Fő tartalom
A vírusok evolúciója
A vírusok evolúciója és genetikai változatossága. A gyógyszerrezisztens HIV vírus. A genetikai anyag újrarendeződése az influenzavírusokban.
Főbb pontok
- A vírusokra éppúgy hat az evolúció és a természetes kiválogatódás, mint a sejtes élőlényekre. Legtöbbjük evolúciója gyors folyamat.
- Amikor két vírus egyidejűleg fertőz meg egy sejtet, a genetikai anyaguk kombinálódhat, így új, „kevert” vírusok keletkeznek, amelyek egyedi jellegzetességeket mutatnak. Így jöhetnek létre például az influenzavírus törzsek.
- Az RNS vírusok körében a mutáció gyakorisága magas, ami különösen gyors evolúciót tesz lehetővé. Ennek egyik példája a HIV vírus gyógyszerrezisztenciájának evolúciója.
Bevezetés
Elgondolkoztál-e már valaha is azon, hogy miért bukkan fel minden évben új influenzavírus törzs? Vagy azon, hogy hogyan válhat gyógyszerrezisztenssé az AIDS-et okozó HIV vírus?
Ezekre a kérdésekre az a rövid válasz, hogy a vírusok evolválódnak, azaz egy víruspopuláció közös „génkészlete” idővel változik. Egyes esetekben a vírusok egy populációja – például az összes influenzavírus egy adott földrajzi területen, vagy az összes különböző HIV részecske egy beteg szervezetében – természetes szelekció útján evolválódhat. Az idő múltával a víruspopulációban egyre gyakoribbá válnak azok az örökletes tulajdonságok, amelyek előnyösek a vírus reprodukciójának szempontjából (például a magas fertőzőképesség az influenza esetében, vagy a gyógyszerrezisztencia a HIV esetében).
A vírusok nemcsak egyszerűen evolválódnak, hanem ezt gyorsabban is teszik, mint a gazdaszervezeteik, például az ember. Ezért fontos kérdés a vírusok evolúciója – nem csak a vírusokat tanulmányozó biológusok, hanem az orvosok, nővérek, egészségügyi dolgozók számára is, és általában mindenkinek, aki a vírusokkal érintkezésbe kerülhet. (Azaz mindannyiunknak!)
A vírusok változatossága
A természetes kiválogatódás csak akkor mehet végbe, ha adott hozzá a megfelelő kiindulási anyag: a genetikai változatosság. A genetikai változatosság azt jelenti, hogy a populációban vannak genetikai (örökletes) különbségek. A vírusokban a változatosság két fő forrásból eredhetstart superscript, 1, end superscript:
- Rekombináció: a vírusok kicserélik az örökítőanyaguk (DNS vagy RNS) egyes darabjait.
- Véletlenszerű mutáció: változás következik be egy vírus DNS vagy RNS szekvenciájában (a felépítő egységek sorrendjében).
Körös-körül mindenütt láthatjuk a vírusok változatosságát és evolúcióját, ha tudjuk, hová nézzünk – ilyen például az új influenza vírustörzsek megjelenése évről évre.
A nagy kavarodás: a rekombinácó
Mielőtt rátérnénk az influenza részleteire, vizsgáljuk meg, hogyan cserélgetik a vírusok a DNS és RNS molekuláikat a rekombináció folyamata során.
A rekombináció általában akkor következik be, amikor két vírus egyszerre fertőzi meg ugyanazt a sejtet. Mivel mindkét vírus azon ügyködik, hogy a sejttel még több vírusrészecskét állíttasson elő, a sejtben igen sok vírusrészecske hemzseg egy időben – közöttük az újonnan létrehozott genomok is.
