W ostatnich miesiącach temat wirusów i bakterii stał się wyjątkowo popularny. Nic dziwnego, zważywszy na to, że mamy pandemię koronawirusa SARS-CoV-2, powodującego chorobę COVID-19. Warto zatem wiedzieć, o czym dokładnie mówimy, kiedy chodzi o wirusy oraz bakterie. Czym się różnią wirusy od bakterii? Co z tych odmienności wynika? Na przykład, dlaczego antybiotyki są zabójcze dla bakterii (o ile nie są antybiotykooporne), ale nie działają na wirusy? Czy wirusy i bakterie mogą między sobą konkurować? Czy wirusy atakują bakterie albo czy bakterie infekują wirusy? Jaka jest odpowiedź na pytanie, dlaczego antybiotyki nie działają na wirusy?
Bakteria a wirus – czym się różnią?
Najważniejsza różnica między wirusami i bakteriami dotyczy żywotności. Bakterie są żywymi organizmami (mikroorganizmami) w pełnym tego sformułowania znaczeniu. Mają swoje komórki, własny metabolizm, replikują się same z siebie, ewoluują. Tymczasem wirusy uznawane są za „półżywe” i określa się je raczej jako cząsteczki zakaźne lub molekularne pasożyty niż organizmy, pomimo tego, że dla uproszczenia i praktyczności wchodzą zwykle w skład zbioru o nazwie „mikroorganizmy” czy „drobnoustroje”. Fundamentalnie bakterie są zatem żywe, a wirusy „tylko” są jednostkami biologicznymi. Te ostatnie mogą się namnażać i ewoluować jedynie w komórkach gospodarza. Nie posiadają swoich komórek ani własnego aparatu molekularnego.
Wirusy mogą się różnić między sobą budową, jednak u podstaw są podobne. W stanie wolnym (poza organizmem gospodarza wirusy nazywamy wirionami) mają płaszcz białkowy, określany kapsydem, a czasem także otoczkę białkowo-lipidową (jak w przypadku koronawirusa SARS-CoV-2). Wirusy bakteryjne (bakteriofagi) dodatkowo posiadają specyficzne struktury, przypominające wyglądem „nogi robotów z kosmosu”. Są nimi kołnierz, tuba, płytka podstawowa i odchodzące od niej włókna, widoczne na schemacie, dwa akapity niżej.
 |
| Bakteriofagi przylegające do ściany komórkowej bakterii na obrazie z mikroskopu elektronowego. Za: dr Graham Beards |
Bakterie natomiast posiadają ścianę komórkową, błonę komórkową, cytoplazmę, własny aparat molekularny do przeprowadzania procesów metabolicznych i replikacji, w tym chromosom bakteryjny (genofor), plazmid (dodatkowa pętla DNA z genami kodującymi białka potrzebne bakteriom do przetrwania w określonym środowisku) i rybosomy. Mogą mieć elementy pozwalające im na poruszanie się. Różnice w budowie skutkują też odmiennymi rozmiarami. Wirusy są z reguły o wiele mniejsze od bakterii, a ich średnica podawana jest zazwyczaj w nanometrach (nm), podczas gdy średnica bakterii w mikrometrach (μm). Nie znaczy to, że nie ma wyjątków, gdyż znane są wirusy gigantyczne, wielkością dorastające bakteriom. Z reguły jednak wirusy można obejrzeć jedynie pod mikroskopem elektronowym, podczas gdy bakterie widoczne są już pod mikroskopem optycznym z mocnym powiększeniem.
