мини|десно|Илустрација вириона SARS-CoV-2

Вирус је сићушни инфективни агенс који се размножава унутар ћелија живих домаћина. Када је заражена, ћелија домаћина је приморана да брзо производи хиљаде идентичних копија оригиналног вируса. За разлику од већине живих бића, вируси немају ћелије које се деле; нови вируси се састављају у зараженој ћелији домаћина. Али за разлику од једноставнијих инфективних агенаса попут приона, они садрже гене, што им омогућава да мутирају и еволуирају. Описано је преко 4.800 врста вируса од милиона колико их има у животној средини. Њихово порекло је нејасно: неки су можда еволуирали из плазмида — делова ДНК који се могу кретати између ћелија — док су други можда еволуирали из бактерија.

Вируси су грађени од два или три дела. Сви укључују гене. Ови гени садрже кодиране биолошке информације вируса и изграђени су од ДНК или РНК. Сви вируси су такође прекривени протеинским омотачем ради заштите гена. Неки вируси могу имати и омотач од мастима сличне супстанце који прекрива протеински омотач и чини их осетљивим на сапун. Вирус са овим „вирусним омотачем” користи га — заједно са специфичним рецепторима — да уђе у нову ћелију домаћина. Вируси варирају у облику од једноставних спиралних и икосаедарских до бактериофага са сложенијим структурама. Вируси се крећу у величини од 20 до 300 нанометара; било би потребно 33.000 до 500.000 њих, поређаних један до другог, да се протегну на .

Вируси се шире на много начина. Иако су многи веома специфични у погледу тога коју врсту домаћина или ткиво нападају, свака врста вируса ослања се на одређени метод копирања. Биљни вируси се често шире са биљке на биљку путем инсеката и других организама, познатих као вектори. Неки вируси људи и других животиња шире се излагањем зараженим телесним течностима. Вируси као што је инфлуенца (грип) шире се ваздухом путем капљица влаге када људи кашљу или кијају. Вируси као што је норовирус преносе се фекално-оралним путем, што укључује контаминацију руку, хране и воде. Ротавирус се често шири директним контактом са зараженом децом. Вирус хумане имунодефицијенције, ХИВ, преноси се телесним течностима током секса. Други, као што је денга вирус, шире се путем инсеката који сишу крв.

Вируси, посебно они сачињени од РНК, могу брзо да мутирају и створе нове типове. Домаћини могу имати мало заштите против таквих нових облика. Вирус грипа се, на пример, често мења, па је сваке године потребна нова вакцина. Велике промене могу изазвати пандемије, као што је пандемија свињског грипа 2009. која се проширила на већину земаља. Често се ове мутације дешавају када вирус први пут зарази друге животињске домаћине. Неки примери таквих „зоонозних” болести укључују коронавирус код слепих мишева, и грип код свиња и птица, пре него што су ти вируси пренети на људе.

Вирусне инфекције могу изазвати болест код људи, животиња и биљака. Код здравих људи и животиња, инфекције обично елиминише имунски систем, који може пружити доживотни имунитет домаћину на тај вирус. Антибиотици, који делују против бактерија, немају утицаја, али антивирусни лекови могу лечити инфекције опасне по живот. Вакцине које стварају доживотни имунитет могу спречити неке инфекције.

Терминологија

Вирион — Једна вирусна честица изван ћелије домаћина; може бити дефектна и неинфективна. Капсид — Протеински омотач који окружује гене вируса; овај омотач је сачињен од много мањих протеина који су идентични и називају се капсомере. Вирусни омотач — Неки вируси имају мехур масти који окружује вирион. Ген — Сегмент ДНК или РНК; гени су попут реченица сачињених од „слова” нуклеотидне азбуке. Гени управљају размножавањем вируса. Различите врсте вируса имају гене сачињене од ДНК или РНК, али не од оба истовремено. Опсег домаћина — Животиње, биљке или бактерије које један тип вируса може да зарази. Бактериофаги — Вируси који се размножавају у бактеријама. Ћелијски тропизам — Тип ћелије у којој вирус може да се размножава. Серотип — Груписање вируса засновано на антигенима на површини вируса. Симетрија — Сви вируси истог типа су идентични и њихове честице имају коцкасту, спиралну или сложену структуру.

