Home » Articole » RO » Sănătate » Pandemia COVID-19 » Bine ați venit în lumea virușilor!

Bine ați venit în lumea virușilor!

Oamenii observă natura la scară mezo (de exemplu, de la mm la km). Creierul nostru este bun la procesarea acestui tip de date, de la observarea cireșilor înfloriți, până la scufundări pe un recif de corali, și la măsurarea ciocurilor de cintezi. Dar simțurile noastre ne-au dus în rătăcire pentru că până de curând am trecut cu vederea cea mai mare parte a vieții. Pe floarea cireșului, rădăcini, ramuri și frunze sunt milioane de viruși și prada lor microbiană. Când înotați peste un recif de corali, fiecare mililitru de apă de mare găzduiește zeci de milioane de viruși, și fiecare suprafață, inclusiv mucusul de pe corali și pești, este acoperită de și mai mult viruși. Iar o mare parte din ADN-ul care zboară în faimoasele cinteze ale lui Darwin aparține de fapt microbilor și virușilor

Virușii sunt deosebit de ușor de trecut cu vederea, deoarece sunt complet în afara gamei noastre senzoriale. Aceasta este o problemă, deoarece ratând virosfera, biologii au ignorat efectiv cele mai abundente și mai diverse entități biologice de pe Pământ. În mod conservator, există 1,0 × 1031 viruși. Aceasta se bazează pe estimări de ~ 1,0 × 1030 microbi pe planetă, și o medie de ~ 10 viruși per celulă procariotă. Un extraterestru care ne vizitează planeta, având în vedere o gamă senzorială diferită, care ar putea detecta în mod direct virușii, i-ar considera probabil forma dominantă de viață.

De unde știm că există atât de mulți viruși? Inițial, au fost numărați folosind microscoape electronice. Acum sunt numărați în mod obișnuit folosind microscopie epifluorescentă. De exemplu, pentru a evalua virusii într-un mililitru de apă de mare, proba este trasă printr-un filtru de sticlă cu pori de 0,02 microni (suficient de mic pentru a captura viruși). Apoi, filtrul este tratat cu o pată de ADN care se aprinde sub lumină fluorescentă la microscop. Din punct de vedere tehnic, ceea ce contează de fapt pentru biologi sunt particule asemănătoare virușilor (VLP). Un VLP este ceva care arată ca un virus, dar care nu a fost caracterizat în mod formal și nu s-a demonstrat că acționează ca un virus; adică să infecteze și apoi să se replice în interiorul unei celule gazdă. Chiar dacă virușii sunt incredibil de mici, numărul lor de 1031 îi transformă într-o mulțime uriașă.

În timp ce numărul total de viruși este enorm, ceea ce este cu adevărat incredibil este dinamica lor. Cele mai bune estimări ale noastre sunt că în fiecare săptămână 1031 viruși se destramă și se formează 1031 noi pentru a-i înlocui. Aceasta înseamnă că aproximativ 1,7 × 1025 viruși noi sunt produși în fiecare secundă. Pentru fiecare virus nou, trebuie sintetizate aproximativ 50.000 de perechi de baze de ADN. Astfel, în fiecare secundă mai mult de 1030 de perechi de baze de ADN viral sunt realizate pe planeta Pământ. Deoarece marea majoritate a acestor viruși infectează microbii (bacteriile și arheile, două dintre cele trei domenii ale vieții), producerea acestor viruși implică moartea a aproximativ 1024 celule microbiene în fiecare secundă. Acest lucru sporește diversitatea microbiană și productivitatea ecosistemelor. De asemenea, este un factor imens în ciclul global al energiei și al nutrienților. Scopul acestor exerciții este de a arăta cât de numeroși, masivi și dinamici sunt cu adevărat acești 1031 viruși. Atunci când analizăm virosfera, evenimentele extrem de improbabile devin certitudini probabiliste.

Chiar dacă virușii domină casa noastră din univers, majoritatea oamenilor îi iau în considerare numai atunci când provoacă un fel de boală. Dar, de fapt, majoritatea virușilor sunt de fapt fagi: viruși care infectează bacteriile. În 1915, englezul Frederick Twort a descoperit un „virus ultra-microscopic” care a transformat bacteriile în granule fine. În modul său de utilizare, cuvântul „virus” pare să fi însemnat pur și simplu un agent infecțios. El a scris despre „o bacterie mică care va crește doar pe materialul viu … sau o formă de viață mai slab organizată decât bacteria”. Virusul a fost distrus la 60 °C și nu a putut fi cultivat decât pe bacterii. „În ansamblu, pare probabil, deși în nici un caz sigur, că materialul transparent activ este produs de micrococ și, din moment ce duce la propria distrugere și poate fi transmis culturilor proaspete sănătoase, ar putea fi considerat aproape ca un vector de boală infecțioasă a micrococilor”. Adică, bacteriile se îmbolnăveau.

