Główna zawartość
Wirusy ludzkie i zwierzęce
Wirusy ludzkie i zwierzęce. System klasyfikacji Baltimore. Cykl rozwojowy wirusa HIV. Tłumaczenie na język polski: fundacja Edukacja dla Przyszłości, dzięki wsparciu FUNDACJI HASCO-LEK.
Kluczowe punkty:
- Istnieje wiele różnych rodzajów wirusów, które infekują ludzi i inne zwierzęta, niektóre powodują poważne choroby, a inne nie.
- Wirusy można klasyfikować zgodnie z systemem Baltimore, a wirusy infekujące ludzi mogą należeć do wszystkich z siedmiu kategorii.
- Ludzki wirus niedoboru odporności (HIV), który powoduje zespół nabytego niedoboru odporności (AIDS), jest retrowirusem.
Wprowadzenie
Czy kiedykolwiek miałeś grypę lub ospę wietrzną? Jeśli tak, to miałeś bliskie spotkanie z wirusem! Niezależnie od tego, czy marzysz o znalezieniu lekarstwa na AIDS, czy po prostu chcesz uniknąć tegorocznego wirusa grypy, prawdopodobnie miałeś okazję doświadczyć cierpienia, które może być spowodowane infekcjami wirusowymi (i które może być zminimalizowane przez szczepionki i leczenie).
Ludzkie wirusy występują w wielu odmianach i powodują szeroki zakres objawów. Niektóre powodują, że chorujemy dzień lub dwa, po czym znikają, podczas gdy inne zostają z nami całe życie. Niektóre z nich są mało uciążliwe, podczas gdy inne, takie jak Ebola, mogą powodować komplikacje zagrażające życiu.
Ze względu na ich wpływ na nasze zdrowie i jakość życia szczegółowo zbadano wiele wirusów ludzkich (i pokrewnych wirusów zwierzęcych). Rzućmy okiem na niektóre z tych wirusów.
Jak wygląda wirus zwierzęcy?
Podobnie jak inne wirusy, wirusy zwierzęce to małe paczuszki z białek i kwasu nukleinowego. Mają białkowy płaszcz zwany kapsydem i materiał genetyczny z DNA lub RNA, który jest schowany w jego środku. Mogą również posiadać otoczkę zbudowaną z lipidów.
Kapsydy wirusów zwierzęcych występują w wielu kształtach. Jednym z bardziej szalonych pod względem kształtu (przynajmniej dla mnie) jest wirus Ebola, który posiada długą, niciopodobną strukturę, która tworzy liczne pętle. Poniżej, dla porównania, przedstawiono też bardziej "standardowy" wirus, chikungunya, który wygląda jak kula, ale w rzeczywistości jest
Genomy wirusów zwierzęcych zbudowane są z RNA lub DNA, które mogą być jedno- lub dwu-niciowe. Wirusy zwierzęce mogą wykorzystywać szereg strategii (w tym niektórych zaskakujących i dziwnych) do kopiowania i wykorzystywania swojego materiału genetycznego, o czym przekonamy się w sekcjach poniżej.
W jaki sposób wirusy zwierzęce infekują komórki?
Wirusy zwierzęce, podobnie jak inne wirusy, są zależne od komórek gospodarza, aby zrealizować swój cykl życia. Żeby się namnożyć, wirus musi zainfekować komórkę gospodarza i przeprogramować ją, aby wytworzyć więcej wirusów.
Pierwszym kluczowym etapem infekcji jest rozpoznanie: wirus zwierzęcy ma specjalne cząsteczki powierzchniowe, które pozwalają mu wiązać się z receptorami na błonie komórki gospodarza. Po przyłączeniu do komórki gospodarza, wirusy zwierzęce mogą wnikać do niej na różne sposoby: przez endocytozę, w której błona wpukla się do środka; poprzez tworzenie kanałów w błonie gospodarza (przez które można wstrzyknąć DNA lub RNA); lub, w przypadku wirusów otoczkowych, przez połączenie się z błoną i uwolnienie kapsydu wewnątrz komórki.
Po tym, jak wirus wykorzystuje zasoby komórki gospodarza do wytwarzania nowych białek wirusowych i materiału genetycznego, cząsteczki wirusa gromadzą się i przygotowują do wyjścia z komórki. Wirusy zwierzęce z otoczką mogą pączkować z błony komórkowej, zabierając w ten sposób kawałek błony plazmatycznej lub błon wewnętrznych. W przeciwieństwie do tego, wirusy bez otoczki, takie jak rinowirusy, zwykle gromadzą się w zainfekowanych komórkach, dopóki komórka nie pęknie i/lub umrze, a wirusy zostaną uwolnione.
Skutki infekcji
Wirusy powodują różnorodne choroby u ludzi.
