concepte de Biologie-Ediția 1 Canadiană

virusurile au fost descoperite pentru prima dată după dezvoltarea unui filtru de porțelan, numit filtrul Chamberland-Pasteur, care ar putea elimina toate bacteriile vizibile la microscop din orice probă lichidă. În 1886, Adolph Meyer a demonstrat că o boală a plantelor de tutun, boala mozaicului tutunului, ar putea fi transferată de la o plantă bolnavă la una sănătoasă prin extracte de plante lichide. În 1892, Dmitri Ivanowski a arătat că această boală ar putea fi transmisă în acest fel chiar și după ce filtrul Chamberland-Pasteur a eliminat toate bacteriile viabile din extract. Cu toate acestea, au trecut mulți ani înainte de a se dovedi că acești agenți infecțioși „filtrabili” nu erau pur și simplu bacterii foarte mici, ci erau un nou tip de particule minuscule, cauzatoare de boli.

virionii, particule cu un singur virus, sunt foarte mici, aproximativ 20-250 nanometri (1 nanometru = 1/1.000. 000 mm). Aceste particule individuale de virus sunt forma infecțioasă a unui virus în afara celulei gazdă. Spre deosebire de bacterii (care sunt de aproximativ 100 de ori mai mari), nu putem vedea viruși cu un microscop luminos, cu excepția unor virioni mari din familia poxvirus (figura 12.3).

abia la dezvoltarea microscopului electronic din anii 1940 oamenii de știință au obținut prima lor viziune bună asupra structurii virusului mozaicului tutunului (figura 12.2) și altele. Structura suprafeței virionilor poate fi observată atât prin microscopie electronică de scanare, cât și prin transmisie, în timp ce structurile interne ale virusului pot fi observate numai în imagini de la un microscop electronic de transmisie (figura 12.4).

utilizarea acestei tehnologii a permis descoperirea multor viruși de toate tipurile de organisme vii. Acestea au fost inițial grupate după morfologie comună, adică dimensiunea, forma și structurile lor distinctive. Mai târziu, grupurile de viruși au fost clasificate după tipul de acid nucleic pe care îl conțineau, ADN sau ARN și dacă acidul lor nucleic era monocatenar sau dublu catenar. Mai recent, analiza moleculară a ciclurilor de replicare virală și-a rafinat și mai mult clasificarea.

un virion constă dintr-un nucleu de acid nucleic, un înveliș proteic exterior și, uneori, un înveliș exterior format din membrane proteice și fosfolipide derivate din celula gazdă. Cea mai vizibilă diferență dintre membrii familiilor virale este morfologia lor, care este destul de diversă. O caracteristică interesantă a complexității virale este că complexitatea gazdei nu se corelează cu complexitatea virionului. Unele dintre cele mai complexe structuri de virion sunt observate în bacteriofagi, viruși care infectează cele mai simple organisme vii, bacterii.

virusurile vin în multe forme și dimensiuni, dar acestea sunt consistente și distincte pentru fiecare familie virală (figura 12.5). Toți virionii au un genom de acid nucleic acoperit de un strat protector de proteine, numit capsidă. Capsida este formată din subunități proteice numite capsomere. Unele capside virale sunt simple „sfere” poliedrice, în timp ce altele sunt destul de complexe în structură. Structura exterioară care înconjoară capsida unor viruși se numește plic viral. Toți virușii folosesc un fel de glicoproteină pentru a se atașa de celulele gazdă la moleculele de pe celula numită receptori virali. Virusul exploatează aceste molecule de suprafață celulară, pe care celula le folosește în alt scop, ca o modalitate de a recunoaște și infecta anumite tipuri de celule. De exemplu, virusul rujeolic folosește o glicoproteină de suprafață celulară la om care funcționează în mod normal în reacțiile imune și, eventual, în interacțiunea spermă-ovul la fertilizare. Atașamentul este o cerință pentru ca virușii să pătrundă mai târziu în membrana celulară, să injecteze genomul viral și să-și completeze replicarea în interiorul celulei.

bacteriofagul T4, care infectează bacteria E. coli, este printre cele mai complexe virionuri cunoscute; T4 are o structură de coadă proteică pe care virusul o folosește pentru a se atașa la celula gazdă și o structură a capului care găzduiește ADN-ul său.

