Εισαγωγή στους ιούς

Ο ιός είναι ένας διηθητικός βιολογικός παράγοντας που αναπαράγεται στο εσωτερικό των κυττάρων ξενιστών. Όταν ένα κύτταρο-ξενιστής μολυνθεί από έναν ιό, αναγκάζεται να παράγει πολλές χιλιάδες πανομοιότυπα αντίγραφα του αρχικού ιού, με εξαιρετικά μεγάλη ταχύτητα. Σε αντίθεση με τα περισσότερα έμβια όντα, οι ιοί δεν έχουν κύτταρα που διαιρούνται· νέοι ιοί συναρμολογούνται μέσα στο μολυσμένο κύτταρο. Πάνω από 5000 είδη ιών έχουν ανακαλυφθεί.

Η προέλευση των ιών είναι άγνωστη: μερικοί μπορεί να έχουν εξελιχθεί από πλασμίδια -κομμάτια DNA που μπορούν να μετακινούνται μεταξύ κυττάρων- ενώ άλλοι μπορεί να έχουν εξελιχθεί από βακτήρια. Ένας ιός αποτελείται από δύο ή τρία μέρη: το γονιδίωμα, που κατασκευάζεται από DNA ή RNA, μακρομόρια που μεταφέρουν γενετικές πληροφορίες, πρωτεϊνικό κέλυφος που προστατεύει τα γονίδια και σε μερικούς ιούς ένα περίβλημα λιπιδίων που τους περιβάλλει και τους προστατεύει όταν δεν βρίσκονται μέσα σ’ένα κύτταρο ξενιστή. Οι ιοί διαφέρουν στο σχήμα από απλοί ελικοειδείς και εικοσαεδρικοί μέχρι πιο πολύπλοκες δομές. Οι ιοί είναι περίπου όσο το 1/100 του μεγέθους των βακτηρίων. Θα χρειάζονταν 30.000 μέχρι 750.000 ιοί στη σειρά για να φτάσουν το 1 εκατοστό (0,39 in).

Οι ιοί μεταδίδονται με πολλούς διαφορετικούς τρόπους. Όπως πολλοί ιοί είναι ειδικοί ως προς το είδος του ξενιστή ή του ιστού που προσβάλλουν, έτσι κάθε είδος ιού στηρίζεται σε μια συγκεκριμένη μέθοδο για τον πολλαπλασιασμό. Οι φυτικοί ιοί συχνά μεταδίδονται από φυτό σε φυτό από τα έντομα και άλλους οργανισμούς, που είναι γνωστοί ως φορείς. Κάποιοι ιοί των ζώων , συμπεριλαμβανομένου του ανθρώπου, μεταδίδονται από την έκθεση σε μολυσμένα σωματικά υγρά. Ιοί όπως ο ιός της γρίπης εξαπλώνονται διαμέσου του αέρα μέσω σταγονιδίων όταν κάποιος βήχει ή φτερνίζεται. Ιοί όπως ο νοροϊός μεταδίδονται διαμέσου της κοπρανοστοματικής οδού, μολύνοντας τα χέρια, το φαγητό και το νερό. Ο :ροταϊός (rotavirus) συχνά μεταδίδεται με την άμεση επαφή με μολυσμένα παιδιά. Ο  ιός της ανθρώπινης ανοσοανεπάρκειας, HIV, μεταδίδεται μέσω των σωματικών υγρών κατά τη διάρκεια της σεξουαλικής επαφής. Άλλοι, όπως ο δάγκειος ιός, μεταδίδονται από τα έντομα. 

Ιογενείς μολύνσεις μπορούν να προκαλέσουν ασθένειες σε ανθρώπους, ζώα ακόμη και φυτά. Ωστόσο, συνήθως εξαλείφονται από το ανοσοποιητικό σύστημα και παρέχουν μόνιμη ανοσία στον ξενιστή για τον συγκεκριμένο ιό. Τα αντιβιοτικά δεν έχουν καμία επίδραση στους ιούς, αλλά έχουν αναπτυχθεί αντιικά φάρμακα για τη θεραπεία απειλητικών για τη ζωή λοιμώξεων. Τα εμβόλια που προσφέρουν ανοσία μπορεί να αποτρέψουν κάποιες ιογενείς λοιμώξεις.

