Virüs

Virüslerde çok sayıda genomik yapı bulunmaktadır. Bir grup olarak, bitkiler, hayvanlar, arkeler veya bakterilerden daha fazla yapısal genomik çeşitliliğe sahiptirler. Milyonlarca farklı virüs türü vardır, ancak bunlardan sadece yaklaşık 5.000 tanesi ayrıntılı olarak tanımlanmıştır. ⁴⁹

Bir virüs ya RNA ya da DNA genlerine sahiptir ve sırasıyla RNA virüsü ya da DNA virüsü olarak adlandırılır. Virüslerin büyük çoğunluğu RNA genomuna sahiptir. Bitki virüsleri tek sarmallı RNA genomlarına sahip olma eğilimindedir ve bakteriyofajlar çift sarmallı DNA genomlarına sahip olma eğilimindedir. ^96/99

Viral popülasyonlar hücre bölünmesi yoluyla büyümezler, çünkü hücreleri yoktur. Bunun yerine, kendilerinin birçok kopyasını üretmek için bir konak hücrenin makine ve metabolizmasını kullanırlar ve hücre içinde bir araya gelirler (bir araya getirilirler).

Virüslerin yaşam döngüsü türler arasında büyük farklılıklar gösterir ancak virüslerin yaşam döngüsünde altı temel aşama vardır: ^75/91

• Bağlanma, viral kapsid proteinleri ile konak hücre yüzeyindeki spesifik reseptörler arasındaki spesifik bir bağlanmadır.
• Penetrasyon, bağlanmayı takip eder: Viryonlar (tek virüs partikülleri) konak hücreye reseptör aracılı endositoz veya membran füzyonu yoluyla girer. Bu genellikle viral giriş olarak adlandırılır.
  Bitki ve mantar hücrelerinin enfeksiyonu hayvan hücrelerinden farklıdır. Bitkiler selülozdan, mantarlar ise kitinden yapılmış
   sert bir hücre duvarına sahiptir. Bu da çoğu virüsün bu hücrelere ancak zorla girebileceği anlamına gelir.⁷⁰ Bir örnek vermek gerekirse: bir virüs, bitki özsuyuyla beslenen bir böcek vektörü üzerinde seyahat eder. Hücre duvarlarına verilen hasar virüsün içeri girmesine izin verecektir.
  Bitkiler gibi bakteriler de virüsün hücreyi enfekte etmek için aşması gereken güçlü hücre duvarlarına sahiptir. Bununla birlikte, bakteri hücre duvarları bitki hücre duvarlarından çok daha incedir ve bazı virüsler, viral kapsid dışarıda kalırken genomlarını hücre duvarı boyunca bakteri hücresine
  enjekte eden mekanizmalara sahiptir.⁷¹
• Kaplamanın açılması, viral kapsidin çıkarıldığı bir süreçtir: Bu, viral enzimler veya konakçı enzimler tarafından parçalanma veya basit ayrışma yoluyla olabilir; nihai sonuç viral nükleik asidin serbest bırakılmasıdır.
• Virüslerin çoğalması genomun çoğalmasını içerir. Bu genellikle "erken" genlerden viral mesajcı RNA (mRNA) üretimini gerektirir. Bunu, daha büyük genomlu karmaşık virüsler için bir veya daha fazla mRNA sentez turu takip edebilir: "geç" gen ifadesi yapısal veya virion proteinleridir.
• Virüs partiküllerinin yapı aracılı kendi kendine birleşmesini takiben, proteinlerde genellikle bazı modifikasyonlar meydana gelir. HIV gibi virüslerde bu modifikasyon (bazen olgunlaşma olarak da adlandırılır) virüs konak hücreden salındıktan sonra gerçekleşir.
• Virüsler, zarını ve hücre duvarını patlatarak hücreyi öldüren bir süreç olan lizis yoluyla konak hücreden salınabilir. Bu, birçok bakteri ve bazı hayvan virüslerinin bir özelliğidir.
  Bazı virüslerde viral genom, genetik rekombinasyon
   yoluyla konağın kromozomunda belirli bir yere yerleştirilir. Viral genom daha sonra bir "provirüs" veya bakteriyofajlar söz konusu olduğunda bir "profaj" olarak bilinir.⁶⁰
   Konakçı her bölündüğünde viral genom da çoğalır. Viral genom konakçı içinde çoğunlukla sessizdir; ancak bir noktada provirüs veya profaj aktif virüse yol açabilir ve bu da konakçı hücreleri
  parçalayabilir. ^{bölüm 15}
  Zarflı virüsler (örneğin HIV) tipik olarak virüs zarfını aldıktan sonra konakçı hücreden salınır. Zarf, konakçının plazma zarının değiştirilmiş bir parçasıdır.^185/7

