Wirusy , wiroidy i priony

Wirus to stosunkowo mały patogen zbudowany z jednego typu kwasu nukleinowego (DNA lub RNA, chociaż są wirusy, które w swoim cyklu życiowym przechodzą przez fazę DNA oraz RNA). Są to cząstki, które nie mogą się namnażać na sztucznym podłożu. Nie posiadają własnej maszynerii przemiany materii. Wirus może istnieć pozakomórkowo, jednak wtedy nie zachodzą w nim żadne przemiany metaboliczne. Kompletna forma wirusa, wirion, jest cząsteczką zawierającą kwas nukleinowy, otoczoną przez białka i niekiedy posiadającą pewne inne komponenty makrocząsteczkowe. Oprócz wirusów istnieją inne bezkomórkowe czynniki infekcyjne - złożone tylko z RNA wiroidy, wirusoidy oraz białkowe priony. 

Istnieje kilka hipotez dotyczących pochodzenia wirusów.

1. Według pierwszej, wirusy są patologicznymi czynnymi cząsteczkami makroorganizmu. Przypomina to raka. Komórki rakowe pochodzą z tego samego organizmu, ale mają zupełnie niezależne, patologiczne właściwości i zachowują się jak pasożyty. Niektórzy uważają, że wirusy roślinne mogą powstać wewnątrzkomórkowo, pod działaniem pewnych wewnętrznych bodźców, wpływających na zaburzenia procesu przemiany materii.

2. Według drugiej hipotezy, wirus jest przedstawicielem pierwotnej, przedkomórkowej postaci życia. Wychodząc z założenia iż wirusy są zaczątkami życia na Ziemi, niektórzy badacze chcieliby je uważać za twory przejściowe między materią martwą a istotami żywymi. Wirusy wykazują pewne analogie do transpozonów (wędrujące fragmenty chromosomów ). Gdyby transpozon "ubrać" w białkową otoczkę i umożliwić mu przedostawanie się do innych komórek, stałby się wirusem. Ale może być też odwrotnie - transpozony to uwstecznione wirusy, które utraciły otoczki i zdolność atakowania innych komórek. Może też być tak, że nie ma między nimi żadnego związku.

3. Trzecia koncepcja wywodzi wirusy od pierwotnych, bardzo prostych, ale jednak samodzielnych organizmów. Początkowo miały one korzystać z zasobów otaczającego je środowiska, a w miarę pojawiania się innych, bardziej złożonych komórek, wejść z nimi we współpracę. Efektem tego okazała się utrata samodzielności przez wirusy i przejęcie funkcji związanych z namnażaniem wirionów przez komórki-gospodarzy 

Klasyfikacja.

1. Wirusy można sklasyfikować w oparciu o organizację posiadanego przez nie materiału genetycznego. Materiał genetyczny wirusów może występować w kilku formach: DNA jedno- lub dwuniciowe, RNA jedno- lub dwuniciowe oraz zarówno DNA jak i RNA lecz na różnym etapie istnienia wirionu.

2. Poza tym dokonuje się podziału na grupy w zależności od rodzaju infekowanego organizmu: wirusy roślinne, zwierzęce i bakteryjne.

3. budowy kapsydu

4. rodzaju atakowanej tkanki

5. wywoływanego schorzenia (IV klasy)

6. rodzaju cyklu

BUDOWA WIRUSÓW

Wiriony czyli pojedyncze wirusy, cechuje zarówno różnorodność kształtu jak i wielkości. Są one znacznie mniejsze niż komórki (około 28 - 200 nm) a ponadto mają dużo mniejsze genomy. Kwas nukleinowy znajduje się wewnątrz cząsteczki wirionu i otoczony jest przez białkowy "płaszcz" zwany kapsydem, precyzyjnie uformowany z kilku podjednostek białkowych tzw. kapsomerów. Informacja dotycząca formy kapsydu zawarta jest w strukturze kapsomerów, a tworzenie otoczki zachodzi na zasadzie samoskładania. Kompleks otoczki z kwasem nukleinowym zwany nukleokapsydem, często jest dodatkowo otoczony dwuwarstwową błoną lipidową zawierającą glikoproteiny pochodzenia wirusowego oraz lipidy pochodzące z błony komórki gospodarza.

Otoczka wirusa jest pierwszym elementem wchodzącym w interakcje z komórką gospodarza i jej pochodzenie wpływa na sposób infekcji oraz penetracji wirusa wewnątrz komórki. Wewnątrz wirionu mogą znajdować się specyficzne enzymy odgrywające pewną rolę w procesie infekowania komórki gospodarza. Wiele wirusów zawiera własne polimerazy, natomiast retrowirusy (wirusy z RNA, które przepisują swoją informację na DNA i wbudowują ją w genom gospodarza) posiadają odwrotne transkryptazy i integrazy. Ponadto w wirusach występują neuroaminidazy, które rozrywając wiązania glikozydowe glikoprotein i glikolipidów ułatwiają wirusom penetrację tkanek zwierzęcych oraz lizozym, który umożliwia wniknięcie wirusów bakteryjnych (bakteriofagów) do komórki oraz powoduje jej lizę.

Wirus wścieklizny (a) i HIV (c) mają ściśle przylegające osłonki, wirus Herpes simplex (d) ma słabo przylegającą osłonkę, podczas gdy adenowirus (b) nie ma osłonki. Wielkości wirusów: (a) 180 nm, (b) 45 nm, (c) 100 nm, (d) 90 nm.

