Lear Outcomes
- Uitleg over de overdracht en ziekten van virussen die dieren infecteren
- Uitleg over de overdracht en ziekten van virussen die planten infecteren
Zoals je hebt geleerd, infecteren virussen vaak zeer specifieke gastheren, en ook specifieke cellen binnen de gastheer. Dit kenmerk van een virus maakt het specifiek voor één of enkele soorten leven op aarde. Anderzijds bestaan er op aarde zoveel verschillende soorten virussen dat bijna elk levend organisme zijn eigen set virussen heeft die zijn cellen probeert te infecteren. Zelfs prokaryoten, de kleinste en eenvoudigste cellen, kunnen worden aangevallen door specifieke soorten virussen. In het volgende gedeelte zullen we enkele kenmerken van virale infectie van prokaryote cellen bekijken. Zoals we hebben geleerd, worden virussen die bacteriën infecteren bacteriofagen genoemd (figuur 1). Archaea hebben hun eigen soortgelijke virussen.
Bacteriofagen
Figuur 1. Bacteriofagen vastgehecht aan een gastheercel (transmissie-elektronenmicrografie). Bij bacteriofagen met staarten, zoals de hier getoonde, dienen de staarten als doorgang voor de overdracht van het faaggenoom. (credit: modificatie van werk van Dr. Graham Beards; schaal-bar gegevens van Matt Russell)
De meeste bacteriofagen zijn dsDNA virussen, die gastheerenzymen gebruiken voor DNA replicatie en RNA transcriptie. Faagdeeltjes moeten zich binden aan specifieke oppervlakte-receptoren en het genoom actief in de gastheercel inbrengen. (De complexe staartstructuren die bij veel bacteriofagen worden aangetroffen, zijn actief betrokken bij het door de prokaryotische celwand heen dringen van het virale genoom). Wanneer infectie van een cel door een bacteriofaag resulteert in de produktie van nieuwe virionen, wordt gesproken van een produktieve infectie. Als de virionen vrijkomen door het barsten van de cel, vermenigvuldigt het virus zich door middel van een lytische cyclus (figuur 2). Een voorbeeld van een lytische bacteriofaag is T4, dat Escherichia coli infecteert die in het menselijk darmkanaal worden aangetroffen. Soms kan een virus echter in de cel blijven zonder te worden vrijgelaten. Wanneer bijvoorbeeld een gematigde bacteriofaag een bacteriecel infecteert, repliceert hij zich door middel van een lysogene cyclus (figuur 2), waarbij het virale genoom in het genoom van de gastheercel wordt opgenomen. Wanneer het faag-DNA in het genoom van de gastheercel is opgenomen, wordt het een profaag genoemd. Een voorbeeld van een lysogene bacteriofaag is het λ (lambda)-virus, dat ook de E. coli-bacterie infecteert. Virussen die plantaardige of dierlijke cellen infecteren, kunnen soms infecties ondergaan waarbij zij gedurende lange perioden geen virionen produceren. Een voorbeeld zijn de dierlijke herpesvirussen, waaronder herpes simplexvirussen, de oorzaak van orale en genitale herpes bij de mens. In een proces dat latentie wordt genoemd, kunnen deze virussen gedurende lange perioden in zenuwweefsel bestaan zonder nieuwe virionen te produceren, om vervolgens periodiek de latentie te verlaten en laesies in de huid te veroorzaken waar het virus zich vermenigvuldigt. Hoewel er overeenkomsten zijn tussen lysogenie en latentie, wordt de term lysogene cyclus gewoonlijk gereserveerd om bacteriofagen te beschrijven. Latency zal in de volgende sectie uitvoeriger worden beschreven.
Figuur 2. Een gematigde bacteriofaag heeft zowel een lytische als een lysogene cyclus. In de lytische cyclus repliceert de faag en lyseert de gastheercel. In de lysogene cyclus wordt het DNA van de faag opgenomen in het genoom van de gastheer, waar het wordt doorgegeven aan volgende generaties. Milieustressoren zoals verhongering of blootstelling aan giftige chemicaliën kunnen ertoe leiden dat de profaag excideert en in de lytische cyclus terechtkomt.
