Podsumowanie wątku 5
Wejdź na wyższy poziom
Historia badań nad wirusami
Pod koniec XVIII wieku w medycynie stosowane było pojęcie wirus, określające truciznę. W XIX wieku, kiedy odkryto, że istnieją inne czynniki patogenne niż bakterie, terminem tym zaczęto nazywać cząsteczki organiczne o właściwościach patogennych, zdolne do namnażania się w komórkach różnych organizmów.
Historia odkryć
Pierwsze wzmianki na temat choroby wirusowej − wścieklizny, zostały odnalezione w Kodeksie Hammurabiego z XVII wieku p.n.e. Zapisano w nim obowiązki jakie nakłada się wobec właścicieli psów, oraz konsekwencje ich niespełnienia. Dopiero w 1885 roku Ludwik Pasteur opracował skuteczną szczepionkę przeciwko wirusowi wścieklizny, którą podał pierwszym pacjentom.
Wzmianki na temat objawów choroby wirusowej zostały odnalezione w najstarszym greckim dziele medycznym Hipokratesa pt. Corpus Hippocraticum. Dotyczyły one wirusa grypy, który towarzyszy ludzkości od wieków. Od XVI wieku wielokrotnie odnotowywano epidemie i pandemie grypy, podczas których umierały tysiące osób.
Przełomowym odkryciem dziedziny wirusologii były badania nad wirusem mozaiki tytoniu (TMV, ang. tobacco mosaic virus). Jest on pierwszym i najlepiej poznanym wirusem. Od 1879 roku Adolf Mayer prowadził badania nad chorobą roślin tytoniu tzw. chorobą mozaiki tytoniu. Prawie dwadzieścia lat później, w 1898 roku, M. W. Berijerinck opublikował wyniki dotyczące eksperymentu filtracyjnego. Na ich podstawie stwierdził on, że czynnikiem powodującym chorobę mozaiki tytoniu jest zakaźny płyn żywy (łac. contagium vivum fluidium), w którym znajduje się czynnik chorobotwórczy mniejszy od bakterii, obecnie nazywany wirusem. Berijerinck wykazał również, że może się on namnażać w roślinach, jednak nie da się go hodować, tak jak bakterie. Dopiero w połowie XX wieku W.M. Stanley wyizolował formę krystaliczną wirusa, przyczyniając się do rozwoju badań nad nim. Pomimo dobrego poznania TMV, do tej pory choroba ta powoduje duże straty w uprawach, które są spowodowane zahamowanym wzrostem i rozwojem roślin.
W 1896 roku zaobserwowano pierwsze antybakteryjne właściwości wirusów. Zauważono, że w środowisku wodnym wzrost przecinkowca cholery (Vibrio cholerae) i Gram‑dodatniej pałeczki (Bacillus subtilis) zostaje zahamowany. Ponad dwadzieścia lat później wysunięto hipotezę, że za to zjawisko odpowiedzialne są bakteriofagi, czyli wirusy namnażające się w bakteriach.

Szczepionka przeciwko wirusowi wścieklizny była odkryciem, które przyczyniło się do powstania teorii dotyczącej przeciwnowotworowego potencjału wirusów. W 1912 roku włoski ginekolog Nicola De Pace podał szczepionkę pacjentce chorej na raka szyjki macicy, u której − po jej podaniu − zaobserwował remisję guza. Kolejne obserwacje potwierdziły te właściwości. Grupę wirusów, które namnażają się w komórkach nowotworowych, a następnie prowadzą do ich rozpadu, nazywa się wirusami onkolitycznymi. Obecnie prowadzone są liczne badania nad możliwością wykorzystania niektórych wirusów zwierzęcych w terapii przeciwnowotworowej.
W 1981 roku zaobserwowano skupiska rzadkich chorób, takich jak mięsak Kaposiego i zapalenie płuc. Okazało się, że są one związane z zespołem nabytego niedoboru odporności (AIDS, ang. acquired immunodeficiency syndrome). Dwa lata później zespół Luca Montganiera odkrył związek występowania AIDS z zakażeniem retrowirusem, nazywanym obecnie wirusem ludzkiego niedoboru odporności (HIV, ang. human immunodeficiency virus). W połowie lat 80. XX wieku powstały pierwsze testy diagnostyczne. Pierwszy lek (inhibitor proteazy) przeciwko HIV został opracowany pod koniec 1995 roku. Obecnie prowadzone są badania nad skutecznością szczepionki przeciwko HIV.

