virusi (lat. virus: otrov), infektivne nukleoproteinske čestice koje se ne umnažaju samostalno, već samo u stanici domaćina; uzročnici su zaraznih bolesti i ponekad tumora u ljudi, životinja i biljaka (→ bolest; virusne bolesti); često se ubrajaju u mikroorganizme, ali ne smatraju se živim organizmima, već obligatnim unutarstaničnim parazitima.
Prema vrsti organizma koji inficiraju, dijele se na humane (ljudske), životinjske, biljne, mikoviruse (virusi gljiva), viruse algi, praživotinje te bakterijske (→ bakteriofagi) i arhejske viruse. Nedostaju im geni koji kodiraju ribosomske proteine i druge proteine koji sudjeluju u procesu translacije te u pretvorbi energije pa se izvan stanice domaćina smatraju metabolički neaktivnim (inertnim) česticama. Virus rabi resurse stanice domaćina, u kojoj nastaje veći ili manji broj novih virusnih čestica; one nakon oslobađanja iz stanice mogu započeti adsorpciju (prianjanje na površinu stanice s pomoću odgovarajućih proteina) na nove stanice domaćina. Ne mogu se umnažati na neživoj hranjivoj podlozi poput bakterija, nego se laboratorijski uzgajaju u pokusnim životinjama, u oplođenim kokošjim jajima ili u staničnoj kulturi.
Veličina im je najčešće između 20 nm (što je manje od ribosoma) i 400 nm (veličina bakterije). Najmanji do sada pronađeni virus jest cirkovirus iz porodice Circoviridae, promjera približno 17 nm. Mimivirus (složenica od engleskih riječi microbe mimicking virus, odnosno virus koji oponaša mikroorganizme) veličine 650 nm jedan je od većih virusa, a otkriven je 1992. u amebe Acanthamoeba polyphaga. Gigantski (divovski) virus Megavirus chilensis (promjera oko 680 nm) pronađen je 2010. uz obale Čilea. Na istom je području 2013. pronađen još veći virus Pandoravirus salinus, promjera oko 1 µm, što ga po dimenzijama izjednačava s manjim bakterijama. Od virusa su manje infektivne čestice viroidi i prioni (subviralni patogeni).
Svaki virus ima više antigena (virusni proteini i glikoproteini) koji u ljudskom i životinjskom organizmu potiču nastajanje specifičnih protutijela, pa se poslije preboljenja ili cijepljenjem protiv nekih virusnih bolesti može steći trajan imunitet. Virologija je dio mikrobiologije koja se bavi virusima i subvirusnim patogenima i bolestima koje uzrokuju.
Građa virusa
Za razliku od živih organizama (uključujući mikroorganizme), virusi nemaju stanične strukture (organele, citoplazmu, staničnu membranu), nego su njihove čestice kompleksi makromolekula. Za razliku od stanica koje uvijek sadržavaju DNA kao i RNA, u virusima se nalazi samo jedna vrsta nukleinske kiseline (DNA ili RNA) koja čini njihov nasljedni materijal, te proteinski omotač oko nukleinske kiseline (kapsida) kojega je osnovna morfološka jedinica kapsomera, najmanja gradivna čestica koja se ponavlja u strukturi omotača. Kapsomera se sastoji od protomera, odnosno od jedne ili više proteinskih podjedinica. Kapsida i nukleinska kiselina tvore nukleokapsidu. Neki tzv. ovijeni virusi poput koronavirusa te virusa ebole imaju i vanjsku ovojnicu izgrađenu od proteina, ugljikohidrata i lipida koja obavija nukleokapsidu te potječe od membrane stanice u kojoj je virus nastao, a s njezine površine strše glikoproteinski izdanci (peplomeri). Između vanjske ovojnice i nukleokapside nalazi se tegument (virusni matriks) koji se sastoji od desetak proteina koji rjeđe potječu iz stanice domaćina, a češće su virusnog podrijetla. Potpuno oblikovana izvanstanična, cjelovita i infektivna virusna čestica naziva se virion.
Podjela virusa
Virusi se razlikuju veličinom, oblikom i građom svojih čestica. U nastojanju da se stvori jedinstvena taksonomija virusa, razvrstani su u hijerarhijske kategorije (redove, porodice, potporodice, rodove i vrste) prema standardima Međunarodnoga odbora za taksonomiju virusa (engl. International Committee on Taxonomy of Viruses, akronim ICTV), a njihova se suvremena klasifikacija ponajprije temelji na filogenetskoj srodnosti određenoj metodama molekularne biologije. Broj službeno priznatih vrsta virusa se 2026. gotovo udvostručio u odnosu na podatke iz 2021 (s 9110 na 17 554). Glavni je razlog tomu masovna uporaba metoda metagenomike i sekvenciranja genoma iz uzoraka, što omogućuje otkrivanje novih virusa bez potrebe za njihovim prethodnim uzgojem u laboratoriju.
