ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΤΕ.ΠΡΟ.Π. ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗ ΜΙΚΡΟΒΙΟΛΟΓΙΑ ΘΕΜΑ: ΙΟΙ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: ΙΑΚΩΒΙΔΗΣ ΜΗΝΑΣ

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΤΕ.ΠΡΟ.Π. ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗ ΜΙΚΡΟΒΙΟΛΟΓΙΑ ΘΕΜΑ: ΙΟΙ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: ΙΑΚΩΒΙΔΗΣ ΜΗΝΑΣ Ηράκλειο, 07/2007

2 Η ΦΥΣΗ ΤΩΝ ΙΩΝ Η φύση των ιών αποτελεί ένα από τα πιο πολυσυζητημένα θέματα στην επιστήμη της ιολογίας. Το ερώτημα που απασχολεί είναι: θεωρούνται οι ιοι οργανισμοί; Η απάντηση εξαρτάται άμεσα από τον ορισμό που δεχόμαστε για το τι είναι οργανισμός. Σύμφωνα με τον Lwoff (1957) οργανισμός είναι μια μονάδα ανεξάρτητης δομής και πλήρους και ανεξάρτητης λειτουργικότητας. Με βάση αυτόν τον ορισμό ο ιός δεν μπορεί να θεωρηθεί οργανισμός επειδή δεν είναι ανεξάρτητος (πράγματι ο ιός εξαρτάται ουσιαστικά από το ζωντανό κύτταρο-ξενιστή, μέσα στο οποίο και μόνον είναι σε θέση να οργανώσει την αναπαραγωγή του). Με βάση ένα άλλο πιο σύγχρονο ορισμό περί οργανισμού, που δίνει έμφαση στην ατομικότητα, στην ιστορική συνέχεια και στην εξελικτική ανεξαρτησία, μπορούμε να καταλήξουμε στο αντίθετο συμπέρασμα, δηλαδή οι ιοί είναι οργανισμοί. Πράγματι χαρακτηρίζονται από ατομικότητα, ιστορική συνέχεια και εξελικτική ανεξαρτησία (επιβιώνουν μετά το θάνατο του κύτταρου-ξενιστή και μετακινούνται μεταξύ ξενιστών διαφόρων ειδών). Σε σύγκριση με τα οργανίδια του φυτικού κυττάρου, όπως οι χλωροπλάστες και τα μιτοχόνδρια, τα οποία μολονότι χαρακτηρίζονται από ατομικότητα και ιστορική συνέχεια στερούνται όμως εξελικτικής ανεξαρτησίας, οι ιοί είναι πιο κοντά στους μονοκύτταρους οργανισμούς. Χωρίς αμφιβολία η αναζήτηση μιας ιδανικής ερμηνείας για τη φύση των ιών, οι οποίοι αποτελούν τα απλούστερα επίπεδα οργάνωσης της ζωντανής ύλης - υπερμοριακά σύμπλοκα πρωτεϊνών και νουκλεϊκού οξέος- (Πίνακας 1) μεταφέρεται μάλλον στη φιλοσοφική εντρύφηση (Εικόνα 1). Εικόνα 1. Μεγέθη μάζας ιών και άλλων οργανισμών παρόμοιων με τους ιούς. Σήμερα είναι πλέον γεγονός ότι η Ιολογία αποτελεί ένα σημαντικό τμήμα των Βιολογικών Επιστημών, που προώθησε ουσιαστικά την ανάπτυξη

3 του νέου τμήματος: της Μοριακής Βιολογίας. Εξάλλου η συμβολή της στην πληρέστερη κατανόηση των φαινομένων της ζωής συνεχίζεται ακατάπαυστα, καθόσον η απλούστατη δομή του γενετικού υλικού των ιών προσελκύει τους ερευνητές. Πίνακας 1. Ταξινόμηση των ιών με βάση την πολυπλοκότητα του γενετικού υλικού τους. Οργανισμοί Μοριακό βάρος του RNA Νο κωδικοποιημένων or DNA (ds) πρωτεϊνών Ιοειδή Ιός δορυφόρος του ιού της νέκρωσης του Βακτηριόωαγος ιός του μωσαϊκού της αννουοιας Ιός του μωσαϊκού της ανθοκραμβης 5, Βακτηριόφαγος Τ ακτηριόφαγος Τ Μυκοπλάσματα 0, Κολοβάκιλοι 2, Δροσόφιλα 0, Ανθρωπος 1, > ΤΙ ΕΙΝΑΙ ΙΟΣ; Η έννοια της λέξης ιός (ο όρος ι ό ς =δηλητήριο. με αντίστοιχο το virus στα Λατινικά, πρωτοχρησιμοποιήθηκε το 1921 όταν ερευνητές που προσπαθούσαν να εκτιμήσουν το μέγεθος του παθογόνου αιτίου του μωσαϊκού του καπνού το περιέγραψαν ως ιό. Όμως από το 1890, ο όρος ιός είχε χρησιμοποιηθεί για ένα ευρύ φάσμα μολυσματικών αιτίων συμπεριλαμβανομένων των βακτηρίων και αγνώστων μικροβίων. Όσα από αυτά διαπερνούσαν τα φίλτρα πορσελάνης έγιναν γνωστά ως διηθητικοί ιοί), από την αρχή του αιώνα μας αφορούσε μια ομάδα μικροοργανισμών υπομικροσκοπικών, υποχρεωτικών παθογόνων παρασίτων. Οι διάφοροι ορισμοί που προτάθηκαν, με την πάροδο του χρόνου και τη συνεχή πρόοδο στις γνώσεις μας, διατήρησαν μια εφήμερη αξία. Το 1950 ο Bauden περιγράφει ως ιό, ένα υποχρεωτικό παθογόνο παράσιτο με διαστάσεις μικρότερες από 200 nm. Οι άλλοι ορισμοί που ακολούθησαν λίνο αργότερα (Lwoff, 1957, Pirie, 1962) βασίζονταν στο μικρό μέγεθος των σωματιδίων, στην παθογόνο δυνητικότητα, στην κατοχή νουκλεϊκού οξέος και στον υποχρεωτικό παρασιτισμό. Μειονέκτημα των παραπάνω ορισμών είναι το γεγονός ότι δεν έδιναν μια σαφή διαφοροποίηση μεταξύ των ιών και των άλλων παθογόνων, όπως τα μυκοπλάσματα, οι ρικέτσιες και τα ιοειδή, τα οποία προκαλούν στα φυτά ανάλογα με τους ιούς συμπτώματα. Το 1976 οι Gibbs και Harrisson διατύπωσαν τον εξής ορισμό: ιός είναι ένα μεταδοτικό παράσιτο του οποίου το νουκλεϊκό οξύ είναι μικρότερο από 3x10 8 ds και για την αναπαραγωγή του είναι απαραίτητα τα ριβοσωμάτια και άλλα συστατικά του κυττάρου-ξενιστή. Ο βελτιωμένος αυτός

