Viry | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Rotavirus , počítačová rekonstrukce založená na datech elektronové kryomikroskopie | ||||||||
vědecká klasifikace | ||||||||
Skupina:Viry | ||||||||
Mezinárodní vědecký název | ||||||||
Viry [comm. jeden] | ||||||||
Realms [comm. 2] | ||||||||
|
||||||||
|
Virus ( lat. virus ) je nebuněčné infekční agens , které se může množit pouze uvnitř buněk [comm. 3] . Viry infikují všechny typy organismů , od rostlin a zvířat až po bakterie a archaea [2] (bakteriální viry se běžně označují jako bakteriofágy ). Byly také nalezeny viry, které se mohou replikovat pouze v přítomnosti jiných virů ( satelitní viry ).
Od publikace v roce 1892 článku Dmitrije Ivanovského popisujícího nebakteriálního patogena tabákových rostlin [3] [4] a objevu viru tabákové mozaiky Martinem Beijerinckem v roce 1898 [5] , více než 6 tisíc druhů virů byly podrobně popsány [6] , i když se předpokládá, že jich je více než sto milionů [7] . Viry se nacházejí téměř v každém ekosystému na Zemi , jsou nejpočetnější biologickou formou [8] [9] . Studiem virů se zabývá věda virologie , obor mikrobiologie .
Virové genomy mohou být reprezentovány jak DNA , tak RNA , a v obou případech jak jednovláknovými, tak dvouvláknovými. Některé viry jsou schopné reverzní transkripce . Navíc u některých RNA virů se replikace účastní ribozym , což je přibližuje viroidům . Všechny viry však na rozdíl od viroidů tvoří proteinové kapsidy , které obsahují jejich genetický materiál.
U zvířat virové infekce vyvolávají imunitní odpověď , která nejčastěji vede ke zničení viru způsobujícího onemocnění. Imunitní odpověď může být také vyvolána vakcínami , které udělují aktivní získanou imunitu proti specifické virové infekci. Některým virům, včetně viru lidské imunodeficience a původců virové hepatitidy , se však podaří uniknout imunitní reakci a způsobit chronické onemocnění . Antibiotika nefungují na viry, nicméně bylo vyvinuto několik antivirotik .
Termín "virus" je obecný termín pro infekční agens schopné parazitovat uvnitř buněk. Termín " virion " se používá k označení jediné stabilní virové částice, která opustila buňku a je schopna infikovat jiné buňky stejného typu [10] .
Slovo "virus" je odvozeno z latiny. virus - "patogenní jed", "hlen" [11] . Poprvé byl použit pro označení infekční choroby v roce 1728 , v 90. letech 18. století byl použit pro označení agens schopného způsobit infekční onemocnění [12] . Pro označení submikroskopického infekčního agens se začalo používat latinské slovo virus z práce nizozemského mikrobiologa Martina Beijerincka , publikované v roce 1898, ale v té době byl virus mylně považován za kapalinu, která prošla filtrem, který nepropouštěl bakterie. projít [13] . Samotný virus objevil v roce 1892 Dmitrij Ivanovskij [4] . V případech, jako je tento, se infekční agens začalo nazývat " filtrovatelný virus ", aby se odlišil od bakterií. Ačkoli již ve dvacátých letech bylo známo dostatek těchto filtrovatelných virů, jejich povaha byla stále nejasná a ve třicátých letech se od tohoto termínu upustilo ve prospěch jednoduššího slova „virus“ pro nebakteriální agens. Koncem 30. let bylo možné viry poprvé vizualizovat pomocí elektronového mikroskopu a jejich povaha se konečně ukázala [14] . První použití výrazu " virion " odvozeného od viru k označení jednotlivých virových částic pochází z roku 1959 [15] .
S hromaděním údajů o infekčních onemocněních různých organismů se ukázalo, že ne všechny jsou způsobeny tehdy známými patogeny – bakteriemi, protistami nebo mikroskopickými houbami. Zejména Louis Pasteur nebyl schopen najít činidlo, které způsobuje vzteklinu , a předpokládal, že tento patogen je příliš malý na to, aby byl viděn pod mikroskopem [16] . V roce 1884 vynalezl francouzský mikrobiolog Charles Chamberland filtr (nyní známý jako Chamberlandův filtr nebo Chamberland-Pasteurův filtr), jehož póry jsou menší než bakterie. Pomocí tohoto filtru lze z roztoku zcela odstranit bakterie [17] . V roce 1892 jej ruský biolog Dmitrij Ivanovskij použil ke studiu druhu, který je nyní známý jako virus tabákové mozaiky . Jeho experimenty ukázaly, že extrakt z mletých listů infikovaných rostlin tabáku si po filtraci zachovává infekční vlastnosti. Ivanovsky navrhl, že infekce by mohla být způsobena toxinem vylučovaným bakteriemi, ale tuto myšlenku nerozvinul [18] . V té době se věřilo, že jakékoli infekční agens lze izolovat na filtru a pěstovat v živném médiu – to je jeden z postulátů mikrobiální teorie onemocnění [5] . Ivanovskij navíc v optickém mikroskopu pozoroval krystalická tělesa v infikovaných rostlinných buňkách, což byly v moderním pojetí shluky virů, později se jim říkalo „Ivanovského krystaly“ [19] . V roce 1898 holandský mikrobiolog Martin Beijerink zopakoval Ivanovského experimenty a dospěl k závěru, že infekční materiál, který prošel filtrem, není nic jiného než nová forma infekčních agens [20] . Poznamenal, že agent se množil pouze v dělících se buňkách, ale jeho experimenty neodhalily, že by šlo o částici. Beijerinck to nazval Contagium vivum fluidum (doslova lat. rozpustný živý mikrob ) a znovu zavedl slovo „virus“ [18] . Tvrdil, že virus je tekuté povahy. Tuto teorii následně vyvrátil Wendell Stanley , který dokázal, že viry jsou částice [18] . Ve stejném roce Friedrich Löffler a Paul Frosch objevili první zvířecí virus, původce slintavky a kulhavky ( Aphthovirus ), průchodem přes podobný filtr [21] .
Na počátku 20. století anglický bakteriolog Frederick Twort objevil skupinu virů, které infikují bakterie (nyní jsou známé jako bakteriofágy [22] nebo jednoduše fágy), a francouzsko-kanadský mikrobiolog Felix d'Herelle popsal viry, které když se přidá k bakteriím na agaru , vytvoří kolem sebe prostor s mrtvými bakteriemi. D'Herelle provedl přesné ředění suspenze těchto virů a stanovil nejvyšší ředění (nejnižší koncentraci virů), při kterém nehynou všechny bakterie, ale přesto se tvoří oddělené oblasti s mrtvými buňkami. Počítáním počtu takových oblastí a zohledněním dilučního faktoru určil počet virových částic v počáteční suspenzi [23] . Fágy byly ohlašovány jako potenciální lék na nemoci, jako je tyfus a cholera , ale toto bylo zapomenuto kvůli objevu jedinečných vlastností penicilinu . Studium fágů poskytlo informace o fenoménu "zapnutí" a "vypnutí" genů a také umožnilo jejich použití k zavedení cizích genů do bakteriálního genomu .
Koncem 19. století bylo známo, že viry jsou infekční, schopné projít filtry a potřebují živého hostitele k rozmnožování. V té době byly viry pěstovány pro výzkumné účely pouze v rostlinách a zvířatech. V roce 1906 vynalezl Ross Granville Garrison metodu pro pěstování tkáně v lymfě a v roce 1913 Steinard, Izrael a Lambert použili tuto metodu k pěstování viru vakcínie na fragmentech tkáně rohovky morčete [24] . V roce 1928 G. B. Maitland a MC Maitland vypěstovali virus vakcínie ze suspenze drcených kuřecích ledvin . Tato metoda nebyla široce používána až do konce 50. let 20. století, kdy byl poliovirus pěstován ve velkém měřítku pro výrobu vakcín [25] .
Další velký úspěch patří americkému patologovi Ernestu Williamu Goodpastureovi ; v roce 1939 pěstoval virus chřipky a několik dalších virů v oplozených slepičích vejcích [26] . V roce 1949 John Franklin Enders , Thomas Weller a Frederick Robbins pěstovali poliovirus v kultivovaných lidských zárodečných buňkách . Byl to první virus, který se nepěstoval na živočišné tkáni nebo vejcích. Tato práce umožnila Jonasovi Salkovi vytvořit účinnou vakcínu proti obrně (vakcína proti obrně ) [ 27] .
První snímky virů byly získány po vynálezu elektronového mikroskopu německými inženýry Ernstem Ruska a Maxem Knollem [28] . V roce 1935 americký biochemik a virolog Wendell Meredith Stanley pečlivě studoval virus tabákové mozaiky a zjistil, že jde převážně o protein [29] . Po krátké době byl tento virus rozdělen na proteinovou a RNA složku [30] . Virus tabákové mozaiky byl prvním virem, který krystalizoval , což umožnilo mnoho dozvědět se o jeho struktuře. První rentgenový snímek krystalizovaného viru získali Bernal a Fankuchen koncem 30. let 20. století. Na základě svých snímků určila Rosalind Franklin v roce 1955 kompletní strukturu viru [31] . Ve stejném roce Heinz Frenkel-Konrath a Robley Williams prokázali, že purifikovaná RNA viru tabákové mozaiky a obalový protein byly schopny se samosestavit do funkčního viru. To jim umožnilo navrhnout, že podobný mechanismus je základem sestavování virů uvnitř hostitelských buněk [32] .
Druhá polovina 20. století byla obdobím rozkvětu virologie. V té době bylo objeveno více než 2000 druhů živočišných, rostlinných a bakteriálních virů [33] . V roce 1957 byl objeven koňský arterivirus a původce bovinního virového průjmu ( pestivirus ). V roce 1963 Baruch Blumberg objevil virus hepatitidy B [34] a v roce 1965 Howard Temin popsal první retrovirus . V roce 1970 Temin a David Baltimore nezávisle popsali reverzní transkriptázu , klíčový enzym , kterým retroviry syntetizují DNA kopie své RNA [35] . V roce 1983 skupina vědců vedená Lucem Montagnierem z Pasteurova institutu ve Francii poprvé izolovala retrovirus nyní známý jako HIV [36] .
V roce 2002 byl na New York University vytvořen první syntetický virus ( poliovirus ) [37] .
