Viirused, levimine, viirused ja inimesed. (0)

1. VIIRUSED
Viirused kui väikseimad elusad osakesed on mõjutanud oluliselt kõigi eluvormide arengut ja evolutsiooni. Viirusi uurivat teadusharu nim. viroloogiaks. Viiruste uurimine on palju kaasas aidanud geenitehnoloogia sünnile ja arengule.
 
1.1 Viiruste definitsioon
 
Viirused on valgusmikroskoobis nähtamatud, ainult elusrakkudes paljunevad parasiidid . Viirustel on järgmised omadused:
1) nad pole valgusmikroskoobis nähtavad ja läbivad bakterifiltreid.
2) viirustegenoom on elusrakkudes isepaljunev kindla struktuuriga DNA või RNA molekul .
3) viiruste genoom ei sisalda geene, mis tagaksid viiruste ainevahetuse keskkonnaga või võimaldaksid neil sünteesida raku-
väliselt valke.
4)  viirus sunnib rakku sünteesima ka viirusvalke.
5) väljaspool rakku esineb viirus nakkusvõimelise viirusosakesena.
 
Kas viirused on elus?
Viirusi tuleb käsitleda kui erakordselt lihtsaid mikroobe ja ühtlasi kui äärmiselt keerukaid isereguleeruvaid keemilisi ühendeid. Kui elu defineerida geneetilise info paljunemisena, siis on viirused elus, kui nad on peremeesorganismi rakus. Väljaspool rakku aga eksisteerivad viirused viirusosakestena ega pole võimelised paljunema.
 
Viiruste elutsükkel
 
Viroloogia uurib viiruste paljunemist rakkudes ja viirusosakeste omadusi väljaspool rakku. Elusrakus paljundab viirus oma genoomi ja viirusvalke, mis moodustavad viirusosakese Pärast paljunemist lahkub viirus rakust.
 
1.2 Viiruste ehitus
Viiruste genoom
Genoom on viiruse kõige tähtsam komponent ja kõigi omaduste määraja. Genoom on tihedalt pakitud viirusvalkudest koosnevasse kindla struktuuriga kapsiidi. Genoomiks võivad olla DNA või RNA molekulid. Osadel viirustel on viirusosakese koosseisus genoom üheahelaline, teistel kaheahelaline DNA või RNA. Viiruse genoom võib koosneda ühest või mitmest nukleiinhappe molekulist. Väiksemate viiruste genoomid koosnevad u. kolmest tuhandest nukleotiidist (bakterviirused), suurimad aga kuni 300 000 nukleotiidist (rõugeviirus). Seega on väiksematel kuni 3 geeni suurimatel kuni paarsada. (Geeni keskm. suurus on 1000 nukleotiidi).
 
DNA-VIIRUSED: 
a) Üksikahelaline DNA
b) Kaksikahelaline DNA ( adenoviirused , herpesviirused ).
RNA-VIIRUSED: 
a) Üksikahelaline RNA ( paragripp , gripp, polioviirus, retroviirus).
b) Kaksikahelaline RNA (reoviirus, rotaviirus).
iirused kasutavad oma genoomi rakusiseseks paljundamiseks paljusid erinevaid mooduseid, kuid kindlasti peab nende genoomis olema kolme tüüpi geene.
Replikatsiooni geenid : kindlustavad viiruse genoomi paljundamise.
Regulaatorgeenid : mõjutavad nakatunud raku aktiivsust selliselt , et soodustada viiruse paljunemist.Struktuurgeenid: kindlustavad viirusosakese moodustamise.
Vastavalt oma funktsioonile jagunevad viirusvalgud:

• replikatsioonivalgud
  
• regulaatorvalgud
  
• struktuurvalgud
  

Kapsiid ja ümbris
Viirusosakese struktuurvalgud ümbritsevad viiruse genoomi tiheda ja tugeva kaitsva kapslina. Seda kapslit nim.  kapsiidiks . Kapsiid on jäik, kompaktne ja kindla ülesehitusega struktuur. See koosneb struktuurvalkudest.
Mõnedel viirustel on kapsiid kaetud ümbrisega. See pärineb reeglina peremeesraku rakumembraanist, mille viirus rakust lahkudes kaasa võtab. Viirusosakese kapsiidil ja ümbrisel on kaks funktsiooni: a)  kaitsevad viiruse genoomi väljaspool rakku kesk-
konna mõjutuste eest. b) aidata kaasas viiruse genoomi ülekandumisele ühest rakust teise.
Pärast kinnitumist raku pinnale saab viruse genoom siseneda rakku ja alustada paljunemist.
 
