Viruși | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ||||||||
clasificare stiintifica | ||||||||
Grup:Viruși | ||||||||
Denumire științifică internațională | ||||||||
Viruși [comm. unu] | ||||||||
Tărâmuri [comm. 2] | ||||||||
|
||||||||
|
Virusul ( lat. virus ) este un agent infecțios necelular care se poate reproduce numai în interiorul celulelor [comm. 3] . Virușii infectează toate tipurile de organisme , de la plante și animale la bacterii și arhee [2] (virusurile bacteriene sunt denumite în mod obișnuit bacteriofagi ). S-au găsit, de asemenea, viruși care se pot replica doar în prezența altor viruși ( virusuri satelit ).
De la publicarea în 1892 a unui articol de Dmitri Ivanovsky care descrie un agent patogen non-bacterian al plantelor de tutun [3] [4] și descoperirea virusului mozaicului de tutun de către Martin Beijerinck în 1898 [5] , mai mult de 6 mii de specii de virusuri au fost descrise în detaliu [6] , deși se presupune că există mai mult de o sută de milioane [7] . Virușii se găsesc în aproape fiecare ecosistem de pe Pământ , sunt cea mai numeroasă formă biologică [8] [9] . Știința virologiei , o ramură a microbiologiei , se ocupă cu studiul virusurilor .
Genomul virusului poate fi reprezentat atât de ADN , cât și de ARN și, în ambele cazuri, atât monocatenar, cât și dublu catenar. Unii viruși sunt capabili de transcripție inversă . În plus, în unele viruși ARN , o ribozimă este implicată în replicare , ceea ce îi apropie de viroizi . Cu toate acestea, toți virusurile, spre deosebire de viroizi, formează capside proteice care își conțin materialul genetic.
La animale, infecțiile virale provoacă un răspuns imun care cel mai adesea are ca rezultat distrugerea virusului cauzator de boli. Un răspuns imun poate fi, de asemenea, provocat de vaccinuri care conferă imunitate activă dobândită împotriva unei anumite infecții virale. Cu toate acestea, unele virusuri, inclusiv virusul imunodeficienței umane și agenții cauzatori ai hepatitei virale , reușesc să scape de răspunsul imun, provocând boli cronice . Antibioticele nu funcționează asupra virușilor, totuși au fost dezvoltate mai multe antivirale .
Termenul „virus” este un termen generic pentru un agent infecțios capabil să paraziteze în interiorul celulelor. Termenul „ virion ” este folosit pentru a se referi la o singură particulă virală stabilă care a părăsit celula și este capabilă să infecteze alte celule de același tip [10] .
Cuvântul „virus” este derivat din latină. virus - „otravă patogenă”, „mucus” [11] . A fost folosit pentru prima dată pentru a se referi la o boală infecțioasă în 1728 , în anii 1790 a fost folosit pentru a se referi la un agent capabil să provoace o boală infecțioasă [12] . Pentru a desemna un agent infecțios submicroscopic, cuvântul latin virus a început să fie folosit din lucrările microbiologului olandez Martin Beijerinck , publicate în 1898, dar la acea vreme virusul a fost confundat cu un lichid care trecea printr-un filtru care nu permitea bacteriilor. a trece [13] . Virusul în sine a fost descoperit în 1892 de către Dmitri Ivanovsky [4] . În astfel de cazuri, agentul infecțios a ajuns să fie numit „ virus filtrabil ” pentru a-l distinge de bacterii. Deși destui dintre acești viruși filtrabili erau deja cunoscuți în anii 1920, natura lor era încă neclară, iar în anii 1930 termenul a fost renunțat în favoarea cuvântului mai simplu „virus” pentru agenții nebacterieni. La sfârșitul anilor 1930, a fost posibil să se vizualizeze virușii pentru prima dată folosind un microscop electronic, iar natura lor a devenit în cele din urmă clară [14] . Prima utilizare a termenului „ virion ” derivat din virus pentru a se referi la particule virale individuale datează din 1959 [15] .
Odată cu acumularea de date privind bolile infecțioase ale diferitelor organisme, a devenit clar că nu toate sunt cauzate de agenți patogeni cunoscuți la acea vreme - bacterii, protisti sau ciuperci microscopice. În special, Louis Pasteur nu a reușit să găsească agentul care provoacă rabia și a presupus că acest agent patogen era prea mic pentru a fi văzut la microscop [16] . În 1884, microbiologul francez Charles Chamberland a inventat un filtru (cunoscut acum ca filtru Chamberland sau filtru Chamberland-Pasteur) ai cărui pori sunt mai mici decât bacteriile. Cu acest filtru, bacteriile pot fi îndepărtate complet din soluție [17] . În 1892, biologul rus Dmitri Ivanovsky l-a folosit pentru a studia specia cunoscută acum sub numele de virusul mozaicului tutunului . Experimentele sale au arătat că extractul de frunze măcinate ale plantelor de tutun infectate păstrează proprietăți infecțioase după filtrare. Ivanovski a sugerat că infecția ar putea fi cauzată de o toxină secretată de bacterii, dar nu a dezvoltat această idee [18] . La acea vreme, se credea că orice agent infecțios poate fi izolat pe un filtru și crescut într-un mediu nutritiv - acesta este unul dintre postulatele teoriei microbiene a bolii [5] . În plus, Ivanovsky într- un microscop optic a observat corpuri asemănătoare cristalelor în celulele vegetale infectate, care în sensul modern erau grupuri de viruși, mai târziu au fost numite „cristalele lui Ivanovsky” [19] . În 1898, microbiologul olandez Martin Beijerink a repetat experimentele lui Ivanovsky și a ajuns la concluzia că materialul infecțios care trecea prin filtru nu era altceva decât o nouă formă de agenți infecțioși [20] . El a observat că agentul s-a înmulțit doar în celulele care se divizează, dar experimentele sale nu au dezvăluit că era o particulă. Beijerinck l-a numit Contagium vivum fluidum (literal lat. microb viu solubil ) și a reintrodus cuvântul „virus” [18] . El a susținut că virusul este de natură lichidă. Această teorie a fost ulterior respinsă de Wendell Stanley , care a demonstrat că virușii sunt particule [18] . În același an, Friedrich Löffler și Paul Frosch au descoperit primul virus animal, agentul cauzator al febrei aftoase ( Aphthovirus ), trecându-l printr-un filtru similar [21] .
La începutul secolului al XX-lea, bacteriologul englez Frederick Twort a descoperit un grup de viruși care infectează bacterii (acum sunt cunoscuți ca bacteriofagi [22] sau pur și simplu fagi), iar microbiologul franco-canadian Felix d'Herelle a descris viruși care, atunci când sunt adăugate bacteriilor de pe agar , formează în jurul lor spațiu cu bacterii moarte. D'Herelle a făcut diluții precise ale unei suspensii a acestor viruși și a stabilit cea mai mare diluție (cea mai mică concentrație de viruși), la care nu mor toate bacteriile, dar cu toate acestea se formează zone separate cu celule moarte. Numărând astfel de zone și ținând cont de factorul de diluție, el a determinat numărul de particule virale din suspensia inițială [23] . Fagii au fost anunțați ca un potențial remediu pentru boli precum tifoida și holera , dar acest lucru a fost uitat din cauza descoperirii proprietăților unice ale penicilinei . Studiul fagilor a oferit informații despre fenomenul de „pornire” și „oprire” a genelor și, de asemenea, a făcut posibilă utilizarea acestora pentru a introduce gene străine în genomul bacterian.
Până la sfârșitul secolului al XIX-lea , se știa că virușii erau infecțioși, capabili să treacă prin filtre și aveau nevoie de o gazdă vie pentru a se reproduce. La acea vreme, virușii erau cultivați în scopuri de cercetare numai la plante și animale. În 1906, Ross Granville Garrison a inventat o metodă de creștere a țesutului limfatic , iar în 1913 Steinard, Israel și Lambert au folosit această metodă pentru a crește virusul vaccinia pe fragmente de țesut corneean de cobai [24] . În 1928, G. B. Maitland și M. C. Maitland au crescut virusul vaccinia dintr-o suspensie de rinichi de pui zdrobiți . Această metodă nu a fost utilizată pe scară largă până la sfârșitul anilor 1950, când poliovirusul a fost cultivat pe scară largă pentru producția de vaccin [25] .
O altă realizare majoră îi aparține patologului american Ernest William Goodpasture ; în 1939 a crescut virusul gripal și alte câteva viruși în ouă de găină fertilizate [26] . În 1949, John Franklin Enders , Thomas Weller și Frederick Robbins au cultivat poliovirus în celule germinale umane cultivate . A fost primul virus care nu a crescut pe țesut animal sau pe ouă. Această activitate ia permis lui Jonas Salk să creeze un vaccin eficient împotriva poliomielitei (vaccinul antipolio ) [ 27] .
Primele imagini cu viruși au fost obținute după inventarea microscopului electronic de către inginerii germani Ernst Ruska și Max Knoll [28] . În 1935, biochimistul și virologul american Wendell Meredith Stanley a studiat cu atenție virusul mozaicului de tutun și a constatat că este în principal proteine [29] . După scurt timp, acest virus a fost împărțit într-o componentă proteică și ARN [30] . Virusul mozaic al tutunului a fost primul virus care s-a cristalizat , ceea ce a permis să se învețe multe despre structura sa. Prima radiografie a unui virus cristalizat a fost obținută de Bernal și Fankuchen la sfârșitul anilor 1930. Pe baza imaginilor sale, Rosalind Franklin a determinat structura completă a virusului în 1955 [31] . În același an, Heinz Frenkel-Konrath și Robley Williams au arătat că ARN-ul virusului mozaic al tutunului purificat și proteina învelișului erau capabile să se auto-asambla într-un virus funcțional. Acest lucru le-a permis să sugereze că un mecanism similar stă la baza asamblarii virușilor în interiorul celulelor gazdă [32] .
A doua jumătate a secolului al XX-lea a fost perioada de glorie a virologiei. În acel moment, au fost descoperite peste 2.000 de specii de virusuri animale, vegetale și bacteriene [33] . În 1957, au fost descoperite arterivirusul ecvin și agentul cauzal al diareei virale bovine ( pestivirus ). În 1963 , Baruch Blumberg a descoperit virusul hepatitei B [34] , iar în 1965 Howard Temin a descris primul retrovirus . În 1970, Temin și David Baltimore au descris în mod independent transcriptaza inversă , enzima cheie prin care retrovirusurile sintetizează copii ADN ale ARN-ului lor [35] . În 1983, un grup de oameni de știință condus de Luc Montagnier de la Institutul Pasteur din Franța a izolat pentru prima dată retrovirusul cunoscut acum sub numele de HIV [36] .
În 2002, primul virus sintetic ( poliovirus ) a fost creat la Universitatea din New York [37] .
