Ugrás a tartalomhoz

Növényvírusok és virológiai vizsgálati módszerek

dr. Horváth József - dr. Gáborjányi Richard

Mezőgazda Kiadó

3. fejezet - A vírusok osztályozása és rendszertana

3. fejezet - A vírusok osztályozása és rendszertana

A vírusok fejlődéstörténeti rokonsága még nem tisztázott, csak egyes részletei ismertek, ezért egységes osztályozásuk nehézségekbe ütközik. Tekintettel arra, hogy a vírusok egy része (pl. rhabdovirusok) növényekben és rovarokban is szaporodik, ezért a gazdák szerinti osztályozás tudományos szempontból nem elfogadható. Ennek ellenére a könnyebb áttekinthetőség, valamint számos alapvető ismeret hiánya miatt a vírusokat gyakorlati szempontból a következők szerint csoportosíthatjuk: (1) növény-, (2) ember-, (3) állat-, (4) rovar-, (5) baktérium-, (6) gomba-, (7) alga- és (8) fitoplazmavírusok.

A vírusokkal kapcsolatos kezdeti kutatások során megállapítást nyert, hogy a virionok fénymikroszkóppal nem láthatók, táptalajon nem tenyészthetők és nem szűrhetők. A szűrhetőség volt az egyetlen olyan fiziko-kémiai tulajdonság, amelyből következtetni lehetett a vírus méretére. A legtöbb tanulmány ebben az időben a vírusok fertőzőképességével foglalkozott. Ezért a vírusok osztályozásának kezdeti próbálkozásai az általános patogén tulajdonságokat, ökológiai tulajdonságokat és az átvitel lehetőségeit vették figyelembe. A vírusokat a növényvírusok által előidézett tünetek (szimptómák) alapján csoportosították (vulgáris nevezéktan). Az azonos tüneteket mutató vírusokat egy csoportba sorolták („mozaik vírusok”), ahova olyan vírusok tartoztak (pl. dohány mozaik vírus = tobacco mosaic tobamovirus, karfiol mozaik vírus = cauliflower mosaic caulimovirus) (2. ábra), amelyekről ma már tudjuk, hogy tulajdonságaikban teljesen eltérnek egymástól.

2. ábra - A: dohány mozaik vírussal (tobacco mosaic tobamovirus) fertőzött Nicotiana tabacum cv. Samsun mozaikos levelei; B: tünetek a karfiol mozaik vírussal (cauliflower mosaic caulimovirus) inokulált Brassica rapa var. rapa levelén

A: dohány mozaik vírussal (tobacco mosaic tobamovirus) fertőzött Nicotiana tabacum cv. Samsun mozaikos levelei; B: tünetek a karfiol mozaik vírussal (cauliflower mosaic caulimovirus) inokulált Brassica rapa var. rapa levelén


A vulgáris nevezéktant később az ún. számkatalogizáló nevezéktan váltotta fel. A számkatalogizáló nevezéktan sem vitte előbbre a fejlődést, és lényegében alig jelentett változást a vulgáris nevezéktanhoz képest. A számkatalogizáló nevezéktanra jellemző, hogy a vírust a fő gazdanövény vulgáris (pl. tobacco = dohány), vagy latin genusznevével (pl. Nicotiana) és a vírus szóhoz csatolt számmal jelölte (pl. tobacco virus 1 vagy Nicotiana virus 1).

A számkatalogizáló nevezéktant később egy újabb nómenklatúra-rendszer váltotta fel, illetve egészítette ki. Ez az új nevezéktan csak annyiban tért el a számkatalogizáló nevezéktantól, hogy azt még a vírus egy speciális tulajdonságával egészítette ki. Így pl. a tobacco virus 1, illetve Nicotiana virus 1 az új nevezéktan alapján nagyfokú hőtoleranciája miatt a Nicotiana virus altathernus nevet kapta.

Az 1930-as évek végén Holmes (1939) egy újabb rendszert dolgozott ki. A kettős nevezéktan vagy binominális nómenklatúra az élő szervezetek elnevezéséhez hasonlóan nemzetség- és fajnevet használ. Az elnevezések alapját azonban ebben a rendszerben is a fő gazdanövényeken okozott tünetek képviselik. A mozaik típusú betegségeket a binominális rendszer pl. „Marmor” néven csoportosította, és a tobacco mosaic virust Marmor tabaci névvel jelölte.

