Introduktion til virologi:

Denne underside udgør første del af teorien for Biotech Academys materiale om Virologi.

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

 

Du har sikkert hørt om vira før: Influenza, Ebola og Zika har alle fyldt meget i medierne de sidste par år. Vira er unikke, idet de ikke hører til nogen af de tre af livets domæner: archaea, eukaryoter eller prokaryoter. I stedet tilhører vira gråzonen af hvad vi definerer som at værende liv, idet de ikke opfylder mange af de krav, som definerer liv f.eks. at kunne reproducere sig selv. Derfor bruger man ofte betegnelsen pseudoorganisme.

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

 

Baltimore skemaet

En mere kendt taksonomisk klassificering af vira er 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 vira baseret på type af genom. Der eksisterer syv grupper som alle er vist på skemaet nedenfor.

Gruppe I: Vira med dobbeltstrenget DNA som genom, hvilket de har til fælles med alle andre organismer på jorden.

Eksempel: 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.

Gruppe II: Vira med enkeltstrenget DNA som genom.

Eksempel: Chlamydiamicrovirus. 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.

Gruppe III: Vira med dobbeltstrenget RNA genom.

Eksempel: 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.

Gruppe IV: Vira med et enkeltstrenget positivt RNA genom. At en RNA streng (dette gælder også for DNA strenge) er positivt, betyder at strengen er den kodende streng (se figur 2). Når man omtaler en DNA streng som at værende kodende, betyder det, at DNA strengens basesekvens er magen til mRNA strengens basesekvens (blot med uracil i stedet for thymin).

Eksempel: Zikavirus som skabte stor bekymring mht. 2016 OL i Brasilien.

Gruppe V:  Vira med et negativt enkeltstrenget RNA genom, hvilket ikke er den kodende streng (template strengen) [figur 2]. 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 vira 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

Gruppe VI: De såkaldte retrovirusser. Det er disse vira som modstrider det centrale dogme, som er illustreret på figur 3. Når en retrovirus har inficeret en celle, så omdannes den positive RNA enkeltstreng til en DNA dobbeltstreng via enzymet revers transkriptase. Denne DNA streng bliver så inkorporeret i værtens DNA og derfra bliver der dannet mRNA til produktion af nye vira. HIV, som både er en seksuelt overført sygdom og en meget kendt virus, tilhører denne gruppe.

Gruppe VII: Vira med 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 vira i denne gruppe, så der er stadig meget at blive opdaget.

 

Sådan ser en virus ud:

De fleste vira er utroligt små i forhold til prokaryote 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 værtens replikationsmaskineri.

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

I modsætningen til varieteten af genom, så findes der overordnet kun to typer af kapsider: 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. 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 vira har udover kapsidet også en lipidmembran – ligesom celler. Denne lipidmembran stammer fra værten og det er især humane eller mammalske vira, som besidder denne lipidmembran.

På overfladen af kapsidet eller lipidmembranen befinder der sig overfladeproteiner (VOP). Det er via interaktioner mellem disse virale proteiner og receptorer på værtens overflade, at en virus kan genkende 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/

 

virus_udseende

Figur 4 – En bakteriofag kan være langt mere kompleks end vira der kan inficere mennesker og dyr.  På figuren ses en bakteriofag i den mest komplekse form, med hale, ben, baseplate og andre detaljer udpeget. 

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.