Откриће

лево|upright|мини|Скенирајућа електронска микрографија вируса ХИВ-1, обојених зеленом бојом, који пупе са лимфоцита

Године 1884, француски микробиолог Шарл Шамберлан изумео је Шамберланов филтер (или Шамберлан-Пастеров филтер), који садржи поре мање од бактерија. Тако је могао да пропусти раствор који садржи бактерије кроз филтер и потпуно их уклони. Почетком 1890-их, руски биолог Дмитриј Ивановски користио је ову методу за проучавање онога што је касније постало познато као вирус мозаика дувана. Његови експерименти су показали да екстракти из згњечених листова заражених биљака дувана остају инфективни и након филтрирања.

У исто време, неколико других научника показало је да, иако су ови агенси (касније названи вируси) били другачији од бактерија и око сто пута мањи, и даље су могли да изазову болест. Године 1899, холандски микробиолог Мартинус Бејеринк приметио је да се агенс размножава само у ћелијама које се деле. Назвао га је „заразна жива течност” () — или „растворљива жива клица” јер није могао да пронађе честице сличне клицама. Почетком 20. века, енглески бактериолог Фредерик Творт открио је вирусе који инфицирају бактерије, а француско-канадски микробиолог Феликс д'Ерел описао је вирусе који би, када се додају бактеријама које расту на агару, довели до стварања читавих подручја мртвих бактерија. Бројање ових мртвих подручја омогућило му је да израчуна број вируса у суспензији.

Изум електронског микроскопа 1931. године донео је прве слике вируса.From Editor-in-Charge Tore Frängsmyr, Editor Gösta Ekspång, World Scientific Publishing Co., Singapore Године 1935, амерички биохемичар и вирусолог Вендел Мередит Стенли испитао је вирус мозаика дувана (TMV) и открио да је углавном сачињен од протеина. Кратко време касније, показано је да је овај вирус сачињен од протеина и РНК. Розалин Френклин је развила слике рендгенске кристалографије и одредила пуну структуру TMV-а 1955. године. Френклинова је потврдила да вирусни протеини формирају спиралну шупљу цев, обавијену РНК, и такође показала да је вирусна РНК једноланчана, а не двострука спирала попут ДНК.

Проблем за ране научнике био је тај што нису знали како да узгајају вирусе без употребе живих животиња. Прекретница је наступила 1931. године, када су амерички патолози Ернест Вилијам Гудпасчер и Алис Мајлс Вудраф узгајали инфлуенцу и неколико других вируса у оплођеним кокошијим јајима. Неки вируси се нису могли узгајати у кокошијим јајима. Овај проблем је решен 1949. године, када су Џон Френклин Ендерс, Томас Хакл Велер и Фредерик Чапман Робинс узгајали полио вирус у културама живих животињских ћелија. Преко 4.800 врста вируса је детаљно описано.

Порекло

Вируси коегзистирају са животом где год се он појави. Вероватно постоје откако су еволуирале прве живе ћелије. Њихово порекло остаје нејасно јер не фосилизују, па су молекуларне технике биле најбољи начин за хипотезе о томе како су настали. Ове технике се ослањају на доступност древне вирусне ДНК или РНК, али већина вируса који су сачувани и ускладиштени у лабораторијама млађа је од 90 година. Молекуларне методе су биле успешне само у праћењу порекла вируса који су еволуирали у 20. веку. Нове групе вируса можда су се више пута појављивале у свим фазама еволуције живота. Постоје три главне теорије о пореклу вируса:

Регресивна теорија Вируси су можда некада били мале ћелије које су паразитирале на већим ћелијама. Временом су изгубљени гени који им више нису били потребни за паразитски начин живота. Бактерије Rickettsia и Chlamydia су живе ћелије које се, попут вируса, могу размножавати само унутар ћелија домаћина. Ово даје веродостојност овој теорији, јер је њихова зависност од паразитизма можда довела до губитка гена који су им некада омогућавали да живе самостално.

