Ugrás a tartalomhoz

Növényvírusok és virológiai vizsgálati módszerek

dr. Horváth József - dr. Gáborjányi Richard

Mezőgazda Kiadó

4. fejezet - A vírusok adatbázisa

4. fejezet - A vírusok adatbázisa

Az újabb és újabb gazda–vírus kapcsolatok megállapításával lényegesen kiszélesedett a vírusok földrajzi elterjedése is. A vírusdiagnosztikai technikák és a molekuláris virológiai vizsgálatok egyre biztonságosabbá váltak. Az ICTV 50 víruscsaládot, 9 alcsaládot, 164 nemzetséget és több mint 3600 vírusfajt regisztrál, és jelentősen több a vírustörzsek, altípusok és a kellőképpen nem identifikált vírusok száma. Megállapítható, hogy jelenleg a világ víruslaboratóriumaiban mintegy 30 000 víruskultúrát tartanak nyilván. A vírusok adatbázisa mintegy 500–1000 tulajdonságot vesz figyelembe (cf. Boswell et al., 1986). Ezeket a tulajdonságokat az Univerzális Vírus Adatbank az ICTVDB (International Committee on Taxonomy on Viruses Database) őrzi. A növényvírusok adatbázisát (VIDE Project = Virus Identification Data Exchange) az Ausztráliai Nemzeti Egyetem (Australian National University, Canberra, Australia) az angol Nemzetközi Kertészeti Kutatási Központtal (Horticulture Research International, Littlehampton, UK) és a Mezőgazdasági és Élettudományi Nemzetközi Központtal (Centre for Agriculture and Biosciences International, Wallingford, UK) együtt kezeli. A VIDE adatbázis jelenleg 55 nemzetségbe tartozó, több mint 890 vírusfaj 569 jellemzőjét tartalmazza (Boswell et al., 1986; Brunt et al., 1990; Brunt et al., 1996b).

Az adatbázis szerepe a vírusidentifikálásban

Az adatbázis elvi szempontjai

A vírusokat – mint obligát sejtparazitákat – két, nem összefüggő fázisból álló biokémiai életciklus különbözteti meg a mikroorganizmusoktól. A diszperzív fázisban (1) a vírusok olyan részecskék, amelyek a genomot egy fehérjeburokban (köpenyfehérje) tartalmazzák. Egyes vírusok virionjai még enzimeket is tartalmaznak, gyakran vírus-transzkriptázokat, de sohasem katabolikus enzimeket vagy transzfer-RNS-t (t-RNS). A reproduktív fázisban (2) a vírus a fogékony gazdanövénybe kerül és ott szétbomlik. Ekkor a vírusgének metabolikusan aktívvá válnak, megváltoztatják a gazdanövény anyagcseréjét úgy, hogy az lemásolja a vírusgenomot és vírusfehérjéket hoz létre. Ezt követően az „utód” genomok és a vírusfehérjék egyesülnek, virionokat hoznak létre. A fentiekre tekintettel tehát a vírusok életciklusában metabolikusan inaktív virionok és reprodukálódó vírus-makromolekulák váltakoznak. Mindkét fázis (diszperzív és reproduktív) olyan információkat szolgáltat, amelyek a vírusok (egy új vírus) meghatározásához és jellemzéséhez feltétlen szükségesek. A diszperzív fázisban lévő virionok biokémiailag jellemezhetők, a reproduktív fázis pedig információt nyújt a vírus gazdanövénykörére, a tünetekre és a replikációs stratégiára (Boswell és Gibbs, 1983).

