Dzień dobry. Witam cię na pierwszym wykładzie kursu wirusy. Wykład został zatytułowany niezwykle odkrywczo wirusy, dlatego że będzie na nim mowa o naturze właśnie tych tworów. A zatem po krótkim wstępie przejdziemy do omówienia doświadczeń, które doprowadziły do odkrycia wirusów. Następnie omówimy sobie budowę wirusów.
Wreszcie kolejnym punktem tego wykładu będzie analiza pochodzenia wirusów. A później przejdziemy do krótkiego przeglądu wirusów. Cały wykład, całe spotkanie powinno zakończyć standardowe, tekstowe podsumowanie.
A zatem wyznaczyliśmy sobie zadania na dzisiaj i bierzemy się do pracy. Przejdziemy teraz do omówienia doświadczeń, które wykazały istnienie wirusów. I warto tutaj zwrócić uwagę, że historia odkrywania wirusów bardzo dużo mówi nam o cechach tych tworów. A zatem, pierwszy wirus został zidentyfikowany już pod koniec XIX wieku. Był to wirus wywołujący chorobę roślin, mozaikowatość tytoniu.
Na zdjęciu widać, że zaatakowane liście pokrywają się wówczas takimi mozaikowatymi plamami i zapewniam Cię, zdecydowanie gorzej rosną. W doświadczeniach zaś wykazano, że czynnik chorobotwórczy przenoszony był na zdrowe rośliny. To pokazujemy teraz symbolicznie. Zatem tu mamy roślinę chorą, przenoszenie na roślinę zdrową. Otóż okazuje się, że można było doprowadzić do tego, że zdrowa roślina zachoruje, przenosząc sok z chorych roślin i wstrzykując roślinom zdrowym.
A zatem proszę bardzo, przenoszenie. w soku chorych roślin skutkowało tym, że rośliny chorowały. Jaki stąd płynął wniosek?
Otóż czynnik chorobotwórczy mógł być po prostu trucizną, substancją zakłócającą metabolizm zdrowych komórek, komórek zdrowych roślin. Jednak możliwe było przenoszenie tego czegoś wielokrotnie z roślin chorych na rośliny zdrowe. Na przykład w takim scenariuszu. Roślina chora, sok przeniesiony na roślinę zdrową, ta choruje. i sok z tej teraz chorującej rośliny, przenoszony na kolejne zdrowe rośliny, wywoływał objawy chorobowe.
Taki scenariusz sugerował istnienie organizmu, jakiegoś tworu, który powiela się, czy też jak kto woli, rozmnaża się w chorych roślinach. Czyli mówiąc krótko, stwierdzono wówczas, że mógł to być po prostu organizm patogenny. W końcu, gdyby tym czynnikiem chorobotwórczym była zwykła toksyna, należałoby oczekiwać, że po kilku... w takich operacjach uległaby rozcieńczeniu i przestała po prostu działać.
Mało tego, wykazano także doświadczalnie, że do zakażenia dochodziło nawet wtedy, gdy sok z chorych roślin przesączano przez porcelanowe filtry, które zatrzymują najmniejsze komórki bakterii. I tutaj pojawił się kolejny możliwy wniosek. Otóż patogen, ten czynnik chorobotwórczy jest mniejszy niż komórki bakterii.
nawet tych najmniejszych. Z tym, że tu powstał problem. Czy odkryto w tym momencie tak małe komórki, że nawet najlepsze mikroskopy świetlne nie mogły ich wykryć?
Otóż było to bardzo mało prawdopodobne. Należy pamiętać bowiem, że pod koniec XIX wieku mikroskopy świetlne były już całkiem dobrymi narzędziami i pozwalały wykryć naprawdę małe twory. Zatem, co jakby to powiedzieć wchodziło w grę?
Otóż naukowcy przyjęli założenie, że patogen nie ma budowy komórkowej i jest tworem od niego znacznie prostszym. To zaś oznaczało, że nie mówimy tutaj ju ż o organizmie. Kolejne doświadczenia polegały na tym, że sok z chorych roślin podgrzewano i wówczas okazało się, że nie wywoływał on zmian chorobowych.
A zatem wnioskujemy dalej. Otóż... Zapewne patogen zawiera składnik chemiczny, który jest wrażliwy na wysokie temperatury i który to składnik jest istotny dla, jakby to powiedzieć, działania tego patogenu.
