Logo bio-infomedia.ro

Virusurile: structură, clasificare, reproducere

Virusul West Nile
O micrografie a virusului West Nile, colorat în galben. | Foto: CYNTHIA GOLDSMITH, P.E. ROLLIN/U.S. CENTERS FOR DISEASE CONTROL AND PREVENTION

Virusurile sunt paraziți microscopici, în general de dimensiuni mult mai mici decât bacteriile, cărora le lipsește capacitatea de a se dezvolta și reproduce în afara unui corp-gazdă.

Virusurile au reputația de surse ale infecțiilor. Pandemia de COVID-19 din 2020, epidemia de ebola din Africa de Vest din 2014 sau pandemia de H1N1/gripă porcină din 2009 sunt doar câteva evenimente larg răspândite asociate cu virusurile.

Cum au fost descoperite virusurile

Cât de mici sunt virusurile în comparație cu bacteriile? Chiar destul de mult. Cu un diametru de 220 de nanometri, virusul rujeolei este de cca. 8 ori mai mic decât bacteria E. coli, iar la 45 de nanometri, virusul hepatitei este de cca. 40 de ori mai mic decât E. coli. Pentru a ne face o idee despre cât de mici sunt virusurile, David R. Wessner, profesor de biologie la Colegiul Davidson, face o analogie într-un articol publicat în revista Nature Education în 2010: virusul poliomielitei, de 30 nm lungime, este de cca. 10.000 de ori mai mic decât un grăunte de sare.

Spre sfârșitul secolului al XIX-lea, ideea că microorganismele, în special bacteriile, pot produce boli era în general acceptată. Dar cercetătorii care investigau o boală a tutunului - mozaicul tutunului, erau oarecum confuzi în legătură cu cauza acesteia.

În anul 1886, într-un articol intitulat Despre boala mozaicul tutunului, Adolf Mayer, un chimist și cercetător în agricultură german, a publicat rezultatele experimentelor sale extinse. În particular, Mayer a descoperit că atunci când zdrobea frunzele infectate și injecta lichidul infectat rezultat în frunze de tutun sănătoase, acestea din urmă căpătau acea decolorare și pătare caracteristice bolii. Mayer a concluzionat că orice ar fi produs boala mozaicului tutunului se regăsea în lichidul extras din frunze, dar rezultate mai concrete nu reușit să obțină. Mayer era convins că boala era produsă de o bacterie, însă nu a putut izola agentul infecțios sau să-l identifice sub microscop. Nici nu a putut reproduce boala injectând plante sănătoase cu bacterii cunoscute.

În 1892, un student rus numit Dmitri Ivanovsky a repetat experimentele lui Mayer cu lichidul extras din frunze, dar cu o mică modificare. Conform unui articol din 1972, publicat în revista Bacteriological Reviews, Ivanovsky a trecut lichidul extras din frunze prin filtrul Chamberland, un filtru care este suficient de fin pentru a reține bacteriile și alte microorganisme cunoscute la acea vreme. În ciuda filtrării, lichidul filtrat a rămas infecțios, sugerând faptul că ceea ce produce boala este suficient de mic pentru a trece prin materialul filtrant. Dar și Ivanovsky a concluzionat că boala este produsă tot de către o bacterie sau o toxină solubilă. Prezența virusului a fost evidențiată abia în anul 1898. Omul de știință olandez Martinus Beijerinck, confirmând rezultatele lui Ivanovsky, a sugerat drept cauză a bolii mozaicului tutunului un virus lichid viu, nu o bacterie.

Experimentele efectuate de Ivanovsky, Beijerinck și alți cercetători au sugerat existența virusurilor. Dar au fost necesare mai multe decenii până când cineva a reușit să observe virusul. Conform unui articol publicat în 2009 în revista Clinical Microbiology Reviews, după inventarea microscopului electronic în 1931, de către oamenii de știință germani Ernst Ruska și Max Knoll, primul virus a putut fi vizualizat prin noua tehnologie. Aceste prime imagini luate de Ruska și colegii săi au fost ale virusului mozaicului tutunului.

Structura virusurilor

Virusurile sunt la limita a ceea ce este considerat viață. Pe de o parte, ele conțin elemente cheie care există în toate organismele vii: acizi nucleici (ADN sau ARN). Pe de altă parte, virusurilor le lipsește capacitatea de a citi în mod independent informațiile conținute în acești acizi nucleici.

Un virus este un parazit care necesită replicare într-o celulă-gazdă, a declarat Jaquelin Dudley, profesor de bioștiințe la Universitatea Texas din Austin. Virusul nu se poate reproduce în afara gazdei, deoarece îi lipsește mașinăria complexă care există în celulă.

Mașinăria celulei-gazdă permite virusurilor să producă ARN din ADN-ul lor (proces denumit transcripție) și să sintetizeze proteine pe baza instrucțiunilor codificate de ARN-ul lor (proces denumit translație).

Când virusul este complet asamblat și capabil de infecție, el este cunoscut sub denumirea de virion. Conform autorilor Medical Microbiology, ed. 4 (University of Texas, Medical Branch at Galveston, 1996), structura unui virion simplu este formată dintr-un miez central de acid nucleic, înconjurat de un înveliș proteic exterior, denumit capsidă. Capsidă protejează acizii nucleici virali împotriva enzimelor din celula-gazdă denumite nucleaze. Unele virusuri prezintă un al doilea înveliș exterior, denumit anvelopă. Acest înveliș derivă, de obicei, din membrana celulară a unei gazde (mici lucruri furate de virus și refolosite în scop propriu).

