• Virologi: Læren om virus

    Virus har eksisteret lige så længe, der har eksisteret cellulært liv på jorden – måske endda før og de vil sandsynligvis vedblive med at eksistere, så længe der findes liv, som de kan udnytte til deres reproduktion. Diversiteten blandt virus er enorm, og deres måde at leve på er lige så. Virus er en fascinerende pseudoorganisme, som på trods af dens mikroskopiske størrelse og simple udformning kan overtage selv de mest avancerede cellulære organismer. Alligevel er de flestes viden om virus begrænset til dem, som kan skade os enten fysisk eller økonomisk.

    Det vil dette undervisningsmateriale forsøge at ændre på. Gennem artiklerne vil viden om virus udvides: deres morfologi, genetiske diversitet og livscyklus. Virus er obligate intracellulære parasitter, som er afhængig af en vært for reproduktion, læren om virus livscyklus er dermed også en læren om værten og dennes cellulære processer.

    Formålet med dette undervisningsmateriale er ligeledes også at give et mere nuanceret billede af virus. Der eksisterer virus, som kan skade os både fysisk og økonomisk, men der findes også virus som slet ikke gør os noget. Der findes sågar også virus, som vi kan udnytte til vores egen fordel f.eks. inden for sygdomsbekæmpelse.

    Virus er en af naturens mest effektive jægere, som i de sidste par årtier har fået udvidet deres jagtmarker. Den øgede globalisering af verden, har medført, at antallet af mulige værter, som en enkelt virus kan komme i kontakt med, er blevet betydelig forøget. Dette faktum kan medføre, at lokale epidemier hurtigt kan forvandles til verdensomspændende pandemier. Undervisningsmaterialet vil præsentere konsekvenserne af en virus epidemi og løsningen til at forhindre at en lokal epidemi spreder sig og bliver til en pandemi.

  • Teori

    Resumé: Morfologisk er virus en simpel organisme, den er utrolig lille og meget simpel i opbygning. I artiklen gennemgås de to basale virus strukturer: helical og icosahedral, samt opbygningen af vira. Genetisk udviser virus en enorm diversitet som slet ikke ses i samme grad hos andre organismer på jorden. Ud fra Baltimore skemaet inddeles virus genetisk i 7 grupper, som alle gennemgås i artiklen.

    Du har sikkert hørt om virus før: Influenzavirus, Ebolavirus og Zikavirus har alle fyldt meget i medierne de sidste par år. Virus er unik organisme, idet de ikke tilhører nogen af de tre kendte grupper af organismer: archaea, eukaryoter eller bakterier. I stedet tilhører virus gråzonen af hvad vi definerer som værende liv, idet den ikke opfylder mange af de krav, som definerer liv f.eks. at kunne reproducere sig selv. Derfor hører den også ofte under betegnelsen: pseudoorganisme.

    Virus ser ikke ud som nogen andre organismer, de er langt mindre og langt simplere – faktisk bærer de kun rundt på det allermest nødvendige, som er deres genom (se faktaboks 1).

     

    Baltimore skemaet

    En mere kendt taksonomisk klassificering af virus på baggrund af deres genom, hvilket er tilfældet for Baltimore klassificeringen. For at en virus kan få dannet virale proteiner, så må dens genom oversættes til mRNA. Det er baseret på dette princip, at David Baltimore udviklet Baltimore klassificeringen, som du kan se på figur 1. Baltimore klassificeringen er en måde at gruppere virus baseret på type af genom. Der eksisterer syv grupper som alle er vist på skemaet nedenfor.

    Den første gruppe af virus er dem med dobbeltstrenget DNA som genom, hvilket de har til fælles med alle andre organismer på jorden. Herpesvirus er en gruppe af virus med dobbelt strenget DNA genom. Der findes i alt ni forskellige humane herpesvirus, hvor de mest kendte er HSV-1 og HSV-2 som giver hhv. forkølelsessår og sår på kønsdelene. Undersøgelser viser at ca. 67% af verdensbefolkning under 50 år er smittet med HSV-1. Heldigvis smitter virussen kun når den er i udbrud, dvs. når der dannes små væskefyldte blærer på læber eller slimhinder.

    Den næste gruppering er virus med enkeltstrenget DNA. Den mest almindelige seksuelt overførte sygdom i Danmark er klamydia. Klamydia skyldes en gruppe af patogene bakterier, hvis slægtsnavn meget apropos er Chlamydia. Chlamydia bakterierne er vært for en gruppe af virus med enkeltstrenget DNA genom, som meget passende hedder Chlamydiamicrovirus. Så ikke nok med, at du kan blive inficeret med Chlamydia bakterier, så kan din infektion af Chlamydia bakterier faktisk blive inficeret med Chlamydiamicrovirus.

    I den tredje gruppe findes virus med dobbeltstrenget RNA genom. Rotavirus er en virus med et dobbeltstrenget RNA genom, virussen er desuden den mest almindelige årsag til alvorlig diarre blandt småbørn. WHO estimerer, at hvert år dør på verdensplan omkring 200.000 børn pga. infektion med rotavirus. Dette tal er heldigvis faldende, hvilket skyldes udbredelsen af en rotavirus vaccination.

     

    Faktaboks 1: DNA, RNA og genom – hvad er egentlig forskellen?

    • DNA er et molekyle der består af vilkårlig række af de fire nukleotider: adenin, thymin, cytosin og guanin. Oftest forekommer DNA som en dobbeltstrenget helix, hvor to strenge er bundet sammen via baseparringsprincippet: guanin binder med cytosin og adenin binder med thymin.
    • RNA er molekyle næsten magen til DNA, den vigtigste forskel er, at nukleotidet thymin er udskiftet med nukleotidet uracil.
    • Genomet er alle de gener som koder for alle de proteiner som en organisme har brug for.

     

    Figur 1 - Baltimore klassificeringen er en måde at gruppere virus baseret på type af genom. Der eksisterer syv grupper.

    Figur 1 – Baltimore klassificeringen er en måde at gruppere virus baseret på type af genom. De 7 grupper har følgende genomer; Gruppe I virus med dobbeltstrenget DNA (dsDNA), gruppe II virus med enkelstrenget DNA (ssDNA), gruppe III virus med dobbelstrenget RNA (dsRNA), gruppe IV virus med positivt enkeltstrenget RNA (+ssRNA), gruppe V virus med negativt enkeltstrenget RNA (-ssRNA), gruppe VI virus med et positivt enkelstrenget RNA (+ssRNA), der inde i en værtscelle bliver omdannet til et dobbelstrenget DNA genom (dsDNA), gruppe VII virus har et dobbeltstrenget DNA (dsDNA) genom med huller i.

    Den fjerde gruppe består af virus med et enkeltstrenget positiv RNA genom. At en RNA streng (dette gælder også for DNA strenge) er positiv, betyder at strengen er den kodende streng (se figur 2). Når man omtaler en DNA streng som værende den kodende, betyder dette, at DNA strengens basesekvens er magen til mRNA strengens basesekvens (blot med uracil i stedet for thymin). Zikavirus som skabte stor bekymring mht. 2016 OL i Brasilien tilhører denne gruppe af virus.

    Den femte gruppe er virus med et negativ enkeltstrenget RNA genom, hvilket ikke er den kodende streng (template strengen) [figur II]. Den ikke kodende streng kaldes ofte for template strengen, idet denne streng kan bruges som skabelon for at skabe den kodende streng (template er engelsk for skabelon). Blandt denne type af virus findes flere af de meget kendte virus såsom: Influenzavirus, Ebolavirus og Rabiesvirus.

    Figur 2 – DNA læses fra 5’ enden mod 3’ enden. Idet de to strenge i DNA er anti parallele, så kan de to strenge læses fra hver sin retning.  Hvis du forestiller dig, at du trækker de to strenge fra hinanden omkring et gen (ligesom på figuren øverst). Så vil den streng hvorpå gensekvenser er kaldes den kodende streng. Den modsatte streng er så den ikke kodende også kaldt template strengen. Under transkription binder RNA polymerasen til template strengen. Når RNA polymerasen læser hen ad template strengen i retningen 5’ – 3’ ende, så vil den samtidig danne en komplementær streng til template strengen – altså den kodende streng. Denne nye streng som RNA polymerasen har dannet er mRNA til den kodende streng. Det er denne mRNA streng som ribosomerne vil aflæse og ud fra den danne en aminosyrekæde som vil blive foldet til et færdigt protein.

    Figur 3 – Det centrale dogme dækker over de processer, hvorved DNA omdannes til proteiner. De tre processor kaldes replikation, transkription og translation. Replikation er processen hvormed DNA bliver kopieret til mere DNA af enzymet DNA polymerase. Ved transkription oversættes DNA strengen til RNA af enzymet RNA polymerase. Derefter bliver RNA strengen bearbejdet til mRNA (ikke vist på figuren). Translation er den sidste proces, her bliver mRNA strengen oversat til en aminosyrekæde. Tre baser i træk, også kaldet et codon eller triplet bliver oversat til en aminosyre via den genetiske kode. Aminosyrekæden foldes derefter til et færdigt funktionelt protein. Det centrale dogme foregår kun i en retning fra DNA til mRNA til protein og ikke den anden vej, altså fra protein til mRNA til DNA

    Den sjette gruppe er de såkaldte retrovirus, det er disse virus som modstrider det centrale dogme, som er illustreret på [figur III]. Når en retrovirus har inficeret en celle, så omdannes den positive RNA enkeltstreng til en DNA dobbeltstreng via enzymet revers transskriptase. Denne DNA streng bliver så inkorporeret i værtens DNA og derfra bliver der dannet mRNA til produktion af nye retrovirus. HIV, som både er en seksuelt overført sygdom og en meget kendt virus, tilhører denne gruppe.

    Den syvende og sidste gruppe, som også er nyligst opdaget, har et dobbeltstrenget DNA genom med huller, dvs. steder hvor der mangler stykker af DNA strengen. Hepatitis B er en virus, der tilhører denne gruppe. Man ved indtil videre ikke særlig meget om andre virus i denne gruppe, så der er stadig meget at blive opdaget.

