Virus | Virușii nu trăiesc liber: pot fi doar paraziți

Există multe structuri genomice în virusuri. Ca grup, acestea sunt mai diverse decât plantele, animalele, archaea sau bacteriile. Există milioane de tipuri diferite de virusuri, dar numai aproximativ 7.000 dintre acestea au fost descrise în detaliu.⁴⁹

Un virus are gene ARN sau ADN și, prin urmare, se numește virus ARN sau virus ADN. Marea majoritate a virusurilor au genomul ARN. Virusurile plantelor au, de obicei, genomuri ARN monocatenare, iar bacteriofagii au, de obicei, genomuri ADN bicatenare.^96/99

Mai puțin de 7.000 de tipuri au fost descrise în detaliu, dar, fără îndoială, mai sunt multe altele care urmează să fie descoperite.

Populațiile virale nu se dezvoltă prin diviziune celulară, deoarece nu au celule. În schimb, ele folosesc mașinăria și metabolismul unei celule gazdă pentru a produce mai multe copii ale lor însele și se asamblează (se pun împreună) în celulă.

Ciclul de viață al virusurilor diferă foarte mult de la o specie la alta, dar există șase etape de bază în ciclul de viață al virusurilor:^75/91

• Atașarea este o legătură între proteinele capsidei virale și receptorii specifici de pe suprafața celulară a gazdei.
• Penetrarea urmează atașamentului: Virionii (particule virale unice) pătrund în celula gazdă prin endocitoză mediată de receptori sau prin fuziune cu bistratul lipidic. Acest lucru se numește intrare virală.
   Infectarea celulelor vegetale și fungice este diferită de cea a celulelor animale. Plantele au un perete celular rigid, alcătuit din celuloză, iar ciupercile unul din chitină. Acest lucru înseamnă că majoritatea virusurilor pot intra în interiorul acestor celule doar prin forță.⁷⁰ Un exemplu ar fi: un virus călătorește pe un vector de insecte care se hrănește cu seva plantelor. Deteriorarea pereților celulari ar permite virusului să pătrundă.
   Bacteriile, ca și plantele, au pereți celulari puternici prin care un virus trebuie să treacă pentru a infecta celula. Cu toate acestea, pereții celulelor bacteriene sunt mult mai subțiri decât pereții celulelor vegetale, iar unii viruși au mecanisme care își injectează genomul în celula bacteriană, în timp ce capsida virală rămâne în exterior.⁷¹
• Prin "uncoating" se elimină capsida virală: Acest lucru poate fi realizat de enzimele virale sau de enzimele gazdei sau prin simplă disociere; rezultatul final este eliberarea acidului nucleic viral.
• Replicarea virusurilor înseamnă multiplicarea genomului. Aceasta înseamnă, de obicei, producerea de ARN mesager viral (ARNm) din genele "timpurii". Aceasta poate fi urmată, în cazul virusurilor complexe, de una sau mai multe runde suplimentare de sinteză a ARNm: expresia genelor "târzii" este cea a proteinelor structurale sau a virionului.
• După autoasamblarea particulelor de virus, se produce adesea o anumită modificare a proteinelor. În cazul unor virusuri precum HIV, această modificare (numită uneori maturare) are loc după ce virusul a fost eliberat din celula gazdă.
• Virușii pot fi eliberați din celula gazdă prin liză, un proces care ucide celula prin ruperea membranei și a peretelui celular. Aceasta este o caracteristică a multor virusuri bacteriene și a unor virusuri animale.
  La unele virusuri, genomul viral este plasat prin recombinare genetică într-un loc specific din cromozomul gazdei. În acest caz, genomul viral este cunoscut sub numele de "provirus" sau, în cazul bacteriofagilor, "profagiu".⁶⁰
   Ori de câte ori gazda se împarte, genomul viral este, de asemenea, replicat. Genomul viral este în cea mai mare parte silențios în interiorul gazdei; cu toate acestea, la un moment dat, provirusul sau profagiul poate da naștere unui virus activ, care poate liza celulele gazdei. ^{capitolul 15}
  Virușii înveliți (de exemplu, HIV) sunt de obicei eliberați din celula gazdă după ce virusul își dobândește învelișul. Învelișul este o bucată modificată a membranei plasmatice a gazdei.^185/7

Material genetic și replicare

Materialul genetic din particulele de virus și metoda prin care materialul este replicat variază considerabil între diferitele tipuri de virusuri.

