Ana içerik
Konu: Biyoloji Kütüphanesi > Ünite 24
Ders 1: VirüslerVirüslerin Evrimi
Virüslerin evrimleşmesi ve genetik çeşitliliği. İlaca dirençli HIV. Grip virüslerinin tekrar sıralanması.
Önemli noktalar:
- Hücre tabanlı diğer yaşam formları gibi, virüsler de, evrim ve doğal seçilime uğrarlar ve birçoğunun çok hızlı bir şekilde evrimleştilerini söylemek mümkündür.
- İki virüs, bir hücreyi aynı anda enfekte ettiğinde, genetik malzemelerini değiş tokuş ederek, eşsiz özellikleri olan yeni "karışık" virüsler yapabilriler. Örnek vermek gerekirse, grip virüslerinin yeni türleri bu şekilde ortaya çıkabiliyor.
- RNA virüslerinin, mutasyon olasılıkları çok yüksektir ve bu da hızlı şekilde evrimleşmelerine olanak sağlar. Bu örneklerden biri, HIV'de ilaç direncinin evrimleşmesidir.
Giriş
Her sene neden yeni bir grip virüsünün karşımıza çıktığını hiç merak ettiiniz mi? Ya da AIDS'e sebep olan HIV'nin nasıl ilaca karşı dirençli bir hale gelebildiğini?
Bu sorulara verilecek en kısa cevap, virüslerin evrimleştikleridir. Virüslerin evrimleşmeleri, bir virüs popülasyonuna ait "gen havuzunun" zaman içerisinde değişime uğrayabileceğidir. Bazı durumlarda, örneğin belirli bir coğrafyadaki grip virüsleri ya da bir hastanın vücudundaki tüm HIV parçacıkları gibi, belirli bir popülasyondaki virüsler, doğal seçilim aracılığı ile evrimleşebilirler. Bu şekilde virüslerin üremesine yardımcı olan kalıtımsal özellikler (gribin hızlı bir şekilde bulaşması ya da HIV'nin ilaç direnci), virüs popülasyonunda zaman içerisinde yaygınlaşmaya başlar.
Virüsler evrimleşirler ancak evrimleri, insanlar gibi konaklarının evrimlerinden çok daha hızlıdır. Bu da virüslerin evrimini yalnızca biyologlar için değil, doktorlar, hemşireler, sağlık uzmanları ya da virüslere maruz kalan herhangi biri ki bu hepimiz oluyoruz, için önemli bir nokta haline getirir.
Virüslerde varyasyon
Doğal seçilimin gerçekleşebilmesi için genetik varyasyona ihtiyacı vardır. Genetik varyasyon, bir popülasyonda bazı genetik (kalıtsal) farklar olduğunu anlamınagelir. Virüslerdeki varyasyonun ise iki farklı kaynağı vardır
- Rekombinasyon: Virüsler genetik malzemelerinden (DNA ya da RNA) parçalar değiştirirler.
- Rasgele mutasyonlar: bir virüsün DNA ya da RNA diziliminde meydana gelen değişimler.Eğer nereye bakmamız gerektiğini biliyorsak, varyasyon ve evrimin etrafımızdaki virüsler için geçerli olduğunu görebiliriz. Bunun en güzel örneklerinden biri, grip virüsünün her sene değişiyor olmasıdır.
Haydi karıştıralım: Rekombinasyon
Gözlerimizi gribe çevirmeden, virüslerin DNA ya da RNA'larını rekombinasyon adı verilen bir süreçte nasıl değiş tokuş ettiklerini inceleyelim.
Rekombinasyon, iki virüsün aynı hücreyi enfekte etmesi ile meydana gelir. Virüslerin ikisi de, daha fazla virüs parçacığı üretmek için hücreyi ele geçirmek istediğinden, hücrenin içinde yani genomlar da dahil olmak üzere birçok virüs parçası olacaktır.
Rekombinasyon bu koşullar altında iki faklı yolla gerçekleşebilir. İlk olarak, viral genomların benzer bölgeleri bir araya gelerek bazı parçalarını değiş tokuş eder ve böylelikle DNA ya da RNA'yı fiziksel olarak koparır ve yeniden birleştirirler. İkinci olarak da, farklı segmentlere sahip virüsler, bu segmentleri, "tekrar sıralama" adı verilen bir süreçte değiş tokuş edebilirler.