4 ορισμός όμως δεν ξεχωρίζει τα ιοειδή από τους ιούς. Το 1981 ο Matthews δίνει μάλλον ένα πληρέστερο ορισμό περί ιού όσο και μακροσκελή: ιός είναι ένα ή περισσότερα μόρια νουκλεϊκού οξέος συνήθως έγκλειστα σ ένα προστατευτικό κάλυμμα πρωτεΐνης ή λιποπρωτεϊνης, τα οποία είναι ικανά να οργανώσουν την πανομοιότυπη αναπαραγωγή τους μόνο μέσα σε κατάλληλο κύτταρο-ξενιστή και η οποία εξαρτάται από το μηχανισμό σύνθεσης πρωτεϊνών του ξενιστή, οργανώνεται μάλλον κερδοσκοπικά ως προς τη λήψη των απαιτούμενων υλικών και όχι με δυαδικό διαχωρισμό και πραγματοποιείται σε θέσεις οι οποίες δεν απομονώνονται από τα συστατικά του κυτταροπλάσματος με λιποπρωτεϊνική μεμβράνη. Ο ορισμός αυτός πράγματι διαφοροποιεί με σαφήνεια τους ιούς από τα αλλά παθογόνα που προκαλούν παρόμοια συμπτώματα στα φυτά. Από τους παραπάνω ορισμούς είναι εύκολο να διαπιστωθεί ότι τρία είναι τα κυριότερα χαρακτηριστικά των ιών: α) η κατοχή ενός ή περισσοτέρων τεμαχιδίων ενός τύπου νουκλεϊκού οξέος. β) η κάλυψη του νουκλεϊκού οξέος με ένα ή περισσότερα στρώματα μορίων πρωτεΐνης. γ) η χρησιμοποίηση του βιοσυνθετικού μηχανισμού του κυττάρου-ξενιστή για την αναπαραγωγή του. Το πρώτο και δεύτερο χαρακτηριστικό διαφοροποιεί τους ιούς από τα άλλα ενδοκυτταρικά παράσιτα, ενώ το τρίτο χαρακτηριστικό τους διακρίνει από τα άλλα εξωκυτταρικά παράσιτα, των οποίων ο υποχρεωτικός παρασιτισμος είναι αποτέλεσμα μόνον της ανάγκης για ορισμένα συστατικά ή ενδιάμεσες ουσίες του μεταβολισμού του κυττάρου-ξενιστή. Τέλος το τελευταίο χαρακτηριστικό των ιών σκιαγραφεί τη φύση του παρασιτισμού τους, η οποία θα μπορούσε να αποδοθεί ως παρασιτισμός σε γενετικό επίπεδο. ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΙΩΝ Στον πίνακα 2 παρουσιάζεται η σημερινή (2000 μέχρι και σήμερα) ταξινόμηση των ιών. Αξίζει να αναφερθεί ότι η ταξινόμηση των ιών παρουσιάζει πολλές διαφοροποιήσεις κατά καιρούς, ανάλογα με τις ερευνητικά ευρήματα της επιστήμης της ιολογίας.

5 Πίνακας 2. Λίστα των ιϊκών ταξινομικών ομάδων.

6 Η μορφολογία των διαφόρων ταξινομημένων μονάδων των ιών παρουσιάζεται στο παράρτημα της παρούσας εργασίας. ΧΗΜΙΚΗ ΣΥΝΘΕΣΗ Η χημική σύνθεση των ιών εξαρτάται από τη φύση τους, από το γονιδίωμα τους, τις πρωτεΐνες που το προστατεύουν αλλά και από την παρουσία ή απουσία μεμβράνης, δηλαδή αν ο ιός είναι ντυμένος ή όχι. Βέβαια μερικοί ιοί μπορεί να περιέχουν και επιπλέον νουκλεϊκό οξύ, όπως για παράδειγμα ο retrovirus περιέχει trna ή ο arenavirus περιέχει rrna. ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ ΤΩΝ ΙΩΝ Οι πρωτεΐνες των ιών έχουν 3 κύριες λειτουργίες. Κατ αρχήν να προστατεύουν το νουκλεϊκό οξύ από τις νουκλεάσες, να διευκολύνουν τη μεταφορά του από ξενιστή σε ξενιστή και να προμηθεύουν πολλές ενζυματικές λειτουργίες που χρειάζεται ο ιός για αντιγραφή και μεταγραφή με σκοπό την επιβίωση, τον πολλαπλασιασμό και τη διαιώνιση.

