21.2 Veirusýkingar og hýslar

Hæfniviðmið

Í lok þessa hluta munt þú geta gert eftirfarandi:

• talið upp skref eftirmyndunar og útskýrt hvað gerist í hverju skrefi
• lýst rofferli og dvalarferli í eftirmyndun veira
• útskýrt smit plantna- og dýraveira
• rætt nokkra sjúkdóma sem plantna- og dýraveirur valda
• rætt efnahagsleg áhrif plantna- og dýraveira

Veirur eru nauðbundnir innanfrumusníklar. Veira verður fyrst að þekkja tiltekna lifandi frumu og festast við hana áður en hún kemst inn. Eftir inngöngu þarf innrásarveiran að afrita erfðamengi sitt og framleiða eigin prótein. Að lokum þurfa nýju veiruagnirnar að sleppa úr hýsilfrumunni svo þær geti sýkt aðrar frumur. Veirur geta aðeins sýkt ákveðnar hýsiltegundir og aðeins ákveðnar frumur innan þess hýsils. Sérstakar hýsilfrumur sem veira þarf að nýta til að eftirmynda sig kallast móttækilegar frumur. Í flestum tilvikum byggist þessi sérhæfni á ákveðinni yfirborðssameind á hýsilfrumunni, sem kallast veiruviðtaki. Slíkur sértækur veiruviðtaki er nauðsynlegur til að veiran geti fest sig við frumuna. Auk þess ráða mismunur í efnaskiptum og ónæmissvari hýsilfrumna, sem byggist á mismunandi genatjáningu, líklega miklu um hvaða frumur veira getur nýtt til eftirmyndunar.

Skref veirusýkinga

Veira verður að nýta ferla hýsilfrumunnar til að eftirmynda sig. Eftirmyndunarferill veiru getur valdið miklum lífefnafræðilegum og byggingarlegum breytingum í hýsilfrumunni og þannig skemmt frumuna. Þessar breytingar kallast frumuskemmandi áhrif og geta breytt starfsemi frumunnar eða jafnvel eytt henni. Sumar sýktar frumur, til dæmis frumur sem sýkjast af kvefveiru manna, deyja með rofi eða stýrðum frumudauða og losa þá allar nýju veiruagnirnar í einu. Einkenni veirusjúkdóma stafa bæði af slíkum frumuskemmdum af völdum veirunnar og af ónæmissvari líkamans, sem reynir að hafa stjórn á veirunni og útrýma henni.

Margar dýraveirur, til dæmis HIV (eyðniveira manna), yfirgefa sýktar frumur ónæmiskerfisins með ferli sem kallast knappskot. Þá fara veiruagnirnar út úr frumunni ein og ein. Við knappskot rofnar fruman ekki og deyr ekki samstundis. Skemmdirnar á frumunum sem veiran sýkir geta þó gert þeim ókleift að starfa eðlilega, jafnvel þótt þær haldist lifandi um tíma. Flestar frjóar veirusýkingar fylgja svipuðum skrefum í eftirmyndunarferli veirunnar: festingu, inngöngu, afhýðingu, eftirmyndun, samsetningu og losun (mynd 21.8).

Festing

Veira festist við tiltekinn viðtakastað á frumuhimnu hýsilsins með festipróteinum í veiruhylkinu eða með glýkópróteinum sem sitja í veiruhjúpnum. Sértækni þessarar víxlverkunar ákvarðar hvaða hýsill, og hvaða frumur innan hýsilsins, geta sýkst af tiltekinni veiru. Þetta má líkja við marga lykla og marga lása, þar sem hver lykill passar aðeins í einn ákveðinn lás.

Tengill á námsefni

Þetta myndband útskýrir hvernig inflúensa ræðst á líkamann.

Innganga

Veirur geta farið inn í hýsilfrumu annaðhvort með eða án veiruhylkisins. Kjarnsýra bakteríufaga fer „nakin“ inn í hýsilfrumuna og skilur veiruhylkið eftir utan frumunnar. Plöntu- og dýraveirur geta farið inn með innfrumun; frumuhimnan umlykur þá og gleypir alla veiruna. Sumar hjúpaðar veirur komast inn í frumuna þegar veiruhjúpurinn rennur beint saman við frumuhimnuna. Þegar veiran er komin inn í frumuna brotnar veiruhylkið niður, og þá losnar kjarnsýra veirunnar og verður tiltæk fyrir eftirmyndun og umritun.