W roku 1982 zespół profesora Haralda zur Hausena po raz pierwszy wyizolował DNA wirusa brodawczaka ludzkiego (HPV, ang. human papillomavirus) z nowotworowo zmienionych tkanek. Rok później opublikowano pracę na temat roli wirusa brodawczaka w powstawaniu zmian nowotworowych. Obecnie znanych jest ponad 200 typów HPV. Ze względu na potencjał onkogenny wyróżnia się HPV wysokiego (hr HPV, ang. high risk) i niskiego ryzyka (lr HPV, ang. low risk). Pierwsze z nich (typ 16, 18, 31, 45) odgrywają rolę w przypadku zachorowań na raka szyjki macicy, krtani, jamy ustnej i migdałka. Zakażenie lr HPV najczęściej przebiega bezobjawowo, jednak niektóre typy (np. 6 i 11) odpowiedzialne są za pojawianie się zmian skórnych tzw. kłykcin kończystych. Obecnie istnieją leki umożliwiające punktowe leczenie zmian skórnych, oraz szczepionki prewencyjne przeciwko niektórym typom HPV.
Wirusy onkogenne

Film dostępny pod adresem /preview/resource/R3z8up4mNthog
Film nawiązujący do treści materiału
Budowa i mechanizm infekcji wiroidów
Wiroid to nic innego jak sam kwas nukleinowy, konkretnie RNA, pozbawiony płaszcza białkowego. Ustalono, że ciężar wiroidu jest około 20 razy mniejszy od ciężaru kwasu nukleinowego najmniejszych wirusów.

Wiroidy nie są szeroko rozpowszechnioną grupą czynników zakaźnych. Wyróżniono wśród nich dwie rodziny: Avsunviroidae i Pospiviroidae. Do rodziny Avsunviroidae zalicza się trzy rodzaje, natomiast rodzina Pospiviroidae obejmuje pięć rodzajów.
Wiroidy z rodziny Avsunviroidae należące do rodzaju Avsunviroid mają stosunkowo prostą budowę przypominającą pałeczkę. Jedynym znanym gospodarzem tych wiroidów jest awokado, a infekujący je czynnik zakaźny nazywany jest wiroidem żółtej plamistości awokado (Avocado sunblotch viroid).
Do rodziny Pospiviroidae należy pięć rodzajów. Sposób rozmieszczenia RNA wśród ich przedstawicieli jest podobny do obserwowanego w wiroidzie żółtej plamistości awokado. W przypadku tej grupy opisano jednak wiele specyficznych gospodarzy, których część przedstawia poniższa tabela.
Rodzaj Apscaviroid | |
|---|---|
Apple scar skin viroid | Wiroid bliznowatości skórki jabłek |
Australian grapevine viroid | Australijski wiroid winorośli |
Citrus bent leaf viroid | Wiroid podwijania liści cytrusowych |
Rodzaj Cocadoviroid | |
Coconut tinangaja viroid | Wiroid tinangaja palmy kokosowej |
Hop latent viroid | Utajony wiroid chmielu |
Rodzaj Coleoviroid | |
Coleus blumei viroid 1 | Wiroid 1 Coleus blumei |
Rodzaj Hostuviroid | |
Dahlia latent viroid | Utajony wiroid dalii |
Hop stunt viroid | Wiroid karłowatości chmielu |
Rodzaj Pospiviroid | |
Pepper chat fruit viroid | Wiroid drobnienia owoców papryki |
Potato spindle tuber viroid | Wiroid wrzecionowatości bulw ziemniaka |
Do rodziny Pospiviroidae należy pięć rodzajów. Sposób rozmieszczenia RNA wśród ich przedstawicieli jest podobny do obserwowanego w wiroidzie żółtej plamistości awokado. W przypadku tej grupy opisano jednak wiele specyficznych gospodarzy, których część przedstawia poniższa lista.
Rodzaj Apscaviroid:
- Apple scar skin viroid: Wiroid bliznowatości skórki jabłek
- Australian grapevine viroid: Australijski wiroid winorośli
- Citrus bent leaf viroid: Wiroid podwijania liści cytrusowych
Rodzaj Cocadoviroid:
- Coconut tinangaja viroid: Wiroid tinangaja palmy kokosowej
- Hop latent viroid: Utajony wiroid chmielu
Rodzaj Coleoviroid:
- Coleus blumei viroid 1: Wiroid 1 Coleus blumei
Rodzaj Hostuviroid:
- Dahlia latent viroid: Utajony wiroid dalii
- Hop stunt viroid: Wiroid karłowatości chmielu
Rodzaj Pospiviroid:
- Pepper chat fruit viroid: Wiroid drobnienia owoców papryki
- Potato spindle tuber viroid: Wiroid wrzecionowatości bulw ziemniaka.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/RwKCGw5mcNiuu
Film pod tytułem: Budowa i mechanizm infekcji wiroidów.
Rekombinacja i mutacje w genomach wirusowych i ich znaczenie
Ponieważ wirusy nie posiadają mechanizmów naprawczych, przy replikacji materiału genetycznego dochodzi u nich do częstych mutacji spontanicznych. Jest to przyczyną dużej różnorodności, tzw. pseudotypów wirusów w obrębie jednego gatunku. Często dochodzi także do rekombinacji materiału genetycznego, np. pomiędzy dwoma wirusami atakującymi tę samą komórkę, a także między wirionem a komórką gospodarza. Segmentacja genomu wpływa korzystnie na rekombinację. W ten sposób mutuje np. wirus grypy.