Wirusy posiadają pewną symetrię budowy. Symetria wirusów odnosi się do nukleokapsydu a nie do całego wirusa z błoną. Wyróżniamy dwa podstawowe typy symetrii: 

• spiralna - podjednostki białkowe są ułożone w heliks (obrazowo można porównać do okrągłej klatki schodowej), którego długość zależy od długości kwasu nukleinowego a szerokość od wielkości i upakowania podjednostek. Przykładem jest tu wirus RNA mozaiki tytoniowej TMV 

• bryłowa - jednostki białkowe tworzą dwudziestościan

• bryłowo - spiralna u fagów

ZASADY REPRODUKCJI WIRUSA

Podstawowym problemem jaki wirus napotyka na swej drodze w namnażaniu jest wzbudzenie komórki gospodarza do produkcji elementów niezbędnych do wytworzenia następnych cząsteczek wirusa.

Etapy namnażania

1. adsorpcja wirionu na podatnej komórce gospodarza.

2. penetracja, która polega na iniekcji wirionu lub jego kwasu nukleinowego do wnętrza komórki.

3. replikacji polega na przystosowaniu maszynerii biosyntetycznej komórki gospodarza do syntezy kwasu nukleinowego wirusa. Produkowane są enzymy wirusowe., replikacja kwasu nukleinowego wirusa, a następnie synteza podjednostek białkowych otoczki i ich

4. składanie oraz upakowanie kwasu nukleinowego w nowe cząsteczki wirusa i

5. uwolnienie (elucja) ich z komórki. W genomie wirusa kodowane są niektóre enzymy niezbędne do jego replikacji jednak reszta czyli: systemy zapewniające energię, rybosomy, tRNA (z pewnymi wyjątkami) oraz enzymy aktywujące aminokwasy są dostarczane przez komórkę gospodarza.

Etap replikacji wirusa charakteryzuje się dużą specyficznością interakcji pomiędzy wirusem a gospodarzem. Cząsteczka wirusa posiada na swojej powierzchni białka, które oddziałują ze specyficznymi elementami powierzchniowymi na komórce zwanymi receptorami. Zwykle pełnią one w komórce normalne funkcje np. białka transportowe czy białka otoczki bakteryjnej lub w przypadku grypy jest to glikoproteina na erytrocytach. Jeśli receptor nie występuje lub jest zmieniony, wirus nie może adsorbować i infekcja nie zajdzie - gospodarz staje się odporny na wirusa, oczywiście dopóki w wirusie nie zajdzie mutacja umożliwiająca mu adsorpcję do zmutowanego receptora. Przyłączanie się wirusa może zachodzić również na niespecyficznej drodze poprzez pinocytozę lub inne procesy endocytozy (powszechne wśród wirusów zwierzęcych i roślinnych).

Proces penetracji wirusa do wewnątrz komórki gospodarza zależny jest od charakteru tej komórki, szczególnie od jej struktur powierzchniowych w wyniku czego penetracja zachodzi inaczej w komórkach zwierzęcych pozbawionych ściany komórkowej niż w roślinnych i bakteryjnych. Przykładem skomplikowanego mechanizmu penetracji jest infekcja komórki bakterii E. coli bakteriofagiem T4. Wirion T4 posiada strukturę głowową, osadzoną na ogonku, który kończy się zestawem włókien ogonowych. Włókna te jako pierwsze przyłączają się do powierzchni komórki a następnie obkurczają co powoduje zbliżenie się rdzenia ogonka do powierzchni komórki. Enzym wirusowy o charakterze lizozymu powoduje powstanie niewielkiego otworu w ścianie komórkowej, przez który wnika DNA wirusowe. Na tym etapie istnieje jeszcze możliwość usunięcia kwasu nukleinowego wirusa poprzez działanie enzymów restrykcyjnych znajdujących się na terenie komórki. Jednakże wirusy wykształciły pewne mechanizmy, dzięki którym mogą przeciwdziałać temu procesowi - modyfikują kwasy nukleinowe w podobny sposób jak komórki gospodarza lub hamują działanie systemów restrykcyjnych przez specyficzne białka. W celu powstania nowych białek wirusowych muszą zostać utworzone specyficzne mRNA. Synteza mRNA wirusowego zależy od typu wirusa i jego materiału genetycznego. W przypadku gdy informację genetyczną wirusa stanowi RNA możliwe jest kilka rozwiązań dla produkcji mRNA. Gdy mamy do czynienia z wirusem zawierającym jednoniciowe RNA pozytywne (+), oznacza to, że służy ono bezpośrednio jako mRNA. Jeśli natomiast wyjściowym materiałem genetycznym jest jednoniciowe RNA negatywne (-) lub dwuniciowe RNA sytuacja się nieco komplikuje, gdyż nie może ono pełnić bezpośrednio funkcji mRNA. Aby powstało mRNA konieczna jest RNA-zależna polimeraza RNA, która występuje w wirusach i prowadzi do syntezy mRNA. Retrowirusy (wirusy RNA) replikują się dzięki pośrednictwu DNA. Proces kopiowania informacji genetycznej z RNA na DNA jest to odwrotna transkrypcja i zachodzi on pod wpływem enzymu tzw. odwrotnej transkryptazy. Po zainfekowaniu komórki, RNA wirionu kopiowane jest na dwuniciowy DNA, który służy jako matryca do syntezy mRNA. Gdy powstanie już mRNA możliwa jest synteza białek wirusowych. Białka te należą do trzech głównych grup:

• wczesne białka o charakterze enzymatycznym, niezbędne do replikacji kwasu nukleinowego wirusa, syntetyzowane w niewielkich ilościach 

• późne białka czyli m.in. białka płaszcza wirusowego, białka strukturalne, syntetyzowane w dużych ilościach 

• białka lityczne, które umożliwiają otworzenie komórki gospodarza i uwolnienie cząsteczek wirusa.

