ВИРОЛОГИЯ: ИСТОРИЯ, КАКВО ИЗУЧАВА, ВИДОВЕ ВИРУСИ, ПРИМЕРИ - БИОЛОГИЯ - 2025

В вирусологията е клон на биологията, която изучава произхода, еволюцията, класификацията, патологията и биомедицински и биотехнологични приложения на вируси. Вирусите са малки частици, 0,01-1 µm, чиято генетична информация е предназначена единствено за тяхната репликация.

Гените на вирусите се декодират от молекулярната машина на заразената клетка за размножаване. Следователно вирусите са облигатни вътреклетъчни паразити, зависими от метаболитните функции на живите клетки.

Източник: Фото кредит: Синтия Голдсмит Доставчици на съдържание: CDC / д-р Ерскин. Л. Палмър; Д-р М. Л. Мартин

Най-изобилният генетичен материал на планетата съответства на този на вирусите. Те заразяват други вируси и всички живи същества. Имунните системи не винаги се защитават успешно от вируси: някои от най-опустошителните заболявания на хората и животните се причиняват от вируси.

Човешките вирусни заболявания включват жълта треска, полиомиелит, грип, СПИН, едра шарка и морбили. Вирусите участват в около 20% от рака при човека. Всяка година вирусни респираторни и чревни инфекции убиват милиони деца в развиващите се страни.

Някои вируси са полезни за типизиране на бактерии, като източници на ензими, за борба с вредители, като антибактериални агенти, за борба с рака и като генни вектори.

история

В края на 19 век Мартинус Бейеринк и Дмитри Ивановски независимо определят, че филтратите без бактерии от болни тютюневи растения съдържат агент, способен да зарази здрави растения. Beijerinck нарича това средство contagium vivum fluidum.

Вече знаем, че филтратите на Бейеринк и Ивановски съдържат вируса на тютюневата мозайка. Също през 19 век Фридрих Льофлер и Пол Фрош стигат до заключението, че ПМС при говеда се причинява от небактериален агент.

През първото десетилетие на XX век Вилхелм Елерман и Олаф Банг демонстрират предаването на левкемия при пилета, използвайки филтрати без клетки. Тези експерименти позволиха да се заключи, че има животински вируси, които могат да причинят рак.

През второто десетилетие на 20 век Фредерик Туорт наблюдава лизиса на микрококи върху агарови плаки, в които се опитва да отглежда вируса на едра шарка, като се предполага, че този лизис е причинен от вирус или от ензими от бактерии. От своя страна Феликс д'Ерел откри, че бацилите, които причиняват дизентерия, са лизирани от вируси, които той нарича бактериофаги.

През 1960 г. Питър Медавар получава Нобеловата награда за това, че открива, че вирусите съдържат генетичен материал (ДНК или РНК).

Видове вируси

Вирусите се класифицират според характеристиките, които притежават. Това са морфологията, геномът и взаимодействието с гостоприемника.

Класификацията, базирана на взаимодействието на вируса с гостоприемника, се основава на четири критерия: 1) производство на инфекциозно потомство; 2) дали вирусът убива или не гостоприемника; 3) ако има клинични симптоми; 4) продължителност на инфекцията.

Имунната система играе важна роля във взаимодействието между вируса и гостоприемника, тъй като определя развитието на инфекцията. По този начин инфекцията може да бъде остра и субклинична (вирусът се елиминира от тялото) или персистираща и хронична (вирусът не се елиминира от тялото).

Класификацията, основана на разликите в генома (Baltimore System) и таксономичната класификация, която отчита всички характеристики на вирусите, са системите, които днес се използват най-често за каталогизиране на вируси.

Класификация въз основа на морфологията

За да се разбере тази класификация е необходимо да се знаят частите, които съставляват вирус. Вирусите се състоят от геном и капсид и могат или не могат да имат обвивка. Геномът може да бъде ДНК или РНК, едно- или двуверижен, линеен или кръгов.

Капсидът е сложна структура, съставена от множество идентични вирусни протеинови субединици, наречени капсомери. Основната му функция е да защитава генома. Той също така служи за разпознаване и свързване с клетката гостоприемник и за осигуряване на транспортирането на генома в клетката.

Обвивката е мембраната, съставена от липиди и гликопротеини, която заобикаля капсида. Той се получава от клетката гостоприемник. Той варира значително по размер, морфология и сложност. Наличието или отсъствието на пликове служи като критерий за класификация на вируса.

Разпознават се три категории незаразени вируси: 1) изометрична, приблизително сферична форма (икозаедри или икосаделтаедри); 2) нишковидни, с проста форма на спирала; 3) сложни, без предишните форми. Някои вируси, като бактериофаг Т2, комбинират изометричните и нишковидните форми.

