VÍRUSOK-II. A vírusok rendszere. IV. Rendszerezés - VÍRUS CSALÁDOK. Baltimore osztályok. I. dsdns. DNS vírusok Poxvírusok. II. ssdns. III.

Átírás

1 A vírusok rendszere IV. Rendszerezés - VÍRUS CSALÁDOK Baltimore osztályok Herpeszvírusok I. dsdns Adenovírusok Papillomavírusok DNS vírusok Poxvírusok II. ssdns III. dsrns Parvovírusok Reovírusok 1 RNS vírusok IV. (+)ssrns Pikornavírusok V. (-)ssrns Orthomyxovírusok Rhabdovírusok RT-virusok VI. (+)ssrns VII. dsdns Retrovírusok Hepadnavírusok DIA 1 Baltimore osztályok A vírusokat családokba soroljuk. A családokat 3 nagy csoportba oszthatjuk: (1) DNS vírusok, (2) RNS vírusok, és (3) RT-vírusok (RT: reverz transzkriptáz). A további csoportokat az ábra mutatja. David Baltimore után a családokon felüli csoportokat Baltimore osztályoknak nevezzük.

2 DIA 2, 3 HERPESZVÍRUSOK: A herpeszvírusok három főbb alcsaládot alkotnak: (1) -Herpesviridae: Herpesz szimplex vírus 1 és 2 típus (HSV-1,-2), varicella-zoster vírus (VZV) (2) -Herpesviridae: Humán citomegalovírus (HCMV) (3) -Herpesviridae: Epstein-Barr vírus (EBV) HSV-1: léziókat okoz az arcon, a szemen és az ajkakon HSV-2: genitális léziók; VZV: bárányhimlő és övsömör; HCMV: a nyálmirigyet fertőzi, s letális lehet gyenge immunitással rendelkező páciensek esetében; EBV: a fertőző mononukleózis nevű betegséget okozza, s bizonyos tumorok kialakulásában játszik szerepet. Több mint száz féle herpeszvírust ismerünk. A vírus gazdaszervezetei lehetnek emlősök, madarak, halak, hüllők, kétéltűek, sőt puhatestűek is. Nyolc humánpatogén herpeszvírus ismert. Fontos jellegzetességük, hogy életre szóló perzisztáló (lappangó, látens) fertőzést alakítanak ki a gazdaszervezet bizonyos sejttípusaiban (vírusfajtól függ a preferált sejttípus). Mind az elsődleges produktív fertőzés, mind pedig a látens állapotból történő fertőzés különböző lefolyású lehet: tünet nélküli, illetve változatos súlyosságú megbetegedést okozó. A fertőzés kimenetelét főleg a gazdaszervezet immunstátusza határozza meg. A legtöbb felnőtt fertőzött a fenti vírusokkal, melyek általában látens állapotban vannak a szervezetben. A herpesz szimplex vírusok 1 és 2-es típusai (HSV-1 és HSV-2) először a száj és a genitális nyálkahártya, illetve a bőr és a szaruhártya epitél sejtjeit fertőzi. Ezután a vírus bejuthat az oda vetülő neuronok nyúlványaiba, és a sejtmagjuk felé szállítódhat, ahol rendszerint látens fertőzést alakít ki. A HSV-1 leggyakrabban a száj és orr nyálkahártyáján illetve bőrén keresztül fertőz 6 és 18 hónap közötti csecsemőket. A vírus látens állapotából reaktiválódhat a gazdaszervezet immunrendszerének gyengesége vagy stressz esetén. A reaktiváció (látens állapotból produktív fertőzésre váltás) új vírusok termelődésével jár, amelyek aztán a fertőzés eredeti helyére szállítódnak, odaérve pedig az epitél sejtek produktív fertőzését okozzák, ez a jelenség a jól ismert herpesz. Főleg gyengült immunrendszerű betegben előfordulhat olyan súlyos szövődmény is, mint például enkefalitisz (agyvelőgyulladás), amely kései diagnózis esetén halálhoz vezethet. HSV-2 egy szexuális úton terjedő betegség, a genitális herpesz okozója. Újszülöttekben súlyos komplikációkat okozhat. A varicella-zoster vírus gyerekeket fertőz, az általa okozott betegség a bárányhimlő. A fertőzés során a kórokozó bejut a keringésbe és kiütéseket okoz. A vírus a neuronokba is bejut, ahol látens fertőzést képes kialakítani. A szenzoros ganglionban megbújó vírus az immunrendszer gyengesége esetén reaktiválódik, és kis hólyagos elváltozást okoz a bőrön egy sávban jellemzően egy oldalon. Ezt az elváltozást nevezzük övsömörnek, amely leginkább a törzsön és az arcon jelenik meg. 2 A humán citomegalovírus elsősorban a nyálmirigyeket fertőzi meg. A vírus által okozott fertőzés legtöbbször tünetmentes, vagy csak enyhe tünetek jelentkeznek. Terhesség esetében azonban veszélyesé válhat: átjuthat a placentán keresztül és megfertőzheti a magzatot, ami a magzatra nézve életveszélyes lehet. Ha a magzat túléli a fertőzést, akkor halláskárosodás és mentális retardáció maradhat vissza. Az immunrendszer gyengesége esetén (AIDS betegség, transzplantált betegek, rákbetegek) is olyan súlyos formákban manifesztálódhat, mint tüdőgyulladás vagy hepatitis. Az Epstein-Barr vírus (EBV) nyállal terjed, és először a hámsejteket fertőzi, majd innen terjed a B-sejtekre, amelyben életre szóló látenciát alakít ki. Az emberek 90%-a fertőzött, a legtöbben az életük első évében találkoznak a vírussal, amikor nem vagy csak kis mértékben jelentkeznek tünetek. A fejlett országokban előfordul, hogy csak tinédzser kor alatt vagy később találkozik az egyén vírussal, ilyen esetben fertőző mononukleózist, más néven csóklázat, alakít ki. Hosszú távú lappangása veszélyes, több tumor kialakulásában is szerepet játszik. DIA 4 Herpeszvírus virion Herpeszvírusok komplex szerkezetűek, sokféle fehérjéből állnak. Maga virion három jól elkülönülő egységből áll: nukleokapszid (kapszid + DNS), tegument és köpeny. A vírus genomja lineáris kettős szálú DNS molekula, melynek hossza 125-tól 240,000 bázis párig terjedhet, herpeszvírus fajtól függően (HSV: 150 kb; 1 kb = 1000 bázis). A vírus DNS az ikozaéder alakú kapszidon belül helyezkedik el. A kapszidon kívül helyezkedik el az amorf (rendezetlen) szerkezetű tegument, amely legalább 15-féle fehérjét és néhány vírus mrns-t tartalmaz. A virion legkülső rétege a köpeny (burok), amelyben tíz, vagy annál is többféle fehérjéből álló nagyszámú tüske található (a tüskék vírus által kódolt glükoprotein molekulák). A szerkezeti fehérjék nagy részét VP (vírus protein)-nek nevezték el. HSV-1 esetében a kapszomerek VP5-ből állnak: a pentont 5-, a hexont pedig 6 VP5 molekula alkotja. A triplexek két proteinből állnak, s funkciójuk a VP5 és VP6 molekulák összekapcsolása.

