Virus (biologie)

Een virus is een microscopische parasiet die levende organismen kan besmetten en ziekte kan veroorzaken. Het kan kopieën van zichzelf maken in de cellen van een ander organisme. Virussen bestaan uit nucleïnezuur en een eiwitlaag. Meestal is het nucleïnezuur RNA; soms is het DNA. Virussen kunnen vele soorten ziekten veroorzaken, zoals polio, ebola en hepatitis. Virologie is de studie van virussen.

Virussen planten zich voort door hun nucleïnezuurstreng in een prokaryote of eukaryote (cel) te brengen. De RNA- of DNA-streng neemt dan de celmachine over om kopieën van zichzelf en de eiwitlaag te reproduceren. De cel barst dan open en verspreidt de nieuw ontstane virussen. Alle virussen reproduceren op deze manier, en er zijn geen vrijlevende virussen. Virussen bevinden zich overal in het milieu en alle organismen kunnen erdoor geïnfecteerd worden.

Virussen zijn zoveel kleiner dan bacteriën. Ze waren niet zichtbaar tot de uitvinding van de elektronenmicroscoop. Een virus heeft een eenvoudige structuur, het heeft geen interne celstructuur, geen celwand of celmembraan, alleen de eiwitlaag die de snaar nucleïnezuur vasthoudt.

Bij eukaryote cellen is de viruseiwitlaag in staat om via bepaalde celmembraanreceptoren de doelcellen binnen te dringen. Bij prokaryote bacteriecellen injecteert de bacteriofaag de nucleïnezuurstreng fysiek in de gastheercel.

Virussen hebben de volgende kenmerken:

  • Besmettelijke deeltjes, die vele soorten ziekten veroorzaken;
  • Bevatten nucleïnezuurkern RNA of DNA;
  • Omringd door een beschermende proteïnelaag;

Wanneer de gastheercel klaar is met het maken van meer virussen, ondergaat hij een lysis of breekt hij uit elkaar. De virussen komen vrij en zijn dan in staat om andere cellen te infecteren. Virussen kunnen lange tijd intact blijven en zullen de cellen infecteren wanneer de tijd en de omstandigheden goed zijn.

Enkele speciale virussen zijn het vermelden waard. Bacteriofagen zijn geëvolueerd om bacteriële cellen binnen te dringen, die een ander type celwand hebben dan eukaryote celmembranen. Envelopvirussen, wanneer ze zich voortplanten, bedekken zichzelf met een gewijzigde vorm van de gastheercelmembraan, waardoor ze een buitenste lipidenlaag krijgen die helpt bij het binnendringen. Sommige van onze moeilijkst te bestrijden virussen, zoals influenza en HIV, gebruiken deze methode.

Virale infecties bij dieren veroorzaken een immuunreactie die meestal het besmettelijke virus doodt. Vaccins kunnen ook een immuunreactie veroorzaken. Ze geven een kunstmatig verworven immuniteit voor de specifieke virale infectie. Sommige virussen (waaronder die welke AIDS en virale hepatitis veroorzaken) ontsnappen echter aan deze immuunreacties en veroorzaken chronische infecties. Antibiotica hebben geen effect op virussen, maar er zijn wel enkele andere geneesmiddelen tegen virussen.

Genoom

Genomische diversiteit onder virussen

Eigendom

Parameters

Nucleïnezuur

  • RNA
  • DNA
  • Zowel RNA als DNA (in verschillende stadia van de levenscyclus)

Vorm

  • Lineair
  • Circulaire
  • Gesegmenteerde

Gestrandheid

  • Enkelstrengs
  • Dubbelstrengs
  • Dubbelstrengs met enkelstrengsgebieden

Sense

  • Positieve zin (+)
  • Negatieve zin (-)
  • Ambisense (+/-)

Er zijn veel genomische structuren in virussen. Als groep hebben ze meer structurele genomische diversiteit dan planten, dieren, archaea of bacteriën. Er zijn miljoenen verschillende soorten virussen, maar slechts ongeveer 5.000 daarvan zijn in detail beschreven. 49

Een virus heeft ofwel RNA ofwel DNA-genen en wordt respectievelijk een RNA-virus of een DNA-virus genoemd. De overgrote meerderheid van de virussen heeft RNA-genen. Plantenvirussen hebben over het algemeen enkelstrengs RNA-genoom en bacteriofagen hebben over het algemeen dubbelstrengs DNA-genoom. 96/99


