Pavel Netušil

Virologie (viry a viroidy)

Virologie je nauka, která studuje strukturu a životní projevy nejjednodušších známých "živých" soustav - virů. Jako viry označujeme nebuněčné částice, které jsou schopny se reprodukovat pouze v hostitelské buňce a to při využití jejího replikačního a proteosyntetického aparátu. Viry je tedy možno považovat za molekulární nitrobuněčné parazity.

Struktura virů

Jednotlivé částice viru, které jsou schopny proniknout do hostitelské buňky (říkáme, že jsou schopny ji infikovat), nazýváme viriony. Základem stavby každého virionu je nukleová kyselina. Může to být DNA (pak hovoříme o tzv. DNA-virech) nebo RNA (pak hovoříme o tzv. RNA-virech). Nikdy u virů nenacházíme DNA i RNA v jednom virionu. DNA i RNA mohou být u virů jednořetězcové nebo dvouřetězcové. Nukleová kyselina obsahuje veškerou dědičnou informaci viru a můžeme ji proto směle označovat jako virový genom.

Virová nukleová kyselina je od prostředí oddělena bílkovinným obalem, který nazýváme kapsid. Kapsid je tvořen jednotlivými strukturně stejnými molekulami bílkovin (ty označujeme termínem kapsomery), které nasedají na molekulu nukleové kyseliny. Tvar kapsidu je různý. U DNA virů, kteří mají molekulu DNA dvouřetězcovou a kruhovou mají kapsid ve tvaru dvacetistěnu (tzv. ikozahedrická struktura). Je-li genom viru tvořen jednořetězcovou DNA, má kapsid tvar dvanáctistěnu nebo šroubovice. U RNA-virů je molekula RNA vždy lineární. Struktura kapsidu je určována strukturou jednotlivých kapsomer (jejich struktura je kódována virovým genomem) a vzniká na základě fyzikálních zákonů. Tento jev má pro viry obrovský význam, protože pro strukturu kapsidu postačuje pouze omezený počet genů a navíc při její tvorbě dochází k vyloučení všech vadných kapsomer.

Nukleová kyselina spolu s bílkovinným kapsidem vytváří komplexní strukturu, kterou nazýváme nukleokapsid.

Kromě bílkovinného obalu mají některé viry na svém povrchu ještě obal tvořený částí membrány hostitelské buňky, kterou virion získal při rozpadu hostitelské buňky.

Obaly virionu nesou na svém povrchu četné speciální glykoproteiny, které působí jako antigeny a umožňují virionům rozpoznat hostitelskou buňku a navázat se na její povrch.

Charakteristický tvar mají potom viriony mnoha virů, které parazitují v bakteriálních buňkách. Těmto virům říkáme zkráceně bakteriofágy. Na virionu bakteriofága můžeme rozeznat hlavičku a bílkovinný bičík. Hlavička je nukleokapsid. Na distálním konci bičíku se nachází šestiboká bazální ploténka s ostny a s bičíkovitými vlákny. Bazální ploténka je místo, kterým virion nasedá na bakteriální buňku. U některých druhů virů je bičík schopen kontrakce.

Formy virových infekcí a vývoj virů

Viriony samy o sobě nejeví žádné známky života. Nevykazují látkový ani energetický metabolizmus, nerostou, nejsou dráždivé, aktivně se nepohybují a nerozmnožují se. Všechny životní projevy virionu jsou vázány na živou hostitelskou buňku. Aby se tak mohlo stát, musí virion nejprve hostitelskou buňku najít a proniknout do ní. To mu umožňují některé glykoproteiny jeho povrchu, kterou jsou komplementární s jinými glykoproteiny povrchové membrány hostitelské buňky. Pokud virion nalezne odpovídající hostitelskou buňku, nasedne na ni a "vystříkne" z kapsidu do cytoplazmy hostitelské buňky nukleovou kyselinu, nebo do hostitelské buňky pronikne (pinocytózou) celý virion.

V hostitelské buňce se virion nebo jeho nukleová kyselina mohou chovat různým způsobem.