3 DIA 5 HSV-1 genomszerveződés. A HSV genom két egyedi szekvenciából áll, a kettő határán pedig kétszeresen ismétlődő régiók vannak. A két egyedi régió eltérő hosszú, a rövidebbet US (unique short), a hosszabbat pedig UL (unique long)-nak nevezzük. A HSV-1 genomjáról 74 féle fehérjét kódoló mrns íródik le, s ismertek nem transzlálódó RNS-ek is. Az ismétlődő régiók is tartalmaznak géneket, amelyek így két kópiában vannak jelen a genomban. DIA 6-11 A HSV-1 replikációja A HSV gazdaszervezete kizárólag az ember, laboratóriumban azonban különféle egyéb fajok (egér, patkány, stb.) is fertőzhetők vele. DIA 6 Kapcsolódás és bejutás Fertőzés esetén a HSV-1 virion először heparán-szulfáthoz (a sejtfelszíni proteoglikánok része), majd a bejutás fő receptorához kapcsolódik. Ez utóbbi sokféle sejtfelszíni molekula lehet, főleg nektinek, amelyek sejtadhéziós molekulák. A kapcsolódás után a virion burka összeolvad a plazmamembránnal (fúzió), ami a tegument és a nukleokapszid citoplazmába való bejutását eredményezi. A nukleokapszid tovább szállítódik a sejtmag felé, ami a vírus replikáció helyszíne. Ha a gazdasejt egy neuron, akkor hosszú az út, a nukleokapszid mégis meglepő gyorsasággal szállítódik a mikrotubulusok mentén a magpórus közelébe. Ezt követően, a lineáris vírus DNS bekerül a sejtmagba, ahol kovalensen záródó gyűrűvé alakul. A tegument fehérjéi fontos szerepet játszanak a vírusfertőzés e korai szakaszában, pl. a gazda DNS, RNS és protein szintézisének csökkenését okozzák. Továbbá, az egyik vírus protein (virion host shut-off, VHS) a gazda mrns-eit degradálja. Más tegument fehérjék, pl. a VP16 fehérje a vírus gének aktiválásáért felelős, ezért a sejtmagba szállítódik, ahol kapcsolatba lép a vírus DNS-sel. DIA 7 Transzkripció és transzláció A herpeszvírusok génjeit kifejeződésük ideje alapján három csoportba soroljuk: azonnali korai (immediate early; IE), korai (early; E) és kései (late; L) gének. (1) IE gének Ezeket a géneket a VP16 protein aktiválja, méghozzá úgy, hogy egy Oct- 1-et tartalmazó sejtfehérje komplexhez kapcsolódik, amely, ezáltal minden IE gén promóterében megtalálható TAATGARAT szekvenciához kapcsolódik. A kapcsolódás után a VP16, transzkripciós faktorként működve minden IE génhez odavonzza a gazda RNS polimeráz II molekulát és egyéb iniciációs komplexhez szükséges járulékos fehérjéket. Megjegyzés: az Oct-1 a keletkezett transzkripciós faktor DNS-kötő alegységét alkotja, míg a virális VP16 a transzaktivátor alegység). Minden IE gén transzkripciós faktor, szerepük a korai és kései gének leíródásának szabályozása; s elsősorban transzkripciót serkentő, de bizonyos esetekben gátló hatásúak. (2) E gének A korai fehérjék nagy részének feladata a DNS replikáció biztosítása. (3) L gének A kései proteinek többsége a vírus szerkezeti elemeit (kapszid, köpeny) alkotja. 3 DIA 8-10 Genom replikáció A vírusgenom replikációját az E gének termékei végzik. Az origo-kötő protein bekötődik az egyik ori (origin) helyre (három ori hely van a vírus genomon), majd helikáz aktivitása révén széttekeri a kettős szálú DNS-t, ami így egyszálúvá válik. A két szál újrakapcsolódásától az ssdns-kötő fehérje véd. Ezután az ori helyhez egy három fehérjéből álló komplex kapcsolódik, amely helikázként működve folyamatosan széttekeri a DNS-t és létrehozza a replikációs villát. Az így kapott széttekert DNS egyik szálához ugyanez a komplex kapcsolódik, most azonban primáz aktivitását kerül előtérbe, ami által egy rövid, a DNS-sel komplementer RNS molekulát képez. Az RNS molekula primerként működik a DNS szintézisben. A cirkuláris genom replikációja először théta (θ)-típusú, amely során kb teljes vírus DNS kópia szintetizálódik, majd a vírus átvált szigma (σ)-típusú replikációra, más néven gördülő-gyűrű mechanizmusra, melynek eredményeként hosszú, a genomot több kópiában tartalmazó DNS szál (konkatamer) készül. Összeszerelődés és kijutás a sejtből A vírus burokfehérjéi a durva-felszínű ER-ben képződnek, majd a Golgi komplexhez szállítódnak; míg más fehérjék, mint pl. a VP5, a sejtmagi replikációs kompartmentben szaporodnak fel, ahol az elő-kapszid készül. Az előkapszid szerkezeti integritását a támasztó fehérjék adják, és sokkal inkább hasonlít egy gömbre, mint az érett kapszid. A támasztófehérjéket vírus által kódolt proteáz távolítja el a

4 DNS bepakolódás előtt vagy annak során. Minden virionba egy genomnyi méretű DNS molekula fér, amely egy konkatamerből vágódik ki. A vágás a vágási-pakolási (pac) szignálnál történik, amely két genom kópia határán helyezkedik el. A DNS az ikozaéderes szerkezet egyik csúcsán lévő kapun jut be az elő-kapszidba. Ezt követően, a nukleokapszid, magához vonzza a tegument fehérjéket, becsomagolódik a Golgi transzport vezikulumai által, majd a kész virion kijut a sejtből úgy, hogy a külső burka fuzionál a sejtmembránnal. E komplex folyamatsor számos részlete még nem ismert. A következő lépések sorozatát feltételezik: (1) A nukleokapszid a sejtmag belső membránján magára ölt egy átmeneti burkot, s bekerül a két membrán közötti térbe. (2) Ezután, a sejtmag külső membránján áthaladva az átmeneti burok egyesül a külső magmembránnal, így a nukleokapszid a citoplazmába kerül. (3) A nukleokapszid magához vonzza a VP16 fehérjét és a tegument egyéb komponenseit. (4) A nukleokapszid betüremkedik egy, a Golgi komplexből származó, kettős membránnal rendelkező transzport vezikulumba. (5) A vezikulum külső membránja egyesül a plazmamembránnal, és az érett vírus kiszabadul a sejtből, további fertőzésre készen. A köpeny felszínén glükoproteinek találhatók. Ezek a glükoproteinek hozzájárulhatnak a fertőzött és nem fertőzött sejtek fúziójához, melynek eredményeként szincícium nevű, több sejt összeolvadásából álló óriás sejtet alakítanak ki (ez a vírusfertőzés egy alternatív módja: sejtsejt fertőzés, szemben a köpeny-sejtmembrán fúzión alapuló penetrációval). DIA 11 Látens herpeszvírus fertőzés A látens vírus genomról, kevés kivételtől eltekintve nem történik átírás. A látencia alatt készült nem-kódoló RNS-eket látenciával-összefüggő transzkriptumnak (latency-associated transcript; LAT) nevezzük. Az éretlen transzkriptumok a LAT génről íródnak le, amely a vírusgenom terminális ismétlődő régiójában található. A LAT-ok splicing-on mennek keresztül, és legalább egyről ismert, hogy gátolja az apoptózist, ami életben tartja a neuront a látens vírusfertőzés alatt (ami rendszerint egy teljes élettartam). Az EBV esetében a helyzet másképp alakul. Ez a vírus ugyanis osztódó sejtekben perzisztál, így kénytelen vírusfehérjéket is szintetizálni a vírusfertőzés megőrzése érdekében. A látens állapotból produktív fertőzésre való váltás (reaktiváció) valószínűsége párhuzamosan nő a gazda immunstátuszának romlásával, vagy ideiglenes csökkenésével. 4 DIA 12 Az adenovírusok genomját lineáris, kettős szálú DNS molekula alkotja, melynek hossza csoporttól függően változik, 30-48,000 bp, és gén kódolására képes. A vírus DNS replikációját korai és kései fázisra osztjuk, a kései fázis kezdete megegyezik a DNS replikáció kezdetével. A vírus sejthez kapcsolódása lassú folyamat, több órát is igénybe vehet, mire eléri a maximumát. A vírus sejtbe való bejutása egy 2 lépésben történő folyamat, először egy szálprotein kapcsolódik a sejt specifikus receptoraival, ami beindítja a receptor-közvetítette endocitózist, a vírus internalizációját. A sejtben a vírus egy fagoszómába kerül, majd a penton toxikus aktivitása a fagoszóma membrán szerkezetének összeesését okozza, s ennek következtében a vírus partikulum kijut a citoplazmába. A kiszabadulás során a penton lekerül a vírus magjáról, így egy félig borított részecske kerül a citoplazmába. Ezután a vírusmag eljut a sejtmaghoz, a DNS pedig bejut a magi pórusokon keresztül, s a magban kialakul a DNShiszton komplex. A genom replikáció előtt, attól függetlenül, elkezdődik a DNS-ről az azonnali korai (IE) és korai (E) mrns-ek szintetizálása. Az adenovírus genom transzkripcióját vírusáltal kódolt szabályozó faktorok irányítják. Az IE gének által kódolt transzkripciós faktorok szabályozzák az E gének expresszióját. Fontos megjegyezni, hogy a splicing mechanizmusát az adenovírusokban fedezték fel (Philip Sharp, Nobel díj: 1993). Az adenovírusoknál egy-egy génről többféle fehérje is képződik alternatív splicing által. DIA 13 PAPILLOMAVÍRUSOK: Humán papilloma vírusok a A rák molekuláris biológiája című előadásban kerülnek tárgyalásra. DIA 14 A POXVÍRUSOK közé tartozik pl. a fekete himlőt okozó vírus, amely hatalmas járványokat okozott a középkorban, de szerencsére a XX. században sikerült kiírtani (eradikáció). Jenner fekete himlő elleni vakcinálási programjáról bővebben a Vakcinák c. előadásban foglalkozunk. A poxvírusok köpennyel rendelkeznek, alakjuk fajtól függően

