Viroloji

1. Virüs nedir?

Virüs, yalnızca elektron mikroskobuyla görülebilecek kadar küçük, sadece canlı hücrelerde çoğalabilen, hastalık yapma yeteneğine sahip nükleoprotein parçacıklarıdır. En basit hâliyle bir virüs, bir nükleik asit molekülü (RNA ya da DNA) ve onu çevreleyen bir protein kılıftan oluşur. Bugüne kadar binlerce virüs tanımlanmıştır ve bunların yarıdan fazlası bitki patojenidir; bitki virüslerinin çoğu RNA içerir.

Genel özellikleri

• Bakterilerin geçemediği filtrelerden geçebilecek kadar küçüktürler; boyutları nanometre (milimetrenin milyonda biri) ile ölçülür.
• Zorunlu (obligat) parazittirler: Kendi başlarına çoğalamaz, ölü dokularda gelişemezler; çoğalmak için konukçu hücrenin ribozomlarına ve maddelerine ihtiyaç duyarlar.
• Kendi metabolizmaları, aktif hareketleri ve boşaltımları yoktur.
• Bitki hücre duvarını kendi başlarına geçemezler; bitkiye ancak mekanik yaralardan ya da böcek, nematod gibi vektörlerin açtığı yaralardan girerler.

Virüsler konukçularına göre bakterilere (bakteriyofajlar), mavi-yeşil alglere, bitkilere, hayvan ve insanlara ve böceklere hastalık yapanlar olarak gruplandırılır.

2. Tarihçe

Virüs hastalıklarının belirtileri virüsler bilinmeden çok önce tanımlanmıştı: 16. yüzyılda Hollanda’da lalelerdeki alacalı çiçekler (bugün bir virüsün yol açtığı bilinen “renk kırılması”) çok değerli sayılıyordu; 18. yüzyılda patateslerdeki “dejenerasyonun” hastalıklı yumrularla bulaştığı fark edildi.

• 1886: Adolf Mayer, tütün mozaik hastalığının hastalıklı bitki özsuyuyla sağlam bitkiye bulaştırılabildiğini gösterdi.
• 1892: Dimitri Ivanovski, etmenin bakteri tutan filtrelerden geçtiğini bildirdi.
• 1898: Martinus Beijerinck, etmenin hücresel olmayan ama çoğalabilen bir yapı olduğunu ileri sürdü ve ona “virüs” dedi.
• 1935: Wendell Stanley tütün mozaik virüsünü (TMV) kristal hâlinde saflaştırdı; birkaç yıl sonra virüsün protein ve RNA’dan oluştuğu gösterildi.
• 1939: TMV ilk kez elektron mikroskobunda görüntülendi.
• 1956: Virüsün yalnız RNA’sının da enfeksiyon yapabildiği kanıtlandı.
• 1971: Theodor Diener, patates iğ yumru hastalığının etmeninin protein kılıfı olmayan çok küçük bir RNA olduğunu gösterdi ve ona viroid adını verdi.
• 1977: Clark ve Adams ELISA yöntemini bitki virolojisine uyguladı; bu sayede çok küçük miktarlardaki virüsler kolayca saptanabilir oldu. Sonraki yıllarda monoklonal antikorlar, PCR ve genetik mühendisliği yöntemleri kullanılmaya başlandı.

Türkiye’de

Türkiye’de virüs hastalıklarına ait ilk kayıtlar Hans Bremer’in Türkiye Fitopatolojisi adlı eserinde yer alır. 1954’te Selahattin Tanrıkulu Adapazarı ve Düzce’deki tütün tarlalarında TMV’yi saptadı; 1960’lardan itibaren serolojik tanı çalışmaları ile sebze ve turunçgillerde sürveyler yapıldı. Virüsler zaman zaman ciddi salgınlara yol açmıştır: örneğin 1966–68 yıllarında bazı patates alanlarında patates Y virüsü nedeniyle yüzde 57’ye varan ürün kaybı saptanmıştır.

3. Yapı ve sınıflandırma

Yapısı eksiksiz ve enfeksiyon yapabilen virüs parçacığına virion denir. Virionun nükleik asidini çevreleyen protein kılıfa kapsit (örtü proteini) denir; kapsit, birbirinin aynı çok sayıda protein alt biriminden oluşur. Örneğin TMV 18 × 300 nm boyutlarında çubuk biçimli bir virüstür; yaklaşık 6.400 nükleotitlik RNA’sı, her biri 158 amino asitten oluşan 2.130 protein alt biriminden yapılmış sarmal bir kılıfla çevrilidir.

