A rotavírusok a vírusok Reoviridae családjának Rotavirus nemzetségéhez tartozó, kétszálú RNS-genommal rendelkező fajok, a kisgyerekek hasmenéses megbetegedéseinek leggyakoribb kórokozói. A világon ötéves koráig szinte minden gyerek megfertőződik velük legalább egyszer. Minden egyes fertőzéssel erősödik az immunitás, így a klinikai tünetek egyre enyhülnek; a felnőttek már csak ritkán érintettek. A nemzetségbe kilenc faj tartozik, a rotavírus A, B, C, D, E, F, G, H és I. A leggyakoribb az A változat, a humán megbetegedések 90%-át ez okozza. A rotavírusokat 1973-ban fedezte fel az ausztrál Ruth Bishop.
A vírus széklettel terjed. A szervezetbe jutva a vékonybél hámsejtjeiben szaporodik és eközben bélhurutos tüneteket okoz. Bár a csecsemők és kisgyerekek súlyos hasmenéses eseteik kb. egyharmadáért felelős, közegészségügyi jelentőségét sokszor alábecsülik, különösen a fejlődő országokban. A rotavírusok az állatokat, azon belül a haszonállatokat is képesek megfertőzni.
A gyerekkori rotavírus-fertőzés általában könnyen kezelhető betegség; ennek ellenére csak 2013-ban ez a kórokozó felelt a hasmenéses okozta gyermek-halálesetek 37%-áért, világszerte 215 ezer áldozatot szedve. Döntő többségük a fejlődő országokban történt. Az Egyesült Államokban az oltási program bevezetése előtt a rotavírusok évente 2,7 milliónyi súlyos megbetegedéses esetet okoztak, amelyből 60 ezren kerültek kórházba, átlagosan 37-en pedig életüket vesztették. A betegséget védőoltással lehet megelőzni, a fertőzés esetén pedig legfontosabb a megfelelő folyadékpótlás. Azokban az országokban, ahol vakcinációs programot vezettek be, a rotavírusos fertőzések száma és súlyossága meredeken csökkent.
Biológiája
A rotavírusok típusai A rotavírusoknak kilenc faja ismert: A, B, C, D, E, F, G, H és I. Az embereket leggyakrabban az A, ritkábban a B és C változatok fertőzik meg. Az A–E fajok más állatokban is okoznak megbetegedéseket, az E és H fajok sertéseket, a D, F és G madarakat, az I macskákat fertőz.
Az A fajon belül több különböző törzset, szerotípust különítettek el. Az influenzavírushoz hasonlóan ezeket is két felszíni fehérjéjük szerint osztályozzák. A VP7 glikoprotein határozza meg a G-szerotípust, a proteázszenzitív VP4 pedig a P-t. A G- és P-csoportot meghatározó fehérjék génjei egymástól függetlenül öröklődnek, így számos különböző kombináció jöhet létre. A rotavírus A számára egy teljes genotipizálási rendszert fejlesztettek ki, amely lehetővé teszi az atipikus törzsek eredetének visszafejtését. Az egyes G és P-változatok előfordulási gyakorisága az országokon belül és között, valamint időben is gyorsan változhat.
Szerkezete A rotavírusok genomja 11 különböző darab kettős szálú RNS-molekulából áll, amelyek együttes hossza 18 555 nukleotidot tesz ki. A molekulákat 1-től 11-ig számozták meg csökkenő sorrendben és valamennyin egy gént találunk. Minden gén egy fehérjét kódol, kivéve a 9-est, amelyik kettőt. A genomot egy háromrétegű, ikozaéder alakú fehérjekapszid veszi körbe. A vírusrészecskék átmérője maximum 76,5 nm lehet. A vírus lipidburokkal nem rendelkezik.
Proteinjei thumb|A rotavírus struktúrproteinjeinek elhelyezkedése
A vírusrészecskét (viriont) hat vírusfehérje alkotja. Ezeknek az ún. struktúrproteineknek az elnevezése: VP1, VP2, VP3, VP4, VP6 és VP7. Rajtuk kívül a vírus hat másik, „nem-struktúr” fehérjét is termel, de ezek a fertőzött sejten belül hatnak és a virionba nem kerülnek be. Ezek az NSP1, NSP2, NSP3, NSP4, NSP5 és NSP6.
Az összesen 12 vírusfehérje közül legalább 6 képes kötődni az RNS-hez. Pontos feladatuk egyelőre nem teljesen ismert, feltételezik, hogy a genom másolásához, virionba való csomagolásához és a génexpresszió szabályozásához lehet közük.
Struktúrproteinek
A VP1 a virion közepén található és funkciója szerint RNS-polimeráz. A megfertőzött sejtben mRNS-t készít a vírusgénekről a fehérjék termeléséhez, valamint a szaporodáshoz számos kópiát készít a genomról.
