Microbiologia virușilor: Proprietăți și structură

Proprietăți de viață

Opiniile științifice diferă dacă virușii sunt o formă de viață sau structuri organice care interacționează cu organismele vii. Au fost descriși ca „organisme la marginea vieții”, deoarece seamănă cu organismele prin faptul că posedă gene, evoluează prin selecție naturală și se reproduc prin crearea mai multor copii ale lor prin auto-asamblare. Deși au gene, nu au o structură celulară, care este adesea văzută ca unitatea de bază a vieții. Virușii nu au propriul lor metabolism și necesită o celulă gazdă pentru a produce viruși noi. Prin urmare, nu se pot reproduce în mod natural în afara unei celule gazdă – deși speciile bacteriene precum rickettsia și chlamydia sunt considerate organisme vii în ciuda aceleiași limitări. Formele de viață acceptate folosesc diviziunea celulară pentru a se reproduce, în timp ce virușii se adună spontan în celule. Ele diferă de creșterea autonomă a cristalelor, deoarece moștenesc mutații genetice în timp ce sunt supuse selecției naturale. Auto-asamblarea virusului în celulele gazdă are implicații pentru studiul originii vieții, deoarece conferă o mai mare credibilitate ipotezei că viața ar fi putut începe ca molecule organice auto-asamblate.

Structura

(Diagrama modului în care se poate construi o capsidă virală utilizând mai multe copii ale a doar două molecule de proteine. )

(Structura virusului mozaicului tutunului: ARN înfășurat într-o helică de subunități proteice repetate. )

(Structura adenovirusului icosaedric. Micrografie electronică cu o ilustrație pentru a arăta forma. )

(Structura virusului varicelei. Au o anvelopă lipidică.)

(Structura unui virus mozaic icosaedric de cowpea. )

(Capsida MS2 a virusului Escherichia bacteriofag. Acest virus sferic are și simetrie icosaedrică. )

Virușii prezintă o mare diversitate de forme și dimensiuni, numite „morfologii”. În general, virușii sunt mult mai mici decât bacteriile. Majoritatea virușilor care au fost studiați au un diametru cuprins între 20 și 300 nanometri. Unele filovirusuri au o lungime totală de până la 1400 nm; diametrul lor este de numai aproximativ 80 nm. Majoritatea virușilor nu pot fi văzuți cu un microscop optic, astfel încât microscoapele electronice de scanare și transmisie sunt folosite pentru a-i vizualiza. Pentru a crește contrastul dintre viruși și fundal, se folosesc „pete” dense de electroni. Acestea sunt soluții de săruri ale metalelor grele, cum ar fi tungstenul, care împrăștie electronii din regiunile acoperite cu pata. Când virionii sunt acoperiți cu colorare (colorare pozitivă), detaliile fine sunt ascunse. Colorarea negativă depășește această problemă colorând doar fundalul.

O particulă de virus completă, cunoscută sub numele de virion, constă din acid nucleic înconjurat de un strat protector de proteine ​​numit capsidă. Acestea sunt formate din subunități proteice identice numite capsomere. Virușii pot avea o „anvelop” lipidică derivată din membrana celulei gazdă. Capsida este fabricată din proteine ​​codificate de genomul viral și forma sa servește ca bază pentru distincția morfologică. Subunitățile proteice codificate viral se vor auto-asambla pentru a forma o capsidă, necesitând în general prezența genomului virusului. Virușii complecși codifică proteinele care ajută la construirea capsidei lor. Proteinele asociate cu acidul nucleic sunt cunoscute sub numele de nucleoproteine, iar asocierea proteinelor capsidei virale cu acidul nucleic viral se numește nucleocapsidă. Capsida și întreaga structură a virusului poate fi sondată mecanic (fizic) prin microscopie atomică. În general, există patru tipuri principale morfologice de virus :

Elicoidal

Acești viruși sunt compuși dintr-un singur tip de capsomere stivuite în jurul unei axe centrale pentru a forma o structură elicoidală, care poate avea o cavitate centrală sau un tub. Acest aranjament are ca rezultat virioni în formă de tijă sau filamente, care pot fi scurți și foarte rigizi, sau lungi și foarte flexibili. Materialul genetic (tipic ARN monocatenar, dar SSDNA în unele cazuri) este legat în helixul proteic prin interacțiuni între acidul nucleic încărcat negativ și sarcinile pozitive pe proteină. Per ansamblu, lungimea unei capside elicoidale este legată de lungimea acidului nucleic conținut în acesta, iar diametrul este dependent de mărimea și dispunerea capsomerilor. Virusul bine studiat al mozaicului tutunului este un exemplu de virus elicoidal.