Virusuri ARN

Replicarea are loc, de obicei, în citoplasmă. Virusurile ARN pot fi clasificate în patru grupe diferite, în funcție de modul de replicare. Toate virusurile ARN utilizează propriile enzime ARN replicază pentru a crea copii ale genomului lor.⁷⁹

Virusuri ADN

Replicarea genomului majorității virusurilor ADN are loc în nucleul celulei. Majoritatea virusurilor ADN depind în totalitate de mașinăria de sinteză a ADN și ARN a celulei gazdă și de mașinăria de procesare a ARN. Virușii cu genomuri mai mari pot codifica ei înșiși o mare parte din aceste mecanisme. La eucariote, genomul viral trebuie să traverseze membrana nucleară a celulei pentru a avea acces la această mașinărie, în timp ce la bacterii trebuie doar să intre în celulă.⁵⁴⁷⁸

Viruși cu transcriere inversă

Virusurile cu transcripție inversă cu genom ARN (retrovirusuri) utilizează un intermediar ADN pentru a se replica. Cei cu genom ADN (pararetrovirusuri) utilizează un intermediar ARN în timpul replicării genomului. Acestea sunt sensibile la medicamentele antivirale care inhibă enzima transcriptază inversă. Un exemplu al primului tip este HIV, care este un retrovirus. Exemple de al doilea tip sunt Hepadnaviridae, care include virusul hepatitei B.^88/9

 

Sistemul imunitar înnăscut

Prima linie de apărare a organismului împotriva virușilor este sistemul imunitar înnăscut. Acesta are celule și alte mecanisme care apără gazda de orice infecție. Celulele sistemului înnăscut recunosc agenții patogeni și răspund la aceștia într-un mod general.

Interferența ARN este o apărare înnăscută importantă împotriva virușilor. Mulți viruși au o strategie de replicare care implică ARN dublu catenar (dsARN). Atunci când un astfel de virus infectează o celulă, el eliberează molecula sa de ARN. Un complex proteic numit dicer se lipește de ea și taie ARN-ul în bucăți. Apoi, se pune în funcțiune o cale biochimică, numită complexul RISC. Aceasta atacă ARNm viral, iar celula supraviețuiește infecției.

Rotavirusurile evită acest lucru prin faptul că nu se dezacoperă complet în interiorul celulei și că eliberează ARNm nou produs prin porii din capsida internă a particulei. ARNdS genomic rămâne protejat în interiorul nucleului virionului.

Producția de interferon este un important mecanism de apărare a gazdei. Acesta este un hormon produs de organism în cazul prezenței virusurilor. Rolul său în imunitate este complex; în cele din urmă, acesta oprește reproducerea virușilor prin uciderea celulei infectate și a vecinilor săi apropiați.

Sistemul imunitar adaptiv

Vertebratele au un al doilea sistem imunitar, mai specific. Acesta se numește sistem imunitar adaptiv. Atunci când întâlnește un virus, acesta produce anticorpi specifici care se leagă de virus și îl fac neinfecțios. Două tipuri de anticorpi sunt importante.

Primul, numit IgM, este foarte eficient în neutralizarea virușilor, dar este produs de celulele sistemului imunitar doar pentru câteva săptămâni. Cel de-al doilea, numit IgG, este produs pe termen nelimitat. Prezența IgM în sângele gazdei este folosită pentru a testa o infecție acută, în timp ce IgG indică o infecție petrecută cândva în trecut. Anticorpii IgG sunt măsurați atunci când se efectuează teste pentru imunitate.

