Expresii moleculare Biologie celulară: Structura virusului

Virusurile nu sunt plante, animale sau bacterii, dar ele sunt paraziții prin excelență ai regnurilor vii. Deși pot părea organisme vii datorită capacităților lor prodigioase de reproducere, virușii nu sunt organisme vii în sensul strict al cuvântului.

Fără o celulă gazdă, virușii nu-și pot îndeplini funcțiile de susținere a vieții sau se pot reproduce. Ele nu pot sintetiza proteine, deoarece nu au ribozomi și trebuie să folosească ribozomii celulelor gazdă pentru a traduce ARN-ul mesager viral în proteine virale. Virusurile nu pot genera sau stoca energie sub formă de adenozin trifosfat (ATP), ci trebuie să își obțină energia, precum și toate celelalte funcții metabolice, de la celula gazdă. De asemenea, parazitează celula pentru a obține materiale de construcție de bază, cum ar fi aminoacizi, nucleotide și lipide (grăsimi). Deși s-a speculat că virușii ar fi o formă de protolifață, incapacitatea lor de a supraviețui fără organisme vii face foarte puțin probabil ca aceștia să fi precedat viața celulară în timpul evoluției timpurii a Pământului. Unii oameni de știință speculează că virușii au pornit ca segmente nepotrivite de cod genetic care s-au adaptat la o existență parazitară.

Toate virusurile conțin acid nucleic, fie ADN, fie ARN (dar nu ambele), și un înveliș proteic, care înglobează acidul nucleic. Unii viruși sunt, de asemenea, înconjurați de un înveliș format din molecule de grăsime și proteine. În forma sa infecțioasă, în afara celulei, o particulă de virus se numește virion. Fiecare virion conține cel puțin o proteină unică sintetizată de gene specifice din acidul său nucleic. Viroizii (care înseamnă „asemănător cu un virus”) sunt organisme care cauzează boli și care conțin doar acid nucleic și nu au proteine structurale. Alte particule asemănătoare virusurilor, numite prioni, sunt compuse în principal dintr-o proteină strâns integrată cu o mică moleculă de acid nucleic.

Virusurile sunt în general clasificate în funcție de organismele pe care le infectează, animale, plante sau bacterii. Deoarece virusurile nu pot penetra pereții celulari ai plantelor, practic toate virusurile plantelor sunt transmise de insecte sau alte organisme care se hrănesc cu plante. Anumite virusuri bacteriene, cum ar fi bacteriofagul T4, au dezvoltat un proces elaborat de infectare. Virusul are o „coadă” pe care o atașează de suprafața bacteriei prin intermediul unor „ace” proteice. Coada se contractă, iar fișa cozii pătrunde în peretele celular și în membrana subiacentă, injectând acizii nucleici virali în celulă. Virusurile sunt clasificate în continuare în familii și genuri pe baza a trei considerente structurale: 1) tipul și mărimea acidului lor nucleic, 2) mărimea și forma capsidei și 3) dacă au un înveliș lipidic care înconjoară nucleocapsida (acidul nucleic închis în capsidă).

Există predominant două tipuri de forme întâlnite printre virusuri: tije, sau filamente, și sfere. Forma de tijă se datorează aranjamentului liniar al acidului nucleic și al subunităților proteice care alcătuiesc capsida. Forma de sferă este de fapt un poligon cu 20 de laturi (icosaedru).

Natura virusurilor nu a fost înțeleasă până în secolul al XX-lea, dar efectele lor au fost observate de secole. Medicul britanic Edward Jenner a descoperit chiar principiul inoculării la sfârșitul secolului al XVIII-lea, după ce a observat că persoanele care au contractat boala ușoară a variolei erau în general imune la boala mai mortală a variolei. La sfârșitul secolului al XIX-lea, oamenii de știință știau că un anumit agent provoca o boală a plantelor de tutun, dar nu se dezvolta pe un mediu artificial (precum bacteriile) și era prea mic pentru a putea fi observat la microscopul de lumină. Progresele din secolul XX în domeniul culturilor de celule vii și al microscopiei au permis în cele din urmă oamenilor de știință să identifice virușii. Progresele în domeniul geneticii au îmbunătățit dramatic procesul de identificare.

