A vírusokról

2020. január 30-dikán az Egészségügyi Világszervezet (WHO) nemzetközi közegészségügyi vészhelyzetet hirdetett ki a tüdőgyulladás-járvány miatt, amelyet a koronavírus okozott. A járvány Kínából indult el, de január végére legalább tizennyolc országra átterjedt. Bár az influenzafélék olykor veszélyesebbek, mint a koronavírusok, mivel azonban ez utóbbi megelőzéséhez még nincsenek vakcinák (védőoltások), ma mégis ez jelenti a nagyobb gondot. Annak felderítésén, hogy a koronavírusnak melyek a megtámadható pontjai, még csak most dolgoznak a kutatók. A többi vírusról azonban már lényegesen többet tudunk.

Mióta tudunk a vírusok létezéséről?

A vírusok kutatásának fontos előzménye volt, hogy már létezett egy olyan porcelánszűrő, amelynek pórusai kisebbek voltak az akkor már ismert baktériumoknál. Ez azért volt fontos, mert amikor egy kémikus azt akarta megvizsgálni, hogy a baktériumokon kívül van-e másféle kórokozó is egy oldatban, akkor ezzel a szűrővel az oldatot baktériummentessé tudta tenni. Az eszközt egyébként Charles Chamberland francia mikrobiológus fejlesztette ki (1884), ezért ez ma is Chamberland-szűrő néven ismert.

Íme, a vírusok által leggyakrabban használt mértani forma, az ikozaéder szerkezete. Trigonometria-órán nem a legkönnyebb feladat összeállítani, ám a vírusoknak, úgy látszik, gyerekjáték. (Forrás: Wikimedia)

Az első tudós, aki egy fontos vizsgálatnál már használta a szűrőt, egy orosz mikrobiológus és növényfiziológus, Dmitrij Joszifovics Ivanovszkij (1864 - 1920) volt. Ő a dohány mozaikos megbetegedését vizsgálta (ez onnan kapta a nevét, hogy a fertőzés során jellegzetes mozaikos elszíneződéseket okozott a leveleken). Ivanovszkij azt tapasztalta, hogy a betegséget okozó ágens (változást létrehozó erő) a legfinomabb porcelánszűrőkön is áthatol, vagyis a fertőzést vagy nem baktérium okozta, vagy ha ennek mégis van szerepe a fertőzésben, akkor ebben inkább egy toxinjával (mérgező anyagával) vehet részt.  Az erről szóló cikke 1892-ben jelent meg, és ezt az utókor azóta annak ellenére úgy tartja számon, mint a vírustan, vagyis a toxikológia tudományának alapkövét, hogy az írásban a vírus név még nem volt jelen.

Mivel akkor még nem létezett elektronmikroszkóp, a baktériumoknál kisebb ágenseket nem tudták közelről tanulmányozni, és így Ivanovszkij sem tudott továbblépni. 1898-ban egy holland mikrobiológus és botanikus, Martinus Beijerinck (1851-1931-ig) megismételte Ivanovszkij szűrős kísérleteit. Ennek során kimutatta, hogy a kórokozó önállóan képes szaporodni a dohánynövényben, amivel kizárta annak lehetőséget, hogy bakteriális toxin lehet az ágens. Elektronmikroszkópos lehetőségek híján azonban ő is csak találgatni tudott arról, hogy milyen természetű anyag lehet az ágens.

Az ő feltételezése az volt, hogy a fertőzést egy folyékony kórokozó idézi elő, amelyet a latin „méreg” jelentésű szó alapján vírusnak nevezett el. (Pontosabban "fertőző élő folyadéknak" írta le, ami latinul „contagium vivum fluidum”-nak hangzik). Mindenestre az egyértelmű volt, hogy a dohány mozaikos megbetegedése mögött egy merőben új kórokozó áll, amelynek kutatása perdöntő lehet. Ezért ennek a kórokozónak a további kutatását mindenki fontosnak tartotta. (Az angol Frederick Twort pl.  baktériumokat fertőző vírusokat fedezett fel, amelyeket bakteriofágoknak (röviden fágoknak) nevezett el. A francia-kanadai Félix d'Herelle szintén olyan vírusokat talált, amelyek elpusztították az agaron tenyésző mikroorganizmusokat. Ő dolgozta ki azt a módszert is, amellyel már mérni is lehetett a fertőző részecskék mennyiségét.)

