Biologia 5: luku 3 Virukset lisääntyvät soluissa

Virusten rakenne on yksinkertainen

Virus koostuu kuoresta, siitä ulospäin suuntautuvista pintarakenteista sekä kuoren sisällä olevasta perintöaineksesta. Pintarakenteiden avulla virus tunnistaa isäntäsolunsa ja kiinnittyy isäntäsolun solukalvon reseptorimolekyyleihin. Viruksen pintarakenteet ovat kemialliselta rakenteeltaan proteiineja. Useilla viruksilla on kuoren ulkopuolella lisäksi isäntäsolusta mukaan poimittu, lipidimolekyyleistä koostuva vaippa. Viruksen perintöaines on joko DNA:ta tai RNA:ta.

Viruksilla ei ole soluelimiä eikä itsenäistä aineenvaihduntaa. Siksi niitä ei luokitella eliökuntaan kuuluviksi. Virukset jaetaan perintöaineksen mukaan DNA- ja RNA-viruksiin. Bakteriofagit ovat bakteerien viruksia ja eläinten viruksia esim influenssavirukset.

Viruksen rakenne. 1. Pintaproteiinit. 2. Isäntäsolun solukalvoista peräisin oleva vaippa. 3. Proteiinista muodostunut kuori. 4. Perintöaines. Kuva Googlen kuvahaku.

Virukset muuttavat lisääntyessään isäntäsolunsa virustehtaaksi

Virukset pystyvät lisääntymään vain elävissä soluissa, koska niillä ei ole itsenäistä aineenvaihduntaa. Viruksen lisääntymisessä on viisi vaihetta:

1. Kiinnittyminen isäntäsolun solukalvoon ja tunkeutuminen soluun
2. Viruksen perintöaineksen vapautuminen solun sisällä
3. Uusien virusten osien valmistus
4. Kokoaminen viruksen perintöaineksen ohjeiden mukaan
5. Virusten vapautuminen isäntäsolusta

Bakteriofagin eli bakteerin viruksen lisääntyminen

1. Bakteriofagi kiinnittyy isäntäsolun solukalvolle.
2. Bakteriofagi ruiskuttaa DNA:nsa bakteerin solukalvon läpi, muu osa bakteriofagia jää solun ulkopuolelle. Samalla isäntäsolun genomi pilkotaan.
3. Isäntäsolu alkaa tuottaa vain bakteriofagin proteiineja ja monistaa sen perintöainesta
4. Kun isäntäsolu on tuottanut tarpeeksi bakteriofagin osia, ne kootaan isäntäsolun sisällä uusiksi bakteriofageiksi.
5. Valmiit bakteriofagit erittävät soluun sen soluseinää heikentävää entsyymiä, jolloin isäntäsolu hajoaa ja vapauttaa 100-200 uutta bakteriofagia

Retro-RNA-viruksen lisääntyminen

1. Retro-RNA-viruksen vaippa on samanlainen kuin isäntäsolun solukalvo. Virus sulautuu isäntäsolun solukalvoon ja pääsee näin solun sisään. Solun sisällä virus hajoaa.
2. Viruksen RNA käännetään kaksijuosteiseksi DNA:ksi käänteiskopioijaentsyymin avulla.
3. Viruksen DNA liittyy osaksi isäntäsolun tuman DNA:ta, ja solu alkaa tuottaa virus-RNA:ta.
4. Osa muodostuneesta RNA:sta toimii uusien virusten perimänä ja osa lähetti-RNA:na, jonka ohjeen mukaan solu muodostaa viruksen proteiineja sekä käänteiskopioijaentsyymiä
5. Vaipan pintaproteiinit kuljetetaan rakkuloissa uusien virusten kokoamispaikalle.
6. Uudet virukset kootaan ja eritetään ulos solusta. Samalla ne saavat ylleen vaipan, joka muodostuu isäntäsolun solukalvosta ja viruksen vaipan pintaproteiineista.

Virusten perinnöllinen muuntelu on hyvin nopeaa

Viruksissa perinnöllistä muuntelua aiheuttavat geenimutaatiot ja rekombinaatio. Koska viruksilla on kutakin geeniä vain yksi kappale, ilmenevät myös resessiiviset geenimutaatiot heti. Geenimutaation seurauksena esim viruksen pintarakenteet voivat muuttua, jolloin ihmisen immuunijärjestelmään kuuluvat muistisolut eivät tunnista sitä.

Virusten rekombinaatiossa samaan isäntäsoluun joutuu geenikoostumukseltaan erilaisia viruksia, esim ihmisen soluun lintuinfluenssavirus ja ihmisen influenssavirus. Kun isäntäsoluissa syntyneitä uusien virusten osia aletaan koota, saattaa jonkin uuden viruksen sisälle tulla sellainen yhdistelmä geenejä, joista osa on peräisin lintuinfluenssaviruksesta ja osa ihmisen influenssaviruksesta. Tällainen virus on aivan uudenlainen, eikä ihmisillä ole immuniteettia sitä vastaan. Pahimmassa tapauksessa seurauksena voi olla pandemia eli maailmanlaajuinen tautiaalto.

Viruksia käytetään monin tavoin bioteknologiassa

Koska virukset siirtävät perimänsä isäntäsolun sisälle, ne sopivat erityisen hyvin geenien kuljettajiksi. Tätä ominaisuutta hyödynnetään geenihoidossa ja jalostuksessa. Kun yksijuosteinen RNA pitää muokata kaksijuosteiseksi DNA:ksi, käytetään apuna retro-RNA-viruksista eristettyä käänteiskopioijaentsyymiä. Kyseistä entsyymiä tarvitaan esim silloin, kun tumallisen eliön geeni halutaan siirtää bakteerisoluun.