     

    En virus udseende

    Langt de fleste virus er utrolig små i sammenligning med prokaryote celler for slet ikke at sammenligne med eukaryote celler. Det er derfor ikke muligt for en virus at bære rundt på meget andet end det allervigtigste, hvilket er dens genom. I nogle tilfælde pakkes der også vigtige proteiner, som er nødvendige for virussens livscyklus bl.a. til at komme ind i værten eller til at overtage dens replikationsmaskineri.

    Opbygningen af virus er utrolig simpel, du har måske set billeder af virus, som ligner et månelandingsfartøj, som vist på figur 4. Dette er bakteriofager og deres opbygning vil blive gennemgået i et senere kapitel. Basalt set består virus af et genom indkapslet i en proteinskal, der tilsammen kaldes et nukleokapsid, det er også her, at eventuelle virale proteiner opbevares. Proteinskallen kaldes et kapsid og er opbygget af ens enheder kaldet strukturelle enheder. Disse strukturelle enheder kan bestå af en type af protein eller flere typer af proteiner samlet.

    I modsætningen til varieteten af genom, så findes der overordnet kun to typer af kapsid: icosahedral eller helical, som kan ses på figur 5. Den icosahedrale form kan bedst sammenlignes med en fodbold, hvor de strukturelle enheder udgør de hvide og sorte femkanter på fodbolden. Du har helt sikkert i din undervisning lært, at proteiners sekundære strukturer enten kan være alfa-helixer eller beta-foldeblade. Det helicale kapsid er opbygget som en alfa-helix, der danner en rørformet beholder, hvori genom og eventuelle proteiner opbevares – lidt ligesom en tønde. Nogle virus har udover kapsidet også en lipidmembran – ligesom eukaryote celler. Denne lipidmembran stammer fra værten og der er især humane virus og virus der inficerer dyr, som besidder denne lipidmembran.

    På overfladen af kapsidet eller lipidmembranen er der påhægtet virale overfladeproteiner (VOP). Det er via binding mellem disse virale proteiner og receptorer på værtens overflade, at en virus genkender den korrekte vært. Alle celler har receptorer på overfladen. Så når en virus kan genkende specifikke receptorer, så fungerer det ligesom, at en nøgle kun kan åbne en specifik lås. Nøglen er VOP’et og låsen er receptoren på værten. Hvis en nøgle prøver at åbne den forkerte lås, så sker der ingenting.

     

    Vil du vide mere?

    Hvad er liv?

    https://www.khanacademy.org/science/biology/intro-to-biology/what-is-biology/a/what-is-life

    RNA world

    http://exploringorigins.org/ribozymes.html

    https://www.information.dk/indland/2009/05/livets-oprindelse-maaske-fundet

    Virus struktur generelt

    https://www.youtube.com/channel/UCyFgCoP4ovsHbt92vM4zN2A

    http://viperdb.scripps.edu/

    Klassificering af virus

    http://viralzone.expasy.org/

    http://www.virology.ws/2009/08/12/simplifying-virus-classification-the-baltimore-system/

     

    Figur 4  En bakteriofag kan være langt mere kompleks end virus som kan inficere mennesker og dyr.  På figuren ses en bakteriofag i den mest komplekse form.

    Figur 5 – På figuren er vist de to mest almindelige strukturer en virus kan have.Til venstre ses den icosahedrale struktur som bedst kan sammenlignes med en fodbold. En trekantede flade er formet af et protein eller flere sat sammen, de ens flader er så bundet sammen således at de danner en beholder hvor genomet kan opbevares i. Til højre ses den helicale struktur, som bedst kan sammenlignes med et hult rør. Strukturen er dannet ved at en proteinkæde er foldet rundt som alfa-helix. Inden i røret opbevares genomet.

    Resumé: Det bliver ofte påpeget, at virus ikke kan defineres som ”rigtig” liv, da det ikke har en selvstændig replikation. Så hvordan replikerer virus sig så? I dette kapitel vil virus livscyklus blive gennemgået, dermed vil det blive forklaret i hvor høj grad virus egentlig er afhængig af en vært til reproduktion.

    En virus livscyklus kan inddeles i følgende trin: påhægtning, inficering, replikation, transkription og translation, pakning og frigivelse. I alle trin af dens livscyklus er virus afhængig af værten og mange virus benytter sig af flere af værtens proteiner, enzymer og andre bestanddele under livscyklussen.

     

    Om en virus kan gennemføre sin livscyklus i en celle bestemmes af de to faktorer: susceptibility og permissivity. Susceptibility af en celle over for en virus afgøres ud fra værtens overfladeproteiner, som kan fungere som receptorer for virus. Om en celle er permissive over for en virus er lidt mere kompliceret at afgøre. Det afhænger af, hvorvidt virussen kan overtage cellens replikations maskineri [faktaboks III] og bruge det til produktion af nye vira. Det kræver, at virussen kan interagere med cellens proteiner og undgå at blive udsat for cellens forsvarsmekanismer.

    Faktaboks 2 – Replikationsmaskineri, vira og kræft

    En celles replikationsmaskiner er alle de proteiner, enzymer, RNA molekyler og andet, som er involveret i hele celledelingsprocessen, hvormed en celle bliver til to identiske datterceller. Replikationsmaskineriet er ofte kun aktivt under celledelingsprocessen. Ofte er vira afhængige af, at værtens replikationsmaskineri er aktivt, idet de har brug for det til at producere nye vira. Nogle vira er i stand til at aktivere værtens replikationsmaskineri via nogle virale proteiner, som virussen koder for i sit genom. Disse vira er især farlige for mennesker, da de kan føre til kræft.

    Binding

    Det første trin i en virus’ livscyklus kaldes for binding, idet virussen binder til sin værtscelle. Hvorvidt en virus støder på en mulig vært eller ej er helt tilfældigt, idet den ikke selv er i stand til at bevæge sig omkring uden for sin vært. Chancerne for at mødet sker er større, hvis der er mange virus og mange værtsceller sammen. Modsat hvis der er få vira og få værtsceller, så er chancen for at de møder hinanden mindre. Skabes der kontakt mellem en VOP’er og dens specifikke virusreceptor på en værtscelle, så binder flere VOP’er sig til værten for at bevare påhægtningen, idet det ellers kan ske at kontakten brydes.

    Optagelse

    Når bindingen har fundet sted gælder det for virussen om at blive optaget i cellen. Optagelsen kan finde sted via sammensmeltning mellem virus og værtscellens membraner eller ved, at virussen bliver optaget i cellen via en proces kaldet endocytose. Begge processor kan ses på figur 6. Sammensmeltning er kun mulig, hvis virussen er i besiddelse af en lipidmembran. Virus, som bliver optaget via sammensmeltning, benytter sig af et fusionsprotein til at facilitere sammensmeltningen.

    Ved binding mellem VOP’en og den specifikke receptor hos værtscellen skabes en konformationsændring i VOP’en, der frigiver fusionsproteinet fra dets gemmested. Fusionsproteinet indlejres i værtens membran, hvor det trækker de to membraner: værtens og virussen tættere på hinanden indtil de smelter sammen. Ved sammensmeltningen føres virussens kapsid, genom og evt. virale proteiner ind i værten.

    Figur 6 – Virus kan inficere en værtscelle enten via sammensmeltning (til venstre) mellem virussens membran og cellemembranen. Dette sker, ved proteiner på overfladen af virussen trækker de to cellemembraner så tæt på hinanden, at de smelter sammen, hvormed virussens genom og eventuelle proteiner føres ind i værtscellen. En anden metode virus benytter sig af for at kunne inficere en værtscelle er at blive optaget via endocytose (til højre). Ved endocytose bliver virussen nærmest ”spist” af værtscellen. En del af cellemembranen hos værtscellen trækker sig ind i selve cellen, hvormed virussen også bliver trukket med. På et tidspunkt afsnøres denne indtrukkede del af cellemembranen sig fra resten af cellemembranen, hvormed virussen er kommet ind i cellen. Denne afsnøring fra cellemembranen kaldes for et endosom.

    Endocytose er den proces, hvormed celler normalt optager makromolekyler og væske fra omgivelserne. Hvilket virus udnytter til at trænge ind i dens vært. Ved endocytose bevirker bindingen mellem VOP’en og receptoren på værtscellen, at virussen bliver optaget i cellen via en vesikel kaldet et endosom.  Fra endosomet frigives virussens genom og evt. virale proteiner til cytoplasmaet.

    Først inde i værten kan virussen begynde på det næste trin i dens livscyklus, for nogle vira foregår dette i værtens cellekerne – dette er ofte DNA vira. Transport fra den intracellulære side af membranen og til cellekernen foregår på cellens “motorveje”, såkaldte mikrotubuli, der strækker sig over hele cellen. Via motorproteiner transporteres virussen til cellekernen, hvorfra den kan trænge ind i cellekernen.

     

    Produktion af virale proteiner

    Produktion af virale proteiner er oftest den første biosyntetiske proces, der finder sted efter virussen er trængt ind i sin værtscelle. Der kendes indtil videre ikke til nogen virus, der selv koder for et ribosom. Derfor må alle virus først omdanne deres genom til mRNA, idet mRNA er ribosomers template for produktion af proteiner. Det er som sagt på baggrund af dette princip, at David Baltimore udviklede Baltimore klassificeringen.

    De tre grupper af DNA virus (I, II, VII) danner mRNA ved transkription af deres negative streng – altså template strengen.  Virus i gruppe II og til dels også nogle af dem i gruppe VII bliver nødt til først at syntetisere en minus streng, førend de kan danne mRNA I værtscellen udføres transkription af RNA polymerasen og mange DNA virus benytter sig også af denne til transkription af deres genom.

    Virus i gruppe IV kan benytte deres genom direkte som mRNA, idet deres genom er positivt, det er altså den kodende streng.

    De to andre grupper af RNA virus (III, V) danner mRNA også ved transkription af deres negative streng. Både i eukaryoter og prokaryoter findes der ingen polymerase, som kan danne RNA ud fra en RNA template. Derfor koder alle RNA virus for en polymerase, der kan danne RNA ud fra en RNA template.

