Genetika virů
Viry a jejich genetika
Vážení návštěvníci. Od konce srpna 2011 jsou tyto stránky přesunuty na novou adresu - http://www.genetika-biologie.cz/. Veškeré texty a materiály naleznete nyní na nové doméně. Tyto stránky - genetika.wz.cz - zůstanou nadále funkční, ale nebudou již dále rozšiřovány, opravovány a doplňovány; veškeré novinky a úpravy budou již jen na nových stránkách Genetika - Biologie. Doufám, že se Vám budou líbit ;-)
Obecně
Viry jsou nebuněčné (skupina subcelullata) parazitické organismy. Samy o sobě jsou neaktivní a k rozmnožování potřebují hostitelskou buňku (nemají vlastní proteosyntetický aparát). Při tomto "využití" často způsobí smrt napadené buňky. Proto jsou viry označovány jako vnitrobuněční parazité.
Stavba viru je velmi jednoduchá. Základní část (jakousi obdobu buněčného jádra) tvoří nukleová kyselina a okolo ní je bílkovinný obal - kapsida. Dále mají některé viry ještě membránový obal (obalené viry), jeden nebo více bičíků (např. některé bakteriofágy) nebo si v kapsidě dokonce přinášejí některé enzymy, potřebné pro rozmnožení viru (např. reverzní transkriptasa u retrovirů). Důležité jsou povrchové glykoproteiny viru, díky kterým se virová částice může vázat na specifické receptory buněk.
Genetická informace u virů
Genetickou informaci u virů tvoří DNA nebo RNA (ale nikdy oba typy naráz). Tato DNA může být jednořetězcová i dvouřetězcová (častěji), lineární i cyklická. I RNA najdeme jako jednořetězcovou nebo dvouřetězcovou molekulu (lineární nebo segmentovaná podoba).
Pokud má virus DNA (DNA viry), dochází k přímým transkripcím a translacím virových genů. Má-li jednovláknovou RNA (RNA viry), může tato RNA sloužit přímo jako mRNA pro proteosyntézu (pozitivní RNA viry), nebo je nejprve zreplikována za vzniku komplementárního RNA vlákna, které teprve plní roli mRNA (negativní RNA viry). Přepis je katalyzován RNA dependentní RNA polymerázou, která je do buňky přinesena v kapsidě virionu. Pokud je informace kódována dvouvláknovou RNA, dochází přímo k přepisu do mRNA. DNA viry se většinou replikují v buněčném jádře, zatímco RNA viry volně v cytoplazmě. Translaci zajišťuje vždy proteosyntetický aparát infikované buňky.
Mimo transkripce virových genů si musí virus zajistit replikaci své původní genetické informace, která bude použita při stavbě nových virových částic.
U reovirů nacházíme dvouvláknovou RNA. U poxvirů pouze jednovláknovou DNA.
Zvláštní skupinou jsou retroviry, jejichž RNA je po vpravení do hostitelské buňky nejprve přepsána do DNA. Na tomto procesu se podílí enzym reverzní transkriptasa, který je schopný katalyzovat reverzní transkripci, tj. přepis informace z RNA do DNA. Reverzní transkriptasa, schopná přepsat virovou RNA do DNA se v hostitelské buňce nenachází, a proto musí být přinesena v kapsidě retroviru. Některé retroviry jsou schopny takto vyrobenou DNA dokonce včlenit do genomu buňky, která tak stále produkuje další viry. Pokud se infikovaná buňka dělí, dělí se s ní i virová informace. Retroviry mohou sloužit jako vektory genetické informace v biotechnologiích a uvažuje se o nich i jako vektorech pro genovou terapii. Mezi retroviry patří i virus HIV (původce AIDS).
Virus hepatitidy B (HBV) je DNA virus se zvláštním replikačním cyklem. Ačkoliv se jedná o DNA virus, je do nově syntetizovaných virových částic uzavírána komplementární sekvence RNA, podle které je teprve později virovým enzymem s aktivitou reverzní transkriptázy vytvořena virová DNA.
Bakteriofágy jsou viry napadající bakterie. Podobně jako retroviry umí integrovat svou genetickou informaci do bakteriálního chromosomu. Umožňují i šíření části bakteriální DNA mezi jednotlivými bakteriemi - tzv. transdukce.
Průběh virové infekce
Každý virus má svůj vlastní infekční cyklus, během kterého se pomnoží uvnitř určitých buněk a dále uvolní do okolí. Jedná se však o relativně komplikovaný proces, neboť každý virus má svá specifika, především co se týká vnímavých buněk a průniku do nich, replikace a realizace genetické informace a uvolňování z buňky. Obecně lze ovšem průběh infekce shrnout do několika základních bodů.
- Průnik do buňky - viry jsou závislé na specifických receptorech buněk, které jsou důležité pro zprostředkování kontaktu viru s cílovou buňkou. Viry jsou schopny infikovat pouze buňky s příslušným receptorem, což vysvětluje proč určitá virová onemocnění poškozují pouze určité a vždy stejné tkáně (například virus HIV cíleně infikuje TH lymfocyty - neboť specificky rozeznává jejich CD4 receptor). Samotný průnik viru do buňky probíhá většinou endocytózou (u některých bakteriofágů ale například proniká pouze nukleová kyselina).
- Zpřístupnění genomu - po průniku do buňky se virus musí zbavit veškerých obalů okolo své genetické informace. Tím je umožněna transkripce virových genů.
- Replikace - nejdříve dochází k transkripcím genů časných virových proteinů (rozdíly mezi templáty transkripce u různých typů virů jsou uvedeny výše). Časné virové proteiny modifikují metabolismus buňky tak, aby usnadnil replikaci viru a zároveň umožňují transkripci genů pozdních virových proteinů. Tyto pozdní proteiny jsou převážně strukturní proteiny kapsidy a virových receptorů, případně i virové enzymy, které budou spolu s nukleovou kyselinou (musí tedy dojít i k replikaci původní virové genetické informace) zabudovány do kapsidy.
- Únik virových částic z buňky - po zkompletování virových částic jsou tyto uvolňovány z buňky do okolí, což může vést i k smrti infikované buňky. Obalené viry se pře opuštěním buňky ještě obalí buněčnou membránou (může jít nejen o cytoplazmatickou membránu, ale třeba i o jadernou membránu nebo membránu endoplazmatického retikula).
Je třeba si uvědomit, že ne vždy vede infekce buňky virem k okamžité replikaci virových částic a lýze buňky. Pokud není buňka pro replikaci viru zcela vhodná, umí se některé DNA viry podobně jako retroviry stát součástí buněčného genomu, případně perzistovat v buňce v podobě samostatných DNA molekul. Tato schopnost virů je využívána v genové terapii, kde viry slouží jako vektory nesoucí příslušnou DNA. O retrovirech v této souvislosti již byla řeč, z DNA virů se využívají adenoviry.
Určité viry jsou spojeny se vznikem určitých nádorů. Tyto tzv. onkogenní viry fungují jako biologické kancerogeny (avšak pro vznik nádoru je potřeba i spoluúčast dalších faktorů). Uvedeme si několik klinicky významných případů:
- Lidský papillomavirus - je spojený s rizikem karcinomu děložního čípku
- Virus Ebsteina-Barrové - je spojený s Burkittovým lymfomem, nazofaryngeálním karcinomem, nebo Hodgkinovými nádory
- Virus hepatitidy B a hepatitidy C - jsou spojeny s karcinomem jater