Vzhled virů na evolučním stromě života je nejasný: některé z nich se mohly vytvořit z plazmidů , malých molekul DNA schopných přenosu z jedné buňky do druhé, zatímco jiné mohou pocházet z bakterií. V evoluci jsou viry důležitým článkem horizontálního přenosu genů , který určuje genetickou diverzitu [38] . Někteří vědci považují viry za zvláštní formu života, protože mají genetický materiál, jsou schopny vytvářet viry podobné sobě samým a vyvíjejí se přirozeným výběrem . Viry však postrádají důležité vlastnosti (jako je buněčná struktura a vlastní metabolismus), bez kterých je nelze klasifikovat jako živé. Protože mají některé, ale ne všechny vlastnosti života, jsou viry popisovány jako „organismy na okraji života“.
Viry se nacházejí všude tam, kde je život, a je pravděpodobné, že viry existují od doby, kdy se objevily první živé buňky [39] . Původ virů je nejasný, protože nezanechávají žádné fosilní zbytky a jejich vztahy lze studovat pouze metodami molekulární fylogenetiky [40] .
Existují tři hlavní hypotézy původu virů: regresní hypotéza, hypotéza buněčného původu a koevoluční hypotéza [41] [42] .
Regresní hypotézaPodle této hypotézy byly viry kdysi malými buňkami, které parazitují na větších buňkách. V průběhu času tyto buňky pravděpodobně ztratily geny, které byly v parazitickém životním stylu „navíc“. Tato hypotéza je založena na pozorování, že některé bakterie, jmenovitě rickettsie a chlamydie , jsou buněčné organismy, které se stejně jako viry mohou množit pouze uvnitř jiné buňky. Této hypotéze se také říká degenerační hypotéza [43] [44] nebo redukční hypotéza [45] .
Hypotéza buněčného původuNěkteré viry mohly pocházet z fragmentů DNA nebo RNA, které byly „uvolněny“ z genomu většího organismu. Takové fragmenty mohou pocházet z plazmidů (molekuly DNA, které lze přenášet z buňky do buňky) nebo z transpozonů (molekuly DNA, které se replikují a pohybují z místa na místo v genomu) [46] . Transpozony, které se dříve nazývaly „skákací geny“, jsou příklady transponovatelných genetických prvků a některé viry z nich mohou pocházet. Transpozony byly objeveny Barbarou McClintock v roce 1950 v kukuřici [47] . Této hypotéze se také říká nomádská hypotéza [5] [48] nebo hypotéza útěku [45] .
Koevoluční hypotézaTato hypotéza naznačuje, že viry vznikly ze složitých komplexů proteinů a nukleových kyselin současně s prvními živými buňkami na Zemi a byly po miliardy let závislé na buněčném životě. Kromě virů existují i jiné nebuněčné formy života. Viroidy jsou například molekuly RNA, které nejsou považovány za viry, protože nemají proteinový obal. Řada vlastností je však přibližuje některým virům, a proto se označují jako subvirové částice [49] . Viroidy jsou významnými rostlinnými patogeny [50] . Nekódují své vlastní proteiny, ale interagují s hostitelskou buňkou a používají ji k replikaci své RNA [51] . Virus hepatitidy D má genom RNA podobný genomu viroidů, ale sám není schopen syntetizovat obalový protein. Využívá kapsidový protein viru hepatitidy B k vytvoření virových částic a může se replikovat pouze v buňkách infikovaných virem. Virus hepatitidy D je tedy defektní virus [52] . Virofág Sputnik je podobně závislý na mimiviru , který infikuje prvoka Acanthamoeba castellanii [53] . Tyto viry závisí na přítomnosti jiného viru v hostitelské buňce a nazývají se satelitní viry . Takové viry demonstrují, jak může vypadat mezičlánek mezi viry a viroidy [54] [55] .
Každá z těchto hypotéz má svá slabá místa: regresní hypotéza nevysvětluje, proč ani nejmenší buněční parazité nijak nepřipomínají viry. Hypotéza úniku neposkytuje vysvětlení pro vzhled kapsidy a dalších složek virové částice. Koevoluční hypotéza je v rozporu s definicí virů jako nebuněčných částic závislých na hostitelských buňkách [45] .
Přesto v současnosti mnoho odborníků uznává viry jako prastaré organismy, které se objevily pravděpodobně ještě před rozdělením buněčného života na tři domény [56] . To potvrzuje i fakt, že některé virové proteiny nevykazují homologii s proteiny bakterií, archeí a eukaryot, což svědčí o poměrně dlouhém oddělení této skupiny. Jinak není možné spolehlivě vysvětlit původ virů na základě tří stanovených klasických hypotéz, proto je nutné tyto hypotézy revidovat a zpřesňovat [56] .
Hypotéza světa RNA [57] a počítačová analýza sekvencí virové a hostitelské DNA poskytují lepší pochopení evolučních vztahů mezi různými skupinami virů a mohou pomoci určit předky moderních virů. Do dnešního dne takové studie dosud neobjasnily, která ze tří hlavních hypotéz je správná [57] . Zdá se však nepravděpodobné, že by všechny moderní viry měly společného předka, a je možné, že viry nezávisle na sobě vznikly několikrát v minulosti prostřednictvím jednoho nebo více mechanismů, protože mezi různými skupinami virů existují významné rozdíly v organizaci genetického materiálu . 58] .
Priony jsou infekční proteinové molekuly, které neobsahují DNA ani RNA [59] . Způsobují onemocnění, jako je svrab ovcí [60] , bovinní spongiformní encefalopatie a chronické chřadnutí u jelenů . Lidská prionová onemocnění zahrnují kuru , Creutzfeldt-Jakobovu chorobu a Gerstmann-Straussler-Scheinkerův syndrom [61] . Priony jsou schopny stimulovat tvorbu vlastních kopií. Prionový protein může existovat ve dvou izoformách : normální (PrPC ) a prion (PrP Sc ). Prionová forma, která interaguje s normálním proteinem, podporuje jeho přeměnu na prionovou formu. Ačkoli se priony zásadně liší od virů a viroidů, jejich objev dává více důvodů věřit, že viry se mohly vyvinout ze samoreplikujících molekul [62] .
Zatímco je virus v extracelulárním prostředí nebo v procesu infikování buňky, existuje jako nezávislá částice. Virové částice ( viriony ) se skládají ze dvou nebo tří složek: genetický materiál ve formě DNA nebo RNA (některé, jako mimiviry , mají oba typy molekul); proteinový obal ( kapsida ), který tyto molekuly chrání, a v některých případech další lipidové obaly. Přítomnost kapsidy odlišuje viry od viru podobných infekčních nukleových kyselin - viroidů . V závislosti na tom, jaký typ nukleové kyseliny je zastoupen genetický materiál, se izolují viry obsahující DNA a viry obsahující RNA ; na tomto principu je založena baltimorská klasifikace virů . Dříve byly priony také mylně připisovány virům , ale později se ukázalo, že tyto patogeny jsou speciální infekční proteiny a neobsahují nukleové kyseliny. Tvar virů se liší od jednoduchých šroubovicových a ikosaedrických až po složitější struktury. Velikost průměrného viru je asi jedna setina průměrné bakterie. Většina virů je příliš malá na to, aby byly jasně viditelné pod světelným mikroskopem .
Viry jsou obligátní parazité , protože nejsou schopni se množit mimo buňku. Mimo buňku virové částice nejeví známky života a chovají se jako částice biopolymerů . Viry se od živých parazitických organismů liší úplnou absencí základního a energetického metabolismu a absencí nejsložitějšího prvku živých systémů - translačního aparátu (syntézy bílkovin), jehož stupeň složitosti převyšuje samotné viry.
Podle jedné z definic jsou viry formou života, podle jiné jsou viry komplexy organických molekul , které interagují s živými organismy. Viry jsou charakterizovány jako „organismy na hranici živého“ [21] . Viry jsou podobné živým organismům v tom, že mají vlastní sadu genů a vyvíjejí se přirozeným výběrem [63] , a také v tom, že jsou schopny se množit vytvářením kopií sebe sama prostřednictvím sebeskládání. Viry mají genetický materiál , ale nemají buněčnou strukturu, konkrétně tato vlastnost je obvykle považována za základní vlastnost živé hmoty . Viry nemají svůj vlastní metabolismus a potřebují hostitelskou buňku, aby syntetizovala své vlastní molekuly. Z tohoto důvodu se nemohou reprodukovat mimo buňku [64] . Zároveň jsou bakterie jako rickettsie a chlamydie , přestože se nemohou množit mimo hostitelské buňky, považovány za živé organismy [65] [66] . Běžně uznávané formy života se rozmnožují buněčným dělením , zatímco virové částice se spontánně shromažďují v infikované buňce. Reprodukce viru se liší od růstu krystalů tím, že viry dědí mutace a jsou pod tlakem přirozeného výběru. Samouspořádání virových částic v buňce poskytuje další podporu pro hypotézu, že život mohl vzniknout ve formě samouspořádaných organických molekul [2] . Údaje publikované v roce 2013, že některé bakteriofágy mají svůj vlastní adaptivní imunitní systém [67] , jsou dalším argumentem ve prospěch definice viru jako formy života.
Viry vykazují obrovskou rozmanitost tvarů a velikostí. Viry jsou zpravidla mnohem menší než bakterie. Většina studovaných virů má průměr v rozmezí od 20 do 300 nm . Některé filoviry jsou dlouhé až 1400 nm, ale v průměru pouze 80 nm [68] . V roce 2013 byl za největší známý virus považován Pandoravirus o rozměrech 1 × 0,5 µm , nicméně v roce 2014 byl Pithovirus popsán z permafrostu ze Sibiře , dosahující délky 1,5 µm a průměru 0,5 µm. V současnosti je považován za největší známý virus [69] . Většinu virionů nelze spatřit světelným mikroskopem , proto se používají elektronické - skenovací i transmisní [70] . Aby viry na okolním pozadí ostře vynikly, používají se elektronově hustá „barviva“. Jsou to roztoky solí těžkých kovů , jako je wolfram , které rozptylují elektrony na jimi pokrytý povrch. Ošetření takovými látkami však zhoršuje viditelnost jemných detailů. V případě negativního kontrastu je „barevné“ pouze pozadí [71] .