    Dannelse af mRNA foregår markant anderledes hos virus i gruppe VI. Disse virus har et positivt enkeltstrenget RNA genom, som via polymerasen revers transskriptase omdannes først til en DNA negativ enkeltstreng og dernæst til dobbeltstrenget DNA. Via et andet enzym kaldet integrase bliver denne DNA dobbeltstreng inkorporeret i værtens genom. Først når genomet er inkorporeret i værtens genom, der bliver det omdannet til mRNA via transkription af negativ strengen. Når virussen har fået dannet mRNA, kan den via værtens ribosomer få dannet virale proteiner.

    Replikation af genomet

    Replikation af genomet er en vigtig proces, idet nydannede virus der forlader værten uden et, vil ikke være i stand til at producere nye virus.

    DNA virus (I, II – VII er ikke medregnet her) benytter sig af den klassiske semikonservative replikationsmetode. Hvor de to DNA strenge splittes ad og bruges som template af DNA polymerasen til at danne den komplementære streng ud fra baseparringsprincippet. Igen benytter mange virus sig af værtens egen DNA polymerase til replikation af deres genom. De to nye DNA dobbeltstrenge vil altså består af en oprindelig DNA streng og en nydannet DNA streng. Gruppe II virus danner først en negativ komplementær streng til dens positive enkeltstrenget genom. Før gruppe II virus pakker dens genom i de nydannede virus, der kasseres den negative streng.

    Replikation af alle fire grupper af RNA virus er en anelse mere kompliceret, idet der blandt nogle kræves et mellemtrin. Det er den samme RNA polymerase, som dannede mRNA til produktion af virale proteiner, der også replikerer genomet.

    Gruppe III virus benytter sig af en replikationsmetode lig den for DNA virus, hvor begge strenge fungerer som en template til at danne til komplementære streng ud fra baseparringsprincippet.

    Gruppe IV og V virus benytter sig af komplementærstrengen til deres genom for at kunne få replikeret dette, denne proces kan ses på Figur 7. Begge grupper af virus syntetiserer derfor først komplementærstrengen til deres genom via føromtalte RNA polymerase. Denne komplementærstreng benyttes så som template til at kunne få dannet flere kopier af deres genom.

    Figur 7 – Replikation af genomet for virusser i gruppe fem og seks i Baltimore skemaet foregår via et mellemtrin. Fra figur to vides det, at man kan få skabt en specifik gensekvens ud fra dens komplementære streng. Virusser i disse to grupper danner altså som det første den komplementære streng til deres genom, for at kunne bruge denne komplementær streng som template til at få dannet mere af deres genom.

    Replikation af genomet for virus i gruppe VI finder først sted efter af deres genom er omdannet til dobbeltstrenget DNA og integreret i værtens kromosom. Via transkription af template strengen kan dannes flere kopier af det oprindelige positive enkeltstrenget RNA genom.

     

    Pakning af nye vira og frigivelse

    Foldning af kapsidet og pakning af genomet er komplekse processor, som ikke vil blive gennemgået her, men hvis du er nysgerrig på at vide mere, så kan du tjekke de vedlagte links ud.

    Sidste trin i livscyklussen er nået, og de nydannede vira skal nu frigives til det omkringliggende miljø. Hvis virussen udover kapsidet også har en lipidmembran, så forlader de nydannede vira oftest værten via budding, som kan ses på figur 8. Ved budding transporteres de nydannede vira til cellemembranen, her bliver de enkelte vira indkapslet i en del af cellemembranen, som så afsnøres fra selve membranen. De fleste vira som ikke er besiddelse af en lipidmembran forlader værten via lysis (se figur 8). Ved lysis sprænges værten i stykker grundet presset fra alle de nydannede vira, hvormed de og alt indholdet i cellen frigives til det omkringliggende miljø. Den virus som i første omgang inficerede værten har nu afsluttet sin livscyklus, hvormed alle de nydannede vira kan påbegynde deres egen livscyklus i en ny værtscelle. Afhængig af om værtscellen er en del af en større organisme som et menneske eller er en enkelt celle, så kan der være kortere eller længere til den næste vært.

     

    Vil du vide mere?

    HIV optagelse og livscyklus

    https://www.youtube.com/watch?v=odRyv7V8LAE&t=92s

    https://www.youtube.com/watch?v=FDVNdn0CvKI

    Virus livscyklus generelt

    https://www.youtube.com/playlist?list=PLGhmZX2NKiNmxhyLGzdGOO_lpp7VSi2SO (Virologi kursus youtube)

    Onkogene vira

    http://politiken.dk/forbrugogliv/sundhedogmotion/sygdom/art5393571/Vira-og-bakterier-er-skyld-i-16-procent-af-alle-kr%C3%A6fttilf%C3%A6lde

    https://www.b.dk/viden/kyssesyge-kan-give-lymfekraeft

    http://nyheder.ku.dk/alle_nyheder/2011/2011.8/forskere_paa_sporet_af_middel_mod_cancer_i_immunsystemet/

    Figur 8 – Når de nydannede virus skal forlade værtscellen kan dette ske på to forskellige måder. Den ene måde kaldes budding og den anden kaldes lysis. Budding minder lidt om endocytose bare i modsat retning. Ved budding foldes en del af værtscellens membran omkring den nydannede virus. Denne udposning afsnøres fra resten af cellemembranen, hvormed den bliver til virussens lipidmembran.  Virus ændrer deres værter drastisk og ofte vil cellemembranen for en inficeret vært også begynde at udtrykke virus proteiner på overfladen. Dermed får de nydannede virus, de rigtige virale overfladeproteiner på lipidmembranen. Den anden måde hvorpå nydannede virus kan forlade en værtscelle er ved bogstavelig talt at sprænge værten. Denne måde kaldes lysis. Ved lysis forlader de nydannede virus ikke værtscellen en ad gangen som ved budding. I stedet forbliver alle de nydannede virus inde i værtscellen, indtil denne er så udfyldt at cellemembranen sprænges.

    Resumé: Evolution foregår hos mennesker så langsomt, at det til tider kan være svært at forstå. Hos virus går det dog så hurtigt, at det til tider kan være skræmmende. I denne artikel gennemgås virus evolution med afsæt i fager og bakteriers indbyrdes kamp. Fager er virus der udelukkende inficerer bakterier. I denne artikel gennemgås også de mest basale aspekter omkring fager såsom: struktur og livscyklus.

    Evolution og bakteriofager

    Darwins meget berømte evolutionsteori bygger på tanken om en fælles stamfader, hvorfra alle organismer i dag nedstammer fra. Evolution foregår både langsomt og hurtigt, for mennesker foregår den meget langsomt, men for små organismer som bakterier foregår den hurtigere og for vira foregår den til tider alt for hurtig.

    Dette kapitel handler om evolution hos vira med fokus på bakteriofager (forkortet fager), som er vira der udelukkende inficerer bakterier. Imellem fager og bakterier foregår evolution hurtigere end vi kan forestille os, hvilket gør begge til optimale undersøgelsesobjekter for evolution.

    På figuren ses fire forskellige bakteriofager der hver inficerer en forskellig bakteriofag. Under mikroskop er også bakteriofager meget forskellige (ligesom bakterier er) og kan variere meget i grad af kompleksitet. For at kunne se bakteriofager under et mikroskop skal man have fat i et mere avanceret mikroskop – såkaldte elektronmikroskoper, idet bakteriofager så små

    Fagers livscyklusser – den lysogene og lytiske

    Fager har egenskaben til at gennemgå to forskellige former for livscyklus, kaldet henholdsvis den lytiske livscyklus og den lysogene livscyklus, som du kan se en oversigt over på figur 10. Ikke alle fager har denne egenskab, de som har den kaldes for temperate fager. Den lytiske livscyklus foregår som livscyklussen gennemgået i kapitel to. En fag inficerer sin vært, der bliver produceret nye vira som i slutningen af livscyklussen sprænger værten og frigives til det omkringliggende miljø, hvor de kan inficere nye værter.

    Nogle gange sker det, at fagen i stedet for at danne nye fager går i dvale. Efter fagens genom er trængt ind i værten, så integreres det i værtens genom, hvor det bliver slukket. Dette kaldes den lysogene livscyklus. I denne livscyklus ligger fagens genom gemt i sin vært. Når værten deler sig, så vil fagens genom blive videreført til værtens afkom. Fagens genom kan ligge gemt i værten i lang tid, indtil intracellulære omstændigheder aktiverer fagens genom. Idet fagens genom bliver aktiveret afsluttes den lysogene livscyklus og den lytiske livscyklus begynder. En lysogen livscyklus vil som regel ende ud i en lytisk livscyklus, hvormed der dannes nye fager. Det omvendte ses ikke, at en lytisk livscyklus går over til en lysogen livscyklus.

    Fagers og bakteriers evolutionskamp

    Evolution er udviklingen af organismer. En organisme er ikke statisk, den er i konstant forandring. Alle organismer på jorden stammer fra den samme stamfader LUCA (Last Universal Common Ancestor), der levede for cirka 3,8 – 3,5 milliarder år siden. Derfra og til i dag har evolution formet alle de organismer, vi ser i dag.

    Evolution er drevet frem af mutationer og selektion. Mutationer ændrer organismer, ved at ændre i dets genom. Selektion sørger for, at de ændringer som mutationer skaber vedbliver, idet mutationer der giver organismen fordele, sikrer at organismen kan videreføre dens gener.

    Der findes bakterier alle steder, selv i de mest ekstreme miljøer lige fra Antarktis til varme kilder som f.eks. dem på Island. Hvor der er bakterier er der også fager, som er afhængige af disse bakterier. Bakterier og fager er i en evig kamp mod hinanden, hvor fager inficerer bakterier, og bakterier forsøger at undgå at blive inficeret.

    Forestil dig, at du har en type fag kaldet F, som udelukkende inficerer en bestemt bakterie kaldet type B.  F inficerer B og i processen bliver, der dannet mange nye F’er, men populationen af B’er bliver mindre, da B dør i processen. Hvis dette fortsatte så ville B til sidst uddø og dermed vil F også uddø (se figur 11, scenarie I). Dette er en evolutionær blindgyde, da det ville resultere i begges endelige.

    Fager er afhængige af den værtsreceptor, som de genkender deres vært på. Ændres denne kan de ikke længere genkende deres vært. Sker der en mutation i B’s genom som skaber en ændring i den receptor, som F genkender, så er B pludselig blevet immun over for F. Idet F ikke længere kan genkende denne ændrede B.

