VIRUSOLOĢIJA: VĒSTURE, TĀS IZPĒTE, VĪRUSU VEIDI, PIEMĒRI - BIOLOĢIJA - 2025

Virusoloģija ir filiāle bioloģija, kas pēta izcelsmi, attīstību, klasifikāciju, patoloģija un biomedicīnas un biotehnoloģijas pieteikumus vīrusiem. Vīrusi ir sīkas daļiņas, 0,01–1 μm, kuru ģenētiskā informācija paredzēta tikai viņu pašu replikācijai.

Vīrusu gēnus pavairot dekodē inficētās šūnas molekulārā tehnika. Tāpēc vīrusi ir obligāti intracelulāri parazīti, kas ir atkarīgi no dzīvo šūnu metabolisma funkcijām.

Avots: Foto kredīts: Cynthia Goldsmith satura nodrošinātāji: CDC / Dr. Erskine. L. Palmers; Dr. ML Martins

Bagātīgākais ģenētiskais materiāls uz planētas atbilst vīrusu saturam. Viņi inficē citus vīrusus un visas dzīvās lietas. Imūnsistēmas ne vienmēr veiksmīgi aizsargā pret vīrusiem: dažas no postošākajām cilvēku un dzīvnieku slimībām izraisa vīrusi.

Cilvēku vīrusu slimības ietver dzelteno drudzi, poliomielītu, gripu, AIDS, bakas un masalu. Vīrusi ir iesaistīti apmēram 20% cilvēku vēža gadījumu. Katru gadu vīrusu elpceļu un zarnu infekcijas jaunattīstības valstīs nogalina miljonus bērnu.

Daži vīrusi ir noderīgi baktēriju tipēšanai, kā enzīmu avoti, kaitēkļu apkarošanai, kā antibakteriālie līdzekļi, vēža apkarošanai un kā gēnu pārnēsātāji.

Vēsture

19. gadsimta beigās Martinuss Beijerinks un Dmitri Ivanovski neatkarīgi noteica, ka slimos tabakas augu filtrāti, kas nesatur baktērijas, satur aģentu, kas spēj inficēt veselīgus augus. Beijerinck šo aģentu sauca par contagium vivum fluidum.

Tagad mēs zinām, ka Beijerinck un Ivanovski filtrāti saturēja tabakas mozaīkas vīrusu. Arī 19. gadsimtā Frīdrihs Loelers un Pols Frešs secināja, ka liellopu mutes un nagu sērgu izraisa nebakteriāls līdzeklis.

20. gadsimta pirmajā desmitgadē Vilhelms Ellermans un Olafs Bangs demonstrēja leikēmijas pārnešanu vistām, izmantojot filtrus bez šūnām. Šie eksperimenti ļāva secināt, ka ir dzīvnieku vīrusi, kas var izraisīt vēzi.

20. gadsimta otrajā desmitgadē Frederiks Tvorts novēroja mikrokoku lizēšanu uz agara plāksnēm, kurās viņš mēģināja kultivēt bakas vīrusu, pieņemot, ka lizēšanu ir izraisījis vīruss vai baktēriju fermenti. No savas puses Fēlikss d'Herīls atklāja, ka baktērijas, kas izraisa dizentēriju, lizēja vīrusi, kurus viņš sauca par bakteriofāgiem.

1960. gadā Pīters Medavars saņēma Nobela prēmiju par atklāšanu, ka vīrusi satur ģenētisko materiālu (DNS vai RNS).

Vīrusu veidi

Vīrusus klasificē pēc to īpašībām. Tās ir morfoloģija, genoms un mijiedarbība ar saimnieku.

Klasifikācija, kuras pamatā ir vīrusa mijiedarbība ar saimnieku, balstās uz četriem kritērijiem: 1) infekciozu pēcnācēju rašanās; 2) vai vīruss nogalina saimnieku; 3) ja ir klīniski simptomi; 4) infekcijas ilgums.

Imūnsistēmai ir svarīga loma vīrusa un saimnieka mijiedarbībā, jo tā nosaka infekcijas attīstību. Tādējādi infekcija var būt akūta un subklīniska (vīruss tiek izvadīts no organisma) vai pastāvīga un hroniska (vīruss netiek izvadīts no organisma).

