Viirused (5)

Viiruste ehitus
Viiruse kõige tähtsamaks komponendiks ja kõigi omaduste määrajaks on tema genoom , milleks on desoksüribonukleiinhappe (DNA) või ribonukleiinhappe (RNA) molekulid ( joonis 1). Osadel viirustel on viirusosakese koosseisus genoom üheahelaline, teistel viirustel kaheahelaline DNA ja RNA. Nukleiinhapped on suutelised säilitama viiruse pärilikku informatsiooni ning andma seda edasi järeltulevatele viiruste põlvkondadele. Viirus genoom võib koosneda ühest või mitmest nukleiinhappe molekulist. Näiteks lastehalvatus tekitav polioviirus koosneb ühest üheahelalise RNA molekulist, gripiviiruse genoom aga kaheksast erinevast RNA molekulist, millest igaüks kodeerib teatud kindlat viiruse elutegevuseks vajalikku valku. Väiksemad viiruse genoomid koosnevad umbes kolmest tuhandest nukleotiidist (näit. Mõned bakteriviirused), suured aga kuni 300 000 nukleotiidist (rõugeviirus). Seega on väiksematel viirustel kuni kolm geeni ja suurimatel enam kui paarsada geeni. (Geeni keskmiseks suuruseks või arvestada 1000 nukleotiidi). Viirused kasutavad oma genoomi rakusiseseks paljunemiseks paljusid erinevaid mooduseid, kuid kindlasti peab nende genoomis olema kolme tüüpi geene
A- replikatsioonigeenid , mis kindlustavad viiruse genoomi paljundamise (replikatsiooni)
B- regulaatorgeenid, mis mõjutavad nakatunud raku aktiivsust selliselt , et soodustavad viiruse paljunemist.
C- struktuurgeenid , mis kindlustavad viirusosakeste moodustamise.
Nendelt geenidelt transkribeeritakse rakus mRNA-d, mida kasutatakse ribosoomide poolt viirusvalkude sünteesiks. Vastavalt oma funktsioonile jagunevad viirusvalgud a-replikatsioonivalkudeks, b-regulaatorvalkudeks
ja c-struktuurvalkudeks. Viirusosakese struktuurvalgud ümbritsevad viiruse genoomi tihenda ja tugeva kaitsva kapslina. Seda kapslit nimetatakse kaspsiidiks. Viirusosakese kapsiid on jäik, kompaktne ja kindla ülesehitusega struktuur, mis on sarnane Lego klotsodest kokku pandud esemetega. Viiruse kapsiid koosneb kindlast arvust valkudest, mis on omavahel seotud füüsikalise ka keemilise sidemega.
-3-
Viiruste paljunemine
Väljaspool rakku on viirusoaskesed ümbritsetud jäiga kapsiidiga ning neil puudub paljunemiseks vajalik ainevahetus väliskeskkonnaga. Setõttu ei saa viirused (erinevalt rakkudest) kasvada suuremaks ja paljuneda jagunemise teel. Viiruste paljunemine toimub elusates rekkudes ning sellesks peab viirusosake kõigepealt sisenema rakku. Seda protsessi nimetatakse raku makatamiseks. Raku nakatumisel eristatakse mitut etappi . Esnalt peab viirusosake seonduma raku pinnale, seejärel sisenema rakku ja vabastama oma genoomi kapsiidist. Alles seejärel osutub võimalikiks viiruste genoomi paljunemine.
Viirusosakese seondumine raku pinnale toimub kapsiidi või ümbrise koostise kuuluvate ankurmolekulide (antiretseptorite) abil. Seega määrab viiruse nakatamisvõimelisuse ära see, kas raku pinnal on või ei ole selle viiruse poole ära tuntavaid retseptoreid.
Viiruse sesenemine rakku toimub ümbrisega ja ümbriseta viirusel erinevalt. Ümbrisega viirused sulatavad oma ümbrise kokku raku membraaniga ning selle käigus sisestatakse viiruse kapsiid raku sisemusse. Ümbriseta viirustel võib viirusosake siseneda rakku kas otse läbi rakumembraani või siis toimub see endotsütoosi teel.
Viiruste genoomi replikatsioonil eristatakse kahte etappi: paljunemise varane (e. Ettevalmistav ) ja hiline (e.vegetatiivne) staadium. Viiruste genoomi replikatsiooni varases staadiumis sünteesitakse ennekõike nende viirusvalkude mRNS-sid, mis on vajalikud raku ainevahetuse muutmiseks ja viiruse paljundamiseks.
