Основно съдържание

Курс: Биологична библиотека > Раздел 24

Урок 1: Вируси

Животински и човешки вируси

Вируси по хората и други животни. Класификацията на Балтимор. Жизнен цикъл на ХИВ.

Ключови точки:

Има много различни вируси, които инфектират хората и други животни. Някои от инфекциите водят до сериозни заболявания, други - не.
Вирусите могат да се организират според класификацията на Балтимор. Вируси, които могат да инфектират човека, има във всички седем категории на тази система за класификация.
Вирусът на човешката имунна недостатъчност (ХИВ), който причинява синдром на придобитата имунна недостатъчност (СПИН), е ретровирус.

Въведение

Някога имал/а ли си грип или шарка? Ако отговорът е "да", това означава, че си имал/а близка среща с вирус! Независимо дали мечтаеш да откриеш лек за СПИН, или просто се надяваш да не се заразиш с тазгодишния грип, вероятно си наясно колко неприятности може да причини една вирусна инфекция (и че те могат да бъдат намалени благодарение на ваксини и лечения).

Има много видове човешки вируси, които имат широк спектър от ефекти. Някои ни разболяват за ден или два, докато други могат да причинят заболяване, което трае цял живот. Някои причиняват леки неудобства, докато други, като вирусът ебола, могат да доведат до животозастрашаващи усложнения.

Тъй като имат голямо въздействие върху здравето и качеството ни на живот, много човешки и сходни животински вируси са изучени в големи подробности. Да се запознаем с някои от тях.

Как изглеждат животинските вируси?

Също като другите вируси, животинските вируси приличат на малки пакети от белтък и нуклеинова киселина. Те имат белтъчна обвивка или капсид, а генетичният им материал, които може да е изграден от ДНК или РНК, е прибран в капсида. Вирусите могат да имат и допълнителна обвивка - суперкапсид, която представлява мембрана, изградена от липиди.

Капсидите на животинските вируси имат разнообразни форми. Една от най-странните форми, поне според мен, е тази на вируса ебола. Той е дълъг и подобен на нишка, която се завърта около себе си. Вирус с по-стандартен външен вид е чикунгуня, който е показан на фигурата по-долу. Чикунгуня изглежда като сфера, но всъщност е икосахедрон с

20

страни.

Геномът на животинските вируси се състои от РНК или ДНК, която може да е едноверижна или двойноверижна.

Как животинските вируси заразяват клетки?

Животинските вируси, също като останалите вируси, зависят от клетка гостоприемник, за да изпълнят жизнения си цикъл. За да се възпроизведе, вирусът трябва да зарази клетка гостоприемник и да я програмира да произвежда нови вирусни частици.

Първата ключова стъпка от инфектирането е разпознаване. Животинските вируси имат специални молекули на повърхността си, които им позволяват да се свържат с рецептори от мембраната на клетката гостоприемник. Щом се прикрепят за клетката гостоприемник, животинските вируси могат да навлязат в нея по различни начини: чрез ендоцитоза, при която мембраната на клетката се вдава навътре; чрез създаване на канали в мембраната на гостоприемника, през които се инжектира ДНК или РНК, или при вирусите със суперкапсид - чрез сливане с мембраната на гостоприемника и освобождаване на капсида във вътрешността на клетката.

След като вирусът е използвал ресурсите на клетката за създаване на нови вирусни протеини и генетичен материал, вирусните частици се сглобяват и се подготвят да напуснат клетката. Напускайки клетката, животинските вируси със суперкапсид могат да вземат със себе си част от плазмената мембрана или вътрешните мембрани на клетката. За разлика от тях вирусите без суперкапсид, като риновирусите, обикновено се натрупват в инфектираната клетка в такива количества, че тя се пръска и/или умира и по този начин вирусните частици се освобождават от клетката.

Последствия от инфекцията

Вирусите са свързани с много човешки заболявания. Диаграмата по-долу показва някои от най-честите примери за вирусни инфекции, които засягат различни системи от човешкото тяло.

