в-к Лечител
в-к Лечител
 

МИМИВИРУСИТЕ

Брой: 12, 23 март 2017 - ДИАБЕТЪТ
ЛИПСВАЩО ЗВЕНО НА ЕВОЛЮЦИЯТА

 Възрастта на вирусите е на милиарди години. Веднага след появата на човечеството, преди около два милиона години, те, живеещи само в живи клетки, предприеха необявена война срещу него, която продължава и до днес, отнемайки годишно милиони живота. За съжаление, човекът откри нападателите едва преди стотина години и започна активно да се бори срещу тях от средата на миналия век. Поради минималните размери на вирусите и ниското ниво на вирусологията, в началото съпротивата беше трудна и неефективна. Но поетапно вирусологията се разви бързо и откри научно обосновани средства, ваксини и химиотерапевтици и започна да се противопоставя успешно: един от тях ликвидира напълно (вариолния), на няколко други ограничи разпространението им (полио, морбили, рубеола, паротит). Успехите продължават да се редят един след друг. (Бел. ред. „Лечител“ приема факта, че вирусологията регистрира редица теоретични и практически постижения, но не споделя ентусиазма на нашия приятел – проф. Одисеев, че „успехите продължават да се редят един след друг“, тъй като един от големите нерешени проблеми на съвременната медицина е именно безсилието й пред вирусните заболявания – от грипа до СПИН и пр.)
 Доскоро човекът смяташе вирусите само за врагове, но в последно време видя и добрите им страни. От тях най-важните са помощта в разгадаване на основните процеси в природата: появата на живота и неговата еволюция. Този подход поде нов стимул с изолирането на мимивирусите.

Изолиране на първия мимивирус

 Амебите са едноклетъчни организми, живеят във влажни условия и населяват широко водните резервоари и басейни. Хранят се с бактерии, като ги поглъщат и постепенно разграждат. Но съществуват и такива, проявяващи резистентност към хранителните им ензими, които остават живи, което предразполага тяхното откриване чрез амебите.
 В процеса на редовното контролиране на водните резервоари Timoty Rowbotham, ръководител на регионалната микробиологична лаборатория в град Leed, Англия, установява, че наред с другите, амебите поглъщат и бактериите легионели, но не могат да ги разградят. Този факт го заинтригува и той започва да ги търси активно, използвайки амебите. Резултатите от изследванията му са изнесени в две публикации, през 1980 и 1983 г., в които излага данните от получените положителни проби с различни резистентни бактерии, изолирани от епидемични огнища.
 В 1992 г. избухва вътреболнична епидемия в градчето Bradford. Предпола-гайки, че е причинена от легионели, Rowbotham взема проби от водния резервоар на болницата. В изолираните амеби той открива непозната резистентна “бактерия”. И понеже се оцветява по метода Грам, я прибавя към грам-положителните с името Bradfordcoccus. След като не можа да го идентифицира, лекарят му слага ново име Acanthamoeba polyphaga и го поставя в хладилен контейнер на –70 оС, където “зъзне” в продължение на 10 години.
 В своята дългогодишна дейност Rowbotham създава голяма колекция от бактерии, резистентни към амебите, между тях и акантамоеба полифага. След пенсионирането си той предава колекцията на френския медик Richard Birtles, обучаващ се в Англия, а по това време стажант в лабораторията му.
 В Катедрата по микробиология при Медицинския университет в Марсилия,
