Budowa wirusów. Przykłady chorób wirusowych roślin, zwierząt i człowieka

Wirusy nie są uważane za organizmy żywe, gdyż nie przeprowadzają procesów metabolicznych, nie oddychają, nie mają budowy komórkowej oraz są w stanie przejść w formę kryształu (ulegać krystalizacji). Nietypowa jest również budowa ich cząsteczek kwasów nukleinowych - poza typowymi, dwuniciowymi spiralnie skręconymi cząsteczkami, występują formy jednoniciowe DNA, u innych z kolei może występować dwuniciowa cz. RNA, która nie jest typowa dla organizmów żywych. Nigdy równocześnie nie mają kwasu RNA i DNA, tak jak wszystkie komórki organizmów żywych. Mają za to zdolność do kierowania metabolizmem zainfekowanej komórki, że zamiast własnych białek zaczyna ona syntetyzować jego składowe. Wirusy nie posiadają też żadnych organelli ani enzymów czy rybosomów. Z tych powodów wirusy nie są zaliczane do żadnego z królestw żywych organizmów, są poza ich systematyką. Klasyfikacja wirusów jest sztuczna. Jest w niej brany jest pod uwagę rodzaj materiału genetycznego, wymiary i kształt wiriona, a także typ zakażanych komórek i obecność osłonki. Wielkość wirusa może być różna, od 10 do nawet 400 nm. Jednym z najmniejszych jest wirus choroby Heinego-Medina, zaś do największych zaliczamy np. wirus ospy, który można zobaczyć w mikroskopie świetlnym.

Wirion to pojedyncza, kompletna jednostka wirusa składająca się z otoczki białkowej (kapsydu) i materiału genetycznego. Materiał genetyczny zawsze jest jednorodny i jest nim DNA bądź RNA, ale nigdy oba jednocześnie. Genom wirusa może zawierać różne ilości genów od pięciu do nawet kilkuset. Większość organizmów żywych posiada ich jednak dziesiątki tysięcy. Kapsydy niektórych wirusów są dodatkowo okryte osłonką białkowo-lipidową. Tworzą ją elementy błony komórkowej komórki gospodarza oraz glikoproteiny wirusa. Taką otoczkę ma np. wirus HIV. Kapsyd przybierać może różne formy. Najczęściej spotykane są formy pałeczkowate lub wielościenne. Często też zdarza się, że kształt wirusa jest kombinacją obu podstawowych form.

Bakteriofagi (fagi) to wirusy przybierające różnorodne, skomplikowane kształty. Mogą być pałeczkowate lub wielościenne. Najczęściej są wyspecjalizowane - dany typ faga atakuje tylko jeden gat. bakterii. Bakteriofag najczęściej składa się z cząsteczki DNA zwiniętej wewnątrz główki faga. Główka jest najczęściej wielościenna, do niej zaś przyczepiony jest tzw. ogonek. Odchodzące od niego włókna pozwalają na przyczepienie wirusa do komórki bakteryjnej. Ze względu na ich dużą wielkość i stosunkowo łatwą hodowlę z badań nad fagami pochodzi większość informacji, którą człowiek posiada na temat wirusów.
.
Wirusy są pasożytami całkowitymi i poza komórką gospodarza nie przejawiają żadnych oznak życia. Wirusy atakują zarówno rośliny (powodują karłowatość lub mozaiki - plamistość liści) i zwierzęta (wścieklizna, pryszczyca, nosówka), jak również człowieka (wywołują ospę, opryszczkę, świnkę, różyczkę, grypę oraz AIDS). Niektóre z tych chorób nie stanowią już zagrożenia dzięki wynalezionym przeciwko nim skutecznym szczepionkom.

Do wnętrza komórek wirus dostaje się przez reakcję chemiczną z błoną lub ścianą komórki gospodarza. Może on też wykorzystywać uszkodzenia już istniejące lub być wprowadzany przez owady (np. do wnętrza komórek roślinnych). Najważniejszy element wirusa to kwas nukleinowy. Kapsyd często pozostaje na zewnątrz zakażanej komórki. Wewnątrz zaatakowanej komórki mnoży się wirusowy kwas nukleinowy, który otacza się odpowiednimi dla niego osłonkami. Tak przygotowane wiriony zdolne są do infekowania dalszych komórek. Szybkość namnażania się wirusów oraz ich łatwość rozprzestrzeniania się powoduje, że choroby przez nie wywoływane są poważnym zagrożeniem dla upraw rolniczych oraz dla zdrowia i życia zwierząt hodowlanych, a także dla człowieka.

