WIRUSY OYDEIS NEMO Θ Ουδεις MMX
SŁOWO WSTĘPNE Każdy zna słowo wirus, pochodzi ono z języka łacińskiego VIRUS i oznacza JAD. Ale co kryje się pod tą nazwą? Nazwa pochodzi z czasów, gdy nie znano jeszcze takich metod jak obecnie i czynniki chorobotwórczy przechodził przez sączki, na których zatrzymywały się bakterie. Przyjęto więc, że tym czynnikiem jest jakiś jad. Ale nazwa pozostała. Wirusy można by zdefiniować, jako polipetydowo, polinukletydowe makromolekuły o alternatywnej zawartości kwasów nukleinowych bez swojego układu enzymatycznego. Fakultatywnie żywe. Wykazują cechy organizmów żywych tylko w komórkach, poza komórkami nie wykazują żadnych oznak życia, niektóre nawet mają zdolność krystalowania się co nie jest cechą ustrojów żywych. Nie ma dowodów, że wirusy posiadają wspólnego przodka lub są w jakikolwiek sposób filogenetycznie pokrewne. Niemniej jednak klasyfikacja wzdłuż linii Linneusza system do rodziny, rodzaje i gatunki została wykorzystana. Na podstawie zainfekowania organizmów wyróżniono pierwszy podział wirusów na roślinne bakteryjne i wirusy i zwierząt. Wykorzystywane są też inne kryteria podziału. Wśród nich są kryteria ogólne morfologii; osłonka lub jej brakiem; charakter genomu (DNA lub RNA); struktura genomu (jedno-i podwójna nić, liniowy lub cykliczny, podzielony lub niepodzielony), mechanizmy ekspresji genów wirusa podczas replikacji (pozytywne lub negatywne-rna); serologiczne relacje; wrażliwości tkanek; patologię (objawy, rodzaj choroby). Z tego też względu klasyfikacja wirusów jest sztuczna. Można je klasyfikować ze względu na gospodarzy (np.: zwierzęta, rośliny), rodzaju kwasu nukleinowego (np.: DNA, czy też RNA). Czynione są próby usystematyzowania wyróżnionych grup w naturalne linie. W niektórych przypadkach (np.: w wypadku DNA wirusów wydaje się być to prawdą). Klasyfikacja wirusów oparta jest na chemicznych i fizycznych właściwościach, takich jak kwasy nukleinowe (DNA lub RNA), (kapsydy helikalne, ikozaedralne lub złożone) symmetrii, obecność osłonki, średnicy kapsydu, liczby kapsomerów. Klasyfikacja ta została zatwierdzona Tymczasowego Komitetu ds. Nomenklatury wirusów (PNVC) Międzynarodowego Stowarzyszenia Towarzystw Mikrobiologicznych (1962). 1
Największy wirus DNA - Mimivirus 2
Porównanie genomów niektórych wirusów i bakterii 3
DNA faga T4 4
RETROWIRUS WIRUS MOZAIKI TYTONIU WYROSTEK GLIKOPROTEINOWY IKOZEADRALA OSŁONKA BIAŁKOWA IKOZEADRALA (KAPSYD) OSŁONKA BIAŁKOWA (KAPSYD) NUKLEINOWE JĄDRO Z ZASADOWYMI BIAŁKAMI PODWÓJNA WARSTWA LIPIDOWA (OSŁONKA) 2 KOPIE POJEDYNCZEGO RNA 5.000 DO 10.000 NUKLEOTYDÓW WIRUS OPRYSZCZKI GLIKOPROTEINOWY WYROSTEK RDZEŃ 100 nm PODWÓJNA WARSTWA LIPIDOWA (OSŁONKA) 50 nm A PODJEDNOSTKI BIAŁKOWE WIRUS PAPOWA IKOZEADRALA OSŁONKA BIAŁKOWA (KAPSYD) KWAS NUKLEINOWY JĄDRO PODWÓJNA NIĆ LINIOWEGO DNA 15.000 PAR BAZ IKOZEADRALA OSŁONKA BIAŁKOWA (KAPSYD) FAG T-2 PODWÓJNA NIĆ PIERŚCIENIOWATEGO DNA 5.000 PAR BAZ OSŁONKA (KAPSYD) ZBOWANA Z BIAŁKA DNA GŁOWA ADENOWIRUS NUKLEINOWE JĄDRO KOŁNIERZ WEWNĘTRZNA RURKA OGONA OSŁONA OGONA 80 nm IKOZEADRALA OSŁONKA BIAŁKOWA (KAPSYD) 150 nm NIĆ BIAŁKOWA WŁÓKNA OGONOWE PŁYTKA KOŃCOWA KOLEC PŁYTKI KOŃCOWEJ PODWÓJNA NIĆ LINIOWEGO DNA 30.000 DO 37.000 PAR BAZ 5