Pojawiła się więc sugestia, że patogen zawiera białka, bo w końcu białka są najczęściej wrażliwe na wyższe temperatury. Kolejne doświadczenia polegały więc na tym, że próbowano namnożyć chorobotwórczy czynnik w soku z chorych roślin. w hodowlach laboratoryjnych, na różnych pożywkach, w różnych warunkach.
Otóż te próby były nieudane. Dowiodły, że jedynym sposobem na pozyskanie tego czynnika chorobotwórczego, tego patogenu, były żywe komórki chorych roślin. I tu pojawiają się nawet dwa wnioski. Otóż po pierwsze, patogen zwiększa swoją liczebność, ilość, ale tylko w komórkach, czyli tworach, które mają złożoną maszynerię, tak można powiedzieć, metaboliczną i pozwalają po prostu na zwiększanie tej liczebności. Wniosek numer dwa.
był taki, patogen jest bezwzględnym pasożytem. I teraz, już pod koniec właśnie XIX wieku i na początku XX wykazano istnienie innych tworów o dokładnie takich samych cechach, z tym, że wywołujących choroby innych roślin, zwierząt, człowieka, a nawet bakterii. Jednym z pionierów badań nad tymi tworami, który między innymi wyjaśnił, w jaki sposób przenoszony jest czynnik wywołujący mozaikowatość tytoniu, był... Martinus Bejering. Ten holenderski botanik i mikrobiolog nazwał wszystkie te twory wirusami.
Od łacińskiego virus, może sobie to zapiszmy ręcznie, virus przez V, to słowo w języku łacińskim oznacza jad. A tak przy okazji, zauważmy teraz, że omawiamy tutaj kolejny przypadek. czy też jak kto woli udowodnienia istnienia czegoś, czego naukowcy nie mogli nawet zobaczyć.
Mam nadzieję, że pamiętasz tutaj doświadczenia wykazujące istnienie błony komórkowej. Najpierw wykazano, że ona jest, a dopiero potem możliwe było jej zobaczenie. Natomiast teraz zauważmy, że już wówczas, czyli pod koniec XIX wieku, mogła powstać niezła definicja wirusów, która notabene jest w pełni funkcjonalna nawet dzisiaj.
A zatem wirusy w myśl tej definicji to małe, bezkomórkowe czynniki zakaźne, niezdolne do powielania się poza komórką odpowiedniego gospodarza. Pasuje? Pasuje.
No to w takim razie jeszcze sprecyzujmy sobie, co właściwie oznacza określenie mały czynnik. Otóż wirusy są tak małe, że ich wielkość podajemy w nanometrach. Przypomnijmy, że nanometr to tylko 10 do minus 9 metra.
Najczęściej mierzą od 20 do 400-500 nanometrów, a zatem można byłoby powiedzieć, że te najmniejsze wirusy są niemal 1000 razy, czyli o 3 rzędy mniejsze od pospolitej bakterii pałeczki okrężnicy. Będziemy o niej jeszcze mówić wielokrotnie. I to właśnie dlatego filtry porcelanowe nie zatrzymują wirusów.
Natomiast gdybyśmy chcieli ocenić wielkość wirusów, w kontekście bakterii, to proponuję zerknąć na mikrofotografię wykonaną przy użyciu już transmisyjnego mikroskopu elektronowego. Tutaj widzimy liczne wirusy wyspecjalizowane, które atakują komórkę pałeczki okrężnicy. Różnica wielkości jest w tym momencie chyba oczywista.
Natomiast skoro mówimy o wirusach jako grupie, to warto byłoby też zauważyć, ale już bardziej jako ciekawostkę, że w grupie tej znajdziemy także swoiste giganty. Przykładem może być mierzący około 1,5 mikrometra pitowirus sibericum. A zatem tu mamy pełny zakres wielkości wirusów, a tu mamy oczywiście ten zakres, nazwijmy to, typowy. Z tym, że pitowirus sibericum tak naprawdę jest po prostu wyjątkiem.
Zresztą nawet jeśli porównamy go do pałeczki okrężnicy, to okaże się, że on jest nieznacznie, ale od niej troszkę, troszkę mniejszy. Natomiast w odniesieniu do wszystkich wirusów, logiczne jest, że obserwacje wirusów możliwe są tylko, jeśli wykorzystuje się mikroskopy elektronowe. Proszę bardzo, zatem mamy ikonę mikroskopu elektronowego.
Naszym kolejnym zadaniem będzie przejrzenie się budowie wirusów. To znaczy porozmawiamy zarówno o formach morfologicznych, jak i o organizacji wewnętrznej tych tworów. Przy czym zacznijmy może od wirusa mozaikowatości tytoniu.