Viiruse genoomi replikatsiooni hilises staadiumis toimub viiruse genoomi kiire replikatsioon , struktuurvalkude süntees, viirusosakese moodustamine ja vabanemine peremeesrakust ümbritsevasse keskkonda.
DNA-genoomiga viiruste paljunemine (joonis 2.)
Raku nakatumine- viirusosake seondub ümbrise koostisse kuuluvate antiretseptorite abil rakumembraanile (1), vabaneb ümbrisest ning kapsiid siseneb rakku (2). Viiruse genoomi ümbritsev kapsiid lagundatakse ja vabanenud DNA liigub tsütoplasmast rakutuuma (3).
Paljunemise varaeane staadium- Raku ainevahetuse muutmiseks ja viiruse DNA replikatsiooniks vajalike valkude süntees(4).
-4-
Paljunemise hiline staadium- Raku ainevahetuse muutmiseks ja viiruse DNA replikatsioon (5) ja struktuurvalkude süntees (6). Ribsoomides toodetud struktuurvalkudest moodustub
viiruse kapsiid (7,8); rakust väljudes saab viirusosake rakumembraanist tükikese kaasa, millest moodustub ümbris. Kui viirusosake on rakust väljunud, asub organismi immuunsüsteem viirusosakeste vastu antikehade abil võitlema (9). Antikehad seonduvad viirusosakestega ja suunduvad nad lagundamisele.
Kas viirused on elus ?
Sellele küsimusele vastamisel tuleb tuua analoogiaid teistest teadustest. Füüsikas käsitletakse valgust kui elektromagnetilist lainetust, samas aga kui valgusosakeste voogu. Seega tuleks ka bioloogias käsitada viirusi kui erakordselt lihtsaid mikroobe ja ühtlasi kui äärmiselt keerukaid isereguleerivaid keemilisi ühendeid. Kui elu defineerida geneetilise informatsiooni paljunemisena, siis on viirused kahtlemata elus , kui nad on peremeesorganismi rakus. Väljaspool rakku aga eksisteerivad viirused ainevahetuslikult inertsete viirusosakestena ega ole võimelised paljunema. Viirusosakesed on oma omaduselt kindla struktuuriga kõrgmolekulaarsete ühendite kompleksid, millel on iseloomulik kuju ja suurus ning kindlad füüsikalis-keemilised omadused sarnaset teiste keemiliste ühenditega.
Viiruste avastamine
19.sajandi teisel poolel võeti kasutusele valgusmikroskoop ja spetsiifilised mikroorganismide ( bakterid , protistid , seened) identifitseerimiseks. Sel moel suudeti näidata, et teatud kindlate omadustega bakterid on nakkushaiguste tekitajad . Järgnevalt võeti kasutusele bakterioloogilised söötmed, milles kasvatati ja iseleeriti terve rida haigusi tekitavaid iseloomulike geneetiliste omadustega baktereid. Kolm teadlast, Adolf Mayer (1843-1942), Dmitri Ivanovski (1864-1920) ja Martinus Beijerinck ( 1851 - 1931 ) uurisid tubaka mosaiikhaigust ja leidsid , et selle taimehaiguse tekitajad on oluliselt erinev kõigist senituntud bakteritest.
-5-
Esiteks oli tubaka mosaiikhaiguse tekitaja oluliselt väiksem kui bakter , sest te ei olnud nähtav valgusmikroskoobis, ja bakterifiltrid , mis tavaliselt pidasid lahusest kinni bakterid, ei vähendanud selle taimehaiguse tekitaja makkusvõimet. Teiseks tähendati, et tubaka mosaiikhaiguse tekitaja ei paljune bakterisöötmetes, vaid ainult elusates rakkudes või eluskudedes. Sellist nakkushaiguse tekitajat hakati algul nimetama contagium vivum fluidumiks- nakkavaks elusaks vedelikuks. Hiljem võeti kasutusele termim virus (eesti keeles viirus).
Viiruste osa looduses
Kuidas ja millal viirused looduses tekkisid, ei ole selge. Viiruste evolutsiooni uurimine on olnud raskendatud, sest viirusosakesed on väga väikesed ja neist ei ole jäänud mingeid fossiilseid jälgi. Viiruste tekkimiste kohta on kolm hüpoteesi:
Esimene hüpoteesi kohaselt on viirused tekkinud mõnede rakusiseste parasiitide taandarengu tulemusena. Rakusisene parasitism tekib siis, kui rakku integeeritud mikroorganism muutub sõltuvaks peremeesraku ainevahetusest. Sellise taandarengu näiteks on bakterid klamüüdia ja riketsia, mis on muutunud loomsete rakkude sisesteks parasiitideks. Selle hüpoteesi kohaselt oleksid nad vahepealseteks arenguproduktideks viiruste ja bakterite vahel.