Genetik materyal ve replikasyon

Virüs partikülleri içindeki genetik materyal ve materyalin çoğaltılma yöntemi, farklı virüs türleri arasında önemli ölçüde farklılık göstermektedir.

RNA virüsleri

Çoğalma genellikle sitoplazmada gerçekleşir. RNA virüsleri replikasyon şekillerine bağlı olarak dört farklı gruba ayrılabilir. Tüm RNA virüsleri genomlarının kopyalarını oluşturmak için kendi RNA replikaz enzimlerini kullanır.⁷⁹

DNA virüsleri

Çoğu DNA virüsünün genom replikasyonu hücrenin çekirdeğinde gerçekleşir. Çoğu DNA virüsü tamamen konak hücrenin DNA ve RNA sentezleme makinelerine ve RNA işleme makinelerine bağımlıdır. Daha büyük genomlara sahip virüsler bu makinelerin çoğunu kendileri kodlayabilir. Ökaryotlarda viral genomun bu mekanizmaya erişmek için hücrenin nükleer zarını geçmesi gerekirken, bakterilerde sadece hücre içine girmesi yeterlidir.⁵⁴⁷⁸

Virüslerin ters kopyalanması

RNA genomlu ters kopyalayıcı virüsler (retrovirüsler) çoğalmak için bir DNA ara maddesi kullanır. DNA genomlu olanlar (pararetrovirüsler) genom replikasyonu sırasında bir RNA ara maddesi kullanır. Ters transkriptaz enzimini inhibe eden antiviral ilaçlara karşı duyarlıdırlar. Birinci tipe örnek olarak bir retrovirüs olan HIV verilebilir. İkinci tipe örnek olarak Hepatit B virüsünü içeren Hepadnaviridae verilebilir.^88/9

Doğuştan gelen bağışıklık sistemi

Vücudun virüslere karşı ilk savunma hattı doğuştan gelen bağışıklık sistemidir. Bu sistem, konakçıyı herhangi bir enfeksiyondan koruyan hücrelere ve diğer mekanizmalara sahiptir. Doğuştan gelen sistemin hücreleri patojenleri genel bir şekilde tanır ve bunlara yanıt verir.

RNA interferansı virüslere karşı doğuştan gelen önemli bir savunmadır. Birçok virüsün çift sarmallı RNA (dsRNA) içeren bir replikasyon stratejisi vardır. Böyle bir virüs bir hücreyi enfekte ettiğinde, RNA molekülünü serbest bırakır. Dicer adı verilen bir protein kompleksi buna yapışır ve RNA'yı parçalara ayırır. Ardından RISC kompleksi adı verilen biyokimyasal bir yol başlar. Bu yol viral mRNA'ya saldırır ve hücre enfeksiyondan kurtulur.

Rotavirüsler, hücre içinde tam olarak kaplamadan çıkmayarak ve yeni üretilen mRNA'yı partikülün iç kapsidindeki gözeneklerden serbest bırakarak bundan kaçınır. Genomik dsRNA virionun çekirdeği içinde korunmaya devam eder.

İnterferon üretimi önemli bir konak savunma mekanizmasıdır. Bu, virüsler mevcut olduğunda vücut tarafından üretilen bir hormondur. Bağışıklıktaki rolü karmaşıktır; sonunda enfekte hücreyi ve yakın komşularını öldürerek virüslerin çoğalmasını durdurur.

Adaptif bağışıklık sistemi

Omurgalıların ikinci, daha spesifik bir bağışıklık sistemi vardır. Buna adaptif bağışıklık sistemi904 denir. Bir virüsle karşılaştığında, virüse bağlanan ve onu bulaşıcı olmayan hale getiren özel antikorlar üretir. İki tür antikor önemlidir.

