INFECTIOUS DISEASE

VİROLOJİ- BÖLÜM BEŞ
VİRAL GENETİK

Dr Margaret Hunt
Professor Emerita
University of South Carolina School of Medicine

Çeviren.
Prof. Dr. Selçuk Kaya
İzmir Katip Çelebi Üniversitesi, Tıp Fakültesi
 

ÖĞRETİM HEDEFLERİ
Hayvan viruslarının genetiğine giriş
 

GENEL

Virüsler hızlı bir şekilde büyürler ve hücre başına genelde büyük miktarda virion soyları bulunur. Bu yüzden kısa bir zaman dilimi içinde mutasyon olma şansı daha fazladır.
Viral genomun doğası (RNA veya DNA; bölünmüş yada bölünmemiş) virüslerin genetiğinde önemli bir rol oynar.
Virüsler mutasyon veya yeniden birleşme (rekombinasyon) nedeniyle genetik olarak değişebilirler

MUTANTLAR

Köken

Spontan mutasyonlar

Bunlar viral üreme sırasında doğal olarak ortaya çıkar, örnegin genom-üreme polimerazı esnasındaki hatalar sonucu veya bazların tautomeric (iki izomer arasındaki dinamik denge) formlarının birleşmesi sonucu.
DNA virüsleri RNA virüslerine göre genetik olarak daha stabil olmaya meyillidir. Konak hücrede DNA onarımı için hata düzeltme mekanizmaları bulunurken, RNA için muhtemelen bu yoktur. Bazı RNA virüsleri kayda değer bir bicimde doğada sabit değerdedir.
Muhtemelen bu virüslerde diğer RNA virüsleri ile aynı oranda yüksek mutasyon oranı bulunur ancak bulaşma ve üremeye yüksek adaptasyonları sayesinde küçük değişimler ana virüs (yabani-tür, brüt) ile mücadelede başarısız olur.

Mutasyonlar fiziksel veya kimyasal vesileler ile oluşur

Kimyasal
Bazlara direk etki eden etmenler mesela nitröz asit
Endirek etmenler örnegin baz analogların normal bazlara göre daha sık yanlış eşleşmesi sonucu oluşan mutasyonlar

Fiziksel
X - ışını veya ultra viole ışınlar gibi etmenler

Mutasyon tipleri

Mutantlar nokta mutant olabilir (bir bazın başka biri tarafından yer değiştirmesi) veya ekleme/silme mutantlar.

Mutant Virüslerde görülen Fenotipik degisim cesitlerinin örnekleri

(fenotip= bir organizmanın gözle görünen özellikleri)

Koşullu ölümcül mutantlar

Bu mutantlar diğerlerinden (yabani tipdeki virüsler her iki şart altinda da coğalırlar) farkli olarak sadece bazı sartlar altinda çoğalırlar.

Örnek olarak ısıya duyarli olan mutantlar (ts) - Bunlar 31 C derece gibi düsük isilarda büyürler ancak örnegin 39 C derecede buyumezler, yabani tipler 31 ve 39 C dereceler arasında büyürler. Öyle görünüyorki bunun sebebi genellikle değiştirilmiş proteinin yüksek sıcaklıklarda fonsiyonel bir adaptasyon sağlayamamasıdır.

Örnek olarak konak çeşiti - Bu mutantlar sadece bazı hücre tiplerinde büyürler ancak yabani çeşitteki virüsler büyürler - bu çeşit mutantlar viral enfesksiyonda konak hücrenin rölünü incelemek icin bazı yollar sağlarlar.

Plak boyutu

Plaklar yabani virüs çeşitlerine göre daha büyük veya daha küçük olabilirler, bazen bu tip mutantlar değişmiş patojenlik gösterirler.

İlaç direnci

Anti-viral etmenlerin geliştirilmesinde bu önemlidir - Mutantlarda ilaca karşı direncin artma ihtimali sürekli göz önünde bulundurulmak zorundadır.

