VIROLOGIE: HISTORIE, CO STUDUJE, TYPY VIRŮ, PŘÍKLADY - BIOLOGIE - 2025

Virologie je odvětví biologie, která studuje původ, vývoj, klasifikaci, patologii a biomedicínské a biotechnologické aplikace virů. Viry jsou malé částice, 0,01 - 1 µm, jejichž genetická informace je pouze pro jejich vlastní replikaci.

Geny virů jsou dekódovány molekulárním mechanismem infikované buňky pro množení. Viry jsou proto povinnými intracelulárními parazity v závislosti na metabolických funkcích živých buněk.

Zdroj: Fotografický kredit: Poskytovatelé obsahu Cynthia Goldsmith: CDC / Dr. Erskine. L. Palmer; Dr. ML Martin

Nejhojnější genetický materiál na planetě odpovídá virům. Napadají další viry a všechny živé věci. Imunitní systémy ne vždy úspěšně chrání před viry: některé z nejničivějších onemocnění lidí a zvířat jsou způsobeny viry.

Lidská virová onemocnění zahrnují žlutou zimnici, obrnu, chřipku, AIDS, neštovice a spalničky. Viry se podílejí na přibližně 20% lidských rakovin. Každoročně zabíjejí virové respirační a střevní infekce miliony dětí v rozvojových zemích.

Některé viry jsou užitečné pro typizaci bakterií, jako zdrojů enzymů, pro hubení škůdců, jako antibakteriální látky, pro boj proti rakovině a jako genové vektory.

Dějiny

Na konci 19. století Martinus Beijerinck a Dmitri Ivanovski nezávisle určili, že filtráty bez bakterií z rostlin tabáku obsahujícího chorobu obsahovaly agens schopného infikovat zdravé rostliny. Beijerinck nazýval tento agent contagium vivum fluidum.

Nyní víme, že filtráty Beijerinck a Ivanovski obsahovaly virus tabákové mozaiky. Také v 19. století Friedrich Loeffler a Paul Frosch dospěli k závěru, že FMD u skotu je způsobena nebakteriálními látkami.

V první dekádě 20. století Vilhelm Ellerman a Olaf Bang demonstrovali přenos leukémie u kuřat s použitím bezbuněčných filtrátů. Tyto experimenty umožnily dospět k závěru, že existují živočišné viry, které mohou způsobit rakovinu.

Ve druhé dekádě 20. století sledoval Frederick Twort lýzu mikrokoků na agarových plotnách, na nichž se pokoušel pěstovat virus neštovic, za předpokladu, že tato lýza byla způsobena virem nebo enzymy bakterií. Felix d'Hérelle zjistil, že bacily způsobující úplavici byly lyžovány viry, které nazýval bakteriofágy.

V roce 1960 obdržel Peter Medawar Nobelovu cenu za objev, že viry obsahovaly genetický materiál (DNA nebo RNA).

Typy virů

Viry jsou klasifikovány podle charakteristik, které vlastní. Jedná se o morfologii, genom a interakci s hostitelem.

Klasifikace založená na interakci viru s hostitelem je založena na čtyřech kritériích: 1) produkce infekčního potomstva; 2) zda virus zabije hostitele; 3) pokud existují klinické příznaky; 4) trvání infekce.

Imunitní systém hraje důležitou roli v interakci mezi virem a hostitelem, protože určuje vývoj infekce. Infekce tedy může být akutní a subklinická (virus je vylučován z těla), nebo může být perzistentní a chronický (virus se nevylučuje z těla).

Klasifikace založená na rozdílech v genomu (Baltimore System) a taxonomická klasifikace, která zohledňuje všechny vlastnosti virů, jsou systémy, které se dnes používají k katalogizaci virů.

Klasifikace na základě morfologie

Abychom porozuměli této klasifikaci, je nutné znát části, které tvoří virus. Viry se skládají z genomu a kapsidy a mohou nebo nemusí mít obálku. Genom může být DNA nebo RNA, jednovláknová nebo dvouvláknová, lineární nebo kruhová.

Kapsida je komplexní struktura tvořená mnoha identickými virovými proteinovými podjednotkami, nazývanými kapsomery. Jeho hlavní funkcí je ochrana genomu. Slouží také k rozpoznání a vazbě na hostitelskou buňku a k zajištění transportu genomu do buňky.

Obálka je membrána složená z lipidů a glykoproteinů, které obklopují kapsidu. Je odvozen z hostitelské buňky. Výrazně se liší velikostí, morfologií a složitostí. Přítomnost nebo nepřítomnost obálek slouží jako kritérium pro klasifikaci virů.

Rozeznávají se tři kategorie neobalených virů: 1) izometrický, přibližně kulovitý tvar (ikosedrony nebo icosadeltahedrony); 2) vláknitý, s jednoduchým tvarem spirály; 3) komplexní, bez předchozích forem. Některé viry, jako je bakteriofág T2, kombinují izometrické a vláknité formy.