Wirusy bakteryjne

Istnieje ogromna liczba wirusów bakteryjnych (bakteriofagów), wiele z nich ma skomplikowaną strukturę, tylko niektóre posiadają lipidową otoczkę. Większość badanych wirusów atakuje E. coli lub Salmonella typhimurium. Zawierają głównie DNA, ale są również bakteriofagi RNA

Większość wirusów bakteryjnych przechodzi cykl lityczny prowadzący do zabicia komórki bakteryjnej. Jednakże jest wiele wirusów, które pomimo możliwości zabicia komórki wybierają drogę lizogeniczną czyli łagodną kiedy to większość genów faga nie ulega ekspresji a genom fagowy wbudowany do bakteryjnego ulega synchronicznej replikacji i wraz z podziałami komórkowymi jest przekazywany następnym pokoleniom bakterii. Koniecznie Bakteria zainfekowana wirusem w łagodnej postaci jest odporna na następne ataki nowych cząsteczek tego wirusa. Wirusy łagodne istnieją w komórkach zazwyczaj w formie zwanej prowirusem. Prowirus posiada taką samą

informację genetyczną jak wirus. Jednak jest ona zablokowana przez specjalny fagowy represor i nie ulega ekspresji. Ta sytuacja może ulec zmianie pod wpływem specyficznych czynników (np. promieniowanie X, UV) powodujących inaktywację represora - indukcja lizogeniczna. Wirus łagodny może istnieć w dwóch formach zależnych od warunków. Czasem jako niezależna jednostka, kontrolująca swoją replikację (cykl lityczny), lub jako DNA wintegrowane w materiał genetyczny komórki gospodarza (cykl łagodny - lizogeniczny).

Rys. - Cykl życiowy faga litycznego.

Rys. - Cykl życiowy faga lizogenicznego.

Wirusy zwierzęce

Wirusy zwierzęce posiadają materiał genetyczny zarówno w formie RNA jak i DNA. Jedną z ważniejszych grup wirusów zwierzęcych są retrowirusy, gdyż powodują one choroby bardzo groźne dla człowieka (AIDS). Wirusy dzieli się na różne grupy w zależności od typu kwasu nukleinowego, obecności otoczki i niekiedy według stosowanego modelu replikacyjnego. Wirusowa infekcja komórki zwierzęcej może mieć rożne efekty. Wirus może spowodować rozpadnięcie się komórki, trwałą infekcję z powolnym uwalnianiem cząsteczek wirusa lub infekcję utajoną kiedy to symptomy pojawiają się ze znacznym opóźnieniem w stosunku do czasu infekcji. Ponadto wirusy mogą powodować powstawanie nowotworów (np. wirus opryszczki przyczynia się do raka szyjki macicy).

Wirusy zwierzęce RNA to:

Do tej grupy wirusów należą: wirus hepatitis A, wirusy przeziębieniowe. ludzki wirus grypy, różyczki, ponadto świnki, odry, wirusowego zapalenia mózgu, Heinego - Medina.

Wirusy zwierzęce DNA

Wśród wirusów DNA można wyróżnić cztery główne rodziny; wirusy herpes - opryszczki, pox , papovawirusy, adenowirusy , brodawek (kurzajki)

Wirusy herpes są dużą grupą DNA wirusów powodujących wiele chorób u zwierząt i człowieka (np. ospę wietrzną), mają zdolność do pozostawania w formie utajonej w komórkach gospodarza, niektóre mogą prowadzić do transformacji nowotworowej (np. wirus Epsteina-Barr). Najbardziej skomplikowane i największe wirusy zwierzęce należą do grupy wirusów pox. Unikatową właściwością tych wirusów jest zdolność do przeprowadzania replikacji DNA na terenie cytoplazmy komórki gospodarza. Do tej grupy należy wirus ospy prawdziwej, wietrznej i półpaśćca, który jako pierwszy został szczegółowo zbadany, oraz wirus krowianki (cowpox), który powoduje bardzo łagodną i niegroźną infekcję w komórkach ludzkich. Wirus krowianki służy jako szczepionka przeciw ospie prawdziwej oraz jest używany w eksperymentach genetycznych do wprowadzania obcych genów do komórek zwierzęcych i ludzkich. Adenowirusy zostały po raz pierwszy wyizolowane z migdałków, powodują one łagodne infekcje dróg oddechowych i występują często w zdrowych osobnikach i są wykorzystywane w inżynierii genetycznej do alternatywnego leczenia chorób bakteryjnych, zamiast stosowania antybiotyków .