Otóż mikroskopy elektronowe ujawniły, że taki wirus to pałeczka długości mniej więcej 300 nanometrów i średnicy raptem 18 nanometrów. Jeśli przyjąć, że rozmiary innych wirusów są no z grubsza rzeczując podobne, oczywiste jest, że budowę tych tworów Poznano dopiero w latach 30. i 40. XX wieku, po wprowadzeniu transmisyjnych mikroskopów elektronowych. Z tym, że mikroskopy te wykazały też, że rzeczywiście wszystkie wirusy mają bardzo prostą, bezkomórkową budowę. Aby ją opisać, trzeba będzie teraz wprowadzić pojęcie wirionu, czyli czegoś w rodzaju osobnika.
Z tym, że osobnik to jest pojęcie ze świata organizmów. A zatem w przypadku wirusów nie mamy do czynienia z osobnikami, ale z wirionami. Czym zatem jest wirion?
Otóż jest to pojedyncza, kompletna cząstka wirusowa, zdolna do przetrwania poza komórką i zakażenia jej. Wirion jest zawsze zbudowany z białkowej otoczki, czyli kapsydu. Kapsyd składa się z licznych, regularnie ułożonych podjednostek białkowych.
Te podjednostki nazwano kapsomerami. Na naszej grafice tutaj widać niebieski kapsyd. i widać, że on jest złożony z takich kulek.
To właśnie są kapsomery. W kapsydzie zamknięty jest nośnik informacji genetycznej, czyli po prostu kwas nukleinowy. W wirionie danego wirusa zawsze znajduje się tylko jeden rodzaj kwasu nukleinowego, RNA albo DNA. Dodajmy też, że genom wirusów jest mały.
Zawiera od czterech do nieco ponad stu genów. Rzadko jest ich kilkaset. Dla porównania może genom większości bakterii liczy od kilkuset genów do kilku tysięcy.
A teraz dodajmy jeszcze, że niektóre wiriony mają dodatkową osłonkę białkowo-lipidową. To jest tak zwana osłonka zewnętrzna, w którą wbudowane są liczne cząsteczki glikoprotein. Tutaj widzimy właśnie te takie zielone i pomarańczowe elementy.
To właśnie są glikoproteiny. Jeszcze raz to podkreślam, nie wszystkie wirusy mają osłonkę, nawet powiedziałbym w ten sposób, większość nie ma. Natomiast warto w tym momencie jeszcze zauważyć, że w wielu źródłach możesz zetknąć się z pojęciem nukleokapsydu. Co to zatem jest nukleokapsyd? Otóż jest to kwas nukleinowy wirusa otoczony i chroniony kapsydem.
I to właśnie jest nukleokapsyd. Teraz zaś zacznijmy łączyć kapsomery o określonej budowie, łączyć w określony sposób, co zadecyduje o kształcie kapsydu oraz o kształcie całego wirionu. I tak, w zależności od rodzaju wirusa, kapsydy mogą mieć kształt takiej malutkiej pałeczki lub nici. Taką pałeczkę już poznałeś, to właśnie jest wirus mozaiki tytoniowej. Tutaj widzimy innego wirusa, o nim będzie mowa za chwilę.
Natomiast teraz już zasygnalizujmy. że sposób ułożenia kapsomerów, on jest taki spiralny, otóż to powoduje, że takie wirusy nazywane są też często wirusami spiralnymi albo helikalnymi. Kapsydy innych wirusów mają kształt wielościanu foremnego. Tutaj widzimy taki wielościan foremny.
Powiedzmy sobie, że jest to wielościenna bryłka, stąd też popularne określenie i używane też w literaturze fachowej wirusy bryłowe. Forma morfologiczna wirusa może być jeszcze bardziej złożona. Takie wiriony są, jakby to powiedzieć, swoistym połączeniem wielościanu foremnego i pałeczkowatego elementu.
Takie wirusy nazywamy więc bryłowo-spiralnymi. Do tego dołóżmy wirusy, które mają osłonkę zewnętrzną. Ona ma kształt kulisty w przybliżeniu lub owalny, a zatem mówimy wówczas o wirionach. kulistych bądź owalnych. I na koniec drobna uwaga dotycząca form morfologicznych wirusów.
