Vīrusi ir obligāti intracelulāri parazīti, kas vairojas tikai saimniekšūnās un kuriem nav patstāvīgas vielmaiņas. Vīrusi var inficēt dažādus organismus, tostarp dzīvniekus, augus un baktērijas. Vīrusi tiek pētīti gan kā infekciju izraisītāji, gan kā rīki gēnu terapijā un viroterapijā. 

Vīrusi ir obligāti intracelulāri parazīti, kas nespēj vairoties ārpus saimniekšūnas. Tā kā tiem nav šūnas struktūras un neatkarīgas vielmaiņas sistēmas, tie tiek uzskatīti par dzīvo un nedzīvo organismu robežformu.

Vīrusi ir vidēji 10 reižu mazāki par baktērijām un aptuveni 1000 reižu mazāki par cilvēka mata diametru. Tos nevar redzēt ar parasto gaismas mikroskopu, tikai ar speciāliem elektronu mikroskopiem.

Vīrusi sastāv no ģenētiska materiāla (dezoksiribonukleīnskābes (DNS) vai ribonukleīnskābes (RNS) molekulas, kas satur vīrusa genomu) un proteīnu apvalka (nukleokapsīda). Kapsīds ieskauj vīrusa genomu un aizsargā to. Dažiem vīrusiem ir arī ārējais lipīdu apvalks, kas ir līdzīgs saimniekšūnas plazmas membrānai, bet satur vīrusu transmembrānas proteīnus. Pēc uzbūves vīrusi tiek iedalīti apvalkotajos (ar lipīdu apvalku) un neapvalkotajos (bez lipīdu apvalka).

Vīrusu infekcija ietver vairākus posmus:

1. Adsorbcija – vīruss piesaistās saimniekšūnas membrānai.
2. Iekļūšana – vīrusa genoms nonāk šūnā.
3. Genoma replikācija un proteīnu sintēze – šūna ražo vīrusa komponentus.
4. Jaunu vīrusu daļiņu izveide – veidojas jauni virioni (vīrusu daļiņas).
5. Izplatīšanās – vīrusi izdalās no šūnas, izraisot tās bojāeju.

Kad vīrusi iekļūst saimniekšūnā, tiem ir jāģenerē mRNS (matricas RNS) no saviem genomiem, lai sintezētu vīrusa proteīnus, kas nepieciešami jaunu vīrusu daļiņu veidošanai. Taču, lai to panāktu, katrā vīrusu ģimenē tiek izmantoti dažādi mehānismi. Pēc genoma veida vīrusus var iedalīt: DNS vīrusos (vienpavediena vai divpavedienu DNS) un RNS vīrusos (vienpavediena vai divpavedienu RNS). Lielākajai daļai dzīvnieku un augu DNS vīrusu ir nepieciešami saimniekšūnas kodolenzīmi, lai veiktu transkripciju (mRNS sintēzi) un replikāciju (genoma kopiju sintēzi). Savukārt RNS vīrusi paši kodē enzīmus, kas sintezē jaunas RNS kopijas. Turklāt daļa no vīrusiem izmanto reverso transkriptāzi (RT), kas pārveido RNS par DNS.

Vienpavediena RNS vīrusi tiek iedalīti pozitīvā pavediena (+) un negatīvā pavediena (-) vīrusos atkarībā no tā, kā tiek izmantota to RNS genoma informācija proteīnu sintēzei:

●       Pozitīvā pavediena (+) RNS vīrusi – šo vīrusu genoms darbojas tieši kā matricas RNS (mRNS). Kad vīruss inficē saimniekšūnu, ribosomas var nekavējoties izmantot vīrusa RNS, lai sintezētu vīrusa proteīnus. Piemēri: pikornavīrusi (piemēram, poliovīruss), flavivīrusi (piemēram, Zikas vīruss, Denges vīruss).

●       Negatīvā pavediena (-) RNS vīrusi – šo vīrusu RNS ir komplementāra mRNS un pati par sevi nevar tieši kalpot kā matrica proteīnu sintēzei. Lai veiktu transkripciju, vīrusam ir īpašais enzīms – RNS atkarīgā RNS polimerāze, kas pārraksta negatīvo pavedienu par pozitīvo (mRNS). Tikai pēc šī procesa saimniekšūnas ribosomas var sākt sintezēt vīrusa proteīnus. Piemēri: rabdovīrusi (piemēram, trakumsērgas vīruss), ortomiksovīrusi (piemēram, gripas vīruss).

Nobela prēmijas laureāts un biologs Deivids Baltimors (David Baltimore) izstrādāja Baltimora vīrusu klasifikācijas sistēmu, kuras pamatā ir vīrusu mRNS ražošanas mehānisms. Baltimora klasifikācija iedala vīrusus septiņās grupās:

1. Divpavedienu DNS vīrusi (piemēram, adenovīrusi, herpesvīrusi).
2. Vienpavediena (+) DNS vīrusi (piemēram, parvovīrusi).
3. Divpavedienu RNS vīrusi (piemēram, reovīrusi).
4. Vienpavediena (+) RNS vīrusi (piemēram, koronavīrusi, pikornavīrusi, togavīrusi).
5. Vienpavediena (-) RNS vīrusi (piemēram, ortomiksovīrusi, rabdovīrusi).
6. Vienpavediena (+) RNS-RT vīrusi ar DNS starpproduktu dzīves ciklā (piemēram, retrovīrusi pārraksta savu RNS genomu par DNS, kas ļauj tiem integrēt to saimniekšūnas genomā).
7. Divpavedienu DNS-RT vīrusi ar RNS starpproduktu dzīves ciklā (piemēram, hepadnavīrusi).