Wirusy i bakterie: dalsze podobieństwa i różnice. Dlaczego antybiotyki nie działają na wirusy
Kolejna cecha dzieląca wirusy i bakterie to rodzaj, budowa i wielkość genomu, czyli materiału genetycznego. Wirusy mogą mieć RNA zamiast DNA – znane są i wirusy RNA i wirusy DNA. Niektóre wirusy RNA (retrowirusy) mogą przeprowadzać w komórkach gospodarza odwrotną transkrypcję, czyli przepisanie RNA na DNA, co u bakterii czy komórek jądrowych (w tym człowieka) nie zachodzi, lub od razu przechodzić do syntezy swoich białek, wykorzystując rybosomy gospodarza. U nas i u bakterii miejsce ma zwykła transkrypcja, a więc zmiana DNA na RNA. Genom wirusów może być i ciągły i „zamknięty” w pętelkę (kolisty), a genom bakterii jest kolisty (zarówno ten główny, jak i plazmidowy, choć są znane wyjątki).
 |
| Schemat budowy bakteriofaga. Za: Maksim, Wikimedia, z późn. zm. |
Wirusy posiadają z reguły znacznie mniej genów niż bakterie – czasem nawet tylko dwa. Bakterie muszą mieć bowiem sekwencje kodujące białka do przeprowadzania procesów metabolicznych i tworzenia aparatu replikacyjnego, podczas gdy wirusy ich nie mają. Znane są mimo to wyjątki – wirusy należące do rodziny pandorawirusów (np. Pandoravirus salinus czy Pandoravirus dulcis) mogą mieć nawet od około 1500 do około 2500 genów. Ich gospodarzami są inne mikroorganizmy – ameby. Wirusy oprócz wspomnianych elementów budowy mogą zawierać jeszcze enzymy, czynniki transkrypcyjne czy białka utrudniające lub udaremniające odpowiedź immunologiczną atakowanego organizmu.
Wirusy są zdolne do infekowania wszelkich form życia. Mogą zakażać bakterie (w tym cyjanobakterie, sinice) i archeany, protisty (pierwotniaki, glony), grzyby, rośliny i zwierzęta. Bakterie z kolei atakują większe od siebie organizmy, takie jak protisty, grzyby, rośliny i zwierzęta. Bakterie nie zakażają wirusów, co podkreślam dlatego, że niedawno TVP, Gazeta Polska, Gospodarka Morska oraz Polskie Radio opublikowały teksty z informacjami o „bakteriach wirusów”, tak jakby bakterie atakowały wirusy lub jakby wirusy były jakimiś podjednostkami bakteryjnymi.
Wirusy a ekologia
W kontekście ekologicznym warto wiedzieć, że wirusy są bardziej wszechobecne nawet od bakterii – znajdują się we wszelkich środowiskach i pełnią w nich istotną rolę regulacyjną. W ekosystemach głębinowych są przyczyną śmierci do około 80% bakterii. Dzięki nim możliwe jest więc uwalnianie znacznych ilości węgla, które pozwalają funkcjonować przydennej sieci troficznej. To samo dzieje się w innych miejscach – wirusy uśmiercają liczne organizmy, przywracając zawartą w nich materię środowisku. Wobec tego pomimo iż wirusy nie są organizmami żywymi, często wlicza się je w ujęciu ekologicznym do biomasy.
Różnic i podobieństw pomiędzy wirusami i bakteriami jest znacznie więcej. Te, które dotychczas opisałem można uznać za najważniejsze zarówno w kontekście biologicznym jak i epidemiologicznym. Jest jednak jeszcze jedna rzecz, o której chciałbym wspomnieć. Ludzki genom zawiera około 8% sekwencji wirusowych. Wynika to z faktu, że wirusy mogą dostać się do komórek płciowych (plemników lub oocytów) i zostać przekazane następnemu pokoleniu. Od bakterii mamy jednak coś dużo bardziej fundamentalnego – mitochondria. Organella te wyewoluowały z bakterii, z którymi eukarionty (komórki jądrowe) dawno temu weszły w symbiozę i zaczęły dziedziczyć je wraz z cytoplazmą.
Dlaczego antybiotyki nie działają na wirusy?