A növénypatogén vírusoknak a fenti elvek alapján történt elnevezése egyre inkább tarthatatlanná vált. Bebizonyosodott ti., hogy a vírusok által előidézett szimptómák még ugyanabban a gazdanövényben is eltérőek lehetnek, amelyet a külső környezeti feltételek is lényegesen befolyásolhatnak, továbbá ugyanahhoz a vírusfajhoz tartozó különböző törzsek szimptomatológiailag ugyanabban a gazdanövényben eltérően viselkedhetnek. A fő szimptómákra alapozott vírusnevezéktan tehát nem bizonyulhatott véglegesnek. Először Bawden (1950) vetette fel, hogy a vírusok csoportosítására a virion tulajdonságai a legalkalmasabbak. Ennek figyelembevétele alapján született meg a növénypatogén vírusok újabb csoportosítása, amelynek alapját a pálcika alakú vírusok (rod-shaped viruses), ill. a fonal alakú vírusok (filamentous viruses) képezték (Brandes és Bercks, 1965). A pálcika, ill. a fonal alakú vírusokat hat csoportba sorolták, és mindegyik csoportot egy-egy jól ismert, reprezentatív vírusról nevezték el: (1) tobacco rattle virus csoport, (2) tobacco mosaic virus csoport, (3) potato virus X csoport, (4) potato virus S csoport, (5) potato virus Y csoport és (6) beet yellows virus csoport.

Lwoff et al. (1962), Lwoff és Tournier (1966) véleménye szerint a virion szerkezetére vonatkozó négy jellemző tulajdonság alapján is lehetőség van a vírusok osztályozására. Ez a „lényeges integránsnak” nevezett négy jellemző tulajdonság a következő: (1) genetikai anyag, DNS vagy RNS, (2) virion-szimmetria, (3) nukleokapszid: csupasz vagy burkolt és (4) mennyiségi adatok (a nukleokapszid átmérője, a kapszomérek száma).

Az Ideiglenes Vírus Nómenklatúra Bizottság (Provisional Committee of Nomenclature of Viruses, P.C.N.V.) 1966-ban újabb ajánlatokat terjesztett elő, amelyet Pereira (1966) a következőkben körvonalazott: a) az állatok, növények és baktériumok vírusait egyetlen törzsben (Vira) kell csoportosítani, b) a törzset altörzsekbe, osztályokba, rendekbe, családokba, nemzetségekbe és fajokba kell beosztani, c) a nemzetségeknek latin vagy latinos nevet kell adni „virus” szóvégződéssel. Mindegyik nemzetséget egy jól ismert, autentikus fajjal kell tipizálni. A típusfajt nemzetközi kultúra-kollekcióban kell fenntartani, d) minden családot egy típusnemzetségről kell elnevezni, amelyhez az „idae” toldalékszócskát kell csatolni, e) a kódban ne legyen elsőbbségi jog, f) a P.C.N.V. elé olyan hagyományos névjegyzéket kell terjeszteni, amelyben fenntartják a közhasználatban levő vírusneveket, g) személyek neveivel, anagrammákkal, betűjelzésekkel, hibridnevekkel vagy értelmetlen nevekkel megjelölt taxonok nem fogadhatók el, és h) az elfogadható új neveket jogi bizottság útján a Nemzetközi Nómenklatúra Bizottság (International Committee of Nomenclature, I.C.N.) elé kell terjeszteni.

A Gibbs et al. (1966), Gibbs (1969) által előterjesztett alternatív rendszer nem kísérli meg a vírusoknak mint konvencionális organizmusoknak a kezelését. Rendszerük az ún. Adanson-féle elveken alapszik, azaz az organizmusok csoportosításának olyan módszerén, amely a legtöbb közös vonást veszi figyelembe. Gibbs és munkatársai (1966) azzal indokolják elképzelésüket, hogy jelenleg nem ismerik eléggé az egyes tulajdonságok relatív fontosságát, ezért valamennyi jellegzetesség egyformán fontos. Gibbs et al. (loc. cit.) szerint a vírusokat népnyelvi, triviális nevekkel és az egyes ismert és még nem ismert tulajdonságokat tartalmazó kriptogrammal kell megjelölni.