Enzim eksiği mutantlar

Bazi viral enzimler her zaman gerekli değildir ve bu yüzden enzim eksiği mutantların izole edilmesi uygulanabilir; örneğin herpes simpleks virüsü timidin kinaz her zaman doku kültüründe gerekli değildir ancak sinirsel hücrelerin enfeksiyon olmasında önemlidir.

"Sicak" Mutantlar

Bunlar yabani virüs tiplerine göre yüksek sıcaklıklarda daha iyi büyürler. Bunlar daha ölümcül olabilirler çünkü konağın yüksek ateşi bu mutantlar üzerinde çok küçük etkisi olur ancak yabani tipdeki viryonların üremesini yavaşlatabilir.

Zayıflatılmış mutantlar

Bircok viral mutantlar ana virüslere göre daha hafif semptomlara (veya sıfır semptoma) sebep olur - bunlara zayıflatılmış denir. Bunlar aşı gelistirilmesinde potansiyel bir role sahiptir ve aynı zamanda ana virüslerin neden zararlı olduğunu belirlemede yararlı bir araçtırlar.
 

GENETİK MATERYAL DEGİŞİMİ

Rekombinasyon

Iki genom arasında genetik bilgi degisimi.

"Klasik" rekombinasyon

Bu nukleik asitlerdeki kovalent baglarin kirilmasi, genetik bilgilerin degisimi ve kovalent baglarin yeniden olusmasini kapsar.

Bu cesit kirilma/ekleme rekombinasyonu DNA dirüsleri veya DNA fazı (retrovirusler)na sahip RNA larda yaygindir. Konak hücre DNA icin rekombinasyon sistemlerine sahiptir.

RNA virüslerinde bu cesit rekombinasyonlar cok seyrektir ( Muhtemelen RNA rekombinasyonu icin konak enzimleri bulunmamaktadir). Picorna virusler cok kücük oranda rekombinasyon verimi gösterirler. Mekanizma standart DNA mekanizmasından farklıdır ve muhtemelen içinde polimerazın RNAyı kopyalarken taslakları yer değiştirdiği bir "kopya secim" mekanizması türüdür (Şekil 1) .

Rekombinasyon korona viruslerde de yaygındır - Burada da mekanizma DNA’nın durumundan farklıdır ve muhtemelen virus içinde RNA’nın olağan dışı sentezinin sonucudur.

Simdiye kadar negatif sarmallı RNA virüslerindeki rekombinasyonun gecerli vrüslerin artışına neden olduguna dair bir kanit bulunamamistir (Bu virüslerde, genomik RNA nucleokapsidlerde paketlenir ve gen eşleşmesi için hazır durumda değildir)

 

Rekombinasyon tekniklerinin kullanım cesitleri

•  Genomların haritalandırılması ( iki genin birbirinden daha uzak olmasi ikisi arasindaki rekombinayonun olma olasılığını artırır.)

• Markır kurtarma - Yabani virüs cesitlerine ait DNA parcaları (fragmentleri) yabani tipde virüs olusturmak icin mutant virüslerle rekombine edilebilinir. Bu, genomdaki belirli bir bölgeye gen fonksiyonu verilmesi icin bir yol saglar.

Hatta bu bir gene yabanci bir materyalin yerlestirlmesi icin de bir yol saglar (Şekil 2).
Rekombinasyon virüslere aynı tip virüslerden ve nadiren aynı tip olmayan virüslerden veya konak genomdan genetik bilginin alınmasına olanak sağlar (bazi retro virüslerde oldugu gibi - retrovirüslere bakınız)
 

Yeniden Dizilim

Eger bir virüsün segmentli genomu var ise ve bu virüsun iki degiskeni bir hücreye bulaşırsa, bazı segmentleri bir ebeveynden ve bazi segmentleri de diger ebeveynden olmak üzere viryon soylarinin oluşmasını sağlar.