5 változik, leginkább téglára vagy lekerekített sarkú téglára emlékeztetnek. A virion kivételesen nagy, átmérője 200 nm, hossza pedig 300 nm. A poxvírusok genomja egy kópiájú, lineáris kettős szálú DNS, melynek replikációja több lépésben zajlik. A fertőzés során a vírus először a sejtfelszín glükózaminoglikánjain keresztül kapcsolódik a sejt felszínhez, majd a kötődés után bejut a sejtbe, ahol leveti burkát. A burok levetése két lépésben zajlik, először a külső membrántól szabadul meg a vírus a sejthártyával való fúzió útján, majd a vírus részecske tovább vedlik, melynek eredményeként a vírus magja a citoplazmába kerül. A poxvírusok - a DNS vírusok között egyedüliként az RNS-ük szintéziséhez szükséges enzimek nagy részét is saját maguk kódolják. Ez a sajátságuk teszi képessé őket a citoplazmában való replikációra. Saját maguk kódolják a több alegységből álló RNS polimerázt, valamint a génspecifikus transzkripciós és terminációs faktorokat. A vírus RNS polimeráz génje hasonló az eukarióta RNS polimerázéra. Nyilvánvaló, hogy egy ősi poxvírus ellopta azt egy sejttől. A poxvírusok transzkripciója három lépésben zajlik. (1) Az első, korai transzkripciós fázisban íródnak le azok a gének, amelyek felelősek a vírus DNS szintéziséért, a köztes génexpresszióért és a gazda antivirális válaszának befolyásolásáért. Úgy gondolják, hogy ezen fázis alatt, még a DNS replikáció előtt a poxvírus vírus genom fele átíródik. (2) A második vagy köztes fázis alatt, rögtön a DNS replikáció után nagyon kevés gén íródik át, ezek javarészt a kései gének expressziójának transzaktivátorai. (3) A poxvírusok harmadik vagy kései osztályú génjei főleg strukturális fehérjéket kódolnak. Az összeszerelődés a sejt citoszkeletonján történik. Érdekes, hogy óriási és komplex vírusról van szó, mégis, a replikáció mégis relatíve gyors, csupán 12 órát vesz igénybe. A poxvírusok replikációja azért is szokatlan, mert duplaszálú DNS vírus létükre az a citoplazmában történik. A replikációhoz nem szükséges a sejt DNS szintetizáló apparátusa, mert a vírus saját maga kódolja a szükséges enzimeket, csakúgy, mint a transzkripció enzimjeit. DIA 14, 15 A PARVOVÍRUSOK nm-es virionjukkal a legkisebb ismert vírusoknak számítanak. Ikozaéderes szimmetriájú kapszidjuk egyszálú DNS genomot határol. Egyik csoportjuk, - a dependovírusok - replikációjához egy segítő (helper) vírus fertőzésére is szükség van, mivel a parvovírusok genomja kevés számú gént tartalmaz. Azokat a parvovírusokat, amelyeknek nincs szükségük ilyen segítő vírusokra, autonóm (önálló) parvovírusoknak nevezzük. Segítővírusként általában más DNS vírusok jöhetnek számításba, pl. herpeszvírusok és adenovírusok. A dependovírusok génbevitelre alkalmas vektorok (ezt a témát a Génterápia című előadás tárgyalja). A parvovírus genomja lineáris DNS molekula, amely 4-6 kb hosszú. Néhány parvovírus genomjának végén fordított ismétlődés (ITR; inverted terminal repeat) található, ahol az egyik szekvencia komplementer a másik vég szekvenciájával. 5 DIA 16 A reovírusok izolálása a légző (respiratoros; R) és emésztőrendszeri (enterális; E) traktusból történt; valamint, vannak azonosítatlan eredetű (orphan = árva; O) vírusok is; innen a név REO. Kapszidjuk ikozaéderes szimmetriájú, genomuk pedig duplaszálú RNS. Sok hasonló vírust találtak emlősökben, madarakban, halakban, rovarokban, növényekben és gombákban. DIA PIKORNAVÍRUSOK A pikornavírusok családjának tagjai emlősökben és madarakban fordulnak elő. Pikornavírusok: hepatitis A, a poliovírus, a rhinovírusok, és a szájés körömfájás vírusa. A poliovírus volt az első sejtkultúrán tenyésztett vírus. A pikornavírusok genomja 7-8 kb méretű, egyszálú RNS-ből áll. Az RNS 5 végéhez egy kovalensen kötött VPg (genom-kötött vírus fehérje) protein kapcsolódik, melynek feltételezett funkciója a transzkripció elősegítése (a transzkripció elindulása után leválik az RNS-ről) re a világ nagy része megismerte ezt a drámai betegséget. A járványok egyre gyakoribbá váltak a nagyobb városokban. A bénult gyermekek és felnőttek ezreit hátrahagyó járványok (vastüdő!) adtak lökést a Nagy Verseny -nek, amelynek célja a gyermekbénulás elleni vakcina kifejlesztése volt ben kezdték el a világméretű oltássorozatot, melynek eredményeképp sikerült eradikálni a fertőzést Európából, és az évenkénti esetek száma százezrekről ezer körülire csökkent.

6 DIA ORTHOMYXOVÍRUSOK INFLUENZA VÍRUSOK Az elmúlt száz évben három világméretű influenzajárvány tört ki: a spanyolnátha 1918-ban, az ázsiai járvány 1957-ben és Hong Kong-i járvány pedig 1968-ban pusztított. A spanyolnátha 50 millió, míg a másik két járvány 2, illetve 1 millió halálos áldozatot követelt. Továbbá, meg kell említeni, hogy ezek a vírusok évente ezer ember halálát okozzák, s 3-4 millió ember szenved súlyos betegségben az influenza következtében, így érthető, hogy az influenza vírusokat különösen jelentős patogéneknek tekintjük. Az ben felbukkanó erősen patogén, 50%-os mortalitású H5N1 vírus (madár influenza) hirtelen megjelenése adta a motivációt a megújult influenzakutatásnak. Szerencsére a félelmek nem igazolódtak be, s a vírus nem lett képes emberről emberre terjedni. Az influenza elleni harc nehéznek bizonyult, a helyzetet súlyosbítja, hogy nemrég a H1N1 szubtípus újra megjelent (a spanyol náthát is ilyen szerotípusú vírus okozta). Embernél ugyan viszonylag enyhe az e törzs által okozott fertőzés lefolyása, viszont nagyon gyorsan és könnyen terjed, így a WHO (World Health Organization; az ENSZ Egészségügyi Világszervezete) új influenzajárványt állapított meg. Az a félelem, hogy a H1N1 keveredik a H5N1 nagy patogenitású törzseivel, úgy letalitást növelő tulajdonságokat szedhet össze tőle, amely egy későbbi pusztító pandémia kialakulásához vezethet. A vírus újbóli felbukkanását jósolták, de eddig ez még nem következett be (2011 november 19). Influenzavírus A Ennek a nemzetségnek egyetlen egy faja, van, ez pedig az influenza A vírus. Az óriási változékonyságú vírusok természetes gazdái a vad vízi madarak. Megtörténhet azonban, hogy a vírus más fajokat is megfertőz, így pusztító járványokat okoz a házi szárnyasok között, továbbá emberi világméretű járványokat is okozhat. Az A típusú influenza a legvirulensebb humán patogén a három típus közül, és ez okozza a legsúlyosabb betegséget is. Az influenza A több szerotípusba sorolható a 2 felületi antigénje hemagglutin (H) és neuraminidáz (N) alapján. Ezeket a szerotípusokat mutatták ki emberekben, az általuk okozott járványok halálozási adatai alapján sorrendben: 6 H1N1, spanyolnátha ; sertésinfluenza (később átkeresztelve új influenzára) H2N2, ázsiai influenza H3N2, Hong Kong-i influenza H5N1, madárinfluenza H7N7 H1N2, humán, sertés és madár endémia* H9N2 H7N2 H7N3 H10N7 Influenzavírus B Ennek a nemzetségnek szintén egyetlen tagja van, az influenza B. A vírus kizárólag embereket fertőz és sokkal ritkább, mint az A típus. Mutációs rátája 2-3-szor alacsonyabb, mint az A típusú vírusé, és ennek köszönhetően kisebb is a genetikai diverzitása, ezért csupán egyetlen influenza B szerotípus létezik. Az antigén diverzitás hiánya miatt az influenza B-vel szembeni immunitás már az élet korai szakaszában kialakul, viszont a gyakori mutációk miatt életre szóló immunitás megszerzése nem lehetséges. Az antigén váltás alacsony gyakorisága, és a kisszámú gazdafajok garantálják, hogy az influenza B nem okoz pandémiát. Influenzavírus C Ez a nemzetség is egy fajt tartalmaz (influenza C), amely helyi járványokat okozva kutyát, sertést és embert egyaránt fertőz. A másik két típustó ritkább és csak enyhe megbetegedést okoz, főként gyermekekben.

