Poliomyelitída, besnota, kiahne, herpes, syndróm získanej ľudskej imunodeficiencie sú každému známe choroby, ktoré sú spôsobené veľmi špecifickými patogénmi. Organizmy, ktoré stoja na hranici medzi živými a neživými, obligátne (povinné) bunkové parazity – vírusy. Morfológia, fyziológia a ich samotná existencia na planéte dnes vyvoláva veľa otázok.
Virológia: Začíname
Dejiskom je laboratórium Nikitskej botanickej záhrady Ruskej akadémie vied, kde biológ Dmitrij Iosifovič Ivanovskij (1864-1920) študuje záhadnú mozaikovú chorobu tabaku. Pôvodca choroby v rastline prechádza cez najmenšie bakteriálne filtre, nerastie na živných médiách a nevykazuje príznaky, keď sú zdravé rastliny infikované filtrátmi z chorých.
Vtedy, v roku 1892, vedci dospeli k záveru, že nejde o baktérie. A nazýva patogén vírusy (z latinského vírusu,- ja). Dmitrij Ivanovskij sa celý život pokúšal vidieť vírusy, ale morfológiu vírusov sme videli v 30. rokoch 20. storočia, keď boli vynájdené elektrónové mikroskopy.
Ale práve tento dátum sa považuje za začiatok vedy o virológii a Dmitrij Ivanovskij je jej zakladateľom.
Úžasné kráľovstvo
Morfológia a fyziológia vírusov sú také úžasné, že tieto organizmy sú izolované v nezávislom kráľovstve Vira. Táto najjednoduchšia forma života má mikroskopické rozmery (od 25 do 250 nanometrov) a ide o nukleovú kyselinu so súborom génov uzavretých v škrupine. Sú to parazity, ktoré sa môžu rozmnožovať iba v bunkách iných živých organizmov - rastlín, húb, zvierat, baktérií a dokonca aj iných vírusov (satelitných vírusov).
Rozlišovacie znaky vírusov sú nasledovné:
- Obsahujú iba jeden typ nukleovej kyseliny (RNA alebo DNA).
- V morfológii vírusov chýbajú systémy na syntézu bielkovín a energetické systémy.
- Nemajú bunkovú štruktúru.
- Vírusový parazitizmus sa realizuje na genetickej úrovni.
- Prechádzajú cez bakteriálne filtre a nie sú kultivované na umelých médiách.
Súčasť organického sveta planéty
Vírusy, ako povinné parazity, majú jasnú genetickú súvislosť so zástupcami flóry a fauny Zeme. Navyše podľa nedávnych štúdií 32 % ľudského genómu pozostáva z prvkov podobných vírusomštruktúry.
K dnešnému dňu bolo popísaných viac ako 6 000 vírusov, no odhaduje sa, že ich je viac ako sto miliónov. Toto je najpočetnejšia biologická forma na planéte a je zastúpená vo všetkých ekosystémoch (všadeprítomné (všadeprítomné) rozšírenie).
Ich vzhľad na planéte dnes nie je jasný. Jedna vec je známa - keď sa objavili prvé bunkové formy života, vírusy už existovali.
Živý a neživý
Tieto úžasné organizmy majú dve formy svojej existencie, ktoré sa od seba výrazne líšia.
Formou ich existencie mimo bunky je virión. Keď sa dostane do bunky, jej obaly sa rozpustia a nukleové kyseliny vírusu sa začlenia do genetického materiálu hostiteľa. Vtedy hovoríme o vírusovej infekcii. Vírusový genóm sa integruje do prirodzených replikačných mechanizmov genómu hostiteľskej bunky a spúšťa reťazec reakcií, ktoré vykonávajú svoju parazitickú existenciu.
Virion je v podstate neživá súčasť života. A genóm vírusu v bunke je jej živou zložkou, pretože tam sa vírusy rozmnožujú.
Morfológia a ultraštruktúra vírusov
V tejto súvislosti hovoríme o virióne – extracelulárnej forme.
Veľkosť viriónov sa meria v nanometroch - 10-9 metrov. Vírusy chrípky sú stredne veľké - 80-120 nanometrov a vírus kiahní je obrovský s rozmermi 400 nanometrov.
Štruktúra a morfológia vírusov je podobná ako u astronautov. Vo vnútri kapsidy (proteínový obal, niekedyobsahujúce tuky a sacharidy), ako vo "vesmírnom skafandri", je najcennejšia časť - nukleové kyseliny, genóm vírusu. Tento „kozmonaut“je navyše prezentovaný v minimálnom množstve – iba priamo dedičný materiál a minimum enzýmov na jeho replikáciu (kopírovanie).
Navonok môže byť „oblek“v tvare tyčinky, gule, guľky, vo forme zložitého dvadsaťstenu alebo vôbec nie pravidelného. Závisí to od prítomnosti špecifických proteínov v kapside, ktoré sú zodpovedné za prienik vírusu do bunky.
Ako patogén vstupuje do tela hostiteľa
Existuje mnoho spôsobov, ako preniknúť, ale najbežnejší je vzduch. Myriady drobných čiastočiek sa vrhajú do vesmíru nielen pri kašli alebo kýchaní, ale jednoducho pri dýchaní.
