Podcast na Biologie mikromycetů a kvasinek

Kapitoly

Co je a není virus?

Struktura virové částice

Virový genom a proteiny

Jak se v tom vyznat? Klasifikace

Přehlídka slavných virů

Chřipka, koronavirus a další RNA viry

Dobří, zlí a užiteční

Z proteinu zabiják

Nezničitelný nepřítel

První krůčky

Éra velkých objevů

Moderní virologie

Česká stopa: Karel Raška

Přepis

Klára: Pamatuješ si ten zvláštní pocit, když se v roce 2020 skoro zastavil svět? Zavřené školy, prázdné ulice, roušky... a to všechno kvůli jedné neviditelné částici, která se rozhodla, že si z planety udělá hřiště. Přemýšleli jste někdy nad tím, jak něco tak malého, co ani technicky vzato není živé, dokáže způsobit takový chaos?

Matěj: To je přesně ta otázka za milion, Kláro. A právě tenhle mikroskopický pirát bude naším dnešním tématem.

Klára: Skvělé! Posloucháte Studyfi Podcast a my se dnes s expertem Matějem ponoříme do světa virů.

Matěj: Tak pojďme na to. Co si vlastně představíš pod slovem virus?

Klára: Něco malého, zlého, co způsobuje nemoci. Chřipku, rýmu, neštovice...

Matěj: To je správná představa, ale chybí tam ten nejdůležitější detail. Virus je v podstatě nebuněčný organismus. To znamená, že sám o sobě nemá buňku, nemá vlastní metabolismus... je to v podstatě jen kousek genetické informace v proteinovém obalu.

Klára: Počkej, takže když jen tak poletuje vzduchem, vlastně „nežije“?

Matěj: Přesně tak! Ožije, a to je klíčové slovo, až ve chvíli, kdy infikuje hostitelskou buňku. Je to takový ultimátní intracelulární parazit. Bez buňky se nedokáže množit, nedokáže nic.

Klára: Takže je to vlastně takový vesmírný pirát, který unese loď – naši buňku – a přikáže posádce, aby stavěla další pirátské lodě?

Matěj: To je naprosto dokonalá analogie! Přesně to dělá. Vloží do buňky svůj genetický plán a proteosyntetický aparát buňky, tedy její „továrna“ na bílkoviny, začne vyrábět nové a nové viry místo toho, co by buňka potřebovala.

Klára: Fascinující! A jak jsou vlastně velké? Menší než bakterie, že?

Matěj: Mnohem menší. Bavíme se o velikosti 20 až 300 nanometrů. Pro představu, to je tisíckrát menší než průměr lidského vlasu. I když existují i obří viry, jako třeba Pythovirus, který je velký jako malá bakterie.

Klára: A věda, která tohle všechno zkoumá, je virologie. Jednoduché. Existují i nějaké jiné podobné „potvůrky“?

Matěj: Ano. Kromě virů máme ještě viroidy a priony. Viroidy jsou ještě jednodušší – je to jen molekula RNA bez obalu, která napadá hlavně rostliny. A priony, to už je úplně jiná liga... to je jen špatně sbalená bílkovina, která dokáže „nakazit“ ostatní bílkoviny, aby se taky špatně sbalily. Způsobují třeba nemoc šílených krav.

Klára: Dobře, zpátky k našim pirátům. Zmínil jsi genetickou informaci a proteinový obal. Jak to vypadá dohromady?

Matěj: Té kompletní virové částici říkáme virion. Skládá se z nukleokapsidy. To zní složitě, ale je to jen genom – tedy DNA nebo RNA – zabalený v proteinovém obalu, kterému říkáme kapsida.

Klára: A ta kapsida je jen nějaký pytlík?

Matěj: Kdepak, je to vysoce organizovaná struktura. Skládá se z menších jednotek, kapsomer. Ty se skládají do různých tvarů. Nejčastěji je to buď helikální, tedy šroubovicová symetrie – představ si to jako takovou tyčinku nebo vlákno. Příkladem je virus tabákové mozaiky.

Klára: A ta druhá možnost?

Matěj: Druhá je kubická symetrie, nejčastěji ve tvaru dvacetistěnu, odborně ikosaedru. To je takový tvar připomínající fotbalový míč nebo kostku z Dračího doupěte. Je to energeticky nejvýhodnější způsob, jak uzavřít co největší objem.

Klára: Takže viry hrajou Dračí doupě! A co znamená, když se řekne „obalený virus“?

Matěj: To je další vrstva navíc. Některé viry si při odchodu z hostitelské buňky „ukradnou“ kousek její membrány a obalí se do ní. Do toho obalu si pak vloží vlastní glykoproteiny, které jim pomáhají se přichytit na další buňku. Virus chřipky nebo HIV jsou typické obalené viry.