Retrowirusy

Jedną z najbardziej skomplikowanych i niewątpliwie najciekawszych grup wirusów zwierzęcych są retrowirusy. Przyczyn, dla których znajdują się one w centrum zainteresowania jest wiele. Po pierwsze, to one zostały początkowo zidentyfikowane jako czynniki indukujące powstawanie nowotworów. Po drugie, jeden z retrowirusów jest przyczyną jednej z najgroźniejszych i najbardziej kontrowersyjnych współcześnie chorób czyli AIDS. Ponadto mogą one specyficznie wintegrowywać w genom komórki gospodarza przez pośrednią formę jaką jest tu DNA. Proces ten jest badany pod kątem wprowadzania obcych genów do komórek w terapii genowej. Poza tym retrowirusy posiadają enzym - odwrotną transkryptazę, która stosując RNA jako matrycę kopiuje informacje genetyczną z RNA na DNA. Enzym ten jest powszechnie stosowany w inżynierii genetycznej. Należy tutaj zaznaczyć, że odwrotna transkryptaza nie jest "narzędziem" zarezerwowanym wyłącznie dla retrowirusów. Retrowirusy posiadają otoczkę o nieokreślonej symetrii. Genom retrowirusów ma bardzo nietypową budowę. Składa się on z dwóch jednakowych pojedynczych nici RNA (+) , połączonych wiązaniami wodorowymi poprzez parowanie nukleotydów ze specyficznymi cząsteczkami tRNA. Ogólnie proces replikacji retrowirusów zachodzi w kilku etapach. Na początku wirus dostaje się do komórki, następnie jedna z nici RNA jest odwrotnie transkrybowana w DNA Kolejnym etapem jest wintegrowanie powstałego DNA retrowirusa w genom komórki gospodarza za pomocą drugiego enzymu integrazy. Potem zachodzi transkrypcja DNA wirusowego, powstaje mRNA i "potomne" wirusowe RNA, które zostaje upakowane w kapsydzie na terenie cytoplazmy. W końcu nowe cząsteczki wirusa są odcinane z błony cytoplazmatycznej i uwalniane z komórki. Pierwszym etapem po wejściu wirusa do komórki jest transkrypcja RNA na DNA przy zastosowaniu odwrotnej transkryptazy. Enzym ten wykazuje kilka rodzajów aktywności; synteza DNA z wykorzystaniem RNA jako matrycy (odwrotna transkryptaza), synteza DNA z wykorzystaniem DNA jako matrycy (polimeraza DNA) oraz degradowanie nici RNA w hybrydzie RNA-DNA. Jak wszystkie polimerazy DNA enzym ten wymaga primeru do syntezy DNA. W reakcji przeprowadzanej przez odwrotną transkryptazę primerem jest specyficzne tRNA komórkowe. Rodzaj użytego tRNA jest związany z typem wirusa. Wintegrowany fragment wirusa nazywany jest prowirusem (śpiący wirus)i staje się stabilnym elementem genetycznym.

Choroby wirusowe
Wirusy atakują nie tylko ludzi i zwierzęta, lecz również rośliny, a nawet bakterie. Biorąc pod uwagę organizm gospodarza, w którym pasożytuje wirus, wirusy dzielimy na:

 bakteriofagi - wirusy bakteryjne, np. bakteriofag T4, bakteriofag l (lambda)

 wirusy roślinne - np. wirus mozaiki tytoniu

 wirusy zwierzęce - atakują zarówno kręgowce jak i bezkręgowce.

W wyniku zarażenia wirusem u roślin mogą wystąpić następujące objawy: zmiany koloru (plamy, smugi), martwica tkanek (nekroza), zaburzenia wzrostu (karłowatość) lub rozwoju. Istotną rolę w przenoszeniu wirusów roślinnych odgrywają roślinożerne zwierzęta (np. owady lub nicienie). Wirusy roślinne mogą namnażać się w zaatakowanej komórce, osiągając ogromną liczbę kopii. Na przykład wirus mozaiki tytoniowej może stanowić ponad 10 procent suchej masy zaatakowanej rośliny. Inne wirusy roślinne to: wirus mozaiki kalafiora, wirus X ziemniaka, wirus plamistej rdzy pomidorów, wirus mozaiki ogórka, wirus żółtej karłowatości jęczmienia, wirus żółtaczki buraków, wirus utajonej choroby goździka.

Ostre, zakaźne, wirusowe choroby zwierząt to np.:
- pryszczyca - zaraza pyska i racic występuje u przeżuwaczy i świń; zoonoza
- nosówka - (nie należy jej mylić z nosacizną, która jest chorobą wywoływaną przez bakterie); nieżyt spojówek, dróg oddechowych i przewodu pokarmowego, może wystąpić wysypka, porażenia nerwowe i drgawki, często doprowadza do śmierci zwierzęcia, występuje u psów, norek, lisów, wilków,
- wścieklizna - śmiertelna choroba, występuje u ptaków i ssaków, zwłaszcza drapieżnych, może zostać przeniesiona na człowieka przez ślinę chorych zwierząt, najczęściej przy ugryzieniu; objawy: wodowstręt, trudność w połykaniu, podniecenie i napady szału, porażenie kończyn. zoonoza

Choroby wirusowe człowieka to:
- nieżyt (katar) nosa, gardła lub krtani,
- zapalenie spojówek,