A VP2 a kapszid belső rétegét alkotja és megköti az RNS-genomot.
A VP3 is a vírusrészecske belsejében található és feladata szerint egy guanilil-transzferáz enzim. Működése során 5' cap-pal ("sapkával") látja el a genomról átírt mRNS-t. A sapka védi meg a molekulát a sejt nukleinsavakat bontó enzimeitől, a nukleázoktól.
A VP4 egy felszíni fehérje, amely tüskeként mered ki a rotavírus felületéről. Ő felelős azért, hogy megkösse a leendő gazdasejt felszínén a megfelelő receptort. Éretlen alakjában nem képes elvégezni a feladatát, fertőzőképessé válásához előbb a gyomor tripszin enzimének VP5* és VP8* fehérjékké kell hasítania. A VP4-tő függ a vírus virulenciája (betegségokozó képessége) és ő határozza meg az osztályozás során a P-típust. Emberek esetében összefüggés mutatható ki a vércsoport szekrétor státusza és a rotavírus-fertőzésre való érzékenység között. A non-szekrétorok ellenállóak a vírus P és P törzseivel szemben, vagyis feltehető, hogy a vércsoport-antigének receptorként szolgálhatnak a vírus számára.
A VP6 alkotja a kapszid nagy részét. Az immunrendszer jól reagál rá és általában ezt használják a rotavírusok fajainak elkülönítésére. A rotavírus A-t detektáló tesztek is ezt a fehérjét ismerik fel.
A VP7 egy glikoprotein, amely a virion külső felszínen található. Strukturális feladatain kívül meghatározza a G-csoportokat az osztályozás során és a VP6-hoz hasonlóan szintén sok ellenanyag képződik ellene.
Nem-struktúrproteinek Az NSP1, az 5. gén terméke egy RNS-kötő fehérje. Képes blokkolni az interferonválaszt, amellyel a veleszületett immunrendszer védi a szervezetet a vírusfertőzéssel szemben. Az NSP1 hatására a gazdasejt fehérjebontó proteoszómái lebontják azokat a szignálproteineket (az ún. interferon regulációs faktor transzkripciós faktorokat), amelyek szükségesek az interferontermelés beindításához.
Az NSP2 szintén RNS-kötő protein, amely a genom replikációjához szükséges és nagyobb mennyiségben gyűlik fel annak helyszínén.
Az NSP3 a virális mRNS-hez kötődik és az a feladata, hogy leállítsa a sejt saját proteinjeinek szintézisét; kikapcsolja azt a két transzlációiniciációs faktort, amire feltétlenül szükség van a gazdasejt mRNS-ének átírásához. Az NSP3 először leválasztja a poli(A)-kötő fehérjét (PABP) az eIF4F transzlációiniciációs faktorról. A PABP a megfelelő 3' poli(A)-farokkal rendelkező mRNS-ek (vagyis a gazdasejt szinte valamennyi mRNS-e) átírásához szükséges. Az NSP3 ezután foszforiláció elősegítésével inaktiválja az eIF2-t. A 3' poli(A)-farkat nem tartalmazó virális mRNS-nek nincs szüksége a fenti faktorokra.
Az NSP4 egy enterotoxin (az elsőként felfedezett virális enterotoxin), amely hasmenést indukál.
Az NSP5-öt a 11-es genomszegmens kódolja. A fertőzött sejtekben a viroplazmában (a citoplazma azon helyén, ahol a vírusszaporodás történik) gyülemlik fel.
Az NSP6 is képes nukleinsavakhoz kötődni és szintén a 11. szegmens egy alternatív leolvasású ORF-ja (nyitott leolvasási keret, gyakorlatilag gén) kódolja.
+ A rotavírusok génjei és fehérjéi RNS-szegmens (gén) Méret (bázispár) Fehérje Molekulasúly (kDa) ElhelyezkedésSzám viriononként Funkció 1 3302 VP1 125 A virion közepén12 RNSA-függő RNA-polimeráz 2 2690 VP2 102 A kapszid belső oldala120 RNS-kötő 3 2591 VP3 88 A virion közepén12 metiltranszferáz, mRNS-„sapkát” készít 4 2362 VP4 87 Felszíni tüske180 Célsejthez való kapcsolódás, virulencia51611NSP159Nem-struktúr fehérje05'RNS-hez kötődés, interferon-antagonista61356VP645Kapszidfehérje780Struktúrfehérje, az egyik legfontosabb antigén71104NSP337Nem-struktúr fehérje0Aktiválja a virális mRNS-t és lekapcsolja a sejt proteinjeinek szintézisét81059NSP235Nem-struktúr fehérje0Az RNS-genom becsomagolását végző NTP-áz91062VP71 VP7238 és 34Felszíni780Struktúrfehérje, immunrendszeri célpont10751NSP420Nem-struktúr fehérje0 Enterotoxin11667NSP5, NSP622Nem-struktúr fehérje0 Az NSP2 modulátorai, egy- és kétszálú RNS-t is kötnek, foszfoproteinek A fenti adatok az SA11 majom-rotavírusra igazak. A pontos méretek más törzseknél eltérhetnek.