Antybiotyki mogą działać różnie. Najczęściej blokują syntezę ściany komórkowej, powodują jej dziurawienie, hamują odczytywanie i replikację materiału genetycznego bakterii i jej podziały. Już w tym momencie widać, że antybiotyk nie bardzo ma jak zadziałać na wirusa, gdyż ten nie posiada ściany komórkowej ani własnego aparatu molekularnego. Leki antybiotyczne powodują uszkodzenia elementów i mechanizmów obecnych u bakterii, ale nie u wirusów, dlatego na nie nie działają. Efekty leków antywirusowych opierają się na utrudnianiu wirusowi przylegania do komórek i wnikania do nich, jak również zaburzaniu ich cyklu replikacyjnego.
Prowadzenie bloga naukowego wymaga ponoszenia kosztów. Merytoryczne przygotowanie do napisania artykułu to często godziny czytania podręczników i publikacji. Zdecydowałem się więc stworzyć profil na Patronite, gdzie w prosty sposób można ustawić comiesięczne wpłaty na rozwój bloga. Dzięki temu może on funkcjonować i będzie lepiej się rozwijać. Pięć lub dziesięć złotych miesięcznie nie jest dla jednej osoby dużą kwotą. Jednak przy wsparciu wielu staje się realnym, finansowym patronatem bloga, dzięki któremu mogę poświęcać więcej czasu na pisanie artykułów.
Literatura
Jadwiga Baj. „Mikrobiologia”. Wydawnictwo Naukowe PWN. Warszawa 2018.
Anna Goździcka-Józefiak. Wirusologia. Wydawnictwo Naukowe PWN. Warszawa 2019.
Coghlan, Andy. „My so-called viral life: is discovery new life form?.” (2013).
Philippe, Nadège, et al. „Pandoraviruses: amoeba viruses with genomes up to 2.5 Mb reaching that of parasitic eukaryotes.” Science (2013).
Hunter, Philip. „Massing life.” EMBO reports (2010).
Lan, Jun, et al. „Structure of the SARS-CoV-2 spike receptor-binding domain bound to the ACE2 receptor.” Nature (2020).
Super artykuł! Jako mikrobiolog dodam tylko, że plazmidy mogą występować również w formie liniowej, chociaż koliste przeważają, ale nie dałoby mi spokoju �� Pozdrawiam i robisz bardzo dobrą robotę! ❤
Dziękuję, poprawiłem.
Jeśli już o plazmidach 🙂 w tekście napisane jest, że bakterie posiadają chromosom i plazmid. O ile pierwszy występuje w liczbie pojedynczej, o tyle plazmidów w komórce jest raczej więcej. Zatem użyłabym sformułowania posiadają chromosom i plazmidy. Natomiast "replikują" i "namnażają" użyłabym odwrotnie 🙂
Artykuł jak zawsze ciekawy, jednak wkradła się pewna nieścisłość: RNA wirusy nie przepisują RNA na DNA, (nie wchodząc w szczegóły polaryzacji ssRNA lub dwuniciowego RNA) od razu wykorzystują rybosomy do produkcji białek np.(SARS-cov-2), odwrotną transkrypcję przeprowadzają retrowirusy np.(HIV).
"Wirusy są zdolne do infekowania wszelkich form życia. Mogą zakażać bakterie (w tym cyjanobakterie, sinice) i archeany, protisty (pierwotniaki, glony), grzyby, rośliny i zwierzęta. Bakterie z kolei atakują większe od siebie organizmy (…)". Niefortunne sformułowanie. Wirusy jak bakterie atakują większe od siebie organizmy także w tej kwestii za bardzo różnicy nie ma.
Co za żenada – wplecenie opinii politycznej i fakenewsa do materiału „naukowego”. Może to bezpośrednio J.Kaczyński mówił o „bakteriach wirusa”? 🙂 Jeśli „naukowiec” za źródło podaje fake z facebooka, nie ma sensu czytać reszty. Żenada. Jeśli już autor musi połączyć biologię z polityką, to chociaż niech poda wiarygodne źródła. Największym wirusem zą takie bzdury.