Wirusy - molekularne pasożyty
Znaczenia wirusów w przyrodzie i dla człowieka
Przedstawisz drogi rozprzestrzeniania się i zasady profilaktyki chorób człowieka wywoływanych przez wirusy.
Przedstawisz znaczenie wirusów w przyrodzie i dla człowieka
Naukowcy wciąż odkrywają nowe, zaskakujące fakty dotyczące zarówno biologii wirusów, jak i ich liczby. Odkrycia te bezpośrednio przekładają się na wiedzę dotyczącą znaczenia wirusów dla przyrody oraz człowieka. Z pewnością w ciągu kolejnych lat wiedza ta zostanie zaktualizowana.
Znaczenie wirusów w przyrodzie i dla człowieka można podzielić na dwie kategorie: znaczenie pozytywne oraz negatywne.
Znaczenie pozytywne
Człowiek coraz częściej wykorzystuje wirusy na swoje potrzeby. Przede wszystkim dzięki postępom wakcynologii powstaje coraz więcej szczepionek przeciwwirusowych, które są najskuteczniejszą metodą zapobiegania chorobom. Wykorzystanie wirusów do tworzenia szczepionek zapobiega zachorowaniom, a także powikłaniom, przyczyniając się nie tylko do bezpośrednich korzyści w postaci zdrowszej populacji, lecz także do korzyści gospodarczych. Zapobieganie chorobom jest zdecydowanie tańsze niż ich późniejsze leczenie. W poprzednim podrozdziale poznałeś oddziaływanie chorób infekcyjnych na gospodarkę. W tym podrozdziale na podstawie danych dotyczących szczepionki przeciw grypie dowiesz się, jakich kosztów można uniknąć, zapobiegając grypie poprzez szczepienia.
Przy rosnącej wśród bakterii antybiotykooporności wirusy stanowią alternatywną formę leczenia zakażeń bakteryjnych. Fagoterapia wciąż ma status leczenia eksperymentalnego, jednak dzięki bakteriofagom możemy już leczyć wiele infekcji bakteryjnych, na które nie ma innego skutecznego leku. Dzięki temu, iż dany fag jest specyficzny wobec konkretnego szczepu bakteryjnego, fagoterapia nie powoduje dysbiozy. W Polsce istnieje Ośrodek Terapii Fagowej Centrum Medycznego Instytutu Immunologii i Terapii Doświadczalnej PAN we Wrocławiu.
Wirusy są także wykorzystywane jako wektory genetyczne. Dzięki temu, iż mają zdolność infekowania komórek, mogą powodować wbudowanie własnego genomu w genom gospodarza. Człowiek wykorzystał tę właściwość do wprowadzania konkretnych genów do wybranych organizmów. Do materiału genetycznego wirusa wprowadzany jest pożądany gen, który ma za zadanie wywołanie zmiany w organizmie zakażanym przez wirusa. Takie leczenie nazywamy terapią genową i wykorzystywane jest m.in. w leczeniu niedoborów odporności, takich jak SCID, chorób genetycznych wywołanych przez mutacje jednogenowe, chorób układu krążenia czy chorób nowotworowych.
Terapia nowotworów z zastosowaniem wirusów onkolitycznych, czyli takich, które zabijają komórki nowotworowe, jest niezwykle ciekawym aspektem wykorzystania wirusów przez człowieka. Wirusy onkolityczne powstały samoistnie w toku ewolucji, ale też są tworzone metodami inżynierii genetycznej. Atakują one wyłącznie komórki nowotworowe, co więcej indukują silną odpowiedź immunologiczną organizmu zakażonego, co wzmacnia walkę z nowotworem.
Grypa jest odpowiedzialna za 12% absencji na świecie.
Okres zakaźności grypy zaczyna się już na 1‑2 dni przed pojawieniem się pierwszych objawów choroby. W tym czasie dochodzi do transmisji wirusa na 5‑10% współpracowników.
Po 2‑3 dniach 10‑20% pracowników może znaleźć się na zwolnieniu lekarskim trwającym co najmniej 3‑4 dni.
Powrót pracownika do pełnej formy po chorobie zajmuje co najmniej 2 tygodnie.
U osób, które pracowały podczas grypy, stwierdzono osłabienie czasu reakcji o 20‑40%. Może to powodować obrażenia lub błędy, które mogą wiązać się z kosztami dla firmy.
Zapoznaj się z audiobookiem, a później rozwiąż polecenia.
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.
Znaczenie negatywne
Negatywna rola wirusów w przyrodzie i dla człowieka związana jest z wywoływanymi przez nie zakażeniami. Nękają one ludzkość od tysięcy lat, będąc przyczyną zgonów i utraty zdrowia. Przekładają się także na aspekty ekonomiczne związane nie tylko z leczeniem ludzi, lecz także ze stratami w uprawie roślin i hodowli zwierząt.