Ανακάλυψη
Το 1884 ο Γάλλος μικροβιολόγος Charles Chamberland εφηύρε ένα φίλτρο, γνωστό σήμερα ως φίλτρο Chamberland ή Chamberland-Pasteur, που έχει πόρους μικρότερους  από το μέγεθος των βακτηρίων. Έτσι θα μπορούσε να αφαιρέσει εντελώς τα βακτήρια από ένα διάλυμα, διηθώντας το με το φίλτρο. Στις αρχές του 1890 ο Ρώσος βιολόγος Dmitri Ivanovsky χρησιμοποίησε αυτό το φίλτρο για να μελετήσει τον ιό που είναι γνωστός ως ιός του μωσαϊκού καπνού. Τα πειράματά του έδειξαν ότι τα εκχυλίσματα από τα θρυμματισμένα φύλλα των προσβεβλημένων φυτών καπνού παραμένουν μολυσματικά μετά τη διήθηση. 
Την ίδια περίοδο αρκετοί άλλοι επιστήμονες απέδειξαν ότι, μολονότι αυτοί οι παράγοντες (αργότερα ονομάστηκαν ιοί) ήταν διαφορετικοί από τα βακτηρίδια, μπορούσαν να προκαλέσουν ασθένειες, και ήταν περίπου εκατό φορές μικρότεροι από τα βακτήρια. Το 1899 ο Ολλανδός μικροβιολόγος Martinus Beijerinck παρατήρησε ότι αυτοί οι παράγοντες πολλαπλασιάζονται μόνο σε διαιρούμενα κύτταρα. Αφού απέτυχε να αποδείξει τη σωματιδιακή φύση του ιού το ονόμασε "contagium vivum fluidum", ένα «διαλυτό ζωντανό μικροοργανισμό». Στις αρχές του 20ού αιώνα ο Άγγλος βακτηριολόγος Frederick Twort ανακάλυψε ιούς που προσβάλλουν βακτήρια, και ο Γαλλο-Καναδός μικροβιολόγος Félix d'Herelle περιέγραψε ιούς που όταν προστεθούν σε βακτήρια που καλλιεργούνται σε άγαρ μπορούν να οδηγήσουν σε σχηματισμό αποικιών από νεκρά βακτήρια. Μετρώντας αυτές τις αποικίες κατάφερε να υπολογίσει τον αριθμό των ιών στο εναιώρημα. Με την εφεύρεση του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου το 1931 από τους Γερμανούς μηχανικούς  Ernst Ruska και Max Knoll ήρθαν οι πρώτες εικόνες των ιών. Το 1935 Αμερικανός βιοχημικός και ιολόγος Wendell Meredith Stanley μελέτησε τον ιό του μωσαϊκού καπνού και βρέθηκε να αποτελείται κυρίως από πρωτεΐνη.  Λίγο αργότερα, ο ιός διαχωρίστηκε σε πρωτεΐνες και RNA.  Ένα πρόβλημα για τους νέους επιστήμονες ήταν ότι δεν ήξεραν πώς να καλλιεργήσουν ιούς χωρίς τη χρήση ζωντανών οργανισμών. Η επανάσταση ήρθε το 1931, όταν ο Αμερικανός παθολόγος Ernest William Goodpasture καλλιέργησε τον ιό της γρίπης και άλλους ιούς σε γονιμοποιημένα αυγά κότας. Κάποιοι ιοί δεν μπορούσαν να αναπτυχθούν στα αυγά, το πρόβλημα όμως αυτό λύθηκε το 1949 όταν οι John Franklin Enders, Thomas Huckle Weller και Frederick Chapman Robbins καλλιέργησαν πολιοϊούς σε καλλιέργειες ζωντανών ζωικών κυττάρων. Πάνω από 5000 ιοί έχουν ανακαλυφθεί.

Προέλευση
Οι ιοί συνυπάρχουν με ζωντανούς οργανισμούς όπου κι αν βρίσκονται. Πιθανότατα υπάρχουν από τα αρχικά στάδια εξέλιξης των ζωντανών κυττάρων. Η προέλευση των ιών παραμένει άγνωστη, επειδή δεν  σχηματίζουν απολιθώματα, κι έτσι οι μοριακές τεχνικές αποτελούν τα πιο χρήσιμα μέσα για να υποθέσουμε πώς προήλθαν. Ωστόσο αυτές οι τεχνικές βασίζονται στη διαθεσιμότητα αρχαίου ιικού DNA ή RNA αλλά οι περισσότεροι ιοί που διατηρούνται και αποθηκεύονται σε εργαστήρια είναι λιγότερο από 90 χρόνων. Οι μοριακές τεχνικές είναι χρήσιμες μόνο για τον εντοπισμό της καταγωγής των ιών που εξελίσσονται τον  20ο αιώνα. Τρεις κύριες θεωρίες υποθέτουν την προέλευση των ιών.
 Οπισθοδρομική θεωρία Οι ιοί μπορεί να ήταν μικρά κύτταρα που παρασιτούσαν σε μεγαλύτερα. Με την πάροδο των χρόνων τα γονίδια που δεν χρειάζονταν λόγω παρασιτισμού εξαφανίστηκαν. Τα βακτήρια ρικέτσιες και χλαμύδια είναι ζωντανά κύτταρα που μπορούν ,όπως οι ιοί, να αναπαράγονται μόνο μέσα σε κύτταρα ξενιστές. Ενισχύουν τη θεωρία αυτή, καθώς η εξάρτησή τους από τον παρασιτισμό πιθανώς προκάλεσε την απώλεια γονιδίων που τους έδινε την δυνατότητα να επιβιώσουν έξω από το κύτταρο. 
 Θεωρία κυτταρικής προέλευσης Ορισμένοι ιοί μπορεί να εξελίχθηκαν από κομμάτια DNA ή RNA που διέφυγαν από το γονιδίωμα ενός μεγαλύτερου οργανισμού. Το DNA αυτό μπορεί να προήλθε από πλασμίδια - κομμάτια DNA που μπορούν να μεταφέρονται από κύτταρο σε κύτταρο- ενώ άλλοι πιθανόν εξελίχθηκαν από βακτήρια.
 Θεωρία συνεξέλιξηςΟι ιοί μπορεί να εξελίχθηκαν από πολύπλοκα μόρια πρωτεΐνης και DNA την στιγμή που το κύτταρο εμφανίστηκε για πρώτη φορά στη γη και να ήταν εξαρτημένοι από την κυτταρική λειτουργία για πολλά εκατομμύρια χρόνια.