Ilyen körülmények között két különböző módon mehet végbe a rekombináció. Az egyik lehetőség az, hogy a vírusgenomok hasonló szakaszai párba állhatnak, és egyes darabjaik kicserélődhetnek a DNS vagy RNS fizikai törése és újraegyesülése révén. A második lehetőség az, hogy a különböző szegmenseket (apró, kromoszómaszerű részecskéket) tartalmazó vírusok kicserélhetik a szegmenseik egy részét (ezt a folyamatot újrarendeződésnek nevezik). start superscript, 2, comma, 3, end superscript
A rekombináció és az influenza
Az influenzavírusok az újrarendeződés mesterei. Nyolc RNS szegmenst tartalmaznak, amelyek mindegyike egy vagy néhány gént hordoz.start superscript, 4, end superscript
Amikor két influenzavírus egyszerre fertőzi meg ugyanazt a sejtet, akkor a sejtben keletkező új vírusok némelyike keverten tartalmazhatja a szegmenseket (pl. az 1.-4. szegmenseket az A törzsből, az 5.-8. szegmenseket pedig a B törzsből).
A sertések az influenzavírusok közismert „keverőedényei”.start superscript, 5, end superscript Sejtjeiket az emberi és a madárinfluenza vírusai egyaránt képesek felismerni, így megfertőzni (csakúgy, mint a sertésvírusok).start superscript, 6, end superscript Ha a sertés egyik sejtjét kétféle vírus fertőzi meg egyidőben, akkor olyan vírusokat bocsájthat ki, amelyekben keveredik az emberi és a madárinfluenza vírusok örökítőanyaga.
Az influenzavírusok között az ilyesféle csere gyakran előfordul a természetben. Emlékszel például a 2009-es „sertésinfluenza” járványt okozó H1N1 vírustörzsre? A H1N1 RNS-e egyaránt tartalmazott emberi, madár- és sertésvírusokból származó, észak-amerikai és ázsiai eredetű szegmenseket. A fenti kombináció arra utal, hogy ez a H1N1 törzs éveken át tartó, fokozatos átrendeződések nyomán keletkezett.start superscript, 5, comma, 7, end superscript
Vírusmutációk
Láttuk, hogy a vírusok evolúciójára milyen hatással van a rekombináció; ámde mi a helyzet a mutációval? A mutáció a vírus örökítőanyagában (DNS-ében vagy RNS-ben) bekövetkezett maradandó változás. Mutáció akkor történhet, ha hiba csúszik a vírus DNS vagy RNS másolásába.
Egyes vírusok mutációs gyakorisága magas, de nem ez a jellemző eset. Általánosságban az RNS vírusokat magasabb, míg a DNS vírusokat alacsonyabb mutációs gyakoriság jellemzi.start superscript, 8, end superscript
Miért van ez így? A fő különbség a másolási mechanizmusban rejlik. Genetikai anyagának másolásához a legtöbb DNS vírus a gazdasejt enzimjeit, az úgynevezett DNS-polimerázokat használja, amelyek képesek a korrekcióra, azaz működés közben észlelik és kijavítják a hibákat. Az RNS vírusok ehelyett RNS-polimerázokat használnak, amelyek nem képesek korrekcióra, így több hibát vétenek.start superscript, 9, end superscript
Esettanulmány: a HIV gyógyszerrezisztenciája
A humán immundeficiencia-vírus (HIV) a szerzett immunhiányos tünetegyüttes (AIDS) kórokozója. A HIV egy magas mutációs rátájú RNS vírus, gyorsan evolválódik, ami gyógyszerrezisztens vírustörzsek megjelenéséhez vezet.
A HIV magas mutációs rátája
Mivel a HIV-hez hasonló RNS vírusok mutációs rátája magas, a betegek testében tenyésző víruspopulációk körében nagy a genetikai változatosság. A mutációk legtöbbje ártalmatlan, így ezek a mutáns vírusok egyszerűen elpusztulnak (nem képesek sokszorozódni). Egyes mutációk azonban bizonyos körülmények között elősegítik a vírusok szaporodását. A mutáció például gyógyszerrezisztenciát is okozhat. start superscript, 10, end superscript
A HIV gyógyszerrezisztencia evolúciója
Egyes gyógyszerek a vírus fő enzimjeinek a gátlásával állíthatják le a HIV sokszorozódását. Egy ilyen gyógyszer szedése eleinte visszaszorítja a vírusok szintjét a betegben. Gyakran azonban a HIV vírusok szintje rövidesen ismét magasra szökik, a gyógyszer jelenlétének ellenére is. Más szavakkal fogalmazva, a vírusnak egy gyógyszerrezisztens változata alakul ki.start superscript, 10, end superscript
A jelenség megértéséhez tekintsük át egy specifikus antivirális szer, a reverz transzkriptáz inhibitor példáját. A reverz transzkriptáz inhibitorok, mint az alábbi ábrán látható nevirapin molekula, hozzákapcsolódnak a vírus reverz transzkriptáz nevű enzimjéhez (vörös-barna színnel ábrázolva). Ez a szer megakadályozza az enzimet abban, hogy elvégezze feladatát, a HIV RNS genomjának átmásolását DNS-re. Ha ez az enzim inaktív, a HIV vírus nem képes tartósan megfertőzni a sejtet.start superscript, 11, end superscript
A nevirapin gátolja a legtöbb HIV vírus működését. A HIV populáció egy csekély részében azonban véletlenszerűen megjelenhet egy mutáció a reverz transzkriptáz génjében, amely ellenállóvá teszi őket a gyógyszerrel szemben. Például egy olyan genetikai változás mehet bennük végbe, amely megváltoztatja a szer kapcsolódási helyét az enzimen, így az nem képes többé az enzimhez kötődni és gátolni annak aktivitását.
