VIROLOGIA: HISTÓRIA, ČO ŠTUDUJE, TYPY VÍRUSOV, PRÍKLADY - BIOLÓGIE - 2025

Virológie je odvetvie biológie, ktorá študuje pôvod, vývoj, klasifikáciu, patológiu a biomedicínske a biotechnologické aplikácie vírusov. Vírusy sú malé častice, 0,01 - 1 µm, ktorých genetická informácia je výlučne na ich vlastnú replikáciu.

Gény vírusov sú dekódované molekulárnym mechanizmom infikovanej bunky na množenie. Preto sú vírusy obligatórnymi intracelulárnymi parazitmi v závislosti od metabolických funkcií živých buniek.

Zdroj: Fotografický kredit: Poskytovatelia obsahu Cynthia Goldsmith: CDC / Dr. Erskine. L. Palmer; ML Martin

Najhojnejší genetický materiál na planéte zodpovedá vírusu. Infikujú iné vírusy a všetky živé bytosti. Imunitné systémy nie sú vždy úspešné proti vírusom: niektoré z najničivejších chorôb ľudí a zvierat sú spôsobené vírusmi.

Medzi ľudské vírusové ochorenia patrí žltá horúčka, detská obrna, chrípka, AIDS, kiahne a osýpky. Vírusy sa podieľajú na približne 20% ľudských rakovín. Vírusové infekcie dýchacích ciest a čriev každý rok zabíjajú milióny detí v rozvojových krajinách.

Niektoré vírusy sú užitočné na typizáciu baktérií, ako zdrojov enzýmov, na ničenie škodcov, ako antibakteriálne činidlá, na boj proti rakovine a ako génové vektory.

histórie

Na konci 19. storočia Martinus Beijerinck a Dmitri Ivanovski nezávisle určili, že filtráty neobsahujúce baktérie z tabakových rastlín obsahujúcich chorobu obsahovali látku schopnú infikovať zdravé rastliny. Beijerinck nazýval tento agent contagium vivum fluidum.

Teraz vieme, že filtráty Beijerinck a Ivanovski obsahovali vírus tabakovej mozaiky. V 19. storočí Friedrich Loeffler a Paul Frosch dospeli k záveru, že slintačka a krívačka u hovädzieho dobytka je spôsobená nebakteriálnym pôvodcom.

V prvej dekáde 20. storočia Vilhelm Ellerman a Olaf Bang demonštrovali prenos leukémie u kurčiat s použitím bezbunkových filtrátov. Tieto experimenty umožnili dospieť k záveru, že existujú živočíšne vírusy, ktoré môžu spôsobiť rakovinu.

V druhej dekáde 20. storočia pozoroval Frederick Twort lýzu mikrokokov na agarových platniach, na ktorých sa snažil kultivovať vírus kiahní, za predpokladu, že táto lýza bola spôsobená vírusom alebo enzýmami baktérií. Na druhej strane Felix d'Hérelle zistil, že bacily, ktoré spôsobujú úplavicu, boli lýzované vírusmi, ktoré nazýval bakteriofágmi.

V roku 1960 získal Peter Medawar Nobelovu cenu za zistenie, že vírusy obsahovali genetický materiál (DNA alebo RNA).

Typy vírusov

Vírusy sú klasifikované podľa charakteristík, ktoré majú. Ide o morfológiu, genóm a interakciu s hostiteľom.

Klasifikácia založená na interakcii vírusu s hostiteľom je založená na štyroch kritériách: 1) produkcia infekčného potomstva; 2) či vírus zabíja hostiteľa; 3) ak existujú klinické príznaky; 4) trvanie infekcie.

Imunitný systém hrá dôležitú úlohu v interakcii medzi vírusom a hostiteľom, pretože určuje vývoj infekcie. Infekcia teda môže byť akútna a subklinická (vírus sa vylučuje z tela), alebo môže byť perzistentný a chronický (vírus sa z tela nevylučuje).

Klasifikácia založená na rozdieloch genómu (Baltimore System) a taxonomická klasifikácia, ktorá zohľadňuje všetky vlastnosti vírusov, sú systémy, ktoré sa v súčasnosti používajú na katalogizáciu vírusov.

