Virus

Genom

Genomická rozmanitost virů
Majetek	Parametry
Nukleová kyselina	RNA DNA RNA i DNA (v různých fázích životního cyklu)
Tvar	Lineární Kruhový Segmentované
Strandedness	Jednovláknové Dvouvláknové Dvouvláknové s jednovláknovými oblastmi
Smysl	Pozitivní smysl (+) Záporný smysl (-) Ambisense (+/-)

Viry mají mnoho genomických struktur. Jako skupina mají větší strukturní genomickou rozmanitost než rostliny, živočichové, archea nebo bakterie. Existují miliony různých typů virů, ale pouze asi 5 000 z nich bylo podrobně popsáno. ⁴⁹

Virus má buď RNA, nebo DNA geny a nazývá se RNA virus, resp. DNA virus. Převážná většina virů má genom RNA. Rostlinné viry mají obvykle jednořetězcové genomy RNA a bakteriofágy mají obvykle dvouřetězcové genomy DNA. ^96/99

Replikační cyklus viru: 1-Připojení, 2-Penetrace, 3-Navrstvení, 4-Syntéza (4a-Transkripce, 4b-Translace, 4c-Replikace genomu), 5-Sestavení, 6-Uvolnění.

Replikační cyklus

Virové populace nerostou buněčným dělením, protože nemají buňky. Namísto toho využívají mechanismus a metabolismus hostitelské buňky k produkci mnoha svých kopií a v buňce se shromažďují (skládají).

Životní cyklus virů se u jednotlivých druhů značně liší, ale existuje šest základních fází životního cyklu virů:^75/91

• Připojení je specifická vazba mezi virovými kapsidovými proteiny a specifickými receptory na povrchu hostitelské buňky.
• Průnik následuje po připojení: Viriony (jednotlivé částice viru) vstupují do hostitelské buňky prostřednictvím endocytózy zprostředkované receptory nebo fúzí s membránou. Tento proces se často nazývá vstup viru.
  Infekce rostlinných a houbových buněk se liší od infekce živočišných buněk. Rostliny mají pevnou buněčnou stěnu z celulózy a houby z chitinu. To znamená, že většina virů se do těchto buněk může dostat pouze násilím. ⁷⁰ Příkladem může být: virus cestuje na hmyzím přenašeči, který se živí rostlinnou šťávou. Poškození buněčných stěn by viru umožnilo dostat se dovnitř.
  Bakterie, stejně jako rostliny, mají silné buněčné stěny, přes které se virus musí dostat, aby buňku infikoval. Bakteriální buněčné stěny jsou však mnohem tenčí než buněčné stěny rostlin a některé viry mají mechanismy, které vpravují svůj genom do bakteriální buňky přes buněčnou stěnu, zatímco virová kapsida zůstává vně. ⁷¹
• Odstranění povlaku je proces, při kterém se odstraní virová kapsida: Může se jednat o degradaci virovými enzymy nebo enzymy hostitele nebo o prostou disociaci; konečným výsledkem je uvolnění virové nukleové kyseliny.
• Replikace virů zahrnuje množení genomu. To obvykle vyžaduje produkci virové messengerové RNA (mRNA) z "raných" genů. U složitých virů s většími genomy může následovat jedno nebo více dalších kol syntézy mRNA: "pozdní" genová exprese strukturních nebo virionových proteinů.
• Po samosložení virových částic zprostředkovaném strukturou často dochází k určité modifikaci proteinů. U virů, jako je HIV, dochází k této modifikaci (někdy nazývané zrání) po uvolnění viru z hostitelské buňky.
• Viry se mohou z hostitelské buňky uvolnit lýzou, což je proces, při kterém dojde k usmrcení buňky protržením její membrány a buněčné stěny. To je vlastnost mnoha bakteriálních a některých živočišných virů.
  U některých virů je virový genom umístěn genetickou rekombinací na určité místo v chromozomu hostitele. Virový genom se pak nazývá "provirus" nebo v případě bakteriofágů "profág". ⁶⁰
  Kdykoli se hostitel dělí, replikuje se i virový genom. Virový genom je v hostiteli většinou němý; v určitém okamžiku však může provirus nebo profág dát vzniknout aktivnímu viru, který může hostitelské buňky
  lyzovat. ^{kapitola 15}
  Obalené viry (např. HIV) se obvykle uvolňují z hostitelské buňky poté, co virus získá svůj obal. Obal je modifikovaná část plazmatické membrány hostitele. ^185/7

