Virüs Nedir - Virüslerin Keşfi ve sınıflandırma - Karmaşık Virüsler

Virüs


Virüs, bakterilerden küçük olan ve konak olarak canlılar dünyasının her üç üst âlemini (Archaea, Bacteria, Eukarya) de kullanabilen parazit nitelikli enfeksiyon ajanlarının genel adıdır.  

Virüs, canlı hücreleri enfekte edebilen mikroskopik taneciktir. Virüsler ancak bir konak hücreyi enfekte ederek çoğalabilirler. En temel haliyle bir virüs, kapsit adlı bir protein örtü içinde bulunan genetik malzemeden oluşur. Ökaryot (hayvan, mantar ve bitkiler) ve prokaryotlar (bakteri ve arkaeler) virüsler tarafından enfekte edilebilirler. Bakterileri enfekte eden virüsler bakteriofaj veya kısaltılmış olarak fajdiye adlandırılırlar . Sözcük Latince virus (zehir) sözcüğünden türemiştir; sıfat hali viraldir. Virüslerin incelendiği bilim dalına viroloji denir; bu dalın bilim insanları da virologlardır. Virüsler birçok insan hastalığına neden olurlar; bunlara AIDS, grip ve kuduz örnek verilebilir. Bu tür hastalıkların tedavisi zordur, çünkü antibiyotikler virüslere etki etmezler ve az sayıda antiviral ilaç bilinmektedir. Viral hastalıkları engellemenin en iyi yolu, bağışıklık geliştirmeye yarayan aşıdır.

Virüslerin canlı olup olmadığı uzun boylu tartışılagelmiştir. Hayat tanımının genel kabul görmüş olan tüm kıstaslarını karşılamadığı için çoğu virolog onları cansız sayar. Konak hücre dışında çoğalamadıklarından, zorunlu hücre içi parazitlerine benzerler ama parazitlerden farklı olarak virüsler gerçek organizma sayılmazlar. Diğer farklılıkların yanısıra, virüslerin hücre zarı ve kendi metabolizmaları yoktur. Canlı sayılan bazı organizmalar da virüsler gibi hem canlı hem cansızların özelliklerine sahip olduklarından bu konuda kesin bir yanıt bulmak zordur. Virüsleri canlı sayanlara göre onlar Theodore Schwann tarafından öne sürülmüş hücre teorisinin bir istisnasıdırlar, çünkü virüsler hücre değildirler.



Virüslerin Keşfi


Bilgisayarda yaratılmış adenovirüs resmi


Kuduz gibi viral hastalıklar, insanları asırlarca etkilemiştir. Eski Mısır'da çiçek hastalığı olduğuna dair hiyeroglif kanıtlar vardır. Ancak, bu hastalıkların nedeni ancak yakın zamanlarda keşfedilmiştir. 1717'de Osmanlı İmparatorluğu'nda İngiliz sefirinin eşi olan Mary Montagu, Türk kadınlarının çiçek hastalığına karşı çocuklarını aşıladığını gözlemlemiştir. 18. yy sonlarında Edward Jenner, daha evvel inek çiçeği hastalığı geçirmiş Sarah Nelmes adlı bir sütçü kadının, benzer bir hastalık olan çiçek hastalığına bağışıklığı olduğunu farkedip, bu gözlemine dayanarak ilk başarılı aşıyı geliştirmiştir. Uzun süreli bir aşı kampanyası sonucunda Dünya Sağlık Örgütü1979'da çiçek hastalığının ortadan kalktığını ilan etmiştir.
19. yy. sonlarında Charles Chamberland porselenden yapılmış bir filtre imal etmiştir ve bu filtre ilk tanımlanmış virüs olan tütün mozaik virüsünün araştırılmasında kullanılmıştır. Kısa bir süre sonra Dimitri İvanovski enfekte olmuş tütün bitkilerinin yapraklarından elde edilen özütün, içindeki bakteriler bu filtreden geçirilerek arındırıldıktan sonra dahi sağlıklı bitkileri hasta edebildiğini göstermiştir. Yaklaşık aynı zamanda, başka araştırmacılar da filtrelenebilen enfeksiyöz etmenlerin varlığını belgelemiş ve başka deneylerle de virüslerin bakterilerden farklı olduğunu, fakat canlılarda hastalık yapabildiklerini göstermişlerdir. "Virüs" terimi, ilk olarak Hollandalı mikrobiyolog Martinus Beijerinck tarafından kullanılmıştır.

