Zmienność genetyczna wirusów

Znajomość zróżnicowania populacji wirusa jest bardzo istotna z następujących powodów:

1. Różne warianty (izolaty, szczepy) mogą wykazywać różną szkodliwość.

2. Mało popularne ale bardzo szkodliwe izolaty prędzej lub później będą łamać odporność uzyskaną metodami hodowli klasycznej lub inżynierii genetycznej.

3. Silne zróżnicowanie populacji izolatów jakiegoś gatunku rzutuje na odpowiednie dopracowanie technik diagnostycznych.

4. Znajomość stopnia zróżnicowania izolatu pozwala na wyselekcjonowanie izolatu najbardziej łagodnego na potrzeby indukowania odporności krzyżowej.

MECHANIZMY ZMIENNOŚCI

1. Błędy w czasie replikacji genomu – wirus nie posiada mechanizmów naprawczych.

2. Mutacje punktowe.

3. Rekombinacje – wymiana odcinków genomów.

4. Pseudorekombinacje – wymiana całych fragmentów u wirusów o genomach dzielonych.

5. Heteroenkapsydacja – genom jednego wirusa jest opłaszczony kapsydem innego wirusa.

6. Komplementacja – w infekcji mieszanej (kompleks) wirus niezdolny do produkcji ważnego białka otrzymuje wsparcie od wirusa towarzyszącego.

Kiedy zasady purynowe (A,G) lub pirymidynowe (C,T) przechodzą nawzajem w siebie, to taką mutację nazywamy tranzycją. Będą to zamiany typu: G→A, A→G, C→T, T→C.

Kiedy natomiast zasady purynowe przechodzą w pirymidynowe lub odwrotnie - to mamy do czynienia z transwersją. Będą to zmiany typu: G→T, G→C, A→T, A→C, T→G, T→A, C→G, C→A

Innym typem jest insercja – wstawienie jednego nukleotydu lub kilku. Insercja liczby nukleotydów nie będącej wielokrotnością liczby 3 prowadzi do przesunięcia ramki odczytu i zmiany wszystkich kodonów od miejsca insercji począwszy.

lub delecja - pojedynczego nukleotydu lub kilku, która również może powodować przesunięcie otwartej ramki odczytu. Delecja kilkuset nukleotydów oznacza zmianę prowadzącą nawet do usunięcia całego genu.

Wiąże się to ze zmianą całej sekwencji białka poniżej mutacji, zatem może znacząco wpływać na fenotyp.

DUPLIKACJE

Na zmienność genetyczną wirusów oraz proces adaptacji nowych funkcji biologicznych mogę mieć wpływ i inne procesy, zwykle zachodzące z niższą częstotliwością jak np. duplikacja genów.

W procesie tym powstaje druga wersja genu wirusa, która ewoluuje w niezależny sposób poprzez gromadzenie mutacji prowadzących niemal do całkowitej dywergencji od białka macierzystego.

O zajściu duplikacji w historii badanej grupy wirusów może świadczyć wyższe pokrewieństwo sekwencji nukleotydowej niż aminokwasowej badanych genów.

REKOMBINACJE

Obok mutacji punktowych ważnym czynnikiem w ewolucji wirusów jest zjawisko rekombinacji, mogące zmieniać właściwości wirusa i przez to wpływać na jego wartość przystosowawczą.

Typy rekombinacji RNA

Biorąc pod uwagę strukturę oraz funkcje rekombinujących cząsteczek RNA, wyróżniono trzy typy rekombinacji: homologiczną, homologiczną nieprecyzyjną i niehomologiczną.

REKOMBINACJA HOMOLOGICZNA

W procesie rekombinacji homologicznej uczestniczą identyczne lub bardzo podobne cząsteczki RNA, albo ich podobieństwo ograniczone jest do miejsca przeskoku rekombinacyjnego.

Przeskok rekombinacyjny zachodzi dokładnie pomiędzy odpowiadającymi sobie nukleotydami (symetrycznie), wskutek czego powstający rekombinant nie różni się od cząsteczek rodzicielskich.

Mimo że trudno zaobserwować efekty rekombinacji homologicznej, postuluje się, iż jest to najczęściej zachodzący typ rekombinacji. Umożliwia on naprawę uszkodzonych bądź nieprawidłowo skopiowanych cząsteczek RNA, przez co stabilizuje genom wirusowy.

REKOMBINACJA HOMOLOGICZNA-NIEPRECYZYJNA

Przeskok rekombinacyjny pomiędzy homologicznymi cząsteczkami RNA może też zachodzić niesymetrycznie - miejsca przeskoków są wtedy ulokowane różnie w obu cząsteczkach.

Ten typ rekombinacji nazywany jest rekombinacją homologiczną nieprecyzyjną, a jego skutkiem jest powstanie rekombinantów, w których pewne sekwencje uległy delecji lub duplikacji, i w związku z tym różniących się od cząsteczek rodzicielskich

REKOMBINACJA NIEHOMOLOGICZNA

Najrzadziej obserwowanym typem rekombinacji jest rekombinacja niehomologiczna, podczas której przeskok następuje pomiędzy dwiema różnymi cząsteczkami RNA.