Илюстрацията дава общ преглед на вирусните заболявания при хората. Вируси, които предизвикват енцефалит и менингит или възпаление на мозъка и на околните тъкани, включват вирус на морбили, арбовирус, вирус на беса, вирус JC, вирус LCM. Настинката се предизвиква от риновируси, парагрипни вируси и човешкият респираторен синцитиален вирус. Инфекции на очите могат да бъдат причинени от херпесен вирус, аденовирус и цитомегаловирус. Фарингит, или възпаление на фаринкса, се предизвиква от аденовирус, вирус на Епщайн-Бар и цитомегаловирус. Паротит, или възпаление на слюнчените жлези, се предизвиква от вируса на заушка (Virus parotitidis). Стоматит, или възпаление на устната лигавица, се причинява от вируса херпес симплекс (HSV) тип 1. Пневмония се предизвиква от грипен вирус тип А и Б (Influenzavirus A и B), парагрипни вируси, човешкия респираторен синцитиален вирус, аденовируси и SARS коронавирус. Сърдечносъдови проблеми могат да се причинят от коксаки B вируса. Хепатит се предизвиква от хепатитни вируси тип A, B, C, D и E. Миелитът се причинява от полиовируса и от HTLV-1. Кожни инфекции могат да бъдат предизвикани от варицела зостер вирус, човешки херпесен вирус 6, вируса на едрата шарка, вируса на заразния молуск - MCV вирус, човешки папиломен вирус, парвовирус В19, рубеола вируса, вируса на морбили, вируса коксаки А. Гастроентерит, което е заболяване на храносмилателната система, се причинява от аденовируси, ротавируси, норовируси, астровируси и коронавируси. Болести, предавани по полов път, се причиняват от вируса херпес симплекс тип 2, човешки папиломен вирус и ХИВ. Панкреатит B може да се причини от вируса коксаки B.

Фигура от: "Превенция и лечение на вирусни инфекции: фигура 1," от колеж Оупънстакс, Биология, CC BY 4.0. Модификация на оригиналната фигура от Микаел Хегщорм.

Някои вирусни инфекции следват класическата картина на остро заболяване: симптомите се обострят за кратък период от време, но в повечето случаи вирусът се изчиства от тялото благодарение на имунната система и пациентът се възстановява. Примери са настинката и грипът.

Други вируси като вируса на хепатит С причиняват дългосрочни хронични инфекции. А други вируси като човешките херпесни вируси 6 и 7, които често предизвикват детската болест розеола, могат да създават нови вирусни частици без да причиняват симптоми. В тези случаи пациентите имат асимптоматична инфекция.

Класификация на животинските вируси

Животинските вируси са много различни видове и те навлизат в клетката, програмират я и излизат от нея по различни начини. Как можем да организираме тази бъркотия от различни видове вируси?

Класификацията на Балтимор групира вирусите в зависимост от вида на генетичния им материал и как го използват, за да създадат информационна РНК (иРНК), ключов посредник в производството на вирусни белтъци и сглобяването на нови вируси. В коя група на Балтимор ще е даден вирус зависи от:

Молекулата, която кодира генетичния му материал (ДНК или РНК)
Дали генетичният материал е едно- или двойноверижен
Методът, които вирусът използва за създаване на иРНК.

Класификацията на Балтимор разделя вирусите в седем групи. Можеш да видиш основните характеристики на всяка група, включително генетичния материал и начина на производство на иРНК в таблицата по-долу:

Добър въпрос! Знаците + и - означават дали РНК на генома е смислова (+) или антисмислова (-) (синоними на смислова и антисмислова са термините кодираща/некодираща, както и матрична/нематрична).

Ако вирусният геном е изграден от едноверижна РНК, тя може да е смислова (+) или антисмислова (-):

РНК в геном, изграден от смислова (+) РНК, функционира като иРНК: РНК има последователност, която директно може да се транслира до протеини.
Геном, изграден от антисмислова (-) РНК, не може да бъде транслиран директно. Той е комплементраната (обратната) версия на последователността, която кодира вирусните белтъци.

Антисмисловата (-) РНК трябва да се превърне в смислова (+) РНК, за да може да се транслира до белтъци.

Човешки вируси се откриват във всяка от седемте групи на Балтимор, докато вируси, които инфектират растения и бактерии, присъстват само в някои групи.

^{1}

Ако искаме да разработим лекарство срещу даден вирус, е важно да знаем подробности за неговия жизнен цикъл, към коя група на Балтимор принадлежи и други аспекти от биологията му, за да можем да блокираме жизнения му цикъл ефективно.