adenovirusul, un virus animal care nu provoacă boli respiratorii la om, folosește vârfuri de proteine care ies din capsomerii săi pentru a se atașa la celula gazdă. Virusurile neinvelopate includ, de asemenea, cele care provoacă poliomielită (poliovirus), negi plantari (papilomavirus) și hepatită A (virusul hepatitei A). Virusurile neinveloped tind să fie mai robuste și mai susceptibile de a supraviețui în condiții dure, cum ar fi intestinul.virionii înveliți precum HIV (virusul imunodeficienței umane), agentul cauzal în SIDA (sindromul imunodeficienței dobândite), constau în acid nucleic (ARN în cazul HIV) și proteine capsidice înconjurate de un înveliș bistrat fosfolipidic și proteinele asociate acestuia (figura 12.5). Varicela, gripa și oreionul sunt exemple de boli cauzate de viruși cu plicuri. Din cauza fragilității plicului, virusurile neinvelopate sunt mai rezistente la schimbările de temperatură, pH și unele dezinfectante decât virusurile învelite.în general, forma virionului și prezența sau absența unui plic ne spun puțin despre ce boli pot provoca virusurile sau ce specii ar putea infecta, dar este încă un mijloc util pentru a începe clasificarea virală.

care dintre următoarele afirmații despre structura virusului este adevărată?

A) toți virușii sunt înveliți într-o membrană virală.

b) capsomerul este alcătuit din subunități proteice mici numite capside.

C) ADN-ul este materialul genetic al tuturor virusurilor.

d) glicoproteinele ajută virusul să se atașeze de celula gazdă.

<!- D – >

spre deosebire de toate organismele vii care folosesc ADN-ul ca material genetic, virușii pot folosi ADN sau ARN ca al lor. Nucleul virusului conține genomul sau conținutul genetic total al virusului. Genomii virali tind să fie mici în comparație cu bacteriile sau eucariotele, conținând doar acele gene care codifică proteinele pe care virusul nu le poate obține din celula gazdă. Acest material genetic poate fi monocatenar sau dublu catenar. Poate fi, de asemenea, liniar sau circular. În timp ce majoritatea virusurilor conțin un singur segment de acid nucleic, altele au genomi care constau din mai multe segmente.

virusurile ADN au un nucleu ADN. ADN-ul viral direcționează proteinele de replicare ale celulei gazdă pentru a sintetiza noi copii ale genomului viral și pentru a transcrie și traduce acel genom în proteine virale. Virusurile ADN provoacă boli umane, cum ar fi varicela, hepatita B și unele boli venerice, cum ar fi herpesul și verucile genitale.

virusurile ARN conțin numai ARN în nucleele lor. Pentru a-și reproduce genomii în celula gazdă, genomii virusurilor ARN codifică enzime care nu se găsesc în celulele gazdă. Enzimele ARN polimerazei nu sunt la fel de stabile ca ADN polimerazele și fac adesea greșeli în timpul transcrierii. Din acest motiv, mutațiile, modificările secvenței nucleotidice, în virusurile ARN apar mai frecvent decât în virusurile ADN. Aceasta duce la o evoluție și o schimbare mai rapidă a virusurilor ARN. De exemplu, faptul că gripa este un virus ARN este unul dintre motivele pentru care este nevoie de un nou vaccin antigripal în fiecare an. Bolile umane cauzate de virusurile ARN includ hepatita C, rujeola și rabia.

virusurile pot fi văzute ca paraziți intracelulari obligați. Virusul trebuie să se atașeze de o celulă vie, să fie luat în interior, să-și fabrice proteinele și să-i copieze genomul și să găsească o modalitate de a scăpa de celulă, astfel încât virusul să poată infecta alte celule și, în cele din urmă, alți indivizi. Virușii pot infecta numai anumite specii de gazde și numai anumite celule din acea gazdă. Baza moleculară pentru această specificitate este că o anumită moleculă de suprafață, cunoscută sub numele de receptor viral, trebuie găsită pe suprafața celulei gazdă pentru ca virusul să se atașeze. De asemenea, diferențele metabolice observate în diferite tipuri de celule bazate pe expresia genică diferențială sunt un factor probabil în care celulele unui virus pot folosi pentru a se reproduce. Celula trebuie să producă substanțele de care virusul are nevoie, cum ar fi enzimele pentru care genomul virusului în sine nu are gene, sau virusul nu va putea să se reproducă folosind acea celulă.