A harmincas évek legjelentősebb lépése az volt, hogy az amerikai Wendell M. Stanley (1904-1971) bebizonyította: a dohánymozaik-vírus részecskékből áll és nem folyadék. Mi több, 1935-ben ki is tudta kristályosítani, és bemutatta, hogy a vírus azután is fertőzőképes marad. (Munkájáért 1946-ban kémiai Nobel-díjat kapott.) 1939-ben pedig már elektronmikroszkópos kép is készülhetett a vírusról, és ettől kezdve a további kutatók már a további tulajdonságait is részletesen fel tudták tárni.  (A következőkben Heinz Fraenkel-Conrat, Robley Williams, és a DNS szerkezetének, a kettős spirálnak a felfedezésében is részt vevő Rosalind Franklin dolgozott még ennek a vírusnak a feltárásán. ) A dohánymozaik-vírus (rövidítve TMV) kutatásában elért eredmények meghatározók voltak a virológia korai szakaszában.

Végül is micsoda a vírus?

A vírus valóban egy elképzelhetetlenül kicsi biológiai organizmus, amely elé éppen ezért a szubmikroszkopikus (vagyis mikroszkóp alatti) jelzőt is oda szokták tenni. Döntő többségüket fénymikroszkóppal nem, csak elektronmikroszkóppal lehet megfigyelni. A vírusok hatalmas mennyiségben vannak jelen a Földön: ezek a leggyakoribb organizmusok, amelyek minden ökoszisztémában megtalálhatók. Ez azt jelenti, hogy minden életformának – tehát a növényeknek, állatoknak, gombáknak, egysejtű eukariótáknak és baktériumoknak –megvan a maga vírusos fertőzése. Rengeteg fajtájuk van és közülük több már akkor létezett, amikor nem volt náluk nagyobb organizmus a Földön.

A legnagyobb vírusok közé tartozó, 400 nm átmérőjű Mimi vírus az elektronmikroszkópos felvételek tanúsága szerint ikozaéder formájú. Felszínét 100 nm hosszú fonalak (filamentumok) ékesítik. (Forrás: Wikipedia)

A vírus legfőbb jellemzője, hogy nem tartalmaz sejtet, és ez máris elválasztja a vírusokat a baktériumoktól. Ez utóbbiaknak ugyanis van citoplazmájuk, vagyis egy szerves anyagokból álló folyadékuk, valamint sejtfaluk, és ezért a baktériumok osztódással tudnak szaporodni. Emellett ugyan táplálkoznak a környezetükben található sejtekből, de azok szerkezetét nem változtatják meg. A vírusoknak viszont nincs sem citoplazmájuk, sem sejtfaluk, és az örökítőanyagukat (genom) egy külső fehérjeburok (kapszid) védi. Egyes fajoknál a vírust egy külső lipidburok (peplon) is körülveszi, amelyet azonban már a megtámadott gazdasejttől „vesznek kölcsön”.

Mindezek következtében saját anyagcseréjük sincs és önálló szaporodásra sem képesek. Ezért kizárólag élősködőkként, vagyis parazitákként vannak jelen, csak más organizmusokban tudnak szaporodni. Mindezek okán azt is nehéz eldönteni, hogy a vírus egyáltalán élő anyag-e, hiszen annak legfőbb tulajdonsága a sejtes felépítés.

A vírusok a betegségeket azzal idézik elő, hogy afféle becsomagolt program-kódokként hatolnak be más sejtekbe, azokat gazdasejtekként felhasználva. Miután a gazdasejtbe bejutott a vírus és azzal együtt annak örökítőanyaga is, elkezdi átprogramozni a gazdasejtet. Arra kényszeríti, hogy az a saját életműködéséhez szükséges fehérjék helyett az ő fehérjéit termelje.

A mechanizmus során tehát gyakorlatilag maga a gazdasejt kezdi el megsokszorozni a vírust, és ez is megmagyarázza, hogy miért olyan nehéz megtalálni a vírusok ellenszerét. Hiszen bármit is juttatnak be a megfertőzött szervezetbe, az az anyag ugyanúgy elpusztíthatja a szervezet sejtjeit is, mint a velük nagyon szorosan összekapcsolódó vírusokat. Amelyeknek ráadásul a sokfélesége és kiszámíthatatlansága is megnehezíti a gyógyító munkát.

