Biologi for studerende II

Som du har lært, inficerer vira ofte meget specifikke værter og specifikke celler i værten. Denne egenskab ved en virus gør den specifik for en eller nogle få arter af liv på Jorden. På den anden side findes der så mange forskellige typer af vira på Jorden, at næsten alle levende organismer har deres eget sæt af vira, der forsøger at inficere deres celler. Selv prokaryoter, de mindste og enkleste celler, kan blive angrebet af specifikke virustyper. I det følgende afsnit vil vi se på nogle af de særlige træk ved virusinfektion af prokaryote celler. Som vi har lært, kaldes vira, der inficerer bakterier, bakteriofager (figur 1). Archaea har deres egne lignende vira.

Bakteriofager

Figur 1. Bakteriofager fastgjort til en værtscelle (transmissionselektronmikrografi). I bakteriofager med haler, som den her viste, tjener halerne som en passage for overførsel af fagenes genom. (credit: modifikation af arbejde udført af Dr. Graham Beards; skala-bar data fra Matt Russell)

De fleste bakteriofager er dsDNA-virus, som bruger værtsenzymer til DNA-replikation og RNA-transkription. Fagepartikler skal binde sig til specifikke overfladereceptorer og aktivt indsætte genomet i værtscellen. (De komplekse halestrukturer, der ses i mange bakteriofager, er aktivt involveret i at få virusgenomet gennem den prokaryote cellevæg). Når infektion af en celle med en bakteriofag resulterer i produktion af nye virioner, siges det, at infektionen er produktiv. Hvis virionerne frigives ved at sprænge cellen, replicerer virussen ved hjælp af en lytisk cyklus (figur 2). Et eksempel på en lytisk bakteriofag er T4, som inficerer Escherichia coli, der findes i det menneskelige tarmkanale system. Nogle gange kan en virus dog forblive i cellen uden at blive frigivet. Når en tempereret bakteriofag f.eks. inficerer en bakteriecelle, replikerer den sig ved hjælp af en lysogen cyklus (figur 2), og virusgenomet inkorporeres i værtscellens genom. Når fage-DNA’et er inkorporeret i værtscellens genom, kaldes det en profage. Et eksempel på en lysogen bakteriofag er λ (lambda)-virussen, som også inficerer E. coli-bakterien. Virusser, der inficerer plante- eller dyreceller, kan undertiden gennemgå infektioner, hvor de ikke producerer virioner i lange perioder. Et eksempel er de animalske herpesvirus, herunder herpes simplex-virus, som er årsag til oral og genital herpes hos mennesker. I en proces, der kaldes latens, kan disse vira eksistere i nervevæv i lange perioder uden at producere nye virioner, hvorefter de forlader latensperioden med jævne mellemrum og forårsager læsioner i huden, hvor virusset replikerer. Selv om der er ligheder mellem lysogeni og latenstid, er udtrykket lysogenisk cyklus normalt forbeholdt bakteriofager. Latency vil blive beskrevet mere detaljeret i næste afsnit.

Figur 2. En tempereret bakteriofag har både lytiske og lysogene cyklusser. I den lytiske cyklus replikerer fagen og lyserer værtscellen. I den lysogene cyklus inkorporeres fagenes DNA i værtsgenomet, hvor det videregives til de efterfølgende generationer. Miljømæssige stressfaktorer såsom sult eller udsættelse for giftige kemikalier kan få profagen til at udskille sig og gå ind i den lytiske cyklus.

Dyrevirus

Dyrevirus behøver i modsætning til virus fra planter og bakterier ikke at gennemtrænge en cellevæg for at få adgang til værtscellen. Viruset kan endog tilskynde værtscellen til at samarbejde i infektionsprocessen. Ikke-omsluttede eller “nøgne” dyrevirus kan trænge ind i celler på to forskellige måder. Når et protein i viralkapsiden binder sig til sin receptor på værtscellen, kan virussen blive ført ind i cellen via en vesikel under den normale celleproces med receptormedieret endocytose. En alternativ metode til celleindtrængning, der anvendes af ikke-omhyllede vira, er, at capsidproteinerne ændrer form efter at have bundet sig til receptoren og skaber kanaler i værtscellens membran. Virusgenomet “injiceres” derefter ind i værtscellen gennem disse kanaler på en måde, der svarer til den måde, der anvendes af mange bakteriofager.