Υπάρχουν προβλήματα σε όλες αυτές τις υποθέσεις: η οπισθοδρομική θεωρία δεν εξηγεί γιατί τα μικρότερα κυτταρικά παράσιτα δεν μοιάζουν καθόλου με τους ιούς.  Η υπόθεση «διαφυγής» (θεωρία κυτταρικής προέλευσης) δεν εξηγεί την δομή του ιικού σωματιδίου.  Η συνεξέλιξη ή πρώτη θεωρία των ιών παραβαίνει τον ορισμό των ιών, ότι δηλαδή εξαρτώνται από κύτταρα-ξενιστές. Αλλά οι ιοί αναγνωρίζονται ως αρχαίοι και η προέλευση τους χρονολογείται πριν την απόκλιση της ζωής σε τρεις τομείς. Αυτή η ανακάλυψη οδήγησε τους σύγχρονους ιολόγους να επανεξετάσουν και να επαναξιολογήσουν αυτές τις τρεις κλασσικές θεωρίες.

Δομή

Το ιικό σωματίδιο, γνωστό επίσης ως βίριον, αποτελείται από γονιδίωμα DNA ή RNA που περιβάλλεται από προστατευτικό πρωτεϊνικό περίβλημα, το καψίδιο. Το καψίδιο συναρμολογείται από μικρότερα, πανομοιότυπα πρωτεϊνικά μόρια που ονομάζονται καψομερίδια. Το σχήμα των καψομεριδίων μπορεί να είναι εικοσαεδρικό, ελικοειδές ή περισσότερο σύνθετο. Ένα εσωτερικό κέλυφος, που σχηματίζεται από πρωτεΐνες, περιβάλλει το DNA ή RNA και ονομάζεται νουκλεοκαψίδιο. Κάποιοι ιοί περιβάλλονται από μεμβράνη λιπιδίων που ονομάζεται περίβλημα.

Μέγεθος
Οι ιοί είναι ανάμεσα στους μικρότερους μολυσματικούς παράγοντες, και οι περισσότεροι από αυτούς μπορούν να παρατηρηθούν μόνο με το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο. Οι περισσότεροι ιοί είναι αόρατοι με το οπτικό μικροσκόπιο (με άλλα λόγια είναι υπομικροσκοπικοί)· το μέγεθός τους κυμαίνεται από 20 μέχρι 300 nm. Είναι τόσο μικροί  ώστε θα χρειάζονταν 30.000 μέχρι 750.000 ιοί στη σειρά για να φτάσουν το 1 εκατοστό.

Γονιδίωμα
Το γονιδίωμα μπορεί να είναι από DNA (δεοξυρυβονουκλεϊκό οξύ), και σε πολλούς ιούς από RNA (ριβονουκλεϊκό οξύ). Η γενετική πληροφορία που υπάρχει σε έναν οργανισμό είναι κωδικοποιημένη στο DNA ή RNA. Οι περισσότεροι οργανισμοί έχουν DNA, αλλά πολλοί ιοί έχουν σαν γενετικό υλικό RNA. Το DNA ή RNA των ιών μπορεί να είναι μονής ή διπλής έλικας. Οι ιοί αναπαράγονται γρήγορα διότι διαθέτουν πολύ λίγα γονίδια σε σύγκριση με τον άνθρωπο που έχει 20.000-25.000.  Για παράδειγμα, ο ιός της γρίπης έχει μόνο οκτώ γονίδια και ο ροτοϊός έντεκα. Αυτά τα γονίδια κωδικοποιούν δομικές πρωτεΐνες που σχηματίζουν το ιικό σωματίδιο και μη δομικές πρωτεΐνες που εντοπίζονται σε μολυσμένα από ιό κύταρρα. Όλα τα κύτταρα και μερικοί ιοί παράγουν πρωτεΐνες τα οποία είναι ένζυμα, DNA πολυμεράση και RNA πολυμεράση, που φτιάχνουν καινούρια αντίγραφα των DNA και RNA. Οι πολυμεράσες των ιών είναι περισσότερο αποτελεσματικές από τις πολυμεράσες των κυττάρων ξενιστών. Οι RNA πολυμεράσες όμως συχνά κάνουν λάθη, κι αυτό εξηγεί γιατί οι RNA ιοί συχνά μεταλλάσσονται σε νέα στελέχη. Σε κάποια είδη RNA ιών, το γονιδίωμα δεν είναι ένα ενιαίο μόριο RNA αλλά είναι κατατετμημένο. Ο ιός της γρίπης, για παράδειγμα, έχει οκτώ μόρια RNA. Όταν δύο διαφορετικά στελέχη του ιού της γρίπης μολύνουν το ίδιο κύτταρο, τα γονιδιώματα μπορούν να συνδυαστούν και να παραχθούν νέα στελέχη, μια διαδικασία που ονομάζεται αναδιάταξη.