A Vírusok Nemzetközi Nómenklatúra Bizottsága (ICNV) 1973-ban Vírustaxonómiai Nemzetközi Bizottsággá (International Committee on Taxonomy of Viruses, ICTV) alakult. Az ICTV jelenleg 6 albizottságból, 45 csoportból és mintegy 400 virológusból áll. Az ICTV mexikói értekezletén két víruscsalád és 24 vírusnemzetség elnevezését fogadta el (Wildy, 1971). Ezt követően az ICTV 1971 és 1991 között öt jelentést állított össze, amelyben megtalálhatóak azok az újabb eredmények, amelyek a vírusok osztályozásával és elnevezésével kapcsolatosak (Wildy, 1971; Francki et al., 1991). Az ICTV hatodik jelentésében már 164 nemzetségbe és 24 nem végleges nemzetségbe tartozó, több mint 3600 vírusfajról számol be (Murphy et al., 1995).

A jelenlegi univerzális vírustaxonómiai rendszer az alábbi négy kritériumra épül: (1) a vírusgenom típusa, (2) a vírusgenom egy- vagy kétszálúsága, (3) a fordított transzkripció (átírás) lehetősége, (4) a vírusgenom polaritása (Murphy et al., 1995; Mayo, 1996; Pringle, 1998; Mayo és Pringle, 1998).

A legújabb vírustaxonómiai kiadvány (Murphy et al., 1995) vázlatosan, diagramokban szemlélteti a víruscsaládokat és nemzetségeket, a vírus fő gazdája (primer gazda) szerint. A növényeket (primer gazdákat) fertőző vírusok kettős szálú dezoxiribonukleinsav-tartalmú vírusokra (dsDNA) és egyszálú dezoxiribonukleinsav-tartalmú vírusokra (ssDNA), valamint egyszálú ribonukleinsav-tartalmú (ssRNA) és kettős szálú ribonukleinsav-tartalmú vírusokra (dsRNA) csoportosíthatók (3. ábra).

3. ábra - Növénypatogén vírusok családjainak és nemzetségeinek vázlatos ábrázolása. dsDNA = kettős szálú dezoxiribonukleinsav, ssDNA = egyszálú dezoxiribonukleinsav, dsRNA = kettős szálú ribonukleinsav, ssRNA = egyszálú ribonukleinsav, (–) = negatív szálú vírus, (+) = pozitív szálú vírus. Méretjelző = 100 nm [Murphy et al., 1995 után]

Növénypatogén vírusok családjainak és nemzetségeinek vázlatos ábrázolása. dsDNA = kettős szálú dezoxiribonukleinsav, ssDNA = egyszálú dezoxiribonukleinsav, dsRNA = kettős szálú ribonukleinsav, ssRNA = egyszálú ribonukleinsav, (–) = negatív szálú vírus, (+) = pozitív szálú vírus. Méretjelző = 100 nm [Murphy et al., 1995 után]


Az egyszálú RNS-vírusok (ssRNA) tovább csoportosíthatók negatív (–) értelmű [ssRNA(–)] és pozitív (+) értelmű [ssRNA(+)] vírusokra. A negatív (–) jelölés azt fejezi ki, hogy a negatív szálú vírusok esetében szükség van egy kiegészítő szál szintézisére is, mielőtt a transzláció megindulna. A pozitív (+) jelölés azt fejezi ki, hogy a vírus-RNS hírvivő (messenger) RNS-ként viselkedik, ami arra utal, hogy sejtmentes transzlációs rendszerekben közvetlenül képes fehérjék átírására.

Vírusrendek

A vírusrend a víruscsaládok csoportjából áll. A vírusrendeket a -virales képző (rag) fejezi ki. A növénypatogén vírusok jelenlegi ismereteink szerint két rendbe (Mononegavirales, Nidovirales) sorolhatók (Pringle, 1998).

Víruscsaládok és alcsaládok

A víruscsaládok a vírusnemzetségek csoportjából állnak; közös tulajdonságokkal rendelkeznek és megkülönböztethetők más víruscsaládok tagjaitól. A víruscsaládokat a -viridae képző (rag) fejezi ki, pl. Potyviridae, ahova több vírusfaj is tartozik (burgonya Y-vírus = potato Y potyvirus). A víruscsaládok nagy része különbözik a virion morfológiájában, a genomstruktúrában, a replikációs stratégiában stb. Négy családban (Poxviridae, Herpesviridae, Parvoviridae és Paramyxoviridae) ún. alcsaládok bevezetésére került sor, amelyek jelölésére a -virinae képzőt használják, pl. Alphaherpesvirinae.

