Wirusy (łac. virus – trucizna, jad) – skomplikowane cząsteczki organiczne nieposiadające struktury komórkowej, zbudowane z białek i kwasów nukleinowych. Zawierają materiał genetyczny w postaci RNA (wirusy RNA) lub DNA, wykazują jednak zarówno cechy komórkowych organizmów żywych, jak i materii nieożywionej.
Według definicji André Lwoffa wirus to: "Zakaźny, potencjalnie patogenny nukleoproteid, istniejący tylko pod postacią jednego kwasu nukleinowego, który reprodukuje materiał genetyczny. Jest niezdolny do podziałów poza komórką i zazwyczaj nie posiada enzymów (a zatem nie wykazuje metabolizmu)."
Spis treści |
Czy należy uznać wirusy za organizmy żywe, zależy od przyjętej definicji życia. Wirusy są zazwyczaj uznawane za żywe w funkcjonalnych definicjach życia, nie są zaś – w strukturalnych.
Funkcjonalne definiowanie życia polega na ustaleniu listy aksjomatów nieodwołujących się do jego struktury, które musi spełniać każdy organizm, żeby można go było uznać za żywy. Musi on (jedna z możliwych aksjomatyzacji, choć wszystkie one znaczą mniej więcej to samo):
A zatem priony czy wirusy komputerowe, choć potrafią się powielać, nie posiadają żadnych istotnych cech dziedzicznych, zatem nie są żywe. Wirusy biologiczne, memy, przedkomórkowe życie na Ziemi i ewentualne obce życie na innych planetach są według tej definicji żywe.
Strukturalne definiowanie życia polega na ustaleniu listy kryteriów odwołujących się do struktury organizmu. Są to m.in.:
W przeciwieństwie do definicji funkcjonalnej, nie ma tu ustalonego zbioru warunków, w większości takich zestawów wirusy nie spełniają jednak przynajmniej jednego warunku.
Wirusy mają małe rozmiary. Zdecydowana większość przedostaje się przez filtry mikrobiologiczne zatrzymujące bakterie (są od nich mniejsze). Największym znanym wirusem jest mimiwirus, mający 400 nm, który jest większy od niektórych bakterii.
Wirusy nie są zdolne do samodzielnego rozmnażania się. W celu powielania własnych genów prowadzą proces namnażania, wykorzystując do tego procesu aparat kopiujący, zawarty w żywych komórkach. Mogą zakażać wszystkie typy organizmów, od zwierząt i roślin po bakterie i archeony.
Dany gatunek wirusa zawiera tylko jeden rodzaj kwasu nukleinowego (DNA albo RNA), chociaż w trakcie rozwoju wewnątrz komórki dochodzi zwykle do syntezy drugiego rodzaju kwasu.
Ze względu na pasożytnictwo komórkowe wirusy posiadają na swojej powierzchni białka, które pozwalają zaatakować odpowiednie komórki.
Wirusy nie posiadają rybosomów. Poza komórką nie wykazują żadnego metabolizmu, nie są zdolne do wzrostu ani rozmnażania się.
Można je krystalizować.
Zagadnienia dotyczące budowy wirusów dotyczą właściwie tylko stadium zdolnego do zakażenia komórki gospodarza. Pojedynczą, aktywną jednostkę wirusa nazywamy wirionem. Każdy wirion wykazuje obecność określonych elementów, a są nimi kapsyd i kwas nukleinowy:
Kwas nukleinowy wraz z kapsydem nazywamy nukleokapsydem.
Oprócz tego niektóre wirusy mogą być otoczone dodatkową osłonką lipidową. Dotyczy to tych serotypów, które uwalniają się z komórki przez pączkowanie. Ponieważ błona jest im zwykle potrzebna do kolejnej infekcji, takie wiriony są wrażliwe na niszczący ją atak dopełniacza.
Istotną cechą systematyczną jest zagadnienie symetrii wirionu. Wyróżnia się trzy jej rodzaje:
Symetria wirionu może nie być dostrzegalna na pierwszy rzut oka, co wynika z faktu istnienia osłonek lipidowych, mogących zakrywać rzeczywisty kształt nukleokapsydu. Jest tak zwłaszcza w przypadku wirusów o symetrii helikalnej, których otoczka jest dodatkowo wzmocniona warstwą tzw. białka M.
Wirusy posiadają tylko jeden rodzaj kwasu nukleinowego, na dodatek wykazującego odpowiednie dla danego gatunku lub wyższej jednostki taksonomicznej cechy. W związku z tym możemy wyróżnić następujące formy kwasów nukleinowych stanowiących genom wirusowy i mających znaczenie systematyczne:
Dla dokładniejszych informacji zobacz: Systematyka wirusów.
Namnażanie wirusów jest zależne od rodzaju kwasu nukleinowego, który znajduje się w wirionie.
Wirusy zawierające dsDNA. W tym przypadku wirus po wniknięciu do komórki rozpoczyna najpierw wytworzenie tzw. "wczesnego mRNA" na matrycy DNA pochodzącego z wirionu. Zwykle jednym z genów zawartych w genomie wirusa i odczytywanym poprzez wczesne mRNA jest DNA-zależna polimeraza DNA, która dokonuje powielenia wirusowego DNA. Dopiero z takich powielonych cząsteczek DNA następuje produkcja "późnego mRNA", kodującego kapsomery oraz inne białka uczestniczące w składaniu wirionów.
