Virusi

Virusi su neprestano prisutni u svakodnevnici kao pojam stalne, često veoma ozbiljne pretnje zdravlju, ne samo ljudi nego i drugih organizama - biljaka, životinja, bakterija. Virusi su izgrađeni od samo dve komponente. Jednu predstavlja nukleinska kiselina DNK ili RNK, a drugu omotač proteinske prirode. Premda poseduju genetički, nasledni materijal, o virusima se obično ne govori kao o živim organizmima. Virusi nisu sposobni da rastu, da sintetišu svoje proteine niti da obavljaju metaboličke procese. Proteinski omotač virusa je kapsid.

Virion

Definicija i opšte osobine

Virusi su acelularni, ultramikroskopski,organizmi nesposobni da se razmnožavaju van ćelije domaćina. Izvan ćelije domaćina oni ne pokazuju osobine živih bića, čak mogu i da kristalizuju. Kristalizovani virusi zadržavaju sposobnost infekcije ćelije.

Zrela virusna, vanćelijska, čestica sposobna da inficira ćeliju domaćina naziva se virion. Ulaskom u ćeliju virion postaje aktivan tj. virus. Virus u ćeliji preuzima kontrolu nad molekularnim aparatom domaćina i koristi ga za sopstveno razmnožavanje. Ćelija domaćina tada stvara delove virusa, a ne materije koje su njoj potrebne za normalan rad. To u domaćinu dovodi do patološkog stanja (bolesti), pa se virusi smatraju isključivim unutarćelijskim – obligatnim parazitima (lat. obligatan = obavezan). Veličina virusa kreće se od 10 – 300 nm (1 nm= 0,000001 mm) tako da se mogu videti samo elektronskim mikroskopom što znači da su ultramikroskopski ( lat. ultra = prekomerno ; grč. mikro = sitno; scopeo = gledam, posmatram).

Za viruse se u pravom smislu može reći da se nalaze između živog i neživog sveta. Prisustvo nukleinske kiseline i sposobnost da se ona menja (mutira) čime se virusi prilagođavaju promenama u spoljašnoj sredini kao i prisustvo proteina su svojstva živih bića. S druge strane, u odnosu na živi svet, virusi nemaju ćelijsku građu (acelularni su), niti sposobnost obavljanja metabolizma. Kako im sve to nedostaje oni se mogu razmnožavati samo unutar žive ćelije.

Građa i hemijski sastav

Virus bez dodatnog omotača

Virus sa dodatnim omotačem

Virusi su najčešće građeni od samo dve komponente: nukleinske kiseline i proteina (kapsida), koji zajedno grade nukleokapsid. Samo neki virusi pored navedenih delova sadrže i dodatni omotač izgrađen od lipida i glikoproteina ( lipidi su poreklom od membrane ćelije domaćina).

Nukleinska kiselina je ili DNK ili RNK, pri čemu oba tipa mogu biti i jednolančane i dvolančane. Nukleinska kiselina čini virusni genom (skup svih gena), koga čini jedna kopija gena. Zato se virusi mogu smatrati haploidnim organizmima. Virusni genom može sadržati od nekoliko gena do nekoliko stotina gena.

Kapsid je omotač, izgrađen od proteina, koji obavija nukleinsku kiselinu. Sastoji se od jednakih proteinskih jedinica – kapsomera. Kapsid ima više uloga:

štiti nukleinsku kiselinu od razarajućeg dajstva enzima ćelije domaćina; omogućava prenošenje nukleinske kiseline od jedne do druge ćelije domaćina (kao “paket”); reaktivne grupe u kapsidu omogućavaju da se virus veže za receptore (osetljiva mesta) na ćeliji domaćina; proteini kapsida imaju svojstva antigena. Virusi mogu, pored navedenih jedinjenja, sadržati i enzime koji im omogućuju da napadnu ćeliju kao i enzime za razmnožavanje u toj ćeliji.

Podela

Virusi se klasifikuju u zavisnosti od toga koju nukleinsku kiselinu sadrže, zatim na osnovu simetrije kapsida, veličine, prisustva ili odsustva dodatnog omotača.

Prema nukleinskoj kiselini koju sadrže, dele se na DNK i RNK viruse. Za sve do sada poznate RNK viruse utvrđeno je da se razmnožavaju u citoplazmi ćelije domaćina. DNK virusi, sa svega nekoliko izuzetaka, razmnožavaju se u jedru ćelije domaćina. DNK virusi su npr. herpesvirusi (izazivaju oralne i genitalne infekcije, mononukleozu i dr.) i adenovirusi (respiratorne i crevne infekcije). RNK virusi su retrovirusi (izazivač SIDE), virusi izazivači rubeola, zaušaka, besnila i dr.

