Odpowiedź na pytanie „czy wirusy należą do świata organizmów
advertisement
Wirusy. Weronika Kubiak Pierwsze podejrzenia co do występowania wirusów pojawiły się na przełomie XIX i XX wieku. Uczeni badający liście tytoniu zarażone nieznaną dotąd chorobą określili, że musi być ona wywoływana przez czynniki znacznie mniejsze niż bakterie, bo nie widoczne pod mikroskopem świetlnym. Badania prowadzone w latach 40 XX wieku z wykorzystaniem mikroskopu elektronowego potwierdziły przypuszczenia badaczy: chorobę liści tytoniu wywoływały patogeny, których rozmiar waha się w granicach 10-400 nm (dla porównania wielkość bakterii to 1-2 μm). Twory te zostały nazwane wirusami. Odpowiedź na pytanie „czy wirusy należą do świata organizmów żywych nie jest jednoznaczna. SĄ MARTWE, BO: brak budowy komórkowej brak własnego metabolizmu i objawów życia poza organizmem żywiciela SĄ ŻYWE, BO: zbudowane z białek i kwasów nukleinowych, czasem lipidów (substraty charakterystyczne dla organizmów żywych) ich materiał genetyczny ewoluuje* przekazują cechy organizmów macierzystych na organizmy potomne (dziedziczenie cech) * ewolucja wirusów rozumiana jest jako ich zdolność do częstych i szybkich mutacji materiału genetycznego, zachodzących w organizmie żywiciela. Jako, że mutacje dotyczą zwłaszcza białek otoczki, utrudniają one organizmowi rozpoznanie danego wirusa przez układ immunologiczny. Dlatego też szczepionki przeciwko grypie sezonowej należy powtarzać co roku. brak układów enzymatycznych Ich pochodzenie wciąż, pomimo szerokiego spektrum możliwości prowadzenia badań molekularnych, budzi kontrowersje. Znanych jest kilka teorii dotyczących ich pochodzenia: • wywodzą się z od uwolnionych z chromosomów fragmentów DNA, podobnych do plazmidów • poprzez pasożytniczy tryb życia skrajnie uprościły swoją budowę Wirusy wykazują charakterystyczna budowę. Poza organizmem żywiciela mówi się o formie wirionu − pojedynczej, kompletnej cząstce wirusowej, zdolnej do przetrwania poza komórką i zakażenia jej. 1 – Materiał genetyczny w formie jedno lub dwu niciowego DNA lub RNA. DNA może także występować w formie kolistej (RNA tylko w formie liniowej). Ilość genów kodowanych przez materiał jest niewielka (kilka-kilkanaście białek) 2 – Białkowo – lipidowa osłonka – występuje u niektórych wirusów (np. wirus grypy, HIV) jest tworzona przez lipidy gospodarza. Okrywa i chroni kapsyd 3 – kapsyd – otoczka utworzona z białek (kapsomerów). Przyjmuje różne, charakterystyczne dla wirusa kształty (kulisty – wirus grypy, wielobocznybakteriofag T4, pałeczkowaty - wirus mozaiki tytoniu) 4-Glikoproteiny – charakterystyczne dla danego wirusa Specyficzna jest również budowa wirusów bakteryjnych – bakteriofagów. 1 – materiał genetyczny – dwuniciowe DNA 2 - główka, pełniąca rolę kapsydu, zbudowana z kapsomerów, w niej zmagazynowany jest materiał genetyczny bakteriofaga 3 – kurczliwa pochewka ogona umożliwia przebijanie błony i ściany komórkowej bakterii oraz tworzenie kanału, przez który wnika materiał genetyczny 4 – włókna ogonka umożliwiają przyczepienie się do powierzchni, mocują faga na błonie bakterii. Dzięki nim fagi rozpoznają swoiste dla nich bakterie. Bakteriofagi mogą się cechować dwojakim cyklem życiowym: • LITYCZNYM, charakterystycznym dla wirusów zjadliwych. Składają się na niego etapy: o Adsorpcja, czyli przyczepianie się faga do powierzchni bakterii dzięki włókienkom ogonka. o Penetracja, czyli przebicie ściany i błony komórkowej przez białka obecne w kurczliwej pochewce ogonka, co umożliwia wstrzyknięcie materiału genetycznego wirusa do wnętrza komórki. o