Теорија ћелијског порекла Неки вируси су можда еволуирали из делова ДНК или РНК који су „побегли” из гена већег организма. Побегла ДНК могла је потицати од плазмида — делова ДНК који се могу кретати између ћелија — док су други можда еволуирали из бактерија.

Теорија коеволуције Вируси су можда еволуирали из сложених молекула протеина и ДНК у исто време када су се ћелије први пут појавиле на Земљи, и зависили би од ћелијског живота много милиона година.

Постоје проблеми са свим овим теоријама. Регресивна хипотеза не објашњава зашто чак ни најмањи ћелијски паразити ни на који начин не личе на вирусе. Хипотеза о бекству или ћелијском пореклу не објашњава присуство јединствених структура код вируса које се не појављују у ћелијама. Коеволуција, или хипотеза „прво вирус”, у супротности је са дефиницијом вируса, јер вируси зависе од ћелија домаћина. Такође, вируси су препознати као древни и да имају порекло које претходи раздвајању живота на три домена. Ово откриће навело је модерне вирусологе да преиспитају и поново процене ове три класичне хипотезе.

Грађа мини|Поједностављени дијаграм грађе вируса мини|upright=1.7|Различити облици вируса Вирусна честица, такође названа вирион, састоји се од гена направљених од ДНК или РНК који су окружени заштитним омотачем од протеина који се назива капсид. Капсид је направљен од много мањих, идентичних протеинских молекула званих капсомере. Распоред капсомера може бити икосаедарски (са 20 страна), спиралан или сложенији. Постоји унутрашњи омотач око ДНК или РНК који се назива нуклеокапсид, направљен од протеина. Неки вируси су окружени мехуром од липида (масти) који се назива омотач, што их чини осетљивим на сапун и алкохол.

Величина десно|мини|Вириони неких од најчешћих људских вируса са њиховом релативном величином. Нуклеинске киселине нису у размери. Вируси су међу најмањим инфективним агенсима и превише су мали да би се видели светлосним микроскопом; већина њих се може видети само електронском микроскопијом. Њихове величине се крећу од 20 до 300 нанометара; било би потребно 33.000 до 500.000 њих, поређаних један до другог, да се протегну на један центиметар. Поређења ради, бактерије су обично око 1000 нанометара (1 микрометар) у пречнику, а ћелије домаћина виших организама су обично неколико десетина микрометара. Неки вируси, као што су мегавируси и пандоравируси, релативно су велики вируси. Са око 1000 нанометара, ови вируси, који инфицирају амебе, откривени су 2003. и 2013. године. Они су око десет пута шири (и тиме хиљаду пута већи у запремини) од вируса грипа, а откриће ових „џиновских” вируса запањило је научнике.

Гени

Гени вируса су направљени од ДНК (дезоксирибонуклеинске киселине) и, код многих вируса, РНК (рибонуклеинске киселине). Биолошке информације садржане у организму кодиране су у његовој ДНК или РНК. Већина организама користи ДНК, али многи вируси имају РНК као свој генетички материјал. ДНК или РНК вируса састоји се од једног ланца или двоструке спирале.

Вируси се могу брзо размножавати јер имају релативно мало гена. На пример, вирус грипа има само осам гена, а ротавирус једанаест. Поређења ради, људи имају 20.000–25.000. Неки вирусни гени садрже код за прављење структурних протеина који формирају вирусну честицу. Други гени праве неструктурне протеине који се налазе само у ћелијама које вирус зарази.

Све ћелије, и многи вируси, производе протеине који су ензими који покрећу хемијске реакције. Неки од ових ензима, звани ДНК полимераза и РНК полимераза, праве нове копије ДНК и РНК. Вирусни ензими полимеразе су често много ефикаснији у прављењу ДНК и РНК од еквивалентних ензима ћелија домаћина, али вирусни ензими РНК полимеразе су склони грешкама, узрокујући да РНК вируси мутирају и формирају нове сојеве.

Код неких врста РНК вируса, гени нису на континуираном молекулу РНК, већ су раздвојени. Вирус грипа, на пример, има осам засебних гена направљених од РНК. Када два различита соја вируса грипа заразе исту ћелију, ови гени се могу помешати и произвести нове сојеве вируса у процесу који се зове реасортирање.

Синтеза протеина