Wirusy zawierające ssDNA – mogą one zawierać w kapsydach zarówno DNA o polarności dodatniej, jak i ujemnej. Charakterystyczną cechą jest pętelka powstała przez zawinięcie końcówki liniowej cząsteczki DNA, która służy jako starter podczas replikacji DNA. Sam proces replikacyjny jest stosunkowo skomplikowany i wiąże się z kilkukrotną replikacją materiału genetycznego, który następnie jest rozdzielany na nici i cięty za pomocą nukleaz.
Wirusy ssRNA o dodatniej polarności – po wniknięciu wirusa do komórki następuje produkcja białek bezpośrednio z genomowego RNA, który może w tym wypadku pełnić rolę mRNA. W pewnym momencie rozwoju, gdy wytworzone zostaną odpowiednie białka, następuje powstanie dwuniciowej formy pośredniej RNA, która składa się zarówno z macierzystej nici o dodatniej polarności, jak i z nici o polarności ujemnej. Ta właśnie nić jest matrycą dla produkcji wielu kopii genomowego ssRNA(+).
Wirusy ssRNA o ujemnej polarności – w ich przypadku musi najpierw dojść do stworzenia kopii o charakterze mRNA (czyli RNA o dodatniej polarności), a następnie z tych kopii są produkowane białka. Powstaje też dwuniciowa forma pośrednia, której nić RNA(+) służy do powstania licznych genomów RNA(-)
Retrowirusy. Synteza kwasów nukleinowych u retrowirusów jest dosyć skomplikowana, ale jej kluczowym etapem jest zawsze przepisanie wirusowego RNA na DNA za pomocą obecnej w wirionie odwrotnej transkryptazy. Powstały w ten sposób ssDNA jest uzupełniany o drugą nić, zaś nowo utworzony dsDNA wbudowuje się w genom gospodarza, stanowiąc tzw. prowirus. DNA prowirusa służy zarówno do wytworzenia mRNA dla białek wirusowych, jak i dla wytworzenia potomnych genomów RNA.
Zakażenie komórki przez wirusy może przebiegać – w zależności od gatunku – na wiele sposobów. Jednakże niezależnie od występujących różnic, podstawowe procesy zachodzące podczas takiej infekcji są wspólne dla wszystkich wirusów. Najbardziej ogólny schemat przedstawiony jest na poniższym rysunku:
Znaczenie poszczególnych etapów przedstawia się następująco:
Mimo wciąż nieznanych w szczegółach mechanizmów zakażeń wirusowych na poziomie organizmu, przy obecnym stanie wiedzy można wyróżnić dwa główne rodzaje zakażeń, oparte na miejscu występowania wirusa:
Schemat zakażenia uogólnionego został opracowany przez Fennera.
Według medycyny akademickiej wirusy wywołują niektóre choroby. Leczenie infekcji wirusowej jest trudne, gdyż nie posiadają własnego metabolizmu, który można by zablokować, jak to robią antybiotyki w przypadku bakterii. Większość metod polega na ograniczeniu dalszego rozwoju infekcji, co przekształca chorobę wirusową w chorobę przewlekłą. Sytuację komplikuje fakt, iż zakażeniom wirusowym mogą towarzyszyć infekcje bakteryjne. Zakażenia mogą nawracać (latencja) lub też ujawniać się po bardzo długim czasie, doprowadzając nawet do śmierci.
Wiele chorób wirusowych jest nadal nieuleczalnych (np. wścieklizna lub AIDS), mogą także wywoływać choroby nowotworowe.
Leki przeciwwirusowe można podzielić na:
Jedną z metod walki z chorobami wirusowymi są szczepienia.
Pochodzenie wirusów jest nieznane. Jest na nie kilka teorii, m.in.:
Żadna z tych tez nie została potwierdzona ani obalona.
Dość duże grupy wirusów dają się łączyć w monofiletyczne taksony, jednak nie ma na razie dowodów, żeby wszystkie one pochodziły od jednego pra-wirusa.
Dziedziną nauki zajmującą się wirusami jest wirusologia.
Wirusy dzieli się na zwierzęce i roślinne, albo ze względu na ich wielkość na:
Opracowaniem systematyki wirusów zajmuje się Międzynarodowy Komitet Taksonomii Wirusów, jednakże ze względu na niewiele danych dotyczących filogenezy i pokrewieństwa jest ona dosyć płynna. Różne ośrodki naukowe zwykle różnią się, zwłaszcza w szczegółach, co do klasyfikacji wirusów.
Ze względu na organizację materiału genetycznego dzieli się wirusy na:
Niektóre dotychczas poznane wirusy:
Wirusy potrzebujące do replikacji obecności innych wirusów (wirusy satelitarne) i hamujące ich replikacje. Pierwszy odkryty wirus o takich właściwościach nazwano sputnik. Kolejne to: CroV oraz Organic Lake Virophage (OLV)[1].
W XVII wieku w Holandii bardzo cenione były tulipany dotknięte wirusem mozaiki tulipanowej; cena jednej cebulki przekraczała średni roczny dochód[potrzebne źródło] (tulipomania).
