A számítástechnika elmúlt évtizedekben végbement hatalmas technikai fejlődése eredményeképp a volt hajlékonylemezt (floppy) merevlemezek, a kompakt korongokat (CD), majd a digitálisvideo-korongokat (DVD) tollmeghajtók (pendrive) követték. Ezen utóbbiak mind formájukban mind pedig tárolókapacitásaikban igen nagy változatosságot mutatnak. E tollmeghajtókhoz nagyon hasonlóak a vírusok, melyek nagy morfológiai különbségekkel és különböző tárolási kapacitásokkal jellemezhetőek. Ahogy a tollmeghajtók adatait számítógéphez csatlakoztatva azok felhasználhatóakká, átalakíthatóvá válnak, a vírusok, bejutva egy kompatibilis élőlény sejtjébe, ugyancsak képesek erre – a bennük rejlő örökítőanyagok „életre” kelnek. Ott átalakíthatóakká válnak, s köszönhetően a molekuláris biológia forradalmi felfedezéseinek, a vírusok in vitro átprogramozhatóak, átalakíthatóak. A virológia nagy felfedezései sok esetben a növényi vírusokhoz köthetőek, csak néhány jelentősebbet megemlítve ide sorolhatjuk a vírusok első felismerését (Mayer, 1886), kristályosításukat (Stanley, 1935), és az első elektronmikroszkopikus felvételeket (Kausche et al., 1939). A vírus ribonukleinsav mint örökítőanyag azonosítását (Gierer-Schramm, 1956), s az első növényi fertőző ágens, a viroid (fehérjeburok nélküli fertőző vírus) elsődleges szerkezetének meghatározását (Gross et al., 1978) is említhetjük. Majd követte e jelentős eredményeket az első DNS-, majd RNS-vírus teljes genomjának leírása (Franck et al., 1980, Goelet et al., 1982). Ezekkel a felfedezésekkel, indult hódító útjára a genomika, később egyre bonyolultabb élőlények kódoló szakaszainak azonosítását téve lehetővé; mindezt az ezredfordulón megkoronázva a humán genom feltárásával. Napjainkban szinte mindennapossá vált egy-egy újabb élőlény elsődleges szerkezetének ismertetése. A több ezer ma ismert vírusfaj közel egyharmada növényeket fertőz, s növényi betegségeket okoz. Morfológiailag sokfélék: gömb (ikozahedrális), fonál, pálcika, bacilus alakúak, ikerrészecskét formálóak méreteikben is a lehető legkülönbözőbbek. A napjainkban leírt metavírusok kivételével csak elektronmikroszkopikus tartományban láthatóak, 10 nm-től több száz nanométer méretűek. A vírusok genomja mindig csak egyféle nukleinsav lehet: vagy ribonukleinsav, vagy pedig dezoxiribonukleinsav. A növényi vírusok több mint nyolcvan százalékban ribonukleinsav genommal rendelkeznek, s azon belül is számos variáció fordul elő, mutatva biológiai sokféleségüket. Vannak egyszálú, RNS-vírusok (többségükben), de ismerünk kettős szálú RNS-vírusokat is. A vírus genom állhat egy ribonukleinsav szálból, mint a potyvirusok esetében, vagy több RNS hordozza a genetikai információt, s előfordulnak szubgenomi RNS-ekkel szerveződöttek. A vírusok esetében ismerünk szatellit RNS-eket is amelyek a növényi betegségek megnyilvánulási formáit jelentősen megváltoztathatják, egyik kiváló példájuk az uborka-mozaikvírus (CMV) szatellit 5 jelű RNS-e. Ennek a szatellit ribonukleinsavnak egyik szekvenciavariánsa szabadon csatlakozva különböző uborka-mozaikvírus törzsekhez csúcsnekrózist okozva pusztítja el a paradicsomot. Míg a szatellit ribonukleinsav nem tartalmaz homológ szekvenciát a vírus genomi ribonukleinsavaival, a defektív interferáló részecskébe burkolt ribonukleinsava a vírus genetikai állományából szerveződik. A növényi vírusok s így a ribonukleinsav genommal rendelkezők is, egyik általános tulajdonsága, hogy elenyésző méretű nem kódoló szakaszaik vannak, ellentétben a sejtes élőlényekkel. Joggal feltételezhető, hogy ezek a fertőző ágensek lehetőleg csak olyan szekvenciaszakaszokkal rendelkeznek, melyek az „életcikusaikban” jelentős szerepet játszanak. Az egyes vírusok által kódolt fehérjék alapvető szerepet játszanak a virion kialakításában, a kapszid formálásában, ahol a köpenyfehérje alegységek burkolják be a vírus genetikai állományát, védve azt az esetleges degradációtól. A köpenyfehérjék szerkezetileg alapvető feladataikon, a vírus nukleinsav becsomagolásán kívül, szerepet játszanak a vírusok által indukált betegségtünet kialakításában, a vírusok sejtről sejtre való terjedésében, de az egyes rovarátvitelekben is alapvetőek. A vírus ribonukleinsav kódolja a vírus ribonukleinsav replikációs komplexének alegységét, mely a nukleinsav szintéziséért felel, mely replikáz komplex egyben helikáz aktivitással is rendelkező fehérjét kódol. A vírus kódolja a sejtről sejtre való terjedésben alapvető szerepet játszó úgynevezett mozgási fehérjét is. A vírus ribonukleinsav kódolja még a vírus által indukált géncsendesítésben alapvető szerepet játszó fehérjét is. A potyvirusok, melyek csak egy RNS-szálban hordozzák a teljes genetikai információt, s a mintegy tízezer nukleotida hosszú genomról egy poliprotein szintetizálódik, majd ez a növényi sejtben kémiai és enzimatikus hasításokkal alakítja ki az egyes funkcionális szerepet játszó fehérjéket. Így maga a vírusgenom szintetizáltatja meg a fehérje enzimatikus bontásában szerepet játszó fehérjét is (Hull, 2014).