ADN-ul sau ARN-ul din miezul virusului poate fi mono-catenar sau dublu-catenar. El constituie genomul virusului (totaliatea informației genetice a virusului). În general, genomurile virale sunt de mici dimensiuni, codificând doar proteinele esențiale, cum ar fi proteinele capsidei, enzimele și proteinele necesare replicării în celula-gazdă.

Structura virusului gripei A
Structura virusului gripei A. | Foto: WIKIPEDIA

Rolurile virusurilor

Rolul primar al unui virus sau virion este să-și transfere genomul în celula-gazdă, astfel încăt aceste să fie exprimat (prin transcripție și translație) de către celula-gazdă.

Mai întâi, virusurile trebuie să ajungă în interiorul corpului-gazdă. Porți de intrare pot fi căile respiratorii sau rănile deschise. Uneori și înțepăturile insectelor constituie căi de intrare, virusul găsindu-se în saliva insectelor. Asemenea virusuri se pot replica atât in interiorul insectelor, cât și în celulele-gazdă, asigurând o trecere fluentă între cele două medii. Exemplu în acest sunt virusurile febrei dengue și febrei galbene.

Apoi, virusurile se atașează de suprafața celulei-gazdă, recunoscând și legându-se de receptori de pe suprafața acesteia. De același receptor se pot lega mai multe virusuri, dar și același virus se poate lega de mai mulți receptori celulari.

După ce virusul s-a legat de suprafața celulei-gazdă, el începe să se deplaseze prin membrana celulară. Există mai multe modalități de intrare. De exemplu, HIV, un virus cu anvelopă, fuzionează cu membrana și trece prin aceasta. Un alt virus cu anvelopă, virusul gripal, este înglobat de către celulă. Unele virusuri lipsite de anvelopă, cum ar fi virusul poliomielitei, își creează un canal poros de intrare și se îngroapă în membrană.

O dată ajunse în interiorul celulei, virusurile își eliberează materialul genetic și perturbă anumite părți ale mașinăriei celulare. Genomurile virale determină celula-gazdă să producă proteinele virale, de multe ori blocând sinteza de ARN sau proteine pe care celula le poate utiliza. În final, virusurile creează în celulă și în organismul-gazdă condiții care permit răspândirea acestora. De exemplu, când o persoană bolnavă de o răceală obișnuită strănută, în aer sunt împrăștiate 20.000 de particule lichide conținând rinovirusuri sau coronavirusuri. Atingând sau inspirând aceste particule constituie o metodă de răspândire a virusului și a bolii.

Clasificarea virusurilor

Virusurile sunt, în principal, clasificate după caracteristicile lor de fenotip, cum ar fi morfologie, tipul acizilor nucleici, modul de replicare, organismul-gazdă sau tipul infecțiilor pe care le produc. Clasificarea formală a virusurilor este responsabilitatea Comitetului Internațional de Taxonomie a Virusurilor (ICTV), deși clasificarea Baltimore poate fi utilizată pentru a plasa virusurile într-una dintre cele șapte grupe, în funcție de modul de sinteză a ARN-ului mesager (ARNm).

Spre deosebire de sistemul de nomenclatură binară adoptat pentru speciile celulare, pentru virusuri nu există o formă standardizată de numire. În prezent, ICTV solicită ca denumirea să conțină cât mai puține cuvinte, dar să fie pe cât posibil distinctă și să nu conțină numai cuvântul virus și numele gazdei.

Clasificarea Baltimore (introdusă pentru prima dată în 1971) este un sistem care împarte virusurile în șapte grupe, în funcție de combinarea acizilor lor nucleici (ARN sau ADN), tipul catanei (monocatenar sau bicatenar), sensul catenei și metoda de replicare. Denumită după numele lui David Baltimore, un biolog câștigător al Premiului Nobel, aceste grupe sunt numerotate cu cifre romane. Clasificarea Baltimore conține următoarele grupe:

  1. virusuri ADNds (de exemplu, adenovirusurile, herpesvirusurile, poxvirusurile);
  2. virusuri ADNss (de exemplu, parvovirusurile);
  3. virusuri ARNds (de exemplu, reovirusurile);
  4. virusuri ARNss(+) (de exemplu, coronavirusurile, picornavirusurile, togavirusurile);
  5. virusuri ARNss(-) (de exemplu, rhabdovirusurile, ortomixovirusurile);
  6. virusuri RT-ARNss (de exemplu, retrovirusurile);
  7. virusuri RT-ADNds (de exemplu, hepadnavirusurile).

Iată câteva exemple de adenovirusuri (virusuri la care materialul genetic este ADN-ul): virusul hepatitei canine, virusul Papiloma uman, virusul herpes simplex, virusul varicelei, virusul Epstein-Barr (produce mononucleoza infecțioasă), virusul variolei.

Câteva exemple de virusuri ARN (virusuri la care materialul genetic este ARN-ul): reovirusurile și rotavirusurile (produc afecțiuni gastrointestinale), rhninovirusurile (produc răceala obișnuită), virusul hepatitei A, virusul Zika, virusul Dengue, virusurile gripale, virusul rujeolei, virusul rabiei, virusul Ebola, virusul Marburg, SARS-CoV-2 (produce COVID-19), MERS-CoV (produce sindromul respirator din Orientul Mijlociu), virusul hepatitei E.

Exemple de retrovirusuri (virusuri care codifică revers-transcriptaze - enzime care sintetizează ADN complementar dintr-o matriță de ARN): HIV (virusul imunodeficienței umane), virusul hepatitei B.

Source Articol publicat pe: www.livescience.com
Text: Aparna Vidyasagar
Foto: Wikipedia