Klasifikácia na základe morfológie

Na pochopenie tejto klasifikácie je potrebné poznať časti, ktoré tvoria vírus. Vírusy pozostávajú z genómu a kapsidy a môžu alebo nemusia mať obálku. Genom môže byť DNA alebo RNA, jednovláknová alebo dvojvláknová, lineárna alebo kruhová.

Capsid je komplexná štruktúra vytvorená z mnohých identických vírusových proteínových podjednotiek, nazývaných kapsoméry. Jeho hlavnou funkciou je ochrana genómu. Slúži tiež na rozpoznanie a naviazanie na hostiteľskú bunku a na zabezpečenie transportu genómu do bunky.

Obal je membrána zložená z lipidov a glykoproteínov, ktoré obklopujú kapsid. Je odvodený z hostiteľskej bunky. Značne sa líši veľkosťou, morfológiou a zložitosťou. Prítomnosť alebo neprítomnosť obálok slúži ako kritérium na klasifikáciu vírusov.

Rozoznávajú sa tri kategórie neobalených vírusov: 1) izometrický, približne guľovitý tvar (ikosedróny alebo ikozadahedróny); 2) vláknitý, s jednoduchým tvarom špirály; 3) komplexný, bez predchádzajúcich foriem. Niektoré vírusy, ako napríklad bakteriofág T2, kombinujú izometrické a vláknité formy.

Ak je vírus obalený, možno ho tiež zaradiť do morfologických kategórií na základe charakteristík nukleokapsidu v membráne.

Klasifikácia založená na genóme: Baltimoreov systém

Táto klasifikácia navrhnutá Davidom Baltimorom zvažuje povahu vírusového genómu z hľadiska mechanizmu, ktorý používa na replikáciu nukleovej kyseliny a transkripciu messengerovej RNA (mRNA) pre biosyntézu proteínu.

V systéme Baltimore sa vírusy, ktorých RNA genóm má rovnaký zmysel ako mRNA, nazývajú vírusy s pozitívnou RNA (+), zatiaľ čo vírusy, ktorých genóm má opačný zmysel (komplementárne) ako mRNA, sa nazývajú vírusy s RNA negatívneho zmyslu (-). Dvojreťazcové vírusy genómu idú oboma smermi.

Nevýhodou tejto klasifikácie je to, že vírusy, ktoré majú podobné mechanizmy replikácie, nemusia nevyhnutne zdieľať ďalšie charakteristiky.

Triedy systému Baltimore

Trieda I. Vírus s dvojreťazcovým DNA genómom. Transkripcia podobná transkripcii hostiteľskej bunky.

Trieda II. Vírusy s jednovláknovým DNA genómom. DNA môže mať (+) a (-) polaritu. Pred syntézou mRNA sa skonvertoval na dvojreťazcový.

Trieda III. Vírusy s dvojreťazcovým RNA genómom (dsRNA). So segmentovaným genómom a mRNA syntetizovanými z každého segmentu templátu DNA. Enzýmy, ktoré sa zúčastňujú transkripcie kódovanej vírusovým genómom.

Trieda IV. Vírusy s jednovláknovým RNA genómom (ssRNA), polarita (+). Syntéze mRNA, ktorej predchádzala syntéza komplementárneho vlákna. Transkripcia je podobná ako v prípade triedy 3.

Trieda V. Vírus s genómom ssRNA opačného zmyslu ako vírus zmyslovej mRNA (-). Syntéza mRNA, ktorá vyžaduje vírusom kódované enzýmy. Produkcia nových generácií vírusu vyžaduje syntézu intermediárnej dsRNA.

Trieda VI. Vírus s genómom ssRNA, ktorý pred replikáciou produkuje strednú dsDNA. Používa enzýmy, ktoré vírus nesie.

Trieda VII. Vírusy, ktoré replikujú svoju dsDNA prostredníctvom sprostredkovanej ssRNA.

