Poliomyelitida, vzteklina, neštovice, herpes, syndrom získané lidské imunodeficience jsou každému známé nemoci, které jsou způsobeny velmi specifickými patogeny. Organismy, které stojí na pomezí mezi živými a neživými, obligátní (povinní) buněční parazité – viry. Morfologie, fyziologie a jejich samotná existence na planetě dnes vyvolává mnoho otázek.
Virologie: Začínáme
Dějištěm je laboratoř botanické zahrady Nikitského při Ruské akademii věd, kde biolog Dmitrij Iosifovič Ivanovskij (1864-1920) studuje záhadnou mozaikovou chorobu tabáku. Původce choroby v rostlině prochází nejmenšími bakteriálními filtry, neroste na živných půdách a nevykazuje příznaky, když jsou zdravé rostliny infikovány filtráty z nemocných.
Tehdy, v roce 1892, vědec dospěl k závěru, že se nejedná o bakterie. A nazývá patogen viry (z latinského virus,- já). Dmitrij Ivanovskij se celý život snažil vidět viry, ale my jsme viděli morfologii virů ve 30. letech 20. století, kdy byly vynalezeny elektronové mikroskopy.
Ale právě toto datum je považováno za počátek vědy o virologii a Dmitrij Ivanovskij je jejím zakladatelem.
Úžasné království
Morfologie a fyziologie virů jsou tak úžasné, že jsou tyto organismy izolovány v nezávislém království Vira. Tato nejjednodušší forma života má mikroskopické rozměry (od 25 do 250 nanometrů) a jedná se o nukleovou kyselinu se sadou genů uzavřených ve skořápce. Jedná se o parazity, kteří se mohou množit pouze v buňkách jiných živých organismů - rostlin, hub, zvířat, bakterií a dokonce i jiných virů (satelitních virů).
Rozlišovací znaky virů jsou následující:
- Obsahují pouze jeden typ nukleové kyseliny (RNA nebo DNA).
- V morfologii virů chybí systémy syntetizující proteiny a energetické systémy.
- Nemají buněčnou strukturu.
- Virový parazitismus je realizován na genetické úrovni.
- Procházejí bakteriálními filtry a nejsou kultivovány na umělých médiích.
Součást organického světa planety
Viry jako obligátní parazité mají jasnou genetickou souvislost se zástupci jak flóry, tak fauny Země. Navíc podle nedávných studií tvoří 32 % lidského genomu prvky podobné virůmstruktury.
K dnešnímu dni bylo popsáno více než 6 000 virů, ale odhaduje se, že jich je více než sto milionů. Jedná se o nejpočetnější biologickou formu na planetě a je zastoupena ve všech ekosystémech (všudypřítomné (všudypřítomné) rozšíření).
Jejich dnešní podoba na planetě není jasná. Jedna věc je známá - když se objevily první buněčné formy života, viry již existovaly.
Živý a neživý
Tyto úžasné organismy mají dvě formy své existence, které se od sebe výrazně liší.
Vně buňky je formou jejich existence virion. Když se dostane do buňky, její obaly se rozpustí a nukleové kyseliny viru se začlení do genetického materiálu hostitele. Tehdy mluvíme o virové infekci. Genom viru se integruje do přirozených replikačních mechanismů genomu hostitelské buňky a spustí řetězec reakcí, které provedou jeho parazitickou existenci.
Virion je v podstatě neživá součást života. A genom viru v buňce je jeho živou součástí, protože tam se viry množí.
Morfologie a ultrastruktura virů
V této souvislosti mluvíme o virionu - extracelulární formě.
Velikost virionů se měří v nanometrech - 10-9 metrů. Chřipkové viry jsou středně velké - 80-120 nanometrů a virus neštovic je obří s rozměry 400 nanometrů.
Struktura a morfologie virů je podobná astronautům. Uvnitř kapsidy (proteinový obal, někdyobsahující tuky a sacharidy), jako ve "skafandru", je nejcennější část - nukleové kyseliny, genom viru. Navíc je tento „kosmonaut“také prezentován v minimálním množství – pouze přímo dědičný materiál a minimum enzymů pro jeho replikaci (kopírování).
Navenek může být „oblek“tyčovitý, kulovitý, kulovitý, ve tvaru složitého dvacetistěnu nebo nemusí mít vůbec pravidelný tvar. Závisí na přítomnosti specifických proteinů v kapsidě, které jsou zodpovědné za pronikání viru do buňky.
Jak patogen vstupuje do těla hostitele
Existuje mnoho způsobů, jak proniknout, ale nejběžnější je vzduch. Myriády drobných částeček jsou vymrštěny do vesmíru nejen při kašlání nebo kýchání, ale jednoduše při dýchání.