Istnieją trzy typy wirusa grypy: A, B i C.
Wirus typu C jest najmniej chorobotwórczy i nie wywołuje pandemii – w przeciwieństwie do typów A i B, odpowiedzialnych za ciężkie postacie choroby i powodujących ogromną liczbę zachorowań. Wirus grypy typu A jest najbardziej zmienny genetycznie i z tego względu uznawany za najgroźniejszy.
Główne białka otoczki wirusa grypy to hemaglutynina (H) oraz neuraminidaza (N). Największe zróżnicowanie tych białek występuje właśnie u wirusa grypy A – wyróżnia się u niego 18 podtypów hemaglutyniny oraz 9 podtypów neuraminidazy. Do tej pory zidentyfikowano aż około 130 różnych podtypów tego typu wirusa (nazwy wirusa grypy typu A odnoszą się właśnie do tych białek). W ostatnich latach najczęściej notuje się zakażenia wirusami AH1N1 oraz AH3N2.

Przesunięcie antygenowe i skok antygenowy
Walka z wirusem grypy jest trudna ze względu na jego wysoką zmienność genetyczną. Zjawiska leżące u podstaw tej zmienności to przesunięcie antygenowe oraz skok antygenowy.
Przesunięcie antygenowe (dryf antygenowy) to pojedyncze punktowe mutacje genomu podczas jego replikacji. Ich efektem są zmiany w sekwencji aminokwasowej białek antygenowych wirusa.
Skok antygenowy polega na wymianie jednego lub kilku fragmentów RNA pomiędzy dwoma różnymi wirusami grypy typu A, infekującymi tę samą komórkę. Prowadzi to do znacznych zmian antygenowych wirusa i determinuje jego potencjał pandemiczny.

