CIMG4110

długości kodowanego przez niego łańcucha polipeptydowego o określonej sekwencji aminokwasów. Jeden aminokwas jest kodowany przez trzy zasady, więc jeden cistron składa się z potrojonej wielokrotności zasad, odpowiadającej liczbie aminokwasów w łańcuchu polipeptydowym. Na przykład wielkość cistronu zawiera się w granicach od 500 do 1000 nukleotydów w jednoniciowym RNA lub par nukleotydowych w dwuniciowym DNA. A zatem kodowanie białka o względnej masie cząsteczkowej 30 000 i z 200 aminokwasami wymaga obecności cistronu z 600 nukleotydami lub parami nukleotydowymi. Poznanie więc genetyki wirusów to poznanie sekwencji nukleotydów i aminokwasów przez nie kodowanych. Metody enzymatyczne izotopowe są przydatne do poznania ustawienia zasad w polinukleotydzie, a więc poznania budowy chemicznej genomu.

Rekon. Jest to jednostka genetyczna zjawiska rekombinacji, a więc najmniejszy odcinek genomu, który warunkuje występowanie rekombinacji.

Muton. Jest to fragment genomu, którego zmiana (zastąpienie) prowadzi do wystąpienia mutacji.

Szczególne znaczenie zarówno dla poznania genetyki wirusów, ich genetycznie uwarunkowanej zmienności, a w konsekwencji patologii zakażeń, jak i wykorzystania tych zjawisk w medycynie i biologii, mają mutacje i rekombinacje występujące w świecie wirusów i ich gospodarzy.

GENETYCZNIE UWARUNKOWANA ZMIENNOŚĆ

Mutacja. Pod pojęciem mutacji rozumie się zmianę w sekwencji nukleotydów kwasu nukleinowego (DNA, RNA), powodującą wystąpienie nowej cechy. Proces, który do tego prowadzi, określa się jako mutagenezę, a wirus, u którego proces ten nastąpił, nazywa się mutantem. Czynniki, które powodują mutację, określa się jako mutageny. Mutację prowadzącą do obumarcia wirusa nazwano mutacją letalną, natomiast zmiana prowadząca do powrotu do pierwotnej postaci jest rewersją mutacji.

Zjawisko mutacji występuje u wirusów spontanicznie lub może zachodzić w warunkach określonego doświadczenia. Mutacje spontaniczne zachodzą w różnych kierunkach, tzn. dotyczą różnych cech, a więc kodowanych przez różne geny: przyczyny ich występowania nie są znane (są poza kontrolą). Natomiast mutacje indukowane są pod kontrolą osoby wykonującej doświadczenie i mają określony kierunek zmian. Częstość mutacji jest na ogół większa u RNA wirusów niż u wirusów DNA. Częstość mutacji spontanicznej jest znacznie mniejsza (na ogół ok. 1:10* do 1:10®) niż częstość wywołana działaniem czynników mutujących.

Do mutagenów należą związki alkilujące, barwniki akrydynowe, nadtlenki, antymetabolity. Czynnikami mutującymi mogą być również czynniki fizyczne, jak promienie nadfioletowe, promienie jonizujące X i gamma.

Spowodowana przez mutageny zmiana w kwasie nukleinowym wirusa jest przyczyną, dla której potomna generacja wirusów różni się w swych właściwościach od macierzystego wirusa. Do wykrycia tych różnic służą metody biochemiczne, biologiczne, immunologiczne, w zależności od charakteru zmian.

Istotne znaczenie ma okres działania czynnika mutagennego. Gdy działanie to jest krótkotrwałe, wówczas skład potomnej generacji wirusów może być mieszaniną mutantów i cząstek analogicznych do macierzystych. Jeżeli okres działania jest przedłużony, to dochodzi do selekcji mutantów, a w konsekwencji do otrzymania szczepu o odmiennych właściwościach.

Na szczególną uwagę zasługują określone typy mutantów:

1.    Mutanty temperaturowe, oznaczone jako ts i tr, tj. odpowiednio wrażliwe i oporne na temperaturę. Występują zarówno wśród DNA, jak i RNA wirusów. Ich poznanie istotnie przyczyniło się do postępu wiedzy o genetyce wirusów zwierzęcych. Mutacje zachodzące w mutantach temperaturowych są umiejscowione w licznych genach.

2.    Mutanty o zmienionej zależności od komórek różnych gospodarzy. Powstają w wyniku zmian w jednym genie lub też w niewielu genach. Obserwuje się zmianę w możliwości replikacji w określonych komórkach.

3.    Zbliżone do powyższych są mutanty o zmienionej cytopatogenności in vitro; zmiana lub nawet brak w tworzeniu łysinek (plaques), a w konsekwencji możliwość wykrywania np. przez hemadsorpcję.

4.    Mutanty o zmienionej antygenowości, o zmienionej wrażliwości na inhibitory replikacji, o zmienionej chorobotwórczości i immunogenności w wyniku zmian w genomie, obdarzone zmianą w ich ekspresji białkowej.

Mutacje zachodzące w zakażeniach naturalnych mogą stanowić określony problem diagnostyczny: zarówno zmiany wirusa u indywidualnego osobnika, jak i w skali określonej epidemii lub regionu występowania. Pewne zaś mutanty mogą stanowić punkt wyjścia do uzyskania tzw. szczepów atenuowanych (p. rozdz. poświęcone diagnozie i szczepionkom).

Rekombinacja. Pod pojęciem rekombinacji rozumie się wymianę materiału genetycznego zachodzącą u rozmaitych drobnoustrojów, w tym u wirusów, a także między wirusami i komórkami, w tym komórkami zwierzęcymi. Podstawowym warunkiem wystąpienia tego zjawiska jest podobieństwo określonych odcinków kwasów nukleinowych rekombinujących wirusów, drobnoustrojów lub drobnoustrojów i komórek. Proces ten jest kierowany przez geny. Może prowadzić do wzajemnej wymiany odcinków kwasów nukleinowych lub tylko zachodzić jednokierunkowo, a więc prowadząc do wbudowania określonego fragmentu kwasu do genomu jednego wirusa.

Zjawisko to po raz pierwszy u wirusów zwierzęcych (wirus grypy) opisał Burnet w 1951 r. Występuje ono na ogół między wirusami spokrewnionymi, np. między wirusami grypy człowieka a szczepami wirusów grypy zwierząt. Zjawisko opisano u wirusów należących do różnych rodzin: myksowirusów, paramyksowirusów, adenowirusów, herpeswirusów, pikornawirusów, a więc zarówno u DNA, jak i RNA wirusów.

Do rekombinacji dochodzi w komórce zakażonej dwoma różniącymi się wirusami. Na przykład w komórce zakażonej wirusem grypy człowieka i wirusem grypy koni może dojść do powstania rekombinantu, który może zawierać hemaglutyninę wirusa grypy koni i neuraminidazę wirusa grypy człowieka. Mechanizm ten jest przyjmowany jako jedna z hipotez zmienności wirusa grypy (p. odpowiedni rozdział o grypie). Oznacza to wymianę materiału genetycznego, warunkującego zmianę w strukturze powierzchniowej wirusa, będącej ekspresją określonego genu lub genów.

87