Ако вирусът е обвит, те също могат да бъдат причислени към морфологични категории въз основа на характеристиките на нуклеокапсида в мембраната.

Основана на геном класификация: система Балтимор

Тази класификация, предложена от Дейвид Балтимор, отчита естеството на вирусния геном от гледна точка на механизма, който използва за репликиране на нуклеинова киселина и транскрибиране на РНК (мРНК) за протеин за биосинтеза на протеини.

В системата на Балтимор вирусите, чийто РНК геном има същия смисъл като мРНК, се наричат ​​вируси с положителен смисъл РНК (+), докато вирусите, чийто геном има обратен смисъл (допълващи се) на тРНК, се наричат ​​вируси с Отрицателен смисъл РНК (-). Двуверижните вирусни геноми вървят и в двете посоки.

Недостатък на тази класификация е, че вирусите, които имат подобни механизми за репликация, не споделят непременно други характеристики.

Системи за класове в Балтимор

Клас I. Вирус с двуверижен ДНК геном. Транскрипция, подобна на тази на приемната клетка.

II клас. Вируси с едноверижен ДНК геном. ДНК може да бъде с (+) и (-) полярност. Преобразува се в двуверижен преди синтеза на мРНК.

III клас. Вируси с двуверижен РНК геном (dsRNA). Със сегментиран геном и мРНК, синтезирани от всеки сегмент на ДНК матрицата. Ензими, които участват в транскрипцията, кодирана от вируса на генома.

Клас IV. Вируси с едноверижен РНК геном (ssRNA), полярност (+). Синтезът на тРНК, предшестван от синтеза на комплементарната верига. Транскрипцията е подобна на тази на клас 3.

Клас V. Вирус с ssRNA геном с обратен смисъл на този на смисъла mRNA (-). Синтез на тРНК, която изисква кодирани от вируси ензими. Производството на нови поколения на вируса изисква синтез на междинна dsRNA.

VI клас. Вирус с ssRNA геном, който произвежда междинна dsDNA преди репликация. Той използва ензими, които носи вирусът.

Клас VII. Вируси, които репликират своята dsDNA чрез междинен ssRNA.

Таксономична класификация

Международният комитет по таксономия на вирусите създаде таксономична схема за класифициране на вируси. Тази система използва ред на разделения, семейство, подсемейство и пол. Все още има дебат относно прилагането на видовата концепция към вирусите.

Критериите, използвани за таксономичната класификация, са обхватът на гостоприемника, морфологичните характеристики и естеството на генома. Освен това се разглеждат и други критерии, като например дължината на фаговата опашка (вирус, който заразява бактериите), наличието или отсъствието на определени гени в геномите и филогенетичните връзки между вирусите.

Пример за тази класификация е: поръчайте Mononegavirales; семейство Paramyxoviridae; Подсемейство Paramyxovirinae, род Morbillivirus; видове, вирус на морбили.

Имената на семейства, подсемейства и родове са вдъхновени от мястото на произход, гостоприемника или симптомите на заболяването, което произвежда вирусът. Например река Ебола в Заир дава името на род Ebola; тютюневата мозайка дава името си на рода Томабовирус.

Много имена на вирусни групи са думи от латински или гръцки произход. Например Podoviridae, произлиза от гръцкото podos, което означава крак. Това име се отнася до фаговете с къси опашки.

Примери за вируси

Грипен вирус

Те заразяват птици и бозайници. Имат разнообразна морфология, с плик. Едноверижен РНК геном. Те принадлежат към клас V на Балтимор и към семейство Orthomyxoviridae.

Грипните вируси принадлежат към това семейство. Повечето случаи на грип се причиняват от вируси на грип А. Взривовете, причинени от вируси на грип В. се появяват на всеки 2-3 години. Произведените от грип C вируси са по-редки.

Вирусът на грип А е причинил четири пандемии: 1) испански грип (1918-1919), подтип на вируса H1N1 с неизвестен произход; 2) Азиатски грип (1957–1958 г.), подтип H2N2, от птичи произход; 3) Хонконгски грип (1968-1969), подтип H3N3, от птичи произход; 4) свински грип (2009–2010), подтип H1N1, от свински произход.

Най-опустошителната пандемия, известна е причинена от испанския грип. Загина повече хора от Първата световна война.

Буквите H и N идват съответно от мембранните гликопротеини хемаглутинин и невраминидаза. Тези гликопротеини присъстват в голямо разнообразие от антигенни форми и участват в нови варианти.

ретровирус

Те заразяват бозайници, птици и други гръбначни животни. Сферична морфология, с плик. Едноверижен РНК геном. Те принадлежат към клас Балтимор VI и семейство Retroviridae.

