Informatie

9.1: Overzicht van virussen - Biologie


9.1: Overzicht van virussen

9.1: Overzicht van virussen - Biologie

Virussen missen een celmembraan en zijn obligate parasitaire middelen die niet in staat zijn om weg van hun gastheercel te repliceren. Een virus bestaat uit ofwel DNA en/of RNA ingekapseld in een beschermende eiwitmantel. Veel dierlijke virussen bevatten ook een envelop die de eiwitmantel omgeeft die bestaat uit van het gastheermembraan afgeleide lipiden, enz. Virussen variëren sterk in grootte, variërend van enkele nanometers tot ongeveer één micrometer. De meeste virussen lijken ofwel polyedrisch ofwel spiraalvormig (lijkt op een staafje).

Staafvormig

Icosaëdrische

Ander

Pathogeniteit

Een parasiet die ziekte veroorzaakt, wordt een pathogeen genoemd. Omdat virussen parasieten van cellen zijn, kunnen ze pathogenen zijn. Alle levende wezens op deze planeet zijn gastheren voor virale parasieten. Door de geschiedenis heen zijn mensen geplaagd door een groot aantal ziekten veroorzaakt door virussen, waaronder griep, encefalitis, hondsdolheid, polio, bof, mazelen, pokken, AIDS (veroorzaakt door HIV) en hemorragische koorts (veroorzaakt door EBOLA en Marburg-virus).

Het immuunsysteem

De belangrijkste verdediging van het lichaam tegen virale en bacteriële pathogenen is het immuunsysteem. Eiwitten en glycoproteïnen (suiker-eiwit-oppervlaktemarkers) op het oppervlak van pathogenen stimuleren de aanmaak van antilichamen in de gastheer. Elke stof die de immuunrespons stimuleert, wordt een antigeen genoemd. Elk antigeen waaraan het lichaam wordt blootgesteld, resulteert in de productie van een specifiek antilichaam dat zich alleen aan dat antigeen bindt.

Antilichamen bij medische diagnose

Door specifieke antilichamen te ontwikkelen tegen oppervlakte-antigenen die op een pathogeen worden gevonden, kan een diagnostische procedure die bekend staat als Enzyme-Linked Immunosorbent Assay (ELISA) worden gebruikt om de aanwezigheid van het pathogeen te detecteren.


Overzicht van virussen

Virussen zijn de kleinste parasieten, meestal variërend van 0,02 tot 0,3 micrometer, hoewel recentelijk verschillende zeer grote virussen tot 1 micrometer lang (megavirus, pandoravirus) zijn ontdekt. Virussen zijn volledig afhankelijk van cellen (bacterieel, plantaardig of dierlijk) om zich voort te planten. Virussen hebben een buitenste laag van eiwitten en soms lipiden, een RNA- of DNA-kern en soms enzymen die nodig zijn voor de eerste stappen van virale replicatie.

Virussen worden hoofdzakelijk geclassificeerd volgens de aard en structuur van hun genoom en hun replicatiemethode, niet volgens de ziekten die ze veroorzaken. Er zijn dus DNA-virussen en RNA-virussen, elk type kan enkele of dubbele strengen genetisch materiaal hebben. Enkelstrengs RNA-virussen worden verder onderverdeeld in die met (+) sense en (-) sense RNA. DNA-virussen repliceren typisch in de kern van de gastheercel en RNA-virussen repliceren typisch in het cytoplasma. Bepaalde enkelstrengs (+) sense RNA-virussen, retrovirussen genoemd, gebruiken echter een heel andere replicatiemethode.

Retrovirussen reverse transcriptie gebruiken om een ​​dubbelstrengs DNA-kopie (een provirus) van hun RNA-genoom te maken, die in het genoom van hun gastheercel wordt ingevoegd. Reverse transcriptie wordt bereikt met behulp van het enzym reverse transcriptase, dat het virus met zich meedraagt ​​​​in zijn schaal. Voorbeelden van retrovirussen zijn de humane immunodeficiëntievirussen en de humane T-celleukemievirussen. Zodra het provirus is geïntegreerd in het DNA van de gastheercel, wordt het getranscribeerd met behulp van typische cellulaire mechanismen om virale eiwitten en genetisch materiaal te produceren. Als de geïnfecteerde cel tot de kiembaan behoort, kan het geïntegreerde provirus zich vestigen als een endogeen retrovirus dat wordt overgedragen op het nageslacht.