A mutáció nyomán ellenállóvá vált vírusok a gyógyszer jelenlétének dacára is sokszorozódnak, és néhány nemzedék leforgása alatt visszaállíthatják a kezelés előtti vírusszintet. Ráadásul ekkorra a teljes víruspopuláció kizárólag rezisztens egyedekből fog állni!
HAART gyógyszerrezisztencia
Ha a HIV evolúciója képes kicselezni a gyógyszereket, hogyan állítható meg a vírus? A leghatékonyabb módszernek a kombinált kezelés mutatkozik, amely egyszerre három vagy több gyógyszer alkalmazását jelenti. Az eljárás neve HAART (highly active antiretroviral therapy = magas aktivitású retrovírusellenes kezelés). A HAART „koktélban” alkalmazott gyógyszerek rendszerint a HIV működési ciklusának különböző szakaszait veszik célba.start superscript, 12, comma, 13, end superscript
A HAART kezelés azért hatékony, mert viszonylag valószínűtlen, hogy egy HIV populációban bármelyik vírusban egyszerre alakulna ki mutáció mind a három szer ellen. Bár végül mégiscsak létrejönnek a vírus többszörösen rezisztens típusai, a kombinált gyógyszerek jelentősen lelassítják a rezisztencia kialakulását.start superscript, 10, end superscript
Ha többet szeretnél megtudni a HIV biológiájával kapcsolatban, tekintsd meg a vírusok működési ciklusát bemutató leckét. A HIV és az AIDS tüneteiről, kezeléséről és megelőzéséről bővebben olvashatsz a HIV és az AIDS című lecke „Egészség és gyógyítás” című fejezetében.
Miért olyan gyors a vírusok evolúciója?
A vírusok gyorsabban evolválódnak, mint az emberek. Miért van ez így?
Amint azt a HIV vírus esetében láttuk, egyes vírusok mutációs rátája magas, ami elősegíti a gyors evolúciójukat, mivel változatosabb kiindulási anyagot biztosít hozzá. A vírusok gyors evolúcióját segítő két további tényező a nagy populációméret és a rövid reprodukciós ciklus.start superscript, 14, end superscript
Minél nagyobb a populáció, annál nagyobb eséllyel fordulhat elő benne olyan vírus, amely éppen olyan mutációt tartalmaz (például gyógyszerrezisztenciát vagy erős fertőzőképességet okoz), ami a természetes szelekció alapjául szolgál. Emellett a vírusoknak a reprodukciója is gyors, így a populációikban az evolúciós események időskálája is rövidebb, mint a gazdaszervezeteikben. A HIV vírus reprodukciós ciklusa például mindössze 52 óra, míg az ember esetében ugyanez körülbelül 20 év!start superscript, 15, end superscript
Milyen fegyvereink vannak a gyorsan evolválódó vírusokkal szemben? A továbbfertőzés megelőzésére tett lépések, a kezelésre szolgáló új gyógyszerek felfedezése és az új vakcinák kifejlesztése, illetve használata mind-mind fontos eszközök.
Szeretnél részt venni a beszélgetésben?
Még nincs hozzászólás.