Široká rodina virů: Jak přesně fungují RNA viry a jak se jim tělo brání?

Viry jsou oproti lidským buňkám nesmírně jednoduché, tvoří je jen pár kostiček pomyslné skládanky, ze které vzniká vše živé. Zatímco člověk má ve svém genomu zakódováno přes 20 000 proteinů, viry jich mají maximálně pár desítek, a přesto dokážou být mimořádně nebezpečné. Je to dáno především jejich úzkým zaměřením na útok, rozmnožení svých sil a nalezení nového hostitele. 

Tyto miniaturní částice jsou až stonásobně menší než naše vlastní buňky. Odborníci je považují za neživé entity, v zásadě se totiž jedná jen o různě dlouhé úseky genetické informace zabalené v proteinovém obalu (v některých případech ještě v obalu z lipidové dvojmembrány, kterou si vypůjčí z infikované buňky). Virová částice sama o sobě nic nezmůže, protože není schopna se samostatně replikovat (množit). K tomu potřebuje hostitelskou buňku, jejíž metabolický aparát k tomuto účelu zneužije.

Klíčová role RNA

Lidská buňka je komplexní živá jednotka, která musí být velmi složitě řízena a regulována, aby mohla vykonávat všechny svoje funkce. Představte si molekulu DNA jako pomyslný stavební plán obrovského města s tisíci různých budov a kompletní infrastrukturou. I když město tvoří funkční celek, každá jeho městská část, čtvrť, jednotlivé domy a místnosti v nich včetně nezbytného vybavení fungují i nezávisle.

Pokud je potřeba opravit jeden starý a pobořený dům nebo zrekonstruovat elektrické vedení v jedné z ulic, není nezbytné hned rozbalovat plán celého města a vyrazit s ním na dané místo. Buňka tak nepracuje přímo s celým plánem, vystačí si jen s naprosto konkrétní lokální informací, ze které pořídí krátký přepis, aby s ním mohla dále pracovat – a tím je právě molekula RNA (tzv. messenger RNA neboli mRNA). Tento přepsaný úsek plánu dokáže buněčná mašinérie rozeznat a nasyntetizuje podle něj jednotlivé cihly (proteiny) pro opravu konkrétního domu nebo součástky či dráty pro opravu vedení. 

Záměr stejný, cíle rozdílné

DNA viry si s sebou do buněk přinášejí krátký úsek stavebního plánu, a tak potřebují nejprve využít aparát hostitelské buňky pro zajištění onoho přepisu (mRNA). Teprve poté může dojít k přeložení informace, kterou přinášejí do struktury proteinů. RNA viry vlastní stavební plán v podobě DNA nemají, jsou tvořeny právě jen těmito krátkými přepisy informace. Na rozdíl od DNA virů RNA viry obecně rychle mutují, což jim dává velkou výhodu v evolučním boji s obrannými mechanismy hostitelských buněk.

Zajímavé je si uvědomit, že pro patogen není výhodné svého hostitele zabít. Evolučně velmi staré DNA viry, jako například Cytomegalovirus (CMV), jsou svému hostiteli tak dobře přizpůsobeny, že jejich infekce je v naprosté většině případů bez jakýchkoliv klinických projevů. Člověk, jenž je jednou infikován, se viru nezbaví a po celý svůj život ho šíří mezi populací. I proto je virem CMV infikovaná většina lidské populace, odhadem až 80 %.

Třídění virů

První RNA virus napadající člověka byl identifikován teprve v polovině 50. let minulého století. Jednalo se o virus způsobující nechvalně proslulou žlutou zimnici, tedy nebezpečné krvácivé a horečnaté onemocnění přenášené komáry, které v minulosti způsobilo rozsáhlé epidemie a četná úmrtí zejména v oblastech Afriky a Jižní Ameriky. Ovšem díky rapidnímu rozvoji molekulárně-biologických a diagnostických metod existuje v současné době již poměrně rozsáhlá a podrobná databáze RNA virů, představujících potenciální riziko pro lidskou populaci.

Skutečnost je, bohužel, mnohem komplikovanější než prosté dělení virů dle druhu jejich nukleové kyseliny na RNA či DNA viry. Typy nukleových kyselin jsou sice jen dva, ale různých tříd virových genomů rozeznávají odborníci celkem sedm – čtyři z nich tvoří právě RNA viry. Dalšími kritérii pro ještě podrobnější členění jsou například i rozdíly ve stavbě jejich virové částice, ve způsobu infekce, mezi cílovými hostitelskými organismy, životními cykly apod. 