Πρωτεϊνική σύνθεση

Οι πρωτεΐνες είναι απαραίτητες για τη ζωή. Τα κύτταρα παράγουν καινούρια πρωτεϊνικά μόρια από αμινοξέα με βάση τις πληροφορίες που είναι κωδικοποιημένες στο DNA. Κάθε τύπος πρωτεΐνης είναι ειδικός καθώς συνήθως εκτελεί μία συγκεκριμένη λειτουργία κι έτσι, αν ένα κύτταρο χρειάζεται να κάνει κάτι καινούριο, πρέπει να παράγει μία καινούρια πρωτεΐνη. Οι ιοί αναγκάζουν τα κύτταρα να παράγουν καινούριες πρωτεΐνες που το κύτταρο δεν χρειάζεται, αλλά είναι αναγκαίες για τον ιό προκειμένου να αναπαραχθεί. Η πρωτεϊνοσύνθεση περιλαμβάνει δύο σημαντικά βήματα: μεταγραφή και μετάφραση. Μεταγραφή είναι η διαδικασία όπου πληροφορίες από το DNA, που ονομάζονται γονίδια, χρησιμοποιούνται για να παράγουν αντίγραφα RNA, δηλαδή μεταφορικό RNA (mRNA). Αυτά μετακινούνται μέσα στο κύτταρο και κατευθύνονται στα ριβοσώματα, που είναι η θέση παραγωγής πρωτεϊνών. Αυτό ονομάζεται μετάφραση γιατί η δομή της πρωτεΐνης  καθορίζεται από το μόριο mRNA. Οι πληροφορίες ως εκ τούτου μεταφράζονται από τη γλώσσα των νουκλεϊκών οξέων στη γλώσσα των αμινοξέων. Κάποια RNA γονίδια του ιού λειτουργούν απευθείας ως mRNA χωρίς επιπλέον τροποποιήσεις. Γι’ αυτό το λόγο, αυτοί οι ιοί ονομάζονται θετικής πολικότητας RNA ιοί. Σε άλλους RNA ιούς, το RNA είναι συμπληρωματικό αντίγραφο του mRNA και αυτοί οι ιοί βασίζονται στα δικά τους ή στα κυτταρικά ένζυμα για να παράγουν mRNA. Αυτοί οι ιοί ονομάζονται αρνητικής πολικότητας RNA ιοί. Σε DNA ιούς, η διαδικασία παραγωγής mRNA είναι παρόμοια με αυτήν του κυττάρου. Τα είδη των ιών που ονομάζονται ρετροϊοί συμπεριφέρονται εντελώς διαφορετικά: αποτελούνται από RNA, αλλά μέσα στο κύτταρο ξενιστή με τη βοήθεια του ενζύμου αντίστροφη μεταγραφάση σχηματίζεται ένα αντίγραφο DNA. Στη συνέχεια αυτό το DNA ενσωματώνεται στο DNA του ξενιστή και  μεταγράφεται σε mRNA  από τις φυσιολογικές οδούς του κυττάρου.

Κύκλος ζωής

Όταν ένας ιός μολύνει ένα κύτταρο, ο ιός αναγκάζει το κύτταρο να παράγει  χιλιάδες ακόμη ιούς. Αυτό  το επιτυγχάνει με τη δημιουργία αντίγραφου του  ιικού DNA ή RNA στο κύτταρο , παράγοντας έτσι ιικές πρωτεΐνες, οι οποίες  συγκροτούνται για να σχηματίσουν νέα σωματίδια του ιού.

Υπάρχουν έξι βασικά, επικαλυπτόμενα στάδια του κύκλου ζωής των ιών σε ζωντανά κύτταρα:

Πρόσδεση  είναι η σύνδεση του ιού σε συγκεκριμένα μόρια της  επιφάνειας  του κυττάρου. Η ιδιαιτερότητα αυτή περιορίζει τη δράση του ιού σε ένα πολύ περιορισμένο τύπο του κυττάρων. Για παράδειγμα, ο ιός της ανθρώπινης ανοσοανεπάρκειας (HIV) μολύνει μόνο ανθρώπινα Τ κύτταρα, επειδή η πρωτεΐνη επιφανείας του, gp120, μπορεί να αντιδρά τα  μόνο με CD4 και άλλα μόρια στην επιφάνεια του κυττάρου Τ. Φυτικοί ιοί μπορούν να επιδρούν μόνον σε φυτικά κύτταρα και δεν μπορούν να μολύνουν τα ζώα. Αυτός ο μηχανισμός έχει εξελιχθεί ώστε να ευνοήσει εκείνους τους ιούς που μολύνουν μόνο κύτταρα στα οποία αυτοί (οι ιοί)  είναι ικανοί να αναπαραχθούν.
Διείσδυση  ακολουθεί  την πρόσδεση. Οι ιοί διεισδύουν στο κύτταρο ξενιστή με τη διαδικασία της ενδοκυττάρωσης ή με σύντηξη με το κύτταρο.
Αποκάλυψη  συμβαίνει στο εσωτερικό του κυττάρου, όταν το ιικό καψίδιο απομακρύνεται και καταστρέφεται από ένζυμα του ιού  ή του ξενιστή, εκθέτοντας έτσι το ιικό νουκλεϊκό οξύ.
Αναπαραγωγή των σωματιδίων του ιού είναι το στάδιο κατά το οποίο  το κύτταρο χρησιμοποιεί ένα ιικό αγγελιοφόρο RNA στο δικό του σύστημα πρωτεϊνικής σύνθεσης  για να παράγει ιικές πρωτεΐνες. Οι ικανότητες σύνθεσης RNA ή DNA του κυττάρου παράγουν το  DNA ή το RNA του ιού.
Συναρμολόγηση λαμβάνει χώρα στο κύτταρο όταν οι νεοσχηματισθείσες  ιικές πρωτεΐνες  και  τα νουκλεϊκά οξέα  συνδυάζονται για να σχηματίσουν εκατοντάδες νέα σωματίδια του ιού.
Απελευθέρωση επισυμβαίνει όταν οι νέοι ιοί διαφύγουν ή απελευθερωθούν  από το κύτταρο. Οι περισσότεροι ιοί το επιτυγχάνουν  αυτό κάνοντας τα κύτταρα να «εκρήγνυνται», μια διαδικασία που ονομάζεται λύση. Οι άλλοι ιοί, όπως ο HIV, αποδεσμεύονται πιο απαλά με μια διαδικασία που ονομάζεται εκβλάστηση.

