Drukuj
Odsłony: 313

Magdalena Bakoń
XXXV LO im. Bolesława Prusa w Warszawie

Obecnie niemal każdy z nas słyszał co nieco o wirusach. Zazwyczaj skupiamy się na tych chorobotwórczych, ale nie powinniśmy zapominać o reszcie, które są bardziej pożyteczne. Naukowcy szacują, że w naszej wirosferze (sferze, gdzie znajdują się wirusy – czyli de facto wszędzie) znajduje się 1031 cząstek wirusowych. Na całe szczęście nie wszystkie są zakaźne, co więcej – większość jest niegroźna. Te małe cząsteczki od milionów lat wywierają wielki wpływ na organizmy żywe. Ba… ostatnio nawet jeden z nich wywrócił naszą rzeczywistość do góry nogami. Ale najlepiej będzie, jak zaczniemy od początku…

Czym są wirusy?

Są to mikroskopijne cząstki biologiczne, będące obligatoryjnymi pasożytami. Oznacza to, że nie przeprowadzają procesów życiowych oraz potrafią namnażać się jedynie w żywej komórce. W świecie nauki od dobrych kilku lat trwa o to spór, czy wirusy są żywe, gdyż określenie “żywy organizm” zależy jedynie od definicji “życia”. Ich budowa oraz rozmiary są bardzo zróżnicowane. Jednak, gdybym miała Wam przedstawić klasyczną budowę wirusa, to powiedziałabym tak – materiał genetyczny opakowany białkiem, czyli kapsydem (Rys. 1.). Większej filozofii tam nie ma! Oczywiście ich rodzajów jest wiele – niektóre posiadają dodatkową otoczkę lipidową, ale możemy też spotkać takie, które są tylko nicią RNA, bez żadnej osłonki. Pierwsze z nich są niemal zawsze wirusami zwierzęcymi. Ich otoczka lipidowa pochodzi od błony komórkowej zainfekowanej wcześniej komórki. Wirusy praktykują to, aby jak najlepiej ukryć się przed naszym układem odpornościowym. Przecież jeśli na swojej powierzchni mają takie same antygeny jak inne nasze komórki, to tworzą idealnego konia trojańskiego. Zdarza się, że na powierzchni tej otoczki znajdują się receptory umożliwiające wniknięcie do komórki, tak jak to ma nasz ukochany SARS-CoV-2. Drugie, z wyżej wspominanych to wirusy roślinne. Nie muszą one mieć specjalnych ulepszeń, ale zazwyczaj wymagają jednego kluczowego elementu – owada. Komórki roślinne mają cudowną barierę przed wnikaniem patogenów – ścianę komórkową, dlatego, aby wirusy mogły się w nich zadomowić, potrzebują jedynie otwarcia tych "wrót". Podczas gdy taki owad nadgryza roślinę, wraz ze śliną wpuszcza wirusy do komórek.

Rys. 1. Różne typy wirusów i ich budowa. Źródło: BioRender.com 

To lyse or not to lyse?

Jeśli wspominamy już o jakiś czynnościach, które wykonują nasze bardzo martwe cząsteczki, to aż grzechem jest nie wspomnieć o cyklu litycznym i lizogennym. Oba te cykle zaczynają się od przyłączenia się wirusa do powierzchni komórki (faza adsorpcji). Następnie rozpoczyna się faza wnikania, polegająca na tym, że cała cząsteczka wnika do komórki, lub jak w przypadku bakteriofagów, materiał genetyczny zostaje wstrzyknięty do cytoplazmy. Wtedy rozpoczyna się impreza! Następuje faza replikacji i syntezy – materiał genetyczny wirusa zostaje zreplikowany oraz na jego podstawie maszyneria komórkowa gospodarza, syntetyzuje elementy wirionu (kompletna cząstka wirusowa, zdolna do zakażania). Po syntezie wszystkich elementów, tak jak podczas składania Lego, fabryka (czyli komórka) tworzy gotowy wirion. Ostatnia faza jest najbardziej tragiczna dla komórki. Powstałe wirusy, aby wydostać się na zewnątrz, powodują lizę gospodarza. Powyżej opisałam cykl lityczny. Cykl lizogeniczny różni się jedynie tym, że zamiast fazy replikacji itd., materiał genetyczny wirusa zostaje wcielony w genom gospodarza. Występuje on tam pod postacią profaga i w każdej chwili może powrócić do cyklu litycznego. Co warto wspomnieć, komórka ta dalej może się dzielić i powstają wtedy komórki potomne również zawierającego profaga.

Jeszcze raz, abyście dobrze zapamiętali – cykl lityczny, kończy się uwolnieniem wirusów i lizą komórki, natomiast w cyklu lizogenicznym, materiał genetyczny wirusa zostaje w zintegrowany z materiałem genetycznym zainfekowanej komórki i może być dalej przekazywany komórkom potomnym (Rys. 2.).

Rys. 2. Cykl lityczny i lizogenny. Źródło: BioRender.com 

Bakteriofagi i retrowirusy — jak pomóc a jak zaszkodzić?

Bakteriofagi to – jak sama nazwa wskazuje – wirusy atakujące bakterie. Jest to bardzo liczna grupa, szacuje się, że jedna bakteria może być zarażona przez ok. 10 różnych gatunków bakteriofagów. Mają one przeróżne kształty, jednak najbardziej klasyczny to “główka-ogon”. Takie dziwadełka posiadają białkowy kapsyd, gdzie u podstawy znajduje się tzw. ogonek wraz z “włókienkami”, którymi przyczepia się do ściany bakterii. Ogonek jest bardzo ciekawym tworem, gdyż zbudowany jest z białek kurczliwych, dzięki czemu bakteriofag może “wstrzyknąć” swój materiał genetyczny i zainfekować komórkę prokaryota. Wirusy te są obligatoryjnymi pasożytami bakterii i archeonów. Aby się namnażać muszą, przechodzić cykl lityczny lub lizogenny w komórkach.