WIRUSY (VIROTA) Wirusami nazywamy wielkie cząstki nukleoproteinowe zachowujące sięę jak organizmy żywe. Namnażają się tylko w komórkach wykorzys- tując ich aparat enzymatyczny. Poza nimi nie wykazująą oznak życia. Potrafią się krystalizować i w ten sposób przetrwać skrajnie niekorzystne warunki. Zawierają tylko jeden z kwasów nukleinowych - RNA lub DNA. Kwasy nukleinowe chroni białkowa otoczka (kapsyd). Rozmiary wirusów mieszczą się w granicach 20 nm (Parvoviridae) do 3000 nm (Poxviridae). Istnieją trzy teorie pochodzenia wirusów: 1 - Wirusy pochodzą od form przedko- cykl mórkowych, które by przetrwać uzależniły swój życiowy od komórek ( schroniły się w komórkach). 2 - Wirusy sąą uproszczonymi organizmami bezjądrowymi, które w wyniku pasożytnictwa zatraciły budowę komórkową. 3 - Wirusy są usamodzielnionymi, zmutowanymi kwasami nukleinowymi swoich gospodarzy. Wydaje się, że wszystkie trzy teorie są prawdziwe. Na korzyść pierwszej świadczą nietypowe zasady występujące tylko u wirusów (5-hydroksymetylouracyl u faga alfa Bacillus megaterium). Na korzyść drugiej natomiastt świadczy budowa pokswirusów. Są to największe znane wirusy, posiadają również cząstki lipidów, a ich DNA jest kolistoo zamkniętą nicią. Co się tyczy trzeciej teorii, wydaje się być prawdziwa do większości wirusów roślinnych lub niektórych fagów (RNA faga MS2 jest podobne do RNA rybosomalnego gospodarza). Wirus jest pojęciem obejmującym wszystkie stadia rozwojowe. To, co najczęściej obserwujemy jest tak zwanym wirionem. Wirion stanowi kwas nukleinowy i białko (kapsyd). U niektórych wirusów kwasy nukleino- (polipeptyd lub ich grupa). W kapsydach ikozaedralnych jednostki strukturalne mogą łaczyć sięę ze sobą wy i kapsyd są ze sobą ściśle związane tworząc nukleokapsyd. Na kapsyd składają sięę jednostki strukturalne (symetry-cznina kształtt kapsydów podzielić można na kilka grup: 1 - dwudziestościan foremny (ikozaedr) składający się z podobnych cząstek (o zbliżonym kształcie). 2 - dwudziestościany opłaszczone (z otoczką). Podczas wydostawania się rozmieszczone zgrupowania) w jednostki morfologiczne kapsomery. Wirusy ze względu dojrzałego wirusa z komórki lub jądra (pączkowanie) zabierają ze sobą część błony komórkowej. 3 - o symetrii spiralnej - kapsomery ułożone są na spiralnym rdzeniu (RNA, DNA) tworząc rurę. 4 - obłonione z rdzeniem w postaci giętkiej spirali zwiniętej w nadspiralę. Mogą występować dwie błony. 5 - wirusy złożone z rdzenia z DNA, symetrycznych ciałek bocznych i zazwyczaj grubej otoczki. 