Teise hüpoteesi kohaselt said viirused alguse peremees raku RNA-st või DNA-st. Selle järgi omandasid plasmiiditaolised rakusisesed replitseeruvad DNA ja RNA molekulid kapsiidivalkude geenid ja said sellega võime liikuda rakust rakku.
Kolmandahüpoteesi kohaselt viirused arenenud prebiootilistest isepaljunevatest RNA molekulidest. Valke kodeeriv mRNA, mis omandas võime repitseeruda, võiski olla viirusele paljunemisvõimeliseks eellaseks . Kui selline molekul „laenas” ka kapsiidivalkude geenid , siis saigi tekkida primitiivne viirus. Kaks esimest hüpoteesi oletavad, et viirused tekkisid pärast seda, kui nende peremeesorganismid olid välja arenenud. Kolmas hüpotees seevastu oletab, et viirused on olnud üheks prebiootiliseks vormiks, mille evolutsioon toimus paralleelselt peremeesorganismidega.
-6-
Bakterviirused
Ühes milliliitris merevees leidub teadaolevalt umbes miljon erinevatesse liikidesse kuuluvat bakterirakku. Samas hulgas merevees erinevate viirusosakeste kontsentratsioon aga 5-25 korda kõrgem kui bakterrakkudel. Seega võime väita, et viirused esinevad looduses kõige rohkemaarvuliselt. Mõnede bakteriviiruste paljunemine toimub rakkudes suhteliselt aeglaselt, mis ei kahjusta oluliselt bakterirakuelutegevust. Viirus vabaneb nakatunud rakkudest ilma rakku surmamata paljude põlvkondade jooksul. Sellist viirusnakkust nimetatakse krooniliseks nakkuseks.
Putukate viirused
Putukad moodustavad üle 80 protsendi kõigist looduses leiduvatest liikidest. Nagu kõigil teistelgi organismidel, on ka putukatel leitud viirusi. Osa neist on omased vaid putukatele, osa võib paljuneda ka teistes organismides. Viirusi on leitud nii kahjuriputukatel (näiteks mitmesugused taimekahjurid) kui ka inimesele kasu toovatel putukatel ( mesilased , siidiussid). Kahjuriputukate tõrjeks kasutatakse muuhulgas putukaviirusi, mis on
putukate arvukuse kontrollimisel loodussõbralikumad kui keemilised pesitsiidid. Praeguseks on teda üle 640 putukaviiruse liigi, mis tekitavad üle 20 erineva putukate viirushaiguse. Kõige rohkem on kasutust leidnud bakuloviirus, mis nakatab efektiivselt mitmesuguseid kahjuriputukaid.
Viirused ja inimene
Paljud inimeste haigused on tingitud viirus nakkusest. Erinevalt bakteritest, taimedest ja putukatest on loomade organismis alates kaladest evolutsiooni käigus tekkinud efektiivne kaitse võõrorganismide valkude vastu. Selles kaitsesüsteemis, mida nimetatakse immuunsüsteemiks, etendavad olulist osa kaks komponenti. Nendeks on –lüfotsüütide poole toodetavad atikehad ja tsütotoksilised ehk rakke lagundavad T-lümfotsüüdid.
Antikehad on valgulised kaitsemolekulid, mis seonduvad võõrvalkudega ja suunavad need lagundamisele.
-7-
Juhul kui võõrvalkudeks on viiruse ümbrise või kapsiidi koosseisu kuuluvad viirusvalgud, siis soodustavad antikehad viirusosakeste lagundamist organismis, vähendades sellega nakkuse levikut. Paljudel juhtudel immuunvastus pikaajaline ja annab organismile konkreetse viiruse suhtes eluaegse immunsuse. See on aluseks vaktsiinide kaitsva toime mehhanismile. Vaktsineerimisel viiaks organismi( süstides või suu kaudu manustades) nõrgestatud haigusttekitavate omadustega viirus, mis kutsub organismis esile immuunvastuse. Vastsündinud laps saab immuunkaitse emal rinnapiimaga, mis aga sisaldab antikehi. Need hoiavad ära lapse nakatumise terve rea viirustega.
-8-