Klára: Pojďme se podívat dovnitř. Co ten genom? U nás je to dvoušroubovice DNA. Jak to mají viry?

Matěj: Tady je ta největší rozmanitost v celé přírodě! Virový genom může být DNA i RNA. Může být jednořetězcový (ss jako single-stranded) nebo dvouřetězcový (ds jako double-stranded). Může být lineární nebo kruhový. A může být dokonce i segmentovaný, tedy rozdělený na několik částí. Virus chřipky má třeba osm segmentů RNA.

Klára: Páni. To je skoro jako by si mohl vybrat z menu. A co je na tom genomu zapsáno?

Matěj: Jen to nejnutnější. Pár genů, které kódují jednak strukturální proteiny – tedy ty, co tvoří kapsidu. A pak ty nestrukturální, funkční proteiny. To jsou ty klíčové nástroje, kterými virus „přeprogramuje“ buňku.

Klára: Třeba?

Matěj: Například enzymy jako RNA polymeráza nebo reverzní transkriptáza, která umí přepsat RNA zpátky do DNA, což je specialita retrovirů jako HIV. Nebo neuraminidáza u chřipky, která pomáhá novým virionům odseknout se od buňky a jít infikovat další.

Klára: Dobře, máme tu obrovskou rozmanitost tvarů, genomů, proteinů... Jak v tom virologové dělají pořádek? Podle čeho se viry třídí?

Matěj: Je to docela věda. Existuje několik klasifikačních systémů. Ten nejzákladnější je podle hostitele. Máme viry bakterií – těm říkáme bakteriofágy. Pak viry rostlin, hub, a samozřejmě živočichů, kam patříme i my.

Klára: To dává smysl. A dál?

Matěj: Pak se třídí podle struktury virionu – kubické, vláknité, s obalem, bez obalu. Ale ten nejdůležitější systém, který se dnes používá, je takzvaná Baltimorova klasifikace. A pozor, od roku 2024 se zavádí i nové binomické názvosloví, podobně jako u zvířat a rostlin, takže třeba virus chřipky se nově jmenuje *Alphainfluenzavirus influenzae*.

Klára: Baltimorova klasifikace? To zní jako z nějakého špionážního filmu.

Matěj: Je to trochu detektivka. David Baltimore, nositel Nobelovy ceny, přišel s geniálním nápadem. Rozdělil viry do sedmi tříd podle toho, jaký mají genom a hlavně – jakým způsobem z něj vytvoří molekulu mRNA, tedy messenger RNA.

Klára: Proč je zrovna mRNA tak důležitá?

Matěj: Protože mRNA je univerzální recept, kterému rozumí ribozomy hostitelské buňky. Ať už virus přijde s jakýmkoliv typem genomu – dsDNA, ssRNA, cokoliv – jeho konečným cílem je vždycky vytvořit mRNA, kterou buňka přečte a podle ní začne vyrábět virové proteiny. Baltimorovo schéma je vlastně mapa sedmi různých strategií, jak toho dosáhnout.

Klára: Pojďme se podívat na pár konkrétních příkladů. Které virové rodiny by měl znát každý maturant?

Matěj: Určitě Herpesviry. To je velká rodina, kam patří virus oparu (Herpes simplex), plané neštovice a pásový opar (Varicella zoster) nebo virus Epsteina-Barrové, který způsobuje infekční mononukleózu. Jejich specialitou je, že v těle zůstávají celý život v latentní fázi.

Klára: Takže se jich nikdy nezbavíme?

Matěj: V podstatě ne. Jen „spí“ v nervových buňkách a při oslabení imunity se mohou znovu probudit. Pak tu máme Poxviry, kam patřil virus varioly, tedy pravých neštovic. To je jediná lidská nemoc, kterou se nám podařilo díky očkování zcela vymýtit z planety.

Klára: To je obrovský úspěch vědy! Co dál?

Matěj: Určitě Adenoviry a Papilomaviry. Adenoviry způsobují běžné respirační infekce nebo záněty spojivek a dnes se hodně využívají jako vektory pro vakcíny, třeba u AstraZenecy. Lidské papilomaviry, neboli HPV, zase způsobují bradavice a některé typy jsou zodpovědné za rakovinu děložního čípku.

Klára: Proti které se dá naštěstí také očkovat. Jsou všechny viry takhle... přímočaré?

Matěj: Kdepak. Vezmi si třeba Retroviry. Jejich zástupce, HIV, má RNA genom, ale pomocí enzymu reverzní transkriptázy si ho v buňce přepíše do DNA a tu pak vloží přímo do našeho genomu! Stane se trvalou součástí naší genetické informace.