Човешкият имунодефицитен вирус (ХИВ), род Lentivirus, принадлежи към това семейство. Този вирус причинява увреждане на имунната система на заразения човек, което го прави податлив на инфекция от бактерии, вируси, гъби и протозои. Заболяването, причинено от ХИВ, е известно като синдром на придобита имунодефицитност (СПИН).

Други родове, принадлежащи към Retroviridae, също причиняват сериозни заболявания. Например: Spumavirus (simian пухкав вирус); Epsilonretrovirus (дермален саркомен вирус на Walleye); Гамаретровирус (вирус на левкемия при мишки, вирус на котешка левкемия); Бетаретровирус (вирус на тумор на млечна млечна жлеза); и алфаретровирус (вирус на Рус саркома).

Херпесен вирус

Той заразява студенокръвните бозайници, птици и гръбначни животни. Морфология на вируса: икозаедрична капсула, с обвивка. Двуверижен ДНК геном. Те принадлежат към клас I на Балтимор и към херпесвирусния орден.

Някои членове са: Herpes simplex virus 2 (причинява генитален херпес); човешки цитомегаловирус (причинява вродени дефекти); Сарком на херпесвирус KaposiB ^™ (причинява сарком на Капоши); EpsteinBƂBarr вирус или EBV (причинява жлезиста треска и тумори).

Вируси, които причиняват полиомиелит и други свързани вируси

Той заразява бозайници и птици. Морфология на вируса: изометрична или икозаедрична. Едноверижен РНК геном. Те принадлежат към клас Балтимор IV и семейство Picornaviridae.

Някои родове от това семейство са: Хепатовирус (причинява хепатит А); Ентеровирус (причинява полиомиелит); Афтовирус (причинява заболяване на краката и устата).

Вируси, които причиняват бяс и сродни вируси

Те заразяват бозайници, риби, насекоми и растения. Спирална морфология, с плик. Едноверижен РНК геном. Те принадлежат към клас V на Балтимор и към семейство Rhabdoviridae.

Вирусите, които причиняват заболявания като бяс, причинени от рода Lyssavirus, принадлежат към това семейство; везикуларен стоматит, причинен от рода Vesiculovirus; и жълтото картофено джудже, причинено от рода Novirirhabdovirus.

Вирус, който причинява инфекциозна еритрема

Той заразява бозайници, птици и насекоми. Симетрична икозаедрална морфология. Едноверижен ДНК геном. Те принадлежат към клас II на Балтимор и към семейство Parvoviridae.

Един от членовете на това семейство е вирусът B19, принадлежащ към род Erithrovirus, който причинява инфекциозна еритрема при хората, която обикновено не предизвиква симптоми. Вирусът B19 заразява клетките-предшественици на червените кръвни клетки.

Някои членове на Parvoviridae се използват като генни вектори.

Приложения за вируси

Вирусите могат да бъдат използвани в полза на човека чрез конструиране на рекомбинантни вируси. Те имат геном, модифициран чрез техниките на молекулярната биология.

Рекомбинантните вируси са потенциално полезни за генна терапия, целта на която е да лекува специфични заболявания или производството на ваксини.

ХИВ е използван за конструиране на генни вектори (лентивирусни вектори) за генна терапия. Доказано е, че тези вектори са ефективни при животински модели на епителиална епителна болест на ретината, като ретинитна пигментоза, причинена от автозомно рецесивно наследяване или мутации.

Вирусите, използвани като ваксинални вектори, трябва да имат нисък патогенен потенциал. Това се проверява с помощта на животински модели. Такъв е случаят с ваксините, разработени или в процес на развитие срещу вируси от едра шарка, везикуларен стоматит и Ебола.

Препратки

1. Carter, JB, Saunders, VA 2013. Вирология: принципи и приложения. Уили, Чичестър.
2. Dimmock, NJ, Easton, AJ, Leppard, KN 2007. Въведение в съвременната вирусология. Блеквел Малдън.
3. Flint, J., Racaniello, VR, Rall, GF, Skalka, AM, Enquist, LW 2015. Принципи на вирусологията. Американско дружество за микробиология, Вашингтон.
4. Хъл, Р. 2009. Сравнителна растителна вирусология. Elsevier, Амстердам.
5. Louten, J. 2016. Основна вирусология при човека. Elsevier, Амстердам.
6. Richman, DD, Whitley, RJ, Hayden, FG 2017. Клинична вирусология. Американско дружество за микробиология, Вашингтон.
7. Voevodin, AF, Marx, PA, Jr. 2009. Simian вирусология. Уайли-Блакуел, Еймс.
8. Wagner, EK, Hewlett, MJ, Bloom, DC, Camerini, D. 2008. Основна вирусология. Блеквел Малдън.