Ce este un virus? Scurta istorie a virusurilor și virusurile cancerigene

Ce este un virus?

Un virus este un mic agent infecțios care se poate multiplica numai în celulele vii ale altor organisme. Virusurile pot infecta orice formă de viață, de la animale și plante la bacterii și alge.

În 1892, Dmitri Ivanovsky a identificat un agent care infecta tutunul, dar era un patogen nebacterian . În articolul publicat în 1898 de Martinus Beijerinck, acesta a fost identificat drept virusul mozaicului tutunului, astfel că virusurile au fost descoperite la sfârșitul secolului 19. Astăzi se știe că există milioane de specii; virusurile se află în aproape toate ecosistemele și reprezintă cele mai diverse entități biologice. Ele sunt studiate de virologie, subspecialitate a microbiologiei.

• Subiect asociat: Cum se transmite noul coronavirus (SARS-CoV-2) și cum provoacă boala? Ultimele descoperiri științifice 

Dacă virusul nu este într-o celulă infectată sau în procesul de infectare a unei celule, există ca particule independente. Aceste particule virale, numite și virioni, au două sau trei componente:

1. ADN sau ARN ca material genetic, molecule lungi purtătoare de informație genetică;
2. un înveliș proteic numit capsidă, care înconjoară și protejează materialul genetic, și
3. în unele cazuri (iii), o anvelopă lipidică în jurul învelișului proteic.

Formele particulelor variază de la simple la foarte complexe. Majoritatea virusurilor sunt prea mici pentru a fi văzute la microscopul obișnuit. Un virus mediu reprezintă aproximativ o sutime dintr-o bacterie medie. Dimensiunea virusurilor se măsoară în nanometri; de exemplu, virusul gripal, influenza A, are 80-120 de nanometri. 1 nanometru este o miliardime de metru. În acest caz, diametrul virusului mediu reprezintă din 1 metru o parte la 10 milioane.

Originea evolutivă a virusurilor este neclară: unele ar fi putut evolua din plasmide, fragmente ADN care se deplasează între celule, altele din bacterii. În evoluție, virusurile sunt instrumente importante ale transferului orizontal de gene, crescând diversitatea genetică. Unii le consideră forme de viață deoarece poartă și multiplică material genetic și evoluează prin selecție naturală, dar le lipsesc caracteristici fundamentale considerate necesare vieții, precum structura celulară. De aceea au fost definite drept „organisme la marginea vieții” și replicatori.

Cum se transmit / răspândesc virusurile?

Virusurile se răspândesc în multe moduri;

• La plante sunt transmise de obicei între plante prin insecte care se hrănesc pe ele, precum păduchii de plante, de exemplu afidele.
• La animale și oameni pot fi transportate de insecte hematofage. Aceste organisme purtătoare de boli sunt cunoscute drept vectori . Virusurile gripale se răspândesc prin tuse și strănut. Norovirusul și rotavirusul, cauze frecvente ale gastroenteritei virale, infecția intestinală, se transmit fecal-oral, de la om la om și intră în corp prin alimente sau apă. HIV este unul dintre virusurile transmise prin contact sexual și fluide corporale.

- Cancerele și celelalte boli asociate infecției HIV

Infecțiile virale stimulează de obicei un răspuns imun care elimină virusul infectant. Răspunsurile imune pot fi produse și prin vaccinuri care conferă imunitate dobândită artificial unei anumite infecții. Unele virusuri care provoacă SIDA și hepatite evită aceste răspunsuri și produc infecții cronice. Antibioticele nu au niciun efect asupra virusurilor, dar au fost dezvoltate câteva antivirale.

În figura de mai jos sunt ilustrate câteva virusuri cunoscute, arătând diversitatea structurii lor.

Repere din istoria virusurilor

Inventatorul vaccinului antirabic, Louis Pasteur (1822-1895), deși descoperise vaccinul, nu a găsit agentul rabiei și a presupus un patogen prea mic pentru microscop. În 1884, microbiologul francez Charles Chamberland a inventat un filtru cu pori mai mici decât bacteriile, permițând eliminarea completă a lor dintr-o soluție. În 1892, biologul rus Dmitri Ivanovsky a folosit filtrul pentru studierea virusului cunoscut astăzi drept virusul mozaicului tutunului . Filtrând soluțiile din frunze zdrobite de tutun infectat, a observat că agenții rămâneau în lichidul filtrat fără a fi reținuți. A propus o toxină produsă de bacterii ca sursă a infecției, dar nu a continuat ideea. Atunci se credea că toți agenții infecțioși pot fi reținuți de filtre și cultivați în medii de cultură, parte a teoriei microbiene a bolii. În 1898, microbiologul olandez Martinus Beijerinck a repetat experimentele, fiind convins că soluția filtrată conținea o formă nouă de agent infecțios. A observat multiplicarea numai în celule capabile de diviziune, dar nu putea vedea particulele patogene și le-a numit contagium vivum fluidum , microbi vii solubili, apoi au fost redenumite virus . Beijerinck susținea că virusurile sunt lichide în natură; teoria a fost ulterior infirmată de Wendell Stanley, care le considera particule.

