Wirusy i inne struktury zakaźne - podstawy wirusologii.

Definicja wirusa opiera się na wyliczaniu ich cech swoistych:

• Są tak małe, że zachowują zakaźność po przejściu przez filtry zatrzymujące bakterie (20 - 300µm),

• Potencjalnie chorobotwórcze, zdolne do wytworzenia formy zakaźnej

• Ich replikacja i byt są całkowicie zależne od żywych komórek eukariotycznych bądź prokariotycznych. Niektóre wirusy mogą posiadać własne enzymy (polimeraza DNA lub RNA), ale te enzymy nie mogą samodzielnie powielać i odtwarzać informacji zawartej w genomach wirusów,

• Mają tylko jeden rodzaj kwasu nukleinowego - albo DNA, albo RNA,

• Mają składnik -białko wiążące receptor - służący do przyłączania się do komórek, warunek konieczny do rozpoczęcia cyklu rozwojowego.

Wirion - jest to kompletna cząstka wirusa o złożonej budowie.

1. Najbardziej wewnętrzną część stanowi genom zbudowany z:

• Dwuniciowego DNA (dsDNA),

• Jednoniciowego (ssDNA),

• Dwuniciowego RNA (dsRNA),

• Jednoniciowego (ssRNA)

2. Kwas nukleinowy otoczony jest płaszczem białkowym - kapsydem ­- zbudowanym

z podjednostek polipeptydowych kapsomerów.

3. Kapsyd razem z genomem tworzy strukturę zwaną nukleokapsydem.

4. Na powierzchni niektórych wirionów może występować osłonka lipidowa pochodząca z błony cytoplazmatycznej zakażonej komórki gospodarza, uzyskiwana w trakcie pączkowania

z zakażonej komórki.

Symetria wirusów

Helikalna - białkowe kapsomery ułożone dookoła kwasu nukleinowego, stanowiącego centralny rdzeń kapsydu (wirus grypy, wirus parainfluenzy, wirus wścieklizny)

Kubiczna - ikosaedralna (dwudziestościenna), kapsomery tworzą bryłę utworzoną z dwudziestu jednakowych trójkątnych ścian otaczających genom (wszystkie zwierzęce wirusy DNA z wyjątkiem pokswirusów, niektóre RNA wirusy).

Złożona - część wirionów wykazuje taką samą symetrię, np. pokswirusy, bakteriofagi.

Replikacja wirusów

Wirusy będąc bezwzględnymi pasożytami wewnątrzkomórkowymi do swojego powielania (replikacji) wymagają układu enzymatycznego gospodarza. Zakażenie wirusem wpływa na metabolizm komórki. Następuje zahamowanie syntezy komórkowych kwasów nukleinowych (DNA i RNA) oraz bialek komórkowych.

Można wyróżnić kilka etapów replikacji, wspólnych dla wszystkich wirusów (bakteryjnych, roślinnych

i zwierzęcych):

- adsorpcja,

- penetracja,

- synteza wirusowego kwasu nukleinowego i białek wirusowych,

- składanie i dojrzewanie wirusów,

- uwalnianie wirusów z komórki.

Adsorpcja - wirusy wiążą się do komórek dzięki białkom wirusowym rozpoznającym specyficzny receptor powierzchniowy komórki. Komórki nie posiadające receptora charakterystycznego dla danego wirusa, są niewrażliwe na zakażenie tym wirusem.

Penetracja - czyli wnikanie wirusa do komórki

Wirusy bakteryjne - bakteriofagi - po zaadsorbowaniu na powierzchni komórki bakteryjnej wprowadzają do wnętrza bakterii tylko kwas nukleinowy pozostawiając kapsydy na zewnątrz komórki.

Wirusy roślinne wnikają do tkanki wyłącznie w miejscach uszkodzonych , wprowadzając do wnętrza komórki całe wiriony.

Wirusy zwierzęce wprowadzają do komórek całe wiriony dzięki:

1. fuzji osłonki wirusowej z zewnętrzną błoną cytoplazmatyczną

2. pinocytozie

3. bezpośredniemu przeniknięciu błony cytoplazmatycznej w miejscu występowania białka klatryny.

Po wniknięciu wirionu do wnętrza komórki następuje faza odpłaszczania w celu uwolnienia kwasu nukleinowego i rozpoczęcia replikacji

.

Po tym etapie nie można wewnątrz komórki odnaleźć zakaźnych wirionów - rozpoczyna się faza eklipsy, czyli faza utajenia, która trwa do momentu ukończenia syntezy nowych cząstek zakaźnych.

Składanie i dojrzewanie wirionów

Po zakończeniu syntezy białek wirusowych, powstałe białka i potomne cząstki kwasu nukleinowego łączą się tworząc, nukleokapsyd.