Επιδράσεις επί του κυττάρου ξενιστή
Το σύνολο  των δομικών και βιοχημικών επιπτώσεων που  έχουν οι ιοί επί του κυττάρου ξενιστή είναι ευρύ.  Αυτά ονομάζονται κυτταροπαθητικά αποτελέσματα.  Οι περισσότερες λοιμώξεις από τον ιό τελικά  οδηγούν στο θάνατο του κυττάρου-ξενιστή. Οι αιτίες θανάτου περιλαμβάνουν λύση των  κυττάρων (εκρηκτική), μεταβολές στην κυτταρική μεμβράνη και απόπτωση των κυττάρων (κυτταρική «αυτοκτονία»).  Συχνά ο κυτταρικός θάνατος προκαλείται από τη διακοπή της κανονικής λειτουργίας της μεμβράνης εξαιτίας πρωτεϊνών που παράγονται από τον ιό, εκ των οποίων μερικές είναι συστατικά του σωματιδίου του ιού.

Μερικοί ιοί δεν προκαλούν εμφανείς αλλαγές στο μολυσμένο κύτταρο. Τα κύτταρα στα οποία ο ιός είναι υπό λανθάνουσα και ανενεργό  μορφή δείχνουν λίγα σημεία της μόλυνσης και συχνά λειτουργούν κανονικά. Αυτό προκαλεί επίμονες μολύνσεις και ο ιός είναι συνήθως αδρανής για πολλούς μήνες ή χρόνια. Χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελεί η περίπτωση  των ιών του έρπητα.

Μερικοί ιοί, όπως ο ιός Epstein-Barr, συχνά αναγκάζουν τα κύτταρα να πολλαπλασιαστούν  χωρίς την πρόκληση κακοήθειας,  αλλά ορισμένοι άλλοι ιοί, όπως οι ιοί των ανθρωπίνων θηλωμάτων, αποτελούν καθιερωμένη αιτία του καρκίνου.

Όταν το DNA ενός κυττάρου έχει υποστεί βλάβη από έναν ιό, στην περίπτωση που το κύτταρο δεν μπορεί να επιδιορθωθεί, συχνά προκαλείται απόπτωση. Ένα από τα αποτελέσματα της απόπτωσης είναι η καταστροφή του κατεστραμμένου DNA από  το ίδιο το κύτταρο. Μερικοί ιοί έχουν μηχανισμούς για τον περιορισμό της απόπτωσης, έτσι ώστε το κύτταρο-ξενιστής να μην πεθάνει πριν αναπαραχθούν οι απόγονοι των ιών, όπως για παράδειγμα κάνει ο ιός HIV.

Ιοί και ασθένειες

Στις κοινές  ασθένειες του ανθρώπου που προκαλούνται  από τους ιούς περιλαμβάνονται  το κοινό κρυολόγημα, η γρίπη, η ανεμοβλογιά και ο έρπης. Σοβαρές ασθένειες όπως ο ιός Έμπολα και το AIDS  προκαλούνται επίσης από ιούς. Πολλοί ιοί προκαλούν ήπια  ή καθόλου ασθένεια και λέγεται ότι είναι «καλοήθεις». Οι περισσότερο επιβλαβείς ιοί περιγράφονται ως παθογόνοι. Οι ιοί προκαλούν διάφορες ασθένειες ανάλογα με τον  τύπο των κυττάρων που μολύνουν. Ορισμένοι ιοί μπορούν να προκαλέσουν δια βίου ή χρόνιες λοιμώξεις στις οποίες οι ιοί συνεχίζουν να αναπαράγονται στο σώμα παρά τους μηχανισμούς άμυνας του ξενιστή.  Αυτό είναι κοινό στη λοίμωξη από ιό της ηπατίτιδας B και ιό της ηπατίτιδας C. Οι άνθρωποι που φέρουν χρόνια έναν ιό είναι γνωστοί ως φορείς. Χρησιμεύουν ως σημαντικές πηγές μετάδοσης  του ιού. Αν υπάρχει υψηλή αναλογία των φορέων σε ένα δεδομένο πληθυσμό, τότε μια ασθένεια λέγεται ότι είναι ενδημική.

Υπάρχουν πολλοί τρόποι με τους οποίους οι ιοί εξαπλώνονται  από ξενιστή σε ξενιστή αλλά κάθε είδος του ιού χρησιμοποιεί μόνο έναν ή δύο μηχανισμούς. Πολλοί ιοί που μολύνουν τα φυτά μεταφέρονται μέσω οργανισμών, οι εν λόγω οργανισμοί ονομάζονται φορείς. Ορισμένοι ιοί που μολύνουν τα ζώα, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων, επίσης μεταδίδονται από  φορείς, συνήθως από έντομα που απομυζούν αίμα. Ωστόσο, η άμεση μετάδοση είναι πιο συχνή. Ορισμένες λοιμώξεις από ιούς, (νοροϊός και ιός Ρότα),  μεταδίδονται  από μολυσμένα τρόφιμα και νερό, τα χέρια και τα κοινόχρηστα αντικείμενα και από την άμεση επαφή με ένα άλλο μολυσμένο άτομο ενώ, άλλοι ιοί είναι αερομεταφερόμενοι  (όπως ο ιός της γρίπης).  Οι ιοί, όπως ο HIV, της ηπατίτιδας Β και της ηπατίτιδας C, συχνά μεταδίδονται από σεξουαλική επαφή χωρίς προφύλαξη    ή από μολυσμένες  υποδερμικές βελόνες. Είναι σημαντικό να γνωρίζουμε πώς λειτουργεί κάθε διαφορετικό είδος ιού για να αποτρέψουμε  τη μετάδοση λοιμώξεων και επιδημιών.

