Διαφέρουν οι ιοί από τα ιοειδή;

Οι ιοί είναι μικροί μολυσματικοί παράγοντες που δεν μπορούν να αναπαραχθούν μόνοι τους. Προσβάλλουν σχεδόν όλους τους ζωντανούς οργανισμούς, συμπεριλαμβανομένων των ζώων, των φυτών και των μικροοργανισμών. Τα ιοειδή είναι μόνο ένα μόριο RNA που μολύνει κυρίως τα φυτικά κύτταρα. Διαφέρουν από τους ιούς ως προς τη δομή και τον τρόπο αναπαραγωγής τους.

Στις αρχές της δεκαετίας του 1880, ο Λουί Παστέρ πρότεινε ότι ένα παθογόνο πολύ μικρό για να φανεί μέσω μικροσκοπίου ήταν η αιτία της λύσσας. Αργότερα, το 1892, ο Dmitri Iosifocivh Ivanovsky περιέγραψε ένα παθογόνο που μολύνει τα φυτά του καπνού που δεν έμοιαζαν με κανένα βακτήριο που υπάρχει στη φύση. Το 1898, ο Martinus Beijerinck ονόμασε αυτή τη μη βακτηριακή ουσία "Ιός" και γέννησε το συναρπαστικό και δυναμικό πεδίο της ιολογίας.

Από την ταυτοποίηση του πρώτου ιού, πάνω από 9.000 είδη ιών έχουν ταυτοποιηθεί και μελετηθεί.

Οι ιοί αντιπροσωπεύουν τη δεύτερη μεγάλη επέκταση των μολυσματικών παραγόντων μετά τα βακτήρια. Παρόλο που οι βακτηριακές λοιμώξεις είναι συχνές, οι ιοί είναι πιο άφθονοι, καθώς υπερτερούν των βακτηρίων κατά 10 προς 1. Οι ιογενείς λοιμώξεις όπως το κοινό κρυολόγημα και η γρίπη είναι αυτές που συζητούνται περισσότερο. Οι ιογενείς λοιμώξεις μπορεί να μεταδοθούν με επαφή, σταγονίδια ή μπορεί να μεταδοθούν στον αέρα. Πολλές λοιμώξεις ζώων έχουν έναν αιτιολογικό ιογενή παράγοντα.

(Φωτογραφία :Artemida-psy/Shutterstock)

Τα ιοειδή ανακαλύφθηκαν για πρώτη φορά τη δεκαετία του 1970 από τον Theodor Otto Diener. Αναγνώρισε έναν παθογόνο παράγοντα που δεν ήταν ιικός στη φύση, καθώς ήταν πολύ μικρότερος από έναν ιό και ήταν κατασκευασμένος μόνο από βραχύ, μονόκλωνο RNA, χωρίς ένα καψίδιο πρωτεΐνης που έχουν οι φυσιολογικοί ιοί. Τα ονόμασε ιοειδή και αυτή η ανακάλυψη πυροδότησε την τρίτη μεγάλη επέκταση των μολυσματικών παραγόντων μετά τα βακτήρια και τους ιούς.

Το ιοειδές που ευθύνεται για τη νόσο του κονδύλου της ατράκτου της πατάτας ονομάστηκε PSTVd ​​και η πλήρης αλληλουχία του προσδιορίστηκε το 1978. Έκτοτε, έχουν εντοπιστεί 30-40 ιοειδή που προκαλούν μολύνσεις στα φυτά.

Κίτρινη λοίμωξη από ιοειδή στίγματα του φύλλου αμπέλου (Προσφορά φωτογραφίας :Parichate Tangkanchanapas/Wikimedia commons)

Τι είναι οι ιοί και τα ιοειδή;

Οι ιοί και τα ιοειδή είναι μικροί μολυσματικοί παράγοντες που μπορούν να αναπαραχθούν αποκλειστικά σε ζωντανά κύτταρα-ξενιστές. Είναι διαφορετικά, αν και μοιράζονται ορισμένα χαρακτηριστικά.