Zralá virová částice, známá jako virion, se skládá z nukleové kyseliny obklopené ochranným proteinovým obalem zvaným kapsida. Kapsida je tvořena identickými proteinovými podjednotkami nazývanými kapsomery [72] . Viry mohou mít také lipidový obal přes kapsidu ( superkapsidu ) vytvořenou z membrány hostitelské buňky. Kapsida se skládá z proteinů kódovaných virovým genomem a její tvar je základem klasifikace virů podle morfologických znaků [73] [74] . Složitě organizované viry navíc kódují speciální proteiny, které pomáhají při sestavování kapsidy. Komplexy proteinů a nukleových kyselin jsou známé jako nukleoproteiny a komplex virových kapsidových proteinů s virovou nukleovou kyselinou se nazývá nukleokapsida . Tvar kapsidy a virionu jako celku lze mechanicky (fyzikálně) zkoumat pomocí rastrovacího mikroskopu atomárních sil [75] [76] .
CapsidJsou klasifikovány čtyři morfologické typy virových kapsid: helikální, ikosaedrické, podlouhlé a komplexní.
SpirálaTyto kapsidy se skládají z jediného typu kapsomer naskládaných ve spirále kolem centrální osy. Ve středu této struktury může být centrální dutina nebo kanál. Tato organizace kapsomer vede k tvorbě tyčinkovitých a vláknitých virionů: mohou být krátké a velmi husté nebo dlouhé a velmi pružné. Genetický materiál je typicky jednovláknová RNA (v některých případech jednovláknová DNA) a je držena v proteinové šroubovici iontovými interakcemi mezi negativními náboji na nukleových kyselinách a pozitivními náboji na proteinech. Obecně platí, že délka šroubovité kapsidy závisí na délce nukleové kyseliny, kterou obklopuje, zatímco průměr je určen velikostí a uspořádáním kapsomer. Příkladem spirálního viru je virus tabákové mozaiky [77] .
IkosahedrálníVětšina zvířecích virů má ikosaedrický nebo téměř kulovitý tvar s ikosaedrickou symetrií . Pravidelný dvacetistěn je optimální tvar pro uzavřenou kapsidu složenou z identických podjednotek. Minimální požadovaný počet identických kapsomer je 12, každá kapsomera se skládá z pěti stejných podjednotek. Mnoho virů, jako je rotavirus , má více než dvanáct kapsomer a jeví se kulaté, ale zachovávají si ikosaedrickou symetrii. Kapsomery nalezené ve vrcholech jsou obklopeny pěti dalšími kapsomerami a nazývají se pentony . Kapsomery trojúhelníkových ploch mají 6 sousedů kapsomer a nazývají se hexony [78] . Hexony jsou v podstatě ploché, zatímco pentony, které tvoří 12 vrcholů, jsou zakřivené. Stejný protein může být podjednotkou jak pentomerů, tak hexamerů, nebo mohou být složeny z různých proteinů.
PodlouhlýPodlouhlé zvané ikosaedrické kapsidy, protáhlé podél osy symetrie pátého řádu. Tento tvar je charakteristický pro hlavy bakteriofágů [79] .
KomplexníTvar těchto kapsid není ani čistě šroubovicový, ani čistě ikosaedrický. Mohou nést další vnější struktury, jako jsou proteinové ocasy nebo složité vnější stěny. Některé bakteriofágy, jako je fág T4 , mají komplexní kapsidu sestávající z ikosaedrické hlavy spojené se šroubovitým ocasem, který může mít šestiúhelníkovou základnu s ocasními proteinovými vlákny, které se z ní rozprostírají. Tento ocas funguje jako molekulární stříkačka, připojí se k hostitelské buňce a poté do ní vstříkne genetický materiál viru [80] .
ShellNěkteré viry se obklopují dodatečným obalem modifikované buněčné membrány (plazmatické nebo vnitřní, jako je jaderná membrána nebo membrána endoplazmatického retikula ). Tato další bilipidová vrstva se nazývá superkapsida a hrotovité výčnělky na ní se nazývají měřiče popela . Lipidový obal viru je posetý proteiny kódovanými virovým genomem a genomem hostitele; samotná membrána, stejně jako všechny její sacharidové složky, pocházejí výhradně z hostitelské buňky. Tímto způsobem tvoří chřipkový virus a HIV jejich schránku . Na této obálce závisí infekčnost většiny obalených virů [81] .
Poxviry jsou velké komplexní viry s neobvyklou morfologií. Genetický materiál viru je vázán na proteiny v centrální diskovité struktuře známé jako nukleoid. Nukleoid je obklopen membránou a dvěma postranními tělísky neznámé funkce. Virus má vnější obal s velkým množstvím proteinů na jeho povrchu. Celý virion je mírně pleomorfní (tj. schopný měnit tvar a velikost v závislosti na podmínkách) a může nabývat tvaru od oválného až po blokový [82] . Mimivirus je jedním z největších popsaných virů a má ikosaedrickou kapsidu o průměru 400–500 nm. Proteinová vlákna vyčnívající z povrchu virionu dosahují délky 100 nm [83] [84] . V roce 2011 objevili vědci na dně oceánu u pobřeží Chile ještě větší virus . Virus, který byl prozatímně pojmenován Megavirus chilensis , lze vidět i běžným optickým mikroskopem [85] .
Vlastnosti | Možnosti |
---|---|
Nukleová kyselina |
|
Formulář |
|
Počet řetězů |
|
Polarita |
|
Viry vykazují obrovské množství variant v organizaci genomu ; v tomto smyslu jsou rozmanitější než rostliny, zvířata, archaea a bakterie. Existují miliony různých typů virů [7] , ale jen asi 5000 z nich bylo podrobně popsáno [6] . Genetický materiál viru může být buď DNA nebo RNA, viry se dělí na obsahující DNA a obsahující RNA . Naprostá většina virů obsahuje RNA. Rostlinné viry obsahují nejčastěji jednovláknovou RNA, zatímco bakteriofágy mají obvykle dvouvláknovou DNA [86] .
Virový genom může být kruhový, jako u polyomavirů , nebo lineární, jako u adenovirů . Tvar genomu nezávisí na typu nukleové kyseliny. U mnoha virů obsahujících RNA a některých virů obsahujících DNA je genom často reprezentován několika molekulami (částmi), a proto se nazývá segmentovaný. U RNA virů každý segment často kóduje pouze jeden protein a obvykle jsou tyto segmenty zabaleny do jediné kapsidy. Přítomnost všech segmentů však není vždy nezbytná pro infekčnost viru, jak dokazuje virus brome mosaic a některé další rostlinné viry [68] .
Bez ohledu na typ nukleové kyseliny jsou virové genomy obecně jedním ze dvou typů: buď jednovláknové nebo dvouvláknové. Dvouřetězcový genom obsahuje pár komplementárních řetězců nukleové kyseliny, zatímco jednořetězcový genom obsahuje pouze jeden řetězec. A pouze u některých čeledí (například Hepadnaviridae ) genom zahrnuje jednovláknové i dvouvláknové oblasti [86] .
U většiny RNA virů a některých jednořetězcových DNA virů je polarita nukleové kyseliny určena tím, zda je komplementární k virové mRNA . Molekula RNA s kladnou polaritou (plus vlákno) má stejnou nukleotidovou sekvenci jako mRNA, takže alespoň část z ní může hostitelská buňka okamžitě začít překládat . RNA s negativní polaritou (negativní vlákno) je komplementární k mRNA, proto je před zahájením translace na ní nutné syntetizovat pozitivní RNA pomocí enzymu RNA-dependentní RNA polymerázy . Názvy řetězců DNA pro viry obsahující jednořetězcovou DNA jsou podobné jako u RNA: kódující řetězec je komplementární k mRNA (-), zatímco nekódující řetězec je jeho kopie (+) [86] . Genomy několika typů DNA a RNA virů jsou však reprezentovány molekulami různé polarity, tj . transkripci může podléhat jakýkoli řetězec . Jsou to například geminiviry , rostlinné viry obsahující jednovláknovou DNA a arenaviry , živočišné viry s jednovláknovou RNA [87] .
Velikost genomu se u různých druhů značně liší. Nejmenší jednovláknový DNA genom má circovirus z čeledi Circoviridae : jeho genom kóduje pouze dva proteiny a obsahuje pouze 2000 nukleotidů. Jeden z největších genomů byl nalezen v Mimiviru : obsahuje přes 1,2 milionu párů bází a kóduje přes tisíc proteinů [88] . Viry obsahující RNA mají zpravidla menší genom než viry obsahující DNA - jejich velikost genomu je omezena z důvodu větší pravděpodobnosti chyb při replikaci [40] . S větším genomem by chyby, ke kterým došlo během jeho replikace, učinily virus neživotaschopným nebo nekonkurenceschopným. K překonání tohoto omezení mají RNA viry často segmentovaný genom, což snižuje šanci, že chyba v jednom ze segmentů bude fatální pro celý genom. Naproti tomu viry obsahující DNA mají obvykle větší genomy kvůli větší přesnosti jejich replikačních enzymů [89] . Viry obsahující jednovláknovou DNA jsou však výjimkou z tohoto pravidla – rychlost akumulace mutací v jejich genomech se blíží rychlosti virů obsahujících jednovláknové RNA [90] .
Ke genetickým změnám dochází u virů různými mechanismy. Patří mezi ně náhodné substituce jednotlivých bází v RNA nebo DNA. Ve většině případů jsou tyto bodové mutace „tiché“ – nemění strukturu proteinů kódovaných mutantními geny, ale někdy v důsledku takových změn může virus získat evoluční výhody, jako je odolnost vůči antivirotikům [91] . K driftu antigenu dochází, když v genomu viru dojde k rozsáhlým změnám. To může být výsledkem rekombinace nebo přeskupení . Když k tomu dojde u chřipkového viru, může dojít k pandemii [92] . RNA viry často existují jako kvazi -druhy nebo směsi virů stejného druhu, ale s mírně odlišnými nukleotidovými sekvencemi v genomu. Takové kvazidruhy jsou hlavním cílem přirozeného výběru [93] .
Segmentovaný genom nabízí evoluční výhody: různé kmeny viru se segmentovaným genomem si mohou vyměňovat geny a produkovat potomky s jedinečnými vlastnostmi. Tento jev se nazývá reasortment [94] .
Genetická rekombinace je proces zavedení zlomu do molekuly nukleové kyseliny a následného „zesíťování“ s jinými molekulami nukleové kyseliny. Rekombinace může nastat mezi genomy dvou virů, když infikují buňku současně. Studie evoluce virů ukázaly, že rekombinace je u studovaných druhů rozšířená [95] . Rekombinace je charakteristická pro viry obsahující RNA i DNA [96] [97] .
Viry se nerozmnožují buněčným dělením, protože nemají buněčnou strukturu. Místo toho využívají zdroje hostitelské buňky k vytvoření více kopií sebe sama a jejich sestavení probíhá uvnitř buňky.