6 - o skomplikowanej budowie. Wirion złożony jest z ikozaedralnej główki i ogonka o symetrii sześciokrotnej, który może być kurczliwy. Ze względu na budowę wirusy mogą być proste (kwas nukleinowy i białko) lub złożone - oprócz kwasów nukleinowych i białka posiadają jeszcze tłuszcze (lipidy) i cukry (sacharydy). Namnażają (replikują) się w jądrze lub cytoplazmie. Wszystkie wirusy posiadają tak zwane białko dojrzewania (białko A) o masie 36.000. Jest to białko globularne o dużej zdolności do agregacji. Oprócz wirusów stwierdzono również występowanie wolnych kwasów nukleinowych (infekcyjnych) tzw. wiroidów, czy nawet infekcyjnych cząstek białkowych (priony). Wiroidy to samoreplikujące się nagie, kolisto zamknięte, częściowo sparowane nici RNA o masie cząsteczkowej około 120.000. Posiadają niezwykle dużą stabilność termiczną. Atakują rośliny wyższe. Zakażenie następuje przez mechaniczne uszkodzenia, rzadziej natomiast przez pyłek. Objawy podobne są do objawów powodowanych przez wirusy roślinne - karłowacenie, deformacja i wyginanie liści, zmiany zabarwienia. Wśród wiroidów rozróżniamy łagodne i ostre. Największe ilości znajdują się w jądrze w połączeniu z chromatydą. W efekciee działalności wiroidów następująą zmiany w błonie cytoplazmatycznej (powstaje nadmierna ilość błoniastych struktur). 6
Wiroid replikuje się z pomocą aparatu enzymatycznego gospodarza. RNA wiroida jest transkrybowane na nić minus DNA wiroida. Następnie powstają z tej matrycy nici plus RNA. Wiroid indukuje również syntezę białka o masie cząsteczkowej około 10.000 o nieznanej funkcji. Plazmidy to kołowe dwuniciowe DNA bezjądrowcóww replikujące się niezależniee od genoforu. Niektóre mogą integrować się z genoforem gospodarza. Sąą to tak zwane episomy. Zawierają one geny odpornościowe na antybiotyki. Mogą zawierać równieżż czynnik płciowy (plazmid koniugacyjny). Klasyfikacja wirusów, jako grupy sztucznej jest naturalnie również sztuczna. Niemożliwe jest przedstawienie ewolucji wirusów, tak jak w przypadku organizmów komórkowych. Chodzi tu jedynie o uporządkowanie znanych nam wirusów. Głównym kryterium jest rodzaj kwasu nukleinowego, jego budowa oraz masa cząsteczkowa genomu. Bierze się również pod uwagę rodzaj gospodarza czy sposób infekcji, oraz budowę wirionu. Z tego względu wirusy oznacza się za pomocą tak zwanego kryptogramu. Składa się on z czterech zestawóww symboli, które oznaczają kolejno: 1 - rodzaj i budowę kwasu nukleinowego. R oznaczaa RNA, D oznacza DNA. 1 = jednoniciowy, 2 = dwuniciowy. 2 - masę cząsteczkową danego kwasu nukleinowego w milionach oraz procentowy udział kwasu nukleinowego w cząskach infekcyjnych. Jeśli przed liczbą występuje Σ oznacza to, że jest to masa sumaryczna kilku fragmentów kwasu nukleinowego cząsteczki wirusowej. Gdy natomiast cząsteczki kwasu nukleinowego znajdują się w różnych wirionach, jego masę przedstawia się jako ułamki. 3 budowę wirionu. S oznacza wirion sferyczny, E o bokach równoległych i nie zaokrąglonych końcach, U wydłużonyy o równoległych bokach, ale końcu lub końcach zaokrąglonych, X natomiast oznacza wirion złożony lub niepodobny do poprzednich. Jeśli przy pierwszym symbolu znajduje się O oznacza to, że,wirion otoczony jest materiałem białkowym (matriks). 