Rezerwuarem wirusów grypy są ludzie oraz zwierzęta.
Ptactwo wodne jest gospodarzem największej liczby podtypów wirusa grypy A. Możliwość przenoszenia wirusów grypy ptasiej na ludzi powoduje powstawanie nowych podtypów o potencjale pandemicznym. Podobnie wirusy grypy świńskiej uczestniczą w rekombinacji wirusów zagrażających człowiekowi. Istnieje zatem wiele kombinacji genetycznych, które mogą wywołać pandemiczny wirus grypy.
Przesunięcie antygenowe wirusa grypy sprawia, że szczepionki przeciw grypie sezonowej muszą być opracowywane corocznie. Ich skuteczność w ochronie przed infekcją jest tylko częściowa – nie da się bowiem przewidzieć wszystkich możliwych kombinacji genetycznych, które pojawią się w danym sezonie grypowym. Szczepionka jest jednak wysoce skuteczna w zapobieganiu groźnym powikłaniom infekcji wirusowej i związaną z nimi hospitalizacją.
Jeżeli dojdzie do skoku antygenowego i powstania wirusa pandemicznego, opracowywana jest szczepionka przeciw grypie pandemicznej.


W XX w. miały miejsce trzy pandemie grypy. Najwyższa śmiertelność: 40–50 mln zmarłych (w niektórych opracowaniach nawet 100 mln) dotyczyła pierwszej z tych pandemii, tzw. hiszpanki w latach 1918–1919 i przewyższyła liczbę ofiar I wojny światowej.
Ostatnia pandemia grypy miała miejsce w 2009 r. – wywołał ją wariant wirusa grypy AH1N1 z mocno zmienionym składem antygenowym. Śmiertelność na świecie oszacowano na 151700–575400 osób.
Obecnie trwa pandemia zakaźnej choroby COVID‑19, która jest wywoływana przez koronawirusa SARS‑CoV‑2. Rozpoczęła się jako epidemia 17 listopada 2019 w Wuhan – mieście, znajdującym w prowincji Hubei w środkowych Chinach. 11 marca 2020 została oficjalnie uznana przez Światową Organizację Zdrowia (WHO) za pandemię.
Mechanizm odwrotnej transkrypcji
W kapsydzie retrowirusów (do których należy m.in. ludzki wirus niedoboru odporności – HIV, ang. human immunodeficiency virus), poza RNA, znajduje się specjalny enzym − odwrotna transkryptaza. Umożliwia ona wbudowanie informacji genetycznej wirusa w DNA komórki poprzez katalizowanie procesu syntezy jednoniciowego DNA w oparciu o wirusowe RNA. Dzięki temu powstaje hybryda DNA–RNA. Następnie rybonukleaza uwalnia nowo powstały jednoniciowy DNA (ssDNA – ang. single‑stranded DNA), a polimeraza DNA syntetyzuje na ssDNA drugą, komplementarną nić. Powstaje dwuniciowy DNA (dsDNA – double‑stranded DNA), który zostaje wprowadzony do jądra zainfekowanej komórki i – przy udziale enzymu integrazy – wbudowany do jądrowego DNA.
Dalsze etapy procesu ekspresji genetycznej przebiegają tak samo jak w przypadku wirusów DNA. Wirusowy DNA jest transkrybowany na wirusowe RNA. RNA opuszcza jądro. Rozpoczyna się synteza białek kapsydu, które agregują wokół fragmentów RNA. Tworzy się nowy wirion, który odpączkowuje, tworząc otoczkę z błony komórkowej zainfekowanej komórki.
Zapoznaj się z wywiadem z ekspertką i wykonaj polecenia.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/RMrCZP9ZPPbEm
Film zatytuowany: "Odwrotna transkrypcja i jej znaczenie w cyklach infekcyjnych wirusów".
Procesy płciowe i zmienność genetyczna bakterii
Procesy płciowe dają zmienność genetyczną, co pozwala bakteriom nabywać nowe cechy. Ich ujawnienie się w kolejnych pokoleniach umożliwia im przystosowanie się do zmieniających się warunków środowiska (np. enzymatyczny rozkład antybiotyku pojawiającego się w otoczeniu bakterii). Przystosowanie do nowych parametrów otoczenia zwiększa średnią przeżywalność organizmów bakteryjnych, a co za tym idzie, przetrwanie gatunku.
Obejrzyj animację „Procesy płciowe i zmienność genetyczna bakterii”. Następnie wykonaj polecenia.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/R10KFisihhEk6
Film nawiązujący do treści materiału.