Wirus (łac. virus – trucizna) – skomplikowane cząsteczki organiczne nie posiadające struktury komórkowej, zbudowane z białek i kwasów nukleinowych. Zawierają materiał genetyczny w postaci RNA (retrowirusy) lub DNA, wykazują jednak zarówno cechy komórkowych organizmów żywych, jak i materii nieożywionej.
Wirus namnażają się (tak nazywa się kopiowanie wirusów) przez infekowanie żywych komórek. Do namnażania wykorzystują aparat kopiujący zawarty w komórkach.
Dziedziną nauki zajmującą się wirusami jest wirusologia.
Szereg wirusów jest chorobotwórczy dla człowieka i zwierząt, są one często przyczyną groźnych chorób.
Czy wirusy są żywe? [edytuj]
Czy należy uznać wirusy za organizmy żywe, zależy od przyjętej przez nas definicji życia. Wirusy są zazwyczaj uznawane za żywe w “funkcjonalnych” definicjach życia, nie są zaś – w “strukturalnych”.
Funkcjonalne definiowanie życia polega na ustaleniu listy aksjomatów nie odwołujących się do jego struktury, które musi spełniać każdy organizm, żeby można go było uznać za żywy. Musi on (jedna z możliwych aksjomatyzacji, choć wszystkie one znaczą mniej więcej to samo):
* być zdolny do rozmnażania się;
* wykazywać dziedziczną zmienność wpływającą na możliwości rozmnożenia się, czyli być zdolny do ewolucji.
A zatem kryształy, priony czy wirusy komputerowe, choć potrafią się powielać, nie posiadają żadnych istotnych dziedzicznych cech, zatem nie są żywe. Wirusy biologiczne, memy, przedkomórkowe życie na Ziemi i ewentualne obce życie na innych planetach są według tej definicji żywe.
Strukturalne definiowanie życia polega na ustaleniu listy kryteriów odwołujących się do struktury organizmu. Są to m.in.:
* rozmnażanie
* wzrost
* metabolizm
* budowa komórkowa, z rybosomami i innymi organellami
* materiał genetyczny przechowywany w postaci kwasów nukleinowych
* występowanie białek i kwasów nukleinowych
* ruch
W przeciwieństwie do definicji funkcjonalnej, nie ma tu ustalonego zbioru warunków, w większości takich zestawów wirusy nie spełniają jednak przynajmniej jednego warunku.
Podstawowe właściwości wirusów [edytuj]
Wirusy posiadają małe rozmiary. Zdecydowana większość wirusów przedostaje się przez filtry mikrobiologiczne zatrzymujące bakterie. Największym znanym wirusem jest mimiwirus mający 400 nm, który jest większy od niektórych bakterii.
Dany gatunek wirusa zawiera tylko jeden rodzaj kwasu nukleinowego (DNA lub RNA), chociaż w trakcie rozwoju wewnątrz komórki dochodzi zwykle do syntezy drugiego rodzaju kwasu.
Ze względu na pasożytnictwo komórkowe wirusy posiadają na swojej powierzchni białka, które pozwalają zaatakować odpowiednie komórki.
Wirusy nie posiadają rybosomów. Poza komórką nie wykazują żadnego metabolizmu (wyjątek – niektóre wirusy Archaea), nie są zdolne do wzrostu ani rozmnażania się.
Wirusy można krystalizować.
Budowa wirusów [edytuj]
Zagadnienia dotyczące budowy wirusów dotyczą właściwie tylko stadium zdolnego do zakażenia komórki gospodarza. Pojedynczą cząsteczkę wirusa nazywamy wirionem. Każdy wirion wykazuje obecność określonych elementów, a są nimi kapsyd i kwas nukleinowy:
* kapsyd, czyli płaszcz białkowy, okrywający kwas nukleinowy, zbudowany z białkowych łańcuchów zwanych kapsomerami
* kwas nukleinowy, niosący informację genetycznie niezbędną do replikacji oraz kodujący białka strukturalne (kapsomery) i ewentualnie enzymy (np. odwrotną transkryptazę). Kwas nukleinowy wraz z kapsydem nazywamy nukleokapsydem
Oprócz tego, niektóre wirusy mogą być otoczone dodatkową osłonką lipidową. Dotyczy to tych serotypów, które uwalniają się z komórki przez pączkowanie. Ponieważ błona jest im zwykle potrzebna do kolejnej infekcji, takie wiriony są wrażliwe na niszczący ją atak dopełniacza.