1. Viriony mohou v buňce přetrvávat, aniž by se v ní množily. Říkáme v tomto případě, že virus je ve stavu perzistence, a jeho přítomnost se na životních pochodech buňky neprojevuje. Případně může docházet k omezenému pomnožování viru bez škodlivých důsledků pro hostitelskou buňku. V tomto případě hovoříme o tzv. latentní infekci. Ve většině případů perzistují viriony mimo hostitelskou DNA. Pokud dojde k začlenění DNA viru do DNA hostitelské buňky, hovoříme o tzv. virogenii. Buňka, ve které k virogenii došlo, nemusí vykazovat podobně jako u perzistence a latentní infekce žádné funkční poškození. U onkovirů se cizorodý úsek DNA začlení do genomu hostitelské buňky, čímž může dojít k transformaci hostitelské buňky v nádorovou buňku. Virovou DNA začleněnou do DNA hostitelské buňky označujeme jako provirus.

2. Velmi častým a pravděpodobně nejčastějším způsobem chování virionů v hostitelské buňce je jejich pomnožení, které spočívá v replikaci genomu virionu a následné syntéze kapsomer, které vytvoří kapsid. K těmto pochodům využívají viriony replikačního aparátu, volných aminokyselin a ribozomů hostitelské buňky, včetně jejího enzymatického aparátu. Znovu vytvořené viriony způsobují rozpad (lyze) hostitelské buňky. Uvolněné viriony napadají další buňky, ve kterých se opět pomnoží a způsobí její lyzi. Celý tento cyklický proces, který nazýváme lytický cyklus reprodukce viru, má za následek vznik nekrotického ložiska v pletivech nebo tkáních hostitelského organizmu. Nekrotická ložiska jsou tvořena lyzovanými buňkami a tvoří základní patologicko-anatomickou příčinu projevů virových onemocnění.

Souhrnně si tedy zopakujme reprodukční cyklus virů, který probíhá v těchto 7 stupních:

1. vazba virionu na povrch buňky

2. proniknutí (penetrace) do buňky

3. uvolnění nukleové kyseliny z kapsidu

4. replikace virové nukleové kyseliny

5. syntéza virových bílkovin

6. zrání virionů

7. uvolnění virionů z buňky.

Mezi fází vniknutí do buňky a uvolnění nových, dceřinných, virionů je tzv. fáze eklipsy, během níž není možno přítomnost viru v buňce prokázat.

Vlastní replikace virové nukleové kyseliny probíhá v zásadě obdobně jako replikace. To znamená, že u DNA virů vzniká replikací velký počet nových DNA. U RNA virů probíhá replikace pomocí enzymu RNA-replikázy a výsledkem je vznik velkého počtu molekul RNA. U některých živočišných RNA-virů se však setkáváme se zcela zvláštním způsobem replikace. Tyto viry mají v kapsidě, na rozdíl od všech ostatních virů, přítomen enzym - reverzní transkriptázu. Tento enzym v hostitelské buňce umožňuje přepis informace z RNA viru do komplementárního řetězce DNA, podle kterého se pak namnoží původní virová RNA. Těmto virům se vzhledem k jejich způsobu rozmnožování říká retroviry (patří sem i známý virus HIV způsobující u člověka onemocnění AIDS = syndrom získané ztráty imunity).

Klasifikace virů

V současné době je známo několik desítek tisíc druhů virů. Jejich působení na hostitelské organizmy a spektrum hostitelů je velmi široké. Na druhou stranu je morfologická stavba virů dost stejnorodá. Proto se základní členění virů opírá o jejich hostitelské spektrum. V rámci takto pojímaného systému virů rozlišujeme čtyři základní skupiny: prokaryotické viry, rostlinné viry, mykoviry a živočišné viry.

Prokaryotické viry

Jsou to viry baktérií (bakteriofágy) a sinic (cyanofágy).

Bakteriofágy jsou schopny se vázat pouze na specifické receptory bakteriálních buněk a pouze v nich realizovat svůj reprodukční cyklus. Bakteriofágy jsou důležitým činitelem v udržování ekologické rovnováhy bakteriálních společenstev. Určité uplatnění nalézají bakteriofágy v medicíně, kde slouží k prevenci i léčbě některých bakteriálních onemocnění.

Cyanofágy jsou velmi podobné bakteriofágům. V hlavičce je uložena vždy DNA.