1.3 Viiruste paljunemine
 
Väljaspool rakku puudub viirusosakestel paljunemiseks vajalik ainevahetus väliskeskkonnaga. Seetõttu ei saa viirused kasvada suuremaks ja paljuneda jagunemise teel. Viiruste paljunemine toimub elusates rakkudes ning selleks peab viirusosake kõigepealt sisenema rakku. Seda protsessi nim. raku nakatumiseks. Raku nakatumiseleristatakse mitut etappi:
a) viirusosake seondub raku pinnale.
b) viirusosake siseneb rakku ja vabastab genoomi kapsiidist.
c) viiruse genoom paljuneb.
Raku nakatumine
Viirusosakese seondumine raku pinnale toimub kapsiidi või ümbrise koostisse kuuluvate antiretseptorite abil. Seega määrab viiruse nakatumisvõimelisuse ära see, kas raku pinnal on või ei ole selle viiruse poolt äratuntavaid retseptoreid.
Viiruse sisenemine rakku toimub ümbrisega ja ümbriseta viirustel erinevalt. Ümbrisega viirused sulatavad oma ümbrise kokku rakumembraaniga ning selle käigus sisestatakse viiruse kapsiid raku sisemusse . Ümbriseta viirusel võib viirusosake siseneda rakku kas otse läbi rakumembraani või siis toimub see endotsütoosi teel.
Raku tsütoplasmas viiruse genoom vabaneb kapsiidist. Erinevad viirused võivad paljuneda raku erinevates piirkondades. See võib toimuda raku tuumas (gripiviirus, hepatiid B viirus, papilloomiviirused, herpes-viirused) või tsütoplasmas ( rinoviirused , rõugeviirused).
Genoomi paljunemine
 
Viiruste genoomi replikatsioonil eristatakse kahte etappi:
a) varane e. ettevalmistav staadium
b) hiline e. vegetatiivne staadium
Viiruse genoomi replikatsiooni varases staadiumis  sün- teesitakse nende viirusvalkude mRNA-sid, mis on vajalikud raku ainevahetuse muutmiseks ja viiruse paljundamiseks.
Viiruse genoomi replikatsiooni hilises staadiumis toimub viiruse genoomi kiire replikatsioon , struktuurvalkude süntees, viirusosakese vabanemine peremeesrakust ümbritsevasse kesk- konda.
Viirusosakesed võivad säilida keskkonnas nakkus - võimelistena kaua aega. Sattunud kontakti järgmise rakuga, seonduvad viirusosakesed oma antiretseptorite kaudu sellele ja alustavad uut paljunemise tsüklit.
DNA-genoomiga viiruste paljunemine
 
Raku nakatumine. Viirusosake seondub ümbrise koostisse kuuluvate antiretseptorite abil rakumembraanile, vabaneb ümbrisest ning kapsiid siseneb rakku. Kapsiid lagundatakse ja vabanenud DNA liigub tsütoplasmast rakutuuma.
Paljunemise varane staadium. Raku ainevahetuse muutmiseks ja viiruse DNA replikatsiooniks vajalike valkude süntees.
Paljunemise hiline staadium. Viiruse DNA replikatsioon ja struktuurvalkude süntees. Ribosoomides toodetud struktuur- valkudest moodustub viiruse kapsiid, rakust väljudes saab viirusosake rakumembraanist tükikese kaasa, millest moodustub ümbris. Pärast viirusosakese väljumist rakust, asub organismi immuunsüsteem viirusosakeste vastu antikehade abil võitlema.
1.4 Viiruste osa looduses
Viiruste tekkimine ja evolutsioon
 
Viiruste tekkimise kohta on 3 hüpoteesi:

• Viirused on tekkinud mõnede rakusiseste parasiitide taandarengu tulemusena. Sellisetaandarengu näiteks on bakterid klamüüdia ja riketsia, mis on muutunud loomsete rakkude sisesteks bakteriteks.
  