Icosaedru

Majoritatea virușilor de animale sunt icosaedrici sau aproape sferici cu simetrie icosaedrică chirală. Un icosaedru obișnuit este modalitatea optimă de a forma o coajă închisă din subunități identice. Numărul minim de capsomere identice necesare pentru fiecare față triunghiulară este 3, ceea ce dă 60 pentru icosaedru. Mulți viruși, cum ar fi rotavirusul, au mai mult de 60 de capsomeri și par sferici, dar păstrează această simetrie. Pentru a realiza acest lucru, capsomerele de la vârfuri sunt înconjurate de alte cinci capsomere și sunt numite pentoni. Capsomerele de pe fețele triunghiulare sunt înconjurate de alte șase și se numesc hexoni. Hexonii sunt în esență plați, iar pentonii, care formează cele 12 vârfuri sunt curbați. Aceeași proteină poate acționa ca subunitate atât a pentamerelor, cât și a hexamerelor sau pot fi compuse din proteine ​​diferite.

Prolat

Acesta este un icosaedru alungit de-a lungul celei de-a cincea axe și este un aranjament comun al capetelor bacteriofagilor. Această structură este compusă dintr-un cilindru cu capac la ambele capete.

Anvelopă

Unele specii de virus se învelesc într-o formă modificată a uneia dintre membranele celulare, fie membrana exterioară care înconjoară o celulă gazdă infectată, fie membrane interne, cum ar fi membrana nucleară sau reticulul endoplasmatic, câștigând astfel un strat strat lipidic extern cunoscut sub numele de anvelopă virală. Această membrană este împânzită cu proteine ​​codificate de genomul viral și genomul gazdei; membrana lipidică în sine și orice carbohidrați prezenți provin în întregime de la gazdă. Virusul gripal și HIV folosesc această strategie. Majoritatea virușilor înveliți depind de anvelopă pentru infecțiozitatea lor.

Complex

Acești viruși posedă o capsidă care nu este nici pur elicoidală, nici pur icosaedrică și care poate avea structuri suplimentare, cum ar fi cozile de proteine ​​sau un perete exterior complex. Unele bacteriofage, precum fagul T4 Enterobacteria, au o structură complexă constând dintr-un cap icosaedric legat de o coadă elicoidală, care poate avea o placă de bază hexagonală cu fibre de coadă proteică proeminente. Această structură a cozii acționează ca o seringă moleculară, atașându-se la gazda bacteriană și apoi injectând genomul viral în celulă.

Poxvirusurile sunt viruși mari, complecși, care au o morfologie neobișnuită. Genomul viral este asociat cu proteinele dintr-o structură centrală a discului cunoscută sub numele de nucleoid. Nucleoidul este înconjurat de o membrană și de două corpuri laterale cu funcție necunoscută. Virusul are un înveliș exterior cu un strat gros de proteine ​​împânzit pe suprafața sa. Întregul virion este ușor pleomorf, variind de la ovoid până la formă de cărămidă.

Viruși uriași

Mimivirusul este unul dintre cei mai mari viruși caracterizați, cu un diametru al capsidei de 400 nm. Filamentele proteice care măsoară 100 nm se proiectează de la suprafață. Capsida apare hexagonală la microscopul electronic, prin urmare capsida este probabil icosaedrică. În 2011, cercetătorii au descoperit cel mai mare virus cunoscut în probele de apă colectate de pe fundul oceanului de pe coasta Las Cruces, Chile. Denumit provizoriu Megavirus chilensis, poate fi văzut cu un microscop optic de bază. În 2013, genul Pandoravirus a fost descoperit în Chile și Australia și are genomi de aproximativ două ori mai mari decât Megavirus și Mimivirus. Toți virușii gigantici au genom ADNd și sunt clasificați în mai multe familii: Mimiviridae, Pithoviridae, Pandoraviridae, Phycodnaviridae și genul Mollivirus.

Unii viruși care infectează Archaea au structuri complexe care nu au legătură cu nicio altă formă de virus, cu o mare varietate de forme neobișnuite, variind de la structuri în formă de fus la viruși care seamănă cu tije agățate, lacrimi sau chiar sticle. Alți viruși arheici seamănă cu bacteriofagii cu coadă și pot avea mai multe structuri de coadă.