Francezul canadian Felix d’Herelle a mers mai departe și a arătat că un „microb antagonist” filtrabil capabil să distrugă bacteriile Shigella dysenteriae era izolabil de pacienții care au dezvoltat enterită în urma infecțiilor cu dizenterie. El a efectuat primele teste de placă și a arătat că titrările acestui agent au fost cele mai mari în timpul recuperării pacientului. Cultivarea agentului necesita bacterii de dizenterie vii, dar în aceste condiții agentul poate fi cultivat prin 50 de transferuri succesive. d’Herelle a scris: „dispariția bacililor dizenterici coincide cu apariția unui microb invizibil … Acest microb, într-adevăr un microb al imunității, este un bacteriofag obligatoriu” – prima utilizare a termenului.

Bacteriofag înseamnă „consum de bacterii” și termenul este de obicei scurtat la fag. Sunt o subclasă de viruși care infectează domeniul bacterian al vieții. Primii vânători de viruși și-au dat seama repede că fagul era foarte divers, fiecare având înțelepciune cu privire la gazda pe care ar fi infectat-o. Această specificitate a fagilor pentru tulpini specifice de bacterii a fost una dintre modalitățile timpurii de identificare microbiologică, care a fost efectuată printr-o procedură numită tiparea fagilor. Practic, acest lucru se poate face prin cultivarea bacteriilor într-o eprubetă și apoi prin adăugarea de fagi diferiți. Dacă tubul se curăță, înseamnă că toate bacteriile au fost ucise de fag. Folosind această abordare, mii de fagi și tulpinile lor gazdă au fost clasificate. Determinarea intervalului gazdă este una dintre cele mai utile abordări pentru caracterizarea virosferei.

O altă modalitate de a caracteriza virușii este vizualizarea lor cu un microscop electronic (ME). Virușii din afara unei celule gazdă sunt numiți virioni și sunt unele dintre cele mai minunate creaturi descoperite vreodată. Fagul arhetipal arată ca un lander lunar, cu o capsidă proteică care protejează genomul ADN dublu catenar. Are o coadă, care este utilizată pentru a transfera genomul viral în celula gazdă și fibre de coadă care ajută fagul să găsească gazda corectă. Capsidele virale formează de obicei una dintre cele două arhitecturi de bază: tije sau icosaedre, a căror dimensiune poate varia cu mai mult de un ordin de mărime și care poate împacheta genomi care diferă, de asemenea, de peste 30 de ori ca dimensiune. În formarea particulelor în formă de tijă, proteinele capsidei sunt așezate într-o helică în jurul ADN-ului sau ARN-ului viral. VMT (virusul mozaicului tutunului) este exemplul clasic al acestei forme. Cealaltă structură comună a capsidei este un icosaedru care înconjoară un nucleu de acid nucleic. Dintre cei cinci mii de fagi care au fost descriși și priviți sub ME până în 2000, 96% sunt „fagi cu coadă”, compuși dintr-un cap icosaedric care conține genomul și care posedă o coadă care funcționează pentru a identifica gazda și livrează genomul către interiorul celulei. Structurile cozii au împărțit fagul lunar în trei grupe principale: fagul de tip lambda, care are cozi lungi și flexibile; fagul asemănător T7, care are cozi scurte și contractile; și fagul asemănător T4, care are cozi contractile lungi. Adesea proteinele capsidelor și acizii nucleici genomici se auto-asamblează in vitro pentru a forma virioni infecțioși. Nu sunt necesare informații suplimentare și nici o sursă de energie. Virușii care infectează animale și plante au deseori structura icosaedrică închisă într-o anvelopă de lipide (figura de mai jos).

Principalele tipuri de viruși  (Exemple ale principalelor tipuri de viruși: fagul cu coadă care infectează bacteriile, virușii filamentoși care infectează toate domeniile vieții și virușii anvelopați care infectează celulele animale și vegetale. Există, de fapt, sute de variante pe aceste teme de bază, ia se vedea site-ul web al Comitetului internațional pentru taxonomie virală (ICTV) și / sau cărțile de taxonomie virală. De un interes deosebit sunt numeroșii virioni noi asociați cu virușii Archaea.)

Virionii sunt prădători cu design deosebit, care își caută și omoară gazdele. În general, virionii au o sarcină ușor negativă, astfel încât se resping reciproc atunci când celula gazdă este lizată. Acest lucru le permite să se răspândească și să evite încurcarea în conținutul eliberat al celulei lizate. Mai subtil, se pare că sarcinile sunt aranjate astfel încât virionii să fie de fapt dipoli; adică au o sarcină negativă în jurul capului capsidei și o sarcină ușor pozitivă la cozi. Se presupune că acest lucru îi orientează mai întâi pe coadă atunci când fac un atac asupra celulei gazdă bacteriene (care este ușor negativă).

În timpul fazei de atac, virionul este mai întâi atras electrostatic de suprafața celulei. Se rostogolește de-a lungul exteriorului și coada caută receptori specifici. Dacă gazda este specia bacteriană corectă, atunci fagul va găsi receptorul și îl va prinde. Când se întâmplă acest lucru, coada fagului va perfora membranele celulei gazdă și peretele celular, astfel încât genomul viral să poată fi livrat în citoplasmă. Pentru a realiza acest lucru, exteriorul cozilor contractile își rearanjează structura moleculară astfel încât tubul din interiorul învelișului să poată străpunge celula. Acest lucru permite ADN-ului să fie injectat cu o forță incredibilă.

