Znaczenie wirusów w przyrodzie i dla człowieka

Wirusy, które spotyka się we wszystkich środowiskach na Ziemi, nie wykazują budowy komórkowej i funkcji życiowych, ale ich istnienie jest ściśle związane z światem organizmów.

Uważa się, że wirusy to formy pośrednie między materią nieożywioną a ożywioną. Ich specyficzne właściwości pozwoliły im przetrwać i rozprzestrzenić się po całym świecie, choć do dziś nie wiadomo na pewno, jak powstały. Hipotez jest kilka: podejrzewa się, że w trakcie ewolucji fragment materiału genetycznego wraz z białkami oddzielił się od istniejących komórek lub też cała komórka uległa drastycznemu uproszczeniu, tracąc swe elementy dla przystosowania się do pasożytnictwa wewnątrzkomórkowego.

Znaczenie wirusów utożsamia się często z występowaniem chorób, i rzeczywiście, ich obecność w środowisku jest ściśle związana z infekcjami komórek. Wyróżnia się trzy główne grupy wirusów, uwzględniając typ komórek będących dla nich gospodarzem: zwierzęce, roślinne i bakteryjne, zwane bakteriofagami. Odkryto również wirusy atakujące protisty, a nawet inne rodzaje wirusów.

Jaki jest cel ataku wirusa na inne komórki? Te cząstki zakaźne potrzebują żywej komórki, by móc namnożyć się – same nie kodują enzymów niezbędnych do replikacji materiału genetycznego. Dlatego uwalniają swoje DNA lub RNA do zaatakowanej komórki, gdzie ulega on intergracji z materiałem genetycznym gospodarza i jest wraz z nim powielany. Materiał genetyczny wirusa w takiej formie może długo przebywać w komórkach i być przekazywany komórkom potomnym zaatakowanego organizmu – taki cykl infekcyjny nazywa się cyklem lizogenicznym. Wirus może też przejść do cyklu litycznego, czyli odtworzyć cząsteczkę wirusową ze zreplikowanych fragmentów materiału genetycznego oraz wyprodukowanych przez gospodarza białek wirusowych, co końcowo prowadzi do rozpadu komórki gospodarza.

W trakcie ewolucji wirusy przyczyniły się do zdziesiątkowania – lub nawet wymarcia – populacji wielu gatunków. Analizując historię człowieka, można zaobserwować wielokrotne epidemie chorób wirusowych, które znacznie ograniczały liczebność populacji ludzkiej, jak na przykład grypa hiszpanka szalejąca w Europie w latach 1918–1919 czy czarna ospa, którą Europejczycy zawlekli na kontynent amerykański, gdzie zdziesiątkowała populację Indian.

Obecnie do najgroźniejszych dla człowieka wirusów zalicza się m.in. HIV, Ebola, SARS i MERS czy denga. Niektóre infekcje wirusowe mogą prowadzić do rozwoju nowotworów, np. wirus brodawczaka ludzkiego przyczynia się do rozwoju raka szyjki macicy. Inne, np. herpeswirusy, mogą powodować wady rozwojowe płodu i poronienia.

Wirusy atakują też inne zwierzęta, przyczyniając się do wyginięcia populacji różnych gatunków w danym siedlisku lub znacznie ograniczając ich liczebność. Powodują też duże straty w hodowlach zwierząt, np. wirus Nipah groźny dla świń, czy ptasi wirus grypy, dziesiątkujący hodowle drobiu. Wiele wirusów atakuje też komórki roślin, przyczyniając się do niszczenia plonów, np. wirus mozaiki tytoniu.

Wirusy mogą mieć także pozytywne znaczenie: wykorzystuje się je w różnych terapiach medycznych. Szczególne znaczenie mają tutaj bakteriofagi, czyli wirusy atakujące bakterie. Komórki bakterii pod wpływem wirusów ulegają procesowi transdukcji. Polega ona na nabywaniu nowych genów z innych komórek bakterii, w czym pośredniczy właśnie cząstka wirusa. Bakteriofagi infekują komórkę bakteryjną i wprowadzają do niej swoje DNA lub RNA, które łączy się z materiałem genetycznym bakterii. Po replikacji materiał genetyczny wirusa jest wycinany z materiału gospodarza. Ten proces nie zawsze jest precyzyjny i może prowadzić do wycięcia dłuższego fragmentu nici z genami gospodarza. Jeśli taki odbudowany wirus zainfekuje inną komórkę bakterii może dojść do przekazania jej fragmentu komórki. Jeśli będzie on zawierał kompletne geny, to taka komórka bakterii może nabyć nowe cechy. Transdukcję zalicza się do mechanizmów horyzontalnego transferu genów występującego jedynie w królestwie bakterii. Zachodzi w naturalnym środowisku i coraz częściej wykorzystywana jest w laboratoriach. Naukowcy modyfikują za jej pomocą bakterie tak, by nabywały nowe, korzystne z punktu widzenia człowieka, cechy, np. umiejętność produkcji określonych związków.

Bakteriofagi wykorzystywane są też do niszczenia groźnych, opornych na antybiotyki szczepów bakterii. W celach medycznych zastosowano je po raz pierwszy w trakcie II wojny światowej w leczeniu żołnierzy chorych na czerwonkę. Bardzo ważna jest tu selektywność działania fagów – niszczą one jedynie wybrane szczepy bakterii, dzięki czemu nie są zagrożeniem dla naturalnej mikroflory człowieka.

Wirusy stosuje się też w terapiach onkologicznych do niszczenia komórek nowotworowych. Grupa wirusów onkolitycznych ma zdolność infekcji komórek nowotworowych, co prowadzi do ich rozpadu. Przykładem jest terapia leczenia czerniaka, w której zastosowano zmodyfikowane wirusy opryszczki z rodzaju Herpes. Stworzono szczepionkę T-VEC, która podawana wprost do miejsc rozwoju czerniaka oraz pobliskich węzłów chłonnych niszczy komórki tego nowotworu. Z kolei adenowirusy wykorzystuje się w leczeniu glejaka mózgu. Potencjał terapii wirusowych jest ogromny i z pewnością przyczyni się do znacznego rozwoju medycyny.