51. Strategie warunkujące pojawianie się nowych wariantów genetycznych wirusów.

Jedną z głównych cech charakterystycznych dla wirusów jest ich niezwykła zmienność genetyczna. Jest ona wynikiem dużej ilości błędów popełnianych przez odwrotną transkryptazę podczas przepisywania materiału genetycznego z wirusowego RNA na DNA, a także szybkiej wymiany wirusów w zakażonym organizmie.

Informacja genetyczna wirusa zawarta jest w DNA lub w RNA. Wiriony nigdy nie zawierają obu tych kwasów jednocześnie. Genom wirusów występuje w różnorodnej postaci. Może to być:

• jednoniciowy RNA,

• dwuniciowy RNA - jest to wyjątek, RNA występuje w komórkach w formie jednoniciowej, dwuniciowe są niektóre fragmenty cząsteczek,

• jednoniciowy DNA - to również wyjątek, DNA występuje w komórkach w formie dwuniciowej,

• dwuniciowy DNA.

Wirusy zawierające DNA są bardziej stabilne pod względem genetycznym, natomiast wirusy zawierające RNA są podatne na mutacje i ewoluują szybciej

Mutacja - nagła, skokowa, bezkierunkowa, dziedzicząca się lub niedziedzicząca, zmiana w materiale genetycznym organizmu. Mutacja jest zjawiskiem losowym, podlegającym jednak wpływom środowiska (mutagenom - np. chemicznym, promieniowaniu). Częstość mutacji nie jest stała pomiędzy gatunkami (np. RNA wirusa HIV mutuje bardzo szybko, ) i zależy między innymi od doskonałości aparatu powielania DNA i jego naprawy.

Wirusy nie rozmnażają się przez podziały komórkowe tak jak bakterie, ale przez wewnątrzkomórkowe formowanie ich cząsteczek i przyłączanie różnych komponentów genetycznych z DNA komórki w której się namnażają.

Cykl życiowy wirusa może być lityczny lub lizogeniczny.

I. Cykl lityczny

obejmuje następujące fazy:
1.Przyłączenie wirusa do powierzchni komórki - adsorbcja. Białka znajdujące się na powierzchni wirusa łączą się z receptorami w błonie komórki gospodarza. Jeżeli komórka nie posiada odpowiednich receptorów wirus nie może do niej wniknąć - nie dochodzi wtedy do zakażenia. Receptorami wirusa są białka błonowe. Często są one specyficzne dla danego gatunku lub danej tkanki. Wirus może zaatakować konkretne gatunki i konkretne tkanki, tylko te, które mają dla niego odpowiednią furtkę w postaci receptora błonowego.

2.Wniknięcie wirusa do komórki - penetracja. Przyłączenie wirusa do błony uruchamia mechanizm wciągający cały wirion do wnętrza komórki. Odbywa się to na podobnej zasadzie jak pinocytoza. U bakteriofagów penetracja przebiega w odmienny sposób. DNA bakteriofaga zostaje wstrzyknięte poprzez ścianę i błonę do środka komórki bakteryjnej. Do komórki dostaje się tylko DNA, reszta wirionu, czyli cały kapsyd, pozostaje na zewnątrz.

3.Faza utajona - eklipsa. Wirus znajduje się wprawdzie w komórce gospodarza, ale nie można w niej znaleźć kompletnych wirionów. Kapsyd rozpada się i uwalnia kwas nukleinowy wirusa (rozpad kapsydu nie dotyczy oczywiście bakteriofagów - ich kapsydy nie wnikają do komórki). Kwas nukleinowy wirusa ulega replikacji, czyli powieleniu. Do tego procesu wirus wykorzystuje enzymy z komórki gospodarza. Na podstawie informacji genetycznej zawartej w kwasie nukleinowym wirusa komórka produkuje białka wirusowe (zamiast swoich własnych !). Powstają potomne kapsydy.

4.Faza dojrzewania - powstawanie potomnych wirionów. Powielone cząsteczki kwasu nukleinowego wirusa łączą się z kapsydami, tworząc kompletne wiriony.

5.Potomne wiriony opuszczają komórkę - faza elucji, czyli uwalniania. Wiriony przemieszczają się pod błonę komórkową i opuszczają komórkę, często zabierając ze sobą fragment błony. Prowadzi to do rozpadu komórki, czyli do lizy.

II. Przyczyną pojawiania się nowych wariantów genetycznych wirusów jest przede wszystkim cykl lizygeniczny

Cykl lizogeniczny.

Istotą tego cyklu jest włączenie się informacji genetycznej wirusa do DNA komórki gospodarza. Może to wywołać mutacje, ale nie doprowadza do szybkiej śmierci komórki, dlatego wirusy działające w ten sposób nazywane są łagodnymi.
Pierwsze etapy ataku wirusa przebiegają podobnie jak w cyklu litycznym. Kwas nukleinowy wirusa dostaje się do komórki gospodarza. W następnej fazie wirusowy DNA łączy się z DNA komórki - integracja do genomu gospodarza. Wirusowy DNA zachowuje się odtąd jak fragment genomu gospodarza - jest powielany razem z całym genomem przed podziałem komórki i przekazywany komórkom potomnym. Jego obecność w komórce może pozostawać nie zauważona, jeżeli wbudowując się nie uszkodził genów gospodarza. Taki cykl jest charakterystyczny dla wirusów bakteryjnych (bakteriofagów), których genom zawiera DNA. Bakteriofag włączony do genomu gospodarza nazywany jest profagiem, ogólnie wirus w cudzym genomie nazywany jest prowirusem. Prowirus "uśpiony" w komórce może ją w pewnych warunkach zaatakować, np. pod wpływem promieniowania ultrafioletowego. DNA wirusowe zostaje wtedy wycięte z genomu gospodarza i wchodzi w cykl lityczny zakończony rozpadem komórki.

Wirusy zawierające RNA mogą również włączać się do genomu gospodarza. RNA wirusa zostaje przedtem przepisane na DNA w procesie nazywanym odwrotną transkrypcją. Żadna komórka nie posiada enzymu, który dokonuje odwrotnej transkrypcji. Własny enzym - odwrotną transkryptazę wirus wprowadza do komórki w kapsydzie. W ten sposób zachowuje się np. HIV wywołujący AIDS.

---