Eftirmyndun og samsetning

Eftirmyndunaraðferðin fer eftir erfðamengi veirunnar. DNA-veirur nota yfirleitt prótein og ensím hýsilfrumunnar til að eftirmynda veiru-DNA og umrita veiru-mRNA, sem síðan stýrir myndun veirupróteina. RNA-veirur nota yfirleitt RNA-kjarnann sem mót fyrir myndun erfðamengis-RNA og mRNA veirunnar. Veiru-mRNA stýrir hýsilfrumunni til að mynda veiruensím og hylkisprótein og setja saman nýjar veiruagnir.

Auðvitað eru undantekningar frá þessu mynstri. Ef hýsilfruma lætur ekki í té þau ensím sem þarf til eftirmyndunar veiru bera veirugenin upplýsingarnar sem stýra myndun próteinanna sem vantar. Retróveirur, til dæmis HIV (hópur VI í Baltimore-flokkunarkerfinu), hafa RNA-erfðamengi sem þarf að umrita aftur yfir í DNA. DNA-ið er síðan fellt inn í erfðamengi hýsilfrumunnar. Til að breyta RNA í DNA þurfa retróveirur að hafa gen sem skrá fyrir veirusértæka ensíminu öfugum umritara, sem umritar RNA-mót yfir í DNA. Öfug umritun á sér aldrei stað í ósýktum hýsilfrumum; ensímið öfugur umritari kemur aðeins fram vegna tjáningar veirugena í sýktum hýsilfrumum. Sú staðreynd að HIV myndar nokkur eigin ensím sem hýsillinn hefur ekki hefur gert rannsakendum kleift að þróa lyf sem hamla þessum ensímum án þess að trufla efnaskipti hýsilsins.

Þessi nálgun hefur leitt til þróunar ýmissa lyfja sem notuð eru til að meðhöndla HIV. Hún hefur reynst árangursrík við að lækka fjölda smitandi veiruagna, það er afrita af veiru-RNA, í blóði niður fyrir greinanleg mörk hjá mörgum HIV-smituðum einstaklingum.

Útganga

Síðasta stig veirueftirmyndunar er losun nýju veiruagnanna sem myndast í hýsillífverunni. Þá geta þær sýkt nærliggjandi frumur og endurtekið eftirmyndunarferlið. Eins og áður kom fram losna sumar veirur þegar hýsilfruman deyr, en aðrar geta yfirgefið sýktar frumur með knappskoti í gegnum frumuhimnuna án þess að drepa frumuna beint.

Myndatengsl

Inflúensuveiran er umlukin veiruhjúp sem rennur saman við frumuhimnuna. Þannig getur veiran yfirgefið hýsilfrumuna án þess að drepa hana. Hvaða ávinning hefur veiran af því að halda hýsilfrumunni lifandi?

Hýsilfruman getur haldið áfram að mynda nýjar veiruagnir.

Tengill á námsefni

Horfðu á myndband um veirur þar sem fjallað er um byggingu, smitleiðir, eftirmyndun og fleira.

Mismunandi hýslar og veirur þeirra

Eins og þú hefur lært sýkja veirur oft mjög sértæka hýsla og einnig sértækar frumur innan hýsilsins. Þessi eiginleiki gerir tiltekna veiru sértæka fyrir eina eða fáar tegundir lífs á jörðinni. Hins vegar eru svo margar ólíkar gerðir veira til á jörðinni að næstum hver lifandi lífvera hefur sinn eigin hóp veira sem reynir að sýkja frumur hennar. Jafnvel dreifkjörnungar, minnstu og einföldustu frumurnar, geta orðið fyrir árás sérhæfðra veira. Í næsta hluta skoðum við nokkur einkenni veirusýkinga í dreifkjörnungafrumum. Eins og fram hefur komið kallast veirur sem sýkja bakteríur bakteríufagar (mynd 21.9). Arkeur hafa einnig sínar eigin sambærilegu veirur.

Bakteríufagar

Myndatengsl

Hver eftirfarandi fullyrðinga er röng?

• Í rofferlinu myndast nýir fagar og losna út í umhverfið.
• Í dvalarferlinu er DNA fagans fellt inn í erfðamengi hýsilsins.
• Umhverfisálag getur valdið því að faginn hefji dvalarferli.
• Frumurof verður aðeins í rofferlinu.

Ranga fullyrðingin er að umhverfisálag geti valdið því að faginn hefji dvalarferli. Umhverfisálag getur valdið því að forfagi yfirgefi dvalarferli og fari inn í rofferli.