    Denne muterede B har nu bedre muligheder for at overleve en den ikke muterede B, da F ikke længere kan inficere den. Den ændrede B vil kunne danne flere B’er som alle har denne mutation, fordi den er fordelagtig for den. Dette er selektion, idet den ændrede B har bedre chancer for at formere sig, da den ikke længere kan blive inficeret og dræbt af fagen F. Fagen F vil blive med at inficere de B’er som ikke har mutationen, mens den muterede B vil leve videre. Dette er illustreret på figur 11, scenarie II).

    Mutationer opstår i alt genetisk materiale, og der kan også opstå mutationer i F’s genom, hvoraf det er muligt, at F kan opnå evnen til at genkende den ændrede receptor hos B. Der vil nu eksistere to forskellige typer af fagen F og to forskellige typer af bakterien B. De vil være tæt beslægtede, men ikke længere samme art (figur 11, scenarie III).

    Figur 4 – En bakteriofag kan være langt mere kompleks end virus som kan inficere mennesker og dyr.  Ovenstående figur viser en bakteriofag i den mest komplekse form. Alle bakteriofager består af et kapsid – et såkaldt hoved, hvori genomet og andre proteiner opbevares.  På figuren er hovedet fæstnet til en nakkeplade også kaldet krave. Til nakkepladen kan være fæstnet arme på engelsk kaldet ”whiskers”, ligesom dem en kat har. Nakkepladen er fæstnet til toppen af halen, som bedst kan betegnes som en cylinder. For enden af halen modsat hovedet findes plade kaldes baseplate, det er igennem baseplate og evt. ben som er hægtet på baseplate, at en bakteriofag binder sig til en værtsbakterie.

    Figur 9 – På figuren ses fire forskellige bakteriofager der hver inficerer en forskellig bakteriofag. Under mikroskop er også bakteriofager meget forskellige (ligesom bakterier er) og kan variere meget i grad af kompleksitet. For at kunne se bakteriofager under et mikroskop skal man have fat i et mere avanceret mikroskop – såkaldte elektronmikroskoper, idet bakteriofager så små.

    Figur 10 – På figuren er vist de to livscyklusser som en bakteriofag kan gennemgå: den lytiske livscyklus og den lysogene livscyklus. Den lytiske livscyklus foregår som den ”normale” livscyklus for en virus. Efter at have inficeret en værtscelle bliver denne brugt til at producere et stort antal nye virus. Værtscellen vil så gå til grunde og de nydannede virus vil forlade værtscellen og påbegynde en ny livscyklus i en ny vært. I den lysogene livscyklus sker der ingen produktion af nye virus. I stedet ligger virussen genom i dvale enten i cytoplasmaet eller inkorporeret i værtens genom. Af forskellige årsager kan den lysogene livscyklus afsluttes og gå over i den lytiske livscyklus hvormed der dannes nye virus.

    Figur 11 – På figuren er vist tre forskellige evolutionære scenarier for en bestemt type bakterie kalde B og en bestemt type bakteriofag kaldet F.

    Scenarie I: Bakteriofagen F inficerer bakterien B, hvormed der over tid dannes flere bakteriofager F, men færre bakterier B. Dette er ikke en holdbar situation og derfor vil bakterien B uddø, hvormed fagen F uddør.

    Scenarie II: På et tidspunkt opstår der en mutation i en enkelt bakterie B, denne er nu blevet immun over for bakteriofagen F. Bakteriofagen F vil fortsat inficere bakterien B, men lige denne ene muterede bakterie B har fået forbedret dens levevilkår. Grundet de forbedret levevilkår har den bedre mulighed for at formere sig og dermed dannes der mange flere af den muterede bakterie B. Bakteriofagen F vil igen fortsætte med at inficere bakterien B indtil der ikke er flere tilbage.

    Scenarie III:  På et tidspunkt opstår der en mutation i en enkelt fag F, denne kan nu også inficere den muterede bakterie B. Den muterede bakteriofag F har altså hele to værter nu den originale bakterie B og den muterede bakterie B, hvorimod den originale fag F kun har en vært. Den muterede bakteriofag F har nu en fordel, som kan gøre den i stand til at få dannet mere afkom end den originale bakteriofag F.

    Virus evolution

    Hvis man vil studere evolution hos mennesker, må man på jagt efter fossiler. Virus evolution kan man studere i laboratoriet. På den tid det tager et menneske at formere sig, har en virus for længst skabt så utænkelig mange efterkommere, at det er nærmest umuligt at forestille sig det. To mennesker skaber sammen i gennemsnit 2-3 børn, afhængig af hvor i verden man bor. En Virus skaber hundrede til tusindvis af nye virus ved en inficering.

    Mutationer er en drivkræfterne bag evolution. De kan opstår spontant, være forårsaget af mutagene stoffer, UV og radioaktive stråler. Mutationer kan også opstå som fejl under replikation af genomet, hvis DNA polymerasen kommer til at sætte en forkert nukleotid ind. Vores DNA polymerase har evnen til læse korrektur, dette kalder man på engelsk proof-reading ability. Retrovirus er den gruppe af virus der muterer oftest, hvilket skyldes at polymerasen Revers Transskriptase er utrolig fejlagtigt. Man estimerer, at Revers Transskriptase laver en fejl ved hver 104 – 106 nukleotid, som den kopierer. HIV’s genom er på 9719 bp, så næsten 10000 bp. Det betyder, at omtrent hver anden HIV virus, der forlader sin vært, har en forkert nukleotid sat ind i dens genom. Revers Transskriptase har ikke evnen til at læse korrektur, så hvis den laver en fejl, kan den ikke rette det.

    Virus små genomer medvirker også til deres høje mutationsrate, idet der findes en omvendt korrelation imellem størrelsen af et genom og antallet af mutationer, der opstår i det. Desto større genom, desto færre mutationer – hvilket er positivt for mennesker. Teorien blev fremlagt i 1991 af John W. Drake. Man ved dog stadig ikke, hvad årsagen til dette er.

    Den høje mutationsrate blandt vira er et stort problem, idet det vanskeliggøre behandlingen af smittede, produktion af medicin og vacciner imod vira. Heldigvis er det langtfra alle vira, der muterer lige så ofte som HIV. Der findes vira, som er nogenlunde stabile og som man derfor bedre kan behandle. Hvis de rette omstændigheder er gældende, så er det faktisk muligt helt at udrydde en virus. Forklaringen på dette, får du i den næste artikel.

     

    Vil du vide mere?

    Bakteriofager

    https://www.biotechacademy.dk/Undervisningsprojekter/Grundskoleprojekter/Bakterier-vira-og-antibiotikaresistens/Teori/Bakteriofagterapi

    Virus evolution

    https://www.khanacademy.org/science/biology/biology-of-viruses/virus-biology/a/evolution-of-viruses

    http://www.virology.ws/2009/05/11/the-quasispecies-concept/

    Resumé: Normalt hører vi kun om de virus som kan skade os, men faktisk er de fleste virus harmløse for os, nogle virus kan vi endda bruge til vores egen fordel. I denne artikel gennemgås to eksempler på brugen af virus til at forbedre levevilkårene for mennesker.

    Den første vaccination fandt sted i 1796 og var imod virussen kopper. Mindre end 200 år efter kunne WHO erklære kopper for udryddet. Vacciner har reddet mange mennesker fra at dø af virus, men her i det 21. århundrede er fremskridtet ved at vende. Virus som førhen har været sjældne i den vestlige verden begynder at bryde ud igen

    Fagterapi er en behandlingsmetode til infektioner med bakterier der benytter bakteriofager. I de seneste par årtier er antallet af antibiotika resistente bakterier vokset, mens antallet af nye antibiotika ikke er vokset i samme grad. Dette stiller os i en sårbar situation, idet forhen ubetydelige bakterieinfektioner kan blive problematiske, hvis de ikke kan behandles med antibiotika. Her kan fagterapi være en mulig løsning.

     

    Vira der beskytter os

    Så nu hvor du har lært det basale om virus, er det på tide at lære om, hvad vi kan bruge virus til. Inden for forskning bruges virus bl.a. som vektorer til genmodificering, hvor man indsætter et gen i virussen i stedet for dens eget genom, når virussen så inficerer en celle bliver genet sat ind i cellen. Vira er også blevet brugt inden for grundforskning, det er f.eks. med forsøg med fager, at man har fundet ud af at DNA og ikke proteiner var arvematerialet i celler.

    I dette kapitel vil du blive præsenteret for to eksempler, hvor virus faktisk bliver brugt som medicin til at beskytte os og kurere os.

     

    Vacciner

    Når du første gang bliver inficeret med en virus, så har dit immunforsvar ikke noget decideret forsvar imod virussen. Immunforsvaret har aldrig mødt denne virus før, men siden det er noget fremmede, så vil immunforsvaret destruere det. I processen hvor denne fremmede virus bliver fjernet, så “lagrer” specifikke celler i immunforsvaret “viden” om denne virus – det fungerer lidt som et politikartotek over forbrydere. Når immunforsvaret har gemt “viden” om en specifik virus, så vil immunforsvaret hurtigere og mere effektiv kunne reagere i tilfælde af en ny infektion med samme virus. Immunforsvaret er super effektiv og beskytter dig hver dag mod mange fremmede organismer heriblandt virus, som kunne havde gjort dig syg.

    Faktaboks 5: Diagnostigseringsmetoder

    Er metoder der bruges til at give en diagnose på en patient. Ofte benytter man ikke kun en metode, men flere forskellige metoder, hvor man så sammenfatter resultatet fra de forskellige metoder for at kunne give den korrekte diagnose. Disse metoder kan bl.a. være: undersøgelse af patientens symptomer, mikroskopering af prøver fra patienten, ELISA test.

    Når du bliver vaccineret imod vira får du faktisk sprøjtet vira ind i dig, dermed kan immunforsvaret lære at genkende disse vira. Vacciner udnytter det, at immunforsvaret genkender virus på overfladeproteiner (VOP), så den viden der bliver gemt om en virus vil også gøre immunforsvaret i stand til at reagere på andre virus, som har samme eller lignende VOP’er. Den virus som er i vaccinen er ofte en uskadelig virus som minder om den farlige virus som vaccinen er tiltænkt at beskytte imod. Fordi den uskadelig virus minder så meget om den farlige, så vil immunforsvaret også kunne genkende den farlige virus i tilfælde af en inficering og hurtigt kunne destruere denne.

