VIROLOGIJA: POVIJEST, ŠTO SE PROUČAVA, VRSTE VIRUSA, PRIMJERI - BIOLOGIJA - 2024

Virologija je grana biologije koja proučava podrijetlo, evoluciju, klasifikacija, patologiju i biomedicinske i biotehnološke primjene virusa. Virusi su sitne čestice, 0,01-1 µm, čije su genetske informacije isključivo za vlastitu replikaciju.

Geni virusa dekodiraju se molekularnim strojevima zaražene stanice radi umnožavanja. Stoga su virusi obligacijski unutarćelijski paraziti ovisno o metaboličkim funkcijama živih stanica.

Izvor: Fotografska kredit: Cynthia Goldsmith Ponuditelji sadržaja: CDC / Dr. Erskine. L. Palmer; Dr. ML Martin

Najobilniji genetski materijal na planeti odgovara materiji virusa. Zarazuju se drugim virusima i svim živim bićima. Imuni sustavi ne brane se uvijek uspješno protiv virusa: neke od najrazornijih bolesti ljudi i životinja uzrokuju virusi.

Ljudske virusne bolesti uključuju žutu groznicu, polio, gripu, AIDS, boginje i ospice. Virusi su uključeni u oko 20% ljudskog karcinoma. Svake godine virusne respiratorne i crijevne infekcije ubijaju milijune djece u zemljama u razvoju.

Neki virusi su korisni za tipkanje bakterija, kao izvora enzima, za suzbijanje štetočina, kao antibakterijska sredstva, za borbu protiv raka i kao genske vektore.

Povijest

Krajem 19. stoljeća Martinus Beijerinck i Dmitri Ivanovski neovisno su utvrdili da filtrati bez bakterija iz oboljelih biljaka duhana sadrže sredstvo sposobno zaraziti zdrave biljke. Beijerinck je to sredstvo nazvao contagium vivum fluidum.

Sada znamo da su filtri za Beijerinck i Ivanovski sadržavali virus duhanskog mozaika. Također u 19. stoljeću, Friedrich Loeffler i Paul Frosch zaključili su da FMD kod goveda uzrokuje nebakterijski uzročnik.

U prvom desetljeću 20. stoljeća Vilhelm Ellerman i Olaf Bang demonstrirali su prijenos leukemije kod kokoši koristeći filtrate bez stanica. Ovi eksperimenti omogućili su zaključak da postoje životinjski virusi koji mogu izazvati rak.

U drugom desetljeću 20. stoljeća Frederick Twort promatrao je lizu mikrokoka na pločama s agarima u kojima je pokušavao uzgajati virus malih boginja, pretpostavljajući da je ovu lizu uzrokovao virus ili enzimi bakterija. Sa svoje strane, Felix d'Hérelle je otkrio da su bacili koji uzrokuju dizenteriju lizirali virusi koje je nazvao bakteriofazima.

1960. Peter Medawar dobio je Nobelovu nagradu za otkriće da virusi sadrže genetski materijal (DNA ili RNA).

Vrste virusa

Virusi su klasificirani prema karakteristikama koje posjeduju. To su morfologija, genom i interakcija s domaćinom.

Razvrstavanje na temelju interakcije virusa s domaćinom temelji se na četiri kriterija: 1) proizvodnja infektivnog potomstva; 2) da li virus ubija domaćina ili ne; 3) ako postoje klinički simptomi; 4) trajanje infekcije.

Imunološki sustav igra važnu ulogu u interakciji virusa i domaćina jer određuje razvoj infekcije. Tako infekcija može biti akutna i subklinička (virus se eliminira iz tijela), ili trajna i kronična (virus se ne eliminira iz tijela).

Razvrstavanje na temelju razlika u genomima (Baltimore System) i taksonomska klasifikacija, koja uzima u obzir sve karakteristike virusa, su sustavi koji se danas najčešće koriste za katalogiziranje virusa.

Razvrstavanje na temelju morfologije

Za razumijevanje ove klasifikacije potrebno je poznavati dijelove koji čine virus. Virusi se sastoje od genoma i kapsida, a mogu imati ili ne moraju imati ovojnicu. Genom može biti DNK ili RNA, jednostruki ili dvolančani, linearni ili kružni.

Kapsid je složena struktura koju čine mnoge identične podjedinice virusnih proteina, nazvane kapsometri. Njegova glavna funkcija je zaštita genoma. Služi i za prepoznavanje i vezanje na stanicu domaćina, te za osiguravanje transporta genoma u stanicu.

Ovojnica je membrana sastavljena od lipida i glikoproteina koji okružuje kapsid. Dobiva se iz stanice domaćina. Znatno varira u veličini, morfologiji i složenosti. Prisutnost ili odsutnost omotnica služi kao kriterij za klasifikaciju virusa.

Prepoznaju se tri kategorije virusa bez omotača: 1) izometrijski, približno sfernog oblika (ikozaedri ili icosadeltaedroni); 2) vlaknasti, jednostavnog oblika spirale; 3) složeni, bez prethodnih oblika. Neki virusi, poput bakteriofaga T2, kombiniraju izometrijske i nitaste oblike.