La începutul secolului 20., bacteriologul britanic Frederick Twort a descoperit grupuri de virusuri care infectează bacteriile, numite astăzi bacteriofagi sau simplu fagi. Microbiologul franco-canadian Félix d'Herelle a identificat virusuri care omorau bacteriile când erau adăugate ca suspensie în mediul de cultură. Fagii au fost prezentați drept posibile tratamente pentru tifoidă și holeră, dar au fost abandonați odată cu penicilina. Studierea lor a sprijinit înțelegerea activării și dezactivării genelor și a unui mecanism util transferului genelor străine în bacterii. Chiar în cercetarea relației fagi-bacterii a apărut una dintre cele mai mari invenții actuale, tehnologia genetică CRISPR-CAR9 , născută din aceste studii.

În 1949, John Franklin Enders, Thomas Weller și Frederick Robbins au cultivat poliovirus în culturi de celule embrionare umane, producând astfel virus în afara țesuturilor animale intacte și ouălor embrionate. Acest studiu a fost realizat de Jonas Salk pentru producerea unui vaccin eficient antipoliomielitic.

Primele imagini ale virusurilor au fost obținute după inventarea, de către inginerii germani Ernst Ruska și Max Knoll în 1931, a microscopului electronic. Imaginați-vă: virusurile au putut fi vizualizate abia la 40 de ani după demonstrarea existenței lor teoretice.

În a doua jumătate a secolului 20., descoperirea virusurilor a cunoscut epoca de aur, cu peste 2000 de specii animale, vegetale și bacteriene. În 1963, Baruch Blumberg a descoperit virusul hepatitei B, iar în 1965 Howard Temin a identificat primul retrovirus. Enzima revers-transcriptază, folosită de retrovirusuri pentru copierea ADN-ului din ARN, a fost identificată independent de Howard Martin Temin și David Baltimore în 1970. În 1983, echipa lui Luc Montagnier de la Institutul Pasteur din Franța a izolat prima dată retrovirusul numit astăzi HIV.

Legătura virusurilor cu cancerul a constituit subiectul a nenumărate cercetări. Cea mai remarcabilă dintre acestea privește legătura HPV cu cancerul cervical (de col uterin). Dintre peste 100 de tipuri HPV cunoscute, aproximativ 40 infectează zona genitală, iar 15 prezintă risc înalt de cancer cervical. Se consideră că aproximativ %5 dintre toate cancerele sunt asociate HPV.

Deși foarte importante oncologic, majoritatea cunoștințelor despre legătura HPV-cancer sunt noi și se bazează pe cercetările conduse de laureatul Nobel din 2008 pentru descoperirea faptului că HPV provoacă cancer cervical, Harald zur Hausen.

În anii 1970, Harald zur Hausen a propus o idee pe care nimeni nu o exprimase anterior: „Cauza cancerului de col uterin poate fi virusul papiloma uman, HPV!”. Considera că virusul își integrează ADN-ul în ADN-ul celulelor cervicale și le folosește pentru multiplicare. Trebuia deci să demonstreze ADN HPV în celulele canceroase cervicale. A urmărit ideea peste 10 ani cercetând diferite tipuri, cu dificultăți deoarece numai o parte a ADN-ului viral se integrează în genomul gazdei, iar HPV are peste 100 de subtipuri. În 1983 a demonstrat în biopsii cervicale ADN HPV și faptul că tipurile 16 și 18 sunt principalele cauze ale cancerului cervical; HPV 16 și 18 au fost găsite în aproximativ % 70 dintre biopsii.