Otóż w opracowaniach profesjonalnych, akademickich pisze się nie o kształcie wirionów, ale o typie symetrii kapsydów. Symetrii spiralnej, kubicznej bądź mieszanej. Z tym, że w szkole średniej nie musisz się przejmować tym zagadnieniem i po prostu możesz opisywać wirusy w sensie morfologicznym, tak jak ja zrobiłem to przed chwilą. Teraz zaś skonkretyzujmy nasz podział i omówmy sobie różne formy po kolei.
Zacznijmy od form pałeczkowatych. Jak już mówiłem, taką postać mają wiriony znanego Ci już wirusa mozaikowatości tytoniu. Do tego dołóżmy innego wirusa, takim nitkowatym kształcie. To jest wirus gorączki krwotocznej Ebola.
W obu przypadkach... Spiralnie ułożone kapsomery, tutaj świetnie widzimy to spiralne ułożenie kapsomerów na rycinie pana Jacka. Otóż te kapsomery tworzą takie nitkowate opakowanie dla pojedynczej cząsteczki RNA.
Czyli tu mamy cząsteczkę RNA w wirusie mozaiki tytoniowej, tutaj zaś widzimy też pojedynczą cząsteczkę RNA w wirusie Ebola. W kapsydzie wirusa ebola znajdziemy też cząsteczkę specjalnego enzymu, który nazywa się polimeraza RNA, zależna od RNA. Dokładniej będziemy mówić o takich enzymach na kursie genetyki. Teraz zauważmy, że jej cząsteczka, to znaczy tej polimerazy, o tutaj ją widzisz, ona katalizuje syntezę nowych cząsteczek wirusowego RNA po ataku.
Zatem jest to takie bardzo ważne dla wirusa białko. A teraz proponuję Ci obejrzenie prostego modelu trójwymiarowego wirusa pałeczkowatego, czyli tego spiralnego. A zatem proszę bardzo, kompletny wirion, a teraz za przeproszeniem rozłóżmy go na części. Widać, że wirion ukrywa pojedynczą liniową cząsteczkę. My mówiliśmy o wirusach, które mają liniową pojedynczą cząsteczkę RNA.
Aha, i jeszcze jedna sprawa, liniowa, to znaczy taka, która ma wolne końce. I myślę, że możemy teraz przejść do kolejnej formy morfologicznej, do formy bryłowej. Otóż formę bryłową, czyli wielościanoformnego, mają na przykład wiriony adenowirusów. O tym, co robią adenowirusy, porozmawiamy w przyszłości. Teraz porozmawiajmy o ich budowie.
A zatem w kapsydach tych wirusów, tutaj widzimy właśnie taki kapsyd, kapsomery są ułożone regularnie w ten sposób, że tworzą taką charakterystyczną dwudziestościenną... puszkę. Tutaj mamy jedną, drugą, taką trójkątną ściankę, trzecią itd. Oczywiście ścianek nie trzeba liczyć, wystarczy wierzyć na słowo.
I o takiej bryle mówimy, że jest to dwudziestościan foremny, czyli ikosaedr. W kapsydzie adenowirusów zwraca też uwagę 12 białkowych wypustek. Tutaj część z nich pan Jacek pokazuje na grafice.
Otóż są to białka, które rozpoznają białka błony komórkowej gospodarza i umożliwiają wnikanie do wnętrza komórek. Dalej trzeba będzie zerknąć, co jest w środku w kapsydzie. Zatem otwórzmy go sobie. Otóż tutaj znajdziemy dwuniciową, liniową cząsteczkę DNA, czyli ona ma wolne końce. A zatem u adenowirusów to liniowe, dwuniciowe DNA jest nośnikiem informacji genetycznej.
Teraz zaś dodajmy jeszcze tylko, że kapsyd niektórych nielicznych wirusów bryłowych może być np. dwunastościanem. Natomiast myślę, że ciekawsze będzie obejrzenie teraz prostego modelu trójwymiarowego budowy adenowirusa. A zatem kompletna cząstka wirusowa, tutaj układ glikoprotein wystających niczym jakieś takie niebezpieczne macki.
No nieważne, zostawmy te nienaukowe porównania i za przeproszeniem rozbierzmy sobie ten wirion. Proszę bardzo zatem, tutaj rozsuwamy, widzimy o właśnie te trójkątne ścianki i widać właśnie DNA we wnętrzu wirionu. A teraz kolej na wirusy o najbardziej złożonej budowie morfologicznej, czyli wirusy bryłowo-spiralne.
Tutaj kapsyd tworzą wielościenna... i kosaedralna główka. Proszę bardzo, jest główka. Dalej mamy nitkowaty ogonek o helikalnej organizacji kapsomerów. Przy czym ogonek tego wirusa zaopatrzony jest w takie charakterystyczne białkowe włókna.