Taxonomická klasifikácia

Medzinárodný výbor pre taxonómiu vírusov zaviedol taxonomickú schému klasifikácie vírusov. Tento systém používa poradie rozdelenia, rodinu, podrodinu a pohlavie. Stále sa diskutuje o uplatňovaní pojmu druh na vírusy.

Kritériá použité na taxonomickú klasifikáciu sú rozsah hostiteľov, morfologické charakteristiky a povaha genómu. Okrem toho sa zvažujú ďalšie kritériá, ako napríklad dĺžka fágového chvosta (vírus, ktorý infikuje baktérie), prítomnosť alebo neprítomnosť určitých génov v genómoch a fylogenetické vzťahy medzi vírusmi.

Príkladom tejto klasifikácie je: rád Mononegavirales; čeľaď Paramyxoviridae; Podrodina Paramyxovirinae, rod Morbillivirus; druh, vírus osýpok.

Mená rodín, podrodín a rodov sú inšpirované miestom pôvodu, hostiteľom alebo príznakmi choroby, ktorú vírus produkuje. Napríklad rieka Ebola v Zairi pomenuje rod Ebola; tabaková mozaika dáva svoj názov rodu Tomabovirus.

Mnoho názvov vírusových skupín sú slová latinského alebo gréckeho pôvodu. Napríklad, Podoviridae, pochádza z gréckeho podu, čo znamená noha. Tento názov sa týka fágov s krátkym chvostom.

Príklady vírusov

Vírus chrípky

Infikujú vtáky a cicavce. Majú rôznu morfológiu s obálkou. Jednovláknový RNA genóm. Patrí do triedy V z Baltimoru a do rodiny Orthomyxoviridae.

Chrípkové vírusy patria do tejto rodiny. Väčšina prípadov chrípky je spôsobená vírusmi chrípky A. Ohniská spôsobené vírusmi chrípky B sa vyskytujú každé 2–3 roky. Vírusy chrípky typu C sú menej časté.

Vírus chrípky A spôsobil štyri pandémie: 1) španielska chrípka (1918 - 1919), podtyp vírusu H1N1 neznámeho pôvodu; 2) Ázijská chrípka (1957 - 1958), podtyp H2N2, vtáčieho pôvodu; 3) Hongkonská chrípka (1968 - 1969), podtyp H3N3, vtáčieho pôvodu; 4) prasacia chrípka (2009 - 2010), podtyp H1N1, pochádzajúci z ošípaných.

Najničivejšia známa pandémia bola spôsobená španielskou chrípkou. Zabil viac ľudí ako v prvej svetovej vojne.

Písmená H a N pochádzajú z membránových glykoproteínov hemaglutinínu a neuraminidázy. Tieto glykoproteíny sú prítomné vo veľkom množstve antigénnych foriem a sú zapojené do nových variantov.

retrovírus

Infikujú cicavce, vtáky a ostatné stavovce. Sférická morfológia, s obálkou. Jednovláknový RNA genóm. Patria do triedy Baltimore VI a rodiny Retroviridae.

Do tejto rodiny patrí vírus ľudskej imunodeficiencie (HIV), rod Lentivirus. Tento vírus spôsobuje poškodenie imunitného systému infikovanej osoby, takže je náchylný na infekciu baktériami, vírusmi, hubami a prvokmi. Ochorenie spôsobené HIV je známe ako syndróm získanej imunodeficiencie (AIDS).

Iné rody patriace k Retroviridae tiež spôsobujú vážne choroby. Napríklad: Spumavírus (vírus opičieho chlpatého opuchu); Epsilonretrovírus (vírus dermálneho sarkómu Walleye); Gammaretrovírus (vírus myšej leukémie, vírus mačacej leukémie); Betaretrovírus (vírus myšieho prsného nádoru); a alfaretrovírus (vírus Rousovho sarkómu).

Herpes vírus

Infikuje chladnokrvné cicavce, vtáky a stavovce. Morfológia vírusu: ikozahedrálna kapsula s obálkou. Dvojvláknový DNA genóm. Patrí do I. triedy Baltimoru a do herpesvírusového rádu.