Apariția virusurilor în arborele evolutiv al vieții este neclară: unii dintre ei s-ar putea să se fi format din plasmide , molecule mici de ADN capabile să fie transferate de la o celulă la alta, în timp ce altele ar fi putut proveni din bacterii. În evoluție, virusurile reprezintă o verigă importantă în transferul orizontal al genelor , care determină diversitatea genetică [38] . Unii oameni de știință consideră că virușii sunt o formă specială de viață, deoarece au material genetic, sunt capabili să creeze viruși similari cu ei înșiși și evoluează prin selecție naturală . Cu toate acestea, virusurilor le lipsesc caracteristici importante (cum ar fi structura celulară și propriul metabolism), fără de care nu pot fi clasificați ca vii. Deoarece au unele, dar nu toate proprietățile vieții, virușii sunt descriși ca „organisme aflate la limita vieții”.
Virușii se găsesc oriunde există viață și este probabil ca virușii să fi existat încă de la apariția primelor celule vii [39] . Originea virusurilor este neclară, deoarece aceștia nu lasă resturi fosile, iar relațiile lor pot fi studiate doar prin metode de filogenetică moleculară [40] .
Există trei ipoteze principale pentru originea virusurilor: ipoteza regresiei, ipoteza originii celulare și ipoteza coevoluționară [41] [42] .
Ipoteza regresieiConform acestei ipoteze, virusurile au fost cândva celule mici care parazitează celulele mai mari. De-a lungul timpului, se presupune că aceste celule au pierdut genele care erau „în plus” în stilul de viață parazitar. Această ipoteză se bazează pe observația că unele bacterii, și anume rickettsia și chlamydia , sunt organisme celulare care, ca și virusurile, se pot reproduce doar în interiorul unei alte celule. Această ipoteză se mai numește și ipoteza degenerării [43] [44] sau ipoteza reducerii [45] .
Ipoteza de origine celularăUnele viruși ar putea să fi provenit din fragmente de ADN sau ARN care au fost „eliberate” din genomul unui organism mai mare. Astfel de fragmente pot proveni din plasmide (molecule de ADN care pot fi transferate de la celulă la celulă) sau din transpozoni (molecule de ADN care se replic și se deplasează dintr-un loc în altul în interiorul genomului) [46] . Transpozonii, care odinioară erau numiți „gene săritoare”, sunt exemple de elemente genetice transpozabile , iar unii viruși ar putea să fi provenit din acestea. Transpozonii au fost descoperiți de Barbara McClintock în 1950 în porumb [47] . Această ipoteză se mai numește și ipoteza nomade [5] [48] sau ipoteza evadării [45] .
Ipoteza co-evoluțieiAceastă ipoteză sugerează că virusurile au apărut din complexe complexe de proteine și acizi nucleici în același timp cu primele celule vii de pe Pământ și au fost dependenți de viața celulară de miliarde de ani. Pe lângă viruși, există și alte forme de viață non-celulare. De exemplu, viroizii sunt molecule de ARN care nu sunt considerate viruși, deoarece nu au înveliș proteic. Cu toate acestea, o serie de caracteristici îi apropie de unii viruși și, prin urmare, sunt denumite particule subvirale [49] . Viroidii sunt agenți patogeni importanți ai plantelor [50] . Ei nu codifică propriile proteine, ci interacționează cu celula gazdă și o folosesc pentru a-și replica ARN-ul [51] . Virusul hepatitei D are un genom ARN asemănător cu cel al viroizilor, dar nu este el însuși capabil să sintetizeze o proteină de înveliș. Folosește proteina capside a virusului hepatitei B pentru a forma particule virale și se poate replica doar în celulele infectate cu virusul. Astfel, virusul hepatitei D este un virus defect [52] . Virofagul Sputnik este dependent în mod similar de mimivirusul care infectează protozoarul Acanthamoeba castellanii [53] . Acești virusuri depind de prezența unui alt virus în celula gazdă și se numesc viruși satelit . Astfel de viruși demonstrează cum ar putea arăta o legătură intermediară între viruși și viroizi [54] [55] .
Fiecare dintre aceste ipoteze are punctele sale slabe: ipoteza regresiei nu explică de ce nici cei mai mici paraziți celulari nu seamănă în niciun fel cu virușii. Ipoteza evadării nu oferă o explicație pentru apariția capsidei și a altor componente ale particulei virale. Ipoteza coevoluției contrazice definiția virusurilor ca particule necelulare dependente de celulele gazdă [45] .
Cu toate acestea, în prezent, mulți experți recunosc virușii ca organisme antice care au apărut, probabil, chiar înainte de împărțirea vieții celulare în trei domenii [56] . Acest lucru este confirmat de faptul că unele proteine virale nu prezintă omologie cu proteinele bacteriilor, arheilor și eucariotelor, ceea ce indică o separare relativ lungă a acestui grup. Altfel, nu este posibil să se explice în mod fiabil originea virusurilor pe baza a trei ipoteze clasice stabilite, ceea ce face necesară revizuirea și rafinarea acestor ipoteze [56] .
Ipoteza lumii ARN [57] și analiza computerizată a secvențelor ADN virale și gazdă oferă o mai bună înțelegere a relațiilor evolutive dintre diferitele grupuri de viruși și pot ajuta la determinarea strămoșilor virușilor moderni. Până în prezent, astfel de studii nu au clarificat încă care dintre cele trei ipoteze principale este corectă [57] . Cu toate acestea, pare puțin probabil ca toți virușii moderni să aibă un strămoș comun și este posibil ca virușii să fi apărut în mod independent de mai multe ori în trecut prin unul sau mai multe mecanisme, deoarece există diferențe semnificative în organizarea materialului genetic între diferitele grupuri de viruși . 58] .
Prionii sunt molecule proteice infecțioase care nu conțin ADN sau ARN [59] . Ele provoacă boli precum scabia oilor [60] , encefalopatia spongiformă bovină și bolile de epuizare cronice la căprioare . Bolile prionice umane includ kuru , boala Creutzfeldt-Jakob și sindromul Gerstmann-Straussler-Scheinker [61] . Prionii sunt capabili să stimuleze formarea propriilor copii. Proteina prionică poate exista în două izoforme : normală (PrP C ) și prion (PrP Sc ). Forma prionică, interacționând cu proteina normală, promovează transformarea acesteia în forma prionică. Deși prionii sunt fundamental diferiți de viruși și viroizi, descoperirea lor oferă mai multe motive să credem că virușii ar fi putut evolua din molecule autoreplicabile [62] .
În timp ce virusul se află în mediul extracelular sau în procesul de infectare a celulei, el există ca o particulă independentă. Particulele virale ( virionii ) constau din două sau trei componente: material genetic sub formă de ADN sau ARN (unele, cum ar fi mimivirusurile , au ambele tipuri de molecule); o înveliș proteic ( capsidă ) care protejează aceste molecule și, în unele cazuri, învelișuri lipidice suplimentare. Prezența unei capside distinge virușii de acizii nucleici infecțioși asemănători virusului - viroizi . În funcție de ce tip de acid nucleic este reprezentat materialul genetic, se izolează virusurile care conțin ADN și virușii care conțin ARN ; clasificarea virușilor din Baltimore se bazează pe acest principiu . Anterior, prionii erau, de asemenea, atribuiți în mod eronat virușilor , dar mai târziu s-a dovedit că acești agenți patogeni sunt proteine infecțioase speciale și nu conțin acizi nucleici. Forma virusurilor variază de la simple elicoidale și icosaedrice până la structuri mai complexe. Dimensiunea unui virus mediu este de aproximativ o sutime din cea a unei bacterii medii. Majoritatea virusurilor sunt prea mici pentru a fi vizibili clar la microscopul optic .
Virușii sunt paraziți obligatorii , deoarece nu se pot reproduce în afara celulei. În afara celulei, particulele virale nu prezintă semne de viață și se comportă ca particulele de biopolimeri . Virușii diferă de organismele parazitare vii prin absența completă a metabolismului de bază și energetic și a celui mai complex element al sistemelor vii - aparatul de translație (sinteza proteinelor), al cărui grad de complexitate îl depășește pe cel al virușilor înșiși.
Conform uneia dintre definiții, virușii sunt o formă de viață, după alta, virușii sunt complexe de molecule organice care interacționează cu organismele vii. Virușii sunt caracterizați ca „organisme la granița celor vii” [21] . Virușii sunt similari cu organismele vii prin faptul că au propriul lor set de gene și evoluează prin selecție naturală [63] , precum și prin faptul că sunt capabili să se reproducă creând copii ale lor prin auto-asamblare. Virușii au material genetic , dar sunt lipsiți de structură celulară, și anume această caracteristică este de obicei considerată o proprietate fundamentală a materiei vii . Virușii nu au propriul metabolism și au nevoie de o celulă gazdă pentru a-și sintetiza propriile molecule. Din acest motiv, ei nu se pot reproduce în afara celulei [64] . În același timp, bacterii precum rickettsia și chlamydia , în ciuda faptului că nu se pot reproduce în afara celulelor gazdă, sunt considerate organisme vii [65] [66] . Formele de viață cunoscute în mod obișnuit se reproduc prin diviziune celulară , în timp ce particulele virale se adună spontan într-o celulă infectată. Reproducerea virusului diferă de creșterea cristalelor prin faptul că virusurile moștenesc mutații și sunt sub presiunea selecției naturale. Auto-asamblarea particulelor virale într-o celulă oferă un sprijin suplimentar pentru ipoteza că viața ar fi putut avea originea sub formă de molecule organice auto-asamblate [2] . Datele publicate în 2013 conform cărora unii bacteriofagi au propriul lor sistem imunitar adaptativ [67] reprezintă un argument suplimentar în favoarea definirii unui virus ca formă de viață.
Virușii prezintă o mare varietate de forme și dimensiuni. De regulă, virușii sunt mult mai mici decât bacteriile. Majoritatea virusurilor studiate au un diametru cuprins intre 20 si 300 nm . Unele filovirusuri au o lungime de până la 1400 nm, dar numai 80 nm în diametru [68] . În 2013, cel mai mare virus cunoscut a fost considerat a fi Pandoravirus care măsoară 1 × 0,5 µm , cu toate acestea, în 2014, Pithovirus a fost descris din permafrost din Siberia , atingând 1,5 µm în lungime și 0,5 µm în diametru. În prezent este considerat cel mai mare virus cunoscut [69] . Majoritatea virionilor nu pot fi văzuți cu un microscop cu lumină , prin urmare se folosesc cei electronici - atât de scanare , cât și de transmisie [70] . Pentru ca virușii să iasă puternic în evidență pe fundalul înconjurător, se folosesc „coloranți” denși în electroni. Sunt soluții de săruri ale metalelor grele , cum ar fi wolfram , care împrăștie electroni pe suprafața acoperită cu acestea. Cu toate acestea, tratamentul cu astfel de substanțe afectează vizibilitatea detaliilor fine. În cazul contrastului negativ, doar fundalul este „colorat” [71] .