Ako se virus zamota, oni se također mogu svrstati u morfološke kategorije na temelju karakteristika nukleokapsida u membrani.

Klasifikacija na osnovi genoma: Baltimore sustav

Ova klasifikacija, koju je predložio David Baltimore, razmatra prirodu genoma virusa u smislu mehanizma koji koristi za umnožavanje nukleinske kiseline i transkribiranje glasnika RNA (mRNA) za biosintezu proteina.

U sustavu Baltimore, virusi čiji RNA genom ima isto značenje kao mRNA nazivaju se virusima s pozitivnim smislom RNA (+), dok se virusi čiji genom ima suprotno značenje (komplementarni) mRNA nazivaju virusima s Negativni osjećaj RNA (-). Dvočlani virusi genoma idu u oba smjera.

Nedostatak ove klasifikacije je taj što virusi koji imaju slične mehanizme replikacije ne moraju nužno dijeliti druge karakteristike.

Baltimore System klase

Klasa I. Virus s dvolančanim genomom DNA. Transkripcija slična onoj u stanici domaćina.

Klasa II. Virusi s jednolančanim DNK genomom. DNA može biti (+) i (-) polariteta. Pretvorena je u dvolančane prije sinteze mRNA.

III klasa. Virusi s dvolančanim RNA genomom (dsRNA). Sa segmentiranim genomom i mRNA sintetiziranim iz svakog segmenta DNA predloška. Enzimi koji sudjeluju u transkripciji kodiranoj virusnim genomom.

Klasa IV. Virusi s jednolančanim RNA genomom (ssRNA), polarnošću (+). Sintezi mRNA prethodila je sinteza komplementarnog lanca. Transkripcija je slična onoj u klasi 3.

Klasa V. Virus sa ssRNA genomom suprotnog je značenja kao u smislu mRNA (-). Sinteza mRNA koja zahtijeva enzime koji su kodirani virusom. Proizvodnja novih generacija virusa zahtijeva sintezu intermedijarne dsRNA.

Klasa VI. Virus ssRNA genomom koji stvara intermedijarnu dsDNA prije replikacije. Koristi enzime koje virus nosi.

Klasa VII. Virusi koji repliciraju svoju dsDNA putem intermedijarne ssRNA.

Taksonomska klasifikacija

Međunarodni odbor za taksonomiju virusa uspostavio je taksonomsku shemu za razvrstavanje virusa. Ovaj sustav koristi redoslijed podjela, obitelj, poddružinu i spol. Još uvijek traje rasprava o primjeni koncepta vrste na viruse.

Kriteriji za taksonomsku klasifikaciju su raspon domaćina, morfološke karakteristike i priroda genoma. Uz to se uzimaju u obzir i drugi kriteriji, poput duljine repa faga (virus koji inficira bakterije), prisutnosti ili odsutnosti određenih gena u genima, te filogenetske veze između virusa.

Primjer ove klasifikacije je: narudžba mononegavirusa; obitelj Paramyxoviridae; Podfamija Paramyxovirinae, rod Morbillivirus; vrste, virus ospica.

Imena obitelji, podvrsta i rodova potiču iz mjesta podrijetla, domaćina ili simptoma bolesti koju virus proizvodi. Na primjer, rijeka Ebola u Zairu daje ime rodu Ebola; duhanski mozaik daje ime rodu Tomabovirus.

Mnoga imena grupa virusa su riječi latinskog ili grčkog porijekla. Na primjer, Podoviridae, potječe od grčkog podos, što znači stopalo. Ovaj se naziv odnosi na kratkotrajne fagove.

Primjeri virusa

Virus gripe

Zarazuju ptice i sisare. Imaju raznoliku morfologiju, s omotnicom. Jednolančani RNA genom. Pripadaju razredu Baltimorea i obitelji Orthomyxoviridae.

Virusi gripe pripadaju ovoj obitelji. Većina slučajeva gripe uzrokovana je virusima gripe A. Izbjegavanja izazvana virusima gripe B. javljaju se svake 2-3 godine. Oni koje proizvode virusi gripa C rjeđe su.

Virus gripe A uzrokovao je četiri pandemije: 1) španjolsku gripu (1918-1919), podtipu virusa H1N1 nepoznatog porijekla; 2) azijska gripa (1957–1958), podvrsta H2N2, ptičjeg podrijetla; 3) hongkonška gripa (1968. - 1969.), Podvrsta H3N3, ptičjeg podrijetla; 4) svinjska gripa (2009–2010), podvrsta H1N1, svinjskog porijekla.

Španjolska gripa izazvala je najrazorniju poznatu pandemiju. Ubijeno je više ljudi nego u Prvom svjetskom ratu.

Slova H i N potječu iz membranskih glikoproteina hemaglutinina i neuraminidaze. Ovi glikoproteini prisutni su u velikom broju antigenih oblika i uključeni su u nove inačice.

retrovirus

Zarazuju sisavce, ptice i druge kralježnjake. Sferna morfologija, s omotnicom. Jednolančani RNA genom. Pripadaju baltimorskoj klasi VI i obitelji Retroviridae.