20. yy başlarında Frederick Twort, bakterilerin virüslerin saldırısına uğrayabildiğini keşfetmiştir. Ondan bağımsız olarak çalışmakta olan Felix d'Herelle, virüs çözeltisinin agar üzerine yayılmış ince hücre kültürlerinde ölü hücrelerden oluşan bölgelere yol açtığını göstermiş ve ölü bölgeleri sayarak süspansiyondaki virüs sayısını hesaplayabilmiştir. Virüsleri görmek ise elektron mikroskopunun icadı ile mümkün olmuştur. 1935'te Wendell Stanley tütün mozaik virüsünü kristalleştirip onun başlıca proteinden oluştuğunu göstermiştir. Kısa bir süre sonra virüs, protein ve nükleik asit kısımlarına ayrıştırılmıştır.


Kaynakları


Modern virüslerin kaynakları bilinmemektedir. Tüm virüslerin varlığını açıklayabilecek tek bir mekanizma olmayabilir. Virüsler iyi fosilleşmediği için, onların nasıl ortaya çıkmış olabileceğine dair hipotezlerin oluşturulmasında moleküler teknikler yararlı olmuştur. Halen iki ana hipotez vardır:

* Birkaç genden oluşan virüsler canlı organizmaların genomlarından kaynaklanan nükleik asit parçaları olabilir. Genetik malzemeleri plazmid veya transpozon gibi aktarılabilir genetik elemanlardan türemiş olabilir, çünkü bunlar genomların içinde yer değiştirebilir, genomlara girip çıkabilir.

* Büyük genomlu virüsler (Poxviridae gibi), bir zamanlar kendilerinden daha büyük konak hücrelerde parazitlik yapan küçük hücreler olabilirler. Zaman içinde parazitik hayat tarzları için gerekli olmayan genler ters evrim süreci içinde kaybolmuş olabilir. Ricketsia ve Chlamydia bakterileri konak hücreler içinde çoğalan canlı hücrelerdir. Bu bakterilerin varlığı bu hipotezi desteklemektedir, çünkü hücre dışında yaşamalarına olanak sağlayan genlerini kaybetmiş olmaları muhtemel görünmektedir.

Virüslerden daha da basit yapıya sahip olan enfeksiyöz tanecikler arasında viroid, uydu virüs ve prionlar sayılabilir.


Sınıflandırma


Fosillerinin olmaması ve virüslerin canlı olup olmadığı tartışmaları nedeniyle taksonomide virüslerin sınıflandırılması sorunlu olmuştur. Biyolojik sınıflandırmadaki üst âlemlerin (domain) içine kolayca yerleştirilemedikleri için sınıfları takımAcytota adı önerilmiştir. Bu öneriye göre virüsler Bakteria, Arkea ve Eukaryota üst âlemlerine denk bir taksona aittirler. Halen her familya bir takımın içinde yer almamaktadır ve her cins de bir familyanın içine yerleştirilmemiştir. basamağından başlatılmıştır. Ancak, bir üst âlem ismi olarak

Bir sınıflandırma örneği olarak su çiçeği virüsü Herpesviridae familyası, Alphaherpesviridae alt familyası ve Varicellovirus cinsine aittir. Takım olarak yerini almamıştır.

İsimlendirmede genel yapı şöyledir:

Takım (-virales) Familya (-viridae) Altfamilya (-virinae) Cins (-virus) Tür (-virus) Uluslararası Virüs Taksonomi Komitesi (International Committee on Taxonomy of Viruses, ICTV) mevcut sınıflandırma sistemini oluşturmuş ve familyaların homojenliğini sağlamak amacıyla virüslerin bazı özelliklerine daha fazla ağırlık verilmesi yönünde yönergeler hazırlamıştır. Taksonomların bir virüsün takımını belirlerken içerdiği nükleik asit türüne, nükleik asitin tek mi, çift sarmallı mı olduğuna, ve bir zarının olup olmadığına dikkat etmesi gerekmektedir. Bu üç ana özelliğin ardından diğer yönleri göz önüne alınabilir: konak tipi, kapsit şekli, bağışıksal özellikleri ve neden olduğu hastalık tipi.

Bu sınıflandırma sistemine ek olarak Nobel ödüllü biyolog David Baltimore, Baltimore sınıflandırması sistemini geliştirmiştir. Bu sistemde virüsler, çoğalma ve genom tiplerine bağlı olarak yedi gruptan birinde yer alırlar. Modern sınıflandırmada ICTV sistemi, Baltimore sistemi ile beraber kullanılır.


