Virüslere Giriş
Virüsler tipik olarak zorunlu hücre içi parazitler, çoğalmak için bir konak hücrenin varlığına ihtiyaç duyan aselüler enfeksiyöz ajanlar olarak tanımlanır. İnsan, hayvan, bitki, bakteri, maya, arkea, protozoa gibi her tür hücreyi enfekte ettiği tespit edilen virüsler… Hatta bazı bilim insanları diğer virüsleri enfekte eden bir virüs bulduklarını iddia ediyor! Ancak bazı hücresel yardımlar olmadan bu gerçekleşmeyecektir.
Virüs Karakteristikleri
Virüsler, kapsid olarak bilinen bir protein kaplama ile çevrelenmiş nükleik asitten oluşan son derece basit bir tasarıma sahip olabilirler. Kapsid, kapsomer olarak adlandırılan daha küçük protein bileşenlerinden oluşur. Kapsid+genom kombinasyonuna nükleokapsid adı verilir.
Virüsler ek bileşenlere de sahip olabilir; en yaygın olanı nükleokapsidi çevreleyen ve zarf adı verilen ek bir zar tabakasıdır. Zarf aslında enfekte konak hücrenin nükleer veya plazma zarından elde edilir ve daha sonra peplomer adı verilen viral proteinlerle modifiye edilir. Bazı virüsler, bir konak hücrenin enfeksiyonu için gerekli olan ve viral genom içinde kodlanan viral enzimler içerir. Konak hücre enfeksiyonu için gerekli tüm bileşenleri içeren eksiksiz bir virüse virion denir.
Virüs Genomu
Hücreler genomları için çift sarmallı DNA içerirken, virüsler bu formla sınırlı değildir. dsDNA virüsleri olduğu gibi, tek sarmallı DNA (ssDNA), çift sarmallı RNA (dsRNA) ve tek sarmallı RNA (ssRNA) içeren virüsler de vardır. Bu son kategoride, ssRNA pozitif anlamlı (+ssRNA, yani mRNA gibi bir mesajı kopyalayabilir) veya negatif anlamlı (-ssRNA, mRNA'ya tamamlayıcı olduğunu gösterir) olabilir. Hatta bazı virüsler nükleokapsitte bir nükleik asit formuyla başlar ve daha sonra replikasyon sırasında bunu farklı bir forma dönüştürür.
Virüsün Yapısı
Viral nükleokapsidler iki temel şekle sahiptir, ancak bir virüsün genel görünümü, varsa bir zarfın varlığıyla değişebilir. Sarmal virüsler, kapsomerlerin sarmal genom etrafında sarmal olarak düzenlendiği uzun tüp benzeri bir yapıya sahiptir. İkozahedral virüsler, 20 üçgen yüzden oluşan ikozahedral simetri ile küresel bir şekle sahiptir. En basit ikozahedral kapsid, üçgen yüz başına 3 kapsomere sahiptir ve bu da tüm virüs için 60 kapsomer demektir. Bazı virüsler, tasarım veya bileşenleri açısından çok sıra dışı oldukları için önceki iki kategoriye de tam olarak uymazlar, bu nedenle karmaşık virüsler olarak bilinen üçüncü bir kategori vardır. Örnekler arasında tuğla şeklinde bir dış ve karmaşık bir iç yapıya sahip poxvirus ve ikozahedral bir başa bağlı kuyruk liflerine sahip bakteriyofaj yer alır.
Virüs Replikasyon Döngüsü
Virüslerin replikasyon döngüsü virüsten virüse değişebilmekle birlikte, beş adımdan oluşan genel bir model tanımlanabilir:
- Bağlanma - virion doğru konakçı hücreye bağlanır.
- Penetrasyon veya Viral Giriş - virüs veya viral nükleik asit hücre içine giriş yapar.
- Sentez - viral proteinler ve nükleik asit kopyaları hücrelerin mekanizması tarafından üretilir.
- Birleştirme - virüsler viral bileşenlerden üretilir.
- Serbest bırakma - yeni oluşan virionlar hücreden serbest bırakılır.