Istotną cechą systematyczną jest zagadnienie symetrii wirionu. Wyróżnia się trzy jej rodzaje:
* symetrię kubiczną, która charakteryzuje się tym, że wirion ma kształt bryły foremnej. Zwykle jest to dwudziestościan foremny (ikozaedr), stąd inna nazwa tej symetrii – symetria ikozaedralna
* symetrię helikalną, którą obserwujemy u wirusów mających śrubowato zawinięty nukleokapsyd
* symetrię złożoną, która opisuje wirusy nie dające się zaliczyć do dwóch poprzednich rodzajów symetrii.
Symetria wirionu może nie być dostrzegalna na pierwszy rzut oka, co wynika z faktu istnienia osłonek lipidowych, mogących zakrywać rzeczywisty kształt nukleokapsydu. Jest tak zwłaszcza w przypadku wirusów o symetrii helikalnej, których otoczka jest dodatkowo wzmocniona warstwą tzw. białka M.
Genetyka wirusów [edytuj]
Budowa genomu wirusowego [edytuj]
Wirusy posiadają tylko jeden rodzaj kwasu nukleinowego, na dodatek wykazującego odpowiednie dla danego gatunku lub wyższej jednostki taksonomicznej cechy. W związku z tym możemy wyróżnić następujące formy kwasów nukleinowych stanowiących genom wirusowy i mających znaczenie systematyczne:
* DNA – wirusy zawierające go w wirionie to tzw. wirusy DNA
o jednoniciowy (ssDNA)
o częściowo jednoniciowy – charakterystyczny dla hepadnawirusów
o dwuniciowy (dsDNA)
* RNA – wirusy zawierające go w wirionie to tzw. wirusy RNA
o jednoniciowy
+ o polarności dodatniej – może pełnić funkcje mRNA kodującego białka
+ o polarności ujemnej – RNA musi być najpierw przepisany na mRNA
o dwuniciowy
Dla dokładniejszych informacji zobacz: Systematyka wirusów.
Strategie replikacyjne [edytuj]
Namnażanie wirusów jest zależne od rodzaju kwasu nukleinowego, który znajduje się w wirionie. Poniżej przedstawiono krótki opis replikacji genomów wirusowych.
Wirusy zawierające dsDNA. W tym przypadku wirus po wniknięciu do komórki rozpoczyna najpierw wytworzenie tzw. “wczesnego mRNA” na matrycy DNA pochodzącego z wirionu. Zwykle jednym z genów zawartych w genomie wirusa i odczytywanym poprzez wczesne mRNA jest DNA-zależna polimeraza DNA, która dokonuje powielenia wirusowego DNA. Dopiero z takich powielonych cząsteczek DNA następuje produkcja “późnego mRNA”, kodującego kapsomery oraz inne białka uczestniczące w składaniu wirionów.
Wirus zawierające ssDNA. Mogą one zawierać w kapsydach zarówno DNA o dodatniej polarności, jak i polarności ujemnej. Charakterystyczną cechą jest pętelka powstała przez zawinięcie końcówki liniowej cząsteczki DNA, która służy jako starter podczas replikacji DNA. Sam proces replikacyjny jest stosunkowo skomplikowany i wiąże się z kilkukrotną replikacją materiału genetycznego, który następnie jest rozdzielany na nici i cięty za pomocą nukleaz.
Wirusy ssRNA o dodatniej polarności. Po wniknięciu wirusa do komórki następuje produkcja białek bezpośrednio z genomowego RNA, który może w tym wypadku pełnić rolę mRNA. W pewnym momencie rozwoju, gdy wytworzone zostaną odpowiednie białka, następuje powstanie dwuniciowej formy pośredniej RNA, która składa się zarówno z macierzystej nici o dodatniej polarności, jak i z nici o polarności ujemnej. Ta właśnie nić jest matrycą dla produkcji wielu kopii genomowego ssRNA(+).
Wirusy ssRNA o ujemnej polarności. W ich przypadku musi najpierw dojść do stworzenia kopii o charakterze mRNA (czyli RNA o dodatniej polarności), a następnie z tych kopii są produkowane białka. Powstaje też dwuniciowa forma pośrednia, której nić RNA(+) służy do powstania licznych genomów RNA(-)
Retrowirusy. Synteza kwasów nukleinowych u retrowirusów jest dosyć skomplikowana, ale jej kluczowym etapem jest zawsze przepisanie wirusowego RNA na DNA za pomocą obecnej w wirionie odwrotnej transkryptazy. Powstały w ten sposób ssDNA jest uzupełniany o drugą nić, zaś nowo utworzony dsDNA wbudowuje się w genom gospodarza, stanowiąc tzw. prowirus. DNA prowirusa służy zarówno do wytworzenia mRNA dla białek wirusowych, jak i dla wytworzenia potomnych genomów RNA.