O particulă virală matură, cunoscută sub numele de virion, constă dintr-un acid nucleic înconjurat de un înveliș proteic protector numit capsidă. Capsida este alcătuită din subunități proteice identice numite capsomere [72] . Virușii pot avea, de asemenea, o înveliș lipidic peste capside ( supercapsid ) formată din membrana celulei gazdă. Capsida este formată din proteine codificate de genomul viral, iar forma sa stă la baza clasificării virusurilor în funcție de caracteristicile morfologice [73] [74] . Virușii organizați complex, în plus, codifică proteine speciale care ajută la asamblarea capsidei. Complexele de proteine și acizi nucleici sunt cunoscute ca nucleoproteine , iar complexul de proteine capside virale cu acid nucleic viral se numește nucleocapsidă . Forma capsidei și virionul în ansamblu pot fi examinate mecanic (fizic) folosind un microscop cu forță atomică cu scanare [75] [76] .
CapsidSunt clasificate patru tipuri morfologice de capside virale: elicoidale, icosaedrice, alungite și complexe.
SpiralAceste capside constau dintr-un singur tip de capsomere stivuite într-o spirală în jurul unei axe centrale. În centrul acestei structuri poate fi o cavitate sau un canal central. Această organizare a capsomerelor duce la formarea de virioni în formă de baston și filamentoși: pot fi scurti și foarte denși sau lungi și foarte flexibili. Materialul genetic este de obicei ARN monocatenar (în unele cazuri ADN monocatenar) și este menținut în helixul proteinei prin interacțiuni ionice între sarcinile negative ale acizilor nucleici și sarcinile pozitive ale proteinelor. În general, lungimea capsidei elicoidale depinde de lungimea acidului nucleic pe care îl înconjoară, în timp ce diametrul este determinat de mărimea și dispunerea capsomerelor. Un exemplu de virus spiralat este virusul mozaicului tutunului [77] .
IcosaedricMajoritatea virusurilor animale sunt de formă icosaedrică sau aproape sferică , cu simetrie icosaedrică . Un icosaedru regulat este forma optimă pentru o capsidă închisă compusă din subunități identice. Numărul minim necesar de capsomere identici este de 12, fiecare capsomer constând din cinci subunități identice. Mulți virusuri, cum ar fi rotavirusul , au mai mult de doisprezece capsomere și apar rotunji, dar păstrează simetria icosaedrică. Capsomerele găsite la vârfuri sunt înconjurate de alte cinci capsomere și se numesc pentone . Capsomerii fețelor triunghiulare au 6 capsomere vecini și se numesc hexoni [78] . Hexonii sunt în esență plati, în timp ce pentonii, care formează 12 vârfuri, sunt curbați. Aceeași proteină poate fi o subunitate atât a pentomerilor, cât și a hexamerilor, sau pot fi compuse din proteine diferite.
AlungitCapside alungite numite icosaedrice, alungite de-a lungul axei de simetrie de ordinul al cincilea. Această formă este caracteristică capetelor bacteriofage [79] .
CuprinzătorForma acestor capside nu este nici pur elicoidal, nici pur icosaedric. Ele pot purta structuri externe suplimentare, cum ar fi cozi de proteine sau pereți exteriori complexi. Unii bacteriofagi, cum ar fi fagul T4 , au o capsidă complexă constând dintr-un cap icosaedric conectat la o coadă elicoidală, care poate avea o bază hexagonală cu filamente de proteine cozii care se extind din aceasta. Această coadă acționează ca o seringă moleculară, atașându-se de celula gazdă și apoi injectând materialul genetic al virusului în ea [80] .
ShellUnii virusuri se înconjoară cu o înveliș suplimentară a unei membrane celulare modificate (plasmatică sau internă, cum ar fi membrana nucleară sau membrana reticulului endoplasmatic ). Acest strat bilipid suplimentar se numește supercapsid , iar proeminențele sub formă de vârfuri de pe el se numesc contoare de cenușă . Învelișul lipidic al virusului este punctat cu proteine codificate de genomul viral și de genomul gazdă; membrana în sine, precum și oricare dintre componentele sale carbohidrați , provin în întregime din celula gazdă. În acest fel, virusul gripal și HIV își formează învelișul . Infectivitatea majorității virușilor înveliți depinde de acest înveliș [81] .
Poxvirusurile sunt virusuri mari complexe, cu morfologie neobișnuită. Materialul genetic al virusului este legat de proteine într-o structură centrală în formă de disc cunoscută sub numele de nucleoid. Nucleoidul este înconjurat de o membrană și două corpuri laterale cu funcție necunoscută. Virusul are o înveliș exterioară cu un număr mare de proteine pe suprafața sa. Întregul virion este ușor pleomorf (adică capabil să-și schimbe forma și dimensiunea în funcție de condiții) și poate lua o formă de la oval la cel bloc [82] . Mimivirusul este unul dintre cele mai mari virusuri descrise și are o capsidă icosaedrică cu un diametru de 400–500 nm. Filamentele de proteine care se extind de la suprafața virionului ajung la 100 nm în lungime [83] [84] . În 2011, cercetătorii au descoperit un virus și mai mare pe fundul oceanului în largul coastei Chile . Virusul, care a fost numit provizoriu Megavirus chilensis , poate fi văzut chiar și cu un microscop optic convențional [85] .
Proprietăți | Opțiuni |
---|---|
Acid nucleic |
|
Forma |
|
Număr de lanțuri |
|
Polaritate |
|
Virușii prezintă un număr mare de variante în organizarea genomului ; în acest sens sunt mai diverse decât plantele, animalele, arheile și bacteriile. Există milioane de tipuri diferite de viruși [7] , dar doar aproximativ 5000 dintre ei au fost descriși în detaliu [6] . Materialul genetic al unui virus poate fi fie ADN, fie ARN, respectiv, virusurile sunt împărțite în care conțin ADN și care conțin ARN . Marea majoritate a virusurilor contin ARN. Virusurile vegetale conțin cel mai adesea ARN monocatenar, în timp ce bacteriofagii au de obicei ADN dublu catenar [86] .
Genomul viral poate fi circular, ca în poliomavirusuri , sau liniar, ca în adenovirusuri . Forma genomului nu depinde de tipul de acid nucleic. În multe virusuri care conțin ARN și în unele viruși care conțin ADN, genomul este adesea reprezentat de mai multe molecule (părți) și, prin urmare, este numit segmentat. În virusurile ARN, fiecare segment codifică adesea o singură proteină și, de obicei, aceste segmente sunt împachetate într-o singură capsidă. Cu toate acestea, prezența tuturor segmentelor nu este întotdeauna necesară pentru infectarea virusului, așa cum demonstrează virusul mozaic brom și alți virusuri vegetale [68] .
Indiferent de tipul de acid nucleic, genomii virali sunt, în general, unul dintre cele două tipuri: fie monocatenar, fie dublu catenar. Un genom dublu catenar conține o pereche de catene complementare de acid nucleic, în timp ce un genom monocatenar conține o singură catenă. Și numai în unele familii (de exemplu, Hepadnaviridae ) genomul include atât regiuni monocatenare, cât și dublu catenare [86] .
Pentru majoritatea virusurilor ARN și unele virusuri ADN monocatenar, polaritatea acidului nucleic este determinată de faptul dacă acesta este complementar cu ARNm viral . O moleculă de ARN cu polaritate pozitivă (plus catenă) are aceeași secvență de nucleotide ca ARNm, așa că cel puțin o parte din ea poate începe imediat să fie tradusă de celula gazdă. ARN-ul cu polaritate negativă (catena negativă) este complementar ARNm, prin urmare, înainte de a începe translația, ARN-ul pozitiv trebuie sintetizat pe el folosind enzima ARN polimeraza dependentă de ARN . Denumirile catenelor de ADN pentru virusurile care conțin ADN monocatenar sunt similare cu cele pentru ARN: catena codificatoare este complementară ARNm (-), în timp ce catena necodificatoare este copia sa (+) [86] . Cu toate acestea, genomul mai multor tipuri de virusuri ADN și ARN sunt reprezentați de molecule de polaritate diferită, adică orice lanț poate suferi transcripție . Astfel, de exemplu, sunt geminivirusurile , virusurile vegetale care conțin ADN monocatenar și arenavirusurile , virușii animale cu ARN monocatenar [87] .
Mărimea genomului variază mult între diferitele specii. Cel mai mic genom ADN monocatenar are un circovirus din familia Circoviridae : genomul său codifică doar două proteine și conține doar 2000 de nucleotide. Unul dintre cei mai mari genomi a fost găsit în Mimivirus : conține peste 1,2 milioane de perechi de baze și codifică peste o mie de proteine [88] . De regulă, virușii care conțin ARN au un genom mai mic decât cei care conțin ADN - dimensiunea genomului lor este limitată din cauza probabilității mai mari de erori în timpul replicării [40] . Cu un genom mai mare, erorile care au apărut în timpul replicării sale ar face virusul neviabil sau necompetitiv. Pentru a depăși această limitare, virusurile ARN au adesea un genom segmentat, ceea ce reduce șansa ca o greșeală într-unul dintre segmente să fie fatală pentru întregul genom. În schimb, virusurile care conțin ADN au de obicei genomi mai mari datorită preciziei mai mari a enzimelor lor de replicare [89] . Cu toate acestea, virușii care conțin ADN monocatenar sunt o excepție de la această regulă – rata de acumulare a mutațiilor în genomul lor se apropie de cea a virusurilor care conțin ARN monocatenar [90] .
Modificările genetice apar în viruși prin diferite mecanisme. Acestea includ substituții aleatorii ale bazelor individuale în ARN sau ADN. În majoritatea cazurilor, aceste mutații punctuale sunt „tăcute” - nu modifică structura proteinelor codificate de gene mutante, dar uneori, ca urmare a unor astfel de modificări, virusul poate dobândi avantaje evolutive, cum ar fi rezistența la medicamentele antivirale [91] . Deriva antigenului apare atunci când apar modificări la scară largă în genomul unui virus. Acesta poate fi rezultatul recombinării sau reasortării . Când acest lucru se întâmplă cu un virus gripal, poate rezulta o pandemie [92] . Virușii ARN există adesea ca cvasi -specii sau un amestec de viruși din aceeași specie, dar cu secvențe de nucleotide ușor diferite în genom. Astfel de cvasi-specii sunt ținta principală pentru selecția naturală [93] .
Un genom segmentat oferă avantaje evolutive: diferite tulpini ale unui virus cu genom segmentat pot face schimb de gene și pot produce descendenți cu caracteristici unice. Acest fenomen se numește reasortare [94] .
Recombinarea genetică este procesul de introducere a unei pauze într-o moleculă de acid nucleic și apoi de „reticulare” cu alte molecule de acid nucleic. Recombinarea poate avea loc între genomul a doi virusuri atunci când infectează o celulă în același timp. Studiile privind evoluția virusurilor au arătat că recombinarea este larg răspândită la speciile studiate [95] . Recombinarea este caracteristică atât virusurilor care conțin ARN cât și ADN [96] [97] .
Virușii nu se reproduc prin diviziune celulară deoarece nu au o structură celulară. În schimb, ei folosesc resursele celulei gazdă pentru a face mai multe copii ale lor, iar asamblarea lor are loc în interiorul celulei.