De sequentiebepaling van het menselijk genoom onthulde dat ten minste 1% van het menselijk genoom bestaat uit endogene retrovirale sequenties, die eerdere ontmoetingen met retrovirussen in de loop van de menselijke evolutie vertegenwoordigen. Enkele endogene menselijke retrovirussen zijn transcriptioneel actief gebleven en produceren functionele eiwitten (bijv. de syncytinen die bijdragen aan de structuur van de menselijke placenta). Sommige deskundigen speculeren dat sommige aandoeningen met een onzekere etiologie, zoals multiple sclerose, bepaalde auto-immuunziekten en verschillende vormen van kanker, veroorzaakt kunnen worden door endogene retrovirussen.

Omdat RNA-transcriptie niet dezelfde foutcontrolemechanismen omvat als DNA-transcriptie, zijn RNA-virussen, met name retrovirussen, bijzonder vatbaar voor mutatie.

Om infectie te laten plaatsvinden, hecht het virus zich eerst aan de gastheercel bij een of een van de verschillende receptormoleculen op het celoppervlak. Het virale DNA of RNA gaat dan de gastheercel binnen en scheidt zich van de buitenste laag (uncoating) en repliceert in de gastheercel in een proces dat specifieke enzymen vereist. De nieuw gesynthetiseerde virale componenten worden vervolgens samengevoegd tot een compleet virusdeeltje. De gastheercel sterft meestal, waarbij nieuwe virussen vrijkomen die andere gastheercellen infecteren. Elke stap van virale replicatie omvat verschillende enzymen en substraten en biedt de mogelijkheid om het infectieproces te verstoren.

De gevolgen van een virale infectie lopen sterk uiteen. Veel infecties veroorzaken acute ziekte na een korte incubatieperiode, maar sommige zijn asymptomatisch of veroorzaken kleine symptomen die misschien niet worden herkend, behalve achteraf. Veel virale infecties worden verholpen door de afweer van het lichaam, maar sommige blijven in een latente toestand en sommige veroorzaken chronische ziekten.

In latente infectie, viraal RNA of DNA blijft in gastheercellen, maar repliceert niet of veroorzaakt geen ziekte voor een lange tijd, soms voor vele jaren. Latente virale infecties kunnen tijdens de asymptomatische periode overdraagbaar zijn, waardoor de verspreiding van persoon tot persoon wordt vergemakkelijkt. Soms veroorzaakt een trigger (met name immunosuppressie) reactivering.


9.1: Overzicht van virussen - Biologie

Virussen in alle soorten en maten bestaan ​​uit een nucleïnezuurkern, een buitenste eiwitcoating of capside, en soms een buitenste envelop.

Leerdoelen

Beschrijf de relatie tussen het virale genoom, capside en envelop

Belangrijkste leerpunten

Belangrijkste punten

  • Virussen worden ingedeeld in vier groepen op basis van vorm: draadvormig, isometrisch (of icosaëdrisch), omhuld en kop en staart.
  • Veel virussen hechten zich aan hun gastheercellen om de penetratie van het celmembraan te vergemakkelijken, waardoor hun replicatie in de cel mogelijk wordt.
  • Niet-omhulde virussen kunnen beter bestand zijn tegen veranderingen in temperatuur, pH en sommige desinfectiemiddelen dan omhulde virussen.
  • De viruskern bevat het kleine enkel- of dubbelstrengs genoom dat codeert voor de eiwitten die het virus niet uit de gastheercel kan krijgen.

Sleutelbegrippen

  • capside: de buitenste eiwitschil van een virus
  • envelop: een omhullende structuur of omhulling, zoals een membraan
  • draadvormig: In de vorm van draden of filamenten
  • isometrisch: van, of een geometrisch systeem zijn van drie gelijke assen die haaks op elkaar staan ​​(vooral in kristallografie)

Virale morfologie

Virussen zijn acellulair, wat betekent dat het biologische entiteiten zijn die geen cellulaire structuur hebben. Daarom missen ze de meeste componenten van cellen, zoals organellen, ribosomen en het plasmamembraan. Een virion bestaat uit een nucleïnezuurkern, een buitenste eiwitcoating of capside, en soms een buitenste omhulsel gemaakt van eiwit- en fosfolipidemembranen afgeleid van de gastheercel. De capside bestaat uit eiwitsubeenheden die capsomeren worden genoemd. Virussen kunnen ook extra eiwitten bevatten, zoals enzymen. Het meest voor de hand liggende verschil tussen leden van virale families is hun morfologie, die behoorlijk divers is. Een interessant kenmerk van virale complexiteit is dat de complexiteit van gastheer en virion niet gecorreleerd is. Enkele van de meest ingewikkelde virionstructuren worden waargenomen in bacteriofagen, virussen die de eenvoudigste levende organismen infecteren: bacteriën.

