Molekuláris kifejezések sejtbiológia: Vírusok szerkezete

A vírusok nem növények, állatok vagy baktériumok, hanem az élővilág parazitáinak kvintesszenciája. Bár bámulatos szaporodási képességeik miatt élő szervezeteknek tűnhetnek, a vírusok a szó szoros értelmében nem élő szervezetek.

Gazdasejt nélkül a vírusok nem képesek életfenntartó funkcióikat ellátni és szaporodni. Nem tudnak fehérjéket szintetizálni, mivel nincsenek riboszómáik, és a gazdasejtek riboszómáit kell használniuk a vírus hírvivő RNS vírusfehérjékké történő lefordításához. A vírusok nem képesek energiát előállítani vagy tárolni adenozin-trifoszfát (ATP) formájában, hanem energiájukat és minden más anyagcsere-funkciójukat a gazdasejtből kell nyerniük. Alapvető építőanyagokért, például aminosavakért, nukleotidokért és lipidekért (zsírokért) is élősködnek a sejtben. Bár a vírusokról azt feltételezik, hogy a protolife egy formája, de mivel nem képesek élő szervezetek nélkül életben maradni, nagyon valószínűtlenné teszik, hogy a Föld korai evolúciója során megelőzték a sejtes életet. Egyes tudósok úgy vélik, hogy a vírusok a genetikai kód elszabadult szegmenseiként indultak, amelyek alkalmazkodtak a parazita léthez.

Minden vírus tartalmaz nukleinsavat, vagy DNS-t vagy RNS-t (de nem mindkettőt), és egy fehérjeburkot, amely a nukleinsavat burkolja. Egyes vírusokat zsír- és fehérjemolekulákból álló burok is körülveszi. Fertőző formájában, a sejten kívül, a vírusrészecskét virionnak nevezzük. Minden egyes virion legalább egy egyedi fehérjét tartalmaz, amelyet a nukleinsavában található specifikus gének szintetizálnak. A viroidok (jelentése “vírusszerű”) olyan betegséget okozó organizmusok, amelyek csak nukleinsavat tartalmaznak, és nincsenek szerkezeti fehérjéik. Más vírusszerű részecskék, az úgynevezett prionok elsősorban egy fehérjéből állnak, amely szorosan integrálódik egy kis nukleinsavmolekulával.

A vírusokat általában az általuk megfertőzött szervezetek, állatok, növények vagy baktériumok szerint osztályozzák. Mivel a vírusok nem képesek áthatolni a növényi sejtfalakon, gyakorlatilag az összes növényi vírust rovarok vagy más, növényekkel táplálkozó szervezetek terjesztik. Egyes bakteriális vírusok, mint például a T4 bakteriofág, bonyolult fertőzési folyamatot fejlesztettek ki. A vírusnak van egy “farka”, amelyet fehérjeszerű “csapok” segítségével rögzít a baktérium felszínéhez. A farok összehúzódik, és a farokdugó behatol a sejtfalba és az alatta lévő membránba, befecskendezve a vírus nukleinsavakat a sejtbe. A vírusokat három szerkezeti szempont alapján családokba és nemzetségekbe sorolják tovább: 1) a nukleinsavuk típusa és mérete, 2) a kapszid mérete és alakja, valamint 3) az, hogy van-e a nukleokapszidot (a kapszidba zárt nukleinsav) körülvevő lipidburkolatuk.

A vírusok között túlnyomórészt kétféle alakot találunk: rudakat vagy filamentumokat és gömböket. A rúd alak a nukleinsav és a kapszidot alkotó fehérje alegységek lineáris elrendezésének köszönhető. A gömb alak valójában egy 20 oldalú sokszög (ikozaéder).

A vírusok természetét csak a huszadik században értették meg, de hatásukat már évszázadok óta megfigyelték. Edward Jenner brit orvos még az oltás elvét is felfedezte a tizennyolcadik század végén, miután megfigyelte, hogy az enyhe tehénhimlő betegséget elkapó emberek általában immunisak a halálosabb himlőbetegségre. A tizenkilencedik század végére a tudósok már tudták, hogy valamilyen kórokozó okozza a dohánynövények megbetegedését, de mesterséges táptalajon (mint a baktériumok) nem nő, és túl kicsi ahhoz, hogy fénymikroszkóppal látható legyen. A huszadik században az élő sejttenyésztés és a mikroszkópia fejlődése végül lehetővé tette a tudósok számára a vírusok azonosítását. A genetika fejlődése drámaian javította az azonosítási folyamatot.

