Вирусология

Вирусологията е научна дисциплина - част от медицинската микробиология, която изучава най-малките инфекциозни агенти - вирусите. Те представляват субмикроскопични, облигатни (задължителни) вътреклетъчни паразитни частици от генетичен материал, включен в протеинова обвивка, които имат способността да причиняват редица заболявания при човека, животните и растенията. Основни задачи на този раздел на микробиологичната наука са: определяне на вирусната структура, класификация и еволюция; начините за инфектиране и използване на клетките на гостоприемника за възпроизводство; взаимодействието им с макроорганизма и имунната му система; характеристика на заболяванията, които причиняват; методи за изолиране и култивиране, специфична профилактика и терапия.

Думата "вирус" (лат. virus) се появява за пръв път в летописи от 1599 г. и първоначално се употребява със значение на "отрова". В миналото вирусите били наричани "филтруеми зарази", тъй като преминавали през бактериалните филтри. През 1892 г. руският биолог Дмитрий Ивановски доказа съществуването на филтруеми инфекциозни агенти с помощта на филтър на Чамълленд, при опит да изолира бактерии, причиняващи мозаечна болест по тютюневите растения. Неговите експерименти установили, че екстрактите от натрошени листа на заразени тютюневи растения остават инфекциозни след филтриране. Учените Ф. Льофлер и П. Фрош през 1897 г. също доказват, че причинителят на шапа е филтруем агент. Съвременният смисъл на названието "вирус" се въвежда за пръв път през 1899 г. от М. Байеринг, който повтаря опитите и потвърждава резултатите, получени от Д. Ивановски. През 1956 г. за пръв път са получени данни за устройство на вирусите с помощта на електронен микроскоп, с който е наблюдаван вируса на мозаечната болест по тютюна. В този период са направени и първите електронномикроскопски наблюдения на ултратънки срезове на клетки, заразени с вируси.

Зрелите вирусни частици се наричат вириони. Те представляват форма на вируса, която е приспособена да устои на неблагоприятните условия на външната среда и не притежават признаци на живот. След проникването им в макроорганизма, те преминават във възприемчиви клетки, където вирионите се размножават по уникален за природата механизъм.

Вирионите притежават белтъчна обвивка, наречена капсид, чиито отделни субединици са кристалообразни белтъчни структури, наречени капсомери. Капсидът обгражда вътрешното съдържимо на вириона, което се нарича нуклеоид и включва нуклеинова киселина - РНК или ДНК, но никога и двете заедно. Съществуват вируси с единична и двойно верижна ДНК или РНК. Капсидът и нуклеиновата киселина оформят т.нар. нуклеокапсид на вируса. При някои вириони се наблюдава и суперкапсид, който представлява втора повърхностно разположена обвивка.

Вирусите са инертни във външна среда и могат да се размножават (репликират) само в живи клетки. Във възприемчивите клетки на макроорганизма хазяин вириона отделя носителя на генетичната си информация - нуклеинова киселина, която съдържа информация, необходима за програмиране на заразената клетка-гостоприемник за синтезиране на вирус-специфични макромолекули, необходими за образуването на дъщерните вириони. По време на цикъл на репликация се произвеждат множество копия на вирусни нуклеинови киселини и белтъци на обвивката. Протеините на обвивката се събират и образуват капсида, който обвива, стабилизира и предпазва вирусната нуклеинова киселина срещу извънклетъчната среда, и улеснява прикрепването и проникването от вируса при контакт с нови възприемчиви клетки.

Вирусологията описва характерните особености на отделите вирусни видове, който включват:

• морфология на вириона, включваща неговите размери, форма, тип на симетрия, наличие или отсъствие на пепломери, особености на каксида и капсомерите.
• свойства на вирусния геном - тип нуклеинова киселина (ДНК или РНК), размер на генома в килобази (kb) или килобази двойки (kbp), вериги (единични или двойни), линейни или кръгови, сегменти (брой, размер), нуклеотидна последователност, G + C съдържание и специални характеристики (повтарящи се елементи, изомеризация, 5'-терминална капачка, 5'-терминален ковалентно свързан протеин,);
• организация и репликация на генома - генна последователност, брой и позиция на отворените за четене секвенции, метод на репликация (модели на транскрипция, транслация), натрупване на протеини, асемблиране и отделяне на вирионите;
• особености на вирусните протеини - брой, размер и функция на структурни и неструктурни протеини, аминокиселинна последователност, модификации (гликозилиране, фосфорилиране, миристилиране) и наличие на специфични ензими - транскриптаза, обратна транскриптаза, невраминидаза и др.;
• антигенни свойства;
• физикохимични свойства на вириона - молекулна маса, термична и киселинна стабилност, чувствителност към физични и химични агенти, особено етер и детергенти;
• биологични свойства - характерни на гостоприемници, начин на предаване, векторни връзки, тъканен тропизъм, вирулентности и патогенност;
• клинична картина и патогенеза на инфекциозния процес;
• имунитет;
• микробиологична диагноза - изследван материал, изолиране на вирус в клетъчни култури, серологични изследвания;
• специфична профилактика и терапия - налични ваксини и противовирусни медикаменти.

Вирусологията не може все още да отговори на въпроса относно вирусния произход. Съществуват множество хипотези, които не са научно доказани, но са добили по-широка популярност.

1. Според първата - "хипотезата за избягалата нуклеинова киселина", вирусите представляват компоненти на нуклеинова киселина - ДНК или РНК, на клетка-гостоприемник, която придобиват способност да се репликират автономно и да се развиват самостоятелно. Те наподобяват на генни секвенции, които могат да съществуват, независимо от клетката. Тази хипотеза се основава на съществуващи вирусни генетични последователности, които са сходни с части от клетъчни гени, кодиращи протеинови функционални домени.

2. Според втората хипотеза вирусите са възникнали от дегенеративни форми на вътреклетъчни паразити. Няма научни доказателства, че вирусите са еволюирали от бактерии, въпреки че други облигатни вътреклетъчни микроорганизми (напр. рикетсии и хламидии) вероятно са възникнали по този начини. Пример за вируси, чийто произход може да се дължи на еволюция от интрацелуларни паразити, са поксвирусите (сем. Poxviridae). Те са големи размери и толкова сложно устроени, че биха могли да имат клетъчни прародители.