Ασθένειες των φυτών

Υπάρχουν πολλοί τύποι ιών που προσβάλλουν φυτά, αλλά όλοι κατά βάση προκαλούν μόνο απώλεια της αποδοτικότητας των φυτών και δεν είναι οικονομικά βιώσιμο να προσπαθήσουμε να τους ελέγξουμε. Οι ιοί των φυτών συχνά μεταδίδονται  από φυτό σε φυτό μέσω οργανισμών (φορείς). Αυτά είναι κατά κανόνα έντομα, αλλά ορισμένοι μύκητες, νηματώδεις σκώληκες και μονοκύτταροι οργανισμοί έχουν αποδειχθεί επίσης φορείς του ιού. Όταν ο έλεγχος μολύνσεων από ιούς φυτών είναι οικονομικά εφικτός , (για «αιώνια» φρούτα για παράδειγμα), οι προσπάθειες επικεντρώνονται  στη θανάτωση των φορέων και την απομάκρυνση αναπληρωματικών ξενιστών όπως τα ζιζάνια. Οι ιοί των φυτών είναι αβλαβείς για τον άνθρωπο και άλλα ζώα, επειδή μπορούν να αναπαραχθούν μόνον σε ζωντανά κύτταρα φυτών.

Βακτηριοφάγοι

Βακτηριοφάγοι είναι οι ιοί που μολύνουν τα βακτήρια και αρχαία / πρώτιστα. Η Διεθνής Επιτροπή Ταξινόμησης  των ιών αναγνωρίζει επίσημα 28 γένη των βακτηριοφάγων που ανήκουν σε 11 οικογένειες.  Είναι σημαντικοί στη θαλάσσια οικολογία : καθώς τα μολυσμένα βακτήρια «σπάζουν» , οι ενώσεις του άνθρακα απελευθερώνονται πίσω στο περιβάλλον, διεγείροντας νέα οργανική ανάπτυξη. Οι  βακτηριοφάγοι είναι χρήσιμοι  στην επιστημονική έρευνα, επειδή είναι αβλαβείς για τον άνθρωπο και μπορούν  να μελετηθούν  εύκολα. Αυτοί οι ιοί μπορεί να αποτελέσουν πρόβλημα σε βιομηχανίες που παράγουν τρόφιμα και φάρμακα με ζύμωση και εξαρτώνται από υγιή βακτήρια. Ορισμένες βακτηριακές λοιμώξεις είναι  δύσκολο να ελεγχθούν  με αντιβιοτικά, έτσι υπάρχει αυξανόμενο ενδιαφέρον για τη χρήση των βακτηριοφάγων στη θεραπεία λοιμώξεων σε ανθρώπους.

Αντίσταση  του Ξενιστή

Φυσική ανοσία των ζώων

Τα ζώα, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων, έχουν πολλές φυσικές άμυνες έναντι των ιών. Μερικές  είναι μη ειδικές και τα  προστατεύουν έναντι πολλών ιών ανεξάρτητα από τον τύπο. Αυτή η έμφυτη ανοσία δεν βελτιώνεται με την επαναλαμβανόμενη έκθεση σε ιούς και δεν διατηρεί «μνήμη» της μόλυνσης. Το δέρμα των ζώων, ιδίως η επιφάνειά του, η οποία είναι κατασκευασμένη από νεκρά κύτταρα, προλαμβάνει την μόλυνση του ξενιστή από πολλούς τύπους ιών. Η οξύτητα του περιεχομένου του στομάχου σκοτώνει πολλούς  ιούς  που έχουν καταποθεί.  Όταν ένας ιός υπερνικά αυτά τα εμπόδια και εισέρχεται στον ξενιστή, άλλες φυσικές άμυνες αποτρέπουν  την εξάπλωση της μόλυνσης στο σώμα. Μια ειδική ορμόνη που ονομάζεται  ιντερφερόνη  παράγεται από τον οργανισμό όταν οι ιοί είναι παρόντες και σταματά την αναπαραγωγή  τους με τη δολοφονία των μολυσμένων κυττάρων και των στενών  τους γειτόνων αυτών. Εντός των κυττάρων, υπάρχουν ένζυμα που καταστρέφουν το RNA των ιών. Αυτό το φαινόμενο  ονομάζεται RNA παρεμβολή. Μερικά κύτταρα του αίματος φαγοκυτταρώνουν και  καταστρέφουν  μολυσμένα από τον ιό κύτταρα.

