot v gostiteljski celici.

Razred II. Virusi z eno-verižnim DNA genomom. DNK je lahko (+) in (-) polarnosti. Pred sintezo mRNA se pretvori v dvojno verigo.

Razred III. Virusi z dvodelnim genom RNA (dsRNA). S segmentiranim genomom in mRNA, sintetiziranimi iz vsakega segmenta DNA predloge. Encimi, ki sodelujejo pri prepisovanju, kodiranem z virusnim genomom.

Razred IV. Virusi z enodrokastim genom RNA (ssRNA), polarnostjo (+). Pred sintezo mRNA pred sintezo komplementarnega niza. Prepisovanje je podobno kot v razredu 3.

Razred V. Virus z ssRNA genomom je nasprotnega smisla kot smisel mRNA (-). Sinteza mRNA, za katero so potrebni encimsko encimski encimi. Za proizvodnjo novih generacij virusa je potrebna sinteza vmesne dsRNA.

Razred VI. Virus s genom ssRNA, ki proizvaja vmesno dsDNA pred replikacijo. Uporablja encime, ki jih virus nosi.

VII. Razred Virusi, ki kopirajo svojo dsDNA prek vmesne ssRNA.

Taksonomska klasifikacija

Mednarodni odbor za taksonomijo virusov je vzpostavil taksonomsko shemo za razvrščanje virusov. Ta sistem uporablja vrstni red delitev, družino, poddružino in spol. Še vedno poteka razprava o uporabi koncepta vrste za viruse.

Merila, uporabljena za taksonomsko razvrstitev, so obseg gostitelja, morfološke značilnosti in narava genoma. Poleg tega so upoštevana tudi druga merila, kot so dolžina repa faga (virus, ki okuži bakterije), prisotnost ali odsotnost določenih genov v genoma in filogenetska razmerja med virusi.

Primer te razvrstitve je: naročilo mononegaviristov; družina Paramyxoviridae; Poddružina Paramyxovirinae, rod Morbillivirus; vrste, virus ošpic.

Imena družin, poddružin in rodov se zgledujejo po kraju izvora, gostitelju ali simptomih bolezni, ki jih povzroča virus. Na primer, reka Ebola v Zairu daje ime rodu Ebola; tobačni mozaik daje ime rodu Tomabovirus.

Številna imena skupin virusov so besede latinskega ali grškega izvora. Na primer, Podoviridae, izhaja iz grškega podos, kar pomeni stopalo. To ime se nanaša na fago s kratkim repom.

Primeri virusov

Virus gripe

Okužijo ptice in sesalce. Imajo raznoliko morfologijo, s ovojnico. Eno pramenski RNA genom. Spadajo v razred V Baltimoreja in v družino Orthomyxoviridae.

V to družino spadajo virusi gripe. Večino primerov gripe povzročajo virusi gripe A. Izbruhi virusov gripe B. se pojavijo vsake 2–3 leta. Tisti, ki jih proizvajajo virusi gripe C, so manj pogosti.

Virus gripe A je povzročil štiri pandemije: 1) špansko gripo (1918-1919), podtip virusa H1N1 neznanega izvora; 2) azijska gripa (1957–1958), podtip H2N2, ptičjega izvora; 3) hongkonška gripa (1968–1969), podtip H3N3, ptičjega izvora; 4) prašičja gripa (2009–2010), podvrsta H1N1, prašičjega izvora.

Španska gripa je povzročila najbolj uničujočo pandemijo. Ubila je več ljudi kot prva svetovna vojna.

Črki H in N izvirata iz membranskih glikoproteinov hemaglutinin in neuraminidaza. Ti glikoproteini so prisotni v najrazličnejših antigenih oblikah in so vključeni v nove različice.

Retrovirus

Okužijo sesalce, ptice in druge vretenčarje. Sferična morfologija, s ovojnico. Eno pramenski RNA genom. Spadajo v baltimorski razred VI in družino Retroviridae.

V to družino spada tudi virus humane imunske pomanjkljivosti (HIV), rod Lentivirus. Ta virus povzroči škodo na imunskem sistemu okužene osebe, zaradi česar je dovzetna za okužbo z bakterijami, virusi, glivami in protozoji. Bolezen, ki jo povzroča HIV, je znana kot sindrom pridobljene imunske pomanjkljivosti (AIDS).