7 DIA 21 Szerkezet, jellemzők, szubtípus nomenklatúra Az influenzavírusok A, B és C szubtípusai nagyon hasonlítanak egymáshoz. A virionok átmérője nanométer között változhat, és általában gömb alakúak, de előfordulhatnak fonalas formák is. Ez utóbbi leggyakoribb a C típusnál, ahol a fonalak 500 mikrométer hosszú kötegeket alkothatnak a fertőzött sejt felszínén. Változatos formáik ellenére a különböző influenzavírusok részecskéi felépítésükben hasonlóak, amelyre jellemző, hogy belül egy központi mag található, melyet főleg kétféle glükoproteint tartalmazó köpeny vesz körül. A központi magot a vírus RNS örökítőanyaga alkotja, melyet egyéb virális fehérjék csomagolnak be és védenek. Az RNS általában egyszálú, speciális esetekben azonban előfordul kétszálú örökítőanyag is. Az influenza genom különlegessége még, hogy a többi vírustól eltérően nem egy összefüggő RNS szálból áll, hanem, fajtól függően, 7 vagy 8 negatív szálú RNS molekulából, amelyek mindegyike egy vagy két gént tartalmaz. Például, az influenza A-nak 11 génje van 8 RNS szegmenten, amelyek 11 fehérjét kódolnak. Ezek közül legfontosabb a vírus részecskék felszínén található két nagy glükoprotein, a hemagglutinin (HA) és neuraminidáz (NA). A HA egy lektin molekula, mely a vírus célsejthez való kötődését biztosítja és segíti a virális genom sejtbe való bejutását is. Az NA - ezzel szemben - a vírus sejtből való kijutásában vesz részt, azáltal, hogy elhasítja az érett vírusokhoz kötődő cukormolekulákat. Mivel e két fehérje molekula alapvetően fontos szerepet játszik a vírusfertőzésben, ezek az antivirális terápia fő célpontjai. A HA és NA azonban különböző antitestek termelését váltja ki, ez alapján soroljuk ún. szerotípusokba az influenza A típusait. Összesen16 H és 9 N szubtípus ismert, emberben a leggyakoribbak a H 1, 2 és 3-as típusa, az N 1 és 2-es típusa. DIA 22 Replikáció Az influenza vírus fertőzése és replikációja több lépésben zajlik. A vírus először a sejtfelszínhez kötődik, majd bejut a sejtbe. Ezt követően, a vírus genom a sejtmagba szállítódik, ahol új virális fehérjék és RNS-ek képzése indul meg. Az így képződött komponensekből szerelődik össze az új virion, amely végül elhagyja a sejtet. A fertőzés tipikusan az emlősök és madarak orrában, garatjában és tüdejében kezdődik. (1) Az influenzavírusok a HA útján az epitél sejtek felszínén található sziálsavas cukrokhoz kapcsolódnak, majd ezt követően, egy proteáz elvágja a HA-t, és a sejt endocitózissal bekebelezi a vírust. Az endoszóma savas közege két változást eredményez: először a HA segítségével a vírusburok egyesül az endoszóma membránjával; majd az M2 ioncsatornákon keresztül, a vírusburkon át protonok jutnak a mag közelébe, melynek hatására a mag elsavasodik és szétesik, majd kiszabadulnak a virális RNS-ek és a vírus magi fehérjéi. (2) Ezt követően, a virális RNS-ek (vrns), járulékos fehérjék és az RNS-függő RNS polimeráz a citoplazmába kerülnek. Az M2 ioncsatorna amantadin nevű szerrel blokkolható, ami segít megelőzni a fertőzés terjedését. (3a+3b) A magi fehérjék és vrns-ek komplexe bejut a sejtmagba, ahol az RNS-függő RNS polimeráz elkezdi az átírást, így képezve pozitív szálú RNSeket. (4) A vrns-ek vagy benn maradnak a sejtmagban (ezek fognak becsomagolódni), vagy pedig a citoplazmába szállítódnak (ezek fognak fehérjékké olvasódni). (5b) Az újonnan képződött vírus fehérjék vagy a Golgi apparátuson keresztül a sejt felszínére szállítódnak, mint például az NA és a HA, vagy (5a) pedig visszajutnak a sejtmagba, ahol a vrns-ekkel új vírus részecskéket alakítanak ki. Más fehérjéknek a gazdasejt működését befolyásoló többfunkciós hatásuk van, pl. bontják a celluláris mrns-eket, s az így felszabadult nukleotidokat a vrns szintézishez irányítják, vagy gátolják a gazda mrns-eiről történő transzlációt. A képződő vírusok örökítő anyagaként szolgáló negatív szálú vrns, RNS-függő RNS polimeráz és egyéb virális fehérjék összeállnak virionná. A HA és NA egy helyen alkotnak kis kidudorodást a sejtmembránban. (6) A vrns és a virális magi fehérjék elhagyják magot, és ebbe a kitüremkedésbe kerülnek. (7) Az érett virion kijut a sejtből, közben a kidudorodott membrán darabot, így a HA és az NA molekulákat is magával viszi. Ahogy a HA esetében is, az NA is kapcsolódik a sejtfelszínhez sziálsavas cukron keresztül, ennek is le kell vágódnia ahhoz, hogy a vírus kikerüljön a sejtből. Az NA gátló szerek, mint például az oseltamivir, csökkentik a sejtből való kiszabadulás esélyét, így megállítják a vírus szaporodását. Az új vírusok elszabadulása után a gazdasejt elpusztul. 7