Do chorób wirusowych ludzi należą m.in. odra, świnka, różyczka, grypa, gorączka krwotoczna Ebola, infekcje rotawirusowe, opryszczka pospolita, wścieklizna, kleszczowe zapalenie mózgu, ospa wietrzna czy COVID‑19. Więcej na temat chorób wirusowych człowieka przeczytasz w e‑materiałach 683 i 684. Choroby wywoływane przez wirusy mogą przebiegać w sposób łagodny, jednak w części przypadków ich przebieg jest ciężki i powikłany, co doprowadza do uszczerbku na zdrowiu, a nawet prowadzi do zgonu. Straty finansowe związane z chorobami wirusowymi człowieka są ogromne. Wynikają one nie tylko z bezpośrednich kosztów związanych z leczeniem, hospitalizacją i rehabilitacją, ale również z kosztów związanych z absencją chorego pracownika w pracy. Na poniższych infografikach możesz przeanalizować, jakie są koszty powstałe w wyniku choroby zakaźnej oraz z jakimi konsekwencjami dla pracodawcy wiąże się grypa u jego pracowników.
Koszty powstałe w wyniku choroby zakaźnej można podzielić na trzy grupy:
Co więcej, przewlekłe infekcje wywołane przez wirusy onkogenne zwiększają ryzyko wystąpienia u ludzi nowotworów, które są zdecydowanie groźniejsze, a ich leczenie związane jest ze znacznie wyższymi kosztami niż w przypadku zwykłych infekcji.
Jak już wiesz, wirusy mogą zakażać nie tylko komórki ludzkie, ale także zwierzęce, roślinne i bakteryjne. W przypadku zakażania zwierząt negatywne oddziaływanie wiąże się nie tylko z cierpieniem chorujących zwierząt, kosztami ich leczenia i możliwością przenoszenia się wirusów ze zwierząt na ludzi (np. grypa, wścieklizna), lecz także z ogromnymi kosztami w przypadku chorób wirusowych zwierząt hodowlanych. Podobnie jest w przypadku chorób wirusowych roślin – powodują one ogromne straty w przemyśle zarówno spożywczym, jak i farmaceutycznym czy kosmetycznym. Wirusy atakujące komórki bakteryjne mogą mieć zarówno negatywne, jak i pozytywne znaczenie dla przyrody i człowieka. Bakteriofagi mogą powodować choćby wyjaławianie gleb, niszcząc korzystną bakteryjną florę glebową. Podobne oddziaływanie mają także na bakterie fermentacyjne wykorzystywane w przemyśle spożywczym i alkoholowym. Szacuje się, że bakteriofagi zabijają 20‑50% populacji światowej bakterii.
Choroby wirusowe człowieka
Do najczęściej występujących chorób wirusowych człowieka należą odra, świnka, różyczka, poliomyelitis, wirusowe zapalenie wątroby typu B, AIDS, grypa, opryszczka pospolita, zakażenie HPV, zakażenie rotawirusami, wścieklizna czy gorączki krwotoczne.
Choroby wirusowe człowieka mogą mieć różny przebieg, od łagodnego do bardzo ciężkiego. Wiążą się często z wystąpieniem groźnych powikłań, a czasem nawet prowadzą do śmierci.
Najskuteczniejszą metodą zapobiegania chorobom wirusowym, a przede wszystkim ich komplikacjom, jest profilaktyka w postaci szczepień ochronnych. Są one najbezpieczniejszym, najbardziej efektywnym sposobem walki z infekcjami wirusowymi. Szczepienia zapobiegają chorobom lub łagodzą ich przebieg. W Polsce od wielu lat niektóre z nich są obowiązkowe i przeprowadzane u dzieci zgodnie z kalendarzem szczepień.
Źródło: Europejskie Centrum ds. Zapobiegania i Kontroli Chorób
Odra jest niezwykle zakaźna. Jedna chora osoba może zakazić nawet od 12 do 18 podatnych na chorobę osób (czyli osób niezaszczepionych, które nigdy nie przechodziły choroby). To zdecydowanie więcej niż gorączka krwotoczna Ebola czy zakażenie HIV.
Charakterystyka wybranych chorób wirusowych człowieka
Inaczej choroba Heinego‑Medina lub nagminne porażenie dziecięce. Infekcja wywoływana jest przez wirus przenoszony drogą fekalno‑oralną oraz kropelkową. Objawy to: bóle głowy, nieżyt żołądkowo‑jelitowy, podwyższona temperatura, sztywność karku i pleców. Najgroźniejsza postać tej choroby związana jest z przenikaniem wirusów do ośrodkowego układu nerwowego, co powoduje porażenie mięśni lub ich niedowład oraz deformacje kończyn. W rzadkich przypadkach dochodzi do zgonu z powodu porażenia mięśni oddechowych. Do połowy XX w. chorych, u których stwierdzano porażenie mięśni oddechowych, umieszczano w urządzeniach zwanymi żelaznymi płucami.