Οι ιοί αποτελούνται από μια κάψουλα πρωτεΐνης (και μερικές φορές ένα εξωτερικό περίβλημα λιπιδίων) που περικλείει το γενετικό τους υλικό. Τα ιικά γονιδιώματα περιλαμβάνουν DNA ή RNA, τα οποία μπορεί να είναι μονόκλωνα ή δίκλωνα. Οι ιοί μπορούν να μολύνουν βακτήρια, Αρχαία, φυτά και ζώα και να προκαλέσουν ασθένειες, όπως λύσσα, ευλογιά, HIV και AIDS στον άνθρωπο, καθώς και κηλίδες καπνού στα φυτά καπνού.

Τα ιοειδή, από την άλλη πλευρά, έχουν ένα αποκλειστικά μονόκλωνο γονιδίωμα RNA και έχει αποδειχθεί ότι προκαλούν μόλυνση μόνο στα φυτά. Τα ιοειδή προκαλούν λοιμώξεις από τον κόνδυλο της πατάτας και τον εξωκορτίτη των εσπεριδοειδών σε αυτά τα αντίστοιχα φυτά.

Καθώς τα ιοειδή είναι μικρότερα από τους ιούς, είναι επίσης γνωστά ως «υποϊικοί παράγοντες» και έχουν αντικαταστήσει τους ιούς ως τον μικρότερο γνωστό μολυσματικό παράγοντα.

Γενική δομή ενός ιού. Το νουκλεϊκό οξύ περικλείεται από ένα πρωτεϊνικό καψίδιο, το οποίο μπορεί να έχει ή όχι ένα περίβλημα. (Φωτογραφία:SkyPics Studio/Shutterstock)

Γενική δομή του Potato spindle tuber viroid (Πιστωτική φωτογραφία :Jakub Friedl/Wikimedia commons)

Δομή ιών και ιοειδών

Οι ιοί παρουσιάζουν πολλά διαφορετικά σχήματα και μεγέθη. Μπορεί να έχουν σφαιρικό, ελικοειδές, πολυεδρικό ή πολύπλοκο σχήμα με το μέγεθός τους να κυμαίνεται από 20-300nm.

Εκτός από τα φυτά και τα ζώα, οι ιοί μπορούν επίσης να μολύνουν βακτήρια. Ο πιο κοινός τύπος ιού που προσβάλλει τα βακτήρια ονομάζονται βακτηριοφάγοι. Η δομή ενός βακτηριοφάγου έχει ένα εξωτερικό καψίδιο πρωτεΐνης που αποτελείται από μικρές πρωτεϊνικές υπομονάδες που ονομάζονται πρωτομερή και περικλείει το ιικό γενετικό υλικό (DNA ή RNA). Διαθέτει επίσης έναν ουραίο σωλήνα που συνδέεται με το καψίδιο με ένα γιακά, μια πλάκα βάσης, ίνες ουράς και ακίδες. Ένα σωματίδιο ιού με γενετικό υλικό και το καψίδιο ονομάζεται βιριόν.

Για τους περισσότερους ιούς, το καψίδιο σχηματίζει το πιο εξωτερικό στρώμα, αλλά για ορισμένους ιούς, το ιικό καψίδιο περικλείεται μέσα σε ένα λιπιδικό περίβλημα. Τέτοιοι ιοί είναι «ιοί με περίβλημα». Ο ιός της γρίπης, ο ιός της ηπατίτιδας και ο εξαιρετικά μεταδοτικός κορωνοϊός είναι όλοι ιοί με περίβλημα. Οι ροταϊοί και οι ιοί της πολιομυελίτιδας στερούνται λιπιδικού περιβλήματος και ονομάζονται ιοί χωρίς περίβλημα.

Τα ιοειδή είναι ασυνήθιστα μικρά φυτικά παθογόνα χωρίς λιπιδικό περίβλημα ή πρωτεϊνικό καψίδιο. Είναι μονόκλωνα μόρια RNA περίπου 360 υπολειμμάτων.