Genetický materiál a replikace

Genetický materiál uvnitř virových částic a způsob jeho replikace se u různých typů virů značně liší.

RNA viry

Replikace obvykle probíhá v cytoplazmě. RNA viry lze rozdělit do čtyř různých skupin podle způsobu replikace. Všechny RNA viry používají k vytváření kopií svých genomů vlastní enzymy RNA replikázy. ⁷⁹

DNA viry

Replikace genomu většiny DNA virů probíhá v jádře buňky. Většina DNA virů je zcela závislá na syntéze DNA a RNA v hostitelské buňce a na zpracování RNA. Viry s většími genomy mohou většinu těchto mechanismů kódovat samy. U eukaryot musí virový genom proniknout přes jadernou membránu buňky, aby se k těmto mechanismům dostal, zatímco u bakterií stačí, aby vstoupil do buňky. ⁵⁴⁷⁸

Reverzní transkripce virů

Viry s RNA genomem (retroviry), které se replikují pomocí reverzní transkripce, používají k replikaci meziprodukt DNA. Viry s genomy DNA (pararetroviry) používají při replikaci genomu meziprodukt RNA. Jsou citlivé na antivirové léky, které inhibují enzym reverzní transkriptázu. Příkladem prvního typu je HIV, který je retrovirus. Příkladem druhého typu je čeleď Hepadnaviridae, do které patří virus hepatitidy B. ^88/9

Tato falešně barevná transmisní elektronová mikrofotografie zobrazuje ultrastrukturální detaily částice chřipkového viru neboli "virionu". Virus chřipky je jednořetězcová RNA.

Obranné mechanismy hostitele

Vrozený imunitní systém

První obrannou linií těla proti virům je vrozený imunitní systém. Ten má buňky a další mechanismy, které brání hostitele před jakoukoli infekcí. Buňky vrozeného systému rozpoznávají patogeny a reagují na ně obecným způsobem.

Interference RNA je důležitou vrozenou obranou proti virům. Mnoho virů má replikační strategii, která zahrnuje dvouvláknovou RNA (dsRNA). Když takový virus infikuje buňku, uvolní svou molekulu RNA. Na tu se nalepí proteinový komplex zvaný dicer a rozřeže RNA na kousky. Poté se spustí biochemická dráha zvaná komplex RISC. Ten napadne virovou mRNA a buňka infekci přežije.

Rotaviry se tomu vyhýbají tím, že se uvnitř buňky zcela nerozbalují a uvolňují nově vytvořenou mRNA póry ve vnitřní kapsidě částice. Genomická dsRNA zůstává chráněna uvnitř jádra virionu.

Produkce interferonu je důležitým obranným mechanismem hostitele. Jedná se o hormon, který tělo produkuje při výskytu virů. Jeho úloha v imunitě je komplexní; nakonec zastaví množení virů tím, že zabije infikovanou buňku a její blízké sousedy.

Adaptivní imunitní systém

Obratlovci mají druhý, specifičtější imunitní systém. Nazývá se adaptivní imunitnísystém. Když se setká s virem, vytvoří specifické protilátky, které se na virus naváží a učiní ho neinfekčním. Důležité jsou dva typy protilátek.

