16.1: Czym są wirusy?

Przegląd

Wirus to mikroskopijna cząsteczka zakaźna, która składa się z genomu RNA lub DNA zamkniętego w otoczce białkowej. Nie jest w stanie rozmnażać się samodzielnie: może wytwarzać więcej wirusów tylko poprzez wnikanie do komórki i używanie jej maszynerii komórkowej. Kiedy wirus infekuje komórkę gospodarza, usuwa jej płaszcz białkowy i kieruje maszynerią gospodarza do transkrypcji i translacji jego materiału genetycznego. Porwana komórka składa zreplikowane komponenty w tysiące potomków wirusa, które mogą rozerwać i zabić komórkę gospodarza. Nowe wirusy następnie infekują kolejne komórki gospodarza.

Dlaczego warto badać wirusy?

Wirusy mogą infekować różne typy komórek: bakterie, rośliny i zwierzęta. Wirusy atakujące bakterie, zwane bakteriofagami (lub fagami), są bardzo liczne. Obecne badania koncentrują się na terapii fagowej w leczeniu wielolekoopornych zakażeń bakteryjnych u ludzi. Wirusy, które infekują rośliny uprawne, są również ściśle badane, ponieważ epidemie prowadzą do ogromnych strat w uprawach i strat gospodarczych.

Wirusy zostały po raz pierwszy odkryte w XIX wieku, kiedy ważna gospodarczo uprawa, roślina tytoniu, została dotknięta tajemniczą chorobą – później zidentyfikowaną jako wirus mozaiki tytoniu. Wirusy zwierzęce mają ogromne znaczenie zarówno w badaniach weterynaryjnych, jak i w badaniach medycznych. Co więcej, wirusy leżą u podstaw wielu chorób ludzkich, od przeziębienia, ospy wietrznej i opryszczki, po bardziej niebezpieczne infekcje, takie jak żółta febra, zapalenie wątroby i ospa prawdziwa.

Struktura wirusa

Wirusy występują w różnych kształtach, które specjalizują się w atakowaniu komórki docelowej. Dwa główne składniki wszystkich wirusów to genom wirusa i jego ochronny płaszcz białkowy, znany jako kapsyd. Genom wirusa składa się z jedno- lub dwuniciowego RNA lub DNA i koduje białka tworzące kapsyd. Razem genom wirusa i kapsyd są znane jako nukleokapsyd.

Unikalną cechą wielu wirusów eukariotycznych jest obecność błony fosfolipidowej, znanej jako otoczka otaczająca kapsyd. Ta otoczka zwykle pochodzi z błon wcześniej zakażonych komórek gospodarza, ale może również zawierać przyłączone do niej białka wirusowe (zwane białkami otoczki). Wreszcie, niektóre wirusy zwierzęce mają skupisko białek kodowanych przez wirusa, osłonkę wirusową, w przestrzeni między otoczką a kapsydem.

Infekcja wirusowa

Cykl życiowy wirusa można podzielić na następujące pięć etapów: przyłączenie, wprowadzenie, replikacja, montaż i zwolnienie. Białka znajdujące się na powierzchni wirusa pomagają mu rozpoznawać określone komórki gospodarza. Niektóre wirusy wykorzystują te białka powierzchniowe do wiązania receptorów komórek gospodarza i inicjowania internalizacji przez endocytozę, podczas gdy wirusy pokryte otoczką mogą bezpośrednio łączyć się z błoną komórkową gospodarza.

Niektóre bakteriofagi nie dostają się do komórki; wstrzykują swój genom (i enzymy wirusowe) do komórki gospodarza. Po dostaniu się do komórki wirus jest odsłaniany i kieruje maszynerią komórki gospodarza do transkrypcji i translacji jej genomu. Komórka gospodarza pakuje nowe kopie genomu wirusa w cząsteczki wirusa, aby wytworzyć potomstwo. Wirusy potomne mogą być przechowywane w komórce gospodarza przed uwolnieniem lub w sposób ciągły wytłaczany z komórki poprzez pączkowanie z błony komórkowej. Cykl infekcji wirusowej jest klasyfikowany jako lityczny lub lizogenny. W cyklu litycznym nowe wirusy wydostają się z komórki gospodarza, zabijając ją. W cyklu lizogenicznym wirusowe DNA jest włączane do genomu gospodarza, gdzie pozostaje w stanie uśpienia i jest kopiowane za każdym razem, gdy komórka gospodarza replikuje się.