O altă apărare a vertebratelor împotriva virușilor implică celule imunitare cunoscute sub numele de celule T. Celulele organismului afișează în mod constant fragmente scurte ale proteinelor lor pe suprafața celulei și, dacă o celulă T recunoaște acolo un fragment viral suspect, celula gazdă este distrusă de celulele T ucigașe, iar celulele T specifice virusului proliferează. Celule precum macrofagele sunt specializate în această prezentare a antigenului.

Evadarea sistemului imunitar

Nu toate infecțiile virale produc un răspuns imunitar protector. Aceste virusuri persistente evită controlul imunitar prin sechestrare (ascundere); rezistență la citokine; sustragere de la activitatea celulelor natural killer; scăpare de apoptoză (moarte celulară) și schimbare antigenică (schimbarea proteinelor de suprafață). HIV evită sistemul imunitar prin schimbarea constantă a secvenței de aminoacizi a proteinelor de pe suprafața virionului. Alți viruși se deplasează de-a lungul nervilor spre locuri pe care sistemul imunitar nu le poate atinge.

Virușii nu aparțin niciunuia dintre cele șase regnuri. Ei nu îndeplinesc toate cerințele pentru a fi clasificați ca organisme vii, deoarece nu sunt activi până în momentul infecției. Totuși, acesta este doar un aspect verbal.

Evident, structura și modul lor de funcționare înseamnă că au evoluat din alte ființe vii, iar pierderea structurii normale apare la mulți endoparaziți. Originile virușilor în istoria evolutivă a vieții sunt neclare: este posibil ca unii să fi evoluat din plasmide - bucăți de ADN care se pot deplasa între celule - în timp ce alții ar fi putut evolua din bacterii. În evoluție, virușii reprezintă un mijloc important de transfer orizontal de gene, care sporește diversitatea genetică.

Un proiect recent a descoperit aproape 1500 de noi virusuri ARN prin prelevarea de probe de la peste 200 de specii de nevertebrate. "Echipa de cercetători... a extras ARN-ul acestora și, folosind secvențierea de generație următoare, a descifrat secvența unui număr impresionant de șase trilioane de litere prezente în bibliotecile de ARN de nevertebrate". Cercetarea a arătat că virusurile au schimbat bucăți și fragmente din ARN-ul lor printr-o varietate de mecanisme genetice. "Virusomul nevertebratelor [prezintă] o flexibilitate genomică remarcabilă care include recombinări frecvente, transferuri genetice laterale între virusuri și gazde, câștiguri și pierderi de gene și rearanjamente genomice complexe".

Modul în care bacteriile și archaea se ocupă de viruși

Virușii sunt pe această planetă de mult timp. Acum știm că bacteriile și archaea au avut de-a face cu ei mai întâi, înainte ca tipul nostru de viață celulară să evolueze. Detaliile mecanismelor de apărare folosite de archaea și bacterii sunt discutate pe pagina CRISPR, care introduce pe scurt subiectul apărării timpurii împotriva virușilor.

Un grup de virusuri mari infectează amibele. Cel mai mare este Pithovirus. Celelalte, în ordinea mărimii, sunt Pandoravirus, apoi Megavirus, apoi Mimivirus. Acestea sunt mai mari decât unele bacterii și sunt vizibile la microscopul optic.

Virușii sunt peste tot în mare. Este posibil ca numărul lor să depășească toate celelalte forme de viață marină cu cel puțin un ordin de mărime. Prin infecția selectivă, virusurile influențează ciclurile nutritive și evoluția în ocean.

Virusurile sunt utilizate pe scară largă în biologia celulară. Geneticienii folosesc deseori viruși ca vectori pentru a introduce gene în celulele pe care le studiază. Acest lucru este util pentru a determina celula să producă o substanță străină sau pentru a studia efectul introducerii unei noi gene în genom. Oamenii de știință din Europa de Est folosesc de ceva timp terapia cu fagi ca alternativă la antibiotice, iar interesul pentru această abordare este în creștere, din cauza nivelului ridicat de rezistență la antibiotice constatat în prezent la unele bacterii patogene.