Složité i jednoduché

Třídy RNA virů z pohledu komplexity jejich genetické informace vědci rozdělili na tzv. jednovláknové RNA viry s pozitivní polaritou (jejich RNA může pro syntézu proteinů posloužit přímo, tak, jak bylo popsáno dříve), jednovláknové RNA viry s negativní polaritou (RNA musí být nejprve přepsána do pozitivního vlákna, aby mohla posloužit jako templát pro syntézu proteinů), dvouřetězcové RNA viry (přítomno pozitivní i negativní vlákno v antiparalelním uspořádání, obdobně jako je tomu u dvoušroubovice DNA) a tzv. retroviry, které tvoří zvláštní skupinu RNA virů, jejichž RNA je po infikování hostitelské buňky nejprve přepsána do DNA.

Tuto DNA nic netušící buňka včlení jako pomyslného trojského koně do vlastní genetické informace a s každým dalším dělením ji předává i všem svým dceřiným buňkám. Virus jako by do pomyslného plánku obrovské buněčné metropole přikreslil několik krátkých postranních uliček, které tam nemají co dělat a působí jako skrytá mafiánská síť. Podobně partyzánské chování je typické pro viry jako HIV (způsobují AIDS) či HTMV (způsobují leukémii).

Cesta do hlubin buňky

Aby mohl virus započít svou ničivou práci, musí se nejdřív dostat do nitra buňky. Na povrchu buněk lidského organismu se nalézají tzv. receptory čili proteinové struktury, pronikající skrz cytoplazmatickou membránu buněk, což je tenký obal ohraničující vnitřek buňky od vnějšího prostředí a kontrolující pohyb látek dovnitř a ven. Receptory zastávají mnoho důležitých funkcí, hrají významnou roli v buněčné signalizaci i mezibuněčné komunikaci (převod informací z okolí buněk do jejich nitra, příjem informací od jiných buněk). Zajišťují i tak komplexní procesy, jako je navázání bílé krvinky na stěnu cévy, což jí umožní vniknout přímo do místa probíhající infekce. 

Receptory má na povrchu svého obalu i virus. U něj však plní pouze jedinou zásadní funkci: vniknout do hostitelské buňky. Celý proces funguje na principu zámku a klíče, kdy virový receptor přesně zapadne do receptoru cílové buňky, čímž nic netušící buňku přesvědčí, aby ho transportovala cytoplazmatickou membránou do svého nitra.

Tkáně a orgány člověka se skládají z mnoha druhů vysoce specializovaných buněk, které se mimo jiné liší právě složením různých druhů receptorů na svém na povrchu. Proto je i každý virus specifický a napadá jen určité orgány a tkáně, ať už to jsou dýchací cesty (typický cíl pro chřipku či SARS-CoV-2), trávicí soustava (na ni se zaměřují takzvané rotaviry), mozek (napadá jej klíšťová encefalitida), či játra (ta si bere na mušku žloutenka). Léčba virových onemocnění často spočívá právě ve snaze zabránit infekci blokováním receptorů na povrchu viru.

Sebeobrana organismu

Pokud se do lidského těla virus dostane, v první linii s ním bojují samotné napadené buňky – a za svůj organismus neváhají položit život. Buňka nejdřív spustí samoočistný program (odborně zvaný autofágie), během kterého sebepožíráním likviduje cizorodou entitu, jež se v ní nachází. Když to nevyjde, spustí programovanou buněčnou smrt, a tím v sobě zahubí infekci. Pokud tento postup selže, nastoupí imunitní systém, jenž tvoří druhou obrannou linii proti patogenům, tedy různým cizorodým organismům a virům v těle.

Důležité je, že každá buňka člověka dokáže na svém povrchu ukazovat, co se zrovna děje uvnitř ní. Pokud je buňka napadená, imunitní buňky to dokážou rozpoznat a zahájí protiútok, v případě buňky infikované virem tuto nešťastnici zlikvidují.

Buňky imunitního systému mezi sebou mají populace různých specialistů. Například dendritické buňky průběžně pohlcují materiál ze svého okolí. Jakmile zjistí, že pozřely něco, co je tělu cizí a zároveň nebezpečné, spustí imunitní reakci aktivací dalších buněk. Je vhodné poznamenat, že není důvod, aby dendritické buňky hned útočily proti všemu cizímu, co nebezpečné není. Děje se to však v případě alergií, kdy imunitní systém špatně vyhodnotí tělu sice cizí, ale současně neškodné částice (třeba pylová zrnka) a spustí nepřiměřenou reakci.