Istnieją dwa możliwe sposoby zakończenia infekcji. Wirusy uwalniając się z komórki mogą doprowadzić do jej śmieci (jest to tzw. cykl lityczny) lub wydostać się nie uszkadzając jej (tzw. cykl lizogenny). Zdarza się też czasem, że wirusy lizogenne rewertują do cyklu litycznego i zabijają komórkę gospodarza.

Choroby wirusowe:
- roślin - guzy, plamistość, skręcanie i marszczenie się liści, smugowatość, mozaiki, karłowatość,
- zwierząt - wścieklizna, nosówka, pryszczyca,
- człowieka - ospa, grypa, żółta febra, AIDS, żółtaczka zakaźna, różyczka, świnka, półpasiec, wścieklizna.

Choroby wirusowe wśród roślin rozprzestrzeniają się przy współudziale owadów, przez nasiona wcześniej zakażone, przez rozmnażanie wegetatywne. Po zakażeniu rośliny wirus rozprzestrzenia się w jej tkankach poprzez plazmodesmy, czyli cytoplazmatyczne mostki między ścianami sąsiadujących komórek. Wirusy atakujące rośliny powodują znaczne straty w uprawach rolnych. Chore rośliny zwykle spala się, gdyż sposoby leczenia chorób wirusowych roślin nie są znane. Są obecnie prowadzone badania nad uzyskaniem odmian roślin odpornych na choroby wirusowe.

W budowie wirusa mozaiki tytoniowej wyróżnia się rdzeń RNA, otoczony kapsydem białkowym. Wirus ten jest pozbawiony zewnętrznej osłonki i ma kształt podłużny. Po zainfekowaniu komórek gospodarza RNA wirusa ulega przyłączeniu do rybosomów i zachodzi proces jego translacji, w taki sposób jakby był on kwasem mRNA.

Wirusy zakażają też zwierzęta. O tym jaki rodzaj komórki atakuje dany wirus decyduje rodzaj receptorów na jego powierzchni. Niektóre wirusy otacza osłonka lipoproteinowa wyposażoną w wypustki glikoproteinowe stanowiące receptory. Wirusy wysypki zakaźnej i odry mogą zakazić różne rodzaje tkanek, ponieważ ich receptory mogą przyłączać się do miejsc receptorowych na różnych typach komórek. Z kolei receptory na wirusach porażenia dziecięcego mogą łączyć się jedynie z receptorami na komórkach konkretnych, charakterystycznych dla nich tkanek.

Istnieją różne sposoby wnikania wirusów do komórek gospodarza. Może to mieć miejsce na drodze endocytozy, wtedy dochodzi do przerwania błony komórki, a z jej fragmentu tworzy się pęcherzyk zawierający wirusa. Inny sposób wnikania polega na łączeniu się osłonki białkowej wirusa z błoną komórkową, co pozwala na wniknięcie kwasu nukleinowego wraz z kapsydem.

Wirusy zwierzęce mogą zawierać RNA lub DNA. Choroby zwierząt wywoływane przez wirusy to m.in. nosówka psów, cholera i zapalenie płuc u świń, białaczka kotów, wścieklizna.

Choroby wirusowe ludzi to m.in. paraliż dziecięcy, odra, grypa, ospa wietrzna, świnka, różyczka. Wirusy powodują także występowanie pewnych chorób nowotworowych.

Wirus HIV (ang. Human Immunodeficiency Virus) to retrowirus powodujący AIDS (Acquired Immunodeficiency Syndrome). Retrowirusy wykorzystują polimerazę DNA, zwaną też odwrotną transkryptazą do przepisywania materiału genetycznego zawartego w RNA na kwas DNA. U nosicieli wirus występuje w spermie, krwi, wydzielinie pochwowej. Główne objawy rozwinięcia się AIDS to: suchy kaszel, silne pocenie, gorączka, zapalenie płuc, bóle stawów i mięśni, powiększone węzły chłonne, pleśniawki, duszności, zapalenia jamy ustnej, wychudnięcie. Jedyna dostępna metoda zapobiegania rozprzestrzenianiu się tej choroby to właściwa profilaktyka. Polega ona m.in. na prowadzeniu szerokiej edukacji społeczeństwa w zakresie możliwości zakażenia i jego ewentualnych następstw.

Najskuteczniejszy sposób walki z chorobami wirusowymi to stosowanie szczepionek. Dzięki wynalezieniu i masowemu stosowaniu szczepionek przeciwko wirusowi wywołującemu ospę nastąpiło prawie całkowite jego wytępienie. Wirusy nadal są jednak przyczynami występowania licznych chorób roślin, zwierząt i człowieka.