Dlatego wielu osobom kształt taki kojarzy się z tzw. sputnikiem, czyli pojazdem kosmicznym. Włókna białkowe wystają, jeśli tak można powiedzieć, z płytki bazalnej. To jest ten element. który umożliwia przyleganie do atakowanych komórek i wprowadzanie kwasu nukleinowego do ich wnętrza.
O tym jeszcze też będziemy mówić, natomiast teraz trzeba będzie zerknąć, gdzie znajduje się materiał genetyczny takiego wirusa. Otóż on się znajduje wewnątrz w główce. I jest to pojedyncza, dwuniciowa, liniowa cząsteczka DNA. Bryłowo-spiralne kapsydy mają liczne bakteriofagi.
Na przykład pokazywany tutaj wirus T4, czyli FAKT4, atakujący, zresztą podobnie jak inne fagi T, komórki bakterii pałeczki okrężnicy Escherichia coli. A teraz standardowo już niejako, w ramach swoistej mini nagrody proponuję obejrzenie sobie modelu trójwymiarowego wirusa tego typu. Zatem proszę bardzo, widzimy otwartą główkę. Oczywiście normalnie.
główka jest zamknięta. Natomiast dla celów demonstracyjnych ją, za przeproszeniem, otworzyliśmy. A zatem zostały nam już tylko wirusy osłonkowe.
Otóż osłonka takiego wirusa, możesz obejrzeć go na grafice przygotowanej przez pana Jacka, zawiera białka i lipidy błony komórkowej gospodarza. Do tego doliczmy liczne glikoproteiny umożliwiające rozpoznawanie atakowanych komórek i wniknięcie do ich wnętrza. Zwykle osłonka wirusa jest wręcz najeżona takimi glikoproteinami, wygląda więc groźnie niczym mina morska z czasów II wojny światowej. Nomen omen, wirusy takie są często rzeczywiście bardzo groźne.
My wróćmy do tego konkretnego przykładu, który proponuje Ci Pan Jacek. Mianowicie narysował wirusa grypy typu A. Widać, że ma on dość złożoną budowę wewnętrzną.
Otóż w kapsydzie tego wirusa znajduje się aż 8 liniowych, niewielkich cząsteczek RNA, które tworzą wraz z pewnymi białkami takie charakterystyczne nukleoproteinowe kompleksy. Czyli tutaj mamy do czynienia z 8 kompleksami. Do wirusa grypy jeszcze wrócimy.
Teraz zaś proponuję Ci obejrzeć obracający się, jakby to powiedzieć, Szkolny model 3D wirusa osłonkowego. A zatem jeszcze raz, materiał genetyczny, kapsyd, osłonka i obracamy. Możemy więc powiedzieć, że przyjrzeliśmy się bardzo charakterystycznym przykładom wirusów o różnej budowie morfologicznej. i różnej organizacji wewnętrznej. Naszym kolejnym zadaniem będzie próba znalezienia odpowiedzi na pytanie, skąd właściwie wzięły się wirusy.
Z tym, że zanim odpowiemy na to pytanie, wypadałoby znaleźć odpowiedź na pytanie inne. Mianowicie, czy wirusy są tworami żywymi, czy martwymi? I od razu zaznaczam, że odpowiedź na to pytanie, odpowiedź o naturę wirusów jest dość kłopotliwa.
Jak już bowiem wiesz, poza żywymi komórkami wirusy są zaledwie maleńkimi, nukleoproteinowymi cząstkami zakaźnymi, które, dodam, można nawet uzyskać w postaci krystalicznej. Do tego przypomnijmy, że nie mają budowy komórkowej, nie wykazują żadnych funkcji życiowych, takich jak np. odżywianie, oddychanie, ruch, reagowanie na bodźce czy też wydalanie. Nie mają przecież własnych układów enzymatycznych. Pomijam tu pojedyncze enzymy, to nie są układy enzymatyczne.
A co za tym idzie, wirusy nie mają własnego metabolizmu. Zatem tu nie można mówić o istotach żywych. Jeśli jednak wirusy wnikną do atakowanych komórek, potrafią się namnażać. Co więcej, wiriony potomne są, jakby to powiedzieć, podobne do rodzicielskich, a więc, tak jak organizmy żywe, dziedziczą swoiste cechy.