Virusreplicatiecyclus: 1-Attachment, 2-Penetratie, 3-Ontlakking, 4-Synthese (4a-Transcriptie, 4b-Vertaal, 4c-Genoom replicatie), 5-Montage, 6-Release
Virusreplicatiecyclus: 1-Attachment, 2-Penetratie, 3-Ontlakking, 4-Synthese (4a-Transcriptie, 4b-Vertaal, 4c-Genoom replicatie), 5-Montage, 6-Release

Replicatiecyclus

Virale populaties groeien niet door celdeling, omdat ze geen cellen hebben. In plaats daarvan gebruiken ze de machines en het metabolisme van een gastheercel om veel kopieën van zichzelf te produceren, en ze assembleren (assembleren) in de cel.

De levenscyclus van virussen verschilt sterk van soort tot soort, maar er zijn zes basisstadia in de levenscyclus van virussen:75/91

  • De gehechtheid is een specifieke binding tussen virale capside-eiwitten en specifieke receptoren op het celoppervlak van de gastheer.
  • Penetratie volgt op bevestiging: Virionen (enkelvoudige virusdeeltjes) komen de gastheercel binnen via receptor-gemedieerde endocytose of membraanfusie. Dit wordt vaak virale penetratie genoemd.
    De infectie van planten- en schimmelcellen is anders dan die van dierlijke cellen. Planten hebben een stijve celwand van
    cellulose, en schimmels een van chitine. Dit betekent dat de meeste virussen alleen met geweld in deze cellen kunnen komen. 70 Een voorbeeld hiervan is: een virus reist op een insectenvector die zich voedt met plantensap. De schade aan de celwanden zou het virus binnenlaten.
    Bacteriën, zoals planten, hebben sterke celwanden waar een virus doorheen moet om de cel te infecteren. Echter, bacteriële celwanden zijn veel dunner dan plantaardige celwanden, en sommige virussen hebben mechanismen die hun genoom in de bacteriële cel over de celwand
    injecteren, terwijl de virale capsida buiten blijft. 71
  • Uncoating is een proces waarbij de virale capside wordt verwijderd: Dit kan gebeuren door afbraak door virale enzymen of gastheer-enzymen of door eenvoudige dissociatie; het eindresultaat is het vrijkomen van het virale nucleïnezuur.
  • Bij de replicatie van virussen gaat het om de vermenigvuldiging van het genoom. Dit vereist meestal de productie van virale boodschapper RNA (mRNA) uit "vroege" genen. Voor complexe virussen met een groter genoom kan dit gevolgd worden door een of meer verdere rondes van mRNA-synthese: "late" genexpressie is van structurele of virionele eiwitten.
  • Na de structuur-gemedieerde zelfassemblage van de virusdeeltjes treedt vaak enige modificatie van de eiwitten op. Bij virussen zoals HIV vindt deze modificatie (soms ook wel rijping genoemd) plaats nadat het virus uit de gastheercel is vrijgekomen.
  • Virussen kunnen uit de gastheercel vrijkomen door middel van lysis, een proces dat de cel doodt door het barsten van het membraan en de celwand. Dit is een kenmerk van veel bacteriële en sommige dierlijke virussen.
    Bij sommige virussen wordt het virale genoom door
    genetische recombinatie op een specifieke plaats in het chromosoom van de gastheer
    gebracht. Het virale genoom staat dan bekend als een "provirus" of, in het geval van bacteriofagen, een "prophage". 60
    Wanneer de gastheer zich verdeelt, wordt ook het virusgenoom gerepliceerd. Het virale genoom is meestal stil in de gastheer; op een bepaald moment kan het provirus of de prophage echter aanleiding geven tot een actief virus, dat de gastheercellen
    kan verlammen. hoofdstuk 15
    Enveloppe-virussen (bijv. HIV) komen doorgaans uit de gastheercel vrij nadat het virus zijn omhulsel heeft gekregen. Het omhulsel is een gewijzigd stuk van het plasmamembraan van de gastheer. 185/7

Genetisch materiaal en replicatie

Het genetisch materiaal binnen de virusdeeltjes, en de manier waarop het materiaal wordt gerepliceerd, varieert aanzienlijk tussen de verschillende soorten virussen.