Bitki virüsleri biçimlerine göre çubuk, esnek iplik, küresel (izometrik), ikiz parçacık ve mermi şeklinde olabilir. Bazı virüslerde genetik madde birden fazla parçaya bölünmüştür; bunlara çok parçalı (çok komponentli) virüsler denir ve enfeksiyon için bütün parçaların aynı hücreye girmesi gerekir. Yonca mozaik virüsü ve tütün çıngırak virüsü bunlara örnektir. Bazı virüslerin çoğalmasına eşlik eden küçük uydu RNA’lar da vardır.

Adlandırma

Bitki virüsleri genellikle ilk tanımlandıkları konukçuya ve oluşturdukları belirtiye göre İngilizce adlandırılır ve kısaltmalarıyla anılır: Tobacco mosaic virus (TMV, tütün mozaik virüsü), Beet necrotic yellow vein virus (BNYVV, şeker pancarı nekrotik sarı damar virüsü) gibi. Metinlerde önce tam ad, sonra kısaltma kullanılır. Virüsler, Uluslararası Virüs Taksonomisi Komitesi’nin (ICTV) kurallarına göre familya (-viridae) ve cins (-virus) düzeyinde sınıflandırılır; nükleik asidin tipi (RNA ya da DNA), tek ya da çift sarmallı olması, parçacık biçimi ve taşınma şekli sınıflandırmanın temel ölçütleridir. Eski sistemde bu özellikler kriptogram denilen bir sembol dizisiyle gösterilirdi.

4. Simptomlar

Bitkide virüs enfeksiyonu sonucu ortaya çıkan değişikliklere simptom denir. Hiç belirti göstermeyen enfeksiyonlara gizli (latent) enfeksiyon denir; bu bitkiler belirti göstermese de virüs kaynağı olabilir. Aynı bitkide farklı virüsler benzer belirtiler oluşturabildiği için (kabakgillerde mozaik yapan sekiz ayrı virüs vardır) yalnız belirtiye bakarak teşhis yapmak çoğu zaman hatalıdır.

• Yaprakta: Mozaik ve beneklenme (tek çeneklilerde damarlara paralel çizgiler), sararma, damar açılması ve bantlaşması, halkalı leke, kıvrılma, kırmızılaşma (antosiyanin artışı), ipliksi yaprak ve enasyonlar.
• Gövde ve kökte: Nekrotik çizgiler, bodurluk, aşı uyuşmazlığı, odunda çukurlaşma. Köklerde genellikle azalma görülür; şeker pancarındaki rizomanide ise kılcal kökler aşırı çoğalır.
• Çiçekte: Renk kırılması, çiçek sayısında azalma.
• Meyvede: Lekeler, şekil bozukluğu, düzensiz olgunlaşma ve dökülme.

Belirtilerin şekli ve şiddeti; virüsün ırkına, konukçunun çeşidine, yaşına ve fizyolojisine, enfeksiyon süresine, başka patojenlerin varlığına ve çevre koşullarına göre değişir. Hücre içinde ise mikroskopla görülebilen inklüzyon cisimcikleri (virüs ve viral protein birikimleri) oluşur.

5. Çoğalma ve bitki içinde hareket

Virüs hücreye girdikten sonra protein kılıfından ayrılır. Tek sarmallı (+) RNA virüslerinde viral RNA doğrudan bir mesajcı RNA gibi çalışarak virüse özgü proteinlerin, özellikle RNA polimeraz enziminin sentezini sağlar. Bu enzim viral RNA’nın tamamlayıcı (−) kopyasını, o da yeni (+) RNA’ları oluşturur. Yeni RNA’lar örtü proteinleriyle birleşerek yeni virionları meydana getirir. TMV’nin 6.400 nükleotitlik RNA’sı yalnızca dört protein kodlar: iki replikasyon proteini, bir hareket proteini ve örtü proteini.

Virüs hücreden hücreye, hücre duvarlarındaki ince geçitler olan plazmodezmler aracılığıyla, kendi ürettiği hareket proteininin yardımıyla yavaşça ilerler. İletim dokusuna, özellikle floeme ulaştığında besin akışıyla birlikte genç sürgünlere, köklere ve yumrulara hızla taşınır ve bütün bitkiyi enfekte eder (sistemik enfeksiyon). Kök ve sürgün uçlarındaki bölünen dokular (meristem) ise çoğunlukla virüsten arî kalır; meristem kültürüyle virüssüz bitki elde edilmesinin temeli budur.