Nośnikiem informacji genetycznej wirusów są kwasy nukleinowe, które zawierają m.in. informacje o budowie wirusowych białek, a także ulegają replikacji. To nie wszystko.
Wirusy mutują, czyli ulegają mutacjom i ewoluują. Jak zatem widać, mają też ważne cechy istot żywych. Część biologów dyplomatycznie stwierdza więc, że wirusy stoją na pograniczu martwej materii i świata istot żywych. W sumie zaś o tym, czym są wirusy, decyduje nasz pogląd na istotę życia. W zależności więc od przyjętej przez nas definicji wirusy są martwe, ponieważ nie spełniają kryterium budowy komórkowej, nie wykazują żadnych funkcji życiowych, w tym nie przeprowadzają własnego metabolizmu, albo są żywe, gdyż powielają się i dziedziczą cechy.
Czyli mówiąc krótko, ty decydujesz, czy są tworami żywymi, czy martwymi. I teraz nasuwa się naturalne pytanie, skąd właściwie wzięły się takie dziwne twory, jak wirusy. Otóż ich pochodzenie nie zostało do końca wyjaśnione. Istnieje tu kilka konkurencyjnych teorii, np. wirusy miałyby być prymitywnymi formami życia albo radykalnie uproszczonymi organizmami pasożytniczymi, malutkimi takimi, zredukowanymi.
Z tym, że najpowszechniej przyjmowana jest dzisiaj teoria, według której wirusy są swoistymi fragmentami chromosomów bakteryjnych lub eukariotycznych. które w jakiś sposób, można by powiedzieć, uciekły z komórek. Dlatego pokazujemy taki schemat, na którym z komórki eukariotycznej wydostaje się fragment jej genomu, czyli po prostu fragment chromosomu, ulega opakowaniu białkami i powiedzmy sobie w dużym uproszczeniu staje się wirusem.
Za teorią ucieczki przemawiają dwa ważne argumenty. Pierwszym jest wąska specjalizacja wirusów. Niektóre wirusy...
są wręcz dostosowane do konkretnych żywicieli. Drugim argumentem, mocniejszym, jest zdroworozsądkowe założenie, że żaden bezwzględny pasożyt nie może powstać przed pojawieniem się, jakby to powiedzieć, swojego żywiciela. To taki problem, czy najpierw było jajko, czy kura. Teorię ucieczki pośrednio potwierdza też fakt, że obecnie nowe wirusy powstają na drodze mutacji już istniejących form, I te nowe wirusy najczęściej też są swoiste dla danego żywiciela.
Zapewne więc w długiej historii życia na Ziemi wirusy powstawały wielokrotnie w różnych grupach organizmów i zaznaczyliśmy to na naszej rycinie zielonymi strzałkami. Mamy zatem powstawanie różnych wirusów. Oczywiście wirusy też atakują różne organizmy. Jeśli zaś zastanawiasz się, skąd wzięły się wirusy RNA, podpowiem tylko, że mogą one być, jakby to powiedzieć, zdziczałymi, takimi niepoprawnymi cząsteczkami mRNA w opakowaniu różnych białek. Przejdziemy teraz do krótkiego przeglądu wirusów, przy czym wykorzystamy kryteria podziału, które są stosowane w szkole.
Zacznijmy jednak od rzeczy bardziej ogólnych, mianowicie zauważmy, że do dzisiaj w sposób naukowy opisano około 5000 gatunków wirusów. Które to wirusy? System przyjęty przez Międzynarodowy Komitet Taksonomii Wirusów grupuje w rodzaje, rodziny, rzędy, a od jesieni 2018 roku także w klasy. I wszystkie te klasy grupuje w jeden typ, fyllum, czyli po prostu wirusy. Zatem jeśli spojrzymy na jednostki taksonomiczne, system klasyfikacji wirusów będzie nam przypominał system botaniczny.
Ale uwaga! Podobieństwo dotyczy jedynie hierarchii jednostek taksonomicznych. Wirusy nie spełniają bowiem naturalnych kryteriów podziału organizmów, między innymi dlatego, że praktycznie nic nie wiemy o ich ewolucji. Klasyfikacja wirusów jest więc sztuczna i opiera się przede wszystkim na typie kwasu nukleinowego.
Zapewne pamiętasz, że omawiając budowę wirusów mówiłem, że ich materiałem genetycznym może być DNA albo RNA, nigdy oba naraz. Przedstawiałem też konkretne przykłady i wówczas pojawiały się takie pojęcia jak np. liniowa dwuniciowa cząsteczka DNA, czy też liniowa jednoniciowa cząsteczka RNA.