Proces ten w dużym stopniu destabilizuje genom wirusowy, co może prowadzić zarówno do powstania niezdolnych do replikacji cząstek wirusowych, jak i umożliwić wirionom potomnym nabycie nowych, korzystnych cech, a nawet spowodować powstanie całkowicie nowych patogenów.

ROLA REKOMBINACJI GENETYCZNEJ

O ile bardzo duża częstość mutacji może być źródłem korzystnych przystosowań, o tyle ich nadmiar prowadzi do tworzenia wirionów niezdolnych do replikacji.

W populacji, w której nie ma wymiany i rekombinacji materiału genetycznego dochodzi z czasem do stopniowego nagromadzenia niekorzystnych mutacji, które w drastyczny sposób zmniejszają poziom przystosowania tej populacji do środowiska.

Zjawisku temu, nazywanemu „zapadką Müllera”, zapobiega proces rekombinacji, nie dopuszczający do utrwalania błędów w genomach wirusów, mający zatem ogromne znaczenie w ewolucji tych patogenów.

\

PRZENOSZENIE WIRUSÓW

WEKTORY SĄ ISTOTNE W „PRZEŻYCIU” WIRUSÓW

I W EPIDEMIOLOGII CHORÓB WIRUSOWYCH.

SPOSOBY PRZENOSZENIA WIRUSÓW :

1. Mechanicznie – przez zranienia (często przez człowieka).

2. Przez owady (mszyce, szkoczki, wciornastki, mączliki itp.)

A) Nietrwały: - krótki żer nabycia

- natychmiastowe przenoszenie

- szybka utrata zdolności do przenoszenia

B) Trwały : - długi okres nabywania zdolności do

przenoszenia

- długi okres przenoszenia

C) Półtrwały

Mechanizmy przenoszenia są różne dla różnych wirusów:

1. Dla kukumowirusów niezbędna jest tylko otoczka

białkowa (wirion).

B) Dla potywirusów musi być obecne białko kodowane

przez wirusa (czynnik pomocniczy = helper component)

3. Przenoszenie przez nasiona – ok. 25% wirusów, głównie w zarodku, rzadziej jako kontaminacja

4. Przez nicienie – specyficznie

5. Przez grzyby i pierwotniaki (chorobotwórcze- Olpidium ssp., Polymyxa ssp.) – ok. kilkanaście wirusów.

6.Szczepienie, z sadzonkami, z pyłkiem, przez kaniankę

WIROIDY

1. Wiroidy są to najmniejsze, autonomicznie replikujące się czynniki chorobotwórcze. Biochemicznie są to niskomolekularne, nagie, jednoniciowe, koliste lub liniowe RNA, składające się z 240-350 nukleotydów. Ubogi genom nie koduje żadnego białka specyficznego dla wiroida, przez co jeszcze bardziej niż wirus zależy od gospodarza.

2. Rośliny są zakażane przez zranienia wywołane mechanicznie. Sporadycznie mogą być przenoszone przez mszyce, ale tylko wtedy, gdy będąc w kompleksie z wirusem, zostają opłaszczone wraz z RNA wirusowym.

3. 3. Łatwo są przenoszone z materiałem roślinnym rozmnażanym wegetatywnie.

4. 4. Mogą być także przenoszone przez pyłek i nasiona.

5. 5. Wykrywanie wiroidów opiera się na technikach wykrywających RNA.

METODY DIAGNOSTYCZNE

Metoda biologiczna

Metoda serologiczna

Metoda molekularna

Metoda łączona – serologiczno-molekularna

DOBÓR TECHNIKI DIAGNOSTYCZNEJ I JEJ EFEKTYWNOŚĆ WARUNKUJĄ NASTĘPUJĄCE CZYNNIKI:

Roślina:

• szereg gatunków roślin zawiera swoiste inhibitory interferujące z danym testem

• łatwiej wykryć wirusy w roślinach zielnych niż drzewiastych

• organ w którym się wykrywa; łatwiej w liściu niż w nasieniu

• wiek rośliny; metabolity wtórne mogą utrudniać testowanie

Patogen:

• Koncentracja

• wiroidy - nie można stosować testów serologicznych

• stopień zróżnicowania serologicznego i genetycznego

Test biologiczny

– oparty na reakcji roślin testowych na zakażanie wirusem:

- rośliny wskaźnikowe

- test siewkowy prowadzony w szklarni lub w komorach z regulowaną temperaturą i światłem

• prowadzony na roślinach testowych (użytkowych czy chwastach)

• pozwala na wstępną identyfikację wirusa, przy wirusach znanych

Metoda serologiczna

oparte na specyficznej reakcji antygen - przeciwciało

MIKROSKOPIA ELEKTRONOWA

• DIPP (preparat z soku roślinnego)

• IEM (wyłapywanie i dekoracja)

• Ultrastruktura