Przed wprowadzeniem szczepień ochronnych poliomyelitis było ogromnym problemem na całym świecie. Dzięki prowadzonemu przez Światową Organizację Zdrowia (WHO) programowi eradykacji tej choroby przez obowiązkowe masowe szczepienia ochronne udało się wyeliminować wirusy polio w większości krajów. W Polsce od ponad 40 lat nie odnotowano żadnego przypadku tej choroby.
Choroby wirusowe zwierząt i roślin
W przenoszeniu wirusów między zwierzętami i między roślinami ogromną rolę odgrywają wektory – np. stawonogi, nicienie czy grzyby. Najczęstszymi wektorami chorób wirusowych zwierząt są komary oraz kleszcze. Wirusy u zwierząt i roślin rozprzestrzeniają się również przez kontakt bezpośredni.
Choroby wirusowe zwierząt
Do chorób wirusowych zwierząt należą m.in. wścieklizna, parwowiroza, grypa, nosówka, odkleszczowe zapalenie mózgu, pryszczyca, gorączki krwotoczne. Część z tych chorób występuje również u ludzi (wścieklizna, grypa, gorączka krwotoczna, odkleszczowe zapalenie mózgu).
Choroby wirusowe roślin
Częstym wektorem wirusów roślin są mszyce. Wirusy przenoszone są także w kontakcie bezpośrednim oraz przez pyłek, nasiona i bulwy. Choroby wirusowe mogą doprowadzić do ogromnych strat w uprawie roślin. Objawy infekcji wirusowej w komórkach roślinnych to: przebarwienia, plamy, usychanie, kędzierzawienie (zwijanie) liści czy też wybrzuszenia powodowane przez nadmierny rozrost tkanek (narośla rakowe).
Wirusy roślinne miały duże znaczenie w historii wakcynologii – jako pierwszy z wirusów został odkryty wirus mozaiki tytoniowej. Nazwa pochodzi od rodzaju przebarwień (barwne plamy na tle zielonych części liści) występujących u roślin w przebiegu tej choroby wirusowej.
Inne przykładowe choroby wirusowe roślin to: chloroza nerwów liści maliny, ospowatość śliwy, smugowatość ziemniaka czy żółtaczka buraka.
Podsumowanie
Wirusy wywołują wiele chorób człowieka i mogą rozprzestrzeniać się różnymi drogami: drogą kropelkową, pokarmową, przez kontakt z krwią lub płynami ustrojowymi, drogą płciową oraz przez kontakt z zakażonymi zwierzętami.
Wścieklizna przenosi się przez pogryzienie lub kontakt śliny zakażonego zwierzęcia z uszkodzoną skórą; profilaktyka polega na szczepieniu zwierząt i ludzi narażonych na zakażenie oraz szybkim podaniu szczepionki po ekspozycji.
AIDS wywoływany przez HIV przenosi się przez krew, kontakty seksualne oraz z matki na dziecko; profilaktyka obejmuje stosowanie zabezpieczeń podczas kontaktów seksualnych, badania krwi i sterylność narzędzi medycznych.
Choroby wywołane zakażeniem HPV przenoszą się głównie drogą kontaktów seksualnych; profilaktyka obejmuje szczepienia oraz badania profilaktyczne.
Grypa, odra, ospa wietrzna, różyczka oraz świnka rozprzestrzeniają się głównie drogą kropelkową; profilaktyka polega przede wszystkim na szczepieniach ochronnych oraz ograniczaniu kontaktu z osobami chorymi.
Wirusowe zapalenie wątroby typu A przenosi się drogą pokarmową (zanieczyszczona żywność i woda), natomiast wirusowe zapalenie wątroby typu B i wirusowe zapalenie wątroby typu C przenoszą się przez kontakt z krwią lub płynami ustrojowymi; profilaktyka obejmuje higienę, sterylność sprzętu medycznego oraz szczepienia (dla WZW A i B).
Wirusy mają istotne znaczenie w przyrodzie, ponieważ regulują liczebność populacji organizmów, uczestniczą w obiegu materii oraz mogą wpływać na ewolucję organizmów poprzez przenoszenie materiału genetycznego.
Wirusy mają także znaczenie dla człowieka, ponieważ mogą wywoływać choroby, ale są również wykorzystywane w biotechnologii i medycynie, np. w produkcji szczepionek, terapii genowej czy jako wektory do wprowadzania genów do komórek.
Ćwiczenia utrwalające
Wróć do polecenia na stronie „Na dobry początek” i dopisz brakujące definicje. Pamiętaj, żeby nie kopiować słownika, ale wyjaśnić każde słowo kluczowe w miarę możliwości swoimi słowami.