Ďalší spôsob, ako môžu virióny vstúpiť do tela, je nákazlivý (priamy fyzický kontakt). Táto metóda je vlastná pomerne malej skupine patogénov, takto sa prenáša herpes, pohlavné infekcie, AIDS.
Spôsob infekcie prostredníctvom vektora, ktorým môžu byť rôzne skupiny organizmov, je pomerne komplikovaný. Vektor, ktorý získal patogén z rezervoáru infekcie, sa stáva miestom, kde sa vírusy replikujú alebo prechádzajú vývojovými štádiami. Vírus besnoty je presne taký patogén.
Čo sa deje v tele hostiteľa
Vírus sa pomocou vonkajších proteínov kapsidy prichytí na bunkovú membránu a prenikne cez endocytózu. Oni súsa dostanú do lyzozómov, kde sa pôsobením enzýmov zbavia „vesmírneho skafandru“. A nukleové kyseliny patogénu vstupujú do jadra alebo zostávajú v cytoplazme.
Nukleové kyseliny patogénu sú zabudované do reťazcov nukleových kyselín hostiteľa a spúšťa sa reakcia replikácie (kopírovania) dedičnej informácie. Keď sa v bunke nahromadí dostatočný počet vírusových častíc, virióny využívajú energetické a plastové mechanizmy a zdroje hostiteľa.
Poslednou fázou je uvoľnenie viriónov z bunky. Niektoré vírusy vedú k úplnej deštrukcii buniek a vstupujú do medzibunkového priestoru, iné sa doň dostávajú exocytózou alebo pučaním.
Stratégie patogénov
Interakcia medzi vírusom a hostiteľskou bunkou sa môže vyvinúť podľa niekoľkých scenárov. Jeho hlavnou črtou je stupeň autonómie parazita.
Štruktúra Morfológia vírusov vedie k úplnej závislosti patogénu od energie a potenciálu bunky syntetizovať proteíny, jedinou podmienkou je, aby replikovala svoje nukleové kyseliny podľa vlastného rozvrhu. Takáto interakcia sa nazýva produktívna (je prirodzená pre vírus, ale nie pre bunku). Po vyčerpaní zásob bunky vedie vírus k jej smrti.
Ďalší typ interakcie je konsenzuálny. V tomto prípade sa vírusový genóm integrovaný do hostiteľského genómu kovalentne replikuje s vlastnými nukleovými kyselinami bunky. A potom sa vývoj scenára môže uberať dvoma smermi. Vírus sa správa ticho a neprejavuje sa. Mladé virióny odchádzajúbunky len za určitých podmienok. Alebo gény patogénov neustále pracujú, produkujú veľké množstvo mladej generácie, ale bunka nezomrie, ale opustí ju exocytózou.
Ťažkosti v taxonómii
Klasifikácia a morfológia vírusov sa v rôznych zdrojoch líši. Zároveň sa na ich klasifikáciu používajú tieto vlastnosti:
- Typ nukleovej kyseliny (obsahujúca RNA a obsahujúcu DNA) a spôsob jej replikácie. Najbežnejšia klasifikácia vírusov, ktorú navrhol americký virológ David B altimore v roku 1971.
- Morfológia a štruktúra vírusu (jednovláknový, dvojvláknový, lineárny, kruhový, fragmentovaný, nefragmentovaný).
- Rozmery, typ symetrie, počet kapsomérov.
- Prítomnosť superkapsida (vonkajší obal).
- Antigénne vlastnosti.
- Typ genetickej interakcie.
- Kruh potenciálnych hostiteľov.
- Lokalizácia v hostiteľskej bunke – v jadre alebo v cytoplazme.
Práve výber hlavného kritéria a morfológie vírusov určuje rôzne prístupy ku klasifikácii vírusov v mikrobiológii. Nie je to celkom jednoduché. Problém spočíva v tom, že morfológiu a štruktúru vírusu začíname študovať až vtedy, keď vedú k patologickým procesom.
Vyberavý a nie taký dobrý
V závislosti od výberu hostiteľa sú tieto patogény mimoriadne rôznorodé vo svojich preferenciách. Niektoré útočia len na jeden biologický druh – majú veľmi prísnu „registráciu“. Napríklad jesťchrípkové vírusy mačiek, čajok, ošípaných, ktoré sú pre ostatné zvieratá úplne bezpečné. Niekedy je špecializácia prekvapivá - bakteriofágový vírus P-17 infikuje iba samcov jednej odrody E. coli.
Iné vírusy sa správajú úplne inak. Napríklad guľkové vírusy, ktorých morfológia je podobná guľke, spôsobujú úplne iné ochorenia a zároveň je ich spektrum hostiteľov mimoriadne široké. Medzi takéto vírusy patrí vírus besnoty, ktorý infikuje všetky cicavce, alebo vírus bovinnej vezikulárnej stomatitídy (mimochodom prenášaný hmyzom).
Sú tu ďalšie nuansy. Vírusy s chvostíkom (virióny) väčšinou napádajú bakteriálne bunky, vláknité alebo špirálovité sú parazitmi rastlín a v živočíšnych bunkách s väčšou pravdepodobnosťou parazitujú vírusy s komplexnou kapsidou a mnohostrannou viriónovou formou.