Běžně lze životní cyklus viru rozdělit do několika překrývajících se fází (obvykle existuje 6 fází [98] ):
Aktivně se replikující virus hostitelskou buňku vždy nezabije. Obalené viry, včetně HIV, se obvykle oddělují od buňky pučením . Během tohoto procesu virus získává svůj obal, který je modifikovaným fragmentem membrány hostitelské buňky nebo jiné vnitřní membrány [105] . Buňka tak může dále žít a produkovat virus.
Vlastnosti životního cyklu různých skupinGenetický materiál uvnitř virových částic a způsob jeho replikace se mezi různými viry výrazně liší.
Rozsah strukturních a biochemických účinků viru na infikovanou buňku je velmi široký [111] . Říká se jim cytopatické účinky [112] . Většina virových infekcí má za následek smrt hostitelských buněk. Příčinou smrti může být buněčná lýza, změny v buněčné membráně a apoptóza [113] . Často je příčinou buněčné smrti potlačení její normální aktivity virovými proteiny, z nichž ne všechny jsou součástí virové částice [114] .
Některé viry nezpůsobují v postižené buňce žádné viditelné změny. Buňky, ve kterých je virus latentní a neaktivní, mají málo známek infekce a fungují normálně [115] . To je příčinou chronických infekcí a virus se u nich nemusí projevit po mnoho měsíců či let. Často je tomu tak například u herpes viru [116] [117] . Některé viry, jako je virus Epstein-Barrové , mohou způsobit rychlé množení buněk, aniž by způsobily malignitu [118] , zatímco jiné, jako jsou papilomaviry , mohou způsobit rakovinu [119] .
Viry jsou bezesporu nejpočetnější biologické objekty na Zemi a v tomto ukazateli předčí všechny organismy dohromady [120] . Infikují všechny formy buněčných organismů, včetně zvířat, rostlin, bakterií a hub [6] . Různé typy virů však mohou infikovat pouze omezený rozsah hostitelů a mnoho virů je druhově specifických. Některé, jako například virus neštovic , mohou postihnout pouze jeden druh – člověka [121] , v takových případech má virus úzký rozsah hostitelů. Naproti tomu virus vztekliny může infikovat různé druhy savců , což znamená, že má široký rozsah hostitelů [122] . Rostlinné viry jsou pro zvířata neškodné, zatímco většina živočišných virů je neškodná pro člověka [123] . Rozsah hostitelů některých bakteriofágů je omezen na jeden bakteriální kmen a lze je použít k identifikaci kmenů, které způsobují propuknutí infekčních onemocnění pomocí fágové typizace [124] .
DistribuceViry se šíří mnoha způsoby: rostlinné viry jsou často přenášeny z rostliny na rostlinu hmyzem , který se živí rostlinnou šťávou, jako jsou mšice ; zvířecí viry se mohou šířit hmyzem sajícím krev, takové organismy jsou známé jako vektory . Virus chřipky se šíří vzduchem prostřednictvím kašle a kýchání . Norovirus a rotavirus , které běžně způsobují virovou gastroenteritidu , se přenášejí fekálně-orální cestou při kontaktu s kontaminovanými potravinami nebo vodou. HIV je jedním z několika virů přenášených pohlavním stykem a transfuzí infikované krve. Každý virus má specifickou hostitelskou specifitu určenou typy buněk, které může infikovat. Rozsah hostitelů může být úzký nebo, pokud virus infikuje mnoho druhů, široký [125] .
V taxonomii živé přírody jsou viry klasifikovány jako samostatný taxon, který v klasifikaci Systema Naturae 2000 tvoří spolu s doménami Bacteria , Archaea a Eukaryota kořenový taxon Biota [126] . Během 20. století byly v systematice předloženy návrhy na vytvoření odlišného taxonu pro nebuněčné formy života ( Aphanobionta Novak, 1930 [127] ; superříše Acytota Jeffrey, 1971 [128] ; Acellularia [129] ), ale takové návrhy byly nekodifikováno [130] .
Hlavním úkolem klasifikace je popsat diverzitu virů a seskupit je na základě společných vlastností. V roce 1962 André Lvov , Robert Horn a Paul Tournier jako první vyvinuli základní principy klasifikace virů na základě hierarchického systému Linnean [131] . Hlavními taxony v tomto systému jsou divize , třída , řád , čeleď , rod a druh . Viry byly rozděleny do skupin podle jejich (spíše než jejich hostitelů) společných vlastností a typu nukleové kyseliny v genomu [132] . Baltimorská klasifikace virů je v podstatě doplňkem k tradičnější klasifikaci. [133]
Systematika a taxonomie virů jsou v současné době kodifikovány a udržovány Mezinárodním výborem pro taxonomii virů (ICTV), který rovněž spravuje taxonomickou databázi (The Universal Virus Database, ICTVdB).
Rozvoj virové metagenomiky vedl k identifikaci mnoha nových RNA virů, které pomohly rekonstruovat evoluční historii RNA virů [133] . Neexistuje jediný gen, který by byl společný všem virům, což jednoznačně svědčí ve prospěch polyfyletického původu virů. Existuje však soubor přibližně 20 klíčových genů kódujících proteiny, které se podílejí na replikaci viru a tvorbě virionů. Na základě podobnosti v těchto genech bylo v roce 2018 navrženo rozdělit všechny viry do taxonů nejvyšší úrovně - realms [comm. 2] [134] . Od roku 2021 jsou viry rozděleny do šesti oblastí [134] .
Mezinárodní výbor pro taxonomii virů vyvinul moderní klasifikaci virů a určil hlavní vlastnosti virů, které mají větší váhu pro klasifikaci při zachování jednotnosti čeledí.
Byla vyvinuta jednotná taxonomie (univerzální systém pro klasifikaci virů). Sedmá zpráva ICTV poprvé stanovila koncept virového druhu jako nejnižšího taxonu v hierarchii virů [135] [comm. 4] . Z celkové diverzity virů však byla dosud prostudována pouze malá část, analýza vzorků virů z lidského těla odhalila, že asi 20 % sekvencí virových nukleových kyselin nebylo dosud prozkoumáno a vzorky z prostředí, např. například mořská voda a dno oceánu ukázaly, že velká většina sekvencí je zcela nová [136] .
Platnými taxonomickými jednotkami jsou následující úrovně [137] , které odpovídají určitým příponám ve vědeckých názvech taxonů [138] :
Oblast ( -viria ) a podříše ( -vira ) Oblast ( -virae ) a podříše ( -virites ) Typ ( -viricota ) a podtyp ( -viricotina ) Třída ( -viricetes ) a podtřída ( -viricetidae ) Řád ( -virales ) a podřád ( -virineae ) Čeleď ( -viridae ) a podčeleď ( -virinae ) Rod ( -virus ) a podrod ( -virus ) Zobrazit ( -virus )Klasifikace ICTV nereguluje poddruhy , kmeny a izoláty [139] .
Od dubna 2021 existuje 6 říší, 10 království, 17 kmenů, 2 podtypy, 39 tříd, 59 řádů, 8 podřádů, 189 rodin, 136 podrodin, 2224 rodů, 70 podrodů a 9110 druhů virů, viroidů a satelitů ] . Více než 3000 dalších virů není klasifikováno [140] .
Jak bylo uvedeno dříve, říše byly identifikovány na základě srovnání sekvencí přibližně dvaceti klíčových genů, které kódují proteiny zapojené do replikace viru a produkce virionů. Oblast Riboviria zahrnuje viry kódující RNA-dependentní RNA polymerázu ; zahrnuje viry skupin III, IV, V, VI a VII baltimorské klasifikace. Oblast Riboviria zahrnuje téměř všechny viry , které mají genom RNA, s výjimkou viru hepatitidy delta a příbuzných virů, které jsou izolovány v oblasti Ribozyviria . Viry z říše Ribozyviria jsou podobné viroidům a mají ribozym zapojený do zrání virové RNA, avšak na rozdíl od viroidů kódují nukleokapsidový protein. Viry, jejichž genomy jsou reprezentovány jednořetězcovou DNA, jsou izolovány v říši Monodnaviria . Většina členů této říše sdílí společný charakteristický protein, endonukleázu zapojenou do replikace rotujícího kruhu . Mnoho členů Monodnaviria má také kapsidový protein obsahující rosol . Říše Monodnaviria také zahrnuje dvě rodiny virů s genomy dvouřetězcové DNA, Polyomaviridae a Papillomaviridae , které jsou potomky virů s genomy jednořetězcové DNA, pravděpodobně virů z čeledi Parvoviridae . Říše Varidnaviria zahrnuje všechny viry s genomy ve formě dvouřetězcové DNA, které mají hlavní kapsidový protein s rosolovitým záhybem [141] . Oblast Duplodnaviria také zahrnuje viry s genomy dvouvláknové DNA, ale HK97 fold je přítomen v jejich hlavních kapsidových proteinech [ 142] . V oblasti Adnaviria byly izolovány viry, jejichž virionový genom je reprezentován dvouvláknovou DNA v A-formě [134] .
Biolog oceněný Nobelovou cenou David Baltimore vypracoval klasifikaci virů pojmenovanou po něm [35] [143] . Klasifikace ICTV je nyní sloučena s klasifikací z Baltimoru a tvoří tak moderní systém klasifikace virů [144] [145] .
Klasifikace virů podle Baltimoru je založena na mechanismu tvorby mRNA. Viry syntetizují mRNA ze svého vlastního genomu, aby vytvořily proteiny a replikovaly svou nukleovou kyselinu, ale každá rodina virů má pro tento proces svůj vlastní mechanismus. Virové genomy mohou být jednovláknové (ss) nebo dvouvláknové (ds), obsahovat DNA nebo RNA a mohou nebo nemusí používat reverzní transkriptázu . Navíc jednovláknové RNA viry mohou mít pozitivní (+) nebo negativní (-) vlákno RNA jako součást svého genomu.
Tento systém zahrnuje sedm hlavních skupin [143] [146] :
Další dělení se provádí na základě takových znaků, jako je struktura genomu (přítomnost segmentů, kruhová nebo lineární molekula), genetická podobnost s jinými viry, přítomnost lipidové membrány, taxonomická příslušnost hostitelského organismu, genetická podobnost s jinými viry, taxonomická příslušnost hostitelského organismu. a další.