Praktijkvraag
Welke van de volgende beweringen is onjuist?
- In de lytische cyclus worden nieuwe fagen geproduceerd en in het milieu vrijgelaten.
- In de lysogene cyclus wordt fage-DNA in het genoom van de gastheer opgenomen.
- Een stressfactor in het milieu kan de faag ertoe brengen de lysogene cyclus te starten.
- Cellolyse vindt alleen plaats in de lytische cyclus.
Dierlijke virussen
Dierlijke virussen behoeven, in tegenstelling tot de virussen van planten en bacteriën, niet door een celwand heen te dringen om toegang tot de gastheercel te krijgen. Het virus kan de gastheercel er zelfs toe aanzetten mee te werken aan het infectieproces. Niet-omhulde of “naakte” dierlijke virussen kunnen op twee verschillende manieren cellen binnendringen. Als een eiwit in het virale kapsel bindt aan zijn receptor op de gastheercel, kan het virus via een blaasje de cel worden binnengebracht tijdens het normale celproces van receptorgemedieerde endocytose. Een alternatieve methode van celpenetratie, die wordt gebruikt door virussen zonder ontwikkeling, bestaat erin dat de capside-eiwitten na binding aan de receptor van vorm veranderen, waardoor kanalen in het membraan van de gastheercel ontstaan. Het virale genoom wordt dan via deze kanalen in de gastheercel “geïnjecteerd” op een wijze die analoog is aan die welke door veel bacteriofagen wordt gebruikt.
Enveloped virussen hebben ook twee manieren om cellen binnen te dringen na binding aan hun receptoren: receptorgemedieerde endocytose, of fusie. Veel omhulde virussen komen de cel binnen door middel van receptorgemedieerde endocytose, op een manier die vergelijkbaar is met die van sommige niet-omhulde virussen. Fusie komt daarentegen alleen voor bij omhulde virionen. Deze virussen, waartoe onder andere HIV behoort, gebruiken speciale fusie-eiwitten in hun omhulsel om het omhulsel te laten versmelten met het plasmamembraan van de cel, waardoor het genoom en de capside van het virus in het cytoplasma van de cel vrijkomen.
Na het maken van hun eiwitten en het kopiëren van hun genomen, voltooien dierlijke virussen de assemblage van nieuwe virionen en verlaten zij de cel. Zoals we al hebben besproken aan de hand van het voorbeeld van het influenzavirus, kunnen omhulde dierlijke virussen zich tijdens de assemblage losmaken van het celmembraan en daarbij een stukje van het plasmamembraan van de cel meenemen. Anderzijds hopen niet-omhulde virale nakomelingen, zoals rhinovirussen, zich op in geïnfecteerde cellen totdat er een signaal voor lysis of apoptose is, en alle virionen samen worden vrijgelaten.
Zoals u in de volgende module zult leren, worden dierlijke virussen in verband gebracht met een verscheidenheid van ziekten bij de mens. Sommige daarvan volgen het klassieke patroon van acute ziekte, waarbij de symptomen gedurende een korte periode steeds erger worden, gevolgd door de eliminatie van het virus uit het lichaam door het immuunsysteem en uiteindelijk herstel van de infectie. Voorbeelden van acute virale aandoeningen zijn verkoudheid en griep. Andere virussen veroorzaken langdurige chronische infecties, zoals het virus dat hepatitis C veroorzaakt, terwijl andere virussen, zoals het herpes simplex virus, slechts intermitterende symptomen veroorzaken. Weer andere virussen, zoals de humane herpesvirussen 6 en 7, die in sommige gevallen de kleine kinderziekte roseola kunnen veroorzaken, veroorzaken vaak met succes productieve infecties zonder ook maar enige symptomen bij de gastheer te veroorzaken, en dus zeggen we dat deze patiënten een asymptomatische infectie hebben.