Rekombinasyon ve influenza ("grip")
Influenza ("grip") virüsleri tekrar sıralama konusunda ustadırlar. Her bir tek bir tane ya da birkaç tane gen taşıyan sekiz RNA segmentleri bulunur.
İki influenza virüsü bir hücreyi aynı anda enfekte ederse, hücre içinde yapılan yeni hücrelerden bazıları segment karışımları (örneğin, A türünden "-4 segmentleri ile B türünden 5-8 segmentleri) içerebilir.
İnfluenza virüsleri söz konusu olduğunda, özellikle de domuzların iyi bilinen "karışım kapları" olduklarını söylemek mümkündür. Domuz hücreleri hem insan hem de kuş influenza virüsleri tarafından algılanıp enfekte edilebilirler. Bunlara domuz influenza virüsleri de dahildir. Domuza ait hücrelerden biri, aynı anda iki ayrı influenza virüsü tarafından enfekte edilirse, insanlara ve kuşlara ait genetik malzemenin bir karışımını içeren yeni virüsler elde edilebilir.
Bu tarz bir değiş tokuş, doğadaki influenza virüsleri için yaygın bir durumdur. Örnek vermek gerekirse, 2009 yılında bir salgın yaratan H1N1 influenza dizisini ("domuz gribi") hatırlıyor musunuz? H1N1, hem insan hem de kuş virüslerinden RNA segmentlerinin yanında, kökeni Kuzey Amerika ve Asya olan domuz virüslerini de içeriyordu. Bu kombo, birkaç yılda adım adım gerçekleşen rekombinasyonlar sonucunda H1N1'in elde edildiğini gösteriyor.
Viral mutasyonlar
Rekombinasyonun, virüslerin evrimini nasıl etkileyebileceğini gördük. Peki ya mutasyonlar? Mutasyonlar, bir virüsün genetik malzemesinde yani DNA ya da RNA'sında meydana gelen kalıcı değişikliklerdir. Mutasyonlar, virüs DNA ya da RNA'sının kopyalanması sırasında bir hata oluşması durumunda meydana gelirler.
Bazı virüslerin mutasyon oranları oldukça yüksek olsa da bu durum tüm virüsler için geçerli değildir. RNA virüslerinin mutasyon oranları yüksekken, DNA virüsleri, düşük mutasyon oranlarına sahiptirler.
Bu neden böyledir? Aralarında fark bulunmasının sebebi, kopyalamada kullanılan makineler ile ilgilidir. DNA virüslerinin çoğu, genetik malzemelerini konak hücrenin enzimlerini kullanarak kopyalarlar. Bu enzim, DNA polimerazdır ve DNA polimeraz kontrol okuması da yapan bir enzimdir. Kontrol okuması, kopyalama sırasında oluşan hataların yakalanması ve düzeltilmesi anlamına gelir. RNA virüsleri ise, RNA polimeraz adı verilen bir enzim kullanırlar. Bu enzim kontrol okuması yapmadığından, hataların meydana gelme olasılığı çok daha yüksektir.
Vaka çalışması: HIV ilaç direnci
İnsan immünyetmezlik virüsü (HIV), edinilmiş immün yetmezlik sendromuna (AIDS) sebep olan virüstür. HIV, yüksek mutasyon oranı olan ve hızlı bir şekilde evrimleşebilen bir RNA virüsüdür. Bu durum, ilaca dirençli türlerin ortaya çıkmasına sebep olmuştur.
HIV'nin yüksek mutasyon oranı
HIV gibi RNA virüslerinin mutasyon oranları yüksek olduğu için, bir hastanın vücuduna bulunan HIV virüs popülasyonu içindeki genetik varyasyon da yüksektir. Mutasyonların birçoğu zararlı olacağından, mutant virüsler üreyemeyecek "öleceklerdir". Ancak bazı mutasyonlar, virüsün belirli koşullar altında üremeye devam etmesine olanak sağlayacaklardır. Buna örnek olarak verilebilecek mutasyonlardan biri, virüse ilaç direnci kazandırabilir.
İlaca dirençli HIV'nin evrimi
Bazı ilaçlar, önemli viral enzimleri inhibe ederek HIV'nin replikasyonunu engellerler. Bu ilaçlardan birinin kullanılması başlangıçta hastanın viral seviyelerinin düşmesine sebep olur. Bir süre sonra, ilaç kullanımı devam ediyor olmasına rağmen, HIV virüsleri yeniden bir atak yaparak seviyelerini yeniden yükseltirler. Bu, virüsün ilaca dirençli nir formunun evrimleştiği anlamına gelir.