Προσαρμοστική ανοσία των ζώων

Ειδική ανοσία έναντι των ιών αναπτύσσεται με  την πάροδο του χρόνου και τα λευκά κύτταρα του αίματος που ονομάζονται λεμφοκύτταρα διαδραματίζουν κεντρικό ρόλο. Τα λεμφοκύτταρα διατηρούν «μνήμη» μετά από μια μόλυνση από ιούς και παράγουν πολλά ειδικά μόρια που ονομάζονται  αντισώματα. Αυτά τα αντισώματα προσδένονται  στους  ιούς και  δεν επιτρέπουν στον ιό να μολύνει  τα κύτταρα. Τα αντισώματα είναι εξαιρετικά επιλεκτικά και επιτίθενται μόνον σε έναν τύπο ιού. Το σώμα παράγει πολλά διαφορετικά αντισώματα, ειδικά κατά τη διάρκεια της αρχικής λοίμωξης. Ωστόσο, μετά την υποχώρηση λοίμωξης, μερικά αντισώματα παραμένουν και εξακολουθούν να παράγονται, δίνοντας συχνά στον ξενιστή ανοσία εφόρου ζωής  στον ιό.

Αντίσταση των φυτών
Τα φυτά έχουν αναπτύξει  ειδικούς και  αποτελεσματικούς  μηχανισμούς άμυνας κατά των ιών. Ένας από τους  πιο αποτελεσματικούς  είναι η παρουσία των λεγόμενων γονιδίων αντίστασης (R). Κάθε γονίδιο προσδίδει αντίσταση R σε ένα συγκεκριμένο ιό προκαλώντας εντοπισμένες περιοχές που θα υποστούν κυτταρικό θάνατο γύρω από το μολυσμένο κύτταρο, το οποίο μπορεί συχνά να παρατηρηθεί με γυμνό μάτι ως μεγάλες κηλίδες. Αυτό εμποδίζει τη μόλυνση από τη διάδοση.  Η  παρεμβολή του  RNA αποτελεί επίσης μια αποτελεσματική άμυνα στα φυτά.  Όταν έχουν μολυνθεί, τα φυτά παράγουν συχνά φυσικά απολυμαντικά τα οποία σκοτώνουν ιούς, όπως σαλικυλικό οξύ, το νιτρικό οξείδιο και αντιδραστικά μόρια οξυγόνου.

Αντοχή σε βακτηριοφάγους
Ο κύριος τρόπος που τα βακτήρια προστατεύονται από τους βακτηριοφάγους είναι παράγοντας ένζυμα που καταστρέφουν το ξένο DNA. Αυτά τα ένζυμα, που ονομάζονται περιοριστικές ενδονουκλεάσες, κόβουν το ιικό DNA που εγχέουν οι βακτηριοφάγοι στα βακτηριακά κύτταρα.

Πρόληψη και θεραπεία ιογενούς νόσου στους ανθρώπους και σε άλλα ζώα

Εμβόλια

Ο εμβολιασμός είναι ένας τρόπος πρόληψης ασθενειών που προκαλούνται από ιούς. Τα εμβόλια προσομοιάζουν μια φυσική μόλυνση και την συνδεόμενή της ανοσοαπόκριση, χωρίς όμως να προκαλούν την ασθένεια. Η χρήση τους έχει οδηγήσει σε δραματική μείωση των ασθενειών και των θανάτων που προκαλούνται από λοιμώξεις όπως η πολιομυελίτιδα, η ιλαρά, η παρωτίτιδα και η ερυθρά. Τα εμβόλια είναι διαθέσιμα για την πρόληψη περισσοτέρων των δεκατριών  ιογενών λοιμώξεων στον άνθρωπο και ακόμη περισσότερα χρησιμοποιούνται για την πρόληψη λοιμώξεων από ιούς στα ζώα. Τα εμβόλια μπορεί να αποτελούνται  είτε από ζωντανούς είτε από αδρανοποιημένους ιούς. Τα εμβόλια με ζωντανούς ιούς, περιέχουν αποδυναμωμένες μορφές του ιού, όμως αυτά τα εμβόλια μπορεί να είναι επικίνδυνα όταν χορηγούνται σε άτομα με αδύναμο ανοσοποιητικό. Σε αυτά τα άτομα, ο αποδυναμωμένος ιός μπορεί να προκαλέσει την πρωτοπαθή ασθένεια.Η βιοτεχνολογία και οι τεχνικές γενετικής μηχανικής χρησιμοποιούνται για να παραχθούν “designer” εμβόλια που θα περιέχουν μόνο τις πρωτεΐνες της κάψας του ιού. Το εμβόλιο της ηπατίτιδας Β είναι ένα παράδειγμα εμβολίου τέτοιου τύπου. Αυτά τα εμβόλια είναι πιο ασφαλή, επειδή δεν μπορούν σε καμία περίπτωση να προκαλέσουν την ασθένεια.

Αντιιικά φάρμακα
Τα τελευταία 20 χρόνια, η ανάπτυξη των αντιικών φαρμάκων έχει αυξηθεί ραγδαία, οδηγούμενη κυρίως από την πανδημία του AIDS. Τα αντιικά φάρμακα είναι συχνά ανάλογα νουκλεοσιδίων, μόρια πολύ παρόμοια, αλλά όχι πανομοιότυπα με τα δομικά στοιχεία του DNA. Όταν ξεκινάει η αντιγραφή του ιικού DNA, ενσωματώνονται κάποια από αυτά τα ψεύτικα δομικά στοιχεία. Μόλις συμβεί αυτό, η αντιγραφή σταματάει πρόωρα-τα ψεύτικα δομικά στοιχεία δεν έχουν τα βασικά χαρακτηριστικά που επιτρέπουν την περαιτέρω προσθήκη δομικών στοιχείων. Έτσι, η παραγωγή του DNA αναστέλλεται και ο ιός δεν μπορεί πλέον να αναπαραχθεί. Παραδείγματα νουκλεοσιδικών αναλόγων είναι η ακυκλοβίρη (aciclovir) για μολύνσεις από τον ιό του έρπητα και η λαμιβουδίνη (lamivudine) για μολύνσεις από τον HIV και τον ιό της ηπατίτιδας Β. Η ακυκλοβίρη είναι ένα από τα παλαιότερα και πιο συχνά συνταγογραφούμενα αντιικά φάρμακα.