    Nogle skadelige virus har ikke en uskadelig slægtning, der minder nok om dem således at immunforsvaret ikke opfatter dem som samme vira. I stedet vil man uskadeliggøre den farlige virus enten ved at mutere den så den ikke kan fungere længere eller kemisk inaktivere den. Noget helt nyt på markedet er DNA vacciner, hvor man bruger den skadelige virus DNA til at skabe det første immunrespons imod virussen.

    I de senere par år har der været stor debat omkring hvorvidt vaccinationer fører til autisme og her er der især fokus på vaccinen imod mæslinger. Denne kontrovers har ført til at et stigende antal forældre frabeder sig, at deres børn bliver vaccineret. Hele kontroversen opstod i 1998, da en forsker udgav en artikel hvori han påviste en sammenhæng imellem mæslingevaccinen og autisme hos børn. Artiklen er senere blevet trukket tilbage, da det viste sig, at der var tale om forskningssnyd. Siden hen er der blevet foretaget mange studier, som har vist at der ingen sammenhæng er. Artiklen blev blæst op i medierne og derfor florerer påstanden stadig den dag i dag. Langt de fleste vacciner er harmløse og de har været med til at revolutionere sygdomsbehandling, så vi i dag ikke skal frygte en lang række sygdomme længere. Artiklen og de efterfølgende rygter har ført til at flere forældre frabeder, at deres børn bliver vaccineret. Hvis færre og færre bliver vaccineret kan vi risikere at miste vores flok immunitet.

    Flok immunitet er en tilstand, hvor 95% af en population eller mere er vaccineret imod en specifik virus (eller bakterie). Idet så mange er vaccineret, så vil en epidemi ikke kunne opstå og opretholdes, idet antallet af værter er for lavt (figur 12).

    Figur 12 – Flok immunitet opnås når 95% af en befolkning eller mere er vaccineret imod en bestemt virus (eller anden patogen mikroorganisme) og derfor er immun over for denne virus. Når en befolkning har opnået flok immunitet, så vil ikke vaccinerede personer i befolkningen opnå en hvis form for sikkerhed, idet virussen ikke kan spredes. Den røde prik i midten symboliserer en inficerede person i en befolkning (alle prikkerne). De sorte prikker er personer, som ikke er vaccinerede, mens de blå prikker er vaccinerede personer.

    Til højre er vist et scenarie, hvor der ikke er flok immunitet i en befolkning, mens der i scenariet til venstre er flok immunitet. I begge scenarier er der 15 personer, hvoraf en er blevet inficeret med en virus. I scenariet til højre bliver fire personer smittet med virussen, hvorimod i scenariet til venstre bliver hele otte personer smittet med virussen. Forskellen i antallet af smittet skyldes, at når der i en befolkning er en stor andel af vaccinerede personer, så fungerer disse som en form for barrikade, der hindrer virussen i at sprede sig videre. I scenariet til venstre er der langt færre vaccinerede personer, der er altså huller i barrikaden, hvor virussen kan komme igennem. I alle befolkninger findes personer som af forskellige grunde ikke kan blive vaccineret, det kan f.eks. personer som er immunsvækkede.

    Det betyder altså, at når 95% eller derover er vaccineret, så vil det også yde en vis sikkerhed over for ikke vaccineret individer i en befolkning, som af forskellige grunde ikke er i stand til at modtage vacciner. Der har været flere tilfælde i de senere år af små lokale epidemier af virus som egentlig er dækket af børnevaccinationsprogrammer i diverse lande, men fordi mere end 5% af befolkningen ikke er vaccineret har disse epidemier kunne opstå. Vi har også i Danmark set udbrud af bl.a. mæslinger inden for de sidste par år, hvilket også skyldes faldende antal vaccinerede. Ifølge tal fra WHO var antallet af personer i Danmark, der var vaccineret mod mæslinger nede på omkring 85% i slutningen af 00’erne. I 2011 havde vi deraf også det største udbrud af mæslinger med lidt over 80 smittede. Mæslinger er en smitsom sygdom, der kan give svære komplikationer og i værste tilfælde resultere i død.

     

    Fagterapi

    Antibiotikaresistente bakterier er immune over for antibiotika, dvs. at de sagtens kan tåle det og leve i tilstedeværelsen af antibiotika. Nu til dags er forekomsten af antibiotikaresistente bakterier så markant både i landbrug og blandt infektioner hos mennesker, at WHO har erklæret antibiotikaresistens en af de største trusler imod verdenssundheden.

    I det tidligere USSR benytter man sig faktisk af fager, som du lærte om i kapitel tre, til behandling af bakterielle infektioner. Denne behandlingsform kaldes for fagterapi og den er næsten kun udbredt i det tidligere USSR. Forskere i vesten er nu, hvor vi ser en stigning i antallet af antibiotika resistente bakterier, begyndt at se mod det tidligere USSR for at se om fagterapi kunne implementeres succesfyldt i vesten.

    Faktaboks 6: Fagtyping

    Fagtypning er en metode til at artsbestemme bakterier på. I fagtypning udnytter man at fager er utrolig specifikke. Man plader den ukendte bakterie ud på agarplader i et tykt tæppe og drypper med opløsninger af kendte fager. På de plader hvor der opstår plaques, som er huller i tæppet af bakterier, der har fagen kunne inficere bakterien. Ud fra de plader eller pladen, hvor der er opstået plaques kan man artsbestemme bakterien.

    Så hvordan foregår fagterapi helt præcist? Det første trin inden for fagterapi er, at identificere hvilken bakterie som patienten er blevet inficeret med. Der findes mange forskellige metoder til at identificere en bakterie, i en af metoderne kan man faktisk benytte fager [faktaboks VII], men som regel starter man med at kigge i et mikroskop. Baseret på de symptomer som patienten udviser, så vil lægen som regel allerede havde en mistanke om, hvilken bakterie patienten er inficeret med. På en agarplade vil de fleste bakterier se forholdsvis ens ud – små hvide klatter, men i et mikroskop kan man se forskelle på dem. Som regel er det ikke nok kun at kigge i et mikroskop, så ofte bliver bakterierne sendt til sekventering (faktaboks 7).

    Faktaboks 7: Genomsekventering

    Når man sekventerer et genom, så bestemmer man den præcise rækkefølge af nuckleotider A, C, T og G i genomet. Du kan læse mere om hvordan man præcist gør det her: https://www.biotechacademy.dk/Undervisningsprojekter/Gymnasiale-projekter/genteknologi/teori/4genteknologisketools/dna-sekventering

    Når det er blevet fastslået hvilken bakterie, som patienten er inficeret med, så skal den fag som inficerer lige netop denne bakterie findes. På de hospitaler eller klinikker hvor man udfører fagterapi, vil stedet ofte have en samling af fager som de benytter sig af til terapi – dette kaldes en bakteriofagbank.

    Når fagerne er blevet udvalgt så skal de administreres til patienten, dette kan være et af de svære trin. Fager i modsætning til humane vira kan ikke krydse kroppens barriere særlig nemt, da i naturen lever bakterier og fager tæt op ad hinanden, så de har ikke udviklet denne egenskab som humane vira har. Du kan se en oversigt over administrationsveje for fagterapi på (figur 14).

    Hele denne type af fagterapi kaldes for den personlige fagterapi, den er rimelig omstændelig og tager også forholdsvis lang tid. Når du går til lægen fordi du er blevet inficeret af en bakterie, så skal du jo ikke vente særlig længe, førend du får udleveret antibiotika.

    Den anden tilgang mht. fagterapi kaldes for vestlig fagterapi. I denne tilgang har man udviklet nogle færdige fagpræparater såkaldte fagcocktails, som du kan få udleveret med det samme. Det er ofte de samme slags bakterier som inficerer et bestem område af kroppen fx når du har maveonde, så der det ofte de samme slags bakterier som står bag. I tilfælde med maveonde så vil fagcocktailen imod dette indeholde en masse fager som alle inficerer bakterier, der normalt skaber maveonde.

     

    Fordele og ulemper ved fagterapi

    Der er flere egenskaber ved fagterapi som er fordelagtige i forhold til brugen af antibiotika.

    • Man kan benytte sig af relativ lave doser, idet at fagerne, når de inficerer deres værtsbakterier producerer flere fager. Teoretisk set burde en dosis af fager være nok.
    • Fagers er ligesom alle andre vira meget specifikke, det er derfor muligt at designe fagterapi således, at der udøves mindst mulig skade på de gavnlige bakterier som lever i vores tarme. Antibiotika virker hæmmende eller dræbende på langt de fleste bakterier (bortset fra de resistente), så når vi tager antibiotika påvirker vi også vores mikrobiom.

    Der er dog også ulemper ved fagterapi, som muligvis kan hindre at fagterapi kan implementeres succesfyldt i Vesten.

    • Fager findes alle steder i naturen og er nemme at finde, men at finde den helt rigtige fag kan være problematisk. Der er et par kriterier som en fag skal leve op til forend den kan klassificeres som værende acceptabel til fagterapi. Den skal være obligat lytisk, da der ellers er chance for, at fagen går ind i den lysogene livscyklus efter infektion. Fagen skal heller ikke bære nogle toksiske gener med sig, da det kan skade patienten. Derudover skal fagen have høj virulens, den skal altså have et hvis ”killing potentiale”, det er for at sikre at der ikke er bakterier som kan overleve et fagangreb og derefter leve videre.
    • Der er en hvis modstand blandt medicinalvirksomheder i vesten imod fagterapi, hvilket til dels skyldes, at fagterapi ikke er kendt i vesten og firmaerne derfor ikke ved hvordan de skal gribe det an. Fager er desuden ”levende” organismer og er derfor svære at patentere, hvilket gør det svært for medicinalvirksomheder at sikre en indtjening på fagterapi. Den anden grund er, at der er en hvis mistænksomhed rettet imod forskning som kommer fra USSR og det er med god grund, idet mange af de forsøg som er lavet omkring fagterapi i USSR ikke lever helt op til vestlig standarder.