7 Αυτές οι πρωτεΐνες κατατάσσονται σε 2 κύριες κατηγορίες, τις δομικές και τις μη-δομικές. Δομικές είναι αυτές οι πρωτεΐνες από τις οποίες αποτελείται η κάψα (εκτός από τα καψίδια, ορισμένοι ιοί έχουν μεμβράνες πρωτεϊνικής φύσης και γύρω από τις κάψες τους) και σχετίζονται με το γένωμα του ιού που περικλείει η πυρηνική κάψα. Μη-δομικές είναι αυτές που κωδικοποιούνται από το γένωμα του ιού και μεταφέρονται στο κύτταρο του ξενιστή, αλλά δεν απαντώνται στο σώμα του ιού. Βέβαια μέσα σ αυτές συγκαταλέγονται και οι πρωτεΐνες κατάλυσης, οι οποίες βρίσκονται στον πυρήνα ορισμένων ιών σαν δευτερεύουσες δομικές πρωτεΐνες (με ενζυματικές λειτουργίες όπως η μεταγραφάση [RDRP] ή η αντίστροφη μεταγραφάση [RT]). Ακόμα περιέχουν λιπίδια, τα οποία ποικίλλουν ανάλογα με το κύτταρο του ξενιστή και τον τύπο της κυτταρικής μεμβράνης, αλλά και υδρογονάνθρακες που καθορίζονται από τον τύπο της γλυκοσυλίωσης των πρωτεϊνών του ιού και οι οποίοι μπορούν στη συνέχεια να υποβληθούν σε άλλες τροποποιήσεις όπως σουλφονίωση και φωσφοριλίωση, αποτελώντας τα επικουρικά μόρια των πρωτεϊνών. Τα λιπίδια αυτά έχουν αντληθεί από τη μεμβράνη των ξενιστών και καθορίζονται από το γένωμα των ιών. ΔΙΑΜΕΜΒΡΑΝΙΚΕΣ ΚΑΙ ΘΕΜΕΛΙΑΣ ΟΥΣΙΑΣ ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ Οι διαμεμβρανικές πρωτεΐνες είναι απαραίτητες για την άμυνα έναντι των ξενιστών των ιών και παίζουν σημαντικό ρόλο για τον εμβολιασμό και την προστασία έναντι των λοιμώξεων από ιούς. Διαχωρίζονται σε 3 υποκατηγορίες: η τύπου І (όπως την ενδογλουτινίνη του ιού της γρίπης), η τύπου ІІ (όπως τη νευραμινιδάση του ιού της γρίπης) και τύπου ІІІ (όπως την Μ2) ή ακόμα πιο πολύπλοκες πρωτεΐνες που περιέχουν πολλαπλές διαμεμβρανικές περιοχές (όπως οι γλυκοπρωτεϊνες των coronaviruses). Η θεμέλιας ουσίας πρωτεΐνες είναι οι πιο άφθονες στους ιούς και είναι σημαντικές για την εκβλάστηση τους. Φτιάχνουν μια ασπίδα κάτω από την μεμβράνη των ιών, περιβάλλοντας την πρωτεϊνική κάψα και αλληλεπιδρούν με το διπλό στρώμα λιπιδίων και τις διαμεμβανικές πρωτεϊνες. ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΤΩΝ ΙΩΝ ΚΑΨΕΣ Τα καψίδια των ιών, ανάλογα με το σχήμα που καταλαμβάνουν είναι 2 ειδών: τα ελικοειδή και τα εικοσαεδρικά. Ελικοειδείς κάψες: Αυτές είναι συνήθως εύκαμπτες, ραβδόμορφες και το μήκος τους εξαρτάται από το μήκος του νουκλεϊκού οξέος. Μπορούν να περικλείουν μόνο ssrna και όχι dsdna or RNA, εξαιτίας μάλλον της ακαμψίας των ds νουκλεϊκών οξέων. Παρατηρείται συνήθως σε γυμνούς ιούς, όπως στον ιό του μωσαϊκού του καπνού. Αντίθετα, δεν υπάρχει γνωστός ιός με γυμνή ελικοειδή κάψα

8 που να απαντάται στα ζώα (εικόνα 2). Η παρατήρηση τους μπορεί να καθίσταται εφικτή με τη χρήση ηλεκτρονικών μικροφωτογραφιών. Εικόνα 2. Ελικοειδείς κάψες του ιού του μωσαϊκού του καπνού (Α σφαιρική μορφή, Β νηματοειδής μορφή). Εικοσαεδρικές κάψες: Αυτές εμπεριέχουν όλων των τύπων νουκλεϊκά οξέα (μπορούν να περικλείουν ds ή ss νουκλεϊκό οξύ) και χαρακτηρίζονται από 5:3:2 περιστροφική συμμετρία των πτυχών τους. Σε αντίθεση με τις ελικοειδείς, μπορεί να είναι πολυμορφικές, δύσκαμπτες και δεν εξαρτώνται από το μέγεθος του νουκλεϊκού οξέος (Εικόνα 3). Το μέγεθος τους διαπιστώθηκε τα τελευταία χρόνια μέσω μεθόδων κρυοηλεκτρονιομικροσκοπίας και περίθλασης με X-rays. Εικόνα 3. Εικοσαεδρικές κάψες (Α Rhinovirus στον άνθρωπο, RNA - B ds DNA - C ssrna που προσβάλει έντομα D ssrna E adenovirus, dsdna).

9 ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΜΕΤΑΞΥ ΙΟΥ ΚΑΙ ΞΕΝΙΣΤΗ Στην εικόνα 4 παρατηρούμε την συνύπαρξη ενός γυμνού ιού με το κύτταρο που προσβάλει. Ο γυμνός ιός δεσμεύεται στους υποδοχείς των κυττάρων, συνήθως γλυκοπρωτεϊνες, δημιουργώντας κυστιδικά εγκολπώματα από κλαθρίνη που βρίσκεται κάτω από την κυτταρική μεμβράνη. Ακολουθεί κατανάλωση ATP μέσα στα καλλυμένα κυστίδια, το οποίο προκαλεί την απελευθέρωση και τη μεταφορά του γονιδιώματος του ιού από το σώμα του στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου καθώς και την απλευθέρωση της κλαθρίνης, εκεί που τα ριβοσώματα μπορούν να ξεκινήσουν τη μετάφραση του γονιδιώματος του ιού. Μερικά μόρια ιών δεν είναι πλήρως αποσυντιθέμενα μετά από τις όξινα προκληθείσες αλλαγές και έτσι ακολουθούν μια ατελής πορεία. Αυτά τα μερικώς υποβαθμισμένα μόρια ιών είναι μη-μολυσματικά. Εικόνα 4. Αλληέπίδραση μεταξύ ενός γυμνού ιού και του κυττάρου-ξενιστή του. Στην εικόνα 5 παρατηρούμε αντίθετα την αλληλεπίδραση μεταξύ ενός ντυμένου ιού και του κυττάρου ξενιστή του. Κατ αρχήν παρατηρείται σύνδεση της γλυκοπρωτεϊνης του ιού με το σιαλικό οξύ του υποδοχέα στην μεμβράνη του ξενιστή. Έπειτα έχουμε διείσδυση και μεταφορά στο κυτταρόπλασμα, ακολουθείται ενδοκύττωση, δημιουργείται το ενδόσωμα και λόγω χαμηλού ph παρατηρείται απελευθέρωση της Μ1 πρωτεΐνης που κωδικοποιείται από το γένωμα του ιού αλλά και του RNP του ιού. Στη συνέχεια εισάγεται το RNP στον πυρήνα μέσω των πυρηνικών πόρων και είτε θα παραχθούν 8 ιϊκά RNA τμήματα, είτε παράγονται 10 ιϊκά +mrnas που οδηγούνται μέσω των πόρων του πυρήνα στα ριβοσώματα για μετάφραση. Παράγονται έτσι οι ιϊκές πρωτεΐνες που μεταφέρονται στο ενδοπλασματικό δίκτυο και μετά στο Golgi όπου γίνεται σύνθεση πιο πολύπλοκων πρωτεϊνικών δομών και οι οποίες μεταφέρονται μέσα στην κυτταρική μεμβράνη. Από την άλλη, τα 8 ιϊκά RNA πακετάρονται μέσω των πυρήνων ριβονουκλεϊνών και των πρωτεϊνών Μ1, τα οποία εξέρχονται από τον πυρήνα μέσω των πυρηνικών πόρων και ενώνονται με τις λιποπρωτεϊνες από την πλασματική μεμβράνη και ακολουθεί απελευθέρωση του ιού στο περιβάλλον.