În mod convențional, ciclul de viață al unui virus poate fi împărțit în mai multe etape care se suprapun (de obicei sunt 6 etape [98] ):
Un virus care se replica activ nu omoară întotdeauna celula gazdă. Virușii înveliți, inclusiv HIV, se separă de obicei de celulă prin înmugurire . În timpul acestui proces, virusul își dobândește învelișul, care este un fragment modificat al membranei celulei gazdă sau al unei alte membrane interne [105] . Astfel, celula poate continua să trăiască și să producă virusul.
Caracteristicile ciclului de viață al diferitelor grupuriMaterialul genetic din interiorul particulelor virale și modul în care se reproduce diferă semnificativ între diferitele viruși.
Gama de efecte structurale și biochimice exercitate de un virus asupra unei celule infectate este foarte largă [111] . Se numesc efecte citopatice [112] . Majoritatea infecțiilor virale duc la moartea celulelor gazdă. Cauzele morții pot fi liza celulară, modificările membranei celulare și apoptoza [113] . Adesea, cauza morții celulare este suprimarea activității sale normale de către proteinele virale, care nu toate fac parte din particule virale [114] .
Unii viruși nu provoacă modificări vizibile în celula afectată. Celulele în care virusul este latent și inactiv au puține semne de infecție și funcționează normal [115] . Aceasta este cauza infecțiilor cronice și este posibil ca virusul să nu se manifeste în ele timp de multe luni sau ani. Acesta este adesea cazul, de exemplu, cu virusul herpesului [116] [117] . Unii virusuri, cum ar fi virusul Epstein-Barr , pot determina multiplicarea rapidă a celulelor fără a provoca malignitate [118] , în timp ce altele, cum ar fi papilomavirusurile , pot provoca cancer [119] .
Virușii sunt, fără îndoială, cele mai numeroase obiecte biologice de pe Pământ, iar în acest indicator depășesc toate organismele la un loc [120] . Ele infectează toate formele de organisme celulare, inclusiv animale, plante, bacterii și ciuperci [6] . Cu toate acestea, diferite tipuri de viruși pot infecta doar o gamă limitată de gazde , iar mulți viruși sunt specifici speciei. Unele, cum ar fi virusul variolei , pot afecta doar o singură specie - oamenii [121] , în astfel de cazuri se spune că virusul are o gamă îngustă de gazdă. În schimb, virusul rabiei poate infecta o varietate de specii de mamifere , ceea ce înseamnă că are o gamă largă de gazde [122] . Virușii vegetali sunt inofensivi pentru animale, în timp ce majoritatea virusurilor animale sunt inofensive pentru oameni [123] . Gama gazdă a unor bacteriofagi este limitată la o singură tulpină bacteriană și pot fi utilizate pentru a identifica tulpinile care provoacă focare de boli infecțioase prin tiparea fagilor [124] .
DistribuțieVirușii se răspândesc în multe moduri: virusurile plantelor sunt adesea transmise de la plantă la plantă de insecte care se hrănesc cu seva plantelor, cum ar fi afidele ; virusurile animale pot fi răspândite de insecte care suge sânge, astfel de organisme sunt cunoscute ca vectori . Virusul gripal se raspandeste prin aer prin tuse si stranut . Norovirusul și rotavirusul , care provoacă în mod obișnuit gastroenterita virală , sunt transmise pe cale fecal-orală prin contactul cu alimente sau apă contaminate. HIV este unul dintre numeroasele virusuri transmise prin contact sexual și prin transfuzie de sânge infectat. Fiecare virus are o specificitate specifică a gazdei , determinată de tipurile de celule pe care le poate infecta. Gama gazdei poate fi îngustă sau, dacă virusul infectează multe specii, larg [125] .
În taxonomia naturii vii , virusurile sunt clasificate ca un taxon separat, care, în clasificarea Systema Naturae 2000 , împreună cu domeniile Bacteria , Archaea și Eukaryota , formează taxonul rădăcină Biota [126] . În cursul secolului al XX-lea , au fost înaintate propuneri în sistematică pentru a crea un taxon distinct pentru formele de viață necelulare ( Aphanobionta Novak, 1930 [127] ; superregatul Acytota Jeffrey, 1971 [128] ; Acellularia [129] ), dar astfel de propuneri au fost necodificat [130] .
Sarcina principală a clasificării este de a descrie diversitatea virușilor și de a le grupa pe baza proprietăților comune. În 1962, André Lvov , Robert Horn și Paul Tournier au fost primii care au dezvoltat principiile de bază pentru clasificarea virusurilor pe baza sistemului ierarhic linnean [131] . Principalii taxoni din acest sistem sunt diviziunea , clasa , ordinea , familia , genul și specia . Virușii au fost împărțiți în grupuri în funcție de proprietățile lor comune (mai degrabă decât gazdele lor) și tipul de acid nucleic din genom [132] . Clasificarea virușilor din Baltimore este în esență o completare la clasificarea mai tradițională. [133]
Sistematica și taxonomia virușilor sunt în prezent codificate și menținute de Comitetul Internațional pentru Taxonomia Virușilor (ICTV), care menține și baza de date taxonomică (The Universal Virus Database, ICTVdB).
Dezvoltarea metagenomicii virale a condus la identificarea multor noi virusuri ARN care au ajutat la reconstruirea istoriei evolutive a virusurilor ARN [133] . Nu există o singură genă care să fie comună tuturor virusurilor, care să mărturisească fără echivoc în favoarea originii polifiletice a virusurilor. Cu toate acestea, există un set de aproximativ 20 de gene cheie care codifică proteine care sunt implicate în replicarea virală și formarea virionilor. Pe baza asemănării acestor gene, în 2018 s-a propus împărțirea tuturor virușilor în taxoni de cel mai înalt rang - tărâmuri [comm. 2] [134] . Începând cu 2021, virușii sunt subdivizați în șase tărâmuri [134] .
Comitetul Internațional pentru Taxonomia Virușilor a dezvoltat o clasificare modernă a virușilor și a identificat principalele proprietăți ale virusurilor care au mai multă greutate pentru clasificare , menținând în același timp uniformitatea familiilor.
A fost dezvoltată o taxonomie unificată (un sistem universal de clasificare a virușilor). Al șaptelea raport ICTV a fixat pentru prima dată conceptul de specie de virus ca cel mai jos taxon din ierarhia virușilor [135] [comm. 4] . Cu toate acestea, doar o mică parte din diversitatea totală a virusurilor a fost studiată până acum, analiza probelor de virus din corpul uman a relevat că aproximativ 20% din secvențele de acid nucleic viral nu au fost încă examinate, iar probele din mediu, pt. de exemplu, apa mării și fundul oceanului, au arătat că marea majoritate a secvențelor sunt complet noi [136] .
Unitățile taxonomice valide sunt următoarele ranguri [137] , care corespund anumitor sufixe din denumirile științifice ale taxonilor [138] :
Tărâm ( -viria ) și sub-tărâm ( -vira ) Tărâm ( -virae ) și sub- tărâm ( -virites ) Tip ( -viricota ) și subtip ( -viricotina ) Clasa ( -viricetes ) și subclasa ( -viricetidae ) Ordine ( -virales ) și subordine ( -virineae ) Familia ( -viridae ) și subfamilia ( -virinae ) Gen ( -virus ) și subgen ( -virus ) Vizualizare ( -virus )Clasificarea ICTV nu reglementează subspeciile , tulpinile și izolatele [139] .
În aprilie 2021, există 6 tărâmuri, 10 regate, 17 phyla, 2 subtipuri, 39 clase, 59 ordine, 8 subordine, 189 familii, 136 subfamilii, 2224 genuri, 70 subgenuri și 9110 specii de virusuri și virusuri [1] ] . Încă peste 3000 de viruși nu sunt clasificați [140] .
După cum sa menționat mai devreme, tărâmurile au fost identificate pe baza comparațiilor de secvențe a aproximativ douăzeci de gene cheie care codifică proteinele implicate în replicarea virală și producția de virion. Domeniul Riboviria include viruși care codifică ARN polimeraza dependentă de ARN ; include virusuri din grupele III, IV, V, VI și VII din clasificarea Baltimore. Domeniul Riboviria include aproape toți virusurile care au un genom ARN, cu excepția virusului hepatitei delta și a virusurilor înrudite, care sunt izolate în domeniul Ribozyviria . Virușii din domeniul Ribozyviria sunt similari cu viroizii și au o ribozimă implicată în maturarea ARN-ului viral, cu toate acestea, spre deosebire de viroizi, ei codifică o proteină nucleocapsidă. Virușii ai căror genom sunt reprezentați de ADN monocatenar sunt izolați în tărâmul Monodnaviria . Majoritatea membrilor acestui tărâm au o proteină semnătură comună, o endonuclează implicată în replicarea inelului rulant . Mulți membri ai Monodnaviria au, de asemenea, o proteină capside care conține o rolă de jeleu . Regatul Monodnaviria include, de asemenea , două familii de viruși cu genom ADN dublu catenar, Polyomaviridae și Papillomaviridae , care sunt descendenți din viruși cu genom ADN monocatenar, probabil viruși din familia Parvoviridae . Tărâmul Varidnaviria include toți virusurile cu genomi sub formă de ADN dublu catenar, care au o proteină majoră a capsidei cu o rolă de jeleu [141] . Domeniul Duplodnaviria include , de asemenea, viruși cu genomi ADN dublu catenar, dar pliul HK97 este prezent în proteinele lor principale ale capsidei [142] . În domeniul Adnaviria s-au izolat virusuri al căror genom virion este reprezentat de ADN dublu catenar în forma A [134] .
Biologul David Baltimore , laureat al Premiului Nobel, a dezvoltat o clasificare a virusurilor numite după el [35] [143] . Clasificarea ICTV este acum fuzionată cu clasificarea Baltimore pentru a forma sistemul modern de clasificare a virusurilor [144] [145] .
Clasificarea virusurilor conform Baltimore se bazează pe mecanismul de formare a ARNm. Virușii sintetizează ARNm din propriul lor genom pentru a forma proteine și a-și replica acidul nucleic, dar fiecare familie de viruși are propriul mecanism pentru acest proces. Genomii virali pot fi monocatenar (ss) sau dublu catenar (ds), pot conține ADN sau ARN și pot utiliza sau nu transcriptază inversă . În plus, virusurile ARN monocatenar pot avea o catenă ARN pozitivă (+) sau negativă (-) ca parte a genomului lor.
Acest sistem include șapte grupuri principale [143] [146] :
O împărțire ulterioară se face pe baza unor caracteristici precum structura genomului (prezența segmentelor, o moleculă circulară sau liniară), similitudinea genetică cu alți virusuri, prezența unei membrane lipidice, afilierea taxonomică a organismului gazdă, si altii.