• odra
  - łagodne (niezłośliwe) nowotwory - np. brodawki
  - opryszczka - piekące pęcherzyki na wargach, w jamie ustnej lub na policzkach, jeżeli wirus zaatakuje gałkę oczną może powodować uszkodzenie wzroku,
  - ospa prawdziwa (czarna) - do niedawna groźna choroba epidemiczna, powodująca śmierć połowy chorych; objawy to: gorączka, ropiejąca wysypka, po której zostają trwałe blizny,
  - ospa wietrzna - na ogół niegroźna choroba zakaźna, charakteryzująca się wysypką skórną,
  - półpasiec - wirusowe zapalenie nerwów czuciowych; objawy: silne bóle, osłabienie, wysypka na skórze w miejscach unerwionych przez zaatakowane neurony (komórki nerwowe),
  - paraliż dziecięcy - polio (poliomyelitis), choroba Heinego - Medina, ostra choroba zakaźna, źródłem zarażenia są zanieczyszczone wirusem woda lub pokarm, wirus atakuje i uszkadza komórki ośrodkowego układu nerwowego, powodując śmierć lub porażenia i niedowłady mięśni unerwionych przez zaatakowane neurony,
  - grypa - choroba zakaźna, przenoszona drogą kropelkową, niebezpieczna dla ludzi osłabionych i chorych (zwłaszcza na choroby serca i płuc), groźne są również powikłania pogrypowe, spowodowane zakażeniami bakteryjnymi,
  - świnka - zapalenie ślinianek przyusznych, ostra choroba zakaźna, przenoszona drogą kropelkową, niebezpieczne są powikłania takie jak: zapalenie opon mózgowych, jąder, jajników (grożące bezpłodnością),
  - kleszczowe zapalenie mózgu - groźna, nieraz śmiertelna choroba, przenoszona przez kleszcze, źródłem wirusa są dzikie ssaki leśne, takie jak myszy, jeże, krety,
  - żółta febra - ostra, epidemiczna i endemiczna (występująca na określonym obszarze) choroba zakaźna, występuje w tropikach, w organizmach dzikich zwierząt, na człowieka przenoszona przez komary; objawy: wysoka gorączka, żółtaczka (zażółcenie skóry i białek oczu, jest objawem wielu chorób związanym z uszkodzeniem wątroby), dochodzi do niewydolności nerek i do martwicy wątroby, często kończy się śmiercią w ciągu kilku dni;
  - różyczka - choroba zakaźna, przenoszona drogą kropelkową, łagodny przebieg, wysypka na skórze, bardzo niebezpieczna dla płodu, powoduje uszkodzenia płodu lub poronienie, obecnie w Polsce istnieje możliwość zaszczepienia kobiety przed planowaną ciążą (ponieważ w szczepionce znajduje się osłabiony wirus, powinna zostać wykona co najmniej na trzy miesiące, a najlepiej pół roku przed zajściem w ciążę),

• wirusowe zapalenie wątroby - wzw , żółtaczka zakaźna, poznano kilka typów wzw:

wzw typu A jest chorobą o łagodnym przebiegu, przenoszoną drogą pokarmową;

wzw typu B, C, czyli żółtaczka wszczepienna ma ciężki przebieg, prowadzi do śmierci lub kalectwa w wyniku poważnego uszkodzenia wątroby, wirus żółtaczki wszczepiennej może utrzymywać się we krwi zarażonej osoby przez kilkanaście lat, jest wyjątkowo odporny na działanie wysokich temperatur, niestety częste są przypadki zarażenia pacjentów podczas zabiegów medycznych, w Polsce jest dostępna szczepionka przeciw wzw typu B,
- gorączki krwotoczne - ostre wirusowe choroby o bardzo gwałtownym przebiegu, niektóre w 90% śmiertelne; wirusy wywołujące gorączki krwotoczne (np. wirus Ebola) uznano za czynniki zakaźne o czwartym, najwyższym stopniu zagrożenia, występują w tropikalnych lasach, w organizmach żyjących tam zwierząt; u człowieka wirus atakuje jednocześnie wiele organów wewnętrznych, zwłaszcza wątrobę, która przestaje produkować wystarczającą ilość czynników krzepnięcia krwi, śmierć następuje w wyniku zewnętrznych i wewnętrznych krwotoków,

AIDS

Budowa HIV

Wirus HIV (ang. human immunodeficiency virus) odpowiedzialny za wywołanie AIDS (ang. acquired immunodeficiency syndrome - nabyty zespół niedoboru odporności) należy do tzw. retrowirusów. Jest to grupa wirusów wywołujących m. in. nowotwory u ssaków. Wirus HIV jest kulisty i ma średnicę około jednej tysięcznej milimetra.
Zewnętrzna otoczka wirusa jest fragmentem błony komórkowej, zabranym z komórki człowieka. Znajdują się w niej białka wirusowe gp 120 oraz gp 41 odpowiedzialne odpowiednio za przyłączenie się i wniknięcie wirusa do komórki. ("gp" oznacza glikoproteinę - białko związane z resztą cukrową, liczba oznacza masę cząsteczkową białka w tysiącach daltonów). Wirus HIV atakuje w organizmie człowieka kilka rodzajów komórek. Są to komórki posiadające w błonie komórkowej białko receptorowe CD 4, do którego przyłącza się białko gp 120 z otoczki wirusa. Tylko komórki posiadające białko CD 4 są wrażliwe na zakażenie wirusem HIV. Należą do nich między innymi tzw. komórki dendrytyczne występujące we wszystkich błonach śluzowych (w uproszczeniu są to błony wyściełające ciało od wewnątrz, znajdują się np. w jamie ustnej, odbytnicy, narządach rodnych). Dlatego kontakt wirusa z błonami śluzowymi jest niebezpieczny. Białko CD 4 posiadają również niektóre komórki układu odpornościowego - makrofagi oraz pomocnicze limfocyty Th. Głównym celem ataku HIV są właśnie pomocnicze  limfocyty T CD 4, zwane komórkami T4 komórki dendrytyczne błon śluzowych.