10 Εικόνα 5. Ο κύκλος προσβολής ενός ντυμένου ιού (influenza virus). ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΙΩΝ Έχουμε 2 ειδών μεταδόσεις, κάθετη και οριζόντια μετάδοση (Εικόνα 6). Εικόνα 6. Κάθετη και οριζόντια μετάδοση ενός ιού όπως αυτή αναπαριστάνεται σε ένα γενεαλογικό δέντρο. ΚΑΘΕΤΗ ΜΕΤΑΔΟΣΗ Παρατηρείται από γονείς σε απογόνους (γύρη, σπέρματα, αυγά).και αφορά: α) τη διαδρομή μιας μονάδας κληρονομικότητας διαμέσω των οικογενειών και β) την περίοδο προέλευσης, γιατί τα γενεαλογικά δέντρα συνήθως αναπαριστάνονται με τους προγόνους στην κορυφή τους, ενώ οι απόγονοι καταλαμβάνουν κατώτερες θέσεις.

11 Εικόνα 7. Κάθετη μεταφορά ιών (ilarviruses) στα σπερματόφυτα. Στην εικόνα 8 μπορεί κανείς να παρατηρήσει τις διαδρομές εισόδου ή εξόδου ενός ιού σε ένα φυτό, ενώ στην εικόνα 9 καταδεικνύονται οι διαδρομές των ιών σε ένα σπονδυλωτό θηλαστικό. Εικόνα 8. Διαδρομές ιών σε ένα φυτό.

12 Εικόνα 9. Διαδρομές των ιών σε ένα σπονδυλόζωο. ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΜΕΤΑΔΟΣΗ Περιλαμβάνει άτομα της ιδίας ηλικίας και όχι άτομα με σχέση γονέα-παιδιού που μπορεί αλλά δεν χρειάζεται να έχουν σχέση ο ένας με τον άλλο (Εικόνα 10) και μπορεί να διαδοθεί μέσω αερολυμάτων, εδάφους, φαγητού, νερού και ενδιάμεσων ξενιστών, είτε μέσω απευθείας, είτε μέσω σεξουαλικής επαφής. Εικόνα 10. Διαδρομές οριζόντιας μετάδοσης των ιών. ΟΙΚΟΛΟΓΙΑ ΤΩΝ ΒΑΚΤΗΡΙΟΦΑΓΩΝ ΣΤΗ ΦΥΣΗ Βακτηριοφάγοι (ή φάγοι) καλούνται οι ιοί των βακτηρίων και έχουν δομή πιο πολύπλοκη. Αποτελούνται από μια πρωτεϊνική πολυεδρική κεφαλή (εκεί βρίσκεται το νουκλεϊκό οξύ του φάγου), μια ουρά (πρωτεϊνική) που καταλήγει σε νημάτια (πρωτεϊνικά). Στην εικόνα 11 φαίνονται οι οικογένειες εκείνες των ιών που προσβάλουν βακτήρια.

13 Εικόνα 11. Οικογένειες ιών που προσβάλουν βακτήρια. ΛΥΤΙΚΟΣ ΚΥΚΛΟΣ Στην αρχή ο φάγος προσκολλάται με τα νημάτια της ουράς του στο βακτηριακό κύτταρο και τρυπάει, με τη βοήθεια της λυσοζύμης, το κυτταρικό του τοίχωμα. Στη συνέχεια, το νουκλεϊκό οξύ του φάγου περνάει μέσα από την ουρά στο κυτταρόπλασμα του βακτηρίου, όπου αρχίζει να αντιγράφεται σχηματίζοντας καινούρια μόρια νουκλεϊκού οξέος. Σχεδόν συγχρόνως αρχίζει η μετάφραση του νουκλεϊκού οξέος του φάγου και η παραγωγή των πρωτεϊνών του: κεφαλής, ουράς, νηματίων. Όλα μαζί συντίθενται σε νέους φάγους ενώ το κύτταρο σπάζει κάτω από την επίδραση της λυσοζύμης. Η όλη διαδικασία δεν ξεπερνά τα 30min και ονομάζεται λυτικός κύκλος του φάγου (Εικόνα 12). Σημαντικό ρόλο στη διερεύνηση του παραπάνω κύκλου έπαιξαν πειράματα, όπου χρησιμοποιήθηκαν ιοί που είχαν μαρκαρισμένη την πρωτεΐνη τους με ραδιενεργό θείο και το νουκλεϊκό τους οξύ με ραδιενεργό φώσφορο. Έτσι αποδείχτηκε ότι μόνο το νουκλεϊκό οξύ μπαίνει μέσα στο βακτηριακό κύτταρο, ενώ η πρωτεϊνική κεφαλή και η ουρά μένουν έξω.

14 Εικόνα 12. Λυτικός κύκλος. ΛΥΣΙΓΟΝΙΑ Καμιά φορά και για διάφορους λόγους η είσοδος του νουκλεϊκού οξέος του φάγου σε ένα κύτταρο δε συνοδεύεται από τα γεγονότα του λυτικού κύκλου που περιγράφθηκε παραπάνω. Σ αυτήν την περίπτωση που καλείται λυσιγονία, το νουκλεϊκό οξύ του φάγου ενσωματώνεται στο DNA του βακτηρίου και διπλασιάζεται πια μαζί του, δημιουργώντας γενιές λυσιγονικών βακτηρίων. Σ αυτήν την κατάσταση όταν βρίσκεται ο φάγος, λέγεται προφάγος (Εικόνα 13). Από καιρό σε καιρό όμως μπορεί να αρχίσει πάλι να αντιγράφεται μόνος του, συνεχίζοντας το λυτικό κύκλο. Στην τελευταία αυτή περίπτωση οι νέοι φάγοι που δημιουργούνται μπορεί να περιέχουν και κομμάτι από το νουκλεϊκό οξύ του βακτηρίου, το οποίο μπορεί να ενσωματωθεί και να μεταφερθεί σε μια άλλη λυσιγονία σε ένα καινούριο βακτηριακό κύτταρο. Ο φάγος που μεταφέρει ένα θραύσμα (μεταγωγής) από το γενικό υλικό του βακτηρίου που μόλις εγκατέλειψε, χάνει τη λυτική του ικανότητα και το βακτήριο το οποίο θα προσβάλει στη συνέχεια, δε θα υποστεί λύση. Εικόνα 13. Λυσιγονικός κύκλος.