IgM adı verilen ilki virüsleri etkisiz hale getirmede oldukça etkilidir ancak bağışıklık sistemi hücreleri tarafından yalnızca birkaç hafta boyunca üretilir. IgG olarak adlandırılan ikincisi ise süresiz olarak üretilir. Konağın kanında IgM'nin varlığı akut enfeksiyonu test etmek için kullanılırken, IgG geçmişte bir enfeksiyon olduğunu gösterir. Bağışıklık testleri yapılırken IgG antikoru ölçülür.

Virüslere karşı bir başka omurgalı savunması da hücre aracılı bağışıklıktır. T hücreleri olarak bilinen bağışıklık hücrelerini içerir. Vücut hücreleri sürekli olarak proteinlerinin kısa parçalarını hücre yüzeyinde sergiler ve bir T hücresi burada şüpheli bir viral parçayı tanırsa, konak hücre katil T hücreleri tarafından yok edilir ve virüse özgü T hücreleri çoğalır. Makrofajlar gibi hücreler bu antijen sunumunda uzmandır.

Bağışıklık sisteminden kaçmak

Tüm virüs enfeksiyonları koruyucu bir bağışıklık yanıtı oluşturmaz. Bu inatçı virüsler sekestrasyon (saklanma); antijen sunumunu engelleme; sitokin direnci; doğal öldürücü hücre aktivitesinden kaçma; apoptozdan (hücre ölümü) kaçma ve antijenik kayma (yüzey proteinlerini değiştirme) yoluyla bağışıklık kontrolünden kaçar. HIV, viryonun yüzeyindeki proteinlerin amino asit dizilimini sürekli değiştirerek bağışıklık sisteminden kaçar. Nörotropik virüsler olarak adlandırılan diğer virüsler, bağışıklık sisteminin ulaşamadığı yerlere sinirler boyunca hareket eder.

Virüsler altı krallıktan hiçbirine ait değildir. Enfeksiyon noktasına kadar aktif olmadıkları için canlı bir organizma olarak sınıflandırılmak için tüm gereklilikleri karşılamazlar. Ancak, bu sadece sözel bir noktadır.

Açıkçası, yapıları ve çalışma şekilleri, diğer canlılardan evrimleştikleri anlamına gelir ve normal yapı kaybı birçok endoparazitte görülür. Virüslerin yaşamın evrimsel tarihindeki kökenleri belirsizdir: bazıları plazmidlerden - hücreler arasında hareket edebilen DNA parçaları - evrimleşmiş olabilirken, diğerleri bakterilerden evrimleşmiş olabilir. Evrimde virüsler, genetik çeşitliliği artıran önemli bir yatay gen transferi aracıdır.

Yakın zamanda gerçekleştirilen bir projede 200'den fazla omurgasız türü örneklenerek yaklaşık 1500 yeni RNA virüsü keşfedildi. "Araştırma ekibi... RNA'larını çıkardı ve yeni nesil dizileme kullanarak omurgasız RNA kütüphanelerinde bulunan şaşırtıcı 6 trilyon harfin dizilimini deşifre etti". Araştırma, virüslerin çeşitli genetik mekanizmalarla RNA'larının parçalarını değiştirdiğini gösterdi. "Omurgasız viromu, sık rekombinasyon, virüsler ve konakçılar arasında yanal gen transferi, gen kazanımı ve kaybı ve karmaşık genomik yeniden düzenlemeleri içeren dikkate değer genomik esnekliği [göstermektedir]".

Bir grup büyük virüs amipleri enfekte eder. En büyüğü Pithovirus'tur. Büyüklük sırasına göre diğerleri Pandoravirüs, sonra Megavirüs, sonra Mimivirüs'tür. Bazı bakterilerden daha büyüktürler ve ışık mikroskobu altında görülebilirler.

Virüsler hücre biyolojisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Genetikçiler, genleri üzerinde çalıştıkları hücrelere sokmak için genellikle virüsleri vektör olarak kullanırlar. Bu, hücrenin yabancı bir madde üretmesini sağlamak veya genoma yeni bir gen eklemenin etkisini incelemek için kullanışlıdır. Doğu Avrupalı bilim insanları bir süredir antibiyotiklere alternatif olarak faj terapisini kullanmaktadır ve bazı patojen bakterilerde yüksek düzeyde antibiyotik direnci bulunması nedeniyle bu yaklaşıma olan ilgi artmaktadır.