Uwalnianie wirionów z komórki.

- Liza komórki - jednoczesne uwolnienie wirionów potomnych

- Pączkowanie wirusów - wiriony uwalniane z zakażonej komórki w kilku fazach.

W trakcie pączkowania wirusy osłonowe uzyskują osłonkę wirusową, zabierając w trakcie uwalniania fragment cytoplazmatycznej komórki.

Wirusy sklasyfikowane są w rodziny na podstawie budowy kwasu nukleinowego:

- DNA lub RNA

- liczby nici kwasu nukleinowego (ds, ss)

- polarności [(+) (-)]

Rodziny mogą być podzielone na:

- podrodziny

- rodzaje

- Wirusy przedostają się do gospodarza przez skórę i błony śluzowe, drogą układu oddechowego, pokarmowego i moczowo - płciowego

- Wirulencja (lub jej brak) może być zależna od bardzo małych mutacji w genomie wirusowym

- zakażenie wirusowe może powodować lizę komórki, fuzję komórek i tworzenie syncytiów, pojawienie się ciałek wtrętowych lub czasem transformację do komórek o cechach nowotworowych

DNA wirusy

Adenoviridae - zakażenia górnych dróg oddechowych i oczu

Herpesviridae - wiele zespołów chorobowych (skórnych i neurologicznych)

Papillomaviridae - brodawki

Poxviridae - wirusy ospy

RNA wirusy

Coronaviridae - zakażenia górnych dróg oddechowych i przewodu pokarmowego

Flaviviridae - wirus żółtej gorączki

Filoviridae - wirusy gorączki krwotocznej (Ebola, Marburg)

Hepadnaviridae - wirusy zapalenia wątroby

Orthomyxoviridae - wirusy grypy

Paramyxoviridae - wirus odry, świnki, wirusy parainfluenzy

Picornaviridae - wirus paraliżu dziecięcego, wirus pryszczycy

Rotawirusy - wirusy wywołujące zapalenie żołądka i jelit

Retroviridae - wirusy onkogenne (HTLV1 i 2), powolne (HIV), pieniste

Rhabdoviridae - wirus wścieklizny

Togaviridae - wirus różyczki

Diagnostyka zakażeń wirusowych

Bezpośrednie wykrywanie zakażeń wirusowych przez:

- Stwierdzenie obecności (izolacja) i identyfikacja wirusa

- Stwierdzenie obecności wirusowego antygenu

- Stwierdzenie wirusowego kwasu nukleinowego

- Wykazanie swoistej funkcji - zakaźności

Pośrednie wykrywanie zakażeń wirusowych:

- Wykrycie i badanie poziomu specyficznych przeciwciał antywirusowych

- Badanie aktywności mechanizmów odporności komórkowej

Podłoża służące do izolacji i namnażania wirusów kręgowców

- Hodowle komórkowe

- Zarodki ptasie

- Zwierzęta laboratoryjne

Hodowla pierwotna - hodowla, do której założenia użyto komórek, tkanek lub narządów pochodzących bezpośrednio z organizmu; komórki posiadają taki sam kariotyp jak organizm, charakteryzują się ograniczoną liczbą pasaży (do 7 razy)

Hodowla diploidalna - hodowla, do której założenia użyto komórek, tkanek lub narządów płodowych; komórki takie posiadają taki sam kariotyp jak organizm, charakteryzują się ograniczoną liczbą pasaży większą niż w hodowlach pierwotnych (do 50 razy)

Ustalona linia komórkowa - wyprowadzona najczęściej z komórek nowotworowych organizmu, linii diploidalnych, które przeszły transformację, lub komórek unieśmiertelnionych za pomocą transformacji wirusowej; komórki ustalonych linii komórkowych charakteryzują się nieograniczoną liczbą pasaży (nieśmiertelne), oraz innym niż organizm wyjściowy kariotypem (aneuploidalne).

Jednowarstwowa hodowla komórek - pojedyncza warstwa komórek rosnąca na określonej powierzchni

Hodowle w zawiesinie - typ hodowli, w której rozmnażają się komórki zawieszone w płynie odżywczym.

Pasaż - przeniesienie komórek z jednego naczynia hodowlanego do innych naczyń hodowlanych w celu namnożenia komórek

Zakażenie błony kosmówkowo - omoczniowej:

- pokswirusy,

- herpeswirusy

Zakażenie:

1. Jamy omoczni

• Paramyksowirusy

• Ortomyksowirusy

• Adenowirusy

2. Jamy owodni

• Paramyksowirusy

• Ortomyksowirusy

Zakażenie zwierząt doświadczalnych

- domięśniowe,

- dożylne,

- domózgowe,

- dootrzewnowe,

- donosowe.