15 Είναι ένας ιδιαίτερα εξελιγμένος κύκλος γιατί έχουμε συνεξέλιξη του ξενιστή και του λυσιγονικού φάγου, ενώ οι παράγοντες που ευνοούν τη λυσιγονία είναι η εξάλειψη πολλών ιογόνων συστημάτων φάγου-ξενιστή, κάποια πλεονεκτήματα του ξενιστή (ανοσία στην υπερμόλυνση, αντιβιοτική ανθεκτικότητα), η γενική αύξηση της κυτταρικής προσαρμοστικότητας και η εξασφάλιση της επιβίωσης του ιού σε χαμηλά επίπεδα πυκνότητας των κυττάρων-ξενιστών. Η λυσιγονία είναι μια πολύ διαδεδομένη διαδικασία στην κοινότητα των βακτηρίων. Ο Ackermann and DuBow (1987) διαπίστωσε ότι τουλάχιστον 1200 γένη βακτηρίων περιέχουν επαγώγιμο προφάγο, ενώ σχεδόν το 100% των φυσικά απαντημένων γενών Pseudomonas ήταν λυσιγονικά για μερικούς λυσιγονικούς φάγους (Levin and Lenski, 1983). Η πολυλυσιγονία, (διαδικασία από την οποία ένα λυσιγόνο περιέχει δύο ή περισσότερους διαφορετικούς ιϊκούς προφάγους) είναι επίσης κοινή (>68% των γενών του Bacillus megaterium ήταν πολυλυσιγονικής φύσης). Ο Moebus (1983) εξήγαγε το συμπέρασμα ότι από τα 300 γένη θαλάσσιων φάγων, μόνο 29 βρέθηκαν να είναι λυσιγονικοί, ενώ οι Heldal and Bratbak (1991) διαπίστωσαν ότι το φως και τα θρεπτικά ήταν μεταξύ εκείνων των περιβαλλοντικών παραγόντων που θα μπορούσαν να προτρέψουν τα λυσογενή βακτηρίδια να ελευθερώσουν τους ιούς. Ο Bratbak et al. (1994) είπε ότι ακόμη και ο πιο μέτριος χειρισμός των βακτηριακών κοινοτήτων μπορεί να προκαλέσει prophage επαγωγή. Οι Jiang and Paul (1994) κάνοντας μελέτη σε 62 θαλάσσιες και εκ των προβολών ποταμών βακτηριακές απομονώσεις για την prophage επαγωγή της mitomycin C, διαπίστωσαν ότι το 43% είχε τον επαγώγιμο προφάγο ή βακτηριοσίνες. Το UVC και η mitomycin C μπορεί να μην προκαλέσουν προφάγους, ενώ η ακτινοβολία, οι χημικές καρκινογόνες ουσίες, τα μεταλλαξιογόνα, τα ανάλογα βάσεων, τα αντιβιοτικά, η πίεση και η θερμοκρασία προκαλούν επαγωγή (Εικόνα 14). Από την άλλη, η reca protein προκαλεί τη δημιουργία λ φάγων. Εικόνα 14. Αλληλεπίδραση μεταξ των 3 κύκλων ζωής, όσον αφορά τη σχέση βακτηρίου και ιού.

16 ΨΕΥΔΟΛΥΣΙΓΟΝΙΑ Είναι το φαινόμενο κατά το οποίο ένα βακτηριακό στέλεχος έχει χρόνια phage μόλυνση και το viral DNA δεν είναι ενσωματωμένο σε καμία από τις μονάδες αντιγραφής του ξενιστή, ενώ οι προφάγοι δεν είναι εξ ορισμού επαγώγιμοι (Εικόνα 15). Θεωρείται ότι εμφανίζεται είτε όταν το phage-host system είναι μια μίξη ευαίσθητων και ανθεκτικών κυττάρων, είτε όταν υπάρχει μια μίξη κυττάρων προφάγων και ιογόνων φάγων και οδηγεί σε σταθερή phage παραγωγή χωρίς την καταστροφή του πληθυσμού του ξενιστή και ελλείψει της prophage ολοκλήρωσης. Ως επιμύθιο μπορεί κανείς να αναφέρει ότι η ψευδολυσιγονία αποτελεί χρόνια μόλυνση για τα βακτήρια στα οποία συμβαίνει. Εικόνα 15. Η διαδικασία της ψευδολυσιγονίας και πώς αυτή συνδέεται με τη λυσιγονία και το λυτικό κύκλο. Οι ιοί φαίνεται να είναι αριθμητικά η πιο άφθονη μορφή ζωής στα επιφανειακά ύδατα, όπως φάνηκε σε μελέτες με μικροσκοπία επιφθορισμού. Σε πολλά περιβάλλοντα υπάρχουν ισχυρές εποχιακές αποκλίσεις (υψηλότερες το καλοκαίρι και χαμηλότερες το χειμώνα), ενώ το φως του ήλιου είναι ο μέγιστος παράγοντας που συμβάλλει στην phage θνησιμότητα. Ακόμα η φωτοενεργοποίηση διαδραματίζει έναν σημαντικό ρόλο στην phage DNA ή RNA επιδιόρθωση. Οι ιοί θεωρούνται ότι συμβάλλουν περίπου στο 25% της συνολικής βακτηριακής θνησιμότητας σε συνθήκες υψηλής αλατότητας ή ανοξίας. ΟΙ COLIPHAGES ΩΣ ΠΕΡΙΤΤΩΜΑΤΙΚΟΙ ΔΕΙΚΤΕΣ Οι coliphages είναι ιοί που είναι μολυσματικοί για την E. coli. Πρόσφατα έχουν θεωρηθεί δείκτες της περιττωματικής μόλυνσης, εκτός από τον τυποποιημένο περιττωματικό δείκτη που είναι τα κολοβακτηρίδια επειδή αυτές οι μορφές μπορούν να είναι παρούσες ελλείψει οποιασδήποτε περιττωματικής μόλυνσης (Hazen, 1988). Επίσης στα τροπικά περιβάλλοντα τα κολοβακτηρίδια μπορούν να εμφανιστούν φυσικά στο χώμα και να πολλαπλασιαστούν στα ρεύματα (Whitman et al, 1995) και