Strategia działania HIV

Atak wirusa HIV zaczyna się, gdy wiriony łączą się z receptorami CD4 na błonie komórkowej (1). Wirusowe białko gp 41 dokonuje fuzji (połączenia się) błony otaczającej wirusa z błoną komórkową (2). Rdzeń wirusa (kapsyd) ulega rozpadowi, uwalniając wirusowe RNA oraz enzymy niezbędne do kontynuacji cyklu - odwrotną transkryptazę i integrazę (3). Na matrycy wirusowego RNA odwrotna transkryptaza produkuje DNA (4). Wirusowe DNA wnika do jądra komórkowego, gdzie ulega wbudowaniu do chromosomu gospodarza (5). Proces ten jest katalizowany przez integrazę (6). W jądrze komórkowym zachodzi transkrypcja wirusowego DNA, tu już nie są potrzebne wirusowe enzymy, w transkrypcji uczestniczą komórkowe białka. Cząsteczki wirusowego RNA, powstałe w procesie transkrypcji, opuszczają jądro (7). Na matrycy wirusowego RNA rybosomy produkują białka strukturalne i enzymatyczne wirusa (8). Błona komórkowa jest inkrustowana wirusowymi białkami gp 41 i gp 120. RNA i białka wirusowe dostają się do pączkującego nowego wirusa (9). Wtedy uaktywnia się proteaza wirusowa. Rdzeń i inne składniki zostają utworzone po oderwaniu się wirusa od błony komórkowej (10).

Atak wirusa HIV na komórki układu odpornościowego doprowadza do pogorszenia koordynacji odpowiedzi odpornościowej i do rozwoju AIDS. Jest to nieuleczalna, śmiertelna choroba, której objawy mogą wystąpić po roku, czasami nawet po dziesięciu latach od zakażenia. Układ odpornościowy funkcjonuje coraz gorzej, przestaje chronić chorego przed nowotworami i pasożytami. Dla chorego stają się groźne nawet organizmy żyjące w jego przewodzie pokarmowym, takie jak bakterie czy grzyby. U chorych na AIDS obserwuje się spadek wagi ciała, przemęczenie, grzybice przewodu pokarmowego, biegunki, zmiany skórne, nowotwory rzadko występujące w populacji (ponieważ zdrowy układ odpornościowy łatwo je zwalcza). Często dochodzi do zmian neurologicznych, czasami są to nawet zniszczenia w tkance nerwowej mózgu. Pospolite infekcje (np. zwykły katar) mogą być bardzo niebezpieczne dla chorego, przyczyną śmierci jest często zapalenie płuc, z którym osłabiony układ odpornościowy nie może sobie poradzić.

Leczenie AIDS. Dotychczas nie udało się wyprodukować szczepionki przeciwko wirusowi HIV. Przyczyną jest duża zmienność wirusa. Wiriony potomne, opuszczające komórkę gospodarza, są nieco inne niż wirion, który ją zaatakował. Różnice są nieznaczne, ale wystarczające, aby szczepionka nie była skuteczna na wszystkie odmiany (szczepy) wirusa. Obecnie stosowane kombinacje leków przeciwko wirusowi HIV upośledzają proces odwrotnej transkrypcji. Intensywna terapia lekowa chroni nosiciela (osobę zarażoną wirusem) przed rozwojem AIDS, nawet przez kilka lat.

Jak uniknąć zarażenia AIDS? Wirus HIV znajduje się we wszystkich płynach ciała chorego człowieka, w różnym stężeniu. Duże stężenie wirusa występuje we krwi, spermie, wydzielinie z dróg rodnych, płynie mózgowo - rdzeniowym, oraz mleku zarażonej matki. Kontakt tych płynów, lub ich pochodnych (np. leki otrzymywane z krwi, lub z układu nerwowego) z komórkami posiadającymi receptory dla wirusa (komórki błon śluzowych, niektóre białe krwinki) grozi zarażeniem.

sposób zarażenia, profilaktyka

1.

stosunek płciowy z nosicielem HIV

 unikanie przypadkowych stosunków płciowych

 stosowanie prezerwatywy - prezerwatywa zmniejsza ryzyko zarażenia, NIE wyklucza go całkowicie

2.

transfuzja krwi pochodzącej od nosiciela HIV

 w Polsce krew do transfuzji jest badana

3.

używanie tej samej strzykawki przez osobę zdrową i nosiciela

 informowanie narkomanów o konieczności używania jednorazowych strzykawek

 w niektórych państwach prowadzi się akcje wydawania narkomanom nowych jednorazowych strzykawek, w zamian za zużyte

4.

 narzędzia chirurgiczne, dentystyczne

 gabinety fryzjerski, kosmetyczny

 salony tatuażu

 przestrzeganie zasad higieny

 prawidłowa sterylizacja narzędzi

5.

używanie szczoteczki do zębów, cążków itp. wspólnie z nosicielem

 przestrzeganie zasad higieny

 istotne zwłaszcza przy organizowaniu fluoryzacji zębów w przedszkolach i szkołach

6.

leki pochodzące z krwi lub z układu nerwowego

 testowanie krwi pod kątem obecności wirusa HIV przed produkcją leku

 stosowanie alternatywnych metod produkcji leku
- np. otrzymywanie leku metodami inżynierii genetycznej, a nie z ludzkich tkanek
Nim zastosowano takie środki ostrożności, wiele osób chorych na hemofilię zaraziło się wirusem, przyjmując leki otrzymywane z ludzkiej krwi.