Άλλα αντιικά φάρμακα στοχεύουν σε διαφορετικά στάδια του κύκλου ζωής του ιού. Ο HIV εξαρτάται από ένα ένζυμο που λέγεται πρωτεάση του HIV-1 για να γίνει μολυσματικός ο ιός. Υπάρχει μια σειρά φαρμάκων που λέγονται αναστολείς της πρωτεάσης, οι οποίοι προσδένονται σε αυτό το ένζυμο και σταματούν τη λειτουργία του.

Η ηπατίτιδα C προκαλείται από έναν RNA ιό. Στο 80% των ανθρώπων που μολύνονται, η νόσος γίνεται χρόνια, και παραμένουν μολυσματικοί για την υπόλοιπη ζωή τους εκτός εάν αντιμετωπιστεί. Υπάρχει μια αποτελεσματική θεραπεία που χρησιμοποιεί ως φάρμακο το νουκλεοσιδικό ανάλογο ριμπαβιρίνη(ribavirin)συνδυαζόμενο με ιντερφερόνη.Αναπτύσσονται θεραπείες με παρόμοια στρατηγική και για τους χρόνιους φορείς του ιού της ηπατίτιδας χρησιμοποιώντας λαμιβουδίνη (lamivudine) και άλλα αντιικά φάρμακα. Και στις δυο ασθένειες, τα φάρμακα σταματούν την αναπαραγωγή του ιού και η ιντερφερόνη σκοτώνει τα εναπομείναντα μολυσμένα κύτταρα.

Μολύνσεις από HIV συνήθως αντιμετωπίζονται με ένα συνδυασμό αντιικών φαρμάκων, καθένα από τα οποία στοχεύει σε διαφορετικό στάδιο του κύκλου ζωής του ιού. Υπάρχουν φάρμακα που προλαμβάνουν την προσκόλληση του ιού στα κύτταρα, άλλα που είναι ανάλογα νουκλεοσιδίων και κάποια που δηλητηριάζουν τα ένζυμα που χρειάζεται ο ιός για να αναπαραχθεί. Η επιτυχία αυτών των φαρμάκων είναι η απόδειξη της σημασίας να γνωρίζουμε πως αναπαράγονται οι ιοί.

Ρόλος στην οικολογία
Οι ιοί είναι η πιο άφθονη βιολογική οντότητα στα υδάτινα περιβάλλοντα -υπάρχει ένα εκατομμύριο από αυτούς σε ένα κουταλάκι θαλάσσιο νερό- και είναι ουσιώδεις στη ρύθμιση των οικοσυστημάτων του αλμυρού και του γλυκού νερού. Οι περισσότεροι από αυτούς τους ιούς είναι βακτηριοφάγοι, που είναι ακίνδυνοι στα φυτά και στα ζώα. Προσβάλλουν και καταστρέφουν τα βακτήρια στις υδάτινες μικροβιακές κοινωνίες και αυτός είναι ο πιο σημαντικός μηχανισμός ανακύκλωσης άνθρακα στο θαλάσσιο περιβάλλον. Η απελευθέρωση οργανικών μορίων από τα βακτηριακά κύτταρα μέσω των ιών διεγείρει την εκ νέου ανάπτυξη βακτηρίων και φυκών.

Οι μικροοργανισμοί αποτελούν πάνω από το 90% της βιομάζας στη θάλασσα. Εκτιμάται ότι οι ιοί σκοτώνουν περίπου το 20% αυτής της βιομάζας κάθε μέρα και ότι μάλιστα υπάρχουν στους ωκεανούς δεκαπέντε φορές περισσότεροι ιοί από ό,τι βακτήρια και πρώτιστα (archaea). Οι ιοί είναι κυρίως υπεύθυνοι για την ταχεία καταστροφή επιβλαβών φυκιών που συχνά σκοτώνουν τη θαλάσσια ζωή. Ο αριθμός των ιών στους ωκεανούς μειώνεται περισσότερο κοντά στις ακτές και βαθύτερα στο νερό, γιατί εκεί υπάρχουν λιγότεροι οργανισμοί ξενιστές.

Οι επιπτώσεις τους είναι μακροπρόθεσμες. αυξάνοντας τον όγκο της αναπνοής στους ωκεανούς, οι ιοί είναι έμμεσα υπεύθυνοι για τη μείωση της ποσότητας του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα κατά περίπου τρεις  γιγατόνους άνθρακα το χρόνο.

Τα θαλάσσια θηλαστικά είναι επίσης επιρρεπή σε λοιμώξεις από ιούς. Το 1988 και το 2002 χιλιάδες φώκιες σκοτώθηκαν στην Ευρώπη από τον ιό  phocine distemper. Πολλοί άλλοι ιοί, συμπεριλαμβανομένων των ιών calici, των ερπητοϊών, των αδενοϊών και των ιών parvo, κυκλοφορούν ανάμεσα στους πληθυσμούς των θαλάσσιων θηλαστικών.

Παραπομπές 

Ιοί