Pokud je virus obalen, lze je také přiřadit k morfologickým kategoriím na základě charakteristik nukleokapsidu uvnitř membrány.

Klasifikace založená na genomu: Baltimoreův systém

Tato klasifikace, navržená Davidem Baltimorem, zvažuje povahu virového genomu z hlediska mechanismu, který používá k replikaci nukleové kyseliny a transkripci messengerové RNA (mRNA) pro biosyntézu proteinu.

V systému Baltimore se viry, jejichž RNA genom má stejný smysl jako mRNA, nazývají viry s pozitivním sense RNA (+), zatímco viry, jejichž genom má opačný smysl (komplementární) k mRNA, se nazývají viry s Negativní sense RNA (-). Dvojvláknové viry genomu jdou oběma způsoby.

Nevýhodou této klasifikace je to, že viry, které mají podobné mechanismy replikace, nemusí nutně sdílet jiné vlastnosti.

Třídy systému Baltimore

Virus I. třídy s dvouvláknovým genomem DNA. Transkripce podobná transkripci hostitelské buňky.

Třída II. Viry s jednořetězcovým genomem DNA. DNA může mít (+) a (-) polaritu. Před syntézou mRNA byl převeden na dvouřetězcový.

Třída III. Viry s dvouvláknovým RNA genomem (dsRNA). Se segmentovaným genomem a mRNA syntetizovanou z každého segmentu šablony DNA. Enzymy, které se účastní transkripce kódované genomem viru.

Třída IV. Viry s jednořetězcovým genomem RNA (ssRNA), polarita (+). Syntéza mRNA předcházela syntéze komplementárního řetězce. Přepis je podobný transkripci třídy 3.

Třída V. Virus s genomem ssRNA opačného smyslu než gen sense mRNA (-). Syntéza mRNA, která vyžaduje enzymy kódované virem. Produkce nových generací viru vyžaduje syntézu intermediární dsRNA.

Třída VI. Virus s genomem ssRNA, který před replikací produkuje střední dsDNA. Používá enzymy, které virus nese.

Třída VII. Viry, které replikují svou dsDNA prostřednictvím střední ssRNA.

Taxonomická klasifikace

Mezinárodní výbor pro taxonomii virů zavedl taxonomické schéma klasifikace virů. Tento systém používá pořadí dělení, rodinu, podrodinu a pohlaví. Stále existuje debata o aplikaci konceptu druhu na viry.

Kritéria používaná pro taxonomickou klasifikaci jsou rozsah hostitelů, morfologické charakteristiky a povaha genomu. Kromě toho se zvažují další kritéria, jako je délka fágového ocasu (virus, který infikuje bakterie), přítomnost nebo nepřítomnost určitých genů v genomech a fylogenetické vztahy mezi viry.

Příkladem této klasifikace je: řád Mononegavirales; čeleď Paramyxoviridae; Podčeleď Paramyxovirinae, rod Morbillivirus; druh, virus spalniček.

Jména rodin, podrodin a rodů jsou inspirována místem původu, hostitelem nebo symptomy nemoci, kterou virus produkuje. Například řeka Ebola v Zairu dává jméno rodu Ebola; tabáková mozaika dává své jméno rodu Tomabovirus.

Mnoho názvů virových skupin jsou slova latinského nebo řeckého původu. Například, Podoviridae, je odvozen z řeckých podos, což znamená noha. Tento název se týká fágů s krátkým ocasem.

Příklady virů

Chřipkový virus

Napadají ptáky a savce. Mají různorodou morfologii s obálkou. Jednovláknový RNA genom. Patří do třídy V Baltimoru a do rodiny Orthomyxoviridae.

Chřipkové viry patří do této rodiny. Většina případů chřipky je způsobena viry chřipky A. Ohniska způsobená viry chřipky B se objevují každé 2–3 roky. Viry produkované viry chřipky C jsou méně časté.

Virus chřipky A způsobil čtyři pandemie: 1) španělská chřipka (1918–1919), podtyp viru H1N1 neznámého původu; 2) Asijská chřipka (1957–1958), podtyp H2N2, ptačího původu; 3) Hongkonská chřipka (1968–1969), podtyp H3N3, ptačího původu; 4) prasečí chřipka (2009–2010), podtyp H1N1, prasečího původu.

Nejničivější známá pandemie byla způsobena španělskou chřipkou. Zabilo více lidí než za první světové války.

Písmena H a N pocházejí z membránových glykoproteinů hemaglutinin a neuraminidáza. Tyto glykoproteiny jsou přítomny ve velkém množství antigenních forem a jsou zapojeny do nových variant.

