Wykład XV, 19.01.2010 r.
Wirusy: cząstki niezdolne do życia poza gospodarzem, to pasożyty obligatoryjne (patogeny), to nie organizm i nie cząsteczka. Są komórkowe drobnoustroje mniejsze nawet od wirusów bądź podobnych rozmiarów - nanobakterie, riketsje i chlamydia.
Cechy wirusów:
brak budowy komórkowej - nie są organizmami żywymi
jeden rodzaj kwasu nukleinowego - DNA lub RNA (który jest niezbędny dla ich rozmnażania ale nie wystarczający do życia)
poza gospodarzem nie mogą się powielać/odtwarzać
nie mają własnych enzymów, które umożliwiałyby im rozkład czegokolwiek żeby to zjeść (uzyskać energię).
często mają osłonę białkową = kapsyd/płaszcz; razem to tworzy nukleokapsyd.
kształty symetryczne, kilka osi symetrii, wielościany foremne, kształty kuliste, rurek, prętów, sześcianów, prostopadłościanów
Wirusy są różnicowane co do wielkości. Największe są bakteriofagi (250-280 nm), są też małe jak wirus pryszczycy (około 10 nm = wielkość cząsteczki albuminy jajka kurzego). Wirus grypy ma około 100 nm. Rozpiętość: 10-250 nm. Spory rozrzut.
Przechodzą cykle lityczne i lizogeniczne. Obecność wirusa objawia się uszkodzeniem tkanki (nekrotyczne plamy u roślin) lub lityczne łysinki u bakterii (to na szalkach petriego = świadczą o zainfekowaniu bakterii wirusami).
4 - 5 tysięcy to liczba opisanych wirusów..
Morfologia, budowa genomu, właściwości antygenowe, biologiczne i fizykochemiczne - kryteria klasyfikacji wirusów w rzędy, rodziny, rodzaje i gatunki.
Rzędy mają końcówkę virales - Mononengavirales - zwierzęce
Rodzin - 71, końcówka viridae; podrodziny - virinae końcówka.
Rodzaje -virus
Gatunki literowe, zwyczajowe nazwy.
Ważniejsze rodziny:
Poksviridae: dsDNA, w kształcie cegły, jedne z większych wirusów. Wirus: ospy krowiej (wietrznej), ospy prawdziwej (czarnej).
Herpesviridae: dsDNA, ikosaedryczny kapsyd, otoczony oslonką. Wirus cytomegalii - ospa wietrzna, półpasiec, wirus Epsteina Barra, zapalenie węzłów chłonnych i niektóre białaczki
Adenoviridae (adenowirusy): dsDNA, ikosaedru kształ, zakażenia górnych dróg oddechowych, zapalenie spojówek.
Papoviridae: dsDNA, 72 kapsomery w kapsydzie, ludzkie wirusy brodawczaków - rak szyjki macicy
Paramyxoviridae: ssRNA, wirus odry, ma osłonkę z wypustkami
Ortomyxoviridae: ssRNA, kształ często kulisty, wirus grypy
Reoviridae: dsDNA, ikosaedru kształt, tak zwane rotawirusy. Powodują biegunki, wymioty, zatrucia pokarmowe, u niemowląt dość powszechne.
Picornaviridae: ssRNA, kulisty wirus polio, wirus zapalenia wątroby, przeziębienie
Togaviridae: ssRNA, ikosaedryczny, wirus różyczki
Rhabdoviridae: wirus wścieklizny, ssRNA
Retroviridae: ikosaedryczny, posiadają osłonkę, wykorzystują odwrotną transkryptazę zakodowaną na jego ssRNA, przekształcają RNA na DNA, używają tego do wytworzenia kopii genomowego DNA.
Wirusy stanowią zagrożenie jako czynnik skażenia żywności. Woda jest źródłem wirusów oraz wszystkie żyjątka jak owoce morza są źródłem wirusów. Wirus zapalenia wątroby pochodzi głównie z owoców morza z zanieczyszczonych wód. Też warzywa mogą zagrażać, podobnie ludzie którzy chorowali na żółtaczkę. Czas inkubacji 15-45 dni
Wirus Norwalk: odpowiedzialny za 1/3 wirusowych zatruć pokarmowych. Głównie z ostryg, bardzo niebezpieczne.