Klára: To je děsivé. Takže buňka pak navždy vyrábí další viry?

Matěj: Přesně tak. A protože napadá klíčové buňky imunitního systému, postupně ho zničí a tělo se pak nedokáže bránit ani běžným infekcím. Tomu stavu říkáme AIDS.

Klára: A co taková klasika jako chřipka? Ta patří kam?

Matěj: Chřipka je Orthomyxovirus. Je to obalený RNA virus se segmentovaným genomem. A právě ty segmenty jsou klíčem k jeho nebezpečnosti. Když se v jednom hostiteli, třeba v praseti, potkají dva různé kmeny chřipky, třeba ptačí a lidský, můžou si své segmenty proházet.

Klára: Jako když si vyměníš kartičky Pokémonů?

Matěj: Přesně tak! A vznikne tak úplně nový virus s novou kombinací povrchových proteinů, jako je hemaglutinin (H) a neuraminidáza (N). Náš imunitní systém ho nezná, a tak může vzniknout pandemie. Proto máme názvy jako H1N1 nebo H5N1.

Klára: A koronaviry? Ty asi po nedávné zkušenosti nemusíme dlouze představovat.

Matěj: Jistě. Koronaviry jsou také obalené RNA viry. Většinou způsobují běžné nachlazení, ale čas od času se objeví nějaký, který přeskočí ze zvířat, jako byl SARS-CoV-1 v roce 2003 nebo MERS, a samozřejmě SARS-CoV-2, který způsobil covid-19.

Klára: A co třeba klíšťová encefalitida?

Matěj: Ta patří mezi Flaviviry. Jsou to takzvané arboviry, protože jsou přenášené členovci (arthropod-borne). Patří sem i virus Zika, horečka Dengue nebo žlutá zimnice, které přenáší komáři.

Klára: Bavíme se hlavně o virech, které škodí. Existují i nějaké „hodné“ viry? Nebo alespoň užitečné?

Matěj: Rozhodně! Vezměme si bakteriofágy – viry, které napadají výhradně bakterie. Pro nás jsou neškodné. A toho se začíná masivně využívat. Představ si, že máš v těle infekci bakterií, která je rezistentní na všechna antibiotika.

Klára: To zní jako konečná...

Matěj: Ale co když na ni pošleme armádu specifických fágů, které přesně tuhle bakterii najdou a zničí? Tomu se říká fágová terapie a je to obrovská naděje pro medicínu. Navíc se fágy používají v molekulární biologii jako nástroje pro vkládání genů do buněk nebo pro klonování.

Klára: Takže virus jako lék. To je skvělý obrat! A jak se vlastně viry v laboratoři zkoumají a detekují?

Matěj: Klasická metoda je kultivace na buněčných kulturách, kde sledujeme takzvaný cytopatický efekt – tedy viditelné poškození buněk. Ale to je pomalé. Dnes je zlatým standardem metoda PCR, konkrétně kvantitativní PCR.

Klára: Tu už taky všichni známe z testování na covid.

Matěj: Přesně. Umožňuje nám najít a namnožit specifický kousek genetické informace viru, takže ho odhalíme velmi rychle a citlivě. Nevýhodou je, že nám neřekne, jestli je ten virus stále infekční, „živý“, nebo jestli detekujeme jen jeho zbytky.

Klára: A jak se naše tělo virům brání?

Matěj: Máme dvě hlavní linie obrany. Nespecifickou, kde třeba NK buňky zabíjejí infikované buňky bez velkého rozmýšlení. A pak specifickou, kde nastupují specializované T-lymfocyty, které cíleně vyhledávají a ničí buňky napadené konkrétním virem, který už si pamatují.

Klára: Páni, dneska to byla opravdu jízda od molekulární struktury až po pandemie a fágovou terapii. Je toho spousta, ale myslím, že teď už se na viry dívám úplně jinak. Nejen jako na nepřátele.

Matěj: A to je ten nejdůležitější poznatek. Jsou to fascinující entity na pomezí života a neživé hmoty, které formovaly a stále formují život na Zemi. Bez nich bychom tu možná ani nebyli.

Klára: Takže viry jsou... zvláštní. Ale teď se dostáváme k něčemu, co je podle mě ještě podivnější. Priony.

Matěj: Přesně tak. Představ si protein, který se zblázní a začne přeměňovat své zdravé kamarády na svou špatnou verzi. To je v kostce prion.

Klára: Počkat, takže to není živý organismus? Jen... vadná bílkovina?

Matěj: Přesně. Normálně máme v nervových buňkách protein PrP C. Ale když změní svůj tvar na špatnou verzi, PrP Sc, spustí se doslova řetězová reakce.