• Kapszid – A kapszid a nukleinsavat körülvevő fehérjeburok; a benne lévő nukleinsavval együtt nukleokapszidnak nevezik. Ez a burok kapszomereknek nevezett alegységekbe szervezett fehérjékből áll. Ezek szorosan kapcsolódnak a nukleinsavhoz, és tükrözik annak konfigurációját, amely vagy egy rúd alakú spirál, vagy egy sokszög alakú gömb. A kapszidnak három funkciója van: 1) megvédi a nukleinsavat az enzimek általi emésztéstől, 2) speciális helyeket tartalmaz a felszínén, amelyek lehetővé teszik a virion számára a gazdasejthez való kapcsolódást, és 3) olyan fehérjéket biztosít, amelyek lehetővé teszik a virion számára, hogy áthatoljon a gazdasejt membránján, és bizonyos esetekben a fertőző nukleinsavat a sejt citoplazmájába juttassa. Megfelelő körülmények között a fehérjemolekulák folyékony szuszpenziójában lévő vírus-RNS önmagától összeállítja a kapszidot, hogy funkcionális és fertőző vírussá váljon.

• Burok – Sok vírustípusnak van egy glikoprotein-burokja, amely körülveszi a nukleokapszidot. A burok két, fehérjemolekulákkal átszőtt lipidrétegből áll (lipoprotein kettősréteg), és tartalmazhat a gazdasejt membránjából származó és a vírus eredetű anyagot is. A vírus a lipidmolekulákat a sejtmembránból szerzi be a vírus bimbózási folyamata során. A vírus azonban a sejtmembránban lévő fehérjéket saját fehérjéivel helyettesíti, létrehozva ezzel a sejtből származó lipidek és a vírusból származó fehérjék hibrid szerkezetét. Sok vírus glikoproteinből álló tüskéket is fejleszt a burkán, amelyek segítik őket a specifikus sejtfelületekhez való kapcsolódásban.

• Nukleinsav – Akárcsak a sejtekben, minden vírus nukleinsava kódolja az összes fehérje szintéziséhez szükséges genetikai információt. Míg a prokarióta és eukarióta sejtekben a kettős szálú DNS felelős ezért, addig a vírusoknak csak néhány csoportja használja a DNS-t. A legtöbb vírus az összes genetikai információt az egyszálú RNS-szel tartja fenn. Az RNS-alapú vírusoknak két típusa van. A legtöbbnél a genomiális RNS-t plusz szálnak nevezik, mert hírvivő RNS-ként működik a vírusfehérje közvetlen szintéziséhez (transzlációjához). Néhánynak azonban negatív RNS-szála van. Ezekben az esetekben a virionban van egy RNS-függő RNS-polimeráznak (transzkriptáznak) nevezett enzim, amelynek először katalizálnia kell a komplementer hírvivő RNS előállítását a virion genomi RNS-ből, mielőtt a vírusfehérje szintézise megtörténhetne.

Az influenza (influenza) vírus – A nátha mellett az influenza vagy “influenza” talán a legismertebb légúti fertőzés a világon. Csak az Egyesült Államokban évente körülbelül 25-50 millió ember betegszik meg influenzában. Az influenza tünetei hasonlóak a náthához, de általában súlyosabbak. Láz, fejfájás, fáradtság, izomgyengeség és -fájdalom, torokfájás, száraz köhögés és orrfolyás vagy orrdugulás gyakoriak, és gyorsan kialakulhatnak. Az influenzával összefüggő gyomor-bélrendszeri tünetek néha gyermekeknél jelentkeznek, de a legtöbb felnőtt esetében a hasmenésben, hányingerben és hányásban megnyilvánuló betegségeket nem az influenzavírus okozza, bár gyakran pontatlanul “gyomor-influenzának” nevezik. Számos szövődmény, például a hörghurut és a tüdőgyulladás kialakulása is előfordulhat az influenzával együtt, és különösen gyakori az idősek, a kisgyermekek és az elnyomott immunrendszerrel rendelkezők körében.

A humán immunhiány vírusa (HIV) – A HIV vírusért felelős vírust először 1983-ban izolálta az amerikai Robert Gallo és a francia tudós Luc Montagnier. Azóta óriási mennyiségű, az AIDS kórokozójára összpontosító kutatást végeztek, és sokat megtudtak a vírus szerkezetéről és jellegzetes lefolyásáról. A HIV a retrovirusoknak nevezett atipikus vírusok csoportjába tartozik, amelyek genetikai információjukat ribonukleinsav (RNS) formájában tartják fenn. A HIV és más retrovírusok egy reverz transzkriptáz nevű enzim segítségével képesek RNS-ből dezoxiribonukleinsavat (DNS) előállítani, míg a legtöbb sejt az ellenkező folyamatot végzi, a DNS genetikai anyagát RNS-re írja át. Az enzim aktivitása teszi lehetővé, hogy a HIV genetikai információja tartósan beépüljön a gazdasejt genomjába (kromoszómáiba).