Tudi drugi rodovi Retroviridae povzročajo resne bolezni. Na primer: Spumavirus (simian puhast virus); Epsilonretrovirus (Walleye dermalni sarkom virus); Gamaretrovirus (virus mišične levkemije, virus mačje levkemije); Betaretrovirus (virus mišičnega mlečnega tumorja); in Alpharetrovirus (virus Rous sarkoma).

Herpes virus

Okuži hladnokrvne sesalce, ptice in vretenčarje. Morfologija virusa: ikozaedrska kapsula, s ovojnico. Dvocemenski DNA genom. Spadajo v Baltimore I. razred in v herpesvirusni red.

Nekateri člani so: Herpes simplex virus 2 (povzroča genitalni herpes); človeški citomegalovirus (povzroča prirojene napake); Herpesvirusni sarkom KaposiB ^™ (povzroča Kaposijev sarkom); EpsteinBƂBarr virus ali EBV (povzroča žlezno vročino in tumorje).

Virusi, ki povzročajo polio in druge sorodne viruse

Okuži sesalce in ptice. Morfologija virusa: izometrična ali ikozaedrska. Eno pramenski RNA genom. Spadajo v baltimorski razred IV in družino Picornaviridae.

Nekateri rodovi te družine so: hepatovirus (povzroča hepatitis A); Enterovirus (povzroča poliomielitis); Aftovirus (povzroča bolezen slinavke in ust).

Virusi, ki povzročajo steklino in sorodne viruse

Okužijo sesalce, ribe, žuželke in rastline. Vijačna morfologija, s ovojnico. Eno pramenski RNA genom. Spadajo v razred Baltimorja V in v družino Rhabdoviridae.

V to družino spadajo tudi virusi, ki povzročajo bolezni, kot je steklina, ki jo povzroča rod Lyssavirus; vezikularni stomatitis, ki ga povzroča rod Vesiculovirus; in rumenega pritlikavega krompirja, ki ga povzroča rod Novirirhabdovirus.

Virus, ki povzroča nalezljiv eritrem

Okužuje sesalce, ptice in žuželke. Simetrična ikozaedrska morfologija. Enoverižni genom DNA. Spadajo v razred II Baltimoreja in v družino Parvoviridae.

En član te družine je virus B19, ki spada v rod Erithrovirus, ki pri ljudeh povzroča infekcijsko eritremo, ki ponavadi ne povzroča simptomov. Virus B19 okuži predhodne celice rdečih krvnih celic.

Nekateri člani Parvoviridae se uporabljajo kot genski vektorji.

Virusne aplikacije

Viruse lahko uporabimo v korist človeka s konstrukcijo rekombinantnih virusov. Imajo genom, spremenjen s tehnikami molekularne biologije.

Rekombinantni virusi so potencialno uporabni za gensko terapijo, katere namen je ozdravitev specifičnih bolezni ali proizvodnjo cepiv.

HIV se uporablja za konstruiranje genskih vektorjev (lentivirusni vektorji) za gensko terapijo. Izkazalo se je, da so ti vektorji učinkoviti na živalskih modelih epitelijske bolezni pigmenta mrežnice, kot je retinitis pigmentosa, ki jo povzročajo avtosomno recesivno dedovanje ali mutacije.

Virusi, ki se uporabljajo kot prenašalci cepiv, bi morali imeti nizek patogeni potencial. To je preverjeno z uporabo živali modelov. To velja za cepiva, ki so bila razvita ali se razvijajo proti virusom malih strup, vezikularnemu stomatitisu in eboli.

Reference

1. Carter, JB, Saunders, VA 2013. Virologija: načela in aplikacije. Wiley, Chichester.
2. Dimmock, NJ, Easton, AJ, Leppard, KN 2007. Uvod v sodobno virologijo. Blackwell Malden.
3. Flint, J., Racaniello, VR, Rall, GF, Skalka, AM, Enquist, LW 2015. Načela virologije. Ameriško društvo za mikrobiologijo, Washington.
4. Hull, R. 2009. Primerjalna virologija rastlin. Elsevier, Amsterdam.
5. Louten, J. 2016. Bistvena človeška virologija. Elsevier, Amsterdam.
6. Richman, DD, Whitley, RJ, Hayden, FG 2017. Klinična virologija. Ameriško društvo za mikrobiologijo, Washington.
7. Voevodin, AF, Marx, PA, Jr. 2009. Simian virology. Wiley-Blackwell, Ames.
8. Wagner, EK, Hewlett, MJ, Bloom, DC, Camerini, D. 2008. Osnovna virologija. Blackwell Malden.