Virüs Nedir? Nasıl Çoğalır, Nasıl Bulaşırlar?

Virüsler nasıl mutasyona uğrar? Nasıl başlar, nasıl ölürler? COVID-19'un hayatımızın merkezine oturttuğu virüsler hakkında genel ve işe yarar bilgiler.

iStock

virüs, bir tür hücre zombisi. şimdi salgın da var, herkes ileri geri bir sürü şey söylüyor. virüs nedir ne değildir merak edenler için şöyle minnak bi yazı hazırladım naçizane. olayın biyolojisini biraz özetliyor.

virüsler canlı mıdır?

bu soruyu cevaplamadan önce canlılığın ne olduğunu bi tanımlayabilmemiz gerek ki, onu pek yapamıyoruz. canlılar, kalıtım bilgisi taşıyan, kendini kopyalayıp çoğaltabilen, ortam değişince uyum sağlayabilen, enerji kullanacak metabolizması olan, yarı izole kimyasal karışımlardır. dünya üzerindeki bütün canlılarda bilgi tek yönde akar (central dogma). dna’dan dna yapılır (replikasyon), dna’dan rna yapılır (transkripsiyon), rna’dan protein yapılır (translasyon).

virüsler de canlılar gibi genetik bilgi taşıyorlar, kendilerini kopyalayıp çoğalırlar (hem de gani gani), evrim geçirirler (hem de bizden daha hızlı). ama virüslerin canlı hücreler gibi kendi kendine yeten bir biyolojik sistemi, metabolizması yoktur. virüsler bu parazitlik konusunu o kadar abartmıştır ki, en basit kendini kopyalayacak sistemi bile enfekte ettiği konak hücreden kullanırlar. hücre dışında kendi kendine duruyorken canlılık özellikleri gösteremezler. bu sebepten virüsler canlı kategorisine alınmazlar.

fakat konağın dışında kendi kendine duruyorken ölmezler de, zaten canlı olmayan bi şey ölemez. dış ortamda ancak kimyasal bozunma yaşayabilir, ya da kimyasal olarak dayanıklıdır, bozunmadan kalır.

virüsün bütün derdi, gerçekten canlı bür hücreye girsin, yönetimi ele geçirsin, onun hammaddesini (protein ve nükleik asit monomerlerini, fosfolipit zarını), enerjisini (atp), enzimlerini (dna pol, rna pol, ribozom vs.) aşırsın, kendi kopyalarını yaptırtsın, ordan da çıkıp taze kaynakların olduğu başka bir konağa geçsin. sömürgeci devlet gibi bi şey yani.
.

peki o zaman virüs ne?

kabaca söylersek virüs, protein kapla (kapsitle) çevrilmiş, hücre dışında taşınabilen birkaç genden ibarettir.

insan hücreleri öyle mi ya? değil. çeşit çeşit molekül (dna, rna, protein, yağ, karbonhidrat), canlılığı sağlayacak bir sürü enzim, trafiğin yoğun aktığı bu ökaryot hücrelerde düzeni sağlayacak bir sürü görevli molekül, giriş çıkışı kontrollü organeller, kompartımanlar arasında iş bölümü, haberleşme vs, her şey çok kompleks. ya virüs? al küçük bi parça dna’yı, sar proteinle, oldu mu sana virüs? eğer içine girdiği hücrenin yönetim sistemini ele geçirip, sinsi sinsi kendi kopyalarını yaptırtabilirse, evet virüs olmuş demektir.

virüsler bildiğimiz hücrelere göre çok küçüktür, 20-100 nm (yani metrenin 10.000.000’da biri, yani ortalama bir insan hücresinin 100’de-1000’de biri falan).

viral genom

artık öğrendik ki, virüsün genetik bilgisi, bi de o genetik bilgiden kodlanan kapsit proteini dışında bir olayı yok. o zaman şu viral genoma biraz daha bakalım.

şu dünyada canlı namına ne var ne yok, hepsinin genetik bilgisi ikili sarmal dna ile taşınır. bizden farklı olarak virüslerin genomu ikili sarmal dna, tek zincirli dna, iki zincirli rna veya tek zincirli rna ile taşınabilir. genetik bilgisini dna molekülünde taşıyan virüslere dna virüsü, rna molekülünde taşıyana rna virüsü denir (ne kadar da ilginç bir isimlendirme).

