Viirused kui väikseimad elusad osakesed on mõjutanud oluliselt kõigi eluvormide arengut ja evolutsiooni. Viiruseid on leitud bakteritel, seentel, taimedel, loomadel ja muidugi ka inimestel. Viirusi uurivat teadusharu nimetatakse viroloogiaks.

Tänu viirushaigusi põhjustavate viiruste olemuse ning omaduste uurimisele on tänaseks väljatöötatud terve rida kaitsevaktsiine. Nende abil on võimalik organisme kaitsta viirusnakkuste eest.

Väljaspool rakku eksisteerivad viirused ainevahetuslikult inertsete viirusosakestena ega ole võimelised paljunema. Viirusosakesed on oma omadustelt kindla struktuuriga kõrgmolekulaarsete ühendite kompleksid, millel on iseloomulik kuju ja suurus ning kindlad füüsikalis-keemilised omadused sarnaselt teiste keemiliste ühenditega.

Viiruste elutsükkel

Viroloogia kui teadus viirustest uurib viiruste paljunemist rakkudes ja viirusosakeste omadusi väljaspool rakku. Elusrakus paljundab viirus oma genoomi ja viirusvalke, mis moodustavad seejärel viirusosakese. Pärast paljunemist ja viirusosakeste moodustamist lahkub viirus rakust ning säilib keskkonnas nakkuslikuna küllaltki kaua.

 

Viiruste ehitus

Viiruse kõige tähtsamaks komponendiks ja kõigi omaduste määrajaks on tema genoom, milleks on desoksüribonukleiinhappe (DNA) või ribonukleiinhappe (RNA) molekulid. Osadel viirustel on viirusosakese koosseisus genoom üheahelaline DNA või RNA. Nukleiinhapped on suutelised säilitama viiruse pärilikku informatsiooni ning andma seda edasi järeltulevatele viiruste põlvkondadele. Viiruse genoom võib koosneda ühest või mitmest nukleiinhappe molekulist. Näiteks lastehalvatus tekitav polioviirus koosneb ühest üheahelalise RNA molekulist, gripiviiruse genoom aga kaheksast erinevast RNA molekulist, millest igaüks kodeerib teatus kindlat viiruse elutegevuseks vajalikku valku.

Väiksemad viiruste genoomid koosnevad umbes kolmest tuhandest nukleotiidist, suurimad aga kuni 300 000 nukleotiidist. Seega on väiksematel viirustel kuni kolm geeni ja suurematel kuni paarsada geeni.

Viirused kasutavad oma genoomi rakusiseseks paljundamiseks paljusid erinevaid mooduseid, kuid kindlasti peab genoomis olema kolme tüüpi geene:

1)      replikatsioonigeenid, mis kindlustavad viiruse genoomi paljundamise (replikatsioonil).

2)      regulaatorid, mis mõjutavad nakatunud raku aktiivsust selliselt, et soodustada viiruse paljunemist.

3)      Struktuurgeenid, mis kindlustavad viirusosakese moodustumise.

Viirusosakeste struktuurvalgud ümbritsevad viiruse genoomi tiheda ja tugeva kaitsva kapslina. Seda kapslit nimetatakse kapsiidiks. Viirusosakeste kapsiid on jäik, kompaktne ja kindla ülesehitusega struktuur, mis on sarnane Lego klotsidest kokkupandud esemetega. Viiruse kapsiid koosneb kindast arvust valkudest, mis on omavahel seotud füüsikaliste ja keemiliste sidemetega.

Mõnedel viirustel on kapsiid kaetud ümbrisega. Viirusosakese ümbris pärineb reeglina peremeesraku rakumembraanist, mille viirus rakust lahkudes kaasa võtab. Ümbrise koostisse lülitab viirus osa oma struktuurvalke. Viirusosakeste kapsiidil ja ümbrisel on kaks funktsiooni. Esiteks kaitsevad need viiruse genoomi väljaspool rakku keskkonna mõjutuste eest ja aitab kaasa viiruse genoomi ülekandumisele ühest rakust teise.

 

Viiruste paljunemine

Väljaspool rakku on viirusosakesed ümbritsetud jäiga kapsiidiga ning neil puudub paljunemiseks vajalik ainevahetus väliskeskkonnaga. Seetõttu ei saa viirused kasvada suuremaks ja paljuneda jagunemise teel. Viiruste paljunemine toimub elusates rakkudes ning selleks peab viirusosake kõigepealt sisenema rakku. Seda protsessi nimetatakse raku nakatamiseks. Raku nakatumisel eristatakse mitut etappi. Esmalt peab viirusosake seonduma raku pinnale, seejärel sisenema rakku ja vabastama oma genoomi kapsiidist. Alles seejärel osutub võimalikuks viiruste genoomi paljunemine.

Viiruse paljunemisel eristatakse kolme faasi.