Az adatbázis gyakorlati szempontjai

Egy új vírus identifikálása abból áll, hogy megállapítjuk az ismeretlen vírus tulajdonságait és azokat összehasonlítjuk a már ismert vírusok tulajdonságaival; ennek alapján eldönthető, hogy az „ismeretlen” vírust korábban leírták-e. A korábban leírt vírusok nagy része megfelelően jellemzett, és ezek a jellemzők (specifitások) az ún. „Adatbázis”-ban vannak tárolva (Boswell és Gibbs, 1983; Boswell et al., 1986; Brunt et al., 1990, 1996). Az „Adatbázis”-ban tárolt vírus-jellemzők összehasonlíthatók az „ismeretlen” vírusról szerzett információkkal. Ennek alapján kerülhet meghatározásra az a víruscsoport, ahova az „ismeretlen vírusfaj” tartozik. A víruscsoportnak és a vírusfajnak azonban nincsenek abszolút kritériumai, csupán a célszerűség miatt került sor ilyen taxonok megállapítására. A vírusnemzetség (csoport) olyan vírusok kollekciója, amelyeknek közös tulajdonságaik vannak; egy ilyen csoportosítás már nagymértékben segíti az „ismeretlen” vírus meghatározását.

Az egyes vírusnemzetségeket az alábbi közös tulajdonságok jellemzik: (1) a víruspartikulumok azonos szerkezete és csaknem azonos összetétele, (2) hasonló genomstratégia, (3) hasonló ökológiai életciklus, (4) hasonló természetes és mesterséges gazdanövénykör, (5) azonos növényfajokon okozott azonos tünetek, (6) azonos vektorfajok. A víruspartikulumok azonos szerkezetére (összetételére), a hasonló genomstratégiára és a hasonló ökológiai életciklusra vonatkozó adatok igen hasznosak az „ismeretlen” vírus faji hovatartozásának az előrejelzésére; ezek a tulajdonságok azért is fontosak, mert tükrözik evolúciós kapcsolatukat, azokat a tulajdonságokat, amelyeket a közös őstől örököltek.

A természetes és mesterséges gazdanövénykörre, a tünetekre és a vektorokra vonatkozó adatok egymagukban nem adnak elégséges információt az identifikáláshoz. Az „Adatbázis” kétharmada mégis a gazdanövények vírusfogékonyságára vonatkozó ismereteket tartalmazza annak ellenére, hogy minden virológus egyetért Hamilton et al. (1981) véleményével, mely szerint a tesztnövények és a tünetek a vírusidentifikálásban nem a legfontosabbak, de a vírusok standardizálásában nélkülözhetetlenek. Ezt bizonyítja az a tény, hogy a tünetek, amelyeket az „ismeretlen” vírus egy standard indikátornövény-soron létrehoz, feltehetően a leghasznosabb információk arra vonatkozóan, hogy az adott vírus nem tagja-e egy bizonyos víruscsoportnak.

A vírusidentifikálás stratégiája

Egy „ismeretlen” vírus identifikálása során a diagnosztikai stratégiának három követelményt kell kielégítenie: (1) a víruspartikulumok szerkezete, összetétele, a genomstratégia és az ökológiai életciklus alapján megállapítani, hogy az „ismeretlen” vírus melyik vírusnemzetségbe (csoportba) tartozik, (2) a gazdanövénykörökben, a tünetekben és a vektorokban megnyilvánuló eltérések alapján különbséget kell tenni az egyes vírusfajok között, (3) a provizórikus diagnózist specifikus vírusdiagnosztikai módszerek-kel (szerológia, nukleinsav-hibridizáció, nukleotid- vagy aminosav-sorrend, immuno-elektronmikroszkópos vizsgálat stb.) kell kiegészíteni.

