Viral livscyklus

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

Resumé: Det bliver ofte påpeget, at en vira ikke kan defineres som ”rigtigt” liv, da de ikke har en selvstændig replikation. Så hvordan replikerer en virus sig så? I dette kapitel vil den virale livscyklus blive gennemgået, dermed vil det blive gjort klart i hvor høj grad, en 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 virussen afhængig af værten og mange vira 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 overfor en virus afgøres ud fra værtens overfladeproteiner, som kan fungere som receptorer for virussen. Om en celle er permissive over for en virus er lidt mere kompliceret at afgøre. Det afhænger af, om hvorvidt virussen kan overtage cellens replikations maskineri (faktaboks 3) 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.

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.

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.

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 endocytose. Begge processer kan ses på figur 6. Sammensmeltning er kun muligt, hvis virussen er i besiddelse af en lipidmembran. Vira der bliver optaget via sammensmeltning, benytter sig af et fusionsprotein til at facilitere sammensmeltning.

Ved binding mellem VOP’en (virussens overfladeproteiner) 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 deværtens og virussens membraner tættere på hinanden, indtil de smelter sammen. Ved sammensmeltningen føres virussens kapsid, genom og evt. virale proteiner ind i værten.

virus_inficere

Figur 6 – En virus kan inficere en værtscelle enten via sammensmeltning mellem virussens membran og cellemembranen (til venstre), eller ved at blive optaget via endocytose (til højre). Venstre: 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. Højre: Ved endocytose bliver virussen ”spist” af værtscellen. En del af cellemembranen hos værtscellen trækker sig ind i selve cellen, hvormed virussen også bliver trukket med. Til sidst afsnøres cellemembranen, og virussen er blevet optaget i cellen. 

 

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 cellemembranen 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 ikke til nogen vira der selv koder for et ribosom, derfor må alle vira først omdanne deres genom til mRNA, idet mRNA er ribosomers skabelon for syntese af proteiner.

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, før de kan danne mRNA I værtscellen.

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 også mRNA 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 vira i gruppe VI. Disse vira har et positivt enkeltstrenget RNA genom, som via polymerasen revers transkriptase først omdannes 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 det virale genom er inkorporeret i værtens genom, bliver det omdannet til mRNA via transkription af den negative streng. Når virussen har fået dannet mRNA, kan den bruge værtens ribosomer til at danne virale proteiner.

Replikation af genomet

Replikation af det virale genom er vigtigt for en virus’ evne til at replikere sig, da en virus uden et genom ikke har nogen funktion. Uden replikation af dens genom, ville en virus’ afkom ikke kunne inficere nye celler.

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

Replikation af alle fire grupper af RNA vira er en smule 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 vira, hvor begge strenge fungerer som en template til at danne den 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 RNA polymerase. Denne komplementærstreng benyttes så som template til at kunne få dannet flere kopier af deres genom.

Figur 7 – Replikation af genomet for vira i gruppe V og VI foregår via et mellemtrin. Vira i disse to grupper danner som det første den komplementære streng til deres genom, for så derefter at bruge denne streng som template til at danne mere af deres genom.

Replikation af genomet for vira 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 dannes flere kopier af det oprindelige positive enkeltstrengede RNA genom.

 

Pakning af nye vira og frigivelse

Foldning af kapsidet og pakning af genomet er komplekse processer, som ikke vil blive gennemgået her, men hvis du er nysgerrig, så kan du checke de vedlagte links ud.

Sidste trin i livscyklussen er nået, og de nydannede vira skal nu frigives til det omkringliggende miljø. Hvis virussen har en lipidmembran, forlader den oftest værten via budding, som kan ses på figur 8. Ved budding transporteres de nydannede vira til cellemembranen, hvor de bliver 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 potentielle 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 – Nydannede vira forlader værtscellen via budding (venstre) eller lysis (højre). 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. 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, og al cellematerialet, inklusiv nydannede vira, fordeles ud i omgivelserne.