Bağlanma
Virüsler, konak hücrelerinin dışında hareketsiz veya metabolik olarak inaktiftir. Bu nedenle, bir virionun uygun bir konak hücreyle karşılaşması rastgele bir olaydır. Bağlanmanın kendisi, virüsün dışındaki moleküller ile konak hücre yüzeyindeki reseptörler arasında oldukça spesifiktir. Bu, virüslerin yalnızca belirli hücre türlerini veya belirli konakçıları enfekte etme özelliğini açıklar.
Penetrasyon veya Viral Giriş
Birçok zarfsız (veya çıplak) virüs, nükleik asitlerini konak hücreye enjekte ederek dışarıda boş bir kapsid bırakır. Bu süreç penetrasyon olarak adlandırılır ve bakterileri enfekte eden virüsler olan bakteriyofajlarda yaygındır. Ökaryotik virüslerde, kapsidin tamamının hücreye girmesi ve kapsidin sitoplazmada çıkarılması daha olasıdır. Zarflanmamış bir ökaryotik virüs genellikle endositoz yoluyla giriş kazanır; burada konak hücre kapsidi yutmak zorunda kalır ve virüsün hücre içeriğine erişimine izin veren bir endositik vezikül ortaya çıkar. Zarflı bir ökaryotik virüs, nükleokapsidi için membran füzyonu yoluyla giriş kazanır; burada viral zarf konak hücre membranı ile birleşerek nükleokapsidi hücre membranının ötesine iter. Eğer nükleokapsidin tamamı hücre içine getirilirse, kapsidin sıyrılması ve viral genomun serbest bırakılması için bir kaplama çözme işlemi gerçekleştirilir.
Sentez
Hücrenin dsDNA genomundan farklı genomlar, genom replikasyonu ve protein sentezi için karmaşık viral stratejiler içerebileceğinden, sentez aşaması büyük ölçüde viral genomun türüne göre belirlenir. RNA'ya bağımlı RNA polimerazlar gibi virüse özgü enzimler, replikasyon sürecinin devam etmesi için gerekli olabilir. Protein üretimi; bileşenlerin viral gelişimde doğru zamanda yapılmasını sağlamak için sıkı bir şekilde kontrol edilir.
Birleştirme (Assembly)
Viral montajın karmaşıklığı, yapılan virüse bağlıdır. En basit virüs, 3 farklı protein türünden oluşan ve çok az zorlukla kendi kendine birleşen bir kapside sahiptir. En karmaşık virüs, hepsi belirli bir düzende bir araya gelmesi gereken 60'tan fazla farklı proteinden oluşur. Bu virüsler genellikle farklı viral yapıları oluşturmak için birden fazla montaj hattı kullanır ve ardından tüm viral bileşenleri organize bir şekilde bir araya getirmek için iskele proteinlerini kullanır.
Salıverme (Release)
Virüslerin çoğu replikasyonun sonunda konak hücrelerini parçalayarak yeni oluşan tüm viryonların çevreye salınmasına izin verir. Zarflı virüsler için yaygın olan bir başka olasılık da, her seferinde bir virüsün hücreden salındığı tomurcuklanmadır. Hücre zarı, viral proteinlerin eklenmesiyle modifiye edilir ve nükleokapsid, zarın bu modifiye edilmiş kısmından dışarı itilerek bir zarf kazanmasına izin verir.
Bakteriyofaj
Bakterileri enfekte eden virüsler bakteriyofaj veya faj olarak bilinir. Virülan bir faj, yukarıda açıklanan beş replikasyon adımını izledikten sonra, replikasyonun sonunda konak hücreyi her zaman lize eden bir fajdır. Buna litik replikasyon döngüsü denir.
Ayrıca, çoğalmaları ile ilgili iki seçeneği olan virüsler olan ılıman fajlar da vardır. Seçenek 1, beş replikasyon adımını takip ederek ve sonunda litik döngü olarak adlandırılan konak hücreyi parçalayarak virülan bir fajı taklit etmektir. Ancak ılıman fajlar, virülan fajlardan farklı olarak başka bir seçeneğe daha sahiptir: Seçenek 2, konak hücreyi yok etmeden içinde kalırlar. Bu süreç lizogeni veya lizojenik replikasyon döngüsü olarak bilinir.