Tropizam virusa (specifičnost)

Virusi pokazuju specifičnost (osobenost) u prepoznavanju i vezivanju za receptore na ćeliji domaćina. To određuje njihovu osobinu da inficiraju određene ćelije ili organizme, što se naziva tropizam. Animalni (životinjski) virusi inficiraju životinje, biljni virusi – biljke, a bakteriofagi - bakterije. Virus mozaične bolesti duvana (skr. TMW) inficira samo tu biljku. (TMW je inače prvi otkriveni virus. Otkrio ga je krajem 19. veka naučnik Ivanovski.) Virus kijavice napada respiratorni trakt.

Bakteriofagi (fagi)

Bakteriofag: šema (levo) i mikrografija (desno)

Virusi koji inficiraju bakterije i u njima parazitiraju, nazivaju se bakteriofagi ili jednostavnije fagi. Najbolje su izučeni fagi koji napadaju bakteriju ešerihiju. Fagi mogu imati dvolančanu DNK (ređe jednolančanu DNK) ili mogu imati jednolančanu RNK.

Izgrađeni su od glave, repa i pločice sa pipcima. Glavu faga čine nukleinska kiselina i kapsid. Rep sadrži enzime koji razlažu ćelijski zid bakterije čime omogućavaju ulazak faga u bakteriju. Pločica sa pipcima služi za pričvršćivanje faga za bakterijsku ćeliju.

Umnožavanje virusa

Virusi se razmnožavaju na način koji je jedinstven u živom svetu pa se naziva umnožavanje. Ćelija domaćin, po ulasku virusa u nju, proizvodi nekoliko desetina do nekoliko stotina virusnih nukleinskih kiselina i na hiljade proteinskih kapsomera, a nakon toga se ovi delovi spajaju u veći broj virusnih čestica.

Osnovne faze pri umnožavanju virusa su:

• adsorpcija,
• penetracija,
• dekapsidacija,
• sinteza delova virusa,
• sazrevanje i oslobađanje viriona.

Adsorpcija (pripajanje) je vezivanje virusa za površinu ćelije domaćina. Pripajanje omogućuju reaktivne grupe kapsida, pomoću kojih virus pronalazi osetljivo mesto (receptor) na površini ćelije domaćina i veže se za njega.

Penetracija (prodiranje) je ulazak virusa u ćeliju. Vrši se na različite načine, u zavisnosti od prirode samog virusa. Bakteriofag enzimima razlaže zid bakterije, praveći otvor, kroz koji zatim ubacuje svoju nukleinsku kiselinu (kao ubrizgavanje tečnosti špricom za injekcije). Virusi bez dodatnog omotača ulaze pinocitozom. Kod virusa sa dodatnim omotačem penetracija se isto vrši pinocitozom, samo što se dodatni omotač stapa sa ćelijskom membranom, a ostatak virusa (nukleokapsid) se ubaci u ćeliju.

Dekapsidacija (gubljenje kapsida) se vrši po ulasku virusa u ćeliju. Enzimi ćelije domaćina razlažu kapsid, a virusna nukleinska kiselina se oslobađa omotača. U ovoj fazi se ne može utvrditi prisustvo virusa u ćeliji. Sinteza virusnih komponenti obavlja se u domaćinu tako što virusna nukleinska kiselina podređuje metabolizam domaćina u svoju korist. Ćelija obavlja replikaciju virusne DNK (ili RNK) koja obezbeđuje sintezu proteina virusa.

Sazrevanje virusa je stvaranje nukleokapsida kombinovanjem nukleinske kiseline i proteina. Oslobađanje viriona iz ćelije domaćina može se vršiti na razne načine: razlaganjem (lizom) ćelije što dovodi do smrti ćelije, egzocitozom – pri kojoj virus od membrane ponese jedan deo kao svoj dodatni omotač i dr. Ova poslednja faza može kod nekih DNK virusa da izostane. Takvi virusi ugrade svoju DNK u DNK domaćina i deobom se prenose na potomačke ćelije (virusna DNK se replikuje zajedno sa DNK domaćina). Nazivaju se provirusi (latentni – mirujući virusi). Ugrađeni u DNK domaćina, provirusi gube sposobnost infekcije, ali se u određenim uslovima (povišena telesna temperatura, pad imuniteta i dr.) ili spontano mogu ponovo aktivirati.

Neke bakterije koje u svojoj DNK sadrže provirus (u bakteriji se on naziva profag) su od velikog značaja u humanoj medicini. Tako npr. bakterija koja izaziva difteriju, može da stvara otrov samo ako je u njenu DNK ugrađen određeni profag. Taj profag sadrži gen koji određuje sintezu otrova.