Klasifikācija, kas balstīta uz genomu atšķirībām (Baltimore System), un taksonomiskā klasifikācija, kurā ņemtas vērā visas vīrusu īpašības, mūsdienās tiek visvairāk izmantotas vīrusu kataloģizēšanai.

Klasifikācija, pamatojoties uz morfoloģiju

Lai saprastu šo klasifikāciju, ir jāzina tās daļas, kas veido vīrusu. Vīrusi sastāv no genoma un kapsīda, un tiem var būt vai nav aploksnes. Genoms var būt DNS vai RNS, vien- vai divpavedieni, lineāri vai apļi.

Kapsīds ir sarežģīta struktūra, kas sastāv no daudzām identiskām vīrusu olbaltumvielu apakšvienībām, ko sauc par kapsomēriem. Tās galvenā funkcija ir aizsargāt genomu. Tas kalpo arī saimnieka šūnas atpazīšanai un saistīšanai ar tām, kā arī genoma transportēšanai šūnā.

Aploksne ir membrāna, kas sastāv no lipīdiem un glikoproteīniem un ieskauj kapsīdu. Tas ir iegūts no saimnieka šūnas. Tas ievērojami atšķiras pēc lieluma, morfoloģijas un sarežģītības. Aplokšņu esamība vai neesamība kalpo par vīrusa klasifikācijas kritēriju.

Atzīst trīs vīrusu apvalku bez apvalka: 1) izometriski, aptuveni sfēriski (icosahedrons vai icosadeltahedrons); 2) šķiedru, ar vienkāršu spirāles formu; 3) sarežģīts, bez iepriekšējām formām. Daži vīrusi, piemēram, bakteriofāgs T2, apvieno izometriskās un pavedienveida formas.

Ja vīruss ir apvalks, tos var arī iedalīt morfoloģiskajās kategorijās, pamatojoties uz membrānā esošās nukleokapsīda īpašībām.

Uz genomu balstīta klasifikācija: Baltimoras sistēma

Šajā Deivida Baltimora ierosinātajā klasifikācijā tiek ņemts vērā vīrusa genoma raksturs mehānisma ziņā, ko tas izmanto nukleīnskābes replicēšanai un Messenger RNS (mRNS) transkripcijai olbaltumvielu biosintēzei.

Baltimoras sistēmā vīrusus, kuru RNS genomam ir tāda pati izjūta kā mRNS, sauc par vīrusiem ar pozitīvās maņas RNS (+), savukārt vīrusus, kuru genomam ir pretēja (papildinoša) sajūta kā mRNS, sauc par vīrusiem ar Negatīvās sajūtas RNS (-). Divpakāpju genoma vīrusi iet abos virzienos.

Šīs klasifikācijas trūkums ir tāds, ka vīrusiem, kuriem ir līdzīgi replikācijas mehānismi, ne vienmēr ir citas īpašības.

Baltimoras sistēmas klases

I. klases vīruss ar divpavedienu DNS genomu. Transkripcija ir līdzīga saimnieka šūnas transkripcijai.

II klase. Vīrusi ar vienpavediena DNS genomu. DNS polaritāte var būt (+) un (-). Pirms mRNS sintēzes pārveidots par divslāņu.

III klase. Vīrusi ar divpavedienu RNS genomu (dsRNA). No katra DNS šablona sintezēta segmentēta genoma un mRNS. Fermenti, kas piedalās vīrusa genoma kodētā transkripcijā.

IV klase. Vīrusi ar vienpavediena RNS genomu (ssRNS), polaritāte (+). MRNS sintēze, kam seko komplementa virknes sintēze. Transkripcija ir līdzīga 3. klases transkripcijai.

V klases vīruss ar ssRNS genomu, kas ir pretējs jutekļu mRNS (-) jutīgumam. MRNS sintēze, kurai nepieciešami vīrusu kodēti fermenti. Lai ražotu jaunas vīrusa paaudzes, ir nepieciešams ssintēt starpposma dsRNS.

VI klase. Vīruss ar ssRNA genomu, kas pirms replikācijas rada starpposma dsDNS. Tas izmanto fermentus, kurus vīruss nes.

VII klase. Vīrusi, kas replicē savu dsDNS caur starpposma ssRNS.

Taksonomiskā klasifikācija

Starptautiskā vīrusu taksonomijas komiteja izveidoja taksonomijas shēmu vīrusu klasificēšanai. Šī sistēma izmanto dalīšanas secību, ģimeni, apakšsaimi un dzimumu. Joprojām notiek debates par sugas jēdziena piemērošanu vīrusiem.