Egy ismeretlen vírus identifikálása során a vírust jellemző tulajdonságok megállapításán kívül szükség van a korábban leírt vírusokról szerzett információkra is, amelyeket az „Adatbázis” tartalmaz. A pragmatikus, vagy logikai identifikációs stratégia a különböző forrásokból szerzett információkra épül (20. ábra). A pragmatikus stratégia azon a tényen alapul, hogy mindegyik vírus egy meghatározott gazdanövénykörrel rendelkezik, ami kiterjed egynéhány vagy több növénycsaládra, és ezeket a növényeket könynyebb identifikálni, mint a vírusokat. Először a vírus természetes gazdájának meghatározására kerül sor, majd ezt követően meg kell állapítani, hogy az adott gazdanövényből korábban milyen vírust vagy vírusokat izoláltak, és ezeknek a vírusoknak a tulajdonságait össze kell hasonlítani az ismeretlen vírus tulajdonságaival. Bizonytalan esetekben szerológiai és nukleinsav-hibridizációs vizsgálatot kell végezni. A fentiekre tekintettel az identifikációs stratégia iránya a 20. ábra felső részén kezdődik, és folytatódik a specifikus összehasonlító tesztekkel. A logikai identifikációs stratégia első lépése annak a megállapítása, hogy az ismeretlen vírus melyik víruscsoport csoportspecifikus tulajdonságaihoz (víruspartikulumok alakja és mérete) hasonlít. Ezt követik a specifikus identifikálási módszerek (lásd 20. ábra).

20. ábra - A víruskapcsolatok és specifitások identifikálásának stratégiai diagramja. GVL = gazda–vírus lista, VCsA = víruscsoport-adatok, VA = vírusadatok [Brunt et al., 1990 után]

A víruskapcsolatok és specifitások identifikálásának stratégiai diagramja. GVL = gazda–vírus lista, VCsA = víruscsoport-adatok, VA = vírusadatok [Brunt et al., 1990 után]


Adatbázis-karakterek (jellemzők)

Az individuális vírusok „Adatbázisa” 18 fő szempontra van tekintettel, ezen belül pedig több mint 500 tulajdonságkaraktert foglal magában. A 18 fő szempont a következő: (1) a vírus neve, (2) bevezetés, (3) természetes gazdanövénykör és tünetek, (4) átvitel és ökológia, (5) geográfia és elterjedés, (6) kísérleti gazdanövénykör, (7) a víruspartikulum stabilitása és koncentrációja növényi szövetnedvben, (8) vírustisztítás, (9) morfológia, (10) fizikai tulajdonságok, (11) kémiai összetétel, (12) replikáció, (13) citopatológia, (14) szerológia, (15) rokonsági kapcsolatok, (16) diagnózis, (17) irodalom, (18) megjegyzés (ha van). A fő szempontokon belül több mint 500 ismert karaktert tárol az „Adatbázis”. A „Vírusátvitel és ökológia” című pont a fő szemponton belül pl. a következő karaktereket (jellemzőket) is tartalmazza:

A vírus terjedése a természetben:

  1. Vektorral?

  2. Vektor nélkül?

  3. Egyéb módszerrel? Ha igen, megnevezni!

Ha a vírus vektorral átvihető:

Vektorok:

  1. A vektorok rovarok?

  2. A vektorok atkák?

  3. A vektorok fonálférgek?

  4. A vektorok gombák?

  5. A vektorok egyéb organizmusok?

A vektorok hova tartoznak?

  1. Aleyrodidae?

  2. Aphididae?

  3. Cicadellidae?

  4. Delphacidae?

  5. Gymnocerata?

  6. Psyllidae?

  7. Membracidae?

  8. Pseudococcidae?

  9. Coleoptera?

  10. Thysanoptera?

  11. Eryophidae?

  12. Tetranychidae?

  13. Dorylamidae?

  14. Trichodoridae?

  15. Plasmodiophorales?

  16. Chytridiales?

  17. Egyéb? Ha igen, megnevezni!

Ha a vektor rovar, milyen kapcsolata van a vírussal?

  1. Nem perzisztens?

  2. Szemiperzisztens?

  3. Perzisztens (cirkulatív)?

A vírust:

  1. Megőrzi a vektor, ha vedlik?

  2. Elveszíti a vektor, ha vedlik?

A vírus:

  1. Szaporodik a vektorban?

  2. Nem szaporodik a vektorban?

A vírus:

  1. Átvihető az utódokkal (pl. tojás)?