• Viirused said alguse peremeesraku RNA-st või DNA-st.
  
• Viirused on arenenud isepaljunevatest RNA molekulidest.
  

Kaks esimest hüpoteesi oletavad, et viirused tekkisid pärast seda, kui nende peremeesorganismid olid välja arenenud. Kolmas hüpotees aga oletab, et viirused on olnud üheks prebiootiliseks vormiks, mille areng toimus paralleelselt peremeeorganismidega.
 
Bakteriviirused
 
Viirused esinevad looduses kõige rohkemaarvuliselt. Viiruste paljunemisel eristatakse kolme faasi:
1)  Peiteperiood , mille jooksul pole viirusosakesi võimalik rakus näha. Viirus korraldab ümber raku ainevahetuse ja toodab piisavas koguses genoomi paljunemiseks vajaminevaid ensüüme.
2) Rakusisese paljunemise periood, mille jooksul toodetakse raku sees suur hulk viirusosakesi, kuid need ei pääse veel rakust välja.
3) Toimub bakteriraku surm ja lagunemine ning nakkusvõimeliste
viirusosakeste vabanemine keskkonda. Sellise elutsükliga viirusi nim. lüütilisteksviirusteks.
Viirused aeglustavad tingimuste halvenedes oma paljunemist. Bakteriviirused lülitavad oma genoomi bakteri genoomi koosseisu, kus see võib säilida ja paljuneda koos bakteri genoomiga, ilma et viiruse enda geenid avalduksid. Sellist nähtust nim.lüsogeensuseks. Seda on vaja mõlema – bakteri ja bakteriviiruse – jätkuvaks eksistentsiks.
Mõnede bakteriviiruste paljunemine toimub rakkudes suhteliselt aeglaselt. Viirus vabaneb nakatunud rakkudest ilma rakku surmamata. Sellist viirusnakkust nim. krooniliseks nakkuseks.
Taimeviirused
Taimeviirused on inimeste elu mõjutanud alates sellest, kui hakati tegelema taimekasvatusega. Viirused sisenevad rakku vahetult pärast taime vigastust. Taimeviirusi kannavad reeglina taimelt taimele taimemahlast toituvad putukad (lehetäid ja –kirbud). Osa viiruseid levib nakatunud seemnete, sibulate või õietolmu abil. Viiruse ülekanne vahetult taimelt taimele toimub harva. Arvatakse, et väga intensiivne viiruse paljunemine ja viirusvalkude tootmine mõjutavad taimedes, fotosünteesi, hingamist ja toitainete kättesaadavust.
 
1.5 Viirused ja inimene
 
Paljud inimeste haigused on tingitud viirusnakkustest. Loomadel on organismis tekkinud efektiivne kaitse võõr- organismide valkude vastu. Selles kaitsesüsteemis (immuun- süsteem) etendavad olulist osa 2 komponenti: a)  antikehad
b) T-lümfotsüüdid
Antikehad on valgulised kaitsemolekulid, mis seonduvad võõrvalkudega ja suunavad need lagundamisele, vähendades sellega nakkuse levikut.
Tsütotoksilised T-lümfotsüüdid hävitavad organismis võõrvalke tootvad rakud ning peatavad organismis viiruse paljunemise.
Paljudel juhtudel on  immuunvastus  pikaajaline ja annab konkreetse viiruse suhtes eluaegse immuunsuse. See on aluseks vaktsiinide kaitsva toime mehhanismile.
 
Inimeste ja loomade viirusnakkused
 
Inimeste ja loomad viirusnakkused jaotatakse kolmeks:

Ägedad viirusnakkused

Peidetud viirusnakkused

Pidevad viirusnakkused
Ägedate nakkuste  korral toimub organismis viiruse kiire paljunemine, millega kaasneb nakatunud rakkude surm. Surnud rakkude laguainete kogunemisega kaasnevad põletikulised protsessid põhjustavad organismis haigusliku seisundi. Tööle hakkab immuunvastus – tekivad antikehad ja tsütotoksilised T-lümfotsüüdid.
Peidetud e. latentsete nakkuste puhul on viirus pärast kiiret paljunemist võimeline sisenema organismi teatud rakkudesse ja säilima nendes kaua aega.
Viirusnakkust nimetatakse pidevaks e. krooniliseks, kui hoolimata organismis tekkivast immuunvastusest jätkub viiruse paljunemine organismis. Reeglina kulgevad sellised nakkused aeglaselt, sest viiruse omadused muutuvad nakkuse käigus kiiremini kui organism suudab nakkusest jagu saada. Nii võib tekkida väga tõsine haiguslik seisund, kus orgnism tegeleb enesehävitamisega, kuna üha uued rakud nakatuvad viirusega.
 