6. Taşınma yolları

• Mekanik taşınma: Hastalıklı bitki özsuyunun sağlam bitkiye küçük yaralardan bulaşmasıdır. Rüzgârla yaprakların birbirine sürtünmesi, insan eli ve giysisi, budama makası ve tarım aletleri, hayvanlar bu yolla bulaştırır. Bu şekilde taşınan virüsler genellikle dayanıklıdır: tütün mozaik, domates mozaik, hıyar mozaik ve patates X ve Y virüsleri gibi. Patates X virüsü çuvallarda ve giysilerde haftalarca canlı kalabilir.
• Vejetatif üretim materyaliyle: Aşı, çelik, yumru, soğan ve rizomla. Meyve ağaçları, asma, patates ve süs bitkilerinde en önemli yayılma yoludur.
• Tohumla: Tohumla taşınma oranı virüse ve konukçuya göre yüzde 1 ile 100 arasında değişir; arpa çizgi mozaik virüsü ve tütün halkalı leke virüsü bu bakımdan önemlidir. Bulaşık tohum tarladaki ilk virüs kaynağıdır; bu yüzden ithal tohumlar karantinada virüs analizinden geçirilir.
• Polenle: Bazı virüsler polenle tohuma ve döllenen bitkiye geçer.
• Topraktan: Virüsler toprakta serbest olarak değil, nematod (örneğin asma yelpaze yaprak virüsünü taşıyan Xiphinema) ve fungus vektörleriyle taşınır. Şeker pancarında rizomani hastalığına yol açan BNYVV, toprakta yaşayan Polymyxa betae ile taşınır.
• Parazit bitkilerle: Küsküt, beslendiği hastalıklı bitkiden aldığı virüsü sağlam bitkiye aktarabilir.
• Akarlarla ve en önemlisi böceklerle (bkz. sonraki bölüm).

7. Böceklerle taşınma

Hareket yeteneği olmayan virüsleri bir bitkiden diğerine taşıyan canlılara vektör denir. Bitki virüslerini taşıdığı bilinen 380’i aşkın hayvan türünün yüzde 94’ü eklembacaklıdır. En önemli vektörler sokucu-emici ağızlı böceklerdir: yaprakbitleri (afitler), beyazsinekler, yaprak ve bitki pireleri, tripsler ve unlu bitler; bazı virüsler de böcek ve akarlarla taşınır.

Taşınma şekli mücadeleyi doğrudan belirler: kalıcı olmayan virüsler saniyeler içinde bulaştırıldığı için insektisitler bu virüslerin yayılmasını çoğu zaman engelleyemez.

8. Epidemiyoloji ve hastalığın fizyolojisi

Tohum ve vejetatif üretim materyaliyle taşınan virüsler tarlada ilk (primer) enfeksiyonları başlatır. Bu bitkilerden vektörlerle sağlam bitkilere yapılan taşınma ise aynı yetişme döneminde tekrar tekrar yayılmayı (sekonder enfeksiyonlar) sağlar. Vektörle taşınan virüsler bir sezonda birçok kez döngü yapar (polisiklik); bu yüzden vektör popülasyonu arttıkça hastalık da hızla yayılır ve bulaşık tohumla başlayan küçük bir kaynak kısa sürede bütün tarlayı enfekte edebilir.

Virüsler diğer patojenler gibi enzim ya da toksin salgılamaz; zararlarını konukçunun metabolizmasını bozarak yapar. Enfekteli bitkilerde fotosentez ve klorofil miktarı azalır, yaprak alanı küçülür, büyümeyi düzenleyen hormonların dengesi bozulur ve solunum ilk dönemde artar. Bazı bitkiler yüksek miktarda virüs taşıdığı hâlde hafif belirti gösterir; bunlar belirtisiz taşıyıcı olarak tehlikeli bir kaynak olabilir.

9. Teşhis yöntemleri

Virüs hastalıkları yalnız belirtilerden teşhis edilemeyeceği için birkaç yöntem birlikte kullanılır:

• Biyolojik testler (indikatör bitkiler): Hastalıklı bitki özsuyu tampon çözeltiyle sulandırılarak Nicotiana, Chenopodium ve Amaranthus gibi test bitkilerine sürülür (mekanik inokulasyon). Hangi bitkilerde hangi belirtilerin oluştuğu (konukçu dizisi) ve lokal leke konukçusu belirlenir. Odunsu bitki virüsleri için aşıyla indeksleme yapılır.
• Fiziksel özellikler: Virüsün enfeksiyon gücünü yitirdiği son sulandırma noktası, oda sıcaklığında canlı kaldığı süre (in vitro ömür) ve 10 dakikada etkisizleştiği sıcaklık (termal inaktivasyon noktası).
• Serolojik yöntemler: Virüs proteini bir hayvana enjekte edildiğinde kanda virüse özgü antikorlar oluşur; bu antikorları içeren seruma antiserum denir. Birçok antikor karışımı poliklonal, tek bir klondan elde edilen antikor monoklonal antikordur. Bugün en yaygın serolojik test ELISA’dır: mikroplakalarda yapılır, çok sayıda örnek aynı anda test edilir ve sonuç renk değişimiyle okunur.
• Elektron mikroskobu: Virüs parçacıklarının biçimi ve boyutu görülür; antikorla kaplı ızgaralar kullanılarak duyarlılık artırılır (ISEM).
• Saflaştırma: Virüs, ultrasantrifüjle (100.000 g’nin üzerinde) konukçu hücre bileşenlerinden ayrılır ve serolojik ve moleküler çalışmalarda kullanılır.
• Moleküler yöntemler: RT-PCR gibi yöntemlerle virüsün nükleik asidi doğrudan saptanır; ırklar ayırt edilebilir.

