Virüsler nedir ve neden onları asla “yenemeyeceğiz”. Geçmişte yaşanan salgınlarda dahil olmak üzere, teknolojinin ve bilimin bu kadar gelişmesine rağmen virüsler insanların yaşam şartlarına zarar vermekte. Ama virüsler tam olarak nedir, onları harekete geçiren nedir, hepimizi hayatımızı askıya alan nedir?
Kısacası, virüsler, tek bir hayatta kalma stratejisine fevkalade iyi adapte edilmiş biyolojik makinelerdir. Bu strateji oldukça basittir, virüsler canlı hücreleri bulur, onlara bulaşır ve üremek için biyokimyasal makinelerini ele geçirir. Canlı organizmaların en temel özelliklerine kadar, bu görevi yerine getirmelerine doğrudan yardım etmeyen her şeyi ortadan kaldırmışlar (veya belki de ilk etapta hiç geliştirmemişlerdir): virüsler gerçekten canlı değildir.
Basitlikleri, virüslerin kolayca “oluşturulmasını” (yani çok miktarda olmasını) ve tespit edilmesini ve yok edilmesini zorlaştırır. Aslında, virüslere karşı hala çok az sayıda güvenilir ilaca sahibiz (bunlar “antiviral” bileşikler olarak bilinirler) ve bunlar genellikle yalnızca belirli virüs türleri veya soyları üzerinde çalışır.
Aya bir adam koymayı ve yıldızları bir bombanın içine koymayı başardık, ancak tüm başarılarımıza rağmen, insanlığın bu patojenlere karşı en iyi savunması hala kendi bedenlerimiz ve bağışıklık sistemlerimizdir. Bu, virüslerin sayısının gezegendeki tüm canlılardan çok daha fazla olduğunu düşündüğünüzde biraz korkutucu hale geliyor.
Genel Viral Yapı: Virüsler
Virüsler aselülerdir. Bu, hücrelerden yapılmadıkları veya hücresel bir yapıları olmadığı anlamına gelir. Bu aynı zamanda hücresel biyo 101’de öğrenmiş olabileceğiniz ya da olmadığınız tüm o fantezi bileşenlerin, organeller, plazma zarları, ribozomlar, vb bir virüsle hiçbir ilgisi olmadığı anlamına gelir. Ayrıca son derece küçüktürler, tipik olarak yaklaşık 20-300 nanometre çapındadırlar, ancak birkaçı daha büyüktür. Bir bakış açısına göre, eğer bir bakteri bir futbol sahası büyüklüğünde olsaydı, bir virüs yan yana konulan üç futbol topu büyüklüğünde olurdu. Bir hayvan hücresi, çevresindeki kasaba olacaktır.
Böyle bir patojen (tek tek, tamamen birleştirilmiş bir virüse “virion” olarak atıfta bulunulur), yapabileceğiniz kadar basit bir biyolojik makinedir ve yine de çalışır.
Nükleik asitlerini (genetik materyal) barındıran bir çekirdek, bir dış protein tabakası veya “kapsid” içerir ve hemen hemen hepsi bu kadar. Çalışan bir virion yapmak için ihtiyacınız olan tek şey bu. Bununla birlikte, bazı meraklı modellerin, bir konakçı hücreden utanmadan çalınan bir dış zar, hedefleri enfekte etmelerine yardımcı olabilecek farklı proteinler (veya glikoproteinler) veya diğer yapısal elementler gibi ek özellikleri olabilir.
Kapsidler, kapsomerler olarak bilinen proteinlerden yapılır. Bunlar, herhangi bir zar virüsünün yanı sıra, tipik olarak, belirli hücrelere bağlanma veya erişim anahtarları olarak işlev gören glikoproteinlerle biberlanma eğilimindedir.
Genel olarak, virüsler yapılarına göre dört gruptan birine sınıflandırılır: ipliksi, izometrik (veya ikosahedral), zarflı ve baş ve kuyruk. Virüslerin ilginç bir özelliği, tüm suşlarda karmaşıklıklarının hiçbir şekilde konakçılarının karmaşıklığıyla ilişkili görünmemesidir.
Virüslerde gördüğümüz en karmaşık yapılar, bakteriyofajlara, yani bakterileri enfekte eden patojenlere (en basit canlı organizmalar) aittir. Bir virionun hangi şekli aldığı ve bir zarfın varlığı veya yokluğu, hangi türleri enfekte edebileceği ve semptomların ne olacağı konusunda çok az etkiye sahiptir, ancak yine de çok yararlı sınıflandırma kriterleri çünkü kontrol edilmeleri nispeten kolaydır.