Klára: Jako nezastavitelné domino?

Matěj: Bingo. A nahromadění těhle špatných proteinů buňku nakonec zabije. V mozku tak vznikají díry, proto ten název spongiformní encefalopatie.

Klára: To je ta slavná nemoc šílených krav, že?

Matěj: Přesně, to je BSE. Ale patří sem i lidská Creutzfeldt-Jakobova choroba nebo Kuru.

Klára: Dobře, a jak se toho zbavíme? Stačí to uvařit?

Matěj: Kéž by. Priony jsou extrémně odolné. Přežijí vaření, autoklávování i silné chemikálie. Jsou to v podstatě superpadouši světa proteinů.

Klára: Páni. A mohou se přenášet i mezi druhy? Třeba z krávy na člověka?

Matěj: Bohužel ano, to je potvrzený případ u BSE. Inkubační doba může být navíc extrémně dlouhá, i desítky let.

Klára: Zblázněný, v podstatě nezničitelný protein... to je opravdu znepokojivé. Pojďme se teď raději podívat na to, jak se naše tělo brání jiným, běžnějším hrozbám.

Klára: Dobře, takže teď víme, co viry jsou. Ale napadá mě... kdy jsme je vlastně poprvé objevili? Museli tu být odjakživa.

Matěj: Přesně. První kroky byly spíš nepřímé. Už v roce 1798 Edward Jenner přišel s principem vakcinace proti pravým neštovicím. Po něm v roce 1885 Louis Pasteur s vakcínou proti vzteklině. Ale ani jeden z nich virus jako takový neznal.

Klára: Takže bojovali s nepřítelem, kterého ani neviděli? To zní trochu jako sci-fi.

Matěj: Přesně tak. První skutečný důkaz přinesl až Dmitrij Ivanovskij v roce 1892 u viru tabákové mozaiky. A samotný termín „virus“ zavedl Martinus Beijerinck v roce 1898.

Klára: A co se dělo ve 20. století? To musel být velký skok.

Matěj: Obrovský. V roce 1911 Francis Peyton Rous spojil viry s nádorovým onemocněním u drůbeže. A hned na to, mezi lety 1915 a 1919, objevili Frederick Twort a Félix d'Hérelle bakteriofágy – viry, které napadají bakterie.

Klára: Počkat, takže existují viry, co napadají bakterie? To je docela zajímavé.

Matěj: Je to tak. Ale ten největší zlom přišel až s technologií. Díky elektronovému mikroskopu, vyvinutému ve třicátých letech, jsme si viry konečně mohli prohlédnout.

Klára: A co novější objevy?

Matěj: Tam to šlo rychle. V roce 1967 objevil Theodor Diener viroidy, ještě menší infekční částice. Pak přišel objev reverzní transkriptázy, klíčový pro pochopení retrovirů jako je HIV, který byl izolován v roce 1983. V tom samém roce jsme dokonce přečetli celou DNA bakteriofága lambda.

Klára: Wow. Takže od boje s neviditelným nepřítelem až po čtení jeho kompletního genetického kódu. To je neuvěřitelný pokrok.

Matěj: Přesně. A právě na ten genetický kód a samotnou stavbu virů se podíváme teď.

Klára: Tak a pro náš poslední dnešní bod mám otázku... zanechali v epidemiologii nějakou výraznou stopu i Češi?

Matěj: A jakou! Musíme zmínit Karla Rašku, zakladatele československé epidemiologie. To byl neuvěřitelný vizionář a tak trochu vědecký superhrdina.

Klára: Superhrdina? Tak to mě zajímá! Co bylo jeho největší dílo?

Matěj: Od roku 1963 vedl v WHO program na vymýcení pravých neštovic. A dokázal to! Díky jeho strategii byl v roce 1977 zaznamenán poslední případ a v roce 1980 byly neštovice oficiálně prohlášeny za vymýcené. Zmizely z planety.

Klára: Páni, to je neuvěřitelné. Takže vlastně zachránil miliony životů. A to nebylo všechno, že?

Matěj: Přesně tak. Stál i za programy na vymýcení černého kašle nebo dětské obrny a zavedl koncept takzvané epidemiologické surveillance, tedy neustálého sledování nemocí. Ten systém se používá dodnes.

Klára: Neskutečný příběh. Takže od virů přes bakterie až po epidemiologii... Dneska jsme toho probrali opravdu hodně. Matěji, moc ti děkuju za skvělé vysvětlení.

Matěj: Taky děkuju za pozvání, Kláro. A vám, posluchačům, přeju hodně úspěchů u studia.

Klára: Přesně tak. Mějte se krásně a slyšíme se zase příště u dalšího dílu Studyfi Podcastu. Ahoj!