Choroby wirusowe w praktyce klinicznej. Отсутствует
takim opracowaniem od 40 lat. Książka napisana jest przez Autorów polskich, będących ekspertami w różnych dziedzinach medycyny i mikrobiologii klinicznej.
1
Budowa i ogólne właściwości wirusów
Tomasz Dzieciątkowski
1.1. WSTĘP
Wirusy stanowią dużą i zróżnicowaną morfologicznie oraz pod względem wielkości grupę subkomórkowych (pozbawionych struktur komórkowych) czynników zakaźnych. Ich nazwa pochodzi od łacińskiego słowa virus, które oznacza jad lub truciznę. Pojedyncze cząstki wirusów noszą miano wirionów. Replikacja wirusów zachodzi wyłącznie wewnątrz żywych, wrażliwych (permisywnych) komórek, gdyż patogeny te nie mają żadnej aktywności metabolicznej niezależnej od komórki gospodarza, w której się namnażają. Na podkreślenie zasługuje fakt, że wirusy charakteryzują się opornością na antybiotyki, są natomiast wrażliwe na interferony (specyficzne białka przeciwwirusowe) oraz leki przeciwwirusowe.
W 1980 roku Międzynarodowy Komitet Taksonomii Wirusów (International Committee on Taxonomy of Viruses, ICTV) stworzył nadal obowiązującą rozwiniętą definicję wirusów, która opisuje ich wspólne cechy:
■ Wirion zawiera tylko jeden typ kwasu nukleinowego (DNA lub RNA).
■ Reprodukcja wirusów zachodzi w procesie syntezy de novo.
■ Wirion nie wykazuje cech wzrostu ani nie ma zdolności do bezpośredniego podziału.
■ Wirion nie ma w genomie informacji dla syntezy systemu umożliwiającego wytwarzanie energii (układu Lipmanna).
■ Wirion wykorzystuje rybosomy komórki gospodarza, co przesądza o jego bezwzględnym pasożytnictwie.
1.2. STRUKTURA WIRUSÓW
1.2.1. WIELKOŚĆ WIRIONÓW
Większość wirusów ze względu na swoją wielkość (20–300 nm) jest niewidoczna w mikroskopie świetlnym, z tego też powodu do obrazowania cząstek wirusów wykorzystuje się zazwyczaj mikroskopię elektronową. Wyjątek wśród wirusów zakażających człowieka stanowią przedstawiciele rodziny Poxviridae (wirus ospy prawdziwej, wirus krowianki), o wielkości zbliżonej do wielkości ciałek elementarnych Chlamydia spp., które zdaniem niektórych autorów mogą być widoczne w mikroskopie świetlnym.
Niedawno odkryto wirusy olbrzymie z rodzaju Mimivirus, Mamavirus, Megavirus czy Pandoravirus (o średnicy wirionu 400–1000 nm) zakażające ameby. Ich znaczenie w medycynie nie jest jeszcze poznane, lecz obecnie przypuszcza się, że mimiwirus może być czynnikiem etiologicznym zapalenia płuc u ludzi.
Na rycinie 1.1 przedstawiono wielkość wirusów w stosunku do bakterii i komórki eukariotycznej.
Wielkość pojedynczego wirionu stanowi jeden z elementów identyfikacji wirusa, jako że możemy je podzielić na wirusy: małe (20–50 nm), średnie (100–150 nm) oraz duże (200–300 nm). Kolejną cechą identyfikacyjną wirusa jest kształt jego cząstek. Niektóre wirusy mają charakterystyczną dla siebie postać: przedstawiciele rodziny Rhabdoviridae (wirus wścieklizny) mają kształt pocisku, cząstki zaś filowirusów (Marburg, Ebola) przypominają wydłużone, czasem posplatane pałeczki o długości dochodzącej do 800 nm. Wiriony wirusa zapalenia wątroby typu B (HBV) są widoczne w mikroskopii elektronowej jako okrągłe cząstki Dane’a, którym towarzyszą wydłużone skupiska antygenu powierzchniowego wirusa (HBsAg).
RYCINA 1.1
Porównanie wielkości wirusów, bakterii i komórki eukariotycznej.
1.2.2. GENOM WIRUSA
Rodzaj zawartego w genomie kwasu nukleinowego (wyłącznie DNA lub RNA) stanowi podstawowe kryterium klasyfikacji wirusów. Nie stwierdzono dotąd występowania obydwu rodzajów kwasów w tej samej cząstce wirusa.
