Poliomielitis, steklina, črne koze, herpes, sindrom pridobljene imunske pomanjkljivosti so vsem znane bolezni, ki jih povzročajo zelo specifični povzročitelji. Organizmi, ki stojijo na meji med živimi in neživimi, obvezni (obvezni) celični paraziti – virusi. Morfologija, fiziologija in njihov sam obstoj na planetu danes poraja veliko vprašanj.
Virologija: Kako začeti
Prizorišče je laboratorij Nikitskega botaničnega vrta pri Ruski akademiji znanosti, kjer biolog Dmitrij Iosifović Ivanovski (1864-1920) preučuje skrivnostno mozaično bolezen tobaka. Povzročitelj bolezni v rastlini prehaja skozi najmanjše bakterijske filtre, ne raste na hranilnih medijih in ne daje simptomov, ko so zdrave rastline okužene s filtrati iz bolnih.
Takrat, leta 1892, je znanstvenik ugotovil, da ni bakterija. In povzročitelje imenuje virusi (iz latinščine virus,- JAZ). Dmitrij Ivanovski je vse življenje poskušal videti viruse, a morfologijo virusov smo videli v 30-ih letih XX stoletja, ko so izumili elektronski mikroskopi.
Toda prav ta datum velja za začetek znanosti o virologiji, njen ustanovitelj pa je Dmitrij Ivanovski.
Amazing Kingdom
Morfologija in fiziologija virusov sta tako neverjetni, da so ti organizmi izolirani v neodvisnem kraljestvu Vira. Ta najpreprostejša oblika življenja ima mikroskopske dimenzije (od 25 do 250 nanometrov) in je nukleinska kislina z nizom genov, zaprtih v lupini. To so paraziti, ki se lahko razmnožujejo le v celicah drugih živih organizmov – rastlin, gliv, živali, bakterij in celo drugih virusov (satelitski virusi).
Odlike virusov so naslednje:
- Vsebuje samo eno vrsto nukleinske kisline (RNA ali DNK).
- Morfologija virusov nima sistemov za sintezo beljakovin in energije.
- Nimajo celične strukture.
- Virusni parazitizem se uresničuje na genetski ravni.
- Prehajajo skozi bakterijske filtre in se ne gojijo na umetnih gojiščih.
Del organskega sveta planeta
Virusi kot obvezni paraziti imajo jasno genetsko povezavo s predstavniki tako flore kot favne Zemlje. Poleg tega je glede na nedavne študije 32 % človeškega genoma sestavljeno iz elementov, podobnih virusustrukture.
Do danes je bilo opisanih več kot 6000 virusov, vendar se ocenjuje, da jih je več kot sto milijonov. To je najštevilčnejša biološka oblika na planetu in je zastopana v vseh ekosistemih (vseprisotna (povsod) razširjenost).
Njihov videz na planetu danes ni jasen. Eno je znano – ko so se pojavile prve celične oblike življenja, so virusi že obstajali.
Živ in neživ
Ti neverjetni organizmi imajo dve obliki svojega obstoja, ki se med seboj bistveno razlikujeta.
Izven celice je oblika njihovega obstoja virion. Ko vstopi v celico, se njene lupine raztopijo in nukleinske kisline virusa se vključijo v gostiteljev genski material. Takrat govorimo o virusni okužbi. Genom virusa se integrira v naravne mehanizme replikacije genoma gostiteljske celice in začne verigo reakcij, ki izvajajo svoj parazitski obstoj.
Virion je v bistvu neživ del življenja. In genom virusa v celici je njena živa komponenta, saj se tam virusi razmnožujejo.
Morfologija in ultrastruktura virusov
V tem kontekstu govorimo o virionu - zunajcelični obliki.
Velikost virionov se meri v nanometrih - 10-9 metrov. Virusi gripe so srednje velikosti - 80-120 nanometrov, virus črnih koz pa je velikan z dimenzijami 400 nanometrov.
Struktura in morfologija virusov je podobna astronavtom. V notranjosti kapside (proteinski plašč, včasihki vsebuje maščobe in ogljikove hidrate), kot v "vesoljski obleki", je najdragocenejši del - nukleinske kisline, genom virusa. Poleg tega je ta "kozmonavt" predstavljen tudi v minimalni količini - le neposredno dedni material in najmanj encimov za njegovo replikacijo (kopiranje).
Navzven je »obleka« lahko paličasta, sferična, kroglasta, v obliki kompleksnega ikosaedra ali pa sploh ne pravilne oblike. Odvisno je od prisotnosti v kapsidu specifičnih beljakovin, ki so odgovorne za prodor virusa v celico.
Kako patogen vstopi v telo gostitelja
Obstaja veliko načinov prodiranja, vendar je najpogostejši v zraku. Nešteto drobnih delcev se vrže v vesolje ne le pri kašljanju ali kihanju, ampak preprosto pri dihanju.