Morfologie

Voorbeeld van een virus dat zich hecht aan zijn gastheercel: Het KSHV-virus bindt de xCT-receptor op het oppervlak van menselijke cellen. Deze bevestiging zorgt voor latere penetratie van het celmembraan en replicatie in de cel.

Virussen zijn er in vele soorten en maten, maar deze zijn consistent en verschillend voor elke virale familie. Over het algemeen worden de vormen van virussen ingedeeld in vier groepen: filamenteus, isometrisch (of icosaëdrisch), omhuld en kop en staart. Filamenteuze virussen zijn lang en cilindrisch. Veel plantenvirussen zijn filamenteus, waaronder TMV (tabaksmozaïekvirus). Isometrische virussen hebben vormen die ruwweg bolvormig zijn, zoals poliovirus of herpesvirussen. Omhulde virussen hebben membranen die capsiden omringen. Dierlijke virussen, zoals HIV, worden vaak omhuld. Kop- en staartvirussen infecteren bacteriën. Ze hebben een kop die lijkt op icosahedrale virussen en een staartvorm zoals filamenteuze virussen.

Veel virussen gebruiken een soort glycoproteïne om zich aan hun gastheercellen te hechten via moleculen op de cel die virale receptoren worden genoemd. Voor deze virussen is hechting een vereiste voor latere penetratie van het celmembraan, waardoor ze hun replicatie in de cel kunnen voltooien. De receptoren die virussen gebruiken, zijn moleculen die normaal op celoppervlakken worden aangetroffen en hun eigen fysiologische functies hebben. Virussen zijn eenvoudigweg geëvolueerd om deze moleculen te gebruiken voor hun eigen replicatie.

Over het algemeen zeggen de vorm van het virion en de aan- of afwezigheid van een envelop ons weinig over welke ziekte het virus kan veroorzaken of welke soort het kan infecteren, maar ze zijn nog steeds een nuttig middel om virale classificatie te starten. Een van de meest complexe virionen die bekend is, is de T4-bacteriofaag, die de infecteert Escherichia coli bacterie, heeft een staartstructuur die het virus gebruikt om zich aan gastheercellen te hechten en een kopstructuur die zijn DNA herbergt. Adenovirus, een niet-omhuld dierlijk virus dat luchtwegaandoeningen bij mensen veroorzaakt, gebruikt glycoproteïnepieken die uit de capsomeren steken om zich aan gastheercellen te hechten. Niet-omhulde virussen omvatten ook virussen die polio (poliovirus), plantaire wratten (papillomavirus) en hepatitis A (hepatitis A-virus) veroorzaken.

Voorbeelden van virusvormen: Virussen kunnen zowel complex van vorm als relatief eenvoudig zijn. Deze afbeelding toont drie relatief complexe virions: de bacteriofaag T4, met zijn DNA-bevattende kopgroep en staartvezels die hechten aan gastheercellen adenovirus, die spikes van zijn capside gebruikt om te binden aan gastheercellen en HIV, die glycoproteïnen gebruikt die zijn ingebed in zijn envelop om te binden aan gastheercellen.

Omhulde virions zoals HIV bestaan ​​uit nucleïnezuur- en capside-eiwitten omgeven door een fosfolipide dubbellaagse envelop en de bijbehorende eiwitten. Glycoproteïnen ingebed in de virale envelop worden gebruikt om te hechten aan gastheercellen. Andere envelopeiwitten omvatten de matrixeiwitten die de envelop stabiliseren en vaak een rol spelen bij de assemblage van nageslachtvirions. Waterpokken, griep en bof zijn voorbeelden van ziekten die worden veroorzaakt door virussen met enveloppen. Vanwege de kwetsbaarheid van de envelop zijn niet-omhulde virussen beter bestand tegen veranderingen in temperatuur, pH en sommige desinfectiemiddelen dan omhulde virussen.