Descoperirea valoroasă a permis dezvoltarea unor vaccinuri cu protecție împotriva infecției cu tipurile cu risc înalt HPV16 și 18 de % 95, vaccinurile HPV. Vaccinul preventiv a primit în 2006 aprobarea FDA și a redus deja semnificativ incidența cancerului cervical în țările cu utilizare regulată; țara care ia vaccinarea HPV cel mai în serios, Australia, este pe cale să elimine complet cancerul cervical din țară.

- Ce este HPV, human papillomavirus, și cum provoacă cancer?

Cum este structura virusurilor?

Toate virusurile constau fundamental din acid nucleic , ADN sau ARN, și capsidă, înveliș proteic. Structura este numită nucleocapsidă . Unele virusuri sunt înconjurate de o anvelopă lipidică . Structurile proeminente din anvelopă se numesc unități de glicoproteină . Acestea permit fixarea virusului pe celula țintă, la receptorul acesteia. Spațiul dintre anvelopă și capsidă se numește tegument și conține proteine matriceale (M). Rolul lor este ieșirea virusurilor anvelopate din gazdă prin înmugurire.

Deoarece nu pot produce energie, virusurile necesită obligatoriu o celulă vie pentru multiplicare. De aceea sunt microorganisme obligatoriu intracelulare. Când se multiplică, se formează mii de particule virale.

Structurile din acid nucleic viral și proteine formate în celula infectată se numesc corpi de incluziune , aceasta fiind denumirea lor.

Virusuri cancerigene – oncovirusuri / virusuri oncogene

Se știe că virusurile provoacă diverse cancere la oameni și alte specii. Se estimează chiar că %16 dintre toate cancerele rezultă din infecții virale și bacteriene . Ramura științifică ce studiază microorganismele cancerigene se numește metagenomică . Totuși, cancerele virale apar numai la foarte puține persoane infectate. De exemplu, %70-90 dintre infecțiile HPV nu provoacă simptome și se vindecă spontan în 1-2 ani, ori o mică parte se manifestă prin veruci.

Virusurile cancerigene provin din mai multe familii, atât virusuri ARN, cât și ADN; nu există deci un singur tip cancerigen. Dezvoltarea cancerului este determinată de factori precum imunitatea persoanei, capacitatea reparării ADN-ului și mutațiile produse de virus.

Ce virusuri provoacă cancer la oameni?

Virusul Epstein Barr (EBV): Este virusul care provoacă cea mai frecventă infecție umană. Se consideră că 95 la sută din populația lumii este infectată. Studiile au arătat asocierea cu limfomul, cancerele gastrice și de nazofaringe . Totuși, probabilitatea dezvoltării unui cancer asociat EBV la persoanele infectate este foarte mică. Nu există vaccin dezvoltat împotriva EBV.

Virusul hepatitei C (HCV): A fost asociat inflamațiilor hepatice cronice și cancerului hepatic . Se știe că dintre persoanele infectate, HCV pozitive, 20 la sută dezvoltă afecțiuni hepatice grave, iar 4–7 la sută cancer hepatic asociat HCV. Nu există un vaccin eficient dezvoltat împotriva HCV.

Virusul hepatitei B (HBV): Are un rol fundamental în dezvoltarea cancerului hepatic, al 5. cancer ca frecvență. Cercetările au arătat că infecțiile persistente provoacă inflamație hepatică cronică și transformare canceroasă. Există vaccinuri foarte eficiente împotriva acestui tip viral.

Virusul uman T-limfotrop (HTLV): Este primul tip descoperit de retrovirus . Retrovirusurile pot obține ADN din ARN și pot introduce ușor gene în celule. La 10 la sută dintre persoanele infectate HTLV a fost observată leucemie cu celule T a adultului. Nu există vaccin preventiv, dar au fost dezvoltate medicamente terapeutice.

Virusul papiloma uman (HPV): Este unul dintre virusurile cele mai cercetate. Au fost identificate peste 100 de subgrupe și a fost asociat cancerului cervical. Studiile recente arată chiar că infecția HPV constituie cauza a %99 dintre cancerele cervicale. Dintre persoanele infectate, 10- 20 la sută au fost observate cu cancere cervicale, anale / rectale, vulvare, peniene și ale capului și gâtului. Vaccinurile eficiente Gardasil și Cervarix sunt disponibile în prezent pe piață.

Herpesvirusul asociat sarcomului Kaposi (KSHV): Este considerat oncovirusul cu cele mai multe oncogene, gene care provoacă transformare canceroasă. Sarcomul Kaposi este cancerul provocat, întâlnit mai ales la pacienții cu SIDA și persoanele imunodeprimate.