4 - rodzaj lub rodzaje zakażanego gospodarza, sposób, w jaki wirus jest przenoszony oraz rodzaj przenośnika (wektor). W wypadku nieznajomości wektora symbol ten jest pomijany. I tak kolejno gospodarza oznacza: A - glon, B - bakterię, F - grzyba, I bezkręgowca, S - roślinę nasienną, V - kręgowca. Jeśli chodzi o sposób przenoszenia : C - przez rodziców na potomstwo, I - przewód pokarmowy, O - skażone środowisko, R - układ oddechowy, Ve - wektor. Wektorami sąą różne stawonogi np.: Ar - Arachnida, Ac - Acarina, Ap - Aphididae, Au - Auchenoorhyncha, Cl - Coleoptera, Di - Diptera, Si - Siphonaptera lub inne: Fu - Fungi, Ne - Nematoda. Jeśli następuje replikacja wirusa również w bezkręgowcu przenoszącym go, wtedy pierwszy symbol posiada literę I oraz dodatkowe litery S lub V, albo S i V. Nawias zwykły - ( ) obejmujący dane oznacza wiadomości niepewne. Asteryks - * - oznacza brak danych na temat określonej cechy. 7
WIRUSY BEZJĄDROWCÓW Wirusy atakujące bezjądrowce. Bakteryjne wirusy są znane także jako bakteriofagi lub fagi. WIRUSY GLONÓW Wirusy dotąd nie sklasyfikowane atakujące glony (niższe rośliny i protisty). WIRUSY ROŚLINNE Są to przeważnie RNA wirusy. Należą też tu niektórzy przedstawiciele wirusów zwierzęcych jak Reoviridae i Rhabdoviridae, które namnażają się zarówno w bezkręgowcach jak i roślinach. Zarażona roślina rzadko pozbywa się zakażenia. WIRUSY GRZYBÓW Na grzybach stwierdzono również występowanie wirusów. Naliczono ich dotychczas około dziesięć. Nie są one przenoszone na rośliny. Typowe mają izomeryczne wiriony o średnicy 25-48 nm. Są to RNA wirusy z podzielonym genomem. Przenoszone są podczas podziału komórki lub przez zarodniki. Są one dotychczas niesklasyfikowane. Nieznane są wektory. Powodują widoczne szkody lizę komórek, degenerację, zmienność patogenności patogenów roślin, jak i zmianę produkcji toksyn. Oprócz typowo grzybowych wirusów znaleziono na grzybach również wirusy roślinne z grup: Tobamovirus, Potexvirus i Herpesvirus. WIRUSY PIERWOTNIACZE U niektórych pierwotniaków zostały stwierdzone i opisane wirusy i wirusopodobne cząstki, które dotąd nie zostały sklasyfikowane. Lepiej poznane należą do DNA wirusów. Wiriony sferyczne lub izometryczne. Znanych jest dotąd około dziesięć gatunków. WIRUSY ZWIERZĄT Większość należących tu wirusów to wirusy RNA. Wiriony niektórych wirusów zwierzęcych posiadają osłonki lipidowe lub zawierają cukry. Niektóre mogą być bardzo niebezpieczne również dla człowieka. Znane są wśród nich również wirusy onkogenne. Rodziny zwierząt wirusy są czasami podzielona na podrodziny; przyrostkiemvirinae mogą być następnie wykorzystane. Podgrupy rodziny lub podrodziny są równoważne z rodzajami według klasyfikacji Linneusza. 8