    Forskere i vesten er nu så småt ved selv at teste fagterapi, for at konkludere om hvor virkningsfuldt det er og om det muligvis kan implementeres i vesten

     

    Vil du vide mere?

    Vira som vektorer (ikke dem fra matematikken)

    http://videnskab.dk/krop-sundhed/forklaedt-virus-skal-vaere-medicinkurer

    Blenderforsøget: Hvordan man påviste DNA som arvematerialet

    https://www.khanacademy.org/science/biology/dna-as-the-genetic-material/dna-discovery-and-structure/a/classic-experiments-dna-as-the-genetic-material

    Vacciner og immunforsvaret

    De vaccinerede piger – dokumentar TV2

    https://www.biotechacademy.dk/undervisningsprojekter/gymnasiale-projekter/ibk

    http://laegemiddelstyrelsen.dk/da/nyheder/2016/saadan-virker-hpv-vaccinen/

    http://www.who.int/biologicals/areas/vaccines/dna/en/

    http://www.who.int/features/qa/84/en/

    http://www.who.int/csr/disease/smallpox/en/

    Fagterapi

    https://www.biotechacademy.dk/undervisningsprojekter/grundskoleprojekter/bakterier-vira-og-antibiotikaresistens

    http://www.the-scientist.com/?articles.view/articleNo/44785/title/Viral-Soldiers/

    Eliava Institute, Facebook

    Figur 14 – Idet bakteriofager ikke kan passere kroppens barriere lige så godt som humane virus, så bliver man nødt til at administrere dem ligesom medicin. Hvis der er tale om infektioner i indre organer eller i halsen, så kan bakteriofagerne enten sluges som en pille eller inhaleres. Hvis der er gået infektion i et overfladisk så kan de enten smøres på eller sprayes på. Den sidste metode til at administrere bakteriofagerne på er ved at sprøjte dem direkte ind i blodbanen.

    Figur 15 – Tidslinje over markedsføring af antibiotika (højre side) og første observation af resistent bakterie (venstre side).

    Ideer til SRP

    HPV vaccinen og de syge piger (bioteknologi og dansk)

    – Hvad er HPV?

    – Hvordan virker HPV vaccinen og vacciner generelt?

    – Analyse af dokumentaren ” de vaccinerede piger”

     

    Fagterapi – en mulig løsning på antibiotikaresistens (bioteknologi)

    – Hvordan fungerer fagterapi?

    – Hvad er fordele og ulemper?

    – Hvad er problemet ved resistente bakterier og hvordan er det opstået?

    Resumé: Virus epidemier udgør en af de største trusler mod verdenssundheden. I takt med globaliseringen har virus fået øget jagtmarker. Det er efterhånden forholdsvis ofte, at virus epidemier bliver omtalt i medierne, tænk bare på: Zika virus, Ebola virus og Influenza virus.

    I dette kapitel gennemgås virus epidemier: hvordan opstår de? hvordan spredes de? og vigtigst af alt, hvordan stopper vi dem?

     

    Virusepidemier

    En virus epidemi er kendetegnet ved en markant højere udbredelse af en virus iblandt en population. Modsat hvad de fleste tror, så har epidemier ikke helt noget at gøre med dødeligheden af en virus, det fortæller i højere grad noget om hvor hurtigt virussen spredes.

    Inden for virologi taler man om, at en virus har en vært eller flere værter og i nogle tilfælde også et reservoir, som du læste kort om i artikel fire. En vært er den celle eller organisme, hvori virussen gennemfører sin livscyklus. Et reservoir er en vært, hvori virussen ligger “gemt”. Et reservoir vil som oftest ikke opleve de samme symptomer som værten oplever – ofte er de langt mildere, hvis der overhovedet er nogle. Helt almindelige ænder, som man kan se ved næsten alle søer i Danmark er faktisk et reservoir for influenza virus.

    Faktaboks 8: Rabies

    Rabies er en del af Rhabdovirus familien, som består af vira med en karakteristisk projektil form og negativ enkelt strenget RNA genom.

    Smitte sker oftest via bid fra et inficeret dyr – ofte hund eller flagermus, men det kan også ske gennem kontakt med åbent sår og spyt fra et inficerede dyr. Fra inficeringsstedet bevæger virussen sig til hjernen gennem nerverne. De første symptomer minder meget om symptomerne på en almindelig influenza, men derefter udvikler symptomerne sig til også at inkludere hallucinationer, aggressiv adfærd og søvnløshed. Dødeligheden af rabies ligger på omkring de 100%.

    Det er muligt at vaccinere imod rabies, samt inden for 24-72 timer efter smitte kan man post vaccinere. Er der gået mere end 72 timer fra smitte, så er det ikke længere muligt at behandle rabies.


    En virus er langt fra ofte på farten – altså i en epidemi, som oftest ligger den “gemt” i dens reservoir eller florerer blandt nogle få individer. En gang imellem sker det så, at en virus blusser op og bliver en epidemi.

    Spredning

    Fra at nogle få individer er smittet med en virus til at der er tale om en epidemi, så må virussen først spredes til flere individer. Du har helt sikker hørt, at du kan blive smittet af influenza, hvis nogen i nærheden af dig med influenza nyser eller hoster. Dette skyldes, at influenza smitter gennem såkaldte aerosols, som er bitte små vanddråber der indeholder virus. Derudover kan virus sprede igennem seksuel kontakt, via amning, ved blodkontakt eller via vektorer, som er organismer der spreder virus rundt til dens værter. Zika virus bliver f.eks. spredt via myggen af arten aedes aegypti.

    Det er ikke kun os mennesker, som har fået forbedret vores levevilkår her i det 21. århundrede. Rigtig mange virus har også fået forbedret levevilkår. Virus, der smitter gennem blodkontakt, har fået nemmere ved at spredes grundet medicinske fremskridt såsom organtransplantation og blod donation. For et par tusind år siden levede vi i små samfund med få individer i, der var langt mellem disse få samfund. En virus ville derfor hurtigt brænde igennem alle individer i et samfund for derefter at efterlade enten døde eller immuniserede individer. Derefter ville virussen dø ud, fordi den ikke længere havde nogen værter.

    Faktaboks 10: Severe Acute Respiratory Syndrome – SARS

    En virus med enkeltstrenget positivt RNA genom indkapslet i et icosahedral kapsid omsluttet af en lipidmembran.

    SARS er en del af Coronavirus familien, der næsten udelukkende består af relativ harmløse vira. SARS en af de mest aggressive Coronavira, der giver influenzalignende symptomer som kan udvikle sig til lungebetændelse.

    Hvor kommer vira fra?

    Faktaboks 9: H1N1 – Svineinfluenzaen

    H1N1 er en subtype af influenza A. Der findes 3 forskellige slags influenza: A, B og C. Derudover så subtyper man dem baseret på hvilken type haemagglutinin (H) og neuraminidase (N) overfladereceptorer de har.

    H1N1 virussen der står bag 2009 pandemien og menes også at være virussen som var skyld i den spanske syge i 1918. Forskere er ikke helt sikker på, hvorfor udbruddet i 1918 var så meget mere dødeligt end det i 2009. Nogle mener at H1N1 virussen fra 1918 var mere aggressiv, mens andre mener at det skyldes den hærgede tilstand i Europa efter 1. verdenskrig, hvor mange mennesker sultede.

    Alle influenza typer smitter igennem aerosols.

    I dag i det 21. århundrede er næsten hele verden forbundet via trafikruter, hvad enten det er via fly, tog, bus eller bil. Dette betyder også, at afstand ikke længere er en hindring for at virus kan spredes. Som person kan du den ene dag stå med din fod solidt plantet i ødemarken i Afrika for blot et par dage senere at stå midt på Times Square i New York. Undervejs på din rejse har du tilbagelagt et par tusinde kilometer og bevæget dig forbi et par hundrede måske tusind mennesker. Hvilket også betyder, at en virus som den ene dag bevæger sig rundt mellem et par få individer i ødemarken i Afrika kan i løbet af blot få dage befinde sig i midten af New York med et par millioner flere individer, den kan inficere.

    SARS [faktaboks XI] epidemien i 2003 er et eksempel på en virus epidemi som blev spredt hurtigt via flyruter. Første gang SARS dukkede op var det i Guangdong provinsen i det sydlige Kina i februar 2002. På bare seks måneder blev virussen spredt fra Guangdong til både nord og syd Amerika, Europa og resten af Asien, hvorefter epidemien heldigvis blussede ned grundet effektiv indgriben fra sundhedsmyndigheder.

    Siden virus er afhængig af en vært for at kunne reproducere sig, mener mange forskere, at virus må være opstået enten samtidig eller efter det første cellulære liv på jorden. Nogle mener, at RNA virus må være opstået før det første cellulære liv og de dermed er et levn fra det allertidligste ikke-cellulære liv, den tid man kalder The RNA World.

    Igennem tiden har der eksisteret virus, som vi ikke længere ser i dag, fordi de enten er muterede eller uddøde. De eneste fossiler man har om tidligere virus, er de rester af virus gener der ligger gemt i mange organismer genom.

    Der er også tilfælde af virus, som på et tidspunkt ændrer vært grundet en mutation som igennem en mutation. Disse virus som ændrer værter kan ende med at være fatale for mennesker, fordi vores immunforsvar er sårbar over for dem, da det aldrig har mødt dem før. Den sidste fatale virus som via en mutation opnåede evnen til at inficere mennesker var HIV (faktaboks 11). HIV menes på et tidspunkt at være opstået i chimpanser som en krydsning mellem to virus arter der normalt inficerer to forskellige mindre abearter. På et tidspunkt i starten af det 20.århundrede har HIV via en mutation opnået evnen til at inficere mennesker. På trods af en meget udbredt myte om, at HIV er krydset fra chimpanser over til mennesker grundet af nogen har haft usømmelig omgang med en chimpanse, så er tilfældet snarere at springet er sket via nogen har spist inficeret chimpansekød. Chimpansekød hører under betegnelsen Bush meat, hvilket er udbredt spise i central Afrika.