Poniższy schemat przedstawia kilka częstych przykładów infekcji wirusowych, które wpływają na różne układy organizmu ludzkiego:
Niektóre infekcje wirusowe przebiegają zgodne z klasycznym schematem ostrego przebiegu choroby: objawy nasilają się w krótkim okresie, ale w większości przypadków wirus jest usuwany z organizmu przez układ odpornościowy i pacjent wraca do zdrowia. Przykłady takich chorób to przeziębienie i grypa.
Inne wirusy, takie jak wirus zapalenia wątroby typu C, powodują wieloletnie przewlekłe infekcje. Z kolei wirusy, takie jak ludzkie herpeswirusy typu 6 i 7, które w niektórych przypadkach powodują chorobę wieku dziecięcego, rumień nagły, mogą wywoływać aktywne infekcje (te, w których wytwarzane są nowe cząsteczki wirusowe) bez wywoływania jakichkolwiek objawów u gospodarza. W takich przypadkach stwierdza się, że u pacjentów występuje infekcja bezobjawowa.
Klasyfikacja wirusów zwierzęcych
Istnieje wiele rodzajów wirusów zwierzęcych, a one same wnikają do komórek, dowodzą nimi i opuszczają je na różne sposoby. Jak możemy uporządkować ten bałagan wirusów w sposób spójny i sensowny?
System Baltimore grupuje wirusy w zależności od rodzaju materiału genetycznego i sposobu, w jaki jest on używany do tworzenia informacyjnego RNA (mRNA), kluczowego półproduktu w wytwarzaniu białek wirusowych i produkcji nowych wirusów. Grupa Baltimore wirusa zależy od:
- Cząsteczki używanej jako materiał genetyczny (DNA lub RNA)
- Niezależnie od tego, czy materiał genetyczny jest jedno- czy dwu-niciowy
- Kroków, które wirus wykonuje by wytworzyć mRNA
System Baltimore dzieli wirusy na siedem grup. Na poniższym rysunku możesz zobaczyć podstawowe cechy każdej grupy, obejmujące materiał genetyczny i drogę wykorzystywaną do tworzenia mRNA:
Wirusy ludzkie można znaleźć we wszystkich siedmiu grupach Baltimore, natomiast wirusy roślinne i bakteryjne występują tylko w podzbiorze grup.
Retrowirus HIV-1
Retrowirusy, które można znaleźć w grupie VI Baltimore, mają unikalny i fascynujący cykl życia. Znalazły one szczególne zainteresowanie badaczy, ponieważ ludzki wirus niedoboru odporności (HIV), wirus, który powoduje zespół nabytego niedoboru odporności inaczej AIDS, jest retrowirusem.
Genom retrowirusa to jednoniciowy RNA i występuje w dwóch kopiach na cząsteczkę wirusa. RNA musi zostać przekształcony w dwuniciowy DNA za pomocą enzymu o nazwie odwrotna transkryptaza, odwracając normalny przepływ informacji z DNA na RNA na białko w komórce.
Dwuniciowy DNA wnika do jądra komórki gospodarza i jest wstawiany do jego genomu przez enzym zwany integrazą. Następnie mRNA może zostać wytworzone przez transkrypcję wirusowego DNA, który, jako trwała część genomu komórki gospodarza, nazywany jest prowirusem. Kolejno, mRNA jest odczytywane w celu wytworzenia białek wirusowych i może również służyć jako genom nowych cząstek wirusowych, które gromadzą się i pączkują z komórki.
Poniższy schemat przedstawia kluczowe etapy cyklu życia wirusa HIV-1, szczep odpowiedzialny za większość przypadków zakażenia HIV.
Leki przeciw HIV hamują replikację wirusa w wielu różnych fazach zakażenia HIV. Leki te obejmują:
- Inhibitory fuzji, które blokują fuzję osłonki wirusa HIV z błoną komórkową gospodarza
- Inhibitory odwrotnej transkryptazy, które osłabiają przekształcenie genomu RNA w dwuniciowy DNA
- Inhibitory integrazy, które hamują integrację DNA wirusa z genomem gospodarza
- Inhibitory proteazy, które blokują przetwarzanie białek wirusowych
"Koktajle" zawierające wiele leków są zwykle najbardziej skuteczne w spowalnianiu progresji zakażenia i utrzymywaniu niskiego poziomu wirusa. Możesz się dowiedzieć, dlaczego tak dzieje się w artykule o ewolucji wirusa.
Więcej informacji na temat objawów i leczenia HIV i AIDS oraz profilaktyki znajduje się w sekcji „Zdrowie i medycyna” poświęconej HIV i AIDS.
Szukaj wiadomości poza Khan Academy
Chcesz dowiedzieć się więcej o cyklu rozwojowym wirusa HIV? Sprawdź zasoby interaktywne LabXchange.
LabXchange to bezpłatna platforma edukacyjna online stworzona przez Wydziale Arts and Sciences uniwersytetu Harvarda i wspierana przez Fundację Amgen.
Chcesz dołączyć do dyskusji?
Na razie brak głosów w dyskusji