Replikacja, czyli proces, w którym materiał genetyczny wirusa przejmuje kontrolę nad metabolizmem komórki, na skutek czego jej enzymy produkują białka kapsydu i powielają wirusowe DNA. o Składanie, czyli kompletowanie nowych bakteriofagów ze zsyntezowanych elementów. o Uwalnianie (elucja), czyli uwolnienie potowych wirionów poprzez lizę (rozerwanie) komórki bakteryjnej. Może ono nastąpić samorzutnie, lub na skutek ekspresji kodowanych w wirusowym DNA genów, warunkujących syntezę enzymów litycznych, rozkładających ścianę komórkową. Cykl ten występuje u Faga T4 • LIZOGENICZNYM, który także można podzielić na etapy: o Wnikanie wirusowego materiału genetycznego do komórki gospodarza. Różne szczepy wirusów charakteryzują się różną wirulencją, to znaczy różną zdolnością do wniknięcia, namnożenia się oraz uszkodzenia tkanek zainfekowanego organizmu. o Integracja wirusowego DNA z materiałem gospodarza. Co ważne, DNA wirusa nie ulega ekspresji, włącza się w materiał genetyczny komórki w ściśle określonym miejscu, przechodząc w nieczynną postać profaga. o Podczas podziałów komórki bakteryjnej, materiał genetyczny wirusa jest replikowany i przekazywany komórkom potomnym. Mówi się, że wirus znajduje się w tzw. stadium eklipsy, nazywanej też fazą życia utajonego o Pod wpływem promieniowania UV, wysokiej temperatury czy osłabienia komórki gospodarza, profag może zostać uwolniony z chromosomu bakteryjnego i wejść w cykl lityczny, zakończony śmiercią komórki. Cykl ten występuje u Faga λ Nieco inny cykl jest charakterystyczny dla wirusów zwierzęcych. Składają się na niego poszczególne fazy: o Glikoproteinowa osłonka wirusa rozpoznaje miejsca-receptory komórki gospodarza i tam łączy się z jego błoną komórkową, wnikając do środka. o Enzymy komórkowe rozkładają kapsyd, uwalniając materiał genetyczny wirusa. o Materiał genetyczny wirusa przejmuje kontrolę nad metabolizmem komórki, powodując powielanie władnego kwasu nukleinowego, syntezę białek kapsydu i glikoprotein osłonki. o Wytworzone w komórce winiony są odpączkowywane w osłonce z błony komórkowej z glikoproteinami. Komórka nie ulega zniszczeniu. Cykl życiowy retrowirusów. enzym – transkryptazę RETROWIRUSY to jedna z grup RNA-wirusów, atakująca wyłącznie komórki eukariotyczne. Ich genom składa się wyłącznie z RNA i koduje odwrotną (rewertazę), przepisującą informację genetyczną z DNA na RNA. W wyniku tego procesu powstaje nic DNA-RNA, z której enzymatycznie usuwa się RNA i syntetyzuje komplementarną nic DNA. Do najbardziej znanych retrowirusów należą: wirus HIV (wirus nabytego niedoboru odporności człowieka), wirus BIV (wirus niedoboru odporności bydła), wirus HTLV (wirus białaczki ludzkiej komórek T) Wirusy roślinne to najczęściej RNA-wirusy. Wirusy atakujące komórki roślinne wnikają do jej wnętrza jedynie w miejscu mechanicznego uszkodzenia ściany komórkowej (np. na skutek mrozu czy ukąszenia owada). Do kolejnych komórek wirusy przedostają się przez plazmodesmy, co prowadzi do zakażenia systemowego, obejmującego całą roślinę. Choroby wirusowe roślin doprowadzają do zmian morfologicznych i fizjologicznych. Najczęstsze objawy zewnętrzne to: zmiany barwy liści, miejscowe martwice (nekrozy), lokalny rozrost tkanek a także przebarwienia i zniekształcenia płatków kwiatowych. Dzięki możliwości infekowania komórek bez konieczności przenikania przez błony komórkowe, u roślin wykształciły się jeszcze prostsze formy infekcyjne – wiroidy. Są to zakaźne cząstki składające się wyłącznie z kolistego, jednoniciowego RNA. Nie posiadają kapsydu tak jak wirusy, nie są związane z żadnymi