etapele infecțiilor virale

un virus trebuie să „preia” o celulă pentru a se replica. Ciclul de replicare virală poate produce schimbări biochimice și structurale dramatice în celula gazdă, care pot provoca leziuni celulare. Aceste modificări, numite efecte citopatice, pot schimba funcțiile celulare sau chiar pot distruge celula. Unele celule infectate, cum ar fi cele infectate cu virusul răcelii comune (rinovirus), mor prin liză (spargere) sau apoptoză (moarte celulară programată sau „sinucidere celulară”), eliberând toți virionii descendenți simultan. Simptomele bolilor virale rezultă din răspunsul imun la virus, care încearcă să controleze și să elimine virusul din organism și din deteriorarea celulelor cauzate de virus. Multe virusuri animale, cum ar fi HIV (virusul imunodeficienței umane), părăsesc celulele infectate ale sistemului imunitar printr-un proces cunoscut sub numele de înmugurire, în care virionii părăsesc celula individual. În timpul procesului de înmugurire, celula nu suferă liză și nu este ucisă imediat. Cu toate acestea, deteriorarea celulelor infectate cu HIV poate face imposibilă funcționarea celulelor ca mediatori ai imunității, chiar dacă celulele rămân în viață pentru o perioadă de timp. Cele mai productive infecții virale urmează pași similari în ciclul de replicare a virusului: atașament, penetrare, neacoperire, replicare, asamblare și eliberare.

un virus se atașează la un anumit situs receptor de pe membrana celulei gazdă prin proteinele de atașare din capsidă sau proteinele încorporate în învelișul său. Atașamentul este specific și, de obicei, un virus se va atașa numai de celulele uneia sau mai multor specii și numai de anumite tipuri de celule din acele specii cu receptorii corespunzători.

Concept în acțiune

vizualizați acest videoclip pentru o explicație vizuală a modului în care HIV și gripa atacă organismul.spre deosebire de virusurile animale, acidul nucleic al bacteriofagilor este injectat în celula gazdă goală, lăsând capsida în afara celulei. Virusurile vegetale și animale pot intra în celulele lor prin endocitoză, în care membrana celulară înconjoară și înghite întregul virus. Unele virusuri învelite intră în celulă atunci când plicul viral se îmbină direct cu membrana celulară. Odată ajuns în interiorul celulei, capsida virală este degradată și acidul nucleic viral este eliberat, care apoi devine disponibil pentru replicare și transcripție.

mecanismul de replicare depinde de genomul viral. Virusurile ADN folosesc de obicei proteine și enzime ale celulelor gazdă pentru a produce ADN suplimentar care este utilizat pentru a copia genomul sau pentru a fi transcris în ARN mesager (ARNm), care este apoi utilizat în sinteza proteinelor. Virusurile ARN, cum ar fi virusul gripal, utilizează de obicei nucleul ARN ca șablon pentru sinteza ARN genomic viral și ARNm. ARNm viral este tradus în enzime virale și proteine capsidice pentru a asambla noi virioni (figura 12.6). Desigur, există excepții de la acest model. Dacă o celulă gazdă nu furnizează enzimele necesare replicării virale, genele virale furnizează informațiile pentru sinteza directă a proteinelor lipsă. Retrovirusurile, cum ar fi HIV, au un genom ARN care trebuie transcris invers pentru a face ADN, care apoi este introdus în ADN-ul gazdei. Pentru a converti ARN-ul în ADN, retrovirusurile conțin gene care codifică enzima reverstranscriptază specifică virusului care transcrie un șablon de ARN la ADN. Faptul că HIV produce unele dintre propriile enzime, care nu se găsesc în gazdă, a permis cercetătorilor să dezvolte medicamente care inhibă aceste enzime. Aceste medicamente, inclusiv inhibitorul revers transcriptazei AZT, inhibă replicarea HIV prin reducerea activității enzimei fără a afecta metabolismul gazdei.

ultima etapă a replicării virale este eliberarea noilor virioni în organismul gazdă, unde sunt capabili să infecteze celulele adiacente și să repete ciclul de replicare. Unii viruși sunt eliberați atunci când celula gazdă moare și alți viruși pot părăsi celulele infectate prin înmugurirea prin membrană fără a ucide direct celula.

virusul gripal este ambalat într-un plic viral, care se îmbină cu membrana plasmatică. În acest fel, virusul poate ieși din celula gazdă fără a-l ucide. Ce avantaj câștigă virusul prin menținerea în viață a celulei gazdă?

<!- Celula gazdă poate continua să producă noi particule de virus.–>

Concept în acțiune

Faceți clic pe acest tutorial despre viruși pentru a identifica structurile, modurile de transmitere, replicare și multe altele.