Δομή ελικοειδών, πολυεδρικών, σφαιρικών και πολύπλοκων ιών. (Φωτογραφία:GraphicsRF/Shutterstock)

Υπόθεση συνεξέλιξης και παγκόσμια υπόθεση RNA

Από την ανακάλυψή του, οι ερευνητές αναρωτήθηκαν πώς εξελίχθηκαν οι ιοί και τα ιοειδή.

Τρεις διαφορετικές υποθέσεις μπορούν να εξηγήσουν την προέλευση των ιών. Αυτές είναι η προοδευτική υπόθεση, η παλινδρομική υπόθεση και η υπόθεση της συνεξέλιξης ή η υπόθεση της πρώτης ιού.

Η «Προοδευτική υπόθεση» δηλώνει ότι η προέλευση των ιών βασίζεται στην ικανότητα κινητών γενετικών στοιχείων (όπως μέρη DNA ή RNA) να μετακινούνται από το ένα κύτταρο στο άλλο. Ένα τέτοιο γενετικό στοιχείο μπορεί να αναπαραχθεί με τη χρήση μηχανισμού κυττάρου ξενιστή για να σχηματίσει νέα γενετικά στοιχεία που μπορούν να εισέλθουν σε ένα νέο κύτταρο και να αρχίσουν να αναπαράγονται ξανά.

Η «υπόθεση της παλινδρόμησης» δηλώνει ότι οι ιοί μπορεί να προήλθαν από έναν πιο περίπλοκο πρόγονο που έχασε τις γενετικές του πληροφορίες με την πάροδο του χρόνου. Αυτή η χαμένη γενετική πληροφορία ώθησε την υιοθέτηση μιας παρασιτικής προσέγγισης αντιγραφής, οδηγώντας στην προέλευση του ιού.

Η «υπόθεση του πρώτου ιού», επίσης γνωστή ως «υπόθεση συνεξέλιξης», προτείνει ότι οι ιοί και τα κύτταρα εξελίχθηκαν ταυτόχρονα, καθώς και τα δύο έχουν πρωτεΐνες και νουκλεϊκό οξύ στη σύνθεσή τους.

Η προέλευση των ιοειδών μπορεί να εξηγηθεί χρησιμοποιώντας την «υπόθεση του κόσμου του RNA». Αυτό σημαίνει ότι η ύπαρξη ιοειδών με γονιδίωμα RNA και η αδυναμία τους να παράγουν πρωτεΐνη υπογραμμίζει την ύπαρξη ενός κόσμου RNA χωρίς ριβόσωμα. Μπορεί επίσης να σημαίνει ότι το RNA προηγήθηκε του DNA και των πρωτεϊνών κατά την πορεία της εξέλιξης.

Μετάδοση ιών και ιοειδών

Οι ιοί έχουν εξαιρετική ικανότητα να εξαπλώνονται από τον έναν ξενιστή στον άλλο. ο κεντρικός υπολογιστής μπορεί να ανήκει σε οποιονδήποτε από τους τρεις τομείς—Archaea, Bacteria και Eukarya.

Η μετάδοση του ιού είναι ο μηχανισμός μεταφοράς ενός ιού από έναν ξενιστή σε έναν άλλο ξενιστή (του ίδιου είδους ή διαφορετικού είδους). Για να μεταδοθεί ένας ιός, πρέπει πρώτα να εισέλθει σε έναν ξενιστή, να επιβιώσει και να αναπαραχθεί. Στη συνέχεια, οι νέοι ιοί απελευθερώνονται στο περιβάλλον για να μολύνουν άλλα κύτταρα-ξενιστές.