Neexistuje žádný gen, který by byl přítomen ve všech virech, takže viry jako celek jsou polyfyletickou skupinou. Rozvoj virové metagenomiky vedl k identifikaci mnoha nových RNA virů, které pomohly obnovit evoluční historii virů [133] . Existuje však soubor přibližně 20 klíčových genů kódujících proteiny, které se podílejí na replikaci viru a tvorbě virionů. Na základě podobnosti v těchto genech bylo v roce 2018 navrženo rozdělit všechny viry do taxonů nejvyššího ranku – říší. Členové říše Riboviria , o nichž se předpokládá, že jsou monofyletičtí , mohou pocházet ze starověkého jednoduchého genetického prvku, který měl RNA-polymerázu závislou na RNA. Viry, jejichž genomy jsou reprezentovány dvouvláknovou RNA, pocházejí s největší pravděpodobností nejméně dvakrát z různých skupin virů s pozitivní jednovláknovou RNA. Skupiny IV (genom - jednovláknová RNA pozitivní polarity) a V (genom - jednovláknová RNA negativní polarity) v Baltimorské klasifikaci jsou monofyletické a skupina III, která zahrnuje viry s genomy ve formě dvouvláknové RNA , je polyfyletický. Virus hepatitidy delta a další členové říše Ribozyviria však formálně patří do skupiny V, i když se zásadně liší od jiných virů obsahujících RNA přítomností ribozymu účastnícího se replikace virové RNA a potřebou hostitelského viru ( satelitní viry ) . , bez kterých je jejich reprodukce nemožná. Pokud je Ribozyviria zařazena do skupiny V, pak by měla být rovněž považována za polyfyletickou [134] .
Viry, jejichž genomy jsou reprezentovány jednovláknovou DNA, tvoří skupinu II v Baltimorské klasifikaci a říši Monodnaviria . Navzdory skutečnosti, že všechny mají endonukleázu zapojenou do replikace rotujícího kruhu, je tato skupina virů polyfyletická a v průběhu evoluce vznikla několikrát jako kombinace jednoho genetického prvku genu této endonukleázy, vypůjčeného z plazmidů , a gen kapsidového proteinu různých virů Skupina IV během rekombinace. Evoluční cesta virů s genomem v podobě dvouvláknové DNA také není jednoduchá. Jsou rozděleny do tří nesouvisejících oblastí: Duplodnaviria , Varidnaviria a Adnaviria . Viry s genomem dvouvláknové DNA se nejméně čtyřikrát vyvinuly z nezávislých předků [134] .
Příklady nejznámějších lidských virových onemocnění jsou nachlazení (může mít i bakteriální etiologii ), chřipka , plané neštovice a herpes simplex . Mnoho závažných onemocnění, jako je ebola , AIDS , ptačí chřipka a těžký akutní respirační syndrom , je také způsobeno viry. Relativní schopnost viru způsobit onemocnění je charakterizována pojmem virulence . Některá onemocnění se zkoumají na viry mezi původci, například může existovat souvislost mezi lidským herpesvirem typu 6 a neurologickými onemocněními, jako je roztroušená skleróza a chronický únavový syndrom [150] , a bornavirus , původce neurologických onemocnění v koně, mohou také způsobit psychiatrická onemocnění.poruchy u lidí [151] .
Viry se liší mechanismy působení na hostitelský organismus, které jsou vysoce závislé na druhu. Na buněčné úrovni tento mechanismus zahrnuje lýzu buňky , tedy její smrt. U mnohobuněčných organismů , když odumře velké množství buněk, začne trpět organismus jako celek. Ačkoli viry narušují normální homeostázu , což vede k onemocnění, mohou existovat v těle a jsou relativně neškodné. Některé viry (například virus herpes simplex typu 1 ) mohou v lidském těle sídlit v klidovém stavu, který se nazývá latence [152] . Je charakteristický pro herpetické viry , včetně viru Epstein-Barrové, který způsobuje infekční mononukleózu , a také pro virus, který způsobuje plané neštovice a pásový opar . Většina lidí měla alespoň jeden z těchto typů herpes viru [153] . Takové latentní viry však mohou být prospěšné, protože přítomnost těchto virů může vyvolat imunitní odpověď proti bakteriálním patogenům , jako je morový bacil ( Yersinia pestis ) [154] .
Některé viry mohou způsobit celoživotní nebo chronické infekce , při kterých se virus nadále replikuje v těle hostitele navzdory obranným mechanismům hostitele [155] . K tomu dochází například u infekcí způsobených viry hepatitidy B a C . Chronicky nemocní lidé (přenašeči) tak působí jako rezervoár infekce [156] . Pokud je podíl nosičů viru v populaci vysoký, pak je tento stav charakterizován jako epidemie [157] .
Virová epidemiologie je obor lékařské vědy, který studuje přenos a kontrolu virových infekcí u lidí. Přenos virů může probíhat vertikálně, tedy z matky na dítě, nebo horizontálně, tedy z člověka na člověka. Příklady vertikálního přenosu jsou virus hepatitidy B a HIV , kdy se dítě narodí již infikované [158] . Dalším, vzácnějším, příkladem je virus varicella-zoster, který sice způsobuje relativně mírné infekce u dospělých, ale může být smrtelný pro plody a novorozence [ 159 ] .
Horizontální přenos je nejběžnějším mechanismem šíření viru v populaci. K přenosu může dojít: přenosem tělesných tekutin během pohlavního styku, například u HIV; krví při transfuzi infikované krve nebo pomocí špinavé injekční stříkačky, například s virem hepatitidy C; přenos slin rty , například u viru Epstein-Barrové; polykání kontaminované vody nebo jídla, jako je norovirus ; vdechováním vzduchu, ve kterém se nacházejí viriony , například chřipkový virus; hmyz , jako jsou komáři , kteří poškozují kůži hostitele, jako je horečka dengue . Rychlost přenosu virové infekce závisí na několika faktorech, včetně hustoty obyvatelstva, počtu vnímavých lidí (tj. těch, kteří nejsou imunní ) [160] , kvalitě zdravotní péče a počasí [161] .
Epidemiologie se používá k zastavení šíření infekce v populaci během propuknutí virového onemocnění [162] . Kontrolní opatření jsou přijímána na základě znalosti toho, jak se virus šíří. Je důležité najít zdroj (nebo zdroje) ohniska a identifikovat virus. Jakmile je virus identifikován, může být možné zastavit infekci vakcínami . Pokud vakcíny nejsou k dispozici, může být účinná sanitace a dezinfekce . Infikovaní lidé jsou často izolováni od zbytku společnosti, to znamená, že virus je v karanténě [163] . Tisíce krav byly poraženy , aby se zabránilo vypuknutí slintavky a kulhavky ve Spojeném království v roce 2001 [164] . Většina lidských a zvířecích infekcí má inkubační dobu , během níž se neobjevují žádné příznaky infekce [165] . Inkubační doba virových onemocnění může trvat několik dnů až týdnů [166] . Často se s ním překrývá, ale většinou po inkubační době, období přenosu, kdy je infikovaná osoba nebo zvíře nakažlivé a může infikovat další lidi nebo zvířata [166] . Toto období je také známé pro mnoho infekcí a znalost délky obou období je důležitá pro kontrolu ohniska [167] . Když ohnisko vede k neobvykle vysokému počtu případů v populaci nebo regionu, nazývá se to epidemie. Pokud jsou ohniska rozšířená, pak hovoří o pandemii [168] .
Domorodé obyvatelstvo Ameriky bylo značně zredukováno infekčními chorobami, zejména neštovicemi , které do Ameriky přivezli evropští kolonialisté. Podle některých odhadů bylo po příchodu Kolumba do Ameriky asi 70 % veškerého domorodého obyvatelstva zabito cizími nemocemi . Škody způsobené těmito nemocemi domorodcům pomohly Evropanům je vytlačit a dobýt [169] .
Pandemie je celosvětová epidemie. Epidemie španělské chřipky z roku 1918 , která trvala až do roku 1919 , je pandemií viru chřipky 5. kategorie . Způsobil ji extrémně agresivní a smrtící virus chřipky typu A . Jeho oběťmi byli často zdraví dospělí, na rozdíl od většiny ohnisek chřipky, která postihovala především děti a dospívající, starší lidi a další oslabené lidi [170] . Podle starých odhadů si španělská chřipka vyžádala 40–50 milionů životů [171] a podle moderních odhadů se toto číslo blíží 100 milionům, tedy 5 % tehdejší světové populace [172] .
Většina výzkumníků věří, že HIV se objevil v subsaharské Africe během 20. století [173] . Nyní má epidemie AIDS rozsah pandemie. Odhaduje se, že 38,6 milionů lidí na Zemi je nyní infikováno virem HIV [174] . Společný program OSN pro HIV/AIDS a Světová zdravotnická organizace odhadují, že na AIDS (poslední stadium infekce HIV) zemřelo od prvního případu 5. června 1981 více než 25 milionů lidí , což z něj činí jeden z nejničivější epidemie na světě.celá doložená historie [175] . V roce 2007 došlo k 2,7 milionu infekcí HIV a 2 miliony úmrtí na nemoci související s HIV [176] .
Několik vysoce letálních virových patogenů patří do rodiny filovirů ( Filoviridae ). Filoviry jsou vláknité viry způsobující hemoragickou horečku , dále mezi ně patří původce hemoragické horečky Ebola a virus Marburg . Virus Marburg získal širokou pozornost tisku v dubnu 2005 kvůli vypuknutí v Angole . Tato epidemie, která trvala od října 2004 do roku 2005, se zapsala do historie jako nejhorší epidemie jakékoli hemoragické horečky [177] .
Viry mohou způsobit malignity (zejména hepatocelulární karcinom nebo Kaposiho sarkom ) u lidí a jiných druhů, ačkoli se vyskytují pouze u malé části infikovaných. Nádorové viry patří do různých rodin; zahrnují viry obsahující RNA i DNA, takže neexistuje jediný typ „ onkoviru “ (zastaralý termín původně používaný pro rychle se transformující retroviry ). Rozvoj rakoviny je určen mnoha faktory, jako je imunita hostitele [178] a mutace hostitele [179] . Mezi viry, které mohou způsobit rakovinu u lidí, patří někteří zástupci lidského papilomaviru , viru hepatitidy B a C, viru Epstein-Barrové, herpesviru Kaposiho sarkomu a lidského T-lymfotropního viru. Nedávno objeveným lidským rakovinným virem je polyomavirus (polyomavirus z Merkelových buněk), který ve většině případů způsobuje vzácnou formu rakoviny kůže zvanou karcinom z Merkelových buněk [180] . Viry hepatitidy mohou způsobit chronickou virovou infekci, která vede k rakovině jater [181] [182] . Infekce lidským T-lymfotrofickým virem může vést k tropické spastické paraperéze a zralé leukémii T-buněk [183] . Lidské papilomaviry mohou způsobit rakovinu děložního čípku , kůže, konečníku a penisu [184] . Z herpesvirů způsobuje herpesvirus Kaposiho sarkomu Kaposiho sarkom a lymfom tělesné dutiny , virus Epstein-Barrové způsobuje Burkittův lymfom , Hodgkinovu chorobu , poruchy B-lymfoproliferace a karcinom nosohltanu [185] . Polyomavirus z Merkelových buněk je blízce příbuzný viru SV40 a myším polyomavirům , které se používají jako zvířecí modely pro studium virové rakoviny již více než 50 let [186] .