Az antibiotikumok azért hatásosak a baktériumokkal szemben, mert csupán magát a kórokozót pusztítják el, abban gátolják a benne zajló biokémiai folyamatokat, a megbetegített sejteket nem károsítják. Mivel azonban a vírusban magában semmiféle biokémiai folyamat nem játszódik le, ezért az antibiotikum ezzel szemben teljesen hatástalan lesz. A vírusok elleni szereknek – az ún. virosztatikumok – tehát merőben másféle hatásmechanizmussal kell működniük, mint az antibiotikumoknak. Ezek alapvetően kétfélék: az egyik típusú mechanizmus eleve megakadályozza, hogy a kórokozó bejusson az egészséges sejtbe és azt gazdasejtté tegye, a másik viszont azt igyekszik meggátolni, hogy a már megtámadott gazdasejt átálljon a vírusfehérje termelésére.

A most aktivizálódott koronavírus azért kapta a nevét, mert az elektronmikroszkópos képe alapján olyan, mintha a Napot és koronáját látnánk. A vírus felszínén kitüremkedő, tüskeszerű alakzatot glikoprotein fehérjék alkotják, amelyek összetétele attól függ, hogy mit fertőz meg a vírus.

Segít a megoldásban, ha már ismerjük, hogy melyik vírus milyen gazdaszervezetbe képes behatolni, mert, mint kiderült, a vírusok többnyire fajspecifikusak. A feketehimlő vírusa például csak az emberi fajt támadja meg, növényi, állati fajok közt nem föllelhető. Ez ugyanakkor nem mondható el a veszettségvírusra, amely sok fajt megtámad, és állatról emberre is átmehet. A növényeket megtámadó vírusok viszont teljesen ártalmatlanok az állatokra nézve. Hogy pontosan milyen vírussal állunk szemben, azt egyértelműen csak laboratóriumi vizsgálattal lehet kideríteni.

Milyen a vírusok mérete és formája?

A vírusok rendkívül sokféle méretben vannak jelen. Legtöbbjük jóval kisebb a baktériumoknál – 20 és 300 nanométer közti a nagysága –, néhányuk azonban eléri az 1400 nanométeres hosszúságot is (miközben ezek vastagsága csak 80 nm). A 2015-ig ismert legnagyobb vírus a kisebb baktériumok méretét meghaladó Pithovirus, amelyet egy harmincezer éves fagyott szibériai talajmintából izoláltak. Formája megnyúlt ovális, amelyben a fehérje tegumentumot (maghéjat) lipidburok fedi be, és egyik keskeny végén méhsejtszerű struktúra található. (Lipid: szerves zsírszerű anyag.)

A vírusok alakja szintén a legkülönfélébb mértani formákkal írható le. A már említett dohánymozaik-vírus például az ún. helikális típusba tartozik: egy központi tengelye van, amely köré szerveződött egy szorosan csavart, csigavonalszerű struktúra szerveződött. Ennek középső üregében helyezkedik el a vírus-nukleinsav, vagyis az örökítőanyag alapanyaga. Itt a végső forma lehet egy viszonylag rövid és merev rúd, vagy egy hosszú és hajlékony filamentum (fonal).

A legtöbb, állatokra veszélyes vírus viszont ikozaéder, vagyis olyan szabályos, többoldalú test, amelynek húsz, háromszög alakú lapja van. (Nézd meg itt!)  A baktériumokat is megtámadó vírusok, más néven a bakteriofágok formája egy megnyújtott ikozaéder. Az influenzavírus és a HIV vírus (az AIDS előidézője) lipid burokkal rendelkező formákban jelenik meg. Természetesen vannak olyan formák is, amelyeket szinte alig lehetséges meghatározni. De ha sikerült tisztázni egy vírus formáját, azzal a kutatók egy lépéssel közelebb jutottak ahhoz, hogy felfejtsék a teljes szerkezetét, és így mégis megtalálják azokat a gyógyszereket, amelyekkel a gazdasejtek károsítása nélkül el lehet őket pusztítani.

Lévai Júlia