завеждана от Didier Raoult, се проучват рикетциите. През 1990 г., ръководителят поставя началото на втора тема – изолация на нови патогенни микроорганизми. Като основен метод се използват амебите. Мотивът е, че те приличат много на макрофагите, имунните клетки, които патрулират в организма и поглъщат евентуално нахлулите бактерии и ги обезвреждат. И ако една бактерия е устойчива и преживява в амебата, без да бъде разградена, той е способен да противостои и в макрофагите. Затова използването на метода е подходящ за изолиране на бактерии, резистентни към макрофагите.
 Шефът възлага на Bernard la Scola, дипломант в лабораторията, да разработи условия за развъждане на амеби, които да бъдат използвани за вземане на проби от различни водоизточници. Използването им допринася за изолиране, в продължение на няколко години, над 60 патогенни агента, непознати дотогава.
 В 1995 г. Birtles се завръща във Франция и постъпва в лабораторията на Raoult като докторант, пренасяйки със себе си колекцията на Rowbotham. Определена му е темата: Изолиране и проучване на нови щамове легионели и хламидии. Между другото, Birtles информира завеждащия катедрата за микроба Acanthamoeba polyphaga, намиращ се в банката, която е донесъл, но е неидентифициран. Шефът решава да се проведе проучването му.
 Известно е, че един от гените на легионелите кодира РНК, обозначена 16S. Поставена в рибозомите на амебата, тя изгражда белтък, който служи за негов маркер. Отделните серотипове легионели имат свои 16S особености, което позволява да се различават един от друг.
 Започва се с извличане на РНК 16S от бактерия акантамоеба полифага. Но се оказва, че такава в него няма. Възниква предположението, че използваният метод е неподходящ за разкъсване на обвивката му. Raoult предлага на Scola да го фотографира с електронен микроскоп. За голяма изненада, агентът се представя с икосаедрична форма. Но с огромни размери - 400 nm, по-голям от най-големите познати вируси. Агентът е наречен Mimivirus (мимикриращ, прикриващ се под формата на бактерия). Подготвена е статия, която е предложена на списание Nature. Но редакцията отказва да я публикува - фактите са недостатъчни и неубедителни.
 Работата по проучване на мимивируса продължава. Започват да се проучват и мимивируси, изолирани от местни водни източници. Изпратена е нова статия, този път в списание Science, която е одобрена и публикувана в 2003 г.
 След консултация с Michel Claverie, завеждащ лабораторията по генетика в Националния център за научни изследвания (CNRS), двете лаборатории започват съвместна работа за проучване на генома на мимивируса. Прави се частична секвенция, която потвърждава вирусния характер. След това тотална. Установява се, че ДНК, геномът на мимивируса, представлява двойноверижна линейна молекула, изградена от 1 181 404 двойки бази. Съдържа над 1000 гена, което показва, че кодиращият му капацитет е по-голям дори и на много бактерии. Установени са много гени, кодиращи протеини, полизахариди, ензими и редица други елементи, с функции, нетипични за познатите досега вируси. Базирайки се на горното, Claverie и Raoult поставят мимивируса между бактериите и еукариоцитите (животинските клетки). Смятайки го за жив организъм, авторите изразяват становището, че е нов клон в “дървото на живота”. Изследователите Moreira D. и Brochier С. провеждат подробен филогенетичен анализ на мимивируса и оспорват това становище. Според тях мозаичността на генома на мимивирусите се дължи на хоризонтален трaнсфер (пренасяне) на гени от геномите на амебите и паразитиращите в тях други агенти. С това те поставят началото на ожесточен спор, който продължава и до днес.