RNA-virussen

Replicatie vindt meestal plaats in het cytoplasma. RNA-virussen kunnen in vier verschillende groepen worden geplaatst, afhankelijk van hun wijze van replicatie. Alle RNA-virussen gebruiken hun eigen RNA-replicase-enzymen om kopieën van hun genoom te maken. 79

DNA-virussen

De genoomreplicatie van de meeste DNA-virussen vindt plaats in de celkern. De meeste DNA-virussen zijn volledig afhankelijk van de DNA- en RNA-syntheseapparatuur van de gastheercel en de RNA-verwerkingsapparatuur. Virussen met grotere genomen kunnen veel van deze machines zelf coderen. Bij eukaryoten moet het virale genoom het celmembraan kruisen om toegang te krijgen tot deze machines, terwijl het bij bacteriën alleen in de cel hoeft te komen. 5478

Omgekeerde transcriptie van virussen

Omgekeerde transcriptie van virussen met RNA-genoom (retrovirussen) maken gebruik van een DNA-tussenproduct om te repliceren. Degenen met DNA-genoom (pararetrovirussen) gebruiken een RNA-intermediair tijdens de genoomreplicatie. Ze zijn gevoelig voor antivirale middelen die het omgekeerde transcriptase enzym remmen. Een voorbeeld van het eerste type is HIV, een retrovirus. Voorbeelden van het tweede type zijn de Hepadnaviridae, waaronder het Hepatitis B-virus. 88/9

Deze foutief gekleurde transmissie-elektronenmicrografiek toont de ultrastructurele details van een griepvirusdeeltje, oftewel "virion". Het influenzavirus is een eenstrengs RNA-organisme.
Deze foutief gekleurde transmissie-elektronenmicrografiek toont de ultrastructurele details van een griepvirusdeeltje, oftewel "virion". Het influenzavirus is een eenstrengs RNA-organisme.

Gastheer-verdedigingsmechanismen

Inheems immuunsysteem

De eerste verdedigingslinie van het lichaam tegen virussen is het aangeboren immuunsysteem. Dit heeft cellen en andere mechanismen die de gastheer tegen elke infectie verdedigen. De cellen van het aangeboren systeem herkennen ziekteverwekkers en reageren daarop op een algemene manier.

RNA-interferentie is een belangrijke aangeboren verdediging tegen virussen. Veel virussen hebben een replicatiestrategie waarbij dubbelstrengs RNA (dsRNA) wordt toegepast. Wanneer zo'n virus een cel infecteert, geeft het zijn RNA-molecuul vrij. Een eiwitcomplex, dicer genaamd, kleeft eraan en snijdt het RNA in stukken. Dan begint een biochemische route, die het RISC-complex wordt genoemd. Dit valt het virale mRNA aan, en de cel overleeft de infectie.

Rotavirussen voorkomen dit door niet volledig te ontdoen van de coating in de cel en door het vrijgeven van nieuw geproduceerd mRNA door middel van poriën in de binnenzijde van het deeltje. Het genomische dsRNA blijft beschermd in de kern van het virus.

De productie van interferon is een belangrijk verdedigingsmechanisme van de gastheer. Dit is een hormoon dat door het lichaam wordt geproduceerd wanneer er virussen aanwezig zijn. Zijn rol in de immuniteit is complex; het houdt de virussen uiteindelijk tegen door de geïnfecteerde cel en zijn naaste buren te doden.

Adaptief immuunsysteem

Gewervelde dieren hebben een tweede, meer specifiek, immuunsysteem. Het wordt het adaptieve immuunsysteem genoemd. Wanneer het een virus ontmoet, produceert het specifieke antilichamen die zich binden aan het virus en het niet-besmettelijk maken. Twee soorten antilichamen zijn belangrijk.

De eerste, IgM genaamd, is zeer effectief in het neutraliseren van virussen, maar wordt slechts enkele weken door de cellen van het immuunsysteem geproduceerd. De tweede, IgG genaamd, wordt voor onbepaalde tijd geproduceerd. De aanwezigheid van IgM in het bloed van de gastheer wordt gebruikt om te testen op een acute infectie, terwijl IgG wijst op een infectie ergens in het verleden. IgG-antilichaam wordt gemeten bij het testen op immuniteit.