Yapı


Bir bütün virüs taneciği, virion olarak da adlandırılır, aslında bir gen taşıyıcısından fazla bir şey değildir; kapsit olarak adlandırılan bir protein örtü ile çevrili nükleik asitten ibarettir. Kapsit, viral genom tarafından kodlanan proteinlerden oluşur, şekli ise virüsün morfolojik ayrımında kullanılır. Protomer olarak adlandırılan protein birimler kendi kendilerine bir araya gelerek kapsiti oluştururlar, bu süreçte genomun bir katkısı olmaz. Ancak, bazı virüsler kapsidin oluşmasına yardım eden proteinler kodlar. Nükleik asitle temas halinde olan proteinler nükleoprotein olarak adlandırılırlar, nükleik asitle temas halinde olan kapsit proteinlere nükleokapsit denir.


Genel olarak dört ana virüs morfoloji tipi vardır:


1. Sarmallı virüsler






Sarmallı kapsit şeması


Sarmallı kapsitler merkezî bir boşluk etrafına dizilmiş, spiral merdiven gibi bir yapı oluşturan, tek tip bir protomerden oluşur. Bu düzenden çubuk şekilli virionlar meydana gelir, bunlar kısa ve bükülmez, veya uzun ve esnek olabilirler. Uzun sarmallı tanecikler dış güçler tarafından kırılmamak için esnek olmak zorundadır. Genetik malzeme korunaklı bir şekilde tüpün içinde yer alır. Sarmallı kapsitin uzunluğu içindeki nükleik asiitn uzunluğu ile ilintilidir, çapı ise protomerlerin toplam uzunluğu ve yerleşme düznüyle iliskilidir. İyi çalışılmış olan tütün mozaik virüsü bir sarmallı virüs örneğidir.


2. İkosahedral virusler





İkosahedral virionların elektron mikrografı


İkosahedral kapsit simetrisi az büyültme ile bakılınca küresel bir görünüm verir ama aslında kapsomerler düzenli bir geometrik düzen içinde yerleşiklerdir, bir futbol topuna benzerler. Kapsomerler, protomerlerin beş veya altı kopyasından oluşan halkasal yapılardır. Bunlar kovalent olmayan bağlarla birbirleriyle birleşerek viral nükleik asiti içlerine alırlar. Ancak, bu kapsitler, sarmal kapsitler kadar sıkı bir şekilde nükleik asidi sarmazlar ve bir veya iki protomerden oluşabilirler. İkosahedral yapı, R. Buckminster-Fuller tarafından jeodezik kubbe tasarımında da kullanılmıştır. Tek tip yapı taşı kullanarak dayanıklı ve kapalı bir yapı oluşturmanın en verimli yoludur.

Küresel bir virüs meydana getirmek için gereken protein sayısına T-sayısı denir, bu sayı proteın sayısının 60 katıdır. Hepatit B virüsü durumunda T-sayısı 4'tür, dolayısıyla kapsiti oluşturmak için 240 protein birleşir.


3. Örtülü virusler

 Gerçek boyutundan [ 728 x 569 ] 98% oranında küçültüldü - Tam boy görmek için tıklayınız

Örtülü HIV'in şekli


Protein kapsite ek olarak bazı virüsler hücredeki zarlardan birinin (hücrenin dış zarı veya, çekirdek, endoplazmik retikulum gibi hücrenin içindeki yapılardan birinin zarının) değişime uğramış bir biçimini de ele geçirip viral örtü denen bir lipit zar elde ederler. Bu zarda bulunan proteinler hem viral, hem konak genom tarafından kodlanmıştır, ama zardaki lipit ve karbonhidratlar tamamen konağa özgüdür. Grip virüsü ve HIV bu stratejiyi kullanırlar. Örtü, virionları kimyasallara ve enzimlere karşı korur, bu yüzden örtülü viruslerin sadece kapsidi olan virüslere kıyasla bir üstünlüğü vardır. Üzerinde bulunan proteinler arasında reseptör işlevi gören glikoproteinler de bulunabilir. Bunlar sağlıklı hücrelerin virionları "dost" olarak algılayıp onları hücre içine almalarını sağlayabilir. Çoğu örtülü virüs enfeksiyon yapabilmek için örtüsüne muhtaçtır.