Prema vrsti nukleinske kiseline, dijele se na DNA-viruse i RNA-viruse. Veličina genoma većine RNA-virusa iznosi 2 do 20 kb (kb – kilobaza: mjerna jedinica u molekularnoj biologiji kojom se označava tisuću nukleotida ili tisuću parova baza u nukleinskoj kiselini), a DNA-virusa 3 do 200 kb. Neki virusi imaju iznimno jednostavan genom te sadržavaju samo jedan gen, prosječni ili tipični virus ima 10 do 100 gena, dok ih gigantski virusi mogu imati tisuće. Virusi se razlikuju po strukturi genoma koji može biti jednolančani, dvolančani, segmentirani, cirkularni te linearni. Kod segmentiranih genoma virusa genom je podijeljen na 2 do 12 odsječaka u istoj čestici ili se segmenti raspodjeljuju u različite čestice, pa se takvi virusi nazivaju multikomponentni virusi, npr. virus šuštavosti duhana (TRV, od engl. tobacco rattle virus) u kojem su dva fragmenta genoma upakirana u zasebne čestice. Neki genomi RNA-virusa sadržavaju pozitivnu (+) jednolančanu RNA (engl. sense), što znači da se lanac može izravno iščitati u stanici i uporabiti kao glasnička RNA (mRNA), ili negativnu (‒) molekulu RNA (engl. antisense), koja se prevodi u (+) lanac tijekom infekcije.
Prema obliku čestice, dijele se na one izdužena oblika (anizometrični virusi poput ukočenih štapića, fleksibilnih niti ili oblika nekih tipova bakterija), okruglasta oblika, tj. izometrični virusi kojima čestica ima oblik ikosaedra (sferični virusi), bakteriofagni virusi (specifična oblika), neki su oblika limuna, kapljice ili boce, itd.
Prema rasporedu proteinskih podjedinica u kapsidi, razlikuju se dva tipa građe ili simetrije čestica virusa: zavojita (helikalna) ili spiralna simetrija kao kod virusa mozaične bolesti duhana (VMBD), te ikosaedarska (poliedrična) ili kubična simetrija. Plohe u obliku istostraničnoga trokuta koje se uočavaju na površini poliedrične virusne čestice rezultat su pravilnoga rasporeda proteinskih podjedinica od kojih je izgrađena kapsida.
Virusne infekcije mogu uzrokovati promjene u tkivima organa, što kadšto rezultira nastankom tumora, a onkogeni virusi jedan su od čimbenika koji mogu inducirati tvorbu tumora. Onkogen je stanični ili virusni gen koji može inducirati transformaciju stanica, osobito u smislu promjene kojom stanice stječu sposobnost neograničene diobe. Virusi mogu biti uključeni u nastanak zloćudnih tumora u životinja ili ljudi, većinom se ubrajaju u DNA-viruse i nazivaju se DNA-tumorskim virusima (virus hepatitisa B, virus SV40, papilomavirus, adenovirus i herpesvirus). Osim njih, neki RNA-virusi mogu biti tumorski virusi poput retrovirusa, kao što je ljudski limfotropni virus T-stanica tipa 1 (HTLV-1, engl. human T-lymphotropic virus type 1) koji je povezan s rijetkom vrstom ne-Hodgkinova limfoma.
Umnožavanje virusa
Virusi se mogu umnožiti tek kada dospiju u živu stanicu u kojoj djeluju poput parazita jer je iskorištavaju za potrebe vlastita umnožavanja. Umnožavanje virusa u stanici odvija se u nekoliko faza. U prvoj fazi (adsorpcija) virusi se s pomoću specifičnih virusnih proteina na svojoj površini vezuju za receptore na površini stanice. Potom u citoplazmu stanice ulazi cijela virusna čestica ili nukleokapsida, a katkad samo nukleinska kiselina. Virusna nukleinska kiselina, oslobođena djelovanjem proteolitičkih enzima stanice domaćina, počinje upravljati biosintezom enzima potrebnih za njezino umnožavanje, kao i biosintezom virusnih strukturnih proteina (→ replikacija; transkripcija; translacija). Tijekom umnožavanja, u zaraženoj stanici mogu nastati geometrijski pravilne inkluzije (uklopine) sastavljene od virusnih čestica u obliku kristala ili pak nepravilnih inkluzija heterogenoga sastava koje uključuju virusne čestice i katkad stanične organele promijenjene virusnom infekcijom. Za razliku od pojedinačnih viriona koji su vidljivi samo elektronskim mikroskopom, takve se inkluzije mogu vidjeti svjetlosnim mikroskopom. U neovijenih se virusa (nemaju ovojnicu, vanjski sloj čini kapsida) od sintetiziranih sastavnih molekula sklapaju nove virusne čestice, koje se oslobađaju raspadanjem zaražene stanice uz oslobađanje viriona, što se naziva litičkim ciklusom, dok se ovijeni virusi (imaju lipidni omotač s glikoproteinskim izdancima) uglavnom oslobađaju pupanjem kroz membranu žive stanice. DNA nekih virusa može se ugraditi u genom domaćinske stanice i odatle upravljati sintezom novih virusnih čestica ili dulje vrijeme opstajati u stanici bez proizvodnje novih virusnih čestica (u retrovirusa to je DNA koja nastaje obrnutom ili reverznom transkripcijom njihova RNA-genoma). Ako se virus nalazi određeno vrijeme u stanici u latentnom ili neaktivnom obliku, to se stanje naziva lizogenim ciklusom, a takav virus naziva se provirus (odnosno profag u bakteriofaga).
Otkriće virusa
U drugoj polovici XIX. st. bakterije i gljivice bile su glavni poznati uzročnici zaraznih bolesti ljudi, životinja i biljaka. Najranije i najiscrpnije bila je istražena građa čestice VMBD-a koji je oblika štapića duljine 300 nm i širine 18 nm. Njemački kemičar Adolf Eduard Mayer (1843–1942) proučavao je osobitu bolest duhana koja se očitovala pojavom malih područja svjetlije i tamnije zelene boje na listovima. Nazvao ju je mozaičnom bolesti duhana, ali je tada zaključio da je vjerojatno uzrokuje neka slabo poznata bakterija. Potkraj XIX. st. francuski mikrobiolog Louis Pasteur otkrio je da se u određenim uvjetima uzročnik bolesti bjesnoće mijenja i postupno gubi patogenost za čovjeka i psa, što je rabio za proizvodnju cjepiva. Tako je otkrio načelo slabljenja (atenuacije) patogena te postavio temelje modernoga cijepljenja. Nastavivši Mayerov rad, ruski botaničar i mikrobiolog Dmitrij Josifovič Ivanovski (1864–1920) otkrio je 1892. da je uzročnik mozaične bolesti duhana manji od bakterija jer je prošao kroz porculanske filtre kroz koje inače nisu prolazile bakterije. Neovisno o Ivanovskom, nizozemski mikrobiolog Martinus Beijerinck (1851–1931) došao je do sličnih rezultata, ali je smatrao da je riječ o tzv. tekućem zaraznom uzročniku (lat. contagium vivum fluidum), odnosno o tvari koja se razmnožava samo u živome tkivu. Često ga se smatra ocem virologije jer je prvi jasno formulirao koncept virusa kao potpuno nove vrste infektivnog agensa.
Druga važna otkrića iz ranoga razdoblja virologije bila su istraživanja danskih veterinara Vilhelma Ellermana (1871–1924) i Olufa Banga (1881–1937) koji su 1908. otkrili virusni uzročnik ptičje leukemije, koji je poslije svrstan među retroviruse, iako im sam naziv retrovirus i njihov mehanizam djelovanja tada još nisu bili poznati. Američki liječnik Francis Peyton Rous (1879–1970) pokazao je 1911. da virus može uzrokovati sarkom u pilića, što je poslije postala osnova za razvoj spoznaja o tumorima u čovjeka. Sljedeći važan korak u otkriću virusa bio je pronalazak bakterijskih virusa. Engleski bakteriolog Frederick Twort (1877–1950) prvi je 1915. istraživao bakterijske viruse koje je, neovisno, 1917. dodatno istražio francuski mikrobiolog Félix d’Hérelle (1873–1949) i dao im ime bakteriofagi.
Od 1915. do 1935. opisivani su novi simptomi i nove bolesti biljaka, nakon čega su slijedila važna otkrića u vezi s oblikom i kemijskim sastavom virusa. Posebice važan napredak ostvaren je 1935. kada su znanstvenici predvođeni Wendellom Meredithom Stanleyem kristalizirali virus mozaične bolesti duhana. Britanski virolozi Frederic Charles Bawden (1908–72) i Norman Wingate Pirie (1907–97) otkrili su 1937. da se u građi VMBD-a, osim proteina, nalazi i nukleinska kiselina. Time je ustanovljena nukleoproteinska priroda virusa. Zahvaljujući razvoju elektronskoga mikroskopa, njemački biolog Gustav-Adolf Kausche (1901–60) sa suradnicima prvi je put promatrao česticu virusa, odnosno čestice VMBD-a (1939).
Američki biofizičar njemačkoga podrijetla Max Delbrück otkrio je 1940. osnovne dijelove replikacijskoga ciklusa bakteriofaga. Potom su britanski istraživači Roy Markham (1916–79) i Kenneth Smith (1892–1981), proučavajući nukleinsku kiselinu određenih virusa na kupusnjačama, ustanovili da je za infektivnost nužna nukleinska kiselina (1949) i dokazali da se virusna nukleinska kiselina uvijek nalazi u čestici unutar proteinskog omotača (1951). Neovisan dokaz da je molekula DNA nositelj genetičke informacije pružili su 1952. američki genetičari Alfred Day Hershey (1908–97) i Martha Chase (1927–2003) uporabom obilježenih proteina i nukleinske kiseline bakteriofaga.
Sredinom XX. st. mnogi istraživači bavili su se strukturom virusa, pri čemu su najveći prilog dali nobelovci Francis Harry Compton Crick, James Dewey Watson te poslije Aaron Klug. S pomoću metoda elektronske mikroskopije i rendgenske strukturne analize oni su 1956. otkrili da se proteinski omotač malih virusa sastoji od mnogobrojnih potpuno jednakih proteinskih podjedinica koje su na površini virusne čestice pravilno raspoređene. Američki virolozi Peter Vogt (r. 1932) i Peter Duesberg (1936–2026) otkrili su 1970. onkogen u Rousovu virusu sarkoma, čime su dodatno proširena saznanja o povezanosti virusa i nastanka tumora. Belgijski mikrobiolozi Guido Van der Groen (r. 1942) i Peter Piot (r. 1949) izolirali su 1976. virus ebole, uzročnika ebolske hemoragijske groznice. Iste je godine sekvenciran cjeloviti genom virusa, bakteriofaga MS2, koji se sastojao od 3569 nukleotida. Time su stvoreni temelji za uspoređivanje genoma različitih virusa, proučavanje njihovih mutacija i razumijevanje odnosa između virusne genetičke informacije i njezina biološkog učinka, što se pokazalo posebice važnim pri istraživanju retrovirusa koji uzrokuje HIV-bolest. Francuska virologinja i dobitnica Nobelove nagrade Françoise Barré-Sinoussi izolirala je 1983. retrovirus čovjeka koji je tada nazvan LAV (engl. lymphadenopathy-associated virus), današnjega naziva virus humane imunodeficijencije (HIV, od engl. human immunodeficiency virus). Slijed nukleotida u genomu HIV-a određen je 1985. Ta su istraživanja omogućila razumijevanje virusnih genoma i regulacije ekspresije virusnih gena. Početkom XXI. st. osobitu su važnost dobila istraživanja virusa koji se mogu prenijeti sa životinja na čovjeka, kao i virusa širenje kojih ovisi o životinjskim domaćinima i prijenosnicima poput komaraca. Koronavirus SARS-CoV proširio se 2003. i prouzročio teški akutni respiratorni sindrom (SARS). Potom je MERS-CoV 2012. otkriven kao uzročnik bliskoistočnoga respiratornog sindroma (MERS, engl. Middle East respiratory syndrome), a SARS-CoV-2, koji kao i SARS-CoV pripada rodu betakoronavirusa, uzrokovao je 2019. pojavu bolesti COVID-19. Istodobno su veću pozornost dobile i virusne bolesti koje se prenose člankonošcima, osobito komarcima. Tako se virus Zapadnoga Nila, glavni domaćini kojega su ptice, a prijenosnici komarci, tijekom XX. i osobito početkom XXI. st. proširio na nova geografska područja te prouzročio pojavu groznice Zapadnoga Nila u ljudi. Uz dengu i groznicu Zapadnoga Nila, među važne arbovirusne bolesti ubrajaju se i žuta groznica, groznica koju uzrokuju Chikungunya virusi i zikavirusi, pojavljivanja kojih su pokazala da više nije dovoljno promatrati samo virus i njegova neposrednog domaćina, nego valja uzeti u obzir i složenu povezanost čovjeka, životinja, vektora i okoliša.