Nu există nicio genă care să fie prezentă în toți virusurile, astfel încât virușii în ansamblu sunt un grup polifiletic . Dezvoltarea metagenomicii virale a condus la identificarea multor noi virusuri ARN care au ajutat la recrearea istoriei evolutive a virusurilor [133] . Cu toate acestea, există un set de aproximativ 20 de gene cheie care codifică proteine care sunt implicate în replicarea virală și formarea virionilor. Pe baza asemănării acestor gene, în 2018 s-a propus împărțirea tuturor virușilor în taxoni de cel mai înalt rang - tărâmuri. Membrii tărâmului Riboviria , despre care se crede că sunt monofiletici , s-ar putea să fi descins dintr-un element genetic simplu străvechi care avea o ARN polimerază dependentă de ARN. Virușii ai căror genomi sunt reprezentați de ARN dublu catenar provin cel mai probabil de cel puțin două ori din diferite grupuri de viruși cu ARN monocatenar pozitiv. Grupele IV (genom - ARN monocatenar de polaritate pozitivă) și V (genom - ARN monocatenar de polaritate negativă) din clasificarea Baltimore sunt monofiletice, iar grupa III, care include viruși cu genom sub formă de ARN dublu catenar , este polifiletic. Cu toate acestea, virusul hepatitei delta și alți membri ai tărâmului Ribozyviria aparțin în mod oficial grupului V, deși diferă fundamental de alte viruși care conțin ARN prin prezența unei ribozime implicate în replicarea ARN viral și necesitatea unui virus gazdă ( virusuri satelit ) , fără de care reproducerea lor este imposibilă. Dacă riboziviria este inclusă în grupa V, atunci ar trebui să fie considerată și polifiletică [134] .
Virușii ai căror genom sunt reprezentați de ADN monocatenar formează grupul II în clasificarea Baltimore și tărâmul Monodnaviria . În ciuda faptului că toți au o endonuclează implicată în replicarea inelului rulant, acest grup de viruși este polifiletic și a apărut de mai multe ori în cursul evoluției ca o combinație într-un element genetic al genei acestei endonucleaze, împrumutat din plasmide și gena proteinei capside a diferitelor virusuri.Grupa IV în timpul recombinării. Calea evolutivă a virusurilor cu genom sub formă de ADN dublu catenar nu este, de asemenea, simplă. Ele sunt împărțite în trei tărâmuri neînrudite: Duplodnaviria , Varidnaviria și Adnaviria . Virușii cu genom ADN dublu catenar au evoluat de cel puțin patru ori din strămoși independenți [134] .
Exemple dintre cele mai cunoscute boli virale umane sunt răceala obișnuită (poate avea și etiologie bacteriană ), gripa , varicela și herpesul simplex . Multe boli grave, cum ar fi Ebola , SIDA , gripa aviară și sindromul respirator acut sever sunt, de asemenea, cauzate de viruși. Capacitatea relativă a unui virus de a provoca boală este caracterizată de termenul de virulență . Unele boli sunt investigate pentru viruși printre agenții cauzali, de exemplu, poate exista o asociere între herpesvirusul uman de tip 6 și boli neurologice , cum ar fi scleroza multiplă și sindromul de oboseală cronică [150] și bornavirusul , agentul cauzal al bolilor neurologice în cai, pot provoca și boli psihice.tulburări la om [151] .
Virușii diferă în ceea ce privește mecanismele de acțiune asupra organismului gazdă, care sunt foarte dependente de specie. La nivel celular, acest mecanism implică liza celulară , adică moartea acesteia. În organismele multicelulare , atunci când un număr mare de celule mor, organismul în ansamblu începe să sufere. Deși virușii perturbă homeostazia normală , ducând la boli, ei pot exista în organism și sunt relativ inofensivi. Unii virusuri (de exemplu, virusul herpes simplex tip 1 ) pot locui în interiorul corpului uman într-o stare latentă, care se numește latență [152] . Este caracteristic virusurilor herpetice , inclusiv virusului Epstein-Barr care cauzează mononucleoza infecțioasă , precum și virusului care provoacă varicela și zona zoster . Majoritatea oamenilor au avut cel puțin unul dintre aceste tipuri de virus herpes [153] . Cu toate acestea, astfel de viruși latenți pot fi benefice, deoarece prezența acestor virusuri poate provoca un răspuns imun împotriva agenților patogeni bacterieni precum bacilul ciumei ( Yersinia pestis ) [154] .
Unii virusuri pot provoca infecții pe tot parcursul vieții sau cronice , în care virusul continuă să se replice în corpul gazdei în ciuda mecanismelor de apărare ale gazdei [155] . Acest lucru se întâmplă, de exemplu, în infecțiile cauzate de virusurile hepatitei B și C. Bolnavii cronici (purtători) acționează astfel ca un rezervor de infecție [156] . Dacă proporția purtătorilor de virus în populație este mare, atunci această afecțiune este caracterizată ca o epidemie [157] .
Epidemiologia virală este ramura științei medicale care studiază transmiterea și controlul infecțiilor virale la om. Transmiterea virusurilor se poate produce pe verticală, adică de la mamă la copil, sau pe orizontală, adică de la persoană la persoană. Exemple de transmitere verticală sunt virusul hepatitei B și HIV , în care copilul se naște deja infectat [158] . Un alt exemplu, mai rar, este virusul varicelo-zosterian, care, deși provoacă infecții relativ ușoare la adulți, poate fi fatal pentru fetuși și nou-născuți [ 159 ] .
Transmiterea orizontală este cel mai comun mecanism de răspândire a virusului într-o populație. Transmiterea poate avea loc: prin transferul fluidelor corporale în timpul actului sexual, de exemplu, la HIV; prin sânge la transfuzarea sângelui infectat sau la utilizarea unei seringi murdare, de exemplu, cu virusul hepatitei C; transmiterea salivei pe buze , de exemplu, în virusul Epstein-Barr; înghițirea apei sau alimentelor contaminate, cum ar fi norovirusul ; prin inhalarea aerului în care se află virionii , de exemplu, virusul gripal; insecte , cum ar fi țânțarii , care dăunează pielii gazdei, cum ar fi febra dengue . Rata de transmitere a unei infecții virale depinde de mai mulți factori, inclusiv densitatea populației, numărul de persoane susceptibile (adică cei care nu sunt imuni ) [160] , calitatea asistenței medicale și vremea [161] .
Epidemiologia este folosită pentru a opri răspândirea infecției într-o populație în timpul unui focar al unei boli virale [162] . Se iau măsuri de control pe baza cunoștințelor despre modul în care se răspândește virusul. Este important să găsiți sursa (sau sursele) focarului și să identificați virusul. Odată ce virusul este identificat, poate fi posibilă oprirea infecției cu vaccinuri . Dacă vaccinurile nu sunt disponibile, igienizarea și dezinfecția pot fi eficiente . Adesea, persoanele infectate sunt izolate de restul societății, adică virusul este pus în carantină [163] . Mii de vaci au fost sacrificate pentru a controla focarul de febră aftoasă din 2001 în Marea Britanie [164] . Majoritatea infecțiilor umane și animale au o perioadă de incubație în care nu apar simptome ale infecției [165] . Perioada de incubație a bolilor virale poate dura de la câteva zile până la săptămâni [166] . Adesea suprapunându-se cu acesta, dar mai ales după perioada de incubație, perioada de transmitere când o persoană sau un animal infectat este contagioasă și poate infecta alte persoane sau animale [166] . Această perioadă este cunoscută și pentru multe infecții, iar cunoașterea duratei ambelor perioade este importantă pentru controlul focarelor [167] . Când un focar are ca rezultat un număr neobișnuit de mare de cazuri într-o populație sau regiune, se numește epidemie. Dacă focarele sunt larg răspândite, atunci vorbesc de o pandemie [168] .
Populația indigenă a Americii a fost mult redusă de bolile infecțioase, în special de variola , adusă în America de colonialiștii europeni . Potrivit unor estimări, după sosirea lui Columb în America, aproximativ 70% din întreaga populație indigenă a fost ucisă de boli străine . Pagubele cauzate de aceste boli băștinașilor i-au ajutat pe europeni să-i alunge și să-i cucerească [169] .
O pandemie este o epidemie la nivel mondial. Epidemia de gripă spaniolă din 1918 , care a durat până în 1919 , este o pandemie de virus gripal de categoria 5 . A fost cauzată de virusul gripal A extrem de agresiv și mortal . Adulții sănătoși au fost adesea victimele acesteia, spre deosebire de majoritatea focarelor de gripă, care au afectat în principal copiii și adolescenții, persoanele în vârstă și alte persoane debilitate [170] . Potrivit vechilor estimări, gripa spaniolă a provocat 40-50 de milioane de vieți [171] , iar conform estimărilor moderne, această cifră se apropie de 100 de milioane, adică 5% din populația lumii la acel moment [172] .
Majoritatea cercetătorilor cred că HIV a apărut în Africa sub-sahariană în timpul secolului al XX-lea [173] . Acum, epidemia de SIDA are amploarea unei pandemii. Se estimează că 38,6 milioane de oameni de pe pământ sunt acum infectați cu HIV [174] . Programul Comun al Națiunilor Unite pentru HIV/SIDA și Organizația Mondială a Sănătății estimează că peste 25 de milioane de oameni au murit din cauza SIDA (ultima etapă a infecției cu HIV) de când a fost raportat primul caz la 5 iunie 1981, făcându-l unul dintre cele mai devastatoare epidemii din lume.toată istoria documentată [175] . În 2007, s-au înregistrat 2,7 milioane de infecții cu HIV și 2 milioane de decese din cauza bolilor legate de HIV [176] .
Câțiva agenți patogeni virali extrem de letali aparțin familiei filovirusurilor ( Filoviridae ). Filovirusurile sunt viruși filamentoși care provoacă febră hemoragică , incluzând și agentul cauzal al febrei hemoragice Ebola și al virusului Marburg . Virusul Marburg a primit o atenție largă a presei în aprilie 2005, din cauza unui focar în Angola . Durând din octombrie 2004 până în 2005, acest focar a rămas în istorie drept cea mai gravă epidemie a oricărei febre hemoragice [177] .
Virusurile pot provoca afecțiuni maligne (în special carcinomul hepatocelular sau sarcomul Kaposi ) la oameni și la alte specii, deși apar doar la o mică proporție dintre cei infectați. Virușii tumorali aparțin unor familii diferite; ele includ atât viruși care conțin ARN, cât și ADN, astfel încât nu există un singur tip de " oncovirus " (un termen învechit aplicat inițial retrovirusurilor cu transformare rapidă ). Dezvoltarea cancerului este determinată de mulți factori, cum ar fi imunitatea gazdei [178] și mutațiile gazdei [179] . Virușii care pot provoca cancer la oameni includ unii reprezentanți ai papilomavirusului uman , virusului hepatitei B și C, virusului Epstein-Barr, herpesvirusul sarcomului Kaposi și virusul limfotrop T uman. Un virus canceros uman descoperit mai recent este poliomavirusul (poliomavirusul cu celule Merkel), care în majoritatea cazurilor provoacă o formă rară de cancer de piele numită carcinom cu celule Merkel [180] . Virusurile hepatitei pot provoca infecție virală cronică care duce la cancer hepatic [181] [182] . Infecția cu virusul limfotrofic T uman poate duce la parapereză spastică tropicală și la leucemie cu celule T mature [183] . Papilomavirusurile umane pot provoca cancer de col uterin , piele, anus și penis [184] . Dintre herpesvirusuri, virusul herpes al sarcomului Kaposi cauzează sarcomul Kaposi și limfomul cavității corporale , virusul Epstein-Barr cauzează limfomul Burkitt , boala Hodgkin , tulburările de limfoproliferare B și carcinomul nazofaringian [185] . Poliomavirusul cu celule Merkel este strâns legat de virusul SV40 și poliomavirusurile murine , care au fost folosite ca modele animale pentru studiul cancerului viral de mai bine de 50 de ani [186] .