Taksonomiskajā klasifikācijā izmantotie kritēriji ir saimnieku diapazons, morfoloģiskās īpašības un genoma raksturs. Turklāt tiek ņemti vērā arī citi kritēriji, piemēram, fāgas astes garums (vīruss, kas inficē baktērijas), noteiktu gēnu klātbūtne vai neesamība genomos un filoģenētiskās attiecības starp vīrusiem.

Šīs klasifikācijas piemērs ir: pasūtīt Mononegavirales; ģimene Paramyxoviridae; Paramyxovirinae apakšsaime, Morbillivirus ģints; sugas, masalu vīruss.

Ģimeņu, apakšģimeņu un ģinšu nosaukumus iedvesmo izcelsmes vieta, saimnieks vai vīrusa radītās slimības simptomi. Piemēram, Ebolas upe Zairā dod vārdu Ebolas ģintij; tabakas mozaīka savu vārdu piešķir Tomabovirus ģintij.

Daudzi vīrusu grupu nosaukumi ir latīņu vai grieķu valodas vārdi. Piemēram, Podoviridae, ir atvasināts no grieķu podos, kas nozīmē pēdu. Šis nosaukums attiecas uz īsas puses fāgiem.

Vīrusu piemēri

Gripas vīruss

Viņi inficē putnus un zīdītājus. Viņiem ir daudzveidīga morfoloģija ar aploksni. Vienrindu RNS genoms. Tie pieder Baltimoras V klasei un Orthomyxoviridae ģimenei.

Gripas vīrusi pieder šai ģimenei. Lielāko daļu gripas gadījumu izraisa gripas A vīrusi. Uzliesmojumi, ko izraisa B gripas vīrusi, notiek ik pēc 2–3 gadiem. Tie, kurus ražo C gripas vīrusi, ir retāk sastopami.

A gripas vīruss ir izraisījis četras pandēmijas: 1) Spānijas gripa (1918–1919), nezināmas izcelsmes H1N1 vīrusa apakštips; 2) putnu izcelsmes Āzijas gripa (1957–1958), H2N2 apakštips; 3) Honkongas gripa (1968–1969), putnu izcelsmes H3N3 apakštips; 4) cūku cūku gripa (2009. – 2010. Gads), apakštips H1N1.

Vispostošāko zināmo pandēmiju izraisīja Spānijas gripa. Tas nogalināja vairāk cilvēku nekā Pirmais pasaules karš.

Burti H un N nāk attiecīgi no membrānas glikoproteīniem hemagglutinīna un neuraminidāzes. Šie glikoproteīni ir sastopami ļoti daudzās antigēnu formās un ir iesaistīti jaunos variantos.

Retrovīruss

Viņi inficē zīdītājus, putnus un citus mugurkaulniekus. Sfēriskā morfoloģija ar aploksni. Vienrindu RNS genoms. Viņi pieder Baltimore VI klasei un Retroviridae ģimenei.

Cilvēka imūndeficīta vīruss (HIV), ģints Lentivirus, pieder šai ģimenei. Šis vīruss nodara kaitējumu inficētās personas imūnsistēmai, padarot to uzņēmīgu pret baktēriju, vīrusu, sēnīšu un vienšūņu infekciju. HIV izraisītā slimība ir pazīstama kā iegūtā imūndeficīta sindroms (AIDS).

Arī citas ģints, kas pieder Retroviridae, izraisa nopietnas slimības. Piemēram: Spumavīruss (simian pūkains vīruss); Epsilonretrovīruss (Walleye dermas sarkomas vīruss); Gammaretrovīruss (peles leikēmijas vīruss, kaķu leikēmijas vīruss); Betaretrovīruss (peles piena dziedzeru audzēja vīruss); un alfaretrovīruss (Rousa sarkomas vīruss).

Herpes vīruss

Tas inficē aukstasiņu zīdītājus, putnus un mugurkaulniekus. Vīrusa morfoloģija: ikosaedriskā kapsula ar aploksni. Divpavedienu DNS genoms. Viņi pieder Baltimoras I klasei un Herpesvīrusu kategorijai.

