Ugrás a tartalomhoz

Molekuláris biológia I-II.

Bálint Miklós (2010)

Educatio Társadalmi Szolgáltató Nonprofit Kft.

4.26. A szubvirális patogének, viroidok

4.26. A szubvirális patogének, viroidok

Louis Pasteur és Robert Koch munkássága nyomán nyilvánvalóvá vált, hogy a mikroorganizmusok betegséget okoz(hat)nak (amelyeket korábban spontán kialakulásúnak hittek). A XX. század elején, amikor felfedezik a vírusokat az is nyilvánvalóvá válik, hogy ezen szubcelluláris elemek is betegségokozók lehetnek. A patogén ágensek száma jelenleg is nő, hiszen nyilvánvalóvá vált, hogy fertőző betegségeket okoznak a szubvirális elemek is, vagyis a viroidok és a prionok.

A PSTV-t, az ún. ,,potato spindle tuber disease”-féle burgonyabetegséget (hosszúkás, bütykös burgonya terem) 1920 körül észlelték. Hamar kiderült, hogy a ,,tulajdonság öröklődik”, de nem találták azt a mikroorganizmust, amely ezt továbbvinné. Ezért virális betegségre gyanakodtak. Az, hogy a megfelelő közvetítővírust sem tudták izolálni, nagyon zavaró volt, de nem volt meglepő, hiszen számos vírus izolálása nagyon nehezen ment.

1960 körül fedezték fel, hogy a PSTV fertőző anyaga jól izolálható a burgonya növényből. Meglepő volt az is, hogy a fertőző ágens még 100 000 g-s 4 órás ultracentrifugálás után sem volt kiülepíthető, tehát nagyon kicsinek kell lennie, sokkal kisebbnek, mint az eddig ismert bármely nukleinsav. Azonosítása azon az alapon történt, hogy az anyagot sem DN-áz, sem proteáz nem hasította, illetve hatástalanította. Így az ágens csak RNS lehetett. Hogy csupán nukleinsav legyen egy fertőző ágens, az nem egyedülálló jelenség, bár ez nagyon alacsony hatásfokú fertőzést biztosít. A viroid RNS-mérete is nagyon kicsi (120 kDa) (4.53. ábra).

 

4.53. ábra. A T7 fág-DNS és a PSTV elektromikroszkópos képe. Jól láthatók a 250 nm hosszú PSTV partikulumok (359 nukleotid hosszúak) szemben az 1400 nm hosszú T7 DNS-el amelyek 40 000 bpár hosszúak.

 

   

Bár a PSTV nukleinsavdarabkák szélessége akkora, mint egy kettős szálú DNS-é vagy RNS-é, szerkezete mégis egyedi. Ugyanis denaturálva kör alakú gyűrűszerű struktúrát mutat, vagyis egyláncú kovalensen összekötött RNS-gyűrűnek fogható fel (4.54. ábra). Vagyis a PSTV RNS egyik fele komplementaritás tekintetében megfelel a másik felének. Így alakulnak ki a rövid kettős láncú régiók, amelyeket nem bázispárosodó részletek váltanak fel.

 

4.54. ábra. A PSTV szekvenciája (fent). Az erősen konzervatív régió a nyilak között helyezkedik el. A komplementer kovalensen összekapcsolt lánc egymásra tekeredése látható. (lent).

 

   

A PSTV szerkezetének feltárása 1970 körül történt. Ezután számos nagyon fontos mezőgazdasági növény betegségéről kiderült, hogy azokat szintén viroidok okozzák (4.5. táblázat).

 

4.5. táblázat. Viroidok által okozott néhány növényi betegség.

 

   

A coconut cadang-cadang viroid (CCCV) például a Fülöp-szigeteken 30 millió kakaópálmát irtott ki. Manapság kb. 15-féle viroidot ismerünk, és mindegyik olyan szerkezetű, mint a PSTV (önkomplementaritású egyláncú kör), és mindegyik kb. 50%-os szekvenciahomológiát mutat a PSTV-vel.

Kiderült, hogy a viroidok eleve nem termelnek fehérjét – nincs is transzlációt indító AUG-kodonjuk vagy más mRNS-jellegzetességük. Az sem lehet, hogy a gazdagenomba beépült viroid a gazda-DNS genomját aktiválná. Így a szaporodásuk csak a növényi sejtek által termelt RNS dependens RNS-polimeráz által lehetséges (állati sejtek ilyen enzimet nem termelnek) vagy az RNS-polimeráz II révén. Bármelyik enzim is végzi ezt a feladatot, először egy concatamer cRNS keletkezik (a ,,rolling circle” mechanizmus szerint), amiről helyspecifikus hasítások, másolás és összekapcsolás után keletkezik a kész viroid. Tény, hogy a viroidok azok az autonom módon szaporodó entitások, amelyek semmiféle olyan enzimet sem kódolnak, ami a szaporodásukhoz szükséges lenne.

A viroidok a megtámadott növények fehérjeszintézisét zavarják meg. Feltételezhető, hogy a modern mezőgazdasági technikák tehetők nagyrészt felelőssé a viroidok nagyfokú elterjedésért. Tény, hogy a viroidok szekvenciája hasonlít a mitokondriumokban és a riboszómákban található ún. ,,self splicing intronokhoz”, vagyis önszerkesztő RNS-ekhez. Sőt az avocado sun blotch viroid (ASBV) esetén még bizonyos önhasító képességet is felleltek. Lehet, hogy a viroidok ,,megszökött” intronok?

Egy másik lehetőség az, hogy viroidok molekuláris fosszíliák, amelyek még az ún. RNS-világból maradtak fenn, és így még primitívebb fejlődési állapotot képviselnek, mint az intronok.

A hepatitisz D vírus (HDV) a viroidokhoz hasonló részletet tartalmaz. A hepatitisz B vírussal (HBV) fertőzött májsejteket fertőzi a HDV, és így súlyosbítja a gyakran fatális betegséget. A HDV is burokkal körülvett vírus, amely burokba van beágyazva a HBV három felszíni antigénje. A HDV core viszont tartalmaz egy egyláncú cirkuláris RNS-t – 1700 bázis hosszú – és ezt genominális RNS-nek nevezzük. Emellett van még egy fehérje, amit σ-antigénnek hívunk. (Ez a fehérje 195–214 aminosav hosszú, és a HDV egyetlen fehérjeproduktuma.)

A HDV az állati vírusok között a legkisebb, RNS-e cirkuláris, és 70%-ban bázispárosodott, egy nem elágazó rúdszerű struktúrát alkot. Érdekes módon egy 379 bázis hosszú szegmentum, amely csak alig fed át a genominális RNS kódoló részével, nagyon hasonlít a viroidok RNS-éhez, még az azokra jellemző erősen konzervatív régió is megvan benne (lásd a 4.54. ábrát).

A HVD genominális RNS-e (úgy, mint a viroid RNS-ek), cRNS formán keresztül replikálódik a ,,rolling circle” mechanizmus szerint. Az így keletkező cRNS-t antigenominális RNS-nek nevezzük.

Ezenkívül mind a genominális, mind az antigenominális RNS-ek ,,self splicingon” mennek keresztül, továbbá ennek fordítottján, a ,,self ligation”-on, ami az RNS-köröket képzi. Mindez arra utal, hogy a viroidhoz hasonló és a fehérjét kódoló HDV RNS-régiók külön-külön fejlődtek ki és valahogy egymáshoz kapcsolódtak. Vagyis egy viroid típusú partikulum is okozhat emberi betegséget.