Αυτή η μετάδοση του ιού μπορεί να είναι οριζόντια ή κάθετη. Η κάθετη μετάδοση είναι η κάθετη μεταφορά ιών από τη μητέρα στο παιδί, ενώ η οριζόντια μετάδοση είναι η μετάδοση από άτομο σε άτομο. Οι ιογενείς εστίες ακολουθούν τον οριζόντιο τρόπο μετάδοσης του ιού.

Η μετάδοση ενός ιοειδούς γίνεται μέσω της άμεσης επαφής φύλλου σε φύλλο με μολυσμένα φυτά. Μπορούν επίσης να μεταδοθούν μέσω του αγενούς πολλαπλασιασμού ή με τη χρήση μολυσμένων εργαλείων και οργάνων κατά τη διάρκεια πρακτικών γεωργίας ή κηπουρικής. Ορισμένα ιοειδή μεταδίδονται μέσω της γύρης και των σπόρων, ενώ ένα γνωστό ιοειδές μεταδίδεται ακόμη και από τις αφίδες.

Δεν μπορούν όλοι οι ιοί και τα ιοειδή να προκαλέσουν συμπτώματα κατά την αλληλεπίδραση με το κύτταρο ξενιστή. Αυτοί οι λανθάνοντες ή χωρίς συμπτώματα ιοί και ιοειδή αντιπροσωπεύουν το 7% και το 4% των ταξινομημένων ιών και ιοειδών, αντίστοιχα.

Μετά από μια περίοδο λανθάνουσας κατάστασης, τα προσβεβλημένα κύτταρα-ξενιστές αρχίζουν να εμφανίζουν συμπτώματα που είναι ενδεικτικά μόλυνσης από ιούς ή ιοειδή.

Οι ιογενείς λοιμώξεις μπορούν να μεταδοθούν με άμεση ή έμμεση επαφή με μολυσμένα άτομα. Μπορεί επίσης να μεταδοθεί μέσω τροφής, αέρα, εντόμων ή μολυσμένου ζώου. (Φωτογραφία :Double Brain/Shutterstock)

Αντιγραφή γονιδιώματος σε ιούς και ιοειδή

Δεδομένου ότι οι ιοί και τα ιοειδή είναι απλώς σωματίδια και όχι κύτταρα, χρειάζονται τις μοριακές μηχανές των ξενιστών τους για να αναπαραχθούν. Ο μηχανισμός αντιγραφής είναι ανάλογος με τη διαδικασία της φωτοτυπίας, όπου μπορούν να δημιουργηθούν πολλά αντίγραφα του ίδιου εγγράφου. Όλα τα υλικά και τα μηχανήματα παρέχονται από το κύτταρο-ξενιστή, ενώ οι ιοί/ιοειδή παρέχουν μόνο το προσχέδιο (το γενετικό υλικό). Η διαδικασία αναπαραγωγής δημιουργεί ακριβή αντίγραφα του ιού και των ιοειδών σε διάφορους αριθμούς.

Η θέση αντιγραφής για το γονιδίωμα του ιού και του ιού διαφέρει ανάλογα με το παρόν γενετικό υλικό. Οι ιοί μπορεί να έχουν γονιδίωμα RNA ή DNA, ενώ τα ιοειδή έχουν μόνο γονιδίωμα RNA. Τα γονιδιώματα των ιών DNA αντιγράφονται στον πυρήνα, ενώ τα γονιδιώματα των ιών RNA αντιγράφονται στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου ξενιστή. Τα ιοειδή (αποκλειστικά RNA) μπορεί να αναπαραχθούν στον πυρήνα του φυτικού κυττάρου (ιοειδή που αναπαράγονται πυρηνικά) ή στον χλωροπλάστη (ιοειδή που αναπαράγονται με χλωροπλάστες).

Όσον αφορά τον μηχανισμό αντιγραφής που ακολουθείται, οι ιοί DNA χρησιμοποιούν τον μηχανισμό ξενιστή για αντιγραφή, ενώ οι ιοί RNA έχουν το δικό τους ένζυμο ρεπλικάσης. Αυτό είναι ένα ένζυμο ικανό να συνθέτει έναν κλώνο RNA που είναι συμπληρωματικός προς ένα πρότυπο RNA. Επομένως, το ένζυμο ονομάζεται επίσης RNA-εξαρτώμενη RNA πολυμεράση.