Viral Morfoloji
Virüslerin şekli ve boyutu, farklı soylar arasında tutarlı olma eğilimindedir ve her biri için oldukça farklıdır. İpliksi virüslerin uzun, silindirik gövdeleri vardır; bitki virüsleri, TMV (tütün mozaik virüsü) dahil olmak üzere genellikle bu şekli kullanır. İkosahedral veya izometrik virüsler, kürelere veya düzleştirilmiş yüzleri olan kürelere çok benzer. Adlarını, tam olarak bu şekle sahip olmaları gerekmese de, 20 yüzü olan bir çokgen olan Icosahedron’dan alırlar.
Kişisel olarak bildiğiniz bir ikozahedral virüs, rinovirüstür (soğuk algınlığına neden olur). Zarflı virüsler, viral proteinlerle modifiye edilmiş bir hücre zarının parçalarından üretilen, kapsidlerini çevreleyen bir zara sahiptir. HIV virüsü, çoğu hayvan virüsünün olma eğiliminde olduğu gibi zarflı bir virüstür.
Son olarak, ikosahedral virüslere benzer bir “başı” ve ipliksi virüslere benzeyen bir “kuyruğu” olan baş ve kuyruk virüslerine sahibiz, genellikle bakterileri enfekte ederler. İpliksi virüsler, kapsomerleri bir sarmal oluşturan bir genetik materyal bobini etrafında düzenlendiğinden ‘sarmal’ olarak da bilinir. İkosahedral virüslerin yanı sıra bunlara bazen “basit” virüsler denir, baş ve kuyruk virüsleri (veya diğer şekiller) “karmaşık” virüsler olarak bilinir.
Bir zarın varlığı enfeksiyonu kolaylaştırmaya ve konağın bağışıklık sistemine karşı koruma sağlamaya yardımcı olabilir (hücrelerin hırsızlık yapan kısımlarından yapıldığı için). Zarflı virüsler, enfeksiyon için tamamen zarlarına güvenme eğilimindedir. Glikoproteinleri, enfeksiyonlara izin vermek için hücrelerin zardan geçen doğal yollarından yararlanır. Besinlere veya diğer elementlere zarın lipit katmanlarından geçmesine izin vermek için tipik olarak kullanılan protein “kilitleri” için “anahtar” görevi görürler. Ancak bu sayede, sabun gibi yağlarla etkileşime giren bileşikler tarafından inaktivasyona açık hale gelirler.
Örneğin koronavirüs için durum böyledir, bu yüzden el yıkama ona karşı çok etkilidir. Elbette tüm bunlar çok büyük, ama virüsler neden hücrelerin içine girmekle bu kadar ilgileniyor?
Virüslerin Viral Yaşam Döngüsü
Burada akılda tutulması gereken ana fikir, virüslerin teknik olarak canlı olmadığıdır. Canlıların bazı tuzaklarına sahipler, genetik materyal, organik maddeden yapılmışlar. Ama aynı zamanda yaşamın en temel unsurlarından, en önemlisi kendi başlarına üreme yeteneğinden de yoksundurlar. Ama virüsler söz konusu olduğunda, bunların hepsi iyi ve zekice çünkü herkes bunu onlar için yapabilir. Virüsleri silah haline getirilmiş USB bellekler olarak düşünün.
Çoğunlukla, etkisizdirler. Virüslerin metabolizmaları yoktur, enerji harcamazlar, kasıtlı hareket etmezler ve avlarını kovalamazlar. Sadece etrafta yüzerler ve her enfeksiyon bir virüs ile bir konakçı arasında rastgele bir karşılaşma ile başlar. Uygun bir hücre ile temas kurduklarında, altı aşamalı bir süreç açılır: bağlanma, delme, kaplamadan çıkarma, çoğaltma, montaj ve bırakma. Bağlanma ve penetrasyon oldukça açıklayıcıdır. Virionun konakçı hücre ile temasa geçmesini ve ona bağlanmasını ve daha sonra zarından geçmesini içerirler. Bağlanma, kapsid üzerindeki bağlanma proteinlerinin türü ve hücre duvarındaki transfer proteinleri tarafından yönetilir eğer uyumlularsa, süreç açılabilir.