První linií obrany těla proti viru je vrozená imunita . Zahrnuje buňky a další mechanismy, které poskytují nespecifickou ochranu. To znamená, že vrozené imunitní buňky rozpoznávají patogeny a reagují na ně obecně, stejným způsobem ve vztahu ke všem patogenům, ale na rozdíl od získané imunity nezajišťuje vrozená imunita dlouhodobou a spolehlivou ochranu hostitele [187] .
Důležitým vrozeným způsobem ochrany eukaryotického organismu proti virům je interference RNA [188] . Replikační strategie mnoha virů zahrnuje stadium dvouvláknové RNA . Pro boj s takovými viry má buňka systém nespecifické degradace jednovláknové a dvouvláknové RNA. Když takový virus vstoupí do buňky a uvolní genomovou RNA do cytoplazmy, proteinový komplex Dicer se naváže a rozbije virovou RNA na krátké fragmenty. Aktivuje se biochemická cesta zvaná RISC , která ničí virovou RNA a brání viru v replikaci. Rotavirům se daří vyhnout se interferenci RNA tím, že udrží část kapsidy dokonce uvnitř buňky a uvolňují nově vytvořenou mRNA přes póry ve vnitřní kapsidě . Uvnitř zůstává genomová dvouvláknová RNA [189] [190] .
Když se adaptivní imunitní systém u obratlovců setká s virem, produkuje specifické protilátky , které se na něj navážou a často jej zneškodní. Tomu se říká humorální imunita . Nejdůležitější jsou dva typy protilátek. První, nazývaný IgM , je vysoce účinný při neutralizaci virů, ale je produkován buňkami imunitního systému pouze několik týdnů. Syntéza druhého - IgG - pokračuje donekonečna. Přítomnost IgM v krvi hostitele indikuje přítomnost akutní infekce, zatímco IgG indikuje prodělanou infekci [191] . Je to množství IgG, které se měří v testech imunity [192] . Protilátky mohou být i nadále účinným obranným mechanismem, i když se viru podaří proniknout do buňky. Buněčný protein TRIM21 dokáže napojit protilátky na povrch virových částic. To způsobí následnou destrukci virové částice enzymy buněčného proteazomového systému [193] .
Druhý obranný mechanismus obratlovců proti virům se nazývá buněčná imunita a zahrnuje imunitní buňky známé jako T-lymfocyty . Tělesné buňky neustále nesou na svém povrchu krátké fragmenty vlastních proteinů , a pokud zde T lymfocyty rozpoznají podezřelé virové fragmenty, hostitelská buňka je zničena buňkami nazývanými zabijácké T buňky a začíná tvorba T lymfocytů specifických pro virus. Buňky, jako jsou makrofágy , se specializují na prezentaci antigenu [194] . Důležitou obrannou reakcí hostitele je produkce interferonu . Interferon je hormon produkovaný tělem v reakci na přítomnost viru. Jeho role v imunitě je komplexní, nakonec zastaví virus zastavením tvorby nových virů postiženými buňkami a zahubí je a jejich blízké sousedy [195] .
Ne všechny viry vyvinou takovou ochrannou imunitní odpověď. HIV se daří vyhýbat imunitní reakci neustálou změnou aminokyselinové sekvence povrchových proteinů virionu. Takové rezistentní viry se vyhýbají imunitnímu systému tím, že se izolují od imunitních buněk, blokují prezentaci antigenu díky rezistenci vůči cytokinům , vyhýbají se přirozeným zabíječům , zastavují apoptózu hostitelské buňky a také díky antigenní variabilitě [196] . Jiné viry, nazývané neurotropní viry , se šíří mezi nervovými buňkami , tedy tam, kde se k nim imunitní systém kvůli BBB nemůže dostat .
Protože viry využívají k reprodukci přirozené metabolické cesty svých hostitelských buněk, je obtížné je vymýtit bez použití léků, které jsou toxické pro samotné hostitelské buňky. Nejúčinnější léčebná opatření proti virovým infekcím jsou vakcinace , které vytvářejí imunitu vůči infekci, a antivirotika , která selektivně inhibují replikaci viru.
VakcínyOčkování je levný a účinný způsob prevence virových infekcí. Vakcíny byly používány k prevenci virových infekcí dlouho před objevením samotných virů. Jejich použití je spojeno se závažným přenosem a úmrtností na virové infekce, jako je dětská obrna , spalničky , příušnice a zarděnky , takže je lepší být očkován než být nemocný [197] . Neštovice byly vymýceny očkováním [198] . Vakcínami lze předejít více než 30 lidským virovým infekcím [199] a ještě více vakcín se používá k prevenci virových onemocnění u zvířat [200] . Vakcíny mohou zahrnovat oslabené a usmrcené viry, stejně jako virové proteiny (antigeny) [201] . Živé vakcíny obsahují oslabené formy virů, které nezpůsobují onemocnění, ale přesto vyvolávají imunitní odpověď. Takové viry se nazývají atenuované . Živé vakcíny mohou být nebezpečné pro lidi s oslabenou imunitou (tj. imunokompromitované ), protože i oslabený virus v nich může způsobit původní onemocnění [202] . Pro výrobu tzv. podjednotkové vakcíny se používají v biotechnologii a genetickém inženýrství . Tyto vakcíny používají pouze kapsidové proteiny virů. Příkladem takové vakcíny je vakcína proti viru hepatitidy B [203] . Podjednotkové vakcíny jsou pro imunokompromitované osoby neškodné, protože nemohou způsobit onemocnění [204] . Oslabená vakcína proti 17D viru žluté zimnice je možná nejúčinnější a nejbezpečnější vakcínou, která kdy byla vyvinuta [205] .
AntivirotikaAntivirotika jsou často analogy nukleosidů . Během replikace jsou integrovány do genomu viru a tam se životní cyklus viru zastaví, protože nově syntetizovaná DNA je neaktivní. To je způsobeno skutečností, že analogy nemají hydroxylové skupiny , které se spolu s atomy fosforu spojují a tvoří pevnou "páteř" molekuly DNA. Toto se nazývá terminace řetězce DNA [206] . Příklady nukleosidových analogů jsou acyklovir , používaný proti infekcím způsobeným virem herpes simplex, a lamivudin (proti HIV a viru hepatitidy B). Acyclovir je jedním z nejstarších a nejčastěji předepisovaných antivirotik [207] . Jiná používaná antivirová léčiva se zaměřují na různé fáze životního cyklu viru. Virus lidské imunodeficience potřebuje proteolytický enzym , známý jako HIV-1 proteáza , aby se stal plně infekčním . Na základě toho byla vyvinuta velká třída léků nazývaných inhibitory proteázy , které tento enzym inaktivují .
Hepatitida C je způsobena virem RNA. U 80 % nakažených je infekce chronická a bez léčby zůstanou nakaženi po celý život. Nyní se však používá účinný lék, sestávající z nukleosidového analogu ribavirinu v kombinaci s interferonem [208] . Podobná léčba pomocí lamivudinu byla vyvinuta pro léčbu chronických nosičů hepatitidy B [209] .
Viry infikují veškerý buněčný život, ale navzdory všudypřítomnosti virů má každý druh buněčných organismů svou vlastní sérii infikujících virů, které často postihují pouze tento druh [210] . Některé viry, nazývané satelity , se mohou replikovat pouze v buňkách již infikovaných jiným virem [53] .
U zvířat virové infekce vyvolávají imunitní odpověď , která nejčastěji vede ke zničení viru způsobujícího onemocnění. Imunitní odpověď může být také vyvolána vakcínami , které udělují aktivní získanou imunitu proti specifické virové infekci. Některým virům, včetně viru lidské imunodeficience a původců virové hepatitidy , se však daří vyhýbat se imunitní reakci a způsobit chronické onemocnění . Antibiotika proti virům nefungují, ale bylo vyvinuto několik antivirotik (viz výše).
Viry jsou důležitými patogeny u hospodářských zvířat. Viry způsobují onemocnění, jako je slintavka a kulhavka a katarální horečka ovcí ( anglicky bluetongue ) [211] . Domácí zvířata, jako jsou kočky , psi a koně , pokud nejsou očkovaná, jsou náchylná k závažným virovým onemocněním. Psí parvovirus je malý DNA virus, který je u štěňat často smrtelný [212] . Většina virů však neškodně koexistuje se svými hostiteli, aniž by vykazovala jakékoli známky nebo příznaky onemocnění [5] .
Viry bezobratlýchBezobratlí tvoří asi 80 % všech známých živočišných druhů, takže není divu, že ukrývají obrovské množství virů různých typů. Nejvíce prozkoumané jsou viry, které infikují hmyz , ale i zde jsou dostupné informace o nich kusé. Virová onemocnění však byla nedávno popsána i u jiných bezobratlých. Tyto viry zůstávají špatně pochopeny a některé zprávy o objevech je třeba brát s rezervou, dokud nebude virová povaha těchto onemocnění definitivně prokázána. Kromě toho je také nutné testovat infekčnost izolovaných virů proti neinfikovaným hostitelům stejného druhu, ve kterém byly tyto viry nalezeny [213] .
V současné době byla identifikována samostatná rodina virů, která postihuje především členovce, zejména hmyz žijící ve vodním a vlhkém prostředí: iridoviry ( Iridoviridae , z angl. Invertebrate duhovkové viry – „bezobratlé duhové viry“; toto zbarvení je pozorováno u vzorků postižený hmyz). Jsou to ikosaedrické částice o průměru 120–180 nm , obsahující vnitřní lipidovou membránu a genom dvouvláknové DNA obsahující 130–210 kb [ 214] .