8 DIA 23 Antigén sodródás (drift) és antigén eltolódás (shift) Az RNS-polimeráznak nincs proofreading aktivitása, ezért a genom sokszorozása során nagyjából minden tízezredik nukleotid hibásan épül be, ez körülbelül az influenza vírus teljes hosszát jelenti. Tehát nagyjából minden új vírus egy mutációt fog hordozni. Ez a mutáció okozza az ún. antigén driftet (antigén sodródás), amelynek eredménye a vírusfelszíni antigének lassú változása. A vírus genom szegmentált volta egy újabb variabilitás forrás lehet, ugyanis, ha egy sejt többféle vírussal fertőződik egyszerre, a szegmensek kicserélődnek. Az így kialakuló gyors antigén váltásokat antigén shiftnek (antigén eltolódás) nevezzük a vírusgenetikában. Az antigén shift lényegében a két vírus törzs antigénjeinek a kombinálódását jelenti, ami a járványt okozó vírusnál egy új antigén megjelenésében nyilvánul meg. Az antigén shiftek segítik, a vírust a gazdafaj váltásban illetve az RNS keveredés hatására könnyebben védik ki az immunrendszer támadását, tehát nagyon fontosak a világjárványok, pandémiák hirtelen megjelenésében. DIA 24 INFLUENZA A vírus új törzsei Időről időre új kombinációjú HA és NA géneket tartalmazó vírustörzsek jelennek meg, világméretű járványokat okozva. Az influenza A természetes gazdái elsősorban a vízi madarak (kacsák, libák, sirályok), akik belélegzéssel vagy nyelés útján szerzik a vírusokat, amelyek aztán a légző illetve emésztőrendszerüket fertőzik meg. A vírus legtöbb törzse nem okoz betegséget, vagy csak néhány gyenge tünet jelenik meg. Vannak azonban olyan törzsek is, amelyek nagyon patogének és a madarak pusztulását okozzák. A madarak vándorlásával a vírust új, még nem fertőzött területekre is eljuttatják. A madarakon kívül fertőzhetnek még emlősöket is, főleg sertést, lovat és embert; e fajokban a vírus fő szaporodási helye a légző rendszer. Az embert leggyakrabban a H 1, 2, és 3-as és az N 1 és 2-es típusú vírus fertőzi. A betegség lehet nagyon súlyos, amely végződhet halállal. A halált vagy maga a vírusfertőzés okozza, vagy pedig a légző rendszer hámjának károsodása nyomán kialakuló másodlagos infekciók vezetnek ehhez; pl. a spanyolnáthánál az influenza csupán 10%-ban okozta közvetlenül a páciensek halálát, 90%-ban a vírus okozta léziókra ráfertőződő baktérium-okozta tüdőgyulladás végzett a páciensekkel. Az influenza A néhány törzse nagyon patogén a madarakra nézve, és a vad állatok átadhatják házi szárnyas rokonaiknak, azok pedig az embernek. Ez a helyzet alakult ki 1997-ben Hong Kong-ban, amikor egy H5N1 okozta a szárnyasok súlyos betegségét. A H5N1 vírusok több ázsiai országban is megjelentek 2003-ban, Európában 2005-ben, Afrikában pedig 2006-ban. Kacsák, csirkék és pulykák milliói pusztultak el a betegség következtében vagy mert le kellett vágni őket. A H5N1 vírus emberekre is átkerült súlyos légzőszerve megbetegedést és nagy százalékban halált okozva. Néhányszor már H9N2 típus is megjelent Ázsiában, ahol szintén fertőzött madarakat, akikről a vírus átkerült emberekre is. A legtöbb, ha nem az összes, H5N1 és H9N2 által okozott humán madárinfluenza megbetegedés a madarakkal vagy azok ürülékével közvetlen kapcsolatban kerülő embereket fertőzte. Ezek a madárvírusok szerencsére nem tudták megoldani az emberről emberre való terjedés problematikáját. 8 DIA 25, 26 A RHABDOVÍRUSOK genomja 11-15,000 bp hosszúságú negatív szálú RNS. Nevük a görög rhabdos szóból származik, ami pálcikát jelent. A növényeket fertőző rhabdovírusok virionjai pálcika alakúak lekerekített véggel, míg az állati rhabdovírusok lövedék alakúak. A rhabdovírusoknak széles gazdaspektruma van, gazdaállataik közé tartoznak az emlősök, halak, sőt a rovarok és a növények is. Sok rhabdovírus fajnak annyira széles a gazdaspektruma, hogy növényi és állati sejtekben egyaránt képes replikálódni, ide tartoznak az ún. növényi rhabdovírusok, amelyek rovarokban is képesek szaporodni. A rabies vírus, azaz a veszettség vírusa sokféle fajt képes fertőzni. A vírus leggyakrabban sérült bőrön keresztül jut be a szervezetbe. A bőrsérülést a veszett állat harapása okozza, a vírus pedig a nyálból kerül a keletkezet sebbe, s innen az ott lévő idegvégződésekbe. A vírusok innen szállítódnak a központi idegrendszer felé, ahol megfertőzik a többi neuront is, majd eljutnak a nyálmirigyekbe, ahol kiválasztódnak a nyálba. A virionok burkosak és körülbelül ötféle fehérjéből állnak. Nukleoprotein (N) borítja az RNS-t, egy proteinre kilenc nukleotid jut, így alakul ki a helikális szerkezet. Járulékos fehérjék még a foszfoproteinek (P) és nagy (L) proteinek. A nagy fehérje génje a genetikai állomány felét teszi ki. Az L protein egy multifunkciós fehérje. A mátrix fehérje kitölti a nukleokapszid és burok közötti teret, a burokból pedig glükoproteinek trimerje domborodik ki.

9 DIA 27 RETROVÍRUSOK a retrovírusok olyan (egyszálú) RNS vírusok, amelyek a genomjukat DNS intermedieren keresztül sokszorozzák meg. Mielőtt felfedezték volna ezeket a vírusokat, dogmaként élt az a megállapítás, miszerint a genetikai információ átadás útja kizárólag DNS-től az RNS irányában lehetséges, a felfedezés, hogy vannak olyan vírusok, amelyek fordítva is képesek az átírásra (reverz transzkripció) egy kisebb forradalmat idézett elő a tudományban. Később rájöttek, hogy nemcsak ezek az RNS vírusok alkalmazzák a reverz transzkripciót, hanem néhány DNS vírus (Hepadnaviridae) is. Az emlős sejtekben is végbemegy a folyamat a retrotranszpozonok által kódolt reverz transzkriptáz segítségével. Számos retrovírus képes rákot okozni a gazdaszervezetben (a HIV csak nagyon ritkán), ezt a témát részletesen a Rák Molekuláris Biológiája című előadásban tárgyaljuk. A virion két kópiában tartalmazza az egyszálú RNS genomját, tehát, diploidnak tekinthető. A virion nemcsak vírus RNS-t, hanem gazdasejtből származó trns-t is tartalmaz, amely a kapszid összeszerelődése során kerül a virionba. A trns bázispárosodással kapcsolódik a vírus RNS mindkét kópiájához. Minden retrovírus különböző trns-t tartalmaz. Számos virális fehérje is kötődik az RNS-hez. A legnagyobb mennyiségben a nukleokapszid fehérje van jelen, amely az RNS-t veszi körül, rajta kívül azonban jóval kisebb mennyiségben számos egyéb enzimaktivitással rendelkező fehérje is található. Az RNS-t és a járulékos fehérjéket a kapszid fehérjékből álló kapszid (CA) borítja. Vírustól függően a kapszid lehet gömb, henger vagy kúp alakú. A kapszid és a burok között helyezkedik el a mátrix (MA). A vírus proteineket kódoló gének a genom három fő régiójában találhatók, melyek a következők: gag (group-specific antigen csoport-specifikus antigén) belső szerkezeti fehérjéket kódol pol (polimeráz) enzimeket kódol env (envelope köpeny) burokfehérjéket kódol A vírus, a helytakarékosság és a koordinált génexpresszió miatt különféle technikákat alkalmaz: (1) egy policisztronos RNS-ről alternatív splicing eredményeként többféle gén le tud olvasni; (2) egy hosszú fehérje molekula proteolitikus hasítása révén több fehérje molekulát állít elő; (3) leaky szkenneléssel bicisztronos mrns-ekről képes fehérjéket leolvasni; (4) a megcsúszott termináció mechanizmusával pedig különböző hosszúságú fehérjéket képes előállítani. DIA 28 a retrovírusok életciklusának lépései a következők: 1. Kapcsolódás; 2. Sejtbe való bejutás; 3. Reverz transzkripció; 4. Transzkripció; 5. Transzláció; 6. Genom replikáció; 7. Összeszerelődés; 8. Sejtből való kijutás. Részletesen a HIV replikációját tárgyaljuk. DIA Humán Immundeficiencia Vírus (HIV) a Retroviridae családba, azon belül pedig a lentivírusok nemzetségébe tartozik. A humán immundeficiencia vírusnak két típusa van (HIV-1 és HIV-2), melyek 2 különböző majom (simian ) faj immundeficiencia (SIV) vírusból alakultak ki (HIV-1: csimpánz; HIV-2: kormos mangábé) a XX. század második felében. A SIVvel ellentétben, amely nem okoz komoly betegséget a természetes gazdáiban, a HIV infekció károsítja az immunrendszert így megnöveli a szervezet fogékonyságát a más kórokozók általi fertőzésekre. A HIV által okozott betegséget szerzett immunhiányos szindrómának nevezik (acquired immune deficiency syndrome, AIDS). A HIV-1 sokkal gyakoribb, mint a HIV-2, a HIV- 1 felelős a világ minden táján kialakuló fertőzésekért, míg a HIV-2 előfordulása Nyugat- Afrikára korlátozódik. A XXI. század első éveiben körülbelül 5 millió ember fertőződött HIV-vel, az AIDS pedig 3 millió halálos áldozatot követelt, ezzel felkerült a világon vezető halálozási okainak rangsorában a negyedik helyre (Afrika egyes részein előkelőbb helyen van). A probléma nagysága miatt óriási pénzforrásokat mozgósítottak a vírusok kutatására, amelynek célja főleg az új gyógyszerek és vakcinák kifejlesztése volt. A HIV-1 és HIV-2 genomja körülbelül 9,3 kb hosszú. A komplex retrovírusok közé tartozik, mert a gag, pol és env gének mellett járulékos géneket is kódol. Egy járulékos génnek több feladata is lehet. Ezen feladatok közé tartozik a virális génexpresszió szabályozása, a vírus komponenseinek szállítása a sejten belül és a gazda immunválaszának befolyásolása. A gének mindhárom olvasási keretet használják és jelentős átfedés is van köztük, például a 2. olvasási keretben lévő vpu gén egy 9