Класификация на Балтимор

Група	Характеристики	Начин на синтез на иРНК	Пример
I	Двойноверижна ДНК	иРНК се транскрибира директно от ДНК	Херпес симплекс (херпесен вирус)
II	Едноверижна ДНК	ДНК преминава в двойноверижна форма преди да се транскрибира до РНК	Кучешки парвовирус (парвовирус)
III	Двойноверижна РНК	иРНК се транскрибира от РНК генома	Вирус на детския гастроентерит (ротавирус)
IV	Едноверижна РНК (+)	Геномът изпълнява функцията на иРНК	Настинка (пикорнавирус)
V	Едноверижна РНК (-)	иРНК се транскрибира от РНК генома	Бяс (рабдовирус)
VI	Вируси с едноверижна РНК и обратна транскриптаза	Обратната транскриптаза създава ДНК от РНК генома; ДНК прониква в генома на гостоприемника; иРНК се транскрибира от проникналата ДНК	Човешки имуннодефицитен вирус (ХИВ)
VII	Вируси с двойноверижна ДНК и обратна транскриптаза	Вирусният геном е двойноверижна ДНК, но вирусната ДНК се реплицира чрез РНК посредник, РНК може да служи директно като иРНК или като шаблон за синтез на иРНК	Вирус на хепатит B (хепаднавирус)

_Tаблицата е модифицирана от "Еволюция на вирусите, морфология и класификация"от колеж Оупънстакс, Биология, CC BY 4.0._

Ретровирусът ХИВ-1

Ретровирусите от група VI на Балтимор имат уникален и забележителен жизнен цикъл. Те са особено важни, защото човешкият имуннодефицитен вирус (ХИВ), вирусът, които предизвиква синдром на придобитата имунна недостатъчност или СПИН, е ретровирус.

Геномът на ретровируса е едноверижна РНК. Всяка вирусна частица има по две копия от нея. РНК се превърща в двойноверижна ДНК благодарение на ензим, наречен обратна транскриптаза. Той обръща нормалната посока на потока на информация в клетката, която е от ДНК до РНК до белтък.

Двойноверижната ДНК навлиза в ядрото на клетката гостоприемник и се вмъква в нейния геном чрез ензим на име интеграза. иРНК може да се синтезира чрез транскрипция на вирусната ДНК, която като постоянна част от генома на клетката гостоприемник се нарича провирус. иРНК се прочита, за да се произведат вирусни белтъци и може да служи като геном на нови вирусни частици, които се сглобяват и излизат от клетката.

Фигурата по-долу показва ключови етапи от жизнения цикъл на ХИВ-1, отговорен за повечето от случаите на зараза с ХИВ.

^{2}

Лекарствата против ХИВ инхибират реплицирането на вируса на много различни етапи от жизнения цикъл на вируса. Някои от тези лекарства са:

Инхибитори на сливането - тези лекарства инхибират сливането на суперкапсида на ХИВ с плазмената мембрана на клетката гостоприемник.
Инхибитори на обратната транскриптаза, които нарушават превръщането на РНК генома на вируса в двойноверижна ДНК.
Инхибитори на интегразата, които инхибират интегрирането на вирусната ДНК в генома на гостоприемника.
Инхибитори на протеазата, които блокират обработката на вирусните белтъци.

"Коктейли", съдържащи няколко лекарства, обикновено са най-ефективни в забавянето на прогресията на инфекцията и поддържането на вирусните нива ниски. Можеш да разбереш защо това е така в статията за еволюцията на вирусите.

За още информация за симптомите, лечението и превенцията на ХИВ и СПИН, разгледай секцията за Здраве и медицина - ХИВ и СПИН.

Разгледай темата извън Кан Академия

Искаш да научиш повече за житейския цикъл на ХИВ? Виж тази интерактивна анимация от LabXchange.

LabXchange е безплатна, научно-образователна онлайн платформа, създадена от факултета по изкуства и науки на университета Харвард с подкрепата на фондация Amgen.

Тази статия е производна модификация на следните статии:

"Вирусни инфекции и гостоприменици" от колеж Оупънстакс, Биология, CC BY 4.0. Изтегли оригиналната статия безплатно от http://cnx.org/contents/185cbf87-c72e-48f5-b51e-f14f21b5eabd@10.61
"Еволюция на вирусите, морфология и класификация" от колеж Оупънстакс, Биология, CC BY 4.0. Изтегли оригиналната статия безплатно от http://cnx.org/contents/185cbf87-c72e-48f5-b51e-f14f21b5eabd@10.61.
"Превенция и лечение на вирусни инфекции" от колеж Оупънстакс, Биология, CC BY 4.0. Изтегли оригиналната статия безплатно от http://cnx.org/contents/185cbf87-c72e-48f5-b51e-f14f21b5eabd@10.61.