Retrovirus

Napadají savce, ptáky a další obratlovce. Sférická morfologie, s obálkou. Jednovláknový RNA genom. Patří do třídy Baltimore VI a rodiny Retroviridae.

Virus lidské imunodeficience (HIV), rod Lentivirus, patří do této rodiny. Tento virus způsobuje poškození imunitního systému infikované osoby, takže je náchylný k infekci bakteriemi, viry, plísněmi a prvoky. Onemocnění způsobené HIV je známé jako syndrom získané imunodeficience (AIDS).

Další rody patřící k Retroviridae také způsobují vážné choroby. Například: Spumavirus (virus opičí chmýří); Epsilonretrovirus (virus dermálního sarkomu Walleye); Gammaretrovirus (virus myší leukémie, virus kočičí leukémie); Betaretrovirus (virus myšího nádoru mléčné žlázy); a Alpharetrovirus (virus Rousova sarkomu).

Herpes virus

Napadá chladnokrevné savce, ptáky a obratlovce. Morfologie viru: ikosahedrální kapsle, s obálkou. Dvouvláknový DNA genom. Patří do třídy I Baltimoru a do řádu herpesvirů.

Někteří členové jsou: Herpes simplex virus 2 (způsobuje genitální herpes); lidský cytomegalovirus (způsobuje vrozené vady); Herpesvirus KaposiB ^™ s sarkom (způsobuje Kaposiho sarkom); Virus EpsteinBƂBarr nebo EBV (způsobuje glandulární horečku a nádory).

Viry, které způsobují obrnu a další související viry

Napadá savce a ptáky. Morfologie viru: izometrická nebo ikosahedrální. Jednovláknový RNA genom. Patří do třídy IV Baltimore a čeledi Picornaviridae.

Některé rody této rodiny jsou: Hepatovirus (způsobuje hepatitidu A); Enterovirus (způsobuje poliomyelitidu); Aphthovirus (způsobuje onemocnění slintavky a kulhavky).

Viry způsobující vzteklinu a související viry

Napadají savce, ryby, hmyz a rostliny. Helikální morfologie, s obálkou. Jednovláknový RNA genom. Patří do třídy V Baltimoru a do rodiny Rhabdoviridae.

Viry, které způsobují choroby, jako je vzteklina, způsobené rodem Lyssavirus, patří do této rodiny; vezikulární stomatitida způsobená rodem Vesiculovirus; a brambor žlutý trpaslík, způsobený rodem Novirirhabdovirus.

Virus, který způsobuje infekční erytém

Napadá savce, ptáky a hmyz. Symetrická ikosedrální morfologie. Jednovláknový DNA genom. Patří do třídy II Baltimoru a do rodiny Parvoviridae.

Jedním z členů této rodiny je virus B19, patřící do rodu Erithrovirus, který způsobuje infekční erytém u lidí, který obvykle nevyvolává příznaky. Virus B19 infikuje prekurzorové buňky červených krvinek.

Někteří členové Parvoviridae se používají jako genové vektory.

Virové aplikace

Viry mohou být použity ve prospěch člověka konstrukcí rekombinantních virů. Mají genom modifikovaný technikami molekulární biologie.

Rekombinantní viry jsou potenciálně užitečné pro genovou terapii, jejímž účelem je léčit specifická onemocnění nebo produkci vakcín.

HIV byl použit pro konstrukci genových vektorů (lentivirové vektory) pro genovou terapii. Ukázalo se, že tyto vektory jsou účinné na zvířecích modelech epitelové choroby retinálního pigmentu, jako je retinitis pigmentosa způsobená autozomálně recesivní dědičností nebo mutacemi.

Viry používané jako vakcínové vektory by měly mít nízký patogenní potenciál. Toto je ověřeno pomocí zvířecích modelů. To je případ vyvinutých nebo vyvinutých vakcín proti virům neštovic, vezikulární stomatitidě a ebole.

Reference

1. Carter, JB, Saunders, VA 2013. Virologie: principy a aplikace. Wiley, Chichester.
2. Dimmock, NJ, Easton, AJ, Leppard, KN 2007. Úvod do moderní virologie. Blackwell Malden.
3. Flint, J., Racaniello, VR, Rall, GF, Skalka, AM, Enquist, LW 2015. Principy virologie. Americká společnost pro mikrobiologii, Washington.
4. Hull, R. 2009. Srovnávací virologie rostlin. Elsevier, Amsterdam.
5. Louten, J. 2016. Základní lidská virologie. Elsevier, Amsterdam.
6. Richman, DD, Whitley, RJ, Hayden, FG 2017. Klinická virologie. Americká společnost pro mikrobiologii, Washington.
7. Voevodin, AF, Marx, PA, Jr. 2009. Simianova virologie. Wiley-Blackwell, Ames.
8. Wagner, EK, Hewlett, MJ, Bloom, DC, Camerini, D. 2008. Základní virologie. Blackwell Malden.