Ιός

Ο ιός είναι παθογόνος παράγοντας που δρα μολύνοντας τα κύτταρα ενός οργανισμού, ενσωματώνοντας το γενετικό του υλικό στο γονιδίωμα αυτών και χρησιμοποιώντας για τον πολλαπλασιασμό του τους μηχανισμούς αντιγραφής, μεταγραφής και μετάφρασης του κυττάρου, όπως και τα περισσότερα ένζυμα που χρειάζεται για την επιβίωση του. Οι ιοί χαρακτηρίζονται, κατά συνέπεια, ως υποχρεωτικά ενδοκυτταρικά παράσιτα των οποίων το μέγεθος κυμαίνεται από 0,025 μm μέχρι 0,25 μm. Η ύπαρξή τους διαπιστώθηκε για πρώτη φορά τον 19o αιώνα και παρατηρήθηκαν στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο κατά τον 20ό αιώνα, όταν έγινε δυνατή η κρυστάλλωσή τους.

 Κατά γενική αποδοχή οι ιοί μεταλλάσσονται και εξελίσσονται, αν και δεν υπάρχει γενική συμφωνία για το αν μπορούν να θεωρηθούν έμβια συστήματα.1 Η μελέτη του γενετικού υλικού διαφόρων ιών έδειξε περισσότερες ομοιότητες με το γενετικό υλικό των ξενιστών τους παρά με το γενετικό υλικό άλλων ιών. Ακόμη το γεγονός ότι τα γονιδιώματα των ιών έχουν σημαντικές ομοιότητες με ορισμένα κυτταρικά γενετικά στοιχεία, όπως τα πλασμίδια και τα μεταθετά στοιχεία, υποδεικνύει ότι οι ιοί προέρχονται από τμήματα κυτταρικού νουκλεϊκού οξέος με εξειδικευμένη δομή. Ως προς τη δομή τους οι ιοί είναι σωματίδια που αποτελούνται από ένα πρωτεϊνικό περίβλημα, μέσα στο οποίο υπάρχει το γενετικό τους υλικό. Αυτό είναι συνήθως ένα μόριο νουκλεϊκού οξέος (DNA, ή RNA) που μπορεί να είναι με μονό ή διπλό κλώνο, κυκλικό (αλυσίδα), γραμμικό ή και σε χωριστά τμήματα. Το πρωτεϊνικό περίβλημα ονομάζεται καψίδιο, είναι ποικίλου σχήματος (ελικοειδές, ραβδοειδές, πολυεδρικό ή συνδυασμός) και αποτελείται από πολλές υπομονάδες ενός είδους πρωτεΐνης, ενώ η διάμετρός του ποικίλλει μεταξύ 10 και 300 νανομέτρων. Μερικοί ιοί που προσβάλλουν ζωικά κύτταρα έχουν εξωτερικά του καψιδίου ένα μεμβρανώδες περίβλημα (έλυτρο), που αποτελείται τόσο από υλικό του ιού όσο και του ξενιστή, δηλαδή από λιπίδια, πρωτεΐνες και υδατάνθρακες, όπου σε μερικά συνυπάρχουν και προεξοχές που μοιάζουν με αγκάθια. Μερικοί από τους ιούς που προσβάλλουν κύτταρα βακτηρίων (βακτηριοφάγοι ή απλά φάγοι) έχουν πιο περίπλοκα καψίδια, που αποτελούνται από πολύπλοκες κεφαλές και ουρές, με τις οποίες προσκολλώνται στα βακτήρια. Η ζωή των ιών εξαρτάται σε απόλυτο βαθμό από τα κύτταρα που προσβάλλουν. Οι έρευνες του κύκλου ζωής των ιών έδειξαν ότι το κύτταρο που προσβάλλεται από έναν ιό (ξενιστής) περνά υπό τον έλεγχο των γενετικών πληροφοριών του ιού. Γίνεται κατά κάποιον τρόπο κατάληψη του κυττάρου, έτσι ώστε να παράγει τα απαιτούμενα υλικά για την αναπαραγωγή και την σύνθεση πρωτεϊνών των ιών. Τα νέα τμήματα των ιών που παράγονται απελευθερώνονται τελικά από το κύτταρο, ενώ το ίδιο αποσυντίθεται. Εξαιτίας του γεγονότος ότι οι ιοί δεν αυτοδιπλασιάζονται,2 χαρακτηρίζονται ως ενδοκυτταρικά παράσιτα, το γενετικό υλικό των οποίων κατευθύνει τα ένζυμα και τα ριβοσώματα, χρησιμοποιώντας τα δομικά συστατικά του