Vīrusi tiek klasificēti arī pēc Starptautiskās Vīrusu taksonomijas komitejas (International Committee on Taxonomy of Viruses, ICTV) sistēmas, kas iedala tos dzimtās, ģintīs un sugās. Klasifikācija balstās uz vīrusa genomu (DNS vai RNS), replikācijas mehānismu, kapsīda struktūru un citiem faktoriem. 

Vīrusi inficē ne tikai dzīvniekus, bet arī augus, baktērijas un pat arhejus. Lielākajai daļai vīrusu ir unikāls sugu diapazons, ko vīruss var inficēt. Daži vīrusi, kurus sauc par satelītvīrusiem, var vairoties tikai šūnās, kuras jau ir inficētas ar citu vīrusu (piemēram, Satelīta tabakas mozaīkas vīruss).

Dzīvnieku vīrusi iekļūst organismā dažādos veidos: ar gaisa pilieniem (kā gripas un COVID-19 gadījumā), ķermeņa šķidrumiem (cilvēka imūndeficīta vīruss jeb HIV) vai kodumiem (kā ērču encefalīta gadījumā). Vīrusi bieži vien specifiski inficē noteiktu šūnu veidu. Tā HIV inficē CD4 T palīgšūnas, bet gripas vīruss galvenokārt inficē elpceļu epitēlija šūnas. Šī šūnu specifiskā atpazīšana notiek, pateicoties vīrusu virsmas proteīniem, kas saistās ar konkrētiem saimniekšūnu receptoriem. Piemēram, SARS-CoV-2 izmanto “pīķa” (angļu spike) proteīnu, lai piesaistītos ACE2 receptoram cilvēka elpceļu un citu orgānu šūnās. Šāds pazīmju kopums nosaka vīrusa izplatību un ietekmi uz organismu.

Vīrusiem izdala divus replikācijas ciklu veidus – lītisko un latento. Lītiskajā ciklā vīruss ātri pārņem šūnu, vairojas un izraisa tās bojāeju, atbrīvojot jaunus vīrusus. Latentajā ciklā vīrusa genoms saglabājas šūnā neaktīvā stāvoklī un var aktivizēties vēlāk, piemēram, reaģējot uz stresu vai imūnsistēmas pavājināšanos. Piemēram, herpesvīrusu genoms tiek uzglabāts kodolā un nodots meitas šūnām dalīšanās procesā.

Vīrusu izraisītās slimības ietver:

●       Infekcijas slimības (gripa, masalas, COVID-19).

●       Imūndeficīta sindromus (iegūtā imūndeficīta sindroms jeb AIDS).

●       Audzējus (cilvēka papilomas vīruss var izraisīt dzemdes kakla vēzi). 

Ar vīrusu pētīšanu nodarbojas virusoloģija. Zinātnieki pēta vīrusu uzbūvi, evolūciju, klasifikāciju un vīrusu izraisītās slimības. Vīrusi tiek pētīti infekciju slimību kontekstā, un pret tiem tiek izstrādāti pretvīrusu līdzekļi un vakcīnas.

Vīrusu īpašības tiek izmantotas arī citos nolūkos, piemēram, gēnu terapijā vīrusus izmanto kā piegādes sistēmas jeb vektorus. Piemēram, adenoasociēto vīrusu (AAV) izmanto gēnu terapijas medikamentā Onasemnogene abeparvovec jeb Zolgensma, lai piegādātu SMN1 gēna funkcionālo kopiju pacientiem ar spinālo muskuļu atrofiju. AAV nodrošina efektīvu un ilgstošu gēna ekspresiju motorajos neironos, kas palīdz palēnināt slimības progresēšanu un uzlabot muskuļu funkciju. Šī medikamentozā terapija ir viena no dārgākajām pasaulē.

Sputnik V un Oxford–AstraZeneca COVID-19 vakcīnās izmanto adenovīrusa vektorus, kas satur SARS-CoV-2 vīrusa “pīķa” proteīna gēnu. Pēc vakcīnas ievadīšanas adenovīruss inficē šūnas, nodrošinot “pīķa” proteīna sintēzi un inducējot imūnsistēmas atbildi, kas aizsargā pret COVID-19.

Retrovīrusi un lentivīrusi, piemēram, HIV-atvasinātie lentivīrusi, tiek modificēti un izmantoti ilgtermiņa gēnu terapijai, jo tiem ir spēja integrēt terapeitisko gēnu saimniekšūnas genomā. Tos izmanto smaga kombinētā imūndeficīta ārstēšanā.

Turklāt zinātnieki ir modificējuši vīrusus, lai tie varētu vairoties vēža šūnās un iznīcināt tās, neinficējot veselās šūnas. Piemēram, Talimogene laherparepvec (T-VEC) ir modificēts herpesvīruss, ko izmanto melanomas ārstēšanā. Vīrusus, kas ir modificēti, lai iznīcinātu vēža šūnas, dēvē par onkolītiskajiem vīrusiem.

Bakteriofāgus – baktēriju vīrusus – pēta kā perspektīvu antibiotiku alternatīvu, jo tie inficē un iznīcina noteiktas baktērijas. Bakteriofāgu izmantošanu īpaši pēta antibiotiku rezistentu infekciju ārstēšanā. Bakteriofāgi ir ļoti specifiski, tāpēc tie neiznīcina zarnu mikrofloru un nerada blakusparādības, kas raksturīgas antibiotikām. Turklāt tiek pētītas unikālas bakteriofāgu terapijas, lai atlasītu bakteriofāgus konkrētu baktēriju iznīcināšanai.