4. Karmaşık virüsler





Bacteriofaj şeması


Bu virüslerin kapsitleri ne sırf sarmallı, ne sırf ikosahedraldir, ayrıca protein kuyruk veya karmaşık bir dış duvar gibi yapılara sahiptirler. Bazı bakteriyofajların ikosahedral bir kafaya bağlı sarmallı bir kuyruktan oluşan karmaşık bir yapıları vardır. Kuyruğun ucunda altıgen şekilli bir plaka, ondan da dışarı doğru uzanan protein lifler vardır. Çiçek virüsgiller (Poxviridae'ler) ender morfolojiye sahip büyük, karmaşık virüslerdir. Viral genom nükleoit olarak adlandırılan merkezi bir diskin içindeki proteinlere bağlıdır. Nükleoit, bir zar ve işlevi bilinmeyen iki yan cisimle çevrilidir. Virüsün, üzeri kalın bir protein tabakasıyla kaplı bir dış zarı vardır. Viral tanecikler ovoid ile tuğla biçim arasında değişebilen bir biçimsel çeşitlilik gösterir.


Büyüklük






Virüslerin diğer canlılar ve biyomoleküllere göreceli olarak büyüklük dağılımı


Bir virüsün büyüklüğünün bir pireninkine oranı, bir insanın boyununun Everest dağının iki katı yükseklikte bir dağın yüksekliğine olan oranına yaklaşık eşittir. Bazı filoviruslerin toplam uzunluğu 1400 nm'yi bulur, ama kapsit çapları sadece 80 nm'dir. Üzerinde çalışılmış virüslerin çoğunluğunun kapsit çapı 10 ile 300 nanometre arasındadır. Çoğu virüs ışık mikroskobuyla görülemeyecek kadar küçük olmakla beraber bazıları en küçük bakterilerden daha büyüktür ve yüksek büyültme altında görülebilirler. Virüs taneciklerin gözlemlenmesinde hem tarama hem de transmisyon elektron mikroskobu yaygın olarak kullanılır.

Normal virüslerin büyüklükleri konusunda yukarıda verilen rakkamlara bir istisna, 400 nm çaplı mimivirüslerdir. Bunlar viral genom büyüklüğünde 1000 gen (bazı bakterilerin sadece 400 geni vardır) ve 1.2 megabaz uzunluk ile rekor büyüklüğe sahiptir. Büyük genomları hem prokaryot hem de ökaryotlarda korunmuş pek çok gen içerir. Bu virüslerin keşfi, virüsleri sadece hareketli genetik elemanlar olarak gören mevcut bakış açısına bir tezat oluşturmuş, birçok bilim insanının canlı organizmalarla virüsler arasındaki tartışmalı sınırı yeniden gözden geçirmeye itmiştir.


Genetik malzeme






Poliyoma virüsü virionlarının elektron mikrografı


Virüslerde hem DNA hem RNA bulunabilir ama genelde ikisi birden olmaz. Bunun bir istisnası insan sitomegalovirüsüdür, onda bir DNA çekirdek ve birkaç mRNA parçası bulunur. Virüslerde bulunan nükleik asit, türüne bağlı olarak tek veya çift iplikli olabilir. Dolayısıyla virüslerde dört olası nükleik asit türü de vardır: Çift iplikli DNA, tek iplikli DNA, çift iplikli RNA ve tek iplikli RNA. Hayvan virüslerinde bu kombinezonların hepsi gözlemlenmiştir, bitki virüslerin ise genelde tek iplikli RNA'ya sahiptirler. Bakteriyofajlarda genelde çift iplikli DNA olur. Ayrıca, virüs nükleik asitleri arasında doğrusal da halkasal da olanlar vardır.

Genom büyüklüğü viral türler arasında büyük çeşitlilik gösterir. En küçük genom yalnızca dört protein kodlar ve yaklaşık 106 dalton ağırlığındadır, en büyüğü ise yüzden fazla protein kodlar ve 108 dalton ağırlığındadır. Bazı virüs türlerinin genomunda sitozin yerine hidroksimetilsitozin gibi anormal nükleotitler bulunur.

Tek iplikli RNA virüslerindeki zincirler ya pozitif anlamlı (artı iplikli de denir), ya da negatif anlamlı (eksi iplikli denir) olarak adlandırılabilir, viral mRNA'yı tümleyici olup olmadıklarına bağlı olarak. Pozitif anlamlı viral RNA, viral mRNA'nın aynısıdır ve derhal konak hücre tarafından çevirisi yapılabilir. Negatif anlamlı viral RNA, mRNA'yı tümleyici olduğu için bir RNA polimeraz tarafından önce pozitif anlamlı RNA'ya dönüştürülmesi gerekir, çevrilebilmek için.

