Virüslerin Doğası: Neden Çok Hızlı Mutasyona Uğruyorlar?


Ceyda Sönmez, Gebze Teknik Üniversitesi, Moleküler Biyoloji ve Genetik

Virüsler, hala tam anlamıyla keşfedilememiş olsalar da biyolojik varlığın en küçük parçacıklarıdır. Bu parçacıklar yaklaşık olarak 17 ila 300 nanometre uzunluğuna sahiptir. Ortalama bir bakteriden 100 kat daha küçük olabilmektedir. Sıradan bir mikroskopla görülemeyecek kadar küçük olan virüsler ancak elektron mikroskobuyla incelenebilir.


Resim 1: Influenza virüsüne ait mikroskobik görüntü

Bu küçük parçacıklar temelde yalnızca üç yapıyı içerir. RNA veya DNA’dan yalnızca biri olmak üzere viral bir genom, genetik materyali saran ve koruyan protein tabaka ve bu protein tabakayı saran yağ yapıda bir zardan meydana gelir.



Virüsler, içinde yaşayacağı ve daha fazla virüs üreteceği bir konak hücre ararlar. Bir konak hücrenin dışında fonksiyon gösteremezler. Bu sebeple yaşayan veya cansız hücreleri çok iyi ayırt edebilirler.

Virüsün ilk keşfi, 1892 yılında Dimitri Ivanovsky tarafından çıkarılan bir makalede tütün bitkisine bulaşan ve bakteri olmayan bir patojenin bahsedilmesiyle ortaya çıkmıştır. O zamanlar bakterilerden de küçük olan bu patojenlerin virüs olabileceği bilinmiyordu. 1800’lerin sonuna gelindiğinde, Martinus Beijerinck çalışmaları devam ettirdi ve keşfedilen bu patojenlerin sadece bölünebilen hücrelerde çoğaldıklarını gözlemleyerek onları virüs olarak adlandırdı. Böylelikle ilk virüsün keşfedilmesinden bu yana yaklaşık 5000 farklı virüs türü tanımlandı fakat hala keşfedilmemiş milyonlarca tür olabileceği tahmin ediliyor.


Boyutları küçük fakat etkileri büyük olan virüsler, bitkilerden ve hayvanlardan, bakterilerin de içinde bulunduğu mikroorganizmalara kadar çeşitli canlı şekillerine bulaşabilir. Belli bir hücresel yapıya sahip olmadıklarından dolayı yaşamak için başka bir canlı hücreye ihtiyaç duyan virüsler, kendilerini çoğaltmak amacıyla hücreleri istila eder. Bu sebeple yeryüzündeki birçok canlı ve özellikle insan hayatı için potansiyel bir tehlike konumundadır. Basit gibi görünen gribal enfeksiyondan, daha ciddi ve hatta ölümcül olabilecek AIDS veya Ebola hemorajik ateşine kadar birçok hastalığa yol açan virüsler, tarih boyunca çok fazla sayıda insanın hayatını kaybetmesine yol açan salgınların ana karakteri olmuştur.


Peki nasıl oluyor da parçacık olarak bahsedilen virüsler bu kadar tehlikeli ve hatta ölümcül olabiliyor? Öncelikle virüslerin doğasına adım attığımızda insan hücreleri veya bakterilerin aksine, yaşam için kimyasal reaksiyonları gerçekleştirecek enzimleri içermediğini söyleyebiliriz. Bu durum virüsler hakkındaki ‘canlılık’ tartışmalarının ortaya çıkmasına yol açmaktadır. Virüsler de tıpkı canlı hücreler gibi RNA, DNA ve protein içermektedir fakat canlı hücrelerin aksine bunları aynı anda barındıramazlar. Biyokimyacı Wendel Stanley'nin tanımına göre virüsler biyolojik moleküllerden "basit" oluşumlardır. Organik moleküllerin kendi kendilerine yapısallaşma özelliklerinin bir sonucudurlar ve dolayısıyla canlı sayılmazlar. François Jacob da "Bir kültür ortamına yerleştirildiklerinde virüslerin bir metabolik faaliyeti yoktur. Enerjiyi ne üretebilirler ne de kullanabilirler, ne büyür ne çoğalabilirler, canlılarda görülen bu ortak özelliklerinden hiçbiri onlarda yoktur’ demiştir. Buna karşılık son keşiflerde yeni virüs türlerinde normalde virüslerde bulunmayıp canlı hücrelerde bulunabilen 30’dan fazla gen olduğu ortaya çıkmıştır. Virüsler canlı olsun veya olmasın bulaştıkları hücrelere etkisi tartışılmaz bir gerçektir. Çoğu bilim insanı, virüslerin bir konak hücreye bulaştıklarında gösterdiği etkilerden dolayı canlı olduğu konusunda hemfikirdir.