• Capsidă – Capsida este învelișul proteic care înconjoară acidul nucleic; cu acidul nucleic închis, se numește nucleocapsidă. Acest înveliș este compus din proteine organizate în subunități cunoscute sub numele de capsomeri. Acestea sunt strâns asociate cu acidul nucleic și reflectă configurația acestuia, fie un helix în formă de tijă, fie o sferă în formă de poligon. Capsida are trei funcții: 1) protejează acidul nucleic împotriva digerării de către enzime, 2) conține situsuri speciale pe suprafața sa care permit virionului să se atașeze la o celulă gazdă și 3) furnizează proteine care permit virionului să penetreze membrana celulei gazdă și, în unele cazuri, să injecteze acidul nucleic infecțios în citoplasma celulei. În condiții adecvate, ARN-ul viral într-o suspensie lichidă de molecule proteice va autoasambla o capsidă pentru a deveni un virus funcțional și infecțios.

• Înveliș – Multe tipuri de virusuri au un înveliș glicoproteic care înconjoară nucleocapsida. Învelișul este compus din două straturi lipidice intercalate cu molecule de proteine (bistrat lipoproteic) și poate conține material din membrana unei celule gazdă, precum și de origine virală. Virusul obține moleculele lipidice din membrana celulară în timpul procesului de înmugurire virală. Cu toate acestea, virusul înlocuiește proteinele din membrana celulară cu propriile proteine, creând o structură hibridă de lipide provenite din celulă și proteine provenite din virus. Multe virusuri dezvoltă, de asemenea, pe învelișurile lor vârfuri formate din glicoproteine care le ajută să se atașeze la suprafețe celulare specifice.

• Acidul nucleic – La fel ca în celule, acidul nucleic al fiecărui virus codifică informația genetică pentru sinteza tuturor proteinelor. În timp ce ADN-ul bicatenar este responsabil pentru acest lucru în celulele procariote și eucariote, doar câteva grupuri de virusuri folosesc ADN-ul. Majoritatea virusurilor își păstrează toate informațiile genetice cu ajutorul ARN-ului monocatenar. Există două tipuri de virusuri bazate pe ARN. La cei mai mulți, ARN-ul genomic este denumit ARN plus, deoarece acționează ca ARN mesager pentru sinteza directă (traducere) a proteinei virale. Cu toate acestea, câțiva au un ARN cu catenă negativă. În aceste cazuri, virionul are o enzimă, numită ARN-polimerază ARN-dependentă (transcriptază), care trebuie mai întâi să catalizeze producerea de ARN mesager complementar din ARN genomic al virionului înainte de a putea avea loc sinteza proteinei virale.

Virusul influenței (gripei) – Alături de răceala comună, gripa sau „gripa” este probabil cea mai cunoscută infecție respiratorie din lume. Numai în Statele Unite, aproximativ 25 până la 50 de milioane de persoane contractează gripa în fiecare an. Simptomele gripei sunt similare cu cele ale răcelii comune, dar tind să fie mai severe. Febră, dureri de cap, oboseală, slăbiciune și dureri musculare, dureri în gât, tuse uscată și nas curbat sau înfundat sunt frecvente și se pot dezvolta rapid. Simptomele gastrointestinale asociate cu gripa sunt uneori resimțite de copii, dar pentru majoritatea adulților, bolile care se manifestă prin diaree, greață și vărsături nu sunt cauzate de virusul gripal, deși sunt adesea denumite în mod incorect „gripă stomacală”. O serie de complicații, cum ar fi apariția bronșitei și a pneumoniei, pot apărea, de asemenea, în asociere cu gripa și sunt deosebit de frecvente în rândul persoanelor în vârstă, al copiilor mici și al oricărei persoane cu un sistem imunitar suprimat.

Virusul imunodeficienței umane (HIV) – Virusul responsabil pentru HIV a fost izolat pentru prima dată în 1983 de Robert Gallo din Statele Unite și de cercetătorul francez Luc Montagnier. De atunci, s-a efectuat o cantitate enormă de cercetări axate pe agentul cauzal al SIDA și s-au învățat multe despre structura virusului și despre modul său tipic de acțiune. HIV face parte dintr-un grup de virusuri atipice numite retrovirusuri care își păstrează informația genetică sub formă de acid ribonucleic (ARN). Prin utilizarea unei enzime cunoscute sub numele de transcriptază inversă, HIV și alte retrovirusuri sunt capabile să producă acid dezoxiribonucleic (ADN) din ARN, în timp ce majoritatea celulelor realizează procesul opus, transcriind materialul genetic din ADN în ARN. Activitatea enzimei permite ca informația genetică a HIV să se integreze permanent în genomul (cromozomii) unei celule gazdă.