Lizojeniyi kullanan bir faj hala tipik bir replikasyon döngüsünün ilk iki adımı olan bağlanma ve penetrasyondan geçer. Viral DNA hücreye yerleştirildikten sonra konak DNA'sı ile bütünleşerek bir profaj oluşturur. Enfekte bakteri lizojen veya lizojenik bakteri olarak adlandırılır. Bu durumda virüs, konak hücre metabolizmasına veya üremesine müdahale etmediği konakçı ile istikrarlı bir ilişkiye sahiptir. Konak hücre aynı virüsün yeniden bulaşmasına karşı bağışıklık kazanır.
Konak hücrenin stresli koşullara maruz kalması (örneğin UV ışınlaması), viral DNA'nın konak hücre DNA'sından ayrıldığı indüksiyona neden olur. Bu olay litik döngünün geri kalan adımlarını, sentez, olgunlaşma ve salınımı tetikleyerek konak hücrenin parçalanmasına ve yeni oluşan virionların salınmasına yol açar.
Peki, ılıman bir faj tarafından kullanılacak replikasyon tipini ne belirler? Etrafta çok sayıda konak hücre varsa, ılıman bir fajın litik replikasyon döngüsüne girmesi ve viral üretimde büyük bir artışa yol açması muhtemeldir. Konak hücreleri azsa, ılıman bir fajın lizojeniye girme olasılığı daha yüksektir ve konak hücre sayısı artana kadar viral hayatta kalmaya izin verir. Aynı durum, bir ortamdaki faj sayısının konakçı hücrelerden çok daha fazla olması halinde de geçerlidir, çünkü lizogeni konakçı hücre sayısının yeniden artmasını sağlayarak viral hayatta kalmayı uzun vadede garanti altına alacaktır.
Lizojenler, lizojeni deneyimlemenin bir yararı olabilir çünkü lizojenik dönüşüm meydana gelebilir; burada bir proflajın gelişimi, konakçının fenotipinde bir değişikliğe yol açar. Bunun en iyi örneklerinden biri difteri hastalığının etkeni olan Corynebacterium diphtheriae bakterisidir. Hastalığa neden olan difteri toksini, faj genomu içinde kodlanır, bu nedenle sadece C. diphtheriae lizojenleri difteriye neden olur.
Ökaryotik Virüsler
Ökaryotik virüsler, konak hücreleri için dört farklı sonuçtan birine neden olabilir. En yaygın sonuç, virülan bir enfeksiyondan (esasen fajda görülen litik replikasyon döngüsü) kaynaklanan konak hücre lizisidir. Bazı virüsler latent enfeksiyona neden olabilir, konak hücreleriyle yıllarca barış içinde bir arada yaşayabilir (tıpkı lizojenik dönemdeki ılıman bir faj gibi). Bazı zarflı ökaryotik virüsler de bir tür tomurcuklanma süreciyle enfekte konak hücreden teker teker salınarak kalıcı bir enfeksiyona neden olabilir. Son olarak, bazı ökaryotik virüsler konak hücrenin kötü huylu veya kanserli bir hücreye dönüşmesine neden olabilir, bu da transformasyon olarak bilinen bir mekanizmadır.
Virüsler ve Kanser
Kanserin ya da düzensiz hücre büyümesi ve çoğalmasının birçok farklı nedeni vardır. Bilinen bazı nedenler arasında belirli kimyasallara veya UV ışığına maruz kalmak yer alır. Kanser gelişimiyle ilişkisi bilinen bazı virüsler de vardır. Bu tür virüsler onkovirüsler olarak adlandırılır. Onkovirüsler, tümör baskılayıcı proteinler olarak bilinen konak proteinlerine bağlanarak kansere neden olabilirler. Bu proteinler, hücre büyümesini düzenlemek ve gerektiğinde programlanmış hücre ölümünü başlatmak için işlev gösterirler. Tümör baskılayıcı proteinler viral proteinler tarafından etkisiz hale getirilirse, hücreler kontrolden çıkarak büyür ve tümörlerin gelişmesine ve hücrelerin vücuda yayıldığı metastaza yol açar.
Sonraki Ders: Mikrobiyal Büyüme
Yorumlar
Yorum Gönder