Przedstawiając w ten sposób organizację genomu określonych wirusów, praktycznie wykorzystywałem nowoczesną klasyfikację zaproponowaną przez noblistę Davida Baltimore'a i od jego nazwiska nazwaną klasyfikacją Baltimore'a. Wirusy zostały w niej podzielone na 7 grup. Z tym, że program Szkoły Średniej nie obejmuje tego zagadnienia, zatem przedstawię Ci tylko wybrane elementy tej klasyfikacji, a i to w dużym uproszczeniu. Chciałbym też od razu zasygnalizować, że wkuwanie wszystkich danych o genomie konkretnych wirusów mija się przynajmniej moim zdaniem z celem.
Z tym, że będzie to potrzebne raptem kilka razy, ale wówczas wyraźnie o tym powiem. Wracając zaś do klasyfikacji Baltimore. Wyróżnia się w niej wirusy DNA oraz wirusy RNA. Tu sprawa jest jasna. Dalej dzieli się każdą z tych grup na dwie mniejsze, o cząsteczkach dwuniciowych i cząsteczkach jednoniciowych.
I wtedy pojawia się to DS lub SS. Double spiral, czyli... dwuniciowa helisa DNA albo single spiral, czyli dwuniciowa helisa, w tym przypadku oczywiście DNA.
Tutaj zaś mamy takie samo określenie, ale w odniesieniu oczywiście do RNA. Osobną grupę w klasyfikacji Baltimore stanowią retrowirusy. To są wirusy RNA wykorzystujące mechanizm odwrotnej transkrypcji.
I nie będziemy teraz wchodzić w zagadnienie, dlaczego one nie zostały przyporządkowane do RNA wirusów, dlatego że sprawa retrowirusów jest troszkę bardziej złożona. No ale zostawmy coś na studia, przy czym my o odwrotnej transkrypcji porozmawiamy nieco dokładniej na kolejnych wykładach, między innymi analizując namnażanie wirusa HIV. Będę też mówić o odwrotnej transkrypcji na wykładach kursu genetyki.
Z tym, że teraz zauważmy, że kwasy nukleinowe wirusów najczęściej są cząsteczkami liniowymi, stąd właśnie to liniowe, dwuniciowe czy też liniowe jednoniciowe. Ale uwaga, niektóre wirusy... Chodzi tutaj o wirusy DNA.
Mają cząsteczki koliste i to są cząsteczki zamknięte. Mogą być dwuniciowe lub jednoniciowe. One nie mają wolnych końców. To są wolne końce cząsteczek, natomiast tutaj wolnych końców nie ma. To sprawa na razie może mniej istotna, ale w przyszłości będzie bardzo ważna.
I wracając do klasyfikacji wirusów. Otóż kryteriów podziału wirusów tak naprawdę jest więcej. Można tu więc mówić nie tylko o rodzaju kwasu nukleinowego, ale także kryterium może być sposób namnażania. Dalej w podziałach stosuje się też znane Ci już kryterium budowy morfologicznej kapsydu, wirionu, jak kto woli.
My zaś posłużymy się teraz jeszcze prostszym rozwiązaniem. Mianowicie podzielimy wirusy ze względu na rodzaj atakowanych komórek. Ogólnie się to określa mianem rodzaju gospodarza po prostu.
Wówczas będziemy mieli do czynienia z trzema grupami. Tylko. Pierwszą utworzą wirusy atakujące bakterie, drugą wirusy atakujące rośliny i wreszcie trzecią, takie, które atakują komórki zwierząt. i człowieka.
A zatem zacznijmy od pierwszej kategorii. Tutaj zalicza się oczywiście najstarsze wirusy, czyli bakteriofagi, albo jak kto woli, po prostu fagi. Wirusy takie występują niezwykle powszechnie, wszędzie tam, gdzie można znaleźć po prostu bakterie. Materiałem genetycznym może być tu każdy rodzaj kwasu nukleinowego, ale najczęściej wirusy zawierają dwuniciowe DNA, albo jednoniciowy RNA.
Kapsydy większości fagów są bryłowo-spiralne. Też o tym już mówiłem. Cechą specyficzną jest też to, że atakujący fag wstrzykuje do wnętrza komórki jedynie kwas nukleinowy. Przykłady?
Proszę bardzo. Fagi np. T2 i w ogóle fagi z linii T to są fagi T, które atakują komórki E.
coli. Komórki E. coli atakuje także fag lambda.