10 része átfed a 3. olvasási keretben lévő env génnel. A tat és rev transzkriptumok splicing-on mennek keresztül. DIA 32 Kapcsolódás és bejutás A HIV-1 a T helper sejtek CD4 receptorához* kapcsolódik. A vírus és a sejt közötti kapcsolódás akkor történik, ha a vírus gp120 fehérjéje felismeri a CD4 receptor külső doménjét. Ezután, a HIV-nek kapcsolódnia kell egy ko-receptorhoz is, amely egy hét transzmembrán doménnel rendelkező kemokin receptor*. A HIV-1 legtöbb törzse CCR5 kemokin receptort használ ko-receptorként, ezeket R5 törzseknek nevezzük. Megfigyelték, hogy vannak olyan többszöri HIV-1 expozíciónak kitett emberek, akik nem fertőződtek meg. Ennek oka egy 32 nukelotidnyi deléció a CCR5 génben. A homozigóta mutáns emberek nem fejeznek ki CCR5 molekulát a sejtfelszínen, ők teljesen rezisztensek a fertőzésre, a heterozigótáknak pedig megnövekedett a rezisztencia szintjük. A CCR5 gén mutációját főleg európaiakban mutatták ki. Vannak olyan HIV-1 törzsek, amelyek a CXCR4-et használják koreceptorként, ezeket X4 törzsnek hívjuk, s vannak olyan törzsek is, amelyek mindkettőt képesek használni, ezek az R5X4 törzsek. Mindhárom törzs fertőzi a memória T-sejteket is, míg a natív T- sejtek fertőzésére csak az X4 és R5X4 törzsek képesek. A gp120 kötődése a receptorhoz és ko-receptorhoz drámai változást okoz a gp41 szerkezetében (a gp120 egy extracelluláris fehérje, amely a gp41 transzmembrán fehérjéhez kapcsolódik), aminek következtében a virion és a sejt membránja fuzionál, s az örökítő anyag és a fehérjék bejutnak a citoplazmába, ahol MA, Vpr, RT és IN proteineket tartalmazó reverz transzkripciós komplex alakul ki. DIA 33 Reverz transzkripció és sejtmagba szállítódás A sejtbe való bejutás után a reverz transzkripciós komplex azonnal kapcsolódik a motorfehérjéken keresztül a mikrotubulusokhoz. A reverz transzkripciót egy lizint szállító trns (a trnslys-3) indítja be. Miután a reverz transzkripció befejeződött, a sejt és vírusfehérjéket tartalmazó pre-integrációs komplex a mikrotubulusok mentén a sejtmag felé szállítódik. A legtöbb retrovírusnak meg kell várni a sejtmag membránjának szétesését ahhoz, hogy bejusson a magba. A HIV-1 azonban képes áthatolni a sejtmaghártyán és bemenni az intakt sejtmagba, így meg tud fertőzni nyugalomban lévő T-sejteket és makrofágokat. DIA Korai génexpresszió A transzkripciót celluláris transzkripciós faktorok indítják el a vírus upstream LTR-ében található enhanszer és silencer régiókhoz való kapcsolódásukkal. A transzkripció a 3 LTR régióban ér véget, ahol a mrns-ek polia farkat kapnak. A leghosszabb mrns olyan hosszú, mit maga a genom; a kisebb transzkriptumok két csoportba oszthatók: vannak, amelyeknél egyetlen splicing történik, ezek 4-5 kb hosszúak, és vannak, amelyek többszöri splicing-on esnek át, ezek körülbelül 2 kb hosszúságúak. A vírusnak számos splice donor és splice akceptor helye van, ezek biztosítják az alternatív splicing-ot, melynek során így több mint 30 féle RNS képződik. Az infekció korai szakaszában az éretlen transzkriptumok többszöri splicing-on mennek keresztül, ezek az mrns-esek Nef, Tat és Rev fehérjékké olvasódnak le. A Nef (negatív regulátor faktor) arról kapta a nevét, hogy régen úgy gondolták, hogy a HIV replikációját gátolja, később azonban kiderült, hogy éppen ellenkezőleg, segíti azt. A fertőzött sejtekben a Nef megváltoztatja az endoszóma szállításának útját, így lecsökkenti a CD4, MHCI és MHCII molekulák sejtfelszíni jelenlétét. Ezek a változások a HIV immunrendszer előli rejtőzködését segítik. A Tat (transactivator of transcription; a transzkripció transzaktivátora) fehérje fontos szerepet játszik a transzkripció serkentésében. A Tat-ot nukleáris a lokalizációs szignál (NLS) a sejtmagba irányítja, ahol az éretlen vírus mrns-ek 5 végén található szekvenciához, az ún. TAR-hoz (transactivator response element) kötődik. A Tat, többek között, egy celluláris kináz TAR-hoz való kapcsolódását segíti elő. Ez a kináz enzim az RNS polimeráz komplex komponenseit foszforilálja, aminek következtében megnövekszik az enzim templáton való haladási sebessége. A Tat-ot ezért egy olyan szokatlan transzkripciós faktornak tekintjük, amely nem DNS-hez, hanem RNS-hez kötődik. A másik korai fehérjének, a Rev (regulator of virion expression; vírus fehérjék expressziójának regulátora) szintén NLS-el rendelkezik, így felhalmozódik a magban, és segíti a korai és kései gének osztályváltását úgy, hogy egy RNS szakaszhoz, az RRE-hez (Rev response element) kötődik. 10

11 DIA 37 Kései gének expressziója A Gag és a Gag-Pol mrns-ei nem splice-olódnak, a Gagpol akkor képződik, ha ún. riboszómális kereteltolódás történik. Ez körülbelül az esetek 5 %- ában fordul elő, s ilyenkor a riboszóma áthalad az UUUUUUA szekvencián. Ez a szekvencia okozza a riboszóma megcsúszását (nem tökéletes polia szignál), így az első leolvasási keretről a harmadikra kerül. Ha a kereteltolódás megtörténik, a transzláció a pol régióban folytatódik, így létrejön a Gag-Pol fehérje. A többi vírusfehérje (Vif, Vpr, Vpu és Env) egyszer splice-olt transzkriptumokról keletkezik. A vpu és Env bicisztronos RNS-ről keletkezik a durva-felszínű ER-ben. Az Env fehérje nagymértékben glükozilálódik. Az Env trimerje még azelőtt alakul ki, hogy a gp120 és gp41 burokfehérje elvágódna, a vágást a furin végzi, ami a Golgi komplexben található gazdafehérje. A Vpu egy membrán-kötött fehérje, ami ahhoz szükséges, hogy virion leváljon a plazma membránról. Megjegyzés: a pol gén kódolja a reverz transzkriptáz, az integráz és a proteáz fehérjéket, amelyek alternatív splicing mechanizmussal képződnek. DIA 38 Összeszerelődés és kijutás a sejtből Az új virion genomjaként szolgáló 2 RNS molekula kialakulása az RNS-ek 5 végén található dimerizációs iniciációs hely hurkának segítségével történik úgy, hogy e helyek komplementer szekvenciái párosodnak. A Gag és Gag- Pol molekulák szabályos szerkezetet öltenek, doménjeik pedig a vírusgenomhoz és más viriont alkotó fehérjékhez kötődnek. Gag-Pol dimerek képződnek, amelyek aztán elvágódnak (saját magukat katalizálják) és így alakulnak ki a vírus enzimjei, mint például a dimer szerkezetű proteáz. Ezt követően, a proteáz elvágja a Gag poliproteineket, így alakulnak ki az érett virion alkotóelemei. DIA 39, 40 Összefoglalás: ld. diák DIA 41 Stratégia: a HIV genom variabilitása A HIV rendkívül fontos képessége a nagyfokú genetikai variabilitás, melynek két oka van. (1) Antigén drift A fő oka az, hogy reverz transzkriptáz enzim nagyon magas hiba gyakorisággal konvertálja az RNS-t DNS-é (10 pont mutáció/replikáció + deléciók, inszerciók). A mutációk főként az env gént érintik, melynek nyilvánvaló oka az, hogy az immunválasz elsősorban a felszíni membrán fehérjék ellen váltódik ki. Az env gén más génekhez képesti relatíve magasabb mutációs rátáját nem feltétlenül a gyakoribb mutációk okozzák, hanem lehetséges, hogy a szelekciós hatásra dúsulnak fel. Az egyeden belüli vírus variánsokat kvázispecieseknek (látszólagos fajok) nevezik, melyek között az env génre nézve a genetikai különbözőség ~ 2-5%-os. (2) Antigén shift A genetikai variabilitás egy kisebb jelentőségű esete a különböző HIV-1 populációk közötti rekombináció, amely mozaik genomot eredményez. A két populáció nem feltétlenül két független fertőzésből származik, egy szervezeten belül keletkezett vírus variánsok rekombinálódása nyilván sokkal gyakoribb esemény. 11 Nincs DIA A HIV eredete Az állatok és az ember közötti virus transzfert zoonózisnak nevezik. Az alábbiakban bemutatjuk meg a HIV eredetével kapcsolatos zoonózis elméleteket. (1) A Vadász Elmélet szerint a vírus a csimpánzból került az emberbe azáltal, hogy főemlős rokonunkat levadászták és megették a húsát, vagy a vére érintkezett egy sebbel az emberi testen. Ez a legelfogadottabb elképzelés. A Kontaminált Tű Elmélet tk. a Vadász Elmélet egy speciális esete. A lényeg az, hogy egy vadász kaphatta el a betegséget egy csimpánztól, amely azért tudott gyorsan elterjedni, mert az afrikai kórházakban ugyanazt a fecskendőt használták több páciensnél is. A Kolonizációs Elmélet szintén a Vadász Elmélet egy speciális esete, mely szerint a gyarmati Afrikában nagyon mostoha viszonyok uralkodtak. Az éhség, a szomjazás, a nem megfelelő higiénia az ott élők immunrendszerének legyengülését okozta, ami a HIV elterjedését nagyban elősegítette. (2) A Polio Vakcina Elmélet szerint a betegséget orvosi beavatkozás okozta (iatrogén infekció). Nevezetesen, a polio vakcina előállításához majom vese sejteket használtak, ami, a feltételezés szerint, fertőzött majmokból izoláltak. Tehát, a poliovírus elleni vakcinálási program okozta és terjesztette el a HIV-et, az elmélet szerint. Utólag megvizsgálták a vakcinákat, de nem találtak benne sem HIV, sem SIV vírusokat. (3) Az Összeesküvés Elmélet szerint a feketéket és a homoszexuálisokat akarták kiírtani egy mesterségesen előállított vírussal.