Udhyllede vira har også to måder at trænge ind i cellerne på efter binding til deres receptorer: receptormedieret endocytose eller fusion. Mange omsluttede vira trænger ind i cellen ved receptormedieret endocytose på en måde, der ligner den, der ses hos nogle ikke-omsluttede vira. På den anden side sker fusion kun med omsluttede virioner. Disse vira, som bl.a. omfatter HIV, bruger særlige fusionsproteiner i deres hüller til at få hyllen til at fusionere med cellens plasmamembran, hvorved virusets genom og capsid frigives i cellens cytoplasma.

Når de har fremstillet deres proteiner og kopieret deres genomer, fuldfører dyrevirus sammensætningen af nye virioner og forlader cellen. Som vi allerede har diskuteret ved hjælp af eksemplet influenzavirus, kan indhyllede dyrevirus knoppe fra cellemembranen, mens de samler sig selv, og tage et stykke af cellens plasmamembran med i processen. På den anden side ophobes ikke-omsluttede virale afkom, som f.eks. rhinovirus, i inficerede celler, indtil der kommer et signal til lysis eller apoptose, og alle virioner frigives sammen.

Som du vil lære i næste modul, er dyrevirus forbundet med en række sygdomme hos mennesker. Nogle af dem følger det klassiske mønster af akut sygdom, hvor symptomerne bliver stadig værre i en kort periode efterfulgt af immunsystemets eliminering af virussen fra kroppen og en eventuel helbredelse af infektionen. Som eksempler på akutte virussygdomme kan nævnes forkølelse og influenza. Andre virus forårsager langvarige kroniske infektioner, som f.eks. det virus, der forårsager hepatitis C, mens andre, som f.eks. herpes simplex-virus, kun forårsager periodiske symptomer. Endnu andre virus, såsom human herpesvirus 6 og 7, som i nogle tilfælde kan forårsage den mindre alvorlige børnesygdom roseola, forårsager ofte med held produktive infektioner uden at forårsage nogen symptomer hos værten, og derfor siger vi, at disse patienter har en asymptomatisk infektion.

I hepatitis C-infektioner vokser og formerer viruset sig i levercellerne og forårsager kun få leverskader. Skaderne er så lave, at de inficerede personer ofte ikke er klar over, at de er smittet, og mange infektioner opdages kun ved rutinemæssige blodprøver på patienter med risikofaktorer som f.eks. intravenøs brug af stoffer. Da mange af symptomerne på virussygdomme på den anden side skyldes immunreaktioner, er manglende symptomer på den anden side et tegn på en svag immunreaktion på virussen. Dette gør det muligt for virusset at undslippe immunsystemets eliminering og forblive i individer i årevis, samtidig med at det producerer lave niveauer af afkomsvirioner i det, der kaldes en kronisk virussygdom. Kronisk infektion af leveren med dette virus fører til en langt større chance for at udvikle leverkræft, undertiden helt op til 30 år efter den første infektion.

Som allerede omtalt kan herpes simplex-virus forblive i en latenstilstand i nervevæv i måneder, ja, endda år. Da viruset “gemmer” sig i vævet og kun laver få eller ingen virale proteiner, er der intet for immunforsvaret at handle imod, og immuniteten mod viruset aftager langsomt. Under visse omstændigheder, herunder forskellige former for fysisk og psykologisk stress, kan det latente herpes simplex-virus reaktiveres og gennemgå en lytisk replikationscyklus i huden, hvilket forårsager de læsioner, der er forbundet med sygdommen. Når der er produceret virioner i huden og syntetiseret virusproteiner, stimuleres immunresponsen igen og afhjælper hudlæsionerne i løbet af få dage eller uger ved at ødelægge virusene i huden. Som følge af denne type replikationscyklus forekommer udbrud af forkølelsessår og genital herpes kun med mellemrum, selv om virusene forbliver i nervevævet resten af livet. Latente infektioner er også almindelige med andre herpesvirus, herunder varicella-zoster-virus, som forårsager skoldkopper. Efter en skoldkoppeinfektion i barndommen kan varicella-zoster-virus forblive latent i mange år og reaktiveres hos voksne og forårsage den smertefulde tilstand, der er kendt som “helvedesild” (figur 3).