Kwas nukleinowy zawierający materiał genetyczny wirusa określany jest jako jego genom. Zawiera on sekwencje kodujące oraz niekodujące, które mogą stanowić 3–10% genomu. W zależności od rodzaju wirusa poszczególne geny mogą kodować więcej niż jedno białko. W genomie wirusowym zawarte są informacje o tzw. genach strukturalnych, kodujących informacje dla syntezy białek rdzenia, kapsydu czy osłonki, oraz geny stanowiące sekwencje końcowe genomu. Poza genami strukturalnymi w genomie wirusowym obecne są także geny funkcjonalne, kodujące informacje o enzymach regulujących replikację i dalszą syntezę wirionów potomnych.
Cząsteczka wirusowego kwasu nukleinowego jest zazwyczaj liniowa, choć genom niektórych wirusów ma układ kolisty. Genom wirusa najczęściej występuje w części centralnej jego cząstki w postaci rdzenia, który zawiera zwinięty kwas nukleinowy oraz białka histonowe. Pojedynczy lub podwójny łańcuch polinukleotydowy stanowić może jedną całość lub występować w kilku segmentach, co znacząco ułatwia procesy rekombinacji i mutacji; dla przykładu wirusy grypy zawierają 7–8 segmentów ssRNA, reowirusy zaś – 10–12 segmentów dsRNA. Postacie genomów wirusowych przedstawiono na rycinie 1.2.
Materiał genetyczny wirusów DNA stanowi najczęściej podwójną nić DNA (double-stranded DNA, dsDNA). Wyjątek stanowią rodziny Parvo-, Anello– i Circoviridae, które zawierają w swoim genomie pojedynczą nić DNA (single-stranded DNA, ssDNA). Z kolei genom wirusów RNA zwykle tworzy pojedynczą nić kwasu rybonukleinowego (ssRNA). Wyjątkiem wśród wirusów zakażających człowieka są reowirusy, mające podwójną nić RNA (dsRNA).
W przypadku wirusów ssRNA istotnym kryterium klasyfikacji wirusów jest również określenie tzw. polarności genomu. Za polarność dodatnią uznaje się możliwość pełnienia przez genom podczas cyklu replikacyjnego bezpośrednio roli mRNA. O polarności ujemnej mówi się, gdy wirusowy RNA musi zostać przepisany na mRNA, aby doszło do translacji białek wirusa w obrębie rybosomów zakażonej komórki. Proces ten katalizuje enzym RNA-zależna RNA-polimeraza. U niektórych rodzin wirusów (Hantaviridae, Nairoviridae, Peribunyaviridae i Arenaviridae) genom ssRNA ma charakter ambisensowny. Znaczy to, że ich początkowe sekwencje mają orientację antysensowną, a przed translacją muszą być przepisane na mRNA, natomiast dalsze sekwencje wewnątrz genomu mają orientację sensowną i funkcjonują jako otwarte ramki odczytu.
RYCINA 1.2
Postacie genomów wirusowych.
Zależnie od stopnia skomplikowania struktury wirionu i liczby kodowanych białek genomy wirusowe mają różną wielkość, wyrażaną liczbą nukleotydów lub par zasad (base pairs, bp) tworzących cząsteczkę kwasu nukleinowego. Wielkość genomu wirusów zakażających człowieka waha się od około 4000 nukleotydów (wirusy małe, np. Parvoviridae) do > 300 000 par zasad u dużych wirusów, np. przedstawicieli rodziny Poxviridae. Kompletne cząstki zakaźne wirusów zawierają w swym genomie pełne informacje o zdolności do zakażania wrażliwych komórek oraz wytwarzania potomnych wirionów o takich samych właściwościach. Natomiast w wyniku spontanicznych mutacji w procesie replikacji wirusów tworzyć się mogą tzw. wirusowe cząstki defektywne (defective interfering particles, DIPs), które w wyniku utraty fragmentów genomu do replikacji wymagają innego, kompletnego wirusa z tej samej rodziny, zwanego wirusem pomocniczym (helper virus). DIPs mogą odgrywać istotną rolę w procesie zakażenia wirusowego, pobudzając układ odpornościowy do produkcji interferonów, ale także hamując replikację wirionów kompletnych czy predysponując komórki do transformacji nowotworowej. Niektóre wirusy, np. delta wirus, wirus zapalenia wątroby typu D (Hepatitis D virus,