Penetrasyon, kapsidi hücre dışında bırakan, viral genetik materyalin membrandan transferini içerir; bu adımda virion, temel olarak genetik verilerini konakçı hücreye enjekte eder. Bazı zarflı virüslerin hücrenin içine girmek için, özellikle de zarlarını hücreninkiyle kaynaştırarak veya virüsü yemesi için kandırarak başka hileler kullandığını unutmayın. İçeri girdikten sonra, kapsid bozulur ve Uncoating fazını temsil eden genetik materyal serbest bırakılır.
Bu genetik verilerle ilgili olarak, önce bunun DNA veya RNA olabileceğini bilin (RNA taşıyan bazı viryonlar ‘retrovirüsler’ olarak bilinir). Virüsler, tek veya çift sarmallı DNA (sırasıyla “ssDNA” veya “dsDNA” virüsleri) veya RNA (“ssRNA” veya “dsRNA”) taşıyabilir. Tek teller duyu veya duyu olabilir. Duyu sarmalları, proteinler (haberci RNA veya ‘mRNA’) oluşturmak için talimatlar olarak aktif olarak kullanılanlardır; antisens RNA ise bunların ayna tamamlayıcılarıdır ve mRNA’nın şeritlerini oluşturmak için bir şablon görevi görür.
Şimdi, hepimizin beklediği an: Bu genetik materyal neyi kodluyor? Doğal olarak, virüsün nasıl oluşturulacağına dair eksiksiz bilgi! Viral materyal hücreye girdiğinde, daha viral genetik materyal, kapsid elementleri ve orijinal virüsü kopyalamak için gerekli olan her şeyi üretmek için “kodunu” ele geçirecektir. DNA virüsleri, daha sonra mRNA’ya kopyalanan daha fazla DNA (yeni virüsler için) oluşturmak için tipik olarak bir hücrenin biyokimyasal mekanizmasını kullanır ve bu mRNA, protein sentezini başlatmak için kullanılır. RNA virüsleri, genetik kodlarını daha fazla RNA (yeni virüsler için) ve protein sentezinde tüketilen mRNA için doğrudan bir şablon olarak kullanır.
HIV gibi retrovirüsler, önce konağın DNA’sına kopyalanarak yapıştırılması gereken RNA içerir, ancak iş için doğru protein, “ters transkriptaz” a da sahiptirler. Bir hücre bu çeşitli unsurları inşa etmek için gerekli bilgi birikimine sahip değilse, viral genom ona ne yapılması gerektiği konusunda talimat verir. Bu, en iyi retrovirüslerle örneklenebilir. Ters transkripsiyon veya yeniden transkripsiyon, bir RNA ipliğinin çift iplikli bir DNA’ya dönüştürülmesini ve daha sonra konak genomuna yerleştirilmesini içerir; çok geniş hatlarla, tersine mühendislik, sadece arabaya bakarak bir arabanın nasıl yapılacağına dair tam bir plan oluşturmak gibi. Bakteriler ve hücreler ters transkripsiyon kullanır, ancak tipik olarak veri bakım çalışması olarak kabul edilebilecek işler için.
Bunun tüm hücrelerin doğal bir yeteneği olup olmadığı veya ihtiyaç duyulan genleri konakçılarına aşılayan eski virüslerden miras alınıp alınmadığı belirsizdir (virüslerin evrimin bir itici gücü olabileceğini gösterir). Hücrenin oluşturduğu küçük parçalar ve parçacıklar kendiliğinden sitoplazma içindeki yeni viryonlara dönüşür. Son olarak, hücreden serbest kalırlar (veya “çıkarlar”). Bunun tam olarak nasıl gerçekleştiği, suştan suşa değişir. Bazı virüsler (özellikle HIV dahil olmak üzere zarflı olanlar), hücreyi canlı tutan, aynı zamanda zar örtüsünü de kazandıkları bir süreç olan tomurcuklanma yoluyla hücreden kademeli olarak çıkar. Bununla birlikte, en yaygın olarak, viryonlar, hücre virüslerle o kadar dolu olduğunda salınır ki, açılır (ve bu süreçte ölür).
Lytic vs Lizojenik Şimdi, virüsler kötü görünebilir, ancak sizi öldürmek istemezler. Aslında, özellikle av hücrelerinin nadir olduğu ve bulunmasının daha zor olduğu zamanlarda, zaman zaman konakçılarına zarar vermemek için çaba gösterirler. Bir hücrenin parçalanması, zarının parçalanması süreci “parçalanma” olarak bilinir. Normal şartlar altında virionlar, yukarıda açıklanan ve hücrenin ölümüyle sonuçlanan litik döngüyü izler. Böyle bir olay, temel bir kural olarak, ölmekte olan hücreden yaklaşık 100 ila 200 ayrı partikül salınan birkaç yüz viryonu görür. Lizojenik döngü biraz daha gizlidir “ılıman” veya “virülan olmayan” enfeksiyon olarak bilinen bir şey üretir.