7.

jeżeli matka jest nosicielką wirusa, istnieje ryzyko zarażenia dziecka (przez łożysko lub podczas porodu)

 przyjmowanie leków hamujących rozwój wirusa radykalnie zwiększa szansę na urodzenie zdrowego dziecka

8.

zarażenie noworodka przez mleko nosicielki wirusa HIV

 kobieta, która jest nosicielką wirusa HIV nie może karmić dziecka piersią, ani oddawać pokarmu do laktarium (banku pokarmu)

 w szpitalach w Polsce nie dokarmia się noworodków pokarmem kobiecym, by uniknąć zarażenia

Wirus HIV łatwo ulega zniszczeniu pod wpływem wysuszenia, działania wysokiej temperatury lub środków dezynfekujących. Nie jest przenoszony drogą kropelkową, nie przenoszą go również owady ani zwierzęta domowe. Stężenie wirusa w innych niż wymienione wyżej płynach ciała (np. w ślinie lub pocie) jest niewielkie i nie grozi zakażeniem. Nosiciel HIV nie jest zagrożeniem dla zdrowej osoby. Nie można się zarazić przez podanie ręki, picie z jednego kubka, korzystanie z tych samych urządzeń sanitarnych.
Osoby udzielające pomocy medycznej nosicielowi wirusa HIV muszą unikać bezpośredniego kontaktu z krwią nosiciela. W wypadku pobrudzenia skóry krwią nie należy wycierać skóry, lecz spłukać zabrudzone miejsce dużą ilością wody. Osoba stale zajmująca się nosicielem wirusa (personel medyczny, domownicy) powinna zwracać uwagę na zabezpieczenie drobnych skaleczeń skóry przed kontaktem z płynami ciała nosiciela (np. osłonięcie zadrapań, wrzodów itp. plastrem).
Pierwszy przypadek niedoboru odporności określony jako AIDS opisano w 1980 roku, w Nowym Jorku. Początkowo duża częstotliwość zachorowań na AIDS występowała wśród homoseksualistów, narkomanów oraz osób przyjmujących transfuzje krwi lub leki otrzymywane z krwi. Były to tzw. grupy ryzyka, najbardziej zagrożone wirusem. Takie grupy obserwowano we wszystkich krajach, w których pojawił się AIDS. Jednak infekcja wirusem stopniowo rozszerzyła się na inne grupy ludności. Początkowa obecność grup ryzyka wskazywała na to, że infekcja nie przenosi się drogą kropelkową jak też przez owady.

Test na nosicielstwo wirusa HIV.

Wirus HIV został zidentyfikowany w latach 1983 - 84. Pracowały nad tym równolegle dwa zespoły naukowców - z National Cancer Institute (USA) i z Instytutu Pasteura (Francja). Po zidentyfikowaniu wirusa udało się opracować test sprawdzający obecność we krwi przeciwciał skierowanych przeciwko wirusowi HIV. Pozytywny wynik testu znaczy, że badany człowiek jest nosicielem wirusa HIV. Rezultat negatywny oznacza, że nie stwierdzono występowania przeciwciał. Przeciwciała powstają po pewnym czasie od wtargnięcia wirusa do organizmu - ilość przeciwciał wykrywana przez test może pojawić się nawet po trzech miesiącach. Dlatego negatywny wynik testu nie dowodzi, że badana osoba nie jest zarażona wirusem.

Leczenie chorób wirusowych
Dotychczas nie opracowano satysfakcjonujących leków przeciwko infekcjom wirusowym, ponieważ chemiczna ingerencja w cykl rozwojowy wirusa szkodzi żywym komórkom. Stosowane leki upośledzają replikację kwasu nukleinowego wirusa, zaburzają niestety również replikację DNA w komórce gospodarza. Są to np. stosowane w leczeniu opryszczki oraz AIDS analogi nukleotydów (cegiełek, z których zbudowany jest kwas nukleinowy). Jedyny obiecujący czynnik antywirusowy jest produkowany przez zarażony wirusem organizm. To interferon - nietoksyczne (dla człowieka) białko, produkowane przez niektóre zaatakowane wirusem komórki. Interferon chroni komórki przed infekcją wirusową. Człowiek zarażony jedną chorobą wirusową jest mniej podatny na zarażenie innymi wirusami, ponieważ jego organizm wytworzył interferon. Trwają prace nad zastosowaniem interferonu również w leczeniu nowotworów. Do niedawna badania nad użyciem interferonu były ograniczone z powodu kłopotów z otrzymaniem wystarczających ilości tego białka. Obecnie, dzięki technikom inżynierii genetycznej, istnieje możliwość wyprodukowania interferonu w większych ilościach.
Jedynym efektywnym sposobem zapobiegania infekcjom wirusowym są szczepionki. Skuteczne szczepienie zastosował po raz pierwszy, w 1796 roku, angielski lekarz Edward Jenner. Jenner zaobserwował, że osoby, które zaraziły się od zwierząt niegroźną krowianką, są odporne na ospę prawdziwą. Płyn z krosty zwierzęcia chorego na krowiankę, naniesiony na skórę i wkłuty za pomocą igły, uchronił pacjenta przed ospą.
Szczepienie polega na wprowadzeniu do organizmu bezpiecznej formy wirusa (może to być osłabiony wirus, lub tylko fragment białkowej osłony wirusa), która pobudzi układ odpornościowy do produkcji przeciwciał. Szczepienie daje odporność na kilka, lub kilkanaście lat (stosuje się wtedy doszczepianie), czasami na całe życie. Odporność na zarażenie wynika z tego, że układ odpornościowy szybciej rozpozna i zniszczy wirusa, z którym już wcześniej miał do czynienia.