Az egyes vírusgének funkciójának meghatározásában alapvető szerepet játszottak a molekuláris biológia technikai arzenáljának látványos eredményei, melyek lehetővé tették az egyes vírusgének izolálását, azonosítását és in vivo vagy in vitro funkcióinak vizsgálatait. Ehhez nemcsak a vírusmutánsok, azok kialakítása vagy természetes mutánsai szolgáltattak információkat, hanem egyes szakaszok cseréje is lehetővé vált. Az uborka-mozaikvírus esetében vírustörzsek közt reasszortánsokat sikerült előállítani. Ebben az esetben a vírus három genomi RNS-e közül a harmadik, mely a köpenyfehérje gént és a mozgási fehérjét kódolja, kicserélhető volt, megtartva az új kombinációk fertőzőképességeit. Továbbá a hármas RNS-kódolta két gén kicserélése után a kiméra is fertőzőképesnek bizonyult, lehetővé téve az egyes fehérjék sejten beüli funkcióinak vizsgálatát is.

Az uborka-mozaikvírus köpenyfehérje, mely az örökítő állomány három ribonukleinsav szálát burkolja be, s melyekről öt fehérje szintetizálódik, köztük a köpeny fehérjéje is; számos törzse a vírus biológiai sokszínűségének jó példája. A köpenyfehérje szerkezetének ismeretében annak számos funkciója vált ismertté. A köpenyfehérje egy-egy aminosavának megváltoztatása jelentős

változásokat képes okozni a betegségtünet kialakulásában. Ha a Trk 7 CMV-törzs köpenyfehérje génjében a 193 pozíciójában lévő lizin aminosavat szerinre vagy aszparaginra cseréljük le, akkor a CMV R-törzshöz hasonló tüneteket fog indukálni a beteg növényben, mivel az R CMV adott pozícióban aszparagint tartalmaz. Ez az aminosav-pozíció a H-I-redők közti hurokban található, a virion felszínén. Az E EF-hurok kezdő pozíciójában a 129 pozícióban lévő aminosav szintén tünetbefolyásoló szereppel rendelkezik, és jelentős mértékben szabályozza a betegségtünet erősségét (Salánki et al., 2006).