Ljudski virus imunodeficijencije (HIV), rod Lentivirus, pripada ovoj obitelji. Ovaj virus uzrokuje oštećenje imunološkog sustava zaražene osobe, čineći ga osjetljivim na infekcije bakterijama, virusima, gljivicama i protozoama. Bolest uzrokovana HIV-om poznata je kao sindrom stečene imunodeficijencije (AIDS).

Ostali rodovi koji pripadaju Retroviridae također uzrokuju ozbiljne bolesti. Na primjer: Spumavirus (simian pahuljasti virus); Epsilonretrovirus (Walleye dermalni sarkom virus); Gamaretrovirus (virus leukemije kod mišića, virus mačje leukemije); Betaretrovirus (virus tumora miševa mlijeka); i Alpharetrovirus (virus Rous sarkoma).

Herpes virus

Zarazuje hladnokrvne sisare, ptice i kralježnjake. Morfologija virusa: ikosaedrska kapsula, s ovojnicom. Dvolančani DNA genom. Pripadaju razredu Baltimorea i herpesviralnom redu.

Neki su članovi: Herpes simplex virus 2 (uzrokuje genitalni herpes); humani citomegalovirus (uzrokuje urođene mane); Herpesvirus KaposiB ^™ sarkom (uzrokuje Kaposijev sarkom); EpsteinBƂBarr virus ili EBV (uzrokuje žljezdanu groznicu i tumore).

Virusi koji uzrokuju polio i druge srodne viruse

Zarazuje sisavce i ptice. Morfologija virusa: izometrijska ili ikosaedrska. Jednolančani RNA genom. Pripadaju baltimorskoj klasi IV i obitelji Picornaviridae.

Neki rodovi ove obitelji su: hepatovirus (uzrokuje hepatitis A); Enterovirus (uzrokuje poliomijelitis); Aftovirus (izaziva bolest stopala i usta).

Virusi koji uzrokuju bjesnoću i srodne viruse

Zarazuju sisavce, ribe, insekte i biljke. Spiralna morfologija, s omotnicom. Jednolančani RNA genom. Pripadaju razredu Baltimorea i obitelji Rhabdoviridae.

Virusi koji uzrokuju bolesti poput bjesnoće, uzrokovane rodom Lyssavirus, pripadaju ovoj obitelji; vezikularni stomatitis, uzrokovan rodom Vesiculovirus; i žuti patuljasti krumpir, uzrokovan rodom Novirirhabdovirus.

Virus koji uzrokuje zarazne eritreme

Zarazuje sisavce, ptice i insekte. Simetrična ikosaedrska morfologija. Jednolančani DNA genom. Pripadaju klasi II Baltimorea i obitelji Parvoviridae.

Jedan član ove obitelji je virus B19, koji pripada rodu Erithrovirus, koji kod ljudi izaziva zarazne eritreme, koji obično ne proizvode simptome. Virus B19 inficira stanice prekursora crvenih krvnih zrnaca.

Neki se članovi Parvoviridae koriste kao genski vektori.

Aplikacije za virus

Virusi se mogu koristiti u korist čovjeka konstruiranjem rekombinantnih virusa. Imaju genom modificiran tehnikama molekularne biologije.

Rekombinantni virusi potencijalno su korisni za gensku terapiju, čija je svrha izliječiti specifične bolesti ili proizvodnju cjepiva.

HIV se koristio za konstrukciju genskih vektora (lentivirusni vektori) za gensku terapiju. Ovi vektori pokazali su se učinkovitim u životinjskim modelima retinalnog pigmentnog epitela, poput retinitis pigmentose uzrokovane autosomno recesivnim nasljeđivanjem ili mutacijama.

Virusi koji se koriste kao vektori cjepiva trebaju imati mali patogeni potencijal. To se provjerava pomoću modela životinja. To je slučaj sa cjepivima koja su razvijena ili u razvoju protiv virusa malih boginja, vezikularnog stomatitisa i ebole.

Reference

1. Carter, JB, Saunders, VA 2013. Virologija: principi i primjene. Wiley, Chichester.
2. Dimmock, NJ, Easton, AJ, Leppard, KN 2007. Uvod u modernu virologiju. Blackwell Malden.
3. Flint, J., Racaniello, VR, Rall, GF, Skalka, AM, Enquist, LW 2015. Načela virologije. Američko društvo za mikrobiologiju, Washington.
4. Hull, R. 2009. Uporedna biljna virologija. Elsevier, Amsterdam.
5. Louten, J. 2016. Bitna ljudska virologija. Elsevier, Amsterdam.
6. Richman, DD, Whitley, RJ, Hayden, FG 2017. Klinička virologija. Američko društvo za mikrobiologiju, Washington.
7. Voevodin, AF, Marx, PA, Jr. 2009. Simianska virologija. Wiley-Blackwell, Ames.
8. Wagner, EK, Hewlett, MJ, Bloom, DC, Camerini, D. 2008. Osnovna virologija. Blackwell Malden.