In hepatitis C-infecties groeit en reproduceert het virus in levercellen, waarbij het een geringe mate van leverschade veroorzaakt. De schade is zo gering dat geïnfecteerde personen zich er vaak niet van bewust zijn dat ze geïnfecteerd zijn, en veel infecties worden alleen ontdekt door routinebloedonderzoek bij patiënten met risicofactoren zoals intraveneus drugsgebruik. Anderzijds, aangezien veel van de symptomen van virale ziekten worden veroorzaakt door immuunreacties, is een gebrek aan symptomen een indicatie van een zwakke immuunrespons op het virus. Hierdoor kan het virus aan de eliminatie door het immuunsysteem ontsnappen en jarenlang in het lichaam aanwezig blijven, terwijl het weinig nakomelingen van virussen produceert in wat een chronische virusziekte wordt genoemd. Chronische infectie van de lever door dit virus leidt tot een veel grotere kans op het ontwikkelen van leverkanker, soms wel 30 jaar na de eerste infectie.
Zoals reeds besproken, kan het herpes simplex virus in een staat van latentie blijven in zenuwweefsel gedurende maanden, zelfs jaren. Aangezien het virus zich in het weefsel “verbergt” en weinig of geen virale eiwitten aanmaakt, is er niets waartegen de immuunrespons kan optreden, en neemt de immuniteit tegen het virus langzaam af. Onder bepaalde omstandigheden, waaronder verschillende vormen van fysieke en psychologische stress, kan het latente herpes simplex virus gereactiveerd worden en een lytische replicatiecyclus in de huid ondergaan, waardoor de laesies ontstaan die met de ziekte geassocieerd worden. Zodra virionen in de huid zijn geproduceerd en virale eiwitten zijn gesynthetiseerd, wordt de immuunrespons opnieuw gestimuleerd en worden de huidlaesies in enkele dagen of weken opgelost door de virussen in de huid te vernietigen. Als gevolg van dit type replicatieve cyclus komen koortslip- en genitale herpesuitbraken slechts met tussenpozen voor, ook al blijven de virussen levenslang in het zenuwweefsel aanwezig. Latente infecties komen ook bij andere herpesvirussen voor, waaronder het varicella-zoster-virus dat waterpokken veroorzaakt. Na een waterpokkeninfectie in de kinderjaren kan het varicella-zoster-virus vele jaren latent blijven en bij volwassenen reactiveren en de pijnlijke aandoening veroorzaken die bekend staat als “gordelroos” (figuur 3).
Figuur 3. (a) Varicella-zoster, het virus dat waterpokken veroorzaakt, heeft een omhulde icosahedrale kapside die zichtbaar is in deze transmissie-elektronenmicrografie. Het dubbelstrengs DNA-genoom wordt opgenomen in het DNA van de gastheer en kan na latentie reactiveren in de vorm van (b) gordelroos, waarbij vaak huiduitslag optreedt. (credit a: aanpassing van werk van Dr. Erskine Palmer, B.G. Martin, CDC; credit b: aanpassing van werk van “rosmary”/Flickr; schaalbalkgegevens van Matt Russell)
Figuur 4. HPV, of humaan papillomavirus (credit: modificatie van werk van NCI, NIH; schaalbalkgegevens van Matt Russell)
Sommige virussen die dieren besmetten, waaronder het hierboven besproken hepatitis C-virus, staan bekend als oncogene virussen: Zij hebben het vermogen kanker te veroorzaken. Deze virussen verstoren de normale regulering van de gastheercelcyclus, hetzij door genen in te brengen die ongereguleerde celgroei stimuleren (oncogenen), hetzij door de expressie te verstoren van genen die de celgroei remmen. Oncogene virussen kunnen zowel DNA- als RNA-virussen zijn.
Cankers waarvan bekend is dat ze in verband worden gebracht met virale infecties zijn baarmoederhalskanker veroorzaakt door het humaan papillomavirus (HPV) , leverkanker veroorzaakt door het hepatitis B-virus, T-cel-leukemie, en verschillende soorten lymfomen.
HPV, of menselijk papillomavirus (zoals te zien in figuur 4), heeft een naakte icosahedrale kap die zichtbaar is in deze transmissie-elektronenmicrofoto en een dubbelstrengs DNA-genoom dat in het DNA van de gastheer wordt opgenomen. Het virus, dat seksueel overdraagbaar is, is oncogeen en kan leiden tot baarmoederhalskanker.