DRAPIEŻNY WIRUS Pod koniec 2008 roku francuscy naukowcy odkryli wirusa należącego do zupełnie nowej grupy. Jest to pierwszy w historii wirus zdolny do atakowania innych wirusów i przejmowania fragmentów ich informacji genetycznej. Odkrycia dokonali badacze z działającego we francuskiej Prowansji Uniwersytetu Śródziemnomorskiego. Podczas badań nad innym mikroorganizmem, zwanym mamawirusem (DNA wirus), zaobserwowano, że ogromnemu mamavirusowi towarzyszył mały wirus-satelita (nadano mu imię Sputnik), który infekował mamavirusa, znajdującego się we wnętrzu pełzaka. W sumie powstało coś na kształt matrioszki.. Po odkryciu jego wyjątkowych właściwości sklasyfikowano go nieoficjalnie jako wirofaga czyli wirusa żerującego na innych wirusach. Nazwa pochodzi od łacińskiego słowa VIRUS jad i greckiego φαγω pożeram. Nowoodkryty mikrob nie tylko znacznie ogranicza rozprzestrzenianie się infekcji mamawirusów pomiędzy komórkami ich gospodarza, pełzaka, lecz także jest najprawdopodobniej zdolny do przechwytywania genów innych wirusów. Odkrycie może być okazać się bardzo istotne dla naukowców badających ewolucję mikroorganizmów, a być może posłuży także do opracowania skutecznych terapii antywirusowych na potrzeby medycyny. Sami odkrywcy jednak traktują te spekulacje bardzo ostrożnie. Sputnik przypomina swoim zachowaniem" wirusy zwane satelitami, do których należy m.in. wirus zapalenia wątroby typu D, zdolny do replikacji wyłącznie wtedy, gdy dokonuje infekcji wspólnie z innym wirusem. Nowo odkryty mikroorganizm jest jednak wyjątkowy, gdyż jest zdolny do zmniejszenia aktywności replikacyjnej mamawirusa, przez co znacznie ogranicza jego zdolność do infekcji. Możliwość, że jeden wirus może wywołać chorobę" u drugiego jest niezwykle interesująca. 9
Nagrobek egipski z okresu panowania XIX dynastii (około 1.500 lat p.n.e.). Zniekształcenie stopy wskazuje na paraliż dziecięcy (wirus poliomyelitis). 10
Jedna z teorii powstania wirusów. Wirusy jako usamodzielniony materiał genetyczny komórki organizmu. 11
Jedna z teorii powstania wirusów. Wirusy jako uwstecznione organizmy komórkowe. 12
Różne sposoby wnikania wirusów do komórki. 13
Różne sposoby namnażania się wirusów. 14
Cykl rozwojowy wirusa ujęty schematycznie. 15
Wytwarzanie mrna u wirusów. 16
Schemat budowy faga T2 17
s Schemat replikacji faga. Cykl rοzwojowy faga. 18
Schemat składania faga. 19
Cykl życiowy Escherichia coli zainfekowanej fagiem a, b, c i normalny cykl życiowy (bez faga). Cykl życiowy faga T4. 20
Cykl rozwojowy wirusa paraliżu dziecięcego 21
Schemat reprodukcji wirusa HIV 22
Schemat rozwoju wirusów z odwrotną transkryptazą. 23
WIROIDY Wiroid wrzecionowatości ziemniaków. Struktura I-rzędowa RNA oraz struktura II-rzędowa 24
Wiroid wrzecionowatości ziemniaków. Wygląd i kolejne struktury. wiroid akronim 1 - w. wrzecionowatości bulw ziemniaka PSTV 2 - w. łuszczycy kory cytrusowych CEV 3 - w. bladości owoców ogórka CPFV 4 - w. karłowatości złocieni CSV 5 - w. chlorotycznej pstrości złocieni CCMV 6 - w. cadang-cadang kokosów CCCV 7 - w. karłowatości chmielu HSV 8 - w. Columnea CV 9 - w. skazy słonecznej smaczliwki ASBV 25
PRIONY Porównanie budowy prionu zdrowego z chorobotwórczym. 26
CHCESZ WIEDZIEĆ WIĘCEJ? WILLST DU MEHR WISSEN? ХОЧЕШ БОЛЬШЕ ЗНАТЬ? ΘΕΛΕ ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΟ ΓΝΩΡΕ? VOLES MAGIS SCIRE? Oydeis@wp.pl Θ Ουδεις MMX 27