    Det er virus som HIV, vi skal frygte i fremtiden. Dem som pludselig ændrer vært grundet mutationer. Vores immunforsvar er nemlig komplet ubeskyttet imod disse virus. De virus som lever på vores husdyr har for længst taget springet fra dem og over på os, da vi har levet tæt op ad dem i tusindvis af år. I dag er vores husdyr et mellemleder, som tillader virus fra vilde dyr at hoppe over på os mennesker. Områder med mange mennesker, store landbrug og vild natur er ”hot spots” for virus til at springet fra vilde dyr og over på mennesker.

    Faktaboks 11: HIV – Human immunodefiency virus

    HIV hører til retrovirus familien, helt specifikt i en undergruppe kaldet lentivirus. Forskere mener, at HIV har taget springet fra chimpanser til mennesker engang i starten af det 20. århundrede, så det er en relativ ny virus iblandt mennesker.

    HIV består af en lipidmembran der omkranser et nærmest kegleformet kapsid, hvori genomet opbevares. Genomet består af to positiv strenge af RNA. I kapsidet opbevares også enzymerne revers transkriptase og integrase.

    Mennesker er ikke de eneste som kan blive inficeret med HIV. Både aber og katte kan faktisk også blive inficeret med HIV, det er dog en anden type kaldet hhv. SIV – simian immunodefiency virus og FIV – feline immunodefiency virus.

    HIV smitter gennem direkte blodkontakt, ubeskyttet seksuelt samleje og fra mor til foster.

    Hvordan bekæmper man en epidemi?

    For at bekæmpe en virus epidemi arbejder man med de tre I’er: Isoler, Identificer og Informer.

    Det første trin i er at isolere smittede. Ved at sikre at smittede mennesker ikke kommer i kontakt med raske, så hindrer man virussen adgang til flere værter, dermed hindrer man også at epidemien spredes yderligere. Det er problematisk med virus, der smitter førend de første symptomer på en infektion viser sig. Da personer som er smittede ikke tager de nødvendige forholdsregler for at sikre, at de ikke smitter andre.

    For at kunne vide hvordan man bedst beskytter sig imod at blive smittet, så må man identificere virussen bag epidemien. At identificere en virus baseret på symptomer hos smittede er ikke en optimal måde at gøre dette på. Ingen mennesker er fuldkommen ens og vil derfor ikke altid udvise de helt samme symptomer. Man må helt på genetisk niveau bestemme virussen, idet der også er forskelle på vira inden for samme art. Første trin er derfor at isolere virussen. Virus er bitte små og dette kan man udnytte til at isolere dem.

    Ved at filtrere prøver fra smittede igennem meget fine filtre kan man filtrere alt andet end vira fra. Ofte kan man få et fingerpeg omkring hvilken virus, det er synderen, ved at kigge på den i et mikroskop. Virus er dog så bittesmå, at man ikke kan se dem i et almindeligt mikroskop, men man skal bruge et elektron mikroskop. Vira der er tæt beslægtede ligner ofte hinanden. Da man første gang så Ebola igennem et mikroskop troede man fejlagtigt, at det var Marburg virus – idet de begge har den karakteristiske ormelignende struktur. Ebola og Marburg ligner hinanden både på udseende og symptomer, men de kan ikke behandles på samme måde.

    Findes en virus hos en syg patient betyder det ikke nødvendigvis, at netop den virus er skyld i patientens sygdom. På os og i os lever der tusindvis af mikroorganismer og vira. For at være sikker på, at den virus man har fundet måske er synderen, så skal man også kunne finde den på alle andre smittede, dette er et af kriterierne i Koch’s postulat (faktaboks 12). Man kan også forsøge at isolere en større mængde af denne virus og give den til forsøgsdyr for at se om de udvikler lignende symptomer – her vil man bruge forsøgsdyr som enten ligner os mennesker meget eller er genetisk modificerede til at ligne os.

    Faktaboks 12: Koch’s postulat

    Koch’s postulat er udviklet af Robert Koch, de var ment som guidelines for at kunne etablere en kausal sammenhæng mellem en mikrobe og en sygdom. For at denne etablere denne sammenhæng skal nedenstående fire kriterier være opfyldt.

     

    1. Mikroorganismen skal findes i alle syge individer, men ikke i raske individer.
    2. Mikroorganismen skal kunne isoleres fra et sygt individ og oprenses til renkultur
    3. Mikroorganismen skal, når den bliver givet til raske individer, give de samme symptomer som hos allerede syge individer.
    4. Mikroorganismen skal kunne isoleres fra forsøgs individet i kriterie 3 og oprenses til renkultur. Denne skal så være identisk til den original isolerede mikroorganisme.

    For at artsbestemme virussen, vil man isolere dens genom for at kunne sende dette til sekventering. Det kræver dog, at man har meget genetisk materiale enten i form af mange isolerede vira ellers kan man opformere genomet via PCR. Når man har fået erhvervet en del genetisk materiale, så kan man sende det til sekventering for at få kortlagt genomet – man får altså bestemt rækkefølgen af baser i genomet. Ved at sammenligne genomet fra den ukendte virus med andre virus genomer kan man nemt identificere hvilken virus er skyld i epidemien. Man benytter sig af computerprogrammer til at sammenligne det sekventerede genom med andre virus genomer, som er blevet sekventeret tidligere og lagt op i databaser.

    Når man har identificeret virussen, så kan man bedre informere befolkningen om, hvordan de beskytter sig imod at blive inficeret. Desuden kan man begynde at vaccinere hele befolkningen eller kun udsatte grupper, såsom ældre eller børn. Når virussen er kendt, så vil læger og andet sundhedspersonale også bedre vide hvordan de skal håndtere smittede – altså hvilken medicin disse skal have og hvordan de skal behandles.

     

    Hvad er fremtiden for virus epidemier?

    Mange store epidemier og pandemier har igennem tidens løb skåret betragtelig i vores populationsstørrelse. Den spanske syge i 1918, som skyldes en særlig dødelig type af influenza H1N1 (den som senere er blevet kendt som svine-influenzaen), dræbte omkring 50 millioner mennesker, det var omkring 3% af jordens befolkning på det tidspunkt og langt mere end antallet af dræbte soldater i begge verdenskrige tilsammen. Siden 1918 er verden kun blevet tættere befolkede og tættere forbundet begge er faktorer som fremmer virus epidemier. Det er ikke længere nok at kunne modarbejde epidemier, når de opstår. Vi må være på forkant med epidemierne og stoppe dem forend de endnu er startet. Ligesom meteorologer holder øje med vejret for at kunne forudsige det, så må vi også holde øje med vira for at kunne forudsige deres færden. Indtil videre er der kun en virus som er under streng global overvågning, denne virus er influenza. Influenza muterer meget hyppigt, derfor holder man ekstra øje med influenza for løbende at kunne opdatere vaccinen imod influenza. Det er WHO som står for det globale influenza overvågningsprogram.

    Mange forskere holder på at bedre kommunikation imellem hospitaler og sundhedsmyndigheder både nationale og internationale er vejen frem for at kunne forbedre respons på virus epidemier. Dette er til dels problematisk, da virus epidemierne ofte begynder i de såkaldte ”hot spots”, områder hvor hospitaler og sundhedsmyndigheder ofte ikke er så ressourcestærke.

    Der er mange ideer derude til, hvordan vi bedre kan overvåge vira og dermed forbedre os bedre imod kommende virus epidemier. En global overvågning af alle vira er endnu kun en drøm, men det kan blive en realitet i fremtiden.

    Ideer til SRP/AT emner

    Store virus epidemier (bioteknologi m. historie, samfundsfag, engelsk)

    – Den spanske syge (1918)

    – SARS epidemien (2003)

    – Zika (2016)

    – Ebola (2014)

     

    Områder der kunne undersøges

    – Historisk perspektiv: hvordan så verdenssituationen ud på den tid?

    – Samfundsmæssigt perspektiv: hvilke konsekvenser har epidemien haft?

    – Engelsk: Analyse af virus epidemier i film

  • Caseopgaver

    Opgavesættet består af fem opgaver, der bygger på teorien gennemgået i artiklerne, samt pensum for bioteknologi A.

    Vælg en gruppe fra Baltimore skemaet som du synes kunne være interessant at undersøge i dybden.

    1. Undersøg hvilke kendte virus befinder sig i denne gruppe (hint: benyt links fra artikel I).
    2. Beskriv desuden de processer hvormed virussen får dannet virale proteiner ud fra det virale genom. Ud fra din viden omkring Det Centrale Dogme, inkluder hvilke polymeraser, enzymer, proteiner og/eller RNA molekyler kan være brugt i processen og om disse stammer fra værten eller virussen.
    1. Beskriv strukturen af virussen og gør rede for dens livscyklus.
    2. På baggrund af din redegørelse for virussens livscyklus, giv et bud på hvilken virus (navn eller gruppe) der er vist.
    • Beskriv hvordan du vil artsbestemme bakterien, hvilke test vil du foretage?

     

    Du har nu fået patientens testresultater retur, de viser at patienten er inficeret med bakterien Pseudomonas Aeruginosa.

    • Giv en kort beskrivelse af bakterien. Fokuser på de informationer som du mener vil være relevante for din patient og for dig, når du skal planlægge et fagterapi forløb.

     

    Du skal nu til at indlede patientens fagterapiforløb, men før du kan komme i gang, så må du finde en eller flere fager som kan inficere P. aeruginosa.

    • Ud fra din viden om aeruginosa, hvor ville du så lede efter pseudomonasfager (altså fager som kan inficere og dræbe P. aeruginosa)?

     

    Du er nu kommet i besiddelse af forskellige pseudomonasfager, som alle kan inficere og dræbe lige netop Pseudomonas aerginosa, som din patient er inficeret med. Du kan nu påbegynde et behandlingsforløb for din patient.

    • Design et behandlingsforløb for din patient. Hvordan vil du administrere fagerne til patienten og hvordan vil du løbende kontrollere om behandlingen virker efter hensigten?

     

    Opgave 4 – Vira der beskytter os

    Du er ude for at gå en tur i Hareskoven med din ven. Det er tidlig forår, vejret er lunt og solen skinner. Under gåturen bider I mærke i et stort antal døde fugle af forskellig arter som ligger rundt omkring i skovbunden. I undrer jer over mængden af døde fugle og diskuterer hvad de mon er døde af.

    • List forskellige grunde til hvad der være skyld i de mange døde fugle.

