Virus – definition, struktur, smitta, sjukdomar och behandling

Genom

Det finns många genomiska strukturer i virus. Som grupp är de mer varierande än växter, djur, arkéer och bakterier. Det finns miljontals olika typer av virus, men endast cirka 7 000 av dem har beskrivits i detalj.⁴⁹

Ett virus har antingen RNA- eller DNA-gener och kallas därför RNA-virus eller DNA-virus. De allra flesta virus har RNA-genom. Växtvirus har vanligtvis enkelsträngade RNA-genom och bakteriofager har vanligtvis dubbelsträngade DNA-genom.^96/99

Färre än 7 000 typer har beskrivits i detalj, men det finns säkert många fler att upptäcka.

Replikationscykel

Viruspopulationer växer inte genom celldelning eftersom de inte har några celler. I stället använder de sig av maskineriet och ämnesomsättningen i en värdcell för att producera många kopior av sig själva, och de samlas (sätts ihop) i cellen.

Virusens livscykel skiljer sig mycket åt mellan olika arter, men det finns sex grundläggande stadier i virusens livscykel:^75/91

• Fastsättning är en bindning mellan virala capsidproteiner och specifika receptorer på värdcellens yta.
• Penetration följer på fasthållning: Virus (enskilda viruspartiklar) kommer in i värdcellen genom receptormedierad endocytos eller fusion med lipidbilagret. Detta kallas viralt inträde.
   Infektionen av växt- och svampceller skiljer sig från infektionen av djurceller. Växter har en styv cellvägg av cellulosa och svampar en av kitin. Detta innebär att de flesta virus endast kan ta sig in i dessa celler med våld.⁷⁰ Ett exempel: ett virus färdas på en insekt som lever av växtsaft. Skadorna på cellväggarna gör att viruset kan ta sig in.
   Bakterier, liksom växter, har starka cellväggar som ett virus måste ta sig igenom för att infektera cellen. Bakteriernas cellväggar är dock mycket tunnare än växternas cellväggar, och vissa virus har mekanismer som injicerar sitt arvsmassa i bakteriecellen, medan virusets kapsid stannar utanför.⁷¹
• Avmantling är det sätt på vilket virusets capsid avlägsnas: Detta kan ske med hjälp av virusenzymer eller värdenzymer eller genom enkel dissociation.
• Replikation av virus innebär att genomet multipliceras. Detta innebär vanligen produktion av viralt messenger RNA (mRNA) från "tidiga" gener. För komplexa virus kan detta följas av ytterligare en eller flera omgångar av mRNA-syntes: "sena" genuttryck är av strukturella proteiner eller virionproteiner.
• Efter viruspartiklarnas självmontering sker ofta en viss modifiering av proteinerna. I virus som hiv sker denna modifiering (ibland kallad mognad) efter det att viruset har släppts ut ur värdcellen.
• Virus kan frigöras från värdcellen genom lysis, en process som dödar cellen genom att dess membran och cellvägg sprängs. Detta är en egenskap hos många bakterievirus och vissa djurvirus.
  I vissa virus sätts virusgenomet genom genetisk rekombination in på en specifik plats i värdcellens kromosom. Virusgenomet kallas då "provirus" eller, när det gäller bakteriofager, "profage".⁶⁰
   Varje gång värden delar sig replikeras också virusgenomet. Det virala genomet är oftast tyst inom värden, men vid någon tidpunkt kan proviruset eller profagen ge upphov till ett aktivt virus som kan lysera värdcellerna. ^{kapitel 15}
  Inhöljda virus (t.ex. hiv) frigörs vanligtvis från värdcellen efter att viruset fått sitt hölje. Höljet är en modifierad bit av värdcellens plasmamembran.^185/7

Genetiskt material och replikation

Det genetiska materialet i viruspartiklar och metoden för replikering av materialet varierar avsevärt mellan olika typer av virus.

RNA-virus

Replikationen sker vanligtvis i cytoplasman. RNA-virus kan delas in i fyra olika grupper beroende på hur de replikerar. Alla RNA-virus använder sina egna RNA-repliktasenzymer för att skapa kopior av sitt genom.⁷⁹

DNA-virus

Replikationen av arvsmassan hos de flesta DNA-virus sker i cellkärnan. De flesta DNA-virus är helt beroende av värdcellens DNA- och RNA-syntesmaskineri och RNA-bearbetningsmaskineri. Virus med större genom kan själva koda för en stor del av detta maskineri. I eukaryoter måste virusgenomet korsa cellens kärnmembran för att få tillgång till detta maskineri, medan det i bakterier bara behöver komma in i cellen.⁵⁴⁷⁸

Omvänd transkribering av virus

Virus med RNA-genom (retrovirus) använder en DNA-intermediär för att replikera. Virus med DNA-genom (pararetrovirus) använder en RNA-intermediär under replikationen av genomet. De är mottagliga för antivirala läkemedel som hämmar det omvända transkriptasenzymet. Ett exempel på den första typen är hiv, som är ett retrovirus. Exempel på den andra typen är Hepadnaviridae, som inkluderar Hepatit B-virus.^88/9

 

Värdens försvarsmekanismer

Medfött immunförsvar

Kroppens första försvar mot virus är det medfödda immunförsvaret. Detta har celler och andra mekanismer som försvarar värden mot alla infektioner. Cellerna i det medfödda systemet känner igen och reagerar på patogener på ett allmänt sätt.

