Biologie pro Obory II

BY admin
|

Výsledky Učení

  • Pochopit minulost a vznikající klasifikační systémy pro viry

Protože většina virů se pravděpodobně vyvinula z různých předků, systematické metody, které vědci používají pro klasifikaci prokaryotické a eukaryotické buňky nejsou velmi užitečné. Pokud viry představují „zbytky“ různých organismů, pak ani genomická nebo proteinová analýza není užitečná. Proč?, Protože viry nemají společnou genomickou sekvenci, kterou všichni sdílejí. Například 16S rRNA sekvence tak užitečná pro konstrukci prokaryotních fylogenií je pro tvora bez ribozomů k ničemu! Biologové v minulosti používali několik klasifikačních systémů. Viry byly zpočátku seskupeny podle sdílené morfologie. Později byly skupiny virů klasifikovány podle typu nukleové kyseliny, kterou obsahovaly, DNA nebo RNA, a zda byla jejich nukleová kyselina jednovláknová nebo dvouvláknová. Tyto dřívější klasifikační metody však seskupovaly viry odlišně, protože byly založeny na různých sadách znaků viru. Nejčastěji používaná klasifikační metoda se dnes nazývá baltimorské klasifikační schéma a je založena na tom, jak se generuje messenger RNA (mRNA) v každém konkrétním typu viru.

Minulosti Systémů Klasifikace

Viry obsahují pouze několik prvků, které mohou být klasifikovány: virový genom, typ kapsidový, a obálku strukturu pro obalené viry. Všechny tyto prvky byly v minulosti použity pro virovou klasifikaci(Tabulka 1 a Obrázek 1). Virové genomy se mohou lišit v typu genetického materiálu (DNA nebo RNA) a jeho organizaci (jedno – nebo dvouvláknové, lineární nebo kruhové a segmentované nebo nesegmentované). U některých virů jsou další proteiny potřebné pro replikaci spojeny přímo s genomem nebo obsaženy ve virové kapsidě.

Tabulka 1. Virus Klasifikace podle Struktury Genomu a Jádro
Základní Klasifikace Příklady
RNA Vztekliny virus, retroviry
DNA Herpesviruses, virus neštovic
Single-stranded Vztekliny virus, retroviry
Double-stranded Herpesviruses, virus neštovic
Lineární Vztekliny virus, retroviry, herpesviruses, virus neštovic
Kruhové Papilomaviry, mnoho bakteriofágů
Non-segmentované: genom se skládá z jednoho segmentu genetického materiálu viry Parainfluenzy
Segmentovaný: genom je rozdělen do více segmentů viry Chřipky
Část a (top) je ilustrace viru vztekliny, který je kulka ve tvaru. RNA je stočena uvnitř kapsidy, která je uzavřena v virové obálce lemované matricovým proteinem poseté glykoproteiny. Část a (dole) je mikrograf shluku virů vztekliny ve tvaru kulky. Část b (horní) je mikrograf viru variola, který má DNA uzavřenou v kapsidě ve tvaru luku. Kapsida obklopuje oválná obálka s proteinem lemovaná matricí. Část b (dole) ukazuje nepravidelné, hrbolaté léze na pažích a nohou osoby s neštovicemi.

Obrázek 1. Viry jsou klasifikovány na základě jejich základního genetického materiálu a kapsidového designu. (a) virus Vztekliny má jednořetězcovou RNA (ssRNA) jádro a zahalila spirálová kapsidový, vzhledem k tomu, že (b) viru varioly, původce neštovic, má dvouvláknové DNA (dsDNA) základní a komplexní capsid. (úvěr „vzteklině diagram“: změna práce CDC; „vzteklině mikrofotografie“: změna práce Dr. Fred Murphy, CDC; úvěr „neštovice mikrofotografie“: změna práce Dr. Fred Murphy, Sylvie Whitfield, CDC; úvěr „neštovice foto“: změna práce, podle CDC; měřítko-bar data od Matt Russell)

viry lze také klasifikovat podle konstrukce jejich kapsidů(Tabulka 2 a Obrázek 2). Kapsidy jsou klasifikovány jako nahé ikosahedrální, obalené ikosahedrální, obalené spirálové, nahé spirálové a složité. Typ genetického materiálu (DNA nebo RNA) a jeho struktura (jedno-nebo dvouvláknové, lineární nebo kruhové a segmentované nebo nesegmentované) se používají ke klasifikaci struktur jádra viru (Tabulka 2).

Tabulka 2. Virus Klasifikace podle Kapsidový Struktura
Kapsidový Klasifikace Příklady
Nahá dvacetistěnná virus Hepatitidy A, polioviry
Zahalila dvacetistěnná Epstein-Barrové, herpes simplex virus, virus zarděnek, virus žluté zimnice, HIV-1
Zahalila spirálová viry Chřipky, příušnic, virus, virus spalniček, virus vztekliny
Nahá spirálová virus Tabákové mozaiky
Komplex s mnoha proteiny; některé kombinace dvacetistěnná a spirálové kapsidový struktury Herpesviruses, virus neštovic, virus hepatitidy B, T4 bakteriofág
Mikrofotografie ukazuje, dvacetistěnná polioviry uspořádány v mřížce; mikrofotografie b ukazuje dvě Epstein-Barrové viry s dvacetistěnná capsids v pouzdře oválné membrány; mikrofotografie c ukazuje příušnice virus capsid obalené v nepravidelném membrány; mikrofotografie d ukazuje obdélníkový virus tabákové mozaiky capsids; a mikrofotografie e ukazuje, kulovitý herpesvirus obálky hroty s glykoproteiny.