Rośliny, drobnoustroje i zwierzęta - naturalni gospodarze wirusów. Wirus danego gospodarza nie jest groźny dla innego (roślinny dla zwierza na przykład).
Wirusy roślinne:
Wirus mozaiki tytoniowej, zarazy ziemniaczanej. Wnikają do tkanek roślinnych przez uszkodzenia i są przenoszone przez owady. Jedynym nośnikiem informacji zawsze jest ssRNA.
Wirusy zwierzęce:
Przenoszone przez bezp. kontakt lub przez owady. Wnikają przez fago lub pinocytozę. Materiałem genetycznym może być: DNA lub RNA. Jeśli DNA to zawsze dwuniciowy, jeśli RNA to może być ss lub ds. Ospe, wścieklizne robią.
Bakteriofagi:
Na stałej pożywce objawiają się jako łysinki, różnej wielkości bardzo, od małych do dużych. Od takich z genomem kilka tysięcy par zasad do takich co mają kilkaset tysięcy par zasad. Gwarant życia to mniej więcej pół miliona par zasad. Albo DNA albo RNA jest nośnikiem informacji. DNA może być podwójny (ds) albo pojedyncza (ss). RNA podobnie. Jednymi z największych fagów są fagi E.coli z serii T4. Skomplikowana i stosunkowo dobrze poznana budowa. Informacja genetyczna to koło 170 000 par zasad, koduje około 200 białek. Ponad 200 nm średnicy.
Bakteriofagi MS2 - kuliste, 24 nm, 3600 nukleotydów, poj. nić RNA służąca za mRNA. Zaledwie 4 białka koduje: osłonka, polimeraza RNA, białko lizy i białko adsorpcji => to jest niezbędne minimum (w sumie nawet otoczki mogłoby nie być). Po 20 minutach dostaje się 20 000 cząstek takiego faga, gdy wirus zagnieździ się w bakterii.
Bakteriofagi M13: pałeczkowate, 10x800 nm, duże, 6400 par zasad, nie lizuje komórki, pile = fimbrie, na tym się adsorbują - fagi tak zwane filamentowe.
Cząstki wirusowe = wiriony. Nukleokapsyd może być nagi lub pokryty dodatkową osłonką. Kapsyd nie ma struktury jednolitej, jest zbudowany z podjednostek - kapsomerów. Zawsze oś symetrii jest chociaż jedna. Bakteriofagi są złożone bo mają ikosaedryczną główke i heliakalny ogonek. Wirusy wykazują się swoistością tkankową i w stosunku do komórek gospodarza, atakują różne lecz określony typy komórek - neurotropy atakuja układ nerwowy.
Wirusy mogą być heliakalne również bądź ikosaedryczne.
Wirus o strukturze helikalnej:
wystepują wśród wszystkich trzech gospodarzy, 10x300 nm. Kapsomery są skręcone zgodnie z linią śrubową, wewnątrz tego czegoś jest pojedyncza nić RNA, która podąża po linii śrubowej. Mozaika tytoniowa to typowy przykład. Zasadniczo to bardzo skomplikowana struktura.
Tego wirusa możemy otrzymać wyciskając sok z zainfekowanej tkanki roślinnej.
Izolacja fagów:
Zlizowane komórki bakteryjne wirujemy, żeby reszty ścian się osadziły, pozostały lizat będzie zawierał fagi. Supernatant rozcieńczamy, kolejnymi rozcieńczeniami dziesiętnymi.
Bierzemy np. do -10tej rozcieńczenie. Na szalkę z jednolitą murawą E.coli, dajemy 1 cm z naszego rozcieńczenia. Po kilku godzinach zaobserwujemy łysinki. Jeden fag = jeden szczep.
Łatwo się bada fagi bo są duże i dobrze rosną w drobnoustrojach
Fagi mogą być zjadliwe albo łagodne. Zjadliwe to inaczej lityczne - w cyklu litycznym się powielają. Łagodne przechodzą cykl lizogenny - nie niszczą komórki gospodarza. Cykl lizogenny może się przekształcić w lityczny. Cykl lityczny - 15-50 min.