17 επιπλέον, τα περιττωματικά κολοβακτηρίδια δεν διαμορφώνουν ακριβώς τη μεταφορά και το θάνατο των παθογόνων ιών και των πρωτόζωων. Αντίθετα οι coliphages διαμορφώνουν το θάνατο και τη μεταφορά τουλάχιστον των enteroviruses, ενώ η διαφοροποίηση μεταξύ ανθρώπινων ή ζωωδών αποβλήτων είναι πιθανή μέσω της ανίχνευσης ολιγονουκλεοτιδίων των F-specific RNA coliphages, διαδικασία πολύ σημαντική αφού η διαφοροποίηση μεταξύ των ανθρώπινων και ζωικών αποβλήτων είναι χρήσιμη, επειδή ο κίνδυνος μόλυνσης από τους enteroviruses είναι πολύ μεγαλύτερος όσον αφορά την επαφή με το ανθρώπινο περιττωματικό υλικό απ' ότι με το ζωικό περιττωματικό υλικό. Επίσης οι coliphages είναι χρήσιμοι για τον προσδιορισμό της ροής των υπόγειων νερών και των επιφανειακών νερών, όπως και για την ανίχνευση δυσλειτουργικών συστημάτων διάθεσης απόβλητου ύδατος. ΙΟΙ ΚΑΙ ΦΥΤΑ Πριν της έλευσης της τεχνικής των πρωτοπλαστών (τέλη του 60) και των ευκαρυωτικών συστημάτων μετάφρασης in vivo (αρχές του 70) η έρευνα για τις σχέσεις ιού - φυτού στηρίζονταν στη μόλυνση ολόκληρων φυτών ή αποκομμένων φύλλων και στην ανίχνευση των παραγόμενων - άμεσα συσχετιζόμενων με την ιϊκή μόλυνση - ουσιών ή των μολυσματικών ιοσωματίων. Η μόλυνση πρωτοπλαστών (φυτικά κύτταρα χωρίς κυτταρικό τοίχωμα) επιτεύχθηκε με πολυάριθμους φυτικούς ιούς, είτε ως ακέραια ιοσωμάτια, είτε ως ελεύθερο νουκλεϊκό οξύ. Βέβαια ο μηχανισμός μόλυνσης των πρωτοπλαστών πιθανώς να μη σχετίζεται με εκείνο της in vivo μόλυνσης των φυτικών κυττάρων, αλλά η ευρεία χρησιμοποίηση τους στη μελέτη της αναπαραγωγής των φυτοιών παρέχει το βασικό πλεονέκτημα, σε σύγκριση με τη χρήση φυσικών φυτικών ιστών, της ταυτόχρονης σχεδόν μόλυνσης από τα ιοσωμάτια, η οποία θεωρητικά θα επέτρεπε και ένα συγχρονισμό στις επόμενες φάσεις της αναπαραγωγής. Η αναγνώριση γονιδίων στο γονιδίωμα ενός ιού, που είναι υπεύθυνα για την in vivo σύνθεση ορισμένων ουσιών και στη συνεχεία συσχέτιση των ουσιών αυτών με τις in vivo διαδικασίες αναπαραγωγής, αποτελεί ένα άλλο χρήσιμο σύστημα για τη μελέτη των σχέσεων ιών-φυτών. Χρησιμοποιούνται διάφορα in vivo συστήματα μετάφρασης (translation) των πληροφοριών, όπως η μεταγραφή του ιϊκού RNA διαμέσου του ενζύμου RNA πολυμεράση και του ενζύμου αντίστροφη μεταγραφάση. Παρά την πρόοδο στη μεθοδολογία ανάλυσης και προσδιορισμού, δεν επιτεύχθηκε πλήρης κατανόηση για τα διάφορα σταδία της σχέσης φυτικού ιού - φυτικού κυττάρου, καθόσον παραμένουν ακόμη αρκετά σκοτεινά σημεία. Βέβαια σε γενικές γραμμές η παθογένεση των ιώσεων δεν διαφέρει από το βασικό σχήμα που χαρακτηρίζει τις σχέσεις μεταξύ φυτών και των άλλων παθογόνων μυκήτων και βακτηρίων. Παρά ταύτα, λόγω της φύσης των ιών - σύνορο μεταξύ της έννοιας μικροοργανισμός και άθροισμα μακρομορίων, όπως αναφέρθηκε προηγουμένως- στην παθογενετική συμπεριφορά τους διακρίνονται μερικές σημαντικές ιδιαιτερότητες, οι οποίες σχετίζονται με: α) την αδυναμία των φυτοϊών να εφαρμόσουν ένα οποιοδήποτε ενεργό μηχανισμό στη αρχική φάση της εισβολής στο φυτικό κύτταρο.