Niektorí členovia sú: vírus herpes simplex 2 (spôsobuje herpes genitálií); ľudský cytomegalovírus (spôsobuje vrodené chyby); Herpesvirus KaposiB ^™ s sarkóm (spôsobuje Kaposiho sarkóm); Vírus EpsteinBƂBarr alebo EBV (spôsobuje glandulárnu horúčku a nádory).

Vírusy, ktoré spôsobujú detskú obrnu a iné podobné vírusy

Infikuje cicavce a vtáky. Morfológia vírusu: izometrická alebo ikosahedrálna. Jednovláknový RNA genóm. Patria do triedy Baltimore IV a do rodiny Picornaviridae.

Niektoré rody tejto rodiny sú: Hepatovírus (spôsobuje hepatitídu A); Enterovírus (spôsobuje poliomyelitídu); Aphthovirus (spôsobuje slintačku a krívačku).

Vírusy spôsobujúce besnotu a podobné vírusy

Infikujú cicavce, ryby, hmyz a rastliny. Špirálová morfológia, s obálkou. Jednovláknový RNA genóm. Patrí do triedy V z Baltimoru a do rodiny Rhabdoviridae.

Vírusy, ktoré spôsobujú choroby, ako je besnota, spôsobené rodom Lyssavirus, patria do tejto rodiny; vezikulárna stomatitída spôsobená rodom Vesiculovirus; a žlté zemiaky trpaslíkov spôsobené rodom Novirirhabdovirus.

Vírus spôsobujúci infekčnú erytém

Infikuje cicavce, vtáky a hmyz. Symetrická ikosedrická morfológia. Jednovláknový DNA genóm. Patrí do triedy II Baltimoru a do rodiny Parvoviridae.

Jedným z členov tejto rodiny je vírus B19 patriaci do rodu Erithrovirus, ktorý u ľudí spôsobuje infekčnú erytém, ktorá zvyčajne nevyvoláva príznaky. Vírus B19 infikuje prekurzorové bunky červených krviniek.

Niektorí členovia Parvoviridae sa používajú ako génové vektory.

Vírusové aplikácie

Vírusy môžu byť použité v prospech človeka vytvorením rekombinantných vírusov. Majú genóm modifikovaný technikami molekulárnej biológie.

Rekombinantné vírusy sú potenciálne užitočné pri génovej terapii, ktorej účelom je liečiť špecifické choroby alebo produkovať vakcíny.

HIV sa použil na konštrukciu génových vektorov (lentivírusové vektory) na génovú terapiu. Ukázalo sa, že tieto vektory sú účinné na zvieracích modeloch retinálnej pigmentovej epiteliálnej choroby, ako je retinitis pigmentosa spôsobená autozomálnou recesívnou dedičnosťou alebo mutáciami.

Vírusy použité ako vektory vakcíny by mali mať nízky patogénny potenciál. Toto sa overuje pomocou zvieracích modelov. Toto je prípad vyvinutých alebo vyvíjaných vakcín proti vírusom kiahní, vezikulárnej stomatitídy a ebole.

Referencie

1. Carter, JB, Saunders, VA 2013. Virologia: princípy a aplikácie. Wiley, Chichester.
2. Dimmock, NJ, Easton, AJ, Leppard, KN 2007. Úvod do modernej virologie. Blackwell Malden.
3. Flint, J., Racaniello, VR, Rall, GF, Skalka, AM, Enquist, LW 2015. Zásady virologie. Americká spoločnosť pre mikrobiológiu, Washington.
4. Hull, R. 2009. Porovnávacia virologia rastlín. Elsevier, Amsterdam.
5. Louten, J. 2016. Základná ľudská virologia. Elsevier, Amsterdam.
6. Richman, DD, Whitley, RJ, Hayden, FG 2017. Klinická virologia. Americká spoločnosť pre mikrobiológiu, Washington.
7. Voevodin, AF, Marx, PA, Jr. 2009. Simian virology. Wiley-Blackwell, Ames.
8. Wagner, EK, Hewlett, MJ, Bloom, DC, Camerini, D. 2008. Základné virology. Blackwell Malden.