Wirusy (łac. virus – trucizna) to cząsteczki organiczne niewielkich rozmiarów, zbudowane z białek, lipidów i kwasów nukleinowych, które nie posiadają struktury komórkowej. Wykazują cechy zarówno materii nieożywionej, jak i organizmów żywych. Ich materiał genetyczny zawarty jest, w zależności od ich rodzaju, w kwasie rybonukleinowym (RNA) lub deoksyrybonukleinowym (DNA). Zwiększają swoją populację podczas infekcji żywych komórek, są wewnątrzkomórkowymi pasożytami. Pojedyncza, kompletna cząsteczka wirusa, zwana jest wirionem i składa się z kwasu nukleinowego oraz kapsydu. Niektóre wirusy wyposażone są dodatkowo w otoczkę lipidową, pochodzącą z błon komórki gospodarza.
Zakażenie komórki wirusem rozpoczyna się od procesu adsorpcji, a więc przylgnięcia do powierzchni komórki w miejscu odpowiedniego receptora. Następnie w procesie penetracji, wirus wnika do wnętrza komórki – penetracja wirusa odbywa się przy użyciu jednego z trzech sposobów: fuzji, wiropekcji lub endocytozy. W komórce wirus ulega odpłaszczeniu, uwalniając przy tym swój materiał genetyczny. Niekiedy w fazie pre-replikacyjnej następuje produkcja białek wczesnych, niezbędnych do prawidłowego zajścia procesu replikacji – białka te potrafią także zmieniać metabolizm komórki, aby jak najlepiej dostosować “środowisko” do potrzeb wirusa. Proces replikacji zachodzi w różny sposób, ze względu na różnice w rodzajach wirusów. To właśnie podczas tego procesu, może zajść integracja genomu wirusa z genomem gospodarza.
Miejsce replikacji danego wirusa zależy od formy jego materiału genetycznego – grupa wirusów RNA podlega replikacji w cytoplazmie, natomiast te zawierające DNA, replikują się w jądrze komórkowym. Infekcją produktywną nazywany jest proces infekcji komórki wirusem, który kończy się jego namnożeniem. Powielanie się wirusów ma charakter zgoła inny niż podział komórkowym – podczas ich namnażania zachodzi proces produkcji elementów wirionu, a następnie złożenie z poszczególnych elementów cząsteczki potomnej.
W cyklu replikacyjnym wyróżnia się następujące etapy:
- adsorpcja wirusa do komórki
- penetracja (wnikanie do komórki)
- powielanie komponentów wirusa
- składanie cząstek wirusowych
- uwalnianie potomnych wirionów z komórki
Proces namnażania się wirusów, zależy od rodzaju kwasu nukleinowego, znajdującego się w jego wirionie. Poniżej przedstawiono krótkie opisy procesów replikacji wirusów, reprezentujących różną formę materiału genetycznego.
- Wirusy zawierające dwuniciowy kwas deoksyrybonukleinowy (dsDNA) po wniknięciu do komórki rozpoczynają syntezę wczesnego-mRNA na matrycy DNA, pochodzącej z wirionu. Zakodowana DNA-zależna polimeraza powiela wirusową informację genetyczną, która następnie stanowi podstawę syntezy późnego-mRNA, który koduje kapsomery oraz inne białka uczestniczące w składaniu wirionów.
- Wirusy zawierające jednoniciowy kwas deoksyrybonukleinowy (ssDNA), mogą charakteryzować się zarówno dodatnią, jak i ujemną polarnością. Starter w procesie replikacji tego typu wirusów, stanowi charakterystyczna pętla, powstała z zawiniętego końca liniowej cząsteczki DNA. Skomplikowany proces replikacji powiela wielokrotnie materiał genetyczny, który następnie zostaje rozdzielony i cięty przy użyciu nukleaz.
- Wirusy zawierające jednoniciowy kwas rybonukleinowy (ssRNA) o dodatniej polarności, po wniknięciu do komórki gospodarza, rozpoczynają syntezę białek bezpośrednio ze swojej genomowej informacji genetycznej. Następnie powstaje dwuniciowa nić kwasu rybonukleinowego, która składa się z RNA genomowego i komplementarnej do niego nici ujemnie spolaryzowanej, i która stanowi matrycę do produkcji wielu kopii genomowego ssRNA(+).
- W przypadku wirusów zawierających jednoniciowy kwas rybonukleinowy (ssRNA) o ujemnej polarności, w pierwszym kroku po wniknięciu do komórki gospodarza, musi dojść do syntezy mRNA, które będą stanowiły matrycę do produkcji białka. W licznych procesach powstaje także pośrednia forma dwuniciowa, która służy do powstania licznych genomów RNA(-).
- Replikacja retrowirusów opiera się na przepisaniu informacji genetycznej zawartej w wirusowym RNA na DNA, za pomocą odwrotnej transkryptazy. Do powstałego jednoniciowego DNA, syntetyzowana jest komplementarna nić, natomiast nowo powstały dwuniciowy DNA integruje się z genomem gospodarza, tworząc tzw. protowirusa. Kwas deoksyrybonukleinowy protowirusa stanowi podstawę zarówno do wytworzenia mRNA dla białek wirusowych, ale również do syntezy genomów RNA.
Bibliografia:
[1] https://pl.wikipedia.org/wiki/SARS-CoV-2
[2] Bienz K.A., Wirusologia ogólna, [w:] P.B. Heczko, A. Pietrzyk (red.), Mikrobiologia lekarska, wyd. I, Warszawa: Wydawnictwo Lekarskie PZWL, 2007, ISBN 978-83-200-3154-6.
[3] https://www.doctormed.pl/info/interna/wirusy-lac-virus-trucizna/
[4] Cann A.J., Principles of Molecular Virology, wyd. IV, Elsevier, 2005, ISBN 0-12-088787-8.