Plöntuveirur

Flestar plöntuveirur, til dæmis tóbaksmósaíkveira, hafa einþátta (+) RNA-erfðamengi. Plöntuveirur finnast þó einnig í flestum öðrum veiruflokkum. Ólíkt bakteríufögum hafa plöntuveirur ekki virka ferla til að flytja erfðamengi veirunnar yfir verndandi frumuvegginn. Til að plöntuveira komist inn í nýja hýsilplöntu þarf einhvers konar mekanískur skaði að verða. Slíkur skaði stafar oft af veðri, skordýrum, dýrum, eldi eða mannlegum athöfnum eins og landbúnaði eða garðyrkju. Ferð veirunnar frá frumu til frumu innan plöntu getur orðið auðveldari ef veiran breytir plasmodesmum, umfrymisþráðum sem liggja milli plöntufruma. Auk þess geta afkvæmi plantna erft veirusjúkdóma frá foreldraplöntum. Plöntuveirur geta borist með ýmsum smitberum, með snertingu við safa sýktrar plöntu, með lifandi lífverum eins og skordýrum og þráðormum og með frjókornum. Flutningur veiru frá einni plöntu til annarrar kallast lárétt smit, en erfðir veiru frá foreldri kallast lóðrétt smit.

Einkenni veirusjúkdóma eru breytileg eftir veirunni og hýsli hennar (tafla 21.4). Eitt algengt einkenni er ofvöxtur, óeðlileg fjölgun frumna sem veldur myndun plöntuæxla sem kallast hnúðar. Aðrar veirur valda vanvexti, það er minni frumuvexti í laufblöðum plantna, þannig að þunn gul svæði koma fram. Enn aðrar veirur hafa áhrif á plöntuna með því að drepa plöntufrumur beint, ferli sem kallast frumudrep. Önnur einkenni plantnaveira eru vansköpuð laufblöð, svartar rákir á stönglum plantna, breyttur vöxtur stöngla, laufblaða eða ávaxta og hringblettir, það er hringlaga eða línulaga aflituð svæði á laufblaði.

Plöntuveirur geta raskað vexti og þroska nytjaplantna alvarlega og haft veruleg áhrif á fæðuframboð. Þær valda víða um heim minni gæðum og minni uppskeru og geta haft í för með sér gífurlegt efnahagslegt tap á hverju ári. Aðrar veirur geta skaðað plöntur sem notaðar eru í skrúðgarða og landslagsmótun. Sumar veirur sem sýkja matjurtir bera heiti plöntunnar sem þær sýkja, til dæmis blettavisnunarveira tómata, almenn baunamósaíkveira og gúrkumósaíkveira. Meðal algengustu veira í skrautplöntum eru bónahringblettaveira og rósamósaíkveira. Plöntuveirur eru allt of margar til að fjalla um hverja þeirra ítarlega, en einkenni almennrar baunamósaíkveiru leiða til minni baunauppskeru og dvergvaxta, ófrjórra plantna. Í skrautrósum veldur rósamósaíksjúkdómur bylgjulaga gulum línum og lituðum blettum á laufblöðum plöntunnar.

Dýraveirur

Dýraveirur þurfa, ólíkt veirum plantna og baktería, ekki að komast í gegnum frumuvegg til að komast að hýsilfrumunni. Veiran getur jafnvel fengið hýsilfrumuna til að taka þátt í sýkingarferlinu. Óhjúpaðar eða „naktar“ dýraveirur geta komist inn í frumur með tvennum hætti. Þegar prótein í veiruhylkinu binst viðtaka sínum á hýsilfrumunni getur veiran farið inn í frumuna í blöðru við eðlilega viðtakamiðlaða innfrumun. Önnur leið óhjúpaðra veira er að hylkisprótein breyti um lögun eftir bindingu við viðtakann og myndi göng í frumuhimnu hýsilsins. Erfðamengi veirunnar er þá „sprautað“ inn í hýsilfrumuna í gegnum þessi göng, með svipuðum hætti og hjá mörgum bakteríufögum.

Hjúpaðar veirur hafa einnig tvær leiðir til að komast inn í frumur eftir að þær bindast viðtökum sínum: viðtakamiðlaða innfrumun eða samruna. Margar hjúpaðar veirur fara inn í frumuna með viðtakamiðlaðri innfrumun, á svipaðan hátt og sumar óhjúpaðar veirur. Samruni verður hins vegar aðeins hjá hjúpuðum veiruögnum. Þessar veirur, þar á meðal HIV, nota sérstök samrunaprótein í hjúpnum til að láta hjúpinn renna saman við frumuhimnu frumunnar. Þá losna erfðamengi og veiruhylki veirunnar inn í umfrymi frumunnar.

Eftir að dýraveirur hafa myndað prótein sín og afritað erfðamengi sitt ljúka þær samsetningu nýrra veiruagna og yfirgefa frumuna. Eins og áður var rætt með inflúensuveiruna sem dæmi geta hjúpaðar dýraveirur knoppað út úr frumuhimnunni um leið og þær setjast saman og tekið með sér hluta af frumuhimnu frumunnar. Óhjúpuð afkvæmi veira, til dæmis kvefveirur manna, safnast hins vegar fyrir í sýktum frumum þar til merki berst um rof eða stýrðan frumudauða, og þá losna allar veiruagnirnar saman.