białkami. Wybrane choroby wirusowe roślin i zwierząt nazwa choroby mozaika tytoniu smugowatość ziemniaka Odra świnka ospa wietrzna różyczka grypa choroba Heinego-Medina Wirusowe zapalenie wątroby Opryszczka droga zarażenia objawy i przebieg choroby wirusowe roślin mechaniczne charakterystyczny wzór na liściach roślin uszkodzenie przez otarcia roślin, objawy występują na nerwach i blaszkach. mszyce, przenoszony z Nekroza, usychanie liści, drobnienie bulw bulwami ziemniaka choroby wirusowe człowieka w pierwszej fazie: kaszel, wyciek z nosa; w droga kropelkowa drugiej: wysypka droga kropelkowa, olbrzymienie ślinianek, u dorosłych przez ślinę dodatkowo: gorączka, bóle mięśniowe przez kontakt gorączka, ból głowy, czerwone plamki bezpośredni, droga przekształcające się w pęcherzyki surowicze kropelkowa wypełnione płynem często bezobjawowo, czasem drobna, różowa droga kropelkowa wysypka. Niebezpieczna dla kobiet w ciąży – może skutkować wadami rozwojowymi płodu wysoka gorączka, bóle kostno – stawowe, bóle droga kropelkowa gardła, osłabienie uszkodzenie układu nerwowego, objawy droga feralno - oralna grypopodobne, bóle głowy ze sztywnością karku Typ A: droga pokarmowa objawy grypopodobne, nudności, biegunka. Typy B, C – przez płyny Często chorobą towarzyszącą jest żółtaczka ustrojowe przez kontakt pojawiają się pękające pęcherzyki. Zmianom pryszczyca Nosówka Wścieklizna bezpośredni mogą towarzyszyć objawy grypopodobne. Choroby wirusowe zwierząt przez kontakt gorączka, pęcherzyki na błonach śluzowych bezpośredni, droga pyska, racicach i wymieniu charakterystyczna pokarmowa, dla zwierząt parzystokopytnych. powietrzna różny przebieg: od zakażeń bezobjawowych do przez kontakt stanów ciężkich, kończących się zgonem. bezpośredni Choroba psowatych chwiejny krok, brak koordynacji, niemożność przez kontakt wydania dźwięku, wrażenie duszenia się. bezpośredni Zwierzęta wydają się bardzo łagodne Rola wirusów w organizmach żywych • Mogą być odpowiedzialne za powstawanie i rozwój nowotworów . Szacuje się, że około 15% ludzkich chorób nowotworowych ma wirusowe pochodzenie. Odsetek ten jest znacznie większy u ptaków. Przykłady wirusów i powodowanych przez nie chorób nowotworowych: Wirus Powiązane typy nowotworu Wirusy zapalenia wątroby, włączając WZW i WZW C Rak wątrobowokomórkowy HTLV-1 Białaczka dorosłych limfocytów T Wirus brodawczaka ludzkiego Rak szyjki macicy, skóry, odbytu i prącia Wirus Epsteina-Barr Chłoniak Burkitta, Ziarnica złośliwa, B lymphoproliferative disease i Rak jamy nosowo-gardłowej • Pod koniec cyklu lizygenicznego bakteriofaga i jego przejścia w końcową fazę cyklu litycznego, materiał genetyczny komórki bakteryjnej jest cięty na małe fragmenty. W procesie składania winionu może dojść do upakowania części genoforu do wnętrza kapsydu. Podczas kolejnej infekcji, fragmenty bakteryjnego DNA będą się przedostawały z jednej komórki do drugiej. Proces ten nosi nazwę transdukcji. • DNA wirusów jest powszechnie wykorzystywane w inżynierii genetycznej jako wektor, służący wprowadzeniu żądanej sekwencji DNA do komórki. Są one wykorzystywane do klonowania DNA lub produkcji polipeptydów kodowanych przez wprowadzone geny. Bibliografia: • • • • • Biologia. Podręcznik dla liceum ogólnokształcącego. Część 1 tom 1. Wydawnictwo Szkolne i Pegdagogiczne. Biologia. Jedność i różnorodność. Wydawnictwo Szkolne PWN Repetytorium Maturzysty, biologia. Wydawnictwo edukacyjne GREG Vademecum Matura 2011. BIOLOGIA Wydawnictwo Operon Tabelka dotycząca wirusów onkogennych pochodzi ze strony www.wikipedia.pl grafiki pochodzą ze strony: www.sciaga.onet.pl