κυττάρου-ξενιστή για να συνθέσει πολλαπλά αντίγραφα του γονιδιώματος του ιού και του καψιδίου του. Αυτά τα δομικά υλικά αυτοσυγκροτούνται σε εκατοντάδες ή χιλιάδες αντίγραφα του αρχικού ιού, που ελευθερώνονται από το κύτταρο-ξενιστή, έτοιμα να μολύνουν ένα νέο ξενιστή. Οι ιοί διπλασιάζονται ανάλογα με το είδος του γενετικού υλικού. Αν το γενετικό υλικό είναι δίκλωνο DNA, η αντιγραφή του γίνεται από τον μηχανισμό του κυττάρου-ξενιστή. Ορισμένοι ιοί, όμως, διαθέτουν ως γενετικό υλικό μονόκλωνο κυκλικό DNA. Όταν το κυκλικό αυτό DNA εισχωρήσει στο κύτταρο, ένα κυτταρικό ένζυμο συνθέτει μια συμπληρωματική αλυσίδα.3 Έτσι, ο μονόκλωνος κύκλος γίνεται δίκλωνος και συνεχίζει η αναπαραγωγή με τη δίκλωνη μορφή. Με την παρέλευση σύντομου χρονικού διαστήματος ορισμένοι κύκλοι αρχίζουν να συνθέτουν μονόκλωνους κύκλους που εξελίσσονται σε πλήρεις ιούς. Μέσω αυτού του μηχανισμού τοποθετείται η ίδια, μονόκλωνη αλυσίδα στους απογόνους. Οι RNA ιοί, επειδή όπως είναι γνωστό το κύτταρο δε διαθέτει μηχανισμούς για τη σύνθεση RNA από RNA ή DNA από RNA, έχουν εξελιχθεί ώστε να διαθέτουν το απαιτούμενο ένζυμο για τον διπλασιασμό του γενετικού τους υλικού. Ο ιός της πολιομυελίτιδας, για παράδειγμα, λειτουργεί ως εξής: Όταν ο ιός μολύνει ένα κύτταρο, το RNA του λειτουργεί σαν μήνυμα για τη σύνθεση του ενζύμου διπλασιάση που μπορεί να αντιγράψει το RNA του ιού συνθέτοντας αρχικά μια συμπληρωματική αλυσίδα RNA και έπειτα καινούργιες αλυσίδες RNA του ιού. Περίπλοκη είναι η διαδικασία διπλασιασμού των ρετροϊών. Οι ρετροϊοί είναι μια κατηγορία RNA ιών που προκαλούν καρκίνο στα ζώα και στον άνθρωπο. Εκτός από μονόκλωνο RNA περιέχουν και ένα ένζυμο, την αντίστροφη μεταγραφάση, που μπορεί να συνθέσει DNA με μήτρα το RNA. Μαζί με τo RNA ενός τέτοιου ιού εισέρχεται στο κύτταρο και η αντίστροφη μεταγραφάση. To ένζυμο συνθέτει μια αλυσίδα DNA συμπληρωματική με τo RNA και δημιουργείται έτσι ένα υβρίδιο DNA-RNA. Κατόπιν παράγεται και η δεύτερη αλυσίδα DNA. Με αυτόν τον τρόπο το κύτταρο αποκτά τον ιό με τη μορφή δίκλωνου DNA. To DNA αυτό μπορεί να ενωθεί με τo DNA των χρωμοσωμάτων του κυττάρου, συνιστώντας με αυτόν τον τρόπο αιτία μεταμόρφωσης των φυσιολογικών κυττάρων σε καρκινικά. Οι ιοί των ζώων συχνά περιβάλλονται από ένα μεμβρανοειδή φάκελλο που επιτρέπει εύκολη είσοδο και έξοδο μέσω της πλασματικής μεμβράνης των κυττάρων. Ο ιός εφάπτεται ενός ζωικού κυττάρου, γίνεται συγχώνευση του μεμβρανοειδούς φακέλου του με την πλασματική μεμβράνη του κυττάρου και είσοδος του καψιδίου του ιού στον ξενιστή. Το καψίδιο αποδομείται και το RNA του ιού (+) λειτουργεί ως μήτρα για τη σύνθεση της συμπληρωματικής του RNA αλυσίδας (-). Αυτό το συμπληρωματικό RNA λειτουργεί και σα μήνυμα RNA για τις πρωτεΐνες του ιού αλλά και σαν μήτρα για τη σύνθεση του RNA του ιού. Το συστατικά του ιού αυτοσυγκροτούνται σε νέα καψίδια, τα οποία με «εκβλάστηση» εξέρχονται από το κύτταρο, περιβαλλόμενα με μεμβρανώδη φάκελο. Μερικοί ιοί που το γενετικό τους υλικό είναι διπλή αλυσίδα DNA, όπως π.