Retrowirusy to jedne z największych i najbardziej skomplikowanych wirusów. Są to patogeny charakterystyczne jedynie dla organizmów zwierzęcych, a więc posiadają dodatkową lipidową osłonkę na kapsydzie. Ich materiał genetyczny to RNA(+) – no ale właśnie, jak one sobie dają radę w komórkach zwierzęcych? A oto ona, moi drodzy – enzym odwrotna transkryptaza – zbawienie wirusów i zmora potencjalnego zainfekowanego. Białko to umożliwia np. HIV, przekształcenie swojego materiału genetycznego na DNA i następnie wbudowanie go do genomu gospodarza, przy pomocy kolejnego enzymu – integrazy. W ten sposób wirus ten może “ukrywać się” w cyklu lizogenicznym, aby później przejść w cykl lityczny i się namnażać (Rys. 3.).

Rys. 3. Cykl wirusa HIV. Źródło: BioRender.com  

Patogenne zombie

Ostatnio na własnej skórze dowiedzieliśmy się o patogenności wirusów. Infekcje te mogą dotyczyć każdego organizmu i każdej tkanki. Nie będziemy dokładnie opisywać każdej choroby, skupimy się, na tym, co wymaga od nas CKE:

WZW A, B lub C – są to wirusowe zapalenia wątroby wywoływane przez wirusy z rodziny Picornaviridae. W zależności od kondycji osoby chorej i stanu zdrowia jej wątroby, przebieg tej choroby jest różny. Zarazić się nim można poprzez kontakt z krwią lub innymi wydzielinami osoby chorej, lub przez niemyte owoce i warzywa (w zależności od typu). Przeciwko tym wirusom można wykonać szczepienia ochronne.

AIDS – zespół nabytego niedoboru odporności wywoływany HIV. Do zarażenia dochodzi poprzez krew lub wydzieliny osoby chorej, czy niezabezpieczone kontakty seksualne. Warto tylko pamiętać, że aktualnie nie ma 100% skutecznego leku czy szczepień ochronnych.

Brodawki – wywoływane przez wirusa brodawczaka ludzkiego (HPV). Należy go specjalnie pilnować, gdyż większość jego szczepów jest onkogenna i powoduje raka szyjki macicy, prącia czy odbytu. Pozostała część – nieonkogenna – wywołuje u ludzi tzw. kurzajki skórne. Można się nimi zarazić poprzez kontakty z krwią lub wydzielinami, niezabezpieczone kontakty seksualne czy podczas pobytu na basenie (wtedy najczęściej atakują nas te powodujące zmiany skórne). W 2008 roku została wypuszczona szczepionka przeciwko onkogennym szczepom. Aktualnie w Polsce refundowana jest ona jedynie dla dzieci w wieku 13 lat.

Grypa – wywoływana wirusem grypy przenoszonym drogą kropelkową. Co roku występują małe epidemii tego wirusa, co wynika z jego dużej zdolności mutacyjnej. Dzięki temu, co roku powstają nowe szczepy, na które nie jesteśmy uodpornieni. Na rynku dostępne są szczepienia, jednak aby zahamować powstawanie tych małych epidemii, kluczowe jest ich coroczne powtarzanie.

Między biotechnologią a wirusologią

Wirusy ze względu na ich małą wielkość i ich zdolność do infekcji stały się ważnymi narzędziami biotechnologii. Najczęściej wykorzystywane są bakteriofagii przeprowadzające cykl lizogenny. Do ich genomu, metodami inżynierii genetycznej, możemy włożyć pożądane przez nas geny. Bakterię zarażamy rekombinantami i materiał genetyczny wirusa z naszym fragmentem zostanie wcielone do genomu gospodarza, a następnie zostaną wytworzone produkty naszego insertu. Również od retrowirusów wzięliśmy pomysł odwrotnej transkrypcji, która jest przydatna w diagnostyce np. Reverse-transcription PCR. Żyjemy w erze rosnącej antybiotykooporności wśród bakterii, dlatego coraz więcej znajdujemy na rynku terapii fagowych. Skoro w naturze bakteriofagii zabijają jedynie określone bakterie, to czemu by nie wypróbować tego w bezbolesnej (bo w końcu nie uśmierca naszych zdrowych komórek) terapii? Leczenie wirusami stosuje się również w terapii nowotworowej. Tam specjalnie przygotowane wirusy, atakują i niszczą wyspecjalizowane komórki. Nie możemy nie wspomnieć o szczepionkach! Mimo że są to twory wspomagające nasz układ odpornościowy właśnie przed infekcją wirusa, to większość z tych zdobyczy ludzkości powstaje właśnie z nich. Szczepionki zawierające atenuowane, czyli pozbawione zjadliwości, wirusa są szeroko stosowane na całym świecie.

Te małe cząsteczki, mimo że uważane są za szkodliwe, czasami potrafią być przydatne. Maturzysto, pamiętaj, żeby nie pomijać tego tematu, w szczególności, że sami teraz wychodzimy z pandemii. Dlatego autorzy arkuszy mogą pokusić się wrzucenie czegoś z SARSem lub innym wariatkiem. Powodzenia!

Chcecie dowiedzieć się więcej o wirusach? Zapraszamy na nasz cykl artykułów VirusWeek2020