Virüsün bulaştığı konak hücrede nasıl etki gösterdiğini anlamak için adım adım enfekte olma sürecine bakmak yararlıdır. İlk olarak konak hücreye bağlanan virüs partikülü, genetik bilgiyi içeren materyalini konak hücreye bırakır. Hücre içine girdikten sonra viral enzimler, konak hücrenin enzimlerini toplar ve bu enzimler viral genomu kopyalamak için çalışır. Viral genomun yeni kopyaları, protein içine paketlenerek yeni virüsler oluşturur. Böylece virüs kendi başına çoğalamadığı ve genetik materyalini alt nesillere aktaramadığı için konak hücrenin mekanizmasını kullanarak amacını gerçekleştirmiş olur. Son olarak oluşan yeni virüsler hücreleri parçalayarak dışarı çıkarlar. Konak hücreden kurtulduktan sonra yeni virüsler diğer hücrelere saldırabilir. Bir virüs binlerce yeni virüs üretebildiğinden viral enfeksiyonlar vücutta hızla yayılabilir ve bu şekilde ciddi hasarlara yol açar. Biyokimyasal reaksiyonlarını gerçekleştirmediğinden bir konak hücrenin dışında yıllarca yaşayabilir. HIV ve uçuğa sebep olan herpes virüsü gibi bazı virüsler konak hücrenin içine girdikten sonra hemen çoğalmaz. Bazı virüsler, çoğalmadan önce konak hücrelerin içinde yıllarca "uyuyabilir". Örneğin, HIV bulaşmış bir kişi yıllarca AIDS belirtileri göstermeden yaşayabilir ancak virüsü başkalarına da yayabilir.


İnsan vücudu küçük olmalarına rağmen büyük bir tehdit olan bu virüslere karşı doğal bir savunma mekanizmasına sahiptir. Bağışıklık sistemi, virüse bağlanan ve çoğalmasını engelleyen antikorlar üretir. Ayrıca virüsü öldürmek için çalışan T hücrelerini de serbest bırakır. Ancak HIV gibi bazı virüsler bağışıklık sistemini aşar çünkü bağışıklık sisteminin yapabileceğinden daha hızlı gelişerek evrilir. Hemen hemen her yıl neden farklı bir grip virüsü türü ortaya çıktığını hiç düşündünüz mü? Tedavilerin yetersizliği ve hatta bazı virüslerin her türlü tedaviye dirençli olmalarının altında yatan sebep nedir? En kısa şekilde cevap vermek gerekirse virüsler çok hızlı mutasyona uğrarlar ve kolaylıkla evrimleşebilirler.


Her yıl Dünya Sağlık Örgütü, ortaya çıkan yeni virüs türleri ve bu türlerin neden olduğu salgın hastalıklarla ilgili makaleler yayımlamaktadır. En son ortaya çıkan ve tüm dünyaya yayılarak küresel bir salgın haline gelen COVID-19 hastalığı da virüs kaynaklıdır. Hastalığa neden olan koronavirüs, daha önce Orta Doğu Solunum Sendromu (MERS-CoV) ve Şiddetli Akut Solunum Sendromu (SARS-CoV) gibi ciddi hastalıklara neden olmuş büyük bir virüs ailesinden mutasyona uğrayıp evrimleşmiştir.