χ. ο ιός του έρπητα, αναπαράγονται μέσα στον πυρήνα του κυττάρου - ξενιστή, χρησιμοποιώντας ένα συνδυασμό ενζύμων ιογενούς και κυτταρικής προέλευσης για το διπλασιασμό και την μεταγραφή του DNA τους. Ο μεμβρανοειδής φάκελλος αυτού του ιού προέρχεται από την πυρηνική και όχι την πλασματική μεμβράνη του κυττάρου. Όσο το DNA του ιού βρίσκεται μέσα στον πυρήνα μπορεί να ενσωματωθεί σε κάποιο χρωμόσωμα τον ξενιστή υπό μορφή προϊού και να παραμείνει σε λανθάνουσα κατάσταση. Κατά καιρούς, φυσική καταπόνηση, όπως εγκαύματα από τον ήλιο ή ψυχογενής καταπόνηση, μπορεί να προκαλέσει αρχή του αναπαραγωγικού κύκλου του ιού, πράγμα που έχει σαν αποτέλεσμα δυσάρεστα συμπτώματα. Κατά τη διαδικασία της μόλυνσης ορισμένοι ιοί μπορεί να θανατώσουν τα κύτταρα, απελευθερώνοντας πιθανώς υδρολυτικά ένζυμα από τα λυσοσώματα. Τα μολυσμένα κύτταρα μπορεί, με τη σειρά τους, να παράγουν τοξίνες. Οι βλάβες που μπορεί να προκαλέσει δυνητικά ο ιός εξαρτώνται μερικώς από την αναγεννητική ικανότητα του μολυσμένου ιστού μέσω της κυτταρικής διαίρεσης. Αν για παράδειγμα ασθενήσουμε από κρυολόγημα, η θεραπεία είναι πλήρης, καθώς οι ιοί μολύνουν τον επιθηλιακό ιστό της αναπνευστικής οδού, που μπορεί να αναπλαστεί αποτελεσματικά. Σε άλλες περιπτώσεις προσβάλλονται μη αναπλάσιμα κύτταρα - π.χ. τα νευρικά κύτταρα από την πολιομυελίτιδα - και, συνεπώς, προκαλείται μόνιμη βλάβη. Η αντιμετώπιση των ιώσεων γίνεται κυρίως με ειδικά εμβόλια, που διεγείρουν το ανοσοποιητικό σύστημα κατά της μόλυνσης. Υπάρχουν αποτελεσματικά εμβόλια εναντίον της πολιομυελίτιδας, της ερυθράς, της παρωτίτιδας και της ιλαράς κ.α. Σχετικά πρόσφατη εξέλιξη στην φαρμακευτική τεχνολογία είναι η χρήση διάφορων αντιιικών φαρμακευτικών σκευασμάτων, χημικών κυρίως αναλόγων νουκλεοτιδίων πουρινών, που παρεμβαίνουν στη σύνθεση του νουκλεϊκού οξέος του ιού. Η σύγχρονη Βιοτεχνολογία άνοιξε νέους ορίζοντες στην παραγωγή εμβολίων και ορισμένων άλλων φυσικών αντι-ιϊκών παραγόντων όπως οι ιντερφερόνες. Υπάρχουν αρκετοί τύποι ιντερφερονών ο κάθε ένας από τους οποίους παράγεται από ένα ορισμένο τύπο κυττάρου. Αν και οι ιντερφερόνες είναι πρωτεΐνες που παράγονται σε μικρές ποσότητες από το σώμα, η τεχνολογία του ανασυνδυασμένου DNA έκανε δυνατή την παραγωγή τους σε μεγάλες ποσότητες. Οι ιντερφερόνες ελέγχονται κλινικά από το 1980 για την αντιμετώπιση των ιώσεων και του καρκίνου. Τα αποτελέσματα όμως δεν είναι τόσο σημαντικά όσο αναμενόταν. Ένας τύπος ιντερφερόνης πιστεύεται ότι αντιμετωπίζει τις ιώσεις με τον εξής τρόπο: όταν για πρώτη φορά μολυνθούν από ιό κύτταρα θηλαστικών, ο ιός κατά κάποιο τρόπο θέτει σε λειτουργία τα γονίδια ιντερφερόνης και τα κύτταρα τελικά την παράγουν. Η ιντερφερόνη δεν μπορεί να σώσει ένα μολυσμένο κύτταρο, αλλά διαχέεται στα γειτονικά κύτταρα τα οποία και προστατεύει από την μόλυνση από τον ιό. Επομένως ένα μολυσμένο κύτταρο βοηθά στην προστασία μη μολυσμένων