şimdi bir kere, virüsler canlılardan daha çabuk evrimleşirler. sizin soyunuz 20-30 yılda bir ürerken virüs iki günde milyarlarca kopyaya ulaşıyor. herhalde o evrilecek, ben mi evrileceğim? bu milyarlarca kopyadan avantajlı olanlar seçiliyor, konağı daha iyi enfekte ediyor, daha çok kopyalıyor kendini falan, başarısız olanlar da ortadan kayboluyor. ama o kadar çok kopya var ki ortada, çoğu başarısız olsa, milyonda biri işe yarar bir mutasyon geçirse bu yine virüsün yararına oluyor.

bir de şöyle bir gerçek var, virüsler, hele ki rna virüsleri çok fazla mutasyon geçirirler. biz dna’mızı özenle kopyalarız. kopyalan polimeraz enzimi ikide bir dönüp bakar hata yapmış mı diye, yaptıysa dönüp düzeltir. o yetmez kopyaladıktan sonra başka bi sistem gelir dna’yı boydan boya tarar, bi yanlış var mı diye. o da yetmez, dna’mısın günlük bakımı vardır (aziz sancar’ın nobel ödülü alan çalışması). virüsün hiç öyle bi derdi yok, allah ne verdiyse kopyalayıp gidiyor. o yüzden bizim hücrelerde bir milyarda bir hata olurken virüslerde her bin bazdan biri hatalı oluyor. bu hatalar çoğunlukla virüslerin başarısız olması için sebep, ama aynı zamanda aşırı hızlı evrilmeleri için sebep. hani kışın başında grip aşısı oluyorsunuz da, kışın sonunda o aşı bi işe yaramıyor ya, işte bu yüzden. yoksa bağışıklık sisteminiz verilen viral proteini unutuyor falan değil. o 3-5 ay içinde grip virüsü öyle bir mutasyon geçiriyor ki, bağışıklık sisteminiz tanıyamaz hale geliyor.

işte bu da böyle ebedi-ezeli bir savaştır. konak değişir, parazit uyum sağlar, konak silah geliştirir, parazit daha kuvvetli silah geliştirir, bu yarış da hiç durmaz.

kapsit ve membran

tanımı itibariyle virüs dediğimiz zaten bi parça kapsit proteinle kaplanmış genetik bilgi. kapsit genelde çok basit yapılı olur. bazen tek tip proteinden, bazen bi kaç tip proteinden yapılır. proteinin kimyasal yapısına göre kapsit de geometrik bi şekil alır. heliks şeklinde dizilirse uzun bi çubuk olabilir, veya adenovirüs mesela 20 yüzlü zar şeklinde (icosahedral, bi dungens and dragons atarsınız artık).

bütün virüsler cıbıl cıbıl gezmezler (bkz: çıplak virüs). bazı virüslerde (çoğunluklar hayvanları enfekte eden virüslerde), kapsitin etrafında bi de yağ yapılı membran olur. evet aynı bizim hücrelerimizdeki zar gibi bi zarf düşünün. bu zarfın kaynağı da bir önceki konak hücre. önceden girip istila ettiği hücrede kendini çoğaltıp çıkarken, konak hücrenin hücre zarı ve zar proteinlerini alıp çıkıyor. bu virüs için hem güzel bir kamuflaj, ayrıca bir sonraki konak hücreye girişini de kolaylaştırıyor.

bazı virüsler kapsit proteine ek olarak glikoprotein de kodlarlar. konak hücrenin er ve golgi’si tarafından proteinin sentezi yapılır, şeker grupları eklenir, sonra hücre zarına taşınır (bunlar zaten membran proteinleri, membranı delip geçiyorlar yani). virüs hücreden zar alıp çıkarken bu glikoproteinlerden de alır. bu glikoproteinler bir sonraki hücreyi enfekte ederken, konak hücredeki reseptör proteine bağlanıyor. yani aslında virüsün başarısı glikoprotein-reseptör bağlanmasının gücüne bağlı.

virüsün yaşam döngüsü

virüsler her türlü metabolik mekanizmadan yoksun oldukları için mecburi hücre içi parazitlerdir.