Soorten nucleïnezuur

In tegenstelling tot bijna alle levende organismen die DNA als hun genetisch materiaal gebruiken, kunnen virussen ofwel DNA ofwel RNA gebruiken. De viruskern bevat het genoom of de totale genetische inhoud van het virus. Virale genomen zijn meestal klein en bevatten alleen die genen die coderen voor eiwitten die het virus niet uit de gastheercel kan halen. Dit genetische materiaal kan enkelstrengs of dubbelstrengs zijn. Het kan ook lineair of circulair zijn. Terwijl de meeste virussen een enkel nucleïnezuur bevatten, hebben andere genomen die meerdere, segmenten genoemd, hebben.

Bij DNA-virussen stuurt het virale DNA de replicatie-eiwitten van de gastheercel aan om nieuwe kopieën van het virale genoom te synthetiseren en om dat genoom te transcriberen en te vertalen in virale eiwitten. DNA-virussen veroorzaken ziekten bij de mens, zoals waterpokken, hepatitis B en sommige geslachtsziekten, zoals herpes en genitale wratten.

RNA-virussen bevatten alleen RNA als hun genetisch materiaal. Om hun genomen in de gastheercel te repliceren, coderen de RNA-virussen voor enzymen die RNA in DNA kunnen repliceren, wat niet door de gastheercel kan worden gedaan. Deze RNA-polymerase-enzymen maken vaker kopieerfouten dan DNA-polymerasen en maken daarom vaak fouten tijdens transcriptie. Om deze reden komen mutaties in RNA-virussen vaker voor dan in DNA-virussen. Hierdoor veranderen ze en passen ze zich sneller aan hun gastheer aan. Menselijke ziekten veroorzaakt door RNA-virussen omvatten hepatitis C, mazelen en hondsdolheid.


Evolutie van virussen

Hoewel biologen een aanzienlijke hoeveelheid kennis hebben verzameld over hoe hedendaagse virussen evolueren, is er veel minder bekend over hoe virussen in de eerste plaats zijn ontstaan. Bij het onderzoeken van de evolutionaire geschiedenis van de meeste organismen kunnen wetenschappers fossielen en soortgelijke historische bewijzen bekijken. Virussen worden echter niet gefossiliseerd, dus onderzoekers kunnen alleen een hypothese opstellen over de evolutionaire geschiedenis van virussen door te onderzoeken hoe de huidige virussen evolueren en door biochemische en genetische informatie te gebruiken om speculatieve virusgeschiedenissen te creëren.

Hoewel de meeste bevindingen het erover eens zijn dat virussen geen enkele gemeenschappelijke voorouder hebben, hebben wetenschappers nog geen enkele hypothese over de oorsprong van virussen gevonden die volledig in het veld wordt geaccepteerd - en die virussen en hun kenmerken volledig verklaart. Er zijn echter drie hypothesen die naar voren zijn gekomen als de meest geaccepteerde:

  • deconcentratie of regressieve hypothese. Deze hypothese stelt voor om de oorsprong van virussen te verklaren door te suggereren dat virussen zijn geëvolueerd uit vrijlevende cellen. Veel componenten van hoe dit proces heeft kunnen plaatsvinden, zijn echter een mysterie.
  • Escapist of progressieve hypothese. Deze hypothese verklaart virussen met een RNA- of een DNA-genoom en suggereert dat virussen afkomstig zijn van RNA- en DNA-moleculen die uit een gastheercel zijn ontsnapt. Deze hypothese verklaart echter niet de complexe capsiden en andere structuren op virusdeeltjes.
  • Zelfreplicatiehypothese. Deze hypothese poneert een systeem van zelfreplicatie dat vergelijkbaar is met dat van andere zelfreplicerende moleculen, dat waarschijnlijk samen met de cellen evolueert waarop ze vertrouwen, aangezien gastheerstudies van sommige plantpathogenen deze hypothese ondersteunen.

Een ander probleem voor degenen die virale oorsprong en evolutie bestuderen, is hun hoge mate van mutatie, met name het geval bij RNA-retrovirussen zoals HIV/AIDS.

Naarmate de technologie vordert, zullen wetenschappers verdere hypothesen ontwikkelen en verfijnen om de oorsprong van virussen te verklaren - of nieuwe hypothesen te creëren. Het opkomende veld genaamd moleculaire systematiek van virussen probeert precies dat te doen door middel van vergelijkingen van genetisch materiaal waarvan de sequentie is bepaald. Deze onderzoekers hopen op een dag de oorsprong van virussen beter te begrijpen, een ontdekking die zou kunnen leiden tot vooruitgang in de behandelingen voor de kwalen die ze veroorzaken.


Bekijk de video: Examen biologie: bacteriën en virussen (Januari- 2022).