Posledice virusne infekcije

Posledice virusne infekcije mogu biti smrt ćelije, transformacija ćelije ili latentna infekcija. Transformacija ćelija predstavlja njen neograničen rast i nenormalne deobe koje izazivaju kancer (rak), a sami virusi nazivaju se onkogeni virusi. Pri latentnoj infekciji virus ne dovodi do promena iako je prisutan u ćeliji domaćina. Primer latentne infekcije su herpes virusi koji izazivaju rane (osip) na koži, venerične bolesti, mononukleozu i dr.

Osoba koja je jedanput bila izložena infekciji ovim virusom, biće podložna ispoljavanju njegovog dejstva kad dođe do nekog stresnog stanja ili opšte slabosti organizma izazvane nekom drugom bolešću.

Onkogeni virusi

Virusi mogu da izazovu transformaciju (preobražaj, promenu) ćelija domaćina koja se ogleda u tome što one počinju neograničeno da se razmnožavaju. Mase tkiva stvorene neograničenim razmnožavanjem ćelija nazivaju se tumori, a virusi koji do toga dovode su onkogeni ili tumorski virusi. Njihova nukleinska kiselina se ugrađuje u genom domaćina, gde može provesti u latentnom periodu dugi niz godina pre nego što izazove pojavu tumora. Tumori mogu biti benigni kada formirana masa ćelija ostaje na jednom mestu i ne napada druga tkiva, pa ih je lako hirurški odstraniti. Drugi tip tumora su maligni koji napadaju i uništavaju susedna tkiva, i označavaju se kao kancer.

Bolesti izazvane virusima i odbrambeni mehanizam ćelije

Mnoga oboljenja izazvana su virusima: kijavica, grip besnilo, varičela, rubeola, pojava bradavica, mononukleoza (“bolest poljupca” – zbog načina prenošenja), žuta groznica, zauške, velike boginje (variole) [dečija paraliza] i dr.

Neke eukariotske ćelije inficirane virusom imaju sposobnost stvaranja proteina nazvanog interferon. Ovaj protein sprečava, blokira replikaciju virusa. Interferon se oslobađa iz inficiranih ćelija i veoma dobro štiti susedne ćelije. Stvaranje interferona naziva se interferencija(ometanje virusa). Interferon, proizveden kao odgovor na jednu virusnu infekciju, pruža ćeliji zaštitu od sledećih infekcija, čak i od drugih različitih vrsta virusa.

Vakcine (koje se koriste u pokretanju odbrambenih mehanizama ćelije protiv virusa) obično sadrže mrtve viruse ili virusnu nukleinsku kiselinu koje pokreću proizvodnju interferona.

Pre 1980. god. interferon se izdvajao iz humanih (ljudskih) ćelija što je bilo skupo, a danas se proizvodi genetičkim inženjeringom, što je znatno jeftinije. Ovim načinom se ljudski gen za interferon ugradi u genom bakterija koje tada proizvode taj protein.

Subvirusne čestice

Subvirusne čestice su, kao što im sam naziv kaže, jednostavne građe i sitniji od samih virusa. Njihova priroda još nije dovoljno poznata. U ove čestice ubrajaju se virusni sateliti, viroidi i prioni.

Virusni sateliti imaju nepotpun genom pa se mogu umnožavati samo u prisustvu nekog drugog virusa nazvanog virus pomagač.

Viroidi su građeni samo od jednog kratkog lanca RNK, bez kapsida. Do sada su uzrokovali samo oboljenja biljaka (Tako se smatra da su oni uzrokovali smrt preko 10 miliona stabala kokosovog oraha na Filipinima).

Prioni se sastoje samo od proteina i izazivaju propadanje nervnog tkiva ljudi i životinja. Kod ljudi se smatraju uzročnicima Krojcfeld-Jakobovog i kuru oboljenja. Kuru oboljenje se javlja u nekim plemenima Nove Gvineje koja, kao pogrebnu ceremoniju, praktikuju da bliži rođaci jedu mozak preminule, obolele osobe. Oboljenja, čiji su uzročnici prioni, su još uvek nedovoljno objašnjena. Istovremeno su i jedinstvena u tome što su i infektivna (uzročnik je prionski protein, koji se prenosi sa obolele na zdravu osobu) i nasledna (da bi se bolest ispoljila neophodno je da zaražena osoba sadrži prionski gen). Kod životinja prioni su danas aktuelni po bolesti “ludih krava”.

HIV virus predstavljen stilizovano

HIV virus

HIV virus pripada RNK virusima, veličine oko 100 nm, sa geometrijski pravilnom strukturom. Među RNK virusima on pripada tzv. retrovirusima koji imaju jednolančanu RNK, obavijenu kapsidom i dodatnim omotačem. Smatra se da ovaj virus može provesti u latentnom (mirujućem) stanju u domaćinu duži niz godina, pre nego što izazove bolest.