Inimest nakatavad viirused
 
Herpesviirused: HSV1 nakatab epiteelkoe rakke, paljuneb nendes, siseneb neuronitesse ja levib närvisüsteemi kaudu paljudese kehaosadesse.
Tuulerõugeviirus on ülimalt nakkuslik . Viiruse replikatsioon toimub nahas. Nakkus annab eluaegse immuunsuse selle viiruse suhtes.
Papilloomiviirused: Need viirused paljunevad epiteelkoe rakkude tuumades. Viiruste genoomis on kolm geeni, mis kodeerivad valke, mis kutsuvad esile rakkude vohamise. Neid nim. onkovalkudeks ja neid kodeerivad geene onkogeenideks. Onkovalgud kutsuvad esile reeglina healoomulise kasvaja tekke. Mõne aja pärast need kaovad organismi immuunsüsteemi toimel. Kõrge riskiga viiruste korral võivad healoomulise kasvajad muutuda pahaloomulisteks.
Hingamisteede põletikke põhjustavad viirused:  Hingamisteedes põhjustavad põletikke nii RNA- kui ka DNA-viirused. Sellised nakkused on väga sagedased.
Rinoviirused: on väikesed RNA-genoomiga viirused. Nad on kõrge nakatamisvõimega ja levivad piisknakkusena. Sümptomid sarnanevad paragripiviiruste põhjutatud sümptomitega. DNA- viirustest tekitavad hingamisteede põletikke adenoviirused.
Enteroviirused: paljunevad soolestiku rakkudes ning põhjustavad soolepõletikke ja kõhulahtisust. Need on väga stabiilsed viirused vees ja väliskeskkonnas, ka happelistes tingimustes. Reeglina möödub nakkus kergelt.
Retroviirused : Inimesel esineb peamiselt kahe retroviiruse nakkust :

• Leukeemia
  
• HIV1
  

Leukeemia nakkus toimib kolmel moel: 1) rinnapiimaga emalt lapsele
2) sugulisel mehelt naisele
3) vere kaudu
Erinevalt leukeemiale HIV1 kutsub esile nakatunud rakkude surma. See levib nii hetero - kui ka homoseksuaalse kontakti, vere ja sünnituse ning rinnapiima kaudu. Nakatumine viib immuun- süsteemi nõrgenemiseni.
Gripiviirus: Gripp on äge hingamisteede haigus, mida põhjustab nakatumine gripiviirusega. Nakkus tabab nii ülemisi kui ka alumisi hingamisteid, kus viirus hakkb paljunema.
 
1.6 Viiruste kasutamine geenitehnoloogias
 
Nüüdseks on tekkinud uus tehnoloogia valdkond – geeni- tehnoloogia, mis seab eesmärgiks geneetilise info kasutamise kõige erinevamatel rakenduslikel eesmärkidel. Geenitehnoloogia saavutusi hakatakse rakendama:

• põllumajanduses
  
• toiduainete tootmises
  
• inimeste mitmete omaduste muutmises
  
• loomade mitmete omaduste muutmises
  
• haiguste diagnoosimises ja ravis
  

Viiruste kasutamine geenitehnoloogias põhineb nende võimel efektiivselt siseneda rakku ja kanda sinna üle enda genoom. Asendades viiruse genoomis mõne viiruse geeni rakulise geeniga, saab muuta raku omadusi inimesele sobivas suunas. Selliseid viirustel põhinevaid geenide ülekandesüsteeme nim. viirusvektoriteks. Selliseid viiruseid kasutatakse muuhulgas  haiguste geeniteraapias. Paljud haigused on põhjustatud elu jooksul omandatud geenidefektidest, mis on tekkinud mutatsioonide tulemusena. Kui haiguse põhjustab geenidefekt , siis selle defekti parandamine kõrvaldab ka haiguse tekkepõhjuse.
Teine suur valdkond geeniteraapia kõrval, kus kasutatakse geenitehnoloogiat, ontransgeensete organismide loomine. Praeguseks on konstrueeritud suur hulk uute omadustega baktereid, taimi ja loomi, kes toodavad bioloogiliselt aktiivseid aineid. Geenitehnoloogiat kasutatakse ka uute omadustega taimede loomiseks. Omaette suureks tegevusalaks on geenitehnoloogia rakendamine keskkonna puhastamiseks .
Kokkuvõte
 