12 A HIV-2 eredetét, a HIV-1-éhez hasonló módon képzelik el (Vadász Elmélet), csak itt nem a csimpánz, hanem a mangábé majom volt a vírus gazdaállata. DIA 42 Nobel Díjak (1) A retrovírusok provírus elméletéért Howard Temin Nobel díjat kapott. A provírus elmélet szerint a retrovírusok DNS formában beépülnek a gazda genomba, nem pedig RNS templátról képeznek komplementer RNS-t a replikáció során, mint korábban gondolták. Röviddel a hipotézis publikálása után felfedezték a reverz transzkriptáz enzimet, ami alátámasztotta a hipotézist. (2) A tudomány történetének egyik legnagyobb vitája kerekedett a HIV 1983-as felfedezése utáni évtizedben. A kutatóknak mindössze két évvel az első beteg (1981) megjelenése után kiderítették, hogy mi okozza az AIDS betegséget. A probléma az volt, hogy a világsajtó véget nem érő vitát nyitott arról, hogy két csoport közül az egyik francia, a másik Egyesült Államokbeli ki fedezte fel először a vírust A vita konkrétan arról folyt, hogy melyik csoportnak sikerült először azonosítania a kórokozót, ki védette le először a tesztjét, s kinek voltak megfelelő vírusmintái. Robert Gallo vezette az egyik csoportot, amely a Bethesdában lévő Nemzeti Rákkutató Intézet vezetője volt, Luc Montaigner pedig a párizsi Pasteur Intézetbeli csoportot vezette. A vita újból életre kelt, mivel a Nobel díj bizottság csak a párizsi csoportot díjazta (Montanier-t és kollégáját Barré-Sinoussi-t), Gallo-t viszont kihagyták. DIA 43 A HIV elterjedtsége ld. dia. DIA 44, 45 A HEPADNAVÍRUSOK hepatitist okoznak, és DNS genommal rendelkeznek, innen kapták nevüket is. A hepadnavírusok fertőzhetnek emlősöket és madarakat is. A legismertebb humánpatogén hepadnavírus a hepatitis B vírus (HBV), amely elterjedtsége és patogenitása miatt, orvosi szempontból rendkívül fontos. Érdemes megjegyezni, hogy a többi hepatitist okozó vírus (Hepatitis A és C) más családba tartozik. A hepadnavírusok különösen két ok miatt érdekesek: (1) habár nagyon kis genommal rendelkeznek, mégis jól tudnak gazdálkodni ezzel; (2) a DNS genomuk RNS intermedieren keresztül replikálódik. Más szóval, reverz transzkripciót használnak a replikációhoz, s ez merőben eltér a szokásos DNS-DNS replikációtól. Senki nem tudja mennyi a HBV fertőzöttek pontos számát a világon, a felmérések 400 millióra becsülik. A legtöbb eset Ázsiában fordul elő, de sok megbetegedés van Afrikában is. A vírus a betegek vérében és ondójában található, az átvitel módja általában megegyezik a HIV-ével. Körülbelül 5 millió új esetet regisztrálnak évente, a legtöbb az újszülött, akik az anyjuktól kapják a fertőzést. Több mint 8 millió eset adódik az injekciós tűk és fecskendők újbóli felhasználásából, ez főleg a fejlődő világban probléma. Sok HBV fertőzés tünetmentes vagy csak enyhe tüneteket okoz főleg gyermekekben. Sajnos, a gyerekek fertőzéseinek 90%-a perzisztáló formává alakul, szemben a felnőttekkel, ahol ez a szám mindössze 5-10 %. A perzisztáló fertőzés nagyon alattomos, mert előfordul ugyan, hogy az egyén élete végéig egészséges marad, de okozhat cirrhosist (májzsugorodás) is, ami végül májrákba torkollhat. A HBV infekció által okozott halálozások száma évente egymillióra rúg. A HBV genomja nagyon kicsi, 3.2 kb, habár vannak nála kisebb genommal rendelkező vírusok is. Négy OFR-je van, amiről hét fehérjét ír le. A vírus ezt úgy éri el, hogy minden nukleotidot kódolásra használ. A P ORF a genom 80%-át teszi ki, átfed a C és X ORF-ekkel, az S ORF-et pedig teljesen magába foglalja. A vírus még azzal is maximalizálja a kódoló kapacitását, hogy az L proteinjét két konformációban expresszálja, amiknek különböző funkciójuk van. Az egyik konformációban az L molekula víruskapcsoló fehérjeként működik, míg a másik konformációban a köpenyt köti a kapszidhoz. Mivel a teljes genom kódol, ezért a cis-szabályozó régiók is a kódoló régióban helyezkednek el. 12 DIA 46 A BAKTERIOFÁGOK a baktériumok vírusai. A fágok replikációjának és genetikai szerkezetének felfedezésért három kutató részesült Nobel díjban (Max Delbrück, Alfred Hershey, és Salvador Luria). E vírusokról részletesebben a Baktériumok c. előadásban lesz szó.