Inne struktury zakaźne

- Wiroidy

- Priony

Wiroidy:

- czynniki zakaźne,

- powodujące choroby roślin,

- zbudowane tylko i wyłącznie z ssRNA (246 - 375 nukleotydów),

- nie posiadają osłon białkowych charakterystycznych dla wirusów,

- do tej pory nie jest jasny sposób namnażania się wiroidów.

Priony:

- nowa klasa cząstek zakaźnych,

- nie zawierają kwasów nukleinowych,

- powodują przewlekłe, postępujące, zawsze śmiertelne choroby ośrodkowego układu nerwowego

u ludzi i zwierząt

Termin „priony” został zaproponowany przez Stanley Prusinera (nagroda Nobla 1997), wywodzi się od proteinaceous infectious particle (PrP)

• Priony są zmodyfikowaną formą normalnego białka komórkowego nazwanego PrP^c (cellular) kodowanego przez genom gospodarza.

• Białko to zbudowane z 213 aminokwasów (33 - 354kDa), jest małą cząstką glikozylowanego białka występującego w błonach komórek zwojowych mózgowia, odgrywa rolę przy indukcji receptora acetylocholiny.

PrP^Sc(scrapie):

- oporne na działania promieniowania UV, RNaz, DNaz (nie zawiera kwasów nukleinowych);

- oporne na działanie enzymu proteolitycznego hydrolizującego białka - proteinazę K (PrP^c jest całkowicie degradowane, PrP^Sc zmniejszone do 27 - 30 kD);

- bardzo oporne na działanie środków dezynfekujących, ekstremalnego pH, działanie UV

i promieniowania jonizującego oraz wysokiej temperatury;

- działanie formaliny, alkoholi i aldehydów stabilizuje białko

INAKTYWACJA - TERMICZNA - 140^O PRZEZ 30 MINUT

- CHEMICZNA - DZIAŁANIE PODCHLORYNU SODU

Zakażenie prionami następuje w efekcie:

- wprowadzenia czynnika zakaźnego do organizmu (dieta, procedury medyczne takie jak operacje, podawanie hormonu wzrostu, przeszczep rogówki);

- mutacji w genie kodującym białko PrP^c.

Formy PrP^c i PrP^sc różnią się konformacją cząsteczki.

- PrP^c (forma fizjologiczna) posiada strukturę α helisy (3 - 4 połączonych ze sobą spirali)

- PrP^sc (forma zakaźna) ma w większości strukturę płaską β fałdową.

Forma β fałdowa ma tendencje do agregacji i rozchodzenia w amyloid, który następnie jest odkładany

w komórkach mózgu w postaci złogów gromadzących się w ogromnych wakuolach, w efekcie doprowadzając do zwyrodnienia gąbczastego tkanki mózgowej.

Początek choroby

- forma β fałdowa dociera do białka pionowego w błonach komórkowych neuronów mózgowia gospodarza, łączy się z PrP^c w formę określają jako heterodimer, który konwertuje w homodimer;

- następuje dysocjacja - efekt dwie cząsteczki PrP^sc

- nowo przekształcone białko działając jako matryca powoduje zamianę konformacji kolejnych cząsteczek prawidłowego białka.

W przypadku samoistnej mutacji w genie kodującym fizjologiczną formę PrP^c następuje synteza białka

ze zmienionymi aminokwasami (np. zmiana w kodonie 178 powoduje zamianę kwasu asparaginowego

na asparaginę) przez co prawdopodobnie staje się ono mniej stabilne, bardziej podatne na zmianę konformacji w kierunku formy β fałdowej.

Spontaniczna przemiana pojedynczej cząstki PrP^c może stać się początkiem kaskady przemian prowadzących do choroby.

Choroby pionowe należą do gąbczastych encefalopatii i określane są jako pasażowalne gąbczaste encefalopatie (transmissible spongiform encephalopaties, TSE)

Chrobry występujące u zwierząt:

- trzęsawka (scrapie) - owce i kozy;

- gąbczasta encefalopatia bydła, tzw. choroba szalonych krów;

- pasażowalne encefalopatia norek;

- przewlekła choroba wyniszczająca jelenie i losie w USA;

- gąbczasta encefalopatia kotowatych - koty domowe, tygrysy, gepardy i pumy w ogrodach zoologicznych.

Choroby występujące u ludzi:

- choroba Creutzfeldta-Jakoba (CJD);

- wariant choroby Creutzfeldta-Jakoba (vCJD);

- syndrom Gertsmana - Straussler - Scheinkera (GSS);

- śmiertelna bezsenność rodzinna (FFI);

- choroba kuru.

Mikrobiologia

Wykład 8 15.06.2007

41

---