Изменената статия е лицензирана под разрешително CC BY-NC-SA 4.0.

Цитирани трудове:

Информация от базата данни на ViralZone (10-ти май 2016 г.):

Швейцарски институт по биоинформатика. (2016 г.). Класификацията на Балтимор разделя вирусите на групи в зависимост от техния геном. Във ViralZone. Достъп от http://viralzone.expasy.org/all_by_species/3947.html.

NAM. (2016). ХИВ-1 and ХИВ-2. В Предаване и тестване на ХИВ. Достъп от http://www.aidsmap.com/HIV-1-and-HIV-2/page/1322970/.

Допълнителни източници:

AIDSInfo. (22-ри септември 2015 г.). Жизненият цикъл на ХИВ. В Преглед на ХИВ. Достъп от https://aidsinfo.nih.gov/education-materials/fact-sheets/19/73/the-hiv-life-cycle.

Класификация на Балтимор. (9-ти май 2016 г.). Достъп на 10-ти май 2016 г. от Уикипедия: https://en.wikipedia.org/wiki/Baltimore_classification.

ХИВ. (15-ти април 2016 г.). Достъп на 10-ти май 2016 г. от Уикипедия: https://en.wikipedia.org/wiki/HIV.

Урок за ХИВ. (няма дата). В Патология на СПИН. Достъп от http://library.med.utah.edu/WebPath/TUTORIAL/AIDS/HIV.html.

Метенлайтер, Т. С. (2002). Херпесен вирус - сглобяване и излизане от клетката. J. Virol., 76(4): 1537–1547. http://dx.doi.org/10.1128/JVI.76.4.1537-1547.2002.

NAM. (2016). ХИВ-1 and ХИВ-2. В Предаване и тестване на ХИВ. Достъп от http://www.aidsmap.com/HIV-1-and-HIV-2/page/1322970/.

Национална медицинска библиотека. (25-ти март 2016 г.). Жизненият цикъл на ХИВ. В AIDS.gov. Достъп от https://www.aids.gov/hiv-aids-basics/just-diagnosed-with-hiv-aids/hiv-in-your-body/hiv-lifecycle/.

Оупънстакс. (29-ти декември 2015 г.). Вируси. В OpenStax CNX. Достъп от https://cnx.org/contents/5ewKI2TO@3/Viruses.

Колеж Оупънстакс, Биология. (23-ти март 2016 г.). Превенция и лечение на вируси. В OpenStax CNX. Достъп от http://cnx.org/contents/GFy_h8cu@10.8:4KffAR5W@3/Prevention-and-Treatment-of-Vi.

Колеж Оупънстакс, Биология. (23-ти март 2016 г.). Еволюция на вирусите, морфология и класификация. В OpenStax CNX. Достъп от http://cnx.org/contents/GFy_h8cu@10.8:eKpzNT3R@4/Viral-Evolution-Morphology-and.

Рейвън, П. Х. и Джонсън, Г. Б. (2002). ХИВ е сложен животински вирус. В Биология (6-то издание., стр. 62-65). Бостън, Масачузетс: McGraw-Hill.

Рийс, Дж. Б., Юри, Л. А., Кейн, М. Л., Васерман, С. А., Минорски, П. В., и Джаксън, Р. Б. (2011). Животински вируси. В Биология на Кембъл (10-то издание, стр. 398-400). Сан Франциско, Калифорния: Пиърсън.

Структура и геном на ХИВ. (5-ти февруари 2016 г.) Достъп на 10-ти май 2016 г. от Уикипедия: https://en.wikipedia.org/wiki/Structure_and_genome_of_HIV.

Съндкуист, У. И. и Кройслих, Х. (2012). Сглобяване, излизане от клетката и узряване на ХИВ-1. Cold Spring Harb. Perspect. Med., 2(7): a006924. http://dx.doi.org/10.1101/cshperspect.a006924.

Швейцарски институт по биоинформатика. (няма дата). Репликация на вируси с двойноверижна РНК. Във ViralZone. Достъп от http://viralzone.expasy.org/all_by_species/1936.html.

Швейцарски институт по биоинформатика. (2016г.). Латентност на вирусите. Във ViralZone. Достъп от http://viralzone.expasy.org/all_by_species/1936.html.

Искаш ли да се присъединиш към разговора?

Вписване в профила

Сортирай по:

Все още няма публикации.

Разбираш ли английски? Натисни тук, за да видиш още дискусии в английския сайт на Кан Академия.