10. Tarımda önemli bitki virüsleri

Viroidler ise protein kılıfı olmayan, yalnızca birkaç yüz nükleotitlik halkasal bir RNA’dan oluşan, bilinen en küçük hastalık etmenleridir; patates iğ yumru viroidi bunun en bilinen örneğidir.

11. Mücadele

Virüs hastalıklarının bitkiyi iyileştiren bir ilacı yoktur; bir bitki enfekte olduktan sonra virüsten kurtarılamaz. Bu yüzden mücadele tamamen korunmaya dayanır:

• Karantina: Virüslerin ülkeye ve yeni bölgelere girişi tohum ve fidan denetimiyle önlenir.
• Virüssüz üretim materyali: Sertifikalı tohum, tohumluk yumru ve fidan kullanılmalıdır. Meristem kültürü ve yüksek sıcaklık uygulaması (termoterapi; örneğin çeliklerin bir süre 37 °C’de tutulması) ile virüssüz ana bitkiler elde edilir.
• Sanitasyon: Hastalıklı bitkiler sökülüp yok edilir; virüslere konukçuluk eden yabancı otlar temizlenir. TMV gibi mekanik taşınan virüslere karşı eller yıkanmalı, aletler dezenfekte edilmeli, tütün bulaşmasını önlemek için çalışırken sigara içilmemelidir.
• Vektörlerle mücadele: Kalıcı virüslerde vektörlerle mücadele yayılmayı azaltır. Kalıcı olmayan virüslerde insektisitler yetersiz kaldığı için seralarda böcek tülü, yansıtıcı malç, bitkisel yağ uygulamaları ve tarla kenarlarında bariyer bitkiler gibi yöntemlerle böceğin bitkiye ulaşması geciktirilir.
• Dayanıklı çeşitler: En etkili ve ekonomik yöntemdir; ıslah ve gen aktarımıyla geliştirilir.
• Kültürel önlemler: Ekim zamanının vektör popülasyonunun yoğun olduğu dönemden kaçırılması, ekim nöbeti (toprak kaynaklı virüslerde), nematod ve fungus vektörlerle mücadele.
• Çapraz koruma: Bitkinin önce hafif bir virüs ırkıyla aşılanarak aynı virüsün şiddetli ırklarına karşı korunmasıdır.

Kavramlar sözlüğü

Virüs

Yalnız canlı hücrede çoğalabilen, nükleik asit ve protein kılıftan oluşan hastalık etmeni.

Virion

Yapısı eksiksiz, enfeksiyon yapabilen virüs parçacığı.

Kapsit

Virüsün nükleik asidini çevreleyen protein kılıf.

Nükleoprotein

Nükleik asit ile proteinin oluşturduğu yapı.

Obligat parazit

Yalnız canlı konukçuda yaşayıp çoğalabilen parazit.

Viroid

Protein kılıfı olmayan, yalnız küçük bir RNA’dan oluşan hastalık etmeni.

Çok parçalı virüs

Genetik maddesi birden fazla parçaya bölünmüş virüs.

Latent enfeksiyon

Belirti göstermeyen enfeksiyon.

Lokal leke konukçusu

Virüsü girdiği yerde lekelerle sınırlayan, teşhiste kullanılan bitki.

Sistemik enfeksiyon

Virüsün bütün bitkiye yayılması.

Plazmodezm

Bitki hücrelerini birbirine bağlayan ince sitoplazma geçitleri.

Hareket proteini

Virüsün hücreden hücreye geçişini sağlayan viral protein.

Vektör

Virüsü bir bitkiden diğerine taşıyan canlı.

Kalıcı olmayan taşınma

Virüsün böceğin ağız iğnelerinde taşındığı, saniyeler içinde alınıp bulaştırıldığı taşınma.

Kalıcı taşınma

Virüsün böceğin vücudunda dolaşıp uzun süre bulaştırıldığı taşınma.

İndikatör bitki

Virüslere tipik belirtilerle tepki veren test bitkisi.

Antiserum

Belirli bir virüse karşı antikor içeren kan serumu.

ELISA

Antikorlara dayanan, renk değişimiyle okunan serolojik test.

Termoterapi

Virüssüz materyal elde etmek için bitkilerin yüksek sıcaklıkta tutulması.

Çapraz koruma

Hafif bir virüs ırkıyla aşılanan bitkinin şiddetli ırklara karşı korunması.

Kendini dene

Her soruda bir seçeneğe tıkla; doğru cevap ve açıklaması hemen görünür.