κυττάρων. Η άμυνα δεν είναι ειδική εναντίον ενός ιού. Ιντερφερόνη που παράγεται ως αντίδραση στη μόλυνση από ένα στέλεχος ιού, προσφέρει ανθεκτικότητα σε άλλους ιούς. Όμως, οι ιντερφερόνες εξειδικεύονται σε σχέση με τον ξενιστή. Η ιντερφερόνη που παράγεται σε ποντικό, για παράδειγμα, δεν προσφέρει ανθεκτικότητα όταν ενεθεί σε άλλα θηλαστικά. Οι ιοί συνδέθηκαν από παλιά με την αιτιολογία της καρκινογένεσης, καθώς υπάρχουν αρκετοί ιοί που προκαλούν καρκίνους σε ζώα. Σε ορισμένες περιπτώσεις υπάρχουν βάσιμες ενδείξεις ότι ιοί προκαλούν ορισμένους τύπους καρκίνου στον άνθρωπο όπως οι ιοί ηπατίτιδας Β, Epstein-Barr ή ο ιός μολυσματικής μονοπυρήνωσης . Οι ρετροϊοί αντιπροσωπεύουν τη γνωστότερη κατηγορία ιών που προκαλούν καρκίνο. Ο ρετροϊός HTLV-1 είναι γνωστό ότι προκαλεί σε ενήλικες λευχαιμία τύπου Τ, ενώ ένας άλλος ρετροϊός, ο HIV, προκαλεί το AIDS, που εξασθενεί το ανοσοποιητικό σύστημα και αυξάνει την ευαισθησία στον καρκίνο και διάφορες μολύνσεις. Όλοι οι καρκινογόνοι ιοί μεταμορφώνουν τα κύτταρα σε καρκινικά, μέσω ενσωμάτωσης του νουκλεϊκού τους οξέος στο DNA των χρωμοσωμάτων του ξενιστή (αυτή η ενσωμάτωση είναι μόνιμη). Ο προϊός δεν αποσχίζεται όπως ο προφάγος). Οι DNA καρκινογόνοι ιοί, ενσωματώνουν τo DNA τους άμεσα. Οι ρετροϊοί πρέπει πρώτα να συνθέσουν DNA από τo RNA με την δράση της αντίστροφης μεταγραφάσης. Η μόνιμη αυτή ενσωμάτωση τον DNA του ιού σε ένα χρωμόσωμα του ξενιστή δίνει το έναυσμα για την έκφραση ογκογονιδίων που υπάρχουν στο DNA του ιού αλλά και σε φυσιολογικά κύτταρα πολλών ειδών. Σε μερικές περιπτώσεις ο ογκογόνος ιός δεν έχει ογκογονίδια, αλλά μεταμορφώνει το κύτταρο σε καρκινικό, προκαλώντας την έκφραση ή αυξάνοντας την έκφραση ενός ή περισσότερων κυτταρικών ογκογονιδίων.4Σε ορισμένες περιπτώσεις, όπως στον ιό Epstein-Barr, ο ξενιστής, προκειμένου να αντιμετωπίσει τον ιό, μετακινεί τμήμα του 13ου ζεύγους χρωμοσωμάτων στο 9ο και αντίστροφα. Η νέα αυτή γειτνίαση προκαλεί την ενεργοποίηση του ογκογονιδίου που εστιάζεται στο 13ο χρωμόσωμα, το οποίο μέχρι πριν την μετάθεση ήταν ανενεργό, μεταβάλλοντας έτσι το κύτταρο σε καρκινικό. 1: SE Luria, JE Darnell, D Baltimore and A Campbell (1978). General Virology, 3rd Edn. John Wiley & Sons, New York, p2 of 578. 2: AJ Cann (1997). Principles of molecular virology. 2nd Edition. Academic Press, San Diego. 3: Ε.Γ. Αλεξανδρή (1995). Εισαγωγή στη Βιολογία. Πανεπιστήμιο Αθηνών, Τμ. Βιολογίας, 184-5. 4: Στο ίδιο 192-3. Ε.Γ. Αλεξανδρή (1995). Εισαγωγή στη Βιολογία. Πανεπιστήμιο Αθηνών, Τμ. Βιολογίας, 184-5. SE Luria, JE Darnell, D Baltimore and A Campbell (1978). General Virology, 3rd Edn. John Wiley & Sons, New York. AJ Cann (1997). Principles of molecular virology. 2nd Edition. Academic Press, San Diego. Θεμελιώδεις αρχές της Βιολογίας ΕΚΤ-ΙΑΤΡΙΚΗ-ΒΙΟΛΟΓΙΑ-ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ Scientific American Magazine (October 2003 Issue) - Ογκογόνοι ιοί Introduction to Molecular Biology.