18 β) τη φύση του παρασιτισμού των ιών που, όπως υπαινίχθηκε προηγουμένως, συνίσταται στην κυριαρχική επιβολή του γενετικού ιϊκού υλικού με αποτέλεσμα την παρέκκλιση απο τις κανονικές διεργασίες βιοσύνθεσης του κυττάρουξενιστή. Η εξέλιξη της παθογένεσης των φυτοϊών μπορεί να διακριθεί σε τρία κύρια σταδία: διείσδυση στο κύτταρο. αναπαραγωγή και διάδοση των ιοσωματίων στο φυτό-ξενιστή. ΔΙΕΙΣΔΥΣΗ ΣΤΟ ΚΥΤΤΑΡΟ Οι φυτοϊοί στερούνται της δυνατότητας μιας ενεργούς συμμετοχής στην αρχική φάση της εισβολής του κυττάρου (αντίθετα οι βακτηριόφάγοι παραβιάζουν το τοίχωμα του βακτηριακού κυττάρου με τη βοήθεια του ενζύμου λισοζύμη). Επιπλέον για να εδραιωθεί η μολυσματική διαδικασία είναι απαραιτήτως αναγκαίο τα ιοσωμάτια ή το νουκλεϊκό οξύ να έλθουν σε απευθείας επαφή με το κυττόπλασμα του ευπαθούς κυττάρου. Για να πραγματοποιηθεί όμως αυτός ο πρωταρχικής σημασίας όρος θα πρέπει να εξουδετερωθεί το εμπόδιο του κυτταρικού τοιχώματος. Για τους φυτοϊούς, το αδιάβατο του κυτταρικού τοιχώματος είχε αποδειχθεί στο παρελθόν με κλασικά πειράματα, σύμφωνα με τα οποία δεν διαπιστώνεται μόλυνση όταν φύλλα ή ρίζες (χωρίς τραύματα) εμβαπτίζονται σε αιωρήματα ιών ή όταν ιοσωμάτια τοποθετήθηκαν στους μεσοκυττάριους χώρους. Βέβαια το κυτταρικό τοίχωμα δεν είναι συνεχές και σε πολλά κύτταρα εμφανίζονται διακοπές - οι πλασμοδέσμες - που επιτρέπουν την επικοινωνία γειτονικών κυττάρων. Οι διακοπές αυτές στα επιδερμικά κύτταρα του φύλλου - εκτοδεσμες - θεωρήθηκαν στη δεκαετία του 60 ως δυνατά σημεία εισόδου των ιοσωματίων, υπόθεση όμως που δεν επιβεβαιώθηκε στη συνέχεια σε μελέτες με τη χρήση του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου. Στη φύση. η διείσδυση των ιοσωματίων στα φυτικά κύτταρα γίνεται διάμεσου των μικρορωγμών του κυτταρικού τοιχώματος που προκαλούνται απο τη δραστηριότητα των φυσικών φορέων (έντομα, ακάρεα, νηματώδεις, μύκητες και άνθρωπος), αλλά και απο τις τριβές των φυτικών επιφανειών με ήδη μολυσμένα φυτά ή με αλλά ξένα σώματα. Η άμεση επαφή μεταξύ των μικροπληγών επιτρέπει την προσκόλληση των ιοσωματίων από το μολυσμένο κυττόπλασμα ή από το ξένο σώμα στο κυττόπλασμα κυττάρων του υγιούς φυτού. Στις εργαστηριακές μολύνσεις των φύλλων με μηχανική μετάδοση τα σωματίδια των αποξεστικών ουσιών (Γη Διατόμων) ανασηκώνουν την επιδερμίδα (απόξεση), θραύοντας μέρος του κυτταρικού τοιχώματος των κυττάρων (δρυφρακτοειδές παρέγχυμα), καθώς και μερικών επιδερμικών κυττάρων. Τα τελευταία μάλλον νεκρώνονται γρήγορα και έτσι δεν μπορούν να αποτελέσουν την έδρα της αρχικής μόλυνσης. Πράγματι για την επίτευξη της μόλυνσης πρέπει η επαφή των ιοσωματίων με το κυττόπλασμα να μη συνοδεύεται από θανατηφόρες συνέπειες για το κύτταρο-ξενιστή. Η ζωτικότητα του κυττάρου είναι η θεμελιώδης κατάσταση που θα επιτρέπει την αναπαραγωγή των ιοσωματίων και συνεπώς την ανάπτυξη της μόλυνσης. Η απαίτηση αυτή ικανοποιείται από τα κύτταρα του δρυφρακτοειδούς παρεγχύματος, τα

19 οποία απελευθερωμένα από μέρος του κυτταρικού τοιχώματος διαθέτουν κατάλληλα σημεία εσόδου για τα ιοσωματια. Τα σημεία αυτά είναι βέβαια πρόσκαιρα: ήδη μετά από 2 sec χάνεται (κλείνουν οι ρωγμές) το 70% των δεκτικών σημείων. ενώ το υπόλοιπο σε περίπου μια ώρα. Είναι πολύ πιθανόν κατά τη μηχανική μετάδοση μερικά ιοσωμάτια να έρχονται σε επαφή με τον εκτοπλάστη ή ακόμη να μεταφέρονται εσωτερικότερα, εντός του κυττοπλάσματος. Η συμπεριφορά των ιοσωματίων αμέσως μετά την επαφή τους με το κυττόπλασμα είναι ακόμη άγνωστη στις βασικές λεπτομέρειες. Δεν γνωρίζουμε με βεβαιότητα εάν η μόλυνση αρχίζει από τα ιοσωμάτια που διεισδύουν στο κυττόπλασμα και μετά απελευθερώνουν το νουκλεϊκό οξύ ή από ιοσωμάτια που απελευθερώνουν το νουκλεϊκό οξύ και στη συνεχεία αυτό εισέρχεται στο κυττόπλασμα. Θεωρητικά θα μπορούσαμε να διακρίνουμε στο στάδιο της διείσδυσης τρεις φάσεις: προσρόφηση, διείσδυση και διαχωρισμό -αποσυναρμολόγηση ή προσρόφηση, διαχωρισμό και διείσδυση. Προσρόφηση Η προσρόφηση των ιοσωματίων φαίνεται ότι είναι ένα φαινόμενο στιγμιαίο, μη εξειδικευμένο και πιθανώς οφείλεται στις ηλεκτροστατικές αλληλοεπιδράσεις μεταξύ των πρωτεϊνών του εκτοπλάστη και του καψιδίου (διέγερση των ελκτικών δυνάμεων των μορίων). Βέβαια και άλλα είδη πρωτεϊνών μπορούν να ακινητοποιηθούν στην πρωτοπλασματική μεμβράνη, όπως π.χ. η καζεϊνη, η οποία λειουργεί ως παρεμποδιστής της μόλυνσης όταν εφαρμόζεται μαζί με αιωρήματα ιών. Διείσδυση Είναι ένα στάδιο που δύσκολα διακρίνεται από εκείνο του διαχωρισμού. Δεν είναι γνωστό ακόμη εάν εισχωρεί στο κυττόπλασμα το ακέραιο ιοσωμάτιό ή εισέρχεται το ελεύθερο νουκλεϊκό οξύ μετά την αποσυναρμολόγηση του καψιδίου. Οι υπάρχουσες πληροφορίες αφορούν τη διείσδυση ιοσωματίων σε πρωτοπλάστες. Η αρχική θεώρηση ότι τα ιοσωμάτια εκμεταλλεύονται ενεργούς μηχανισμούς παρόμοιους της πινοκύττωσης, ανάλογους με τους μηχανισμούς διείσδυσης των ιών των θηλαστικών, γρήγορα αμφισβητήθηκε, ενώ υποστηρίχθηκε ότι απαιτείται η παρουσία ζημιών στον εκτοπλάστη και αρκεί τα ιοσωμάτια να έχουν σωστό ηλεκτρικό φορτίο. Πράγματι μερικοί ιοί είναι θετικά φορτισμένοι και διευκολύνεται η διείσδυση τους στον αρνητικά φορτισμένο εκτοπλάστη. Αντίθετα ιοί φορτισμένοι αρνητικά, όπως π.χ. ο ΤΜV, έχουν ανάγκη της εκδούλευσης χημικών ουσιών-μεσαζόντων (π.χ. polyethylene glycol, PEG) θετικά φορτισμένων, οι οποίες επιπλέον θίγουν την ακεραιότητα του εκτοπλάστη. Εάν τα συμπεράσματα που προκύπτουν από τις μολύνσεις των πρωτοπλαστών επεκταθούν και στους φυσικούς φυτικούς αστούς (φύλλα, ρίζες), τότε θα πρέπει να παραδεχθούμε ότι τα ιοσωματια εισέρχονται σε εκείνα μονό τα κύτταρα που εμφανίζουν επιπόλαια μικροτραύματα και τα οποία προκλήθηκαν από μηχανικά αίτια, βιοτικά ή αβιοτικά (μηχανική μετάδοση). Αποσυναρμολόγηση Σε μια συγκεκριμένη χρονική περίοδο μετά από τη μετάδοση του ιού - περίοδος μεταβλητή από ιό σε ιό- δεν είναι δυνατόν να ανιχνευθούν ακέραια

