Molekulární exprese Buněčná biologie: Struktura virů

Viry nejsou rostliny, živočichové ani bakterie, ale jsou kvintesencí parazitů živé říše. Ačkoli se díky svým úžasným rozmnožovacím schopnostem mohou zdát jako živé organismy, viry nejsou živými organismy v pravém slova smyslu.

Bez hostitelské buňky nemohou viry vykonávat své životodárné funkce ani se rozmnožovat. Nemohou syntetizovat bílkoviny, protože jim chybí ribozomy a k překladu virové messengerové RNA na virové bílkoviny musí využívat ribozomy hostitelské buňky. Viry nemohou vytvářet ani uchovávat energii ve formě adenosintrifosfátu (ATP), ale musí získávat energii a všechny ostatní metabolické funkce z hostitelské buňky. Na buňce parazitují také kvůli základním stavebním materiálům, jako jsou aminokyseliny, nukleotidy a lipidy (tuky). Ačkoli se spekuluje, že viry jsou jednou z forem protoživota, jejich neschopnost přežít bez živých organismů činí velmi nepravděpodobným, že by během raného vývoje Země předcházely buněčnému životu. Někteří vědci spekulují, že viry začaly jako nepovolené segmenty genetického kódu, které se přizpůsobily parazitické existenci.

Všechny viry obsahují nukleovou kyselinu, buď DNA, nebo RNA (ale ne obojí), a bílkovinný obal, který nukleovou kyselinu obaluje. Některé viry jsou také obaleny obalem z molekul tuku a bílkovin. V infekční formě, mimo buňku, se virová částice nazývá virion. Každý virion obsahuje alespoň jeden jedinečný protein syntetizovaný specifickými geny v jeho nukleové kyselině. Viroidy (což znamená „virům podobné“) jsou organismy způsobující onemocnění, které obsahují pouze nukleovou kyselinu a nemají žádné strukturní bílkoviny. Jiné virům podobné částice nazývané priony se skládají především z bílkoviny pevně integrované s malou molekulou nukleové kyseliny.

Viry se obecně klasifikují podle organismů, které infikují, tedy podle zvířat, rostlin nebo bakterií. Protože viry nemohou proniknout buněčnými stěnami rostlin, přenáší prakticky všechny rostlinné viry hmyz nebo jiné organismy, které se živí rostlinami. Některé bakteriální viry, jako například bakteriofág T4, mají vyvinutý složitý proces infekce. Virus má „ocásek“, který přichytí k povrchu bakterie pomocí bílkovinných „čepů“. Ocas se smršťuje a chvostová zátka proniká buněčnou stěnou a pod ní ležící membránou a vpravuje do buňky virové nukleové kyseliny. Viry se dále dělí do čeledí a rodů na základě tří strukturních hledisek: 1) typ a velikost jejich nukleové kyseliny, 2) velikost a tvar kapsidy a 3) zda mají lipidový obal obklopující nukleokapsidu (kapsida uzavřená nukleovou kyselinou).

Mezi viry se vyskytují převážně dva druhy tvarů: tyčinky neboli vlákna a koule. Tyčinkový tvar je způsoben lineárním uspořádáním nukleové kyseliny a proteinových podjednotek tvořících kapsidu. Tvar koule je vlastně dvacetiúhelník (ikosaedr).

Podstata virů byla pochopena až ve dvacátém století, ale jejich účinky byly pozorovány po staletí. Britský lékař Edward Jenner dokonce koncem osmnáctého století objevil princip očkování poté, co vypozoroval, že lidé, kteří se nakazili lehkým onemocněním kravskými neštovicemi, jsou obecně imunní vůči smrtelnějšímu onemocnění pravými neštovicemi. Koncem devatenáctého století vědci věděli, že nějaký původce způsobuje onemocnění rostlin tabáku, ale neroste na umělém médiu (jako bakterie) a je příliš malý na to, aby se dal pozorovat světelným mikroskopem. Pokrok v oblasti živých buněčných kultur a mikroskopie ve dvacátém století nakonec vědcům umožnil viry identifikovat. Pokrok v genetice proces identifikace výrazně zlepšil.