Další viry infikující hmyz: čeleď Baculoviridae , podčeleď Entomopoxvirinae čeledi Poxviridae , rod Densovirus čeledi Parvoviridae , některé viry čeledí Rhabdoviridae , Reoviridae , Picornaviridae [215] .
Jako všichni bezobratlí je včela medonosná citlivá k mnoha virovým infekcím [216] .
Existuje mnoho druhů rostlinných virů . Často způsobují pokles výnosů a přinášejí zemědělství velké ztráty, takže kontrola takových virů je z ekonomického hlediska velmi důležitá. [217] Rostlinné viry se často šíří z rostliny na rostlinu organismy známými jako přenašeči . Obvykle se jedná o hmyz , ale mohou to být také houby , hlístice a jednobuněčné organismy . Je-li kontrola rostlinných virů považována za ekonomicky životaschopnou, jako v případě víceletých ovocných stromů, je vynaloženo úsilí na odstranění přenašečů nebo alternativních hostitelů, jako jsou plevele [218] . Rostlinné viry nemohou infikovat lidi a jiná zvířata , protože se mohou množit pouze v živých rostlinných buňkách [219] .
Rostliny mají složité a účinné obranné mechanismy proti virům. Nejúčinnějším mechanismem je přítomnost tzv. genu rezistence (R z anglického rezistence – „rezistence“). Každý R-gen je zodpovědný za rezistenci vůči určitému viru a způsobuje smrt buněk sousedících s postiženým, což lze vidět pouhým okem jako velkou skvrnu. Tím se zastaví progrese onemocnění zastavením šíření viru [220] . Další účinnou metodou je interference RNA [221] . Když jsou napadeny virem, rostliny často začnou produkovat přirozené antivirové látky, jako je kyselina salicylová , oxid dusnatý NO a reaktivní formy kyslíku [222] .
Rostlinné viry a virům podobné částice (VLP) z nich vytvořené našly uplatnění v biotechnologii a nanotechnologii . Kapsidy většiny rostlinných virů mají jednoduchou a stabilní strukturu a virové částice mohou být produkovány ve velkém množství jak postiženou rostlinou, tak různými heterologními systémy. Rostlinné viry se mohou chemicky a geneticky měnit, uzavírat cizorodé částice do obalu a jsou také schopny se integrovat do supramolekulárních struktur, což umožňuje jejich použití v biotechnologiích [223] .
Pro zvýšení spolehlivosti výsledků diagnostiky virologického stavu rostlin je nutné použít minimálně dvě metody, a to nejlépe vysoce citlivé - ELISA a PCR. Detekce virů je zvýšena díky použití kyseliny hydroxybenzoové (HPBA) jako účinného antioxidantu s přihlédnutím k biologickým charakteristikám plodin a podmínkám prostředí [224] .
Plísňové viry se nazývají mykoviry . V současné době byly viry izolovány ze 73 druhů 57 rodů patřících do 5 tříd [225] , ale většina hub pravděpodobně existuje v neškodném stavu. Obecně jsou tyto viry kulaté částice o průměru 30-45 nm, skládající se z mnoha podjednotek jednoho proteinu, poskládaných kolem genomu dvouřetězcové RNA . Obecně jsou plísňové viry relativně neškodné. Některé kmeny plísní mohou být ovlivněny mnoha viry, ale většina mykovirů je blízce příbuzná svému jedinému hostiteli, ze kterého se přenášejí na své potomky. Klasifikací plísňových virů se nyní zabývá speciálně vytvořená komise v rámci ICTV [225] . V současné době rozeznává 3 rodiny plísňových virů a nejvíce studované mykoviry patří do čeledi Totiviridae [226]
Bylo zjištěno, že antivirová aktivita penicilinových hub je způsobena indukcí interferonu dvouvláknové RNA z virů, které infikují houby [225] .
Pokud virus, který se dostane do houby, prokáže svou virulenci , může být reakce houby na to odlišná: snížení nebo zvýšení virulence u patogenních druhů, degenerace mycelia a plodnic , změna barvy, potlačení sporulace . Nekapsidované virové RNA jsou přenášeny prostřednictvím anastomóz nezávisle na mitochondriích .
Virová onemocnění mohou způsobit škody v houbařských podnicích, například způsobit hnědnutí plodnic žampionů , změnu barvy u zimních hub , což snižuje jejich obchodní hodnotu. Viry, které způsobují hypovirulenci patogenních hub, lze použít ke kontrole chorob rostlin [227] [228] .
Protist viry zahrnují viry, které infikují jednobuněčná eukaryota , která nejsou zahrnuta v říši zvířat , rostlin nebo hub . Některé ze současně známých protist virů [229] jsou:
Název viru (rod) | Systematická pozice (rodina) |
Postižený protist |
---|---|---|
dinornavirus | Alvernaviridae | Heterocapsa circleisquama |
Endornavirus | Endornaviridae | Phytophthora |
Labyrnavirus | Labyrnaviridae | Aurantiochytrium |
Marnavirus | Marnaviridae | Heterosigma akashiwo |
Marseillevirus | Marseilleviridae | Améba |
Mimivirus | Mimiviridae | Acanthamoeba polyphaga |
Chloroviru | Phycodnaviridae | Paramecium bursaria |
kokolithovirus | Phycodnaviridae | Emiliania Huxleyiová |
Prasinovirus | Phycodnaviridae | micromonas pusilla |
Prymnesiovirus | Phycodnaviridae | Chrysochromulina brevifilum |
Raphidovirus | Phycodnaviridae | Heterosigma akashiwo |
kryptovirus | Partitiviridae | Cryptosporidium parvum |
hemiviru | Pseudoviridae | Volvox Carteri |
Pseudovirus | Pseudoviridae | Physarum polycephalum |
mimoreovirus | Reoviridae | micromonas pusilla |
Giardiavirus | Totiviridae | Giardia lamblia |
Leishmaniavirus | Totiviridae | Leishmánie |
Trichomonasvirus | Totiviridae | Trichomonas vaginalis |
Bacilladnavirus | Nedefinováno | Chaetoceros salsugineum Rhizosolenia setigera |
Dinodnavirus | Nedefinováno | Heterocapsa circleisquama |
rhizidioviru | Nedefinováno | Rhizidiomyces |
Mnoho prvokových virů je neobvykle velkých. Například genom Marseilleviru , poprvé izolovaný z améby , má genom 368 kB a Mamavirus , který infikuje protista Acanthamoeba , je dokonce větší než mimivirus (a jeho kapsida dosahuje v průměru asi 500 nm ) a některé bakterie . Mezi obří viry patří také virus, který infikuje rozšířeného mořského prvoka Cafeteria roenbergensis ( Virus Cafeteria roenbergensis , CroV ) [230] .
Bakteriofágy jsou rozšířenou a různorodou skupinou virů, které jsou nejhojnější ve vodních biotopech – více než 10krát více virů než bakterií v oceánech [231] a dosahují počtu 250 milionů virů na mililitr mořské vody [232] . Tyto viry infikují bakterie specifické pro každou skupinu tím, že se navážou na buněčné receptory na povrchu buňky a poté do ní proniknou. Během krátké doby (někdy v řádu minut) začne bakteriální polymeráza překládat virovou mRNA na proteiny . Tyto proteiny jsou buď součástí virionů sestavených uvnitř buňky, nebo jsou pomocnými proteiny, které napomáhají sestavování nových virionů nebo způsobují lýzu buněk . Virové enzymy způsobují destrukci buněčné membrány a v případě fága T4 se za pouhých 20 minut po vstupu do buňky narodí přes tři sta bakteriofágů [233] .
Hlavním mechanismem ochrany bakteriálních buněk před bakteriofágy je tvorba enzymů, které ničí cizí DNA . Tyto enzymy, nazývané restrikční endonukleázy , „rozřezávají“ virovou DNA vstříknutou do buňky [234] . Bakterie také využívají systém zvaný CRISPR , který uchovává informace o genomech virů, se kterými se bakterie již dříve setkala, a to umožňuje buňce blokovat replikaci viru pomocí RNA interference [235] [236] . Tento systém zajišťuje získanou imunitu bakteriální buňky.
Bakteriofágy mohou také plnit užitečnou funkci pro bakterie, například je to bakteriofág, který infikuje bacil difterie , který kóduje gen pro jejich toxin, který tyto bakterie potřebují a jsou pro člověka tak nebezpečné [237] :45 .
Některé viry se replikují uvnitř archaea : jsou to dvouvláknové DNA viry s neobvyklým, někdy jedinečným tvarem [8] [243] . Nejpodrobněji byly studovány u teplomilných archaea, zejména v řádech Sulfolobales a Thermoproteales [244] . Ochranným opatřením proti těmto virům může být interference RNA z repetitivních sekvencí DNA v archaálních genomech souvisejících s virovými geny [245] [246] .
Při studiu virových továren Mimiviru bylo zjištěno, že na nich byly shromážděny malé viriony jiného viru, který se jmenoval Sputnik [247] . Zdá se, že satelit není schopen infikovat buňky améby (které slouží jako hostitelé mimiviru) a replikovat se v nich, ale může tak činit ve spojení s mamivirem nebo mimivirem, který jej klasifikuje jako satelitní virus . Satelit byl prvním známým satelitním virem s dvouvláknovou DNA, který se replikoval v eukaryotických buňkách. Autoři práce však navrhují jej považovat nejen za satelit, ale i za virofág (virový virus) analogicky s bakteriofágy (viry bakterií) [248] [249] [250] . Replikace jak satelitních virů, tak virofágů je závislá na druhém viru a hostitelské buňce. Replikační cyklus virofágů je však charakterizován třemi jedinečnými rysy. 1) Neexistuje žádná jaderná fáze replikace. 2) K replikaci virofágů dochází ve virových továrnách obřích hostitelských virů obsahujících DNA. 3) Virofágy závisí na enzymech syntetizovaných hostitelskými viry, ale ne na hostitelských buňkách. Virofágy jsou tedy považovány za parazity obřích virů obsahujících DNA, jako jsou mimiviry a fykodnaviry [251] [252] . Syntéza kapsidových proteinů virofágů (stejně jako syntéza proteinů všech známých virů) přitom zcela závisí na translačním aparátu hostitelské buňky [253] . Ačkoli zatím neexistuje žádný rigorózní důkaz, některé důkazy naznačují, že Sputnik je skutečně virofág. Například jeho genom obsahuje regulační prvky charakteristické pro mimivirus a rozpoznávané jeho transkripčním aparátem (sekvence blízké promotoru pozdního mimiviru, polyadenylační signály). Přítomnost Sputniku navíc snižuje produktivitu reprodukce mimiviru: k lýze hostitelské buňky dochází se zpožděním a tvoří se defektní viriony mimiviru [247] . Od roku 2016 bylo z kultivovaných buněk izolováno pět virofágů. Dalších 18 virofágů bylo popsáno na základě dat metagenomické analýzy (genomy dvou z nich byly téměř kompletně sekvenovány) [254] [255] .
