Вирус

В вирусах много геномных структур. Как группа они имеют больше структурного геномного разнообразия, чем растения, животные, архии или бактерии. Существуют миллионы различных типов вирусов, но только около 5000 из них были подробно описаны. ⁴⁹

Вирус имеет гены либо РНК, либо ДНК и называется соответственно РНК-вирусом или ДНК-вирусом. Подавляющее большинство вирусов имеют РНК-гены. Растительные вирусы склонны иметь одноцепочечные гены РНК и бактериофаги склонны иметь двухцепочечные гены ДНК. ^96/99

Вирусные популяции не растут за счет деления клеток, потому что у них нет клеток. Вместо этого они используют машины и метаболизм клетки-хозяина, чтобы произвести много копий себя, и они собирают (складывают) в клетку.

Жизненный цикл вирусов сильно различается между видами, но в жизненном цикле вирусов есть шесть основных стадий:^75/91

• Аттачмен представляет собой специфическое связывание между белками вирусного капсида и специфическими рецепторами на поверхности клетки хозяина.
• Проникновение следует за вложением: Вирионы (отдельные частицы вируса) попадают в клетку хозяина через рецепторно-опосредованный эндоцитоз или слияние мембран. Это часто называется вирусным проникновением.
  Инфицирование растительных и грибковых клеток отличается от инфицирования клеток животных. Растения имеют жесткую клеточную стенку из целлюлозы, а грибки - из хитина. Это означает, что большинство вирусов может попасть внутрь этих клеток только силой. ⁷⁰ Примером может быть: вирус путешествует на насекомом переносчике, которая питается растительным соком. Ущерб, нанесенный стенкам клеток, позволил бы вирусу проникнуть внутрь.
  Бактерии, как и растения, имеют сильные клеточные стенки, через которые вирус должен проникать, чтобы заразить клетку. Тем не менее, бактериальные клеточные стенки намного тоньше, чем клеточные стенки растений, и некоторые вирусы имеют механизмы, которые вводят свой геном в бактериальную клетку через клеточную стенку, в то время как вирусная капсид остается снаружи. ⁷¹
• Обезжиривание - это процесс, при котором удаляется вирусный капсид: Это может происходить путем деградации вирусными ферментами или ферментами хозяина, либо путем простой диссоциации; конечным результатом является высвобождение вирусной нуклеиновой кислоты.
• Репликация вирусов включает в себя размножение генома. Для этого обычно требуется получение вирусной мессенджерной РНК (mRNA) из "ранних" генов. За этим может последовать, для сложных вирусов с более крупными геномами, один или несколько последующих раундов синтеза мРНК: "поздняя" экспрессия гена - это структурные или вирионные белки.
• Вслед за опосредованной структурой самосборки вирусных частиц часто происходит некоторая модификация белков. В таких вирусах, как ВИЧ, эта модификация (иногда называемая созреванием) происходит после того, как вирус высвобождается из клетки хозяина.
• Вирусы могут высвобождаться из клетки хозяина при помощи лизиса - процесса, который убивает клетку, прорывая ее мембрану и клеточную стенку. Это особенность многих бактериальных и некоторых вирусов животных.
  В некоторых вирусах вирусный геном помещается путем генетической рекомбинации в определенное место хромосомы хозяина. В этом случае вирусный ген называется "провирусом", а в случае бактериофагов - "профилактикой". ⁶⁰
  Всякий раз, когда хозяин делится, вирусный геном также реплицируется. Вирусный геном в основном молчит внутри хозяина; однако в какой-то момент провирус или профилактика могут привести к появлению активного вируса, который может рассеять клетки хозяина. ^{Глава 15}
  Развивающиеся вирусы (например, ВИЧ), как правило, высвобождаются из клетки хозяина после того, как вирус приобретает свою оболочку. Конверт представляет собой модифицированный кусок плазменной мембраны хозяина. ^185/7

Генетический материал и репликация

Генетический материал внутри вирусных частиц, а также метод, с помощью которого материал реплицируется, значительно варьируется между различными типами вирусов.

РНК-вирусы

Репликация обычно происходит в цитоплазме. РНК-вирусы могут быть размещены в четырех различных группах в зависимости от их режимов репликации. Все РНК-вирусы используют собственные ферменты репликации РНК для создания копий своих геномов. ⁷⁹

ДНК-вирусы

Репликация большинства ДНК-вирусов происходит в ядре клетки. Большинство ДНК-вирусов полностью зависит от ДНК клетки-хозяина и РНК синтезирующих машин, и РНК обработки машин. Вирусы с более крупными геномами могут сами кодировать большую часть этого механизма. В эукариотах вирусный геном должен пересечь ядерную мембрану клетки для того чтобы получить доступ к этому механизму, в то время как в бактериях ему нужно только войти в клетку. ⁵⁴⁷⁸

Обратная транскрибирование вирусов

Для обратной транскрипции вирусов с помощью РНК-геномов (ретровирусов) для репликации используется промежуточное звено ДНК. Те, у кого есть ДНК-гены (параретровирусы), используют РНК-посредник во время репликации генома. Они чувствительны к противовирусным препаратам, которые подавляют фермент обратной транскриптазы. Примером первого типа является ВИЧ, который является ретровирусом. Примером второго типа являются гепаднавирусы, в состав которых входит вирус гепатита В. ^88/9

Внутренняя иммунная система

Первая линия защиты организма от вирусов - врожденная иммунная система. В ней есть клетки и другие механизмы, защищающие хозяина от любой инфекции. Клетки врожденной системы распознают патогены и реагируют на них в целом.