Drug način, da virioni vstopijo v telo, je nalezljiv (neposreden fizični stik). Ta metoda je značilna za dokaj majhno skupino patogenov, tako se prenašajo herpes, venerične okužbe, AIDS.
Način okužbe z vektorjem, ki so lahko različne skupine organizmov, je precej zapleten. Vektor, ki je pridobil patogen iz rezervoarja okužbe, postane mesto za razmnoževanje virusov ali napredovanje skozi razvojne faze. Virus stekline je ravno takšen patogen.
Kaj se zgodi v gostiteljevem telesu
S pomočjo zunanjih proteinov kapsida se virus pritrdi na celično membrano in prodre skozi endocitozo. sopridejo v lizosome, kjer se pod delovanjem encimov znebijo »vesoljske obleke«. In nukleinske kisline patogena vstopijo v jedro ali ostanejo v citoplazmi.
Nukleinske kisline patogena se vgradijo v verige nukleinskih kislin gostitelja in sproži se reakcija replikacije (kopiranja) dednih informacij. Ko se v celici nabere zadostno število virusnih delcev, virioni uporabljajo energijske in plastične mehanizme in vire gostitelja.
Zadnja faza je sproščanje virionov iz celice. Nekateri virusi vodijo do popolnega uničenja celic in vstopijo v medcelični prostor, drugi vanj vstopijo z eksocitozo ali brstenjem.
Strategije patogenov
Interakcija med virusom in gostiteljsko celico se lahko razvije po več scenarijih. Glavna značilnost tega je stopnja avtonomije parazita.
Struktura Morfologija virusov vodi v popolno odvisnost patogena od energijskega in proteinskega potenciala celice, edini pogoj je, da replicira svoje nukleinske kisline po lastnem urniku. Takšna interakcija se imenuje produktivna (je naravna za virus, ne pa za celico). Ko je izčrpana zaloga celice, virus vodi v njeno smrt.
Druga vrsta interakcije je sporazumna. V tem primeru se genom virusa, integriran v genom gostitelja, kovalentno replicira z lastnimi nukleinskimi kislinami celice. In potem lahko razvoj scenarija gre v dve smeri. Virus se obnaša tiho in se ne manifestira. Mladi virioni odidejocelico le pod določenimi pogoji. Ali pa geni patogena nenehno delujejo in proizvajajo veliko število mladih generacij, vendar celica ne umre, ampak jo zapustijo z eksocitozo.
Težave v taksonomiji
Razvrstitev in morfologija virusov se v različnih virih razlikujeta. Hkrati se za njihovo razvrščanje uporabljajo naslednje značilnosti:
- Vrsta nukleinske kisline (ki vsebuje RNA in vsebuje DNK) in način njene replikacije. Najpogostejša klasifikacija virusov, ki jo je leta 1971 predlagal ameriški virolog David B altimore.
- Morfologija in struktura virusa (enoverižna, dvoverižna, linearna, krožna, razdrobljena, nefragmentirana).
- Dimenzije, vrsta simetrije, število kapsomerov.
- Prisotnost superkapsida (zunanja lupina).
- Antigenske lastnosti.
- Vrsta genetske interakcije.
- Krog potencialnih gostiteljev.
- Lokalizacija v gostiteljski celici - v jedru ali v citoplazmi.
Izbor glavnega kriterija in morfologije virusov določa različne pristope k klasifikaciji virusov v mikrobiologiji. Ni čisto enostavno. Težava je v tem, da začnemo preučevati morfologijo in strukturo virusa šele, ko vodijo v patološke procese.
izbirčen in ne tako dober
Po izbiri gostitelja so ti patogeni izjemno raznoliki v svojih preferencah. Nekateri napadajo samo eno biološko vrsto - imajo zelo strogo "registracijo". Na primer, jestivirusi gripe mačk, galebov, prašičev, ki so popolnoma varni za druge živali. Včasih je specializacija presenetljiva - virus bakteriofaga P-17 okuži samo samce ene vrste E. coli.
Drugi virusi se obnašajo precej drugače. Na primer, virusi v obliki krogle, katerih morfologija je podobna krogli, povzročajo povsem različne bolezni, hkrati pa je njihov spekter gostiteljev izjemno širok. Takšni virusi vključujejo virus stekline, ki okuži vse sesalce, ali virus govejega vezikularnega stomatitisa (mimogrede ga prenašajo žuželke).
Obstajajo še druge nianse. Virusi z repom (virioni) večinoma napadajo bakterijske celice, nitasti ali spiralni so paraziti rastlin, v živalskih celicah pa je večja verjetnost, da parazitirajo virusi s kompleksno kapsido in večplastno virionsko obliko.