     

    Det ligner ikke, at der er nogen umiddelbar forklaring på, hvorfor fuglene er døde. Du frygter, at det måske skyldes fugleinfluenza og at denne type måske kan spredes til andre dyr eller mennesker.

    • Hvilken styrelse eller organisation i Danmark skal du kontakte for at gøre opmærksom på jeres fund af døde fugle? Vedlæg gerne et link til, hvor du fandt denne information henne.

     

    Forestil dig, at du nu arbejder som dyrelæge med speciale i infektionssygdomme. Du har fået et opkald vedrørende et fund af en stort antal døde fugle i Hareskoven og er blevet spurgt, om du kan assistere i arbejdet med at bestemme dødsårsagen for disse fugle. Mistanken ligger på fugleinfluenza.

    • Hvordan vil du bekræfte denne hypotese? Hvilke undersøgelser vil du foretage for at kunne bekræfte, at det er fugleinfluenza.

     

    Du har fået dine testresultater hjem, hvilket bekræfter, at fuglene er døde af fugleinfluenza.

    • Hvilke konsekvenser kan en fugleinfluenza epidemi have på Danmark og hvilke forholdsregler kan man tage for at begrænse en fugleinfluenza epidemi i at udbrede sig?

    Opgave 5 – Virusepidemier

    I 1998 udgav Andrew Wakefield og 12 andre kollegaer end artikel, hvori de påviste en sammenhæng mellem MMR vaccinen (mæslinger, fåresyge og råde hunde – forkortelsen er engelsk) og autisme. På trods af en lille forsøgsgruppe og tvivlsom forsøgsopstilling fik artiklen stor opmærksomhed i medierne, hvilket ledte til et fald i antallet af børn der modtog MMR vaccinen. Artiklen blev senere trukket tilbage pga. forskningssnyd, da man opdagede at Andrew Wakefield og hans gruppe ingen evidens havde for deres påstand. Sidenhen har flere forskellige studier bekræftet, at der ingen sammenhæng er mellem MMR vaccinen og autisme.

    I løbet af de seneste par år er antallet af folk der bliver smittet med mæslinger steget, grundet det stigende antal ikke vaccineret individer. Denne stigning har fået flere lande til at tage alternative metoder i brug for at sikre, at forældre vaccinerer deres børn. I Italien er man ved at gennemføre en lov, der gør det obligatorisk for forældre at skulle vaccinere deres børn imod visse sygdomme. Hvis de nægter, kan børnene ikke gå i de statsstyrede skoler, samt forældrene kan risikere at få bøder. Andre lande som Frankrig, Australien og Tyskland har alle planer om at gennemføre lignende love.

    1. Mener du, at Danmark burde implementere lignende love som dem i Italien vedrørende børnevaccination? Eller mener du, at det er uetisk at tvinge forældre til at vaccinere deres børn?

     

    MMR vaccinen er ikke den eneste vaccine som har mødt en del kritik. Senest har HPV vaccinen været beskyldt for at give slemme bivirkninger i form at kronisk træthed og langvarig hovedpine. En grundig sikkerhedsgennemgang af HPV vaccinen udført i 2015 med særlig fokus på en mulig sammenhæng mellem vaccinen og de foromtalte bivirkninger viste, at der fortsat ikke kunne påvises en sammenhæng. Den negative debat omkring HPV vaccinen har ført til et drastisk fald i Danmark i antallet af HPV vaccinerede.

    1. Hvad mener du, er den bedste måde at få tilslutningen til det danske børnevaccinationsprogram og vacciner i al almindelighed til at stige. Mener du derudover, at der er nogle positive konsekvenser af negativ debat omkring vaccination?
  • Forsøg

    Fagtypning er en metode, der tidligere i høj grad blev brugt til at artsbestemme bakterier. Den kan også benyttes den anden vej til at isolere bakteriofager, der inficerer en specifik bakterie. Formålet med forsøget er at isolere bakteriofager, der kan inficere E.coli bakterier.

    Øvelsen er forholdsvis simpel og ikke særlig tidskrævende at udføre, dog kræver det en vis erfaring med laboratoriearbejde.

    Hent elevvejledningen her: Elevvejledning.

     

  • Lærervejledning

    Lærerinformation

    Undervisningsmaterialet henvender sig til 3.g klasser med bioteknologi A, da det forudsætter at eleverne har en vis viden omkring forskellige bioteknologiske grundområder såsom cellebiologi (både eukaryot og prokaryot), det centrale dogme (proteinsyntesen), evolution, basal human fysiologi og immunologi, samt bioteknologiske metoder til identificering af mikroorganismer (mikroskopering, gram farvning, PCR, gelelektroforese, sekventering). Undervisningsmateriale kan dog også fungere helt udmærket i en nysgerrig og faglig kompetent 2.g klasse

    Lige netop fordi materialet tager fat på så mange forskellige emner inden for bioteknologi, der er pensum på bioteknologi A, så fungerer det rigtig godt som et suppleringsforløb i 3.g før eleverne skal til eksamen eller som et inspirationsforløb op til SRP/AT-projekt. Hvor den viden omkring bioteknologi, som de har opbygget efter næsten 3 års undervisning kan belyses i et nyt lys.

    Undervisningsmaterialet består som sagt af fem artikler, der skal læses i den rækkefølge de er opgivet i (dvs. 1 til 5), samt teoretiske opgaver og en øvelse. Opgaverne kræver at eleverne har læst og forstået alle fem artikler, derimod bygger øvelsen kun på teorien i de første tre artikler.

    Hvis man er interesseret i at bruge undervisningsmaterialet til et suppleringsforløb, hvor eleverne får gennemgået mange af de emner, der er pensum på bioteknologi A. Så kan man benytte sig af alle fem artikler samt opgaverne. Er man derimod mere interesseret i et kortere virusforløb, så kan man nøjes med de tre første artikler samt øvelsen.

     

    Lærervejledning

    Lærervejledning til forsøget samt retteark til caseopgaverne vil tilsendes efter henvenselse over mail til biotech@bio.dtu.dk.

    Oversigt over teorimaterialet 

    Her er en kort oversigt over de artikler samt øvelser og opgaver, der indgår i dette undervisningsmateriale

    Hvad er en virus og hvordan ser den ud?

    Morfologisk er virus en simpel organisme, den er utrolig lille og meget simpel i opbygning. I artiklen gennemgås de to basale virus strukturer: helical og icosahedral, samt opbygningen af vira. Genetisk udviser virus en enorm diversitet som slet ikke ses i samme grad hos andre organismer på jorden. Ud fra Baltimore skemaet inddeles virus genetisk i 7 grupper, som alle gennemgås i artiklen

     

    En virus livscyklus

    Det bliver ofte påpeget, at virus ikke kan defineres som ”rigtig” liv, da det ikke har en selvstændig replikation. Så hvordan replikerer virus sig så? I dette kapitel vil virus livscyklus blive gennemgået, dermed vil det blive forklaret i hvor høj grad virus egentlig er afhængig af en vært til reproduktion.

    En virus livscyklus kan inddeles i følgende trin: påhægtning, inficering, replikation, transkription og translation, pakning og frigivelse. I alle trin af dens livscyklus er virus afhængig af værten og mange virus benytter sig af flere af værtens proteiner, enzymer og andre bestanddele under livscyklussen

     

    Fager – bakteriers naturlige fjende

    Evolution foregår hos mennesker så langsomt, at det til tider kan være svært at forstå. Hos virus går det dog så hurtigt, at det til tider kan være skræmmende. I denne artikel gennemgås virus evolution med afsæt i fager og bakteriers indbyrdes kamp. Fager er virus der udelukkende inficerer bakterier. I denne artikel gennemgås også de mest basale aspekter omkring fager såsom: struktur og livscyklus.

     

    Virus der beskytter os

    Normalt hører vi kun om de virus som kan skade os, men faktisk er de fleste virus harmløse for os, nogle virus kan vi endda bruge til vores egen fordel. I denne artikel gennemgås to eksempler på brugen af virus til at forbedre levevilkårene for mennesker.

    Den første vaccination fandt sted i 1796 og var imod virussen kopper. Mindre end 200 år efter kunne WHO erklære kopper for udryddet. Vacciner har reddet mange mennesker fra at dø af virus, men her i det 21. århundrede er fremskridtet ved at vende. Virus som førhen har været sjældne i den vestlige verden begynder at bryde ud igen

    Fagterapi er en behandlingsmetode til infektioner med bakterier der benytter bakteriofager. I de seneste par årtier er antallet af antibiotika resistente bakterier vokset, mens antallet af nye antibiotika ikke er vokset i samme grad. Dette stiller os i en sårbar situation, idet forhen ubetydelige bakterieinfektioner kan blive problematiske, hvis de ikke kan behandles med antibiotika. Her kan fagterapi være en mulig løsning.

     

    Virus der dræber os

    Virus epidemier udgør en af de største trusler mod verdenssundheden. I takt med globaliseringen har virus fået øget jagtmarker. Det er efterhånden forholdsvis ofte, at virus epidemier bliver omtalt i medierne, tænk bare på: Zika virus, Ebola virus og Influenza virus.

    I dette kapitel gennemgås virus epidemier: hvordan opstår de? hvordan spredes de? og vigtigst af alt, hvordan stopper vi dem?

     

    Caseopgaver

    Opgavesættet består af fem opgaver, der bygger på teorien gennemgået i artiklerne, samt pensum for bioteknologi A. Opgaverne kræver at eleverne skal bruge deres analytiske evner og fungerer derfor ikke så godt som tavleundervisnings, men bedst hvis eleverne får tid til at sidde med dem enten i undervisningen eller som hjemmeopgave.

     

    Forsøg

    Fagtypning er en metode, der tidligere i høj grad blev brugt til at artsbestemme bakterier. Den kan også benyttes den anden vej til at isolere bakteriofager, der inficerer en specifik bakterie. Eleverne skal via metoden isolere bakteriofager, der kan inficere E.coli bakterier.

    Øvelsen er forholdsvis simpel og ikke særlig tidskrævende at udføre, dog kræver det at eleverne har en vis erfaring med laboratoriearbejde

null

Projektet er udarbejdet af Clara Ekebjærg

Clara Ekebjerg