Prima linie de apărare a organismului împotriva virusului este imunitatea înnăscută . Include celule și alte mecanisme care oferă protecție nespecifică. Aceasta înseamnă că celulele imune înnăscute recunosc și răspund la agenții patogeni în moduri generale, în același mod în raport cu toți agenții patogeni, dar, spre deosebire de imunitatea dobândită , imunitatea înnăscută nu oferă o protecție pe termen lung și sigură gazdei [187] .
O modalitate înnăscută importantă de a proteja organismul eucariot împotriva virușilor este interferența ARN [188] . Strategia de replicare a multor virusuri implică o etapă de ARN dublu catenar . Pentru a combate astfel de virusuri, celula are un sistem de degradare nespecifică a ARN-ului simplu și dublu catenar. Când un astfel de virus intră în celulă și eliberează ARN-ul genomic în citoplasmă, complexul proteic Dicer se leagă și rupe ARN-ul viral în fragmente scurte. Este activată o cale biochimică numită RISC , care distruge ARN-ul viral și împiedică replicarea virusului. Rotavirusurile reușesc să evite interferența ARN prin păstrarea unei părți a capsidei chiar și în interiorul celulei și eliberând ARNm nou format prin porii din capside interioară . ARN-ul dublu catenar genomic rămâne în interiorul acestuia [189] [190] .
Când sistemul imunitar adaptiv la vertebrate întâlnește un virus, acesta produce anticorpi specifici care se atașează de virus și îl fac adesea inofensiv. Aceasta se numește imunitate umorală . Cele mai importante sunt două tipuri de anticorpi. Primul, numit IgM , este foarte eficient în neutralizarea virușilor, dar este produs de celulele sistemului imunitar pentru doar câteva săptămâni. Sinteza celui de-al doilea - IgG - continuă la nesfârșit. Prezența IgM în sângele gazdei indică prezența unei infecții acute, în timp ce IgG indică o infecție trecută [191] . Este cantitatea de IgG care este măsurată în testele de imunitate [192] . Anticorpii pot continua să fie un mecanism de apărare eficient chiar și atunci când virusul reușește să intre în celulă. Proteina celulară TRIM21 poate atașa anticorpi la suprafața particulelor virale. Aceasta determină distrugerea ulterioară a particulei virale de către enzimele sistemului proteazomic celular [193] .
Al doilea mecanism de apărare al vertebratelor împotriva virușilor se numește imunitate celulară și implică celulele imune cunoscute sub numele de limfocite T. Celulele corpului poartă în mod constant fragmente scurte din propriile proteine pe suprafața lor, iar dacă limfocitele T recunosc aici fragmente virale suspecte, celula gazdă este distrusă de celule numite celule T ucigașe și începe formarea limfocitelor T specifice virusului. Celulele precum macrofagele sunt specializate în prezentarea antigenului [194] . Un răspuns important de apărare a gazdei este producerea de interferon . Interferonul este un hormon produs de organism ca răspuns la prezența unui virus. Rolul său în imunitate este complex, oprind în cele din urmă virusul prin oprirea formării de noi viruși de către celulele afectate, ucigându-le pe acestea și pe vecinii lor apropiați [195] .
Nu toți virusurile dezvoltă un astfel de răspuns imunitar protector. HIV reușește să evite răspunsul imun prin schimbarea constantă a secvenței de aminoacizi a proteinelor de suprafață ale virionului. Astfel de viruși rezistenți evadează sistemul imunitar izolându-se de celulele imune, blocând prezentarea antigenului datorită rezistenței la citokine , evitând ucigașii naturali , oprind apoptoza celulei gazdă și, de asemenea, datorită variabilității antigenice [196] . Alți virusuri, numiți viruși neurotropi , se răspândesc printre celulele nervoase , adică acolo unde sistemul imunitar nu poate ajunge la ele din cauza BBB .
Deoarece virusurile folosesc căile metabolice naturale ale celulelor gazdă pentru a se reproduce, ei sunt dificil de eradicat fără utilizarea de medicamente care sunt toxice pentru celulele gazdă în sine. Cele mai eficiente măsuri medicale împotriva infecțiilor virale sunt vaccinările , care creează imunitate la infecții, și medicamentele antivirale , care inhibă selectiv replicarea virală.
VaccinuriVaccinarea este o modalitate ieftină și eficientă de a preveni infecțiile virale. Vaccinurile au fost folosite pentru a preveni infecțiile virale cu mult înainte de descoperirea virușilor înșiși. Utilizarea lor este asociată cu transmiterea severă și mortalitatea prin infecții virale precum poliomielita , rujeola , oreionul și rubeola , așa că este mai bine să fii vaccinat decât să fii bolnav [197] . Variola a fost eradicată prin vaccinare [198] . Peste 30 de infecții virale umane pot fi prevenite cu vaccinuri [199] , și chiar mai multe vaccinuri sunt folosite pentru a preveni bolile virale la animale [200] . Vaccinurile pot include viruși atenuați și uciși, precum și proteine virale (antigene) [201] . Vaccinurile vii conțin forme slăbite de viruși care nu provoacă boli, dar provoacă totuși un răspuns imun. Astfel de viruși se numesc atenuați . Vaccinurile vii pot fi periculoase pentru persoanele care sunt imunodeprimate (adică, cei care sunt imunocompromiși ), deoarece chiar și un virus slăbit în ele poate provoca boala originală [202] . Pentru producerea așa-numitelor. vaccinurile subunităților sunt utilizate de biotehnologie și inginerie genetică . Aceste vaccinuri folosesc numai proteinele capside ale virusurilor. Un exemplu de astfel de vaccin este vaccinul cu virusul hepatitei B [203] . Vaccinurile subunităților sunt inofensive pentru persoanele imunodeprimate, deoarece nu pot provoca boli [204] . Vaccinul atenuat cu virusul febrei galbene 17D este poate cel mai eficient și mai sigur vaccin dezvoltat vreodată [205] .
AntiviraleAntiviralele sunt adesea analogi nucleozidici . Ele sunt integrate în genomul virusului în timpul replicării, iar ciclul de viață al virusului se oprește acolo, deoarece ADN-ul nou sintetizat este inactiv. Acest lucru se datorează faptului că analogii nu au grupări hidroxil , care, împreună cu atomii de fosfor , se combină și formează o „coloană vertebrală” rigidă a moleculei de ADN. Aceasta se numește terminarea lanțului ADN [206] . Exemple de analogi nucleozidici sunt aciclovirul , utilizat împotriva infecțiilor cauzate de virusul herpes simplex și lamivudina (împotriva HIV și virusul hepatitei B). Aciclovirul este unul dintre cele mai vechi și cel mai frecvent prescrise medicamente antivirale [207] . Alte medicamente antivirale utilizate vizează diferite etape ale ciclului de viață al virusului. Virusul imunodeficienței umane are nevoie de o enzimă proteolitică , cunoscută sub numele de protează HIV-1 , pentru a deveni complet infecțios . Pe baza acestui fapt, a fost dezvoltată o clasă mare de medicamente numite inhibitori de protează care inactivează această enzimă .
Hepatita C este cauzată de un virus ARN. La 80% dintre persoanele infectate, infecția este cronică, iar fără tratament, aceștia vor rămâne infectați pentru tot restul vieții. Cu toate acestea, acum este utilizat un medicament eficient, constând din analogul nucleozidic al ribavirinei combinat cu interferon [208] . Un tratament similar folosind lamivudină a fost dezvoltat pentru tratamentul purtătorilor cronici de hepatită B [209] .
Virușii infectează toată viața celulară, dar în ciuda omniprezentei viruși, fiecare specie de organisme celulare are propria sa serie de virusuri infectante, afectând adesea doar acea specie [210] . Unii virusuri, numiți sateliți , se pot replica doar în celule deja infectate cu un alt virus [53] .
La animale, infecțiile virale provoacă un răspuns imun care cel mai adesea are ca rezultat distrugerea virusului cauzator de boli. Un răspuns imun poate fi, de asemenea, provocat de vaccinuri care conferă imunitate activă dobândită împotriva unei anumite infecții virale. Cu toate acestea, unii virusuri, inclusiv virusul imunodeficienței umane și agenții cauzatori ai hepatitei virale , reușesc să evite răspunsul imun, provocând boli cronice . Antibioticele nu funcționează împotriva virușilor, dar au fost dezvoltate mai multe medicamente antivirale (vezi mai sus).
Virușii sunt agenți patogeni importanți la animale. Virușii provoacă boli precum febra aftoasă și febra ovină ( engleză bluetongue ) [211] . Animalele de companie precum pisicile , câinii și caii , dacă nu sunt vaccinate, sunt susceptibile la boli virale grave. Parvovirusul canin este un mic virus ADN care este adesea fatal la căței [212] . Cu toate acestea, majoritatea virusurilor coexistă inofensiv cu gazdele lor, fără a prezenta semne sau simptome de boală [5] .
Virusuri nevertebrateNevertebratele reprezintă aproximativ 80% din toate speciile de animale cunoscute, așa că nu este surprinzător faptul că găzduiesc o mare varietate de viruși de diferite tipuri. Virușii care infectează insectele sunt cei mai studiati , dar și aici informațiile disponibile despre acestea sunt fragmentare. Cu toate acestea, boli virale au fost descrise recent la alte nevertebrate. Acești viruși rămân prost înțeleși, iar unele dintre rapoartele de descoperire ar trebui luate cu prudență până când natura virală a acestor boli este dovedită definitiv. În plus, este, de asemenea, necesar să se testeze infectiositatea virusurilor izolate împotriva gazdelor neinfectate din aceeași specie la care au fost găsite aceste virusuri [213] .
În prezent, a fost identificată o familie separată de viruși care afectează în principal artropodele, în special insectele care trăiesc în medii acvatice și umede: iridovirusurile ( Iridoviridae , din engleză. Nevertebrate iridescent viruses - „invertebrate rainbow viruses”; această culoare se observă în mostre de insecte afectate). Sunt particule icosaedrice cu un diametru de 120–180 nm , care conțin o membrană lipidică interioară și un genom ADN dublu catenar care conține 130–210 kb [ 214] .
Alte virusuri care infectează insecte: familia Baculoviridae , subfamilia Entomopoxvirinae din familia Poxviridae , genul Densovirus din familia Parvoviridae , unele virusuri din familiile Rhabdoviridae , Reoviridae , Picornaviridae [215] .
Ca toate nevertebratele, albina este susceptibilă la multe infecții virale [216] .