Replikáció thumb|A rotavírusok replikációs ciklusa
A vírus a felszíni receptorhoz való kötődés után endocitózissal lép be a sejtbe, ahol egy emésztő vezikulumba, endoszómába kerül. A vírus külső fehérjéi (a VP7 és a VP4 tüske) megbontják az endoszóma membránját, a vírus kiszabadul a citoplazmába, de ez egyúttal a környezet kalciumkoncentrációjának megváltozásával is jár. Erre a szignálra a három alegységből álló VP7 darabjaira esik, a kapszidot csak annak második és harmadik (VP2-ből és VP6-ból álló) rétege alkotja ezután.
A genom 11 db kettős RNS-e továbbra is a kapszidváz védelmében marad, míg a virális RNS-polimeráz elkezdi lemásolni őket. Azzal, hogy a genom nem lép ki a citoplazmába, a vírus kikerüli a sejt belső védelmi rendszereit, mint az RNS-intereferenciát, melyet a kettős szálú RNS jelenléte indít be.
Az RNS-polimeráz mind fehérjeszintézis, mind genommásolás céljából írja át az RNS-genomot. A rotavírusok fehérjéi a citoplazma egy jól elhatárolható helyén, az ún. viroplazmában gyűlnek fel. A viroplazmában a pozitív-szenz RNS-szál (amelyről a vírus-mRNS íródik át) védve van az siRNS (kis interferáló RNS)-indukálta lebontástól. A viroplazmák már két órával a fertőzés megkezdése után kialakulnak a sejtmag mellett és itt történik a virionok összecsomagolása, leginkább az NSP5 és NSP2 közreműködésével. Az NSP5 kikapcsolása (pl. RNS-interferencia segítségével) drasztikus módon lecsökkenti a rotavírusok replikációs hatékonyságát. A kétrétegű kapsziddal rendelkező, félkész virionok az endoplazmatikus retikulunhoz vándorolnak, ahol megkapják a harmadik, külső réteget. A kész virionok a sejt lízisével kerülnek ki a környezetbe.
Terjedés right|thumb|Székletből izolált rotavírusok
A rotavírusok a beteg székletével terjednek. A szennyezett kéz, különböző felületek, tárgyak érintése és szájba kerülése adja át a fertőzést. Lehetséges, hogy cseppfertőzéssel, az aoroszolok belélegzésével is átadódik. A beteg széklete rendkívül fertőző, grammonként 10 billió életképes vírusrészecskét is tartalmazhat. A sikeres fertőzéshez kevesebb, mint 100 is elegendő.
A rotavírusok közepesen ellenállóak a környezetben, amerikai vizsgálatok az iszapban literenként átlag egy fertőzőképes viriont találtak, amelyek 9-19 napig maradtak aktívak. A baktériumok és paraziták ellen foganatosított közegészségügyi intézkedések a jelek szerint nem hatásosak a rotavírusok ellen, mert előfordulásuk a fejlett és fejlődő országokban hasonló.
A fertőzés tünetei A rotavírusos enteritisz lehet enyhe vagy súlyos betegség, amelynek tünetei émelygés, hányás, vizes hasmenés és hőemelkedés. A szimptómák általában a fertőzéstől számítva két nap múlva jelennek meg. A betegség gyors lefolyású, általában hányással kezdődik, amit négy-nyolc napos, erőteljes hasmenéses időszak követ. A kiszáradás jóval gyakoribb, mint a bakteriális eredetű bélpanaszok esetében és a halálozások többségét ez okozza.
A rotavírus A több alkalommal is megfertőzhet valakit élete során: az első többnyire még jellemző tüneteket okoz, de ahogyan az immunrendszer alkalmazkodik, az ezt követő fertőzések jóval enyhébbek vagy akár tünetmentesek. Ennek megfelelően a szimptómás fertőzések a két év alatti gyerekek körében a leggyakoribbak és a kor előrehaladtával (akár 45 éves korig) egyre ritkábbá válnak. A legsúlyosabb esetek a 0,5-2 éves gyerekek, az idősek és az immunhiányos páciensek közül kerülnek ki. A gyerekkorban megszerzett immunitás miatt a felnőttkori hasmenéses eseteket többnyire nem rotavírus okozza, azonban a tünetmentes fertőzés is elég ahhoz, hogy fenntartsa a vírusok jelenlétét a közösségben. Vannak arra utaló jelek, hogy a vércsoporti szekrétor státusz (tehát hogy a vércsoport szerinti antigének ürülnek-e a testfolyadékokba), illetve a bél baktériumflórája befolyásolhatja a rotavírus-fertőzés lefolyását.
A betegség mechanizmusa