První z nich, nazývaný IgM, je vysoce účinný při neutralizaci virů, ale buňky imunitního systému jej produkují pouze několik týdnů. Druhý, nazývaný IgG, je produkován po neomezenou dobu. Přítomnost IgM v krvi hostitele se používá k testování akutní infekce, zatímco IgG ukazuje na infekci někdy v minulosti. Protilátky IgG se měří při testech imunity.

Další obranou obratlovců proti virům je imunita zprostředkovaná buňkami. Zapojují se do ní imunitní buňky známé jako T-lymfocyty. Tělesné buňky neustále zobrazují krátké fragmenty svých proteinů na povrchu buňky, a pokud zde T-buňka rozpozná podezřelý virový fragment, je hostitelská buňka zničena zabíjejícími T-buňkami a T-buňky specifické pro virus se množí. Buňky, jako jsou makrofágy, jsou specialisty na tuto prezentaci antigenů.

Obcházení imunitního systému

Ne všechny virové infekce vyvolávají ochrannou imunitní odpověď. Tyto perzistentní viry se vyhýbají imunitní kontrole sekvestrací (skrýváním), blokováním prezentace antigenu, rezistencí vůči cytokinům, vyhýbáním se aktivitě přirozených zabíječských buněk, únikem před apoptózou (buněčnou smrtí) a antigenním posunem (změnou povrchových proteinů). HIV uniká imunitnímu systému neustálou změnou aminokyselinové sekvence proteinů na povrchu virionu. Jiné viry, tzv. neurotropní viry, se pohybují po nervech do míst, kam se imunitní systém nedostane.

Dva rotaviry: ten vpravo je potažen protilátkami, které mu brání přichytit se na buňky a infikovat je.

Evoluce

Viry nepatří do žádné ze šesti říší. Nesplňují všechny požadavky pro zařazení mezi živé organismy, protože jsou aktivní až v okamžiku infekce. To je však pouze slovní poznámka.

Je zřejmé, že jejich struktura a způsob fungování znamená, že se vyvinuly z jiných živých organismů, a ke ztrátě normální struktury dochází u mnoha endoparazitů. Původ virů v evoluční historii života je nejasný: některé se mohly vyvinout z plazmidů - kousků DNA, které se mohou pohybovat mezi buňkami - zatímco jiné se mohly vyvinout z bakterií. V evoluci jsou viry důležitým prostředkem horizontálního přenosu genů, který zvyšuje genetickou rozmanitost.

Nedávné objevy

V rámci nedávného projektu bylo při odběru vzorků více než 200 druhů bezobratlých objeveno téměř 1500 nových RNA virů. "Výzkumný tým... extrahoval jejich RNA a pomocí sekvenování nové generace rozluštil sekvenci ohromujících 6 bilionů písmen přítomných v knihovnách RNA bezobratlých". Výzkum ukázal, že viry měnily kousky své RNA různými genetickými mechanismy. "Virom bezobratlých [vykazuje] pozoruhodnou genomickou flexibilitu, která zahrnuje častou rekombinaci, laterální přenos genů mezi viry a hostiteli, zisk a ztrátu genů a složité genomické přestavby".

Největší virus

Skupina velkých virů infikuje améby. Největším z nich je pithovirus. Další v pořadí podle velikosti jsou Pandoravirus, dále Megavirus a Mimivirus. Jsou větší než některé bakterie a jsou viditelné pod světelným mikroskopem.

Používá

Viry se hojně využívají v buněčné biologii. Genetici často používají viry jako vektory pro zavádění genů do buněk, které studují. To je užitečné, když chtějí buňku přimět, aby produkovala cizorodou látku, nebo když chtějí studovat účinek zavedení nového genu do genomu. Východoevropští vědci již nějakou dobu používají fágovou terapii jako alternativu k antibiotikům a zájem o tento přístup roste vzhledem k vysoké míře rezistence vůči antibiotikům, která se nyní vyskytuje u některých patogenních bakterií.