Există multe tipuri de viruși ai plantelor . Adesea provoacă o scădere a recoltelor , aducând mari pierderi agriculturii, astfel că controlul unor astfel de viruși este foarte important din punct de vedere economic. [217] Virușii plantelor sunt adesea răspândiți de la plantă la plantă de către organisme cunoscute sub numele de vectori . De obicei sunt insecte , dar pot fi și ciuperci , viermi nematozi și organisme unicelulare . Dacă controlul virusului plantelor este considerat viabil din punct de vedere economic, cum ar fi în cazul pomilor fructiferi pereni, se depun eforturi pentru a elimina vectorii sau gazdele alternative, cum ar fi buruienile [218] . Virușii vegetali nu pot infecta oamenii și alte animale , deoarece se pot reproduce numai în celulele vegetale vii [219] .
Plantele au mecanisme complexe și eficiente de apărare împotriva virușilor. Cel mai eficient mecanism este prezența așa-numitei gene de rezistență (R din limba engleză rezistență - „rezistență”). Fiecare genă R este responsabilă de rezistența la un anumit virus și provoacă moartea celulelor adiacente celui afectat, care poate fi văzută cu ochiul liber ca o pată mare. Aceasta oprește progresia bolii prin oprirea răspândirii virusului [220] . O altă metodă eficientă este interferența ARN [221] . Când sunt atacate de un virus, plantele încep adesea să producă substanțe antivirale naturale, cum ar fi acidul salicilic , oxidul de azot NO și speciile reactive de oxigen [222] .
Virușii vegetali și particulele asemănătoare virusurilor (VLP) create din acestea și-au găsit aplicație în biotehnologie și nanotehnologie . Capsidele majorității virusurilor vegetale au o structură simplă și stabilă, iar particulele virale pot fi produse în cantități mari atât de planta afectată, cât și de diferite sisteme heterologe. Virușii vegetali se pot schimba chimic și genetic, înglobând particule străine într-o înveliș și sunt, de asemenea, capabili să se integreze în structuri supramoleculare, ceea ce face posibilă utilizarea lor în biotehnologii [223] .
Pentru a crește fiabilitatea rezultatelor diagnosticării stării virologice a plantelor, este necesar să se utilizeze cel puțin două metode și, de preferință, unele foarte sensibile - ELISA și PCR. Detectarea virusurilor este crescută datorită utilizării acidului hidroxibenzoic (HPBA) ca antioxidant eficient, ținând cont de caracteristicile biologice ale culturilor și de condițiile de mediu [224] .
Virușii fungici se numesc micovirusuri . În prezent, virusurile au fost izolate din 73 de specii din 57 de genuri aparținând la 5 clase [225] , dar majoritatea ciupercilor există probabil într-o stare inofensivă. În general, acești virusuri sunt particule rotunde cu diametrul de 30-45 nm, constând din mai multe subunități ale unei singure proteine, pliate în jurul unui genom ARN dublu catenar . În general, virusurile fungice sunt relativ inofensive. Unele tulpini fungice pot fi afectate de mulți virusuri, dar majoritatea micovirusurilor sunt strâns legate de singura lor gazdă, de la care sunt transmise descendenților lor. Clasificarea virusurilor fungice este acum gestionată de un comitet special creat în cadrul ICTV [225] . În prezent, recunoaște 3 familii de virusuri fungice, iar cele mai studiate micovirusuri aparțin familiei Totiviridae [226]
S-a stabilit că activitatea antivirală a ciupercilor penicilinei este cauzată de inducerea interferonului ARN dublu catenar din virusurile care infectează ciupercile [225] .
Dacă virusul, pătrunzând în ciupercă, își arată virulența , atunci reacția ciupercii la aceasta poate fi diferită: scăderea sau creșterea virulenței la speciile patogene, degenerarea miceliului și a corpurilor fructifere , decolorarea, suprimarea sporulării . ARN-urile virale necapsidate sunt transmise prin anastomoze independent de mitocondrii .
Bolile virale pot provoca daune întreprinderilor de creștere a ciupercilor, de exemplu, determină că corpurile fructifere ale champignonului devin maronii, decolorarea ciupercilor de iarnă , ceea ce reduce valoarea lor comercială. Virușii care provoacă hipovirulența ciupercilor patogene pot fi utilizați pentru a controla bolile plantelor [227] [228] .
Virusurile protiste includ virusuri care infectează eucariotele unicelulare care nu sunt incluse în regnul animale , plante sau ciuperci . Unii dintre virușii protiști cunoscuți în prezent [229] sunt:
Numele virusului (genul) | Poziție sistematică (familie) |
Protistul afectat |
---|---|---|
dinornavirus | Alvernaviridae | Heterocapsa circularisquama |
Endornavirus | Endornaviridae | Phytophthora |
Labyrnavirus | Labyrnaviridae | Aurantiochytrium |
Marnavirus | Marnaviridae | Heterosigma akashiwo |
Virusul Marsilia | Marseilleviridae | Amibă |
Mimivirus | Mimiviridae | Acanthamoeba polyphaga |
Clorovirus | Phycodnaviridae | Paramecium bursaria |
cocolitovirus | Phycodnaviridae | Emiliania Huxleyi |
Prasinovirus | Phycodnaviridae | micromonas pusilla |
Prymneziovirus | Phycodnaviridae | Chrysochromulina brevifilum |
Raphidovirus | Phycodnaviridae | Heterosigma akashiwo |
crispovirus | Partitiviridae | Cryptosporidium parvum |
hemivirus | Pseudoviridae | Volvox carteri |
Pseudovirus | Pseudoviridae | Physarum polycephalum |
mimoreovirus | Reoviridae | micromonas pusilla |
Giardiavirus | Totiviridae | Giardia lamblia |
Leishmaniavirus | Totiviridae | Leishmania |
Trichomonasvirus | Totiviridae | Trichomonas vaginalis |
Bacilladnavirus | Nedefinit | Chaetoceros salsugineum Rhizosolenia setigera |
Dinodnavirus | Nedefinit | Heterocapsa circularisquama |
rhizidiovirus | Nedefinit | Rhizidiomyces |
Mulți virusuri protozoare sunt neobișnuit de mari. De exemplu, genomul Marseillevirus , izolat mai întâi dintr -o amibă , are un genom de 368 kB , iar Mamavirusul care infectează protistul Acanthamoeba este mai mare chiar și decât Mimivirusul (și capsida sa atinge aproximativ 500 nm în diametru) și unele bacterii . De asemenea, printre virusurile gigantice se numără și un virus care infectează protistul marin răspândit Cafeteria roenbergensis ( Virusul Cafeteria roenbergensis , CroV ) [230] .
Bacteriofagii sunt un grup larg și divers de viruși care sunt cel mai abundenți în habitatele acvatice – de peste 10 ori mai mulți viruși decât bacteriile din oceane [231] , atingând un număr de 250 de milioane de viruși pe mililitru de apă de mare [232] . Acești virusuri infectează bacteriile specifice fiecărui grup legându-se de receptorii celulari de pe suprafața celulei și apoi pătrunzând în ea. Într-o perioadă scurtă de timp (uneori doar câteva minute), polimeraza bacteriană începe să traducă ARNm viral în proteine . Aceste proteine sunt fie parte din virionii asamblați în interiorul celulei, fie sunt proteine auxiliare care ajută la asamblarea de noi virioni sau provoacă liza celulară . Enzimele virale provoacă distrugerea membranei celulare , iar, în cazul fagului T4 , peste trei sute de bacteriofagi se nasc în doar 20 de minute de la intrarea în celulă [233] .
Principalul mecanism de protejare a celulelor bacteriene de bacteriofagi este formarea de enzime care distrug ADN -ul străin . Aceste enzime, numite endonucleaze de restricție , „taie” ADN-ul viral injectat în celulă [234] . Bacteriile folosesc, de asemenea, un sistem numit CRISPR care stochează informații despre genomul virușilor pe care bacteria i-a mai întâlnit înainte, iar acest lucru permite celulei să blocheze replicarea virusului folosind interferența ARN [235] [236] . Acest sistem asigură imunitatea dobândită a celulei bacteriene.
Bacteriofagii pot îndeplini și o funcție utilă pentru bacterii, de exemplu, bacteriofagul care infectează bacilii difteriei este cel care codifică gena pentru toxina lor, de care aceste bacterii au nevoie și sunt atât de periculoase pentru oameni [237] :45 .
Unii virusuri se reproduc în interiorul arheilor : sunt viruși ADN dublu catenar cu o formă neobișnuită, uneori unică [8] [243] . Ele au fost studiate în cele mai multe detalii în arheile termofile , în special, în ordinele Sulfolobales și Thermoproteales [244] . Interferența ARN din secvențele repetitive de ADN din genomurile arheale legate de genele virusului [245] [246] pot fi măsuri de protecție împotriva acestor virusuri .
La studierea fabricilor virale ale Mimivirusului , s-a constatat că pe ele au fost asamblați mici virioni ai unui alt virus, care se numea Sputnik [247] . Satelitul nu pare să fie capabil să infecteze celulele amibei (care servesc ca gazde ale mimivirusului) și să se reproducă în ele, dar poate face acest lucru împreună cu mamivirusul sau mimivirusul, care îl clasifică drept virus satelit . Satelitul a fost primul virus satelit ADN dublu catenar cunoscut care s-a replicat în celulele eucariote. Cu toate acestea, autorii lucrării propun să-l considere nu doar ca un satelit, ci ca un virofag (virus al unui virus) prin analogie cu bacteriofagi (virusuri ale bacteriilor) [248] [249] [250] . Replicarea ambelor virusuri satelit și virofage depinde de celălalt virus și de celula gazdă. Cu toate acestea, ciclul de replicare al virofagelor este caracterizat de trei caracteristici unice. 1) Nu există o fază nucleară de replicare. 2) Replicarea virofagelor are loc în fabricile virale ale virusurilor gazdă gigantice care conțin ADN. 3) Virofagii depind de enzimele sintetizate de virusurile gazdă, dar nu de celulele gazdă. Astfel, virofagele sunt considerate paraziți ai virusurilor gigantice care conțin ADN, cum ar fi mimivirusurile și ficodnavirusurile [251] [252] . În același timp, sinteza proteinelor capsidelor virofagelor (precum și sinteza proteinelor tuturor virusurilor cunoscute) depinde complet de aparatul de translație al celulei gazdă [253] . Deși nu există încă o dovadă riguroasă, unele dovezi sugerează că Sputnik este într-adevăr un virofag. De exemplu, genomul său conține elemente de reglare caracteristice mimivirusului și recunoscute prin aparatul său de transcripție (secvențe apropiate de promotorul mimivirus târziu, semnale de poliadenilare). În plus, prezența Sputnikului reduce productivitatea reproducerii mimivirusului: liza celulei gazdă are loc cu întârziere și se formează virioni mimivirus defecte [247] . Începând cu 2016, cinci virofage au fost izolate din celulele cultivate. Alte 18 virofage au fost descrise pe baza datelor de analiză metagenomică (genomii a doi dintre ei au fost aproape complet secvențiați) [254] [255] .