Bu etkili bir prosesdir - fakat segmentli virüslere uygalanabilir - şimdiye kadar segmenti genomlarla karakterize edilmis insan virüsları sadece RNA virüsleridir ve bunlara örnek olarak orthomyxovirüsler, reovirüsler, arenavirüsler, bunya virüsleri verilebilinir.
Yeniden dizilim dogada özgün reassortantların (iki ya da daha fazla benzer virüsten elde edilen genetik materyal) olusumunda önemli bir rol oynayabilir ve labaratuar deneylerinde de fayda sağlar (Şekil 3).

Genomlarin farklı segmentlerine fonksiyon yüklenmesinde de kullanılmıştır. Örnegin, yeniden dizilmis bir virüsde bir segment A virüsünden geliyorsa ve gerisi B virüsünden geliyorsa, hangi özelliklerin A virüsüne ve hangilerinin B virüsüne benzedigini görebiliriz.
Yeniden dizilim klasik olmayan bir rekombinasyonun türüdür
 

Uygulamalı genetik
Yukarda tartışılan prensiplerin bir kismını içeren grip virüsü icin kullanılan Flumist (LAIV, Haziran 2003 onaylanmistir) denilen bir aşı vardir. Aşı üclüdür - 3 soy grip virüsü icerir.

Virüsler 25 ve daha soğuk C derecede üst solunum yollarında da buyuyen soğuğa adapte olmuş soylardır. Virüsler sıcaklığa duyarlıdır ve sıcak alt solunum yollarında yavaş büyür. Virüsler zayıflatılmış suşlardır ve yabani tipdeki virüslerden daha az patojeniktir. Bunun nedeni cesitli genom segmentlerinde olan birden fazla degisikliktir.

Grip virüsü yüzey proteinlerine (HA - hemagglutinin ve NA - neuraminidase) karşı antikorlar enfeksiyondan korunma için önemlidir. HA ve NA yıldan yıla değişir. Aşı teknolojisi zayıflatılmış, soğuğa adapte olmus virüs ve yeni dönemde problem olacak virüslerin HA ve NA kodlu segmentlerini yeniden dizilişi teknikleri kullanarak 6 gen segmentli reassortant virüsleri elde eder.

Aşı yasayan bir aşıdır ve burun içi yoluyla sprey olarak verilir ve mukozal ve sistemik bağışıklığı başlatır.

Yakin gecmiste yaşayan zayıflatılmış bir reassortant rotavirüs (RotaTeq from Merke) aşısı olarak onaylanmıştır. Diğer bir zayıflatılmış aşı, Rotarix(Glaxo) geliştirilme aşamasındadir.
 

Komplementasyon

Nükleik asit seviyesinde olmayan sadece fonksiyonel seviyede olan etkileşim.
Örnegin, Eğer farklı genlerdeki iki ısıya duyarlı mutantı lezyonlarıyla birlikte (ısı duyarlı) alırsak, hiçbiri yüksek sıcaklıkta (tavsiye edilmeyen) büyüyemez. Eger aynı hücreye iki mutantı birlikte bulaştırdığımızda ise her mutant diğerinin eksik fonksiyonlarını tamamlayabilir ve böylece üreyebilirler (yinede viryon soyları hala mutant genomlarını icerecek ve ısıya duyarlı olacaklardır).

Isıya duyarlı mutantları gruplamak için komplementasyonu kullanabiliriz çünkü aynı gendeki ısıya duyarlı genler birbirini genelde tamamlayamazlar. Bu metod mutasyonların aynı mı yoksa farklı genlerde mi olduğunu belirlemek ve bir fonksiyonu etkileyen minimum sayıdaki geni bulmak için genetikte kullanılan temel bir araçtır.
 

Multiplisite (çesitlilik) Reaktivasyonu

Ültraviyole ışınlar kullanarak çift sarmallı DNA virüsleri deaktive edilirse ve hücrelere cok yüksek enfeksiyon mültiplisitisinde (mesela hücre başına bol miktarda virüs partikülleri) deaktif virüsler bulaştırılırsa genelde reaktivasyonu görürüz. Bir viryonda deaktive edilen genler başka birinde hala aktif olabildiği için muhtemelen komplementasyon virüslerin baslagıçta büyümelerine izin verir. Genom sayıları üremeden dolayi arış gösterdikçe rekombinasyon olur ve yeni genotiplerin oluşumuna ve bazen yabani tipde virüslerin oluşumuna neden olur.