Eins og þú munt læra í næsta hluta tengjast dýraveirur mörgum sjúkdómum í mönnum. Sumar fylgja hefðbundnu mynstri bráðs sjúkdóms, þar sem einkenni versna í stuttan tíma, ónæmiskerfið eyðir síðan veirunni úr líkamanum og einstaklingurinn nær sér að lokum eftir sýkinguna. Dæmi um bráða veirusjúkdóma eru kvef og inflúensa. Aðrar veirur valda langvinnum sýkingum, til dæmis veiran sem veldur lifrarbólgu C, en enn aðrar, eins og herpes simplex-veira, valda aðeins einkennum af og til. Enn aðrar veirur, svo sem herpesveirur manna 6 og 7, sem geta í sumum tilvikum valdið vægum barnasjúkdómi sem kallast rósroði, mynda oft frjóar sýkingar án þess að valda neinum einkennum í hýslinum. Þá er sagt að sjúklingarnir hafi einkennalausa sýkingu.

Í lifrarbólgu C-sýkingum vex veiran og fjölgar sér í lifrarfrumum og veldur vægum lifrarskemmdum. Skemmdirnar eru svo litlar að sýktir einstaklingar vita oft ekki af sýkingunni, og margar sýkingar greinast aðeins við venjubundnar blóðrannsóknir hjá sjúklingum með áhættuþætti, til dæmis notkun vímuefna í æð. Þar sem mörg einkenni veirusjúkdóma stafa af ónæmissvari getur skortur á einkennum hins vegar bent til veikburða ónæmissvars gegn veirunni. Það gerir veirunni kleift að komast undan útrýmingu ónæmiskerfisins og haldast í einstaklingum í mörg ár, á meðan hún myndar lítið magn nýrra veiruagna í því sem kallast langvinnur veirusjúkdómur. Langvinn sýking í lifur af völdum þessarar veiru eykur verulega líkur á lifrarkrabbameini, stundum allt að 30 árum eftir upphaflegu sýkinguna.

Eins og áður var rætt getur herpes simplex-veira haldist í dvala í taugavef í mánuði eða jafnvel ár. Þar sem veiran „felur sig“ í vefnum og myndar fá eða engin veiruprótein hefur ónæmissvarið lítið til að ráðast gegn, og ónæmi gegn veirunni minnkar smám saman. Við ákveðin skilyrði, þar á meðal ýmiss konar líkamlegt og sálrænt álag, getur herpes simplex-veiran endurvaknað úr dvala og farið í rofeftirmyndun í húðinni, sem veldur sárum sem tengjast sjúkdómnum. Þegar veiruagnir hafa myndast í húðinni og veiruprótein eru nýmynduð örvast ónæmissvarið aftur og læknar húðsárin á nokkrum dögum eða vikum með því að eyða veirum í húðinni. Vegna þessa eftirmyndunarferils koma frunsur og kynfæraherpes aðeins fram af og til, þótt veirurnar haldist í taugavef ævilangt. Duldar sýkingar eru einnig algengar hjá öðrum herpesveirum, þar á meðal hlaupabólu-ristilveirunni sem veldur hlaupabólu. Eftir hlaupabólusýkingu í bernsku getur hlaupabólu-ristilveiran haldist í dvala í mörg ár og endurvaknað hjá fullorðnum og valdið sársaukafullu ástandi sem kallast ristill (mynd 21.11).

Sumar veirur sem sýkja dýr, þar á meðal lifrarbólgu C-veiran sem fjallað var um hér að framan, eru krabbameinsvaldandi veirur: þær geta valdið krabbameini. Þessar veirur trufla eðlilega stjórnun frumuhrings hýsilfrumunnar annaðhvort með því að koma inn genum sem örva stjórnlausan frumuvöxt, krabbameinsgenum, eða með því að trufla tjáningu gena sem hamla frumuvexti. Krabbameinsvaldandi veirur geta verið annaðhvort DNA- eða RNA-veirur. Krabbamein sem vitað er að tengjast veirusýkingum eru meðal annars leghálskrabbamein, sem papillomaveira í mönnum (HPV) veldur (mynd 21.12), lifrarkrabbamein af völdum lifrarbólgu C-veiru, T-frumuhvítblæði og nokkrar gerðir eitilfrumukrabbameina.

Tengill á námsefni

Þetta myndband sýnir lífsferil veiru.