Вмешательство РНК - важная врожденная защита от вирусов. Многие вирусы имеют стратегию репликации, которая предполагает использование двухкомпонентной РНК (dsRNA). Когда такой вирус заражает клетку, он высвобождает ее молекулу РНК. Белковый комплекс, называемый dicer, прилипает к нему и измельчает РНК на кусочки. Затем начинается биохимический путь, называемый комплекс RISC. Это атакует вирусную МРНК, и клетка переживает инфекцию.

Ротавирусы избегают этого, не полностью расслабляя покрытие внутри клетки и высвобождая вновь образующуюся мРНК через поры во внутренней капсиде частицы. Геномная ДСРНК остается защищенной внутри ядра вириона.

Производство интерферона является важным механизмом защиты принимающей стороны. Это гормон, вырабатываемый организмом при наличии вирусов. Его роль в иммунитете сложна; в конечном итоге он останавливает размножение вирусов, убивая инфицированную клетку и ее ближайших соседей.

Адаптивная иммунная система

У позвоночных есть вторая, более специфическая, иммунная система. Она называется адаптивной иммунной системой. При встрече с вирусом она вырабатывает специфические антитела, которые связываются с вирусом и делают его неинфекционным. Важны два типа антител.

Первый, называемый IgM, высокоэффективен для нейтрализации вирусов, но вырабатывается клетками иммунной системы только в течение нескольких недель. Второй, называемый IgG, производится бесконечно. Присутствие IgM в крови хозяина используется для проверки на наличие острой инфекции, в то время как IgG указывает на наличие инфекции в прошлом. Антитела IgG измеряются, когда проводятся тесты на иммунитет.

Еще одна защита позвоночных от вирусов - это клеточно-опосредованный иммунитет. Он включает в себя иммунные клетки, известные как Т-клетки. Клетки организма постоянно выводят на поверхность клетки короткие фрагменты своих белков, и если Т-клетка распознает там подозрительный вирусный фрагмент, то Т-клетка хозяина разрушается убийственными Т-клетками, и вирусно-специфические Т-клетки размножаются. Такие клетки, как макрофаги, являются специалистами по представлению этого антигена.

Уклонение от иммунной системы

Не все вирусные инфекции вызывают защитный иммунный ответ. Эти стойкие вирусы уклоняются от иммунного контроля путем секвестрации (сокрытия); блокирования подачи антигенов; резистентности цитокинов; уклонения от естественной активности клеток-убийц; ухода от апоптоза (гибели клеток) и антигенного сдвига (изменения поверхностных белков). ВИЧ уклоняется от иммунной системы, постоянно изменяя аминокислотную последовательность белков на поверхности вириона. Другие вирусы, называемые нейротропическими вирусами, движутся вдоль нервов в места, куда иммунная система не может добраться.

Вирусы не принадлежат ни одному из шести королевств. Они не отвечают всем требованиям для классификации в качестве живого организма, потому что они не активны до момента заражения. Однако, это всего лишь словесная точка.

Очевидно, что их структура и способ функционирования означают, что они эволюционировали из других живых существ, и потеря нормальной структуры происходит во многих эндопаразитах. Происхождение вирусов в эволюционной истории жизни неясно: одни могли эволюционировать из плазмид - кусочков ДНК, которые могут перемещаться между клетками, - в то время как другие могли эволюционировать из бактерий. В эволюции вирусы являются важным средством горизонтальной передачи генов, что увеличивает генетическое разнообразие.

В рамках недавнего проекта было обнаружено около 1500 новых РНК-вирусов, отобранных у более чем 200 видов беспозвоночных. "Команда исследователей... извлекла их РНК и, используя секвенирование нового поколения, расшифровала последовательность 6 триллионов букв, присутствующих в библиотеках РНК беспозвоночных". Исследования показали, что вирусы меняли кусочки своей РНК, используя различные генетические механизмы. "Вирус беспозвоночных [показывает] замечательную геномную гибкость, включающую частую рекомбинацию, латеральную передачу генов между вирусами и хозяевами, прирост и потерю генов, сложные геномные перегруппировки".

Группа крупных вирусов заражает амёбы. Самый крупный - Питовирус. Другие по размеру - Пандоравирус, затем Мегавирус, затем Мимивирус. Они больше некоторых бактерий и видны под световым микроскопом.

Вирусы широко используются в клеточной биологии. Генетики часто используют вирусы в качестве векторов для введения генов в исследуемые клетки. Это полезно для того, чтобы заставить клетку вырабатывать инородное вещество, или для изучения эффекта введения нового гена в геном. Восточноевропейские ученые уже некоторое время используют фаготерапию в качестве альтернативы антибиотикам, и интерес к этому подходу возрастает, поскольку в настоящее время у некоторых патогенных бактерий обнаружен высокий уровень устойчивости к антибиотикам.