Οι ιοί αντίστροφης μεταγραφής αντιγράφουν τα γονιδιώματά τους με τη χρήση μιας ιικής ανάστροφης μεταγραφάσης. Η μεταγραφή είναι η διαδικασία σύνθεσης RNA από ένα πρότυπο DNA. Η διαδικασία της αντίστροφης μεταγραφής είναι η σύνθεση DNA από ένα πρότυπο RNA. Τα ένζυμα που μπορούν να καταλύσουν αυτή τη μετατροπή είναι η αντίστροφη μεταγραφάση ή η κατευθυνόμενη από RNA πολυμεράση DNA.

Μόλις το ιοειδές μεταδοθεί στο φυτό, θα εισέλθει στο φυτικό κύτταρο μέσω των πλασμοδεσμών και θα χρησιμοποιήσει την πολυμεράση II του ξενιστή RNA για αντιγραφή.

Ο πιο συνηθισμένος τρόπος αναπαραγωγής σε ιούς και ιοειδή είναι η "αναδιπλασιασμός κυλιόμενου κύκλου", αν και υπάρχουν εντυπωσιακές διαφορές μεταξύ ορισμένων στρατηγικών. Ο λεπτομερής μηχανισμός μπορεί να γίνει καλύτερα κατανοητός από ερευνητικές εργασίες σχετικά με ιούς DNA, ιούς RNA και ιοειδή.

Τα ιικά γονίδια κωδικοποιούν τις πρωτεΐνες σε βάρος του μηχανισμού του ξενιστή, ενώ τα ιοειδή δεν σχηματίζουν πρωτεΐνες.

Ίσως αναρωτιέστε, εάν τα ιοειδή δεν σχηματίζουν πρωτεΐνες, πώς μπορούν να επηρεάσουν τα φυτά; Η απάντηση είναι η σίγαση του RNA. Τα siRNA των ιοειδών μοιράζονται ομοιότητα αλληλουχίας με τα φυτικά RNA, γεγονός που του επιτρέπει να αποικοδομεί το φυτικό RNA ή να αναστέλλει τη μετάφρασή του, με αποτέλεσμα συμπτώματα ασθένειας.

Η αντιγραφή κυλιόμενου κύκλου είναι ένας μηχανισμός αντιγραφής DNA μονής κατεύθυνσης. Η πρωτείνη εκκίνησης κόβει έναν από τους κλώνους του DNA, η χαραγμένη περιοχή δρα ως εκκινητής και ο χαραγμένος κλώνος ενεργεί ως πρότυπο για τη σύνθεση του νέου κλώνου. Το αστάρι αφαιρείται μετά την αντιγραφή και οι εγκοπές ενώνονται με τη λιγάση. (Φωτογραφία:Tobias Vornholt/Wikimedia commons)

Συμπέρασμα

Οι ιοί είναι πράγματι διαφορετικοί από τα ιοειδή από διάφορες απόψεις. Από το μέγεθος και το σχήμα τους μέχρι τον τρόπο μετάδοσης και μόλυνσης, υπάρχουν χαρακτηριστικές διαφορές μεταξύ των δύο. Οι ιοί επηρεάζουν τόσο τα ζώα όσο και τα φυτά, ενώ τα ιοειδή σχετίζονται αυστηρά με τα φυτά. Η αδυναμία των ιοειδών να κωδικοποιήσουν πρωτεΐνες και να επηρεάσουν τον ξενιστή μέσω ενός μηχανισμού σίγησης RNA είναι ζωτικής σημασίας, υπονοώντας ότι δημιουργήθηκαν πριν από τις πρωτεΐνες και το DNA και μπορεί να διαδραματίσουν βασικό ρόλο στην εξέλιξη.