Класификация

 Мимивирусите са обединени в семейство Mimiviridae и род Mimivirus. Но и досега те не са включени в официалната система на Международния комитет по таксономия на вирусите. В 2012 г. е изказано предложението да бъдат групирани с други семейства с големи вируси в нова фамилия Megaviridae. В последните години се среща и терминът gyrus (кръгли) вируси. Според Baltimor следва да се отнесат към група I: вируси, съдържащи двуверижна ДНК с огромни размери.
 Всички изолирани мимивируси се отличават със своята големина, сложна молекулярна характеристика на геномите им, способни да произвеждат над 150 вида протеини, структурни и неструктурни, като се има предвид, че някои вируси кодират само с 4 протеина. Редица протеини на мимивирусите, вземащи участие в репликацията на генома, се оказват еднакви с другите големи ДНК вируси, което говори за общ произход. Обаче голям брой техни протеини нямат сходство с нито един от известните досега. Освен това геномът на мимивируса кодира значително количество протеини, подобни на бактериалните и клетъчните.

Структура

 Външна обвивка (капсид). Мимивирусите имат кръгла форма с диаметър от 400 до 500 нм, най-голям от познатите досега вируси и близък до малките бактерии. Може да се наблюдават с обикновен микроскоп. Основният белтък L425 формира 20 (icos, гр.) еднакви триъгълни плоскости, капсомери, оформящи капсида (откъдето и икосаедричната форма). Ъглите на всеки капсомер участват във формиране на петстранна пирамида с остро връхче. Тази структура играе важна роля при заразяването на клетката хазяин. При допир с амебата едно от връхчетата пробива клетъчната мембрана и вирусната ДНК навлиза в клетката. Капсидът на мимивируса е покрит отвън с гъст слой белтъчни въси с дължина 80-120 нм, с богато гликолизирана повърхност, която може би играе роля в привличането на вируса от амебата.
 Нуклеокапсид. Мимивирусът притежава сложен строеж на нуклеокапсида си. Веднага под капсида се намират две електронноплътни мембрани. Под тях се намира белтъчна обвивка, която обгръща двуверижната линейна ДНК на вируса. Предполага се, че пространството между нуклеокапсида и капсида е запълнено с разтворими ферменти, нужни за проникване на вируса в амебата.
 Неструктурни белтъци и РНК. Освен структурните протеини в състава на вириона се откриват и много неструктурни, които се класифицират на няколко функционални групи: участващи в транскрипцията; с окислителни способности; модифициращи липидите и белтъците; участващи в метаболизма на ДНК и много други с неустановени още функции. Освен протеини и ДНК, от очистените вириони са отделени няколко различни РНК верижки: мРНК (messenger RNK), “изпратени” от ДНК в амебните рибозоми за изграждане на белтъци и тРНК(tRNK = transport RNА), “транспортни”, които ловят аминокиселените от амебната цитоплазма и ги транспортират до рибозомите, за да бъдат включени в изграждания белтък. Всички споменати елементи участват в размножението на вируса в амебата.
 Геном. Както е споменато по-горе, геномът на мимивируса съдържа 1,181,404 двойки нуклеотида: аденин (А), свързан с тимин (Т), и гуанин (G) с цитезин (C). В дългата ДНК верига, двойките са свързани една за друга с фосфор (Р).
 Следва да се допълни, че в генома на мимивируса не се откриват признаци на деградация и отделни фрагменти на ДНК, характерни за геномите на бактериите.  Въпреки големите си размери геномът използва ефективно всички си елементи.
 Детайлното проучване на вирусния геном продължава, за да се коригират някои грешки при секвенцията му.
 Гени. В генома на мимивируса са открити хомологични на всички ключови гени, характерни за другите големи вируси. В същото време някои геноми съдържат приблизително двойно повече гени, отколкото в геномите на родствените вируси, при това сред тези гени има много уникални. Към други необичайни гени в мимивирусния геном се отнасят и тези, които кодират ферменти за поправяне уврежданията в ДНК, възникнали в резултат от действието на окислители, ултравиолетово облъчване и алкилиращи вещества
 Регулация на генома. Механизмите за приспособяване на мимивируса към изменение на средата, наред с признаците на дарвинистичната еволюция, има и такива, съответстващи на ламаркизма. Така например в условията на понижена дейност в генома се явява репресия на някои гени, която може да достигне до пълната им инактивация, наследявана от следващите поколения на вируса.

Жизнен цикъл

 Клетката хазяин. Първият известен хазяин на мимивируса се явява амебата Acantamoeba polyphaga. Такива могат да бъдат само други 2 представителя на рода A. Castellanii и A. Mauritaniensis. Някои данни показват, че мимивируса може да проникне и в макрофагите и да се размножава в тях.
 Цикъл на размножаване. Мимивирусът има 24-часов жизнен цикъл на размножаване. Всички негови процеси се извършват в цитоплазмата на амебата. Размножението на мимивируса в амебата протича по следния сценарий:
 - Вириона мимивирус, напомнящ бактерия по своите размери и с присъствието на полизахариди по повърхността му, се поглъща от амебата като храна (ендоцитоза);
- Белтъчните нишки и капсидът се стопяват и смесват с амебната цитоплазма.
- Към 4-5-ия час от заразяването ДНК излиза от нуклеокапсида и благодарение на транскрипциите, намиращи се в материята на капсида, започва синтез на мРНК и тРНК. Те спомагат на ДНК да започне да се реплицира (удвоява). Останките от нуклеокапсида изграждат т.нар. вирусна фабрика.
- Към 6-9-ия час във фабриката започват да се сформират новите вириони: новосформираните ДНК молекули се обвиват с нуклеокапсиди и капсиди, които оформят пълноценни вириони.
- След 14-24 часа амебата се разпада и потомството вириони се оказват на свобода. Затова тук не се проявява феноменът екзоцитоза, разкъсване на външната обвивка на амебата, защото тя е изчезнала.
- От един вирион мимивирус, влязъл в амебата, излизат около 300 нови вириона.

Патогенност

 Съществува хипотезата, че мимивирусът може да предизвика у някои хора
пневмонии. Досега са установени само косвени доказателства.
 При експерименти с пациенти е доказано, че мимивирусът може да проникне във фагоцитите и да се размножава в тях. Описан е случай на заразяване на лаборант, който е изследвал мимивирус. В кръвта му са изолирани антитела срещу вируса. Но дали мимивирусът е причинителят, не може да се твърди. Може би е случайна невинна среща. Защото вирусът е високоимуногенен и създава антитела, без да причинява инфекция. Проведени са проучвания от редица изследователи върху голям брой болни. В единични случаи са установени антитела срещу вируса, но в нито един от тях не е изолиран вирус, дори и при използване на полимеразна верижна реакция (PCR).
 Но все пак за безопасност при манипулация с него следва да се вземат мерки, поради което е включен във II гупа патогенност.