Obrázek 2. Transmisní elektronové mikrografy různých virů ukazují jejich struktury. Capsid (a) virus dětské obrny je nahý dvacetistěnná; (b) Epstein-Barr virus capsid je zahalen dvacetistěnná; (c) příušnice virus capsid je zahalen helix; (d) tobacco mosaic virus capsid je nahý spirálové; a (e) herpesvirus kapsidový je složité. (kredit: úprava práce Dr. Fred Murphy, Sylvie Whitfield; credit b: změna práce Liza Hrubý; kreditní c: změna práce Dr. F. a. Murphy, CDC; kreditní d: změna práce USDA ARS; kreditní e: modifikace práce Linda Stannard, Ústav Lékařské Mikrobiologie, Univerzita Kapské Město, Jihoafrická Republika, NASA; stupnice-bar údajů od Matt Russell)

Klasifikace Baltimore

nejčastěji Se používá systém viru klasifikace byl vyvinut nositel Nobelovy Ceny biolog David Baltimore v roce 1970. Kromě rozdílů v morfologii a genetiky bylo uvedeno výše, Baltimore systému klasifikace skupiny virů podle toho, jak mRNA je produkován během replikační cyklus viru.

viry skupiny i obsahují jako svůj genom dvouvláknovou DNA (dsDNA). Jejich mRNA je produkována transkripcí téměř stejným způsobem jako u buněčné DNA.

viry skupiny II mají jako svůj genom jednovláknovou DNA (ssDNA). Převádějí své jednovláknové genomy na meziprodukt dsDNA, než může dojít k transkripci na mRNA.

viry skupiny III používají jako svůj genom dsRNA. Prameny oddělené, a jeden z nich je použit jako šablona pro tvorbu mRNA pomocí RNA-dependentní RNA polymeráza kódované virem.

viry skupiny IV mají ssRNA jako svůj genom s pozitivní polaritou. Pozitivní polarita znamená, že genomická RNA může sloužit přímo jako mRNA. Meziprodukty dsRNA, nazývané replikativní meziprodukty, se vyrábějí v procesu kopírování genomové RNA. Více, full-délka prameny RNA negativní polarity (zdarma na pozitivní-pletl genomové RNA) jsou tvořeny z těchto meziproduktů, které pak mohou sloužit jako šablony pro výrobu RNA s pozitivní polaritou, včetně full-délka genomové RNA a kratší virové mRNAs.

viry skupiny v obsahují genomy ssRNA se zápornou polaritou, což znamená, že jejich sekvence je komplementární k mRNA. Stejně jako u virů skupiny IV se meziprodukty dsRNA používají k vytváření kopií genomu a produkci mRNA. V tomto případě může být genom s negativním řetězcem převeden přímo na mRNA. Navíc, full-length pozitivní RNA vlákna jsou vyrobeny sloužit jako šablony pro výrobu negativní-pletl genomu.

viry skupiny VI mají diploidní (dvě kopie) genomy ssRNA, které musí být převedeny pomocí enzymu reverzní transkriptázy na dsDNA; dsDNA je pak transportována do jádra hostitelské buňky a vložena do hostitelského genomu. Poté může být mRNA produkována transkripcí virové DNA, která byla integrována do hostitelského genomu.

Skupina VII viry mají částečné dsDNA genomy a aby ssRNA meziprodukty, které se chovají jako mRNA, ale jsou také převedeny zpět do dsDNA genomy pomocí reverzní transkriptázy, které jsou nezbytné pro replikace genomu. Charakteristiky každé skupiny v klasifikaci Baltimore jsou shrnuty v tabulce 3 s příklady každé skupiny.

Tabulka 3. Klasifikace Baltimore
Skupina Vlastnosti Režim mRNA Produkce Příklad
Double-stranded DNA mRNA je přepisována přímo z templátu DNA Herpes simplex (herpesvirus)
II Single-stranded DNA DNA je převeden do dvouřetězcové formě, než RNA je přepisována Psí parvovirus (parvovirus)
III Double-stranded RNA mRNA je přepisována z RNA genom Dětství gastroenteritida (rotaviry)
IV Single pletl RNA (+) Genomu funkce, jako je mRNA, nachlazení (pircornavirus)
V Single pletl RNA (−) mRNA je přepisována z RNA genom Vzteklině (rhabdovirus)
VI Single pletl RNA viry s reverzní transkriptázy Reverzní transkriptázy je DNA z RNA genomu; DNA je pak začleněna do hostitelského genomu; mRNA je přepisována z DNA incorporated virem Lidské imunodeficience (HIV)
VII Dvojitý pletl DNA viry s reverzní transkriptázy virový genom dvouřetězcové DNA, ale virová DNA je replikována prostřednictvím RNA intermediate; RNA může sloužit přímo jako mRNA nebo jako šablonu, aby se mRNA virus Hepatitidy B (hepadnavirus)