Een andere gewervelde verdediging tegen virussen is de cel-immuniteit. Het gaat om immuuncellen die bekend staan als T-cellen. De lichaamscellen vertonen voortdurend korte fragmenten van hun eiwitten op het celoppervlak, en als een T-cel daar een verdacht virusfragment herkent, wordt de gastheercel vernietigd door dodelijke T-cellen en de virusspecifieke T-cellen vermenigvuldigen zich. Cellen zoals macrofagen zijn specialisten in deze antigeenpresentatie.

Het ontwijken van het immuunsysteem

Niet alle virusinfecties produceren een beschermende immuunrespons. Deze hardnekkige virussen onttrekken zich aan de immuuncontrole door middel van sekwestratie (verstoppen); het blokkeren van de antigeenpresentatie; cytokine resistentie; het omzeilen van de activiteit van natuurlijke killercellen; het ontsnappen aan apoptose (celdood), en antigeenverschuiving (het veranderen van de oppervlakte-eiwitten). HIV ontwijkt het immuunsysteem door de aminozuursequentie van de eiwitten op het oppervlak van het virion voortdurend te veranderen. Andere virussen, neurotropische virussen genaamd, bewegen zich langs de zenuwen naar plaatsen waar het immuunsysteem niet bij kan.

Twee rotavirussen: de rechtse is gecoat met antilichamen die de aanhechting aan de cellen en de besmetting ervan tegenhouden.
Twee rotavirussen: de rechtse is gecoat met antilichamen die de aanhechting aan de cellen en de besmetting ervan tegenhouden.

Evolutie

Virussen behoren tot geen van de zes koninkrijken. Ze voldoen niet aan alle eisen om als levend organisme te worden geclassificeerd, omdat ze pas op het moment van besmetting actief zijn. Dat is echter slechts een verbaal punt.

Het is duidelijk dat hun structuur en werkwijze betekent dat ze zijn geëvolueerd van andere levende wezens, en het verlies van de normale structuur komt in veel endoparasieten voor. De oorsprong van virussen in de evolutionaire geschiedenis van het leven is onduidelijk: sommige kunnen zijn geëvolueerd uit plasmiden - stukjes DNA die kunnen bewegen tussen cellen - terwijl andere kunnen zijn geëvolueerd uit bacteriën. In de evolutie zijn virussen een belangrijk middel voor horizontale genoverdracht, waardoor de genetische diversiteit toeneemt.

Recente ontdekkingen

Een recent project ontdekte bijna 1500 nieuwe RNA-virussen door meer dan 200 ongewervelde soorten te bemonsteren. "Het onderzoeksteam... haalde hun RNA eruit en ontcijferde met behulp van next-generation sequencing de volgorde van een duizelingwekkende 6 biljoen letters die aanwezig waren in de RNA-bibliotheken van de ongewervelde dieren". Het onderzoek toonde aan dat virussen stukjes en beetjes van hun RNA veranderden door verschillende genetische mechanismen. "Het ongewervelde viroom [toont] een opmerkelijke genomische flexibiliteit die frequente recombinatie, laterale genoverdracht tussen virussen en gastheren, genenwinst en -verlies, en complexe genomische herschikkingen omvat.

Grootste virus

Een groep grote virussen infecteert amoebe. De grootste is het Pithovirus. Andere in volgorde van grootte zijn Pandoravirus, dan Megavirus, dan Mimivirus. Ze zijn groter dan sommige bacteriën en zichtbaar onder een lichtmicroscoop.

Gebruikt

Virussen worden veel gebruikt in de celbiologie. Genetici gebruiken virussen vaak als vectoren om genen te introduceren in cellen die ze bestuderen. Dit is nuttig om de cel een vreemde stof te laten produceren, of om het effect van het introduceren van een nieuw gen in het genoom te bestuderen. Oost-Europese wetenschappers gebruiken al enige tijd faagtherapie als alternatief voor antibiotica, en de belangstelling voor deze aanpak neemt toe, vanwege de hoge mate van antibioticaresistentie die nu in sommige pathogene bacteriën wordt aangetroffen.


AlegsaOnline.com - 2020 / 2021 - License CC3