Hatalı-defektif Virüsler

Defetif virusler bulasici bir dönemi tamamlamak icin gerekli olan tam gen tamamlanmasini yapamazlar (cogusu delesyon mutantlardir) ve bu yuzden eksik olan fonksiyonlari tamamlamak icin baska virüslere ihtiyac duyarlar - bu ikinci virüse yardımcı virüs denir.

Defektif virüsler genomlarini kopyalamak için ve genomlarını paketlemek için polimeraza sadece gerekli sinyalleri sağlamak zorundadır, daha fazlasını değil. Bazı defektif virüsler kendileri için daha fazlasını yaparlar.

Defektif virüslere örnekler:

Bazı retrovirüsler konak hücresi dizilimlerini almıştır ancak bazı viral fonksiyonlarınıda kaybetmiştir. Bu virüsler bu fonksiyonlarıını kaybetmemiş kendilerine çok yakın virüslere yardımcı olarak ihtiyaç duyarlar.

Bazı defektif virüsler ilgisiz virüsleri yardimcı olarak kullanırlar: Örnegin, hepatit delta virüsü ( bir RNA virüsü) kendi zarf proteinleri için kodlamaz ancak hepatit B virüsünün zarfını kullanır (bir DNA virüsü).
 

Defektif interfere edici partiküller

Yardimcı virüslerin replikasyonu eğer defektif virüs (partikül) yoksa daha az efektif olabilir. Bunun nedeni defektif partiküllerin yardımcı virüsün sağladiğı yardımcı fonksiyonlar için yarışmasıdır. Bu fenomen interferans olarak bilinir ve bu fenomene sebep olan defektif partiküller de defektif interfere edici partiküller (DI) olarak bilinir. Tüm defektif virüsler interfere olmasada coğu öyledir.

Defektif interfere partiküllerin dogal enfeksiyonları modüle edebileceğini not ediniz.
 

Fenotipik karışım

Eğer iki farklı virüs bir hücreyi enfekte ederse, virüs soyları kabuk komponentlerini iki ebeveyndende alabilir ve ebeveynlerinin kabuk özeliklerine sahip olur. Buna fenotipik karışım denir (Şekil 5). GENETIK MATERYALDE DEGISIKLIK OLMAZ, virüs soyları zarf doğalarına göre değil ebeveynlerin genomlarına göre paketlenir.
Fenotipik karışım birbirine benzeyen virüsler arasında da olur örnegin Picornavirüs ailesinin farkli üyeleri veya genetik olarak birbrinden bağımsız virüsler arasında, örneğin Rhabdo ve Paramyxo virüsler. Bir sonraki durumda karışan iki virüs genelde zarflanmıştır çünkü başka virüslerin ikohedral kapsidlerinde nukleik asidi paketlemeye göre başka virüslerin zarflarında nukleokapsitleri paketlemede daha az kısıtlama olduğu görünüyor.
 

Bazı durumlarda tamamen başka bir virüsun kabuğuyla karşılaşılabiliriz, örneğin rhabdovirüs zarfındaki retrovirüs nükleokapsid. Bu çeşit fenotipik karışım bazen pseudotip (pseudoviryon) formasyon olarak tanımlanır (Şekil 6). Yukarda açıklanan pseudotip, rhabdovirüslerin karekteristik tutunma-penetrasyon- yüzey antijenliğini gösterir ve bir enfeksiyon anında retrovirüs olarak davranır ve retrovirüs soyları üretir. Bunun sonuncuda pseudotiplerde değismiş konak çeşidi/dokusu tropizmi geçici olarak gelişir.

  Mikrobiyoloji ve İmmünoloji On-line, Viroloji Bölümüne Dönünüz

This page last changed on Sunday, June 05, 2016
Page maintained by Richard Hunt