her virüs her konak hücreye giremez. virüsler bu konuda oldukça seçidir. hatta belki diğer parazitlerden daha seçicidir. her virüsün enfekte edebileceği bir veya birkaç canlı vardır. onun da bütün hücrelerini hedefleyemez, belli bir tipteki hücrelerine girebilir (hatırlayın, bunlar hücre içi parazitler; çoğalmak için konak hücrenin ta içine girmesi lazım).

ilk adım, virüsün konak hücreye bağlanması ve viral genomun içeri girmesi. hayvan virüslerinde çoğunlukla glikoprotein-reseptör protein temasıyla başlıyor. virüsün zarfıyla konak hücrenin zarı birbirlerine kaynıyorlar ve viroid içeri giriyor. kapsit proteinleri dağılıyor, gerek yok, viral genom o proteinleri sentezleyecek bilgiyi taşıyor zaten. içeri giren viral genom bir yandan kendini kopyalamaya başlar. diğer yandan, virüs kendi genlerini ifade ederek (transkripsiyon & translasyon), kendine lazım olan rna’ları ve proteinleri sentezlemeye başlar. bu proteinlerden başlıcası tabii ki kapsit proteini. ama bazen diğer enzimatik proteinleri sentezleyen genleri de oluyor virüslerin (bunların tuhaf rna kopyalayan enzimleri falan var; ya da genomun içine saklanmak için dna kesen enzim getiriyorlar beraberlerinde).

tabi bu virüs dediğimiz meret parazit olduğu için, dna’sını kopyalamak ve proteinlerini sentezlemek için gerekli hammaddeyi, malzemeyi ve enerjiyi konak hücreden çalıyor. normalde konak hücrenin kendi dna’sını kopyalamak için kullandığı, kendi proteinlerini ifade etmek için kullandığı enzimleri kendi kontrolüne alıyor, ve kendi genetik bilgisinin faydasına kullanıyor.

son adımda, kopyaladığı viral genomların etrafını ürettiği viral kapsit proteinleri sarıyor (bu adım enerji gerektirmiyor, virüsün nükleik asidiyle proteini şıp diye birbirlerini bulacak bir kimyada evrimleşir zaten). yani yeni virüsler oluşuyor. sonra bu virüsler konak hücreden çıkıp yeni konakları enfekte etmeye gidiyorlar.

bu da böyle aptal bi döngü işte. kendini çoğalt, yayıl, kendini çoğalt, yayıl vs .vs. virüsün bütün derdi bu. hayır gittin yeni konak hücreleri enfekte ettin de ne oldu? başın göğe mi erdi? bu kadar çok yayıldığına göre erdi galiba. hayatın anlamını arayacak değil ya, paso kendini kopyalıyor.

virüsün en kritik kısmı hücreye giriş kısmı. mesela bakteriyofajlar (ya da kısaca faj, bakteriyi enfekte eden virüs demek), bakterinin üstüne domalıp dna’sını roket gibi hücrenin içine fırlatır. bazı virüs endositozla içeri alınır (dışardan yiyecek, hammadde, sinyal vs. şeyleri içeri almak için ökaryotik hücrelerin yaygın kullandığı bir yöntem). veya virüsün dışı zarf ile kaplıysa, virüsün membranı ile konak hücrenin membranı (hücre zarı) birbirine yapışıp kaynaşırlar (bu membran kaynaşması çok kolay bi şey, hücre hep yapıyor bunu).

bizim içinse zarfın (envelope) şöyle bir önemi var: virüsün zarfı konak hücreye girmesini kolaylaştırsa da konak dışında virüsü hasara açık hale getirir. elinizi sabunla, kolonyayla veya dezenfektanla temizlediğinizde koronavirüslerin (zarflı virüstür kendisi) yağ yapılı zarını parçalıyorsunuz, yani bu önlemlerle virüsten kurtulabilirsiniz, enfekte etme özelliğini kaybeder. ama mesela çıplak virüs olsaydı, bu önlemler yetmeyecekti, o zaman protein parçalayan ajanlara ihtiyacımız olacaktı.

glikoproteinler de şu aşamada çok önemli. eğer koronavirüse saldıracaksak en mantıklı şey ya glikoproteinlerini kapatmak, ya da onun bizim hücrelerdeki reseptörü olan ace-2 proteinlerini kapatıp kullanılmaz hale getirmek.

virüs sınıfları

bu virüs denen meretin ne olduğunu anladıysak şimdi bi sınıflara ayıralım. sınıflandırma için virüsün taşıdığı nükleik asidin tipi ve genetik bilgisini kopyalama tarzı baz alınır.