Infekcja lityczna obejmuje kilka etapów:
adsorpcja - nie dzieje się to gdziekolwiek ale do konkretnego receptora, wykorzystuje do tego wirus to co ma typu płytka, włókienka. Stopień adsorpcjo zależy od obecności kationów, urzęsienia i ruchliwości bakterii.
wnikanie - kurczy się ogonek i rdzeń przebija komórke wstrzykując informację genetyczną do środka. Bakterie mają skuteczny system obrony - restrykcji i modyfikacji. To chroni wiele bakterii przed bakteriofagami. W plazmidach często jest ten system zapisany, dlatego bakterie z plazmidami są preferowane środowiskowo.
replikacja -
składanie
uwolnienie
Eklipsa - czas od wniknięcia do wyraźnych pierwszych zmian morfologicznych. Okres utajonego rozwoju faga.
Infekcja lizogenia: w przeciwieństwie do litycznej, na ogół nie prowadzi do śmierci komórki. Polega to na tym, że po wniknięciu fagowego DNA łączy się ono z DNA bakterii i powstaje profag - fag wbudowany w genom bakterii. Fag lambda taki jest. Może się łączyć z chromosomem bakteryjnym lub nie. Komórka z profagiem rozmnaża się całkiem normalnie dając kolejne profagi (jak w przypadku plazmidów i komórek HFR). Komórki lizogenne niosące profaga mogą mieć zupełnie właściwości. Na przykład:
Corynebacterium diphteriae - produkują toksynę tylko wtedy gdy zawierają profaga. Streptococcus pyogenes wywołuje szkarlatyne tylko gdy jest komórką lizogenną. Tak samo clostridium botulinum. Cykl lizogenny nie stanowi dla bakterii aż takiego zagrożenia, gorzej jest że dla nas są groźne. Czasem jednak przekształca się to na cykl lityczny - uwalnia się jednostki wirusa a komórka gospodarz ginie. Zostały odtworzone komórki fagowe, DNA gospodarza ulega degradacji - jednak pewne fragmenty tego DNA mogą być władowane do kapsydów. Jeśli się tam znajdą to w ten sposób mogą się przenieść geny z bakterii do bakterii. Bakteriofagi więc mogą służyć jako wektory do klonowania. Takie przenoszenie genów przy pomocy fagów nazywamy transdukcją! Obok koniugacji i transformacji jest to źródło zmienności genetycznej u bakterii.
Oddziaływanie wirusów zwierzęcych na kom. gospodarza:
zmieniają przepuszczalność błony komórkowej
hamują syntezę kwasów nukleinowych i białek
niszczą kom. gospodarza ze względu na ich ogromną ilość
Wiroidy - krótkie sekwencje DNA, bez osłon i kapsydu, nie ma zakodowanych żadnych białek, 250-400 nukleotydów ss RNA, który ulega jedynie replikacji.
Wirusy to wyspecjalizowane pasożyty pochodzące od komórkowych przodków! Zachowały tylko info genetyczne i osłonki białkowe i kapsydy. Niektórzy twierdzą że to fragmenty kwasów nukleinowych które w jakiś sposób uciekły z komórkowych organizmów (na poparcie tego można powiedzieć, że np.. to co uciekło z roślin atakuje tylko rośliny a do tego jest genetycznie podobne do gospodarza bardzo).
Priony: mała zakaźna cząsteczka białkowa, niedawno zwrócono na nią uwage. Powoduje degeneratywne zmiany w mózgu kręgowców. Najpierw zaobserwowana u owiec, potem bydła i ludzi. Nie ma DNA ani RNA! Samo białko…odtwarzanie tego białka przypomina rozmnażanie drobnoustrojów (w postępie geometrycznym). Oporne na niszczenie bardzo, czynnikiem patogennym jest białko. Białko pionowe - patologiczna struktura konformacyjna białka prawidłowego.
Kręgowce mają białko PrPc, prion jest białkiem PrPSC. Białko pionowe się odciska na tym dobrym, dając dwa priony itd… rośnie geometrycznie. To białko ma 253 aminokwasy, wystepuje w błonie cytoplazmatycznej. Odciskanie powoduje przyrost białka prionowego które się nie rozkłada i zalega np. w mózgu.