Další způsob, jak viriony vstoupit do těla, je nakažlivý (přímý fyzický kontakt). Tato metoda je vlastní poměrně malé skupině patogenů, takto se přenáší herpes, pohlavní infekce, AIDS.
Metoda infekce prostřednictvím vektoru, kterým mohou být různé skupiny organismů, je poměrně komplikovaná. Vektor, který získal patogen z rezervoáru infekce, se stává místem, kde se viry replikují nebo procházejí vývojovými stádii. Virus vztekliny je přesně takový patogen.
Co se děje v těle hostitele
Pomocí vnějších proteinů kapsidy se virus přichytí na buněčnou membránu a proniká endocytózou. Oni jsouse dostanou do lysozomů, kde se působením enzymů zbaví „skafandru“. A nukleové kyseliny patogenu vstupují do jádra nebo zůstávají v cytoplazmě.
Nukleové kyseliny patogenu jsou zabudovány do řetězců nukleových kyselin hostitele a je spuštěna reakce replikace (kopírování) dědičné informace. Když se v buňce nahromadí dostatečné množství virových částic, viriony využívají energetické a plastové mechanismy a zdroje hostitele.
Poslední fází je uvolnění virionů z buňky. Některé viry vedou k úplné destrukci buněk a vstupují do mezibuněčného prostoru, jiné do něj pronikají exocytózou nebo pučením.
Strategie patogenů
Interakce mezi virem a hostitelskou buňkou se může vyvinout podle několika scénářů. Jeho hlavním rysem je stupeň autonomie parazita.
Struktura Morfologie virů vede k úplné závislosti patogenu na energetickém a proteinosyntetickém potenciálu buňky, jedinou podmínkou je, že replikuje své nukleové kyseliny podle vlastního rozvrhu. Taková interakce se nazývá produktivní (pro virus je přirozená, ale pro buňku ne). Po vyčerpání zásob buňky vede virus k její smrti.
Další typ interakce je konsensuální. V tomto případě se virový genom integrovaný do hostitelského genomu kovalentně replikuje s vlastními nukleovými kyselinami buňky. A pak se vývoj scénáře může ubírat dvěma směry. Virus se chová tiše a neprojevuje se. Mladé viriony odcházejíbuňka pouze za určitých podmínek. Nebo geny patogenů neustále pracují a produkují velké množství mladé generace, ale buňka nezemře, ale opustí ji exocytózou.
Potíže v taxonomii
Klasifikace a morfologie virů se v různých zdrojích liší. Současně se k jejich klasifikaci používají následující vlastnosti:
- Typ nukleové kyseliny (obsahující RNA a obsahující DNA) a způsob její replikace. Nejběžnější klasifikace virů navržená americkým virologem Davidem B altimorem v roce 1971.
- Morfologie a struktura viru (jednovláknový, dvouvláknový, lineární, kruhový, fragmentovaný, nefragmentovaný).
- Rozměry, typ symetrie, počet kapsomer.
- Přítomnost superkapsidy (vnější obal).
- Antigenní vlastnosti.
- Typ genetické interakce.
- Okruh potenciálních hostitelů.
- Lokalizace v hostitelské buňce – v jádře nebo v cytoplazmě.
Výběr hlavního kritéria a morfologie virů určuje různé přístupy ke klasifikaci virů v mikrobiologii. Není to úplně jednoduché. Potíž spočívá v tom, že morfologii a strukturu viru začínáme studovat teprve tehdy, když vedou k patologickým procesům.
Vybíravý a ne tak dobrý
Podle výběru hostitele jsou tyto patogeny extrémně rozmanité ve svých preferencích. Některé napadají pouze jeden biologický druh – mají velmi přísnou „registraci“. Například jístchřipkové viry koček, racků, prasat, které jsou pro ostatní zvířata zcela bezpečné. Někdy je specializace překvapivá - bakteriofágový virus P-17 infikuje pouze samce jedné odrůdy E. coli.
Jiné viry se chovají zcela jinak. Například viry ve tvaru kulky, jejichž morfologie je podobná kulce, způsobují zcela jiná onemocnění a zároveň je jejich spektrum hostitelů extrémně široké. Mezi takové viry patří virus vztekliny, který infikuje všechny savce, nebo virus vezikulární stomatitidy skotu (mimochodem přenášený hmyzem).
Existují další nuance. Viry s ocasem (viriony) většinou napadají bakteriální buňky, vláknité nebo spirálovité jsou parazity rostlin a v živočišných buňkách s větší pravděpodobností parazitují viry s komplexní kapsidou a mnohostrannou virionovou formou.