Antybiotyki nie leczą chorób wirusowych. Przy infekcji wirusowej może dojść do powikłań i do zakażenia bakteryjnego. Aby temu zapobiec, stosuje się czasami profilaktycznie antybiotyki.

Pierwszy grudnia jest światowym dniem walki z AIDS. Czerwona wstążeczka jest znakiem solidarności z zakażonymi HIV i chorymi na AIDS.

Obrona organizmów przed wirusami

• Obecność enzymów restrykcyjnych (restryktaz) w komórkach bakteryjnych, które „tną” DNA bakteriofaga.

• Uwalnianie z atakowanych komórek białka zwanego interferonem, które uniemożliwia namnażanie się wirusów w komórkach.

• Zdolność do wytwarzania przeciwciał, które niszczą wirusy.

Cechy wirusów świadczące o przynależności do materii nieożywionej

• Nie posiadają budowy komórkowej.

• Nie są zdolne do przeprowadzania funkcji życiowych poza zaatakowaną komórką.

 

Cechy wirusów świadczące o przynależności do materii ożywionej

• Zbudowane są ze związków organicznych występujących tylko
  w organizmach żywych: białek, lipidów, kwasów nukleinowych.

• Istnieje możliwość namnażania ich informacji genetycznej.

• Posiadają materiał genetyczny zdolny do mutacji.

• Ich strategie działania można nazwać pasożytnictwem.

 Rola wirusów w przyrodzie i w życiu człowieka

Znaczenie wirusów dla człowieka ma przede wszystkim charakter negatywny, gdyż w wielu przypadkach są one czynnikiem chorobotwórczym, wywołującym różne, czasem bardzo groźne schorzenia u człowieka, roślin i zwierząt. Dlatego wiele wysiłków człowieka skierowanych jest na zwalczanie tych chorób lub zapobieganie im. Realizuje się to przez

- izolowanie osobników chorych,

- likwidowanie nosicieli wirusów (np. owadów przenoszących wirusy chorobotwórcze roślin)

- i wreszcie stosowanie szczepionek.

Również negatywne dla człowieka w wielu przypadkach jest działanie bakteriofagów atakujących bakterie przynoszące pożytek gospodarce ludzkiej. Odczuwa się to w niektórych działach przemysłu spożywczego i fermentacyjnego, które produkcję swą opierają na działalności bakterii. Szkodliwa dla gospodarki ludzkiej jest także infekcja bakteriofagami bakterii glebowych oraz bakterii brodawkowych (asymilujących azot atmosferyczny); zachodzi wówczas zjawisko tzw. zmęczenia gleby.

Bakteriofagi mogą być jednak również użyteczne dla człowieka. Stosuje się je do zwalczania niektórych bakterii chorobotwórczych, a także w diagnostyce niektórych zakażeń bakteryjnych.

Warto jeszcze dodać, że wirusy, ze względu na bardzo prostą budowę i łatwość przeprowadzania na nich doświadczeń, są bardzo dobrym obiektem dla badań genetycznych.

Inne jednostki zakaźne:

Wiroidy

Najmniejsze znane czynniki zakaźne. Wiroidy są to koliste cząsteczki jednoniciowego RNA pozbawione otoczki zewnętrznej, wywołujące choroby roślin. Pierwszą poznaną chorobą wiroidową (1923 r.) była wrzecionowatość bulw ziemniaka. Wiroidy mogą atakować większość roślin jednorocznych (np. wiroid bladości owoców ogórka, wiroid karłowatości chmielu), jak i wieloletnich (np. wiroid skazy słonecznej awokado). Zakażenie wiroidem przenosi się przez mechaniczne uszkodzenie rośliny, rzadziej przez pyłek chorej rośliny. Symptomami choroby są deformacja i wyginanie się liści, karłowacenie rośliny, zmiana zabarwienia roślin, niekiedy martwica tkanek.

Wirusoidy

Satelity wirusów, zawierające DNA lub RNA, bez kapsydu, nie mogą samodzielnie się replikować, muszą do tego celu wykorzystywać wirus pomocniczy. Wirusoid wnika do kapsydu wirusa pomocniczego i dzięki temu może być przenoszony z jednego gospodarza do drugiego. Można je uważać za „pasożyty wirusów” gdyż osłabiają ich namnażanie. Obecność wirusoidów nie ma większego znaczenia dla komórek gospodarza.

Priony

Białkowe czynniki infekcyjne, powodują śmiertelne choroby układu nerwowego zwierząt (m.in. owiec i bydła) oraz człowieka (m.in. chorobę Creutzfelda-Jacoba). Nie zawierają żadnego kwasu nukleinowego. Proces replikacji cząsteczek infekcyjnych białek nie jest znany. Najprawdopodobniej białko będące prionem jest przekształconą formą białka komórkowego, a nowe priony powstają w wyniku oddziaływania prionów już istniejących na "normalne" cząsteczki białka w komórkach docelowych. Pod wpływem prionów białka te miałyby zmieniać swoją budowę przestrzenną (konformację). W ten sposób w komórce byłoby coraz mniej zdrowych i coraz więcej zmienionych białek.

  Transpozon - ruchomy element genetyczny; fragment DNA, który może się przemieszczać w obrębie materiału genetycznego jedna z teorii mówi o wspólnym pochodzeniu z wirusami.

1

---