13 DIA 47 Óriás vírusok A MIMIVÍRUST (Acanthamoeba polyphaga) 1992-ben fedezték föl egy angliai víztoronyban élő amőbában. A vírusok között hatalmasnak számító mérete meghökkentette a kutatókat. Átmérője 0,5 mikrométer, ezért - a többi vírussal ellentétben - fénymikroszkóppal is látható. A vírus egy 1.2 Mb (megabázis) DNS genommal rendelkezik, amely sok különféle fehérjét kódol, pl. poliszacharidokat bontó enzimeket, transzlációs fehérjéket, sőt 6 trns-t is. A mimivírus elsősorban amőbákat fertőz meg, de fölmerült a lehetősége, hogy emberi kórokozóként is viselkedhet, mivel egyes tüdőgyulladásban megbetegedett emberekben fölfedezték a vírus elleni antitesteket. A MAMAVÍRUS szintén egy óriási vírus, nagyobb, mint sok baktérium (pl. mikoplazmák). Habár, már az 1991-es években felfedezték, lefagyasztva tárolták, mert baktériumoknak vélték őket ban közölték először, hogy vírusokról van szó. Valószínűleg a mimivírusok rokonai. DIA 48 A SZPUTNYIK VIROFÁG egy ikozaéder alakú szubvirális ágens (kisebb, mint egy vírus, de bizonyos sajátságaik vírusszerűek); 50 nanométer nagyságúak. A szputnyik nem képes egyedül megfertőzni a sejtet, egy másik vírusnak is fertőznie kell (mimivírus vagy mamavírus). Érdekesség, hogy az óriásvírusok belsejében is képesek összeszerelődni, s így azokkal együtt fertőznek. A szputnyik duplaszálú DNS molekulát tartalmaz. DIA 49 Vírusok az óceánban Elsősorban Craig Venter vizsgálatainak köszönhetően, ismertté vált, hogy az óceánok óriási mennyiségű vírust tartalmaznak még egy kis mennyiségű vízben is. Ezek a vírusok nem csak a gazdasejtekben lelhetők fel, hanem szabadon a vízben is. Az óceánban talált vírusok zöme teljesen ismeretlen volt eddig, teljesen új családok leírása várható. Óriásvírusokat is találtak az óceánokban. Nincs DIA Felbukkanó (emergens) vírusok 13 A felbukkanó vírusok kifejezést kétféle értelemben is használhatjuk: egy vírus új gazdaszervezetet fertőz, vagy a vírus a világ egy új, számára addig érintetlen helyen jelenik meg, vagy előfordulhat egyszerre mindkettő is. A vírusokra használhatjuk az újra felbukkanó kifejezést is, amikor egy vírus időszakonként újra és újra megjelenik. Például a száj és körömfájás vírusa időről időre felbukkan az Egyesült Királyságban. A felbukkanásnak illetve az újra megjelenésnek növeli a valószínűségét az emberi viselkedés és olyan tevékenységek, mit például a repülés, az állatokkal fenntartott szoros kapcsolat, beleértve az emberszabásúak vadászatát és azok húsának fogyasztását. Ha egy vírus új gazdafajt talál, rendszerint gyors evolúciós változásokon esik keresztül (mutációk, szelekció), s így új vírus faj alakulhat ki. FILOVÍRUSOK 1967-ben a németországi Marburg városában néhány laboratóriumi dolgozó haemorrhágiás, azaz vérzéses lázban betegedett meg. Mint kiderült, a betegek, kontaktusba kerültek Ugandából származó afrikai zöld majom vérével, szerveivel vagy abból készített sejtkultúrával. A vizsgálatok kiderítették, hogy a majmok vírust hordoztak, ami aztán átkerült a laboratórium dolgozóira, onnan pedig kórházi személyzetre. A vírust Marburg vírusnak nevezték, és a latin filum szál szóból származtatott Filoviridae családba sorolták ben hasonló járvány tört ki az afrikai Szudánban és Kongóban az Ebola folyó mentén. A Marburg vírushoz hasonló vírust izoláltak a betegekből és Ebolának nevezték. Azóta a Marburg és Ebola vírusok által okozott járvány több alkalommal tört ki Afrika szerte, Elefántcsontparttól Kenyáig, Közép Afrikában és délen egészen Angoláig. A járványok kitörésének oka nem ismert, egyes feltételezések szerint akkor alakulnak ki, amikor az ember fertőzött emberszabásúak vérével kerül kapcsolatba. Rájöttek, hogy az Ebola csimpánzokat és gorillákat fertőzhet. Ebola és Marburg vírusok tehát a fertőzött állatok ereiben keringenek, és a vadászat során leölt állatok húsával való kontaktus okozhatja a vírusok emberre terjedését. Emberről-emberre terjedés fertőzött vérrel történik. Az ebola több törzse is jelen van Afrikában. További fajok jelentek meg az USA-ban és Olaszországban, ezek a Fülöpszigetekről hozott majmokkal kerültek az országokba. Szerológiai bizonyíték van a majmokat gondozók fertőzöttségére, viszont betegséget nem okoztak az emberben. Valószínűsítik, hogy más állatok lehetnek a rezervoárjai az Ebolának és Marburgnak, melyekben a fertőzés nem, vagy csak kevés tünetet okoz. Több expedíció is indult a potenciális rezervoárok kutatására, mai napig csekély pozitív eredménnyel.

14 SARS CORONAVÍRUS 2002-ben egy új emberi légzőszervi megbetegedés ütötte fel fejét Kína déli részén. A következő évben az egyik betegeket kezelő orvos Hong Kong-ba utazott, ahol megbetegedett és meghalt. Következésképp, akik az orvossal egy szállodában laktak, a világ számos helyére, Szingapúrba, Vietnamba, Kanadába és az USA-ba vitték el a vírusokat. A súlyos akut respirációs szindróma (SARS; severe acute respiratory syndrome) kialakulóban volt. A betegek 90%-a felépült ugyan, a többiek számára viszont a fertőzés halálosnak bizonyult. A halálos áldozatoknak általában olyan alapbetegségei voltak, mint a cukorbetegség, szívbetegség, immunhiányos állapot. Elsőre a SARS légúti megbetegedésnek tűnik, azonban könnyen terjed a test más részeire is. Kórokozóként egy új koronavírust azonosítottak, aminek nem találták a természetes rezervoárját. A SARS továbbterjedését karanténnal akadályozták meg, de ekkor az már 8000 beteget és majdnem 800 halálos áldozatot hagyott maga mögött. NYUGAT NÍLUSI VÍRUS 1999-ben többen is nyilvánvalóan vírus okozta enkelfalitiszben betegedtek meg New- Yorkban, közülük néhányan meg is haltak. Ugyanebben az időben állatkerti madarak betegedtek meg és vad madarak, főleg hollók halálát jelentették. A tesztek kimutatták, hogy az emberek és a madarak is ún. Nyugat-nílusi vírussal fertőződtek. ÚJRA FELBUKKANÓ VÍRUSOK A kanyaró és mumpsz vírusa a Paramyxovírusok családjába tartozik, mindkettő fontos patogén, főleg a kanyaró, amely a fejlődő országokban a vezető halálozási okok közé tartozik. Az 1990-es évek végére a széleskörű MMR (mumpsz, morbilli-kanyaró, rubeola) oltás alkalmazása következtében a kanyaró és a mumpsz csökkenő tendenciát mutatott, de aztán a vakcinált gyermekek oltási láza kétségeket keltett a vakcina biztonságával kapcsolatban. Ennek hatására az oltási gyakoriság csökkent, ezért a kanyaró is, de főleg mumpsz eseteinek száma el kezdett nőni, és kanyarós estek százai, mumpszos esten ezrei jelentek meg. DIA 50 PRIONOK A prionok (nem vírusok!) valójában örökítőanyag nélküli fertőző ágensek, a nevük is innen származik: prion protein only (csak fehérje). Igazából, egy olyan fehérjéről van szó, amely kétféle konformációban létezhet, az egyik kóros, a másik pedig egy normális fehérje molekula. A dolog érdekessége az, hogy a helytelen konformációjú fehérje képes a jó konformációjú fehérjét helytelenné átalakítani, így gyakorlatilag ez a fehérje szaporodik. Persze, ez egy furcsa szaporodás, hiszen nem maga a fehérje kettőződik meg, hanem az aberráns konformációval rendelkező variánsok száma gyarapodik kontaktus útján. Terjedési mechanizmusa nem ismert. Spontán is keletkezhet, ha a fehérjét kódoló gén mutálódik. A gén egyébként esszenciális (alapvetően fontos), ha kísérleti állatokban genetikai módszerekkel kiütjük, az egyed elpusztul. Sajnos a mi napig nem tudunk a betegség ellen védekezni, és a hosszú inkubációs idő miatt, nehéz a kutatása. Ilyen betegség például a szarvasmarhák szivacsos agyvelősorvadása, embernél pedig a Creutzfeld-Jacob kór. 14 Szótár CD4 receptor (cluster of differentiation 4): a T helper sejtek, a monociták, a makrofágok és a dendritikus sejtek felszínén találhatóak. A CD4 felerősíti T sejt receptor által generált szignált, azáltal, hogy tirozin kináz enzimet verbuvál a jelmolekulához kapcsolódó receptor közelébe (tehát a CD4 a T sejt receptor ko-receptoraként működik) (ld. Jelutak c. előadás). Kemokin receptor: egy G protein-kapcsolt receptor féleség (ld. Jelutak c. előadás). Eredetileg, ezek a receptorok az immunválasz részeként felszabaduló kemokineket kötik meg, s ennek hatására T-sejt differenciációt és leukocitavándorlást indítanak be. A kemokineket két fő osztályba sorolják attól függően, hogy milyen a ciszteinek elrendeződése az N terminálison: vannak C-C és C-X-C osztályok (C: cisztein, X: bármilyen más aminosav). Így a kemokin receptorokat CCR és CXCR-ként jelölik. Ezek közül számos molekula, főleg a CCR5 és CXCR4 a HIV-1 ko-receptoraként viselkedik.

15 JEGYZETEIM: 15