Peiteperiood, mille jooksul pole viirusosakesi võimalik rakus näha. Sellel etapil korraldab viirus ümber raku ainevahetuse ja toodab piisavas koguses oma genoomi paljunemiseks vajaminevaid ensüüme. Protsessi käigus lülitatakse välja rakuliste geenide transkriptsioon ja peatatakse viiruse paljunemiseks mittevajalike rakuliste valkude süntees.

Rakusisese paljunemise periood, mille jooksul toodetakse raku sees suur hulk viirusosakesi, kuid need ei pääse veel rakust välja.

Toimub bakteriraku surm ja lagunemine ning nakkusvõimeliste viirusosakeste vabanemine keskkonda. Sellise elutsükliga viirusi nimetatakse lüütilisteks viirusteks.

Looduses ei toimu aga kaugeltki kõigi viiruste paljunemine sellise skeemi järgi. Kui iga viirusnakkus viiks organismi hukkumisele, siis lõpeks see ka viiruse enese surmaga – varsti poleks ühtegi elusrakku, kus viirusel oleks võimalik paljuneda. Selle vältimiseks on viirused kohandunud olukorraga ja aeglustavad tingimuste halvenedes oma paljunemist. bakteriviirused lülitavad oma genoomi bakteri genoomi koosseisu, kus see võib säilida ja paljuneda sünkroonselt bakteri genoomiga paljude põlvkondade jooksul, ilma et viiruse enda geenid avalduksid. Niisugust nähtust nimetatakse lüsogeensuseks.

Mõned bakteriviiruste paljunemine toimub rakkudes suhteliselt aeglaselt, mis ei kahjusta oluliselt bakteriraku elutegevust. Viirus vabaneb nakatunud rakkudest ilma rakku surmamata paljude põlvkondade jooksul. Sellist viirusnakkust nimetatakse krooniliseks nakkuseks.

 

Viiruste osa looduses

Kuidas ja millal viirused looduses tekkisid, ei ole selge. Viiruste evolutsiooni uurimine on olnud raskendatud, sest viirusosakesed on väga väikesed ja neist ei ole jäänud mingeid fossiilseid jälgi. Viiruste tekkimise kohta on olemas kolm hüpoteesi:

Esimese hüpoteesi kohaselt on viirused tekkinud mõnede rakusiseste parasiitide taandarengu tulemusena. Teise hüpoteesi kohaselt said viirused alguse peremeesraku RNA-st või DNA- st. selle järgi omandasid plasmiidi taolised rakusisesed replitseeruvad DNA või RNA molekulid kapsiidivalkude geenid ja said sellega võime liikuda rakust rakku. Kolmanda hüpoteesi kohaselt on viirused arenenud prebiootilistest paljunevatest RNA molekulidest.

 

Inimest nakatavad viirused

Herpesviirused: Herpes Simplex Viirus 1 (HSV1) nakatab epiteelkoe rakke. Tuulerõugeviirus on ülimalt nakkuslik. Nakkus annab eluaegse immuunsuse selle viiruse suhtes. Epstein-Barr`i viirusega (EBV) on nakatunud 90% inimesest. Võib põhjustada nõrga immuunsüsteemiga inimestel kasvajaid.

Papiloomviirused: paljunevad epiteelkoe rakkude tuumades. Kutsub esile healoomulise kasvaja tekke, mida tuntakse konnasilmade ja soolatüügaste nime all.

Hingamisteede põletikke põhjustavad viirused: neid külmetushaigusi põhjustavad kaheksast erinevast perekonnast pärit enam kui 200 teadaolevat viirust.

Rinoviirused on piisknakkuse teel levivad haigused.

Enteroviirused paljunevad soolestiku rakkudes ning põhjustavad mitmesuguseid soolepõletikke ja kõhulahtisust.

Retroviirused on leukeemia (HTLV-1) ja immuunpuudulikkuse viirus ehk HIV.

Gripiviirus on äge hingamisteede haigus.

Loomade ja inimese organismis tekib viiruse vastu immuunvastus, mis peatab viiruse paljunemise, see on aluseks viirusvastastele kaitsevaktsiinidele.

Tänapäeval tehakse ka paljude viiruste vastu kaitsesüste, et tõsta inimese immuunsust igasuguste haiguste vastu.

Immuunsüsteemis etendavad olulist osa kaks komponenti. Nendeks on B-lümfotsüütide poolt toodetavad antikehad ja T-lümfotsüüdid. (Lümfotsüütideks nimetatakse teatud liiki vere valgeliblesid.)

Antikehad on valgulised kaitsemolekulid, mis seonduvad võõrvalkudega ja suunavad need lagundamisele.

Tsütotoksilised T-lümfotsüüdid hävitvad organismis võõrvalke tootvad rakud.

Mis kasu on viirustest?

Viiruste uurimine on oluliselt aidanud kaasa geenitehnoloogia tekkele ja arengule. Viirusi rakendatakse edukalt geenitehnoloogias. Seejuures kasutatakse ära viiruse genoomi omadust lülituda peremeesraku kromosoomi, millele järgneb vastavate geenide transkriptsioon ja translatsioon.