Читать книгу Choroby wirusowe w praktyce klinicznej - Группа авторов - Страница 5

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, HDV), są tzw. wirusami satelitarnymi, które podobnie jak wirusy defektywne wymagają do swojej replikacji niehomologicznego „helpera”; w tym przypadku jest to wirus zapalenia wątroby typu B (Hepatitis B virus, HBV).

1.2.3. KAPSYD WIRUSA

Kwas nukleinowy, stanowiący rdzeń wirusa, otoczony jest przez płaszcz białkowy, nazywany kapsydem. Utworzony jest on przez powtarzające się jednostki białkowe – kapsomery. Są one polipeptydami lub agregatami polipeptydów, należących do białek strukturalnych wirusa. Białka te otaczają wirusowy genom, tworząc z nim tzw. nukleokapsyd. Rolą kapsydu jest ochrona wirusowego kwasu nukleinowego przed wpływem czynników zewnętrznych. W przypadku wirusów bezosłonkowych (nagich) kapsyd pełni także istotne funkcje w procesie wnikania wirionu do komórki.

Lokalizacja białek tworzących kapsyd względem genomu wirusa warunkuje symetrię jego nukleokapsydu i kształt cząstki. Większość wirusów ma symetrię ikosaedralną, często określaną jako typ symetrii bryłowej albo kubicznej, lub symetrię helikalną, podobną do spiralnych zwojów nici kwasu nukleinowego (ryc. 1.3). W pierwszym przypadku wiriony (z osłonką lub bez niej) mają kształt okrągły, w drugim zaś podobne są do wydłużonych pałeczek. Wśród części wirusów osłonkowych spotykany jest pleomorfizm. Cząstki zakaźne niektórych wirusów (np. Poxviridae) mają bardzo skomplikowaną strukturę, w której nie można odróżnić jednego wyraźnego kapsydu, lecz stwierdza się dodatkowe elementy strukturalne i kilka płaszczy białkowych skupionych wokół kwasu nukleinowego. Budowa taka nosi nazwę złożonej lub kompleksowej.

RYCINA 1.3

Typy symetrii wirusów.

1.2.4. OSŁONKA WIRUSA

Najprostszą budowę mają wirusy składające się wyłącznie z nukleokapsydu, zwane także wirusami bezosłonkowymi (nagimi). Bardziej skomplikowane są wirusy posiadające osłonkę (wirusy osłonkowe). Osłonka wirusów wywodzi się z błon cytoplazmatycznych komórki gospodarza, ale u większości wirusów nie zawiera białek komórkowych. Powstaje ona w trakcie pączkowania wirionów potomnych i przechodzenia przez błonę jądrową lub rzadziej przez błony siateczki śródplazmatycznej. Ze względu na obecność w niej lipidów wirusy osłonkowe łatwiej ulegają inaktywacji na skutek działania czynników fizykochemicznych. Lipidy osłonki stanowić mogą od około 5 do 54% wirionu, a występują głównie pod postacią fosfolipidów. Osłonki mogą zawierać również węglowodany (3–16%) pod postacią glikoproteidów, które mają istotny wpływ na swoistość antygenową wirusów. Tradycyjnie wirusy osłonkowe określane były jako „wrażliwe na eter”, natomiast wirusy nagie charakteryzują się obniżoną wrażliwością na działanie detergentów czy rozpuszczalników organicznych (eter, chloroform, alkohole).

1.2.5. BIAŁKA WIRUSOWE

Białka wirusowe stanowią 40–96% wirionu i zawierają aminokwasy typowe dla białek komórek gospodarza, w których wirusy się namnażają. Mają one jednak całkowicie odmienną strukturę przestrzenną, która pozwala na ich różnicowanie w budowie antygenowej z białkami komórkowymi. Ze względu na biosyntezę w rybosomach zakażonej komórki produkcja białek wirusowych odbywa się na takich samych zasadach jak białek komórkowych. Białka wirusowe pełnią wiele ważnych funkcji, począwszy od budulcowych (strukturalnych), do enzymatycznych i funkcjonalnych. Występujące u niektórych wirusów białka enzymatyczne niezbędne są w procesie replikacji wirusa (polimeraza DNA lub RNA) czy wytwarzania białek istotnych w procesie dojrzewania wirionów potomnych (proteaza). Patogeny zaliczane do retro- i hepadnawirusów zawierają unikatowy enzym, jakim jest odwrotna transkryptaza (rewertaza), która umożliwia przepisanie materiału genetycznego wirusa „wstecz” – z RNA na DNA.

Niektóre spośród wirusów mają na swojej powierzchni wypustki (peplomery), które zbudowane są z glikoprotein kodowanych przez genom patogenu. Określają one zwłaszcza swoistość antygenową wirusów osłonkowych i odgrywają istotną rolę w procesie przylegania (adsorpcji) wirionu do receptorów na powierzchni permisywnych komórek, co umożliwia wniknięcie wirusa do jej wnętrza i zajście procesu replikacji.

Typowym przykładem wypustki powierzchniowej jest hemaglutynina wirusa grypy (Orthomyxoviridae), która ułatwia jego adsorpcję i wnikanie do komórki. Inną wypustką powierzchniową tego wirusa jest neuraminidaza, wspomagająca uwalnianie wirionów potomnych. Obydwie te wypustki znajdują istotne zastosowanie w określaniu i typowaniu przynależności antygenowej wirusów grypy.