Еволюция на мимивирусите

 Мимивирусите притежават редица свойства, които не се вписват в традиционните представи за вирусите: големи размери на вирионите, съдържащи едновременно два типа нуклеинови киселини, ДНК и РНК, големи и сложни геноми, присъствие на нехарактерни за другите вируси гени (повече от половината нямат хомолози в тях). Наличие на ген, който кодира протеин, възстановяващ уврежданията на ДНК. Възможност да стават хазяин на други вируси (мимивируси със спутник). Тези факти подбудиха интерес към въпроса за тяхната еволюция.
 Съществуват две принципно различни хипотези за произхода на сложния геном на мимивирусите. Съгласно първата: мимивирусът произхожда от сложен праотец (рикетция или хламидия) по пътя на редукционна еволюция и принадлежи към четвъртия домен на живата природа. Според втората: еволюцията е вървяла по пътя на усложнението и постепенно натрупване на гени, постъпващи от геномите на организма хазяин, чрез хоризонтално пренасяне и не са живи организми.
 Фактически и двете хипотези се опират на данни от сравнителната геномика, затова могат да бъдат интерпретирани по-различен начин, отчитайки факта, че те отразяват събития, възможно осъществени стотици милиони години назад. Относително бързият темп на еволюцията на вируса и интензивното хоризонтално пренасяне на гени усложняват анализа и затрудняват построяването на филогенетичното му дърво. Тяхната интерпретация продължава да бъде постоянна тема на спорове.

Произход на мимивирусите

 Въпросът за произхода на мимивируса остава още по-загадъчен, отколкото
еволюцията на геном му. И тук се повтарят горните две становища:
Едното: начало от много по-сложни (възможно клетъчни) форми, такива като микоплазмите и рикетциите. В подкрепа на тази хипотеза говори наличието във вируса на голям брой излишни гени, които не са необходими за размножаването му и функционално дублират гените на предшественика.
 Второто: възникване на ядра в еукариотичните клетки, подобни на мимивирусните фабрики. На разни етапи на този процес новото примитивно ядро би могло неколкократно да се връща към съществуване във форма на гигантски вирус
 Впрочем съществува и трето становище: вирусите са дошли от космоса. Фантазията на привържениците на него дотолкова е развита, че виждат как всемирът гъмжи от вируси. Ползата от него се състои в изнасяне на проблема от земната повърхност и дават възможност на изследователите да спят спокойно.
 Мимивируси и определение на понятието “живот”
 В 2000 година Международният комитет по таксономия на вирусите обяви официално, че вирусите не се отнасят към живите организми. Обаче с откритието на мимивируса тази идея е поставена наново под съмнение. Мимивирусът, както и всеки друг вирус, нямащ гени за рибозомални белтъци, използва рибозомата на хазяина и формира вирусна фабрика, която функционира независимо от клетката. Изказано е мнението, че именно вирусите, създаващи “фабриките” в клетката хазяин, следва да се смятат като живи, а не метаболично неактивните вирусни единици, излезли от нея. Авторите на тази идея предполагат, че вирусната фабрика с привличане на компоненти от амебата, осъществяваща репликацията на ДНК, транскрипцията на гени и синтез на съответстващи протеини, което много убедително напомня за клетъчно ядро. От тази гледна точка мимивирусът във фабриката изглежда много по-близко до живота, отколкото произведения от него неактивен вирион.
 На този въпрос много по-точно ще се отговори с откриването на нови гигантски вируси. За това ще допринесе и непрекъснатото усъвършенстване на техниката, в това число и на космическите технологии, използвани за ултрабързи физични, химични и биохимични процеси, протичащи на атомно ниво. Тук ще споменем за изследването на мимивируса със специална рентгенова камера, подобна на космическия телескоп XMM-Newton, представила първите изображения на вируса. Техният анализ може да хвърли светлина върху основните въпроси относно вирусната еволюция, а може би и върху произхода на живота.
Извод
 От всичко изложено става ясно, че мимивирусите имат общ произход с познатите досега вируси, сходство с другите големи ядрено-цитоплазматични вируси, но и съществени различия: по-многобройни и по-висши структури и функции, които ги издигат на по-високо ниво на развитие. А наличието на гени от бактериални и еукариоцитни клетки поставя въпроса: Не са ли прави Claverie и Roult, като поставят мимивирусите между тях, смятайки ги за живи организми и нов клон в “дървото на живота”?

Проф. д-р Христо Одисеев. дм, дмн.


Брой: 12, 23 март 2017
 
 
Продукти
 
ВИЗИОБАЛАНС ОПТИ (VISIOBALANCE OPTI)
 
Х - потенс трибулус (бабини зъби)
 
ЗЕЛЕН РОЙБОС (GREEN ROOIBOS)
 
Lechitel.BG :::
 
Книга Лечител
Lechitel.BG :::
 
Taloni-otstupki
 
e-shop
 
Dobipress abonament
 
www.lechitel.bg
 
Избери цвят 
© 2007 Лечител ООД