 Viirused on väikesed rakusisesed parasiidid, mis paljunevad vaid elusrakkudes. Nad pole võimelised ainevahetuseks ega valkude sünteesiks. Nad on rakkudes parasiitideks. Viirus- osakesed koosnevad valkudest, lipiididest ja nukleiinhapetest. Viiruse genoomi katab viirusosakeses valkudest koosnev kapsiid. Mõnedel viirustel on kapsiid ümbritsetud lipiididest ümbrisega. Viiruse genoomiks on DNA või RNA. Viiruse genoomis on kolme tüüpi geene: regulaatorgeenid, replikatsioonigeenid ja struktuur- geenid. Viiruse replikatsioonil toodetakse rakkudes suures koguses viiruse genoomi ja viirusvalke, mis seejärel moodustavad viirusosakesed. Viirusi, mille paljunemisega rakkudes kaasneb peremeesrakkude surm, nim. lüütilisteks viirusteks. Lüsogeensed viirused võivad lülitada oma genoomi raku kromosoomi ja säilida seal peidetud kujul pikka aega. Krooniline viirusnakkus kahjustab rakke vähe ning see võimaldab viiruse ja raku kooseksisteerimist. Loomade ja inimeste organismis tekib viiruse vastu immuunvastus, mis peatab viiruse paljunemise. See on aluseks viirusvastastele vaktsiinidele.
 
Mõisted
 
Viirus - väikseim elus osake, rakusisene parasiit, mis paljuneb vaid elusrakkudes.
Viroloogia - teadusharu, mis uurib viiruste paljunemist rakkudes ja viirusosakeste omadusi väljaspool rakku
Viirusosake - viirus, mis asub väljstpool rakku ega pole suuteline paljunema.
Viiruse genoom - viiruse kõige tähtsam komponent ja kõigi omaduste määraja.
Viiruse geenid – viiruse genoomis peab olema kolme tüüpi geene, et genoom saaks paljuneda: replikatsiooni-,
regulaator - ja struktuurgeenid.
Viirusvalgud – igal viirus geenil on vastavad viirusvalgud.
DNA-viirused – herpesviirused (tuulerõuged, ohatis ), adenoviirused, papilloomviirused jne.
RNA-viirused – gripiviirus, paragripiviirus, enteroviirus, leetriviirus, mumpsiviirus, marutõveviirus jne.
Viiruse kapsiid – ümbritseb viiruse genoomi. Koosneb struktuurvalkudest, tihe, tugev, jäik, kompaktne ja kindla ülesehitusega.
Viiruse ümbris – on mõnede viiruste kapsiidi ümber. Pärineb reeglina peremeesraku rakumembraanist.
Lüütiline viirusnakkus – viirus, mille paljunemisega rakkudes kaasneb peremeesrakkude surm.
Lüsogeenne viirusnakkus – viirus, mis võib lülitada oma genoomi raku kromosoomi ja säilida seal peidetud kujul pikka aega.
Krooniline viirusnakkus – nakkus, mis kahjustab rakke vähe, see võimaldab viiruse ja rakukooseksisteerimise.
Immuunvastus – kaitse võõrorganismide valkude vastu, peatab viiruse paljunemise.
Vaktsiinid – organismi viiakse nõrgestatud haigusttekitavate omadustega viirus, mis kutsub esile organismis immuunvastuse.
Äge viirusnakkus – organismis toimub viiruse kiire paljunemine, nakatunud rakud surevad.
Peidetud viirusnakkus – pärast kiiret paljunemist on viirus võimeline sisenema organismis teatud rakkudesse ja säilima neis pikka aega.
Viirusvektor – viirustel põhinev ülekandesüsteem.