  2. Nem vihető át az utódokkal?

Szükség van, vagy nincs szükség helper (segítő) komponensre az átvitelnél?

  1. Szükséges helper vírus a vektorátvitelnél?

  2. Nem szükséges helper vírus a vektorátvitelnél?

  3. Szükséges helper komponens a vektorátvitelnél?

  4. Nem szükséges helper komponens a vektorátvitelnél?

Ha a vírus nem vektorral vihető át, akkor:

A vírus:

  1. Mechanikailag terjed?

  2. Nem terjed mechanikailag?

A vírus:

  1. Oltással vihető át?

  2. Nem vihető át oltással?

A vírus:

  1. Átvihető kontaktérintkezéssel?

  2. Nem vihető át kontaktérintkezéssel?

A vírus:

  1. Átvihető maggal?

  2. Nem vihető át maggal?

A vírus:

  1. Átvihető pollennel és maggal?

  2. Átvihető pollennel történő beporzással?

  3. Nem vihető át pollennel?

A „Morfológia” című, 9. pontba tartozó fő szemponton belül pl. a következő karakterek vannak:

A víruspartikulumok:

  1. Izometrikusak?

  2. Ikerpartikulumok (gemini)?

  3. Bacilus formájúak?

  4. Pálcika vagy fonál alakúak?

  5. Rhabdovirus-szerűek?

  6. Szokatlan alakúak? Megnevezni!

A vírus:

  1. Rendelkezik lipid burokkal?

  2. Nem rendelkezik lipid burokkal?

Izometrikus, kvázi-izometrikus, gemini vagy bacilus formájú víruspartikulumok:

Víruspartikulumok:

  1. Mekkora az átmérő nm-ben?

  2. Mi a hosszúsága a bacilus formájú víruspartikulumoknak, vagy mi a tengelyhosszúsága az ikerpartikulumoknak nm-ben?

Profil:

  1. Lekerekített?

  2. Angularis (szögletes)?

  3. Átmeneti?

Kapszomer elrendeződés:

  1. Jól látható?

  2. Nem látható jól?

Pálcika alakú, fonál alakú vagy rhabdovirus alakú víruspartikulumok:

Partikulumok:

  1. Pálcika?

  2. Fonál?

Partikulumok:

  1. Hosszúsága tisztán látható?

  2. Hosszúsága nem látható tisztán?

Partikulumok:

  1. Mekkora a tiszta hosszúság nm-ben?

  2. Mekkora az átmérő nm-ben?

Axiális csatorna:

  1. Látható?

  2. Homályos?

Mekkora az axiális csatorna átmérője nm-ben?

A vírusrészecske fő spirálja:

  1. Látható?

  2. Homályos?

Mekkora a fő spirál emelkedése nm-ben?

A nukleotidák/köpenyfehérje-alegységek száma?

Fehérjealegységek/spirál fordulatszáma?

Minden partikulumtípusra vonatkozóan:

A fertőzött növény szövetnedve:

  1. Kevés partikulumot (kevesebb mint 10 partikulum/látómező, 20 000-szeres nagyításnál) tartalmaz?

  2. Sok partikulumot (több mint 10 partikulum/látómező, 20 000 szeres nagyításnál) tartalmaz?

Szükséges-e fixálni a víruspartikulumokat a negatív festés előtt?

A 18 fő szempontot és több mint 500 tulajdonságot magában foglaló „Adatbázis” több szempontból is igen jelentős: a) „ismeretlen” vírusok tulajdonságainak egzakt megállapításánál nélkülözhetetlen, b) új vírusok elismertetése összehasonlító tulajdonságok nélkül nem lehetséges, c) a víruskutatásban és a vírusok egyetemi oktatásában nélkülözhetetlen.