Rostlinné viry

Jsou to převážně RNA-viry. Jednotlivé druhy rostlinných virů jsou původci různých onemocnění rostlin. Příznaky napadení rostliny jsou velmi podobné - zpomalení růstu, svíjení listů a jejich deformace, odbarvování a projasňování cév a často chlorotické až nekrotické skvrny, které jsou na pozadí zdravého pletiva velmi dobře patrné. Přenos rostlinných virů je uskutečňován nejčastěji hmyzem, parazitickými hlísty a houbami. Mezi rostlinnými viry rozeznáváme zatím 19 skupin, jejichž systematické členění není doposud uspokojivě vyřešeno.

Zvláštní skupinou rostlinných patogenů jsou viroidy. Jsou to kapsidou neobalené krátké molekuly RNA (obsahují cca 250 - 300 nukleotidů). Zatím je známo kolem 20 různých viroidů, kteří jsou původci např. vřetenovitosti bramborových hlíz nebo bledosti plodů okurky. Viroidy se šíří mechanickou cestou mezi rostlinami téže populace. Doposud nebyl prokázán jejich přenos hmyzem.

Mykoviry

Jsou to viry napadající buňky bub (Fungi). Nejvíce jsou mykoviry známy u plísní a kvasinek. Jsou známy jak RNA-mykoviry tak DNA-mykoviry. Pro mykoviry je typický spíše latentní průběh infekce než průběh lytický.

Živočišné viry

Jsou nejlépe prostudovanou skupinou virů, protože mnohé druhy jsou původci vážných onemocnění člověka. Z hostitele na hostitele jsou přenášeni vzduchem (tzv. kapénková infekce), hmyzem, potravinami, vodou, přímým kontaktem s kůží infikovaného a v neposlední řadě tělními sekrety (moč, sperma, sliny) a krví.

Nematuranti nemusí znát systém, pouze zástupce a zda jde o RNA nebo DNA virus.

1. Neobalené DNA-viry

V kapsidu je jednořetězcová DNA. Jsou to viry napadající hmyz, ptáky i savce včetně člověka.

Papovaviry (Papovaviridae)

Jsou to onkogenní viry savců, u člověka viry bradavic, eventuelně onkoviry

Papilomavirus – přilnavost ke tkáním ženských genitálií – rakovina dělohy
- původce kožních nádorků, které mohou přejít ve zhoubné

Adenoviry (Adenoviridae)

Jsou to viry infikující dýchací soustavy ptáků a savců. Některé z nich mohou být onkogenní.

2. Obalené DNA-viry

Jsou to viry, které mají na povrchu bílkovinného kapsidu přítomnu fosfolipidovou membránu.

Herpesviry (Herpesviridae)

Je to velmi pestrá a početná čeleď virů. Působí infekční opary různých druhů ptáků a savců, včetně člověka.

Herpes simplex

- zůstává v genomu latentně; při změně obranyschopnosti pronikají do organismu (opar na rtu / herpetická angína)

herpesviry mohou být sexuálně přenosné (i z matky na dítě při porodu)

Varicella-zoster – původce planých neštovic

Epstein-Barrové (EBV) – původce infekční mononukleózy (je prvním virem s prokázanou onkogenní aktivitou)

Poxviry (Poxviridae)

Je to velmi početná čeleď virů. Patří sem mnoho virů patogenních pro hmyz, ptáky a savce (viry kravských neštovic, myxomatózy a fibromatózy králíků).

Orthopoxvirus – pravé neštovice; přeneseno z opic, z 80 % smrtelné; na zemi se volně nevyskytuje, ale je nebezpečí biologické zbraně

3. Neobalené RNA-viry

Jsou to RNA-viry, které mají na svém povrchu pouze bílkovinný kapsid. RNA je u této skupiny virů jednořetězcová.

Pikornaviry (Picornaviridae)

Enterovirus – virus dětské obrny (akutní zasažení CNS, ochrnutí)

- nachlazení, chřipka, faryngitida, výjimečně i zápal plic

- enterovirus typ 72 = hepatovirus typu A

- infekční zánět jater typu A (žloutenka)

- přenos: špinavé ruce, stolice, nedostatečná hygiena

Rhinovirus – jsou příčinou běžných onemocnění, jako je rýma

Reoviry (Reoviridae)

Infikují široké spektrum živočišných i rostlinných hostitelů. Většina infekcí probíhá bez příznaků. Některé druhy však mohou způsobovat střevní průjmovitá onemocnění.