Figur 3. (a) Varicella-zoster, den virus, der forårsager skoldkopper, har et omsluttet icosaedrisk capsid, der er synligt på dette transmissionselektronmikroskopiske billede. Dets dobbeltstrengede DNA-genom bliver inkorporeret i værts-DNA’et og kan reaktiveres efter latenstid i form af (b) helvedesild, der ofte giver udslæt. (kredit a: ændring af arbejde udført af Dr. Erskine Palmer, B. G. Martin, CDC; kredit b: ændring af arbejde udført af “rosmary”/Flickr; skala-bar data fra Matt Russell)

Figur 4. HPV, eller humant papillomavirus (kilde: ændring af arbejde udført af NCI, NIH; skala-bar data fra Matt Russell)

Nogle virus, der inficerer dyr, herunder hepatitis C-virus, der er omtalt ovenfor, er kendt som onkogene vira: De har evnen til at forårsage kræft. Disse vira forstyrrer den normale regulering af værtens cellecyklus enten ved at indføre gener, der stimulerer ureguleret cellevækst (onkogener), eller ved at forstyrre ekspressionen af gener, der hæmmer cellevækst. Onkogene vira kan være enten DNA- eller RNA-virus.

Kræftformer, der vides at være forbundet med virusinfektioner, omfatter livmoderhalskræft forårsaget af humant papillomavirus (HPV) , leverkræft forårsaget af hepatitis B-virus, T-celle leukæmi og flere typer lymfom.

HPV, eller humant papillomavirus (som det ses i figur 4), har et nøgent isosaedrisk kapsid, der er synligt i dette transmissionselektronmikroskopisk billede, og et dobbeltstrenget DNA-genom, der er inkorporeret i værts-DNA’et. Virussen, som er seksuelt overført, er onkogen og kan føre til livmoderhalskræft.

Plantevirus

De fleste plantevirus, som f.eks. tobaksmosaikvirus, har enkeltstrengede (+) RNA-genomer. Der findes dog også plantevirus i de fleste andre viruskategorier. I modsætning til bakteriofager har plantevira ikke aktive mekanismer til at levere det virale genom gennem den beskyttende cellevæg. For at et plantevirus kan komme ind i en ny værtsplante, skal der ske en eller anden form for mekanisk skade. Denne skade er ofte forårsaget af vejrforhold, insekter, dyr, brand eller menneskelige aktiviteter som f.eks. landbrug eller landskabspleje. Bevægelse fra celle til celle i en plante kan lettes ved viral modifikation af plasmodesmata (cytoplasmatiske tråde, der går fra den ene plantecelle til den næste). Desuden kan planteafkom arve virussygdomme fra forældreplanter. Plantevirus kan overføres af en række vektorer, ved kontakt med en inficeret plantesaft, af levende organismer som f.eks. insekter og nematoder og gennem pollen. Overførsel af en virus fra en plante til en anden er kendt som horisontal overførsel, mens arv af en virus fra en forælder er kendt som vertikal overførsel.

Symptomer på virussygdomme varierer alt efter virus og vært (se nedenstående tabel). Et almindeligt symptom er hyperplasi, den unormale spredning af celler, som forårsager fremkomsten af plantetumorer, der er kendt som galde. Andre vira fremkalder hypoplasi, eller nedsat cellevækst, i planternes blade, hvorved der opstår tynde, gule områder. Endnu andre vira påvirker planten ved direkte at dræbe plantecellerne, en proces, der er kendt som cellenekrose. Andre symptomer på plantevirus omfatter misdannede blade, sorte striber på planternes stængler, ændret vækst af stængler, blade eller frugter og ringpletter, som er cirkulære eller lineære områder med misfarvning, der findes i et blad.

Plantevirus kan forstyrre afgrødernes vækst og udvikling alvorligt og dermed påvirke vores fødevareforsyning betydeligt. De er ansvarlige for dårlig kvalitet og kvantitet af afgrøder globalt set og kan medføre store økonomiske tab hvert år. Andre vira kan skade planter, der anvendes i landskabspleje. Nogle vira, der inficerer landbrugets fødevareplanter, indeholder navnet på den plante, de inficerer, f.eks. tomatplettet visnevirus, almindelig mosaikvirus for bønner og agurke-mosaikvirus. I planter, der anvendes til landskabspleje, er to af de mest almindelige vira pæonringpletvirus og rosenmosaikvirus. Der er alt for mange plantevira til, at vi kan diskutere hver enkelt i detaljer, men symptomerne på bean common mosaic virus resulterer i nedsat bønneproduktion og forkrøblede, uproduktive planter. Hos prydrosen forårsager rosenmosaikvirus bølgede gule linjer og farvede pletter på plantens blade.

Bidrag!

Forbedre denne sideLær mere