Będziemy o nim jeszcze mówić. Natomiast jeden z najmniejszych wirusów, bakteriofag FiX174, ma kapsyd wielościenny z niewielką, tutaj widzimy na mikrofotografii, niewielką, kolistą, jednoniciową cząsteczką DNA. No i tutaj jeszcze, zapomniałem powiedzieć, widzimy render modelu, który został zbudowany w oparciu o dokładne badania sekwencji aminokwasowej białek budujących tego wirusa i badania krystalograficzne.
A zatem zostawiamy bakteriofagi, zapamiętujemy trzy ważne cechy i przechodzimy do kolejnej grupy, czyli wirusów roślinnych. Tutaj materiałem genetycznym najczęściej jest RNA. 3,4 wirusów atakujących rośliny to są wirusy RNA.
Co dalej? Wirusy roślinne zwykle, choć nie zawsze, mają pałeczkowate kapsydy o symetrii spiralnej, tej helikalnej, mówiłem już o tym. Mogą one atakować komórki roślinne tylko wówczas, gdy dojdzie do uszkodzenia ściany komórkowej, np.
przez żerujące owady. Wirus, który wniknie do wnętrza komórki, może się potem rozprzestrzeniać dalej przez plazmodesmy. Przykłady?
Już jakby to powiedzieć nudny wirus mozaikowatości tytoniu. Dołóżmy więc też np. wirusa żółtej kędzierzawości pomidora. Wirus ten przenoszony jest przez owada, mączlika szklarniowego.
I może jeszcze warto wspomnieć o wirusie smugowatości ziemniaka. Ten wirus akurat przenoszony jest przez mszycę. I jeśli powiem, że wirusowe choroby roślin uprawnych są przyczyną dużych strat w rolnictwie, no to chyba Ameryki nie odkryją.
Myślę, że możemy teraz przejść już do wirusów atakujących komórki zwierzęce. Ich materiałem genetycznym najczęściej jest RNA, a ale może to być także DNA. Pod względem budowy wirionu ta grupa wirusów wykazuje duże zróżnicowanie. Znajdziemy więc tutaj zarówno wirusy bryłowe, jak i bryłowe z osłonką, wreszcie pałeczkowate i pałeczkowate z osłonką.
Ponieważ komórki zwierzęce nie mają ściany, atakujące wirusy mogą wnikać w całości. Pora teraz na kilka przykładów. Zacznijmy od wirusów zwierzęcych z grupy RNA.
Otóż wirus wścieklizny, tutaj możemy obejrzeć mikrofotografię, Może powiększmy sobie ten fragment, żeby zobaczyć, gdzie te wirusy właściwie są. O, to te takie wydłużone twory w komórce królika. Jak widać w stosunku do całej komórki, rzeczywiście są to twory bardzo małe.
Co dalej? Poza wirusem wścieklizny można i należy chyba tutaj wymienić wirusa pryszczycy, wreszcie wirusa ptasiej czy świńskiej grypy. W tej grupie...
znajdują się też wirusy atakujące komórki człowieka, np. wirus HIV wywołujący AIDS, dalej wirusy np. grypy, różyczki, odry, zapalenia wątroby typu A i C, a także wirus polio, który wywołuje chorobę Heinego-Medina, czy też wirus ebola, który wywołuje gorączkę krwotoczną. Może obejrzyjmy sobie wirusa ebola.
Pojawiła się wcześniej rycina pana Jacka, a teraz mamy mikrofotografię. I tu trzeba sobie powiedzieć wyraźnie, że encyklopedyczne dane wirusów wywołujących chorobę człowieka zgromadziliśmy w tabeli, którą można pobrać sobie i wydrukować. Natomiast dodatkowo kilka takich wirusów omówię podczas wykładu o medycznych problemach związanych z wirusami. Natomiast wróćmy jeszcze do przykładów, dlatego że mówiliśmy o wirusach RNA, natomiast genom części wirusów atakujących zwierzęta i człowieka stanowi cząsteczka DNA. Taką budowę mają np.
wirusy brodawczaka ludzkiego, taką budowę ma wirus ospy prawdziwej, proszę bardzo, możemy obejrzeć mikrofotografię przedstawiającą wiriony, dalej wirus ospy wietrznej, wreszcie wirus zapalenia wątroby typu B, czy wirus opryszczki. I jeszcze jedna ważna sprawa. Otóż wiriony niektórych wirusów, np.
HIV, grypy czy opryszczki mają osłonkę zewnętrzną.