În plus față de cozi, capsidele fagice sunt adesea decorate cu structuri secundare care facilitează atacul. Aceasta include cârlige care apucă flagelii bacterieni astfel încât fagul să fie tras în jos către gazdă. Alte accesorii moleculare probabil ajută virionul să supraviețuiască condițiilor de mediu diferite sau să acționeze drept camuflaj pentru a arunca ectoenzimele de protecție produse de gazdă. Războiul constant dintre capacitățile virionului de a găsi și infecta celula și represaliile de către gazdă duce la dinamica evoluționistă cunoscută sub numele de Regina Roșie, și cicluri ecologice numite Lotka-Volterra / Kill-the-Winner.

Au fost mai multe probleme care trebuiau ocolite pentru a studia diversitatea și dinamica viromului global. Pentru a cultiva un virus, trebuie să i se crească gazda, și în prezent se cultivă în mod obișnuit doar aproximativ 1% din microbii din mediu. Și odată ce condițiile de cultură ale microbului sunt identificate, acestea trebuie modificate pentru a încuraja infecția cu un virus. Datorită acestor provocări, ruta de cultivare ar fi o cale descurajantă de urmat. Dar secvențierea ADN-ului viral? Secvențierea genei ARN ribozomal 16S (rDNA) este o tehnică obișnuită utilizată pentru a analiza diversitatea comunităților microbiene și a valorifica conservarea ridicată a acestei gene între toți microbii, evitând astfel compararea întregului genom pentru a ajunge la diversitatea comunității. Cu toate acestea, nu este posibil să se adopte o abordare similară cu virușii, deoarece nu există o genă comună între toate grupurile. Pentru a depăși această limitare, a fost dezvoltată o tehnică pentru secvențierea fragmentelor aleatorii din rezerva tuturor genomilor virali din comunitate. Această abordare se numește metagenomică.

Analiza întregului fond genetic (metagenomul) unui eșantion a fost efectuată mai întâi pe comunități virale izolate din apa de mare din San Diego. Acest studiu timpuriu a arătat că marea majoritate a secvențelor virale (80% sau mai mult) nu au fost recunoscute folosind căutări bioinformatice obișnuite. Adică ADN-urile virale necultivate erau atât de diferite de fiecare secvență cunoscută acumulată în diferite baze de date de secvențe virale, bacteriene și eucariote cunoscute (de exemplu, GenBank) încât nu avem nicio idee ce fac sau cui aparțin. În ciuda volumului incredibil de secvențe adăugate în bazele de date, deoarece acești metagenomi au fost secvențiați pentru prima dată, majoritatea virușilor rămân necunoscuți. Pe de altă parte, metagenomii microbieni, care au urmat îndeaproape în spatele primilor metagenomi virali, au fost mult mai puțin misterioși, cu < 20% din secvențe care nu se potrivesc cu nimic din bazele de date. Deoarece virușii sunt incredibil de abundenți, mult mai mulți decât microbii, și pentru că majoritatea informațiilor conținute în genomii virali sunt necunoscute, virușii sunt granița finală a diversității genomice neexplorate și sunt cel mai mare depozit genetic care există. Ne-a rămas totuși întrebarea: de ce sunt atât de mulți viruși?

Sursa: Viral information, Forest Rohwer, Katie Barott- Biol Philos. 2013 Mar; 28(2): 283–297. Published online 2012 Oct 31. doi: 10.1007/s10539-012-9344-0, PMCID: PMC3585991

Traducere şi traducători
Traducere şi traducători

Include Ghidul Comisiei Europene pentru traducătorii din Uniunea Europeană Despre traducere şi traducători, teorii ale traducerilor, traducerea asistată pe calculator, şi software utilizat în traduceri. Include Ghidul Comisiei Europene pentru traducătorii din Uniunea Europeană şi legislaţia specifică traducerilor şi traducătorilor. … Citeşte mai mult

Nu a fost votat $2,99$4,79 Selectează opțiunile
Mecanica cuantică fenomenologică
Mecanica cuantică fenomenologică

O introducere la nivel fenomenologic, cu un aparat matematic minimal, în mecanica cuantică. Un ghid pentru cine dorește să înțeleagă cea mai modernă, mai complexă și mai neconformă disciplină fizică, un domeniu care a schimbat fundamental percepțiile oamenilor de știință … Citeşte mai mult

Nu a fost votat $4,99$12,19 Citește mai mult
Emoțiile și inteligența emoțională în organizații
Emoțiile și inteligența emoțională în organizații

O argumentare a importanței dualiste a emoțiilor în societate, individual și la nivel de comunitate. Tendința actuală de conștientizare și control al emoțiilor prin inteligența emoțională are un efect benefic în afaceri și pentru succesul activităților sociale dar, dacă nu … Citeşte mai mult

Nu a fost votat $0,00$5,99 Selectează opțiunile

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *