If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

თუ ვებფილტრს იყენებთ, დარწმუნდით, რომ *.kastatic.org და *.kasandbox.org დომენები არ არის დაბლოკილი.

ძირითადი მასალა

ვირუსების ევოლუცია

ვირუსების ევოლუცია და გენეტიკური ვარიაცია. მედიკამენტებისადმი რეზისტენტული აივ. გრიპის ვირუსების რეკომბინაცია.

საკვანძო საკითხები:

  • უჯრედული სიცოცხლის მსგავსად, ვირუსებიც ექვემდებარებიან ევოლუციასა და ბუნებრივ გადარჩევას და მათი უმეტესობა საკმაოდ სწრაფად განიცდის ევოლუციას.
  • როდესაც ორი ვირუსი ერთდროულად აინფიცირებს უჯრედს, მათ შეუძლიათ, მიმოცვალონ გენეტიკური მასალა, რათა წარმოქმნან ახალი, „შერეული“ ვირუსი, რომელსაც უნიკალური მახასიათებლები ექნება. მაგალითად, ამ გზით წარმოიქმნება ინფლუენცას (გრიპის ვირუსის) ახალი შტამები.
  • რნმ-ის შემცველ ვირუსებს მუტაციის მაღალი სიჩქარე აქვთ, რაც მათ განსაკუთრებით სწრაფი ევოლუციის საშუალებას აძლევს. ამის მაგალითია პრეპარატებისადმი მდგრადობის ევოლუცია აივ-ში.

შესავალი

ოდესმე გიფიქრიათ, რატომ წარმოიქმნება ინფლუენცას (გრიპის) ვირუსის ახალი, განსხვავებული შტამი ყოველ წელს? ან როგორ ხდება აივ, შიდსის გამომწვევი ვირუსი, პრეპარატებისადმი მდგრადი?
მოკლე პასუხი ამ კითხვაზე ისაა, რომ ვირუსები ევოლუციას განიცდიან. ეს ნიშნავს, რომ ვირუსთა პოპულაციის „გენოფონდი“ დროთა განმავლობაში იცვლება. ზოგ შემთხვევაში პოპულაციაში არსებული ვირუსები — მაგალითად, გრიპის ვირუსები გეოგრაფიულ რეგიონში, ან აივ ნაწილაკები პაციენტის სხეულში — ბუნებრივი გადარჩევის გზით განიცდიან ევოლუციას. მემკვიდრული ნიშან-თვისებები, რომლებიც ვირუსს გამრავლებაში ეხამრება (როგორებიცაა, მაგალითად, მაღალი ინფექციურობა (დაინფიცირების უნარი) ინფლუენცასთვის და პრეპარატებისადმი მდგრადობა აივ-ისთვის), დროთა განმავლობაში უფრო და უფრო ხშირი ხდება ვირუსთა პოპულაციაში.
ერთია, რომ ვირუსები ევოლუციას განიცდიან, მაგრამ ისინი ამას აგრეთვე თავიანთ მასპინძელ ორგანიზმებზე, მაგალითად, ადამიანებზე, უფრო სწრაფად ახერხებენ. ეს ფაქტი ვირუსთა ევოლუციას საკმაოდ მნიშვნელოვანს ხდის — არა მხოლოდ ბიოლოგებისთვის, რომლებიც ვირუსებს შეისწავლიან, არამედ ექიმებისთვის, ექთნებისა და ჯანდაცვის მუშაკებისთვის, აგრეთვე ნებისმიერისთვის, ვინც შეიძლება, რომ ვირუსით დაინფიცირდეს (მინიშნება: ანუ ყველა ჩვენგანისთვის!).

ვირუსთა ცვალებადობა

ბუნებრივი გადარჩევა მხოლოდ მაშინ მიმდინარეობს, როდესაც შესაფერისი საწყისი მასალა არსებობს: გენეტიკური ვარიაცია. გენეტიკური ვარიაცია ნიშნავს, რომ პოპულაციაში არსებობს რამდენიმე გენეტიკური (მემკვიდრული) განსხვავება. ვირუსების შემთხვევაში ცვალებადობის (ვარიაციის) ორი მთავარი წყარო არსებობს1:
  • რეკომბინაცია: ვირუსები მიმოცვლიან გენეტიკური მასალის (დნმ-ის ან რნმ-ის) დიდ ნაწილს.
  • შემთხვევითი მუტაცია: ცვლილება ხდება ვირუსის დნმ-ის ან რნმ-ის მიმდევრობაში.
    შეგვიძლია, ვირუსთა ცვალებადობა და ევოლუცია ჩვენ გარშემოც დავინახოთ, თუკი გვეცოდინება, თუ საით გახედვაა საჭირო — მაგალითად, ამაზე მეტყველებს ყოველ წელს გრიპის ახალი შტამების წარმოქმნა.

შერევა: რეკომბინაცია

სანამ კონკრეტულად ინფლუენცას გავეცნობოდეთ, მოდით, განვიხილოთ, თუ როგორ მიმოცვლიან ვირუსები დნმ-სა და რნმ-ს იმ პროცესის დროს, რომელსაც რეკომბინაცია ეწოდება.
როგორც წესი, რეკომბინაცია ხდება მაშინ, როდესაც ორი ვირუსი ერთდროულად აინფიცირებს ერთსა და იმავე უჯრედს. ვინაიდან ორივე ვირუსი უჯრედს ახალი ვირუსული ნაწილაკების წარმოსაქმნელად იყენებს, მასში ერთდროულად ვირუსთა მრავალი ნაწილი იყრის თავს — მათ შორის ახალწარმოქმნილი გენომები.
სურათის წყარო: „Segment reassortment", ViralZone/Swiss Institute of Bioinformatics, CC BY-NC 4,0.
ამ პირობებში რეკომბინაცია ორი სხვადასხვა გზით შეიძლება, მიმდინარეობდეს. პირველი: ვირუსული გენომების მსგავსი რეგიონები წყვილდებიან და მიმოცვლიან ნაწილებს, ფიზიკურად ხლეჩენ და ხელახლა აკავშირებენ დნმ-სა თუ რნმ-ს. მეორე: სხვადასხვა სეგმენტის მქონე ვირუსები მათგან რამდენიმე მიმოცვლიან — პროცესი, რომელსაც რეასორტიმენტი ეწოდება.2,3

რეკომბინაცია და ინფლუენცა („გრიპი“)

ვირუსი ინფლუენცა („გრიპი“) რეასორტიმენტის (გენეტიკური მასალის შერევის) ნამდვილი ოსტატია. მას რნმ-ის რვა სეგმენტი აქვს, რომელთაგან თითოეულიც ერთ ან რამდენიმე გენს ატარებს.4
როდესაც ინფლუენცას ორი ვირუსი ერთდროულად აინფიცირებს ერთსა და იმავე უჯრედს, მასში წარმოქმნილ ზოგ ახალ ვირუსს აქვს შერეული სეგმენტები (მაგ., 1-4 სეგმენტები A შტამიდან და 5-8 სეგმენტები B შტამიდან).
საინტერესოა, რომ ღორები ხშირად ასრულებენ „შესარევი ჭურჭლის“ როლს ინფლუენცას ვირუსისთვის.5 ადამიანისა და ფრინველის ინფლუენცას ვირუსებს (ასევე ღორის ვირუსებს) შეუძლიათ ღორის უჯრედების ამოცნობა და, შესაბამისად, ინფიცირება.6 თუკი ღორის უჯრედს ერთდროულად დააინფიცირებს ორი სხვადასხვა ტიპის ვირუსი, შესაძლოა, წარმოიქმნას და გამოთავისუფლდეს ახალი ვირუსები, რომლებსაც ადამიანისა და ფრინველის ვირუსების შერეული გენეტიკური მასალა ექნება.
ამ ტიპის გაცვლა დამახასიათებელია ინფლუენცას ვირუსებისთვის ბუნებაში. მაგალითად, გახსოვთ H1N1 ინფლუენცას შტამის („ღორის გრიპის“) პანდემია 2009-ში? H1N1-ს ჰქონდა რნმ-ის სეგმენტები ადამიანისა და ფრინველის ვირუსებისგან, აგრეთვე ღორის ვირუსების სეგმენტები ჩრდილოეთ ამერიკიდან და აზიიდან. ეს კომბინაცია ასახავს რეასორტიმენტის იმ წყებას, რომელიც მრავალი წლის განმავლობაში ნაბიჯ-ნაბიჯ მიმდინარეობდა H1N1 შტამის წარმოსაქმნელად.5,7

ვირუსული მუტაციები

ჩვენ უკვე ვიხილეთ, როგორ მოქმედებს რეკომბინაცია ვირუსთა ევოლუცია, მაგრამ მუტაცია? მუტაცია არის მუდმივი ცვლილება ვირუსის გენეტიკურ მასალაში (დნმ-ში ან რნმ-ში). მუტაცია ხდება მაშინ, თუკი შეცდომა დაიშვა ვირუსის დნმ-ისა თუ რნმ-ის კოპირებისას.
ზოგიერთ ვირუსს მუტაციის ძალიან მაღალი სიჩქარე აქვს, თუმცა ეს ყოველთვის ასე არ არის. ზოგადად, რნმ-ის შემცველ ვირუსებს მუტაციის მაღალი სიჩქარე აქვთ, ხოლო დნმ-ის შემცველ ვირუსებს — დაბალი.8
რატომ ხდება ასე? საკვანძო განსხვავებას წარმოადგენს კოპირების მექანიზმი. დნმ-ის შემცველი ვირუსების უმეტესობა აკოპირებს თავის გენეტიკურ მასალას მასპინძელი უჯრედის ფერმენტების გამოყენებით, რომლებსაც დნმ-პოლიმერაზები ეწოდება და რომლებიც „კორექტურას აკეთებენ“ (გზადაგზა ისინი პოულობენ და ასწორებენ შეცდომებს). ნაცვლად ამისა, რნმ-ის შემცველი ვირუსები იყენებენ ფერმენტ რნმ-პოლიმერაზას, რომელიც არ აკეთებს „კორექტურას“ და, შესაბამისად, უფრო მეტ შეცდომას უშვებს.9

შემთხვევის შესწავლა: აივ-ის მდგრადობა პრეპარატებისადმი

ადამიანის იმუნოდეფიციტის ვირუსი (აივ) არის ვირუსი, რომელიც იწვევს შეძენილი იმუნოდეფიციტის სინდრომს (შიდსი). აივ რნმ-ის შემცველი ვირუსია, რომელსაც მუტაციის მაღალი სიჩქარე აქვს და სწრაფად განიცდის ევოლუციას, რისი მეშვეობითაც წარმოიქმნება მისი პრეპარატებისადმი მდგრადი შტამები.

აივ-ის მუტაციის მაღალი სიჩქარე

ვინაიდან რნმ-ის შემცველ ვირუსებს, როგორიც აივ-ია, მუტაციის მაღალი სიჩქარე აქვთ, პაციენტის სხეულში აივ ვირუსების პოპულაციას მაღალი გენეტიკური ცვალებადობაც ექნება. მუტაციათა უმრავლესობა საზიანო იქნება და მუტანტი ვირუსები, უბრალოდ, „დაიხოცებიან“ (ვერ მოახერხებენ გამრავლებას). მიუხედავად ამისა, ზოგიერთი მუტაცია ვირუსებს განსაზღვრულ პირობებში გამრავლებაში უწყობს ხელს. მაგალითად, შეიძლება, მუტაციამ ვირუსი პრეპარატისადმი მდგრადობით უზრუნველყოს.10

პრეპარატებისადმი მდგრადობის ევოლუცია აივ-ში

ზოგიერთ პრეპარატს შეუძლია აივ-ის რეპლიკაციის დაბლოკვა საკვანძო ვირუსული ფერმენტების დათრგუნვის გზით. ასეთი პრეპარატის მიღება თავდაპირველად შეამცირებს ვირუსული ნაწილაკების დონეს პაციენტის ორგანიზმში. და მაინც, გარკვეული დროის შემდეგ აივ ვირუსები, როგორც წესი, „ფეხზე დგებიან“ და მაღალ დონეს უბრუნდებიან, მიუხედავად იმისა, რომ პაციენტის ორგანიზმში პრეპარატი ისევ არის შეყვანილი. სხვა სიტყვებით თუ ვიტყვით, წარმოიქმნება პრეპარატისადმი მდგრადი ფორმა ვირუსისა.10
იმისთვის, რომ დავინახოთ, თუ რატომ ხდება ასე, მოდით, მაგალითის სახით გამოვიყენოთ ანტივირუსული პრეპარატის სპეციალური ტიპი — შექცევადი ტრანსკრიპტაზას ინჰიბიტორი. შექცევადი ტრანსკრიპტაზას ინჰიბიტორები, როგორიცაა, მაგალითად, ქვემოთ მოცემულ დიაგრამაზე ნაჩვენები ნევირაპინის მოლეკულა, ებმიან ვირუსულ ფერმენტს, რომელსაც შექცევადი ტრანსკრიპტაზა ეწოდება (წითელ-ყავისფერი სტრუქტურა). პრეპარატი ხელს უშლის ფერმენტს თავისი საქმის შესრულებაში — აივ-ის რნმ-ის გენომის დნმ-ად გადააკოპირებაში. თუკი ეს ფერმენტი არააქტიურია, აივ-ის ვირუსს არ შეუძლია, მუდმივად დააინფიციროს უჯრედი.11
სახეცვლილი სურათის წყაროა „სტრუქტურის შესწავლა“, დევიდ ს. გუდსელი, RCSB PDB Molecule of the Month, CC BY 4,0.
ნევირაპინი აჩერებს აივ ვირუსების უმეტესობას. მიუხედავად ამისა, აივ-ის პოპულაციაში არსებული ვირუსების ძალიან მცირე წილს (შემთხვევით) აქვს მუტაცია შექცევადი ტრანსკრიპტაზას გენში, რაც მას პრეპარატისადმი მდგრადს ხდის. მაგალითად, ვირუსს შეიძლება, ჰქონდეს გენეტიკური ცვლილება, რომელიც ცვლის პრეპარატის მიერ ფერმენტზე მიბმის უბანს, რის გამოც პრეპარატს აღარ შეუძლია ფერმენტზე „ჩაჭიდება“ და მისი აქტივობის დათრგუნვა.
მდგრადობის მუტაციის მქონე ვირუსები პრეპარატის თანაობის შემთხვევაშიც გამრავლდებიან და თაობების შემდეგ მოახერხებენ იმ ვირუსული დონის მიღწევას, რომელიც პრეპარატის ზემოქმედებამდე იყო ორგანიზმში. მეტიც, ამჯერად ვირუსთა მთელი პოპულაცია იქნება პრეპარატისადმი მდგრადი!

პრეპარატებისადმი მდგრადობა — „მაართ“

თუკი აივ-ს პრეპარატის თანაობის პირობებშიც შეუძლია ევოლუცია, როგორ შევაჩეროთ ვირუსი? აღმოჩნდა, რომ ამისთვის საუკეთესო გზა კომბინაციური მიდგომაა, როდესაც ერთდროულად სამი ან მეტი პრეპარატი შეყავთ ორგანიზმში. ამ მიდგომასა თუ მკურნალობას ჰქვია მაღალაქტიური ანტირეტროვირუსული თერაპია, შემოკლებით მაართ (ინგლ. HAART). მაართ-ის „კოქტეილში“ არსებული პრეპარატები, როგორც წესი, აივ-ის სასიცოცხლი ციკლის სხვადასხვა ნაწილზე ზემოქმედებენ.12,13
მაართ მიდგომა მოქმედებს, ვინაიდან ნაკლებ ალბათურია, რომ აივ-ის პოპულაციაში რომელიმე ვირუსს ერთდროულად სამივე პრეპარატისადმი მდგრადობის მუტაციები ექნება. მართალია, საბოლოოდ ვირუსი ევოლუციას მაინც განიცდის და წარმოიქმნება რამდენიმე პრეპარატისადმი მდგრადი ფორმები, თუმცა რამდენიმე პრეპარატის კომბინაცია ვირუსის მდგრადობის ევოლუციას საკმაოდ ანელებს.10
აივ-ის ბიოლოგიის შესახებ მეტის გასაგებად იხილეთ სტატია ვირუსის სასიცოცხლო ციკლის შესახებ. აივ-ისა და შიდსის სიმპტომებზე, მკურნალობასა და პრევენციაზე მეტის გასაგებად, იხილეთ ჯანმრთელობისა და მედიცინის სექცია აივ-ისა და შიდსის შესახებ.

რატომ განიცდიან ვირუსები ევოლუციას ასე სწრაფად?

ვირუსები ადამიანებზე სწრაფად განიცდიან ევოლუციას. რატომ?
როგორც აივ-ის შემთხვევაში ვიხილეთ, ზოგიერთ ვირუსს მუტაციის მაღალი სიჩქარე აქვს, რაც მათ ეხმარება, უფრო სწრაფად განიცადონ ევოლუცია და მეტი ცვალებადობა ჰქონდეთ საწყისი მასალის სახით. კიდევ ორი ფაქტორი, რომლებსაც წვლილი შეაქვს ვირუსების სწრაფ ევოლუციაში, არის პოპულაციის დიდი რიცხოვნობა და სწრაფი სასიცოცხლო ციკლი.14
პოპულაციის რიცხოვნობასთან ერთად იზრდება იმის ალბათობაც, რომ მასში იქნება ვირუსი, რომელსაც ექნება განსაზღვრული შემთხვევითი მუტაცია (მაგ., პრეპარატებისადმი მდგრადობა ან ინფექციურობის მაღალი დონე), რომელზეც შეუძლია ზემოქმედება ბუნებრივ გადარჩევას. გარდა ამისა, ვირუსები სწრაფად მრავლდებიან, ამიტომ ვირუსთა პოპულაციები უფრო მოკლე დროში ახერხებენ ევოლუციას, ვიდრე მათი მასპინძლები. მაგალითად, აივ ვირუსი თავის სასიცოცხლო ციკლს სულ რაღაც 52 საათში ასრულებს, განსხვავებით ადამიანისგან, რომლის სასიცოცხლო ციკლიც დაახლოებით 20 წელიწადს გრძელდება!15
რა ხერხებით შეგვიძლია სწრაფად ევოლუციონირებად ვირუსებთან ბრძოლა? მნიშვნელოვან სტრატეგიებს შორისაა დაავადების გადადების პრევენციისთვის ზომების მიღება, ახალი სამკურნალო პრეპარატების შემუშავება და ვაქცინების შექმნა და გამოყენება.

გსურთ, შეუერთდეთ დისკუსიას?

პოსტები ჯერ არ არის.
გესმით ინგლისური? დააწკაპუნეთ აქ და გაეცანით განხილვას ხანის აკადემიის ინგლისურენოვან გვერდზე.