Daži locekļi ir: Herpes simplex vīruss 2 (izraisa dzimumorgānu herpes veidošanos); cilvēka citomegalovīruss (izraisa iedzimtus defektus); Herpesvīrusa KaposiB ^™ sarkoma (izraisa Kapoši sarkomu); EpsteinBƂBarr vīruss vai EBV (izraisa tauku dziedzeru drudzi un audzējus).

Vīrusi, kas izraisa poliomielītu un citus saistītus vīrusus

Tas inficē zīdītājus un putnus. Vīrusa morfoloģija: izometriska vai ikosaedriska. Vienrindu RNS genoms. Viņi pieder Baltimore IV klasei un Picornaviridae ģimenei.

Daži šīs ģimenes pārstāvji ir: Hepatovīruss (izraisa A hepatītu); Enterovīruss (izraisa poliomielītu); Aftovīruss (izraisa mutes un nagu sērgu).

Vīrusi, kas izraisa trakumsērgu un ar to saistītus vīrusus

Viņi inficē zīdītājus, zivis, kukaiņus un augus. Spirālveida morfoloģija ar aploksni. Vienrindu RNS genoms. Viņi pieder Baltimoras V klasei un Rhabdoviridae ģimenei.

Vīrusi, kas izraisa tādas slimības kā trakumsērgu, ko izraisa Lyssavirus ģints, pieder šai ģimenei; vezikulārais stomatīts, ko izraisa Vesiculovirus ģints; un dzelteno punduru kartupeli, ko izraisa Novirirhabdovirus ģints.

Vīruss, kas izraisa infekciozo eritēmu

Tas inficē zīdītājus, putnus un kukaiņus. Simetriskā ikosaedriskā morfoloģija. Vienpavediena DNS genoms. Tie pieder Baltimoras II šķirai un Parvoviridae ģimenei.

Viens no šīs ģimenes locekļiem ir B19 vīruss, kas pieder Erithrovirus ģintij, un tas cilvēkiem izraisa infekciozo eritēmu, kas parasti neizraisa simptomus. B19 vīruss inficē sarkano asins šūnu priekšgājēja šūnas.

Daži Parvoviridae locekļi tiek izmantoti kā gēnu pārnēsātāji.

Vīrusu lietojumprogrammas

Vīrusus var izmantot cilvēka labā, konstruējot rekombinantus vīrusus. Viņiem ir genoms, kas modificēts ar molekulārās bioloģijas metodēm.

Rekombinantie vīrusi ir potenciāli noderīgi gēnu terapijā, kuras mērķis ir izārstēt specifiskas slimības vai ražot vakcīnas.

HIV ir izmantots gēnu vektoru (lentivīrusu vektoru) konstruēšanai gēnu terapijai. Ir pierādīts, ka šie pārnēsātāji ir efektīvi tīklenes pigmenta epitēlija slimības modeļos, piemēram, pigmenta retinīts, ko izraisa autosomāli recesīva mantošana vai mutācijas.

Vīrusiem, ko izmanto kā vakcīnas pārnēsātājus, jābūt ar nelielu patogēno potenciālu. Tas tiek pārbaudīts, izmantojot dzīvnieku modeļus. Tas attiecas uz vakcīnām, kas izstrādātas vai tiek izstrādātas pret bakas vīrusiem, vezikulāro stomatītu un Ebolas vīrusu.

Atsauces

1. Kārters, JB, Saunders, VA 2013. Viroloģija: principi un pielietojumi. Vilejs, Čičesters.
2. Dimmock, NJ, Easton, AJ, Leppard, KN 2007. Ievads mūsdienu viroloģijā. Blekvels Maldens.
3. Flints, J., Racaniello, VR, Rall, GF, Skalka, AM, Enquist, LW 2015. Viroloģijas principi. Amerikas mikrobioloģijas biedrība, Vašingtona.
4. Hull, R. 2009. Salīdzinošā augu virusoloģija. Elsevier, Amsterdama.
5. Louten, J. 2016. Essential human virology. Elsevier, Amsterdama.
6. Ričmens, DD, Vitlijs, RJ, Hayden, FG 2017. Klīniskā virusoloģija. Amerikas mikrobioloģijas biedrība, Vašingtona.
7. Voevodin, AF, Marx, PA, Jr 2009. Simian virology. Vailija-Blekvela, Eimsa.
8. Vāgners, EK, Hewlett, MJ, Blūms, DC, Kamerini, D. 2008. Pamata virusoloģija. Blekvels Maldens.