Peki virüsler nasıl çok hızlı mutasyona uğrayıp evrimleşerek karşı konulması daha güç bir etken olabilir? Tıpkı doğal seleksiyonun insanların, bitkilerin ve gezegendeki tüm canlıların evrimini şekillendirdiği gibi virüslerin evrimini de şekillendirir. Virüsler teknik olarak yaşamasa da evrimsel baskılara maruz kalır. Kısa yaşam döngüleri, hızlı çoğalabilme özellikleri ve RNA virüslerindeki yüksek mutasyon oranı genetik varyasyon yaratarak doğal seçilimle birlikte hızlı evrimleşmeye yol açar. Aslında bu evrimleşmenin temelinde ele geçirdikleri konak hücreye adapte olabilme ihtiyacı yatar. Buna ek olarak çoğu virüs hızlı çoğalması sebebiyle geniş bir popülasyon oluşturur ve mutasyona uğramış genler yeni oluşan birçok virüse hızlı bir şekilde aktarılabilir. Bu da gen havuzunda müthiş bir çeşitliliğe yol açarak evrimleşmeyi kolaylaştırır. Tüm bunların yanı sıra bu hızlı değişimin başka bir faktörü de virüslerin kendi aralarında DNA veya RNA’yı değiştirip birbirlerine aktarabilmesidir. Bu olay genellikle iki farklı virüs türünün aynı anda aynı canlı hücreyi enfekte etmesiyle gerçekleşir. İki virüs türü de kendi genetik materyalini aynı konak hücrenin mekanizmasıyla çoğaltmaya çalışır. Bundan kaynaklanan genomlardaki değişimle birlikte yeni türler ortaya çıkar.



2009 yılında çıkış yeri Amerika Birleşik Devletleri olan domuz gribi salgınını herkes hatırlıyordur. Bu grip, gribal enfeksiyona neden olan influenza virüs ailesinden, insanları enfekte eden alt türü ile kuşları enfekte eden alt türün domuz hücrelerini aynı anda kendilerine konak olarak seçmesi sonucu yeni bir türün evrimleşmesiyle ortaya çıkmıştır. Yeni oluşan tür zamanla insanlara bulaşıp yeni bir salgın ortaya çıkarmıştır.


Bağışıklık sistemi tarafından belli bir türe karşı üretilen antikorlar, ikinci seferde mutasyon geçirip hücreye tekrar girdiğinde o türü tanıyamaz. Bunun sonucunda bir tür kendi içerisinde kolaylıkla değişebilir. Böylelikle mutasyonlar virüsün nesilleri boyunca birikir ve yeni oluşan türler zaman içerisinde ana türden oldukça uzaklaşıp evrimleşir. Bilim insanları virüslerin kendi evrimlerinin yanı sıra yeryüzündeki canlıların da evriminde de rol aldıklarını ortaya çıkarmıştır. Yayılmak için konak bir organizmanın hücrelerinin hemen hemen her fonksiyonunu ele geçirmesi ve farklı türler arasında gen transferi yapabilmesi hem kendi evrimsel süreçlerini nasıl gerçekleştirdiklerine hem de diğer canlıların evriminde nasıl rol aldıklarına mantıksal bir yaklaşım sunmaktadır. Bilim insanları tarafından “yaşamın kıyısındaki organizmalar” olarak adlandırılan virüsler, bilim dünyasında merak uyandırmaya devam etmektedir.






Kaynakçalar

1) Brown, John C. "What the Heck is a Virus?" Department of Molecular Biosciences, University of Kansas. September 2000. (March 5, 2010)

2) Crosta, Peter. "What is a Virus? What is a Viral Infection?" Medical News Today. July 20, 2009. (March 5, 2010)

3) Judson, Olivia. "A Gazillion Tiny Avatars." New York Times. Dec. 15, 2009. (March 5, 2010)

4) Swiss Institute of Bioinformatics. (n.d.). Influenzavirus A. In ViralZone.

5) Centers for Disease Control and Prevention. (2009, November 25). Origin of 2009 H1N1 flu (swine flu): Questions and answers. In H1N1 flu.

6) Neumann, G. and Kawaoka, Y. (2006). Host range restriction and pathogenicity in the context of influenza pandemic. Emerg. Infect. Dis., 12(6).

7) Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., and Jackson, R. B. (2011). Emerging viruses. In Campbell biology (10th ed., p. 403). San Francisco, CA: Pearson.

8) CDC. How the flu virus can change: Shift and drift. Accessed University of California Museum of Paleontology. Evolution from a virus’s view.

9) https://www.nature.com/articles/npre.2009.3886.1

10) https://www.nature.com/search?q=virus+evolution

0 görüntüleme

Türkiye'nin Tek Popüler Genetik Bilim Dergisi

Bezelye Dergi ISSN: 2587-0173

Bizi Takip Et
  • Beyaz Facebook Simge
  • Beyaz Instagram Simge
  • White Twitter Icon
  • Icon-gmail
  • kisspng-white-logo-brand-pattern-three-d
  • images
  • medium
  • Dergilik
  • YouTube

© 2019 by Bezelye Dergi