sınıf i: çift zincir dna’sı olan virüsler. bunlar hücrenin içine girip hücrenin dna polimerazını kendi genomunu kopyalamak için kullanır. tabii polimeraz her zaman ortalıkta yok, sadece hücre bölünürken ortaya çıkıyor. kimi virüs oturur hücre bölünsün diye bekler. hpv gibi kimi virüsler de kendimi kopyalayım diye sürekli hücre bölünmesini tetikler. o yüzden hpv’nin yan etkisi kanser yapıyor. aslında ille kanser yapıcam diye bi derdi yok, o ekmeğinin derdinde, ama kendini çoğaltırken konak hücresini de çoğalmaya zorluyor.

örnek: çiçek hastalığı, adenovirüs, insan papillom virüsü (hpv), herpes simplex

sınıf ii: tek zincir dna’sı olan virüsler. bunların çoğunlukla zarfı olmaz. tek zincir dna’larına hemen bir eş yapıp çoğalmaya başlarlar.
örnek: parvovirus,

sınıf iii: çift zincir rna’sı olan virüsler. örnek: rotavirus

sınıf iv: tek zincir rna’sı olan virüsler, artı zincir. bunların genomu doğrudan mrna olarak kullanılabilir. yani virüsün rna’sı içeri girdi mi, konak hücrenin ribozomlar bok varmış gibi koşa koşa gelir ve viral proteinleri sentezlemeye başlar. ürettiği şeyin kendini öldüreceğini bilse sentezlemez o proteini ama cehalet işte, n’aparsın. bunun rna’dan rna yapan enzimi (viral bir enzimdir kendisi, kendi sentezler) çok hata yaptığı için bunlarda mutasyon oranı çok yüksek oluyor. / örnek: koronavirüs, çocuk felci

not: virüsler çok hızlı mutasyon geçirdiği için aynı virüsün bir sürü alt türü oluyor. koronavirüs ailesinin bir sürü değişik üyesi var mesela, covid-19, sars, mers. genetik bilgileri ve protein yapıları birbirlerinden hafiften farklı olduğu için hepsinin bulaşıcılık ve öldürücülük seviyeleri farklı. (koronavirüslerin özellikleri için (bkz: koronavirüs ailesi))

sınıf v: tek zincir rna’sı olan virüsler, eksi zincir. bunların genomu doğrudan mrna olarak kullanılamaz. aslında bunlar mrna’nın tam zıddı genom taşırlar. rna replicase derler bir enzim var, rna’yı kalıp olarak kullanıp rna sentezleyen (bizde buna benzer bi şey kesinlikle yok), o gelip mrna sentezliyor da viral proteinler üretiliyor. sonra da bi daha kopyalayıp kendi genomunu çoğaltıyor. / örnek: ebola, rabdovirus

sınıf vi: retrovirüsler. bunlar hücreye rna genomlarını gönderirler. sonra bu rna’dan dna sentezlenir. bu işin adı reverse transcription. bizim hücrelerimizde böyle bi enzim yok, o yüzden viral enzimler yapıyor bu işi. zaten central dogma’ya karşı olduğu için bizim hücrelerimizde böyle olaylar yaşanmaz, örfümüze, ananemize ters düşer.
örnek: hiv

sınıf vii: bunların çift zincirli dna genomları var ama nedense önce bundan rna yapıp sonra o rna’dan tekrar dna yapıyorlar. hep israf. neyse bu da böyle evrilmiş, n'apalım. / örnek: hepatit b

dipnot: şimdi insanlık tarihi ilk defa virüs salgını görüyormuş davranmaktan vazgeçin. insanlar, hayvanlar, böcekler, bitkiler, hatta bakteriler bile zaman zaman virüs salgınına maruz kalır. tabii çoğu salgını sağ atlatamaz. insanoğlu da her yüzyılda bi kaç salgın mutlaka yaşar. virüs bu kardeşim, senden benden hızlı değişiyor, herhalde güçlenecek. ille birinin biyolojik silah olarak üretip salmasına gerek yok.

şimdi sakin ol, evinde otur, ve hijyen kurallarına uy. önceki salgınlardan da biliyoruz ki, virüs salgınını durdurmanın en etkili yolu konakların birbirine temas etmesini engellemek.