Lizojenik döngü boyunca, bir virion uykudadır ve konakçı hücre genomunun içinde gizlidir ve doğru vuruş zamanı bekler. Bu süre boyunca, engelleyici genleri kullanır, böylece konakçı hücre viral bilgiyi okumaz ve engelsiz bir şekilde dolaşması için serbest kalır. Hücre, aynı virüsle yeniden enfeksiyondan bağışıklık kazanarak da kazanç sağlar. Ancak hücre, bu inhibitörleri zayıflatan bir tür stres etkeni (UV ışığına veya kimyasal maddelere maruz kalma gibi) yaşadığında, otomatik DNA onarım sistemleri saldırganı algılar, aktive eder ve genomdan keser. Bu noktadan sonra viral genetik materyal aktive olur ve normal koşullara göre replikasyon, birleştirme ve salım aşamaları devam eder ve enfeksiyon yayılır.
Virüslerin evrimsel geçmişleri hakkında güvenilir bir şekilde bilgi almamız bizim için çok basit. Tam olarak canlı değillerdir, ancak hücrelerde çoğalırken evrimleşebilirler ve değişebilirler. Ayrıca, genleri ana bilgisayarlarından kopyalayıp yapıştırma gibi sinir bozucu bir alışkanlığa sahipler, bu da suları daha da çamurluyor. Bildiğimiz şey, onların gezegendeki en başarılı grup oldukları. 2011 yılında Nature dergisinde yayınlanan bir makale, onların muazzam ölçeğini perspektif haline getiriyor.
Her ne kadar bu tahminlerin “çoğunlukla” zarfın arkası “hesaplamalarına dayandığına ve bu nedenle amaçlandıkları gibi görülmeleri gerektiğine dikkat çekmesine rağmen: ilham vermeyi amaçlayan beyzbol sahası rakamları”, yine de etkileyici değiller. “Yeryüzündeki tüm 1 × 1031 virüsler uçtan uca atılsaydı, 100 milyon ışıkyılı boyunca uzayacaklardı. Ayrıca, okyanuslarda bilinen evrendeki yıldızların 100 milyon katı (13 × 1028) bakteri vardır. Okyanuslardaki viral enfeksiyon oranı saniyede 1 × 1023 enfeksiyondur ve bu enfeksiyonlar her gün tüm bakteri hücrelerinin% 20-40’ını ortadan kaldırır. ”
British Columbia Üniversitesi’nde Seçkin Üniversite Akademisyeni ve Profesör Curtis Suttle, başka bir makalede “Okyanustaki virüslerde yaklaşık 200 megaton karbon var, bu da yaklaşık 75 milyon mavi balinaya eşittir” diyor. “Aslında, bir litre kıyı deniz suyunda, gezegendeki insanlardan daha fazla virüs var.” Suttle, “Uzaylılar Dünya’dan rastgele örnek alırlarsa, çoğu virüs olan mikrobiyal yaşamın hakim olduğu bir gezegen görürlerdi” diye ekliyor. “Ortalama olarak, deniz suyu veya tatlı su litre başına yaklaşık 10 milyon virüs ve bir milyon bakteri var.
Okyanuslardaki virüs sayısını evrendeki yıldızların sayısı ile karşılaştırırsak, evrende yaklaşık 1023 yıldız ve okyanusta yaklaşık 10 milyon kat daha fazla virüs vardır. ” Bu rakamlar, insanlığın neden virüsleri gerçekten “yenmeyi” asla umut edemeyeceğini gösteriyor. Bu hiçbir zaman bir seçenek olmadı.
Ancak bunu göstermenin en iyi ve belki de en tüyler ürpertici yollarından biri, miras virüslerinin içimizde bıraktığıdır. Virüsler, kelimenin tam anlamıyla bizim bir parçamız haline geldi. Modern insanların genomunun yaklaşık %8’inin viral olduğu tahmin ediliyor, yani bir virüsten bir hücreye, nesiller boyunca geçmiştir ve biz bunu hala taşıyoruz. Aksine, genomumuzun yalnızca% 1 ila% 2’si Neandertallerden miras kaldı.