Viry jsou z hlediska počtu nejběžnější formou existence organické hmoty na planetě. Hrají důležitou roli v regulaci počtu populací některých druhů živých organismů (např. wilding virus snižuje počet polárních lišek během několika let několikrát ) .
Někdy viry vytvářejí symbiózu se zvířaty [256] [257] . Například jed některých parazitických vos obsahuje struktury nazývané poly-DNA viry ( Polydnavirus , PDV), které jsou virového původu.
Hlavní role virů v biosféře je však spojena s jejich aktivitou ve vodách oceánů a moří .
Viry jsou nejběžnější formou života v oceánu s koncentrací až 10 milionů virů na mililitr mořského povrchu [258] . Lžička mořské vody obsahuje asi milion virů [259] . Jsou nezbytné pro regulaci sladkovodních a mořských ekosystémů [260] . Většina z těchto virů jsou bakteriofágy , které jsou neškodné pro rostliny a zvířata . Infikují a ničí bakterie ve vodním mikrobiálním společenství, čímž se účastní důležitého procesu koloběhu uhlíku v mořském prostředí. Organické molekuly uvolněné z bakteriálních buněk viry stimulují růst nových bakterií a řas [261] .
Mikroorganismy tvoří přes 90 % biomasy v moři. Odhaduje se, že viry zabíjejí každý den asi 20 % této biomasy a počet virů v oceánech je 15krát větší než počet bakterií a archeí . Viry jsou hlavními činiteli způsobujícími rychlé zastavení vodního květu [262] , který zabíjí ostatní život v moři [263] , na úkor řas, které to způsobují. Počet virů klesá se vzdáleností od pobřeží a s rostoucí hloubkou, protože hostitelských organismů je méně [264] .
Hodnota mořských virů je velmi vysoká. Tím, že regulují proces fotosyntézy , hrají menší roli při snižování množství oxidu uhličitého v atmosféře o asi 3 gigatuny uhlíku ročně [264] .
Stejně jako ostatní organismy jsou mořští savci náchylní k virovým infekcím . V letech 1988 a 2002 byly paramyxovirem Phocine distemper virus zabity tisíce tuleňů obecných [265] . V populacích mořských savců cirkuluje mnoho dalších virů , včetně kalicivirů , herpesvirů , adenovirů a parvovirů [264] .
Viry jsou důležitým přirozeným prostředkem přenosu genů mezi různými druhy , což způsobuje genetickou rozmanitost a řídí evoluci [38] . Předpokládá se, že viry hrály ústřední roli v rané evoluci, dokonce ještě před rozchodem bakterií , archeí a eukaryot , během posledního univerzálního společného předka života na Zemi [266] . Viry zůstávají dodnes jedním z největších žijících úložišť neprozkoumané genetické diverzity na Zemi [264] .
Viry mají genetické vazby se zástupci flóry a fauny Země. Podle nedávných studií se více než 32 % lidského genomu skládá z prvků podobných virům, transpozonů a jejich zbytků. Pomocí virů může docházet k tzv. horizontálnímu přenosu genů ( xenologie ), tedy přenosu genetické informace nikoli od přímých rodičů k jejich potomkům, ale mezi dvěma nepříbuznými (nebo dokonce patřícími k různým druhům) jedinci. V genomu vyšších primátů je tedy gen kódující protein syncytin , o kterém se předpokládá, že byl zaveden retrovirem .
Viry jsou důležité pro výzkum v molekulární a buněčné biologii , protože jsou to jednoduché systémy, které lze použít k řízení a studiu fungování buněk [267] . Studium a použití virů poskytlo cenné informace o různých aspektech buněčné biologie [268] . Viry byly například použity v genetickém výzkumu a pomohly nám pochopit klíčové mechanismy molekulární genetiky , jako je replikace DNA , transkripce , zpracování RNA , translace a transport proteinů .
Genetici často používají viry jako vektory k zavedení genů do zájmových buněk. To umožňuje donutit buňku k produkci cizorodých látek a také studovat účinek zavedení nového genu do genomu . Podobně ve viroterapii se viry používají jako vektory pro léčbu různých onemocnění, protože selektivně působí na buňky a DNA . To dává naději, že viry mohou pomoci v boji proti rakovině a najít si cestu do genové terapie . Po nějakou dobu se východoevropští vědci uchýlili k fágové terapii jako alternativě k antibiotikům a zájem o takové metody roste, protože nyní bylo zjištěno, že některé patogenní bakterie jsou vysoce odolné vůči antibiotikům [269] .
Biosyntéza cizích proteinů infikovanými buňkami je základem některých moderních průmyslových metod získávání proteinů, například antigenů . V poslední době bylo průmyslově získáno několik virových vektorů a lékových proteinů, které v současné době procházejí klinickými a preklinickými studiemi [270] .
Moderní trendy v nanotechnologiích slibují virům přinést mnohem všestrannější aplikace. Z pohledu materiálových vědců lze viry považovat za organické nanočástice . Jejich povrch nese speciální zařízení pro překonávání biologických bariér hostitelské buňky . Tvar a velikost virů, stejně jako počet a povaha funkčních skupin na jejich povrchu, byly přesně určeny. Jako takové se viry často používají ve vědě o materiálech jako „lešení“ pro kovalentně vázané povrchové modifikace. Jednou z pozoruhodných vlastností virů je, že jsou speciálně „šité na míru“ řízenou evolucí buňkám, které fungují jako hostitelé. Výkonné metody vyvinuté biology se staly základem inženýrských technik v nanomateriálech , čímž se otevřela široká škála aplikací pro viry, které jdou daleko za hranice biologie a medicíny [271] .
Kvůli jejich velikosti, tvaru a dobře srozumitelné chemické struktuře byly viry použity jako šablony pro organizování materiálů v nanoměřítku. Příkladem takové nedávné práce je výzkum prováděný Nawal Research Laboratory ve Washingtonu, DC , využívající virus mozaiky vigny ( Cowpea Mosaic Virus (CPMV) ) k zesílení signálů v DNA mikročipových senzorech . V tomto případě virové částice oddělily částice fluorescenčních barviv, které byly použity pro přenos signálu, čímž se zabránilo akumulaci nefluorescenčních dimerů , které působí jako zhášeče signálu [272] . Dalším příkladem použití CPMV je jeho aplikace jako vzorku nanometrů pro molekulární elektroniku [273] .
Mnoho virů lze získat de novo , tedy od nuly, a první umělý virus byl získán v roce 2002 [37] . Přes některé mylné interpretace se nesyntetizuje samotný virus jako takový, ale jeho genomová DNA (v případě DNA virů ) nebo komplementární kopie DNA jeho genomu (v případě RNA virů ). U virů mnoha rodin vykazuje umělá DNA nebo RNA (druhá se získává reverzní transkripcí syntetické komplementární DNA), když je zavedena do buňky , infekční vlastnosti. Jinými slovy, obsahují všechny potřebné informace pro tvorbu nových virů. Tato technologie se v současnosti používá k vývoji nových typů vakcín [274] . Schopnost vytvářet umělé viry má dalekosáhlé důsledky, protože virus nemůže vyhynout, pokud je známá jeho genomová sekvence a pokud existují buňky na něj citlivé. Dnes jsou kompletní genomové sekvence 2408 různých virů (včetně neštovic ) veřejně dostupné v online databázi spravované americkým Národním institutem zdraví [275] .
Schopnost virů způsobit ničivé lidské epidemie vyvolává obavy, že by viry mohly být použity jako biologické zbraně . Další obavy vyvolalo úspěšné znovuvytvoření škodlivého viru španělské chřipky v laboratoři [276] . Dalším příkladem je virus neštovic. V průběhu historie zdevastoval mnoho zemí až do svého konečného vymýcení. Oficiálně jsou vzorky viru pravých neštovic skladovány pouze na dvou místech na světě – ve dvou laboratořích v Rusku a USA [277] . Obavy, že by mohl být použit jako zbraň, nejsou zcela neopodstatněné [277] ; vakcína proti pravým neštovicím má někdy závažné vedlejší účinky – v posledních letech před oficiální eradikací viru onemocnělo vážněji více lidí vakcínou než virem [278] , takže očkování proti pravým neštovicím již není všeobecně praktikováno [279] . Z tohoto důvodu nemá většina moderní populace Země vůči pravým neštovicím prakticky žádnou rezistenci [277] .
Ve filmech a dalších dílech je svět infekčních nemocí včetně virových málokdy spolehlivě prezentován. S výjimkou životopisných filmů vědců a filmů o velkých epidemiích minulosti je ve většině z nich ústřední událostí propuknutí neznámého původce nemoci, jehož vznik byl důsledkem aktu bioterorismu , incidentu v laboratoř, nebo to přišlo z vesmíru [280] .
Virová infekce je základem následujících prací (seznam je neúplný):
Propuknutí neobvyklé virové infekce je základem děje následujících celovečerních filmů a televizních seriálů [280] :
V posledních letech se viry často stávají "hrdiny" kreslených a animovaných seriálů, mezi nimiž je třeba zmínit například " Osmosis Jones " ( USA , 2001), " Ozzy a Drix " ( USA , 2002-2004) a " Virus Attacks “ ( Itálie , 2011).
virus , i n 1) hlen (kochlearum PM ); slizniční šťáva (pastinanceae PM ); semeno zvířat V , PM ; 2) jedovatý výtok, jed (serpentus V ): ferro v. inest O šíp je otráven; 3) jedovatost, žíravost, žlučovitost, žíravost (acerbitatis C ; linguae, mentis Sil ); 4) nechutný zápach, smrad (paludis Col ; animae ursi pestilens v. PM ); 5) ostrá chuť, ostrost (vini PM ); štiplavost, hořkost ( sc. maris Lcr ; ponti Man ).
![]() | ||||
---|---|---|---|---|
Taxonomie | ||||
|
Klasifikace virů podle Baltimoru | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
DNA |
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
RNA |
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Z |
|
_ | Subvirové částice|
---|---|
Viry | Mikrobiologie:|
---|---|
Struktura | |
Životní cyklus viru |
|
Genetika | |
jiný |
|