Plantvirussen
De meeste plantenvirussen, zoals het tabaksmozaïekvirus, hebben enkelstrengs (+) RNA-genomen. Er zijn echter ook plantenvirussen in de meeste andere viruscategorieën. In tegenstelling tot bacteriofagen hebben plantenvirussen geen actieve mechanismen om het virale genoom door de beschermende celwand heen te brengen. Wil een plantenvirus een nieuwe waardplant binnendringen, dan moet er een of andere vorm van mechanische schade optreden. Deze schade wordt vaak veroorzaakt door het weer, insecten, dieren, vuur of menselijke activiteiten zoals landbouw of landschapsarchitectuur. Verplaatsing van cel naar cel binnen een plant kan worden vergemakkelijkt door virale modificatie van plasmodesmata (cytoplasmatische draden die van de ene plantencel naar de volgende gaan). Bovendien kunnen nakomelingen van planten virusziekten erven van de ouderplanten. Plantenvirussen kunnen door verschillende vectoren worden overgebracht: door contact met het sap van een besmette plant, door levende organismen zoals insecten en nematoden, en via stuifmeel. De overdracht van een virus van de ene plant op de andere wordt horizontale overdracht genoemd, terwijl het overerven van een virus van een ouder verticale overdracht wordt genoemd.
Symptomen van virusziekten variëren naargelang het virus en zijn gastheer (zie de tabel hieronder). Een veel voorkomend symptoom is hyperplasie, de abnormale woekering van cellen die het verschijnen van plantentumoren veroorzaakt die bekend staan als gallen. Andere virussen veroorzaken hypoplasie, of verminderde celgroei, in de bladeren van planten, waardoor dunne, gele plekken verschijnen. Weer andere virussen tasten de plant aan door de plantencellen rechtstreeks te doden, een proces dat celnecrose wordt genoemd. Andere symptomen van plantenvirussen zijn misvormde bladeren, zwarte strepen op de stengels van de planten, veranderde groei van stengels, bladeren of vruchten, en ringvormige of lineaire verkleuringen in een blad.
| Tabel 1. Enkele veel voorkomende symptomen van virusziekten bij planten | |
|---|---|
| Symptoom | Verschijnt als |
| Hyperplasie | Gallen (tumoren) |
| Hypoplasie | Verdunning, gele vlekken op bladeren |
| Celnecrose | Dood, zwartgeblakerde stengels, bladeren, of vruchten |
| Aangeboren groeipatronen | misvormde stengels, bladeren, of vruchten |
| verkleuring | gele, rode, of zwarte lijnen, of ringen in stengels, bladeren, of vruchten |
Plantvirussen kunnen de groei en ontwikkeling van gewassen ernstig verstoren, waardoor onze voedselvoorziening aanzienlijk wordt aangetast. Ze zijn wereldwijd verantwoordelijk voor slechte kwaliteit en kwantiteit van gewassen, en kunnen jaarlijks enorme economische verliezen veroorzaken. Andere virussen kunnen schade toebrengen aan planten die in de landschapsarchitectuur worden gebruikt. Sommige virussen die voedingsgewassen in de landbouw besmetten, dragen de naam van de plant die ze besmetten, zoals het tomatenvlekkenvirus, het bonenmozaïekvirus en het komkommermozaïekvirus. Bij planten die voor landschapsarchitectuur worden gebruikt, zijn twee van de meest voorkomende virussen het pioenringvirus en het rozenmozaïekvirus. Er zijn veel te veel plantenvirussen om ze allemaal in detail te bespreken, maar de symptomen van het bonenmozaïekvirus resulteren in een verminderde bonenproductie en onvolgroeide, onproductieve planten. Bij de sierroos veroorzaakt de rozenmozaïekziekte golvende gele lijnen en gekleurde vlekken op de bladeren van de plant.
Probeer het
Bijdragen!
Verbeter deze paginaLees meer