RNA-interferens är ett viktigt medfött försvar mot virus. Många virus har en replikationsstrategi som inbegriper dubbelsträngat RNA (dsRNA). När ett sådant virus infekterar en cell frigör det sin RNA-molekyl. Ett proteinkomplex som kallas dicer fastnar vid den och hackar RNA i bitar. Därefter startar en biokemisk väg som kallas RISC-komplexet. Detta angriper virusets mRNA och cellen överlever infektionen.

Rotavirus undviker detta genom att inte avlägsna sig helt och hållet i cellen och genom att släppa ut nyproducerat mRNA genom porer i partikelns inre kapsid. Det genomiska dsRNA:t förblir skyddat i virionens kärna.

Produktionen av interferon är en viktig försvarsmekanism för värden. Detta är ett hormon som produceras av kroppen när virus förekommer. Dess roll i immuniteten är komplex; det stoppar slutligen virusen från att reproducera sig genom att döda den infekterade cellen och dess närmaste grannar.

Adaptivt immunförsvar

ryggradsdjur har ett andra, mer specifikt immunförsvar. Det kallas det adaptiva immunsystemet. När det möter ett virus producerar det specifika antikroppar som binder till viruset och gör det icke-smittsamt. Två typer av antikroppar är viktiga.

Det första, IgM, är mycket effektivt för att neutralisera virus men produceras av immunförsvarets celler endast under några veckor. Det andra, IgG, produceras på obestämd tid. Närvaron av IgM i värdens blod används för att testa akut infektion, medan IgG indikerar en infektion någon gång tidigare. IgG-antikroppar mäts när tester för immunitet utförs.

Ett annat försvar mot virus hos ryggradsdjur är immunceller som kallas T-celler. Kroppens celler uppvisar ständigt korta fragment av sina proteiner på cellens yta, och om en T-cell känner igen ett misstänkt virusfragment där förstörs värdcellen av mördar-T-celler och de virusspecifika T-cellerna förökar sig. Celler som makrofager är specialister på denna antigenpresentation.

Att undvika immunförsvaret

Alla virusinfektioner ger inte upphov till ett skyddande immunsvar. Dessa ihållande virus undviker immunförsvaret genom sekestrering (gömmer sig), cytokinresistens, undvikande av naturliga mördarcellers aktivitet, undvikande av apoptos (celldöd) och antigena skift (förändring av ytproteiner). Hiv undviker immunförsvaret genom att ständigt ändra aminosyrasekvensen hos proteinerna på virionens yta. Andra virus rör sig längs nerverna till platser som immunförsvaret inte kan nå.

Utveckling

Virus tillhör inte något av de sex rikena. De uppfyller inte alla krav för att klassificeras som en levande organism eftersom de inte är aktiva förrän vid infektionstillfället. Detta är dock bara en verbal poäng.

Det är uppenbart att deras struktur och funktionssätt innebär att de har utvecklats från andra levande varelser, och förlusten av den normala strukturen förekommer hos många endoparasiter. Virusens ursprung i livets evolutionära historia är oklart: vissa kan ha utvecklats från plasmider - DNA-bitar som kan förflyttas mellan celler - medan andra kan ha utvecklats från bakterier. I evolutionen är virus ett viktigt medel för horisontell genöverföring, vilket ökar den genetiska mångfalden.

Nya upptäckter

I ett nyligen genomfört projekt upptäckte man nästan 1500 nya RNA-virus genom att ta prover från över 200 arter av ryggradslösa djur. "Forskargruppen... extraherade deras RNA och med hjälp av nästa generations sekvensering avkodade de sekvensen av svindlande sex biljoner bokstäver som fanns i RNA-biblioteken från ryggradslösa djur". Forskningen visade att virus ändrade bitar av sitt RNA genom en rad olika genetiska mekanismer. "Viromet hos ryggradslösa djur [visar] en anmärkningsvärd genomisk flexibilitet som omfattar frekvent rekombination, lateral genöverföring mellan virus och värddjur, gentillväxt och genförlust samt komplexa genomiska omarrangemang".

Hur bakterier och arkéer hanterar virus

Virus har funnits på den här planeten länge. Vi vet nu att bakterier och arkéer var tvungna att hantera dem först, innan vår typ av cellliv utvecklades. Detaljer om de försvarsmekanismer som används av arkéer och bakterier diskuteras på sidan CRISPR, som kortfattat introducerar ämnet tidiga försvar mot virus.

Största virus

En grupp stora virus infekterar amöbor. Det största är Pithovirus. De andra i storleksordning är Pandoravirus, Megavirus och Mimivirus. De är större än vissa bakterier och syns i ett ljusmikroskop.

Virus i havet

Virus finns överallt i havet. De kan vara minst en storleksordning större än alla andra former av marint liv. Genom selektiv infektion påverkar virusen näringscykeln och utvecklingen i havet.

Använder

Virus används ofta inom cellbiologin. Genetiker använder ofta virus som vektorer för att föra in gener i celler som de studerar. Detta är användbart för att få cellen att producera ett främmande ämne eller för att studera effekten av att införa en ny gen i arvsmassan. Östeuropeiska forskare har använt fagterapi som ett alternativ till antibiotika under en längre tid, och intresset för detta tillvägagångssätt ökar på grund av den höga nivå av antibiotikaresistens som nu finns hos vissa sjukdomsalstrande bakterier.