Bunun neden gerçekleştiğini anlamak için, belirli bir antiviral ilaç örneğini, ters transkriptaz inhibitörünü ele alalım. Aşağıdaki şemada gösterilen nevirapin molekülü gibi ters transkriptaz inhibitörleri, ters transkriptaz adı verilen viral enzime (kırmızı ve kahvrengi ile gösterilmiş yapı) bağlanırlar. İlaç, enzimin görevini yerine getirmesini yani HIV'nin RNA genomunu DNA'ya kopyalamasını engeller. Bu enzimin dekative olması, HIV virüsünün hücreyi kalıcı olarak enfekte edememesine sebep olur.
HIV virüslerinin birçoğu nevirapin ile durdurulabilir. Ancak, HIV popülasyonundaki virüslerin küçük bir bölümü, rassal şansa bağlı olarak, ters transkriptaz geninde, onları ilaca dirençli hale getiren bir mutasyona sahip olabilir. Örneğin, ilacın enzime bağlanma bölgesinin şeklini değiştiren gentik bir değişiklik sonucu, ilaç enzime bağlanarak aktivitesini inhibe edemez.
Direnç mutasyonuna sahip virüsler, ilacın varlığına rağmen ürerler ve nesiller sonrasında, ilacın kullanımından önceki viral seviyelere yeniden ulaşabilirler. Seviyelerini yeniden yükseltmeleri bir yana, bu yeni virüs popülasyonunun tamamı artık ilaca karşı dirençlidir!
HAART ilaç direnci
HIV eğer ilaçlara karşı direnç geliştirebiliyorsa bu virüsü nasıl durdurabiliriz? Bu noktada elimizdeki en iyi yaklaşım, üç ya da daha fazla ilacın aynı anda kullanılmasıdır. Bu yaklaşım çok etkin antiretroviral terapi ya da İngilizce isminin kısaltması ile HAART olarak adlandırılmaktadır. Bir HAART kokteylinde kullanılan ilaçlar, HIV yaşam döngüsünün farklı bölümlerini hedef almaktadırlar.
HAART yaklaşımı işe yaramaktadır çünkü popülasyondaki tek bir HIV virüsünün her üç ilaca karşı aynı anda direnç kazandıracak üç mutasyona uğrama olasılığı son derece küçüktür. Virüsün birden fazla ilaca karşı direnci olan formları zaman içerisinde evrimleşecek olsa da, birden fazla ilacın aynı anda kullanıldığı tedaviler, direnç evrimini yavaşlatmaktadır.
HIV'nin biyolojisi hakkında daha fazla bilgi edinmek için virüslerin yaşam döngüleri üzerine hazırladığımız makaleye göz atın. Semptomlar, tedavi ve HIV ile AIDS'ten korunmak ile ilgili daha fazla bilgi edinmek için de, Sağlık ve Tıp bölümündeki HIV ve AIDS ile ilgili kısımları inceleyebilirsiniz.
Virüslerin evrimi neden bu kadar hızlıdır?
Virüsler, insanlardan daha hızlı bir şekilde evrimleşirler. Peki neden?
HIV'de gördüğümüz gibi, bazı virüslerin mutasyon oranları oldukça yüksektir ve bu sayede daha fazla varyasyona sahip olup daha hızlı bir şekilde evrimleşebilirler. Virüslerin hızlı bir şekilde evrimleşmesine katkıda bulunan iki diğer özellikleri; popülasyon büyüklükleri ve hızlı yaşam döngüleridir.
Popülasyon ne kadar büyük olursa, ilaç direnci sağlayan ya da bulaşma hızını artıran bir mutasyon gibi, doğal seçilimin üzerinde etkili olabileceği özel bir mutasyonun popülasyon içindeki bir virüste gerçekleşmiş olması olasılığı da daha yüksek olur. Virüsler aynı zamanda oldukça hızlı bir şekilde ürerler. Bu, popülasyonlarının konaklarının popülasyonlarına oranla daha kısa sürelerde evrimleşeceği anlamına gelir. Örneğin bi HIV virüsü yaşam döngüsünü
Hızlı evrimleşen virüslere karşı nasıl savaşıyoruz? Bulaşmayı engellemeye çalışmak için adımlar atmak, tedavi için yeni ilaçlar belirlemek ve aşıların geliştirilmesi ile kullanılması, kullanılan önemli stratejiler arasında yer almaktadır.
Tartışmaya katılmak ister misiniz?
Henüz gönderi yok.