Virușii sunt cea mai comună formă de existență a materiei organice de pe planetă în ceea ce privește numărul. Ele joacă un rol important în reglarea numărului de populații ale unor specii de organisme vii (de exemplu, virusul sălbatic reduce numărul de vulpi arctice de mai multe ori pe o perioadă de câțiva ani ).
Uneori, virusurile formează simbioză cu animalele [256] [257] . De exemplu, veninul unor viespi parazite conține structuri numite virusuri poli-ADN ( Polydnavirus , PDV), care sunt de origine virală.
Cu toate acestea, rolul principal al virusurilor în biosferă este asociat cu activitatea lor în apele oceanelor și mărilor .
Virușii sunt cea mai comună formă de viață în ocean, cu concentrații de până la 10 milioane de viruși pe mililitru de suprafață a mării [258] . O linguriță de apă de mare conține aproximativ un milion de viruși [259] . Ele sunt esențiale pentru reglarea ecosistemelor de apă dulce și marine [ 260] . Majoritatea acestor virusuri sunt bacteriofagi care sunt inofensivi pentru plante și animale . Ei infectează și distrug bacteriile din comunitatea microbiană acvatică, participând astfel la un proces important de ciclu al carbonului în mediul marin. Moleculele organice eliberate din celulele bacteriene de către viruși stimulează creșterea de noi bacterii și alge [261] .
Microorganismele reprezintă peste 90% din biomasa mării. Se estimează că virușii ucid aproximativ 20% din această biomasă în fiecare zi, iar numărul de viruși din oceane este de 15 ori mai mare decât cel al bacteriilor și arheilor . Virușii sunt principalii agenți care provoacă încetarea rapidă a înfloririi apei [262] , care ucide alte vieți din mare [263] , în detrimentul algelor care o produc. Numărul de virusuri scade odată cu distanța față de coastă și cu creșterea adâncimii, deoarece există mai puține organisme gazdă [264] .
Valoarea virusurilor marine este foarte mare. Prin reglarea procesului de fotosinteză , ele joacă un rol minor în reducerea cantității de dioxid de carbon din atmosferă cu aproximativ 3 gigatone de carbon pe an [264] .
Ca și alte organisme, mamiferele marine sunt susceptibile la infecții virale . În 1988 și 2002, mii de foci comune au fost ucise de virusul paramixovirusului Phocine distemper virus [265] . Mulți alți virusuri circulă în populațiile de mamifere marine , inclusiv calicivirusuri , herpesvirusuri , adenovirusuri și parvovirusuri [264] .
Virușii sunt un mijloc natural important de transfer de gene între diferite specii , ceea ce provoacă diversitatea genetică și ghidează evoluția [38] . Se crede că virușii au jucat un rol central în evoluția timpurie, chiar înainte de divergerea bacteriilor , arheilor și eucariotelor , în timpul ultimului strămoș comun universal al vieții pe Pământ [266] . Virușii rămân până astăzi unul dintre cele mai mari depozite vii ale diversității genetice neexplorate de pe Pământ [264] .
Virușii au legături genetice cu reprezentanții florei și faunei Pământului. Conform unor studii recente , mai mult de 32% din genomul uman constă din elemente asemănătoare virusului, transpozoni și reziduurile acestora. Cu ajutorul virusurilor, poate avea loc așa-numitul transfer orizontal al genelor ( xenologie ), adică transferul de informații genetice nu de la părinții imediati către descendenții lor, ci între doi indivizi neînrudiți (sau chiar aparținând unor specii diferite). Deci, în genomul primatelor superioare există o genă care codifică proteina sincitina , despre care se crede că a fost introdusă de un retrovirus .
Virușii sunt importanți pentru cercetarea în biologia moleculară și celulară , deoarece sunt sisteme simple care pot fi utilizate pentru a controla și studia funcționarea celulelor [267] . Studiul și utilizarea virușilor a oferit informații prețioase asupra diferitelor aspecte ale biologiei celulare [268] . De exemplu, virușii au fost folosiți în cercetarea genetică și ne-au ajutat să înțelegem mecanismele cheie ale geneticii moleculare , cum ar fi replicarea ADN-ului , transcripția , procesarea ARN , traducerea și transportul proteinelor .
Geneticienii folosesc adesea viruși ca vectori pentru a introduce gene în celulele de interes. Acest lucru face posibilă forțarea celulei să producă substanțe străine, precum și studierea efectului introducerii unei noi gene în genom . În mod similar, în viroterapie , virușii sunt utilizați ca vectori pentru tratamentul diferitelor boli, deoarece acţionează selectiv asupra celulelor și ADN-ului . Acest lucru dă speranță că virușii pot ajuta la lupta împotriva cancerului și pot găsi drumul în terapia genică . De ceva timp, oamenii de știință din Europa de Est au recurs la terapia cu fagi ca alternativă la antibiotice , iar interesul pentru astfel de metode este în creștere, deoarece unele bacterii patogene s-au dovedit acum a fi foarte rezistente la antibiotice [269] .
Biosinteza proteinelor străine de către celulele infectate stă la baza unor metode industriale moderne de obținere a proteinelor, de exemplu, antigene . Recent, mai mulți vectori virali și proteine medicamentale au fost obținuți industrial și sunt în prezent în curs de studii clinice și preclinice [270] .
Tendințele moderne în domeniul nanotehnologiei promit să aducă aplicații mult mai versatile virușilor. Din punctul de vedere al oamenilor de știință din materiale, virușii pot fi considerați ca nanoparticule organice . Suprafața lor poartă dispozitive speciale pentru depășirea barierelor biologice ale celulei gazdă . Forma și dimensiunea virusurilor, precum și numărul și natura grupurilor funcționale de pe suprafața lor, au fost determinate cu precizie. Ca atare, virușii sunt adesea folosiți în știința materialelor ca „schele” pentru modificările suprafeței legate covalent . Una dintre calitățile remarcabile ale virușilor este că aceștia sunt special „creați” prin evoluția direcționată către celulele care acționează ca gazde. Metodele puternice dezvoltate de biologi au devenit baza tehnicilor de inginerie în nanomateriale , deschizând astfel o gamă largă de aplicații pentru viruși care depășesc cu mult biologie și medicină [271] .
Datorită dimensiunii, formei și structurii chimice bine înțelese, virușii au fost folosiți ca șabloane pentru organizarea materialelor la scară nanometrică. Un exemplu de astfel de muncă recentă este cercetarea efectuată de Laboratorul de Cercetare Nawal din Washington, DC , folosind virusul mozaic al cowpea ( Virusul mozaic al cowpea (CPMV) ) pentru a amplifica semnalele în senzorii cu microarray ADN . În acest caz, particulele virale au separat particulele de coloranți fluorescenți care au fost utilizați pentru transmiterea semnalului, prevenind astfel acumularea de dimeri nefluorescenți care acționează ca stingere a semnalului [272] . Un alt exemplu de utilizare a CPMV este aplicarea acestuia ca eșantion la scară nanometrică pentru electronica moleculară [273] .
Multe virusuri pot fi obținute de novo , adică de la zero, iar primul virus artificial a fost obținut în 2002 [37] . În ciuda unor interpretări greșite, nu virusul în sine este sintetizat ca atare, ci ADN-ul său genomic (în cazul virusurilor ADN ) sau o copie complementară a ADN-ului genomului său (în cazul virusurilor ARN ). La virusurile din multe familii, ADN-ul sau ARN -ul artificial (cel din urmă este obținut prin transcrierea inversă a ADN-ului complementar sintetic), atunci când este introdus într- o celulă , prezintă proprietăți infecțioase . Cu alte cuvinte, ele conțin toate informațiile necesare pentru formarea de noi viruși. Această tehnologie este utilizată în prezent pentru a dezvolta noi tipuri de vaccinuri [274] . Capacitatea de a crea viruși artificiali are implicații de anvergură, deoarece un virus nu poate dispărea atâta timp cât este cunoscută secvența sa genomică și există celule sensibile la acesta. Astăzi, secvențele genomice complete ale a 2408 de viruși diferiți (inclusiv variola ) sunt disponibile public într-o bază de date online menținută de Institutul Național de Sănătate din SUA [275] .
Capacitatea virușilor de a provoca epidemii umane devastatoare ridică îngrijorarea că virușii ar putea fi folosiți ca arme biologice . O îngrijorare suplimentară a fost ridicată de re-crearea cu succes a virusului dăunător al gripei spaniole în laborator [276] . Un alt exemplu este virusul variolei. De-a lungul istoriei, a devastat multe țări până la eradicarea sa finală. Oficial, mostrele de virusul variolei sunt stocate doar în două locuri din lume - în două laboratoare din Rusia și SUA [277] . Temerile că ar putea fi folosită ca armă nu sunt complet nefondate [277] ; vaccinul împotriva variolei are uneori efecte secundare severe — în ultimii ani înainte de eradicarea oficială a virusului, mai multe persoane s-au îmbolnăvit grav de vaccin decât de virus [278] , astfel încât vaccinarea împotriva variolei nu se mai practică universal [279] . Din acest motiv, cea mai mare parte a populației moderne a Pământului nu are practic nicio rezistență la variolă [277] .
În filme și alte lucrări, lumea bolilor infecțioase, inclusiv a celor virale, este rareori prezentată în mod fiabil. Cu excepția biopicurilor oamenilor de știință și a filmelor despre marile epidemii din trecut, în cele mai multe dintre ele evenimentul central este izbucnirea unui agent necunoscut al bolii, a cărui apariție a fost rezultatul unui act de bioterorism , un incident într-un laborator, sau a venit din spațiu [280] .
Infecția virală stă la baza următoarelor lucrări (lista este incompletă):
Focarul unei infecții virale neobișnuite stă la baza intriga următoarelor filme de lung metraj și seriale TV [280] :
În ultimii ani, virușii au devenit adesea „eroi” ai desenelor animate și ai serialelor animate, printre care trebuie menționate, de exemplu, „ Osmosis Jones ” ( SUA , 2001), „ Ozzy and Drix ” ( SUA , 2002-2004) și „ Atacurile cu virusuri ” ( Italia , 2011).
virus , i n 1) mucus (cochlearum PM ); suc mucos (pastinanceae PM ); sămânță animală V , PM ; 2) scurgere otrăvitoare, otravă (serpentus V ): ferro v. inest O săgeata este otrăvită; 3) otrăvire, causticitate, biliozitate, causticitate (acerbitate C ; linguae, mentis Sil ); 4) miros dezgustător, duhoare (paludis Col ; animae ursi pestilens v. PM ); 5) gust ascuțit, sharpness (vini PM ); picătură, amărăciune ( sc. maris Lcr ; ponti Man ).
Dicționare și enciclopedii | ||||
---|---|---|---|---|
Taxonomie | ||||
|
Clasificarea virusurilor după Baltimore | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
ADN |
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ARN |
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DIN |
|
virale | Particule sub|
---|---|
Viruși | Microbiologie:|
---|---|
Structura | |
Ciclul de viață al virusului |
|
Genetica | |
Alte |
|