4. Obalené RNA-viry

Jsou to viry, které mají na povrchu kapsidu kromě bílkovinných molekul přítomnu ještě fosfolipidovou membránu hostitelské buňky.

Paramyxoviry (Paramyxoviridae)
Do této čeledi virů patří celá řada původců onemocnění člověka - viry spalniček, zarděnek, příušnic, a řady savčích a ptačích druhů.

Rabdoviry (Rhabdoviridae)
Do této skupiny virů patří řada savčích, hmyzích, ale i rostlinných virů.
*Lyssavirus – původce vztekliny (neléčená vzteklina je 100% smrtelná)

Togaviry (Togaviridae)
Zástupci této čeledi jsou původci některých závažných onemocnění člověka - např. žlutá zimnice nebo klíšťové encefalitidy. Jsou to virózy přenášené členovci.

*Flavivirus – původce žluté zimnice; 60% úmrtnost

*Rubivirus – původce zarděnek (horečka, vyrážka)

Ortomyxoviry (Orthomyxoviridae)

Chřipka

Lidské chřipkové viry typu A, B a C a viry chřipky u zvířat. Chřipka je s výjimkou chřipky A neléčitelná – antivirotika neexistují. Léčí se podporou imunitního systému - pobytem v teple, vitaminózní profylaxí, proti konkrétním kmenům lze očkovat - nikoli však proti všem kmenům současně. Chřipka A se léčí amantadinem a rimantadinem. Roční nakaženost v ČR stoupá nad milión obyvatel, roční úmrtnost na komplikace (většinou zápal plic) je kolem 2500 lidí (stav 2007). Rozhovor s hlavním hygienikem ČR Michaelem Vítem

Filoviry

To nejhorší, co mohou viry lidstvu nabídnout. Způsobují hemoragické horečky člověka (vykrvácení do břišní dutiny). Očkování neexistuje, na interferony ani antivirotika většinou nereagují. Na některé však zabírá prostá lidská imunita. Zástupci: Ebola, Marburg, Hanta-virus a Lassa. U jednoho kmenu Eboly objeveného u opic byla prokázána přenositelnost kapénkovou infekcí. Naštěstí se zdá, že lidé jsou vůči němu imunní. V roce 2008 zabil Marburg Nizozemku, která navštívila během dovolené v Ugandě jeskyně obývané netopýry. Marburgu stačí na rozložení jater a trávicí soustavy týden (pro netopýry je neškodný). Ebola je poněkud pomalejší, lidé umírají zpravidla "až" devátý den.

V r. 2009 se v Zambii objevil nový virus Lujo, který nemocnou ženu i tři ošetřovatele zabil jen pár hodin poté, co se objevily první příznaky. Naštěstí se zdá, že jej lze v časných fázích potlačit lékem ribavirinem, který se používá proti horečce Lassa.

5. Retroviry (Retroviridae)
Rozsáhlá čeleď virů, které u svých hostitelů mohou způsobovat vznik zhoubných nádorů (sarkomy, lymfomy či leukémie).

Virus HIV – původce AIDS; snižuje část populace bílých krvinek typu CD4
- původ v Africe; objeven r. 1986 ve Francii a USA
- sexuálně přenosný (také z matky na plod – v Africe má asi 30 % dětí vrozenou HIV infekci)

Endogenní retroviry - viry standardně obsažené v genomu daného hostitelského druhu. Množí se spolu s buňkou. Mohou mít velký fylogenetický význam (vznik živorodosti, ztráta schopnosti syntézy vit. C).

Boj proti virům

Antibiotika nezabírají (jsou určena proti bakteriím), přímý (kauzální) lék často neexistuje (např. u Eboly nebo chřipek typu B, C). Některé virózy lze léčit antivirotiky, která většinou viry nelikvidují, ale brání jim napadat hostitelské buňky. Mají bohužel často výrazné vedlejší účinky.

Proti mnoha virózám lze preventivně očkovat. Při očkování se lidský imunitní systém pomocí oslabených virů (virových partikulí) naučí virus odhalit a virózu zlikvidovat vlastními prostředky. Doba, po kterou si tuto metodu pamatuje, je různá - proto je některá očkování nutno opakovat.

Zpět na stránku věnovanou maturantům.