Çift iplikli RNA genomlarının hepsi ve bazı tek iplikli RNA genomları parçalıdırlar, yani ayrı parçalardan oluşurlar. Her parça bir protein kodlayabilir ve bu parçalar genelde bir kapsidin içinde yer alırlar. Enfeksiyöz olmak için bu genom parçalarının hepsinin aynı virion içinde yer alması gerekmez, brom mozaik virüs'de görüldüğü gibi.


Çoğalma


Viral topluluklar hücre bölünmesiyle büyümezler çünkü hücresel değillerdir; konak hücrenin metabolizması ve mekanizmasını kullanarak kendilerini kopyalarlar. Litik veya lisojenik döngüleri olabilir, bazı virüslerde bunların ikisi de olabilir. Bir virüs hücreyi öldürmeden ona zarar verici etkiler gösterebilir, bunlara sitopatik etkiler denir.
Litik döngüde (örneğin T4 fajında), virüsün etkisiyle konak hücreler virüsün çoğalması için gerekli olan proteinleri imal etmeye başlarlar. Proteinlerin yanısıra virüs genomunun da çoğaltılmasını sağlar. Bunun için kullanılan yöntem virüsün genom tipine bağlıdır. Oluşan yeni virionlar kendiliklerinden bir araya gelebildikleri gibi moleküler şaperonların yardımıyla da oluşabilirler. Genom kopyalandıktan ve kapsit oluştuktan sonra virüs, yeni virionların salınabilmesi için hücrenin parçalanmısını sağlar. Bazı virüsler ise hücreyi parçalamak yerine, eksositoz adı verilen yolla, hücre zarından geçerek dışarı salınırlar, bu arada hücre zarının bir kısmını da viral örtü olarak alırlar.

Buna tezat olarak, lisojenik döngüde hücre parçalanmaz, viral genom konak DNA ile bütünleşir ve onunla beraber çoğalır. Virüs hücrenin yavrularına aktarılır. konak hücrenin bir parçası haline gelen virüs uzun bir süre öyle kalabilir, ama uygun şartlarda tekrar aktif hale gelip litik döngüye geri girebilir.






Bakteriyofajların renklendirilmiş elektron mikrografı


Bakteriofajlar kendilerine has bakterileri enfekte ederler, bunun için bakterinin yüzeyünde bulunan reseptör proteinlere bağlanıp hücrenin içine girerler. Kısa bir süre içinde, bazen birkaç dakikada, bakterinin polimerazları viral mRNA'nın proteine çevirisine başlarlar. Bu proteinler ya yeni virionları oluşturular, ya yeni virionların oluşmasına yardımcı olurlar veya hücre parçalanmısını sağlarlar. Viral enzimler hücre zarını parçalarlar ve T4 fajı durumunda, enfeksiyondan yirmi dakika sonra üç yüzden fazla faj salınır.

Hayvan DNA virüsleri, (herpes virüsleri gibi) konak hücrenin içine endositoz yoluyla girerler. Genelde, virüs uygun bir hücre zarı reseptörü ile tesadüfi bir çarpişma sonucunda ona bağlanır sonra da hücre içine alınır. Viral genom kapsitten dışarı salınır ve konak polimerazlar viral mRNA'yı okumaya başlarlar. Yeni virionlar ya hücre paçalanması ya da hücre zarında tomurcuklanarak hücreden dışarı salınırlar.

Hayvan RNA virüsleri çoğalma mekanizmalarına bağlı olarak üç farklı gruba ayrılabilirler. RNA'nın tek veya çift iplikli olması, ve tek iplikli olması durumunda onun polaritesi, virüsün çoğalma mekanizmasını belirler. Tek iplikli RNA'lar pozitif veya negatif anlamlı olabilirler, ayrıca çift iplikli RNA virüsleri vardır. Bazı RNA virüslerinin içinde DNA vardır ama çoğalmak için önce RNA'ya kopyalanırlar. RNA virüsleri çoğalmak için virüs tarafından kodlanan bir RNA replikaz enzimine muhtaçtırlar.
Retrovirüsler ters transkripsiyon yoluyla çoğalırlar, yani bir RNA şablonundan DNA oluşurtururlar. RNA genomlu virüsler bir DNA ara ürün aracılığıyla çoğalırlar, DNA genomlu olanlar ise bir RNA molekülü oluşturarak çoğalırlar. Her iki tip ters trasnkripsiyon virüsü de nükleik asit dönüçümü üçün ters transkriptaz enzimi kullanırlar.