• Kapsida – Kapsida je bílkovinný obal, který obklopuje nukleovou kyselinu; s uzavřenou nukleovou kyselinou se nazývá nukleokapsida. Tento obal se skládá z bílkovin uspořádaných do podjednotek známých jako kapsomery. Ty jsou úzce spojeny s nukleovou kyselinou a odrážejí její konfiguraci, buď tyčinkovitou šroubovici, nebo polygonální kouli. Kapsida má tři funkce: 1) chrání nukleovou kyselinu před štěpením enzymy, 2) obsahuje na svém povrchu speciální místa, která umožňují virionu připojit se k hostitelské buňce, a 3) poskytuje proteiny, které umožňují virionu proniknout membránou hostitelské buňky a v některých případech vstříknout infekční nukleovou kyselinu do cytoplazmy buňky. Za správných podmínek si virová RNA v kapalné suspenzi molekul bílkovin sama sestaví kapsidu a stane se funkčním a infekčním virem.

• Obal – Mnoho typů virů má glykoproteinový obal obklopující nukleokapsidu. Obal se skládá ze dvou lipidových vrstev protkaných molekulami bílkovin (lipoproteinová dvojvrstva) a může obsahovat materiál z membrány hostitelské buňky i materiál virového původu. Virus získává lipidové molekuly z buněčné membrány během procesu pučení viru. Virus však nahrazuje proteiny v buněčné membráně svými vlastními proteiny, čímž vytváří hybridní strukturu lipidů buněčného původu a proteinů virového původu. U mnoha virů se na jejich obalech vytvářejí také hroty z glykoproteinu, které jim pomáhají přichytit se na specifické buněčné povrchy.

• Nukleová kyselina – Stejně jako v buňkách je v nukleové kyselině každého viru zakódována genetická informace pro syntézu všech bílkovin. Zatímco u prokaryotických a eukaryotických buněk je za to zodpovědná dvouřetězcová DNA, pouze několik skupin virů využívá DNA. Většina virů udržuje veškerou svou genetickou informaci pomocí jednořetězcové RNA. Existují dva typy virů založených na RNA. U většiny z nich se genomická RNA označuje jako plusové vlákno, protože funguje jako messengerová RNA pro přímou syntézu (translaci) virového proteinu. Několik virů však má negativní vlákna RNA. V těchto případech má virion enzym zvaný RNA-dependentní RNA polymeráza (transkriptáza), který musí nejprve katalyzovat produkci komplementární messengerové RNA z genomové RNA virionu, než může dojít k syntéze virového proteinu.

Virus chřipky (influenza) – Chřipka neboli „chřipka“ je vedle běžného nachlazení snad nejznámější respirační infekcí na světě. Jen ve Spojených státech se každoročně nakazí chřipkou přibližně 25 až 50 milionů lidí. Příznaky chřipky jsou podobné příznakům běžného nachlazení, ale bývají závažnější. Horečka, bolest hlavy, únava, svalová slabost a bolest, bolest v krku, suchý kašel a rýma nebo ucpaný nos jsou běžné a mohou se rychle rozvinout. Gastrointestinální příznaky spojené s chřipkou se někdy vyskytují u dětí, ale u většiny dospělých nejsou onemocnění projevující se průjmem, nevolností a zvracením způsobena virem chřipky, i když jsou často nepřesně označována jako „střevní chřipka“. V souvislosti s chřipkou se může vyskytnout také řada komplikací, jako je vznik bronchitidy a zápalu plic, které se vyskytují zejména u starších osob, malých dětí a všech osob s potlačeným imunitním systémem.

Virus lidské imunitní nedostatečnosti (HIV) – Virus HIV byl poprvé izolován v roce 1983 Robertem Gallem ze Spojených států a francouzským vědcem Lucem Montagnierem. Od té doby bylo provedeno obrovské množství výzkumů zaměřených na původce AIDS a bylo získáno mnoho poznatků o struktuře viru a jeho typickém průběhu. HIV patří do skupiny atypických virů zvaných retroviry, které uchovávají svou genetickou informaci ve formě ribonukleové kyseliny (RNA). Pomocí enzymu známého jako reverzní transkriptáza jsou HIV a další retroviry schopny vytvářet deoxyribonukleovou kyselinu (DNA) z RNA, zatímco většina buněk provádí opačný proces, přepis genetického materiálu DNA do RNA. Aktivita enzymu umožňuje, aby se genetická informace HIV trvale integrovala do genomu (chromozomů) hostitelské buňky.