A növényi vírus mint bioinformatikai adathordozó jól felhasználható különböző nukleinsavak, idegen gének expresszálására is. Ennek egyik kiváló példája, amikor zöld fluoreszcens fehérjével jelölt vírus mozgását tudjuk nyomon követni a növényben, vagy akár két különböző fluoreszcenciát adó fehérjével két vírusegyüttes nyomon követésére van lehetőségünk (Divéki et al., 2002). A köpenyfehérjének azért is van kiemelt szerepe, mert a növényi génsebészet egyik legismertebb eredményes gyakorlati felhasználása épp e génhez fűződik. A köpenyfehérje gén növényi génállományba építésével számos vírusellenálló transzgenikus növényt sikerült előállítani, melyek közül több gyakorlati bevezetésre is került. A legismertebb példái a különböző vírusoknak ellenálló burgonya, dohány, paprika, szilva, paradicsom és a papaya (Prins et al., 2008). Mint az előzőekben említettük, a köpenyfehérje felszínén néhány hurok kicserélhető úgy, hogy az nem változtatja meg a vírus fertőzőképességét. Ezekbe a hurkokat kódoló nukleinsavszakaszokba kisebb peptidszakaszokat kódoló nukleinsavat építhetünk be, s azt a stabilan öröklődő konstrukciót felhasználva fontos fehérjéket expresszáltathatunk (Vitti et al., 2010). Az Alzheimer-betegség amiloid fehérjéjének béta fragmensét építették be uborka-mozaikvírus köpenyfehérjébe, s immunreakciót indukáltak az Alzheimer-betegség elleni védekezéshez. Hasonló pozitív eredményeket kaptak Hepatitis C vírusepitóp beépítésével Maria Nuzacci és munkatársai (2010). Számos humán betegség elleni vakcina alapja egy-egy növényi vírus, elsősorban biológiai biztonsági megfontolásokból. E kísérletek már klinikai kipróbálás alatt vannak. Ezen az úton indultunk el mi is, amikor sertés cirkovirus elleni vakcina előállítására olyan CMV-konstrukciót állítottunk elő, mely a sertés cirkovirus-epitopot tartalmazza. Különböző konstrukcióink közül egy nagyfokú stabilitást adott, s a hibrid vírussal immunizált egerekben, majd sertésekben is kialakult a felülfertőző vírussal szembeni védettség (Gellért et al., 2012, Tombácz et al., 2013). Szinte meglepő módon hatékonyabb immunitást indukálhattunk, ha orálisan adagoltuk a hibrid vírust, mint szubkután injektálva. Ez azt a gyakorlati lehetőséget sugallja, hogy a hibrid vírussal fertőzött takarmány etetésével a sertésállomány immunizálható ezen nagyon súlyos betegséget és nagy gazdasági veszteséget okozó ágenssel szemben.
 

Kulcsszavak: növényi génsebészet, molekuláris növényvirológia, vírusfehérjék, vírusszerkezet, uborka mozaikvírus, circovírus, hibrid vírus
 

IRODALOM

Divéki Zoltán – Salánki K. – Balázs E.(2002): Limited Utility of Blue Fluorescent Protein (Bfp) in Monitoring Plant Virus Movement. Biochimie. 84, 997–1002. DOI: 10.1016/S0300-9084(02)00007-X • WEBCÍM