Poliomavirusul celulelor Merkel (MCV): Este un virus al cărui rol cancerigen a fost descoperit recent. Cancerul cu celule Merkel este cancerul foarte rar și agresiv pe care îl provoacă. Totuși, cercetările recente nu au identificat virusul la 20 la sută dintre pacienții cu acest cancer. Nu există vaccin ori medicament dezvoltat împotriva lui. Cercetările privind rolul său cancerigen continuă.

Cum provoacă virusurile sau bacteriile cancer?

Virusurile, microorganisme, după pătrunderea în organism pot ataca celulele și introduce aleator materialul genetic propriu în ADN-ul nucleului, provocând supraproducția oncogenelor care contribuie la dezvoltarea tumorii, ori pot adăuga aceste oncogene structurii genetice proprii și, răspândindu-se rapid în organism, favorizează tumori. Aceste gene participă la multiplicarea celulară când sunt produse normal; după mutație împiedică genele supresoare tumorale să funcționeze, permit celulelor care ar trebui să moară să evite mecanismele morții și să se multiplice necontrolat, contribuind astfel la tumori, ca alte microorganisme. Toate aceste evenimente sunt dovezi suficiente pentru explicarea modului în care microorganismele provoacă cancer.

Care este răspunsul sistemului imunitar după infecția virală?

1. Răspunsul interferonului: Este primul răspuns imunologic al gazdei la infecțiile virale. Unele virusuri precum HIV și EBV sunt însă rezistente la interferon.
   Interferonii sunt membri ai familiei citokinelor. Nu acționează direct asupra virusului; eliberați de celulele infectate, opresc în alte celule producerea proteinelor necesare virusurilor. Sunt eficienți numai împotriva virusurilor intracelulare.
   Există 3 tipuri de interferon: alfa, beta și gama. Dintre ele, alfa este folosit în sarcomul Kaposi asociat HHV-8, cancerul renal, verucile HPV și hepatita cronică activă provocată de hepatitele B-C, fiind utilizat în tratament.
2. Celule natural killer (NK) și limfocite T citotoxice (Tc): Atât NK, cât și Tc omoară celula infectată, nu virusul. Deoarece NK este o celulă imună nespecifică țintei , intervine înaintea Tc în infecțiile virale. Unele celule pot modifica structura celulei infectate pentru a evita imunitatea; și celulele canceroase pot folosi tactici similare. Unele efecte ale infecțiilor, de exemplu erupțiile rujeolice, rezultă din atacul parțial orb al celulelor defensive asupra țesuturilor infectate.
3. Anticorpi: Răspunsul imun prin anticorpi împotriva virusurilor are 3 rezultate:
   1. Neutralizarea prin acoperirea virusului cu anticorpi: împiedică interacțiunea cu receptorii celulari și infectarea celulelor noi. Nu afectează însă virusurile intracelulare. De aceea, anticorpii dobândiți prin vaccinare protejează de infecții noi, dar sunt ineficienți împotriva infecției vechi instalate.
   2. Citotoxicitate celulară dependentă de anticorpi: virusurile acoperite de anticorpi pot fi găsite și omorâte mai ușor de celulele imunitare.
   3. Activarea complementului: anvelopa lipidică este parțial distrusă prin mecanismul numit viroliză.

Concluzie

Se cunoaște acum clar faptul că o parte dintre cele mai mici forme ale vieții, virusurile, cu milioane de specii, provoacă tumori și cum o fac. Totuși, numai o mică parte a persoanelor infectate dezvoltă cancer asociat infecției. În ultimii ani au fost dezvoltate și numeroase vaccinuri împotriva virusurilor cancerigene (vaccinuri preventive împotriva cancerului).

Descoperind legătura strânsă cu cancerul, cercetătorii au încercat în ultimii ani să dezvolte vaccinuri oncologice folosind virusuri. De exemplu, vaccinul aprobat FDA pentru melanom, cancerul cutanat, Lmlygic, folosește virusul herpetic. Interesant, virusurile pot fi deci atât patogene, cât și terapeutice. Desigur, dobândirea proprietăților terapeutice necesită o serie de proceduri de înaltă tehnologie.

*

SUBIECTE ASOCIATE

- Tratamente oncologice noi prin combinarea imunoterapiei cu vaccinul viral oncolitic

- George Papanicolaou, care a salvat viețile a milioane de femei prin testul Pap

- Ghidul vaccinării HPV a fost actualizat! Să aflăm cu această ocazie ce este vaccinul HPV