Vírusnemzetségek

A vírusnemzetségek a vírusfajok csoportjából állnak; közös tulajdonságaik vannak, és különböznek más nemzetségek vírustagjaitól. A vírusnemzetségeket a -virus képző (rag) fejezi ki, pl. Potyvirus.

A vírusnemzetségek vírusfajaira egyaránt az alábbiak jellemzőek: a) a vírusrészecskék szerkezete azonos, összetételük nagyon hasonló, b) a genom stratégiája hasonló, c) ökológiai életciklusuk hasonló, d) eltérnek természetes és mesterséges gazdanövénykörükben, e) eltérnek a gazdanövényeiken okozott tünetekben (szimptómákban), f) eltérnek vektoraikban.

Vírusfajok

Az osztályozásban a legfontosabb hierarchikus szint a vírusfaj, amelyet 1991-ben az ICTV elfogadott (Francki et al., 1991; Van Regenmortel, 1991, 1997).

Vírustörzsek

A gazdanövénykör és a tünetek nem taxonómiai értékűek. Ennek ellenére, ha két vírusfaj virulenciában különbözik egymástól, de gazdanövénykör tekintetében nem, akkor azok minden valószínűséggel ugyanazon vírus különböző törzseinek tekintendők.

Vírusizolátumok

Egy vírusfaj gazdanövényköre és a gazdanövényeken létrehozott tünetek a vírusok igen változó tulajdonságainak tekintendők. Ugyanis ismert, hogy akár egyetlen nukleotid megváltozása (mutáció) megváltoztathatja az izolátum virulenciáját. Tehát ha két vírusizolátumnak ugyanaz a gazdanövényköre és azokon ugyanazokat a tüneteket idézik elő, akkor feltehetően ugyanannak a vírusnak az izolátumairól van szó. Ez a következtetés annál meggyőzőbb, minél több gazdanövényre terjed ki a fenti megállapítás.

A vírusok tulajdonságainak felhasználása a taxonómiában

A laboratóriumi technika tökéletesedése következtében a vírusok jellemzése gyors előrehaladást és ugyanakkor a taxonómiában is változásokat idézett elő. A vírustaxonómia jelenleg a következő tulajdonságokat veszi figyelembe:

Morfológia (a virion alakja és mérete, a peplomérek megléte vagy hiánya, a peplomérek természete, a burok jelenléte vagy hiánya, a kapszid szimmetriája és struktúrája).

Fizikokémiai és fizikai tulajdonságok [a virion molekulatömege, a virionsűrűség (céziumkloridban, cukoroldatban), a virion ülepedési állandója, a pH-tűrés, a hőtűrés, a kationtűrés, az oldhatósági stabilitás, a detergens ellenállóság, a besugárzási stabilitás, a nukleinsav típusa (RNS vagy DNS), a genom mérete, a nukleinsavszálak (egyszálú, kétszálú), a nukleinsav térbeli szerkezete (lineáris vagy cirkuláris), a nukleinsav polaritása (pozitív, negatív vagy ambiszenz), a szegmentek száma és mérete, a nukleinsav-szekvencia, ismétlődő szekvenciák jelenléte, az izomerizáció megléte, a G+C arány, az 5’-végi szekvencia jellege, az 5’-véghez kovalens kötéssel kapcsolódó genomhoz kötött fehérje megléte vagy hiánya, a 3’-vég poli-adenilált farok megléte vagy hiánya].

Fehérjék (a strukturális fehérjék száma, mérete és működése, a nem strukturális fehérjék száma, mérete és működése, az enzimfehérjék működése, mint pl. a transzkriptáz, reverz transzkriptáz működése stb.).

Lipidek.

Szénhidrátok.

Antigén tulajdonságok.

Biológiai tulajdonságok [a természetes gazdakör, az átvitel módja a természetben, a vektorkapcsolatok, a földrajzi elterjedés, a patogenitás, a betegséggel való kapcsolat, a szövetek tropizmusa, a patológia, a szövetpatológia, a genomszerveződés és -replikáció, -replikációs stratégia, a nyitott olvasási keret (open reading frame, ORF) helyzete és száma, a transzkripciós sajátosságok, a transzlációs sajátosságok, a poszt-transzlációs folyamatok, a virion proteinek felhalmozódási helye, a virion összeépülésének helye, a virion kialakulásának és kiszabadulásának helye és természete].