Franck, A. – Guilley, H. – Jonard, G. – Richards, K. – Hirth, L. (1980): Nucleotide Sequence of Cauliflower Mosaic Virus DNA. Cell. 21, 285–294. DOI: 10.1016/0092-8674(80)90136-1 • WEBCÍM

Gellért Ákos – Salánki K. – Tombácz K. – Tuboly T. – Balázs E. (2012): A Cucumber Mosaic Virus Based Expression System for the Production Of Porcine Circovirus Specific Vaccines. PlosOne. 7, 12, e52688. DOI: 10.1371/journal.pone.0052688 • WEBCÍM

Gierer, Alfred – Schramm, Gerhard (1956): Infectivity of Ribonucleic Acid from Tobacco Mosaic Virus. Nature 177, 702. doi:10.1038/177702a0

Goelet, Phillip – Lomonossoff, G. P. – Butler, P. J. G. – Akam, M. E. – Gait, M. J. – Karn, J. (1982): Nucleotide Squence of Tobacco Mosaic Virus RNA. Proceedings of the National Academy of Science of the USA. 79, 5818–5822. • WEBCÍM

Gross, Hans J. – Domdey, H. – Lossow, C. – Jank, P. – Raba, M. – Alberty, H. – Sanger, H. L. (1978): Nucleotide Sequence of Secondary Structure of Potato Spindle Tuber Viroid. Nature. 273, 203–208. doi:10.1038/273203a0 • WEBCÍM

Hull, Roger (2014): Plant Virology. 5th edition. Elsevier, London

Kausche, Gustav A. – Pfankuch, E. – Ruska, H.(1939): Die Sichtbarmachung von pflanzlichem Virus im Übermikroskop. Die Naturwissenschaften. 27, 292. DOI: 10.1007/BF01493353

Mayer, Adolf (1886): Über der Mosaikkrankheit des Tabaks. In: Die Landwirtschaftlichen Versuchs-Stationen. 32, 45–467.

Nuzzaci, Maria – Vitti, A. – Condelli,V. – Lanorte, M. T. – Tortorella, C. – Boscia, D. – Piazzolla, P. – Piazzolla, G. (2010): In Vitro Stability of Cucumber Mosaic Virus Nanoparticles Carrying a Hepatitis C Virus-derived Epitope under Simulated Gastrointestinal Conditions and In Vivo Efficacy of an Edible Vaccine. Journal of Virological. Methods. 165, 211–215. DOI: 10.1016/j.jviromet.2010.01.021

Prins, Marcel – Laimer, M. – Noris, E. – Schubert, J. – Wassenegger, M. – Tepfer, M. (2008): Strategies for Antiviral Resistance in Transgenic Plants. Mol. Plant Path. 9, 1. 73–83. DOI: 10.1111/j.1364-3703.2007. 00447.x

Salánki Katalin – Gellért Á. – Balázs E. (2006): Az uborka mozaik vírus változékonysága a köpenyfehérje szerkezet tükrében. Növényvédelem. 42, 15–22.

Stanley, Wendell M. (1935): Isolation of Cristalline Protein Possessing the Properties of Tobacco-mosaic Virus. Science. 81, 644. DOI: 10.1126/science.81.2113. 644 • WEBCÍM

Tombácz Kata – Gellért Á. – Salánki K. – Balázs E. –Tuboly T. (2013): Oral Immunogenicity of a Plant Virus Vector Based Porcine Circovirus Antigen. Acta Veterinaria Hungarica. 61, 547–552. DOI: 10.1556/AVet.2013.044

Vitti, Antonella – Piazzolla, G. – Condellia, V. – Nuzzaci, M. – Lanorte, M. T. – Boscia, D. – DeStradis, A. – Antonaci, S. – Piazzolla, P. – Tortorella, C. (2010): Cucumber Mosaic Virus as the Expression System for a Potential Vaccine against Alzheimer’s disease. Journal of Virological Methods. 169, 332–340. DOI: 10.1016/j.jviromet.2010.07.039