20 ιοσωμάτια. Στην περίπτωση του ΤMV, παρατηρήθηκε ότι αμέσως μετά τη διείσδυση των ιοσωματίων σε πρωτοπλάστες φύλλων καπνού, δεν κατέστη δυνατή η ανίχνευση ακεραίων ιοσωματίων για μια περίοδο 4-6 ωρών και μόνο μετά 6 ώρες ανιχνεύθηκαν τα πρώτα ιοσωμάτια. Το γεγονός αυτό ενισχύει την άποψη ότι υφίσταται ένας διαχωρισμός χώρου μεταξύ της περιοχής όπου γίνεται η αποσύνδεση μεταξύ πρωτεΐνης και νουκλεϊκού οξέος και εκείνης όπου συναρμολογούνται και συσσωρεύονται τα ιοσωμάτια. Η άποψη που κυριάρχησε μέχρι τα μέσα της δεκαετίας του 80 δέχεται ότι η αποσυναρμολόγηση των ιοσωματίων γίνεται έξω από το κυττόπλασμα. Όμως δέχθηκε σοβαρό πλήγμα από τα αποτελέσματα εργασίας, σύμφωνα με τα οποία τα σωματίδια του ΤΜV αποσυναρμολογούνται στα ριβοσώματα και τα οποία ονομάσθηκαν γυμνοσωμάτια (striposomes). Επιπλέον παρατηρήθηκε ότι η αποσυναρμολόγηση του καψιδίου του TMV γίνεται ταυτόχρονα με τη μετάφραση του RNA. Επίσης διαπιστώθηκε ότι και ισοδιαμετρικοί ιοί μεταφράζουν in vitro το γονιδιωματικό RNA με ταυτόχρονη αποσυναρμολόγηση του καψιδίου. Η έκφραση του ιϊκού γονιδιώματος Η διαδικασία αναπαραγωγής των φυτικών ιών είναι σήμερα γνωστή μόνο αποσπασματικά. Η διαφορετική ποιοτική και ποσοτική σύσταση του γονιδιώματος των ιών αντανακλάται στη διαφορετική επιλογή της στρατηγικής της αναπαραγωγικής διαδικασίας. Βέβαια η επιλογή κατά κύριο λόγο εξαρτάται από τις κωδικοποιημένες πληροφορίες για τη σύνθεση πρωτεϊνών απαραιτήτων ή μη για την έναρξη, στήριξη και ολοκλήρωση του μηχανισμού αναπαραγωγής των ιοσωματίων. Θεωρητικά οι δυνατότητες σύνθεσης πολυπεπτιδίων ενός γονιδιώματος φυτικού ιού κυμαίνονται από ένα μέχρι 12 πολυπεπτίδια. Πράγματι ο αριθμός των γονιδίων που επιβεβαιώθηκε στους φυτικούς ιούς είναι ένα γονίδιο στον STNV και ανέρχεται στα 12 γονίδια για ορισμένους ιούς της οικογένειας Reoviridae. Οι περισσότεροι ssrna ιοί διαθέτουν πληροφορίες για τη σύνθεση 4-7 πολυπεπτιδίων. Εκτός των γονιδίων, που διευθύνουν τη σύνθεση πρωτεϊνών, το γονιδίωμα των φυτικών ιών διαθέτει επίσης γονίδια που έχουν ρόλο αναγνώρισης και ελέγχου λειτουργιών, σημαντικών για την αναπαραγωγή των ιοσωματίων. Η λειτουργική αποτελεσματικότητα του γονιδιώματος των φυτικών ιών εξαρτάται από συγκεκριμένες ιδιότητες, μεταξύ των οποίων ξεχωρίζουν οι εξής: τα γονίδια διαχωρίζονται μεταξύ τους από μικρές μη μεταφραζόμενες ("στείρες"-ιντρόνια) αλληλουχίες νουκλεοτιδίων (όμως βρέθηκε μια στείρα αλληλουχία να έχει λειτουργικό ρόλο σε ορισμένους Geminivirus!), οι περιοχές δύο γειτονικών γονιδίων μπορούν να έχουν κοινά επικαλυπτόμενα τμήματα ή το ένα γονίδιο να εμπεριέχεται στο άλλο. παρουσία τερματικών βάσεων αναγνώρισης με διαρροές (leaky termination codon) που οδηγεί στη σύνθεση ενός μεγαλύτερου πολυπεπτιδίου (ενσωματώνει στο άκρο του τη μικρότερη πρωτεΐνη). το προϊόν ενός γονιδίου μπορεί να έχει περισσότερες της μιας λειτουργίες. Τα προϊόντα σύνθεσης και οι λειτουργίες του ιϊκού γονιδιώματος των φυτικών ιών είναι σήμερα αρκετά γνωστές, μολονότι οι πληροφορίες προέρχονται κυρίως από in vitro πειράματα. Συνοπτικά διακρίνονται σε: Δομικές πρωτεΐνες.